肿瘤微环境可降解聚阿霉素前药的合成及其体外评价

发布时间：2020-04-02 12:47

【摘要】：肿瘤微环境可降解和超高药物含量的药物递送系统(Drug Delivery System,DDS)的设计与制备一直以来都是抗肿瘤药物递送系统研究领域的一个重要挑战。低药物渗漏率可以有助于减小药物递送系统的系统毒性,而高药物含量可以减小药物递送系统在使用时的使用量。药物自递送系统(Drug Self-Delivery System,DSDS)的发展为实现更智能的给药方式提供了新的可能性。本论文设计并合成了多种具有超高药物含量和超低药物渗漏率的新型聚阿霉素前药药物自递送系统。论文从以下五个方面展开。1、利用不同的桥接片段,合成了一系列不同的阿霉素二聚体分子。以阿霉素的氨基为反应位点,可以合成得到氨基甲酸键连接的D-DOX_(car)和酰胺键连接的D-DOX_(MAH)。利用阿霉素的羰基可以制备由腙键连接的D-DOX_(ADH)。三种在阿霉素不同化学位点反应制备得到的前药分子具有不同的理化性质。但均可以通过合理的良溶剂及不良溶剂的选择并结合纳米沉淀技术将阿霉素二聚体分子制备成其相应的前药纳米粒子。控制纳米沉淀过程中阿霉素二聚体分子在良溶剂中的浓度,可以控制前药纳米粒子的粒径。阿霉素二聚体分子也可以被聚乙二醇修饰,并利用聚乙二醇修饰的前药分子与阿霉素二聚体分子之间的共沉淀制备得到相应的表面聚乙二醇修饰的前药纳米粒子。通过调控纳米沉淀过程中聚乙二醇修饰前药分子与阿霉素二聚体分子的质量比,可以制备得到不同粒径的前药纳米粒子,并实现对药物含量的精确控制。该系列不同的前药纳米粒子体现出不同的化学反应性能和不同的分解释放行为:D-DOX_(ADH)系列前药纳米粒子具有最高的水溶解性及分解速率;而D-DOX_(car)系列前药纳米粒子具有最慢的分解速率。该系列阿霉素二聚体药物自递送系统的制备及研究为后续聚阿霉素前药分子的合成打下了坚实的化学合成及理论基础。2、利用阿霉素二聚体分子D-DOX_(ADH)和D-DOX_(car)的复合,可以制备药物释放速率可控的阿霉素二聚体前药药物自递送系统。对比不同D-DOX_(ADH)和D-DOX_(car)比例的前药纳米粒子(D-DOX_(mix)-1、D-DOX_(mix)-3和D-DOX_(mix)-5,D-DOX_(mix)-3a和D-DOX_(mix)-3b)的体外模拟药物释放实验结果,可以发现,慢药物释放速率D-DOX_(car)分子的存在影响着D-DOX_(ADH)分子的药物释放行为。同时,体外细胞试验也表明,在与相同质量浓度的D-DOX_(mix)-1、D-DOX_(mix)-3和D-DOX_(mix)-5培养相同时间后,Hep G2细胞的存活率也随着混合前药纳米粒子中D-DOX_(car)比例的增加而降低。该速率可控型药物自递送系统的研究为未来更精巧的药物递送系统的设计提供了新的思路。3、基于阿霉素二聚体分子的研究结果,制备了pH/GSH双响应聚阿霉素前药药物自递送系统PDOX_(SS)-NP。将阿霉素依次与3,3’-二硫二丙酸及己二酸二酰肼分子进行两步缩合反应,可以高收率的制备得到聚阿霉素前药分子PDOX_(SS)。该聚阿霉素前药以阿霉素为聚合物主链结构单元,数均分子量为1.66×10~4 g/mol,药物含量可达78%。该聚阿霉素在水中的溶解性明显降低。PDOX_(SS)-NP在体外模拟药物释放实验中60小时的药物渗漏率仅为0.60%(pH 7.4),该特点可以有助于减小该药物自递送系统对正常生理细胞及组织的毒副作用。而在微酸环境和高GSH含量的触发下,PDOX_(SS)-NP可以实现聚合物链的降解并释放出阿霉素和小分子量阿霉素前药从而体现抗肿瘤活性。在较低浓度的情况下,PDOX_(SS)-NP可以在36小时内完全降解。体外细胞试验中,PDOX_(SS)-NP对肿瘤细胞Hep G2表现出了良好的抑制能力:与20μg/mL的PDOX_(SS)-NP共培养48小时后,Hep G2细胞的存活率为54.80%。4、利用马来酸酐和己二酸二酰肼作为桥接片段,制备了得到另一种聚乙二醇修饰pH响应性聚阿霉素前药药物自递送系统(PDOX_(MAH)-PEG-NP)。通过对PDOX_(MAH)合成方法的优化,得到了具有较高分子量和较优药物释放性能的PDOX_(MAH)-1前药分子。依据PDOX_(MAH)-1的合成,选用D-DOX_(ADH)和DOX-ADH-DOX-PEG与MAH缩聚,一步实现了聚乙二醇修饰聚阿霉素前药分子PDOX_(MAH)-PEG的合成。通过改变D-DOX_(ADH)和DOX-ADH-DOX-PEG的投料比,得到了分子量更高(3.1×10~4 g/mol)和药物含量更高(75.42%)的聚乙二醇修饰聚阿霉素前药分子PDOX_(MAH)-PEG_(9:1)。随后的体外药物释放实验中,PDOX_(MAH)-PEG_(9:1)-NP在pH 7.4下60小时药物释放率仅为4.39%,而其在模拟的肿瘤微环境中(pH5.0)60小时药物释放率可达39.83%,表现出良好的pH响应药物释放性能。该PDOX_(MAH)-PEG_(9:1)-NP前药纳米粒子的药物释放行为受到其浓度控制:当采用更低的浓度进行体外模拟药物释放实验时,PDOX_(MAH)-PEG_(9:1)-NP可以在60小时内完全降解。PDOX_(MAH)-PEG_(9:1)-NP在体外细胞试验中表现出良好的浓度相关肿瘤细胞抑制能力,Hep G2细胞与浓度为20μg/mL的PDOX_(MAH)-PEG_(9:1)-NP共培养48小时后细胞存活率减少至55.23%。5、通过改变聚阿霉素前药分子的化学组成,成功制备了具有增强抗肿瘤能力的聚阿霉素前药药物自递送系统P(Doxaz)-NP。通过阿霉素与水合肼及甲醛的两步反应,简单且高收率的制备得到数均分子量为2.1×10~4g/mol的酸敏感聚阿霉素前药分子P(Doxaz)。P(Doxaz)-NP的药物含量比PDOX_(SS)-NP和PDOX_(MAH)-PEG_(9:1)-NP更高,可达87.92%。该更高的药物含量主要来源于对聚阿霉素分子结构的进一步优化,即采用了更短的阿霉素分子间桥接片段。体外模拟药物释放实验表明,在pH 5.0下,P(Doxaz)-NP可以在9.5小时内完全降解而在pH 7.4中12小时药物渗漏率为12.90%。体外细胞试验中,P(Doxaz)前药药物自递送系统展现出增强抗肿瘤效应。当与20μg/mL P(Doxaz)共培养12小时后,Hep G2的细胞存活率为54.83%;而与同浓度下纯阿霉素共培养的Hep G2细胞的存活率为60.31%。该增强的抗肿瘤能力应该源自于P(Doxaz)的高药物含量、快速分解能力和降解过程中产生的Doxaz所具有的更高的DNA结合能力。这一系列聚阿霉素前药分子均具有较高的药物含量,并通过对化学结构的优化赋予了这一系列阿霉素前药分子良好的药物渗漏率控制能力或增强抗肿瘤能力。这一系列聚阿霉素前药药物自递送系统在未来的抗肿瘤治疗中具有非常高的潜在应用前景。
【图文】：

]。而不同胞内细胞器的 pH 值又会 4.5-6.5（早期核内体约为 6.0-6.5，e）约为 4.0-5.0[55-56]。[58]、原酯酸[59-60]、酰胺[61]等具有 p有不少报导（表 1-1）。Etrych 等[62])）制备了一系列具有不同稳定性的两过聚合物侧链中酰肼基与阿霉素分及 pH 响应性的药物释放。以 P1- 24 小时累计药物释放率为 10%，而放率明显增加，至约 55%和 75%。H7.4 下的稳定性越差，相应胶束越这些实验结论说明，对于胶束型聚定性不但影响着因药物提前释放引着其在肿瘤部位的有效聚集进而影

兰州大学博士研究生学位论文 肿瘤微环境可降解聚阿霉素前药的合成及其体外评价聚糖与透明质酸在温和的条件下共沉淀制备了具有 pH 响应性电荷翻转能力和肝靶向的聚电解质复合纳米粒子（GC/HA NP）（图 1-2）。该 GC/HA NP 纳米粒子具有约 120 nm 的平均流体动力学粒径且可以在溶液 pH 值从 4.0 逐渐增加至 9.0时实现表面 zeta 电势从 19.70±0.50mV 至-40.47±1.96mV 的变化，体现出良好的pH 响应性纳米粒子表面电荷翻转能力。随后该课题组使用 GC/HA NP 进行了阿霉素负载，负载了阿霉素的纳米粒子具有约 200 nm 的粒径及 235.55±4.51 mg/g的高药物负载量。体外细胞试验证实该设计中的空白载体具有优异的生物相容性，同时，负载了阿霉素的 GC/HANP 纳米粒子对 Hep G2 肝癌细胞的显著毒性及受半乳糖介导的肝靶向功能（图 1-2）。该负载了阿霉素的 GC/HA NP 体现出的良好的 pH 响应性表面电荷翻转能力和肝靶向能力使其具有非常高的临床实用性前景。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ460.1

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本文编号：2611972