γ-谷氨酰转肽酶响应电荷反转聚合物的设计与高效抗肿瘤纳米药物的构建
发布时间：2020-08-24 19:18
【摘要】：目前基于高分子等载体的抗肿瘤纳米药物具有广泛和迫切的需求,但现在临床应用的纳米药物仅仅能够降低药物毒副作用,与原药相比疗效并未显著提高。其主要原因是纳米药物进入肿瘤后滞留在血管周围、无法扩散至肿瘤内部并进入肿瘤细胞完成整个药物输送过程。在实体瘤中低效的渗透能力已成为制约纳米药物发展的瓶颈。研究表明表面带适当的正电荷可促进纳米药物在瘤内的渗透,但关键是如何使血液隐蔽性长循环载体在渗出后就能带上正电荷。传统的酸催化电荷反转策略由于纳米药物从肿瘤毛细血管中渗出后仍处在正常pH的细胞间质中,无法发生电荷反转、又难以扩散到达酸性区域,因此还是只能在肿瘤血管附近堆积,无法解决纳米药物在肿瘤组织渗透难的问题。基于肿瘤血管周围高表达多种酶的特点,我们设想:如果电中性或电负性血液长循环的载体渗出血管后,在酶的催化下产生氨基而带上正电将解决上述瓶颈问题。因此本论文设计合成了基于Y-谷氨酰转肽酶响应的电荷反转型高分子,该高分子在血液中呈电中(负)性,具有与PEG一样优异血液长循环性能,到达肿瘤组织后,在血管周边高表达的酶催化作用下,实现电荷反转,带上微弱的正电,使其具备强渗透能力,同时又能够提高纳米药物的入胞能力、实现胞内药物释放,最终在多种动物模型上验证了其具有很高的抑瘤活性。本论文的实验部分可分为三部分,第一部分由第2-6章构成。在这部分工作中,我们仿照GSH和γ-谷氨酰胺甘氨酸结构,分别设计合成了含γ-谷氨酰基的丙烯酰胺类单体GABEA和GAEA,并分别与喜树碱药物单体共聚得到聚合物药物键合物PGABEA-CPT以及PGAEA-CPT,对比研究了在不同浓度GGT催化下,PGABEA-CPT和PGAEA-CPT的电荷反转性能,发现GGT能有效催化PGABEA-CPT实现电荷反转,而PGAEA-CPT则对GGT不敏感,电势几乎不变。之后,我们系统研究了 PGABEA-CPT和PGAEA-CPT在不同细胞系(GGT阳性和阴性细胞)上的细胞毒性、入胞速率、入胞途径、亚细胞分布等细胞行为,并通过GGT活性抑制实验进一步研究了 GGT对其性质的重要影响。本论文的第四章中我们对PGABEA-CPT的血液稳定性、血浆清除及体内分布、生物安全性等体内生物学特性进行了研究,结果表明PGABEA-CPT的两性离子对结构赋予了其和PEG相当的血液长循环性能,同时在EPR效应和GGT的主被动双重靶向作用下,实现了在肿瘤组织的高效聚集。第五章中,我们着重研究了 PGABEA-CPT在体外肿瘤球和体内肿瘤组织中的渗透行为,发现PGABEA-CPT较PGAEA-CPT在体内外模型中都有更高效的渗透能力。并初步研究了 PGABEA-CPT在肿瘤组织强渗透能力的机理。发现其是通过胞膜窖介导的内吞-外泌途径实现了在细胞与细胞之间的快速穿透。第一部分的最后,我们通过HepG2腹腔瘤、HepG2皮下小肿瘤、HepG2大肿瘤以及胰腺癌原位等多种抑瘤模型验证了 PGABEA-CPT的高抗肿瘤活性,发现PGABEA-CPT抑瘤活性显著好于对照聚合物PGAEA-CPT和PEG-SS-CPT,且呈现出比临床抗肿瘤药物伊立替康(CPT11)更高效的抑瘤效果,能够清除起始肿瘤大小为100mm3的小肿瘤,治愈率高达100%,同时对于起始肿瘤大小达到500mm3的大肿瘤,抑瘤率仍然高达99%。最后在胰腺癌原位抑瘤实验中,与胰腺癌治疗一线药物吉西他滨相比,能够显著延长实验小鼠的生存期。本论文的第二部分,针对PGABEA-CPT在肾脏中也会大量蓄积,造成一定肾脏毒性的问题,我们设计合成GGT响应的嵌段聚合物PGABEMA-PHEMASN38,与对照化合物 PEG-PHEMASN38 相比,PGABEMA-PHEMASN38能更快被细胞内吞,同时表现出更强的细胞毒性,体内抑瘤实验也验证了PGABEMA-PHEMASN38 有着比 PEG-PHEMASN38 更好的抑瘤效果。在本论文的第三部分工作中,利用GGT也能特异性识别并水解苯胺与γ-谷氨酸形成的γγ-谷氨酰基的特性,设计合成了能被GGT识别并实现电荷反转的基因输送载体G-PDEAEA,该聚合物能通过静电自组装与DNA形成稳定的纳米复合物G-PDEAEA/DNA,受G-PDEAEA外端谷氨酰基离子对结构的影响,G-PDEAEA/DNA纳米复合物表现出优秀的抗血清和抗蛋白吸附性能,是一种较有潜力的阳离子聚合物基因载体。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TQ460.1
【图文】：
肿瘤祀向纳米药物的体内输送过程，是一邋＾ｔ从ｉ液循环系统（Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）向月中逡逑瘤组织内蓄积（Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ）、渗透（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）、细胞内吞（ｉｎｔｅｒｎａｌｉｚａｔｉｏｎ）、胞内逡逑药物释放（Ｒｅｌｅａｓｅ）的五步级联过程［５１］（图１．１）。每步都有高的效率是纳逡逑米药物获得高的输送效率和疗效的关键
瘤内部血管少，导致肿瘤内许多区域远离血管网，成为乏氧区。乏氧区内的肿瘤逡逑细胞具有很强的耐药性和转移能力，而即便是小分子药物也很难到达乏氧区，较逡逑大粒径的纳米药物更是如此（图１．３）。逡逑ｊ邋ｆ邋＇－．ｙｉ；逦ＦｎｄｏｌｈＨｍｌ逡逑ｔｏ邋ｔｉｓｓｕｅ－逦．．＞邋？邋＇逡逑ｊ邋ｐｒｅｓｓｕｒｔ＊逦．逡逑Ｂｌｏｏ邋二，逡逑一逦一丨．逡逑＇Ｔｕｍｏｕｆ逦Ｈｉｇｈ逦？．—■邋？邋－逡逑ｃ？Ｕ逦ｉｎｔｅｒｓｌｉｔｉａｌ邋＾逦ｌｏｒｌｕｏｕｓ逡逑Ｎａｔｕｒｅ邋Ｒｅｖｉｅｗｓ．邋＜邋ｊｉ．邋．邋？逡逑图１．３纳米药物在肿瘤组织的渗透障碍［７４］。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．３邋Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｄｒｕｇ邋ｔｒａｎｓｐｏｒｔ邋ｉｎ邋ｅｘｔｒａｖａｓｃｕｌａｒ邋ｔｕｍｏｒ邋ｔｉｓｓｕｅ．逡逑８逡逑
载药体系在肿瘤组织渗透方式不同，按照其渗透方式的不同可以分为两种，一种逡逑为穿过胖瘤间质的传递（Ｐａｒａｃｅｌｌｕｌａｒｔｒａｎｓｐｏｒｔ邋），另一种为通过细胞之间跨细胞传逡逑递（Ｔｒａｎｓｃｅｌｌｕｌａｒｔｒａｎｓｐｏｒｔ）（图１．４邋）邋。纳米药物n蛲阜绞接赡擅自靥遄陨硇灾叔义暇龆ǎ涑叽纭⒈砻娴缡啤⑷氚揪兑约八奘蔚陌邢蚨嚯亩蓟岫云湓谥琢鲎橹义仙感形斐捎跋臁ｅ义希垮澹濉澹澹ǎ诲义希茫浚耍浚驽澹希椋戾危ｅ澹簦睿迹剩铮簦颍荆澹眨幔戾澹茫澹妫戾义习骸ⅲВ眨睿铮簦鳎妫裕咒插巍⒁弧危停辏颍簦睿危辏苠义贤迹保床煌校粒停粒褪髦ψ创蠓肿釉谥琢鲎橹诖萋肪恫煌痛麇义弦ü琢黾渲蚀荩叽校粒停粒驮蛑饕ü赴淇缦赴荩罚怠俊ｅ义希疲椋纾酰颍邋澹保村澹校澹铮穑铮螅澹溴澹恚澹悖瑁幔睿椋螅礤澹妫铮蝈澹睿幔睿铮穑幔颍簦椋悖欤澹箦澹穑澹睿澹睿簦颍幔簦椋铮铄澹猓澹瑁幔觯椋铮蝈澹铮驽澹簦瑁邋义希校粒停粒湾澹洌澹睿洌颍椋恚澹颍箦澹簦瑁颍铮酰纾桢澹穑幔颍幔悖澹欤欤酰欤幔蝈澹簦颍幔睿螅穑铮颍翦澹ǎ牵玻╁澹铮蝈澹簦颍幔睿螅悖澹欤欤酰欤幔蝈澹簦颍幔睿螅穑铮颍翦澹ǎ牵罚义希保常玻卞逶轮辛黾渲蚀荩ǎ穑幔颍幔悖澹欤欤酰欤幔蝈澹簦颍幔睿螅穑铮颍簦╁义希樱澹酰睿纾穑颍镥澹龋铮睿绲热硕员攘瞬煌校粒停粒停危龋彩髦ψ创蠓肿釉冢常闹琢鲥义锨虻纳盖榭觯ㄍ迹保矗澹保担７⑾郑痛模校粒停粒湾澹ǎ牵玻危龋玻┎唤瞿芨戾义纤倬确植荚谙赴驶手
本文编号：2802736
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TQ460.1
【图文】：
肿瘤祀向纳米药物的体内输送过程，是一邋＾ｔ从ｉ液循环系统（Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）向月中逡逑瘤组织内蓄积（Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ）、渗透（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）、细胞内吞（ｉｎｔｅｒｎａｌｉｚａｔｉｏｎ）、胞内逡逑药物释放（Ｒｅｌｅａｓｅ）的五步级联过程［５１］（图１．１）。每步都有高的效率是纳逡逑米药物获得高的输送效率和疗效的关键
瘤内部血管少，导致肿瘤内许多区域远离血管网，成为乏氧区。乏氧区内的肿瘤逡逑细胞具有很强的耐药性和转移能力，而即便是小分子药物也很难到达乏氧区，较逡逑大粒径的纳米药物更是如此（图１．３）。逡逑ｊ邋ｆ邋＇－．ｙｉ；逦ＦｎｄｏｌｈＨｍｌ逡逑ｔｏ邋ｔｉｓｓｕｅ－逦．．＞邋？邋＇逡逑ｊ邋ｐｒｅｓｓｕｒｔ＊逦．逡逑Ｂｌｏｏ邋二，逡逑一逦一丨．逡逑＇Ｔｕｍｏｕｆ逦Ｈｉｇｈ逦？．—■邋？邋－逡逑ｃ？Ｕ逦ｉｎｔｅｒｓｌｉｔｉａｌ邋＾逦ｌｏｒｌｕｏｕｓ逡逑Ｎａｔｕｒｅ邋Ｒｅｖｉｅｗｓ．邋＜邋ｊｉ．邋．邋？逡逑图１．３纳米药物在肿瘤组织的渗透障碍［７４］。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．３邋Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｄｒｕｇ邋ｔｒａｎｓｐｏｒｔ邋ｉｎ邋ｅｘｔｒａｖａｓｃｕｌａｒ邋ｔｕｍｏｒ邋ｔｉｓｓｕｅ．逡逑８逡逑
载药体系在肿瘤组织渗透方式不同，按照其渗透方式的不同可以分为两种，一种逡逑为穿过胖瘤间质的传递（Ｐａｒａｃｅｌｌｕｌａｒｔｒａｎｓｐｏｒｔ邋），另一种为通过细胞之间跨细胞传逡逑递（Ｔｒａｎｓｃｅｌｌｕｌａｒｔｒａｎｓｐｏｒｔ）（图１．４邋）邋。纳米药物n蛲阜绞接赡擅自靥遄陨硇灾叔义暇龆ǎ涑叽纭⒈砻娴缡啤⑷氚揪兑约八奘蔚陌邢蚨嚯亩蓟岫云湓谥琢鲎橹义仙感形斐捎跋臁ｅ义希垮澹濉澹澹ǎ诲义希茫浚耍浚驽澹希椋戾危ｅ澹簦睿迹剩铮簦颍荆澹眨幔戾澹茫澹妫戾义习骸ⅲВ眨睿铮簦鳎妫裕咒插巍⒁弧危停辏颍簦睿危辏苠义贤迹保床煌校粒停粒褪髦ψ创蠓肿釉谥琢鲎橹诖萋肪恫煌痛麇义弦ü琢黾渲蚀荩叽校粒停粒驮蛑饕ü赴淇缦赴荩罚怠俊ｅ义希疲椋纾酰颍邋澹保村澹校澹铮穑铮螅澹溴澹恚澹悖瑁幔睿椋螅礤澹妫铮蝈澹睿幔睿铮穑幔颍簦椋悖欤澹箦澹穑澹睿澹睿簦颍幔簦椋铮铄澹猓澹瑁幔觯椋铮蝈澹铮驽澹簦瑁邋义希校粒停粒湾澹洌澹睿洌颍椋恚澹颍箦澹簦瑁颍铮酰纾桢澹穑幔颍幔悖澹欤欤酰欤幔蝈澹簦颍幔睿螅穑铮颍翦澹ǎ牵玻╁澹铮蝈澹簦颍幔睿螅悖澹欤欤酰欤幔蝈澹簦颍幔睿螅穑铮颍翦澹ǎ牵罚义希保常玻卞逶轮辛黾渲蚀荩ǎ穑幔颍幔悖澹欤欤酰欤幔蝈澹簦颍幔睿螅穑铮颍簦╁义希樱澹酰睿纾穑颍镥澹龋铮睿绲热硕员攘瞬煌校粒停粒停危龋彩髦ψ创蠓肿釉冢常闹琢鲥义锨虻纳盖榭觯ㄍ迹保矗澹保担７⑾郑痛模校粒停粒湾澹ǎ牵玻危龋玻┎唤瞿芨戾义纤倬确植荚谙赴驶手
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