含肝靶向糖基配体的两亲性壳聚糖的制备、表征和在肝癌治疗中的应用

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原发性肝癌作为全球范围内的高发疾病,是目前病死率最高的几种恶性肿瘤之一。关于肝癌的治疗,最为有效的方法即为肝癌根治切除术,但不幸的是仅有20%的肝癌患者具备接受该类手术。约80%的患者因癌细胞迅速扩散或肝功能损伤严重而丧失接受根治术的机会,致死率较高。此外,权威数据显示世界范围内的肝癌患者整体的5年生存率仅为5%左右,寻求更加高效安全的肝癌治疗手段已迫在眉睫。肝癌在病理特点方面主要表现为发病隐匿、恶化速度迅猛、转移和复发率高等,给临床的治疗带来了诸多困难。近年来的肝动脉栓塞化疗虽然可有效降低肝癌患者的复发率和5年死亡率,但由于经济费用高昂且细胞靶向性不理想,依然无法满足肝癌的临床治疗需求。纳米技术作为上世纪80年代新型的前沿技术,在多个学科领域中均得到了较为长足的发展,关于智能特性的纳米材料的研究也在不断深入。纳米药剂学作为纳米材料的一个分支,目前在药剂学领域的发展较为迅速,主要涉及纳米载体药物、纳米级活性成分研究等方面,使靶向定位治疗和长效缓释治疗成为了可能。纳米载体药物主要包括纳米脂质体、纳米聚合胶束、纳米微球等,不仅能实现BCSI类药物的缓释释放和靶向定位释放,而且可以有效改善BCSII类药物的水溶性。肝脏作为人体的重要代谢器官,功能一旦发生大幅减弱,重则可危及患者生命,肝癌治疗过程中尽量降低对正常肝细胞的损伤是肝癌化疗过程中所需考虑的重要因素。基于此,靶向治疗对于肝癌患者至关重要,不仅能够提高抗肝癌药物在肿瘤部位的药物浓度而且可以降低化疗药物的毒副作用,可最大限度地降低对肿瘤周围正常肝细胞和其它器官的影响。国内外临床研究证实,在肝实质和肝细胞表面均存在一些特异性受体如:半乳糖受体、甘露糖受体以及去唾液酸糖蛋白受体等,这些受体的存在为肝靶向药物提供了天然的作用靶点。壳聚糖、海藻多糖、半乳糖等高分子材料因具有生物相容性好、可降解等优点,目前被广泛用于修饰性载药的纳米靶向制剂的制备,且能够与肝脏细胞上的受体进行特异性结合,进而实现对肝癌的靶向治疗。此外,人体肝脏血流丰富且对入血药物吸收速度较快,对于无法通过受体结合的靶向制剂而言,适宜的粒径依然能够顺利经肝脏网状内皮系统(Reticuloendothelial system,RES)和单核吞噬系统(Mononuclearphagocytic system,MPS)而富集于肝脏实现靶向定位治疗。在靶向制剂的研究领域中,半乳糖和壳聚糖一直被作为常用的高分子材料,且能满足肝脏表明特异性受体结合的需求,经特异性高分子基团修饰的纳米系统均能够顺利实现肝靶向。因此,在本次研究中,以将十四酸(Myristic acid, MA)作为疏水组分接枝到亲水的O-羧甲基壳聚糖(O-Carboxymethyl Chitosan, CC)上,通过上述聚合物在水中的自我组装,制备了具有两亲性的壳聚糖衍生物纳米粒。并分别使用含半乳糖残基的乳糖酸和含甘露糖残基的海藻多糖对其进一步修饰,最终制得乳糖-十四酰-羧甲基壳聚糖(Lactose-tetradecanoyloxy-carboxymethyl chitosan, LMCC)、海藻多糖-海藻多糖-十四酰-羧甲基壳聚糖(Algal polysaccharide-tetradecanoyloxy-carboxymethylchitosan, AMCC)这两种具有肝靶向性的纳米给药载体。采用傅里叶转换红外光谱(Fourier transform infrared,FTIR)、核磁共振(1HNMR)、X射线衍射、热重分析法(Thermal gravimetric analysis, TGA)等分析方法表征LMCC与AMCC的化学组成、晶型及热稳定性。并以阿霉素为模型药物,对所制备的两种肝靶向纳米给药系统的肝靶向活性和释药性能进行了研究,通过深入的研究对上述两种纳米给药体系的性能进行了全面评价。第一章含肝靶向糖基配体的两亲性壳聚糖的制备与表征以壳聚糖为载体材料,将其与以酰氯法活化十四酸的羧基进行缩合,制备出纳米级的十四酰-羧甲基壳聚糖(MCC)。为使所制备的壳聚糖纳米粒具有更好的靶向性,分别使用含半乳糖残基的乳糖酸和含甘露糖残基的海藻多糖进行修饰,制备出具有更好肝癌细胞靶向性的纳米级乳糖-十四酰-羧甲基壳聚糖(LMCC)与海藻多糖-十四酰-羧甲基壳聚糖(AMCC),随后对其进行定性分析。FTIR和1H NMR对所制备纳米粒进行的结构表征结果显示,所制备的纳米粒为均为目标物。其中1H NMR结果计算得LMCC中,十四酸的DS为63,乳糖残基的DS为44;AMCC中,十四酸的DS为54,海藻多糖残基的DS为43。X射线衍射结果表明LMCC与AMCC由羧甲基壳聚糖的晶型结构转变为无定形结构,说明经修饰后纳米粒的水溶性将进一步增加,且能够满足靶向释药的需求。TGA结果表明,由于聚合反应的存在,LMCC和AMCC的热力学性质均与CC有很大差异,表明经过聚合枝接反应后,壳聚糖的原有热力学性能已被改变,其原有的结构也发生了改变。第二章含肝靶向糖配体的两亲性壳聚糖纳米粒的性质和药剂学性能研究本章以阿霉素(Adriamycin, ADM)为模型药物,对所制备的LMCC与AMCC纳米粒的增溶效果和药剂学性能进行研究。LMCC与AMCC分子由于含有疏水性羧化壳聚糖链、亲水性羧基以及糖配体而具有两亲性,壳聚糖分子分子间和分子内的氢键被破坏后,由于结构刚性的改变使其能在水中自发组装成纳米粒子。制备LMCC与AMCC纳米粒,以透射电子显微镜(TEM)考察纳米粒的形态,所制备的纳米粒的粒径和Zeta电位使用动态激光光散射法(DLLS)进行测定。制备载ADM的LMCC与AMCC纳米粒,考察其包封率、载药量和体外释放行为。采用透析法制备空白和载ADM的LMCC与AMCC纳米粒,TEM观察形态为较圆整的球形,平均粒径为20~30nm。DLLS法测定LMCC纳米粒与AMCC纳米粒的水化平均粒径分别为67.5±11.1nm,80.4±13.1nm;LMCC纳米粒与AMCC纳米粒在纯水中的Zeta电位分别为-17.5±3.7mV,-18.7±5.4mV。包载ADM后,LMCC纳米粒与AMCC纳米粒的粒径有所增大,分别达到86.8±10.3nm,102.5±18.9nm;Zeta电势均无明显变化。载ADM的LMCC纳米粒与AMCC纳米粒的包封率分别达到81.6%±1.2%,70.3%±0.6%;载药量分别为3.8%±0.3%,3.4%±0.2%;可有效地将ADM载入纳米粒内核,增加其水中溶解度。载ADM的LMCC纳米粒与AMCC纳米粒均表现出pH敏感性,在pH5.5释放介质中的释放速率明显大于pH7.4释放介质。LMCC纳米粒与AMCC纳米粒均呈现先突释后缓释的释放特征,在0~4h释放较快,累积可达50%~60%,在4~24h释放较慢,累积达70%~96%。同等条件下,LMCC纳米粒的释放速度略快于AMCC纳米粒。第三章载阿霉素的肝靶向两亲性壳聚糖纳米粒的抗肿瘤作用、靶向性与安全性以异硫氰酸罗丹明B(Rhodamine B Isothiocyanate, RITC)标记LMCC纳米粒(RITC-LMCC)与AMCC纳米粒(RITC-AMCC),考察纳米粒在Huh人肝癌细胞中的摄取。以H22移植瘤小鼠为模型,考察载ADM的LMCC纳米粒、AMCC纳米粒的体内抑瘤效果和组织分布。溶血试验和急性毒性试验考察LMCC与AMCC纳米粒的安全性。以肝癌细胞和HT22海马神经细胞为受试对象,载阿霉素的LMCC纳米粒与AMCC纳米粒对受试细胞进行的转染结果显示,转染1h、2h、4h时两组纳米粒在肝癌细胞中的荧光强度均高于HT22海马神经细胞。该结果表明,LMCC和AMCC对肝癌细胞具有较好的选择性,能够实现对肝癌的靶向治疗。使用高中低三种剂量(浓度为2mg/mL,剂量为75μL、150μL、300μL)的载阿霉素纳米粒对肝癌细胞进行转染,结果显示肝癌细胞摄入的纳米粒的量随着转染浓度的增加而增加,说明该类纳米粒被肝癌细胞摄入的量呈浓度依赖型。在纳米粒摄取时间的评价结果显示,纳米粒对细胞转染1h时,细胞内的纳米粒摄入量较小,但在转染2h时,纳米粒的荧光强度增加较为明显,在4h时则增至最大。该结果表明,纳米粒的摄取量也呈时间依赖型,制备成缓释的纳米制剂更有利于纳米粒进入作用的靶器官。以H22移植瘤小鼠模型考察了载ADM的LMCC纳米粒与载ADM的AMCC纳米粒的抑瘤效果。结果显示LMCC纳米粒组的抑瘤率为62.7%±5.4%,显著高于盐酸阿霉素溶液组的51.2%±7.7%,具有较好的抑瘤效果;AMCC纳米粒组的抑瘤率为42.5%±14.7%,与盐酸阿霉素溶液组相比无统计学差异(P>0.05)。表明通过乳糖修饰的LMCC和AMCC纳米粒可增强对肝肿瘤细胞的靶向性,LMCC纳米粒的抑瘤效果较好,AMCC的则稍差一些。H22荷瘤小鼠的组织分布显示:相比于盐酸阿霉素溶液,乳糖修饰的LMCC纳米粒对肝肿瘤和肝脏均有良好的靶向性,海藻多糖修饰的AMCC纳米粒对肝脏具有不错的靶向性,对H22肝肿瘤未体现出靶向性;LMCC纳米粒和AMCC纳米粒在肺和脾中的ADM浓度也高于盐酸阿霉素溶液;LMCC纳米粒和AMCC纳米粒均可降低ADM对心和肾的毒性。最高浓度10mgL·mL-1的LMCC纳米粒和AMCC纳米粒的溶血率低于5%;小鼠分别给予2000mg·kg-1剂量的LMCC和AMCC均未见死亡,表明LMCC纳米粒和AMCC纳米粒作为注射给药载体安全性较高。
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