（高分子化学与物理专业论文）peg修饰药物新方法及peigpeg类共聚物的研究.pdf

华东师范大学硕士学位论文 摘要 本论文的工作重点包括以下两部分：一、用具有良好水溶性和生物相容性的聚乙二 醇( p e g ) ，采用新方法对小分子药物进行修饰，制得大分子前药并对其进行表征；二、 对聚乙烯亚胺接枝聚乙二醇( p e i g p e g ) 类接枝共聚物载体的合成与表征，及用 p e i - g p e g 对造影剂配体二乙三胺五乙酸( d t p a ) 进行化学修饰以提高钆络合物的造 影性能。主要研究内容如下： 以烟酸等临床上有意义的小分子药物为模型药物，通过两步法把这类带有羧基的小 分子药物以可降解的酯键连接到聚乙二醇( p e g ) 上，产物收率达8 0 8 5 。由酯键的 降解达到对小分子药物的缓释。对于所合成的大分子前药聚乙二醇烟酸酯( 2 ) 用i r ， 1 h - n m r ，d s c ，g p c 进行表征，说明小分子药物键合到p e g 上；产物可溶于二氯甲烷、 乙醇、四氢呋喃( t h f ) 、苯、二甲基甲酰胺( d m f ) 、二甲基亚砜( d m s o ) 等绝大多 数有机溶剂；提高了小分子药物在水中的溶解性能。p e g 分子量范围分布广泛，价格低 廉。为p e g 类大分子前药的制备提供新的合成方法。 用两种不同的方法合成的p e i - g - p e g 类接枝共聚物载体，方法一合成步骤简单，且 缩短了反应时间；方法二p e g 以可降解的酰胺键键连到p e i 上，且原料来源丰富，价 格低。此类接枝共聚物基因载体有以下的优点：经p e g 修饰的p e i 不但提高了水溶 性和生物相容性，而且降低其毒副作用，可更好的作为d n a 转染基因载体；p e i g - p e g 类接枝共聚物具有多个活性基团点位( 氨基) ，使其在药物修饰中亦有潜在的应用前景。 合成了新型的p e i g - m p e g d t p a 接枝共聚物造影剂配体( 9 ) 。此大分子配体的重 要作用在于：直接与钆离子( g d 3 + ) 络合制备大分子造影剂聚乙烯亚胺接枝单甲氧基 聚7 _ , - - 醇- - 乙三胺五乙酸( p e i g ( m p e g ) 6 d t p a ) 钆的配合物( 1 0 ) 。本文在配体( 9 ) 的基础上进一步合成了p e i g p e g 4 0 0 0 d t p a ( 1 5 a ) 和p e i - g - p e g 6 0 0 0 d t p a ( 1 5 b ) 接 枝共聚物配体，以及造影剂p e i g ( p e g 4 0 0 0 ) l o d t p a 钆的配合物( 1 6 a ) 和 p e i g ( p e g 6 0 0 0 ) r d t p a 钆的配合物( 1 6 b ) ，研究了( 1 0 ) 、( 1 6 a ) 和( 1 6 b ) 的弛豫性 能，结果表明，合成的造影剂( 1 0 a ) 和( 1 0 b ) 、( 1 6 a ) 和( 1 6 b ) 纵向弛豫率r 1 分别 为1 2 7 3 、1 2 5 4 、1 1 5 4 、1 1 3 5 ( m m o l l ) l , s ，与医用造影剂磁显葡胺g d d t p a 相比分 别提高了1 4 2 、1 3 8 、1 1 9 、1 1 5 。 用简便的方法合成了新型的聚乙二醇羧化衍生物( 1 1 、1 7 ) 。聚乙二醇羧化衍生物 ( 1 1 ) 羧基端具有一( c h 2 ) 6 一柔性间隔基，使其具有很好的柔性，可以深入到修饰物 的构象内部对氨基进行修饰，用其对p e i 进行修饰，取得了很好的效果。 关键词：聚乙烯亚胺，聚乙二醇，修饰，衍生物，m 融造影剂，接枝共聚物，小分子药 物 i l l 华东师范丈学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ee m p h a s e so ft h ed i s s e r t a t i o ni n c l u d et w op a r t i o n s 1 s m a l lm o l e c u l ed r u g sw e r e m o d i f i e db yp e gw i mt h eh i 曲w a t e r - s e l u b i l i z a t i o na n db i o c o m p a t i b i l i t yb yn e wm e t h o d ，a n d t h ep r o d u c t sw e r ec h a r a c t e r i z e d 2 t w or o u t e so fs y n t h e s i sf o rp e i g p e gc o p o l y m e r sh a v e b e e nd e s c r i b e di nt h el i t e r a t u r e t h em o l e c u l a rs t r u c t u r eo ft h er e s u l t i n gc o p o l y m e r sw a s e v a l u a t e ds p e c t r o s c o p i c a l l y ( i r ，n m r ) c a l o r i m e t r i ca n a l y s i s ( d s c ) v e r i f i e dt h es u c c e s s f u l f o r m a t i o no ft h ec o p o l y m e r s a tt h es a l t l et i m e ，t h eg r 矾c o p o l y m e r sw e r eu s e dt om o d i f y d i e t h y l e n e t r i a m i n e p e n m a c e t i ca c i d ( d t p a ) t op r o d u c em a c r o m o l e e u l a rl i g a n d si no r d e rt o i m p r o v et h er e l a x i v i t i e so fg a d o l i n i u mc o m p l e x s mt h i sp a p e r , t h es t u d i e sa r es u m m a r i z e da s f o l l o w s ： n i c o t i n i ca c i d ，w h i c hh a sb e e na p p l i e di nc l i n i c a l ，b e n z o i ca c i da n dp - r t i t r o b e n z o i ca c i d w e r eu s e da st h em o d e ld r u g s s m a l lm o l e c u l a rd r a g sw i t hc a r b o x y lw e r ep e g y l a t e dv i a d e g r a d a b l ee s t e rb o n d sb yt w o s t e pp r o c e s s t h ey i e l do f p r o d u c t sw e r e8 0 8 5 t h es m a l l m o l e c u l ed r u g sw i l lb er e l e a s e db yt h ed e g r a d a t i o no fe s t e rb o n d s t h em a c r o m o l e c u l a r p r o d r u g sw e r ec h a r a c t e r i z e dw i t hi i l1 h = n m r , d s ca n dg p c 1 1 1 er e s u l t ss u g g e s t e dt h a t s m a l lm o l e c u l ed r u g sw e r ec o n j u g a t e dt op e g p r o d u c t sw e r ed i s s o l v a b l ei nm o s to r g a n i c s o l v e n t ss u c ha sc h 2 c 1 2 ，c h 3 c h 2 0 h ，t h f , c 6 h 6 ，d m fa n dd m s o t h es o l u b i l i z a t i o no f p r o d u c t sh a sb e e ni n c r e a s e di nw a t e r p e gi sr e l a t i v e l yi n e x p e n s i v ef o rl a r g es c a l ep r o c e s s e s af a c i l em e t h o do f s y n t h e s i sw a sc r e a t e df o rt h ep r e p a r a t i o no f m a c r o m o l e c u l a rp r o d r u g s t h ev e c t o r so fp e i g - p e gw e r ep r e p a r e db yt w od i f f e r e n tn e wm e t h o d s t h ep r o c e s s i ss i m p l ea n dt h et i m eo ft h er e a c t i o nw a ss h o r t e n e d p e gw a sc o n j u g a t e dt op e iv i a d e g r a d a b l ea m i d eb o n d s t h e r ea r eav a r i e t yo fp e i sa n dt h ep r i c eo ft h ep r e c u r s o r si sl o w t h et w ob e n e f i t so ft h ev e c t o r so ft h eg r a f tc o p o l y m e r sw e r et h a ta t h e yc a nb eu s e dm o r e e f f e c t i v eg e n ed e l i v e r yv e h i c l e sb e c a u s ep e g y l a t i o no f p e ic a r r i e sa d v a n t a g e ss u c ha s i n t r o d u c t i o no fi n c r e a s e sp o l y m e rs o l u b i l i t y , b i o c o m p a t i b i l i t ya n dr e d u c t i o ni nt o x i c i t y , b t h e g r a f tc o p o l y m e r so fp e lw i t hal o to fa m i n e sh a v ee m e r g e da sap o t e n t i a lc a n d i d a t ef o r d r u g - m o d i f y i n g t h en e wg r a f t c o p o l y m e rl i g a n d ( 9 ) w a sp r e p a r e d l i g a n d ( 9 ) h a si m p o r t a n t f i m c t i o n ：( 9 ) c a nc o m p l e xw i t hg d 3 + i o nt op r e p a r em a c r o m o l e c u l a rc o n t r a s ta g e n t i nt h i s p a p e r , t h e m a c r o m o l e c u l a rc o n t r a s t a g e n t ( 1 6 a ) o f l i g a n d ( 1 5 a ) ( 1 6 b ) o f l i g a n d ( 1 5 b ) w e r es y n t h e s i z e d a n d t h er e l a x i v i t y o f ( 1 0 ) ，( 1 6 a ) a n d ( 1 6 b ) w a ss t u d i e d i t p r o v e d t h a t ， t h er e l a x i v i t yo f ( 1 0 ) w a s1 2 7 3 ( m m o l l ) - 1 0 s 。c o m p a r e dt og d d t p ac o n t r a s ta g e n t ，t h e r e l a x i v i t yo f ( 1 0 ) s h o w e d a i la p p r o x i m a t e l y1 4 2 i n c r e a s ei nr 1 ( 1 6 a ) w a s11 5 4 ( m m o l u 一s - 1 c o m p a r e d t og d - d t p ac o n t r a s t a g e n t , t h er e l a x i v i t yo f ( 1 6 a ) s h o w e da n a p p r o x i m a t e l y1 1 9 i n c r e a s ei nr 1 ( 1 6 b ) w a s1 1 3 5 ( m m o l l ) “s c o m p a r e d t o 兰奎堕蔓查兰堡主竺垡望塞 g d - d t p ac o n t r a s t a g e n t t h er e l a x i v i t y o f ( 1 6 b ) s h o w e da l la p p r o x i m a t e l y1 1 5 i n c r e a s e i n r 1 t h en e wp o l y o x y e t h y l e n ec a r b o x y ld e r i v a t i v e ( 1 1 1 7 ) w e r ep r e p a r e d ( 1 1 ) h a st h e f l e x i b l ec - t e r m i n a l s oi ti se a s yt om o d i f yt h ea m i n od e r i v a t i v e ( 1 1 ) w a su s e dt om o d i f y p e i ，w h i c hs u g g e s t e di th a sp e r f e c ta p p l i c a t i o nt om o d i f i c a t i o n k e y w o r d s ： p o l y e t h y l e n i m i n e ，p o l y e t h y l e n eg l y c o l ，b i o c o m p a t i b i l i t y , m a c r o m o l e c u l a rp m d r u g s ，m r i c o n t r a s ta g e n t s ，g r a f t - c o p o l y m e r , c a r r i e r , r e l a x i v i t y ，s m a l lm o l e c u l ed r u g s v 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发 表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 作了明确说明并表示谢意。 作者签名：且丛：避e t g q ：丝乙z ：2 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学 位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出 版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 学位论文作者签名：乒小嫦导师签名：? 包呻； 日期：坦2 ：r 。 华东师范大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 选题的背景与课题的提出 功能高分子在生命科学、材料科学和信息科学等领域具有广泛的用途。近年来，具 有水溶性、生物相容性的高分子载体成为交叉学科的研究热点，可用于基因治疗以及蛋 白质、多肽、酶和小分子药物的负载。 聚乙二醇( p e g ) 中性、无毒、具有很强的亲水性，在水溶液中有较大的流体力学 体积、良好的生物相容性，p e g 是极少数能作为体内注射药用的合成聚合物之一，且无 免疫原性【1 q ，经p e g 修饰后的蛋白质和多肽等药物主要的生物学功能保持不变，并可 获得很多有利的性质p 叫。 通常p e g 修饰小分子药物的方式为采用功能基化的p e g ，对小分子药物进行修饰， 但收率低，且功能基化的p e g 价格昂贵、难制备，用于小分子药物修饰成本高。为此 本论文设计了一种新的合成方法：采用先将烟酸等模型药物酰氯化后，与聚乙二醇上的 羟基发生酯化反应，制得p e g 修饰的大分子前药，减轻小分子药物的毒副作用，又通 过酯键的降解达到对药物缓释的目的。 带有正电荷的聚乙烯亚胺( p e i ) 可作为非病毒载体，且对固型肿瘤具有一定的抗 癌活性嘲，但是p e i 具有一定的细胞毒性，经p e g 修饰后，可延长循环半衰期、增加溶 解性和增加稳定性、减少毒性，利于在载体上进一步构建靶向基团。因此本论文设计 p e i g p e g 类接枝共聚物作为m r l 高分子造影剂基因载体外壳，其作用在于：通过接 枝的p e g 优化p e i ，从而减少基因治疗的毒副作用。提高g d 3 + 的含量和弛豫率。延 长半衰期。端羟基p e g 无法直接用于修饰多肽、蛋白质、酶等，所以本文对端羟基进 行活化。 1 2 聚阳离子载体一聚乙烯亚胺( p e i ) 简述 基因治疗已经成为制药业、医学、生物化学、化学工程等实验室领域的研究热点 7 1 。 而基因治疗的关键是寻找合适的载体。基因治疗的载体分为病毒基因载体和非病毒基因 载体。 非病毒基因载体以其不可替代的优越性自其问世以来一直倍受关注。非病毒基因载 体主要包括阳离子脂质体【刀、阳离子聚合物【刀、阳离子多肽 7 1 、二氧化硅( s i 0 2 ) 嘲。非 病毒基因载体的研究热点之一为阳离子高分子基因载体。文献报道用于基因载体的阳离 子聚合物有多肽类：聚赖氨酸( p l l ) 【9 】；多聚胺类：聚乙烯亚胺( p e i ) 0 0 - 1 1 】、聚丙烯 亚胺树状物( p p i ) 0 2 ；聚甲基丙烯酸类：聚酰胺一胺型树状物( p a m a m ) 0 3 - 1 4 l 、聚甲 基丙烯酸乙酯2 一( 二甲胺) ( p d m a e m ) 【1 5 】；阳离子聚酯( p a g a ) 【1 q ；阳离子聚磷酸 酯( p p e ) f 1 7 l ；聚乙烯毗啶盐 1 8 l ；脱乙酰壳聚糖( c h i t o s a n ) i 聊、明胶( g e l a t i n ) 2 0 3 等。 s c h e m e1 i 列出几种重要的阳离子高分子基因载体。 华东师范大学硕士学位论文 渺哪飞芦圳 凯_ - - n h n “乏h k ， 州蝌x 一 一 。飞 k 帆 n h ，c i 晰 s c h e m e1 1s e v e r a lk i n d oo f c a t i o a i cp o l y m e r & 1 9 9 5 年b o u s s f f 等1 2 l 】首先报道聚乙烯亚胺( p e i ) 可作为非病毒载体，而后，p e i 因价格低廉、低毒性、高效率的基因转染成为非病毒基因载体研究热门领域。而据文献 报道p e i 己被广泛应用于多个研究领域，如自组装膜 2 2 - 2 3 1 、生物大分子的分离纯化及固 定化刚、金属离子的吸附分离 2 5 。2 6 、p h 及生物传感器的构建 2 7 - 2 8 1 、药物释放 2 9 枷】、 肿瘤治疗基因载体【3 ”、基因转染载体【3 2 1 等领域。 目前存在的阳离子高分子载体中，p e i 是最成功的例子【3 3 】，已成为设计新的阳离子 聚合物的标准网。 1 2 1 聚乙烯亚胺( p e i ) 的特性 p e i 结构单元为c h 2 c h 2 - n h ，结构骨架中每3 个原子中含有1 个氨基氮，多聚物 的分子量范围宽应用广泛。根据反应温度与催化剂不同，聚乙烯亚胺有两种存在形式， 分别为线型p e i ( l i n e a rp e i ) 和支化型p e i ( b r a n c h e dp e i ) 。研究表明线型p e i ( 2 2 k d a ) 在通过静脉注射的老鼠实验中被证明对老鼠产生了致命的毒副作用，而低分子量 ( 1 0 k d a ) 和适度支化的p e i 具有低毒性的特点r ”。 p e i 不像多聚赖氨酸( p l l ) 等多聚物，在生理p h 下只有部分氨基质子化，游离的 p e i 每5 、6 个氨基氮中有1 个氨基氮可以被质子化，但结合了核酸之后，每2 、3 个氨 基氮中有1 个氨基氮可以被质子化，这已远远高于多聚赖氨酸( p l l ) 。当溶酶体内的 p h 值下降时，p e i 能够引起c l 。内流，导致溶酶体渗透性肿胀，最后溶酶体破裂而无需 溶酶体溶解肽的辅助作用，从而将内吞的d n a 释放到细胞质此即被称为p e i 的“质子 海绵”效应 3 5 1 。据有关研究证明“质子海绵”效应并非p e i 转染效率高的唯一原因刚。 p e l 分子内存在许多氨基活性官能团，因此可通过这些活性点位对其进行改性。例 如，可将p h 值中性，高水溶性的p e g 引入p e i 链上，将p e g 的优良性能赋予p e i ：可 根据需要在聚合物分子上偶联小分子药物或靶向组织以提供于偶联物的缓释作用；低分 子量的线型p e i 与靶向多肽构成三嵌段的高分子聚合物非病毒基因载体，实现了低毒与 高转染率并存的效果【3 7 】：将各种靶向配体以共价键的形式键合到阳离子聚合物p e i 以得 到靶向非病毒基因载体【3 7 】；阳离子脂质体作为非病毒基因载体的主要缺陷是因为其转染 效率低，这主要归因于d n a 在阳离子脂质体中的退化，阳离子脂质体自身毒性强。 将阳离子脂质体连接到p e i 上就解决了上述问题【3 8 】。 1 2 2 聚乙烯亚胺( p e l ) 载体的毒性 评价一个优良非病毒基因载体的依据之一为具有低的毒性。虽然阳离子高分子基因 2 咖 。长 哆，、州眦 兰奎墅蔓查兰璺主丝丝奎 载体于问世以来一直是国内外研究热点，但是迄今为止有关于阳离子高分子基因载体的 毒性机制尚未阐明。p e i 因其于体内、体外具有高的转染率而在基因治疗工程中非常重 要。现将可能诱发p e i 毒性的因素总结如下： 1 ) p e i 的毒性具有结构的依赖性1 7 】 p e i 存有两种形式：l p e i ( 线型p e i ) 、b r a n c h e dp e i ( 适度支化和超支化) ，l - p e i 的毒性高于适度支化的毒性，超支化的毒性高于适度支化的毒性。 2 ) p e i 的相对分子量【3 ”9 】 i ，p e i 、b - p e i 的相对分子量大于2 5k d a 的虽然具有极高的转染效率，但是实验证 明却具有很高的细胞毒性。 3 ) p e i 的电位即表面的电荷密度嗍 表面的电荷密度越大，毒性就越大。 综上述分子量小于2 5 k d a ，适度的支化以及低的电荷密度的p e i 具有低毒性。 p e i 阳离子聚合物载体的毒性比阳离子脂质体的毒性小【3 硼，且p e i 阳离子聚合物的 结构特点使其易于通过修饰降低毒性1 4 1 1 。据文献报道嘲已经有不同的方法来降低p e i 的毒性。目前比较常用的方法为p e g 修饰法。 经过p e g 修饰的p e i 具有以下的优点【4 3 l ：提高了p e i 的水溶性、引入生物可降解 连接、降低毒性、与血清蛋白不再有特殊的相互作用、提高在血液中的循环时间、提高 了生物相容性，并且最终导致基因转染效果好。但另据文献报道 4 4 1 ，当p e i - g - ( p e g ) b 中n ( n 为平均数) = 0 2 时p e g 对p e i 的毒性降低作用并不大，只有当n = 6 1 5 时， 经p e g 修饰的p e i 毒性才显著降低。p e g 的相对分子量从5 5 0 2 0 0 0 0 。对p e i 的毒性 降低是显著的，p e i ( i o k ) - g - p e g ( 5 5 0 ) 3 s 具有较低的毒性 1 2 3p e g 修饰p e i 的方法 经过p e g 修饰后的p e i 不但毒性降低而且还拥有许多p e i 本身所不具有的优点， 故而倍受瞩目。现简述p e g 修饰p e i 的方法： 方法一：异氰酸酯化( m p e g 小c o ) h o l g e r p e t e r s e n 等 4 5 - , 4 6 用偶联剂h m d i 先活化p e g 而后将三种系列的p e g - n c o 接枝 到b p e i 上，此方法简单，只有两步，但唯一不足是反应时间过长，每步达8 7 2 小时。 方法二：易离去基团( p e g b i s - p 、p e g - b i 蚰咿c ) 即p 芝“k 竹p “h 嗽*“ t “ma 矿坩坚磅中铲中 s u r e n d m n i m e s h 等1 用偶联剂先活化p e g ，制得p e g - b i s - p = p e g - b i s - p h o s p h a t e 、 p e g b i s - n p c = p e g - b i s - p - n i t r o p h e n y l c a r b o n a t e ，而后将其接枝到b - p e i j x ，此方法简单， 只有两步，但原料价格昂贵，产物交联，不溶于水。 3 m 懈r 碲怫 辜 叭未即哙西。哪毒叶喇 ? 枷g c 勘c 一c l p m 4 - 1 7 蝣 方法四：易离去基团( n h s - p e g v s ) e k l e e m a n n 等 4 7 1 用n h s p e g - v s 将p e g 连接到l - p e i 上，且引入可反应官能团。该 方法缺点同方法三。 p 方法五：易离去基团( h o o c p e g - n i 1 2 ) s u n h w a k i m 等h 8 悃h o o c - p e g - n h 2 将p e g 连接到l - p e i 上，且引入可反应官能团， 偶联剂连接臂羧基端与氨基端的碳链不够长只有2 3 个碳原子，链端不具有柔性链，不 利于修饰。该方法的其它缺点同方法三。 4 ! k=0啦 十一 一 邕电 方法六：易离去基团( p e g - s s ) c h e 0 1 h a h n 等【4 9 】用聚乙二醇琥珀酰亚胺琥珀酸酯( n h s p e g 二n h s ) 将p e g 连接到 b - p e i 上，价格相当昂贵，稳定性差，不易保存，且偶联剂连接臂羧基端与氨基端的碳 链不够长只有3 个碳原子，给修饰反应带来影响。产物交联，不溶于水。 y 呛+ 咚w 确一；毒 但 冉l 一 ”暾躞鼍淞嚣”讯0 ，一h 钠 鼙獬l 冲辞啦鼬竹触嘶叫铺朝咄辨却帆溉i 一 讯 _ i 饥 s a n g c h e o n l e e 等1 5 0 1 用p e g - b i s - m e s y l a t c 将p e g 连接到”e i 上，步骤繁多，且原料 偶联剂价格相当昂贵，毒性大。说明：以上各图均来自所引用的文献。 i 3 聚乙二醇及其衍生物 兰查墅蔓查兰堡主兰堡丝苎 自二十世纪七十年代d a v i e s 和a b u c h o w s k i ! l 】首次报道了p e g 可用来作为修饰物， 便成为药物修饰领域的一个重要的里程碑。大多数的生物蛋白与多肽存有诸如溶解性 差、免疫原性、容易被蛋白酶降解、在体内循环的半衰期短( 即被肾脏清除的速率快) 、 存储稳定性差的传统性缺陷；生物蛋白、多肽及非蛋白类药物由于半衰期短、清除快、 临床应用中需要重复给药，不仅给患者带来许多痛苦和经济负担，也给护理增加工作量。 p e g 的出现恰恰解决了这些问题。p e g 有许多优良性能( 5 l l ： ( 1 ) p e g 具有两亲性，既可以溶于水，又可以溶于大多数有机溶剂； ( 2 ) p e g 无毒，无免疫原性，生物相容性好，已被f d a 批准用于人体； ( 3 ) p e g 的分子量范围广泛，从几百到数十万，选择余地大； ( 4 ) p e g 易于功能化且功能化后自身的优良性能不变，便于修饰； ( 5 ) p e g 可以将其自身的优良性能赋予修饰后的生物分子且保持其主要的生物学 功能不变。 1 3 1 聚乙二醇衢生物的种类( 按端基分类) 聚乙二醇在应用中，端基起着决定性的作用，不同的端基具有不同的用途，p e g 本 身易于功能化，功能化的p e g 即为聚乙二醇衍生物，衍生物种类为p e g - c o o h ( 聚乙 二醇羧基化合物) ，p e g - s s ( 聚乙二醇琥珀酰亚胺琥珀酸酯) ，p e g - c s ( 羟甲基聚 乙二醇琥珀酰亚胺琥珀酸酯) ，p e g - n h s ( 聚乙二醇羟基琥珀酰酯) ，p e g - b t c ( 聚 乙二醇苯并三唑碳酸酯) ，p e g - s p a ( 聚乙二醇琥珀酰亚胺丙酸酯) ，p e g - s b a ( 聚 乙二醇琥珀酰亚胺丁酸醅) ，p e g - e p o x ( 聚乙二醇缩水甘油酯) ，p e g - a id ( 聚乙 二醇醛基化合物) ，p e g - c d i ( 聚乙二醇氧羰基咪唑) p e g - n p c ( 聚乙二醇对硝基 苯酚碳酸酯) ，p e g - n c o ( 聚7 , - - 醇异氰酸酯) ，p e g - n h 2 ( 聚7 z 醇氨基化合物) ， p e g - s h ( 聚乙二醇巯基化合物) ，p e g - p ( 聚乙二醇磷酸) ，p e g - m a l ( 聚乙二酵 马来酰亚胺) p e g d s p e ( 聚乙二醇二硬脂酸磷脂酰胺) 等。 1 3 2 , 聚乙二酵衍生物的应用 聚乙二醇( p e g ) 以其独特的优良性能，而被广泛应用于化工、生物、医药、卫生、 食品等众多领域。p e g 易于功能化，能够溶于水和许多有机溶剂中，且具有优异的生物 相容性，可通过肾排出体外，在体内不会有积累i 蹦5 1 。更重要的是，当把p e g 和其它修饰 物偶合时，它的许多优良性质也会随之转移给修饰物1 5 2 - 5 5 1 。因此它在医学上的应用受到 了广泛的重视。并得到了美国食品与药物管理局( f d a ) 的认可。在药物工业中聚乙二 醇可用作药物辅料以提高药物的各种性能，如缓释性、提高药物半衰期、提商水溶性、 降低毒性等：在新型非病毒基因载体的改性中，将赋予载体新的特性和功能，如亲水性、 降低毒性、提高生物相溶性、柔性、抗凝血性、抗巨噬细胞吞噬性等。在所有这些应用 中，端基起着决定性的作用，p e g 中的端羟基具有一定的化学惰性，但是p e g 可以功能 化，所以将许多功能化基团如氨基、羧基、醛基、异氰酸酯、对硝基苯酚碳酸酯等引入 到聚乙二醇链的两端。这些功能化基团的引入扩大了聚乙二醇的应用范围，使它在多肽 6 望查塑蔓盔竺堡圭兰竺丝奎 合成、商分子载体修饰、药物修饰、蛋白修饰、有机合成等多方面均具有广泛的应用前 景。 1 3 2 1 在非病毒基因载体一阳离子聚合物方面的应用 非病毒基因载体作为病毒基因载体的重要补充在基因治疗领域的应用已日趋广泛。 非病毒基因载体，相对于病毒载体来说制备简单、费用低、无免疫原性和毒性较低等优 点。目前主要被应用的非病毒基因载体为阳离子脂质体和阳离子聚合物，但是单纯的非 病毒基因载体在体内外应用都不能达到理想状态。近年来国外有文献报道【蚓将p e g 应用 于修饰非病毒基因载体，并已取得很好的效果。 目前报道的阳离子聚合物有p e i 、聚丙烯亚胺树枝状物、多聚赖氨酸、多聚精氨酸、 鱼精蛋白等。p e i 因具有“质子海绵效应”而获得最为广泛的应用，但p e i 直接被应用， 面临诸多问题，而经p e g 修饰，则有助于这些问题解决。p e g 修饰后的p e i 具有以下的优 点： 1 ) 降低毒性、提高水溶性、提高生物相溶性；2 ) 降低红细胞聚集，延长循环时间 在体内有适当的存留时问，避免自身聚集，有效降低颗粒大小，有效拮抗血清对基因转 染的抑制【5 7 l ；3 ) p e g 修饰后具有一定的靶向效应5 7 1 。 1 3 2 2 在小分子药物方面的应用 大分子药物是一种新型药物。从化学结构上可分为两大类，一类是大分子作为药物 的载体，将具有药理活性的低分子化合物以共价键或离子键的形式接到该载体上，也称 作大分子前药( m a e r o m o l e e u l a rp r o d r u g s ) ，大分子前药具有两个很突出的特点：控释 作用和靶向性：另一类是大分子本身作为新型药物。但目前第一类居多。大分子药物有 以下的突出优点：长效、降低毒性与副作用，提高药理活性、增效作用、缓释作用【5 川。 作为大分子药物之一，聚乙二醇类药物因其独特的优良性能而成为国内外研究的热点。 p e g 修饰的药物与未修饰的药物相比，具有以下的突出优点 5 9 1 ；1 ) 更强的生物活性； 2 ) 更长的半衰期；3 ) 较低的最大血药浓度；4 ) 血药浓度波动较小：5 ) 较少的酶降解作用： 6 ) 较少的免疫原性及抗原性；7 ) 较小的毒性；8 ) 更好的溶解性；9 ) 用药频率减少；l o ) 提 高病人的依从性，提高生活质量，降低治疗费用。 文献 6 0 l 报道连接臂为氨基酸的p e g 前药，对绝大多数抗癌药物而言是最有效的，它 不仅可以降低毒性，还可以提高药物的各种性能，这给癌症治疗提供了新的契机。还可 以利用双功能基p e g 衍生物【6 i l ，使其一端与药物分子连接，另一端偶联上靶向分子，既 能够实现药物缓释，又增强了药物的靶向性。 p e g 修饰除广泛应用于上面两种情况外，还被广泛应用于蛋白药物修饰、脂质体修 饰和病毒载体修饰 6 2 1 等领域。 1 4 磁共振成像造影剂的分类、研究现状及进展 由于磁共振成像( m a g n e t i cl e s o l l a n c 宅i m a g i n gm r i ) 无损伤性及其对多种疾病能够 提供准确的诊断，m r 这一技术在生物、医学等领域己得到迅速的发展和广泛应用。在 临床m r i 中，3 0 以上的诊断须用磁共振成像造影剂( m r ic o 曲f a s ta g e n t ) 。造影剂是用 来缩短成像时间、提高成像对比度和清晰度的一种成像增强对比剂，它能改变体内局部 兰奎墅蔓查兰堡主兰笪丝塞 组织中水质子的弛豫率，提高正常与患病部位的成像对比度，从而显示体内器官的功能 状态 6 3 1 。一种先进的造影剂须具备以下的特征：足够的稳定性、毒性低、弛豫率高、水 溶性好、成本低、在体内有适当的存留时间而又易于从体内排出等。现在临床常用的造 影荆如二乙三胺五乙酸钆( g d - d 四a ) ，弛豫率较低，在体内存留时间短，将g d d 忉) a 键连在生物可降解大分子载体上，形成大分子造影剂，可降低分子的旋转速率，提高弛 豫率，而且能在血管中相对长时间内保持稳定的浓度，有利于血管造影，又称血池造影 剂 6 4 - 6 5 1 。如果在大分子配体上连接对人体某一组织或器官具有选择性或靶向性的基团， 还能制得相应的组织或器官靶向性m r i 造影剂。 1 4 1 磁共振成像造影剂的分类 按物质的磁化特性可分为顺磁性【碉、铁磁性 6 7 1 和超顺磁性 6 9 l 造影剂；按造影 剂在体内的分布情况可分为非特异性细胞外液间隙对比剂、病灶靶向性造影剂和血池性 造影剂；按造影剂是否带电荷可分为离子型造影剂和非离子型造影剂；按作用机制 可分为纵向弛豫增强造影剂和横向弛豫增强造影剂；按其构成大致可分为铁磁性微 粒、脂质体、稳定自由基、金属小分子配合物和金属大分子配合物五种类型。 1 4 2 磁共振成像造影剂的研究现状 目前研究较多的是水溶性顺磁性造影剂和超顺磁造影剂。水溶性顺磁性造影剂有顺 磁性金属离子和配体组成，其中顺磁性金属离子主要为f c 2 + 、f e 、m n 2 + 、g d 3 + 和d ，+ 。 其中g d 3 + 电子自旋磁矩大，弛豫率高，电场对称，易于与水配位，且配位水分子为8 ，9 个，是m r i 造影剂的较佳选择。然而游离水合o d 3 + 及大多数配合物不能与静脉血相容， 易沉淀析出，毒性大。 为了得到在血液和体液中高度稳定的钆配合物，国内外许多研究者在选择o d 3 + 的配 体上做了大量的研究工作，研究过的钆配合物多为多氨基多羧基化合物，配体主要有二 乙三胺五乙酸( d t p a ) 、l ，4 ，7 ，l o 一四氮杂环十二烷一l ，4 ，7 ，1 0 一四乙酸( d o t a ) 及它们的衍生物( s c h e m e1 2 ) 。其中已经进入临床应用的有g d - d t p a ( 马根维显， m a g n e v i s t ) 1 1 ，g d - d t p a - b m a ( 钆二胺，o m n i s c a n ) 7 0 i ，g d - d 0 3 a - h p ( 钆替醇，p r o h a n c ) f 7 l l ，g d d 0 3 a - b u t r o l ( g a d o b u t r 0 1 ) 1 7 2 1 ，g d - d o t a ( d o t a r c r n ) 。l a u f f e r _ 【7 3 1 和c a l a v a n 7 4 等人对g d 3 + 配合物造影剂的原理、结构、动力学理论、分子设计以及应用进行了较详细 的论述。 哪嗡、一个 ，删嘲帆个 h 竺 黼l a 呐瑚蛳蒯、o 。h 驺捌瞩 3 墨珥 s c h e m e1 2s t r u e t u r a lf o r m u l a so f l i g a n d sd t p a , d o t a , d t p a - b m a , d 0 3 a - h p ( b u t r 0 1 ) 8 兰奎壁蔓盔兰堡主兰垒丝塞 1 4 3 磁共振成像造影剂的研究进展 近年来造影剂的开发与应用研究的主流是对d t p a 和d o t a 类的基本骨架做化学 修饰，制备各种类型的造影剂。主要研究方向可分为以下的三方面：1 ) 大分子化；2 ) 非离子化；3 ) 靶向性。 1 ) 大分子化。将d n a 和d o ，r a 类造影剂以共价键偶联到天然或人工合成的高分子 上，能够解决其弛豫率低、在血管中存留时间短等缺点。如果在大分子载体上连接靶向 基团，还能增强组织靶向性。z h u o 等人f 7 5 悃d t p a 双酸酐与二醇或二胺类化合物进行开 环聚合反应合成了一系列的聚酯、聚酰胺以及聚酯聚酰胺共聚物造影剂配体，进一与 o d 3 + 离子络合制备了大分子造影剂，并对其作了深入的研究，与g d d t p a 相比，造影剂 的弛豫率显著提高，增强了成像的对比度和清晰度。b r a s c h 等人【7 6 l 将g d - d t p a 与血清蛋 白( a l b m n i n ) 制备大分子造影剂a l b u n 【l i n - ( g d - d t p a ) 并对造影剂作详细的研究。实 验结果表明，a l b u m i n - ( g d d t p a ) 具有较高的弛豫率而且能够得到心血管的清晰成像。 d e u t s c h 等人【7 ”以聚赖氨酸( p l l ) 为载体，在其侧链氨基上以共价键连接d t p a 配体， 与钆离子整合后即生成大分子造影剂，它的弛豫率得到显著的提高，半衰期较g d - d t p a 显著延长，且小鼠实验表明聚赖氨酸( g d d 1 r i ，a ) 是较好的磁共振血池造影剂。s a n d e r l a n g e r e i s 等x 1 7 3 l 将g d - 】m a 共价偶联到聚丙烯亚胺树形高分子( p o l y p r o p y l e n ei n l i n d e n d r i - m c z ) 表面，制得树形高分子造影剂，并对其造影剂性能进行评价。结果表明具 有大量螯合位点的树状分子螯合剂在血池中循环时间延长，增加了造影剂的驰豫时间， 增强了造影效果。 2 ) 非离子化。临床常用的造影剂妇g d - d t p a ，是一种小分子离子型造影