基于聚氨基酸的高分子纳米载药体系的设计及其抗肿瘤研究

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癌症是威胁人类健康的首要顽疾。化疗是临床上恶性肿瘤治疗的基本手段,然而传统的小分子化疗药物在使用中存在选择性差、药物利用度低和毒副作用大等缺陷。而纳米药物具有长循环、选择性肿瘤富集、肿瘤部位滞留时间长、低毒性等优势,有望克服小分子化疗药物存在的不足,提高其抗肿瘤效果。本论文以聚氨基酸材料为基础,针对肿瘤部位的特殊微环境,设计简单合适的载体,用于小分子化疗药物的体内传输,并以聚氨基酸载体为基础,开发药物共载体系,研究不同抗癌药物之间联用的效果,希望克服肿瘤治疗中存在的问题。  本论文的研究内容和主要结论如下:  1)我们制备聚(乙二醇)-b-聚(L-谷氨酸-co-L-苯丙氨酸)共聚物,利用嵌段共聚物中的谷氨酸羧基与阿霉素的氨基通过静电组装担载药物,苯丙氨酸提供强的π-π堆积效应及疏水作用来稳定纳米粒子的组装防止纳米粒子在血液循环中解体,聚乙二醇提供长循环能力。该载体可以有效担载阿霉素,载药量和包封率高。细胞实验表明担载阿霉素的纳米粒子比纯药有更强的细胞毒性和内吞效率。最大耐受剂量实验显示载药纳米粒子的耐受剂量比纯药提高三倍左右。在A549荷瘤裸鼠上的体内抑瘤实验显示载药纳米粒子有良好的抑瘤效果和安全性,表明该静电担载阿霉素的体系有潜在的应用前景。  2)为了解决高分子键合药普遍存在的药物释放过慢、合成困难和结构复杂的问题,我们开发了同时具备结构简单明确和肿瘤内响应释放的高分子键合药。我们首先合成了二硫二丙酸修饰的聚乙二醇嵌段聚赖氨酸作为高分子主体。然后通过酯化反应将紫杉醇键合到该高分子上,得到紫杉醇的高分子键合药。同时我们设计一个不含二硫键的键合药作为对照。体外实验表明该键合药具备肿瘤胞内敏感的释放行为。细胞实验证明该敏感的键合药在一系列癌细胞上的细胞毒性要远强于不敏感的键合药。B16F1荷瘤老鼠上抑瘤实验证明该键合药具有优异的抑瘤效果和较低的毒副作用。简单的合成方法和优异抗肿瘤效果表明该体系可以对临床键合药的设计有重要的借鉴意义。  3)为了实现物化性质不同的化疗药物的共担载,我们设计合成了聚乙二醇-b-聚(L-谷氨酸)-b-聚(L-赖氨酸)三嵌段共聚物,并将赖氨酸用脱氧胆酸疏水修饰。利用谷氨酸静电担载阿霉素,脱氧胆酸修饰的赖氨酸通过疏水作用担载紫杉醇。通过MTT实验我们发现共载药物纳米粒子在细胞层面有良好的协同效果。体内抑瘤实验表明共载药物在比纯药联用效果更好的同时,并没有造成明显的机体毒性。表明利用纳米载体联用化疗药物具有良好的临床应用前景。  4)目前,纳米药物在治疗实体瘤时面临肿瘤渗透性不佳的缺陷,这主要由于实体瘤血管分布的异质性。实体瘤血管通常分布在肿瘤的外围,在内部则缺乏血液供应,且肿瘤内部间隙压力高,这些特征使得纳米药物在治疗实体瘤时难以渗透到肿瘤的内部,因此难以发挥比小分子药物特别突出的效果。肿瘤的这些特征需要我们改变设计纳米药物的思路,应该思考如何克服或者利用实体瘤这些特征,将纳米药物在实体瘤治疗中的不足转化为优势。因此,我们提出了一个纳米化的血管阻断剂和细胞毒素药物联用肿瘤治疗策略。在该策略中,我们利用纳米药物在肿瘤边缘的选择性蓄积,来实现下面的目的:利用纳米药物在肿瘤边缘血管附近的长驻留,缓释血管阻断剂,来破坏血管饿杀肿瘤内部细胞;纳米药物释放的细胞毒素药物专心杀死肿瘤外围细胞,这样内外兼顾,以达到彻底治愈肿瘤的目的。为了实现上述设想,我们设计乙醇胺改性的聚(乙二醇)-b-聚(L-天冬氨酸),共担载小分子血管阻断剂DMXAA和阿霉素。体内抑瘤实验表明该联合用药具有显著的优势,有望克服纳米药物在实体瘤治疗的不足。  通过本论文的研究,希望能够设计简单有效的高分子载体解决小分子抗癌药物体内传输的问题,为纳米药物在治疗中存在的问题提供参考和思路,为纳米药物的临床应用奠定基础。
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