两亲性聚羟基丁酸酯嵌段共聚物的构建及缓释性能研究

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随着人口老龄化的增加和眼部保健要求的提高,眼用药物以及给药方式的研究开发正呈现高速增长的趋势。眼疾在临床上治疗方式主要包括:局部眼外给药、系统给药和玻璃体腔注射等。但因血-视网膜及角膜屏障的存在,传统给药方式存在药物生物利用度低,半衰期较短,需多次给药;对病变部分的特异性差,发挥药效的同时对眼内正常组织造成非特异性损伤。若采用眼部控释给药系统既不影响视力,又可长效、持续的给药并实现靶向控制,因而备受关注。  聚羟基丁酸酯(PHB)具有优异的生物相容性和降解性,是中长期缓释药物载体的代表,经修饰的两亲性嵌段共聚物材料可作为靶向药物载体,大大提高药物输送能力。本文利用缩聚法、原子转移自由基聚合(ATRP)等可控合成方式引入兼具亲水性和优良生物相容性的聚乙二醇、聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮嵌段,进而用叠氮修饰嵌段共聚物,以季戊四炔为交联剂,通过点击反应合成精细结构的功能双亲聚合物网络,并以青蒿琥酯为模型药物,探索修饰改性的聚羟基丁酸酯作为眼科控释给药载体的可行性。具体研究内容包含以下几个方面:  1.由于PHB(Mn=70万)端基少、反应活性低,为提高其反应活性将PHB在乙二醇中降解为系列低分子量具有端羟基的预聚物PHB-diol。考察催化剂二月桂酸二丁基锡的浓度、反应时间等对预聚物分子量的影响,当反应时间为6h,催化剂加量为1%时,醇解产物的分子量降至原来的1/100。差示扫描量热分析(DSC)发现,随着醇解反应的进行,PHB重复单元含量减小,熔融结晶温度(Tc)、结晶度(Xc)和熔点(Tm)下降,醇解反应降低了PHB的结晶速率和结晶能力。通过醋酐/吡啶回流法计算出不同数均分子量PHB-diol的端羟值与聚合物的摩尔比为1.36:1~1.99:1。  2.以六甲基二异氰酸酯(HDI)为偶联剂,PHB-diol与聚乙二醇缩聚制备PHB-PEG共聚物,通过改变单体投料比调节聚合物的组成,并利用凝胶渗透色谱(GPC)、核磁共振氢谱(NMR)和红外光谱(FT-IR)等表征其结构。当m(PHB-diol):m(PEG)=1:2时,共聚物断裂伸长率可高达135%,PEG的加入使聚合物在低于玻璃化转变温度时,出现了温度范围较宽的β转变,热失重(TGA)测试结果可知共聚物的热稳定性比PHB-diol有所改善,热分解温度提高40℃。偏光显微镜观察发现,共聚物球晶形态不规则,同时PEG链的存在改善了PHB材料表面的亲水性,接触角由原来的75.5°降为42°。  3.以三乙胺为催化剂,2-溴丙酰溴和PHB-diol发生酯化反应合成大分子引发剂PHB-diBr,并通过FT-IR、NMR和GPC对产物进行了结构表征,DSC分析发现,酯化反应使PHB-diBr的Xc和Tm下降,通过羟值含量间接测定引发剂分子中的溴含量为2.11×10-3mol/g。以2,2’-联吡啶为配位剂,溴化亚铜为催化剂,PHB-diBr引发丙烯酰胺聚合制备系列PAM-b-PHB-b-PAM嵌段共聚物,FT-IR,1HNMR和GPC研究发现随着共聚反应单体比例的增加,分子量和转化率均增加且线性相关,而分子量分散性则呈下降趋势,符合原子转移自由基聚合(ATRP)特征;DSC曲线显示两个熔融峰,表明嵌段共聚物呈现微相分离;运用TGA评价热性能,三个不同嵌段比例的共聚物最大降解速率均出现在285℃附近。  4.大分子引发剂PHB-diBr通过ATRP法引发N-乙烯基吡咯烷酮聚合,得到两亲性含溴端基嵌段共聚物PVP-b-PHB-b-PVP。当引发剂为PHB100-diBr时,引发效率较高,分子量分布为1.18~1.59;而以PHB250-diBr引发制备的嵌段聚合物,转化率较高,且分子量分布较窄为1.17~1.49;TGA曲线表明分解温度随嵌段共聚物分子量的增加有所升高。共聚物在水溶液中自组装成胶束结构,胶束粒径均小于100nm,且分布比较窄,随着疏水嵌段比例的增加以及聚合物初始溶液浓度的增大,胶束尺寸变大,且由核壳结构的球形逐步转变为柱状和囊泡结构。制备的PVP-b-PHB-b-PVP胶束及负载阿霉素胶束,均具有较低的细胞毒性,生物相容性良好。  5.利用合成的溴端基大分子引发剂与叠氮钠反应生成叠氮修饰聚合物PHB-N3和N3-PVP-b-PHB-b-PVP-N3,溴丙炔和季戊四醇在KOH的作用下反应生成小分子交联剂季戊四炔,在CuBr/PMDETA配位体系下,叠氮修饰聚合物PHB-N3、N3-PVP-b-PHB-b-PVP-N3分别与季戊四炔发生环加成反应得到双亲聚合物网络。TGA分析表明,PHB基聚合物网络分解温度比叠氮修饰线性嵌段共聚物高出50℃左右,热稳定性有大幅改善。X射线衍射(XRD)结果显示改性后聚合物网络结晶度有明显下降。  6.运用多重乳液法制备含双亲性PVP-b-PHB-b-PVP、PAM-b-PHB-b-PAM以及PHB-PEG嵌段的载药微球,优化负载青蒿琥酯微球的制备工艺,最佳条件为:初次乳化速度为1000rpm,二次乳化速度为500rpm,最大包药水油比为2:5,PVA浓度2%。建立了利用高效液相定量分析微球体外释放的方法,对不同药物载体进行包封率以及释放性能测试,结果发现,PHB基聚合物包封率均大于70%,PHB250-PEG45嵌段共聚物在水溶液中链比较舒展,25d释放率为71.5%,而PAM60-b-PHB100-b-PAM60、PVP55-b-PHB100-b-PVP55共聚物中PAM、PVP链段在水中先溶胀形成凝胶,不轻易进入介质,突释率降低,PVP55-b-PHB100-b-PVP55微球累积溶出量25d达到75.4%,聚合物网络释放周期超过35d,累计溶出量达到80%左右,且疏水段比例越大,释放速度越缓慢。所有药物载体的释放行为均符合一级动力学模型,是扩散为主的释药行为。PHB基聚合物在降解初期的20d,失重率均较小,线性嵌段共聚物的失重率高于双亲网络共聚物。细胞毒性实验结果显示PHB基药物载体生物相容性良好。
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