基于自由基氧化制备的蛋白纳米粒用于递送难溶性药物的研究

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载体材料的安全性是纳米药物首要考虑的问题。蛋白基纳米载药系统具有生物相容性好、生物可降解、无毒等特点,在研究和临床应用中引起了广泛关注。nab(nanoparticle albumin-bound)技术是目前制备蛋白基纳米载体最成功的技术,采用该技术生产的白蛋白结合型紫杉醇注射液Abraxane?自2005年批准上市后获得了巨大成功。然而,nab技术具有工艺流程复杂、生产能耗高、引入有毒有机溶剂等缺点。均质是nab技术的主要步骤。均质过程中同时存在剪切、空穴、碰撞等作用,由此引发的机械力以及自由基氧化等化学效应对蛋白的作用机制复杂。此外,这些作用发生的时间与强度可控性低,为nab技术产品的质量控制带来了较大挑战。因此,亟需开发一种更加可控、高效、环保的蛋白基纳米载体制备技术。本文使用Fenton反应可控地产生羟自由基·OH,考察了通过·OH氧化制备蛋白纳米粒的可行性,对所制备的载紫杉醇白蛋白纳米粒和载吡罗昔康酪蛋白纳米粒进行了表征和体内外评价,并对·OH引发蛋白纳米粒形成的机制进行了探索。本文的主要研究内容及结论如下:1)基于自由基氧化制备的白蛋白纳米粒及其表征。将Fenton试剂与牛血清白蛋白(bovine serum albumin,BSA)溶液混合,在常温下一步法制备得到分布均匀的白蛋白纳米粒(BSA NPs)。在25~37℃范围内,温度变化对BSA NPs的制备无显著影响。BSA NPs可包载难溶性抗肿瘤药物紫杉醇(paclitaxel,PTX),得到载紫杉醇白蛋白纳米粒PTX@BSA NPs。BSA NPs与PTX@BSA NPs的平均粒径分别约为180nm和160 nm,形态上均呈规整的球形,zeta电位分别为-22.1 m V和-22.7 m V。PTX@BSA NPs分散液在4℃下放置24 h可保持稳定,达到临床用药和后续研究要求。2)PTX@BSA NPs的生物学评价。PTX@BSA NPs可有效抑制4T1细胞的体外增殖,自由基氧化法的制备工艺未对PTX@BSA NPs中PTX的活性产生显著影响。药动学实验表明,PTX@BSA NPs与nab技术制备的Abraxane具有相似的药动学行为。组织分布实验表明,BSA NPs能够提高所包载的难溶性药物在肿瘤组织中的分布。体内药效学和安全性实验表明,PTX@BSA NPs具有良好的抗肿瘤效果和生物安全性。3)基于自由基氧化制备的酪蛋白纳米粒及其表征。将Fenton试剂与酪蛋白酸钠溶液混合,一步法制备得到空白酪蛋白纳米粒(Cas NPs)和载吡罗昔康(piroxicam,PIX)的酪蛋白纳米粒(PIX@Cas NPs)。Cas NPs和PIX@Cas NPs具有均一的粒径分布,平均粒径分别约为250 nm和180 nm,外观均呈规整的球形,zeta电位分别为-32.0 m V和-30.5 m V。体外释放结果表明,在含酶模拟胃肠液中吡罗昔康能够从PIX@Cas NPs中缓慢释放。4)PIX@Cas NPs的生物学评价。Cas NPs的包载能够显著促进PIX的Caco-2细胞摄取。药动学实验表明,与PIX溶液相比,大鼠口服PIX@Cas NPs后PIX的生物利用度增加了49%,血药峰浓度降低了29%。胃刺激实验结果显示,与PIX溶液相比,口服PIX@Cas NPs对大鼠胃部的刺激显著降低。5)基于自由基氧化制备的蛋白纳米粒的形成机制研究。通过对BSA NPs和Cas NPs形成过程中蛋白质分子结构的研究发现,·OH使蛋白质分子氨基酸残基的侧链发生氧化修饰,引起蛋白质分子构象的改变,增加了蛋白质分子的表面疏水性。蛋白质分子之间的疏水作用力引发了蛋白分子的非共价组装,形成蛋白纳米粒。综上所述,本文报道了一种基于自由基氧化制备蛋白纳米粒的方法,在羟基自由基的氧化作用下,蛋白分子通过疏水相互作用力实现非共价组装,进而形成纳米粒。该工作不仅有助于阐明nab技术的机制,而且提供了一种简单、可控、高效、绿色环保的蛋白纳米粒制备方法,以该法制备的蛋白纳米粒可用于难溶性药物的递送。
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