三嵌段温敏性聚酯聚乙二醇共聚物PLGA-PEG-PLGA的合成及应用

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温敏性高分子水凝胶是当今研究热点之一,目前常用的有:聚N-异丙烯酰胺嵌段共聚物水凝胶、聚乙烯醚嵌段共聚物水凝胶、聚环氧乙烷-聚环氧丙烯嵌段共聚物水凝胶和聚乙二醇/聚酯嵌段共聚物水凝胶。本文采用聚乙二醇/聚酯嵌段共聚物PLGA-PEG-PLGA为材料,充分应用该材料的温敏成胶性质,即常温下成液体,遇生理温度快速变成凝胶的特性,将其应用到眼部和肿瘤局部注射,以期达到延长眼部作用时间、提高药物在房水中的浓度,同时使药物浓集在肿瘤部位并缓慢释药、安全的治疗目的。本研究以PLGA-PEG-PLGA为温敏水凝胶材料,分别制备了温敏性妥布霉素/地塞米松眼用原位凝胶和多烯紫杉醇温敏原位凝胶缓释注射剂,并进行了体外特性研究和体内评价。 采用开环聚合方法,以PEG1000和PEG1500混合物(1:1)为引发剂,二乙基己酸亚锡为催化剂,PEG/PLGA=3:7条件下,使不同比例的L-2LA和GA单体无规共聚,合成了系列LA/GA比例(5/1,7/1,9/1)的温敏可逆凝胶化的PLGA-PEG-PLGA聚合物,掌握了合成过程中的关键影响因素,平均收率85%以上。该聚合物的水溶液具有温度依赖性的sol-gel和gel-precipitate可逆双相相转变行为。 采用1H-NMR,GPC对三嵌段聚合物PLGA-PEG-PLGA的结构和分子量进行测定,结果表明该聚合物分子量可控,分布范围窄,不存在未反应完全的单体及其他产物,纯度较高。采用试管倒置法测试相变温度,结果表明,所合成三个比例嵌段聚合物在遇到生理温度均能产生凝胶,且溶液-凝胶转变温度Tsol-gel随LA/GA比例的增加而降低,同时也随聚合物浓度的增大而降低,这一趋势与报道一致。 用电镜跟踪相变过程,探讨了从溶液到凝胶,以及凝胶到沉淀、再到溶液的相变机理,验证了PLGA-PEG-PLGA聚合物随温度的相变过程完全是物理化的胶束自组装聚集的过程,即随着温度升高,胶束的聚集到一定程度成为凝胶,当温度进一步升温,胶束脱水,胶束之间的作用力减弱,产生沉淀,当温度恢复到室温,粒子聚集力量减弱,聚集的胶束完全散开,慢慢恢复到原状,测定粒度为57.50±34.77nm。 采用动态光散射法测定胶束粒径大小,结果表明,20 wt%聚合物(5/1)、聚合物(7/1)、聚合物(9/1)平均粒径分别为54.3±21.2nm、49.12±31.7nm、66.57±41.72nm。胶束聚集主要来自聚合物嵌段中疏水性部分的驱动力,LA/GA比例越大,疏水性PLGA在嵌段中分子量占有的比例越大,胶束粒子(核)也越大,胶束聚集速度也越快,聚合物粒径“尺寸”增加的速度随LA/GA比例增大而加快。采用探针芘测定聚合物(5/1)的临界胶束浓度(CMC)为0.002wt%。 采用动态流变法研究了凝胶体系的粘弹性变化,温度-粘度曲线充分显示了聚合物从sol-gel,然后转向沉淀的过程,也充分反映了PLGA-PEG-PLGA反转热敏性。研究了不同LA/GA比例、聚合物浓度、载药量、电解质以及pH对聚合物凝胶的粘度和弹性模量的影响,结果表明,随着LA/GA比例增加、聚合物浓度的增加,相变温度降低,聚合物成胶后的粘度及弹性模量都增加;载药后聚合物的相变温度降低,粘度及弹性模量均增大,载药后胶束的“尺寸”也增大;pH为5.0-7.4不影响凝胶的粘弹性;电解质显著影响凝胶的粘弹性,使相变温度降低、粘度和弹性模量增加,电镜下的胶束呈现环状排列,胶束离子聚集,表面自由能降低,由此推测可能是电解质中的多种离子(Na+,Cl-,PO-43等)所致,这一现象未见报道。 用物理混合法考察聚合物对难溶性化合物的增溶作用,结果显示不同浓度的PLGA-PEG-PLGA(5/1)聚合物溶液能使尼莫地平(NMP)溶解度增大200~500倍,使激素药物醋酸环丙孕酮(CPA)的溶解度提高14~24倍,浓度为20wt%聚合物(5/1)使地塞米松(DXA)的增溶效果达到25倍,为后期药物的开发提供了数据支持。实验证明聚合物溶液呈酸性,pH在2-3之间,这些来源于PLGA的酸性特质。 采用MTT法考察聚合物的体外生物相容性,结果表明,浓度为0.5-10mg/mL的PLGA-PEG-PL,GA(5/1)对成纤维细胞NIH3T3的生长活力无影响,说明该聚合物生物相容性良好。 利用PLGA-PEG-PLGA聚合物的温敏成胶性和两亲性,制备眼用凝胶,以提高药物在眼部的浓度,这一应用未见报道。以PLGA-PEG-PLGA聚合物为载体,筛选合适体外释放条件,考察聚合物浓度、LA/GA比例对药物在凝胶中释放的影响,采用聚合物(5/1)为载体制备了地塞米松(DXA)/妥布霉素/(TB)眼用凝胶,体外释放呈现24小时缓释。采用微渗析技术采集房水,LS/MS/MS测定房水中的药物浓度,考察DXA/TB温敏凝胶在兔前房中的药动学,结果表明,以PLGA-PEG-PLGA为基质的温敏凝胶,与眼药水(含0.5 wt%HA-Na)相比,平均滞留时间(MRT)约为3.81 h左右,Tmax为1.58 h,最大峰浓度为126.3 ng/mL,AUCO-6h为447.8(ng·h/mL);对照的眼药水(含0.5 wt%HA-Na),DXA最大峰浓度仅为17.61.ng/mL,AUC为55.17 ng-h/mL,Tmax为1.67 h,从而DXA温敏凝胶在房水中的AUC0-6h是对照眼药水的8.12倍。由此说明PLGA-PEG-PLGA此类具有两亲性的聚合物,能有效改善脂溶性药物的亲水性,促进了药物穿透角膜的能力,同时PLGA-PEG-PLGA具有温敏成胶性,其对眼部的粘附性增加了药物在眼部的滞留时间,减少药物的流失,从而提高药物在兔眼前房中的浓度,提高治疗效果。本实验证明PLGA-PEG-PLGA能改善难溶性药物亲水性以及遇到生理温度的温敏成胶能力,为开发眼用温敏原位凝胶提供了一种有效载体,值得进一步推广。 利用PLGA-PEG-PLGA聚合物的温敏成胶性、缓释特性及增溶特性,尝试难溶性多烯紫杉醇(DTX)的局部肿瘤缓释给药,以期达到3周给药一次、减少毒副作用的用药效果。聚合物对DTX的增溶效果随聚合物的浓度增加而增加,随LA/GA比例的增加而减小。物理混合下,PLGA-PEG-PLGA可使DTX溶解度从6.85μg/mL增加到3.78 mg/mL,而溶剂法使DTX溶解度增加到20.9mg/mL,增幅达3000倍。动态光散射(DLS)测定结果及透射电镜(TEM)观察结果表明:载药后胶束粒径增加,粒度分布更宽,胶束聚集加速。X-ray测定结果表明,DTX在聚合物中完全以分子状态存在。考察了LA/GA比例、聚合物浓度以及载药量大小对缓释注射剂的体外释放影响,结果表明体外释放随着LA/GA比例增加而减慢,同时,随聚合物浓度以及载药量的增加,释放速度有所减慢。 制备了体外缓释20天以上的DTX温敏凝胶注射剂,将该制剂注射到大鼠体内可明显看到原位凝胶的快速形成。同时,与阴性对照组(Control)相比,连续3周大鼠尾静脉(20mg/Kg)注射给药的相对肿瘤增殖率T/C(%)为26.77(p<0.01);DTX缓释凝胶瘤内注射给药10mg/kg、20mg/kg、40mg/kg,对人肺腺癌A-549裸小鼠移植瘤有较强的生长抑制作用,23天时T/C(%)分别为38.81(p<0.01)、39.11(p<0.01)、23.48(p<0.01),均小于40%,属于有效范围;尾静脉连续3周给药,每周一次给药20mg/kg,虽然药效强,但毒性也大,与空白对照相比,体重显著降低(p<0.01)。观察药注射部位周围组织未发现剧烈的炎症反应,进一步表明PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物水凝胶具有良好的生物相容性。显然,DTX温敏凝胶从10mg/kg,20/kg到40mg/kg三个剂量,在3周内均有效,且呈良好的剂量依赖性。 分别以尾静脉注射一次给药DTX(20mg/kg)、实体瘤局部一次注射DTXPLGA-PEG-PLGA凝胶剂(20mg/kg),初步考察了DTX对小鼠A-549人肺癌肉瘤的体内药动学,结果显示静脉给药后,15min测得血药浓度为1978ng/mL,而后1h内即在迅速下降,12h后未检测到药物浓度,t1/2为0.44h;而实体瘤给药后,在81.6h达到最大峰浓度14.03ng/mL,t1/2为199.2h,药物缓慢进入到全身的量极低,不到10%,在25天时,仍然能检测到微量的药物,具有缓释作用。这一实验,虽然无法直观地反映药物在肿瘤部位的吸收情况和药动学特征,但能侧面反映药物在肿瘤部位的集中以及缓释程度。PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物不仅可以作为多烯紫杉醇缓释注射剂的载体,也可作为其他药物的缓释载体,为进一步临床应用奠定基础。 因此证明,PLGA-PEG-PLGA可以作为长期给药的药物传输载体,其制备工艺简单,也没有微球制剂的通针性问题,在眼部、皮下、实体瘤、或者腔道一次注射即可达到长期的释放,注射到部位,及时“定位”,不随意流动,同时还可用于难溶性药物的增溶,具有应用价值。
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