叶酸修饰NIPAM-PEI聚合物的研制及性能研究

1、-范文最新推荐- 叶酸修饰NIPAM-PEI聚合物的研制及性能研究 摘要： 本实验论文成功制备了具有温度敏感性的聚乙烯亚胺，聚(N-异丙基丙烯酰胺)的磁性纳米颗粒，然后用叶酸进行修饰得到主动靶向药物载体，并选用抗癌药物阿霉素进行药物负载。通过IR技术对所制备的磁性纳米颗粒进行结构表征，X射线衍射实验（XRD）研究Fe3O4的包覆结果。研究了不同温度和不同pH值对药物释放的影响。结果表明，Fe3O4磁性纳米粒成功被聚合物所包覆；该载药系统的较低临界溶解温度（LCST）在4547左右；该载药系统在较低的pH下药物释放率较大，且在LCST温度附近药物释放速率快。6416关键词： 温敏性聚合物；纳米粒

2、子；药物载体；较低临界溶解温度；药物释放Preparation and properties study of the NIPAM-PEI polymer modified by folic acidAbstract：In this study, the temperature-sensitive magnetic nanoparticles successfully synthesized by polyethyleneimine and poly(N-isopropylacrylamide) , were further modified by folic acid and obtaine

3、d active targeting drug carrier .An anticancer drug, doxorubicin, is encapsulated into the drug carrier. The synthesized magnetic nanoparticles were characterized by IR techniques and the Fe3O4 coating results were studied by X-ray diffraction (XRD). The impacts of different temperatures and pH on t

4、he drug release were studied. The X-ray diffraction (XRD) results showed that Fe3O4 magnetic nanoparticles were successfully coated by polymer. The lower critical solution temperature (LCST) of the drug delivery system was at about 45 ° C to 47 ° C. In the lower pH, the amount of drug releas

5、e of the drug delivery system was larger and near the LCST Temperature, the rate of drug release was higher.Key Words：Temperature-sensitive polymer; Nanoparticles; Drug carrier; Lower critical solution temperature; Drug release目录1. 绪论11.1 纳米技术与纳米载药系统11.2 聚N—异丙基丙烯酰胺简介1 3.4.2 不同pH值载药系统体外释放的对比233

6、.4.3 不同温度下载药系统体外释放的对比243.4.4进行叶酸修饰和未进行叶酸修饰对药物载体体外释放的影响244. 结论24致谢27参考文献281. 绪论1.1 纳米技术与纳米载药系统纳米技术是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质与应用的一种技术。纳米技术是利用纳米尺度物质进行交叉研究和工业化的一门综合性的技术体系。纳米技术包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学和纳米力学。纳米科技的出现标志着人类改造自然的能力已延伸到原子、分子水平。迄今为止，纳米科技几乎涉及所有科学技术领域，是现代科学和先进工程技术结合的产物。目前，纳米技术在生物医学领域

7、的应用是纳米技术领域的重要研究方向之一，如纳米载药系统。纳米载药系统是以纳米级生物高分子材料为基质，将药物以溶解、吸附、包覆或键合等方式与基质相结合。与传统载药方式相比，纳米载药系统具有以下几个优点1：（1）降低药物的毒副作用；（2）提高药物运输的靶向性；（3）控制药物释放；（4）改变药物的透膜能力；（5）改变给药途径；（6）提高药物的稳定性；（7）提高药物的生物利用度。理想的纳米药物载体材料应具备以下几方面的性质2：（1）载体材料生物相容性好，且毒性较低；（2）与药物不发生化学反应；（3）具有较长的体内循环时间；（4）有一定机械强度和稳定性，具有适当的粒径与粒形；（5）有适宜的制备及提纯方法

8、。目前，常用的纳米抗肿瘤药物载体主要有壳聚糖、脂质体、二氧化硅纳米颗粒和聚合物纳米颗粒。 以PNIPAm为主的温敏材料是受温度控制发生体积相转变的一类生物相容性的智能材料。因其LCST在人体生理温度(37) 附近，且易于控制。诸多研究显示出它有着广阔的应用前景。特别是近两三年，对该温敏材料的研究已转入与其他单体共聚或接枝而得到一种多功能的性能优良的温敏材料，从而拓展了温敏材料的应用领域，其研究前景是十分广阔的。1.2.1 聚N—异丙基丙烯酰胺的温敏机理在对PNIPAm的研究中，人们最关心的一个问题是它产生温敏特性的机理。目前较容易被人接受的观点是：PNIPAm分子内具有一定比例的疏

9、水基团和亲水基团，它们在与水在分子内和分子间会产生相互作用。在低温时，PNIPAm与水之间的相互作用主要是酰胺基团与水分子间氢键的作用。在LCST以下，PNIPAm分子链溶于水时，由于氢键及范德华力的作用，大分子链周围的水分子将形成一种氢键连接的、有序化程度较高的溶剂化层，并使高分子表现出一种伸展的线团结构。随着温度的上升，PNIPAm与水的相互作用参数突变，部分氢键被破坏，大分子溶剂化层也随之被破坏。升高温度对疏水基团的影响表现在两个方面：一方面疏水基团之间的相互作用是吸热的“熵驱动”过程，即随着温度的升高，聚合物溶液体系的熵增加，疏水基团的缔合作用增强；另一方面疏水

10、基团的热运动加剧，疏水缔合作用被削弱，同时水分子的热运动加剧，从而改变了疏水基团周围水分子结构与状态，使水-疏水基团的作用发生变化，进而削弱了疏水缔合作用。总而言之，PNIPAm分子内及分子间疏水相互作用加强，形成疏水层，水分子从溶剂化层排出，宏观表现为相变，此时高分子由疏松的线团结构变为紧密的胶粒状结构，从而产生温敏性4。PNIPAm的水凝胶温敏性相转变是由交联网络的亲水—疏水性平衡受外界条件变化而引起的，是大分子链构象变化的变现。定性上来看，水凝胶的溶胀过程是水分子向凝胶内部扩散，并与凝胶侧链上亲水基团形成氢键的过程；当温度升高时，氢键振动能增加，破坏氢键的束缚，使氢键断裂，水

11、凝胶溶胀比则明显减少。这是一个吸热过程，因为大量的结合水从高分子骨架上脱离出来，使水凝胶—水体系熵增加，宏观表现为凝胶与水的相分离现象。 （2）酶固定化用PNIPAm固定化酶，能制备出对温度敏感的“溶解—非溶解”型固定化酶，易于分离，还能重复使用，酶的稳定性也会增加。通过将NIPAm与官能性的单体如甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)或N—丙烯酰氧基琥珀酰亚胺(NASI)共聚，合成官能化的温敏聚合物，再通过偶合反应将该聚合物与酶合成为具有温度敏感性的生物大分子，从而实现酶的固定。张传梅7 提出水凝胶载体材料优化模型，根据优化结果制备出了两种

12、性能相异的载体材料，即聚丙烯酰胺/2 —甲基丙烯酸羟基乙酯和聚N—异丙基丙烯酰胺/—甲基丙烯酸羟基乙酯，并用其包埋α—胰凝乳蛋白酶，利用载体材料的温敏性实现了固定化酶活力的可控性及连续可调性，两种固定化酶经连续催化8次，其活力没有明显变化。（3）蛋白质吸附分离释放利用PNIPAm的温敏性可制作具有温度敏感的多孔玻璃、功能膜及具有“开关”控制能力的温度敏感型超滤膜，常用于物料的分离。这类膜有许多优点：耗能少、易再生、操作条件要求不高，还不会使蛋白质中毒或失活。用热敏性水凝胶来分离物质时，只需在水凝胶的LCST附近

13、反复升温或降温，使水凝胶反复选择性吸收和释放就可以达到分离目的。特别是用阴离子型温敏水凝胶PNIPAm分离不同分子量的化合物，分离效果明显，且被分离物的分子量越大分离效果越好。金蔓蓉8等用PNIPAm凝胶对兰葡聚糖、牛血清蛋白、人体激素溶液以及碱性蛋白酶进行浓缩¬—萃取实验，具有良好的实用前景。Freltas 等用热敏性水凝胶分离出稀水溶液中的葡萄糖等物质，效率可达96%。王锦堂9研究了PNIPAm凝胶对蛋白质和酶的分离效率在LCST附近发生突跃，表现出良好的浓缩分离能力。 Mitsuhiro Shibayama13利用药物释放体系和溶胀试验，测试了PNIPAm/丙烯酸、P

14、NIPAm/二甲基丙烯酰胺共聚物两种体系的疏水相互作用的相转变温度(TC) 、解离焓(HN)和每个NIPAm分子连接水的数目(n)。发现两个体系的TC和HN存在有很大差异，HN都随共聚组分的增加减小，n与组分没有太大关系。且发现二甲基丙烯酰胺共聚物相变是连续的，而丙烯酸的共聚物相变是不连续的。Ricardo G.Sousa14用正电子湮灭寿命光谱测试了一系列不同组分NIPAm/丙烯酰胺聚合物凝胶的自由体积大小半径，发现自由体积半径随丙烯酰胺组分的增大而减小；改变聚合物的相互作用可控制PNIPAm凝胶内空隙率。HKubota等15利用光接枝在乙烯—乙烯醇(EVAL)共聚物膜、低压聚乙

15、烯(HDPE)膜和高压聚乙烯(LDPE)膜上接枝了NIPAm。接枝速率随着体系中NIPAm单体浓度的增大而增大。当接枝率达到一定程度时，接枝膜在水溶液中的溶胀具有了温敏性，且接枝率越大，温敏性越明显。处于相同单体浓度中的HDPE膜与LDPE膜，前者的接枝速率与接枝率远远小于后者。HKubota等认为这是由于LDPE的结晶度低于HDPE，单体容易扩散到其表层内部，从而使接枝LDPE膜的温敏性更加显著。1.3 聚乙烯亚胺概述基因治疗在肿瘤等多种疾病的治疗应用中已取得较大进展，除了特异有效的目的基因外，高效安全的基因导入载体也是其治疗成功对的关键因素。理想的基因载体应具有高效、稳定、无毒、靶向性好及

16、容易制备等特点，目前的基因载体主要分为病毒型和非病毒型两种。非病毒载体主要是指聚合物载体(包括聚合多肽)和脂质体。非病毒载体由于具有低细胞毒性、低免疫原性和易制备和使用等优点，所以受到越来越多的关注。随着非病毒载体的转染效率逐渐提高，非病毒载体获得了更加广泛的使用，这也使基因治疗前景越来越光明。目前已经合成了多种非病毒载体，其中聚合物基因载体占有重要的地位。聚乙烯亚胺是近年来研究最为广泛的非病毒载体之一，也是目前最有效的载体之一。 PEI作为基因传递载体存在一定缺陷，其中最大的问题就是细胞毒性。可能诱发PEI毒性的因素有：（1）PEI的毒性具有结构的依赖性PEI存有两种形式：L-PEI(线型P

17、EI)、Branched PEI(适度支化和超支化)，L-PEI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）PEI的相对分子质量当L-PEI、B-PEI的相对分子量大于25 kDa时，虽然其有极高的转染效率，却有很高的细胞毒性。（3）PEI的表面电荷密度PEI的毒性随着PEI表面电荷密度增大而增加。1.3.3 聚乙烯亚胺的研究现状Tang等18用分子量为2K的PEG对分子量为25 K的PEI进行接枝改性，发现对阳离子聚合物进行亲水改性后，聚合物的毒性随着接枝率的增加而减小，接枝率对转染效率的影响并不是单调增加的，转染效率在适当的接枝率时出现最大值，无论增大接枝率还是减小接枝

18、率，转染效率都会降低。Kim等19以戊二醛交联低分子量的PEI，所得的高分子量PEI对酸性环境比较敏感，在pH为5.4环境中半衰期为2.5h。对酸性环境敏感的交联PEI虽转染效率低于PEI 25KDa但细胞毒性也低于PEI 25KDa。Sang-oh Han，Ram IMahato等20使用分枝聚乙烯亚胺(PEI，MW=l 800)和胆固醇氯甲酸酯合成无毒的水溶性脂质聚合物(WSLP)。这些水溶性脂质聚合物与DNA质粒紧密复合，并以CT-26结肠腺癌细胞和293T人胚肾转化细胞为转染对象，都有较高的转染效率。王燕铭等21使用分子量的聚乙烯亚胺(PEI600)及其胆固醇衍生物与聚(L-天冬酰胺-

19、CO-L-赖氨酸)(PSL)进行开环反应，合成一类新型的肿瘤靶向基因载体。合成聚合物的复合物能与DNA形成结构稳定的复合物。在聚合物侧链引入一定数目的胆固醇，可以明显提高载体对于癌细胞HepG2和Hela的转染效率。这种基因载体具有良好的细胞相容性、较高的转染效率以及易于靶向修饰等特点，在基因治疗研究领域中将具有较大的潜在应用价值。 1.4.2叶酸的应用及研究状况近些年来，叶酸介导靶向肿瘤的研究得到迅速发展，该研究的应用主要有：（1）与蛋白质偶联；（2）与小分子化疗药物相接；（3）制成叶酸脂质体；（4）制成叶酸纳米粒。Aronov等24将叶酸与PEG连接，再通过化学键合得到了一种PEG化卡铂类似物FA-PEG-Pt。与PEG-Pt相比，FA-PEG-Pt通过叶酸受体途径能更有效地被肿瘤细胞摄取，但形成的DNA结合物相对较少、细胞毒性较低。Ladino等25将美登毒素与叶酸通过二硫键连结起来。通过叶酸受体介导途径进入肿瘤细胞，是一种活性强、特异性高的叶酸靶向的低相对分子质量的化疗药物。将脂质体与叶酸相连后，叶酸靶向使脂质体和药物的分布由肿瘤细胞外转入细胞内。从而延长了脂质体在肿瘤的保留时间，提高了脂质体药