酸敏感的羧甲基殼聚糖水凝膠的制備及表征.pdf

1、水凝膠是指親水性聚合物通過物理或化學(xué)交聯(lián)的方式而形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因其內(nèi)含容量高、粘彈性能可控、生物相容性以及可降解性優(yōu)良、物理特性獨(dú)特，孔隙可調(diào)以及生物流體的親和性等，對(duì)解決藥物傳遞系統(tǒng)在臨床治療以及藥理學(xué)研究方面的限制起到至關(guān)重要的作用。在生物醫(yī)用材料的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)得到了極大的關(guān)注和廣泛的研究，譬如機(jī)體的組織工程、治療方面的藥物載體等。惡性腫瘤作為現(xiàn)如今最難攻克的疾病之一，其相關(guān)方面的研究一直是研究者們關(guān)注以及探索的熱點(diǎn)與難點(diǎn)，而

2、對(duì)于抗腫瘤藥物輸送是其治療效果的關(guān)鍵因素。水凝膠作為一種極為理想的藥物載體，其應(yīng)用在腫瘤藥物的輸送方面也作出了極為重要的貢獻(xiàn)?；谀[瘤的各種微環(huán)境，比如血管缺失、氧含量較少以及pH環(huán)境的差異性等，“智能型”的水凝膠則可以對(duì)外界的刺激產(chǎn)生響應(yīng)性的反應(yīng)，于是被廣泛地應(yīng)用在藥物傳遞方面，主要的敏感性刺激包括pH、溫度、光、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、離子強(qiáng)度等。譬如基于pH差異性設(shè)計(jì)的水凝膠給藥系統(tǒng)，由于腫瘤部位的pH環(huán)境是呈梯度變化的，例如血管中環(huán)境的pH

3、值為7.4，腫瘤組織的細(xì)胞外，其pH值范圍為6.5-7.2，內(nèi)涵體的環(huán)境，其pH值為5.0-6.0，溶酶體環(huán)境中，其pH值范圍為4.0-5.0，于是在水凝膠中引入pH敏感性的化學(xué)鍵（例如:原酸酯鍵、縮酮鍵、縮醛鍵、腙鍵等）來控制藥物的釋放被廣大的研究者們研究與利用，而原酸酯基團(tuán)因其對(duì)腫瘤微環(huán)境起到超靈敏的響應(yīng)，現(xiàn)也被大量地應(yīng)用于緩控釋藥物載體中。具有pH敏感性的水凝膠，其不僅能夠響應(yīng)環(huán)境刺激智能地實(shí)現(xiàn)藥物釋放，而且可以增加腫瘤部位藥物的

4、作用濃度以及時(shí)間，極大地降低化療藥物給機(jī)體造成的損傷。然而基于原酸酯的pH響應(yīng)性的水凝膠的制備與應(yīng)用還未見相關(guān)報(bào)道。于是利用原酸酯制備的pH敏感型的水凝膠在控制藥物釋放的應(yīng)用中具有極大的潛在價(jià)值。
　　在本研究中，主要包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容與結(jié)論:
　　(1)以二甘油和原甲酸三甲酯為起始原料通過三步反應(yīng)成功合成出兩端帶環(huán)氧基團(tuán)的五元環(huán)原酸酯單體(OEDe)。利用核磁(NMR)以及質(zhì)譜(ESI-MS)檢測(cè)并分析其結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示其結(jié)構(gòu)

5、正確;其分子式為C22H38O13,理論分子量(M)為510.2，實(shí)際測(cè)得的分子量(M+Na+)為533.2。OEDe作為水凝膠的交聯(lián)劑，根據(jù)環(huán)氧基團(tuán)與羧甲基殼聚糖中氨基反應(yīng)的不同摩爾比，在溫和的反應(yīng)條件下得到三組pH敏感型的水凝膠（hydrogel-1、hydrogel-2和hydrogel-3）。通過固體核磁和傅里葉紅外光譜(FT-IR)檢測(cè)交聯(lián)水凝膠的結(jié)構(gòu)以及確認(rèn)其結(jié)構(gòu)的正確性，結(jié)果表明交聯(lián)劑與羧甲基殼聚糖成功交聯(lián)。經(jīng)交聯(lián)的水凝膠

6、從宏觀形貌以及掃描電鏡(SEM)拍攝的圖片可以看出形貌似海綿，結(jié)構(gòu)有序，內(nèi)部孔徑大小規(guī)整適中、光滑有序。流變性能測(cè)試?yán)闷鋬?chǔ)存模量(G')與損耗模量(G”)來分析不同交聯(lián)程度水凝膠的粘彈性，數(shù)據(jù)結(jié)果表明:在一定的范圍內(nèi)，隨著交聯(lián)劑的增加，水凝膠的粘彈性能逐漸變好;超出范圍后，交聯(lián)程度過高，彈性范圍過小使得水凝膠不適于接下來試驗(yàn)探究，于是我們對(duì)粘彈性能最好的一組（hydrogel-2）做進(jìn)一步的探究。水凝膠的穩(wěn)定性檢測(cè)結(jié)果表明在200℃左

7、右的溫度范圍內(nèi)仍能維持穩(wěn)定，并且可以長(zhǎng)時(shí)間的放置，說明水凝膠易于儲(chǔ)存與運(yùn)輸。X射線晶體衍射(XRD)檢測(cè)結(jié)果表明羧甲基殼聚糖發(fā)生反應(yīng)并且隨著交聯(lián)劑增加晶峰越高。溶脹性能測(cè)試結(jié)果顯示，在中性條件下，三組水凝膠的溶脹性能良好，并且交聯(lián)度越高，其平衡溶脹度越低（hydrogel-1＞hydrogel-2＞hydrogel-3），分別在10、6.3和4.9左右。在不同pH環(huán)境下（pH5.0、6.5和7.4）的降解，首先從交聯(lián)劑的降解核磁圖上可以

8、看出，在酸性（pH5.0和6.5）條件下，24h內(nèi)原酸酯鍵全部降解，而在中性條件下(pH7.4)較為穩(wěn)定;通過水凝膠樣品在不同pH值下降解，可以從其失重以及核磁降解峰上發(fā)現(xiàn)其降解呈pH依賴性的，并且交聯(lián)度越高的，其降解速度越快。
　　上述材料表征后，用hydrogel-2作為進(jìn)一步探究的對(duì)象。利用水凝膠的高含水性能，其能夠高效地負(fù)載水溶性抗腫瘤藥物鹽酸阿霉素(DOX·HCl)。進(jìn)一步研究了溶脹吸附載藥后的水凝膠樣品在體外不同pH環(huán)

9、境下(pH5.0、6.5和7.4)的藥物釋放行為，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在微酸環(huán)境下，水凝膠表現(xiàn)出促進(jìn)藥物釋放的效果。在酸性（pH5.0和6.5）緩沖液中，24h后藥物累積釋放量分別達(dá)到了40％和36.2％;而在中性條件下累積釋放量為28％。持續(xù)釋放7天后，酸性條件下（pH5.0和6.5）的累積釋放量分別達(dá)到了83.6％和71.3％，而在中性條件下最終釋放量?jī)H為39％。結(jié)果表明載藥水凝膠的藥物釋放呈pH依賴性，并且在酸性條件下可持續(xù)地釋放藥物;

10、在中性條件下釋放藥物量較少且不能持續(xù)釋放。
　　利用鼠源的肝癌細(xì)胞(H22)在小鼠腋下構(gòu)建實(shí)體瘤模型，通過體內(nèi)預(yù)試驗(yàn)探究水凝膠在體內(nèi)的降解情況和評(píng)估上述成膠過程載藥的水凝膠樣品在體內(nèi)抗腫瘤效果，用空白水凝膠作為對(duì)照組。體內(nèi)的降解結(jié)果表明在5天時(shí)，水凝膠已近完全降解，并且對(duì)小鼠沒有產(chǎn)生明顯的毒性;體內(nèi)抗腫瘤結(jié)果表明，與空白水凝膠(hydrogel-2)相比，包載有抗腫瘤藥物(DOX)具有的水凝膠具有顯著的抗腫瘤效果并且可以看出對(duì)小鼠