聚乙烯吡咯烷酮纳米药物传输系统研究

论文摘要

纳米技术在基础研究,临床应用,疾病诊断等领域的蓬勃发展显示了其巨大的应用潜力。其中,采用生物相容和生物可降解的高分子纳米粒子进行药物传输是当今化学、材料及医药领域的研究热点。使用两亲性嵌段共聚物制备的纳米粒子有着亲水的外壳和疏水的内核,可以在内核中包裹疏水药物并在一定时间内逐步释放出药物。亲水性的聚乙二醇（PEG）常常被用来修饰纳米粒子的表面,并表现出了多方面的优势。然而,随着研究的深入,PEG的缺点也逐渐显现出来,寻找替代PEG的候选材料成为当今化学、材料和医药的重要课题。聚乙烯吡咯烷酮（PVP）是一种应用广泛的生物相容的高分子材料。它在抗菌药剂,造影探针甚至药物偶联方面均有应用。然而,传统自由基聚合的PVP的分子量并不可控,并且很难生成可用于功能化的端基。在本论文中,我们使用了新的合成手段：链转移自由基聚合和活性自由基聚合,包括氮氧自由基聚合（NMP）,原子转移自由基聚合（ATRP）和反向加成链段断裂转移聚合（RAFT）来探索PVP的控制聚合,并期望合成具有活性的功能化端基。将含有功能化基团的PVP纳米粒子应用于生物医学领域,包括对H22荷瘤小鼠的被动靶向和主动靶向研究。本论文包括四个部分：1.通过优化链转移剂硫醇和异丙醇的添加量制备了单羟基化的聚乙烯吡咯烷酮。使用MALDI-Tof-MS对高分子的结构进行了鉴定,确认了峰的归属,并合理地解释了链转移聚合的机理。将合成的端羟基化的聚乙烯吡咯烷酮作为大分子引发剂通过开环聚合进一步制备了聚乙烯吡咯烷酮b-聚己内酯（PVP-b-PCL）嵌段共聚物。2. PVP-b-PCL被用来包裹紫杉醇。制备的负载紫杉醇的PVP-PCL纳米粒子的大小为100nm,其载药量大于28%,包封率大于85%。体外细胞毒性研究表明负载紫杉醇的纳米粒子具有明显的抗癌效果,小动物近红外荧光成像实验表明负载紫杉醇的纳米粒子可通过EPR效应在小鼠肿瘤部位富集。同时体内实验显示负载紫杉醇的纳米粒子具有比自由药更好的抗肿瘤效果。3.应用NMP, ATRP和RAFT三种活性自由基聚合技术制备分子量（MW）和分子量分布（MWD）可控的双端基功能化的PVP。MALDI-Tof-MS,GPC和NMR技术用于鉴定合成的PVP。研究发现RAFT法能够有效制备双功能化的,分子量可控的PVP。功能化端基可以是酯键,羟基,炔基,醛基和巯基。4.通过两步反应将RAFT试剂接枝在PCL的端基上,并成功调控了N-乙烯吡咯烷酮的聚合。生成的嵌段共聚物PCL-b-PVP的活性链端基可进一步修饰生成羟基或者醛基,用于偶联荧光染料和肿瘤靶向分子iRGD。由此获得了表面功能化的PVP-PCL纳米粒,其主动靶向能力得到了近红外荧光活体成像的证实。5.制备了负载紫杉醇的表面功能化PVP-PCL纳米粒子,其载药量为15%,包封率大于90%。并通过体外/体内实验考察了PVP-PCL纳米粒子的基本理化性质及PVP嵌段的链长和iRGD的偶联情况对于纳米粒子循环能力和抗肿瘤效果的影响。通过近红外荧光活体成像数据对纳米粒子在血液中的循环半衰期以及在H22荷瘤小鼠体内的特异性富集情况进行了半定量分析。在此基础上又通过免疫荧光技术对表面功能化PVP-PCL纳米粒子在肿瘤组织中的渗透能力进行了评估。实验表明表面功能化的载药PVP-PCL纳米粒子具有集被动靶向、主动靶向和瘤内穿透于一体的特性,并具有显著的抗肿瘤能力。

论文目录

中文摘要

Abstract

第一章绪论

1.前言

2.聚乙烯吡咯烷酮的传统制备方法

2.1 自由基聚合及优缺点

2.1.1 非理想情况下自由基聚合NVP的动力学

2.1.2 链引发和链增长

2.1.3 链转移

2.1.4 链支化

2.1.5 链终止

2.2 活性自由基聚合

2.2.1 活性自由基聚合的动力学

2.2.2 氮氧自由基聚合

2.2.3 原子转移自由基聚合

2.2.4 可逆加成断裂转移聚合

2.2.5 钴有机复合物自由基聚合

2.2.6 碲介导的自由基聚合/有机锑介导的自由基聚合

2.3 非自由基反应

2.4 其它功能化PVP的方法

3.高分子纳米药物传输系统

3.1 高分子纳米药物传输系统的优势

3.2 高分子纳米药物传输系统的被动靶向

3.3 高分子纳米药物传输系统的主动靶向

3.4 延长高分子纳米药物传输系统的体内循环时间

3.5 聚乙二醇的优缺点

3.6 聚乙烯吡咯烷酮纳米载药系统的机遇和挑战

4.本论文的研究目的、主要内容和创新之处

4.1 本论文的研究目的

4.2 本论文的主要内容

4.3 本论文的主要创新研究成果

参考文献

第二章端羟基聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯吡咯烷酮-b-聚已内酯的合成

1.前言

2.实验部分

2.1 化学试剂

2.2 化学试剂的纯化

2.3 测试仪器与测试方法

2.4 合成部分

2.4.1 合成单羟基链端的聚乙烯吡咯烷酮

2.4.2 合成聚乙烯吡咯烷酮-b-聚已内酯（PVP-b-PCL）

2.5 纳米粒子的制备

3.结果与讨论

3.1 单羟基聚乙烯吡咯烷酮（PVP-OH）的制备

3.2 聚乙烯吡咯烷酮-b-聚已内酯的合成（PVP-b-PCL）

3.3 聚乙烯吡咯烷酮-聚已内酯纳米粒子的制备与性质

4.结论

参考文献

第三章负载紫杉醇的PVP-PCL纳米粒子的制备,表征和体内抗肿瘤效果评估

1.前言

2.实验部分

2.1 化学试剂

2.2 细胞与实验动物

2.3 制备负载紫杉醇的PVP-PCL纳米粒子

2.4 负载紫杉醇的PVP-PCL纳米粒子的表征

2.4.1 紫杉醇含量测定方法的建立及标准曲线的确定

2.4.2 载药量和包封率测定

2.4.3 理化性质表征

2.5 负载紫杉醇的PVP-PCL纳米粒子的体外释放

2.6 负载紫杉醇的PVP-PCL纳米粒子的动力学稳定性测试

2.7 负载紫杉醇的PVP-PCL纳米粒子的细胞毒性实验

2.8 PVP-PCL纳米粒子的近红外活体成像

2.9 正电子发射/电子计算机X射线断层扫描（PET/CT扫描）

2.10 负载紫杉醇的PVP-PCL纳米粒子的体内抗肿瘤效果

2.11 统计学处理

3.结果与讨论

3.1 紫杉醇测试方法的建立

3.2 负载紫杉醇的PVP-PCL纳米粒子的制备和表征

3.3 负载紫杉醇的PVP-PCL纳米粒子中药物的分散状态

3.4 负载紫杉醇的PVP-PCL纳米粒子的体外释放

3.5 负载紫杉醇的PVP-PCL纳米粒子的细胞毒性

3.6 PVP-PCL纳米粒子的体内近红外造影

3.7 PVP-PCL纳米粒子的体内抗肿瘤研究

3.8 荷瘤小鼠的正电子/计算机辅助断层造影

4.结论

参考文献

第四章双功能端基的聚乙烯吡咯烷酮的合成

1.前言

2.实验部分

2.1 化学试剂

2.2 化学试剂的纯化

2.3 测试仪器与测试方法

2.4 合成部分

2.4.1 氮氧自由基聚合的相关合成反应

2.4.1.1 偶氮引发剂的保护

2.4.1.2 氮氧自由基的保护

2.4.1.3 氮氧自由基聚合NVP

2.4.1.4 醋酐催化氮氧自由基聚合NVP

2.4.2 原子转移自由基聚合的相关合成反应

6Tren）的合成'>2.4.2.1 三（2-甲基氨基乙基）胺（Me₆Tren）的合成

6Cyclam）的合成'>2.4.2.2 5,7,7,12,14,14-六甲基-1,4,8,11-四氮杂环十四烷（Me₆Cyclam）的合成

2.4.2.3 N,N,N’-三甲基吡啶-N’-氮甲基乙二胺（TPMEN）的合成

2.4.2.4 ATRP法聚合NVP

2.4.2.5 使用铜丝聚合NVP

2.4.3 反向加成断裂链转移聚合的相关合成反应

2.4.3.1 S-（1-甲基-乙酸乙酯）-O-乙基黄原酸的合成

2.4.3.2 S-（1-甲基-4-羟乙基乙酸乙酯）-O-乙基黄原酸盐的合成

2.4.3.3 S-（1-甲基-4-炔丙酯乙酸乙酯）-O-乙基黄原酸盐的合成

2.4.3.4 RAFT法聚合NVP

2.4.3.5 PVP羟基端基的制备

2.4.3.6 PVP醛基端基的制备

2.4.3.7 PVP巯基端基的制备

3.结果与讨论

3.1 氮氧自由基聚合NVP

3.2 原子转移自由基聚合NVP

3.2.1 使用不同配给进行ATRP聚合

3.2.2 铜盐的配位对聚合物生长的影响

3.3 黄原酸调控的RAFT聚合NVP

3.3.1 PVP的制备,鉴定和a端基功能化

3.3.2 PVP的ω端黄原酸端基的功能化

4.结论

参考文献

第五章功能化PVP-PCL纳米粒子的制备和抗肿瘤效果的研究

1.前言

2.实验部分

2.1 试剂

2.1.1 化学试剂的纯化

2.1.2 细胞与实验动物

2.2 测试仪器与测试方法

2.3 合成部分

5K-OH)'>2.3.1 合成单羟基聚己内酯(PCL_5K-OH)

5K-CTA)'>2.3.2 合成黄原酸端基的聚己内酯(PCL_5K-CTA)

5K-b-PVP)'>2.3.3 合成嵌段共聚物聚己内酯-b-聚乙烯吡咯烷酮(PCL_5K-b-PVP)

5K-b-PVP-OH,PCL_5K-b-PVP-CHO)'>2.3.4 制备含有羟基和醛基功能化端基的嵌段共聚物(PCL_5K-b-PVP-OH,PCL_5K-b-PVP-CHO)

2.3.5 功能化嵌段聚合物的标记

2.4 制备和表征纳米粒子

2.5 制备包裹紫杉醇的纳米粒子

2.6 H22细胞对纳米粒子的摄取

2.7 负载紫杉醇的纳米粒子对 H22 细胞的毒性

2.8 纳米粒子的蛋白吸附能力

2.9 近红外活体影像和纳米粒子的体内分布

2.10 免疫荧光技术评估纳米粒子的肿瘤渗透

2.11 体内抗肿瘤效果

2.12 统计学处理

3.结果与讨论

3.1 合成聚乙烯吡咯烷酮-b-聚己内酯（PVP-b-PCL）

3.2 制备聚乙烯吡咯烷酮-聚己内酯纳米粒子

3.3 细胞毒性与细胞摄取

3.4 纳米粒子的蛋白吸附

3.5 近红外成像和纳米粒子的体内分布

3.6 纳米粒子在肿瘤组织内的穿透

3.7 纳米粒子的体内抗肿瘤效果

4.结论

参考文献

第六章今后的工作以及展望

已发表和待发表论文

致谢

聚乙烯吡咯烷酮纳米药物传输系统研究

论文摘要

论文目录

相关论文文献

猜你喜欢