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《兰州大学》 2019年
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基于羟基喜树碱的肿瘤微环境敏感性聚前药的设计、合成及其体外抗肿瘤性能研究

张小龙  
【摘要】:恶性肿瘤是威胁人类健康的严重疾病,化学药物疗法在肿瘤的治疗方法中占有举足轻重的地位。羟基喜树碱(HCPT)是本世纪60-70年代从我国特有的喜树种子中提取的同类抗肿瘤单体中抗癌活性最强的微量生物碱,抗癌作用相当于喜树碱的30倍,与常用的抗癌药物无交叉耐药,抗瘤谱广,毒副作用少。但是仍存在许多不足,如其在体液和血液循环过程中半衰期很短,给药量大,对正常细胞组织的毒副作用较严重,同时缺乏选择性,水溶性脂溶性均不好,并且分子中的内酯环对光,pH敏感,开环后药理活性丧失等。为了解决上述问题,设计和制备基于喜树碱的聚合物前药成为当前的研究热点。聚合物前药通常是通过具有生物响应性的连接键桥接聚合物骨架和具有可反应和可功能化官能团的小分子抗癌药物。将小分子抗癌药物通过共价键连接到聚合物骨架上,不仅提高了疏水性药物的水溶性,与物理包埋的药物相比,化学键合极大增强了药物分子在血液循环中的稳定性,降低了非特异性的释药行为,而且能在特定肿瘤微环境条件下发生快速降解实现自由药物分子的高效释放,一方面有效降低了药物分子对正常组织和器官的毒副作用,另一方面实现了药物分子在病灶部位的高效累积和增强的治疗效果。针对传统聚合物前药制备和纯化步骤复杂繁琐,药物键合率低,稳定性仍有待进一步提高等问题,本学位论文基于抗肿瘤药物HCPT,构建了一系列对肿瘤微环境具有响应性的聚前药,深入研究了两亲性聚前药的自组装行为和体外抗肿瘤性能。具体研究工作包括以下五个部分:1.在第一章工作中,基于两端为炔键修饰的寡聚乙二醇(PEG)和两端为叠氮修饰的HCPT,通过一价铜催化的点击化学便捷制备了具有交替结构单元和精确药物负载量的两亲性聚前药,通过主链二硫键的引入,同时实现了肿瘤细胞内的谷胱甘肽(GSH)诱发的聚合物主链的降解和抗癌药物的快速释放。具体选用了分子量为400和1450的PEG(PEG400和PEG1450)合成了不同载药量的聚前药(P(HCPT/DTDE/PEG 400),P(HCPT/DTDE/PEG 1450))。P(HCPT/DTDE/PEG400)和P(HCPT/DTDE/PEG 1450)的亲水和疏水链段的比例分别为1:2和2:1,研究了不同亲水和疏水链段比例对聚前药自组装结构和体外抗癌活性的影响。这两种聚前药在水相中能自组装形成粒径小于200nm的胶束纳米粒子,但P(HCPT/DTDE/PEG 1450)胶束的临界胶束浓度(CMC)更低,表明具有较长亲水链段的胶束其热力学稳定性更好。P(HCPT/DTDE/PEG 1450)和P(HCPT/DTDE/PEG400)胶束均具有较高的载药量,分别为12%和24%。体外药物释放结果表明P(HCPT/DTDE/PEG 1450)胶束相对于P(HCPT/DTDE/PEG 400)胶束具有更快的释药行为,同时A549细胞毒性结果表明P(HCPT/DTDE/PEG 1450)胶束的IC_(50)值更低,荧光成像结果表明两种聚前药胶束均能被A549细胞有效内吞,流式细胞定量分析的结果表明P(HCPT/DTDE/PEG 400)胶束的内吞量更高。综上,本章工作发展了一种利用点击化学便捷制备兼具精确药物负载量和肿瘤细胞内高治疗效果的聚前药的方法。2.在第二章工作中,我们进一步发展了一种比上一章点击聚合更为简单高效的合成策略来制备具有弱酸性pH可裂解的聚合物主链的聚前药。利用PEG两端的羟基和氧乙烯基修饰的HCPT在催化条件下的缩醛反应,一步制备具有交替结构单元的两亲性聚前药。由于缩醛键在肿瘤弱酸性条件下可以发生水解而断裂,因此能有效实现聚前药在病灶部位的有效去稳定化。分别选用分子量为400和1450的PEG(PEG400和PEG1450)合成了具有不同载药量的聚前药(P(HCPT/Acetal/PEG 400),P(HCPT/Acetal/PEG 1450))。P(HCPT/Acetal/PEG1450)的载药量为4.5%,能在在水相中自组装形成粒径为207.8nm的胶束,体外药物释放结果表明P(HCPT/Acetal/PEG 1450)胶束在模拟细胞内弱酸性条件下(pH=5.0)具有较快的释药行为,P(HCPT/Acetal/PEG 1450)胶束具有较好的体外抗肿瘤效果,荧光成像和流式分析的结果表明该聚前药自组装胶束能有效被HeLa细胞内吞。综上,本章工作发展了一种简单高效的策略来制备能对肿瘤弱酸性环境敏感的聚前药。3.协同治疗可以克服单一药物治疗的局限性,例如:有效药物浓度较低,严重的副反应,治疗效果较差的缺点。选用合适的药物进行协同治疗可以有效改善单一药物的治疗效果。在第三章工作中,我们基于水溶性抗癌药物氟脲脱氧核苷和疏水抗癌药物HCPT设计了一种药物自递送系统。首先我们合成了了一种两端为炔基的双头RAFT链转移试剂,再通过点击反应将链转移试剂和叠氮基修饰的前药偶联,制备得到了一种大分子前药链转移试剂。然后通过RAFT聚合含FUDR的单体,最终得到了双药聚合物前药P(HCPT/PFUDRM)。在肿瘤细胞内高浓度谷胱甘肽(GSH)的作用下,释放出HCPT小分子和亲水PFUDR链段,PFUDR上的FUDR代谢转换为小分子的5-FU,从而提高抗肿瘤效果。这种双药聚前药的载药量较高,分别为20%(HCPT),27.5%(FUDR)。P(HCPT/PFUDRM)胶束在水相中自组装为164nm粒径的胶束,P(HCPT/PFUDRM)胶束具有较好的体外抗肿瘤效果,荧光成像和流式细胞分析的结果均表明该聚前药能被HeLa细胞有效内吞。综上,本章工作发展了一种利用可控聚合技术来制备具有较高载药量的双药聚前药自递送系统的新方法。4.传统聚合物前药大多是将小分子药物接枝于聚合物的主链上,但是由于小分子药物的空间位阻效应,导致了低的药物键合效率或者直接将药物分子和亲水聚合物链段偶联,但是这种前药分子的稳定性通常不好,需要额外表面活性剂的加入来稳定纳米粒子。在第四章工作中,我们设计合成了一种两亲性前药单体,对比研究了两亲前药单体和单体聚合后得到的刷型聚合物前药在组装和抗癌活性上的差异。我们具体选用了分子量为350和750的PEG(PEG 350和PEG 750)合成得到了具有不同载药量的两亲性前药单体HCPT-PEG 350,HCPT-PEG 750。HCPT-PEG 350,HCPT/PEG 750的亲水链段和疏水链段的比例分别为1:2和1:1,考察亲水链段和疏水链段比例对聚合物前药结构和性能的影响。随后通过RAFT聚合制备了刷形聚前药PHCPT-PEG 750。单体和聚前药均具有较高的载药量,均为15.7%。HCPT-PEG 750前药单体在水相中自组装为220nm粒径的胶束,PHCPT-PEG 750聚前药在水中自组装为341nm的胶束,体外药物释放结果表明HCPT-PEG 750前药胶束相对于PHCPT-PEG 750聚前药胶束具有更快的释药行为,同时细胞毒性结果表明HCPT-PEG 750聚前药胶束具有更低的IC_(50)值,荧光成像结果表明两种聚前药均能被HeLa细胞内吞,通过流式细胞定量分析了细胞内吞行为,结果表明HCPT-PEG 750聚前药胶束对HeLa细胞的内吞量更高。综上,本章工作表明HCPT-PEG 750前药胶束具有较小的粒径,较快的释药行为以及优异的抗肿瘤效果。5.虽然将各种动态刺激响应性化学键引入纳米载体能增强载体在体内循环过程中的稳定性和抗肿瘤治疗效果。但仍然存在着由于较低的载药量和载体稳定性不够导致的药物泄漏和较低的治疗效果。为了进一步解决上述问题,得到具有优异的载药量,更好的稳定性和治疗效果的聚前药胶束,在第五章工作中,我们基于含电子受体(CPT前药)和含电子供体的交联剂(1,6-已二胺)之间的配位作用,制备了交联可生物降解的聚前药囊泡。我们首先合成了前药单体(CPTM)、交联单体(BEMA)和大分子链转移试剂mPEG-RAFT,通过RAFT聚合前药单体和交联单体合成得到了PEG-b-P(CPTM-co-BEMA),通过在该聚前药自组装囊泡溶液中,加入1,6-已二胺将囊泡通过配位作用交联,制备得到了具有交联疏水壁的聚前药囊泡(CP1V)。这种聚前药囊泡的载药量较高为34.8%,具有较好的稳定性。P1和CP1V囊泡在水相中粒径分别为230和198nm体外药物释放结果表明交联囊泡CP1V的表现优于未交联囊泡P1,即,在10mM的GSH条件下具有更快的释药行为,同时在HeLa和A549中的细胞毒性结果表明交联囊泡CP1V的IC_(50)值更低,荧光成像和流式细胞实验结果表明这种交联聚前药囊泡能更快被HeLa细胞内吞,具有更高的细胞内吞量。综上,本章工作利用含电子受体的CPT前药和含有电子供体的1,6-已二胺之间的配位作用,制备了具有还原敏感性的交联聚前药囊泡,为实现兼具高稳定性和高治疗效果的载体材料提供了新思路。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:R914;R96

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