有机药物分子包合体系及基因药物传递体系的核磁共振研究

摘要

本文利用液体和固体核磁共振技术,结合Monte Carlo计算模拟以及凝胶渗透色谱(GPC)等分析方法,对环糊精/药物分子包合物体系、高分子基因载体及其与DNA的复合物体系中不同组分间的相互作用和相容性、高分子的降解动力学以及降解机理等进行了系统的研究,主要取得以下结果： 1.利用溶液2D-ROESY谱、13C固体高分辨谱及自扩散系数测量等核磁共振技术,研究了环糊精(CD)和α-萘乙酸等药物分子包合物的相互作用。结果表明,包合物的形成不仅和主客体分子的疏水性强弱有关,同时还和体系中主体的空腔大小,客体的基团大小有关。通过ROESY实验结果可以确定包合物形成与否,进而通过测量不同比例下客体分子自扩散系数的变化,计算出包合物结合与解离的平衡常数,以此为基础对药物包裹体系在实现缓释方面的应用方式进行了探讨。 2.首次通过对自扩散系数测量方法的修饰,结合实时氢谱测量对可降解基因载体-交联聚乙烯亚胺衍生物的动态降解过程进行了系统的研究。发现基因载体聚合物在不同pH值条件下降解的速度有明显差别,具有高度的pH依赖性；通过液体二维核磁谱结果还得出降解前后的分子结构信息并确定降解位点。利用-维加权扩散实验观察降解过程中聚合物表观分子量的变化,发现在碱性情况下聚合物降解过程显示出了两个阶段,结合实时1H谱结果,推测这是由于在碱性情况下分子间发生了明显积聚；而在中性和酸性两种情况下积聚不显著,最后结合Monte Carlo模拟结果发现只有中性情况下符合随机降解模型,而酸性条件则需要其他的降解模型解释。 3.利用脉冲梯度场(PFG)等磁共振技术结合反拉普拉斯变换方法和MonteCarlo模拟对另一基因载体聚谷氨酸动态降解过程进行了系统研究。不但完成了对聚合物在酸性条件下降解前后的结构变化的观测,而且通过PFG技术发现聚谷氨酸降解过程中,其任一时间点的自扩散实验中信号强度变化均呈非指数衰减,需通过一个延伸型的指数函数进行拟合,通过对拟合得到的函数进行反拉普拉斯变换后可以得到体系中的扩散系数分布图,进一步可以推导出在任意降解时间点上的聚合物分子量分布。结果发现,在降解过程中随着聚合物平均分子量的降低,体系中的分子量分布不断变宽,这一结果与GPC实验结果完全吻合,而且从PFG实验中得到的平均分子量变化趋势和随机断裂方式下的Monte Carlo模拟实验结果十分吻合,据此可以认为聚合物的降解是一个随机断裂的过程。该部分的实验结果表明,结合自扩散系数测量和反拉普拉斯变换有望成为一种测量高分子分子量分布具有普适性的新方法。 4.首次将固体核磁共振应用到聚合物/DNA复合物体系,观察复合物体系中不同N/P比对其相互作用和相结构的影响,研究表明N/P比的变化对聚乙烯亚胺/DNA基因递送体系分子水平上相互作用有着很大的影响；另外,还发现不同分子量的聚乙烯亚胺聚合物载体在N/P比为3的情况下对复合物中DNA的微观尺度没有明显影响；通过氢的自旋扩散实验,首次测得在PEI/DNA复合物体系中DNA相尺寸的大小,并发现在体系中N/P比达到3以上的复合物中DNA和PEI达到了分子水平上的相容。 从发展新的核磁共振方法,拓展核磁技术应用范围的角度来看,本文首次提出了采用一维脉冲梯度场技术快速测量降解过程中聚合物的分子量变化的新方法；并首次将Monte Carlo模拟与PFG实验结果进行了关联分析,从而不仅可以实时观测体系分子量的变化,而且可以对体系的降解机理进行深入分析；首次将延伸型指数函数引入对自扩散曲线的拟合,并通过反拉普拉斯变换,建立了一种实时测量聚合物体系分子量分布的新方法；首次将固体核磁共振的研究方法,引入聚合物/DNA复合物体系的研究。实验结果表明,这些方法具有实时、非破坏性,易于实现、能够提供新的结构信息等优点,具有实际的应用价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号和缩略语

声明

第一章前言

1.1核磁共振概况

1.1.1液体核磁共振常规技术

1.1.2脉冲梯度场(PFG)测定自扩散技术

1.1.3固体核磁共振技术

1.2药物缓释制剂概况

1.3基因治疗概况

1.4本文的研究目标以及主要内容

参考文献

第二章 环糊精与有机药物小分子的包合研究

2.1 α-环糊精/芳香类客体包合物研究背景

2.1.1环糊精概况

2.1.2研究思路

2.2 α-环糊精/芳香类客体包合物研究实验部分

2.2.1实验材料和样品制备

2.2.2核磁共振实验

2.2.3平衡常数的测定

2.3 α-环糊精/芳香类客体包合物研究结果与讨论

2.3.1 2D-ROESY实验结果

2.3.2包合体系的自扩散系数的测定结果

2.4 α-环糊精/芳香类客体包合物研究小结

2.5环糊精和α-萘乙酸包合物的研究背景

2.5.1α-萘乙酸概况

2.5.2研究思路

2.6环糊精和α-萘乙酸包合物研究实验部分

2.6.1实验材料和样品准备

2.6.2核磁共振实验

2.6.3理论计算推导

2.7环糊精和α-萘乙酸包合物研究结果与讨论

2.7.11H-1H ROESY谱

2.7.2 13C CP/MAS谱

2.7.3自扩散系数的测量及Ka的计算

2.8环糊精和α-萘乙酸包合物研究小结

参考文献

第三章交联聚乙烯亚胺衍生物降解机理核磁共振研究

3.1交联聚乙烯亚胺衍生物降解研究背景

3.1.1基因治疗载体概况

3.1.2研究思路

3.2交联聚乙烯亚胺衍生物降解研究实验部分

3.2.1实验材料和样品准备

3.2.2核磁共振实验

3.2.3 Monte Carlo模拟实验

3.3交联聚乙烯亚胺衍生物降解研究结果与讨论

3.3.1核磁共振1H谱实验

3.3.2一维扩散加权实验和Monte Carlo模拟

3.4交联聚乙烯亚胺衍生物降解研究小结

参考文献

第四章 线性聚合物γ-聚谷氨酸降解过程的核磁共振研究

4.1线性聚合物γ-聚谷氨酸降解研究背景

4.1.1聚谷氨酸概况

4.1.2研究思路

4.2线性聚合物γ-聚谷氨酸降解研究实验部分

4.2.1实验材料和样品准备

4.2.2核磁共振实验

4.2.3 Monte Carlo模拟实验

4.3线性聚合物γ-聚谷氨酸降解研究结果与讨论

4.3.1γ-聚谷氨酸结构表征及一维扩散实验

4.3.2 γ-聚谷氨酸二维脉冲梯度场扩散实验

4.3.3 γ-聚谷氨酸降解过程分子量分布

4.4线性聚合物γ-聚谷氨酸降解研究小结

参考文献

第五章聚乙烯亚胺/DNA相互作用及相结构的固体核磁共振研究

5.1聚乙烯亚胺/DNA复合物研究背景

5.1.1基因传递体系概况

5.1.2研究思路

5.2聚乙烯亚胺/DNA复合物研究实验部分

5.2.1实验材料和样品准备

5.2.2核磁共振实验

5.3聚乙烯亚胺/DNA复合物研究结果与讨论

5.3.1核磁共振31P实验

5.3.2质子静态宽线谱

5.3.3质子自旋扩散实验

5.4聚乙烯亚胺/DNA复合物研究小结

参考文献

第六章总结

攻读学位期间发表和待发表的论文及专利

后记