新型树枝状大分子的高效合成及其抗癌活性研究

摘要

树枝状大分子是一类具有树枝状拓扑结构的大分子材料。不同于传统的线性高分子，树枝状大分子具有精确的分子结构、完美的空间几何对称、大量的表面官能团和内部空腔、可控的纳米尺寸和分子量等特点。这些特点使得树枝状大分子成为一类重要的药物、基因以及诊断试剂的输送载体。但是当前的研究结果还远不能满足临床应用需求，其作为药物或基因载体时存在输送或转染效率不高、体内毒性较大等问题。此外，目前绝大多数树枝状大分子还普遍存在制备效率低、提纯繁琐的缺点。
　　针对这些问题，本论文利用多种高效点击反应，设计了多对正交的单体对，实现了多种新型树枝状大分子的快速高效合成，初步阐述了树枝状大分子结构-性质之间的关系。同时不以树枝状大分子作为载体材料，直接研究了树枝状大分子自身的治疗活性，特别是抗肿瘤活性;系统研究了这类树枝状大分子的体外细胞毒性和体内急性与亚急性毒性;对这类树枝状大分子的药理学行为进行了初步的探讨。
　　本论文第一章简要介绍了树枝状大分子结构特点和理化性质，着重阐述了树枝状大分子合成方法的发展及其在生物医药领域的应用，同时简单地介绍了铜元素在癌症发展各个阶段的作用以及铜相关的治疗方法，并大致阐述了本论文的设计思想和主要研究工作。
　　第二章利用异硫氰酸酯-氨基偶联反应和巯基-Michael加成反应，设计了三种异硫氰酸酯单体（BMAITC、BMITC和BMTU-ITC），并均以半胱胺为配对单体，高效快速地制备了聚酰基硫脲（PATU）、聚硫脲(PTU)以及聚双硫脲(PDTU)树枝状大分子，并利用1H-NMR、13C-NMR、FT-IR、MALDI-TOF MS以及GPC等多种分析表征手段对其结构进行详细表征。研究了这三种树枝状大分子的自发荧光、金属离子络合等性质，探讨了树枝状大分子的结构-性质关系，特别是结构与铜离子络合性质之间的关系。这为研究这些树枝状大分子自身的抗肿瘤活性提供了理论基础。
　　第三章对PATU和PTU树枝状大分子，特别是聚乙二醇化的第四代PATU树枝状大分子（PATU-PEG）的药学价值进行了评价，其中主要研究了PATU-PEG的体内外毒性、抗肿瘤活性以及抗肿瘤转移能力，并初步阐述了其药代动力学、体内分布和部分药理学特征。结果表明，PATU-PEG具有极低的体外细胞毒性和体内急性和亚急性毒性（小鼠静注半数致死剂量＞1 g/kg），但是却能够高效的抑制体内肿瘤生长和转移;其抗肿瘤活性源于其体内降铜作用以及降ROS作用导致的抗血管新生和肿瘤细胞增殖抑制作用。与已报道的基于细胞杀伤作用的抗癌聚合物药物相比，这种树枝状大分子是第一种通过非细胞毒方式发挥抗肿瘤活性的合成高分子。在几乎无副作用的情况下，这种树枝状大分子甚至表现出高于临床用化疗药物的治疗效果。
　　第四章同样利用异硫氯酸酯-氨基偶联反应和巯基-Michael加成反应，并将二硫代氨甲酸酯基团引入异硫氰酸酯单体的设计中，得到了BMDTC-Et-ITC、BMDTC-Bu-ITC和BMTU-Bu-ITC三种单体，并以半胱胺为配对单体，高效快速地制备了聚二硫代氨基甲酸酯-聚硫脲（PDTCETU和PDTCBTU）以及聚双硫脲(PTUBTU)树枝状大分子，并利用1H-NMR和GPC等分析表征手段对其结构进行表征。研究了这三种树枝状大分子的自发荧光、金属离子络合等性质，探讨了二硫代氨基甲酸酯基团与硫脲基团对树枝状大分子的性质的影响。研究了铜离子对这几类树枝状大分子的体外细胞毒性的影响。
　　第五章利用乙烯磺酸酯-氨基加成和甲基丙烯酸酯基-巯基加成这两种Michael加成反应，设计了具有反应动力学选择性的单体对BMAVS和半胱胺，通过一锅法高效快速地制备了聚磺酸酯(PVS)树枝状大分子，利用1H-NMR、GPC以及MALDI-TOF MS等分析表征手段对其结构进行表征。
　　第六章对全文进行了总结，并对树枝状大分子未来的合成方法的发展提出了个人的见解。

目录

声明

致谢

摘要

英文缩略词表

第一章 绪论

1．1 树枝状大分子概述

1．1．1 树枝状大分子的发展简史

1．1．2 树枝状大分子的结构特点

1．1．3 树枝状大分子的理化性质

1．1．4 树枝状大分子的合成方法

1．1．5 树枝状大分子的应用

1．2 癌症与铜

1．2．1 癌症与铜的关系

1．2．2 肿瘤治疗的铜相关疗法

1．3 论文研究思路和研究内容

第二章 聚酰基硫脲和聚硫脲树枝状大分子的设计、合成以及结构-性质关系研究

2．1 引言

2．2 实验材料与仪器

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．3 树枝状大分子及相关化合物的合成与表征

2．3．1 聚豌基硫脲树枝状大分子及相关化合物的合成

2．3．2 聚硫脲树枝状大分子及相关化合物的合成

2．3．3 聚双碗脲(PDTU)树枝状大分子及相关化合物的合成

2．4 PATU、PTU和PDTU树枝状大分子的结构-性质关系研究

2．4．1 PATU、PTU和PDTU树枝状大分子的光学性质

2．4．2 PATU和PTU树枝状大分子的铜育子络合性质

2．4．3 PATU和PTU树枝状大分子的还原性

2．5 结果与讨论

2．5．1 PATU、PTU和PDTU树枝状大分子的合成

2．5．2 PATU、PTU和PDTU树枝状大分子的结构-性质关系

2．6 本章小结

第三章 聚酰基硫脲和聚硫脲树枝状大分子的生物学评价

3．1 引言

3．2 实验材料与仪器

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 细胞系和实验动物

3．3 实验方法

3．3．1 细胞培养

3．3．2 体外细胞毒性实验

3．3．3 体外细胞形态观寨

3．3．4 平板克隆实验

3．3．5 PATU-PEG急性毒性试验

3．3．6 PATU-PEG对小鼠器官／组织的影响

3．3．7 血生化检测

3．3．8 人源移植瘤模型

3．3．9 鼠源乳腺癌实体瘤自发转移模型

3．3．10 肿瘤肺转移模型

3．3．11 组织病理切片的制备

3．3．12 组织学染色和免疫组化染色

3．3．13 激光共聚焦显微镜观察肺部转移灶分布

3．3．14 PATU-PEG的药物代谢动力学

3．3．15 PATU-PEG的体内分布

3．3．16 铜蓝蛋白活性检测

3．3．17 尿铜含量的测定

3．3．18 血清铜含量的测定

3．3．19 细胞内活性氧簇(ROS)水平的检测

3．3．20 统计分析

3．4 结果与讨论

3．4．1 PATU-PEG和PTU-PEG的体内抑瘤实验比较

3．4．2 PATU-PEG的体内外毒性评估

3．4．3 PATU-PEG的体内抑瘤效果

3．4．4 PATU-PEG的体内抗肿瘤转移效果

3．4．5 PATU-PEG的初步药理学研究

3．5 本章小结

第四章 聚二硫代氨基甲酸确-聚硫脲树枝状大分子的设计、合成与表征

4．1 引言

4．2 实验材料与仪器

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验仪器

4．3 树枝状大分子及相关化合物的合成与表征

4．3．1 PDTCETU树枝状大分子及相关化合物的合成

4．3．2 PDTCBTU树枝状大分子及相关化合物的合成

4．3．3 PTUBTU树枝状大分子及相关化合物的合成

4．4 PDTCETU、PDTCBTU和PTUBTU树枝状大分子的性质

4．4．1 PDTCETU、PDTCBTU和PTUBTU村枝状大分子的光学性质

4．4．2 PDTCETU、PDTCBTU和PTUBTU树枝状大分子的铜离子响应性

4．5 结果与讨论

4．5．1 PDTCETU、PDTCBTU和PTUBTU树枝状大分子的合成

4．5．2 PDTCETU、PDTCBTU和PTUBTU树枝状大分子的结构-性质关系

4．6 本章小结

第五章 聚磺酸商树枝状大分子的设计、合成与表征

5．1 引言

5．2 实验材料与仪器

5．2．1 实验材料

5．2．2 实验仪器

5．3 聚磺酸磅树枝状大分子及相关化合物的合成与表征

5．3．1 单体BMAVS的合成

5．3．2 PVS树枝状大分子的合成

5．4 结果与讨论

5．4．1 单体BMAVS的合成和表征

5．4．2 PVS树枝状大分子的合成与表征

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 论文总结

6．2 研究展望

参考文献

作者简历

在学期间所取得的科研成果