基于响应性聚合物的成像试剂及药物载体

摘要

由于其独特的优势，刺激响应性聚合物及其组装体在纳米医药领域备受关注。虽然已经有很多利用刺激响应性聚合物制备智能型纳米药物和成像试剂载体的报道，但是利用响应性聚合物调控磁共振成像对比效果、细菌检测和成像、抗生素和大分子抗菌剂的输运的研究，目前还相对较少。本文的研究一方面拓展了刺激响应性聚合物的应用领域，另一方面也为智能型纳米医药体系的设计提供了有益的参考。具体来说，本文的工作包括以下四个方面:
　　1.通过可控自由基聚合制备了具有紫外光响应性质的两亲性、二嵌段共聚物，POEGMA-b-P(NIPAM-co-NBA-co-Gd);其中的OEGMA为寡聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯，NIPAM为N-异丙基丙烯酰胺，NBA为丙烯酸邻硝基苄酯，Gd为DOTA-Gd大环配体钆离子金属有机络合物。上述两亲性二嵌段共聚物在水中可以通过自组装得到球形胶束纳米粒子。抗癌药物阿霉素(Dox)被负载到POEGMA-b-P(NIPAM-co-NBA-co-Gd)聚合物胶束的内核中。在紫外光照的条件下，邻硝基苄酯结构发生光化学断键过程，由疏水的硝基苯衍生物基团转变为亲水的羧基基团，造成聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)的最低临界溶解温度(LCST)发生剧烈变化，使得原本疏水的内核变得更为亲水，从而造成水质子T1加权成像效果的增强和疏水药物阿霉素的快速释放。
　　2.通过可控自由基聚合和点击化学反应制备了一种两亲性阳离子星形聚合物，用于多种细菌的双模态检测和生长抑制。星形聚合物TPE-star-P(DMA-co-BMA-co-Gd)，是以具有聚集诱导发光(aggregation-induced emission，AIE)特征的四苯基乙烯(TPE)基元为核;以具有两亲性阳离子特征的抗菌聚合物P(DMA-co-BMA-co-Gd)为臂;同时在聚合物臂上共价标记了T1型磁共振成像对比剂Gd络合物——其中，DMA是甲基丙烯酸二甲氨乙酯;BMA为甲基丙烯酸正丁酯;Gd是DOTA-Gd，基于钆离子的金属有机络合物。四臂星形聚合物能够通过静电及疏水相互作用，与水环境中的细菌细胞进行络合;伴随着这一过程，四苯基乙烯基元的芳香环旋转会受阻，导致其通过非辐射能量耗散的途径被抑制，从而使其荧光发射增强;同时，由于Gd络合物的自由旋转被限制，使其旋转相关时间增加，最终导致磁共振成像对比效果增强。另外，由于P(DMA-co-BMA-co-Gd)共聚物的两亲性及阳离子特性，TPE-star-P(DMA-co-BMA-co-Gd)四臂星形聚合物还具有广谱的抗菌性能。
　　3.利用聚离子复合物（polyion complex，PIC）胶束来同时实现细菌的荧光检测和生长抑制。二嵌段阳离子聚合物，PEO-b-PQDMA，是通过可控自由基聚合和聚合后改性得到的。聚离子复合物胶束是将PEO-b-PQDMA，与多价阴离子四苯基乙烯衍生物，BSTPE或TSTPE，直接在水中混合所制备的。一方面，阳离子聚合物PEO-b-PQDMA的正电荷基团QDMA+通过与四苯基乙烯衍生物的静电络合作用，被束缚在以PEO为壳层的聚离子复合物胶束的内核中;另一方面，由于四苯基乙烯衍生物的聚集诱导发光特性，通过这种方式形成的聚离子复合物胶束也具有很强的荧光。这样，电负性较弱的哺乳动物细胞不能有效的与PEO-b-PQDMA竞争络合，从而实现了聚离子复合物胶束较低的毒副作用，如溶血毒性等;而另一方面，表面电负性较强的细菌细胞可以通过竞争性静电相互作用，与PEO-b-PQDMA进行超分子络合，同时造成聚离子复合物胶束的结构变化甚至解离，伴随着四苯基乙烯衍生物荧光性质的变化——这样，不但能够利用荧光变化过程来实现细菌的定量检测，也使PEO-b-PQDMA阳离子聚合物能够进一步发挥其抗菌活性。
　　4.青霉素G酰胺酶（penicillin Gamidase，PGA）和β-内酰胺酶(β-lactamase，Bla)能够通过对抗生素分子进行修饰、降解，从而造成细菌耐药性。我们通过可控自由基聚合和聚合后改性的方法，合成了对青霉素G酰胺酶和β-内酰胺酶具有响应性的两亲性二嵌段共聚物，PEG-b-PP和PEG-b-PC。两亲性共聚物在水中通过可控自组装可以得到囊泡和大复合囊泡结构。在没有酶的情况下，酶响应聚合物囊泡显示了很高的稳定性;而在酶的降解作用下，聚合物疏水嵌段的化学结构发生变化，同时聚合物囊泡逐渐转变为交联的球形胶束结构，并伴随着囊泡双分子膜的极性变化。我们将酶响应聚合物囊泡用作抗菌剂载体，研究了酶刺激下的客体分子的释放行为，以及针对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)在内的多种常见致病菌种的生长抑制效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 刺激响应性磁共振成像对比剂

1．1．1 刺激响应性T1型磁共振成像对比剂

1．1．2 刺激响应性T2型磁共振成像对比剂

1．2 刺激响应性纳米药物载体

1．2．1 生化因子刺激响应纳米药物载体

1．2．2 物理因子刺激响应纳米药物载体

1．3 用于细菌检测的纳米材料

1．3．1 细胞内生物分子的检测

1．3．2 全细胞的检测

1．4 抗菌聚合物及其组装体

1．4．1 抗菌聚合物

1．4．2 抗菌聚合物组装体

1．5 智能抗菌剂纳米载体

1．5．1 生化因子刺激响应抗菌剂载体

1．5．2 物理因子刺激响应抗菌剂载体

1．6 本论文的研究工作

参考文献

第二章 光响应聚合物载体用于磁共振成像对比增强及药物释放

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 原料及试剂

2．2．2 样品合成

2．2．3 聚合物胶束的制备

2．2．4 临界胶束化浓度的测定

2．2．5 极性敏感荧光探针尼罗红的负载

2．2．6 化疗药物阿霉素的负载

2．2．7 药物释放实验

2．2．8 体外的细胞毒性试验

2．2．9 磁共振成像弛豫效率的测定

2．2．10 仪器与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 二嵌段共聚物POEGMA-b-P(NIPAM-co-NBA-co-Gd)的合成

2．3．2 POEGMA-b-P(NIPAM-co-NBA-co-Gd)聚合物组装及紫外光刺激的胶束形貌转变

2．3．3 磁共振弛豫效率的测试

2．3．4 光调控的药物释放行为和细胞毒性测试

2．4 小结

参考文献

第三章 两亲性星形聚合物用于细菌双模态检测及生长抑制

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原料及试剂

3．2．2 样品合成

3．2．3 细菌培养及荧光光谱的测定

3．2．4 磁共振弛豫效率的测定

3．2．5 抗菌活性测试

3．2．6 溶血毒性测试

3．2．7 细菌膜渗透性分析

3．2．8 激光共聚焦扫描显微镜

3．2．9 仪器与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 星形聚合物的合成

3．3．2 星形聚合物对细菌的荧光检测和成像

3．3．3 星形聚合物对细菌的磁共振检测与成像

3．3．4 星形聚合物的抗菌活性

3．4 小结

参考文献

第四章 具有聚集诱导发光及抗菌特性的聚离子复合物胶束

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 原料及试剂

4．2．2 样品合成

4．2．3 聚离子复合物胶束的制备及荧光测试

4．2．4 抗菌活性测试

4．2．5 溶血毒性测试

4．2．6 仪器与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 聚离子复合物胶束的制备

4．3．2 PEO-b-PQDMA／TSTPE聚离子复合物胶束的细菌检测及抗菌性能

4．3．3 PEO-b-PQDMA／BSTPE聚离子复合物胶束的细菌检测及抗菌性能

4．4 小结

参考文献

第五章 酶响应聚合物囊泡用于抗菌剂输运

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 原料及试剂

5．2．2 样品合成

5．2．3 聚合物的组装

5．2．4 临界聚集浓度(CAC)的测定

5．2．5 荧光分子的负载

5．2．6 抗菌剂的负载

5．2．7 聚合物囊泡的酶降解实验

5．2．8 酶刺激的客体分子的释放

5．2．9 细胞毒性的测试

5．2．10 抗菌活性的测试

5．2．11 小鼠模型的构建

5．2．12 仪器与表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 酶响应嵌段共聚物的合成

5．3．2 聚合物的组装及囊泡的酶降解

5．3．3 抗菌活性测试

5．4 小结

参考文献

全文总结

在读期间发表的学术论文／会议论文

致谢