癌症是世界范围内的主要疾病之一,每年都有数百万病人因其丧生。许多科研人员正在研究能够将药物靶向送到特定肿瘤细胞的癌症治疗技术。目前临床常用的癌症治疗方法有放射治疗,手术以及化疗。其中,化疗是最广为人知的一种癌症治疗方法,报道有高分子、超分子、生物分子药物等作为化疗药物的载体。但由于这些药物载体的不具靶向性,不能准确控制药物在体内的代谢、药物的溶解度及其本身的细胞毒性等,限制了药物在体内的实际作用。为了解决这个问题,我们研究设计了能与生物分子结合的新型超分子药物载体,以及各种不同类型的环糊精(CD)载体来改善传统给药系统的特性。环糊精是直链淀粉的酶解产物之一,其笼状分子的核心结构是疏水的空腔,该空腔可嵌入各种疏水性小分子。环状低聚糖(环糊精)在动物和人体内并不会引起免疫反应,且毒性很低。环糊精分子表面存在大量游离羟基,内部空腔具有相对非极性,这使其具有外缘亲水而内腔疏水的特性,能够作为主体分子提供一个疏水的结合部位包合各种疏水的客体分子。通常,根据分子中葡萄糖单元数目来给环糊精命名,其中含有6个葡萄糖单元的环糊精称为α-环糊精,含7个的为β-环糊精,以此类推含8个的则为γ-环糊精。在现今制药行业中,利用环糊精来改善药物功能的作用远大于增加药物的稳定性和溶解度。除此之外,环糊精在高级药物传递系统中同样发挥着非常积极的作用。生物超分子聚合物是药物递送领域的一个前沿研究方向,其与目标分子结合后可用于特定类型细胞(尤其是癌症细胞)和特定部位疾病的靶向治疗。基于环糊精的超分子生物材料在生物医学工程、组织再生和药物控释系统领域中的应用技术已经相对成熟,本研究中我们利用环糊精超分子生物材料的药物包封性和生物分子的靶向性。本论文以β-环糊精纳米海绵作为研究对象,分别以胆固醇、唾液酸、透明质酸对其进行修饰或制备成共聚物,以期赋予β-环糊精纳米海绵靶向性或生物识别功能。论文针对基于以环糊精生物超分子聚合物给药载体的研究开发为目标,分别以表面修饰法、共聚物形成法和支化聚合物制备法三种方法,构建了三种不同的新型药物载体,以期用于药物在体内的靶向传递。1.环糊精纳米海绵的生物功能化环糊精纳米海绵(CD-NSPs)是具有高孔隙率的交联聚合物,在小分子和大分子药物的递送上均具有潜在的应用价值。但由于CD-NSPs缺乏固有的细胞结合能力,限制了其在药物递送中的应用。将药物作为包合物或非包合物包封在结构中是环糊精纳米海绵分子的一种特性,它能通过将药物直接导向作用部位来治疗特定疾病,例如癌症、心血管疾病。但是,在许多情况下,由于它们与细胞结合能力较弱并且不能与特定蛋白质或细胞膜作用,阻碍了它们的实际应用。在实验中,常对聚合物分子上的靶向基团或生物分子的结构进行修饰来改善其与细胞或受体的相互作用。同理,针对药物载体分子表面的修饰也能改变纳米载药系统的细胞摄取和治疗特性。胆固醇(CHS)是一种半亲水半亲脂的生物分子,它在哺乳动物细胞代谢过程中起着重要的作用。本研究首先合成环糊精交联聚合物纳米海绵,并使用CHS对纳米海绵颗粒的表面进行功能化修饰;利用光谱、显微、热重分析和色谱等技术确认聚合物的成功合成和物理化学性质的变化;并在细胞毒性试验中发现β-环糊精纳米海绵(β-CD-NSP)具有较高的安全性。本研究选择阿霉素(Dox)作为模型药,研究CHS修饰的β-CD-NSP对药物的吸收和释放行为。激光共聚焦显微(CLSM)结果表明CHS修饰后β-CD-NSP的细胞摄取能力增强。因此,本研究认为CHS修饰的β-CDNSP体系可以用作靶向药物递送载体。β-CD-NSP经CHS表面功能化修饰后,改变了该交联聚合物的表面特性,可以提高CD-NSP给药系统对特定疾病的疗效和给药效率。研究结果表明,在交联聚合物表面接CHS能够增强其表面的疏水电荷,从而增加阿霉素的吸附。并对表面经过修饰后的CD-NSP进行了细胞毒性试验评价,由于CHS和细胞膜之间的相互作用,使得细胞对负载着Dox的β-CD-NSP的摄取效果更好。表面修饰过的CD-NSP能够作为低水溶性的小分子药物的载体,提高该小分子药物在靶向给药系统中的溶解度和生物利用度。上述研究结果发表在Carbohydrate Polymers Carbohydrate Polymers,2018,(190):23-30(IF=4.881).2.环糊精-唾液酸共聚物的制备与靶向研究CD的共聚反应是制备具有特殊性能的药物载体的一个非常有意义的研究领域。选择N-乙酰神经氨酸即唾液酸(SA)作为共聚反应的生物分子,通过糖苷键连在细胞膜表面糖链末端的SA能有效阻断细胞表面上一些重要的抗原位点好对其进行识别标记,从而保护这些糖缀合物免受自身免疫系统的攻击。SA是一种9-碳阴离子单糖,主要位于细胞膜上,其在血清的含量可用于多种类型癌症的临床检查。SA还可参与细胞中多糖和蛋白质的相互作用,对作用过程中的药物识别起协调作用。SA能够与免疫调节受体表达的唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素结合。此外唾液酸在生化工程领域也有很好的应用前景。本研究以碳酸二苯酯(DPC)为交联剂,通过一步交联反应,将SA与CD进行直接交联,得到的交联聚合物能与药物络合并将药物靶向送至病灶。β-CD的包合特性加上SA作为标识位点,使该交联聚合物更适于作为靶向药物传递的载体。用同步辐射傅里叶红外光谱、差示扫描量热法、热重分析和粉末X射线衍射等多种光谱和显微技术对上述CD-SA交联共聚物进行了表征。用氮吸附法测定共聚物的比表面积和孔径分布。用Dox测定共聚物的载药量和细胞穿透能力。经细胞评价后,证明其是优秀的药物靶向性新载体,且具有较好的生物相容性且对Hela细胞具有较高的结合能力。结果表明,通过一步交联反应合成的β-CD-SA共聚物新载体具有较强靶向性和细胞穿透能力。与β-CD和SA相比,该共聚物为非晶态且具有更好的热稳定性。细胞毒性实验结果显示该共聚物对Hela细胞没有明显的细胞毒性。且相比β-CD,β-CD-SA对Dox有更好的载药量和更强的细胞穿透能力。结合CD的载药能力和SA的靶向性而合成的共聚物是一个很好的药物靶向性新载体,我们可以进一步深入研究其在病毒性和神经系统性疾病中的作用。该研究发表在Arabian Journal of Chemistry,2017,https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2017.11.011(IF=4.551)3.单个生物大分子结合多个环糊精的树枝状共聚物新载体研究水溶性对于CD交联药物载体至关重要,而许多共聚物不能溶于水。为了解决这一问题,本研究采用类似CD-SA的合成方法,以DPC作为交联剂合成CD与透明质酸(HA)共聚物。HA分子结构是由D-葡萄糖胺和N-乙酰葡萄糖醛酸组成的,它是细胞外基质的主要成分。除了作为药物载体,透明质酸在影响组织,细胞正常生长,调节细胞黏附,迁移,分化以及器官结构稳定性等过程中也起到非常重要的作用。除此之外,临床上发现许多类型的肿瘤细胞均过度表达CD44和RHAMM受体,而这些受体能特异性地与透明质酸结合并调节肿瘤新生血管的形成。CD与HA的共聚物作为一种重要的交联聚合物,吸引了学者们继续深入研究。HA分子结构中有许多能与其他化学基团、药物或基因相互作用的官能团,β-CD外部也具有能与多种分子结合的游离羟基。这些官能团的结合作用为高级药物载体的研究开辟了新领域,尤其是当CD的疏水空腔能够作为靶向分子的载体时。在两者的交联聚合物中,HA作为聚合物主链,而CD分子通过碳酸酯键连接在主链上。透明质酸-β-环糊精树枝状聚合物(HA-β-CD-BP)具有较好的水溶性,该聚合物具有很高的细胞活性,细胞结合能力以及细胞摄取能力。它能很好地包裹维生素E(VE),改善VE的水不溶性。综上,本研究中经过表面功能化修饰的β-CD-NSP具有高的细胞结合能力和靶向药物递送,为β-CD-NSP的应用和靶向给药提供了新思路。以共价交联代替表面修饰,合成了两种新型环糊精-生物分子聚合物,并验证了其作为药物递送载体的优越性能。利用聚合物结构的变化制备功能性载体分子已成为生物医学和制药工业中的重要研究领域。