基于白蛋白-葡聚糖接枝复合物的自组装及其抗肿瘤应用

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近年来,纳米给药系统因其优越的特性在药物领域作为一种给药策略得到广泛的研究。纳米载体可以抑制药物在体内的降解,提高药物在靶向部位的吸收,促进药物与细胞的相互作用;不仅如此,通过对纳米载体的表面修饰,调控载体的组成成分,药物可以得到可控的分布和释放。利用天然高分子制备纳米载体具有独特的优势,因而在生物医药领域得到越来越广泛的关注。首先,天然高分子如白蛋白、多糖等不仅来源广泛、价格较低、无毒性,而且具有良好的生物相容性和生物可降解性。其次,很多天然高分子和药物分子存在较强的相互作用,可以实现药物的高效包埋。因此,利用自组装的技术发展简单绿色的制备方法制备性能优越的天然高分子药物载体显得尤为重要。虽然利用人血清白蛋白包埋紫杉醇的纳米载药体系已有上市商品,但是人血清白蛋白价格较高,来源有限。因此利用价格低廉且来源广泛的牛血清白蛋白制备功能化的纳米载体非常具有实际意义。本文中,我们利用两个在食品加工中常见的反应-——Maillard反应和蛋白质加热凝胶化反应来实现多糖的接枝和纳米载体的制备。蛋白质在加热条件下变性并发生凝胶化,通过Maillard反应共价结合到蛋白质上的葡聚糖可以有效的稳定蛋白载体,抑制蛋白质宏观聚集,还可以实现纳米载体在生物体内的长循环。本文的工作集中在基于牛血清白蛋白(BSA)-多糖的自组装制备纳米载药粒子和乳液,在制备及包埋过程中不使用有机溶剂,表面活性剂及其他有毒试剂,包埋效率高,纳米载体在生理条件下长期稳定,具备生物相容,可生物降解,长循环等诸多优点。此外,我们通过细胞毒性实验和小鼠体内抑瘤实验对纳米药物载体抗肿瘤功能进行评价,发现空白载体安全无毒,而不同的载药粒子具有更好的肿瘤抑制率或小鼠生命延长率。本论文主要包括以下几个部分的工作:第一部分制备了BSA-葡聚糖/阿霉素纳米粒子。这一部分我们承接了组内的前部分工作,通过提高白蛋白的初始浓度来提高药物与载体的相互作用,提高包埋效率。然而当蛋白的浓度过高时,由于蛋白质分子之间过于靠近,加热后容易产生宏观凝胶。考虑到盐酸阿霉素具有pH响应性,pKa为8.2,随着pH值的升高,氨基失去质子而变得疏水,我们发展了一种简单有效的方法来包埋盐酸阿霉素:先在特定条件下使得药物和BSA产生静电吸引作用,再逐渐调节pH值增加他们的疏水作用,达到高效的包埋。该阿霉素载药粒子具有pH响应性的可控释放,体外细胞实验和体内抑瘤实验表明,阿霉素的释放是个缓释的过程。第二部分制备了载阿霉素的BSA-葡聚糖/壳聚糖纳米载药粒子。在前一个体系的基础上,我们加入了壳聚糖这个带有正电荷的天然多糖来制备双多糖的杂壳纳米粒子,希望可以利用电荷响应达到靶向治疗的目的。壳聚糖的pKa在6.2-7.0之间,在生理条件下容易发生氢键的交联而自我聚集。加入壳聚糖后,在正常组织部位壳聚糖因为氢键作用而坍塌在粒子的表面,从而可以减少巨噬细胞和正常细胞的吞噬。在肿瘤部位,由于pH值降低,壳聚糖链段伸展开来,纳米粒子可以和带有负电荷的细胞膜发生作用,从而有利于通过内吞进入癌组织,减少对正常组织的伤害。葡聚糖的加入不仅增加了纳米粒子在血液中的循环时间,也解决了壳聚糖纳米粒子在生理条件下不稳定的问题。动物实验表明,该体系比BSA-葡聚糖/阿霉素体系有着更好的生命延长率。第三部分通过超声乳化的方法制备了BSA-葡聚糖/紫杉醇纳米乳液。在上一个体系中我们发现,虽然阿霉素纳米粒子对小鼠有着较好的生命延长率,但是肿瘤抑制和体外细胞实验的效果却不明显,我们认为这可能是因为白蛋白形成了一个实心的内核,不容易发生降解。所以我们发展了纳米乳液,白蛋白在乳滴的表面形成界面膜,更容易发生降解,药物可以快速释放。我们通过maillard反应制备白蛋白-葡聚糖接枝物,以该接枝物作为乳化剂和稳定剂制备了水包油纳米乳液。该乳液实现了紫杉醇的高效包埋,并解决了蛋白质乳液在等电点以及加热,一定离子强度下不稳定的问题。体外细胞实验表明,空白纳米乳液安全无毒,而载药乳液与自由紫杉醇溶液效果几乎相同,说明BSA界面膜很容易被降解,负载的药物可以被快速释放。第四部分利用高压均质的方法制备了BSA-葡聚糖/紫杉醇纳米乳液。通过超声乳化制备的纳米乳液不是很均一,不够稳定,这极大的限制了静脉注射的使用。所以我们利用高压均质的方法制备了稳定均一的纳米乳液。两亲性的白蛋白在高压均质的过程中发生二硫键交换、氢键重排及疏水相互作用使得白蛋白在乳滴表面形成油水界面膜,从而将油滴固定并同时实现了疏水药物的高效负载。加热可以使蛋白质变性,形成分子间疏水聚集和二硫键交联。对蛋白质乳液进行加热,位于油水界面的蛋白质会进一步发生分子间相互作用,从而形成高度交联的蛋白质膜,达到乳液长期稳定和将疏水药物固定在油相中的目的。加热还可以达到灭菌和消除外源蛋白免疫原性的目的。我们通过接枝不同分子量的葡聚糖制备具有不同表面电荷的纳米乳液,结果证明:短链的葡聚糖-白蛋白/紫杉醇乳液更容易进入细胞,与商品紫杉醇注射液相比,有着更好的抑瘤效果和生命延长率。最后一部分我们接枝了靶向基团叶酸,利用高压均质的方法制备了BSA-葡聚糖/紫杉醇靶向纳米乳液。体外细胞实验证明,与未接枝叶酸载药乳液相比,该靶向乳液具有更好的抗肿瘤效果。
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