水溶性壳聚糖水凝胶在组织工程和药物释放中的应用

论文摘要

水凝胶由于具有高含水量、良好的生物相容性和类似组织的高弹性等优点,已经在组织工程和药物缓释领域中得到了广泛的应用。论文第一章对常用的水凝胶天然高分子材料和合成高分子材料的结构、性能和应用进行了详细的介绍,同时具体阐述了制备水凝胶的各种物理交联和化学交联的方法。论文第二章研究了巯基官能化壳聚糖（GC-SH）和水溶性的三嵌段共聚物低聚碳酸酯-聚乙二醇-低聚碳酸酯（OAC-PEG-OAC）经迈克尔加成反应,在生理条件下形成杂化水凝胶。水溶性壳聚糖不仅保留了壳聚糖的优点,还明显地改善了其在生理条件下的水溶性。相对于常用于制备水凝胶的聚乙二醇（PEG）和葡聚糖（dextran）,水溶性壳聚糖能够在体内被酶降解排出,具有生物可降解性。水溶性的OAC-PEG-OAC不仅能提供用于迈克尔加成反应所需的丙烯酸酯基团,而且可以调节材料的降解性能和力学性能。该杂化凝胶制备快速（约10 s-20 min）,所需的物质固体浓度低（1.5-4.5 wt.%）。水凝胶的凝胶时间和机械性能还可以通过调节GC-SH的巯基取代度（DS）、溶液pH和聚合物浓度来精细地控制。该杂化水凝胶能够在生理条件下稳定存在,但加入溶菌酶可以促使它降解。值得注意的是,细胞不会粘附在这种水凝胶上面,但通过迈克尔加成反应在生理条件下引入含巯基的生物活性分子GRGDC短肽后,凝胶材料具有类细胞外基质性质,能促进MG63和L929细胞在凝胶表面的粘附和增殖。该杂化凝胶具有可注射性、生物可降解性、生物活性（促进细胞粘附）,有望作为组织工程支架材料定向诱导细胞的生长和分化,从而修复受损组织和器官。论文第三章是将硫辛酸和六氢化邻苯二甲酸酐接枝到水溶性壳聚糖的侧链氨基上,并用接枝后的壳聚糖制备了双敏感（酸敏感和还原敏感）的纳米凝胶用于抗癌药物的包裹和控制释放。硫辛酸的引入一方面为壳聚糖提供憎水基团,使壳聚糖能通过自组装形成纳米凝胶;另一方面提供了可用于交联和还原敏感的硫硫双键。六氢化邻苯二甲酸酐接枝到壳聚糖的氨基后使其转化成羧基,这增加了纳米凝胶在体内循环的稳定性,同时形成的酰胺键具有酸敏感性,在pH 7.4（正常生理）条件下稳定存在,在弱酸性（细胞内涵体、溶酶体）条件下可以很快发生降解。实验证明交联的纳米凝胶明显地提高了凝胶的稳定性:对高度稀释、高盐浓度和有机溶剂都能够保持稳定。这种纳米凝胶可以包裹多柔比星等抗癌药物,有较高的包封率。体外释放结果表明了该纳米凝胶具有pH和还原双敏感响应性。包裹多柔比星的GC-LA4.1-CCA76纳米凝胶,在pH 5.0的条件下,35 h后药物被全部释放出来;而在pH 7.4的条件下35 h后释放的药物只有25 %,同样在pH 7.4的条件下加入10 mM DTT后,多柔比星在35 h内被全部从纳米凝胶中释放出来。该水溶性壳聚糖纳米凝胶制备简单,同时具有良好的生物相容性、可降解性、高效的载药率和可控的药物释放等优点,在癌症治疗的研究领域具有广阔的应用前景。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 水凝胶设计的一般要求
• 1.3 常用的水凝胶高分子材料
• 1.3.1 天然高分子材料
• 1.3.1.1 透明质酸（hyaluronic acid）
• 1.3.1.2 壳聚糖（chitosan）
• 1.3.1.3 葡聚糖（dextran）
• 1.3.1.4 硫酸软骨素（chondroitin sulfate）
• 1.3.1.5 胶原蛋白（collagen）
• 1.3.2 合成高分子材料
• 1.3.2.1 聚丙烯酸（PAA）及其衍生物
• 1.3.2.2 聚乙烯醇（PVA）
• 1.3.2.3 聚乙二醇（PEG）及其衍生物
• 1.3.2.4 聚多肽（polypeptide）
• 1.3.3 复合凝胶
• 1.4 交联方法
• 1.4.1 物理交联
• 1.4.1.1 电荷作用
• 1.4.1.2 憎水作用
• 1.4.1.3 异构复合
• 1.4.1.4 大分子自组装
• 1.4.2 化学交联
• 1.4.2.1 自由基聚合
• 1.4.2.2 功能团的交联反应
• 1.4.2.3 酶交联反应
• 1.5 水凝胶的应用
• 1.5.2 药物释放系统
• 1.6 课题的提出及研究内容
• 参考文献
• 第二章 基于水溶性壳聚糖和低聚碳酸酯-聚乙二醇-低聚碳酸酯可注射性生物可降解杂化水凝胶
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料与试剂
• 2.2.2 巯基官能化的水溶性壳聚糖（GC-SH）的合成
• 2.2.3 低聚碳酸酯-聚乙二醇-低聚碳酸酯（OAC-PEG-OAC）的合成
• 2.2.4 GRGDC 官能化的低聚碳酸酯-聚乙二醇-低聚碳酸酯（（GRGDC）OAPEG-OAC（GRGDC））的合成
• 2.2.5 测试与表征
• 2.2.6 水凝胶的制备和流变分析
• 2.2.7 凝胶含量
• 2.2.8 水凝胶形貌表征
• 2.2.9 水凝胶的溶胀和酶降解
• 2.2.10 细胞粘附性实验
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 巯基水溶性壳聚糖（GC-SH）的合成与表征
• 2.3.2 低聚碳酸酯-聚乙二醇-低聚碳酸酯（OAC-PEG-OAC）的合成与表征
• 2.3.3 水凝胶的流变分析
• 2.3.4 不同DS、pH 和浓度对水凝胶的影响
• 2.3.5 凝胶含量
• 2.3.6 水凝胶的形貌
• 2.3.7 水凝胶的溶胀和酶降解
• 2.3.8 细胞实验
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 用水溶性壳聚糖构建新型双敏感（还原敏感和pH 敏感）纳米凝胶及其对Doxorubicin 的控制释放
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 合成水溶性壳聚糖-硫辛酸衍生物（GC-LA）
• 3.2.3 合成水溶性壳聚糖-硫辛酸-六氢化邻苯二甲酸酐衍生物(GC-LA-
• 3.2.4 测试与表征
• 3.2.5 GC-LA-CCA 纳米凝胶的制备和表征
• 3.2.5.1 GC-LA-CCA 纳米凝胶的制备
• 3.2.5.2 GC-LA-CCA 纳米凝胶的表征
• 3.2.6 纳米凝胶的交联及解交联
• 3.2.6.1 纳米凝胶的交联
• 3.2.6.2 纳米凝胶的解交联
• 3.2.7 GC-LA-CCA 纳米凝胶的载药及包封率的测定
• 3.2.7.1 纳米凝胶的载药
• 3.2.7.2 DOX 包封率的测定
• 3.2.8 GC-LA-CCA 载药纳米凝胶的体外药物释放
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 GC-LA 的合成与表征
• 3.3.2 GC-LA-CCA 的合成与表征
• 3.3.3 GC-LA-CCA 纳米凝胶的表征
• 3.3.4 GC-LA-CCA 纳米凝胶的降解
• 3.3.5 交联和未交联的GC-LA-CCA 纳米凝胶的稳定性
• 3.3.6 药物释放
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 全文总结与展望
• 4.1 全文总结
• 4.2 研究展望
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文
• 致谢