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生物降解聚酯作为抗癌药物和基因载体的研究

刘杰  
【摘要】:癌症严重威胁着人类的健康,作为目前癌症主要治疗手段之一的化疗由于效果有限、毒副作用大、病人承受的痛苦多,治疗效果往往难以令人满意。基因治疗作为新兴的医学治疗手段被认为是21世纪改善人类健康的一个重要途径,众多的研究证明人类多种疾病都与基因的结构或功能改变密切相关。而成功的实行化疗和基因治疗很大程度上取决于发展一种适合的输运载体,使其不仅能够特异性地和有效地输送药物和基因到靶细胞,同时具有较低的毒副作用。运用纳米微球作为药物和基因载体不仅能够提高药物的溶解度和稳定性,增加其药理学治疗效果,还能够增强基因的转染效率。我们基于脂肪酶(CALB)催化反应机理设计、合成了一系列可降解的聚酯高分子材料,并结合纳米制备技术构建了几种不同的药物和基因纳米输运系统,改善了药物和基因的治疗水平。本论文的研究内容包括以下三个方面: (1)证明了一种新的疏水性聚合物纳米微球可通过静脉给药途径有效地输送抗癌药喜树碱(Camptothecin, CPT)。该研究包括:利用CALB为催化剂,通过酶催化反应合成了不同ω-十五环内酯(PDL)成分比的聚(ω-十五环内酯-丁二酸二乙酯-丁二醇)(PPBS)共聚物,并采用该种可降解聚合物为载体,通过单层乳液-溶剂挥发技术成功制备了粒径100-300纳米且单分散性好的CPT纳米微球。该方法制备的CPT/PPBS纳米微球具有较高的载药量(12-22%)和包封率(~96%),表面Zeta电位约为-10 mV,且空白纳米微球对细胞基本无毒性。通过对CPT的包裹,有效提高了CPT在生理条件下的稳定性。体外释放试验表明PPBS纳米微球可实现对CPT长达40天的缓慢控制释放。更重要的是,与游离药物相比,CPT纳米微球具有增强细胞摄取,提高体外细胞毒性,增加药物在小鼠体内的循环时间以及增强体内抗肿瘤性等优点。这些结果表明PPBS纳米微球控释系统有望成为一种长效的化疗药物输运系统。 (2)构建了一种以poly(PDL-co-DO)为载体,包载柔红霉素和siRNA的纳米微球控释系统。首先,小鼠体内植入试验证实该聚合物具有较好的生物相容性;其次,成功制备了平均粒径在200纳米左右的poly(PDL-co-DO)纳米微球,其降解速度可根据PDL:DO比例来调控,其中poly(PDL-co-42%DO)纳米微球在70天内平均每天分子量大约下降0.84%;更进一步,采用poly(PDL-co-DO)为载体制备的DNR纳米微球的载药量较高,且释放速率可控;为进一步研究该聚合物作为核酸的传递载体,采用poly(PDL-co-42%DO)为载体,与双层乳液-溶剂挥发技术相结合,通过优化制备工艺(加入亚精氨为siRNA分子缔合物),制备了包封率较高的siRNA纳米微球,体外细胞基因沉默试验表明其具有增强siRNA基因沉默的功能。该实验为下一步开发基因载体材料提供了理论指导。 (3)针对基因载体的特点,通过引入氨基取代单体,采用酶催化聚合反应合成了一系列的可降解氨基聚酯材料,研究了其作为基因载体的转染效率,并探讨了聚合物结构与基因转染效率的关系。具体来说,成功地将C4-C12的二酯以及不同氨基取代基的二乙醇胺(如:甲基、乙基、n-丁基、t-丁基、苯基)引入到聚酯分子链中。通过酸性条件下叔氨可质子化这一特点,使得该类阳离子聚合物可通过静电力缔合带负电的DNA分子形成聚合物/DNA纳米复合体。采用Luciferase和GFP报告基因为模型的体外细胞基因转染试验证明,PMSC、PESC以及PDL-PMSC聚合物的基因转染效率比Lipofectamine 2000更高,而且细胞毒性非常小。研究表明聚合物/DNA复合体粒径越小(<100 nm),细胞摄取越多;而酸性条件下表面Zeta电位值越高,“质子海绵效应”越强,细胞摄取后能够帮助DNA逃离内涵体,从而形成的基因转染效率也越高。更进一步的小鼠体内基因转染试验证明PDL-PMSC和PMSC较PEI来说,具有更高效的基因转染效率。新型可降解氨基聚酯材料的这些特点使其有望发展成为新一代的安全有效的非病毒基因载体。


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