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恶性肿瘤(俗称癌症)已经成为威胁人类健康和导致人类死亡的最严重疾病之一。化疗是恶性肿瘤最常用也是最重要的治疗手段。然而,临床上使用的小分子抗肿瘤药物存在靶向性差、代谢时间短和易产生耐药性等问题,导致药效低且毒副作用大。为了解决上述问题,可以把抗肿瘤药物通过物理负载或化学键合的方法与适当的纳米载体进行结合,以便使其更好地发挥疗效。在本论文中,根据肿瘤细胞内外微环境的差异,设计了三类用于抗肿瘤药物传输的生物相容性好的智能聚氨基酸纳米凝胶。
1)pH响应性纳米凝胶。其可以在细胞内的低pH诱导下快速释放出抗肿瘤药物。首先,通过紫外光交联的方法制备了基于聚乙二醇单甲醚—聚(L-谷氨酸-co-γ-3-苯丙烯基-L-谷氨酸酯)两嵌段和三嵌段共聚物的pH响应性纳米凝胶。该纳米凝胶具有良好的生物相容性、负载和控制释放药物的能力,显示出通过紫外光交联的方法制备智能纳米凝胶作为药物载体的可行性。随后,合成了聚(L-谷氨酸)-graft-3-苯丙烯醇/聚乙二醇单甲醚。该接枝共聚物在pH=7.4的磷酸盐缓冲溶液中自组装成囊泡,再通过光交联制备纳米凝胶。该纳米凝胶具有良好的生物相容性,可以高效地负载阿霉素盐酸盐(DOX·HCl)。载药纳米凝胶可实现药物的细胞内靶向释放且在体内和体外均表现出优异的肿瘤抑制效果。
2)还原响应性纳米凝胶。其可以在细胞内高谷胱甘肽(GSH)浓度的刺激下实现抗肿瘤药物的瞬间释放。以端氨基功能化的聚乙二醇单甲醚(mPEG-NH2)为引发剂一步引发L-苯丙氨酸-Ⅳ-内羧酸酐(LP-NCA)和L-胱氨酸-N-内羧酸酐(LC-NCA)开环聚合制备还原响应性聚氨基酸纳米凝胶。DOX作为模型药物负载于该纳米凝胶,并在GSH的存在下快速地释放出来。载药纳米凝胶对于经谷胱甘肽乙酯(GSH-OEt)预处理的细胞表现出更好的细胞增值抑制活性,预示着其可作为细胞内靶向释放抗肿瘤药物的载体。
3)具有pH和还原双响应性的纳米凝胶。其可以在细胞内低pH和高GSH浓度的双重刺激下准确调节抗肿瘤药物在细胞内的释放速率。为了更好的实现细胞内的智能药物释放,把细胞内外存在明显差异的pH和还原双重响应引入聚氨基酸纳米凝胶体系中。首先,通过mPEG-NH2一步引发γ-苯甲基-L-谷氨酸酯-N-内羧酸酐(BLG-NCA)和LC-NCA开环聚合,并脱掉保护基,得到pH和还原双响应性的聚氨基酸纳米凝胶。DOX可以通过静电和疏水相互作用高效地载入此纳米凝胶。细胞内的酸性和还原性条件可以加快DOX的释放,此过程受到Fickian扩散和纳米凝胶溶胀的控制。载药纳米凝胶在GSH-OEt预处理的细胞中可以更快地释放,并且体外和体内均表现出良好的肿瘤抑制效果。另外,通过过硒化钠取代聚乙二醇单甲醚-block-聚(L-谷氨酸-co-γ-2-氯乙基-L-谷氨酸酯)胶束内核中的氯原子,得到二硒键交联的pH、还原和氧化三响应性聚氨基酸纳米凝胶。该纳米凝胶可以有效地负载和细胞内控制释放抗肿瘤药物,以DOX为例。同样,载药纳米凝胶在经GSH-OEt预处理的细胞中可更快地释放,并且在体内和体外均表现出良好的肿瘤抑制效果。纳米凝胶内核中所包含的硒元素本身具有抑制肿瘤生长的作用。通过以纳米凝胶为载体实现细胞内靶向传输的抗肿瘤药物和硒元素的协同作用实现了体外和体内更好的肿瘤抑制效果。
良好的生物相容性、高效地负载和控制释放抗肿瘤药物与增强的体外和体内肿瘤抑制效果等上述优异的性能赋予聚氨基酸纳米凝胶作为智能抗肿瘤药物载体的巨大潜力。