智能稳定型细胞内定位输送纳米药物载体的研究

To achieve safe and effective cancer chemotherapy, pH-responsive benzoic-imine linkages, redox-sensitive disulfide bonds, reactive carboxyl groups as well as folate ligands are incorporated into the design and preparation of biodegradable multiblock polyurethanes. The polymers self-assemble into nanomicelles, and the interlayer of micelle is chemically cross-linked with disulfide-base agents. In this way, a smart and stable nanocarrier is developed for pinpointed intracellular drug delivery, which exhibits non-toxicity, biodegradability, high stability, long circulation, tumor targeting, shell-detachment, enhanced cell internalization, multistimuli-responsiveness and controlled drug release properties. Moreover, the nanovehicle can "switch on" or "turn off" certain functionalities as required, and can ferry anticancer drugs into tumor cells precisely, timely and safely, thus significantly maximizing the therapeutic efficacy. This research will focus on the structure-property relationship of polyurethanes, and systematically investigate the effects of functional switches, such as crosslinking and shell-detachment, on the stability, drug release kinetics, targeting ability and cellular entry mechanism of multifunctional nanocarriers. This study offers a promising targeted delivery system for cancer therapy, and proposes a new strategy towards the design and fabrication of smart nanomedicines.

为了实现安全和高效的肿瘤化疗，本研究通过分子设计，将pH响应的苯亚胺键、氧化还原敏感的二硫键、活性羧基和叶酸靶向分子引入生物可降解多嵌段聚氨酯结构中，并使用含有二硫键的小分子对所形成的聚氨酯胶束壳-核界面层进行交联，制备一种智能稳定型细胞内定位输送纳米药物载体，使其实现无毒、可降解、高稳定、长循环、肿瘤靶向、壳卸载、高效细胞内在化、多重刺激响应和药物控制释放等多种功能，并且能够根据需要"开关"部分功能，从而能够将抗癌药物准确、及时、安全地输送到肿瘤细胞内，达到理想的治疗效果。本课题将系统研究这类新型聚氨酯结构与性能之间的关系和科学问题，并探索该智能聚合物胶束功能"开关"对其行为的影响，如交联和解交联对稳定性和药物控释的影响、PEG外壳屏蔽和脱落对靶向和细胞内在化机理的影响等，提供一种具有临床应用潜力的靶向给药系统，并为智能纳米药物载体的设计提供一种新思路和新手段。

癌症是对人类健康和生命最具毁灭性的疾病之一，传统的化疗手段由于药物的生物利用度低和缺乏选择性，治疗效果非常有限，并且毒副作用大。使用聚合物纳米载体靶向给药是提高药效和降低毒性的主要手段。为了克服体内复杂的生理屏障，将药物准确安全地输送到肿瘤细胞，多功能药物载体的研究具有重要的意义。针对传统二嵌段和三嵌段共聚物载体功能单一、结构和性能不易调控、稳定性不足等问题，本研究首先设计和合成一种具有可控还原敏感性的多嵌段聚氨酯材料，通过调节二硫键在聚合物主链的含量调控聚氨酯胶束的刺激响应性，从而有效控制聚氨酯给药胶束的药物释放速率和抗肿瘤活性。在此基础上，为了实现聚氨酯胶束的多功能化和靶向开关，设计并合成胱胺酸衍生的可点击多功能二胺扩链剂（Cys-PA）和含有pH敏感苯甲酰亚胺键的聚乙二醇单甲醚（BPEG），并以此为原料合成了新型可点击多重刺激敏感多功能聚氨酯。通过自组装制备具有低临界胶束浓度和高载药量的可点击聚氨酯胶束，利用浊度、粒径和形貌变化及药物释放实验证明聚氨酯胶束在正常生理环境下具有较高的稳定性，其药物释放速率缓慢；在pH 6.5条件下PEG外壳脱落，粒径略有增大，但载体仍能保持壳核结构，药物释放速度增加不明显；在细胞内弱酸性和谷胱甘肽（GSH）作用下胶束被破坏，导致药物快速释放。利用点击化学在聚氨酯胶束表面引入叶酸靶向分子，通过细胞实验证实偶联叶酸的聚氨酯载体对肿瘤细胞具有良好的靶向性，且在pH 6.5的弱酸性环境下由于胶束PEG外壳的脱落，其靶向能力和细胞内在化程度显著提高。含有二硫键的多功能胶束相比非敏感胶束能更有效地在细胞内释放出药物，因而具有更高的抗肿瘤活性。为了实现多功能聚氨酯药物载体的可逆交联稳定，合成一种新型还原敏感二叠氮交联剂，通过点击化学对可点击多重刺激敏感聚氨酯胶束界面进行可逆交联。交联后的聚氨酯胶束具有良好的稀释稳定性和刺激响应性，在中性或弱酸性环境中药物释放速度非常缓慢，而在细胞内弱酸性和还原性条件下释放速率显著提高，这说明该多功能聚氨酯交联胶束能够实现药物释放功能开关。此外，交联胶束相比非交联体系能够实现更加高效的细胞内药物传递。本研究为多功能靶向纳米药物载体的设计提供了一种新思路和新手段，所制备的智能聚氨酯胶束具有良好的生物相容性、优异的多功能性，并且能够根据需要实现功能开关，在靶向药物传输和癌症治疗领域具有广阔的应用前景。