基于生物可降解高分子纳米载药体系的设计及其抗肿瘤研究

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1、学校代码10530学号201590140091分类号O63密级博士学位论文基于生物可降解高分子纳米载药体系的设计及其抗肿瘤研究学位申请人周卉聪指导教师张雪飞教授学院名称化学学院学科专业化学研究方向高分子化学与物理二〇一八年六月BiodegradablePolymers-basedCancerNanomedcines:DesignandEvaluationCandidateHuicongZhouSupervisorXuefeiZhangCollegeChemistryProgramChemistrySpec

2、ializationPolymerChemistryandPhysicsDegreeDoctorofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大学博士学位论文湘潭大学博士学位论文摘要癌症是新世纪威胁人类健康的首要顽疾。化学治疗始终是临床上治疗恶性肿瘤的基本手段。然而，目前常用的小分子化疗药物依然存在着诸如非特异性作用明显，药物利用率低下，以及系统毒副作用大等缺陷，大大制约了其成功应用。为了降低化学治疗的毒副作用并增强其治疗效果，我们设计并制备了生物

3、可降解高分子纳米载药体系，并对药物担载后的刺激响应性释放，体内外治疗效果，降低毒副作用水平，以及不同小分子抗癌药物之间的联用效果等进行了考察和评估，希望解决肿瘤治疗中存在的关键问题。具体地：1）以四臂聚乙二醇为基础，接枝（谷氨酸-谷氨酸-天冬氨酸-亮氨酸）的酶敏感四肽间隔，并对阿霉素进行键合，制备了以阿霉素为内核，以聚乙二醇为亲水性壳层的可在肿瘤组织发生酶响应性释放的纳米胶束。在体外释放实验中发现，肿瘤组织高表达酶的加入能大大提高阿霉素的释放速率和释放量，而没有相关酶存在的情况下仅有微量的药物释放出来。在

4、相关酶高表达的人乳腺癌MDA-MB-435细胞系和相关酶低表达的人转移性乳腺癌4T1细胞系进行的细胞毒性实验中，阿霉素/高分子键合药的半抑制浓度比值降低了十倍左右，表明高分子键合药中酶敏感间隔的存在大大提高了细胞毒性。该刺激响应性前药对临床抗肿瘤药物输送有重要的借鉴意义。2）多药耐药是肿瘤细胞保护自身免受化疗药物攻击的重要防御机制，也是导致化疗失败的主要原因，而P-糖蛋白的过表达是肿瘤细胞产生耐药的关键因素。鬼臼毒素是一种天然提取的木脂类抗肿瘤成分，同时具有微管抑制和降低P-糖蛋白表达水平的功能。但由于鬼

5、臼毒素的水溶性很差，毒副作用严重，大大限制了其临床应用。为了逆转耐药肿瘤细胞中P-糖蛋白的过度表达，同时更有效的杀死肿瘤细胞，我们以聚（L-谷氨酸）-g-甲氧基聚（乙二醇）共聚物为基础，利用共聚物中的谷氨酸的羧基与鬼臼毒素的羟基缩合，得到鬼臼毒素的高分子键合药。该键合药能在水溶液中自组装成粒径为100nm左右的胶束。免疫印迹实验表明键合药可以有效抑制人多药耐药乳腺癌细胞（MCF-7/ADR）中P-糖蛋白的表达。细胞毒性实验显示，相比于传统的微管抑制剂紫杉醇和多西紫杉醇，该键合药在不同耐药细胞上的耐药指数（

6、RI）降低57-270倍。最大耐受剂量实验显示高分子键合药的耐受剂量比纯药提高约13倍。在MCF-7/ADR荷瘤裸鼠上的体内抑瘤实验显示键合药具有良好的抑瘤效果和安全性，在不引起老鼠体重下降的情况下获得了82.5%的肿瘤抑制率，表明该高分子键合鬼臼毒素的体系有潜在的抗多药耐药肿瘤应用前景。3）为了解决高分子键合药普遍存在的药物释放过慢，合成困难和结构复杂的问题，我们开发了同时具备结构简单明确和肿瘤内氧化还原响应释放的高分子键合I湘潭大学博士学位论文药。我们首先设计合成了聚乙二醇嵌段聚天冬氨酸共聚物作为高分

7、子主体。然后通过酯化反应将二硫代二丙酸修饰过的鬼臼毒素键合到该高分子上，得到鬼臼毒素的肿瘤组织氧化还原敏感的高分子键合药。体外实验表明该键合药具备肿瘤细胞内敏感的释放行为。免疫印迹实验表明键合药可以有效抑制人多药耐药乳腺癌细胞（MCF-7/ADR）中P-糖蛋白的表达。细胞毒性实验证明该键合药在不同耐药细胞上的耐药指数大大降低。4）为了实现物化性质不同的化疗药物的共输送，我们分别以前文的聚谷氨酸鬼臼毒素键合药和聚天冬氨酸鬼臼毒素键合药为基础，以静电复合和物理包裹两种方式担载阿霉素。将阿霉素与鬼臼毒素联用，是

8、因为鬼臼毒素是一种良好的P-糖蛋白抑制剂，而阿霉素恰恰是P-糖蛋白作用的主要底物之一，二者联合作用从机制上可以达到协同效果。通过MTT实验我们发现共输送药物纳米粒子在细胞层面具有良好的协同效果，协同指数小于0.3。流式及激光共聚焦均显示，共输送的纳米粒子使得阿霉素在人乳腺癌耐药细胞中具有更好的蓄积效果。通过本论文的研究，希望能够设计简单有效的生物可降解高分子纳米载体，解决小分子抗肿瘤药物体内传输的问题；为纳米药物在癌症治疗中存