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近年来,纳米药物递送系统以其纳米级尺寸、良好的稳定性和药物负载能力等特性,促进药物在肿瘤部位富集,降低毒副作用,在癌症治疗方面具有很大的应用潜力。但是,多数临床使用的纳米药物并未获得突破性的治疗效果。纳米药物潜力与临床治疗效果的差距,表明载体设计与人体实际生理环境存在差异。纳米药物自静脉注射,到达肿瘤组织并在分子水平上发挥作用,需要历经体循环、肿瘤血管溢出、肿瘤组织富集和分布、细胞内吞、内涵体逃逸、细胞内分布和发挥效应等复杂过程,各阶段生理屏障都制约着纳米药物作用的有效发挥。例如,体循环过程中的体液稀释效应,网状内皮系统(RES)的清除作用,某些类型肿瘤高通透性和滞留(EPR)效应不明显以及血管通透性分布不均一,纳米药物在肿瘤细胞内不能快速释放以保持有效的药物浓度,长期使用诱导多药耐药性(MDR)产生等。因此,需要针对这些递送屏障和肿瘤微环境特点,合理设计纳米载体的结构,提高肿瘤靶向药物递送效率。本论文以协同发挥药物负载、长循环和靶向肿瘤细胞定位释放等多种功能为目标,针对肿瘤微酸环境和氧化还原环境,设计制备pH与氧化还原响应型两性离子聚合物纳米药物载体,研究载体的靶向药物递送效果和构效关系。具体包括以下四部分内容:(1)以羧酸甜菜碱叔丁酯(CB-tBu)和甲基丙烯酸二异丙氨基乙酯(DPA)为单体,RGD为靶向基团,通过连续可逆加成链转移自由基聚合(RAFT),制备RGD-PCB-b-PDPA(RGD-PCD)嵌段聚合物。以阿霉素(DOX)为模型药物,在pH=7.4缓冲溶液中通过RGD-PCD自组装,形成稳定的负载DOX的纳米粒RGD-PCD/DOX NPs。纳米粒组装和药物释放行为的pH响应性研究结果表明,在体循环条件下(pH=7.4),RGD-PCD/DOX NPs能够有效抑制药物释放;而在pH?6.5时纳米粒内核PDPA链段发生质子化,使纳米粒失稳崩解,快速释放DOX。以HepG2细胞为肿瘤细胞模型,细胞胞吞和细胞内药物释放研究结果表明,RGD-PCD/DOX NPs能够通过整合素受体介导的内吞作用被细胞摄取,随之在内涵体微酸环境下快速释放药物。对比研究尾静脉注射裸药DOX和RGD-PCD/DOX NPs的体内药物分布,发现两性离子纳米载体负载DOX,能显著提高DOX在肿瘤组织的分布和滞留,提高生物利用度。(2)由于肿瘤细胞内外谷胱甘肽(GSH)浓度差异近千倍,因此设计能够快速响应GSH浓度梯度的纳米载体,使其直接将药物释放在胞浆内,更有利于药效发挥。合成了中间二硫键连接的RAFT-ROP双头基引发剂2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙二硫二乙醇酯(DDMAT-SS-OH),由此制备cRGDfK-聚羧酸甜菜碱-SS-聚己内酯(cRGD-PCSSL)两嵌段聚合物,避免了使用巯基交换反应。以DOX为模型药物,制备cRGD-PCSSL/DOX NPs。利用DLS和TEM对纳米粒的氧化还原敏感性进行评价,发现体外模拟细胞外GSH(20μM)环境下,粒径分布和形态保持稳定,而在模拟肿瘤细胞胞浆GSH(10 mM)环境下,亲疏水段之间二硫键逐渐断裂,当断裂数量达临界值时,纳米粒失稳崩解。药代动力学和组织分布研究结果表明,由于cRGD-PCSSL/DOX NPs具有抗蛋白吸附能力和血清稳定性,显著延长体循环时间和增加肿瘤组织富集量。体内抑瘤实验结果对比表明,cRGD-PCSSL/DOX NPs比裸药DOX有显著提高抑瘤效果,并降低心肌毒性。(3)进一步把pH敏感和氧化还原响应相结合,制备基于两亲性三嵌段聚合物RGD-PCB-b-PDS-b-PDPA(RGD-PCSSD)的层交联纳米粒,整合了RGD肿瘤血管内皮细胞和肿瘤细胞表面整合素受体靶向作用、聚两性离子超强抗污能力延长体循环时间、可逆二硫键层交联提高循环稳定性和药物负载稳定性及响应肿瘤细胞内高浓度GSH断裂、PDPA内核pH敏感性胞内药物释放等功能。系统研究pH敏感内核与氧化还原敏感交联壳层协同作用对纳米粒组装及药物控释行为的影响。研究表明,酸性条件下内核质子化膨胀与二硫键层交联束缚作用存在平衡,平衡点可以定义为交联纳米粒的pKa*。可逆二硫键层交联与pH敏感内核协同作用,不仅有效抑制纳米粒在体循环和肿瘤组织间质的药物突释,而且促进药物的细胞内释放。(4)在上述研究基础上,优化设计氧化还原敏感自降解聚合物(SIPs),构建“锁-钥”一体的纳米载体。首先制备了5-(吡啶-2-二硫)-1,3-二氧杂环己烷-2-酮(TMC-DS)碳酸酯单体,按照文献报道的聚合方法不能发生聚合。为分析原因,制备了2-(吡啶-2-二硫基)乙基-5-甲基-1,3-二氧杂环己烷-2-酮(MTC-DS)和5-(乙基-2-二硫)-1,3-二氧杂环己烷-2-酮(TMC-EA)单体,以1,5,7-三叠氮双环(4.4.0)癸-5-烯(TBD)为催化剂,MTC-DS单体可以聚合,而TMC-EA单体不能,表明与碳酸酯六元环直接相连的二硫键影响聚合过程,但具体机理需要进一步研究。另外,为继续研究聚合物自降解与纳米粒组装之间的关系,制备两步自降解单体2-(吡啶-2-二硫基)乙基(1,3-二氧杂环己烷-2-酮)氨基甲酸酯(TMC-N-DS),利用ROP制备了聚合度和比例可控的聚合物,在模拟细胞内GSH(10 mM)条件下,虽然二硫键断裂,但并未观察到纳米粒的解组装,影响因素需要进一步研究。综上,本研究中探索了pH和氧化还原响应型聚两性离子纳米药物载体的设计制备方法和构效关系,为构建不同刺激响应的纳米药物载体提供借鉴,也为抗肿瘤药物细胞内靶向递送提供了新载体。