磁性纳米药物智能控释系统的构建与体内外生物学评价

发布时间：2019-12-06 06:42

【摘要】：随着纳米技术和分子生物学的进步，具有特殊功能的纳米颗粒被广泛应用于疾病的诊断和治疗，尤其在肿瘤治疗方面。通过一些功能性分子修饰纳米颗粒，使功能化纳米颗粒在医学治疗中具有体内实时诊断和药物运输等特性，有效地提高治疗效率且减少药物副作用。 磁性纳米颗粒由于本身固有的磁学性能而受到广泛关注。磁性Fe3O4纳米颗粒因其制备方法简单，生物相容性好以及表面易修饰等特性，被广泛应用于磁性分离，生物传感器，体内医学成像，药物输送，组织修复等方面，对肿瘤治疗而言，其存在以下问题：1.如何在磁性Fe3O4纳米颗粒上，构建刺激性响应智能纳米药物控释系统，使其在恶性肿瘤组织中实现智能按需释药；2.如何评价磁性Fe3O4颗粒药物载体在活体动物中的作用效果，从而为其在临床的安全使用提供科学依据。 基于上述问题，本文以生物大分子修饰磁性Fe3O4纳米颗粒为构建了具有温度响应性磁性脂质体药物控释系统、还原响应性自组装磁性药物控释系统及pH-响应性酰肼/聚（甲基丙烯酸甲酯）(PMMA)修饰磁性药物控释系统。本文对上述三种药物控释系统进行了一系列材料表征、药物控释以及体外生物学评价。此外，对pH-响应性PMMA修饰磁性药物控释系统还进行了动物体内肿瘤抑制评价，考察了该系统对动物体内各器官所产生的副作用，为磁性Fe3O4纳米颗粒更好地应用于临床医学提供科学依据。主要研究内容如下： 1.小尺度Fe3O4纳米颗粒的合成。 利用化学溶胶-凝胶法、化学共沉淀法和热分解法合成了尺寸小于100nm的Fe3O4纳米颗粒。透射电子显微镜观察表明：溶胶-凝胶法制备的Fe3O4纳米颗粒呈圆形，分散性差，粒径为90.4±4.7nm；化学共沉淀法制得的油酸包裹的Fe3O4纳米颗粒呈圆形，分散性好，粒径为14.3±3.9nm；热分解法制得的Fe3O4纳米颗粒在320℃下分解成圆形，380℃下呈立方体形，且分散性均很好，粒径分别为16.5±2.1nm及30±4.1nm。傅里叶变换红外光谱分析表明：所制得的纳米颗粒均在590cm-1处有特征峰，表明所制材料为Fe3O4。磁滞回线结果表明，四种Fe3O4纳米颗粒的磁化强度值分别为：27.113emu/g，57.759emu/g，38.599emu/g，26.998emu/g。 2.温度响应性磁性脂质体智能药物控释系统的构建与生物学评价。 在温敏性脂质体中掺入粒径为14.3±3.9nm疏水性Fe3O4颗粒构建温度响应性药物控释系统。利用Fe3O4颗粒的磁响应性，分离纯化出所需的磁性脂质体。透射电镜及扫描电镜观察表明磁性脂质体分散性好，粒径分布为105.3±13.0nm。傅里叶变换红外光谱分析，磁滞回线分析及热重分析证实磁性脂质体已成功制备。分别载入亲水性模型药物羟基荧光素和疏水性药物阿霉素，利用荧光分光光度计检测在不同温度下，磁性脂质体释放的药物量，证实所制备的磁性脂质体药物控释系统具有温度响应性。激光共聚焦和透射电镜观察表明该药物载体能被乳腺癌细胞大量吞噬，并分布于细胞质内。细胞活性检测和细胞核形态观察结果表明磁性脂质体被乳腺癌细胞吞噬后能将药物释放，并诱导细胞凋亡或死亡。 3.还原响应性两亲性聚合物HA-SS-PLA/Fe3O4自组装药物控释系统的构建 与生物学评价。 利用二硫键将亲水性透明质酸（HA）以及疏水性聚乳酸（PLA）交联形成两亲性共聚物，通过其自组装作用，将疏水性药物紫杉醇及疏水性磁性Fe3O4纳米颗粒包裹至胶束疏水内腔中，构建外壳亲水的还原响应性的磁性药物控释系统。透射电镜观察表明其粒径为405.4±28.0nm。傅里叶变换红外线光谱分析、磁滞回线分析及热重分析结果表明两亲性共聚物成功制备。紫外分光光度计检测表明：紫杉醇在10mM二硫苏木糖醇（DTT）加入后发生爆破式释放。透射电镜观察表明：所构建的亲水性载药系统被细胞的吞噬量远远大于疏水性的磁性Fe3O4纳米颗粒。细胞活性检测以及激光共聚焦观察细胞核形态均表明该药物系统具有良好的生物相容性，该载药系统能在细胞内释药，并诱导Hela细胞的凋亡。 4.具有pH响应性聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）修饰磁性纳米立方体智能 药物载体的制备以及体内外生物学评价 利用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）包裹磁性Fe3O4纳米立方体，继而将酰肼键修饰至PMMA上，最后通过药物阿霉素与酰肼键形成具有pH响应性的腙键，从而将药物加载到该药物控释系统。透射电镜观察表明PMMA成功包裹于磁性Fe3O4纳米立方体表面，并且分散性良好，粒径分布为32±3nm。傅里叶变换红外线光谱分析，磁滞回线分析及热重分析证实所设计的药物控释系统已成功制备。通过紫外分光光度计实时检测了阿霉素的释放情况。透射电镜和激光共聚焦观察表明该药物控释系统与Fe3O4纳米立方体相比，被细胞吞噬的数量明显增多，且都分布于细胞质中。细胞活性检测以及细胞核形态观察表明该药物控释系统被细胞吞噬后，药物的释放能诱导细胞的凋亡。利用外界磁场将药物控释系统靶向至肿瘤组织处，并在肿瘤微环境的弱酸条件下使腙键断裂，从而导致药物释放。裸鼠肿瘤模型实验表明：经过磁靶向引导治疗的裸鼠肿瘤生长明显受到抑制。同时，通过对肿瘤组织切片进行HE和TUNEL染色，观察表明，经过磁靶向引导治疗的裸鼠肿瘤出现大面积的坏死。另外，裸鼠各主要器官的HE染色表明，在外界磁场的作用下，该药物控释系统能极大地减轻药物对活体各主要器官的副作用。
【图文】：

34成方法，成功制备 PNIPAM@ Fe3O4中空纳米核壳结构，该方法制备简单，并且大大增加了载药量[88]。近年来，一种名为 F127 的三嵌段共聚物被广泛使用在药物载体领域，F127 由中间疏水的聚（环氧丙烷）（PPO）和两端亲水的聚（环氧乙烷）（PEO）构成。F127 由于具有两亲性，，能自组装成中间疏水，外部亲水的药物载体。F127 在低温时（0-5℃）处于流体，但随着温度的升高并达到转变温度时，F127会迅速发生溶胶-凝胶的转变，而转变温度则取决于 PPO 与 PEO 之间的比列大小[87]。2009 年，Labhasetwar 等利用 F127 将油酸@ Fe3O4表面进行修饰，通过静脉注射注入小鼠体内，发现 F127 修饰后的磁性 Fe3O4颗粒在小鼠肿瘤处稳定的聚集，并且大大增强了 MRI 的对比度，如图 1.1 所示[108]。同年，Jenn-Shing 等将叶酸修饰至 F127 磁性药物载体上，发现显著提升肿瘤组织对该药物载体的摄入量，并加强其纵向弛豫时间，优化了在 MRI 中的应用[109]。2011 年，Chauhan 等利用 F127包裹 β-环糊精修饰的磁性纳米颗粒，该药物载体将姜黄等抗癌药物装载于 β-环糊精内，利用磁靶向将其运输至肿瘤组织处，发挥了抗癌药物输送和 MRI 的双重作用[84]。

Vallet-Regí等利用介孔硅和磁性 Fe3O4组合构建一种新。如图 1.2 所示[80]，在该系统中，磁性 Fe3O4颗粒不再，还充当了介孔硅的封堵塞。双链 DNA 一端连接于介连，成功的封堵了介孔硅的储药通道，当施加交变磁场围温度上升，达到 42℃-47℃时，DNA 双链发生断裂储药通道中释放出来。该药物释放系统提高了载药量，给药的目的，是复合型多功能的智能药物控释载体。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.08

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;已经出版的作为药物控释载体的几种生物材料相关文章[J];中国组织工程研究与临床康复;2010年51期

2 赵轶男;张树彪;柳红;;脂质体在药物控释中的应用研究进展[J];大连民族学院学报;2009年05期

3 邓盘月,李元建;医用纳米控释系统[J];郴州医学高等专科学校学报;2003年01期

4 宋存先;杨菁;孙洪范;冷希岗;朱文玲;曾勇;管珩;李拥军;;介入性心血管内药物和基因纳米控释体系[J];纳米科技;2005年05期

5 高娴;马世坤;;壳聚糖作为药物缓释控释载体的研究进展[J];生命科学;2008年04期

6 章永望;赵会英;张娜;;新型可注射温敏水凝胶的制备及其释药性能[J];北京化工大学学报(自然科学版);2007年05期

7 黄晓炜;顾丽娜;陆国林;黄啸;张亚琴;黄晓宇;;PPEGMEA-g-PDEAEMA全亲水接枝共聚物的合成及其包埋甲氨喋呤体外控释的研究[J];化学学报;2009年12期

8 孙莺;吴若峰;;聚天冬氨酸衍生物的研究进展及其在药物控释和组织工程领域中的应用[J];化工科技;2011年02期

9 陈发明,吴织芬,金岩,吴红;右旋糖酐基水凝胶药物控释体系的应用研究[J];中国修复重建外科杂志;2005年11期

10 张建州;卢艳霞;谢建刚;毛海荣;;聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶的微波合成及其药物控释性研究[J];河南科学;2008年09期

相关会议论文 前10条

1 屈阳;曹阳;任杰;;可控磁热效应与温敏性的磁性高分子复合药物载体的制备和药物控释研究[A];2011年第十一届上海地区医用生物材料研讨会——生物材料与再生医学进展论文摘要汇编[C];2011年

2 李孝红;;聚合物电纺纤维及其在生物医学中的应用[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

3 赖毓霄;全大萍;官习鹏;廖凯荣;;PNIPAAm-b-PLA共聚物的合成及其水凝胶化性质[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年

4 谢成颖;杨晔;崔文国;李孝红;;羟基喜树碱的聚合物超细纤维剂型的研究[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（下册）[C];2007年

5 乔雪梅;张世平;宫永宽;;β-环糊精接枝海藻酸钠的合成及控释性能研究[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（下册）[C];2007年

6 李孝红;;静电纺聚合物纤维的生物医用功能化研究[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

7 梅黎黎;鄢国平;郭敏敏;;可生物降解聚碳酸酯的合成与性能研究[A];2006年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集[C];2006年

8 陈俊;黄世文;卓仁禧;;生物裂解聚电解质多层膜的降解及还原响应药物控制释放[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（下册）[C];2007年

9 王朝阳;何成毅;刘新星;童真;;聚电解质多层膜包覆多孔碳酸钙药物控释体系[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年

10 王身国;;聚内酯类高分子微粒体的制备及其医学应用[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年

相关重要报纸文章 前10条

1 王伟;响应性高分子凝胶在药物控释上的应用[N];中国医药报;2001年

2 劳海燕;纳米控释：好！[N];医药经济报;2002年

3 国家食品药品监督管理局药品审评中心 闫莉萍　王海学 彭健;明确开发目的 完善临床前研究[N];中国医药报;2009年

4 南开大学生物活性材料教育部重点实验室 俞耀庭 王连永 王深琪;生物医学材料发展状况与对策[N];中国高新技术产业导报;2002年

5 张俊祥;对提高人民生活质量非常重要的20项技术[N];中国社会科学院院报;2003年

6 本报记者 段佳;用中药做出“接骨续筋”修复材料[N];大众科技报;2009年

7 周和毅;我国生物医学领域将添劲旅[N];中国经营报;2000年

8 ;吸附分离功能高分子材料实验室[N];中国化工报;2003年

9 丁姗;苏州大学成立生物制造研究中心[N];中国医药报;2009年

10 本报记者 白毅;我国生物医学材料研究期待新突破[N];中国医药报;2010年

相关博士学位论文 前10条

1 丁星伟;磁性纳米药物智能控释系统的构建与体内外生物学评价[D];重庆大学;2014年

2 吴雯;丝胶蛋白基环境敏感性互穿网络水凝胶及其在药物控释中的应用[D];浙江大学;2006年

3 张洁;P（CL-LA）-b-mPEG类嵌段共聚物胶束的制备、胶束化行为及药物释放性能的研究[D];浙江大学;2007年

4 申健;新型β-环糊精衍生物的合成及应用[D];山东大学;2008年

5 赵庆贺;层状结构生物相容微胶囊的制备及其药物传输性能[D];浙江大学;2006年

6 张世锋;可降解形状记忆交联聚酯网络合成及在药物缓释中的应用[D];天津大学;2007年

7 何京涛;生物降解药物控释体系中分子扩散行为及药物释放动力学研究[D];北京化工大学;2005年

8 张馥;肝靶向性药物微胶囊LbL自组装及其性能研究[D];浙江大学;2009年

9 李玉玲;环境响应性可逆交联的药物控释载体的设计与合成[D];苏州大学;2010年

10 施雪涛;骨修复药物控释微球支架的多级构建及干细胞介导分化研究[D];华南理工大学;2010年

相关硕士学位论文 前10条

1 陆菲;抗肿瘤药膜的设计、制备，药物控释行为的研究[D];上海交通大学;2012年

2 王小红;环境敏感性聚合物的设计合成及其在药物控释中的应用研究[D];浙江理工大学;2014年

3 钟华亮;仿脂质体复合胶束及其作为药物载体的研究[D];浙江大学;2006年

4 刘莉;基于聚乙二醇双亲性聚合物及其共混物的凝聚态研究[D];浙江大学;2006年

5 李志君;O，O-双酰化壳聚糖结构对其自组装泡囊药物释放行为的影响[D];华侨大学;2006年

6 乔雪梅;β-环糊精接枝改性海藻酸钠及其控释研究[D];西北大学;2007年

7 常宪智;壳聚糖交联温敏性水凝胶的合成和性质研究[D];青岛科技大学;2008年

8 安晓燕;PLA-PEG嵌段共聚物的合成及在组织工程药物释放中的应用[D];天津大学;2006年

9 李巍;温度敏感性PNIPAAm-b-OMMA智能材料的制备，性能研究及药物控释的应用[D];北京化工大学;2008年

10 程德书;N-丁二酸单酯壳聚糖固载β-环糊精（CDS）的制备及其应用研究[D];华侨大学;2008年

本文编号：2570287