（应用化学专业论文）叶酸聚乙二醇聚乳酸的合成及其纳米颗粒的制备研究.pdf

摘要 摘要 近年来，基于纳米技术的药物输送方法引起了科学界和企业界的极大关注和兴趣，纳米颗粒 子己成为一种新型的具有巨大应用前景的药物载体。目前已经有众多证据表明纳米颗粒子可以通 过毛细管渗透穿越生理屏障，使药物在体内靶位累积，改变药物在体内的分布，降低药物的毒副 作用，同时提高药物的治疗效率。 透析法是近年来兴起的一种用于制备聚合物纳米颗粒的新方法。其制备过程简单，安全卫生， 避免表面活性剂的应用，因此受到人们越来越多的关注。 本论文以自制的单保护的氨基聚乙二醇( b o c p e g - p l a ) 为引发剂，引发丙交酯开环聚合， 制备了具有良好生物相容性的两亲性嵌段共聚物聚乙二醇聚乳酸( b o c p e g p l a ) ，讨论了制 备条件对共聚物分子量的影响。后在三氟乙酸作用下脱去保护基团，得到了端氨基聚乙二醇一聚 乳酸嵌段共聚物( n h 2 p e g p l a ) ，并以二环己基碳二亚胺为脱水剂，n h 2 p e g p l a 与叶酸发 生酰化反应，合成了叶酸一聚乙二醇聚乳酸( f a p e g p l a ) 。采用核磁共振氢谱( 1 h - n m r ) 、紫 外光度仪( u 以及红外光谱仪( 爪) 表征各聚合物的结构，由凝胶色谱仪( g p c ) 测定嵌段共聚物 的分子量以及分子量分布，讨论了共聚条件对共聚物分子量的影响。 以叶酸聚乙二醇聚乳酸( f a - p e g p l a ) 为载体基材，采用透析法制备了纳米颗粒子。通 过改变透析方式、聚合物浓度、初始溶剂和初始水体积等参数，有效地控制纳米颗粒子的粒径， 同时探讨了粒径变化的内在原因。用扫描电子显微镜及激光粒度仪对纳米颗粒的形态、粒径分布 进行测定，结果表明透析法制备的纳米颗粒子形态规整，粒径小、分布窄。 关键词：叶酸一聚乙二醇一聚乳酸，双氨基聚乙二醇，透析法，纳米颗粒。 东南大学硕士论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h ed r u gd e l i v e r yb a s e do nn a n o t e c h n o l o g yh a sb r o u g h tt h ee n t h u s i a s ma n di n t e r e s t i nt h ef i e l d so fs c i e n t i f i cc o m m u n i t ya n db u s i n e s sc o m m u n i t y ，t h e r f o r e ，n a n o p a r t i c l eh a sb e e na n e w - s t y l e k i n do fd r u gc a l t i e r sw i 廿lv a s ta p p l i c a t i o np r o s p e c t 。b yn o w ，i th a sb e e np r o v e dt h a t n a n o p a r t i e l e sc o u l dp e n e t r a t et h ep h y s i o l o g i c a lb a r r i e rv i at h ec a p i l l a r i yo s m o s i ss ot h a tt h ed r u gc o u l db e c u m u l a t e da tt h eb o d yt a r g e tp o s i t i o n ，t h ed r u gd i s t r i b u t i o n i nb o d yc o u l db e e nc h a n g e d ，t h ed r u gt o x i c s i d ee f f e c tc o u l db e e nr e d u c e d , a n dt h et r e a t m e n te f f i c a c yc o u l db e e ne n h a n c e d d i a l y s i sm e t h o di sd e v e l o p e dt op r e p a r ep o l y m e rn a n o p a r t i c l ei nr e c e n ty e a r s d i a l y s i sm e t h o d h a sb r o u g h tm o r ea n dm o r ep e o p l e sa t t e n t i o nb e c a u s ei t sp r e p a r a t i o np r o c e s si s s i m p l e ，s a f ea n d s a n i t a r y , a n dh a sn ou s ef o rs u r f a c t a n t s b yu s i n gb o c p e g - n h 2 a si n i t i a t o r , a m p h i p h i l i cp o l y ( d ，l - l a c t i d e ) - b - p o l y ( e t h y l e n eg l y c 0 1 ) - b o c b l o c kc o p o l y m e r ( b o c p e g - b - p l a ) w i t hb e t t e rb i o l o g i c a lc o m p a t i b i l i t yw a ss y n t h e s i z e dv i a t h e r i n g - o p e n i n gp o l y m e r i z a t i o n o fl a c t i d e n h 2 一p e g b - p l aw a so b t a i n e df r o md e - p r o t e c t i o no f p l a - b - p e o - b o c w i t hd i c y c l o h e x y l c a r b o d i i m i d ea st h ed e h y d r a t i n ga g e n t , f o l a 女e p e g - b _ p i aw a s s y n t h e s i z e db yt h ea c y l a t i o nr e a c t i o nb e t w e e nf o l i ca c i da n dn h 2 一p e g - b p l a t h ea l lp o l y m e r s s t r u c t u r ew a sc h a r a c t e r i z e db yn u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e ( 1 i - i 4 r ) ，u l t r a v i o l e t - v i s i b l ea b s o r p t i o n s p e c t r u m ( u v ) a n di n f i x e ds p e c t r u m ，a n dt h em o l e c u l a rw e i g h ta n d i t sd i s t r i b u t i o no f c o p o l y m e r sw e r e c h a r a c t e r i z e db yg p c n a n o p a r t i e l e so ff o l a t e p e g - b - p l aw a sp r e p a r e db yd i a l y s i sm e t h o d t h es i z eo ft h e n a n o p a r t i e l e sc o u l db ew e l lc o n t r o l l e db yt h ep r e p a r a t i o nc o n d i t i o n ss u c ha st h es p e e do fd i a l y s i s ， i n i t i a lw a t e rc o n t e n ta n dp o l y m e rc o n c e n t r a t i o na n do t h e rp a r a m e t e r s ，a n dt h em e c h a n i s mo fs i z e c h a n g ew a sa l s o s t u d i e d t h ec o n f i g u r a t i o na n dt h es i z e d i s t r i b u t i o no ff 0 1 a t e p e g 扛p l a n a n o p a r t i e l e sw e r ei n v e s t i g a t e db yt h ed y n a m i cl i g h ts c a t t e r i n gt e c h n i q u e ( d l s ) a n dt h es c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p y ( s e m ) i ts h o w e dt h a tt h en a n o p a r t i c l e sp r e p a r e db yd i a l y s i sm e t h o dw a s c h a r a c t e r i s t i co f t h er e g u l a rf o r m , t h es m a l ls i z e _ a n dt h en a l t o ws i z ed i s t r i b u t i o n k e y w o r d s ：f a _ n h 2 p e g - p l a ，n h 2 - p e g - n h 2 ，d i a l y s i sm e t h o d , n a n o p a r t i e l e s 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：幺丝日期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文 的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文 档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅 和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：4l 亚幺 导师签名： 日期： 0 1 5 占 第一章绪论 1 1 纳米药物载体的发展 第一章绪论 2 l 世纪以来，两类科学技术为世人瞩目：一类是被视为未来产业革命的核心技术纳米 技术：( n a n o t e c h n o l o g y ) ，另一类是新世纪带头学科一生命科学( 1 i 危s c i e n c e ) 。前者系跨学科的高 新技术，即在纳米尺度( o 1 1 0 0 n m ) ，综合运用工程学、电子学、物理学、化学和材料学等领域 的基本原理，对原子或分子进行操纵。制备各种超分子结构( s u p r a m o l e c u l a rs t r u c t u r e s ) 、复合体 ( c o m p l e x e s ) 、复合材料( c o m p o s i t e s ) 、器件( d e v i c e s ) 和系统( s y s t e m s ) 的技术。后者则包括生物技术 和医药科学等。两类科学技术密切相关，纳米技术的进一步发展需要生命科学技术的推动，生命 科学技术的不断进步也需要纳米技术提供技术上的支持：纳米技术介入药物研究是两类科学技术 相结合的一个重要方向，预计未来l o 1 5 年，约有半数的药物与纳米技术相关，涉及1 8 0 0 多亿 美元的金额。纳米技术主要从以下几个方面介入药物领域：( 1 ) 利用纳米技术对传统原料药进行 改造，使传统原料药在纳米尺度产生新的性能。如纳米中药技术和脂溶性药物纳米悬浮液 ( n a n o s u s p c n s i o n s ) 等；( 2 ) 纳米材料的药用研究，即使非药用物质在纳米尺度。纳米药物载体的基 材可分为无机材料1 , 2 , 3 , 4 - 7 1 和高分子材料1 2 , 3 , s - 9 。无机材料主要包括氧化铝( a l u m i n a ) 、氧化硅：( s i l i c a ) 、 氧化镦：( t i t a n i a ) 等陶瓷纳米颗粒( c e r a m i cn 锄o p a l t i c l 髓) 【2 舢l 和纳米蒙托石( m o i l 切r i l l o n i t e ) 【7 l 。高分 子材料由于生物相容性好、无毒、具有生物亲和性和生物可吸收性，而且可以根据药物水溶性来 选择性的负载药物，具有广泛的市场价值和应用前景。 1 2 作为药物载体基材的高分子材料 高分子材料作为药用辅料一直起着非常重要的作用，由于高分子材料作为药物制剂具有有 效性、安全性、合理性和精密性等特点，正被越来越多地用于生物医学和药学领域。目前国内外 研究的高分子材料，按降解性能分为可生物降解高分子材料和非生物降解高分子材料；按合成方 法可分为天然高分子材料、半合成高分子材料和合成高分子材料。 1 2 1 生物可降解高分子材料 非生物降解材料硅橡胶是最早用于药物控制释放并达到临床应用的高分子材料，它能提供 较好的药物释放速度，但在体内不能降解，需经二次手术取出，给病人带来不必要的麻烦和痛苦。 而可生物降解的高分子材料在人体内可降解成小分子化合物后被机体代谢，防i ：载体材料在机体 内积累，避免二次手术。可降解的合成高分子材料，可以通过高分子结构的设计、纳米颗粒的制 备工艺等调节药物释放速率，能够提高药物或蛋白质等生物大分子在体内的稳定性，能够有效地 把药物传递到靶向部位，还可通过其自身具有的可生物降解重复单元与药物和目标受体产生相互 影响，用作引导神经再生的修复架、脉管移植材料和药物缓释载体等。其中尤以用作药物缓释载 体【8 9 j 的研究最为广泛而深入。高分子材料在体内降解的方式主要有水解、酶解，对火多数可降 解材料，特别是合成高分子而言，水解是主要降解方式。形式为：直线型高分子主链内不稳定键 东南大学硕上论文 断裂；主链为线型而带侧链的高分子侧链基团的水解：交联网状高分子内不稳定交联链的断裂， 通过以上3 种形式使聚合物分子变小，达到降解的日的。聚合物的化学键类型、组成、p h 值、 吸水率、相邻基团位阻效应以及电场效应都会影响降解过程，而降解过程又会影响药物的释放行 为。聚合物材料是上个世纪发展最为迅速的材料，但是大多数聚合物都是来源于石油这种不可更 新能源。面对全球能源危机和持续增长的环境污染，生产新蚕! ! 可生物降解聚合物的要求越来越迫 切。来源于农业资源的天然聚合物具有原料可更新，产品可生物降解、无污染等特点，近十年来 成为众多学者的研究对象。 在可见的未来，生物可降解高分子在临床医疗、药物制剂以及环境保护等方面具有巨大的 前景1 0 1 1 1 。 1 2 2 天然可降解材料 主要包括胶原【1 3 】、明胶【1 4 l 、海藻酸盐、蛋白类 1 5 j 6 和淀粉衍生物。天然高分子材料的特点 是稳定、无毒、生物相容性好以及成膜性成球性好。近年来研究较多的是壳聚剜1 2 1 、海藻酸盐， 而源于蚕丝的丝素蛋白则显示出巨大的潜力。 1 2 3 半合成可降解材料 主要包括羧甲基纤维素、邻苯二甲酸纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙甲纤维素、丁 酸醋酸纤维素、琥珀酸醋酸纤维素等。其特点是毒性小、粘度大，成盐后溶解度增大，由于易水 解，故不宜高温处理，需临时现用现配。 1 2 4 合成可降解材料【1 8 , 1 9 】 合成可降解的高分子材料，与天然高分子材料相比有更多的优势，没有抗原性、物理化学性 能可以预测且可以重复制备，通过分子设计，可以在材料上引入特殊的功能基团，实现靶向给药， 正越来越受到重视。 1 2 4 1 聚酸酐类【2 2 】 聚酸酐是单体通过酸酐键相连的一类人工合成的生物可降解高分子聚合物，是一类新型的医 用高分子材料，酸酐键具有水不稳定性，能水解成羧酸，分子结构为： + 旦一r ，一旦七。+ 旦一心一旦一。专 根据取代基基的不同，可将聚酸酐分为脂肪族聚酸酐、芳香族聚酸酐、杂环族聚酸酐、聚酰 酸酐、聚酰胺酸酐、可交联的酸酐、含磷聚酸酐等。 聚酸酐的降解速度取决于取代基的类别和组成比例，一般芳香族聚酸酐的降解速率比脂肪族 聚酸酐慢，脂肪族聚酸酐数天内即可降解，芳香族聚酸酐则需要若干年；同系物中，随着主链上 取代基碳链的增长，聚合物降解速率减慢。聚酸酐对生物体具有良好的相容性，降解过程只发生 在材料的表面。现主要应用于化疗剂、抗生素药物、多肽和蛋白制剂( 如胰岛素、生长因子) 、多 2 第一章绪论 糖( 如肝素) 等药物的控释研究。 1 2 4 2 聚酯类 迄今为止，以聚乳酸( p l a ) 为代表的羟基酸或其内酯的聚合物是研究最多、应用最广的可 生物降解的合成高分子材料，并且是最早应用于生物医学领域的一类聚合物。例如聚乳酸、聚乙 交酯、聚- 己内酯等。聚乳酸具有可靠的生物安全性、良好的生物可降解性和力学性能、易加工 成形、环境友好等优点，因此聚乳酸作为医用生物可吸收高分子材料的开发研究是目前可降解材 料最活跃的领域。聚乳酸是经美国食品和药品管理局( f d a ) 批准可广泛用作药物控释载体、医 用手术缝合线及骨折内固定材料等生物医用高分子材料，目前已被广泛应用于生物医用高分子、 纺织行业、农用地膜和包装等行业刚。乳酸是合成聚乳酸的原料，其分子中含有一个手性碳原 子，有两种光学异构体，如图1 所示：l 型( 左旋) ，d 型( 右型) 。 c o o hc o o h il ii o h 3c h 3 l犁d犁 oo d 犁l 犁 图1 1 丙交酯种类 因此，合成的聚乳酸具有四种旋光聚合体：左旋聚乳酸( p l l a ) 、右旋聚乳酸( p d l a ) 、外消 旋聚乳酸( p d l l a ) 和内消旋聚乳酸( m e s o - p l a ) 。p d l l a 和p l l a 是两种具有光学活性的有规立构 聚合物，p d l l a 是无定形非晶态材料，与p d l a 和p l l a 相比，降解速度快，力学强度不高，适 合用于药物控释。在制备材料时，可以改变两种乳酸的比例来调节材料的强度以及降解周期，达 到不同的效果 2 4 1 。各种异构聚乳酸的合成方法相同，均以乳酸为原料，其具体合成工艺人致可 分为间接合成二步法、直接合成法，如图2 所示。 聚乳酸的自降解不需要特殊水解酶，以水解为主要形式，从聚合链上酯键处水解，降解产物 可参加体内循环，最终以二氧化碳和水的形式排出体外，对环境无污染。半结品性p l l a 的降解 过程分两步：第一步水迅速渗透进无定形区引发水解，在这一步大部分机械性能会损失；第二步 结晶区水解。而无定形的p d l l a 只发生第一步水解。水解速率不仅与聚合物的化学结构、分子 量、分子量分布、形态结构和尺寸有关，而且依赖于水解环境b 5 1 。 1 2 4 3 聚原酸酯 聚原酸酯( p o e ) 是一种人工合成的生物可降解高分子材料，通过多元原酸或多元原酸酯与多 3 东南大学硕士论文 元醇类在无水条件下缩合形成原酸酯键而制得，产物为疏水型聚合物，不溶于水，在水溶液中也 不发生溶胀，可溶于环己烷、四氢呋喃等有机溶剂。由于其疏水性，可以阻止水分子的渗透及发 生水合作用，水分子就不易进入基材内部，降解过程主要发生在材料表面，称为“表面融蚀” ( s u r f a c ee r o s i o n ) 2 7 1 ，表面融蚀的优点是降解过程可以预测，特别是在药物释放中药物释放速率聚 合物的融蚀速率直接相关，但是这种高分子却具有较其它高分子更高的降解速率。 在生物体内的降解是由原酸酯键处的水解反应引起的，降解最终产物为水溶性的小分子，容 易被生物体所代谢【2 6 1 。 直接聚合法： n 一耻一一叶0 一脚却1 ) h 一2 0 n h o c c o h ；享= = = h 十一g c 寸一o h 十( n h n 。 一 间接聚合法： c h ，o 催化剂催化剂 i4 | i 减压，加热减压，加热 o nh o c c o h + + h 脱水缩合热解，蒸馏 o 搴巾一黜却h 减压，加热ii | 1 矿h 十。一舀一c 部h 图1 2 聚乳酸合成方法 1 2 4 4 聚磷腈 聚磷腈是一系列由氮、磷原子以交替的单双键构成主链，有机取代基作为侧链的高分子，兼 具有机和无机聚合物的性能1 2 啪，引入不同的侧链可以制备各种不同性能的聚磷腈2 9 1 。选择合适 的有机侧链可以制备可降解的聚磷腈，这类聚磷腈具有独特的性能和降解动力学，侧链降解而不 是主链降解，水解最终产物为磷酸、氨、氨基酸和乙醇等无毒物质，以稳定的速度释放出包在高 分子膜内的药物，使药物浓度长时间维持在有效浓度范围内，达到提高药效1 3 0 l 。可通过侧基结 构的变化和组合，调节聚磷腈降解的速度、控制药物释放的速度，还可通过生物火分子及其组合 体在聚磷腈表面的固定化，达到生物功能化和生物智能化的目的。 1 2 4 5 聚氨基酸 聚氨基酸是指同一种氨基酸单体由化学法或微生物法合成的一类高分子聚合物。例如聚赖氨 4 第一章绪论 酸、聚谷氨酸、聚天冬氨酸、聚鸟氨酸等。聚氨基酸呈多价态离子，与组织和细胞有良好的相容 性，可以代替非致病性病毒作为基因治疗的载体，同时作为一种生物大分子具有良好的组织亲和 性、消化吸收性，能促进组织修复和细胞生长，能白行降解、代谢被机体吸收和排泄，具有其他 的材料不可比拟的优点。 除了上述可生物降解的高分子材料外，聚氧化丙烯和聚氰基丙烯酸烷基酯也被用来制备 药物的纳米载体。 1 3 纳米药物控释系统的种类 传统的给药方式使人体内的药物浓度只能维持较短的时间，需要多次服药或注射，维持局部 组织的药物浓度，这就使得血液或体内组织中药物浓度起伏很大，有“峰谷”现象。当给药后血 药浓度过高时，可能产生副作用，甚至中毒；血药浓度低于有效浓度时，不能呈现疗效。时常超 过人体的药物最高耐受剂量或最低有效剂量，给病人带来不便和痛苦。药物控制释放系统是药剂 学发展的一个新领域，它可以使药物以一种预定的速率缓慢释放，从而达到控制体内药物浓度的 目的【3 1 捌。 微粒系统作为药物的控缓释载体的应用发展很快，特别是利用可降解聚合物微粒做高效药物 投递载体引起了人们很大兴趣，目前国内外研究最多的载药系统有如下几种： 1 3 1 脂质体 脂质体是磷脂或其它两亲性物质分散于水中形成的一层或多层同心脂质双分子膜包封而成 的环状囊状结构，类似于细胞结构，有生物膜的特性和功能，具有器官或组织的网状内皮系统的 趋向性。脂质体为两性物质，直径大小约为几十个纳米到几十个微米，可以包裹水溶性和脂溶性 2 种类型的药物，是一种多功能的定向药物载体。脂质体能降低药物不良反应，提高生物利用度， 提高和延长疗效，避免耐药性和改变给药途径等优点。目前，纳米脂质体所面i 临的主要问题是稳 定性较差、易于团聚和融合，而且脂质体的粒径分布不均匀，粒径偏大，易被单核吞噬细胞系统 所吸收，因此脂质体作为药物载体的应用还有一定的局限性。 1 3 2 纳米颗粒 纳米颗粒一般指1 0n m - 10 0 0 r i m 的固态粒子，从结构上可以分为骨架实体型的纳米球和膜 壳药库型的纳米囊。纳米颗粒作为药物载体进入体内，可以有效地减少人体网状内皮系统( r e s ) 巨噬细胞的吞噬，并能穿越细胞间隙，通过人体最小的毛细血管及血脑屏障0 3 b b ) 并被细胞组织 吸收，纳米颗粒子药物载体可以控制药物在靶向部位缓慢释放、减少药物用量、增强药物疗效并 降低药物毒性。同时，粒子系统可以避免药物活性丧失，有利于药物的贮藏和运输。 纳米颗粒属固态胶体粒子，主要由聚乳酸、聚己内酯、聚羟基乙酸以及壳聚糖等制备而成。 纳米颗粒表面的亲水性与亲脂性将影响其与调理蛋白吸附结合力的大小，从而影响吞噬细胞对其 吞噬速度的快慢。一般，纳米颗粒的表面亲脂性越大，其对调理蛋白的结合力越强，故要延长纳 米颗粒在体内的循环时间，须增加其表面的亲水性。目前，在制备纳米颗粒时，通过和壳聚糖、 明胶等亲水性高分子聚合物共混，或者在纳米颗粒子表面接入聚乙二醇、聚氯乙烯等亲水性高分 子聚合物来提高材料的亲水性，防止纳米颗粒子被巨噬细胞吞噬，延长纳米颗粒子在人体内循环。 5 东南大学硕士论文 微球是指药物分散或被吸附在高分子聚合物基质中所形成的一种微球分散系统。微球给药系 统具有高载药率，控释时间较长的特点，主要用于定位给药。用作靶向给药系统时，微球属于粒 子性靶向体系，其靶向作用的产生过程是：首先微球将限制给药体系分布至靶位的毛细血管床， 然后，载体将药物选择性导向至靶细胞，于靶细胞内进行释放。根据粒子大小不同，微球可达到 不同部位：( 1 ) 静脉，动脉或腹腔注射0 1 o 2 i im 的微球很快被网状内皮系统的巨噬细胞从血液 中清除，最终到达肝脏枯否氏细胞的溶酶体中；界于5 0 1 0 0 n m 的微粒能进入肝实质细胞中； 小于5 0 n m 的微粒能透过肝脏内皮，或者通过淋巴传递到脾和骨髓，也可能到达肿瘤组织；( 2 ) 静脉注射7 1 2 | im 的微球，可被肺机械性滤取，而2 - 1 2 p m 的粒子不仅在肺而且在肝脾中被毛 细血管网摄取；( 3 ) 动脉注射大于1 2 i lm 胶粒阻滞于毛细血管床，到达肝或肾和肿瘤器官中1 3 3 1 。 纳米球是固状胶态粒子，活性组分( 药物、生物活性材料等) 可溶解、包裹在粒子内部，或者 吸附在粒子表面。它与微球载体的主要区别是其超微体积，其特点包括： ( 1 ) 增加药物在血眼屏障、血脑屏障以及生物膜的穿透能力； ( 2 ) 增强药物靶向性； ( 3 ) 延长药物体内循环时间； ( 4 ) 可作为理想的静脉注射的药物载体。 近年来聚乳酸包载药物的微球、纳米球成为国内外研究热点。多种微粒体系已经用于眼科药 物的投递研究，微球、纳米球载药体系能够一次注射持续释药，减少用药次数，应用前景广泛1 3 4 , 3 5 1 。 1 3 3 纳米胶柬 纳米胶束是近几年正在发展的一类新型纳米载体，是由两亲性共聚物组成的具有亲水外壳和 疏水内核结构的纳米颗粒子。嵌段共聚物在固态会由于其嵌段的不相容性发生微相分离；嵌段共 聚物在浓溶液中根据溶剂和共聚物的性质形成具有不同刚度的有序结构( 如层状或圆柱形) ；嵌段 共聚物在稀溶液中仍保持其不同嵌段间的不相容性，它们之间的推动力有疏水作用、静电作用、 氢键作用或金属络合作用等。因为嵌段共聚物具有亲水性外壳及疏水性内核，所以在水中溶解后 自发形成高分子胶束，并完成对药物的增溶和包裹( 3 3 - 3 4 1 ，并且可使药物逃避单核巨噬细胞的吞噬， 即具有“隐形”性【3 5 】。z h a n g 和e i s e n b e r g 在1 9 9 5 年率先报道了溶液中自组装形成的形态各异 的聚集体，到目前为止已报道的形态( 图1 3 ) 包括球状、棒状、囊泡和大复合胶束1 3 酗。 在水溶液中，疏水链段通过疏水作用力驱动聚合物链聚集。最简单的胶束早球形，胶束内部 是疏水链段形成的核，外部是亲水链段以溶剂化形式存在的壳。相对于小分子表面活性剂，两亲 性共聚物可以通过疏水和亲水链段的比例调整获得系列对称或不对称的嵌段共聚物。具有较k 亲 水链段的不对称共聚物聚集形态呈星形，具有长疏水链段的不对称共聚物被称为平头胶束1 3 7 1 。 基丁：独特的结构和良好的稳定性，纳米胶束在药物缓控释口1 1 、分离( 4 8 4 2 1 、电子学p 9 1 和催化1 4 2 】 等领域有着广泛和潜在的应用价值。 6 第一章绪论 圉i3 ( a ) p s 2 0 0 - b p 蛆2 l 甲头腔柬， ( o p s 4 1 0 - b - p a a l 3 囊泡， 3r ，j 簟 麓 ( b ) p s l 9 0 - k - p a a ，o 棒状形态； ) p s 4 1 0 - b - p a a l 3 大复囊泡 两亲性 援段共聚物几乎都可以制磊成胶柬，但药物控释和医学领域需要具有良盘j = 的生物相弈 性币呵生物降解的材料。目前，可作为亲水链段的有聚己二醇( p e g ) 、壳聚牯、聚己烯悻( p v p ) 等，疏水链段有聚乳酸( p l a ) 、聚己内酯( p c l ) 等其中聚乙_ = 酵一聚乳酸( p e g p l a ) 共 聚物最为常见，作为药物载体的效果也 好。 聚乳酸具有良好的生物相容性以及可降解性，在医学上可应州性已经得到认同。聚己醇 ( p e g ) 儿有优异的生物相容性，在体内能溶于组织液中，分子簟4 0 0 0 以f 的p e g 能被机体迅 速排除体外而不产生任何毒剐作用，其安全性已经得到了美国f d a 的认证。p e g 的引入不但提 高了p l a 的亲水性，同时还赋予材料新的特性和功能，它可以减少生物体内蛋白质在材料表面 的吸附和细胞的黏附，在体内不易被免疫系统识别有效地调控载体的亲疏水性、药物释放速率和 载曲率延长药物在帆坡中的循环时间、加强药物靶向给药能力h 2 州；它可以保护被政性的 p l a 水受免疫系统的破坏，且形成的两亲性共聚物具有修饰性，可引入端基活性基团。 聚乙一醇一聚乳酸j 0 聚物的亲水性链段p e g 可提高载体。括物的相存性和分敞性，疏水性链 段p l a 则控制曲物的释放速率：对于疏水性曲物。聚己二醇聚乳酸e 聚物中疏水段p l a 与疏 水性曲物间儿有疏水相且作，能够提高载药率，亲水段p e gm 可增加药物的稳定性和溶解性。 通过谓佯嵌段共聚物中p e g 与p l a 的链匠和相对比例可以改变脞柬粒径大小、包封率及药物 释放速率”州。疏水性p l a 链段越短，胶束粒径越小，同时包封率和载药率有所r 降”v 8 i 。业 聚物中p e g 相对分子质量越人，即胶柬表面p e g 链越长，则阻止蚩白质吸附的能力越强 4 9 1 。但 当p e g 链k 继续增加时粒子对蛋白质的吸附量则无明显变化。 薅囊 筑 东南大学硕：l ：论文 1 3 4 靶向药物载体 靶向给药系统诞生于2 0 世纪7 0 年代，是一种新的制剂技术和工艺。靶向给药系统药物通过 局部或全身血液循环而聚集定位于靶组织，靶器官，靶细胞的给药系统。靶向给药能将药物选择 性地传输并释放于靶组织、靶器官或者靶细胞，增强药物在靶部位的活性，使药物在靶部位发挥 治疗作用并减少其在非靶部位的毒副作用，提高药物的治疗指数。 靶向给药系统按靶向源动力可分为被动靶向和主动靶向。 1 3 4 1 被动靶向 被动靶向即自然靶向，是指通过减少与非靶器官、组织及细胞的非特异性相互作用来增加 靶部悴闩f 靶部位的药物水平比率【5 ，它的靶向源动力来自于机体的正常生理活动。在被动靶向 系统中，药物以脂质体、微囊、微球、胶束等为载体，利用其疏水性及静电作用等理化作用及载 体的大小、质量等物理因素通过正常的生理过程运送至肝、脾、肺等器官。 被动靶向制剂的作用机制是根据生物体中存在主要的非特异性分布排泄途径而来的：网状 内皮系统( r e s ) 具有丰富的吞噬细胞，可将一定大小( 直径0 1 - 3 i l l - n ) 的微粒作为异物摄取于肝、脾； 较大直径( 7 3 0 p m ) 微粒不能滤过毛细血管床，被机械截留于肺部：而直径小于5 0n m 微粒可以 通过毛细血管末梢进入骨髓。一般的微粒给药系统都具有被动靶向给药的性锹5 3 】。 目前，通过对纳米颗粒的表面修饰可提高其的生物学稳定性，防j ：被r e s 捕获，达到被动 靶向的目的。聚乙二醇( p e g ) 是应用最广泛的微粒表面修饰材料，大多是预先将p e g 与聚乳 酸或磷脂酰胆碱等通过化学结合、疏水键吸附或电性结合的方法，然后再制备纳米颗粒，从而实 现微粒表面的修饰。经过p e g 修饰的纳米颗粒，大大减小来被r e s 吞噬的机率h ”4 1 ；亲水性多 糖，例如壳聚糖、环糊精等，可延长纳米颗粒在体内的循环时间和减少巨噬细胞的捕获，还可以 起到增加药物包封率和载药量的效梨5 5 1 ；此外，还可以制备两亲性胶束以及树枝状的聚合物 5 6 - 5 9 来达到被动靶向的作用。 被动靶向技术自2 0 世纪8 0 年代后期才得到了显著发展，已经实现使用药物一合成聚合物交 联物、聚合物胶束、“隐匿”脂质体对肿瘤的靶向给药。此外，被动靶向给药系统体内药动学研 究对定量及系统了解药物靶向功能有很大帮助。 1 3 4 2 主动靶向 主动靶向是指药物载体表面经修饰后，药物微粒不被单核吞噬系统识别，或其连接有特殊 的配体或抗体，通过抗体一抗原识别，配体一受体结合作用来实现药物的靶向传递。主动靶向的 源动力在丁微粒表面的特殊性质，使其能够逃避单核吞噬系统的作用，而被靶组织、靶器官或者 靶细胞识别。主动靶向给药系统的作用机制为：通过周密的生物识别设计，如抗体识别、受体识 别、免疫识别等将药物导向特异的识别靶1 6 0 1 。 在制备纳米药物载体时，可以根据人体内的各受体、抗原分布的情况来选择配体，通过相 应的配体、抗体修饰纳米颗粒子，从而发挥把药物选择性地输送到各器官组织的功能。 ( 1 ) 糖类配体 去唾液酸糖蛋白受体( a s g p r ) 义称为肝细胞半乳糖受体，仅存在于哺乳动物的肝细胞膜上， 8 第一章绪论 能特异识别末端糖基为d - 半乳糖或n 一乙酰d 半乳糖胺的糖蛋白，是目前了解最透彻的肝细胞 受体。因此，通过半乳糖与a s g p r 之间的相互作用，可以主动靶向于肝细胞【6 。 ( 2 ) 转铁蛋白配体 转铁蛋白是一类非血红蛋白铁离子结合糖蛋白。转铁蛋白受体在所有有核细胞中都有表达， 但表达水平各异，在分裂活跃的细胞上表达水平很高，如在肿瘤细胞上每个细胞能达到 1 0 0 0 0 - 1 0 0 0 0 0 个分子，而在非增殖细胞上很少表达甚至检测不到表达。因此，也有研究者利用 转铁蛋白与其受体的相互作用介导主动靶向【6 2 l 。 ( 3 ) 植物凝集素配体 利用植物凝集素与小肠糖基化结构之间的生物识别，可以用植物凝集素修饰载药纳米颗粒 以增加肽类、蛋白质及d n a 药物等难吸收药物的吸收，提高生物利用度【6 3 】。 ( 4 ) 甘草酸配体 甘草酸是甘草的一种主要成分，已知在肝脏高度蓄积。国内外均有研究证实肝实质细胞膜 表面的确存在甘草酸受体，均表明肝脏摄取甘草酸是确实的 6 4 , 6 卯。目前，脂质体经甘草酸表面修 饰后已被证实具有良好的趋肝性与肝细胞靶向性1 6 5 1 。 ( 5 ) 叶酸配体 叶酸是一种真核细胞单碳代谢和核苷合成所必需的小分子维生素，体积小、无免疫原性、 稳定性好、方便易得，动物细胞缺乏叶酸生物合成的关键酶，只能依赖细胞主动摄取外源性叶酸 来维持正常的生命活动。细胞对叶酸的吸收有两种机制：一是通过低亲合力的跨膜蛋白转运二氢 叶酸、四氢叶酸进入细胞；二是通过高亲合力的叶酸结合蛋白即叶酸受体介导细胞内化将叶酸摄 入。后者为细胞吸收叶酸的主要方式，也是叶酸偶联药物进入细胞的主要途径脚】。 近5 0 年来的研究表明，叶酸受体广泛分布在正常组织及肿瘤组织中，不同点在于多数肿瘤 细胞叶酸受体的数量和活性远远超过正常细胞【6 7 6 8 】。另外，在正常细胞，叶酸受体选择性地表达 在细胞的表面，呈极性分布，血液循环中的药物不能接近该受体，叶酸受体导向的药物亦不能进 入正常细胞；但在恶性细胞中，叶酸受体失去极性，血液循环中的药物可接触到该受体。目前已 鉴定出叶酸受体有a - f r 、p f r 和r f r 三种亚型，其中a - f r 在卵巢癌、子宫癌、睾丸癌、肺 癌等一些上皮组织的恶性肿瘤细胞中高表达；i 匡- f g 在头颈部鳞状细胞癌及一些非上皮来源的癌 组织中高表达，1 , - f r 分布很少，主要在血液组织出现恶变时有过度表达。同时，叶酸受体的表 达水平也与肿瘤的发展阶段有关，早期肿瘤的叶酸受体表达较低，晚期及高度恶变的肿瘤受体表 达增强，此外，部分转移瘤的表达水平显著高于原发瘤。因此，肿瘤细胞叶酸受体受到广泛关注， 目前已被开发作为临床诊断肿瘤的标记物1 6 7 - 6 9 1 。以聚合物为药物载体，叶酸为配体的叫酸一聚合 物主动靶向药物输送系统以其对肿瘤组织的高选择性而日益受到人们重视。可生物降解的两亲嵌 段共聚物胶束是研究最广泛的高分子聚合物药物载体之一。在这种核壳胶束的亲水性表面连接 叶酸分子能显著增强与高表达叶酸受体的肿瘤细胞之间的亲合力和选择性，同时也显著增强对肿 瘤细胞的细胞毒性【7 0 7 n 。目前，国际上报道比较多的叶酸聚合物体系一般为叶酸和亲水性的p e g 链段键和，抗肿瘤药则通过物理化学方法包埋进疏水链段。y a n g 7 2 埯通过叶酸和亲水链段p e g 键和，制备了三嵌段共聚物叶酸一聚乙二醇聚己内酯( f a p e g - p c l ) ，并负载了f g 0 2 0 3 2 6 ，通 过细胞毒性实验，表明叶酸接枝后的药物载体在对肿瘤细胞k bv = 2 0 0 的生长抑制效果要比未接叶 9 东南大学硕上论文 酸的载体高出5 倍。z h a o 7 3 】等制各了叶酸聚乙二醇聚乙醇酸( f a p e g p l g a ) 胶束，并包埋 了抗肿瘤药多柔比星( d o x ) ，测试了对k b ，m a t bl l i ，c 6 三种肿瘤细胞的毒性实验，并与 正常的纤维原细胞做对比。结果显示，具有叶酸的胶束载体对三种肿瘤细胞的毒性比正常细胞大 很多，表明叶酸具有选择抑制肿瘤细胞的功能。 叶酸受体介导的靶向药物输送还可能克服癌症治疗中常出现的多药耐药性( m u l t i d r u g r e s i s t a n c e ，m d r ) 问题。l e e 掣7 4 j 利用聚组氨酸( p o l y h i s ) 的p h 敏感性，以f a - p e g - p o l y h i s 和 f a - p e g 一聚乳酸( p l a ) 组成的混合共聚物制备了载药胶束。这种叶酸修饰的胶束对抗d o x 的 m c f - 7 肿瘤细胞( m c f - 7 d o x r ) 具有显著的生长抑制作用。 叶酸与其受体具有高亲和力、自身稳定性高、低免疫原性、低分子质量、无需修饰，与有 机物和无机盐均有良好的相容性等优点，成为肿瘤靶向的理想配体，如今，很多化学的、生物的 治疗剂已成功地包载入叶酸，提高其在叶酸受体阳性肿瘤细胞的转运，特别是对肿瘤组织的高选 择性而日益受到人们重视，但总的来说，这方面的研究目前都还处在起步阶段，大部分为体外细 胞试验和动物试验。 除上述几种配体外，还有利用核酸7 5 1 ，生物素【7 6 】等作为配体进行药物靶向释放。此外，还 有将p h 敏、热敏、磁性、超声波响应、红外线响应、电磁波响应等材料结合到纳米颗粒表面使 纳米颗粒能响应体内外各种刺激，如p h 值、温度、外加磁场、超声波、红外线、电磁辐射) ， 使药物直接定位于靶区的物理化学靶向方法。 1 4 药物纳米载体的制备方法 载药纳米微粒可靠的生物安全性、超微小的粒径结构、灵活的成分配比和可控的降解速度， 使其具有广泛的应用前景。纳米颗粒制各的方法可分为物理法( 真空喷涂法、物理粉碎法等) 化 学法( 乳液聚合、界面聚合等) 和物理化学方法( 微乳法、溶剂挥发等) 。在上述三大类制备方 法中，物理方法需要较复杂的设备，投资较大，化学方法需要一定的反应装置，而物理化学方法 一般通过简单的烧杯就可进行，因此应用较多，下面介绍几种常用的方法。 1 4 1 乳化溶剂挥发法【7 7 】 该法是在快速搅拌或超声作用下，将含有载体基材和药物的内相在加有乳化剂的外相中强行 乳化分散，从而制各载体的一种方法。该制备方法根据基材以及负载药物的亲水性能可以分为水 包油( o i l w a t e r ，o a r ) 乳化法和油包水( w a t e r o i l ，w o ) 孚b 化法两大类。 用乳化溶剂挥发法制各纳米载体时，乳化剂种类、乳化剂浓度、搅拌速度等制备t 艺条件 对纳米颗粒子的大小、形态以及药物释放的功效都有重要的影响。乳化荆浓度高，搅拌速度快， 制得的纳米颗粒子粒径小；乳化剂浓度低，搅拌速度慢，聚合物聚集不易分散，得剑的粒子粒径 相对较大。同样，粒子固化条件的变化同样会对粒子表面形态和药物释放将产生不同的影响效果， 溶剂挥发在常压下进行，制得的粒子表面光滑、释药过程相对平稳；采用迅速抽提过程来加速溶 剂的挥发，制得的微球表面呈多孔状，在药物释放过程中容易出现“突释”现象，这是符合其释 药机理的。此外，药物的物化特性，药物，聚合物比值，溶剂类型水相粘度及连续相，分散相比值 也会对纳米颗粒子的形态具有影响。 1 0 第一章绪论 传统的o w 或w o 方法的一个很大的缺点在于其对酶、多肽蛋白质和疫苗等水溶性药物的 包裹率极低。为了提高水溶性药物的包裹率，复乳技术更为常用【7 8 】。所谓复乳技术是先将药物 溶于水溶液，在不断搅拌的条件下，将药物的水溶液加入到聚合物的有机溶剂溶液中，先形成 w o 初乳，再将w o 体系倒入连续搅拌的水相中形成w o w 复合体系。利用这一技术，对很多 传统药物以及激素类、多肽蛋白类等一系列水溶性药物进行了包载与释放试验，都已经取得了 成功。 1 4 2 凝聚法 凝聚法又叫相分离法，即在载体基材溶液中添机盐电解质