肿瘤弱酸性微环境响应性壳聚糖基多层次胶束的构筑与解组装

摘要

利用纳米载体传输抗肿瘤药物是肿瘤治疗的一个日益重要的研究方向。通过改善药物在体内的分布,载药纳米载体能克服传统治疗方法所引起的药物生物利用度低和对正常组织造成较大的毒副作用等缺点。纳米载体的诸多性质,如粒径、表面功能化和表面电荷性质等都将影响载体在体内的分布情况。与此同时,纳米技术和细胞生物学等的发展加速了纳米载体的更新换代。目前,利用肿瘤组织独特的生理学特征并结合人们对被动靶向和主动靶向载体的认识,新兴的肿瘤微环境响应型(尤其是pH响应)靶向药物传输纳米载体成为研究的热点。
　　 本文从天然生物材料壳聚糖出发,采用一种新颖的合成改性方法,以具有良好油溶性的十二烷基硫酸钠-壳聚糖复合物(SCC)作为中间产物,简单温和地制备得到了一系列O-接枝的壳聚糖改性共聚物,如壳聚糖-O-聚己内酯(CS-O-PCL)和季氨化壳聚糖-O-聚己内酯(TMC-O-PCL),对其结构进行了详细的表征并研究了材料的自组装行为。研究结果表明,由于壳聚糖存在着盐析现象,CS-O-PCL只能在去离子水中形成纳米聚集体,其形态随PCL接枝度的增加从球形胶束转变成囊泡状结构。聚集体的稳定性一般,放置三到四天后会发生团聚。通过将壳聚糖主链改性成更亲水的季氨化壳聚糖,所得到的TMC-O-PCL则能在pH7.4.的PBS中自组装形成30-60 nm左右的球形胶束,能稳定保存两个月。我们以阿霉素为模型药物,考察了TMC-O-PCL胶束的体外载药释药行为。结果显示阿霉素的释放具有明显的pH响应性,当释放介质的pH值从7.4降低到5.0时,12 h内阿霉素的累积释放量从5.4％增加到55％。与此同时,以U251胶质瘤细胞为研究对象的细胞实验表明,正电荷外壳的TMC-O-PCL胶束表现出一定的细胞毒性,并且TMC链段的季氨化程度以及PCL接枝度都将影响材料的细胞毒性。
　　 目前肿瘤微环境pH响应型纳米载体材料中大都含有酸敏感的基团或化学键。但是基团的pKa值固定,响应pH值难以调控；而化学键的稳定性较差,且响应时间长。另外,纳米载体的粒径也是影响载体体内分布及被细胞胞吞能力的一个重要因素,而目前大多数pH响应型载体的研究都仅仅关注表面性质而忽视了载体粒径的响应变化。有鉴于此,我们以两类壳聚糖衍生物:两亲性共聚物TMC-O-PCL和双亲水溶的共聚物羧乙基壳聚糖-g-聚乙二醇(CEC-g-PEG)为组装单元,通过两者的静电相互作用,发展出一类响应pH值可调节、粒径和表面性质可同时响应变化的纳米载体。CEC-g-PEG的CEC链段同时含有氨基和羧基,其等电点可以通过改变羧乙基化程度进行调控。在pH7.4 PBS中,CEC-g-PEG与TMC-O-PCL胶束高级组装形成具有多层结构的复合胶束。胶束粒径从30nm增加到85 nm左右,表面从正电荷转变成负电荷性质。该复合胶束在生理盐溶液和BSA溶液中均具有良好的稳定性。随着溶液pn值降低,CEC链段上的羧基电离被抑制,氨基质子化,电荷性质发生翻转,复合胶束解离,重新回复到30 nm左右、正电荷表面、核壳结构的TMC-O-PCL胶束。以C6胶质瘤细胞为模型,研究了不同胶束体系的胞吞行为。研究结果表明,TMC-O-PCL胶束和解组装后的胶束体系均表现出较强的被细胞胞吞的能力,而复合胶束则几乎不被细胞胞吞。复合胶束的体外释药行为同样表现出明显的pH响应性,12 h内pH7.4时阿霉素的累积释放量仅为6.2％,而在pH5.0下则将近60％。这说明该复合胶束对所包载药物具有良好的包封性,能在循环过程中避免药物外漏对正常组织造成伤害。与此同时,细胞毒性实验的结果表明,载药胶束对HepG2肝癌细胞和Bcap37乳腺癌细胞的细胞毒性要小于游离阿霉素。载药复合胶束的细胞毒性则进一步受到抑制。而提前于pH5.5的环境中预处理过的载药胶束则由于已释放出一定量的阿霉素而表现出类似游离阿霉素的高细胞毒性。
　　 上述结果表明,通过TMC与CEC的相互作用,可成功制备得到生物可降解、多层次的高分子胶束,其粒径和表面性质均可对介质pH的改变产生响应,且对阿霉素有良好的包封效果,有望用于肿瘤微环境靶向给药。