不對稱雙層膜高分子囊泡.pdf

1、本研究揭示了一種全新的藥物載體系統(tǒng)——不對稱雙層膜高分子囊泡（polymersomeofasymmetricbilayermembrane）以及構建這一載體系統(tǒng)的新方法—相導向自組裝(phase-guidedselfassembly)。不對稱膜高分子囊泡為生物大分子藥物以自然形態(tài)實現(xiàn)納米或亞微米包封，這一至今仍困擾著本領域科學家的難題提供了合理的解決方案，而相導向自組裝則為自組裝載體的表面生物功能化提供了簡便易行的方法。
　　高分

2、子囊泡的問世為構建包封生物大分子的納米及亞微米聚合物載體提供了新的思路。高分子囊泡是由兩親嵌段共聚物分子形成的雙層膜構成的囊泡，在結構上與脂質體類似，但機械強度遠大于脂質體，且高分子嵌段的化學組成可以根據(jù)需要設計與合成。目前報道的高分子囊泡多數(shù)以聚乙二醇(PEG)為親水端，其對生物大分子的包封基于動力學上的隨機性，包封率很低;更不利的是PEG嵌段對蛋白分子的水力學排斥作用（hydrodynamicrepulsion）過大，導致蛋白的包封

3、率進一步降低（文獻報道只有5％）。另外，水力學排斥的親水環(huán)境同樣會對蛋白藥物產生變性與聚集的熱力學驅動力，這一熱力學驅動力在劑型凍干保存時將隨著降溫過程而加劇。
　　針對這些問題并且受到常規(guī)高分子囊泡的啟發(fā)，我們利用聚乙二醇(PEG)和葡聚糖(DEX)的不同的物理化學性質，采用兩種不同的嵌段高分子PEG-PCL和DEX-PCL，成功地構建了不對稱雙層膜的高分子囊泡，即一種嵌段高分子(DEX-PCL)選擇性地形成內膜，而另一種嵌段高

4、分子(PEG-PCL)選擇性地形成外膜。這種新型的高分子囊泡具有熱力學上不同的內外環(huán)境，囊泡的內水相是對蛋白友好的葡聚糖相，囊泡外則是排斥蛋白的PEG相，因此，可以通過分配率(KP)將蛋白熱力學包封于囊泡的內水相，從而使包封率大幅度提高到90％，同時降低蛋白的自由能（△G=-RTlnKp），提高了蛋白的穩(wěn)定性。
　　本研究設計的構建不對稱膜高分子囊泡的方法——相導向自組裝，利用了親水高分子因混合熵小而形成親水兩相區(qū)的原理，結合兩親

5、嵌段共聚物分子的特點，讓不同的嵌段高分子聽從指揮，不發(fā)生混合而選擇性地形成內外雙層膜，顯示了自組裝上的美妙之處。制備過程中，將預先設計合成的分別以PEG和DEX為親水端的兩種嵌段共聚物，加入PEG和葡聚糖形成的水-水乳溶液中，由于PEG和葡聚糖的不相容性，以DEX為親水嵌段的兩親分子(DEX-PCL)在水-水乳兩相的界面排列，DEX嵌段指向分散相葡聚糖相，而以PEG為親水嵌段的兩親分子(PEG-PCL)則是PEG嵌段指向連續(xù)向PEG相;

6、它們的疏水端則由于疏水性相互作用，交叉排列形成囊泡的疏水層，從而形成具有不對稱雙層膜結構的高分子囊泡。
　　本文首先合成了一系列的具有不同親水嵌段比例(f)的兩親嵌段共聚物PEG-PCL和DEX-PCL，對其結構進行了表征，并首次系統(tǒng)研究了不同fDEX的DEX-PCL在水溶液中的自組裝行為，為不對稱膜高分子囊泡的構建奠定了重要的理論基礎。
　　在此基礎上，我們設計了四個實驗（宏觀相分離速度實驗、嵌段共聚物在水-水乳中的分配實

7、驗、粒徑和共聚物加入量的關系實驗和2D-NOESY-NMR的表征實驗），證明了高分子囊泡的不對稱雙層膜結構。
　　不對稱膜高分子囊泡不僅有較高的包封率，而且能夠很好的保持蛋白的穩(wěn)定性。被包封進高分子囊泡的BSA蛋白在60℃下水浴6h，SEC-HPLC實驗表明，蛋白的聚集率基本沒有變化。將不對稱膜高分子囊泡包封進PLGA微球中，SEM結果顯示，可以得到形態(tài)圓整、粒徑均勻的復合微球。釋放實驗表明，微球中BSA蛋白的釋放接近零級控釋，基

8、本沒有突釋現(xiàn)象，實驗表明不對稱膜高分子囊泡可以很好的改善微球的釋放動力學。
　　針對不對稱膜高分子囊泡對滲透壓耐受性較差的問題，合成了可交聯(lián)的甲基丙烯酸縮水甘油酯衍生化的葡聚糖(GMA-Dextran)，采用內水相原位交聯(lián)的方法來穩(wěn)定囊泡的結構。結果發(fā)現(xiàn)，該囊泡的穩(wěn)定性大大提高，可以經(jīng)受滲透壓的突變（如稀釋10倍以上）而保持雙層膜結構的完整性。
　　實驗中以促紅細胞生成素(EPO)為模型蛋白，考察了蛋白藥物在高分子囊泡中的釋

9、放動力學和釋放后的生物活性。我們得到了一致性很高的蛋白累積釋放曲線和UT-7細胞增殖曲線，說明蛋白的生物活性在高分子囊泡中得到了很好的保持。
　　研究發(fā)現(xiàn)，在PEG/GMA-Dextran溶液的單相區(qū)加入交聯(lián)劑，在激光動態(tài)光散射儀(DLS)下可以檢測到納米級的粒子，說明交聯(lián)后發(fā)生微相分離、析出葡聚糖球。采用新發(fā)現(xiàn)的交聯(lián)微相分離的方法，可以制備300-1200nm的亞微米級的不對稱膜高分子囊泡，并采用DLS和透射電鏡(TEM)對亞微

10、米級的不對稱囊泡進行了表征。包封BSA蛋白的納米級的不對稱膜囊泡的釋放實驗表明，其釋放曲線較好，釋放時間可持續(xù)35h。
　　本文研究結果表明，設計的相導向自組裝的方式可以成功的制備具有不對稱膜結構的高分子囊泡，這種新的不對稱雙層膜高分子囊泡能夠顯著提高蛋白等生物大分子的包封率，保持結構脆弱的蛋白大分子的生物活性;通過調節(jié)制備條件，可以制備從納米級到微米級一系列大小的不對稱膜高分子囊泡;對蛋白藥物的釋放曲線表明它具有良好的釋放動力學