《还原型药物载体研究进展》.docx

还原型药物载体研究进展 智能药物载体是指能转变药物进入人体内的方式和分布、掌握药物释放速度并将其输送到靶器官的体系该体系可防止药物在短时间内降解、失活、排泄以及发生人体免疫反应[1,2]药物分子与载体通常有两种交联方式:其一是药物分子与载体经过共价键结合,即化学交联;其二是载体经过静电吸引、包埋等非共价键分子间作用力与药物分子结合,即物理交联近年来,文献[35]报道了pH响应型、温度响应型等智能药物载体还原响应型的智能药物载体由于其高效的释放效果也引起了人们极大的眷注[6] 还原响应型的药物载体是经过在载体与药物分子之间用具有还原响应性的二硫键衔接或用二硫键连结的两嵌段共聚物与药物分子在溶剂中自组装形成纳米结构的微粒给药系统二硫键具有如下特点:在人体的正常体温、pH和氧化等环境下突出稳定,在必定量的谷胱甘肽(GSH)还原酶或二硫苏糖醇(DTT)等还原剂存在下被还原生成巯基细胞内外恰好存在氧化还原电位,细胞内的谷胱甘肽浓度(0.5～10mmol·L1)是细胞外谷胱甘肽浓度(2～20umol·L1)的200倍以上,细胞外的谷胱甘肽浓度不足以还原二硫键[7]此外,肿瘤组织细胞比正常组织细胞缺氧,更具有还原性环境。

因此,含有二硫键的药物和载体经过细胞内吞作用进入靶细胞后被GSH还原,即衔接药物和载体的二硫键断裂生成巯基,进而有效迅速地释放药物,载体材料如聚乙二醇(PEG)、聚己内酯(PCL)、聚苯硫醚、聚乙烯亚胺(PEI)、碳纳米管和聚赖氨酸等大都可生物降解,对细胞毒副作用小,输送药物至靶细胞后便可分解或经其他组织代谢排出体外,是抱负的药物载体[8] 1与药物分子鉴于共价键结合的还原响应载体很多药物分子含有氨基或羧基的支链,可以经过生成肽键的方式对药物分子进行吡啶巯基修饰,然后经过二硫键交换反应可以制备以二硫键衔接的药物与载体偶联物讨论表明,药物经过这种修饰后并没有降低活性,反而提高了在运输过程中的稳定性,削减了流失,提高了药效[9]但是,若直接用巯基功能化的载体分子与巯基功能化的药物分子在氧化条件下进行偶联,不仅会使部分药物分子失活,而且会得到3种二硫键偶联产物:药物分子间偶联物、载体分子间偶联物以及药物分子与载体分子偶联物为了得到药物分子与载体分子的偶联物,可以用2-巯基吡啶功能化的载体与巯基化的药物分子进行偶联[10] 1.1与药物偶联的还原响应性聚合物载体Ranucci等 经过采纳二硫键连结的方式制备聚丙烯酰胺和胆固醇的偶联物。

结果表明,该偶联物能在水中自组装成粒径为110～260nm的核壳结构的粒子,胆固醇负载量约为16.4%亲水的聚丙烯酰胺在壳层,亲油的胆固醇在核层细胞试验表明,该偶联物具有良好的生物相容性和生物降解性,毒副作用还有待进一步讨论聚丙烯酰胺胆固醇的偶联分子见图1(依据文献[11]重绘) Flanary等[12]报道了用聚2-丙基丙烯酸经过二硫键的方式交联卵清蛋白详细地,用聚2-丙基丙烯酸巯基乙酸酯与二硫代二吡啶经过二硫键交换反应生成聚2-丙基丙烯酸巯基乙酸酯吡啶二硫化物(PPAA-SS-PDSA),再与巯基化的卵清蛋白经过二硫键交换反应生成聚2-丙基丙烯酸卵清蛋白二硫化物(PMAA-oalbumin)的偶联物讨论表明,这种偶联物不仅在pH=6～6.5区间有pH响应性,而且还具有还原响应性,卵清蛋白负载量约为53%在巨噬细胞和B3ZT细胞培育液中加入必定浓度的该偶联物后,没有发觉这两种细胞数目削减,说明该偶联物细胞毒性很小,生物相容性较好,从提高CD8免疫细胞的数量来看,交联后的卵清蛋白活性比自由的卵清蛋白还要高22倍 Vlies等[13]用吡啶二硫功能化的聚苯硫醚纳米粒和带巯基的小分子、生物素、多肽以及蛋白等药物经过二硫键交换反应制备了粒径在30～50nm之间的纳米粒交联物,交联后粒子粒径转变量小于25nm,药物分子的性质并未转变,在磷酸三(2-氯乙基)酯还原剂下断裂二硫键迅速释放药物,这种药物载体在药物运输方面有很大的应用前景。

Navath等[14]报道用巯基修饰的六臂聚乙二醇(6-Arm-PEG-SH)和S-S''''-二巯基吡啶N-乙酰半胱氨酸(NAC-TP)在磷酸缓冲溶液(PBS)中合成了一种星形聚合物载体－六臂聚乙二醇二硫乙酰半胱胺酸聚合物(6-Arm-PEG-SS-NAC),粒径为30～40nm,分子质量10.33kD细胞试验表明,这种偶联物在2～10mmol·L1谷胱甘肽浓度中2h内释放75%的NAC这种载体可以增加NAC的水溶性,提高了药物在血液中的运输本领,削减了药物流失,增加了药效6-Arm-PEG-SS-NAC的合成及在细胞内被GSH还原释放HS-NAC的提醒图见图2(依据文献[14]重绘) 1.2与药物偶联的还原响应性碳纳米管最近碳纳米管的生物医学应用价值备受眷注经过对碳纳米管进行修饰并且与生物活性物质共价结合,可用于药物和生物大分子传递系统[15]讨论结果显示,利用碳纳米管负载抗肿瘤药物阿霉素,具有很高的负载容量和对肿瘤细胞有较高的选择性,进而能够延长阿霉素在血液中的循环时间、增加肿瘤组织对其的汲取、提高功效并显著地降低毒副作用[16,17]经巯基修饰的碳纳米管与药物经过二硫键结合后具有还原响应性。

You等[18]报道了经过二硫键将牛血清蛋白连结在碳纳米管上详细做法是,在硝酸酸化的条件下,对碳纳米管外围进行羧酸功能化,再将羧酸基团与二硫代吡啶功能化的半胱胺在二环己基碳二亚胺(DCC)的作用下进行缩合生成酰胺键,然后经过二硫键交换反应把牛血清蛋白以二硫键衔接在碳纳米管表面结果表明,这种碳纳米管修饰的牛血清蛋白的性质没有转变,它的释放速率由细胞中的谷胱甘肽浓度掌握 1.3与药物偶联的还原响应性聚赖氨酸聚赖氨酸作为载体具有如下优点:对生物膜有良好的穿透力,不被溶酶体分解,巯基修饰后生理效应不会转变,在人体内可分解为人体必需的赖氨酸聚赖氨酸分子含有1个氨基可以与N-琥珀酰-3-联巯基吡啶(SPDP)生成肽键进行巯基修饰甲氨蝶呤(MTX)具有细胞毒性,经过将其与聚赖氨酸偶联后毒性降低,功效却大大提高该药物载体进入细胞后,衔接甲氨蝶呤与载体的二硫键被还原断裂进而释放甲氨蝶呤[19]Lim等[20]讨论了含聚赖氨酸侧链的类似穿膜肽的多肽和半胱胺用二硫键交联后在细胞中的行为,并用高效液相色谱(HPLC)跟踪二硫键交换反应过程,发觉其在细胞中二硫键的裂解和形成处在动态平衡状态这种多肽释放半胱胺后被排出细胞外,在细胞外可再与半胱胺结合又进入细胞,为寻觅一种可循环利用的药物载体供应新的思路。

聚赖氨酸和半胱胺结合的平衡可逆过程见图3(依据文献[20]重绘) 2与药物分子鉴于非共价键结合的还原响应载体 2.1还原响应性的纳米聚合物胶束聚合物胶束是一类由两亲性嵌段共聚物形成的胶束体系在水溶液中,当两亲性嵌段共聚物或A-B接枝共聚物的亲水嵌段长度较长时,共聚物能形成核壳球形胶束[21]两亲性嵌段共聚物的临界胶束浓度(CMC)值越低,形成的胶束在介质中越稳定,即使在低浓度下,也能持胶束状[22]用二硫键衔接的两嵌段共聚合物与疏水的药物分子在水中自组装成胶束后便具有还原响应性 钟志远等[23]报道了用亲水的聚乙二醇和疏水的聚己内酯合成了生物可降解的(聚乙二醇)-二硫-(聚己内酯)两嵌段共聚合物(PEG-SS-PCL)讨论表明,该嵌段聚合物在水溶液中能与阿霉素自组装形成粒径在200nm左右的胶束,CMC为9.3μg·mL1,包封率达到60%在GSH为10mmol·L1条件下,模拟人体生理环境的细胞试验显示,这种载体可在12h左右释放95%包裹的阿霉素,而在非还原性条件下12h只有20%阿霉素释放出来该课题组[24]在此讨论基础上用葡聚糖代替聚乙二醇合成了(葡聚糖)-二硫-(聚己内酯)两嵌段共聚合物,包裹阿霉素后粒径没有很大转变,仍在30～50nm之间,而包封率由以前的60%提高到了70%。

在GSH约为10mmol·L1条件下,模拟人体生理环境,发觉10h左右可以完全释放阿霉素,由于葡聚糖比聚乙二醇具有更好的生物相容性和水溶性,所以药物释放速度更快,抗癌效果更好(依据文献[24]重绘)Tang等[25]报道合成了聚己内酯和聚乙基乙烯磷酸酯(PCL-SS-PEEP)两嵌段共聚合物,详细是在辛酸亚锡的催化下进行己内酯的开环聚合,然后与2-巯基乙醇生成巯基化的聚己内酯(PCL-SH),乙基乙烯磷酸酯开环聚合后的产物与2-(2-吡啶二硫)乙醇反应生成聚乙基乙烯磷酸盐(PEEP-Py),PCL-SH和PEEP-Py在氮气的庇护下经过硫硫键的交换反应生成了还原响应性的PCL-SS-PEEP两嵌段聚合物,该聚合物与药物分子在水中自组装成70nm左右的胶束,其CMC约为3.1mg·mL1,包封率为28%讨论表明,包裹阿霉素后能提高对A549肿瘤细胞的抑制作用,改善抗肿瘤药物的功效,但该载体对阿霉素包封率低Kim等[26]讨论了聚乙二醇单甲醚和聚己内酯用3个半胱胺偶联的聚合物(mPEG-Cys-PCL)和阿霉素在水中的自组装,发觉该聚合物在其较低的临界浓度(0.07mg·mL1)下能形成210nm左右的胶束,加之半胱胺上的巯基相互交联形成二硫键,导致该载体稳定性较好,阿霉素的包封率为26.8%,在模拟人体血液环境下持续释放阿霉素可达24h,有望在临床上应用。

2.2还原响应性的纳米囊泡与精炼的嵌段共聚合物胶束相比,嵌段共聚物缔合结构纳米囊泡的载药量更大而且可调控,纳米囊泡具有双层膜结构,与细胞膜有良好的相容性和渗透性,可承载的药物类型更广泛纳米囊泡通常是由转变大分子嵌段共聚物的亲水基和相对分子质量的大小而形成的[27]嵌段聚合物中含有二硫键的纳米囊泡在还原条件下二硫键被还原裂解进而使纳米囊泡解体,其中的药物迅速释放出来 Cerritelli等[28]合成了聚苯丙烯硫化物和聚乙二醇嵌段共聚物(PEG17-SS-PPS30)嵌段共聚物,在水中自组装形成120nm囊泡包裹阿霉素,大鼠巨噬细胞株细胞试验显示这种囊泡在细胞中(相当于10mmol·L1DTT还原条件)10min后可检测到用钙黄绿素标记的阿霉素发出的荧光在载药囊泡细胞毒性试验中,并没有观看到细胞显著削减,表明这种载体没有明显的细胞毒性用PEG17-PPS30-PEG17形成的囊泡包裹阿霉素做对比试验,在2h后才检测到微量的荧光,这可能是由于囊泡溶胀致使阿霉素释放出来由此可知,还原响应性的囊泡能飞速释放药物,这对临床应用迅速杀死癌细胞具有乐观的意义PEG17-SS-PPS30的合成路线见图5(依据文献[28]重绘)。

图5PEG17-SS-PPS30的合成路线[28]Park等[29]讨论用表面巯基修饰的葫芦[6]脲(CB[6])制备还原响应性的纳米囊泡这种纳米囊泡负载阿霉素后经过细胞高选择性的内吞作用进入肿瘤细胞,在肿瘤细胞的GSH还原性环境下二硫键裂解致使纳米囊泡解体进而飞速释放阿霉素 2.3还原响应性的纳米中空微球聚合物中空微球在结构上类似于囊泡,但是中空微球并非由嵌段共聚合物制得,而是用层层自组装(LBL)技术制得还原响应的中空微球是用生物可降解的且带有二硫键的聚合物材料作为球壳,内部负载多肽和蛋白类药物当在细胞内的还原条件下,壳层二硫键裂解释放药物[30]Chong等[31]经过LBL技术构建了聚丙烯酸(PMA)聚乙烯吡咯烷酮(PVPON)二硫偶联的中空微球,壁厚由聚丙烯酸和聚乙烯吡咯烷酮的投料比打算当在细胞还原条件下,二硫键交联的壳层随二硫键的裂解而层层地脱落,进而释放药物Shu等[32]报道采纳LBL技术合成了一种梯级交联的具有还原响应和pH响应的纳米中空微球先用β-环糊精修饰的硅球吸附胱氨酸交联的壳聚糖或巯基修饰葡聚糖形成壳层,再用氢氟酸去掉硅核,牛血清蛋白则留在β-环糊精的空腔里面。

这种微球粒径分布在90～120nm。