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随着高分子化学和高分子物理的迅猛发展,高分子材料越来越趋向于功能化并得到人们的广泛关注。功能高分子是指在合成高分子或天然高分子的传统性能基础上,赋予了各种新颖功能(如化学活性、智能响应性、导电性、生物相容性、催化活性、药理性能、选择分类性能等)的一类高分子。近年来,功能高分子在生物传感器、药物输送、医疗影像等生物医药领域得到了广泛应用。在本文中,我们根据生物医药领域对功能高分子载体的基本要求,对高分子进行设计和优化,制备了一系列功能性高分子材料,并对它们在药物输送、生物显影剂、多功能诊断治疗等方面的应用进行了多层次的评估。本论文共分为四个章节,具体研究内容和主要结论概括如下:1.酰腙键连接的两亲性三嵌段共聚物的制备及其在药物输送领域的应用智能响应性的两亲性生物可降解聚合物胶束被广泛用作药物载体,其分子结构及亲/疏水段比率等参数对药物封装率、装载效果、药物释放过程以及对肿瘤细胞的抑制效果都有着显著的影响。本章制备了一系列由pH响应酰腙键连接的两亲性三嵌段共聚物(PCL-a-PEG-a-PCL),并分析了其载药率、药物释放行为以及抗肿瘤效果的差异性。通过改变疏水段聚己内酯(PCL)的长度,可以调节PCL-a-PEG-a-PCL组装体的纳米尺寸。不同pH条件下的水解实验结果显示,PCL-a-PEG-a-PCL具有良好的pH响应性,且在酸性条件下的水解速度以及水解率与PCL长度密切相关。3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴盐(MTT)评估结果表明,PCL-a-PEG-a-PCL对小鼠胚胎成纤维细胞(NIH/3T3细胞)有优异的细胞相容性。体外药物释放研究表明,药物的释放速率和疏水段PCL长度有关。肿瘤抑制实验结果表明,负载了抗肿瘤药物阿霉素(DOX)的PCL-a-PEG-a-PCL纳米胶束对人宫颈癌细胞(HeLa细胞)有很好的抑制效果,且与亲水段/疏水段的比率有密切关系。2.pH响应性超支化聚酰腙的构建与应用药物输送体系不仅要求聚合物载体在输送药物的过程中能够保持稳定性和靶向输送效果,还要求载体在输送药物到达靶向部位后可控释放药物,并在药物释放的同时降解形成小分子寡聚体,从而有利于载体从体内清除。本章根据药物载体的要求,利用酰腙键的酸响应性构建了一类分子骨架具有pH响应的超支化聚酰腙,并将其应用于抗肿瘤药物输送体系。我们合成了一类具有大量末端酰肼基团的水溶性超支化聚合物。所得超支化聚酰腙的末端还有大量的酰肼基团,能够与抗肿瘤药物DOX的酮基反应形成聚合物-药物缀合物。所得超支化聚酰腙-阿霉素缀合物具有两亲性,在水溶液中可以自组装形成尺寸为20nm左右的胶束,这种尺寸范围的纳米胶束在体内运输过程中具有很好的被动靶向能力。核磁实验结果表明,超支化聚酰腙在酸性条件下能够快速降解,形成小分子寡聚物。MTT评估结果证实,超支化聚酰腙及其降解产物具有良好的细胞相容性。流式细胞仪和激光共聚焦显微镜测试结果表明,HeLa细胞对超支化聚酰腙-阿霉素缀合物的纳米胶束具有较快的细胞内摄行为。与此同时,肿瘤抑制实验结果表明超支化聚酰腙-阿霉素缀合物的纳米胶束能够有效抑制HeLa细胞生长。因此,pH响应性超支化聚酰腙是一类具有应用前景的药物输送载体。3.利用双亲性超支化聚合物构建pH响应型量子点聚合物复合物智能响应性生物传感器要求体系对环境的变化做出快速响应。本章根据智能响应性生物传感器的要求,设计并制备了一种由阳离子型的超支化聚酰胺-胺(HPAMAM)核和水溶性的线形聚乙二醇(PEG)壳通过酰腙键连接构成的双亲水性超支化多臂聚合物(HPAMAM-PEG)。由于HPAMAM-PEG内核含有大量具有配位络合作用的氨基,可以在水溶液中原位制备量子点。所得量子点复合材料不仅具有良好的水溶性和生物相容性,而且具有pH值可调控的荧光性能,这是由于环境pH值发生变化使得酰腙键能够快速水解断裂,导致复合物的荧光强度发生变化。体外细胞实验结果表明,随着细胞孵育时间的延长,这种量子点复合材料在细胞培养过程中荧光强度发生了显著变化,说明量子点复合材料以胞吞的方式进入酸性内涵体和溶酶体。这种pH响应性的量子点复合物在细胞传感器方面有着潜在的应用前景。4.多功能超顺磁铁氧纳米粒子的构建及其在靶向性诊疗中的应用多功能治疗诊断科技是将疾病诊断和治疗结合在一起的新兴疗法,主要目的是降低疾病诊断和临床医学的费用与复杂性,同时具备疾病诊断和治疗的效果。本章设计和制备了一类pH响应性多功能超顺磁铁氧纳米粒子(SPIO),并应用于肿瘤磁造影成像和抗肿瘤药物的可控释放治疗。利用pH响应性的酰腙键将抗肿瘤药物DOX以及生物相容性的PEG引入到功能化的SPIO表面,提高SPIO的水溶性及分散性。由于酰腙键具有酸响应性能,当纳米药物粒子通过磁靶向进入肿瘤组织之后通过细胞内吞进入酸性的溶酶体时,DOX可以很快从SPIO表面释放出来。与游离DOX相比,缀接DOX的SPIO纳米粒子在磁场作用下表现出更好的抗肿瘤效果。体外弛豫率测试以及小动物体内磁共振成像结果表明,缀接DOX的SPIO有很好的肿瘤靶向造影效果。