抗癌药物载体的分子结构设计与行为控制

论文摘要

化疗是癌症治疗的重要手段之一。传统化疗给药方式的治疗效果有限,而且常常给病人带来严重的毒副作用。因此,人们期望寻找到更为安全有效的给药方式,纳米尺寸的药物载体即为其中一类重要研究方向。在已有研究的基础上,本研究拟设计、制备“智能”型的纳米药物传递系统,以此达到肿瘤特异性靶向传递和药物可控释放的目的。我们在论文中通过五个方面来展示具体的工作：在第一章中,我们介绍了肿瘤组织、细胞结构与正常组织的区别,并从靶向传递与药物释放行为控制两个方面总结了纳米药物传递系统研究的最新进展。在第二章中,我们将mPEG-orthoester-NH2接枝到共聚物聚（NAS-co-BMA）的骨架上,合成了PEG可离去的接枝共聚物mPEG-g-p（NAS-co-BMA）。并在DMF和PBS的混合溶液中,利用含有两个对称原酸酯结构的二胺交联剂将其交联制备出酸敏感交联胶束。根据PEG含量的不同,交联胶束表现出不同的形貌：分子中含有近似一条PEG链的交联胶束在水相中呈“海胆”结构,而含有三条PEG链的交联胶束则形成了纳米线。交联胶束的水解与pH高度相关,弱酸条件下的水解大大强于生理pH条件。交联胶束的水解产物会重新自组装形成囊泡结构。此外,我们还研究了该交联胶束对抗癌药物紫杉醇（PTX）的负载及pH相关的药物释放行为。细胞毒性实验表明,该交联胶束具有较好的生物相容性,在浓度高达800mg L-1时也未表现出明显的细胞毒性。在第三章中,我们提出了一种新型的载药技术——使用前药基的纳米自组装体来包载疏水药物。我们合成了聚合物Biotin-polyethylene glycol-doxorubicin prodrug （BPD）作为模型两亲性聚合物前药,以包载游离药物Dox和CPT。复合物BPD-Dox和BPD-CPT中的药物含量分别高达39%和26%。我们用MTT法检验了前药-药物复合物的细胞毒性,用共聚焦激光显微镜观察了细胞摄取复合物的能力。我们发现前药-药物复合物表现出了与游离药物相媲美的治疗效果,同时有效抑制了药物对正常细胞的副作用。这个技术为构建高载药量,高抗癌活性的药物传递系统提供了新的思路。在第四章中,我们制备了肿瘤特异性的药物传递系统——“纳米花”。“纳米花”由两种聚合物组份形成：十八烷基-b-聚乙二醇-（生物素）-苄亚胺-b-十八烷基（CPCB）和十八烷基-b-聚乙二醇-腙键-b-阿霉素（CPD）。在肿瘤组织外,共价键合的Dox避免了药物的提前释放,而“纳米花”中折叠的PEG链有效地保护了靶向分子,抑制了配体与受体间的特异性结合。随着pH值的下降,“纳米花”在肿瘤组织酸环境中呈半开状态,并将靶向分子暴露在载体的表面；当“纳米花”进入癌细胞内,在内涵体酸性条件刺激下完全开放,释放出Dox。“纳米花”在pH刺激下逐步开放的性质实现了肿瘤识别的细胞内吞到细胞内的定点药物释放的过程,使其具有了癌症化疗载体的应用潜力。在第五章中,我们制备了ABA型的聚合物CPB-p-C作为传统胶束基药物载体的光激活肿瘤靶向配体。在我们的设计中,功能化配体CPB-p-C能在水相中形成花型胶束,将靶向分子生物素隐藏在胶束内核的表面,进而以PEG的位阻效应抑制生物素与Avidin的特异性结合。在光刺激下,邻硝基苯基团断裂,花型胶束结构破坏,生物素随着PEG的伸展暴露在胶束表面,产生配体-受体介导的靶向传递。我们通过共聚焦激光显微镜与流式细胞术研究了光激活的肿瘤靶向传递行为。我们进一步研究了功能化配体的添加量对混合胶束靶向性能的影响,优化了混合胶束的配比,使其在具有较小副作用的同时保留合理的光激活肿瘤靶向活性。结果表明,CPB-p-C作为功能化配体能有效赋予传统药物传递系统以肿瘤识别性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 肿瘤组织的结构与微环境
• 1.1.1 肿瘤组织、细胞结构的特点
• 1.1.2 肿瘤细胞外环境的特点
• 1.1.3 肿瘤细胞内环境的特点
• 1.1.4 可作用于肿瘤的外部刺激信号
• 1.2 智能型药物载体设计的研究现状
• 1.2.1 靶向传递行为控制
• 1.2.1.1 电荷转换型靶向传递体系
• 1.2.1.2 应用“光笼”（photo-caging）技术的靶向传递
• 1.2.1.3 基于聚合物保护层脱离的靶向抑制与活化
• 1.2.1.4 其他类型的智能肿瘤靶向传递体统
• 1.2.2 药物释放行为控制
• 1.2.2.1 释放化学键合型药物
• 1.2.2.2 释放物理包封型药物
• 本课题的选题目的及主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 基于环状原酸酯结构的可降解交联胶束及其酸敏感的药物控制释放行为
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 材料与试剂
• 2.2.1.1 制备2,2,2-trifluoro-N-（1,3-dihydroxypropan-2-yl）-acetamide（1）
• 2.2.1.2 制备2,2,2-trifluoro-N-（2-ethoxy-1,3-dioxan-5-yl）-acetamide（2）
• 2.2.1.3 制备2,2,2-trifluoro-N-（2-（ω-methoxy）PEGyl-1,3-dioxan-5-yl）-acetamide（3）
• 2.2.1.4 制备2-（ω-methoxy）PEGyl-1,3-dioxan-5-ylamine（mPEGorthoester-NH2）（4）
• 2.2.1.5 制备2-（5-amino-1,3-dioxan-2-yloxy）triethoxy-1,3-dioxan-5-ylamine（5）
• 0）'>2.2.1.6 合成聚合物Poly（N-（acryloyloxy）succinimide-co-butylmethacrylate）p（NAS-co-BMA）（P₀）
• 1 and P₃）'>2.2.1.7 合成mPEG-g-p（NAS-co-BMA）（P₁ and P₃）
• 2.2.2 聚合物表征
• 2.2.3 胶束的制备与交联
• 2.2.4 测定临界胶束浓度（CMC）
• 2.2.5 动态光散射（DLS）
• 2.2.6 透射电子显微镜（TEM）
• 2.2.7 交联胶束包载及释放紫杉醇
• 2.2.8 细胞毒性试验
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 材料的合成表征
• 2.3.2 胶束的制备与交联
• 2.3.3 酸刺激的交联胶束的水解
• 2.3.4 交联胶束包载及释放紫杉醇
• 2.3.5 材料的细胞毒性
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 前药载药纳米自组装体作为肿瘤靶向药物传递体系的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与材料
• 3.2.1.1 合成t-butyl carbazate
• 3.2.1.2 合成N-boc-2-bromoacetohydrazide
• 3.2.1.3 合成N-boc-2-azideacetohydrazide
• 3.2.1.4 合成Dox-N3
• 3.2.1.5 合成Biotin-NHS
• 3.2.1.6 合成Boc-NH-PEG-Alkyne
• 3.2.1.7 合成Biotin-PEG-A1kyne（BPA）
• 3.2.1.8 合成Biotin-PEG-Dox（BPD）
• 3.2.2 聚合物表征
• 3.2.3 两亲性前药的临界聚集浓度（CAC）
• 3.2.4 动态光散射（DLS）
• 3.2.5 透射电子显微镜（TEM）
• 3.2.6 测定前药与前药/药物自组装体中药物的含量
• 3.2.7 共聚焦激光显微镜试验
• 3.2.8 细胞毒性实验
• 3.3 结构与讨论
• 3.3.1 前药的合成
• 3.3.2 表征前药自组装的物理性质与包载药物的能力
• 3.3.3 体外细胞内药物传递
• 3.3.4 前药自组装体与前药-药物复合物的细胞毒性
• 3.3.5 聚合物的细胞毒性
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 pH调控“纳米花”肿瘤识别药物传递系统的制备及研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与材料
• 4.2.2.1 合成Dox-N3
• 4.2.2.2 合成NH2-C3H6-N3（叠氮丙基胺）5
• 4.2.2.3 合成Octadecyl 4-formylbenzoate 6
• 4.2.2.4 合成Octadecyl 4-（（prop-2-ynylimino）methyl）benzoate 7
• 4.2.2.5 合成Octadecyl 4-（（3-azidopropylimino）methyl）benzoate8
• 4.2.2.6 合成Biotin-NHS 9
• 4.2.2.7 合成Biotin-lys（Boc）-OH 10
• 4.2.2.8 合成Biotin-lys（Boc）-N3 11
• 4.2.2.9 合成CDI-activated PEG-b-C18 12
• 4.2.2.10 合成Biotin-lys（PEG-C18）-N3 13
• 4.2.2.11 合成Alkyne-PEG-C18 14
• 4.2.2.12 “点击”化学合成
• 4.2.3 “纳米花”混合胶束的制备
• 4.2.4 结构表征
• 4.2.5 胶束的临界胶束浓度（CMC）
• 4.2.6 动态光散射（DLS）
• 4.2.7 透射电子显微镜（TEM）
• 4.2.8 HABA/Avidin分析
• 4.2.9 细胞吞噬试验
• 4.2.10 药物控制释放试验
• 4.2.11 MTT细胞毒性试验
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 材料的合成
• 4.3.2 CPCB/CPD混合胶束粒子尺寸与形貌
• 4.3.3 “纳米花”的开花过程
• 4.3.4 细胞内吞实验
• 4.3.5 体外药物释放实验
• 4.3.6 “纳米花”的体外抗癌活性
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 位阻保护、光激活的肿瘤靶向药物传递体系的设计与研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 材料与试剂
• 5.2.1.1 合成1-（3-methoxy-4-（octadecyloxy）phenyl）ethanone（1）
• 5.2.1.2 合成1-（5-methoxy-2-nitro-4-（octadecyloxy）phenyl）ethanone（2）
• 5.2.1.3 合成1-（5-methoxy-2-nitro-4-（octadecyloxy）phenyl）ethanol（3）
• 5.2.1.4 合成1-（5-methoxy-2-nitro-4-（octadecyloxy）phenyl）ethanol（Alkyne-p-C,4）
• 5.2.1.5 合成Biotin-lys（PEG-C18）-N3（5）
• 5.2.1.6 合成炔基树脂
• 5.2.1.7 合成聚合物CPB-p-C
• 5.2.2 结构表征
• 5.2.3 胶束的临界胶束浓度（CMC）
• 5.2.4 动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）
• 5.2.5 胶束的制备
• 5.2.6 紫外光降解试验
• 5.2.7 HABA/Avidin分析
• 5.2.8 细胞吞噬试验
• 5.2.9 测定细胞胞吞途径
• 5.2.10 细胞毒性试验
• 5.2.11 统计学分析
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 聚合物合成与表征
• 5.3.2 胶束的制备与表征
• 5.3.3 紫外光降解试验
• 5.3.4 HABA/Avidin分析
• 5.3.5 细胞内吞实验
• 5.3.6 测定细胞胞吞途径
• 5.3.7 细胞毒性试验
• 5.4 结论与展望
• 参考文献
• 附录 作者在攻读博士学位期间已发表和待发表的论文
• 致谢