光敏纳米药物载体制备及其性能研究

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:liust4258
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纳米药物载体具有改善难溶性药物的吸收效率、实现药物的缓释控制、减小药物毒副作用、提高血药浓度等优势,近年来,受到了国内外学者的广泛关注。目前,越来越多的研究致力于在纳米载体结构中接入一些可调控的基团以便通过外界刺激实现内容物的控制释放。其中,最为常见的方法是在载体结构中接入一些环境响应型的基团或结构单元,使其具有刺激响应性能。例如温度敏感型、pH敏感型、氧化还原敏感型、酶敏感型、光敏感型或特定的受体敏感型等。在所有刺激类型中,光刺激是一种应用较为广泛的外部刺激,具有洁净、无创、高效等基本特征。与应用较为广泛的pH和氧化还原敏感型相比,相同的是,都能在特定的位置和时间快速的释放内容物,不同的是,pH和氧化还原敏感型药物输送系统(DDS)需要特定的化学环境,而这种化学环境分为两种,一种是生物体自身能够提供的环境,这种情况下可控性较低,而另一种则需要通过外部的调节来实现,这种外部的侵入势必要涉及到生物相容性,生物可降解性和生物毒性等问题。然而光刺激作为一种外部刺激不需要任何的化学环境的变化。我们将具有光敏感性的邻硝基苄醇或邻硝基苯乙醇结构引入到聚合物的结构设计中,制备得到了两类可用于脂溶性药物包载的纳米载体。具体研究内容包括:为了将光敏感结构引入到聚合物中,设计合成了两种新型的具有光敏感性能的单体1-(2-硝基苯基)甲基丙烯酸乙酯(NEMA,MA)和2-(2-硝基苯基)丙基甲基丙烯酸甲酯(NPMA,MB),通过1HNMR和(13)CNMR验证了过程产物及其光敏单体的结构。通过光照可有效的改变单体结构,进而改变纳米粒子的亲水亲油平衡达到药物释放的目的。同时设计了三种具有光敏感性的交联剂——邻硝基苯乙二醇二甲基丙烯酸甲酯(CL1)、1-(2-硝基苯基)乙烷-1,2-二(2-羟基氨基甲酸乙酯)二甲基丙烯酸甲酯(CL2)和1-(2-硝基苯基)乙烷-1,2-二(2-羟基氨基甲酸己酯)二甲基丙烯酸甲酯(CL3),同样通过1HNMR和C13NMR验证了其结构,将其用于两亲类自组装分子的设计既可以有效地提高自主装形成胶团的稳定性,在光照的刺激下,交联结构断裂胶团稳定性降低,同时结构断裂后生成亲水的羧基或胺基进一步破坏体系平衡,促使胶团结构重排,实现脂溶性药物光控释放。首先利用光敏感单体的结构特征,以NEMA(MA)或NPMA(MB)为单体,乙二醇甲基丙烯酸酯(EGDMA,CLA)或1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯(HDMA,CLB)为交联剂,通过乳液聚合得到了光响应型Nps(PMA/CLA,PMB/CLA和PMA/CLB),该Nps的初始状态为疏水性的,但经过紫外刺激后,光敏感保护基离去,生成羧基,实现疏水结构向亲水结构的转变,结构变为水凝胶粒子,水进入到粒子中,粒子结构舒展,实现药物释放。以尼罗红(Nile Red, NR)为荧光分子研究Nps的形成及其包载能力。NR是经典的荧光模型分子,当其处于油性中心时具有较强荧光强度,反之在水相中由于其水溶性较差,荧光强度可以忽略不计。同时通过对比光照过程中609 nm NR荧光发射强度的相对变化考察Nps的光响应情况。对单体转化率较低的Nps(LNps)研究表明,LNps具有光响应性能,但是在15min UV后只能实现45-60%的释放,光照后放置可保持一定速度的释放,这现象可能与大量未反应的单体以及较短的聚合物结构有关,光照过程中主要表现为粒子之间的相互融合。而当单体转化率较高(HNps)时,光响应性能明显提高,此时HNps(PMA/CLA)稳定性要显著低于HNps(PMB/CLA) , 600s UV HNps(PMA/ CLA)可实现85%左右的释放,450s UV HNps(PMB/CLA)便可实现≥90%左右的释放。对比两类HNps表明HNps(PMB/CLA)的光响应速率和最终释放均优于HNps(PMA/CLA)。较长的交联剂结构有利于HNps的最终释放,Nps(PMA/MB)则可实现90%释放,而交联剂的用量对HNps的最终光响应情况影响并不大。采用SEM和DLS对HNps光照前后粒子形态变化探讨表明,光照前HNps球形结构圆整,当加入交联剂量较少时,光照刺激可造成球形结构的崩解,而交联剂比率较高时,光照对粒子的形态影响较小,这主要是由于交联剂的加入提高了对聚合物结构的约束。两亲嵌段共聚物能够自组装形成胶体尺寸的聚集体或胶束。嵌段共聚物聚合体如同小分子表面活性剂一样在溶液中能够呈现出不同的形态,如球状、棒状、囊泡、复合胶束等。由于嵌段共聚物制备的胶束的研究在微反应器,靶向药物输送,对比增强成像和模拟生物膜等方面的潜在应用,聚合物胶团引起了科学家的广泛兴趣。利用ATRP聚合方法以甲基丙烯酸甲脂(MMA)为单体,光敏感的CL1,CL2或CL3为交联剂,PEO2000-Br或PEO5000-Br为引发剂,通过控制单体和交联剂的比率,合成了线性的PEG-PMMA(A0和B0)和疏水端交联的两亲性嵌段共聚物PEG-PMMA-CL(A,B和C)。GPC、1H-NMR研究表明, PEG-PMMA为线性分子,而本实验设计合成的PEG-PMMA-CL为具有交联结构的分子,且每个分子中含有3-4个线性结构。PEG-PMMA和PEG-PMMA-CL以四氢呋喃(THF)为溶剂时在水中能够自组装形成胶团。研究发现,PEG-PMMA-CL自组装过程中CAC值明显小于PEG-PMMA,且聚合物的亲油端越长,越容易形成胶团。PEG-PMMA-CL和PEG-PMMA形成的胶团结构圆整,分散性较好,亲油端较长时,会影响聚合物胶团的圆整性。CL1或CL2的引入给PEG-PMMA-CL提供了光响应的前提,光刺激下可实现NR的迅速释放,且该释放过程是不可逆的。当PEG-PMMA-CL(A2、B1和C1)浓度小于CAC值时,由于胶团没有形成,体系没有光敏感性,当PEG-PMMA-CL浓度稍高于CAC值时,胶团具有响应性,但释放不显著,而当PEG-PMMA-CL浓度明显大于CAC值时,胶团光响应性能受浓度影响不大。当亲油端聚合度相近时,B系列的光响应性优于C系列,这是由于CL1在光照断裂后释放出羧酸基团,而CL2释放的是亲水性相对较差的-NH2。疏水端的长度越长,PEG-PMMA-CL胶团光响应能力越低,且最终的释放效果越不明显,其中样品B1最优,最终释放拟合结果可实现19%,实验数据显示15min即可实现16%的释放。A系列聚合物的最终的释放效率和光响应速率均优于B系列,这是由于A系列的亲水端明显短于B系列,因此每断裂生成一个羧基对A系列胶束产生的影响要显著于B系列。当聚合物浓度固定时,NR浓度对胶团的光响应性能影响不大。空白胶团在光照的刺激下,无显著的形态和粒径变化,而当其用于NR包载时,光照可造成胶团的溶胀,粒子之间的粘连。对阿霉素(DOX)的包载实验探讨表明,DOX胶团具有显著的光响应性能,但由于其在无光照刺激的条件下稳定性较差,因此表明PEG-PMMA-CL不适用于类似于DOX这类既具有水溶性又具有油溶性的药物,较适用于脂溶性较高水溶性较低的药物。
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