聚酰胺-胺树枝状聚合物的表面功能化及在药物载体中的应用

作     者：张辽 

作者单位：河南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李军波

授予年度：2022年

学科分类：1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 10[医学] 

主      题：PAMAM 肿瘤微环境 药物递送系统 电荷翻转 尺寸转变 

摘      要：近年来,癌症的全球发病率持续上升,已成为人类公共卫生的主要威胁之一。通过纳米载体系统装载抗肿瘤药物,可有效降低药物的毒副作用,但其治疗效果仍与临床期望有较大差距。研究发现,纳米药物的递送要面临多重生理屏障,会导致到达靶组织的药物浓度不断降低,从而影响其治疗效果。将多种功能化基团整合于单一载体内,其在特殊的肿瘤微环境中,触发载体尺寸、电荷和稳定性等多重转变,可有效提高肿瘤靶组织的药物浓度,从而展现极佳的治疗潜力。然而,此类纳米载体的结构复杂,难以保证其功能的精准协同,在临床应用方面仍有较大难度。在本论文研究中,我们将两性离子小分子磺胺-季胺甜菜碱(AB)修饰在四代树枝状聚酰胺(G4-PAMAM)的表面,制备出新型聚合物胶束G4-AB。基于AB表面在肿瘤微酸性环境中的pH响应性,G4-AB胶束可实现协同、灵敏的电荷翻转和尺寸收缩。通过对其体内体外行为的研究,证实G4-AB胶束兼具长循环、肿瘤富集、深度渗透和快速胞吞的多种功能,进而获得高效抗肿瘤治疗效果。本论文主要研究内容、结论及意义包括:1、pH响应两性离子功能化PAMAM载体的电荷和尺寸双转变与抗肿瘤效果。以三溴丙酸为“桥梁,通过酰胺化和取代反应将AB接枝于G4-PAMAM表面,从而制备两性离子聚合物功能化的G4-AB。通过核磁cF、红外表征,证实G4-AB聚合物的成功合成。G4-AB分子通过两性离子的偶极相互作用,经DMSO-水体系的诱导,自组装形成较大尺寸的G4-AB胶束簇(150 nm),使药物载体具有良好的体内长循环性能,并证实在肿瘤部位大量富集。而在肿瘤微酸性环境(pH 6.5)条件下,表面AB中的磺酰胺阴离子的质子化,使胶束表面从两性离子转变为阳离子性质。此过程不仅提高了肿瘤细胞对药物载体的摄取,并通过阳离子间的静电斥力,导致G4-AB胶束的分解,迅速形成粒径约为10 nm的单分子胶束,可有效提升了对肿瘤组织的渗透能力。体内外实验均证实,这种具有表面电荷和尺寸协同转变的G4-AB药物载体,能明显降低药物的毒副作用,并有效抑制肿瘤的生长。2、电荷-尺寸双转变载体的制备及光热-药物联合抗肿瘤效果。基于以上G4-AB聚合物,成功获得了包载CuS纳米颗粒和DOX的光热-化疗的纳米载体(G4-AB-DOX/CuS)。通过TEM、DLS和XPS分析表征,证实了G4-AB-DOX/CuS的成功制备。该纳米颗平均粒径约为160 nm,分散性良好,光热转化率达到30.1%。G4-AB-DOX/CuS表面的两性小分子使纳米粒子具有良好的抗蛋白吸附性能,并提高了在肿瘤微酸性环境中,肿瘤细胞对纳米粒子的摄取,增强了DOX的肿瘤细胞杀伤效果。此外,在980 nm的红外激发光照射下,通过CuS产生高热,能进一步提高对肿瘤细胞的杀伤。体内实验证实,基于其特殊的电荷-尺寸双转变,G4-AB-DOX/CuS能快速富集在肿瘤内部,提升对肿瘤组织的渗透性,获得高效的抗肿瘤效果。以上研究结果证实,通过AB对PAMAM的修饰,可获得结构简单、精确pH响应的聚合物胶束。该胶束不仅具有体内长循环性能,且在微酸性环境下,电荷和尺寸的快速转变可有效提高载体在肿瘤部位的富集和渗透。此外,通过模型药物DOX和光热剂CuS的联合治疗,检验了此材料的抗肿瘤应用效果。本研究对于开发多功能的抗肿瘤纳米药物的应用具有重要的借鉴意义。