多功能聚合物胶束分子的设计合成及其在癌症诊疗中的应用研究

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聚合物胶束分子在药物输运方面具有良好的应用前景。本文重点叙述了几种聚合物胶束分子的合成、结构表征及其载药特性,实现了对阿霉素、紫杉醇等抗癌药物和单壁碳纳米角这一光热试剂的负载或增溶,主要内容如下:  (一)合成制备了具有三种pH响应的壳聚糖胶束((6%DCA)-HPCHS、(12%DCA)-HPCHS和(6%DCA)-HPCHS-(0.1%FA))用于DOX的输运。对(6%DCA)-HPCHS、(12%DCA)-HPCHS两种载药聚合物释药行为的研究表明,脱氧胆酸(deoxycholic acid,DCA)的接枝比例对pH响应性具有重要影响。向DCA-HPCHS上引入叶酸分子,进一步研究了叶酸分子对释药行为的影响。实验中首次发现叶酸分子的引入对载药聚合物胶束的pH响应性有显著影响。在综合考虑生物相容性和pH响应性的基础上,通过优化DCA和FA的接枝比例,得到了最优的聚合物胶束分子的结构为(6%DCA)-HPCHS-(0.1%FA),并用于DOX的pH响应性输运,其包封率和载药量分别为97.85%和3.6%。进一步实验结果详细揭示了该载药聚合物胶束的pH响应机理。即在微酸条件下,(6%DCA)-HPCHS-(0.1%FA)分子中的酰胺键会发生缓慢水解,壳聚糖骨架上的氨基残基发生质子化引发聚合物分子与DOX的静电相互作用,进一步促使载药聚合物分子在微酸环境下特异性释药。细胞实验表明,这种具有pH响应性和叶酸靶向性双重作用的载药体系可以选择性杀伤肿瘤细胞。  (二)制备了基于SWNHs的一种光热-化疗联合治疗的载药体系。将DOX负载于SWNHs上,然后进一步修饰DCA-HPCHS制备得到的DOX-SWNHs/DCA-HPCHS纳米颗粒具有良好的稳定性和生物相容性。该递药体系综合了SWNHs的热疗作用和DOX的化疗作用双重效果。重要的是,细胞实验结果和活体实验结果表明,DOX的化疗效果在SWNHs的光热作用下得到显著增强。因此,这种通过选择性给光作用实现光热促进化疗的递药体系将在降低毒副作用、提高疗效方面具有良好的应用前景。  (三)合成制备了基于SWNHs的SWNHs/C18PMH-PEG诊疗一体化体系,可成功用于光声成像指导下的光热治疗。由于SWNHs/C18PMH-PEG在近红外窗口具有强烈的吸收,SWNHs/C18PMH-PEG可以同时作为光声造影剂和光热疗试剂。体外细胞实验和活体实验均证明SWNHs/C18PMH-PEG在激光辐照下产生的光热作用可以对癌细胞进行有效杀伤,并能够成功消融肿瘤。重要的是,SWNHs/C18PMH-PEG还可作为光声成像造影剂,实时监测其在肿瘤部位的最大富集量,实现对肿瘤边界部位的清晰成像,为后续的激光消融肿瘤提供最佳治疗方案。动物实验结果表明,在通过SWNHs/C18PMH-PEG的光热作用成功实现消融肿瘤的同时,小鼠体重没有明显减轻、组织器官没有发生病变,证明基于该治疗体系的光热疗没有明显毒副作用。  (四)合成了一种能够同时对ROS和GSH作出响应的硫缩酮寡聚物,并将其用作药物载体,实现对PTX的智能响应性输运。体外实验证明合成制备的PTX-TKNs能够对生理的双氧水(100μM)做出响应,实现对PTX的释放。同时,PTX-TKNs还表现出良好的GSH响应性能,即在高浓度(10 mM)GSH的作用下,PTX-TKNs内部二硫键的断裂会导致轻微的溶胀效应,并伴随PTX的响应性释放。体外细胞实验结果证明PTX-TKNs能够选择性杀伤ROS高表达的PC-3细胞和GSH上调的CHO细胞,而对正常CHO细胞的生长几乎不会造成伤害。考虑到癌细胞胞外伴随炎症反应ROS含量升高,而其胞内GSH含量升高,PTX-TKNs可作为一种同时在癌细胞胞内和胞外响应性释药的纳米药物用于癌症的靶向治疗。同时,该药物载体还可能在其他药物和基因的输运方面具有潜在的应用价值。
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