基于功能性聚肽共聚物及高分子水凝胶的载药体系及组织工程支架的制备和研究

论文摘要

功能性高分子载药体系是目前材料学、药剂学以及临床医学的研究热点之一。它是涉及多个学科领域的一门交叉科学。随着高分子合成技术的发展,新型功能性高分子聚合物不断涌现。这为设计和制造具有如环境响应性、靶向性等功能的新型载药体系提供了基础。这些功能性载药体系在临床治疗、组织工程、以及其他一些领域中具有广阔的应用前景,同时也对材料科学的进步起到十分重要的推动作用。本论文利用聚肽共聚物胶束和高分子水凝胶,制备了一系列功能性载药体系和组织工程支架。在载药体系的研究中,将聚肽胶束载体与水凝胶载体复合,制备了一种新型环境响应性双重载药体系：该体系可同时包埋亲水/疏水性药物,并可独立控制每种药物的释放行为；在组织工程支架的研究中,通过在水凝胶支架中引入功能性载药体系,制备出了可控细胞生长的新型组织工程支架。同时,本文还利用相关的理论公式对实验结果进行拟合和分析,进一步研究了载药体系的释药机理和可降解支架的降解因素。本文主要有以下几部分内容：（1）制备了一种基于聚肽胶束/水凝胶复合物的双重载药体系,其结构为包埋了聚L-谷氨酸-b-聚氧化丙烯-b-聚L-谷氨酸（PLGA-b-PPO-b-PLGA, GPG）胶束的聚乙烯醇（PVA）或聚乙烯醇/壳聚糖（PVA/CS）水凝胶体系。药物阿司匹林（Asp）直接溶解在水凝胶的水相中,阿霉素（DOX）则被包埋在GPG胶束中。实验结果表明,该双重载药体系具有以下的特点：两种药物具有独立的释药行为,Asp表现为短程快速释药（short-term release）,DOX表现为长程稳定释药（long-term release）;药物的释放行为具有环境响应性,DOX的释药具有pH值和温度的双重响应性,而在PVA/CS体系中,Asp的释放也具有pH响应性；利用Peppas指数经验公式分析实验结果后发现在GPG/PVA体系中,DOX表现为扩散控释,Asp的释放则属于无规传输；而在GPG/CS/PVA体系中,凝胶的溶胀作用对体系释药行为的影响增强,DOX和Asp的释放都属于无规传输,并且Asp开始趋向于溶胀控释。（2）以聚肽共聚物GPG自组装形成的纳米胶束,双乳化法制备的海藻酸钙凝胶微球（Alg-MPs）为药物载体,分别包埋能抑制细胞生长的紫杉醇（PTX）和能促进细胞生长的人内皮细胞生长因子（VEGF165）。然后将这两种载药体系以一定的比例与PVA水凝胶共混,制备出可以控制细胞生长的PTX-GPG/VEGF,65-Alg/PVA支架。结果显示在该支架中,VEGF165具有短程快速释药的特性,PTX具有长程缓释的特性；MTT分析证明该支架具有在实验初期促进内皮细胞等的生长,并且在实验后期抑制平滑肌细胞等过度增殖的效果；荧光显微镜以及光学显微镜观察显示,该支架具有良好的生物相容性和细胞粘附性。细胞在PTX-GPG/VEGF165-Alg/PVA支架上的生长特性,符合血管支架的临床要求。人们期望在植入初期,内皮细胞能在支架上快速生长,以减小组织对支架的排异性；而在后期则希望能抑制平滑肌细胞等在支架上的生长,从而抑制血管内膜增生。这些特性使得该药物载体/水凝胶支架在临床医学及组织工程学中具有潜在的应用价值。（3）由于壳聚糖的酶解过程具有环境依赖性,我们设计了一种溶菌酶-微球载体/壳聚糖复合膜,使其降解速率不随环境条件的改变而变化。以海藻酸钙微球为载体,制备了抗pH干扰的可降解壳聚糖膜。研究了海藻酸钙微球的交联条件对其溶胀度、载药量、释药行为以及对载溶菌酶-海藻酸钙微球/壳聚糖复合膜降解行为的影响。结果显示,在10 wt%的CaCl2溶液中交联4h得到的海藻酸钙微球载体性能较好。我们进一步研究了载溶菌酶-海藻酸钙微球/壳聚糖复合膜在不同pH值条件下的降解行为。结果显示,其降解曲线在不同的pH值下几乎重合。说明该载溶菌酶-海藻酸钙微球/壳聚糖复合膜的降解行为具有良好的抗pH干扰特性。与此同时,我们还设计和研究了抗温度干扰的载溶菌酶-聚异丙基丙烯酰胺微球/壳聚糖复合膜。这种复合膜的降解行为也具有一定的抗温度干扰性。我们通过Peppas指数方程对比了两种载体的释药特性,并结合米氏方程的推导公式,分析了载体对溶菌酶的控释作用对复合膜降解过程中的影响。这些理论分析为选择更加合适的载体提供了依据。体外细胞实验表明,这几种壳聚糖复合膜都具有良好的生物相容性。（4）通过带正电荷的壳聚糖（CS）纳米微球载体与带负电荷的GPG胶束载体的静电自组装,制备了一种微观尺度的新型双重载药复合体系。通过改变CS与GPG的配比,确定了这两种聚电解质纳米微球静电自组装形成稳定溶液的区域。体外释药结果显示在该双重载药体系中,Asp和DOX的释放都具有明显的pH响应性。并且由于带负电荷的GPG胶束在CS凝胶微球表面聚集,使得CS载药微球的释药通道变窄,从而降低了Asp的释放速率,延长了释药周期。我们期望这一新型双重载药纳米复合体系可为制备多重载药体系带来新的思路,并在协同给药的治疗领域中得到很好的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 高分子载体的研究和应用
• 1.2 两亲性共聚物的自组装及载药胶束体系
• 1.2.1 嵌段共聚物自组装原理及胶束制备
• 1.2.2 嵌段共聚物胶束的结构和形貌
• 1.2.3 环境敏感型胶束
• 1.2.4 纳米胶束载药体系
• 1.3 聚合物水凝胶及其载药体系
• 1.3.1 水凝胶体系的结构特点
• 1.3.2 聚合物水凝胶体系的制备
• 1.3.3 水凝胶体系的表征
• 1.3.4 水凝胶在医疗领域的应用
• 1.3.5 水凝胶载药体系的释药机理
• 1.4 本论文研究的目的与主要内容
• 1.5 本论文的创新点
• 第二章 实验原料、仪器与测试方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验仪器与测试设备
• 2.3 样品的测试和表征
• 2.4 体外释药及细胞实验
• 第三章 基于胶束/水凝胶复合体系的双重药物载体
• 3.1 引言
• 3.2 载体的制备与表征
• 3.2.1 PBLG-b-PPO-b-PBLG共聚物的合成
• 3.2.2 载药胶束的制备
• 3.2.3 胶束/水凝胶双重载药体系的制备
• 3.3 载药体系结构的表征
• 3.4 载药体系的体外释药行为
• 3.5 胶束/水凝胶双重载药体系的释药机理
• 3.6 本章小结
• 第四章 细胞可控生长的药物载体/水凝胶复合支架
• 4.1 引言
• 4.2 药物载体及载药凝胶支架的制备
• 4.2.1 PTX-GPG载药胶束的制备
• 165-Alg载药微球的制备'>4.2.2 VEGF₁₆₅-Alg载药微球的制备
• 4.2.3 药物载体/水凝胶复合支架的制备
• 4.3 药物载体及载药支架结构的表征
• 4.4 药物的体外释放实验
• 4.5 药物载体/水凝胶支架的体外细胞实验
• 4.6 本章小结
• 第五章 可控降解的载溶菌酶-海藻酸钙微球/壳聚糖复合膜的研究
• 5.1 引言
• 5.2 载溶菌酶-微球/壳聚糖膜的制备
• 5.2.1 载溶菌酶-微球的制备
• 5.2.2 溶菌酶-微球载体载药量测定
• 5.2.3 载溶菌酶壳聚糖复合膜的制备
• 5.2.4 体外释药和降解实验
• 5.2.5 细胞培养
• 5.2.6 荧光显微镜和MTT分析
• 5.3 海藻酸钙载体性能的研究
• 5.4 载溶菌酶-海藻酸钙载体/壳聚糖膜降解行为的研究
• 5.5 药物释放和降解机理的研究
• 5.6 生物相容性和细胞增殖
• 5.7 本章小结
• 第六章 多级自组装制备双重药物载体
• 6.1 引言
• 6.2 样品制备及性能测试
• 6.2.1 壳聚糖微球（CS-MPs）的制备
• 6.2.2 GPG胶束的制备
• 6.2.3 聚电解质微球的静电自组装
• 6.2.4 性能测试
• 6.2.5 体外药物释放实验
• 6.3 聚电解质微球静电自组装行为的研究
• 6.4 药物载体的形貌表征
• 6.5 体外释药行为的研究
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士研究生期间发表的论文