用于肿瘤诊断治疗的仿细胞膜磷酸胆碱胶束的研究

摘要

聚合物纳米胶束，由于可以改善药物溶解度、增加在肿瘤部位靶向富集并提高生物利用度，已成为提高癌症诊断与治疗效果并减少毒副作用的重要纳米载体之一。本文依据磷酸胆碱两性离子的细胞膜仿生特性，致力于设计合成磷酸胆碱基载体材料，构建以两性离子磷酸胆碱为亲水壳层的聚合物纳米胶束，并通过对胶束内核的不同设计实现其在癌症诊断与治疗上的多功能化作用，主体包含以下四个方面:
　　1.研究采用RAFT聚合制备了磷酸胆碱基嵌段共聚物PMPC-b-PDDMMA。该共聚物能自组装形成单分散的纳米胶束，并能在蛋白质和培养基溶液中保持粒径稳定。该共聚物疏水嵌段中的环状缩酮基团，可在酸性条件下实现断裂。体外药物释放结果显示，相比于正常生理环境，酸性环境下阿霉素的释放速度显著增强。细胞实验也表明该载药胶束能有效实现细胞内的阿霉素释放并抑制HepG2肝癌细胞的增殖。同时，包载IR-780近红外染料胶束的活体成像结果显示，磷酸胆碱化胶束能有效富集于肿瘤组织。
　　2.研究进一步基于非共价键的主客体作用，设计合成了酸性敏感的磷酸胆碱化聚合物前药胶束。通过RAFT聚合制备了含有金刚烷的无规共聚物poly(MPC-co-Ada)，并用2D NOESY NMR证实了金刚烷与阿霉素修饰的β-环糊精（DOX-hyd-CD）之间的主客体络合作用。体外药物释放结果表明，所制备的前药胶束可在模拟溶酶体/内涵体的酸性条件下通过腙键的断裂实现阿霉素的快速释放。细胞实验结果证实了前药胶束的有效细胞内吞以及对HepG2肝癌细胞增殖的抑制作用。得益于“即插即用”式的主客体作用，该前药胶束还有望进一步实现多功能化的肿瘤治疗效果。
　　3.研究进一步通过RAFT聚合制备了含苯甲醛基团的磷酸胆碱基共聚物，并通过腙键接枝了AIE分子四苯基乙烯(TPE)。所得到的共聚物PMPC-hyd-TPE能自组装形成以磷酸胆碱为壳、以TPE为核的纳米胶束。疏水的TPE分子聚集成核，不但可以激发AIE效应还能通过疏水相互作用包载阿霉素。体外药物释放实验表明，在模拟细胞内酸性环境下，腙键键接TPE的断裂使得胶束溶胀并快速释放出阿霉素。细胞实验显示，该聚合物胶束具备良好的AIE成像效果并可有效抑制HepG2肝癌细胞的增殖。同时，DLS结果表明磷酸胆碱化胶束在含FBS的DMEM培养基里能保持长效稳定，且与血浆蛋白BSA和FBG共孵育24 h后，胶束吸附蛋白质的含量维持在较低水平。进一步动物实验显示，磷酸胆碱化载药胶束能靶向富集并传递阿霉素至肿瘤组织。
　　4.研究进一步探索了通过简便的一步聚合以及单一近红外染料负载制备诊疗一体化的磷酸胆碱均聚物胶束的可行性。通过增长磷酸胆碱单体MPC的烷基链长度得到了两亲性单体MDPC，经一步RAFT聚合便可得到两亲性均聚物PMDPC。该两亲性均聚物PMDPC同样能自组装形成稳定的胶束，并实现对近红外染料IR-780的有效负载。经均聚物胶束负载后，近红外染料IR-780的光稳定性显著增强，并具备高效的光热转换效果，能有效杀伤BxPC-3胰腺癌细胞。进一步的动物实验表明，IR-780包载的磷酸胆碱化均聚物胶束能有效富集于肿瘤区域，具有高分辨且长效的近红外成像效果。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 肿瘤纳米医学

1．1．1 肿瘤诊断和治疗的现状

1．1．2 EPR效应和肿瘤微环境

1．1．3 肿瘤纳米医学

1．1．4 聚合物纳米胶束的构建和核-壳结构设计

1．2 聚合物胶束在肿瘤诊断和治疗中的应用

1．2．1 成像诊断

1．2．2 化学治疗

1．2．3 光热治疗

1．2．4 诊疗一体化

1．3 细胞膜仿生磷酸胆碱化表面设计

1．3．1 两性离子与细胞膜仿生设计

1．3．2 聚合物胶束表面的磷酸胆碱化设计

1．4 研究课题的提出和主要内容

1．4．1 酸性敏感的磷酸胆碱化胶束作为纳米药物载体的研究

1．4．2 磷酸胆碱化主客体前药胶束作为纳米药物载体的研究

1．4．3 诊疗一体化的磷酸胆碱化胶束：AIE细胞成像与pH响应药物释放

1．4．4 诊疗一体化的磷酸胆碱化均聚物胶束：近红外成像与光热治疗

第二章 酸性敏感的磷酸胆碱化胶束作为纳米药物载体的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 原料与试剂

2．2．2 甲基丙烯酸2，2-二甲基-1，3-二氧杂环-4-基甲酯(DDMMA)的合成

2．2．4 聚合物载药胶束的制备

2．2．5 聚合物的酸降解行为研究

2．2．6 聚合物胶束的稳定性

2．2．7 聚合物胶束的药物释放行为

2．2．8 细胞培养与动物模型

2．2．9 聚合物载药胶束的细胞内吞和分布研究

2．2．10 聚合物胶束的细胞毒性研究

2．2．11 聚合物胶束的体内分布研究

2．2．12 仪器与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 嵌段共聚物的合成与表征

2．3．2 聚合物胶束的组装及其抗污性能

2．3．3 聚合物的酸降解行为及载药胶束的药物释放行为研究

2．3．4 聚合物载药胶束的细胞内吞与分布研究

2．3．5 聚合物胶束的细胞毒性研究

2．3．6 聚合物胶束的体内分布与肿瘤富集研究

2．4 本章小结

第三章 磷酸胆碱化主客体前药胶束作为纳米药物载体的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原料与试剂

3．2．2 甲基丙烯酰氧乙基金刚烷甲酯(MEAC)的制备

3．2．4 酸性敏感的阿霉素-环糊精接枝物(DOX-hyd-CD)

3．2．5 聚合物主客体前药胶束的制备和载药量的测定

3．2．6 聚合物主客体前药胶束的药物释放行为

3．2．7 细胞系与培养条件

3．2．8 聚合物主客体前药胶束的细胞内吞与分布

3．2．9 聚合物主客体前药胶束的细胞毒性研究

3．2．10 仪器与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 聚合物poly(MPC-co-Ada)的合成与表征

3．3．2 聚合物主客体前药胶束的组装

3．3．3 聚合物主客体前药胶束的酸性敏感药物释放行为

3．3．4 聚合物主客体前药胶束的细胞内吞与分布情况

3．3．5 聚合物主客体前药胶束的细胞毒性研究

3．4 本章小结

第四章 诊疗一体化的磷酸胆碱化胶束：AIE细胞成像与pH响应药物释放

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 原料与试剂

4．2．2 含苯甲醛基团的磷酸胆碱基两性离子共聚物poly(MPC-co-FPEMAl

4．2．3 TPE接枝的磷酸胆碱基共聚物PMPC-hyd-TPE

4．2．4 聚合物胶束的制备和表征

4．2．5 聚合物胶束的生理稳定性及蛋白质吸附研究

4．2．6 聚合物载药胶束的酸性敏感药物释放行为

4．2．7 细胞培养与动物模型

4．2．9 聚合物载药胶束(PC-hyd-TPE-DOX)的细胞内吞与分布研究

4．2．10 聚合物胶束的细胞毒性研究

4．2．11 阿霉素体内分布与肿瘤富集研究

4．2．12 仪器与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 磷酸胆碱基共聚物的合成与表征

4．3．2 聚合物胶束的组装与表征

4．3．3 聚合物胶束的生理稳定性及抗蛋白质吸附研究

4．3．4 聚合物胶束的pH响应性及体外药物释放研究

4．3．5 聚合物胶束的AIE细胞成像

4．3．6 聚合物载药胶束的细胞内吞与分布情况

4．3．7 聚合物载药胶束的细胞毒性与空白胶束的生物相容性

4．3．8 聚合物载药胶束的组织分布与肿瘤富集

4．4 本章小结

第五章 诊疗一体化的磷酸胆碱化均聚物胶束：近红外成像与光热治疗

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 原料与试剂

5．2．2 12-甲基丙烯酰氧基十二烷基磷酸胆碱(MDPC)的合成

5．2．3 磷酸胆碱基均聚物PMDPC的合成

5．2．4 包载IR-780的磷酸胆碱化均聚物胶束的制备

5．2．5 IR-780包载效率的测定

5．2．6 PMDPC-IR-780胶束的光稳定性研究

5．2．11 体内近红外荧光成像

5．2．12 仪器与表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 磷酸胆碱基均聚物PMDPC的合成与表征

5．3．2 磷酸胆碱化均聚物胶束的制备与表征

5．3．4 IR-780的体外释放行为

5．3．5 近红外光热升温研究

5．3．6 近红外光热治疗的细胞毒性研究

5．3．7 均聚物胶束的近红外荧光成像与肿瘤富集

5．4 本章小结

第六章 全文主要结论、创新和展望

参考文献

作者简介及攻读博士学位期间发表的成果