甲氨蝶呤纳米靶向缓释系统的制备及体内外抗肿瘤作用研究

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癌症纳米疗法的迅速发展,解决了传统药物递送系统的选择性低、毒性大和耐药性等问题。研究高效的纳米靶向制剂是解决这些问题的关键课题,已受到生物医学及材料科学研究者的极大关注和兴趣。而肿瘤生长分子机制的揭示,发现肿瘤细胞与正常细胞的结构差异性,使得肿瘤细胞特有的分子靶点成为抗肿瘤药物研究和开发的热点。  本论文以提高药物的靶向性和延长其在血液中的循环时间为研究目的,制备了以壳聚糖(Chitosan,CS)和甲氧基聚乙二醇(Methoxy polyethylene glycol,mPEG)为载体的甲氨蝶呤(Methotrexate,MTX))纳米靶向缓释系统,并研究其在体内外抗肿瘤作用。首先,对该MTX纳米体系进行结构表征和取代度、包封率、载药量测定。其次,建立叶酸受体(FR)高表达的细胞和动物模型,评价其体内外细胞摄取和抗肿瘤活性。再次,创新性选择了培美曲塞(Pemetrexed,PEM)作为抗叶酸代谢药,构建了新型双载药多靶点的MTX纳米体系,并系统评价该体系在叶酸受体(FR)低表达的细胞和动物模型中的抗肿瘤疗效。主要研究结果如下:  (1)采用分子量约为7万的壳聚糖(Chitosan,CS)为纳米载体原材料,通过三聚磷酸钠(Sodium Tripolyphosphate,STPP)和戊二醛(Glutaraldehyde,GA)的物理诱导及化学交联作用制备粒径可控、结构稳定的纳米粒。通过正交实验的多水平多因子分析获得的优化制备条件是:MCS∶MSTPP=5∶1,pH值为4.0,STPP滴速为1 mL/min,反应温度10℃。在上述条件下引入亲水性基团-mPEG,增加纳米载体的水溶性和缓释性。在乙基[3-(二甲胺基)丙基]碳二亚胺盐酸盐(1-ethyl-3-(3-dimethyllaminopropyl) carbodiimide hydrochloride,EDC)催化下成功将MTX、FA、PEM偶联到mPEG化的纳米载体上。  (2)通过激光散射粒度分析仪(DLS)测得纳米粒平均粒径在165 nm左右,PDI小于0.2。纳米粒子分布图表明粒径分布较窄,Zeta电位45 mV左右。电镜观察显示,粒子呈单分散状态,球形,其表面光滑。PEG增加了CS-NPs的水溶性,降低CS本身的粘性。采用傅立叶红外光谱、核磁共振波谱等分析仪器对MTX-mPEG-CS-NPs的结构进行表征,结果表明mPEG和MTX都成功地偶联到CS上,每个CS-NPs中结合了99个mPEG和1562个MTX。紫外可见分光光度法测得MTX-mPEG-CS-NPs的载药量和包封率分别为44.26±0.64%和87.36±0.79%。由此可见,纳米粒尺寸可控、性能稳定,满足纳米粒载药体系的要求。  (3)MTX-mPEG-CS-NPs和MTX-PEM-mPEG-CS-NPs在不同pH介质下的体外释放实验表明,MTX在碱性条件更有利于药物的释放,并呈现突释和缓释的双相释放特征。在37℃时,药物释放在144 h仅7%,说明该方法可制得性质稳定、缓释的单载药及双载药纳米体系。  (4)对甲氨蝶呤壳聚糖纳米粒进行药物敏感性试验,发现使用MTX-mPEG-CS-NPs比单纯使用MTX对肿瘤细胞增殖的抑制率高。流式细胞技术分析了载药纳米粒对细胞的增值抑制率,发现载药纳米粒对宫颈癌(HeLa)细胞增殖的抑制明显作用优于纯药物。小鼠肝癌(H22)体内的光学成像结果表明,MTX从纳米粒中释放后靶向分布到肿瘤组织中,表现出显著的肿瘤滞留作用和选择性,以及MTX纳米体系的叶酸通路的自靶向性。这些结果表明,MTX-mPEG-CS-NPs有望成为靶向抗肿瘤化疗药,尤其对叶酸受体高表达的肿瘤。  (5)双载药体系MTX-PEM-mPEG-CS-NPs的细胞和动物试验结果显示,双载药纳米粒对人肺癌(A549)作用24 h后抑制率分别为纯药和单载药的1.5倍和1.3倍;PEM-MTX-mPEG-CS-NPs对A549作用72 h的半抑制浓度(IC50)为0.76μg/mL;PEM-MTX-mPEG-CS-NPs对荷鼠肺癌(LLC)的C57小黑鼠给药25 d的抑瘤率为80.66±1.99%。结果表明,载药纳米体系比同剂量下的纯药对A549肺癌细胞具有更好的诱导凋亡能力,MTX和PEM联合使用比单药对A549及LLC生长和增殖的抑制作用强,验证了MTX-PEM-mPEG-CS-NPs具有体内靶向抗肿瘤疗效,以及MTX和PEM双载药具有协同增效作用。
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