单分散氧化还原敏感性及细胞膜仿生纳米药物载体用于肺癌治疗的研究

As one of the leading causes of death among all the malignant tumors in the world, lung cancer becomes the biggest health-killer in China with the serious atmospheric pollution. In lung cacer theray, polymeric nanocarriers have been proved that they can effectively overcome the multidrug resistance, reduce the toxicity of anticancer drugs and enhance the drug efficacy.Based on the fact that polymeric nanocarrier drug delivery system has shown greatly enhanced chemotherapy efficient for cancer therapy, this proposal foucses on the development of a novel monodisperse drug delivery system as targeted drug carriers for smart drug release. Amphiphilic diblock copolymer is supposed to be designed with cell membrane-mimetic poly(2-methacryloyloxethyl phosphorycholine) as hydrophilic segment, cholesterol end capped polylactic acid as hydrophobic block and disulfide bond simply introduced to cross-link two blocks. Through the rigidity of the cholesterol and suitable hydrophilic/hdrophobic length ratio, monodisperse and biomimetic micelles and polymersomes can be self-assembled, which can be used as nanocarriers for delivering doxorubicin.The zwitterionic phosphorycholine is believed to induce the selective internalization of drug-loaded carriers by lunger cancer tissue after systemic administration.Then the high concentration of glutathione in the cancer tissue can result in disulfide linker degradation and realize smart drug release,increase the cytotoxicity and antitumor activity. The monodisperse, biosignal sensitive and good performance against cancers of such polymeric nanocarriers offer a promising platform for the development of smart nanocarriers for cancer therapy application.

肺癌是发病率和死亡率增长最快的恶性肿瘤，随着大气污染的加剧，我国的肺癌发病率仍在不断攀升。在肺癌的治疗研究中，聚合物纳米药物载体被证实可以有效克服肺癌治疗中的多药耐药性，降低抗癌药物的毒性并提高药物效率。本项目针对聚合物纳米药物载体的尺寸单分散性、肿瘤主动靶向富集和智能控释等关键科学问题，设计了一种新型的氧化还原敏感性和细胞膜仿生两亲双嵌段共聚物。嵌段共聚物的疏水段为胆固醇分子封端的聚乳酸；亲水段为细胞膜仿生的聚磷酸胆碱；并在亲疏水段间简易地引入二硫键进行桥连。利用胆固醇分子的强疏水性及调控亲疏水段长度比例，可以制备尺寸单分散的纳米胶束和囊泡，并同时装载和输送抗癌药物阿霉素。利用肺癌组织和细胞处的高浓度谷胱甘肽刺激实现仿生纳米载体的解组装和药物的靶向智能释放，构建基于磷酸胆碱癌症靶向和氧化还原敏感药物释放的智能纳米药物传递系统，实现对肺癌的有效治疗并克服肺癌治疗中的耐药性。

本研究就报告通过合成基于磷酸胆碱的双嵌段共聚物，致力于构建一些列具有高生物相容性和生物可降解性的聚合物胶束。并探索这类胶束作为药物载体系统的潜在应用。研究围绕纳米胶束的组装构建、药物的负载与可控释放、胶束示踪，分别开展了以下工作：(1) 在肿瘤组织处的生物信号中，除了较低的pH外，还有比正常组织高出许多倍的谷胱甘肽。为此，我们设计了胆固醇封端的聚乳酸-二硫键-聚磷酸胆碱共聚物（CPLA-SS-PMPC）用来组装纳米胶束。进一步地，我们将之与PLA-PEG、CPLA-PMPC、PLA-PMPC胶束进行了详细对比。发现：仿生的PMPC胶束表面比PEG表面在细胞内吞方面表现更为优异，有助于载药胶束快速进入癌细胞；刚性疏水分子胆固醇在提高胶束稳定性和载药效率方面具有一定的贡献；氧化还原敏感性二硫键的引入赋予载药胶束刺激响应性，实现了载药胶束在肿瘤组织处的智能控释。(2) 除了可以利用氧化还原敏感的二硫键外，具有pH敏感性的桥连键是另外一种构筑智能纳米胶束载体的选择。为此，我们合成了苯亚胺桥连的聚乳酸-聚磷酸胆碱嵌段共聚物（PLA-Blink-PMPC）。组装成胶束的过程中负载疏水抗癌药物紫杉醇，并且在pH 5.5条件下展现出敏感pH响应性，通过断开桥连键实现药物在肿瘤组织处的快速释放，提高了药物抗肿瘤效率。(3) 合成了两亲双嵌段共聚物聚γ-苄酯-L-谷氨酸-b-聚磷酸胆碱 （PBLA-b-PMPC）。在其自组装的同时，疏水抗癌药物阿霉素（DOX）可以被装载至胶束内核中，最终形成具有粒径为70 nm且窄分布的载药胶束。体外细胞实验显示该载药胶束具有低毒性，且能快速经细胞内吞进入到癌症细胞核附近并将药物进行释放。小鼠动物实验则表明载药胶束在EPR效应下被动靶向至固体肿瘤组织，显示出药物药效增强作用且毒副作用小的优点。(4)在上一研究基础之上，对PBLA-b-PMPC嵌段共聚物进行水解脱苄基，得到了全亲水嵌段共聚物聚L-谷氨酸-b-聚磷酸胆碱（PLG-b-PMPC）。利用抗癌药物顺铂与聚谷氨酸嵌段上羧基的络合作用，构建了负载顺铂的纳米载药胶束。该载药胶束能够在含蛋白质的水性介质中保持稳定。在中性pH 7.4条件下由于顺铂与羧基的络合作用使药物释放缓慢，而在酸性pH 6.0 与5.0条件下羧基质子化则使顺铂快速释放，实现了在肿瘤组织微环境下可控药物释放。