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刺激响应性纳米药物递送/诊断体系对癌症的个性化诊断及精准治疗具有重要意义,其中智能型纳米药物递送体系可通过被动靶向富集到病变部位,在特定刺激下实现药物在病变部位的可控释放,提高疗效的同时降低毒副作用。纳米诊断体系不仅可精确探测病变部位,而且可对治疗过程实时监控,以便对治疗方案及时调整,从而提高抗肿瘤药物的靶向性和疗效。近年来,虽然已开发了大量新型刺激响应性材料用于构建纳米药物递送/诊断体系,但它们的生物相容性和递送效率仍难以令人满意。聚磷酸酯是一类具有生物相容性和生物可降解性的“明星”合成大分子,具有合成简单、结构可调以及酶降解性等诸多优点,已被广泛应用于仿生纳米材料、生物医药和其他相关领域。基于聚磷酸酯的诸多优点,本论文构建了一系列聚磷酸酯刺激响应性纳米药物递送/诊疗体系,包括还原响应聚磷酸纳米前药、光触发活性氧响应超支化聚磷酸纳米递送体系、聚磷酸酯修饰仿生纳米囊泡以及集光热-化疗和光声成像于一体的聚磷酸酯诊疗体系,具体研究工作分为以下四个部分:1、还原响应聚磷酸酯前药的设计、合成及表征:针对传统聚合物前药载药量不可控、聚合物生物可降解性差等制约其临床应用的问题,本章构建了一种载药量可控的还原响应聚磷酸酯前药。首先设计合成一种以二硫键连接抗肿瘤药物喜树碱(CPT)为侧基的环状磷酸酯单体(CPTSP),然后在1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯和N-环己基-N’-(3,5-二(三氟甲基)苯基)硫脲催化下,通过其与含乙基侧基的环状磷酸酯单体(EEP)的无规共聚,制备得到还原响应聚磷酸酯前药PCPTSP-co-PEEPs。由于PCPTSP-co-PEEP具有亲水性聚磷酸酯主链和部分含疏水性抗肿瘤药物喜树碱的侧基,其可在水中自组装形成纳米胶束。胶束的尺寸和载药量可以通过调节CPTSP和EEP的投料摩尔比进行控制,当EEP/CPTSP投料摩尔比从9/1提高到49/1时,PCPTSP-co-PEEP胶束的平均粒径从190 nm增加到230 nm。DLS监测结果表明,在生理条件下PCPTSP-co-PEEPs胶束相对稳定,平均粒径基本保持不变,而在还原条件下可快速降解,平均粒径减小。体外药物释放实验也进一步证实PCPTSP-co-PEEPs胶束具有还原响应特性。PCPTSP-co-PEEPs胶束可通过细胞内吞作用进入HT29肿瘤细胞,释放出抗肿瘤药物CPT并抑制肿瘤细胞的增殖。PCPTSP-co-PEEPs胶束在裸鼠体内的肿瘤抑制率高达73.4%,约为CPT原药的两倍。刺激响应性聚磷酸酯前药策略还可推广应用于其他小分子抗癌药物构建智能纳米药物递送体系。2、两亲性超支化聚磷酸酯基光触发ROS响应纳米药物递送体系的构筑及评价:传统抗肿瘤药物纳米递送体系的肿瘤渗透性弱,药物递送效率低,限制了它们的临床实际应用。本章构建了一种基于两亲性超支化聚磷酸酯的ROS响应纳米药物递送体系,其具有光触发粒径减小特性,增强药物递送体系的肿瘤渗透性和体内药物递送效率,从而提高疗效。首先,设计合成了一种含硫缩酮键侧基的环状磷酸酯单体(CMP),然后通过其自缩合开环聚合并用光敏剂二氢卟吩e6(Ce6)封端得到超支化聚磷酸酯(HBPTK-Ce6)。含硫缩酮键和Ce6的HBPTK-Ce6可在水中自组装形成纳米颗粒,初始平均粒径约为210 nm。作为药物载体封装抗肿瘤药物喜树碱(HBPTK-Ce6@CPT)后,在血液循环中具有相对稳定性。它们可以通过增强渗透滞留(EPR)效应在肿瘤部位富集。此时用660 nm激光照射肿瘤组织,HBPTK-Ce6@CPT纳米颗粒中的Ce6可产生单线态氧,在杀死肿瘤细胞的同时还可切断硫缩酮键,导致纳米颗粒尺寸逐步减小,提高纳米颗粒在实体瘤中的穿透性并和程序性释放所负载的CPT。体外三维细胞球实验证明了HBPTK-Ce6纳米粒子在660 nm光照下具有更强的肿瘤渗透效率并提高了细胞对其的摄取。动物实验表明HBPTK-Ce6@CPT纳米粒子在光触发下具有最强的肿瘤富集能力和抗癌效果。这种光触发尺寸减小活性氧响应纳米药物递送体系为提高药物在实体瘤穿透性并获得令人满意的疗效提供了一种可行的策略。3、含聚磷酸酯超支化多臂共聚物组装体的形貌转变及应用研究:细胞内的各种纳米囊泡是生命体进行生物催化、物质传递、信号传导、免疫抗原递送等一系列生命活动的基础。目前,基于生物酶在细胞内构建仿生囊泡仍是一个难题。本章利用碱性磷酸酶(ALP)响应超支化多臂共聚物在细胞内原位构建了一种聚合物仿生囊泡,并将其用于特异性肿瘤超声成像研究。该超支化多臂共聚物(HBPO-star-PEEP)以1,5,7-三叠氮双环(4.4.0)癸-5-烯为催化剂,端羟基超支化聚(3-甲基-3-氧杂环丁烷)(HBPO)为大分子引发剂,引发2-乙基-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷开环聚合而得到。由于HBPO-star-PEEP具有疏水性超支化聚醚核以及多条亲水性PEEP臂,故可在水中自组装形成平均径约230 nm的单分子胶束聚集体。在ALP高表达的MC3T3细胞中,该单分子胶束聚集体可转变为平均粒径为400 nm的仿生囊泡,这是由于ALP促进了HBPO-star-PEEP中PEEP臂的水解,改变了超支化多臂共聚物的亲、疏水比例所致,并采用核磁共振氢/磷谱、尺寸排阻色谱、基质辅助激光解离飞行时间质谱等手段进行了表征确认。HBPO-star-PEEP单分子胶束聚集体还可负载全氟戊烷,并通过增强渗透滞留(EPR)效应在Hela肿瘤部位富集并在ALP作用下转变为仿生囊泡,可使Hela肿瘤部位的超声信号强度增强近一倍。这种由内源性酶催化的细胞内原位仿生囊泡的构建,为细胞的仿生研究提供了一种新模型,也为特异性肿瘤超声成像提供了一种可行的新策略。4、超支化聚磷酸酯-聚多巴胺杂化光热纳米诊疗剂的制备及其应用研究:传统光热疗法中,由于高热引起热休克蛋白的过表达会使癌细胞对高温的耐受性提高,往往导致光热治疗失败。为此,本章构建了一种基于超支化聚磷酸酯和聚多巴胺的纳米诊疗剂,其负载替拉替尼(17-AAG)可在光触发下快速释放,在诱导细胞的同时,抑制热休克蛋白活性,从而提高光热治疗效果。具体而言,设计合成了一种含长链烷侧基的环状磷酸酯单体(CP),并通过其自缩合开环聚合得到超支化聚磷酸酯(HCP)。再将其与修饰了长烷基链的聚多巴胺纳米粒子共组装,可得到光触发纳米诊疗剂(PDA-HCP)。PDA-HCP还可封装17-AAG(PDA-HCP@17-AAG),并在血液循环中具有相对稳定性,可通过增强渗透滞留(EPR)效应在肿瘤部位富集。此时,用808 nm激光照射肿瘤组织,PDA-HCP@17-AAG可将光能有效地转化为热能,促使癌细胞凋亡的同时,还增强了超支化聚磷酸酯链段之间的运动,从而快速释放负载的17-AAG。体外细胞实验结果表明光触发温度升高还促进了癌细胞对PDA-HCP@17-AAG的内吞作用,提高了对癌细胞抑制率。PDA-HCP还是一种有效的光声成像造影剂。这种光触发光声-光热联合诊疗为未来肿瘤的精准治疗并获得令人满意的疗效提供了一种可行的方案。