pH逐级响应型多功能纳米药物载体的制备及其抗肿瘤活性评估

Dendrimers and polymeric micelles are of great importance in the anticancer drug carriers. However, their applications are limited due to the unconspicuous EPR effect and the existent cytotoxicity of dendrimers, and the weak cellular uptake capacity and stability of non-cationic polymeric micelles. In this study, we will combine a tumor-targeting micelle with tumor extracellular pH sensitivity and a TAT modified dendrimer prodrug with tumor intracellular pH sensitivity, delivering the drug in a step-by-step way. The micelle is constructed by a block polymer of RGD conjugated polyethylene glycol (PEG) and polycaprolactone (PCL), of which the PEG links 2,3-dimethylmaleic anhydride with a amide linkage, which is stable in normal blood while breaks when the carrier arrives at the tumor cells, so the dendrimer prodrug will be released as the micelle disrupts. Then, the prodrug enters the tumor cell in high cellular-uptake efficiency with the help of TAT, and the drug will be released as the hydrazone linkage between the drug and dendrimer breaks under the intracellular pH condition. This step-by-step release style may provide a new view for the design of intelligent anticancer drug delivery carrier.

树形高分子及聚合物胶束在抗癌药物载体中占据重要的研究地位，但是树形高分子的EPR效应不明显且有一定的生物毒性，而聚合物胶束的细胞摄入能力较弱，包裹药物稳定性欠佳，使二者在相关应用中受到限制。本项目拟采取将具有肿瘤细胞外酸敏感性和靶向性的胶束与肿瘤细胞内酸敏感性的树形高分子前药结合，设计一种层递式pH响应性复合载体，以逐级释放的方式来完成药物输送。胶束由通过2，3-二甲基顺丁烯二酸酐连接的聚乙二醇-聚己内酯嵌段聚合物构成，另修饰有RGD分子，在正常组织血液中可稳定存在，通过主动靶向及EPR效应到达肿瘤细胞外（pHe：6.5-6.8）时，连接键断裂胶束瓦解，释放出内部的树形高分子前药。在细胞膜穿透肽TAT的协助下，前药进入细胞后树形高分子与药物间的腙键在胞内酸性条件下断裂（pHi：5.0-6.0）释放出药物。本项目提出的这种逐级释放的方式会给智能抗癌药物载体的设计提供一种新的研究视角。

据报道，全球每年约有700万人死于癌症，无疑已成为当今危害人类生命的第一杀手。众多的研究人员正从肿瘤学、药剂学、分子生物学及材料学等相关领域来攻克癌症。在药物输送领域，研究者们主要针对药物在肿瘤部位的特异性富集、可控释放来提高其治疗效率，同时降低对生物体的毒副作用。其中树枝形分子为该领域应用较为广泛的一类运输载体。本文希望可以利用对肿瘤细胞内外的酸性环境能够做出差异性响应的连接键来制备复合载体，具体提出：1）利用聚乙二醇-聚己内酯嵌段聚合物材料（PEG-PCL）在树形高分子外层构成胶束，对于外部的聚合物胶束，采取2，3-二甲基顺丁烯二酸酐与氨基端的PEG连接，生成的酰胺键在pH 6.8附近即可断裂，符合肿瘤细胞外的微酸刺激响应条件，继而与PCL共价连接生成对肿瘤外细胞的微酸环境具有刺激响应性的两亲性嵌段聚合物来制备胶束；2）内部树形高分子与药物（以抗癌药阿霉素为模型）之间通过对更低的pH值具有敏感性的化学键连接（如腙键），保证前药分子在细胞外足够稳定，直到进入肿瘤细胞后才释放出药物。.目前，已合成出对肿瘤细胞外的微酸环境具有酸刺激响应能力的PEG-PCL，以及对肿瘤细胞内部的酸环境具有刺激响应能力的PAMAM-Dox-TAT，将二者进行复合，可制备到大约100nm左右的复合物，该复合物在中性条件下能够稳定存在。在酸性条件下（pH6.5），PEG-PCL会分解，从而变成粒径大约为5-6nm左右的树枝形前药分子。并且，该复合物的释放行为也具有逐级的酸刺激响应性，在pH7.4时十分稳定，pH6.5时也并不能释放药物，说明PAMAM与Dox的连接键在细胞外是能够保持稳定，并不会释放药物的。而当pH5.0时，则会导致PAMAM与Dox之间的腙键断裂，继而释放出Dox药物。证明了这种逐级刺激响应性释放的策略是可行的。另外，在细胞层面上也验证了在逐级刺激响应下释放的生物学活性。进一步的小鼠体内实验也证明了这种能够逐步释放药物的复合物颗粒具有更好的肿瘤杀伤效果。.以上结果对优化肿瘤药物的使用效率以及降低其毒副作用具有一定的指导意义。