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临床广泛使用的小分子抗癌药阿霉素和顺铂都存在靶向性差、体内血液循环半衰期短、药物利用率低、系统毒性大等问题。与传统小分子化疗药物相比,基于高分子载体的纳米药物传输体系在癌症治疗方面主要具有以下优势:可调的物理化学性质、提高药物溶解度、延长循环时间、降低毒副作用、基于肿瘤EPR效应的被动靶向。针对肿瘤微环境的特点,本论文基于药物和载体之间的非共价相互作用,开发了多种纳米载药体系,用于阿霉素或顺铂的靶向传输和控制释放。不同于其他多数研究者着力于开发新颖且复杂纳米药物的研究理念,本论文一直致力于纳米药物更简单、更安全、更有效、更实用的设计和制备过程,并深入拓展了其中两种纳米药物在多个肿瘤模型中的应用。本论文所开发的药物载体类型依次为:功能化不可降解的聚烯烃、可生物降解的聚氨基酸、简单且安全的聚多糖。 本论文的研究内容和主要结论如下: 1)通过原子转移自由基聚合和季铵化反应制备了一种具有促进细胞内吞作用的pH和还原双响应性的纳米凝胶。在水溶液中通过调节溶液pH值实现阿霉素的疏水担载。载药纳米凝胶在生理条件下具有稳定的核交联结构,但在微酸性(pH6.8)和还原性(10.0 mM谷胱甘肽)条件下可快速释放药物。激光扫描共聚焦显微镜和流式细胞分析同时证实,载药纳米凝胶相对小分子药物具有更强的细胞内吞能力,且在微酸性和还原性条件下显示出进一步增强的内吞效果。细胞毒性实验也证实,纳米药物相对小分子药物具有增强的肿瘤细胞生长抑制作用。该纳米凝胶的设计思想对于智能型纳米药物载体的设计具有重要的借鉴意义。 2)通过开环聚合和光引发的巯基-炔基“点击化学”反应合成了侧链含巯基丁二酸二齿羧基配体的聚乙二醇-b-聚(γ-丙炔基-L-谷氨酸酯-g-巯基丁二酸)。上述载体材料与阿霉素在水溶液中通过静电复合自组装形成了粒径均一的纳米囊泡复合物(~20 nm)。该载药囊泡具有pH响应性的药物释放行为,主要通过内吞方式进入细胞。相对小分子药物,载药囊泡在A549异种异位移植模型中显示出增强的肿瘤聚集、肿瘤生长抑制和降低的机体毒性。 3)以丁二酸修饰的葡聚糖为载体,创新性地设计并制备了一种pH响应的顺铂交联型阿霉素纳米药物。首先,载体材料与阿霉素在水溶液中通过静电吸附作用组装形成纳米粒子;而后,加入少量顺铂,通过羧基与顺铂的配位作用,实现纳米粒子原位交联。这一设计避免了有机溶剂的使用和复杂的操作过程。交联纳米药物具有pH响应的释放行为,且相对小分子药物和未交联纳米药物具有显著延长的血液循环和增强的肿瘤聚集。先后通过肺癌、结肠癌、乳腺癌三类癌症四个肿瘤模型(异种异位移植非小细胞肺癌、异位移植结肠癌、原发性结肠癌、原位转移性乳腺癌)评价了纳米药物的抗肿瘤效果,均显示出良好的降毒增效作用。该交联纳米药物可显著抑制A549和CT26皮下肿瘤的生长,显著延长原发性结肠癌荷瘤小鼠的平均存活时间。此外,iRGD与纳米药物的综合治疗可有效抑制转移性4T1原位肿瘤的生长和多器官转移。 4)以丁二酸修饰的葡聚糖为载体,基于顺铂与载体材料羧基的金属配位作用,通过促黄体激素释放激素(LHRH)的表面修饰,实现了顺铂的控制释放和靶向传输。该靶向纳米药物具有以下优点:(1)载体的降解产物葡聚糖和丁二酸均为美国FDA批准的可注射药物辅料,具有良好的安全性和巨大的应用潜力;(2)药物担载和靶向基团的修饰均在水溶液中进行,是一种绿色安全的方法;(3)先载药后进行靶向修饰的策略可确保靶向基团位于纳米粒子的表面。相对于小分子顺铂,靶向和非靶向纳米药物均显示出缓慢持续的药物释放、延长的血液循环和提高的耐受剂量。最重要的是,相对于非靶向纳米药物,靶向纳米药物显著提高了人源和鼠源乳腺癌细胞(MCF-7和4T1)的内吞效率和肿瘤聚集,并在上述两种肿瘤模型中显示出剂量依赖的抗肿瘤和抗转移效果。 通过本论文的研究,希望能够对阿霉素和顺铂的非共价担载型纳米药物的研发提供基础性实验依据,同时为基于纳米药物的肿瘤化疗提供参考和新思路。