包裹芘的高分子纳米粒的制备、表征以及体内外行为的初步研究

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近年来,纳米技术促进纳米药物的研究飞速发展。纳米药物具有提高难溶性药物生物利用度,缓、控释给药,靶向给药等诸多优点,可最终实现增强药物疗效、降低药物不良反应等目的。改变药物的生物药剂学与药动学行为是达到上述目的的关键,所以研究纳米药物的药动学行为,探索其规律是非常必要,也是非常有意义的。但从总体上看,目前有关纳米药物的药动学研究在研究思路和研究方法上仍存在局限性,主要体现在以下几个方面:(1)在研究思路上,还主要沿用传统的药动学研究模式,对药动学数据仅作表观的描述,而很难对纳米药物的药动学机理和规律作深层次的探讨。(2)传统的药动学建模思想通常建立在确定性线性动力系统的数学理论之上,缺乏对纳米药物复杂体内过程这个“黑箱”的描述;同时缺乏对表征粒子纳米特性如粒径等参数的相关性描述。(3)当药物以纳米载药系统形式给药时,在生物体中药物可能以被包裹药物、游离药物、与蛋白结合药物的形式存在。目前对不同形式药物药动学行为的研究还没引起重视。此外,在研究方法上,缺乏用于生物样本中不同形式药物浓度区别测定的方法。上述几个方面中,第三方面的研究又是纳米药物药动学研究的基础。基于此背景,本论文以包裹模型药物芘的单甲氧基封端的聚乙二醇-聚乳酸(MePEG-PLA)高分子纳米粒作为纳米药物的典型代表,围绕高分子纳米粒的制备、表征,体外药物释放,生物样本中不同形式药物浓度测定方法的建立以及高分子纳米粒药动学与组织分布等内容展开研究,主要结果如下:(1)以具有不同分子量的两种MePEG-PLA嵌段共聚物为原料,采用纳米沉淀法制备了包裹模型药物芘的两种MePEG-PLA高分子纳米粒,并对处方及制备工艺进行了研究。在此基础上,运用各种表征方法对制备的纳米粒进行了表征,包括PCS法测定粒径及其分布、纳米粒表面电位;用透射电镜(TEM)与核磁共振波谱(NMR)对纳米粒的微观形态与结构进行表征;用差热扫描量热分析(DSC)与粉末X-射线衍射分析(PXRD)对模型药物在纳米粒中的存在形式进行表征。研究结果表明两种纳米粒的平均粒径均小于100nm,分别为76.5和80.1nm,且具有核壳型的球形结构;模型药物芘以无定形或分子状态分散在其中。用超滤法结合高效液相色谱法测定了纳米粒的载药量与包封率,结果表明纳米粒有较高的包封率,两种纳米粒的包封率分别为80.3%和75.2%,载药量分别为1.42%和1.35%。此外,研究了纳米粒悬浮液的冻干工艺,研究结果表明海藻糖作为冻干保护剂具有较好的性能。以粒径、载药量和包封率为考察指标对纳米粒的稳定性进行了研究,结果表明纳米粒具有良好的稳定性,在一个月内上述指标无明显变化。(2)测定了芘在两种MePEG-PLA聚合物膜中的表观扩散系数,结果分别为3.84×10-11和11.25×10-11 cm2·s-1,其中芘在MePEG质量分数较大的MePEG-PLA中具有相对较大的表观扩散系数。以透析法研究了包裹芘的MePEG-PLA高分子纳米粒的体外药物释放行为。研究了纳米粒在磷酸缓冲液、血浆、碱溶液以及酶存在下的药物释放行为。应用零级动力学模型、一级动力学模型、Higuchi模型和经验公式Power Law对纳米粒的体外释药数据进行模型拟合。模型拟合的结果显示在0.5-48h内,纳米粒在磷酸缓冲液、血浆、碱溶液存在下的药物释放行为符合一级动力学模型;在0.5-12h内,纳米粒在磷酸缓冲液存在下的药物释放行为符合Higuchi模型,而在血浆存在下的药物释放行为符合零级动力学模型。研究结果表明纳米粒在磷酸缓冲液、血浆以及碱溶液存在下释放时,扩散机制起主要作用;在酶存在的情况下,纳米粒的释药行为同时受到药物扩散与纳米粒的降解双重机制的控制。(3)研究并建立了生物样品(血浆、肝、脾、肺、肾)中芘的总浓度与非包裹浓度的测定方法,并分别对所建方法进行了全面的方法学论证。研究结果表明,以甲醇为蛋白沉淀剂处理生物样品来测定芘的总浓度时,方法具有高的灵敏度,准确率高,重现性好;以正庚烷为萃取剂通过液液萃取法测定生物样本中非包裹芘的浓度时,能有效地将非包裹与包裹的芘区分开来,方法的特异性强。生物样品的稳定性考察结果表明,在测定非包裹的药物浓度时,在室温放置时药物可能从纳米粒释放出来,提示生物样品在解冻后应及时处理。(4)用平衡透析法测定了芘的血浆蛋白结合率,结果表明在芘质量浓度分别为5、25、50ng/mL时,对应血浆蛋白的平均结合率分别为25.1%,40.0%,62.7%,呈现出一定的浓度依赖关系。研究了游离芘与包裹芘的MePEG-PLA高分子纳米粒在全血中的分布,结果表明95%以上的游离芘分布在红细胞,而包裹芘的MePEG-PLA高分子纳米粒在红细胞中的分布相对于游离芘要少些,但仍占60%以上。以尾静脉注射为给药方式,研究了芘溶液和包裹芘的MePEG-PLA高分子纳米粒在Wistar大鼠的药动学行为和在昆明种小鼠的组织分布行为。药动学结果显示:当给药剂量为1mg/kg时,以芘溶液形式给药后药动学参数V1、CL、K10和MRT的值分别为17.555、10.87、0.619和1.493;而以两种纳米粒形式给药后对应的药动学参数V1、CL、K10和MRT的值分别为23.999、4.804、0.205、10.725和25.873、5.452、0.211、8.018。包裹芘的MePEG-PLA高分子纳米粒相对于芘溶液具有长循环的特征,且非包裹的药物与总的药物具有不同的药动学特征。组织分布的研究结果进一步证实了包裹芘的MePEG-PLA高分子纳米粒具有长循环功能,同样非包裹药物与总药物在组织中的含量随时间变化规律有差异。本论文建立了生物样本中不同形式药物浓度的测定方法,并研究了不同形式药物的药动学与组织分布行为。本论文的研究在一定程度上揭示了高分子纳米粒的药动学特征。本论文的工作将为其它纳米载药系统的药动学研究提供新思路和新方法。
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