聚合物多孔纳米膜和中尺度纳米粒子的合成及其在肾病治疗中的应用研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gyl722
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近年来,自组装因其在创造新结构和功能材料上的巨大潜力而受到广泛关注和重视。在生物医学领域,由于其具有良好的生物相容性、独特与可控的物理化学性质和易表面功能化等优点,自组装纳米材料广泛用于生物成像与诊断、药物靶向运输、生物传感、组织工程与光热治疗等方面。与其他纳米材料等相比,聚合物纳米材料因具有生物可降解性、聚合物分子与官能团设计灵活多样性等特点而拥有更广的生物医学应用前景。随着环境污染、生活与工作压力和不良生活习性(如肥胖和吸烟)的增加,全球不断攀升的肾病发病率与致死率严重威胁着人们的生命健康。肾病的根本病因是肾小球和肾小管损伤,特别是肾小球滤过膜(GFM)和肾小管上皮细胞(PTECs)的损伤。目前,临床上治疗肾病的主要方法是通过药物干预改善血液动力学与体液状态、控制心肾或肝肾综合症、抑制肾素-血管紧张素-醛固酮系统、降低高血压和控制酸碱平衡与尿酸等。然而,这些传统的治疗方法仅仅起到延缓肾病进展的作用,而不是从根本上修复受损的GFM与肾小管。而且,这些药物通常副作用大和无肾靶向性,使患者病情反复和产生抗药性。因此,开发具有修复受损肾小球和肾小管的药物或治疗方法具有重要的意义。基于肾病治疗与聚合物自组装生物医学应用的研究现状,本论文从治疗受损GFM和PTECs两方面展开了研究,分别探究了聚合物多孔自组装纳米膜(PSANMs)的肾小球修复应用和PTECs靶向的聚合物中尺度纳米粒子(MNPs)的肾小管炎症治疗研究。以末端羧基化16臂星状聚乳酸(Gn-(COOH)x,n=1-5,x=16×2n-1)为自组装基元,制备了厚度和孔径分别为10-12 nm和21-24 nm的PSANMs。随着Gn-(COOH)x羧基密度增加,PSANMs的厚度和孔径轻微降低,而其表面羧基密度不断增加;当增大Gn-(COOH)x浓度(10倍)和溶剂体积比(2倍),自组装体形貌由PSANMs向纳米纤维微球转变,通过对自组装过程的研究,提出了PSANMs的形成机理:乳化引发程序可控自组装;同时,聚乳酸分子结构、Gn-(COOH)x浓度和搅拌速度对PSANMs形貌具有显著影响,通过调控这些参数,实现了对PSANMs结构的优化。利用羧基-氨基之间的酰胺反应,成功在PSANMs表面修饰了水溶性聚乙二醇(PEG),得到了表面亲水性、抗污性和抗血栓性的PSANMs-g-PEG。研究表明,PEG修饰对PSANMs孔膜结构无显著影响,增加PEG密度或长度,PSANMs-g-PEG厚度轻微增加,孔径轻微降低;重要的是,随着PEG密度或长度(≤5 kDa)增加,PSANMs-g-PEG的亲水性和抗污性显著提升;同时,增加PEG 5 kDa密度有效增强了PSANMs-g-PEG 5 kDa的抗血栓性能,延长了血液凝聚时间(R-time)和抑制了血小板聚集与激活。其中,PSANM256-g-PEG 5 kDa(PEG密度为0.0446 chains/nm2)表现出最佳的抗污性能(蛋白吸附量降低83%)和抗血栓性能(R-time为5.37 min)。利用羧基-氨基之间的酰胺反应,成功在PSANM256-g-PEG 5 kDa表面修饰了肾小球特异性抗体(Ab),有效提高足细胞对PSANM256-g-PEG-Ab摄取效率,使其具有肾脏靶向性,当通过静脉注射到阿霉素(ADR)肾病小鼠血液中后,在抗原-抗体的特异性识别作用下,PSANM256-g-PEG-Ab能够附着在受损的GFM表面,阻止蛋白漏出和实现肾病治疗。研究表明,当用PSANM256-g-PEG-Ab干预后,ADR小鼠的血肌酐(SCr)与尿蛋白分别降低了1.6倍和2.0倍,受损GFM得到了明显修复。与传统肾病治疗方法相比,PSANM256-g-PEG-Ab直接修复了受损的GFM,使其有望成为根治早中期肾病的潜在药物。利用羧基-氨基之间的酰胺反应,合成了两亲性聚(D,L-乳酸-co-乙醇酸)-b-聚乙二醇(PLGA-b-mPEG)共聚物;通过简单的纳米沉淀法,制备了尺寸均一、生物相容性好、PTECs靶向性和肾IRI高效治疗效果的封装雷公藤甲素(TP)的MNPs(TP-MNPs)。实验表明,TP-MNPs具有显著的肾脏靶向性和长的肾脏滞留时间(≥7 d);通过封装策略,TP-MNPs有效降低了TP的细胞毒性、肝脏毒性、生殖系统毒性和免疫毒性;通过TP-MNPs的PTECs靶向性,低剂量TP-MNPs(0.01 mg/kg TP)显著降低了肾缺血-再灌注损伤(IRI)小鼠的肾小管损伤(3.2倍)、SCr(5.9倍)、血尿素氮(2.0倍)和PTECs凋亡,而相同剂量的TP没有治疗效果。与小尺寸肾靶向纳米载药系统相比,这一药物系统大大简化了制备与纯化过程和提高了治疗效率,为设计新的肾脏靶向治疗体系提供了新思路和方法。
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