东北红豆杉中紫杉醇的提取和细菌纤维素基口服胶束的构建

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:saintdong
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东北红豆杉(Taxus cuspidate Siebold&Zucc.)主要分布在日本、朝鲜、俄罗斯和我国东北地区,其枝叶是紫杉醇(PTX)提取的主要原材料之一。东北红豆杉中PTX常用的提取方法往往存在时间长、能耗高、安全性低以及有机溶剂使用量大等不足,给PTX大规模的生产带来了很大的困难。此外,PTX作为一种天然抗癌药物,对乳腺癌、卵巢癌及肺癌具有很好的抑制作用。目前在临床应用中PTX主要以注射形式进行给药,注射给药存在毒副作用大、不稳定和药效短等缺陷。相比注射给药,口服给药的形式安全性较高,更适宜长期给药。但紫杉醇水溶性差、口服生物利用度低严重限制了其口服制剂在临床治疗中的应用。针对以上存在的问题,本研究选取再生能力强的东北红豆杉枝叶作为提取原材料,建立了一种高效率、高安全性且对紫杉醇结构破坏小的提取工艺。另外,本研究开发了细菌纤维素基具有P-糖蛋白(P-gp)抑制作用的的口服胶束载药系统。并对体内外抗癌活性进行了评价,具体研究结果如下:(1)本研究采用探针式超声法辅助无患子皂苷提取东北红豆杉枝叶中的PTX,结合单因素和响应面法优化了PTX的提取工艺:无患子皂苷的浓度是7.4 mg/m L,料液比为1:32.6,超声时间为15.6 min,超声功率为106.6 W,预测PTX提取率是90.95%。实际PTX提取率是90.68%±1.2%。与预测的提取率基本一致。表明此提取方法稳定性好,重复性高。经纯化后获得纯度为97.11%±0.35%的PTX高纯度产品。(2)本研究中将细菌纤维素(BC)与槲皮素(QT)通过琥珀酸酐进行耦连获得两亲性聚合物BC-QT。FTIR和~1H NMR结果表明,BC与QT成功连接。对不同比例的BC和QT进行合成反应,测试其临界胶束浓度分别为0.091 mg/m L(1:1)、0.052 mg/m L(1:2)和0.043 mg/m L(1:3)。在安全性评价中,浓度为1-200μg/m L的BC-QT聚合物与肝细胞LO2共同孵育48 h后,细胞活力在95%以上。当浓度为10 mg/m L时,对斑马鱼胚胎的发育产生了不良的影响,造成胚胎发育畸形和胚胎死亡。低于此浓度时,斑马鱼胚胎发育良好,孵育成功的斑马鱼心率表现正常,表明这种两亲性化合物毒性较低,适用于药物传递系统的开发。(3)经过对BC-QT聚合物的安全性评价后,将利用其开发一种PTX口服制剂。考虑粒径,载药量和包封率等因素,本研究最终选择比例为1:2的BC-QT聚合物对PTX进行负载。通过单因素法优化确定最佳载药条件为:水和乙醇的比例(v/v)为10:1,载体的浓度是1mg/m L,载体与药物的比例为(m:m)10:3,超声功率是270 W,超声时间是20 min,最后测得样品的载药量为25.10%,包封率是98.32%。载药前后,BC-QT空白胶束和BC-QT-PTX的zata电位分别是-20±2.5 m V和-22±1.2 m V,PDI分别是0.13±0.04和0.15±0.03。另外,从DSC和XRD结果中可以看出,负载后的PTX呈无定形态。在体外释放结果中可以看出,BC-QT-PTX纳米胶束在模拟胃肠道介质中只释放出25%左右,这表明纳米胶束将在肠道中可保持稳定,不被消化液破坏,利于胶束被肠道细胞完整摄取进入体液循环系统。经过胃肠道介质处理后的纳米胶束的透射电镜进一步证实了纳米胶束的稳定性。Caco-2细胞摄取研究表明,纳米胶束被细胞摄取的主要方式是由网格蛋白、小窝蛋白和能量消耗介导的细胞内吞途径。且被负载在纳米胶束中的尼罗红荧光染料更易于被细胞摄取,呈时间依赖性。与游离的PTX相比,BC-QT-PTX纳米胶束的表观渗透系数为其原药的8.3倍。重要的是,在加入P-gp抑制剂维拉帕米后,PTX的表观渗透系数没有显著性的变化。BC-QT-PTX纳米胶束的生物利用度是PTX原药的4.16倍。(4)本研究考察了BC-QT-PTX纳米胶束在体内外的抗肿瘤效果。在MTT实验中,由于PTX的疏水性,PTX原药对LLC细胞的毒性作用随浓度变化不明显,而纳米胶束组呈现出明显的浓度依赖性,纳米胶束浓度越高,LLC细胞的抑制率就越大。诱导细胞凋亡能力结果中,PTX、PTX+VRP和BC-QT-PTX纳米胶束与细胞共孵育24 h后的细胞凋亡率分别是23.52%,22.81%和84.89%。36 h后的细胞凋亡率分别是47.24%,54.5%和98.43%,纳米胶束在诱导细胞凋亡中表现出绝对优势。采用活体成像技术,我们观察到纳米胶束可在肠道中长时间存留,并大部分以完整的胶束粒子被肠道细胞吸收进入体液循环,在给药24 h后,肿瘤组织中仍有较高的荧光强度,而其他内脏组织的荧光强度较弱。表明经负载的紫杉醇由于具有亲水的外壳和QT的存在,在肠道中避开了P-gp的外排作用,也减少了肿瘤细胞上P-gp的外排作用,加之肿瘤组织的EPR效应,使BC-QT-PTX纳米胶束在荷瘤小鼠体内循环时间延长,并不断积累于肿瘤组织中,提高了PTX的抗肿瘤活性。实体瘤治疗实验中,分别考察了生理盐水组,BC-QT空白胶束组,PTX低剂量+VRP(PTX/L+VRP,5 mg/kg PTX+25 mg/kg VRP),PTX低剂量组(PTX/L,5 mg/kg PTX),PTX高剂量组(PTX/H 20 mg/kg PTX),载有PTX的BC-QT-PTX胶束低剂量组(BC-QT-PTX/L,5 mg/kg PTX),载有PTX的BC-QT-PTX胶束高剂量组(BC-QT-PTX/H,20 mg/kg PTX)的肿瘤生长趋势。结果发现,纳米胶束组在维持小鼠体重的情况下,BC-QT-PTX/L和BC-QT-PTX/H组的肿瘤抑制率是68.06%和93.54%,而PTX/L+VRP、PTX/L和PTX-H组的肿瘤抑制率分别64.27%、47.94%和58.67%,并对小鼠产生了一定的毒性,口服PTX/L+VRP和PTX-H组的小鼠体重在不同时间段内有所下降。HE染色研究中,纳米胶束组的心脏、肝脏、脾脏、肺和肾脏没有明显损伤迹象,但在原药紫杉醇组出现了对肝脏和脾脏不同程度的损伤。这是由于未被利用的PTX在代谢过程中对内脏造成了损伤。相反,肿瘤组织切片中,治疗组都有对肿瘤细胞的杀伤作用,纳米胶束组表现突出,尤其是纳米胶束高剂量组。
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