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用于药物载体的刺激响应性聚合物及微凝胶的研究进展

2020-07-11 来源:我们爱旅游
2992 河北医药2014年10月第36卷第l9期Hebei Medical Journal,2014LVol 36 Oct No.19 doi:10.3969/j.issn.1002—7386.2014.19.051 ・综述与讲座・ 用于药物载体的刺激响应性聚合物及微凝胶的 研究进展 崔莹莹 【关键词】刺激响应性;pH敏感;温度敏感;微凝胶;药物传递 【中图分类号】R 915 【文献标识码】A 【文章编号】1002—7386(2014)19—2992—03 在癌症治疗中,目前传统的化疗都是应用一些小 分子制剂,不但能杀死肿瘤细胞,对正常的组织也会产 生危害。因此,人们发展了一系列药物载体,在其表面 连接一些靶向基团,可以特异性的识别并进入到肿瘤 细胞内。除了这种基于主动靶向的药物载体,另外一 类利用被动靶向的药物载体也越来越受到人们重视。 为了使进入肿瘤部位的药物能够快速可控释放,人们 发展了一系列刺激响应性高分子,利用肿瘤部位环境 的不同而释放药物。常见的刺激响应性聚合物¨。 包 PBMA的疏水性和PNIPAM的亲水性而在水溶液中形 成胶束,被包裹抗癌药阿霉素。当温度升高时,由于 PNIPAM链段的收缩,是聚集体发生扰动,其中包裹的 抗癌药被释放出来。 为了使聚合物的LCST具有可调性,人们将NI— PAM与其他的单体进行共聚,通过调节聚合物的亲疏 水性,来调节它的LCST。例如,Neradovic等 将NI— PAM与一种侧链为寡聚乳酸的甲基丙烯酰胺类单体 (HEMA—Lacn,HPMAm—Lacn)进行共聚,利用侧链乳酸 的数目,来调节它的疏水性,从而可以调节聚合物的 LCST。其实HPMAm.Lacn本身就具有很好的温敏特 性,将HPMAm-Lacl与HPMAm— c2进行共聚,可以 有效的调节共聚物的LCST;同时将PEG连接到该聚 括:温度、pH、氧化还原以及光响应性的聚合物等,其 中温度和酸敏感的聚合物是研究最为广泛的药物载 体。这类聚合物载体包裹药物,在血液循环中比较稳 定,当进入的到肿瘤组织中后,由于一些外部刺激,使 聚合物解散,其中包裹的药物被迅速释放出来。此外, 刺激响应性聚合物微凝胶在作为药物载体的方面的应 用也越来越受到人们重视。下面主要介绍一下各种刺 激响应性聚合物及微凝胶在药物传递方面的研究 进展。 合物上,得到的嵌段聚合物在水溶液中形成胶束,由于 侧链乳酸基团的水解,使胶束发生膨胀和解离。但是 这类丙烯酰胺类的聚合物相转变的可逆性不好。在温 度升高到聚合物的LCsT以上时,酰胺键的存在会使 聚合物链之间形成氢键。当降低温度时,这些氢键会 阻止聚合物链的伸展,因此会出现明显的滞后现 象 。而且它们的生物相容性不是很好,从而限制了 它在生物医药方面的应用。 1温度响应性聚合物 温度敏感性聚合物由于在药物释放,催化和细胞 培养等多方面的潜在应用而受到广泛研究。温敏性的 聚合物在水溶液具有低临界溶解温度(LCST),即在低 温时能够与水形成氢键,从而能够溶解在水中,而温度 升高时,氢键被破坏,聚合物链发生收缩,使聚合物与 水发生相分离。聚N.异丙基丙烯酰胺(PNIPAM) 是 Lutz等 发展了一类侧链包含有寡聚PEG的 温敏性聚合物。它是将寡聚PEG甲基丙烯酸酯的单 体进行聚合,由于聚合物主链的疏水性和PEG的亲水 性形成平衡,使这类聚合物具有LCST。其中PEG链 发展最早的一类温敏性聚合物。由于PNIPAM的 LCST在32℃附近,接近于人体温度,且随环境的变化 段越长,其亲水性越好,LCST越高。将不同长度PEG 的单体进行共聚,通过调节共聚单体的比例就可以在 很宽的范围内调节共聚物的LCST。这类聚合物链之 间没有氢键相互作用,使它具有可逆的相转变。而且 这类非线性的PEG聚合物完全是由生物相容性的寡 聚PEG构成,由于PEG具有非离子性,水溶性,无毒 程度较小,使它被较透彻的研究作为药物载体。例如, Chung等 制备了聚甲基1丙烯酸丁酯(PBMA)和 PNIPAM的嵌段共聚物,当温度较低时,该共聚物由于 项目来源:山东省科学技术研究与发展指导计划项目(编号: 2pIl GGB22004) 以及无免疫性等优点,使它也具有良好的生物相容性。 相对于线性PEG,这类侧链包含有寡聚PEG的聚合物 除了具有温敏性以外,还可以较方便的通过多种聚合 作者单位:271 100 山东省莱芜市,莱芜职业技术学院 医药 笙 书36卷第19期Hebei Medical Journal,2014,Vol 36 Oct No.19 2993 方法,如阳离子、阴离子、开环复分解以及自由基聚合 4刺激响应性微凝胶 的方法得到较高分子量的聚合物。其中自由基聚合, 特别是可控自由基聚合(ATRP,NMP,RAFT)是应用最 为广泛的方法。由于在普通自由基聚合中,单体活性 近年来,聚合物微凝胶由于在药物传递,生物材料 和生化分离等多方面的应用,而受到了广泛关注。它 与宏观凝胶和一些胶束体系一样,可以作为药物缓释 的载体。与宏观凝胶相比,纳米凝胶是尺寸在纳米级 的凝胶,可以采用注射的方法,通过增强渗透保留效应 (EPR)进入到肿瘤部位,而无需进行手术移植。而且, 不同导致聚合物链之间单体的比例差别较大,使得聚 合物的相变区间会较大,因此需要应用可控自由基聚 合的方法,精确控制聚合物的结构,使聚合物链的组成 较为均一,相变区间变窄。 2 pH值敏感性聚合物 由于在肿瘤和发炎的部位以及一些细胞器中,pH 值是偏酸性(5—6)的,人们发展了一类可用于药物载 体的pH值敏感性聚合物,例如一些以组氨酸,吡啶以 及三级胺为疏水链段的嵌段共聚物。在中性的水溶液 中,该类聚合物为胶束的状态,可包裹一些抗癌药物。 而在酸性条件下,由于N的质子化转变为亲水性,使 胶束解离,其中包裹的药物被释放出来。除了基于可 滴定基团的pH值敏感性聚合物,还有一类基于缩醛, 缩酮以及原酸酯基团的酸裂解型聚合物。例如, Gillies等¨ ’" 将PEG的一端连接上树枝状的大分子, 其表面上通过环状的缩醛键连接一些疏水性的苯环, 由于疏水作用力和相互作用使该聚合物形成胶束。在 酸性条件下,这些缩醛键水解,树枝状分子的亲水性增 加,使胶束解离,实现了对它所包裹药物DOX的可控 释放。最近,他还将右旋糖苷进行缩醛化,制成一种酸 敏感的纳米粒子,在酸性的条件下可以释放其包裹的 药物 。Heller等 副将原酸酯键引入聚合物的主链, 合成了四代聚合物,其水解产生的酸可以自催化聚合 物的降解,其凝胶状的材料目前已经应用于眼科治疗。 3 多重刺激响应性聚合物 为了使聚合物具有更好的刺激响应性,人们还发 展了一些具有双重刺激响应性的聚合物。例如,Jiang 等【1叫将含寡聚PEG的单体和光敏感性单体进行共 聚,得到了具有温度和光双重响应性的聚合物。Gao 等Ⅲ 将温敏和pH值敏感的树枝状分子连接到聚合 物侧链上,使聚合物具有温度和pH值双重敏感性,在 不同的pH值下具有不同的相变温度。Huang等¨ 』 发展了一类酸裂解型的温敏聚合物,引入酰胺键为温 敏基团,原酸酯键为酸敏基团。将该聚合物连接一段 PEG得到嵌段共聚物,升温形成胶束,而在酸性条件 下解离。此外,Klaikherd等 发展了一类三重刺激响 应性的嵌段聚合物,以PNIPAM作为温敏嵌段,以侧链 含缩醛键的聚合物作为酸敏链段,两链段中间用还原 性敏感的双硫键连接。 它具有较大的比表面积,可以对外界刺激做出迅速响 应,同时具有较快的药物释放速率。相对于胶束体系, 纳米凝胶具有稳定性好,包藏量大等优点,而且既可以 包裹疏水性药物也可以包裹蛋白质,DNA等生物大分 子。因此,微凝胶可以作为理想的药物传递体系。 为了应用于药物载体,人们设计合成了一系列刺 激响应性的微凝胶,例如温度、pH值、氧化还原、生物 分子敏感等。聚N.异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)是研究 最为广泛的一类温敏性微凝胶,对其进行修饰,可以有 效的调节其LCST ,同时盐浓度对其LCST也有较大 影响 。一些对生物分子如葡萄糖敏感的微凝胶也 被广泛研究。例如将NIPAM与含有苯硼酸的单体共 聚,可以得到温度和葡萄糖双敏感性的纳米凝胶 引。 由于肿瘤部位和人体正常部位的物理环境不同, 例如pH偏低以及含有较多的谷胱甘肽等还原性的多 肽,可以设计酸和还原性敏感的微凝胶。例如,Murthy 等 反相微乳液聚合的方法合成了一类用缩醛键 交联的聚酰胺类水凝胶和微凝胶,它在pH=7.4时比 较稳定,而在pH=5时能够发生解离,从而快速释放 其包裹的蛋白质。Chan等 刮利用RAFT聚合的方法 合成了一种用缩醛键交联的聚酯类纳米粒子,其表面 的RAFT引发剂可以继续引发亲水性的寡聚PEG聚 合,得到一种核壳型的纳米粒子,可以包裹释放疏水性 药物。Griset等 用微乳液聚合的方法合成了一种含 缩醛键的甲基丙烯酸类的单体,和少量双甲基丙烯酸 酯的交联剂进行共聚,可以得到一种聚酯类的纳米粒 子。在pH=7.4时,粒子是疏水的,粒径在100 nm左 右,而在pH=5时,缩醛键发生水解,粒子溶胀变成1 000 nm,从而使包裹的药物释放出来。Oh等 利用 反相乳液聚合ATRP的方法合成了双硫键交联的水溶 性微凝胶,在还原性条件如谷胱甘肽的作用下,双硫键 断裂使粒子发生解离。 此外,一些双重刺激响应性的微凝胶也受到了广 泛的研究,例如将丙烯酸和NIPAM共聚得到的温度和 pH双重响应性的纳米粒子 。将含NIPAM的聚合 物用双硫键连接,就可以得到温度和还原性双敏感的 2994 河北医药2014年1O月第36卷第19期Hebei Medical Journal,2014,Vol 36 Oct No.19 微凝胶 …。 5 刺激响应性聚合物作为药物载体的应用前景 15 Heller J,Barr J.Poly(ortho esters)・From concept to reality.Biomacro— molecules,2004,5:1625-1632. 16 Jiang XG,Lavender CA,Woodcock JW,et a1.Multipie micellization and 刺激响应性聚合物在作为药物载体方面有着较广 泛的潜在应用价值。这类聚合物载体可以包裹抗癌药 物,在血液中稳定循环,而在肿瘤部位,由于外界环境 不同,聚合物受到刺激而解离,从而使药物得到可控释 放。用刺激响应性微凝胶来包裹抗癌药物也可以实现 药物在肿瘤部位的可控释放,而且聚合物微凝胶具有 dissociation transitions of thermo-and light・sensitive poly(ethylene ox— ide)一b-poly(ethoxytri(ethylene glyco1)aerylate-co—o—nitrobcnzyl aery— late)in water.Macromolecules,2008,41:2632-2643. 17 Gao M,Jia X,Kuang G,et a1.Thermo—and pH—Responsive Dendronized Copolymers of Styrene and Maleic Anhydride Pendant with Poly (amidoamine)Dendrons as Side Groups.Macromolecules,2009,42: 42734281. 18 Huang XN,Du FS,Ju R,et a1.Novel acid—labile,thermoresponsive poly (methacrylamide)s with pendent ortho ester moieties.Macromo1.Rapid 包裹量大、稳定性好、可包裹亲水分子等优点,因而更 加受到人们的关注。相信在不远的将来,刺激响应性 聚合物可以作为药物载体应用于癌症的治疗当中。 参考文献 l Gil ES,Hudson SA.Stimuli—reponsive polymers and their bioconjugates. 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