透明质酸紫杉醇聚电解质复合纳米粒口服给药研究

壳聚糖 透明质酸 紫杉醇聚电解质复合纳米粒的制备及其口服给药研究 目的 口服 靶向 1 口服化疗相对于注射化疗来说具有很多优势 例如它改善了病人的依从性 降低了设备及人力成本 促进了晚期的或转移性癌症患者的慢性治疗 口服化疗提出了一个新的化即 化疗在家里 2 就是击中靶标 减少毒副作用 内容提要 肿瘤靶向简单介绍 紫杉醇的药理作用 聚电解质和纳米粒的简单介绍 口服给药的研究 制备的介绍 未来的前景 肿瘤的分子靶向治疗是指利用具有一定特异性的载体 将药物或其他杀伤肿瘤细胞的活性物质选择性地运送到肿瘤部位 把治疗作用或药物效应尽量限定在特定的靶细胞 靶组织或靶器官内 而不影响正常细胞 组织或器官的功能 从而提高疗效 减少毒副作用的一种方法 定义 肿瘤靶向治疗 依据已知肿瘤发生中涉及的异常分子和基因 设计针对这些特定分子和基因靶点的药物 选择性杀伤肿瘤细胞 这种治疗方法称为肿瘤药物的分子靶向治疗 Moleculartargetedtherapy 药物靶向治疗的效果取决于靶向药物的自身特性和肿瘤内是否存在靶向药物作用的分子靶点 只对某个器官的肿瘤有效 如肿瘤的介入治疗 射频热疗等 器官靶向 细胞靶向 分子靶向 选择性地与这类细胞特异性地结合 从而消灭肿瘤细胞 如I131 希罗达 脂质体阿霉素等 针对肿瘤细胞特有的受体 关键基因和调控分子为靶点的治疗 阻断信号传导通路中某一个分子靶点 肿瘤靶向治疗的三个层次 分类 1 抗体免疫偶联物2 封闭类抗体药物3 作用于信号传导类药物4 效应子杀伤类药物5 抗独特性疫苗类抗体药物6 纳米技术改造的药物 目前主要分子靶向药物 由抗体和特异的效应分子连接形成作用靶点分化抗原 癌胚胎性抗原偶联物的种类化疗药物 放射性核素 毒素代表性药物 利妥昔单抗 抗体免疫偶联物 紫杉醇的各种参数 化学名称 5 20 环氧 1 2 4 7 10 13 六羟基紫杉烷 11 烯 9 酮 4 10 二乙酸酯 2 苯甲酸酯 13 2 R 3 S N 苯甲酰 3 苯基异丝氨酸酯 分子式 C47H51NO14分子量 853 92物理性质 白色结晶体粉末 无臭 无味 不溶于水 易溶于氯仿 丙酮等有机溶剂 紫杉醇 发现历史 1963年美国化学家瓦尼 M C Wani 和沃尔 MonreE Wall 首次从一种生长在美国西部大森林中称谓太平洋杉 PacificYew 树皮和木材中分离到了紫杉醇的粗提物 在筛选实验中 Wani和Wall发现紫杉醇粗提物对离体培养的鼠肿瘤细胞有很高活性 并开始分离这种活性成份 由于该活性成份在植物中含量极低 直到1971年 他们才同杜克大学的化学教授姆克法尔 AndreT McPhail 合作 通过x 射线分析确定了该活性成份的化学结构 一种四环二萜化合物 并把它命名为紫杉醇 taxol 临床应用 临床研究上 紫杉醇主要适用于卵巢癌和乳腺癌 对肺癌 大肠癌 黑色素瘤 头颈部癌 淋巴瘤 脑瘤也都有一定疗效 紫杉醇是新型抗微管药物 通过促进微管蛋白聚合抑制解聚 保持微管蛋白稳定 抑制细胞有丝分裂 体外实验证明紫杉醇具有显著的放射增敏作用 可能是使细胞中止于对放疗敏感的G2和M期 静脉给予紫杉醇 药物血浆浓度呈双相曲线 本品蛋白结合率89 98 紫杉醇在肝脏代谢 紫杉醇主要在肝脏代谢 随胆汁进入肠道 经粪便排出体外 90 副作用 易引起过敏 骨髓抑制 心动过缓 低血压 外围神经病 肌痛 关节痛 恶心 腹泻 黏膜炎和秃头症等 大多数抗癌药物低的溶解度 低稳定性和低吸收性 低生物利用度 肠道或肝脏部位的细胞色素P450酶对疏水性药物有代谢 胃液环境下或酸性条件下P 糖蛋白 P gp 过表达引起了肿瘤组织的多药耐药性 亟待解决的问题 1 稳定存在于胃液环境 3 在载体表面键接特定抗体或配体实现主动靶向 2 利用靶向治疗控制药物载体的纳的粒径在纳米级能够高通透和滞留 EPR 效应实现被动靶向 实现组织 器官或细胞的靶向 改善的方面 提高口服抗癌药物的生物利用度的同时降低其毒副作用 4 利用给药载体的pH敏感 壳聚糖 CS 1 透明质酸一种天然多糖是细胞外基质的主要成份之一 具有低毒 生物相容性 可降解性及高度水合性等物理化学性能2 在一些恶性肿瘤或实体瘤边缘组织发现了大量透明质酸受体CD44 它能够与透明质酸结合达到将其包吞的性能 3 透明质酸酶是广泛分布于肿瘤细胞外基质 在降解透明质酸的过程中扮演着重要角色 总结实体瘤中CD44与透明质酸的这种关系 正好为化疗药物的靶向性输送提供了一种可能的途径 即通过透明质酸与CD44受体结合介导的胞吞作用将药物靶向输送到肿瘤细胞内 透明质酸 纳米粒 1 直径小于500nm 能在血液循环中经由毛细血管到达肿瘤部位 2 纳米材料载体可在体内降解 1 聚合物包封药物进而形成如笼和胶囊的纳米结构 纳米粒是指粒径为10 1000nm的固态胶体颗粒 聚合物纳米粒子已经被广泛地应用于纳米药物载体 一 概念 二 作为理想的纳米载药输送系统要有以下特性 三 载药纳米粒是通过以下两种方式形成 2 通过一个简单的酯键或酰胺键化学连接药物到聚合物骨架上 禁食状态下胃部的pH大约为2 5 3 7 胃 胃 肠 饭后胃膜细胞会分泌出酸来消化所吸收的食物此时胃部的pH约为1 0 2 0 小肠最上端的pH约为6 0 6 6 中部和尾部的空肠和回肠pH约为7 4 PH pH大约为6 5 7 2 肿瘤细胞外 肿瘤细胞内 正常组织 细胞内涵体内pH约为5 0 6 5溶酶体内pH约为4 5 5 0 pH约为7 4 PH 实验预期 CS HA PTXCNPs是表面富集壳聚糖的带正电荷的聚电解质复合纳米粒 而胃肠道组织中富含带负电荷的糖胺多糖 通过两者之间的正负电荷的相互作用 明显增加聚电解质复合纳米粒在胃肠道壁中的吸收和驻留 使得聚电解质复合纳米粒能够与胃肠粘膜上皮细胞充分接触 被上皮细胞粘附并吸收 通过壳聚糖打开肠壁粘膜上皮细胞间结点 进而使得HA PTXNPs进入血液循环 然后通过透明质酸介导的主动靶向作用和EPR效应成功地积聚在肿瘤组织 以pH敏感的壳聚糖 透明质酸 药物的给药系统 相比于游离的药物溶液直接口服 能够达到保证药物在胃肠道长时间滞留 维持药物在肿瘤部位的缓慢 持久释放 进而达到提高肿瘤部位的药物浓度 而且降低其对正常细胞的细胞毒性 实验方面 合成检测 细胞毒性体内组织分布实验 释放度PH影响 胞吞实验 娄莹等 CYP2C9和VKORCI基因多态性对肺栓塞患者华法林维持剂量的影响 J 中国药物警戒 2012 9 4 HA PTX较透明质酸的主要区别在于891 1378及2893cm 1处的吸收增强 1618cm 1处C O双键吸收峰变成尖锐的强峰 证明了透明质酸中的羧基发生了反应且有新的甲基吸收出现 出现共轭C O吸收峰 由此可以初步判定紫杉醇连接到了聚合物上 化学位移在7 8ppm的新峰代表了紫杉醇的特征峰 从而证明了我们利用化学共价键接成功合成了HA PTX 与紫杉醇对比 HA PTX键合物在D2O中紫杉醇在7 8之间的峰不明显 而在它的良溶剂DMSO d6中 7 8之间的峰明显出现 这说明形成的HA PTX为核壳结构 HA PTX键合物中PTX的含量通过配置不同浓度的紫杉醇的乙腈溶液 用HPLC测试其出峰面积 以浓度对峰面积作图 得到紫杉醇的峰面积 浓度标准曲线 紫杉醇的峰面积与其浓度呈线性关系 经拟合得 Y 7 48711 10 5X 其中Y为紫杉醇浓度 X为峰面积 根据此线性关系 测定已知浓度HA PTX键合物的出峰面积 可以计算出其中紫杉醇的浓度 进而根据公式3 1计算出HA PTX中紫杉醇的含量为10 6wt 随着pH值的增加 HA PTXNPs的电位呈现下降的趋势 由5mV降低到 31mV 当pH值为2 1时 纳米粒的Zeta电位接近于0 说明纳米粒的pKa为2 1 HA PTXNPs的电位 图3 7A为HA PTX的电镜照片 由材料的冻干粉再分散 制备浓度为1mg mL的材料 用透射电镜观察其形貌 平均粒径约为50nm左右 呈球形 粒径分布较均匀 分散性好 透明质酸与紫杉醇通过共价键结合 自发地聚集形成壳 核的结构 紫杉醇被保护在胶束的内核中 胶束外层由亲水性的透明质酸构成 如图3 7B所示 由激光粒度仪测定的纳米粒的粒径约为80nm左右比之从TEM中观察的要高 这是由于在用透射电镜观测粒径时纳米粒是处于一个干态的 而在用激光粒度仪测定粒径时 纳米粒的亲水性部分能够在溶液中以一个伸展形式存在 图3 8为通过荧光光谱法对一系列浓度的HA PTX键合物水分散液进行芘激发光谱扫描后 以I338 I333对不同HA PTX键合物浓度的对数logC做的两条直线 如图所示 当键合物浓度较低时 呈现一条接近于水平的直线 当键合物浓度增大到一定程度时 I338 I333突然增大 这表明芘从亲水环境中被包进了疏水区域 此时胶束开始形成 两条曲线的交点即是HA PTX键合物的临界胶束浓度 大约是1 10 3mg mL 小结一 在DCC和DMAP的催化作用下 通过酯化反应制备了HA PTX键合物 FT IR及1H NMR结果表明 目标产物被成功合成且可自组装成核 壳型结构 HPLC结果表明HA PTX中紫杉醇的含量为10 6wt 粒径及电位结果表明HA PTX能在水中形成纳米粒且pKa值为2 1 TEM说明HA PTX在水中能自组装成粒径约为80nm左右的纳米粒 临界胶束浓度为1 10 3mg mL HA PTXCNPs 除了正负电荷比 CS中的正电NH3 与HA PTX中的负电 COO 为1 1时 无法形成聚电解质复合纳米粒 在其他电荷比如3 2 2 1 3 1和4 1时均能形成粒径约为160 350nm的CS HA PTXCNPs 当正电荷的CS的量远远超过了带负电荷的HA PTX时 过量的CS分子覆盖在CS HA PTXCNPs表面 形成高溶解性的聚电解质复合纳米粒 综合各电荷比下的粒径及载药量 电荷比为2 1时聚电解质复合纳米粒具有较小粒径与较高载药量 进而取其为最佳合成条件 CS HA PTXCNPs 图4 2A中 在2106cm 1和1412cm 1处出现了吸收峰 该峰的出现可能是由于为壳聚糖上的 NH3 与HA PTX纳米粒冻干粉上的 COO发生了静电复合作用 4 CS HA PTXCNPs 其中当pH值为5 0时 聚电解质复合纳米粒的粒径最小 这就说明此由聚阳离子与聚阴离子合成的聚电解质复合纳米粒在pH5 0时稳定性最好 当pH值为1 2或7 4时 聚电解质复合纳米粒崩解 这是由于在pH1 2下聚阴离子HA PTX产生了去质子化作用而聚阳离子壳聚糖在pH7 4时发生去质子化作用 CS HA PTXCNPs 壳聚糖和HA PTX的pKa值分别为6 5和2 1 在pH1 2 即饭后胃部pH 下 HA PTX中的大部分羧基去质子化形成 COOH CS与HA PTX的静电作用较弱 在此pH下形成的聚电解质复合纳米粒很不稳定 容易解体 如图4 3A所示 而pH3 0时 CS HA PTX形成粒径在200nm左右的聚电解质复合纳米粒 因此 CS HA PTXCNPs只能在饭前服用 饭前胃部pH2 5 3 7 CS HA PTXCNPs 对比不同pH条件下的三条曲线可知 HA PTXNPs具有pH敏感性 在酸性环境下pH 3 0 pH 5 0 纳米粒的药物释放速率要明显高于在pH 7 4的释放速率 这种现象主要是由于在低pH值下 有利于聚合物材料的降解 HA与紫杉醇通过酯键连接 酸性条件可以促进酯键的水解 从而有利于药物的释放 因此 紫杉醇从HA PTXNPs中的释放在酸性条件下释放速率要比中性条件快 CS HA PTXCNPs HA PTXNPs在pH3 0 禁食胃液环境 下两小时紫杉醇的累计释放率大概为19 CS HA PTXCNPs的释放在pH3 0下两小时紫杉醇的累计释放率大概为8 由此可以看出 聚电解质纳米粒外壳富余的壳聚糖可以保护PTX在酸性条件不从HA PTXNPs中释放出来 CS HA PTXCNPs 图4 7主要是模拟饭前口服给药的吸收 饭前服用药物制剂其在胃里的存留时间大概在两小时左右 由图4 7可知 在禁食胃液环境中 CS HA PTXCNPs中紫杉醇的累计释放率大概在11 左右 能够很好的保持紫杉醇的稳定性进而到达小肠部位 而当其进入小肠部位时 肠液的pH值在6 0 7 0间 在此时间段内CS HA PTXCNPs中紫杉醇的累计释放率达到35 左右 根据此线性关系 测定已知浓度RB HA PTXNPs溶液的吸光度 可以计算出其中罗丹明B的浓度 计算出RB HA PTXNPs中罗丹明B的含量为5 1 罗丹明 在细胞核和细胞质内均有分布 并且荧光强度很强 然而进入正常细胞的纳米粒相对来说非常少 这主要是由于癌细胞表现活跃 RB HA PTXNPs能够通过胞吞作用进入癌细胞而只能通过扩散作用进入正常细胞 胞吞 图B与D比较可知 加有游离透明质酸的RB HA PTXNPs被细胞胞吞的量相对于RB HA PTXNPs来说明显降低 说明B中增加的游离透明质酸与RB HA PTXNPs溶液产生了竞争 也就表明透明质酸介导纳米粒内吞入胞的有效性 综上所述 RB HA PTXNPs进入细胞是通过透明质酸受体介导的并且可以保护PTX不被泵出细胞膜 当空白材料浓度为100 g mL时 HepG2细胞和NIH 3T3细胞的细胞存活率分别为93 和79 这充分说明空白材料HA对于HepG2细胞和NIH 3T3细胞来说均具有良好的生物相容性 图4 13B为紫杉醇制剂及HA PTXNPs对HepG2细胞的细胞存活状况 结果表明 紫杉醇制剂及HA PTXNPs对于HepG2细胞具有一定的细胞毒性 并呈现良好的剂量依赖性 荧光成像图4 15为用RB荧光标记的口服CS HA PTXCNPs和紫杉醇溶液12h后 各组织药物的分布情况 口服游离药物后 药物主要分布在肝脏 肾脏 胃部和小肠 在肿瘤部位的分布很少 这说明直接口服药物会很快被肝脏及肾脏代谢掉 进入肿瘤部位进而发挥药效的药物很少 小结二 1 CS HA PTXCNPs在正负电荷比为2 1时测得的粒径约为120nm 它能够在pH3 0 6 0能够保持稳定的纳米结构 而在pH1 2及7 4下解体 2 CS HA PTXCNPs给药系统能够抑制紫杉醇在酸性模拟禁食