用于克服肿瘤耐药性的响应性聚合物纳米载体的构建及应用研究

发布时间：2020-10-25 01:42

　　 响应性聚合物纳米载体应用于癌症治疗已成为近年来医学研究的热点。相比传统的药物治疗,响应性聚合物纳米载体可以解决抗癌药物水溶性差、稳定性低、靶向性差、给药剂量有限和易产生毒副作用等问题,同时能克服肿瘤细胞的耐药性缺陷,提高肿瘤的治疗效果。聚合物纳米载体通过物理包埋或化学键合的方式装载药物,解决了药物溶解性和生物稳定性问题;基于肿瘤血管的高通透性特征和肿瘤组织的滞留效应(EPR 效应,Enhanced Permeability and Retention Effect),聚合物纳米载体经血液循环可以在肿瘤组织富集,提高了治疗药物的靶向性和降低了毒副作用;鉴于正常组织和肿瘤组织的特异性差异,响应性聚合物纳米载体的引入可以实现药物在作用位点处的释放,提高了给药剂量;通过合理的设计,功能性聚合物纳米载体或多种药物(或基因)组合于同一聚合物纳米载体,有望解决肿瘤出现的耐药性问题,提高治疗指数,达到治愈癌症的目的。本论文分为两大部分,第一部分针对化学治疗常涉及到的肿瘤耐药性问题,设计和优化响应性聚合物纳米载体用于克服肿瘤细胞的耐药性,进一步提高铂类化学治疗药物对耐药性肿瘤的治疗效果;第二部分针对光动力学治疗常受肿瘤缺氧环境的限制,设计响应性聚合物纳米载体可以实现无氧气参与的肿瘤光动力学治疗,避开肿瘤缺氧环境的缺陷,提高肿瘤的光动力学治疗效果。具体内容如下:一、具有谷胱甘肽(GSH)消除能力的响应性聚合物胶束用于逆转肿瘤细胞对铂类化疗药物的耐药性。设计了具有两亲性的嵌段聚合物PEG-b-PBEMA,其亲水性部分为聚乙二醇(PEG),疏水性部分为苯硼酸酯基团官能化的聚甲基丙烯酸酯(PBEMA),通过纳米沉淀法组装成装载顺铂前药的响应性聚合物胶束(PtBE-Micelle)。在肿瘤细胞内源性过氧化氢的刺激下,聚合物胶束疏水性的PBEMA部分断键,产生能和胞内还原型谷胱甘肽(GSH)发生亲核加成反应的醌甲基化合物(QM),降低细胞内GSH的浓度,削弱GSH对铂类药物的解毒作用;同时,由于聚合物胶束疏水性部分逐渐向亲水性转变,伴随聚合物胶束逐渐膨胀,实现顺铂前药的可控释放和进一步被还原成顺铂活性药物。聚合物胶束PtBE-Micelle通过提高耐药性肿瘤细胞对铂类药物的摄取量和降低胞内GSH对顺铂的解毒作用,有效地逆转了肿瘤细胞对顺铂的耐药性,提高了基于铂类药物的肿瘤化学治疗效果,并极大地降低了由顺铂药物引起的机体毒副作用。二、肿瘤微酸性环境响应性聚合物纳米反应器用于逆转肿瘤细胞对铂类化疗药物的耐药性,提高基于铂类药物的肿瘤化学治疗效果。设计了具有两亲性的嵌段聚合物PEG-b-P(BzMA-co-PEMA),亲水性部分为聚乙二醇(PEG),疏水性部分为甲基丙烯酸苄基酯和甲基丙烯酸哌啶基乙酯的共聚物(P(BzMA-co-PEMA))。通过慢加水法组装成囊泡结构的纳米粒子,同时装载顺铂药物和葡萄糖氧化酶(GOD)构建聚合物纳米反应器(Cis/GOD@Bz-V)。当pH值从生理环境7.4下调到肿瘤微酸性环境6.8时,聚合物纳米反应器疏水性的PPEMA部分发生质子化作用,导致PPEMA从疏水性转变为亲水性,增加了聚合物纳米反应器双层膜的通透性,促使肿瘤微环境中的葡萄糖和氧气进入囊泡腔内,继而激发酶催化反应产生H2O2,激活细胞促凋亡过程。聚合物纳米反应器Cis/GOD@Bz-V通过同时提高耐药性肿瘤细胞对顺铂药物的摄取量和激活促凋亡过程来逆转肿瘤细胞对顺铂的耐药性,提高基于铂类抗癌药物的肿瘤化学治疗效果。三、同时负载光热试剂(cypate)和顺铂前药的核交联聚合物胶束通过光热效应逆转肿瘤细胞对顺铂药物的耐药性。设计了嵌段聚合物P(MEO2MA-co-MASI)-b-PHPMA,聚((2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯-co-(N-甲基丙烯酰氧基琥珀酰亚胺))-b-聚(N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺),通过点击化学反应键合上光热试剂(cypate)和顺铂前药,以纳米沉淀法组装成聚合物胶束粒子,再加入胱胺交联剂制备核交联聚合物胶束(CCL)。制备的核交联聚合物胶束在生理环境下具有较高的稳定性;在肿瘤细胞还原性微环境刺激下,核交联聚合物胶束的交联结构被破坏,四价铂前药被还原成具有生物毒性的顺铂药物而被释放出来。同时,当给予近红外光照射,cypate可以将光能转化为热能,通过光热效应逆转肿瘤细胞对顺铂药物的耐药性,同时实现肿瘤的光热治疗(PTT)。核交联聚合物胶束实现了对耐药性肿瘤的协同化疗-光热治疗,逆转了肿瘤细胞对顺铂药物的耐药性,有效地杀死耐药性肿瘤细胞。四、设计了肿瘤微酸性环境响应性嵌段聚合物胶束用于实现无氧气参与的联合光热/光动力学肿瘤治疗。合成了嵌段共聚物PEG-b-PCL-b-PPEMA,聚(乙二醇)-b-聚(ε-己内酯)-b-聚甲基丙烯酸哌啶乙酯,通过纳米沉淀法共组装成同时负载光热试剂(cypate)和单线态氧供体试剂(二苯基过氧化物,DPAE)的响应性聚合物胶束粒子(C/O@N-Micelle)。在血液循环过程中,响应性聚合物胶束表面显示微弱负电性,聚合物胶束粒子能高效地在肿瘤组织部位富集;在肿瘤酸性环境(pH 6.8)刺激下,聚合物胶束粒子疏水性的PPEMA部分发生质子化作用,继而聚合物胶束表面显示正电性,促进其被癌细胞摄取。当给予近红外光照,cypate可以将光能转化为热能,促使肿瘤细胞的温度升高,实现光热治疗(PTT);同时肿瘤局部的过高温度诱导DPAE分解产生单线态氧,实现无氧气参与的光动力学治疗(PDT)。这种联合的PDT和PTT治疗无氧气依赖性,克服了传统光动力学治疗受肿瘤缺氧环境的限制,实现了更加高效地肿瘤消融和可忽视的毒副作用。将响应性聚合物纳米粒子与抗癌药物和光敏剂结合用于肿瘤的化学治疗和光学治疗,可以解决抗癌药物和光敏剂单独使用的缺陷,克服肿瘤所出现的耐药性问题,最终提高肿瘤的治愈指数,在临床肿瘤治疗上具有应用前景。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1;TQ460.1
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 纳米技术在癌症治疗中的应用
        1.1.1 纳米药物输送体系
        1.1.2 纳米药物输送体系分类
    1.2 纳米载体药物的可控释放
        1.2.1 pH响应性
        1.2.2 还原环境响应性
        1.2.3 氧化应力响应性
        1.2.4 酶响应性
        1.2.5 温度响应性
    1.3 肿瘤耐药性机理
        1.3.1 降低药物在细胞内的富集量
        1.3.2 降低药物的活性
        1.3.3 DNA自修复机制
        1.3.4 抑制凋亡过程
    1.4 纳米药物载体用于克服肿瘤耐药性
        1.4.1 提高细胞内药物聚集
        1.4.2 多种药物联合治疗
        1.4.3 靶向肿瘤干细胞和阻止癌细胞与周围环境的联系
    1.5 本论文的工作
    参考文献
第二章 响应性聚合物胶束用于逆转肿瘤细胞对顺铂耐药性的研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 原料及试剂
        2.2.2 样品合成
        2.2.3 仪器表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 嵌段共聚物合成和纳米粒子的制备
        2.3.2 药物释放
        2.3.3 对耐药性细胞毒性研究
        2.3.4 逆转癌细胞耐药性的机理研究
        2.3.5 体内还原型谷胱甘肽的消除和抗肿瘤生长的研究
    2.4 小结
    参考文献
第三章 pH响应性纳米反应器逆转肿瘤细胞对顺铂耐药性的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 原料及试剂
        3.2.2 样品合成
        3.2.3 仪器与表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 聚合物合成和粒子制备
        3.3.2 pH引起膜渗透性的变化
        3.3.3 细胞毒性评价
        3.3.4 提高顺铂对耐药性肺癌细胞毒性的机理研究
        3.3.5 抑制肿瘤生长
    3.4 小结
    参考文献
第四章 还原环境响应性核交联聚合物胶束实现肿瘤协同光热-化学治疗的研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 原料及试剂
        4.2.2 样品制备
        4.2.3 仪器表征
    4.3 结果与讨论
2MA-co-MASI）-b-PHPMA'>        4.3.1 合成嵌段共聚物P（Pt-Cy-MEO₂MA-co-MASI）-b-PHPMA
2MA）-b-PHPMA核交联聚合物胶束'>        4.3.2 制备P（Pt-Cy-MEO₂MA）-b-PHPMA核交联聚合物胶束
        4.3.3 体外药物释放和光热效应
        4.3.4 光热与化疗协同治疗
    4.4 小结
    参考文献
第五章 pH响应性聚合物纳米载体实现肿瘤无氧参与联合光热/光动力学治疗的研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 原料及试剂
        5.2.2 样品合成
        5.2.3 仪器及表征
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 聚合物合成、纳米粒子制备和表征
        5.3.2 光热作用和单线态氧的产生
        5.3.3 细胞毒性评价
        5.3.4 细胞球的渗透和增长抑制
    5.4 小结
    参考文献
全文总结
展望与进一步工作
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


本文编号：2855272