刺激响应型介孔二氧化硅载阿霉素递送系统的设计与用于肿瘤治疗的评价

发布时间：2020-09-24 07:27

　　生物相容性良好的介孔二氧化硅纳米粒(MSN)作为药物载体主要有以下优势:(1)具有多孔特性,孔道大小可按照药物分子的尺寸进行调整,以形成空间位阻限制药物的聚集,使药物以分子态、无定型态或微晶态高度稳定地分散于载体中;(2)比表面积大,可获得较高的载药量,尤其适用于在临床使用中剂量需求较大的药物;(3)制备工艺简单、成本低廉,稳定的化学特性与表面丰富的硅醇基为载体的进一步功能化修饰提供了很好的结构基础。研究分别以两亲性聚合物普朗尼克(Pluronic)和维生素E聚乙二醇琥珀酸酯(TPGS)为配体,通过薄膜分散水化法对载药MSN进行包覆,旨在防止载药系统在到达靶部位或靶组织前提前释药,降低药物毒副作用,并提高载药系统于生理介质中的分散稳定性,延长载药系统于体内的循环时间与改善药物疗效等。研究根据肿瘤组织特有的生理环境,将载药MSN设计成具有谷胱甘肽(GSH)还原响应性释药特征的体系,以期通过载体于靶部位的集中释药来提高靶向递药系统的治疗效率。首先采用硅烷水解偶联反应将3-巯丙基三甲氧基硅烷与MSN表面的硅醇基通过硅醚键相连,得到巯基化的MSN(MSN-SH),再采用巯基置换反应,把2,2'-二硫二吡啶与MSN-SH表面的巯基相连,得到MSN-SS-Py,然后继续用十八硫醇置换MSN-SS-Py表面的吡啶,得到具有较强疏水性的MSN-SS-C18,再于甲醇中采用吸附平衡法装载阿霉素(DOX),最后离心收集载药载体,将载药载体和Pluronic混合分散于氯仿中,通过薄膜分散水化法将Pluronic包覆到载药载体上,得到DOX/PSMSN。研究选取几种疏(亲)水端分子量占聚合物总质量百分比不同的Pluronic,包括:L61、P123、P105和F127,分别对MSN-SS-C18进行包覆,以体系在生理介质中的分散稳定性为考察指标,筛选出P123用于体系的构建。表征结果显示:MSN为粒径约150 nm的蚕豆形载体,具有二维六方孔道结构;MSN-SS-C18的比表面积为877 m2/g,孔径为2.4 nm,提示修饰基团没有堵塞载体孔道,载体适于装载药物;而PSMSN的比表面积显著下降到36 m2/g,孔径已检测不出,说明P123可与MSN-SS-C18紧密结合,并利用其自身的大分子结构有效覆盖MSN-SS-C18的孔道,P123的质量占PSMSN总质量的27%;DOX/PSMSN载药量为10.5%。载药系统体外释药实验结果显示:DOX/PSMSN在不含GSH的pH 5.0 PBS中,24h DOX累积释放量仅为20%,而在含有10mM GSH的pH 5.0 PBS中,24hDOX累积释放量可提高2.2倍,说明DOX/PSMSN中十八烷基碳链和P123的结合可形成扩散屏障,减缓DOX在到达肿瘤组织前的提前释放,且DOX/PSMSN具有对GSH的还原响应性释药特征。细胞实验结果表明:PSMSN可被小鼠乳腺癌4T1细胞有效摄取,同时能够实现在4T1细胞内的快速释药。细胞划痕愈合和细胞迁移实验结果显示:浓度为125和250μg/mL的PSMSN与4T1细胞共同孵育后,细胞划痕愈合率分别约为61%和35%,而对照组愈合率达90%以上;细胞迁移率分别约为对照组的50%和15%,说明P123能够赋予PSMSN一定的抗4T1细胞转移的活性。研究进一步采用光热疗法(PTT)来辅助增强还原响应型载药MSN的抗肿瘤效果。首先同前述制备方法得到MSN-SH,然后采用巯基置换反应,把S-(2-氨基乙硫基)-2-硫代吡啶与MSN-SH表面的巯基相连,得到MSN-SS-NH2,再采用酰胺化反应将脂溶性的近红外(NIR)光热转换剂Cypate与MSN-SS-NH2表面的氨基相连,得到具有较强疏水性的MSN-SS-Cy,最后同前述方法装载DOX并包覆TPGS,构建出化疗与PTT联合作用的DOX/TCMSN。表征结果显示:MSN-SS-Cy的比表面积为786 m2/g,孔径为2.5 nm,提示修饰基团没有堵塞载体孔道,载体适于装载药物;而TCMSN的比表面积显著下降到42 m2/g,孔径已检测不出,说明TPGS可与MSN-SS-Cy紧密结合,并利用其自身的大分子结构有效覆盖MSN-SS-Cy的孔道,TPGS的质量占TCMSN总质量的25%;DOX/TCMSN载药量为12.2%。载药系统体外释药实验结果显示:DOX/TCMSN在不含GSH的pH 5.0 PBS中,24 h DOX累积释放量仅为27%,而在含有10 mM GSH的pH 5.0 PBS中,24 hDOX累积释放量可提高1.8倍,且该体系在三次NIR光的激发下,皆使DOX释放量呈现出脉冲式增加,说明DOX/TCMSN中的Cypate和TPGS的结合可形成扩散屏障,减缓DOX在到达肿瘤组织前的提前释放,且DOX/TCMSN具有对GSH的还原与NIR光热双重响应性释药特征。以4T1细胞为模型细胞,研究发现:TCMSN在NIR光激发下所产生的热量不仅可以直接杀伤肿瘤细胞,还能够促进TCMSN从内涵体或溶酶体中的逃逸,提高DOX/TCMSN在细胞内的释药速率;约有30%的TCMSN于4 h内经溶酶体途径被细胞外排,而粒子受光照作用从内涵体或溶酶体中快速逃逸之后,粒子的细胞外排减少了约18%,说明光照可间接增加药物在细胞中的滞留时间;TCMSN中的TPGS可使细胞内的ATP含量于2 h内下降约30%,说明TCMSN可借助TPGS抑制P-糖蛋白对药物的外排,由此进一步延长药物在细胞内的作用时间。动物实验结果表明:TCMSN(100mg/kg)静脉注射后2h在肿瘤组织的分布接近峰值,此时用2 W/cm2的NIR光对准肿瘤部位照射,肿瘤组织有明显的升温现象,升温可达11℃,已超过热疗所需的温度阈值。肿瘤组织切片可见:光照过程极大促进了DOX/TCMSN于肿瘤部位的释药。药效实验结果表明:光照可使DOX/TCMSN自身的抑瘤率提高1.3倍,DOX/TCMSN光照组的抑瘤率是DOX溶液组的1.1倍。给药过程中,DOX溶液组的小鼠体重下降约24%,经苏木精-伊红染色的组织病理切片观察到心脏毒性,而DOX/TCMSN组的小鼠体重没有明显下降,且各脏器均未见损伤,说明TCMSN在一定程度上降低了DOX的毒副作用,并结合PTT增强了DOX治疗的疗效。
【学位单位】：沈阳药科大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R943;R96

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