pH-响应性聚氨基酸类高分子的合成及其药物控制释放研究

摘要

传统化疗药物在正常组织和肿瘤组织之间缺乏特异性，使其临床应用受到很大限制。如何减少非靶器官的药物浓度、增强疗效、减轻毒副作用，已成为临床抗癌药物应用的一个热门课题。利用肿瘤细胞外、细胞内和正常组织pH环境的差异，设计根据环境pH值变化自动调节结构和形态的聚合物载药纳米粒子、实现肿瘤靶向药物释放，是目前抗癌药物载体研究的一个重要方面。聚氨基酸类材料具有良好的生物相容性、生物可降解性和特殊的二级结构，广泛应用于药物载体领域。通过与亲水性聚合物(如聚乙二醇)共聚，得到的两亲性聚氨基酸类材料能够自组装形成纳米尺度的胶束粒子，可用作抗癌药物载体。另外，聚氨基酸具有丰富的侧链基团，可通过侧基改性调节其pH-响应性，从而智能地识别癌症病灶区，提高药物的生物利用度，降低对正常组织的伤害。
　　 本研究通过大分子引发剂ω-胺基-α-甲氧基聚乙二醇(mPEG-NH2)引发N-羧基-α-氨基环内酸酐开环聚合(NCA-ROP)，制备了一系列聚乙二醇-聚氨基酸类三嵌段共聚物。其中聚氨基酸链段包括pH-响应性的聚谷氨酸、聚天冬氨酸或其衍生物，以及疏水性的聚丙氨酸链段。此类两亲性聚合物可在水相中自组装形成稳定的胶束结构；引入具有pH响应性的聚氨基酸链段，可使载药胶束在肿瘤细胞周围靶向地释放药物。
　　 首先，系统地研究了聚-L-谷氨酸苄酯(PBLG)和聚-L-天冬氨酸苄酯(PBLA)的侧基改性。通过溴化氢酸性水解得到侧基带有羧基的聚-L-谷氨酸(PLGA)。通过乙二胺胺解改性得到侧基带有胺基的聚-L天冬酰胺和聚-L-谷氨酰胺。尽管谷氨酸和天冬氨酸结构相近，仅在侧链相差一个亚甲基，但其苄酯聚合物的胺解反应结果相差很大。PBLA的胺解过程中，由于聚琥珀酰亚胺(PSI)过渡态的生成有效降低了反应势垒，不会造成主链断裂，但会导致主链重排、生成α、β两种重复单元。相同条件下，PBLG的胺解改性常导致严重的主链断链。通过加入催化剂2-羟基吡啶可有效抑制PBLG胺解过程中的主链断裂，并提高胺解反应程度。论文总结了PBLG和PBLA的胺解反应机理。
　　 然后，通过酸性水解制备了一系列pH-响应性三嵌段共聚物聚乙二醇-聚谷氨酸-聚丙氨酸(mPEG-PLGA-PLAla)。通过核磁共振、ζ-电势、动态光散射、电子显微镜等手段，表征了此类三嵌段共聚物的自组装过程及所形成胶束的pH-响应性。通过圆二色谱和红外光谱，分析了胶束结构随环境pH值转变过程中聚氨基酸链段二级结构的变化。以阿霉素作为模型药物，研究了三嵌段共聚物的载药能力和在不同pH条件下的药物释放能力。在碱性条件下，PLGA链段去质子化，链段从疏水性变为亲水性，胶束中间层由于水合作用变得松散，药物释放速率增加：在酸性条件下，PLGA链段α-螺旋含量增高，形成由链内氢键维持的刚性棒状结构，将链段周围包埋的药物分子“挤出”，加速了药物的释放。
　　 最后，利用水合肼对聚乙二醇-聚天冬氨酸苄酯-聚丙氨酸三嵌段共聚物中的聚天冬氨酸苄酯链段进行肼解，将酰肼基引入聚氨基酸侧链；随后酰肼基同阿霉素的13-C羰基反应，通过pH-响应性腙键将药物分子键连到聚合物链上。研究了此类聚合物形成胶束的形态结构和载药、释药能力。研究发现胶束的药物释放能力随pH值的降低而升高，这是由于酸性条件下腙键断裂、键合药物得到释放；同时，胶束的中间链段(聚天冬酰肼)亲水性增加、胶束由于水合作用变得松散，药物释放速率增加。