主動(dòng)調(diào)控和分級(jí)靶向策略在聚合物納米藥物載體體內(nèi)傳輸中的應(yīng)用.pdf

1、聚合納米藥物/基因載體在體內(nèi)傳輸過程中，必須克服重重生理障礙來(lái)實(shí)現(xiàn)最終的治療效果。對(duì)于系統(tǒng)給藥的體內(nèi)遞送過程，從納米載體注入血液中開始，相繼通過血液循環(huán)，腫瘤富集，組織滲透，細(xì)胞內(nèi)化，藥物釋放，并最終作用于靶點(diǎn)等多個(gè)關(guān)鍵性步驟。在不同階段，納米載體在體內(nèi)環(huán)境中會(huì)遭遇到不同的生理屏障，克服這些不同的生物屏障對(duì)納米載體特征提出了不同的要求。在過去幾十年中，聚合物納米載體從性能單一的體系逐漸向動(dòng)態(tài)、智能方向轉(zhuǎn)變，從而增強(qiáng)最終的治療效果。然而，

2、由于體內(nèi)生理障礙的復(fù)雜性，以及腫瘤微環(huán)境異質(zhì)性，需要探索更加有效的載體設(shè)計(jì)策略。因此，本論文主要圍繞聚合物納米載體在體內(nèi)輸送過程中的障礙，利用并發(fā)展主動(dòng)調(diào)節(jié)和分級(jí)靶向策略，來(lái)實(shí)現(xiàn)聚合物納米載體的高效體內(nèi)傳輸?；诖怂悸?，論文可以進(jìn)一步分為以下五個(gè)主要部分:
　　一、多殼層非病毒PEG化聚陽(yáng)離子基因載體的構(gòu)筑。安全有效的基因遞送載體設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)基因治療的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的非病毒基因載體由于體內(nèi)核酸酶和其他生物分子（如硫酸乙酰肝素）的存在在血

3、液循環(huán)中很不穩(wěn)定，這導(dǎo)致全身基因遞送的效率特別低下。在這里，利用疏水作用來(lái)穩(wěn)定和保護(hù)基于聚陽(yáng)離子嵌段聚合物的基因載體，構(gòu)建了一個(gè)多殼層的非病毒基因載體。通過在室溫下首先將質(zhì)粒pDNA與PEG-b-PAsp(DET)和PNIPAM-b-PAsp(DET)的混合嵌段共聚物之間靜電絡(luò)合(PEG為聚乙二醇，PNIPAM為聚異丙基丙烯酰胺;PAsp(DET)為側(cè)鏈二亞乙基三胺修飾的聚天冬氨酸，可以被用作DNA絡(luò)合的生物相容可降解的高效DNA傳輸載

4、體），然后在體溫下形成最終多殼層聚離子復(fù)合物膠束。由于PNIPAM的溫敏效應(yīng)，體溫下會(huì)坍縮，在PEG外殼層和pDNA核之間形成疏水中間層。這種多層的結(jié)構(gòu)顯示出更緊密的pDNA絡(luò)合能力，增強(qiáng)了對(duì)核酸酶攻擊和聚陰離子交換的耐受性，導(dǎo)致了更長(zhǎng)的血液循環(huán)和腫瘤富集效果以及在腫瘤組織的高效基因轉(zhuǎn)染，負(fù)載治療基因sFlt-1 pDNA的復(fù)合膠束也顯示了較好的抗腫瘤效果。
　　二、去PEG化分級(jí)靶向納米載體的構(gòu)筑。盡管聚乙二醇化納米載體可以在血

5、液循環(huán)中達(dá)到較好地“隱身”效果而被認(rèn)為是很有希望的遞送載體，但是PEG化將阻礙它們與細(xì)胞的結(jié)合，降低細(xì)胞攝取和內(nèi)涵體逃逸的效率。為了解決PEG化納米載體的兩難困境，我們發(fā)展了基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)響應(yīng)性去PEG化的的智能基因(PEG-GPLGVRG-PAsp(DET))和阿霉素藥物遞送載體(PEG-GPLGVRGDG-P(BLA-co-Asp))(GPLGVRG和GPLGVRGDG為MMP可響應(yīng)性裂解短肽;PEG為聚乙二醇，PAsp(

6、DET)為側(cè)鏈二亞乙基三胺修飾的聚天冬氨酸，P(BLA-co-Asp)為部分水解的聚芐基天冬氨酸），在MMP作用下，可暴露出正電荷的核層或靶向細(xì)胞的RGD配體。研究結(jié)果表明，可去PEG化納米載體表現(xiàn)出更強(qiáng)的細(xì)胞內(nèi)化和內(nèi)涵體逃逸，最終達(dá)到了高效的基因轉(zhuǎn)染或更大的細(xì)胞毒性。
　　進(jìn)一步地，構(gòu)建了一種由三嵌段共聚物PEG-GPLG VRG-b-PCL-b-PGPMA（PCL為聚己內(nèi)酯，PGPMA嵌段是一種模擬細(xì)胞穿透肽CPP的側(cè)鏈胍基取

7、代聚合物）自組裝得到的MMP響應(yīng)性不對(duì)稱囊泡。大部分PGPMA（大約90％）分布在囊泡不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的內(nèi)層，可以更加高效的偽裝PGPMA的功能。在MMP-2存在下，囊泡去PEG化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)重排，PGPMA翻轉(zhuǎn)暴露到載體表面（大約75％)。因此，所提出的囊泡系統(tǒng)可以用作一種遞送藥物的動(dòng)態(tài)組裝體，可以特異性在MMP高表達(dá)的組織中，促進(jìn)對(duì)包封藥物的攝取。當(dāng)使用這種囊泡分別將親水性MMP抑制劑和疏水性抗癌藥物秋水仙素包封存囊泡內(nèi)腔和疏水膜內(nèi)，可以同

8、時(shí)實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制的MMP抑制劑釋放和增強(qiáng)的細(xì)胞內(nèi)化。MMP酶的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)和細(xì)胞內(nèi)抗癌藥物的高效遞送最終實(shí)現(xiàn)對(duì)高轉(zhuǎn)移性4T1乳腺癌生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的抑制。
　　三、多級(jí)遞送體系的構(gòu)筑。前面兩章節(jié)旨在解決聚合物納米載體血液循環(huán)、腫瘤富集和細(xì)胞內(nèi)化的障礙，然而在腫瘤實(shí)質(zhì)和間質(zhì)里，納米載體還面臨一個(gè)很重要的問題:組織滲透，這已經(jīng)成為很多納米載體在腫瘤組織層面具有抗藥性的原因。為了克服聚合物納米載體的多重生物屏障，同時(shí)實(shí)現(xiàn)藥物的深層次腫瘤滲透和

9、高效細(xì)胞內(nèi)化等，通過陰離子嵌段共聚物PEG-b-PAsp(EDA-DM)(PEG為聚乙二醇，PAsp(EDA-DM)為側(cè)鏈二甲基馬來(lái)酸酐修飾的聚天冬氨酸）和陽(yáng)離子樹枝狀大分子聚酰胺-胺順鉑前藥(PAMAM-Pt(Ⅳ))之間的靜電絡(luò)合制備了一種多級(jí)藥物遞送系統(tǒng)。由于PAsp(EDA-DM)的酸響應(yīng)電荷反轉(zhuǎn)特性，靜電復(fù)合物膠束在pH6.8下可以釋放出二級(jí)載體PAMAM-Pt(Ⅳ)。結(jié)果證明釋放的小尺寸PAMAM-Pt(Ⅳ)顯示出高效的腫瘤組

10、織滲透和細(xì)胞內(nèi)化能力，隨后在細(xì)胞內(nèi)還原環(huán)境中釋放活性抗癌藥物順鉑。然而，僅僅依靠靜電絡(luò)合作用難以保證聚離子復(fù)合物膠束在體內(nèi)環(huán)境中能夠保持較高的穩(wěn)定性。因此，進(jìn)一步在聚合物中引入了疏水鏈段聚己內(nèi)酯(PCL)以形成三嵌段共聚物PEG-b-PAsp(EDA-DM)-b-PCL。體內(nèi)研究表明，因?yàn)槭杷饔玫拇嬖?，通過PEG-b-PAsp(EDA-DM)-b-PCL膠束和PAMAM-Pt(Ⅳ)形成的靜電復(fù)合載體，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間血液循環(huán)，通過EPR

11、效應(yīng)實(shí)現(xiàn)腫瘤富集，最終在腫瘤組織微酸性環(huán)境下，逐步釋放小尺寸正電荷的二級(jí)載體，達(dá)到深層次組織滲透和高效細(xì)胞內(nèi)化。
　　另一方面，光敏劑納米載體在腫瘤治療中同樣面臨組織滲透和細(xì)胞內(nèi)化問題，此外，腫瘤乏氧環(huán)境也嚴(yán)重影響光動(dòng)力療法(PDT)的效率。為了解決這些PDT的生物屏障，將過氧化氫(H2O2)和樹枝狀大分子光敏劑/光熱劑(CC-PAMAM)負(fù)載到活性氧(ROS)響應(yīng)性聚合物囊泡空腔中構(gòu)建多級(jí)遞送載體。在805 nm和660 nm激

12、光作用下，光熱效應(yīng)將熱不穩(wěn)定的H2O2分解成O2，緩解了腫瘤乏氧環(huán)境;PDT中產(chǎn)生的單線態(tài)氧使囊泡載體解體，從而釋放出光活性的CC-PAMAM，在滲透性很差的高度乏氧的BxPC-3腫瘤中實(shí)現(xiàn)深層次滲透，達(dá)到光敏劑的均勻分布。基于光敏劑的高效滲透和乏氧環(huán)境的改善，BxPC-3腫瘤可以被PDT完全消融。
　　四、自滿足式過氧化氫響應(yīng)性多功能納米載體的構(gòu)筑。與正常組織相比，腫瘤組織具有明顯不同的微環(huán)境特征，為聚合物的內(nèi)源性刺激響應(yīng)提供了

13、可能，如前面章節(jié)發(fā)展的MMP和酸響應(yīng)性聚合物。然而，正常組織和腫瘤組織微環(huán)境之間的特征環(huán)境往往差異很小，而且腫瘤微環(huán)境具有很大的異質(zhì)性，這就妨礙了刺激響應(yīng)性聚合物納米載體或前藥的體內(nèi)應(yīng)用。本章提出了一種主動(dòng)上調(diào)腫瘤組織微環(huán)境的策略，通過多功能聚合物納米載體擴(kuò)大正常組織和腫瘤組織之間的信號(hào)差異，為前藥的高效釋放提供可能。將促氧劑PA（Vc衍生物）共同負(fù)載進(jìn)H2O2響應(yīng)性喜樹堿(CPT)聚合物前藥膠束PEG-b-PCPTOEMA（PEG為聚

14、乙二醇，PCPTOEMA為CPT聚合物前藥），PA賦予了納米載體在腫瘤組織中自滿足式產(chǎn)生H2O2。H2O2的產(chǎn)生被證明特異性的發(fā)生在腫瘤部位，不僅提高了腫瘤的氧化應(yīng)激壓力，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，而且還作為H2O2來(lái)源引發(fā)化療藥物CPT從聚前藥膠束中的釋放。系統(tǒng)給藥治療結(jié)果顯示這種納米載體可以通過協(xié)同氧化-化療實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤生長(zhǎng)的有效抑制。
　　五、“自殺式”治療型納米反應(yīng)器的構(gòu)筑。在各種疾病的治療和診斷應(yīng)用上，酶負(fù)載的納米反應(yīng)器已經(jīng)引起了

15、巨大的研究興趣。本章發(fā)展了具有放大腫瘤氧化療法能力的葡萄糖氧化酶(GOD)負(fù)載的治療型納米反應(yīng)器（theraNR）。theraNR由pH和H2O2雙重響應(yīng)性兩親性聚合物與GOD共組裝得到。theraNR可以成功地將GOD遞送到腫瘤部位并長(zhǎng)期保留酶的活性。在腫瘤微酸和高糖環(huán)境中，可以選擇性地在腫瘤部位發(fā)生酶催化級(jí)聯(lián)反應(yīng)以產(chǎn)生H2O2并同時(shí)刺激theraNR釋放醌甲基化合物(QM)。QM可以與谷胱甘肽(GSH)發(fā)生親核加成以消除GSH。最終