壳聚糖基聚电解质复合物纳米粒子的制备、表征及其药物负载性能的初步研究

论文摘要

聚电解质复合物（Polyelectrolyte complexes，PEC）是指两种带有相反电荷的大分子通过静电吸引力的相互作用所形成的大分子复合物。由于其具有很多优异性，近二十年来得到了广泛的研究，并在环保、新型膜材料、模板聚合、蛋白质分离、药物载体及分子自组装等领域得到了广泛的应用。天然聚阳离子电解质壳聚糖（CS），具有生物可降解性、低毒、良好的生物相容性，可自行降解、代谢，可被机体吸收和排泄等特点，因而广泛应用于生物医药和制剂。药物制剂上纳米粒子（又称毫微球，直径为10-1000nm）比微米粒子具有更多优越性，可使大分子顺利通过上皮组织，促进药物的渗透吸收，有效地提高药物的生物利用度，减少副作用。研究壳聚糖的分子参数和复合另一种高聚物对纳米粒子给药性能的影响，以及增强药物与生物体表作用的敏锐性和提高药物的传输效果都是很有意义的工作。 本论文的工作是基于上述研究背景以及发展趋势展开的，主要研究兴趣在CS基聚电解质复合物纳米粒子的制备、表征以及在药物载体方面的应用，得到了以下几方面的实验结果： （1）在酸性条件下，以过氧化氢降解高分子量壳聚糖，通过改变过氧化氢用量、反应温度以及反应时间得到不同分子量的壳聚糖，分子量的测定采用粘度法。利用阴离子染料茜素红（ARS）与CS在pH 5.0的NaAc-HAc缓冲液中生成复合物，反应体系在425nm处吸光值变化与壳聚糖含量成线性关系，据此建立一种具有高选择性和高灵敏度的简便快速测定壳聚糖含量的分光光度法。确定了含量分析的条件，建立了不同分子量CS的线性关系。采用该种方法可测量复杂样品中微量壳聚糖的含量。 （2）CS可以直接与阴离子药物复合形成纳米粒子完成对药物的包埋，我们以甘草酸（GLA）为模型药物，通过离子凝胶化作用在比较温和的条件下制备了CS-GLA纳米粒子。该方法的主要优点是过程中无溶剂和表面活性剂的存在，可以在室温下进行。该体系纳米粒子带有正的表面电荷，可以均匀地分散于水中，具有较好的稳定性。采用FT-IR、动态光散射、透射电镜、荧光光谱以及zeta电势研究了纳米粒子的物理化学性能，结果发现只有GLA／CS质量比大于0.04时体系才有纳米粒子生成，CS分子量、GLA／CS质量比、体系pH以及盐浓度对纳米粒子的水合半径和粒径分散都有比较明显的影响。制备纳米粒子的最佳条件是：CS分子量（Mws）17.9kDa，pH 6.5，GLA、CS质量比为0.09，该条件制备的纳米粒子平均水合粒径为298nm，分散指数0.04。透射电镜结果表明，纳米粒子是一种表面比较光滑的近球状结构。当GLA／CS质量比从0.07增加至0.14时，纳米粒子对GLA的包封率88.1％降至55.5％，而载药量则从6.4％增加至7.3％。体内、外药物释放研究发现，经CS包埋后对甘草酸具有一定的缓释效果。 （3）为了提高纳米粒子对药物的载药量，控制药物的体内外释放速度，我们制备了壳聚糖-聚天冬氨酸（CS-PAsp）纳米粒子用于亲水性药物的包埋。采用两种滴加方式研究聚电解质复合物纳米粒子的形成过程：CS溶液滴加入PAsp溶液中（正体系），或者相反（反体系）。结果发现通过改变正负电荷摩尔比可以得到正负表面电荷的纳米粒子，纳米粒子具有规整的球状结构，水合粒径在80-400nm之间。纳米粒子的微结构强烈依赖于正负电荷比以及CS和PAsp的分子量。系统地研究了CS、PAsp分子量、正负电荷比、纳米粒子制备条件、体系pH值、盐浓度以及温度等因素对纳米粒子水合粒径的影响，从而为快速构造特定结构纳米粒子提供理论依据。 （4）将正体系制备得到的CS-PAsp纳米粒子用于亲水性药物阿霉素（DOX）和5-氟尿嘧啶（5FU）的包埋，利用两种方法（混合法和吸附法）制备了载药纳米粒子。结果发现，纳米粒子对两种药物都有较高的载药量和包封率（分别达到DOX，38.5％和23.5％；5FU，40.2％和34.9％）。载药纳米粒子经戊二醛（GLA）交联后，具有较好的稳定性，室温下可放置三个月。体外释放表明，DOX由于较好的水溶性和较大的分子结构，主要包埋于纳米粒子表层结构，突释现象比较明显，而且控释效果不好。两种方法制备的载5FU纳米粒子经GLA交联后，控释时间可到144小时，突释也大大降低，体外释放机理基本上符合Hixson-Crowell模型。体内释放结果发现，交联纳米粒可以大大提高5FU的血药浓度曲线下面积，延长5FU的半衰期。研究还发现，体内外释放曲线具有显著的相关性，因而体外释放可以为体内释放提供理论依据。 （5）混合法载5FU正体系纳米粒子经交联后用于裸鼠肿瘤的治疗，21天后肿瘤体积和瘤重抑制率分别达到81.10％和72.79％，而单独5FU只有74.53％和65.3％。副作用研究发现，经载药纳米粒子治疗后的裸鼠，生理性能与生理盐水处理的无明显差异，而5FU治疗后各性能差异显著。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 聚电解质复合物概述
• 1.2 聚电解质复合物的类型及形成机理
• 1.2.1 聚电解质复合物的类型
• 1.2.2 聚电解质复合物形成机理
• 1.3 聚电解质复合物的形成过程和结构的研究方法
• 1.3.1 研究聚电解质复合物形成过程及结构的方法
• 1.3.2 影响聚电解质复合物形成及结构的因素
• 1.4 聚电解质复合物在药物控释中的应用
• 1.4.1 刺激响应药物控释中的应用
• 1.4.2 免疫隔离细胞移植方面的应用
• 1.4.3 多肽蛋白质药物释放中的应用
• 1.4.4 基因治疗方面的应用
• 1.5 壳聚糖基聚电解质复合物的药物控释研究
• 1.5.1 壳聚糖的基本特性
• 1.5.2 壳聚糖基聚电解质复合物用作药物载体的研究进展
• 1.5.3 壳聚糖基聚电解质复合物纳米粒子给药体系
• 1.6 论文研究工作设计
• 参考文献
• 第二章 壳聚糖的降解以及含量的测定
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 材料与试剂
• 2.2.2 壳聚糖高度脱乙酰化产物的制备
• 2.2.3 壳聚糖的降解
• 2.2.4 壳聚糖分子量的测定
• 2.2.5 壳聚糖含量的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 FT-IR表征壳聚糖脱乙酰度的变化
• 2.3.2 壳聚糖的降解以及分子量的测定
• 2.3.3 壳聚糖定量分析
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 壳聚糖甘草酸纳米粒子的制备、表征以及机理的初步研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 材料和试剂
• 3.2.2 壳聚糖甘草酸纳米粒子的制备
• 3.2.3 纳米粒子的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 CS-GLA纳米粒子的结构
• 3.3.2 浊度法研究CS-GLA复合物的形成过程
• 3.3.3 荧光法表征CS-GLA复合物的形成过程
• 3.3.4 CS-GLA纳米粒子的尺寸大小及影响因素
• 3.3.5 CS-GLA聚电解质复合物形貌
• 3.3.6 CS-GLA纳米粒子形成机理探讨
• 3.3.7 载药量和键合效率的研究
• 3.3.8 壳聚糖甘草酸氨盐的体外释放
• 3.3.9 壳聚糖甘草酸氨盐的体内释放
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 壳聚糖聚天冬氨酸纳米粒子的制备、表征以及机理的初步研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 材料与试剂
• 4.2.2 壳聚糖聚天冬氨酸纳米粒子的制备
• 4.2.3 壳聚糖聚天冬氨酸纳米粒子的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 正体系纳米粒子
• 4.3.2 反体系纳米粒子
• 4.3.3 正反体系纳米粒子形貌影响因素及机理的探讨
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 壳聚糖聚天冬氨酸纳米粒子包载药物以及释放过程和机理的初步研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 材料与试剂
• 5.2.2 负载药物壳聚糖聚天冬氨酸纳米粒子水分散体系的制备
• 5.2.3 负载药物壳聚糖聚天冬氨酸纳米粒子的表征
• 5.2.4 壳聚糖聚天冬氨酸纳米粒子的载药量和包封率测量
• 5.2.5 药物释放的研究
• 5.2.6 纳米粒子治疗裸鼠肿瘤的研究
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 CS-PAsp包载阿霉素的研究
• 5.3.2 CS-PAsp纳米粒子对5FU的包载
• 5.3.3 CS-PAsp粒子包载药物体外释放机理研究和探讨
• 5.3.4 载药纳米粒子的体内释放
• 5.3.5 体内外相关性
• 5.3.6 载药纳米粒子对裸鼠肿瘤的抑制
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 全文总结
• 致谢
• 攻读博士期间发表和投出的文章和专利