（高分子化学与物理专业论文）多功能生物医用纳米载体胶束囊泡.pdf

论文题目： 流动站： 博士后 ： 合作导师： 多功能生物医用纳米载体胶束囊泡 化学 李皓 帅心涛教授 摘要 药物载体作为药物的包负物和传输载体能够决定人体内的药代动力学及分 布。以纳米胶束和纳米囊泡为代表的新型药物载体已成为当前该领域内研究的焦 点和热点。它们通常选择生物相容性好的可降解生物医用高分子作为载体材料， 易进行分子水平上的设计、修饰和改性，能够更进一步地实现药物释放的靶向化、 可控化和智能化，对提高药物的疗效和降低药物的毒副作用具有显著的功效。 利用两亲性嵌段共聚物的自组装和叔氧基质子化的p h 响应性机制，本文制 备了以聚乙二醇聚氨基酸二异丙基叔胺基衍生物为原料的酸敏感纳米药物载体 系统。其中，所合成的聚乙二醇一聚【n ( n ，n 二异丙基乙胺基) 谷酰胺】 【p e g p ( l g a d i p ) 】能够在超声作用下组装形成粒径在6 0 1 1 m 左右的载药胶束。在 此基础上对其材料和胶束性能进行了详细的研究。结果表明，p e g p ( l g a - d i p ) 的质子响应范围在p h 7 0 苟眩间，符合肿瘤细胞及溶酶体内部弱酸性环境的要 求，而且由于酸性条件下侧叔胺基的质子化，其临界胶束浓度大大提高。进一步 的实验证明，p e g p ( l g a d i p ) p z 变柬对阿霉素有较高的负载率并具备良好的质子 响应性，弱酸性条件下胶束中p ( l g a d i p 煅的逐步质子化会胶束膨胀甚至解体， 其所包裹的药物因此能够相对于非酸敏和弱酸敏载体更快地被释放出来。经细胞 实验证实，p e g p ( l g a d i p ) 载药胶束不仅能够更快地被细胞所吞噬，而且能够 更快地进入细胞核以彻底地杀死肿瘤细胞。它较非酸敏和弱酸敏载体具有更低的 i c 5 0 值，并且叶酸的引入使其具备了明显的肿瘤靶向性，更接近于纯阿霉素的直 接用药效果。以上结果皆与酸敏d i p 基团的接枝率成正比，接枝率越高其酸敏响 应越强，对药物的智能控释效果也就越明显。因此，p e g p ( l g a - d i p ) j 挠束可望 作为一种新的功能型肿瘤靶向性药物载体得到应用。 类似地，经氨解反应合成的、亲疏水嵌段比更高的聚乙二醇聚【n ( n ，n 二异丙基乙胺基) 天冬酰胺】能够在超声作用在组装形成粒径在2 2 0 r i m 左右的球 i 形中空闭合结构，即囊泡该共聚物的质子响应范围约在5 2 至7 2 之间，利用 在中性或弱碱性水中的自组装过程可包负水溶性荧光染料这表明该聚合物是一 个潜在的理想的智能控释药物载体，粒径与酸响应值较为合适，特别是对于水溶 性药物或显像试剂有很好的包负效果和一定的包负量。相关的改性及进一步功能 化还在进行当中。 经结构和性能表征，所合成的亲疏水嵌段比为1 0 的两亲性嵌段共聚物端甲 氧基聚乙二醇聚( d ，l 丙交酯) ( m p e g p d l l a ) 能够在水相中自组装形成 4 0 0 4 8 0 r i m 粒径的球形实心( 胶束) 或空心( 囊泡) 粒子，并分别在胶束内核或 囊泡外膜中包负了不同浓度的液态氟碳类超声显像试剂金氟戊烷( p f p ) 和 全氟辛溴( p f o b ) 体外超声实验表明，负载p f p 胶束的显像效果比相同浓度 的囊泡强，而负载p f o b 胶束的显像效果则较相同浓度的囊泡弱。这与p f p 和 p f o b 本身的回声特性有关，特别是低沸点p f p3 7 。c 的气化会使纳米粒子在超声 显像中呈现出显著的热增强效应。体内超声显像实验，包括皮下、血池和瘤内显 像，均证实该类型的纳米粒子无论是局部注射还是血管内注射都表现出较好的稳 定性和显像效果，有望成为新型的纳米超声显像试剂。 在此基础上，本文还合成了总分子量1 0 0 0 0 9 m o l 亲疏水嵌段比为9 的 m p e g p d l l a 和进一步用马来酰亚胺修饰的m a l p e g p d l l a 。通过对自组装行 为的分析和表征可以发现，该共聚物在水中能够自发形成1 5 0 2 0 0 r i m 具有球形 中空结构的囊泡粒子，且对超顺磁性四氧化三铁纳米颗粒( s p i o ) 有一定的包 封率和负载率，s p i o 的亲疏水性对囊泡的粒径影响不大实验证明，疏水性s p i o 颗粒会被均匀地包负在囊泡的疏水性外膜内，而经表面活性剂活化的亲水性 s p i o 粒子则会被包负于囊泡的水相内核当中并因为逐步失活发生团聚。体外磁 共振显像检测表明，m p e g p d l l a 纳米囊泡的包负能够在很大程度上提高s p i o 的磁响应性，而且会因为亲水性s p i o 粒子在囊泡水相内核的团聚得到进一步的 提高。相比于其它同类型的造影剂，其实现高磁响应性所需要的s p i o 浓度很低。 因此，负载s p i o 纳米颗粒的m p e g p d l l a 纳米囊泡作为一种新型的高效医学 磁共振造影剂有着巨大的研究价值和应用潜力 关键词：多功能化；生物医用；纳米胶束；纳米囊泡；药物载体；显像试剂 t i t l e ：t h er e s e a r c ho nm u l t i f u n c t i o n a ln a n a o m i c e l l e s n a n o v e s i c l e sa sd r u gc a r r i e r s a n di m a g i n ga g e n t s m o b i l ec e n t e r ：c h e m i s t r y p o s t d o c t o r ：h a 0u c o o p e r a t e dt u t o r ：p r o f e s s o r x i n t a os h u a i a b s t r a c t a sd r u g sw r a p p e ra n dt r a n s p o r t e r , d r u gn a n o c a r r i e ri sc a p a b l eo fd e t e r m i n i n g p h a r m a c o k i n e t i c sa n dp h a r m i cd i s t r i b u t i o ni nh u m a nb o d y c u r r e n t l y , m o r ea n dm o r c r e s e a r c h e sa b o u tn e w - s t y l ed u r g ，h a v ef o c u s e do nn a n o m i c e l l ea n dn a n o v e s i c l e i n g e n e r a l ，b i o m e d i c a lp o l y m e ri sc h o s e na sd r u gc a r r i e rm a t e r i a l s ，w h i c ha t t r i b u t et oi t s e x c e l l e n tb i o c o m p a t i b i l i t ya n db i o d e g r a d a b l e a n di ti sv e r e yh e l p f u lt op r o m o t e p e s t i c i d ee f f e c ta n d d e c r e a s es i d ee f f e c t ，t h a tt h et a r g e t i n ga n di n t e l l i g e n t i z i n go fd r u g r e l e a s ei sr e a l i z e db ym o l e c u l a rd e s i g na n dm o d i f i c a t i o n i nt h i sp a p e r , w ep r e p a r e df o ra c i d - s e n s i t i v ed r u gd e l i v e r ys y s t e m so r i g i n a i z e df r o m p o l y ( e h t y l e n eg i y c 0 1 ) - b p o l y ( a m i n oa c i dd e r i v a t i v e ) o nt h eb a s i so ft h es e l f - a s s e m b l y o fa m p h i p h i l i cc o p o l y m e ra n dt h ep r o t o n a t i o no ft e r t i a r ya m i n eg r o u p t h e r e i n t o ，t h e s y n t h e s i z e d p o l y ( e t h y l e n eg l y c 0 1 ) - b - p o l y n - ( n ，n - d i i s o p r o p y l a m i n o e t h y l ) g l u m a t a m i d e 】【p e g - p ( l g a - d i p ) 】c a ns e l f - a s s e m b l ed r u g - l o a d e dm i c e l l e sw i t ht h e d i a m e t e ro fa b o u t6 0 n mu n d e rs o n i c a t i o n a si t t u r n e do u t ，p e g p ( l g a - d i p ) s p r o t o n - r e s p o n d i n gr a n g ef r o mp h 5 0t o7 0d o e sa c c o r dv e r ym u c h w i t hw e a k l ya c i d i c e n v i r o m e n ti n s i d et u m o rc e l lo rl y s o s o m e a n dt h ep r o n t o n a t i o no fs i d ed i i s o p r o p y l t e r t i a r ya m i n eg r o u p ( d i p ) u n d e ra c i d i c c o n d i t i o nm a k e si t sc r i t i c a lm i c e l l e c o n c e n t r a t i o n ( c m c ) i m p r o v e dg r e a t l y f u r t h e r m o r e ，p e g p ( l g a d i p ) m i c e l l eh a s c h a r a c t e r sw i t hg o o dl o a d i n go fd o x o r u b i c i n ( d o x ) a n dg o o dr e s p o n s i b i l i t yt op r o t o n t h u si nw e a k l ya c i d i cc i r c u m s t a n c e ，p ( l g a - d i p ) b l o c ks h a l lb eg r a d u a l l yp r o t o n a t e d t om a k em i c e l l ee x p a n d e de n v e nd i s a s s e m b l es ot h a tt h el o a d e dd r u gs h a l lb er e l e a s e d m o r eq u i c k l yc o m p a r e dw i t hn o n - s e n s i t i v eo rw e a k l ys e n s i t i v ec a r r i e r s t h ec e l l e x p e r i m e n t st e s t i f i e dt h a tp e g p ( l g a - d i p ) m i c e l l e sc a nm u c hf a s t e re n t e rn o to n l y t h ec e l lb yc y t o p h a g y , b u ta l s ot h en u c l e u sf o rt h et h o r o u g ha p o p t o s i so ft u m o rc e l l s a tt h es a m et i m e ，i ti sc h a r a c t e r i s t i co fl o w e ri c 5 0v a l u et h a np e g - p d u ao r p e g - - p c la ss o o na st h ei n t r o d u c t i o no ff o l i oa c i di m p r o v e si t st u m o r t a r g e t i n g , i t s i c s ov a l u es h a l lb ec l o s e rt ot h ef r e ed o x so n e ，e v e nt ot h ee f f i c a c y t h ea b o v e r e s u l t sa r ep r o p o r t i o n a lt ot h eg r a f t i n gp e r c e n to fd i eh e n c e ，p e g 一p ( l g ad i p ) m i c e l l e si ss u p p o s e dt ob eu t i l i z e da sn w o - s t y l ef u n c t i o n a lt u m o r - t a r g e t e dd r u g c a l r i e r s s i m i l a r l y , p o l y ( e t h y l e n e g l y c 0 1 ) - b p o l y n ( n ，n - d i i s o p r o p y l a m i n o e t h y l ) a s p a r t a t a m i d e l 】【p e g - p ( l a - d i p ) i ls y n t h e s i z e db ya m i n o l y s i s ，c a ns e l f - a s s e m b l ea b o u t 2 2 0 h m s i z en a n o v e s i c l ei n a q u e o u sp h a s eu n d e rs o n i c a t i o n a c c o r d i n g t oi t s p r o t o n , - r e s p o n d i n gr a n g ef r o mp h 5 2t o7 2 ，w a t e r - s o l u b l ef l u o r e s c e n c ed y ec a nb e l o a d e di n s i d et h ea q u e o u sc o r eo fn a n o v e s i c l e sd u r i n gs e l f - a s s e m b l yu n d e rn e u t r a lo r w e a k l yb a s i cc o n d i t i o n s t h i sm e a n st h a tp e g - p ( l a - d i p ) n a n o v e s i c l ei sap o t e n t i a l c a r r i e r sf o rs m a r tc o n t r o l l e d - r e l e a s eo fd r u g c o r r e s p o n d i n gm o d i f i c a t i o na n df a r t h e r f u n c t i o n a l i z a t i o ni ss t i l lp r o c e e d i n g b yt h ed e t e r m i n a t i o no fs t r u c t u r ea n dp e r f o r m a n c e , , ，t h es y n t h e s i z e da m p h i p h i l i e c o p o l y m e r - - - p o l y ( e t h y l e n eg l y c 0 1 ) - 6 p o l y ( n ，l - l a c t i d c ) ( p e g - p d l l a ) w i t ht h eb l o c k r a t i oo f1 ：1 0 ，c a ns e l f - a s s e m b l e4 0 0 4 8 0 n m s i z es p h e r i c a ls o l i d ( m e a n i n g “m i c e l l e ：”) o rh o l l o w ( m e a n i n g “：v e s i c l e ，) p a r t i c l e si na q u e o u sp h a s e d u r i n gs e l f - a s s e m b l y ， l i g u i dp e r f l u o r o c a r b o ni n c l u d i n gp e r f u o r o p e n t a n e ( p f p ) a n dp e r f l u o r o o c t y lb r o m i d e ( p f o b ) w i t hd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o nw a sl o a d e dw h i t h i nm i c e l l e sc o r eo rv e s i c l e s s h e l l i nv i t r ou l t r a s o n i cd i a g n o s i si n d i c a t e st h a tt h ei m a g i n ge f f e c to fp f p 1 0 a d e d m i c e l l ei sb e t t e rt h a nt h eo n eo fp f p - l o a d e dv e s i c l e ，b u tp f o b l o a d e dp a r t i c l e sa r e o p p o s i t e ，w h i c hs h o u l da t t r i b u t et op f pa n dp f o b se c h o g c n i c i t yb yt h e m s e l v e s p a r t i c u l a r l y , p f p sg a s i f i c a t i o na t3 7 cs h a l lm a k ei t sc a r r i e r sb e h a v ew i t ho b v i o u s t h e r m a le n h a n c e m e n to nu l t r a s o u n di m a g i n g r e g a r l e s so fh y p o d e r m i c ，b l o o dp o o l i m a g i n ga n di n t r a t u m o ri m a g i n g , i ti sd e m o n s t r a t e dt h a tt h i sk i n do fn a n o p a r t i c l e s s h o we x c e l l e n ts t a b i l i t ya n di m a g i n ge f f e c tt h r o u g hl o c a lo ri n t r a v a s c u l a ri n j e c t i o n a n di ss u p p o s e dt ob e c o m en e wn a n o o r d e ru l t r a s o n i ci m a g i n ga g e n ti nf u t u r e m o r e o v e r , m e t h o x y - t e r m i n a t e dp e g 一p d l l a ( m p e g p d l l 吣a n d m a l e i m i d e 。m i d i f i e dp e g p d l l a ( m a l p e g p d i 圳w i t ht o t a lm o l e c u l a rw e i g h to f 1 0 0 0 0 9 m o la n db l o c kr a t i oo f1 ：9 ，w e r es y n t h e s i z e d t h ea n a l y s i so fs e l f - a s s e m b l e d b e h a v i o rs t a t e st h a t t h i sc o p o l y m e rc a ns p o n t a n e o u s l yf o r ms p h e r i c a la n dh o l l o w n a n o v e s i c l ew i t ht h ep a r t i c l es i z eo fa b o u t1 7 5 r i mi nw a t e rw h i l es u p e r p a r a m a g n e t i c i r o no x i d ep a r t i c l e s ( s p i o ) c a l lb ee n c a p s u l a t e dw e l l h y d r o p h o b i cs p i oi sl o a d e d i n s i d ev e s i c l e ss h e l lb u th y d r o p h i l i cs p i oa c t i v a t e db ys u r f a c t a n ti sl o a d e dw h i t h i n v e s i c l e sa q u e o u s “c o r e ”t i l lg r a d u a la g g r e g a t i o n i nm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n gi n v i t r o ，t h ee n c a p s u l a t i o no fm p e g p d l l an a n o v e s i c l es h a l le n h a n c es p i o sm a g n e t i c r e s p o n s i v e n e s s ，e v e nm u c hm o r eo n l yb e c a u s eo ft h ea g g r e g a t i o no fh y d r o p h i l i cs p i o i n s i d ev e s i c l e c o m p a r e dw i t ho t h e r s ，s p i o - l o a d e dm p e g - p d l l av e s i c l e sc a n a c h i e v eh i g hm a g n e t i cp e r f o r m a n c eu n d e rt h ec o n d i t i o no fl o ws p i oc o n c e n t r a t i o n o nc o n c l u s i o n ，i ti sv e r yw o r t h f u la se f f i c i e n tm r ic o n t r a s ta g e n t k e y w o r d s ：m u l t i f u n c t i o n a l ，b i o m e d i c a l ，n a n o m i c e l l e ，n a n o v e s i c l e ，d r u gc a r r i e r , i m a g i n ga g e n t v 目录 摘要”“”i 目录 第一章前言1 1 1 纳米药物载体系统1 1 1 1 药物载体的研究与发展1 1 1 2 纳米药物载体的发展和优点1 1 2 纳米药物载体的类型2 1 2 1 固体脂类纳米颗粒2 1 2 2 纳米微粒3 1 2 3 微凝胶o ooo 3 1 2 4 胶束4 1 2 4 1 胶束的优势4 1 2 4 2 胶束的制备方法与载药方法4 1 2 4 3 胶束的释药机理o o dooo oo ooobo ooo - 5 1 2 5 纳米脂质体5 1 2 6 囊泡6 1 2 6 1 囊泡的特点o ooog0ooooqoooo q0ooo ooooooo 6 1 2 6 2 对于载药囊泡性能的要求6 1 3 高分子药物载体材料7 1 3 1 聚乙二醇o oobo oo 7 1 3 2 聚乳酸( 或聚丙交酯) 8 1 3 3 聚( e 己内酯) 召 1 3 4 聚赖氨酸0 0000 9 1 3 5 聚谷氨酸9 1 3 6 聚天冬氨酸9 1 3 7 聚组氨酸1 0 1 4 多功能纳米载体系统1 0 1 4 1 智能控释p h 敏感型胶束1 1 1 4 2 智能控释响应型囊泡1 2 1 4 3 医学显像核磁共振显像1 3 1 4 4 医学显像超声显像1 5 参考文献1 8 第二章酸敏感p e g p o l g a d i p ) 纳米肿瘤靶向载药胶束8 1 2 1 实验试剂与仪器3 1 2 1 1 式剂- 3 1 2 1 2 仪器3 1 2 2f o l a t c p e g p ( l g a - d i p ) 的合成与表征3 2 2 2 1 合成方法o oo000ooioo 3 2 2 2 1 1a u y l - p e g - o h ) 的合成3 2 2 2 1 2a l l y l p e g n h 2 的合成3 3 2 2 1 3b l g n c a 的合成3 3 2 2 1 4a l l y l p e g p b l g 的合成3 4 2 2 1 5a l l y l - p e g - p b l g 脱保护成a l l y l p e g - p l g a 3 4 2 2 1 6 a l l y l - p e g - p ( l g a - d i p ) 的合成3 5 2 2 1 7n h 2 p e g p ( l g a - d i p ) 的合成- 3 5 2 2 1 8f o l a t e - p e g p ( l g a - d i p ) 的合成3 6 2 2 2 结构表征3 6 2 2 2 1a l l y l p e g n h 2 的合成8 6 2 2 2 2a l l y l p e g p b l g 的合成与脱保护8 7 2 2 2 3a l l y l p e g p ( l g a - d i p ) 的合成3 9 2 2 2 4f o l a t e p e g - p ( l g a - d i p ) 的合成4 0 2 2 3 性能测定4 0 2 2 3 1a l l y l p e g p ( l g a d i p ) 的酸碱滴定4 0 2 2 3 2 不同p h 值下a l l y l - p e g - p ( l g a d i p ) 篚j1 h - n m r 4 2 2 2 3 3 不同p h 值下a l l y l - p e g - p ( l g a d i p ) 的临界胶束浓度4 4 2 3p e g p ( l g a - d i p ) 胶束的制备与性能测定4 5 2 3 1 胶束制备4 5 2 3 2 3a l l y l p e g p ( l g a - d i p ) 载药胶束在不同p h 值下的荧光光谱_ 4 9 2 3 2 4a l l y l p e g p ( l g a d i p ) 空白和载药胶束在不同p h 值下的粒径5 0 2 3 2 5a l l y l p e g p ( l g a - d i p ) 载药胶束在不同p h 值下的体外释放5 2 2 4p e g p ( l g a - d i p ) 载药胶束的细胞生物学实验5 4 2 4 1 实验方法5 4 2 4 1 1 荧光显微镜5 4 2 4 1 2 流式细胞仪o o oooog oooo oooooo 5 4 2 4 1 3i c 5 0 值的测定5 4 2 4 1 4 激光共聚焦扫描显微镜5 5 2 4 2 结果与讨论- 5 5 2 5 结论5 9 第三章酸敏感p e g p ( l a d i p ) 纳米囊泡6 1 3 1 实验试剂与仪器6 1 3 1 1 试剂o ooo oo 6 1 3 1 2 仪器”6 1 3 2a u y l p e g - p ( l a - d i p ) 的合成与表征6 2 3 2 1 合成方法6 2 3 2 1 1a l l y l p e g o h 的合成6 2 3 2 1 2a l l y l p e g n h 2 i 簦j 合成- 6 2 3 2 1 3b l a - n c a 的合成6 3 3 2 1 4 a l l y l p e g p b l a 的合成6 3 3 2 1 5a l l y l p e g - p ( l a - d i p ) 的合成6 4 3 2 2 结构表征6 4 3 2 3 性能测定- 6 6 3 3p e g p ( l a - d i p ) 囊泡的制备与性能测定6 7 3 3 1 囊泡制备6 7 3 3 2 性能测定o o o ooo ooo000 6 7 3 3 2 1a l l y l p e g - p ( l g a - d i p ) 囊泡的粒径6 7 3 3 2 2 包负r h o db 的a l l y l p e g p ( l g a d i p ) 囊泡荧光图像6 8 3 3 2 3a l l y l - p e g - p ( l g a - d i p ) 囊泡的形态6 9 3 4 结论7 0 第四章负载液态氟碳的p e g p d l l a 纳米胶束囊泡7 1 4 1 实验试剂与仪器7 1 4 1 1 实验试剂7 1 4 1 ，2 实验仪器o oooo00oo g 7 1 4 2m p e g p d l l a 的合成与表征7 1 4 2 1m p e g p d l l a 的合成7 1 4 2 2m p e g p d l l a 的表征7 2 4 3 负载液态氟碳的m p e g p d l l a 胶束囊泡的制备与性能表征- 7 3 4 3 1 负载液态氟碳的m p e g p d l l a 胶束的制备7 3 4 3 2 负载液态氟碳的m p e g p d l l a 囊泡的制备7 3 4 3 3 负载液态氟碳的m p e g p d l l a 胶束囊泡的形态7 4 4 3 4 负载液态氟碳的m p e g p d l l a 胶束囊泡的粒径及其分布7 5 4 4 负载液态氟碳的m p e g p d l l a 纳米载体的超声显像效果7 8 4 4 1 负载液态氟碳的m p e g p d l l a 纳米载体的体外超声显像7 8 4 4 2 负载液态氟碳的m p e g p d l l a 纳米载体的皮下注射显像, 8 3 4 4 3 负载液态氟碳的m p e g p d l l a 纳米载体的血池注射显像, 8 4 4 4 4 负载液态氟碳的m p e g p d l l a 纳米载体的瘤内注射显像8 6 4 5 结论”一”8 7 第五章负载超顺磁性四氧化三铁纳米粒子的靶向型p e g p d l l a 纳米囊泡8 8 5 1 实验试剂与仪器8 8 5 1 1 试剂- d 0 00ooo00 8 8 5 1 2 仪器8 8 5 2m a l p e g p d l l a 的制备8 9 5 2 1 合成方法8 9 5 2 1 16 r i ms p i o 的制备8 9 5 2 1 21 0 n m s p i o 的制备8 9 5 2 1 3m p e g p d u a 的合成o 00oo ooood0 00000 加 5 2 1 4a l l y l p e g o h 的合成9 0 5 2 1 5a l l y l p e g o h 端基由烯丙基至胺基的转变9 1 5 2 1 6n h 2 p e g o h 马来酰亚胺修饰( m a l p e g o h ) 9 1 5 2 1 7 由m a l p e g o h 制备m a l p e g p d l l a - 9 2 5 2 2 结构表征 0 o oooo ooo 9 2 5 2 2 1a l l y l p e g o h 的合成9 2 5 2 2 2m p e g p d l l a 的合成9 3 5 2 2 3m a l p e g p d l l a 的合成9 3 5 3p e g p