单分子胶束纳米聚集体的构建及其在药物输送与细胞成像中的应用

发布时间：2020-05-15 17:20

【摘要】：基于聚合物的纳米运载体系既能够克服小分子药物的不足,又能够利用体系的纳米特性提高药物疗效,近年来引起了研究人员的广泛兴趣。但是目前报道的聚合物纳米运载体系大多是由线性两亲性聚合物在分子间作用力驱动下通过自组装形成,故在外界条件变化时胶束很容易解离,进而导致小分子药物突释产生较大毒性,同时也导致输送体系失去纳米特性。另一方面,为了进一步提高聚合物纳米运载体系在体内的稳定性,文献报道通常利用“后修饰”策略将小分子试剂通过共价键连接到聚合物载体,而这种策略往往存在合成步骤繁琐、小分子试剂载入分布不均且载入量难以控制等缺点。与之相反,“自下而上”策略利用可聚合功能性前体直接聚合的方式制备运载体系,因而合成步骤更加简洁,功能性试剂在基体中分散均匀且含量可调控,所得材料的结构和性质的可控性更强,因而该方法十分适合用来制备对可重复性要求较高的生物材料。在本论文中,我们根据“自下而上”策略中可聚合功能性单体的概念,分别制备了不同功能的可聚合单体,随后利用“自下而上”策略构建了一系列基于单分子胶束及其聚集体的稳定纳米体系,并初步研究了它们在药物输送以及细胞成像领域的应用。本论文共分为四个部分,具体研究内容和结论概括如下:1.“自下而上”策略构建载药单分子胶束聚集体及其抗肿瘤活性评估尽管聚合物-药物缀合物在抗癌药物输送领域有着显著优势,但是如何通过一种简便的方法控制体系中药物的负载位置与负载量仍然具有很大的挑战性。本章中我们结合“自下而上”策略的灵活可控性以及单分子胶束的稳定性,成功合成了一类新型载药两亲性超支化多臂聚合物hPCM用于肿瘤治疗。首先将抗癌药物10-羟基喜树碱修饰成甲基丙烯酸酯类可聚合前药单体,随后将其聚合在H40大分子链转移剂表面,最后再聚合上亲水性聚磷酰胆碱单体即得到hPCM。在浓度高于CAC时,hPCM自组装形成多胶束聚集体,不断稀释至CAC以下,多胶束聚集体解离为单分子胶束。通过在体外和体内的实验研究发现,得益于单分子胶束独特的组装特性以及其胶束结构的稳定性,hPCM具有较长的体内循环时间,能够在肿瘤部位有效富集,并展现了显著的抗肿瘤效果。2.“自下而上”策略构建超支化聚药-光敏剂单分子胶束及其在肿瘤化疗-光动力联合治疗中的应用化疗-光动力联合治疗能够克服单一肿瘤治疗方法带来的多药耐药以及其他副作用,因而成为提高肿瘤治疗效果的重要手段。考虑到纳米载药体系在体内的稳定性,大量文献通过“后修饰”法构建了共价键连接的化疗-光动力联合治疗纳米体系。然而这类“后修饰”方法涉及到复杂的合成步骤以及繁琐的纯化工作,因而发展一种简单灵活的制备方法引起了科学工作者们极大的兴趣。本章中,我们利用“自下而上”方法,简便地构建了一种新型两亲性超支化聚药-光敏剂单分子胶束hPCBE用于肿瘤化疗-光动力联合治疗。通过将化疗药物与光敏剂分别进行修饰,得到可聚合前药/光敏剂单体,随后通过“自下而上”方法将二者共聚一步构建超支化聚药-光敏剂内核,在其表面覆盖聚乙二醇亲水单元后得到两亲性超支化聚药-光敏剂hPCBE。hPCBE在水中能够以稳定的单分子胶束形式存在,且与单一的化疗或光动力治疗体系相比,hPCBE展现出更高的肿瘤细胞毒性。3.BODIPY功能化荧光超支化聚半乳糖的构建及其在细胞靶向成像中的应用由于独特的靶向性质和表面的可修饰性,基于糖类聚合物的靶向性荧光纳米粒子在癌症诊断和治疗等生物医用领域具有良好前景。但是目前的合成方法往往存在合成步骤繁琐、荧光分子分布不均且容易局部分布过密导致荧光淬灭等缺点。在本章工作中,我们利用简便的“自下而上”策略构建了一种靶向性的荧光超支化聚半乳糖纳米粒子hPGVB。首先将乙酰基半乳糖和荧光分子BODIPY分别修饰上丙烯酸酯基团,制备出相应的可聚合功能性单体。随后通过RAFT聚合简便地合成了荧光超支化聚半乳糖hPGVB。hPGVB在水中能够自组装成稳定的纳米颗粒,且表现出优异的发光效率和光稳定性。此外,细胞实验结果表明hPGVB荧光纳米颗粒具有良好的生物相容性,且与无靶向性的荧光超支化聚合物hPEVB相比,hPGVB荧光纳米颗粒可以选择性地被ASGP受体过表达的HepG2细胞摄取,展现其在细胞靶向成像领域的应用潜力。4.单分子胶束策略构建稳定的AIE型荧光纳米粒子及其细胞长效成像中的应用AIE类荧光分子的独特发光特征使得它们成为构建水相应用荧光纳米粒子的重要手段。目前报道的绝大多数AIE型荧光粒子都是将AIE生色团连接在两亲性嵌段聚合物上,随后通过在水溶液中的自组装形成荧光纳米粒子。然而,这类由线性聚合物组装形成的荧光纳米子稳定性较差,在外界环境变化时胶束结构容易解离,而此时AIE生色团将从聚集态变为游离态,从而导致其发光性能减弱。本章中,我们利用单分胶束策略,构建了一类稳定的AIE型荧光纳米粒子HPC-star-PEG。首先以均三苯甲醛A3和四苯乙烯衍生物B2为单体,通过Wittig偶联反应合成末端为醛基的超支化共轭聚合HPC。醛基还原后再将线性聚乙二醇单体接枝到HPC表面得到核-壳结构的星状超支化共轭聚合物HPC-star-PEG。得益于超支化共轭聚合物的内在稳定性以及表面聚乙二醇壳层的保护,HPC-star-PEG胶束展现出优异的pH,温度,光照,储存,离子强度,血清蛋白稳定性。更重要的是,由于其共价连接的核-壳结构,HPC-star-PEG胶束在极度稀释的条件下仍然能够保持其荧光性质不变。基于HPC-star-PEG胶束的超高稳定性,我们还探索了其在细胞长程示踪成像中的应用。
【图文】：

吸附以及血流产生的剪切力等因素都可能导致胶束解离（图1-1）；更加值得注意的是，胶束注射到血液中后将立即受到大量血液的稀释，极有可能使得血液中聚合物浓度快速降低到其临界胶束浓度以下，此时胶束也将发生解离。图 1-1 共价键连接的单分子胶束和分子间作用力驱动形成的线性胶束在外界条件变化时的行为：单分子胶束保持其胶束结构完整，线性胶束结构解离Figure 1-1 Different behaviors of covalently linked unimolecular micelles and intermolecular forcesdrived linear micelles when external conditions changed: unimolecular micelles are stable and linearmicelles can fall apartChen 等人利用 FRET 效应检测了线性胶束在体内的稳定性[31]。首先，他们选定了一对能够产生 FRET 效应的荧光分子对(DiO/DiI)，如图 1-2a 所示，在有机溶剂丙酮中时，，荧光分子对处于游离状态，二者距离较远无法产生 FRET 效应，此时荧光谱图上显示出二者各自的特征发射峰，分别位于绿光(DiO)和橘红光区(DiI)，将 DiO 与 DiI的发射峰强度分别记为 IDiO和 IDiI

第一章 绪论 束通过静脉注射打入兔子血液中，分别在注射后的 15 分钟、30 分钟在线监测血液的荧光谱图，并将各时间点的 FRET 值计算出来，再与，如果注射后兔子血液荧光谱图的 FRET 值靠近 I1，表明胶束已经解T 值靠近 I2，表明胶束保持完整。从兔子血液荧光谱图（图 1-2b）中脉注射 15 分钟后，其 FRET 值就已经接近 I1（图 1-2c），这个结果射 15 分钟后，FRET 荧光分子对从胶束核中泄露出来，也就表明此时结构已经发生解离。(a)2-
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R943;TB383.1


本文编号：2665381