（高分子化学与物理专业论文）温敏性接枝共聚物胶束载药体系的研究.pdf

摘要 两亲性聚合物胶束药物体系的研究越来越受到关注。药物，尤其是水溶性著的药物可以 通过物理包载的方式包载于胶束核。本论文中，制各了一种温敏性接枝共聚物，通过温度的 变化形成聚合物胶束同时将药物包载于胶束内核而避免使用有机溶剂。 以氧化剂硝酸铈氨盐引发葡聚糖接枝聚( n 一异丙基丙烯酰胺) 的自由基接枝聚合反应。 接枝共聚物的化学结构用f t i r 、1 h 和”c - n m r 进行表征。考察了反应条件对聚合反应 参数的影响。研究发现均聚物的含量( h ) 、接枝效率( g e 脚和接枝率( g ) 随铈盐浓度的 增大而增大。反应时间的延长能够提高g e * ig ，意味着g 可以通过反应时间来调控。 较高的接枝反应温度导致g e i g 增大，但当反应温度高于接枝共聚物的l c s t 后，g e 和0 均下降。 采用d s c i 紫外一可见光光谱研究d e x t r a n - g - p n i p a a m 接枝共聚物在水溶液中的温敏相 变行为。考察了接枝度和扫描速度对l c s t 的影响。发现随着共聚物接枝度的提高，相变过 程的吸热焓增大，相变温度微有下降。共聚物的相变行为与扫描速度有关。紫外一可见光光 谱测试与d s c 结果相似。研究结果表明有可能利用利用接枝共聚物的温敏性将药物包裹在胶 束核而不需使用任何有机溶剂。 采用两种方法研究接枝接枝共聚物的微胶束化行为：表面张力法和以芘为探针的荧光探 针技术。研究发现共聚物的福界胶柬浓度( c m c ) 与温度和共聚物的接枝度有关。温度越 高，c m c 越低：接枝度越高，c m c 也越低。对于两种方法的测试均表明葡聚糖接枝共聚物 在温度低于l c s t 时也具有微胶束化行为的现象有可能是葡聚糖主链和p n i p a a m 支链的亲， 疏水性差异造成的。采用动态光散射和原子力显微镜观察了接枝共聚物的胶束尺寸及形态。 结果表明，高接枝度的共聚物在水溶液中形成3 0 r i m 的胶柬。a f m 结果清楚的表明共聚物在 温度高于l c s t 时形成粒径约8 0 n m 的球形粒子。 通过测定降解产物中还原寡聚糖的含量，我们研究t d e x t r a n - g - p n i p a a m 接枝共聚物的 酶解行为。结果表明随着葡聚糖酶含量和接枝度g 的提高，接枝共聚物的降解速度加快。 采用控温的办法将模型药物萘普生包载于葡聚糖一g - 聚( n - 异丙基丙烯酰胺) 胶束中，药物 包裹率为1 4 o 。药物释放结果表明萘普生的释药行为具有p h 依赖性，p h 值越高，释药速 度越快，释药量越大。研究表明该接枝共聚物有可能成为一种新型的结肠靶向药物释放载体。 关键词：葡聚糖- g 聚( n - 异丙基丙烯酰胺) ，温敏性，核壳型纳米胶束，酶解，萘普生 a b s t r a c t p o l y ( n - i s o p r o p y l a c r y l a m i d e ) ( p n i p a a m ) w a sg r a f t e d t od e x t r a nu s i n gc e r i ci o na s r e d o xi n i t i a t o r t h eg r a f tc o p o l y m e r sf o r m e dt e m p e r a t u r er e s p o n s i v em a t e r i a l sa n dc a nb e u s e dt oc o n s t r u c tp o l y m e r i cm i c e l l e sa sd r u gc a r r i e r sf o rc o l o n - s i t es p e c i f i c a l l yd e l i v e r y t h e c h e m i c a ls t r u c t u r eo ft h eg r a f tc o p o l y m e r sw a sc h a r a c t e r i z e db yf r i r ，1 h - a n d1 3 c - n m r s p e c t r o s c o p y t h e i n f l u e n c eo fr e a c t i o nc o n d i t i o n so nt h e g r a f t i n gp a r a m e t e r s w a s i n v e s t i g a t e d i t w a sf o u n dt h a tt h e p e r c e n t a g e o f h o m o p o l y m e rf o r m a t i o n ( h ) ，t h eg r a f t i n g e f f i c i e n c y ( g e ) a n dt h eg r a f t j n g ( g ) o ft h ec o p o l y m e r si n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gt h e a m o u n to ft h ec e r i cc a t a l y s tu s e d e x t e n s i o no ft h ed u r a t i o no fg r a f tr e a c t i o ni n c r e a s e dg e a n dg o ft h e c o p o l y m e r s s u g g e s t i n g t h a tg o ft h e c o p o l y m e r s c o u l db e r e a d i l y m a n i p u l a t e db yc h a n g i n gc o p o l y m e r i z a t i o nd u r a t i o n h i g h e rg r a f t i n gt e m p e r a t u r ew a si n f a v o ro fi n c r e a s i n gg e a n dg ，h o w e v e r ，w h e nt h er e a c 矗0 nt e m p e r a t u r ew a sa b o v et h e l c s to ft h ec o p o l y m e r s ，g e a n dg d e c r e a s e d p h a s eb e h a v i o ro f d e x t r a n - g r a f t - p o l y ( n - i s o p r o p y l a c r y l a m i d e ) ( p n i p a a m ) p o l y m e r s i n a q u e o u s s o l u t i o na r e i n v e s t i g a t e du s i n g d s ca n dt h e o p t i c a lt r a n s m i t t a n c e o ft h e c o p o l y m e r s i nt h ea q u e o u ss o l u t i o nb yu v - v i si n s h u m e n t i ti sf o u n dt h a tw i t ht h ei n c r e a s eo fg r a f t i n g ( g ) o ft h ec o p 0 1 ) 7 m e r st h ee n d o t h e r m i ce n t h a l p yd u r i n gt h ep h a s et r a n s i t i o ni n c r e a s e s s i g n i f i c a n t l y a n dt h et r a n s i t i o n t e m p e r a t u r e d e c r e a s e s s l i g h f l y t h ep h a s e t r a n s i t i o n b e h a v i o ro ft h ec o p o l y m e r si ss c a n n i n gr a t ed e p e n d e n t i ti sp r o p o s e dt h a tb yu s i n gt h i s t h e r m a l r e s p o n s i v ep r o p e r t y o ft h ec o p o l y m e r s ，d r u g sc o u l db ei n c o r p o r a t e di n t ot h e m i c e l l e sw i t h o u t e m p l o y i n ga n yo r g a n i cs o l v e n t s i n c et h es t a b i l i t yo ft h ep o l y m e r i cm i c e l l e sp l a y sac r u c i a lr o l ei nd r u g d e l i v e r y ，t w o t e c h n i q u e sw e r ee m p l o y e d t od e t e c tt h ec r i t i c a lm i c e l l i z a t i o n p h e n o m e n o n o ft h ec o p o l y m e r s ： t h es u r f a c et e n s i o nm e a s u r e m e n ta n dt h ef l u o r e s c e n t p r o b et e c h n i q u ew i t hp y l e n e a sa p r o b e m o l e c u l e i tw a sf o u n dt h a tt h ec r i t i c a lm i c e l l a rc o n c e n t r a t i o n ( c a n e ) o ft h ec o p o l y m e r s s h o w e d s i g n i f i c a n td e p e n d e n c e o n t e m p e r a t u r e ，t h ec m c o ft h ec o p o l y m e r sd e c r e a s e dw i t h t h ei n c r e a s eo ft h eg r a f t i n gd e g r e eo ft h ec o p o t y m e r s t h er e s u l t so ft w om e t h o d sr e v e a l e d t h a tw h e nt h et e m p e r a t u r eb e l o wt h el c s to ft h ec o p o l y m e r s ，ac l a s s i co n e - b r e a kc u r v ew a s a l s oe x h i b i t e d t h i sp h e n o m e n o n m i g h t b er e l a t e dw i t ht h ed i f f e r e n c e si nt h e h y d r o p h i l i c i t y b e t w e e nd e x t r a na n dp n i p a a m t h er e s u l t so fd y n a m i c l i g h ts c a t t e r i n gm e a s u r e m e n t a n d a t o m i cf o r c em i c r o s c o p yi n d i c a t e dt h a tt h eg r a f tc o p o l y m e r sf o r mm i c e l l e si nas p h e r i c a l m o r p h o l o g y , a n df o rt h ec o p o l y m e rw i t ht h eg o f3 3 8 f o r m e dm i c e l h si nt h em e a n d i a m e t e ro fl e s st h a n3 0n mi na q u e o u ss o l u t i o n t h ea f mr e s u l ts h o w sc l e a f l yt h a tt h e m o r p h o l o g y o ft h ec o n s t r u c t e dm i c e u e sa tt h et e m p e r a t u r ea b o v et h el c s to ft h e c o p o l y m e r i si ns p h e r i c a ls h a p ea n dt h e a v e r a g e s i z eo ft h ed r i e dm i c e l l e si sa b o u t8 0n x ni nd i a m e t e r t h e e n z y m a t i cd e g r a d a t i o n r a t eo ft h ed e x e r a n - g - p n i p a a m c o p o l y m e r w a sd e t e r m i n e d b ym e a s u r i n g t h er e l e a s eo f r e d u c i n go t i g o s a c c h a r i d e s , w h i c h a r e p r o d u c t s o ft h e d e g r a d a t i o np r o c e s s t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h ed e g r a d a t i o nr a t ei n c r e a s e dw i t ht h e d e x t r a n a s ec o n c e n t r a t i o na n dg t h e d r u g r e l e a s er e s u l ti n d i c a t e dt h e d e x t r a n - g - p n i p a a mc o p o l y m e r sm a y h a v e p o t e n t i a l a sc o l o n - t a g e t e dd r u gr e l e a s ec a r r i e r s k e y w o r d s ：d e x t r a n - g - p o l y ( n - i s o p r o p y l a c r y l a m i d e ) ，t h e r m o s e n s i f i v e ， c o l e s h e u n a n o 。m i c e l l e s ，e n z y m a t i cd e g r a d a t i o n , n a p r o x e n i i 第一章文献综述 第一节用于药物控释的聚合物纳米粒子 1 1 聚合物纳米粒子在药物控释中的应用 纳米科学技术( n a n o s t ) 是2 0 世纪8 0 年代崛起的新科技，可广泛应用于材料合成、生 物和药学等方面。纳米材料颗粒极小，远小于体内细胞，多数与大蛋白大小相仿，在体内不 易作为异物受到排斥，加之可对纳米材料进一步官能团化以提高生物相容性，更易满足药物 载体在组织、血液、免疫等生物相容性的要求 纳米材料在生物及药学方面的研究应用具有非常突出的意义。目前广泛使爿| l 的低分子和 大分子药物存在各自的缺点：( 1 ) 低分子药物通过口服或注射给药，短时间内体内药物浓度 远超过实际需求量，且缺乏进入人体的选择性；新陈代谢快、半衰期短、体内浓度很快降低 而影响疗效，故需要大剂量给药，而过高的药物浓度又会增强药物的副作用；( 2 ) 生物大分 子药物在体内易酶解而失活。生物半衰期短，需重复给药；还受到如免疫系统、组织、细胞 膜等的限制，多数不易通过这些生物屏障，因而大分子药物的生物利用度较低。纳米材料由 于颗粒度极小，表面积非常大，药物可高密度负载于纳米材料表面，形成局部高浓度，提高 药物的利用率。此外，纳米载体药物除具有低毒、高效、缓释、长效、识别变异细胞、药物 稳定性好、药物释放后的高分子载体无毒、不会长期积累在体内及副作用小等优点外，还有 更强的定向释放能力，是各辩药物的较佳替代品。 迄今为止，用于药物输送的纳米材料主要是聚合物，聚合物具有以下几点：( 1 ) 分子量 大，作为载体能使药物在病灶部位停留较长时间；( 2 ) 药物在聚合物纳米粒子内通过扩散或 聚合物自身的降解达到缓释或可控释放的目的；( 3 ) 可以把一些具有靶向作用或控制药物释 放的功能性组分通过化学键合的方式结合到聚合物粒子表面；( 4 ) 如果选用可生物降解聚合 物材料，能避免药物释放后载体材料在人体器官组织内积聚，产生毒副作用。目前文献报道 用于药物载体的聚合物纳米大小通常在1 - 1 0 0 0 n m 之间，形态结构主要有微球和微囊两种。药 物既可以通过物理包埋也可以通过化学键合的方式结合到聚合物粒子中。 1 2 载药聚合物纳米粒子的特点 1 2 1 组织靶向性 聚合物纳米粒子的粒径小于人体最细的毛细血管，它在血液中可到达一般药物不能到达 的毛细管层，最终被网状内皮系统( r e s ) 吞噬，进入肝、脾、骨髓中，并在设定部位释药， 它对靶细胞并无识别能力，不能与靶向细胞融合，而是由特定的细胞“内吞”摄取，这种r e s 系统靶向性是被动靶向，它对于治疗r e s 系统疾病有特殊作用。 1 2 2 降低药物的毒副作用 许多化学药物对人体有明显麴毒哥l 作用，尤其是浓度较高的情况下，毒副作 强更加明显， 纳米粒子包裹药物，具有缓释功能，使药物在体液中的浓度得到控制，因而使药物的毒性明 显减少，同时对某些器官的刺激也明显降低。 1 ，2 ，3 提高药物在胃肠道中的稳定性 聚合物纳米粒子可防l | = 药物在酸性条件下水解，大大降低药物与胃蛋白酶的接触机会。 由于多肽和蛋白类药物能迅速被肠道酶解破坏，使该类药物在l 临床应用受到很大的限制。若 将其制成纳米药物，经口服后可穿过小肠的p e r y e r s 结( 集合淋巴结) 到达肝脾等组织，也可 以穿过肠系膜的细胞间通路进入循环积聚于肝脏，发挥药效。从而提高药物的生物利用度。 1 3 载药聚合物纳米粒子的种类和制备 13 1 单体聚合制备聚合物纳米粒子 聚合物纳米粒子可以通过单体聚合的方法直接制得。主要的制备方法是乳液聚台，界面 聚合法等。乳液聚合法是在分散介质中，乳化剂存在下，利用急剧搅拌或超声波将药物和聚 合物单体分散成纳米大小，引发聚合反应，在形成聚合物的同时对药物进行包裹( 图1 1 ) 。 到目前为j ，用这种方法合成聚合物纳米粒子的单体主要有丙烯酰胺、丙烯酸酯和氰基丙烯 酸烷基酯类1 2 】。前两种聚合物不具备可生物降解性，因此用于药物载体不具有明显的优势，而 聚氰基丙烯酸烷基酯( p a c a ) 在人体内极易生物降解，且对许多组织具有生物相容性，故p a c a 作为药物载体材料近l o 年来一直受到国内外医药界的广泛关注。自从c o l i v r e t t r 等人 3 1 7 0 年代 末首次报道聚氰基丙烯酸烷基酯纳米粒子的台成以来，有关它用于药物载体的研究一直方兴 未艾。最近有人【4 】报道用t w e e n - 8 0 做乳化剂合成聚氰基丙烯酸丁酯纳米粒子，用于脑部靶向 给药，可以透过人体血脑屏障，进入大脑中枢神经系统，对治疗老年性痴呆、脑肿瘤等脑部 2 疾病有明显疗效”。彭应旭 6 】以p o l o x a m e r4 0 7 为表面修饰剂，采用乳液聚合法制备柔红霉素 p a c a 纳米粒子，平均粒径7 0 n m ，包封率9 7 。 音霄靴剂曲性舟一 精拳幢辛 0 - - 乳化翔 单体 。 丙烯瞳体 图1 1 聚氰基丙烯酸烷基酯纳米粒子的制各 界面聚合法是利用界面处发生聚合反应而形成纳米粒子。采用该技术不仅包封率高， 而且能很好的保护药物。m i c h e a l 等7 1 应用界面聚合法制各粒径为2 0 0 2 2 0 n m 的胰岛素毫微 囊，包封率达5 4 9 ，降糖作用可持续2 0 天。 、 1 3 , 2 单体聚合成聚合物后分散形成纳米粒子 脂肪族聚酯类聚合物，如聚乳酸( p l a ) 、聚乙交酯( p l g ) 、聚乙交酯丙交酯共聚物 ( p l g a ) 、聚己内酯( p c l ) 等，还有一些天然高分子，如白蛋白、壳聚糖、海藻酸盐等，因 为具有良好的生物降解性而被广泛地用于药物控释的载体。该类纳米粒子的制备方法通常有 以下三种： 1 3 2 1 溶剂蒸发法( s o l v e n t e v a p o r a t i o nm e t h o d ) 【8 l 聚合物和药物一起溶于二氯甲烷、氯仿或醋酸乙烯酯等有机溶剂中，再加入到含有乳化 剂的水相中进行乳化，形成o w 型乳液，然后通过加温、减压或连续搅拌等方式把有机溶剂 蒸发除去，然后形成聚合物纳米粒子的水分散体系。c r o t t s 等人9 l 用该方法制各了p l g a 空 器。漆镑 心微球，其形态结构与溶剂蒸发速度有关，并最终影响药物的释放行为。 13 2 2 自发乳化溶剂扩散 法( s p o n t a n e o u se m u l s i o n s o l v e n td i f f u s i o nm e t h o d ) 1 1 0 】 用亲水性有机溶剂( 如丙酮、甲醇等) 和疏水性有机溶剂( 如二氯甲烷、氯仿等) 形成 的混合溶剂溶解的聚合物和药物为油相，分散在水中，由于亲水性有机溶剂会自动的从油相 扩散到水相，两相之间的界面会产生湍流，从而形成纳米粒子。随着亲水溶剂用量的增加， 粒子减小。k a m a s h i m a 等人用p l g a 作为胰岛素的载体材料，用自发乳化，溶剂扩散法制成 纳米粒子，用于肺部给药。动物实验证明，与直接用胰岛素水溶液给药相比，聚合物纳米粒 子给药具有明显的降血糖效果，且持续时间民。 1 3 2 3 超临界流体法( s u p e r e r i t i c a lf l u i dm e t h o d ) 图1 2 超l 隘界反溶剂法制备聚合物纳米粒子 前两种方法均用到对人体有害的有机溶剂，为了减少或避免使用有机溶剂，近年发展用 超临界流体溶解聚合物和药物，目前这方面研究非常活跃。然而大多数聚合物在超i 临界流体 中的溶解度很小或根本就不溶解，使这一方法的应用受到很大限制。后来m a u s o n 等人”i 发明 了超临界反溶剂法( s u p e r c r i t i e a la n t i - s o l v e n t ) ，简单的制各过程见图1 2 。聚合物溶解在有机溶 剂中，用泵加压经过泵嘴雾化，在沉淀釜中与超临界c 0 2 混合，有机溶剂很快扩散到超临界 流体中，聚合物从混合溶剂中沉淀出来形成纳米粒子。 1 3 3 两亲性嵌段共聚物胶束化纳米粒子【“1 两亲性嵌段共聚物在水溶液中胶束化形成的胶束大小在纳米尺寸范围内。这些纳米粒子 大小分布很窄，具有核壳结构，疏水链段之间由于疏水相互作用而聚集形成粒子的内核外 壳则由亲水性链段形成刷状结构，这些亲水链段通常具有生物相容性并对粒子分散在水中起 稳定作用，在亲水链段末端还可引入具有靶向功能的组合。嵌段共聚物胶束化形成的纳米粒 4 子抖i 于给药载体时，其特点是内核载药量大，在人体内分布主要由粒子尺寸和粒子表面性质 决定，与内核包裹的药物无荧【1 5 “】。与小分子表面活性剂相比，聚合物的临界胶束浓度( c r i t i c a l m i c e i l i z a t i o nc o n c e n t r a t i o nc m c ) 很低，在水溶液中解离速度慢，因此药物可以在载体内停留 较长时间保证有足够量的药物到达人体病灶部位。 13 4 聚电解质复合纳米粒子 众所周知，荷电相反的两种聚电解质在水溶液中由于库仑力作用，形成不溶于水的复合 物。如果采用带相反电荷聚离子链段与非离子亲水链段构成的两种a b 型嵌段共聚物在水溶 液中进行复合，就会自组装形成单分散性非常好且具有核壳结构的纳米粒子，粒子内部由聚 电解质复合物组成，外壳为非离子亲水链段f ”】。粒子大小由聚合物链段长短决定，这一点可 从热力学角度进行解释。如图1 3 所示，为降低界面自由能，开始形成的初级复合粒子之间发 生聚集。随着聚集数目的增加，粒子内核变大，为避免外壳亲水链段与疏水内核相混合，内 核中的复合链段如果不够长就必然会采取伸直链构象。因此随着复合链段聚积数增加，内核 构象熵减少最终与粒子界面能减少达到平衡，粒子大小趋于稳定。有趣的是，荷电相反的两 种嵌段共聚物混合后，只有严格配对亦即电荷数目完全相同的聚离子链段之间才产生复合形 成粒子内核，不能匹配的嵌段共聚物游离在水中”】。然而如果把其中一种嵌段共聚物换成带 相同电荷的聚电解质，再与另一种嵌段共聚物进行复合，可形成纳米粒子。对聚电解质荷嵌 段共聚物中聚离子链段的长短没有任何要求2 。正是利用这一点，最近有许多研究工作设计 合成各种含聚离子链段的嵌段共聚物与生物活性大分子( 如蛋白质、核酸等) 复合，形成聚 合物纳米粒子，作为蛋白药物和基因药物的载体”o “。 图1 3 聚电解质嵌段共聚物复合形成纳米粒子 溶菌酶是主要由赖氨酸和精氨酸组成的蛋白质，等电点为1 1 ，在很宽的p h 范围内都带正 电荷。用p e g p a s p 嵌段共聚物复合，形成单分散性良好的纳米粒子，既可作为给药体系， 也可用于纳米反应器f 2 3 】。用阳离子聚电解质链段与聚乙二醇链段构成的嵌段共聚物与d n a 复 台形成的纳米粒子是基因药物的理想给药体系，目前这方面研究报道很多。k a t o y o s e 等人2 4 】 用p e g - - p l y s ( 聚赖氨酸) 嵌段共聚物与d n a 在p h 为7 4 的缓冲溶液中复合形成纳米粒子， 随着p e g - - p l y s 中l y s 单元与d n a 中磷酸酯之比r ( h l y s p h o s p h a t e l ) 的增加，粒子逐渐 减小。当r 2 时，粒子大小约为8 0 r i m ，并开始趋于恒定。电解质复合物存在的最火问题是稳 定| 生比较差，尤其是在小分子电解质存在的情况下，聚电解质之间的静电相互作用受到屏蔽， 复台物发生解离。为提高聚电解质复合纳米粒子的稳定性，可对粒子的内核或外壳进行交联， 然而稳定的交联结构往往又阻碍了粒子到达病灶部位后释放药物。为解决这一对矛盾，k a t a o k a 研究小组采用可逆的二硫桥键使p e g p l y s 嵌段共聚物与寡聚d n a 复合形成粒子内核交 联，粒子在高盐浓度下仍处在稳定状态。但遇到还原剂时，二硫桥键被还原发生断裂。谷胱 甘肽是一种广泛存在于细胞内的还原剂，它在细胞内的浓度比在细胞外血液中的浓度高出3 0 0 倍，因此当用二硫桥键交联的载有d n a 的复台物纳米粒子进入细胞后，交联键发生断裂同时 释放d n a l 2 ”。 1 3 5 树枝状聚合物形成的纳米粒子 树枝状聚合物既可看作是一种星型聚合物，又可看作是一种微凝胶。一个树枝状聚合物 分子分散在水中形成l 1 0 n m 大小的粒子【”。它的最大特点是结构非常规整，内核是一疏水 空腔。表面存在许多亲水的功能基团。树枝聚合物的毒性通常非常低，因此是非常有发展前 景的给药载体。药物包裹于树枝状聚合物的内腔，致密的外表层控制着药物的释放。表面功 能基团可以接上配体，为树枝状聚合物纳米粒子给药提供靶向性”1 。但由于树枝状聚合物的 制备比较复杂，短期内广泛应用受到限制。用超支化聚合物代替树枝状聚合物也可以实现药 物靶向输送【2 9 】。 l 。4 聚合物纳米载药粒子研究的重要意义和开发前景 纳米技术是跨世纪的新的交叉和边缘学科，必将发展成为2 1 世纪最重要技术，它带给生 物医学工程和医药学的重要意义深远。 1 4 1 运载多肽和蛋白类药物 随着分子生物学及其技术的发展，多肽类药物显示出优于传统药物的治疗效果，但其固有 缺点表现在：( 1 ) 口服时易被胃肠道内的蛋白水解酶降解，故必须注射给药；( 2 ) 生物半衰期 极短，需要重复给药；( 3 ) 多数多肽类药物不易通过生物屏障。这些缺点限制了其临床应用。 而聚合物纳米载药粒子可以较好的克服这些缺点。t o m p s o n 等”1 制备的表面载有生长激素释 6 放因子g r f 的可生物降解的聚氰基丙烯酸异己酯纳米粒子，显示了较高的生物稳定性，有助 于提高g r f 的生物利用度。此外，纳米释药粒子可使多肽和蛋白质类药物的p o 给药有效。 1 4 2 用于运载核苷酸 用聚合物纳米释药粒子输送核苷酸有许多的优越性，能保护核苷酸，防止降解；有助于 核苜酸转染细胞，并可引起定缱作用：能够靶向输送核苷酸。 1 4 3 用于输送免疫调节剂、抗肿瘤药物和抗病毒药物 聚台物纳米释药粒子作为抗恶性肿瘤药物的输送系统是其最有前途的应用之一。由于恶 性肿瘤细胞较强的吞噬能力，肿瘤组织血管的通透性也较大，静脉途径给药的纳米粒子可在 肿瘤内输送，从而提高疗效，减少给药剂量和毒副反应。体内和体外实验均证明，将亲脂性 免疫调节剂载于纳米粒子中，其对抗转移瘤的作用比游离态制剂更有效。 此外，还可通过对纳米粒子的修饰，增强其对肿瘤组织的靶向特异性。有人将新型抗癌 药一紫杉醇包裹载聚乙烯吡咯烷酮纳米粒子中，体内实验以荷瘤小鼠肿瘤体积的缩小和存活 时间延长的程度来评价药效，结果表明，含紫杉醇的纳米粒子比同浓度游离的紫杉醇的疗效 明显。 近年已有关于抗人类免疫缺陷病毒药物装载到纳米粒子中有报道f 9 】。其优点是可改善药物的药 代动力学性质，将药物定向输送到网状内皮系统，从而增强药物疗效。 14 4 用于输送抗寄生虫和抗菌药 聚合物纳米载药粒子能提高药物在单核巨噬细胞内的抗病活性。利什曼原虫在世界范围 内有较高的发病率和死亡率，药物治疗有效率低，并有较大的毒性。r o d r i g u e s 等报道i ，载 有伯氨喹的聚氰基丙烯酸己酯纳米粒对体外巨噬细胞内的杜氏利什曼原虫的作用比游离伯氮 喹的作j ； j 强2 1 倍。还证明聚氰基丙烯酸烷基酯纳米粒抗巨噬细胞的作用机理，主要是引起巨 噬细胞内爆发性呼吸，增加过氧化氢的产生。 14 5 用于输送抗原和疫苗 聚合物载药纳米粒子有用于输送抗原或疫苗的前景。k a s s o v s k y 等证明”】，表面修饰的纳 米粒子能够使蛋白抗原的表面充分暴露。同时，能使抗原结构更趋稳定，在兔体内能引起强 烈的、特异的免疫反应，而常规抗原制剂仅能勉强成功的引起免疫反应。 i 4 6 磁性聚合物纳米粒子靶向药 磁性纳米粒子表面涂覆高分子在外部与蛋白相结合可以注入生物体内，这种技术尚在 实验阶段，已通过了动物实验。例如1 0 5 0 n m 的f e 3 0 4 磁粉表面包覆聚甲基丙烯酸，大小约 2 0 0 h m ，这种亚微米级的粒子携带蛋自、抗体和药物，对一些普通药物难以治疗的病症有很好 1 的效果。而且由于磁性导航的高度集中性，用量小，副作用少。磁性纳米粒子还可以用于分 离癌细胞。伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进研究所利用这种技术成功的进行 了人体骨髓液癌细胞的分离。 第二节用于药物释放的聚合物胶束体系 2 1 前言 为了减少药物降解和丢失，降低毒副作用，增加药物的生物相容性以及药物在病灶部位 的聚集，发展了各种药物释放体系和药物靶向体系。这些药物载体包括溶解性聚合物、不溶 性或降解性天然和合成聚合物徽球、细胞、脂蛋白、脂质体和胶束。各种载体都有各自的优 缺点。载体的选择需要综合考虑各种因素。 胶柬作为种药物载体具有很多优势：( 1 ) 能够溶解水溶性差的药物，增加药物的生物 相容性；( 2 ) 体内( 血液) 中的循环时间长，保证药物在病灶部位聚集；( 3 ) 粒子尺寸小， 可在渗漏的脉管系统集聚：( 4 ) 通过粘附在特殊的腺体而靶向到腺体的外表层；( 5 ) 易于大 剂量制各，可重复性高。胶束体系的药释载体疏水性药物可免受生物环境的作用而失活， 也不会引起不必要的副作用，有效的提高了药物的生物疗效。 胶束的外部特殊结构使其不易与血浆和组织发生作用，保证胶束在人体组织( 血浆) 长 时间停留而不被蛋白和吞噬细胞识别。胶束的这种长效性在药释载体方面显得尤为重要。 长效药物和长效药物载体是当今生物医学研究的快速发展领域【3 3 ，“】。研究长效药物和药物载体 的原因很多。最重要的理由有三个。首先，人们通常希望药物在体内有足够的循环时间。长 效微球可以保证药物在足够长的时间内药物浓度保持在药效范围内。其次，长效药物微球和 大分子聚集体可能会通过加强滞留效应( e p r ) 在感染和渗漏的脉管系统( 如肿瘤、发炎部位 和梗塞区) 聚集”，“】。最后，长效循环有助于实现靶向药物和靶向载体的靶向性，提高靶向 药物和靶向载体的数量以及靶向药物和目标相互作用的数目。 2 2 胶柬形成机理 两亲性共聚物的胶束化过程与低分子表面活性剂相似，是两个作用力相互作用的结果： 共聚物分子链f 司6 的吸引力导致分子缔合，分子链间内排斥力阻止胶束的无限制收缩o ”。浓 度较低时t 共聚物以单链形式存在。浓度增大达到临界胶束浓度( c m c ) ，共聚物开始缔合， 8 形成核壳结构的聚合物胶束。此时的胶束核内含一定量溶剂，胶束松散，粒径大【3 8 】。浓度增 _ 人，胶束单链平衡倾向胶束的形成，胶束以低能构象存在，溶剂逐渐从胶束核释放山来，胶 束粒径减小。两亲性共聚物的c m c 通常比低分子量表面活性剂低。例如，p e o - p b l a 和 p n i p a a m ，p s t 的c m c 在o 0 0 0 5 0 0 0 2 ”i 。一些两亲性共聚物如p o l o x a m e r s 的c m c 则在 o 0 1 1 0 【4 “。具有较高c m c 的聚合物胶束不适于做靶向药释载体。因为胶束在水中不能稳定 存在，稀释情况下易解缔合导致药物提前释放。 a 可溶链段不溶链段 v j 乙一 _ v u v v v u v - _ 二_ 两嵌段共聚物 b 不溶链段 r l 掣_、， 可溶链段 三嵌段共聚物 c 可溶主链 呵_ o 不溶枝链l c h j f y 图1 4 不同两亲性共聚物的胶束形成机理 基于疏水性链段的结合方式( 末端结合和无规结合) 将两亲性共聚物胶束分为两种。无 规结合聚合物胶束尺寸小于末端结合聚合物【4 “。胶束尺寸主要决定于疏水性链段的吸引力和 亲水性链段的排斥力。不同结合方式的共聚物导致胶束粒径差异。末端结合的两亲性共聚物， 末端的疏水性部分缔合形成胶束，附着在疏水性部分的水簇从核中脱出，核壳间没有直接的 相互作用，亲水性链段仍可以移动。而无规结合共聚物形成胶束时，亲水链段和疏水链段相 互缠绕，壳层的亲水链段可移动性差1 4 2 】。不同共聚物的胶束形成机理见图1 4 。 2 3 用于制备胶束的聚合物化学结构与性质 从药荆学的角度看，能形成胶束的两嵌段和三嵌段共聚物较有价值。对于两嵌段和三 9 幺卜鲁器椿 嵌段共聚物，亲水链段通常是聚环氧乙烷p e o ( 也称为聚乙二醇p e g ) 。由于p e o 水溶性好， 能高度水台且能对各种微球( 如微球、脂质体、纳米微球和纳米胶囊) 起到有效的空间保护 作用【】3 j 。在两嵌段共聚物中，p e o 链段一端同各种疏水链段结合。三嵌段共聚物是疏水或亲 水段的两端与第二链段结合。亲水的p e o 链段两端与疏水的p p o 段结合形成三嵌段共聚物是 约剂学中研究最多的三嵌段共聚物。一些用于药剂学的两嵌段和三嵌段共聚物列丁图1 , 5 。对 于接枝共聚物，则是多重的疏水链段沿亲水性主链分布 4 4 , 4 5 1 。 两嵌段共聚物 帅七即喈才 聚( 环氧乙烷卜b 聚( 苯乙烯) 嵌段共聚物 2 睇乓峨娅疃h 聚( 环氧z 烷) - b - 聚( d ，l - 乳酸) 两嵌段共聚物 3 睇缸畸r 蠹： 聚( 环氧乙墒- b - 聚( b 天门冬氮酸p - 苯甲醑) 两嵌段共聚物 三嵌段共聚物 h o 七h 嗨喧姆h 誉焉蛳t h 聚( 环氧乙烷卜b - 聚( 环氧丙烷) - b - 聚 ( 环氧乙烷) 三嵌段共聚物 5 ， 帅t 如c 吨受链筝h c 眦嵘啦c 畸h 聚( 环氧乙烷妯- 聚( 异戊二烯) b 聚( 环氧 乙烷) 兰嵌段共聚物 图1 5 用于制各胶束的两嵌段和三嵌段共聚物实例 嵌段共聚物制备方法包括阴离子聚合、开环聚合以及基于p e o 引发的聚合i “。这些方法 通过控制亲水- 疏水链段长度来得到具有不同分子量( 1 , 0 0 0 1 0 ，0 0 0 ) 和不同亲水疏水平衡的 两亲性共聚物a 通过改变嵌段链段的分子量和摩尔比来得到具有不同物理化学和生物学性质 的聚合物胶束。无规改性接枝共聚物形成的胶束通常比末端结合嵌段共聚物胶束粒径小。因 j o 为这种胶束可以由一个聚合物链单独形成，胶束内共聚物聚积数目比嵌段共聚物胶束少 4 7 1 。 另外，无规结合接枝共聚物形成的胶束，一部分疏水链段裸露在水中，导致胶束的二次聚积 形成更人的粒子【4 8 】。 制备胶束的两亲性共聚物的制各通常遵循以f 原则：分子量在i , 0 0 0 1 5 ，0 0 0 的p e g 段作 为壳层嵌段，胶束核的疏水性链段长度接近或短于亲水性链段长度”】。虽然其它亲水性聚合 物也可以用作壳层嵌段，但p e g 是亲水嵌段的最佳选择。可以用来构建胶束核疏水性链段聚 合物包括聚环氧丙烷( p p o ) 、赖氨酸、天门冬氨酸、天门冬氨酸苯甲酯、d ，l 聚乳酸。磷脂 残片( 链短，含有两个酰基化长脂肪链而具有较强的疏水性) 。此外还可以通过先制备含两个 亲水链段的起始共聚物，然后将共聚物一端与疏水性药物( 如紫杉酚、顺氯氨铂、a n t r a c y c l i n 、 抗体、疏水性诊疗体等) 结合形成两亲性胶束形式共聚物。表1 是一些用于制各胶束药物 体系的两亲性共聚物。胶束的粒径及粒径分布通常很窄，有理由认为表中的胶束呈单一分布 p 1 1 。 表1 1 用于制备药物胶束体系的嵌段共聚物实例 嵌段共聚物包载药物 p l u m n i c s 啻 阿霉素、顺氯氨铂、表柔比星、 氟哌丁苯、三磷酸腺甙( a t p ) 聚己内酯一b - 聚乙二醇p o l y c a p r o l a c t o n e b - p e g f k 5 0 6 、l - 6 8 5 8 1 8 聚己内酯- b - 甲氧基聚乙二醇p 。l y c a p r o l a e t o n e - b - m e t h o x y - p e g茚甲新 聚( n - 异丙基丙烯酰胺妯- 聚乙二醇p o l y ( n - i s o p r o p y l a c r y l a m i d e - b p e g多种 聚( 天门冬氨酸聚乙二醇 p o l y ( a s p a r t i ca c i d ) - b p e g 阿霉素、顺氯氨铂、溶菌酶 聚( l 一谷氨酸吖苯甲酯) b 聚乙二醇p o l y ( 7 - b e n z y l l g l u t a m a t e ) - b p e g氯硝安定 聚( d ，l - 乳酸一甲氧基聚乙二醇p o l y ( d ，l - l a c t i d e ) b m e t h o x y p e g 紫杉醇、睾丸激素 聚( l ，灭门冬氨酸- p - 苯甲酯) b 聚忙羟基- 乙二醇) p 。l y ( p b e n 珂1 l a ；a n a l e ) ：p 。i “a _ h y d m x y - c t h y l ：e 。x i d e ) 阿霉索 聚( l 一天门冬氨酸- p - 苯甲酯) - b - 聚乙二醇 口o t y b e n z y l - l a s p a r t a t e ) 七- p e g 阿霉素、茚甲新、k r n 、两性霉 素b 聚( l - 赖氨酸1 一b 一聚乙二醇 p o l y ( l l y s i n e ) - b - p e g d n a 寡聚( 甲基丙烯酸甲酯) b 聚丙烯酸 o l i g o ( m e t h y lm e t h a c r y l a t o b p 。l “a c r y l i ca c i d ) 阿霉索 聚乙_ _ _ = 醇- 聚乙烯p e g p e 大豆胰岛素抑制剂 2 4 胶束的制各和胶束的形态 胶束的制各方法可分为两类：直接溶解法和透析法【5 2 】( 见图1 6 ) 。胶束的制各方法决定 于能形成胶束的共聚物的水溶性。直接溶解法中，共聚物在常温或升温情况f 溶解在水中( 浓 度高于共聚物的c m c ) 。这种方法常用在具有较高水溶性的p l u r o n i c s 。和类似的嵌段共聚物胶 束制备中。具有较低水溶性的共聚物常采用透析法制各胶束。先将共聚物溶解在有机溶剂 ( d m s o 、d m f 、a c e t o n i t