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蛋白质疗法由于其高效、高特异性和低毒副作用等优点,在多种疾病的治疗方面具有广阔的应用前景,如抗癌类抗体贝伐单抗、利妥昔单抗等,小分子蛋白端粒酶B、细胞色素C、RNA酶A等,治疗糖尿病类药物胰岛素等,治疗自身免疫疾病的IL-6单抗、IL-17单抗、CD20单抗等。然而,由于蛋白类药物易变性失活、膜渗透能力差等特点,蛋白药物的临床转化受到极大地限制。本论文以高分子载体为基础,利用肿瘤生理微环境的特点,设计了纳米凝胶与植入支架的高分子载体用于维持蛋白药物在递送过程的生理活性并实现蛋白药物在靶向部位的可控释放。具体的研究内容和主要结论如下:(1)葡萄糖与pH双敏感型纳米凝胶用于蛋白药物的细胞内递送。苯硼酸与顺式二醇可以在生理环境下形成硼酯键,而形成的硼酯键可以在高葡聚糖浓度或者酸性环境下发生断裂。我们利用这个反应,以葡聚糖和聚(L-谷氨酸)-g-甲氧基聚乙二醇/氨基苯硼酸(PLG-g-mPEG/PBA)为基础,设计了由苯硼酸和顺式二醇交联形成的pH和葡萄糖双响应型生物可降解纳米凝胶用于蛋白药物的递送。交联网格使α-淀粉酶和透明质酸酶的载药效率分别达到55.6%和29.1%。蛋白药物的体外释放曲线显示,蛋白药物的释放速率依赖于pH值或葡萄糖浓度,即在pH 7.4或健康血糖水平(1 mg/mL葡萄糖)下蛋白药物的释放速率较慢,而在pH 5.5或糖尿病血糖水平(高于3mg/mL葡萄糖)时,蛋白药物具有较快的释放速率。更重要的是,圆二色谱表明,释放后蛋白药物的二级结构保持不变,有效地证明了纳米凝胶可以维持蛋白的二级结构。(2)乏氧敏感型纳米凝胶用于蛋白药物的细胞内递送。RNA酶是一类能够特异性水解RNA的核糖核酸磷酸二酯键的酶,可作为细胞毒性蛋白药物进入肿瘤细胞。由于RNA酶高活性与高特异性的优点,RNA酶在临床治疗肿瘤方面吸引了很多关注。然而RNA酶存在不稳定、循环半衰期短、膜渗透性差等缺点。为了克服这些挑战,我们设计了一种由β环糊精(βCD)与偶氮苯(Azo)超分子自组装的纳米凝胶用于RNA酶的细胞内递送。具体地,我们以聚谷氨酸接枝聚乙二醇单甲醚(PLG-g-mPEG)为聚合物骨架,将偶氮苯和β环糊精接枝到聚合物主链上。在温和的水溶液条件下,RNA酶可以被负载到纳米凝胶中。优化后的纳米凝胶的RNA酶载药量和包封效率分别为23.5%和50.4%。在肿瘤细胞内过度表达的硝基还原酶(NTR)的存在下,由于Azo的构象转变,Azo与βCD之间的交联点被破坏,RNA酶从纳米凝胶内释放然后杀伤肿瘤细胞。体外释放结果显示,乏氧条件下72h内有75.0%的RNA酶释放,而在常氧条件下,只有19.7%的RNA酶释放。细胞毒性实验表明,与游离的RNA酶相比,负载RNA酶的纳米凝胶有更强的抑制4T1细胞增殖的作用。体内研究显示,经过负载RNA酶的纳米凝胶的治疗,小鼠的肿瘤抑制率为68.7%,而游离的RNA酶没有任何的治疗效果。为了进一步增强肿瘤的乏氧状态,增强RNA酶在肿瘤部位的释放,我们将纳米化的RNA酶与血管阻断剂康普瑞汀联用,获得了 91.7%的肿瘤抑制率。(3)pH敏感型植入支架用于单抗药物的局部缓释。多种抗体类药物如aPD-1在抗肿瘤治疗方面有着重要的作用,但是抗体类药物的体内应用面临着免疫原性强、靶向能力不足的缺陷,抗体类蛋白药物的应用亟需一种载体,实现其在病灶部位的高效累积并且减少在正常组织的暴露。水凝胶是由含有亲水性基团的聚合物交联形成的一种材料,能够吸收大量的水份。它们丰富的孔隙和良好的生物相容性使得它们成为极具吸引力的药物递送载体。特别是,水凝胶用于药物装载几乎没有限制,不仅可以用于小分子药物的装载,还可以用于蛋白类大分子药物的装载,因此,水凝胶已被广泛用于蛋白药物的局部缓释。我们利用氧化葡聚糖(ODEX)和4臂聚乙二醇氨基(4臂PEG-NH2)在温和条件下通过席夫碱反应制备水凝胶,冻干后得到可用于腹腔植入的生物植入支架,在制备过程中分别装载DOX和aPD-1。体外研究证实了 DOX和aPD-1可以从生物植入支架中缓慢而持续的释放。体内研究表明,生物植入支架可以在小鼠腹腔内缓慢降解,并在小鼠腹部维持较高的药物浓度。在小鼠结肠癌的腹腔转移瘤模型上(CT26-PMC),负载DOX与aPD-1的植入支架显示出高效的肿瘤抑制效果,肿瘤抑制率高达89.7%,并且DOX与aPD-1的联合治疗相比于单药显示出良好的协同效应,协同指数值达到2.35。通过本论文的研究,我们开发了多种蛋白药物的递送载体用于抗肿瘤治疗,这些蛋白药物载体的设计为蛋白药物的靶向递送和可控释放提供了指导。