纳米药物在功能聚合物囊泡中封装和释放的理论模拟

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近几十年来,由纳米粒子和聚合物共同构成的药物递运系统(Drug Delivery Systems,DDSs)在药物科学领域受到了广泛关注,可用于许多疾病的初步诊断和精准治疗。由于医药科学和材料科学领域的巨大进步,专家们已经研发出许多具有不同尺寸、结构和表面性质的纳米载体以用于DDSs,例如无机纳米粒子、金属嵌段有机物框架、脂质体、聚合物胶束和聚合物囊泡。嵌段共聚物和纳米粒子共组装,可以得到丰富的聚集体形态,常见的有如盘状胶束、球形胶束、球状囊泡和复合胶束及多腔聚合物囊泡。其中,由于嵌段聚合物的囊泡与多种微生物细胞和病毒衣壳膜之间的形态相似,因此纳米级聚合物囊泡的自组装近年来在生物医学领域受到了广泛的关注。我们利用耗散粒子动力学(Dissipative Particle Dynamics,DPD)研究了两亲性双嵌段共聚物(AB)、纳米药物(D)和功能纳米粒子(P)在溶液中的共组装,并探究了共组装生成的功能聚合物囊泡对药物装载及释放所需的参数条件。本文主要探究的内容与结论如下:利用嵌段共聚物与纳米粒子共组装以生成载药功能性囊泡的研究。在模拟中,通过控制疏水性嵌段/溶剂与功能性纳米粒子之间的相互作用参数、疏水性嵌段的长度以及药物粒子和功能性纳米粒子的大小和浓度,我们得到了不同的自组装聚集体结构,如盘状胶束、球形胶束、球形囊泡和多腔聚合物囊泡。分析粒子间相互作用力变化所带来的自组装结构改变,发现功能纳米粒子与溶剂和疏水嵌段的排斥力不太大(a BP=a PS=40)时,更容易形成功能纳米粒子均匀分散于囊泡外表面的球形囊泡形态,而药物则被分散封装于囊泡中。而增长疏水嵌段的长度,自组装形态结构逐渐从囊泡变为胶束,而且聚集体壁厚增大,亲水腔逐渐减小,但外径变化不大。当疏水嵌段长度较短时,囊泡所形成的亲水层空腔最大。功能性纳米粒子的浓度对自组装的整体形式影响很小,但其尺寸变化,会对功能纳米粒子在囊泡中的分布有很大影响。而药物粒子的浓度与尺寸对自组装形态则有非常重要的影响,当药物粒子的尺寸较大(RD≥2.00)时,随着药物粒子的浓度增加,自组装形态会由囊泡转变为盘状胶束,进而生成球形胶束。基于这部分的探索,我们得到了通过自组装生成所需的装载药物的功能性囊泡。功能聚合物囊泡中药物释放的研究。在目前生物学科和高分子领域对药物释放的探索中,已经可以通过功能性嵌段实现囊泡的靶向性释放药物,但药物释放率基本在60%左右,存在效率不高和浪费的现象。基于以上探究,我们利用所得到的载药功能聚合物囊泡,基于理论模拟对药物释放展开了一系列的探究。我们发现减小药物和溶剂之间的相互作用力,可以将装载在功能性囊泡中的药物逐渐释放到溶剂中。药物粒子浓度越大,相应的释放的速度会提升。而在不同的药物粒子含量下,药物粒子随着时间变化逐渐释放到溶剂中,直至几乎完全释放。这也将对实际实验中提高囊泡中药物的释放率具有指导意义。
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