喜树碱类药物纳米递送系统的构建及抗肿瘤性能研究

发布时间：2020-07-22 23:26

【摘要】：喜树碱(camptothecin,CPT)和10-羟基喜树碱(10-hydroxycamptothecin,HCPT)是从珙桐科植物喜树中分离出来的喹啉类生物碱。作为天然的拓扑异构酶I(Topo I)抑制剂,CPT和HCPT对多种肿瘤均有较好的疗效,是临床上极具潜力的天然抗癌药物。但是,由于水溶性差、血液循环半衰期短、缺乏靶向性及严重的毒副作用等缺陷,导致其无法直接应用于临床。目前开发的多数CPT类小分子衍生物及纳米药物,由于体内各阶段生理屏障的制约,并未取得理想的治疗效果。针对这些问题,本论文采用木质素、纤维素等具有良好生物相容性的生物质材料为载体,以靶向递送、体内长循环、可控药物释放及药物协同治疗为目标,设计和构建了多种CPT类药物纳米递送系统,并对其抗肿瘤活性进行了详细的评价。具体来说,本论文的研究内容主要包括:(1)木质素基HCPT靶向纳米递送系统的开发。采用具有良好生物相容性生物质高分子材料木质素(AL)为载体,采用纳米沉淀法自组装制备出粒径均一的木质素纳米粒子,并实现对HCPT的高效负载。此外,为实现体内长循环及靶向肿瘤的目的,进一步利用聚乙二醇(PEG)及靶向分子叶酸(FA)对木质素进行改性修饰,通过自组装制备得到长循环靶向纳米粒子(FA-PEG-AL/HCPT NPs)。与未修饰的纳米粒子相比,PEG链的引入显著延长了纳米粒子的血液循环时间(～2.48倍)。靶向分子FA的引入使肿瘤细胞对纳米粒子的摄取能力增加2.21倍,实现了主动靶向的目的。体内生物学分布实验表明,经尾静脉给药后,靶向纳米粒子显著提高了 HCPT在肿瘤组织滞留和累积。(2)基于抗体-药物偶联物的HCPT靶向纳米递送系统的开发。由于抗体的高度敏感性和特异性,抗体介导的靶向药物递送系统备受关注。采用四臂聚乙二醇(PEG)为连接臂偶联单克隆抗体(mAb)和小分子疏水药物紫檀芪(PS),合成了一种新型的两亲性抗体-药物偶联物(MAPP);并以此为载体,通过自组装负载HCPT,制备靶向纳米粒子(MAPP/HCPT NPs)。研究结果表明,制备的靶向纳米粒子具有合适的粒径(～120.5 nm)、较高的载药量(～24.2 wt%HCPT)及较长的血液循环时间(～8.7倍HCPT)。此外,靶向纳米粒子能够特异性的被肿瘤细胞摄取,实现了主动靶向的目的。基于以上优势,靶向纳米粒子在体内、外表现出良好的抗肿瘤活性及较低的毒副作用。(3)pH/GSH双重响应型HCPT智能纳米递送系统的开发。基于肿瘤组织独特的弱酸性和高浓度还原性谷胱甘肽(GSH)环境,设计构建了一种pH/GSH双重响应型智能纳米给药系统,以实现药物定点、定时可控释放的目的。采用还原性二硫代双丙酰肼(TPH)和八臂聚乙二醇(PEG)为连接臂,将疏水药物分子PS引入到羧甲基纤维素(CMC)骨架,合成了两亲性的高分子前体药物CMC-TPH-PEG-PS(CTPP);以此为载体,通过自组装成功制备负载HCPT的响应型纳米粒子(CTPP/HCPT NPs)。体外释放结果表明,响应性纳米粒子在正常生理环境下保持稳定,72 h药物累积释放量不足20%;而在模拟肿瘤弱酸性(pH 5.0)及GSH(10 mM)存在的环境下,药物快速释放,72 h药物累积释放量超过70%。生物学分布实验表明,纳米粒子可显著增加肿瘤组织处药物浓度。(4)基于羧甲基纤维素/牛血清白蛋白的CPT和131I复合纳米递送系统的开发。肿瘤治疗过程中,长期使用单一的化学治疗策略,容易产生耐药性,从而导致有限的治疗效果和严重的毒副作用。基于纳米载体的联合治疗策略为解决这一问题提供了思路。以羧甲基纤维素(CMC)及牛血清白蛋白(BSA)为载体材料,通过简单的绿色自组装制备出粒径均一的BSA/CMC纳米凝胶粒子,实现化疗药物CPT和放疗药物131I的联合递送。研究结果表明,相对于单一的化疗和放疗治疗策略,联合治疗组131I-BSA/CMC-CPT纳米凝胶粒子显示出更好抑瘤效果和更高的小鼠存活率,实现了联合增效的治疗效果。综上所述,本论文设计和构建了多种新型多功能纳米药物递送系统,实现对CPT和HCPT的高效递送,并取得了良好的体内外抗肿瘤效果。同时,这些策略也为其它天然抗癌药物的开发利用提供了借鉴和理论支持。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ460.4
【图文】：

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Ｉ－ＤＮＡ复合物结合，形成稳定的ＴｏｐｏＩ－ＤＮＡ－ＣＰＴ三元复合体，从而使断裂的ＤＮＡ逡逑链无法重新接合，阻止ＤＮＡ复制及ＲＮＡ合成，进而诱导细胞阔亡（Ｈｅｒｔｚｂｅｒｇ、Ｃａｒａｎｆａ逡逑等，１９８９）（图１．２）。ＣＰＴ类抗癌药物的毒性作用具有明显的周期性，其对Ｓ期具有逡逑明显毒性作用，对Ｇｌ、Ｇ２和Ｍ期细胞有轻微杀伤力，对Ｇ０期细胞无作用（Ｐａｒｋ、逡逑Ｍｏｒｒｉｓ等，１９９７；邋Ｄｅｐｔａｌａ、Ｌｉ等，１９９９）。此外，ＣＰＴ还可以直接破坏ＤＮＡ结构来逡逑诱导细胞凋亡。逡逑＜＜邋＜邋％逡逑ＤＮＡ逦Ｔｏｐｏ邋ＵＤＮＡ可裂二元复仑物逦Ｔｏｐｏ邋丨－ＤＮＡ－ＣＰＴ三元复合物逡逑图１．２喜树碱抗肿瘤作用机制示意图（Ｈｅｒｔｚｂｅｒｇ等，１９８９）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ａｎｔｉｔｕｍｏｒ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ｃａｍｐｔｏｔｈｅｃｉｎ逡逑１．２．３尚需解决的问题逡逑尽管众多研宄表明ＣＰＴ和ＨＣＰＴ具有良好的抗肿瘤活性，但是其在临床应用中逡逑仍存在许多局限性：（１）水溶性较差，口服几乎不能吸收，而静脉注射后药物堆积容逡逑易导致血管阻塞（Ｋｈａｎ、Ｍａｇｎｕｓｓｏｎ等，２０１４）；邋（２）作为一种小分子药物，给药后逡逑在血液循环过程中易被机体清除，无法在肿瘤部位有效累积（Ｇｅｌｄｅｒｂｌｏｍ、Ｖｅｒｗｅｉｊ逡逑等

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１．３．１．２高分子前体药物逡逑高分子前体药物是指通过共价键将化疗药物偶联到高分子载体，从而改善药物的逡逑物化性质及药代动力学性质（图１．４）。高分子前体药物与小分子衍生物相比，具有更逡逑大的优势：（１）更大程度改善脂溶药物的水溶性，增加药物稳定性；（２）高分子载体逡逑的存在，可以改善小分子药物的药代动力学性质，延长药物血液循环时间；（３）经过逡逑合理设计，可实现药物的可控释放；（４）可实现药物在肿瘤部位的被动靶向，提高肿逡逑瘤组织药物浓度；（５）显著降低药物的毒副作用（Ｈｏｏｇｅｎｂｏｏｍ、Ｓｃｈｕｂｅｒｔ等，２０１１；逡逑Ｐａｎｇ、Ｄｕ邋等，２０１３；邋Ｌｉ、Ｚｈａｎ邋等，２０１３）。逡逑Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ逡逑ｂａｃｋｂｏｎｅ逡逑＃邋Ｓｏｌｕｂｉｌｉｚｉｎｇ逡逑，邋ｒｅｓｉｄｕｅ逡逑图１．４前体药物设计概念示意图（Ｒｉｎｇｓｄｏｒｆ等，１９７５）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．４邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｐｒｏｄｒｕｇ邋ｄｅｓｉｇｎ邋ｃｏｎｃｅｐｔ逡逑基于以上优势

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