新型低毒性两亲性壳聚糖衍生物的合成及其蛇床子素胶束的研制

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目的合成新型的两亲性壳聚糖衍生物,希望具有较好的安全性和生物相容性,并以其为载体,以疏水性的抗肿瘤药物蛇床子素(Osthole,OST)为模型药物,制备OST载药胶束,通过胶束疏水层包载药物,增加药物溶解性,通过胶束亲水外层促进药物吸收和被动靶向,从而改变OST溶解性差、吸收差、分布广的缺点,增加药物的抗肿瘤效果。方法(1)通过烷基化反应,在壳聚糖的自由氨基上连接上三个甲基,得到亲水性的N-三甲基壳聚糖(N-trimethyl chitosan,TMC),再在游离的氨基上继续引入长链软脂酰基或癸酰基,合成新型的两亲性壳聚糖衍生物,N-癸酰基-N-三甲基壳聚糖(N-caprinoyl-N-trimethyl chitosan, CA-TMC)和N-软脂酰基-N-三甲基壳聚糖(N-palmityl-N-trimethyl chitosan, PA-TMC)。经红外光谱、1H-NMR验证新型聚合物的结构,并通过元素分析法定量分析引入基团的接枝率。采用芘荧光探针法测定聚合物的临界胶束浓度。通过细胞毒性实验、溶血性实验和急性毒性实验考查载体的生物相容性评价其安全性。(2)以两亲性壳聚糖聚合物为载体,采用不同的制备方法制备OST载药胶束,以包封率、粒径和稳定性、后续实验等因素选取制备方法,再以单因素和正交设计等方法优化载药胶束的处方工艺。利用激光粒径动态分析仪、高分辨率投射电镜、原子力显微镜进行表征,并考察不同pH值介质中载药胶体的释放特性。(3)以OST原料药,采用MTT法筛选敏感的肿瘤细胞,评价OST及其载药胶束的细胞毒性,同时采用流式细胞术探索药物的作用机制。采用共聚焦显微镜和原子力显微镜观察药胶束的细胞靶向性和吸收过程。结果(1)合成了2种新型的壳聚糖衍生物,其结构得到红外图谱和1HNMR谱的表征;元素分析法显示随着三甲基壳聚糖季胺化程度的升高,疏水基的接枝率降低。聚合物的临界胶束浓度在0.0016~0.088mg mL-1,提示载药胶束有较好的抗稀释能力。细胞毒性实验表明载体对A549、Hela和HL7702细胞的抑制作用有随着载体浓度升高而升高的趋势,但总体抑制率较低,具有较好细胞相容性。溶血实验表明载体的溶血性远低于常用静脉注射的低分子表面活性剂Tween80而与F188相当,说明聚合物具在考察浓度范围内,血液相溶性好。CA-TMC的半数致死量(Lethal Dose50,LD50)值为368.79mg kg-1,PA-TMC的LD50为405.31mg kg-1,具有较大的LD50;与生理盐水组相比,给药组小鼠心肝脾肺肾没有显著性差异,说明聚合物载体具有良好的组织相容性。安全性实验表明新型的两亲性壳聚糖衍生物具有较好的生物相容性和安全性。(2)综合分析考虑选择超声法作为载药胶束的制备方法,通过单因素实验,正交实验优化OST/PA-TMC和OST/CA-TMC载药胶束制备方法。再此基础上进一步确定最佳制备方法为载体浓度1.0mg·mL-1,载药比25%,超声次数200次。将不同的载体按此方法制备的载药胶束使OST在水中的溶解性均有明显提高。综合各载体评分,最终选取最佳载体CA-TMC2进一步表征。OST/CA-TMC2载药胶束平均粒径((183.6±26.1) nm,PDI为0.079,包封率(79.29±0.76)%,载药量(20.01±0.07)%。透射电镜和原子力显微镜照片显示,制得的载药胶束近球状,形态比较圆整,粒径在180nm左右。OST/CA-TMC2载药胶束在pH5.0和pH7.4的释放介质中,释放行为符合Higuchi方程。(3)实验表明OST对乳腺癌细胞株MCF-7和宫颈癌细胞株Hela细胞较为敏感,半数抑制率(half Inhibitoryof the substance Concentration,IC50)分别为55.20μg mL-1、60.79μg mL-1。将OST制备成OST/CA-TMC2载药胶束后,药物的浓度效应范围更大,能显著提高抗肿瘤活性。与OST相比OST/CA-TMC2载药胶束对Hela更具亲和性,抑制作用更显著。同时,OST/CA-TMC2载药胶束没有改变药物致MCF-7和Hela细胞死亡的途径,还有明显的促进作用。原子力显微镜实验表明,细胞给药物后,细胞表面褶皱增加明显,说明吞噬作用正在进行,统计分析发现褶皱增加的范围恰为1-2个胶束粒子粒径,说明吞噬作用是药物进入细胞的一种方式。共聚焦显微镜实验显示了OST/CA-TMC2载药胶束能快速进入细胞,并最终定位于细胞核,且Hela细胞核内的荧光更为明显,这一现象从一个侧面解释了原料药对MCF-7作用略强,而载药胶束对Hela细胞作用略好。结论实验合成了2种新型低毒的两亲性壳聚糖衍生物,不同的载体与制备方法对OST载药胶束的粒径、多分散系数、包封率和载药量都有不同程度的影响。优化的OST载药胶束工艺简单、成本低廉、稳定性较好。OST载药胶束具有增加药物溶解性、缓释药物、促进吸收、物理靶向作用,可显著提高药物的抗肿瘤作用。结果表明两亲性壳聚糖衍生物是一种潜在的难溶药物载体,以其制备的OST载药胶束制剂是一种具有良好开发潜力的新型抗肿瘤递药系统。
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