β-环糊精星型聚合物的刺激响应性研究及β-环糊精聚合物刷作为多功能基因载体的研究

发布时间：2020-07-14 15:03

【摘要】：环糊精(CD)是一种由6-8个吡喃葡萄糖单元通过α-1,4糖苷键链接起来的分子,呈两端开口的中空桶状结构,具有疏水性内腔和亲水性外壳。疏水性空腔通过主客体相互作用包结多种客体分子,形成环糊精复合物。此外,环糊精分子含有多个反应活性不同的羟基,可以通过改性修饰制备新型环糊精化合物。由于环糊精的细胞毒性较低,生物安全性良好,近年来环糊精在药物控制释放、非病毒基因载体、食品添加剂等领域得到广泛应用。本课题采用原子转移自由基聚合法(ATRP),成功制备了两类环糊精聚合物,对其合成、生物相容性及在药物/基因载体中的应用进行了系统研究,主要研究工作如下：1.星型聚合物的合成、环境刺激响应性及生物相容性研究本章中设计了一种亲水性星型聚合物,这种支化型聚合物的臂同时含有阳离子聚合物和两性离子聚合物,表现出可调节的最高临界溶解温度(UCST)。聚合物以多溴代p-环糊精(CD-Br)为引发剂,甲基丙烯酸-N,N'-二甲氨基乙酯(DMAEMA)和磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯(SBMA)为单体,通过原子转移自由基聚合得到。使用动态光散射(DLS)以及透射电子显微镜法(TEM)详细地研究了臂长、臂密度、pH值以及盐浓度对星型聚合物的温度响应性影响,结果表明由于外部嵌段PSBMA屏蔽了中间嵌段PDMAEMA的最低临界溶解温度(LCST)行为,CDPDS星型聚合物仅表现出UCST特性。但PDMAEMA中间嵌段对于CDPDS聚合物的温度响应性及聚集行为存在重要影响。无论在纯水或者pH 10的溶液中,较高的PDMAEMA密度增强了星形聚合物的溶解性,并且导致较小程度的温度诱导性聚集。与线性两性离子聚合物相比,本研究中的星型聚合物的温度响应性可以耐受更高的盐浓度溶液。此外,蛋白吸附以及细胞毒性实验结果显示CDPDS星型聚合物能有效降低BSA吸附以及在MCF-7细胞中表现出较小的细胞毒性,表明星型聚合物在生物相关领域具有潜在的应用价值。2.线-梳型阳离子聚合物的合成及表征本研究成功合成了一种新型线-梳型阳离子环糊精聚合物。首先利用CH3-PEG-OH与溴代异丁基酰溴的酯化反应制备了数均聚合度为120的PEG-Br引发剂。同时成功合成了甲基丙烯酸取代的环糊精单体GAC。以PEG-Br为引发剂,采用ATRP法引发单体GAC聚合得到二嵌段共聚物PEG-b-PGAC。再利用2-溴异丁基酰溴(BriBB)与环糊精羟基之间的酯化反应,使PEG-b-PGAC转化为PEG-b-P (GAC-Br)。使用上述制备的二嵌段共聚物引发单体D MAEMA的聚合,优化反应条件,制备分子量适中,分布较窄的线-梳型阳离子聚合物PEG-b-P(GAC-g-PDMA)。3.线-梳型聚合物作为药物基因双重载体的研究利用合成的线-梳型阳离子聚合物的疏水性空腔与小分子药物阿霉素之间的包结作用制备了一种载药纳米粒(DOX-NPs),其体外药物释放具有pH响应性。DOX-NPs经内吞途径进入细胞,在MCF-7细胞中的细胞摄取依赖于药物浓度和孵育时间。然后利用载药纳米粒(DOX-NPs)对pDNA进行压缩,得到同时负载药物和基因的复合物。通过动态光散射表征其粒径和Zeta电位,利用凝胶电泳阻滞实验确定载药纳米粒压缩和携带DNA的能力；同时研究了复合物的细胞摄取情况及体外基因转染等,阳离子聚合物能携带药物和基因,在胞质区域进行药物释放和基因表达,进而证明该聚合物具有协同递送药物和基因的能力。进一步使用聚合物同时包封DOX及复合p53编码的pDNA,检测其对MCF-7细胞的毒性,结果显示,基于线-梳型阳离子聚合物同时递送的DOX和p53在MCF-7细胞内具有协同效应,产生了更大的细胞毒性。4.线-梳型聚合物作为靶向基因载体的研究利用线-梳型阳离子聚合物PEG-b-P(GAC-g-PDMA)的环糊精空腔包载不同比例的叶酸基团分子链,形成稳定的叶酸受体(FR)靶向包结络合物。将这种含有叶酸基团的包结络合物压缩pDNA形成粒径为100-200 nml的稳定纳米复合物。凝胶阻滞实验证明此包结络合物能有效复合pDNA。细胞毒性的结果表明,这类FR靶向包结络合物基因载体的细胞毒性远小于标准对照PEI 25 kDa,并且具有浓度依赖性。在体外转染实验中,包结络合物/pDNA的转染效率与叶酸基团的包结络合率相关,在一定N/P比条件下转染效率随叶酸含量的增大而提高。与不含叶酸基团的包结络合物相比,含叶酸基团的基因载体因主动靶向性作用而显示出相当或者更高的转染效率。综上所述,本课题成功制备了亲水性星型环糊精聚合物以及线-梳型性阳离子环糊精聚合物。星型聚合物表现出可调节的环境刺激响应性,并且生物相容性良好,在生物相关领域具有潜在的应用价值；线-梳型阳离子聚合物可作为多功能载体(药物／基因双重载体或者叶酸受体靶向基因载体),在递送系统中表现出良好的功能和效果。此外,本论文所用研究方法均具有一定的通用性,改变合成条件或者客体分子种类,可以制备多种不同功能的新型环糊精聚合物材料,在生物医药领域具有良好的应用前景。
【学位授予单位】：北京协和医学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.08
【图文】：

Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｃｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎｓ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ａｎｄ邋ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ邋ｃｏｍｐｌｅｘ邋ｆｏｒｍａｔｉｏｎ逡逑于与环糊精包结的客体分子类型多样，包括直链或者支链脂肪族，醒，丽，逡逑酸，脂肪酸，芳香族化合物，气体和极性化合物，如面素，含氧酸和胺。逡逑子被环糊精包结后，其物化性质得改变。逡逑糊精的特殊结构赋予环糊精的另一个重要性质是化学修饰。环糊精化学修逡逑法有化学法和酶工程两种，其中化学法是主要的，改性后的环糊精又称为逡逑衍生物Ｗ。在环糊精中，每一个化喃葡萄糖单元具有Ｈ个自由哲基，且功逡逑性各不相同。Ｃ２和Ｃ３仲径基，Ｃ６伯}L基的相对活性取决于反应条化如逡逑度和试剂等。伯哲基和仲哲基之间的反应性差异赋予环糊精选择性官能逡逑，Ｗ模拟其物化性质：溶解度，表面特性，包结效率，控制释放，聚集。逡逑精中，２１个控基中的氨原子或哲基基团可被替换为各种取代基，如烧基，逡逑，控^~基，氨基，硫代，甲苯横憸基，葡糖基，糖醇等，Ｗ及各种憸，逡逑，酸，碱等。完全取代的衍生物比部分取代的衍生物表现出更低的水溶逡逑糊精分子完全取代时，其异构体的数量减少。环糊精衍生物形成水溶性逡逑的能力也取决于取代的程度（如环糊精分子的溶解性和客体分子进入环糊逡逑一

环糊精的包结识别能力，又兼具聚合物较好的机械强度、稳定性和化学可调性等，逡逑环糊精空腔和聚合物网络结构的综合作用提高了材料的性能。环糊精聚合物己经逡逑存在数十年，图１－３表示不同类型的环糊精聚合物。逡逑ａ邋Ｃｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎ邋ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｄ邋ｗｉｔｈ邋１－ｃｈｌｏｒ0４３－ｅｐｏｘｙ邋ｐｒｏｐａｎｅ逦ｂ邋Ｐｏｌｙａｌｔｙｌａｆｎｉｎｅ邋ｗｉｔｈ邋ｐｅｎｄａｎｔ邋ｃｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎｓ逡逑ｃＶｂ逦么ｒ—Ｈ。＂，逦［ｗ邋ｒＪ＞邋ｒｊｚ逡逑瓜狙＇…。…如。…端Ｈ逦－逦－逡逑ＯＨ逦Ｈ逦０逡逑Ｃ邋Ｌｉｎｅａｒ邋ｔｕｂｅ邋ｏｆ邋ｃｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎｓ逡逑ＯＨ邋ＯＨ邋ＯＨ邋ＯＨ邋ＯＨ逡逑肚邋Ｃ邋征：Ｅ；Ｉ］逡逑ＯＨ邋ＯＨ邋ＯＨ邋ＯＨ邋ＯＨ逡逑ｄ邋Ｌｉｎｅａｒ邋ｃｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎ邋ｐｏｌｙｍｅｒ逡逑，逦广．ｗ逡逑。）、／邋ＯＨ逦＇２／＾江。。ｔ…逡逑…‘苗逦？重逡逑卢、卷旱逦屯NB邋＇Ｓ？。丫脚°丫。一、／文－９邋右NB邋－－Ｓ邋／逡逑ＷａＮ广逦化＞邋０＾邋水弯＼0逦ＮＨ２＊邋ＮＨ２＋逦0，咕。妒邋％、。逡逑婉。％－。＇逦向％。逡逑朵逦Ｘ逦

本文编号：2755117