基于氧化还原响应性聚合物纳米载体的肿瘤放化疗及氧化疗法

摘要

聚合物纳米药物在对肿瘤的治疗方法与传统治疗方法相比，有着非常显著的优点:能够有效增加肿瘤治疗药物的稳定性以及溶解性，避免药物的活性受到破坏以及能够对所包载的药物实现缓释、控释，增加肿瘤病灶区域的药物有效富集量，降低药物的毒副作用，同时也能够实现药物对病灶区域的靶向治疗。环境响应性纳米药物载体能够有效实现对药物的释放，通过对环境条件的改变从而实现有效的响应变化，进而使得药物进行快速释放，最终实现增大药物的治疗效果。细胞通常都能够维持其氧化还原的稳定状态，然而，由于肿瘤细胞缺乏ROS(Reactive oxygen species)消除系统，如果ROS的水平过高，超过了一定的阈值，将会出现选择性的杀死肿瘤细胞。此外，放射增敏剂经常被用于增强肿瘤组织对放射治疗的敏感性，但由于其具有长期毒性以及在肿瘤的低氧环境下增敏效果差等原因，具有增敏作用的高Z元素的纳米粒子、小分子化学物质及多种抗肿瘤药物都无法在放疗增敏过程中得到广泛的应用。开发高效放射增敏剂，一直是提高放疗效果的最重要方法之一。鉴于此，本论文围绕聚合物纳米载体药物的氧化响应策略，设计了一系列纳米药物载体(PA-Micelle、DOX@HMs及iRGD-DOX@HMs)，用于新型的肿瘤疗法，包括氧化疗法以及放化疗联合。主要有如下几个方面: 第一部分:通过聚合物纳米粒子提高肿瘤细胞的氧化压力与抑制细胞的抗氧化能力协同治疗肿瘤。与正常细胞相比，肿瘤细胞对升高的肿瘤氧化应激更敏感，因为其缺乏活性氧物质消除系统。肿瘤的氧化疗法是指通过选择性的增加肿瘤组织中的氧化应激来杀死肿瘤细胞。在本章中，为了有效扩大氧化疗法，课题组开发了具有提高肿瘤氧化应激性能，同时抑制肿瘤细胞抗氧化能力的聚合物纳米颗粒，聚（乙二醇）-b-聚[2-（（（（（4-（4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧杂硼杂环戊烷-2-基）苄基）氧基）羰基）氧基）甲基丙烯酸乙酯](PEG-b-PBEMA)的两亲性嵌段聚合物胶束(Micelle)与棕榈酰抗坏血酸(PA)的结合形成杂化胶束(PA-Micelle)。药理学浓度的PA分子作为促氧化剂，用来上调肿瘤部位的过氧化氢(H2O2)水平，同时，H2O2引发PBEMA部分的醌甲基化物释放，用来消耗谷胱甘肽(GSH)，抑制癌细胞的抗氧化能力，协同杀死癌细胞，抑制肿瘤生长。鉴于该粒子对正常组织的副作用显著较低，这种新型纳米粒子的设计，代表了一类新型的纳米医学系统，用于高效氧化治疗。该纳米粒子具有适当的大小尺寸，胶束粒子(PA-Micelle)展示的物理化学性质保证了其能在肿瘤组织部位的有效富集。对肿瘤细胞选择性的细胞毒性和对正常细胞的低影响，使该系统在体内应用时，对正常器官无明显损伤，具有很高的生物安全性，且能够高效的抑制4T1肿瘤的生长。总的来说，这种新型抗肿瘤纳米粒子系统，在某些肿瘤类型如乳腺肿瘤的临床应用中，显示出巨大的潜力。 第二部分:乏氧响应性嵌段聚合物作为放疗增敏剂，用于肿瘤的放射治疗。目前临床使用的小分子放射增敏剂，在生物体内的性能，通常受到乏氧肿瘤区域中低生物利用度的较大影响，鉴于此，本章我们将小分子药物甲硝唑(MN)引入至可生物降解的多肽聚（乙二醇）-嵌段-聚（L-谷氨酸）(PEG-b-PLG)中，用来制备两亲性嵌段聚合物放射增敏剂(PEG-b-P(LG-g-MN))，同时对其相应的性能进行表征，并研究其细胞学及其抑瘤效果。通过缩合反应以获得MN-接枝的聚合物(PEG-b-P(LG-g-MN))，该聚合物可以在水溶液中自组装成核-壳胶束，与现在已经临床使用的甘氨双唑钠(GS，敏化增强比(SER)为1.32）相比，聚合物的放射增敏剂被证明具有更高的SER值(2.18)，在进行电子束照射时，有较高的体内肿瘤消融能力。 第三部分:乏氧响应性嵌段聚合物放射增敏剂作为抗癌药纳米载体，实现增强大体积实体瘤的放化疗效果。本章中，通过用上一章（第三章）制备的两亲性嵌段聚合物放射增敏剂(PEG-b-P(LG-g-MN))，在优化羧基和MN基团的比例后，胶束粒子可用于有效的包封小分子抗肿瘤药物多柔比星(DOX@HMs)。MN能在乏氧条件下，实现硝基咪唑至氨基咪唑的反应性结构转化，从而引发DOX@HMs的快速释放所包药物(DOX)。在小鼠尾静脉注射载药胶束后，在低辐射剂量(4Gy)下实现了对小鼠大体积实体瘤(～500mm3)的有效消融能力。因此，新型两亲性嵌段聚合物放射增敏剂，可以同时用作高效放射治疗增敏剂和乏氧响应性纳米药物载体，用于协同增强放化疗疗效。 第四部分:对全文进行总结以及对下一步工作进行延伸、展望，在前章（第三章、第四章）工作的延伸中，我们制备了iRGD-靶向乏氧响应性嵌段聚合物放射增敏剂(iRGD-MAL-PEG-b-P(LG-g-MN))，并对其结构进行了表征，旨在进一步优化乏氧响应性嵌段聚合物放射增敏剂作为抗癌药物纳米载体，增强对大体积实体瘤的放化疗效果。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1前言

1．2肿瘤的生理特征

1．3肿瘤治疗策略

1．3．1传统治疗方法

1．3．2免疫治疗方法

1．3．3光动力治疗方法

1．3．4光热治疗方法

1．3．5联合治疗方法

1．4纳米粒子的生物特性

1．4．1释放特性

1．4．2表面特性

1．5纳米材料对肿瘤治疗的应用

1．5．1被动靶向

1．5．2主动靶向

1．6刺激响应性纳米药物载体

1．6．1外部刺激响应性纳米药物载体

1．6．2内部刺激响应性纳米药物载体

1．7氧化刺激响应性载体对肿瘤治疗的应用

1．7．1聚丙烯硫化物

1．7．2基于硒的响应聚合物和超分子

1．7．3含有草酸芳基化物的聚合物

1．7．4含苯基硼酸酯的聚合物

1．7．5其他氧化响应性聚合物

1．8课题的提出及研究内容

参考文献

第二章通过聚合物纳米粒子提高肿瘤细胞的氧化压力与抑制细胞的抗氧化能力协同治疗肿瘤

2．1引言

2．2实验部分

2．2．1实验材料

2．2．2仪器与表征方法

2．2．3样品准备

2．2．4聚合物(PEG-b-PBEMA)的合成

2．2．5聚合物胶束制备

2．2．7细胞内ROS，GSH，ATP试验

2．2．8细胞DNA损伤试验

2．2．9细胞毒性实验

2．2．10体内药代动力学及分布实验

2．2．11抑瘤实验

2．2．12数据处理

2．3结果讨论

2．3．1嵌段聚合物合成及其自组装

2．3．2 H2O2产生及醌的释放

2．3．3细胞毒性

2．3．4体外ROS、GSH、DNA损伤实验

2．3．5抑瘤实验

2．4结论

参考文献

第三章乏氧响应性嵌段聚合物作为放疗增敏剂用于肿瘤的放射治疗

3．1引言

3．2材料与方法

3．2．1材料

3．2．2仪器与表征方法

3．2．3聚合物(PEG-b-P(LG-g-MN))的合成

3．2．4嵌段聚合物的自组装

3．2．5细胞毒性检测

3．2．6细胞辐射敏化作用能力检测

3．2．7细胞彗星实验

3．2．8生物分布

3．2．9抑瘤实验

3．2．10血常规检测

3．2．11数据分析

3．3结果

3．3．2细胞毒性

3．3．3生物分布

3．3．4抑瘤效果

3．4讨论

3．5结论

参考文献

第四章乏氧响应性嵌段聚合物放射增敏剂作为抗癌药纳米载体实现增强大体积实体瘤的放化疗效果

4．1引言

4．2材料与方法

4．2．1材料

4．2．2仪器与表征方法

4．2．3聚合物PEG-b-P(LG-g-MN)的合成

4．2．4嵌段聚合物的自组装以及DOX的包封

4．2．5嵌段聚合物的乏氧响应与药物释放

4．2．6激光共聚焦扫描显微镜观察

4．2．7细胞毒性检测

4．2．8细胞彗星实验

4．2．9药代动力学

4．2．10抑瘤实验

4．2．11数据分析

4．3结果

4．3．1聚合物对DOX的包封

4．3．2聚合物的乏氧响应性及药物释放

4．3．3细胞毒性

4．3．4药代动力学

4．3．5抑瘤效果

4．4讨论

4．5结论

参考文献

第五章全文总结与展望

5．1全文总结

5．2展望

参考文献

致谢

读博期间发表的学术论文与取得的其他科研成果