2.1 自组装胶束/囊泡结构/星型聚合物
CDDS中,常用双亲性的嵌段聚合物作为药物载体的组成分子,在水溶液中,这些分子亲水段朝外而疏水端朝里,疏水端同时与药物分子有作用力,形成一个包裹着药物分子的超分子结构,形式有胶束结和囊泡结构等。使用胶束结构作为药物载体,是源自于某些药物在血液中的溶解度低和致免疫性。采用RAFT技术,可以合成特定结构的聚合物分子,形成特定性能的胶束,显著地提高药物分子在血液中的溶解度,同时减少和消除免疫反应。
通常使用的嵌段共聚物的亲水段是具有生物活性的聚合物,包括如聚乙二醇PEG、聚马来酸酐PHPMA(poly(hydroxypropylmethacrylamide))和聚丙烯酰胺PAM(poly(N-acryloylmorpholine))。这类物质在血液中的生物相容性很好,而且不会引发免疫反应,包裹药物分子通过血液中进行运输到靶点位置再进行药物释放,可以很好的提高药物的利用率,同时避免引发致免的副作用。
Eric 等[12]通过RAFT 合成了聚(甲基丙烯酸甲酯-co-甲基丙烯酰琥珀酰亚胺-b-聚乙二醇)(图2-2)。该共聚物具有良好的双亲性,并且聚乙二醇链的长度可调。在水中,共聚物可以形成以PMMA 为核,PEG 为壳的纳米粒子。用DOTA(1,4,7,10-tetraazacyclodode-canetetraacetic acid,1,4,7,10-四氮杂环十二烷四乙酸)对共聚物功能化,能够螯合放射性64Cu细胞核,使生物和体内的正电子发射断层显像。实验结果表明:随着聚乙二醇链段的增长,纳米粒子与血液的相容性增强。
图2-2 PMMA- co- PMASI- g- PEG的合成
2.2 环境相应的自组装胶束
作为药物的载体,胶束的作用不止在于提高载药量,具有环境刺激响应性的胶束还可以根据周围环境的变化来实现药物的可控释放。近年来针对RAFT制备的胶束、星型分子和支化分子的刺激响应性进行了广泛的研究,这些刺激响应性表现在温度响应、pH响应、光照响应、化学响应和生物细胞响应等。其中,刺激响应性(如温敏性、pH敏感性)组装体的性能可模拟人体生理环境的变化(如病患部位的较低pH值或者较高的体温),同时实现主动和被动靶向给药,用其作为药物载体现己成为药物控释领域的一个研究热点。
N- 异丙基丙烯酞胺(NIPAAM)是最常见的一种温度响应性分子,它在水溶液中表现出独特的温敏行为,其在低温时溶于水,在最低临界溶解温度(LCST)附近时,则迅速实现亲水- 疏水的转变,并且由于其LCST接近人体的生理温度(37℃),所以其可以较好地实现药物的温度响应释放。okano等[13]制备了聚异丙基丙烯酰胺- b- 聚丙烯酸丁酯嵌段共聚物(PNIPAAm- b- PBMA)的组装体,通过透析法将药物导入到组装体内核。在温度低于LCST时,亲水性PNIPAAm嵌段防止生物活性成分与内核药物反应;当温度超过LCST时,PNIPAAm嵌段由亲水性转变为疏水性,其亲水性保护作用消失,从而使组装体核内的药物与生物活性成分反应,达到药物控释的目的。
Discher等[14]使用RAFT方法合成聚环氧乙烷- b- 聚(N- 异丙基丙烯酰胺)共聚物(PEO- b- PNIPAAm)(如图2-3(a))。在温度为25℃时,该聚合物溶于水;在温度为37℃时,其则在水溶液中经组装形成囊泡结构(如图2-3)。由于囊泡具有独特的空腔结构,可将疏水性药物(如Dox或者PKH 26)导入到囊泡的空腔中;当温度低于32℃时,囊泡溶解,将其封装的药物释放出来,改组状结构更适用于药物的靶向输送和释放。(如图2-3(b));
a
b
c
图2-3
PEO- b- PNIPAAM组成的温度响应药物释放胶束(a)使用RAFT方法合成聚
环氧乙烷- b- 聚(N- 异丙基丙烯酰胺)共聚物(PEO- b- PNIPAAm);(b)在不同温度下的胶束形态;(c)温度高于LCST时,形成包裹了药物的高分子胶束;温度低于LCST时,胶
束溶解释放药物
除了温度之外,pH值是最常见的环境刺激因素,具有电解质性质的两亲性嵌段共聚物可以用来实现药物的pH响应释放。一般而言,pH变化导致生物分子的水溶性或构象发生变化是十分普遍的,因此,含有类似结构的合成聚合物也容易对环境pH的变化做出响应[15]。常见的pH敏感的水溶性聚合物是聚弱酸或者聚弱碱,主要包括:聚(甲基)丙烯酸(PMAA)、聚乙烯基苯甲酸(PVBA)、聚氨基酸、聚(4-乙烯基吡啶)(P4VP)、聚(N,N-二乙基氨乙基甲基丙烯酸酯)(PDEAEMA)等。当溶液的pH值在聚合物pKa附近变化时,会导致聚合物链的质子化/去质子化平衡发生移动,从而影响聚合物在水溶液中的溶解性[16]。
Muller[17]等人使用RAFT合成了聚(2-乙烯基吡啶)- b- 聚乙二醇嵌段聚合物(P2VP- b- PEG),在pH> 4.5时,共聚物可经自组装形成囊泡结构,而当pH低于4时,内核嵌段P2VP被质子化,从而使得囊泡结构被破坏,且随着时间逐渐发生解离。这样的pH响应囊泡可以用于抗癌药物的控释:癌症细胞相对于正常细胞来说具有微酸性的细胞液,此囊泡负载抗癌药物可以选择性地在癌症细胞内离解释放,达到定点、缓释的作用,已获得更好的治疗效果。
另外,还可以使用化学响应的聚合物,实现药物的化合物响应刺激。Jia等[18]利用RAFT聚合具有PH响应性和谷胱甘肽响应性的胶束结构(图2-4-b)。他们首先使用2-(2-pyridyldisulfide)ethyl
methacrylate (PDSM) 和N-(2-Hydroxypropyl)methacrylamide (HPMA)为单体,进行了RAFT聚合,得到了带有巯基反应性侧基的双亲性嵌段共聚物poly(PDSM)- b-poly(HPMA) Block Copolymer(如图2-4-a),然后一锅法制得这类嵌段共聚物的胶束,胶束中包裹了抗癌药物分子阿霉素(如图2-4-b);同时由于二硫键的交联作用,此胶束为交联胶束:所以,这种胶束结构在酸性环境下由于羧基的质子化可以释放药物分子,同时在谷胱甘肽等二硫键的还原剂存在下会解聚成为单聚体(如图2-4-c)。
(c)
图2-4 (a)合成带有巯基反应性侧基的poly(PDSM)-b-poly(HPMA) Block Copolymer;(b)一锅法合成得到缀合有阿霉素分子的交联胶束;(c)交联胶束在酸性环境下释放
药物,在谷胱甘肽等还原剂作用下解聚为单聚物
2.3 药物胶束表面官能化
利用RAFT技术对于药物胶束表面的进行修饰,能够极好的促进药物胶束的分子识别过程。RAFT中可以很容易实现嵌段共聚物的α-官能化和ω-官能化,保证胶束和细胞识别配体能够相互偶联,极大促进了药物胶束对于生物细胞的识别过程。使用RAFT技术可以极好实现生物分子的原位官能化,以及直接使用生物分子修饰的RAFT试剂或者生物分子修饰的单体聚合生成双亲性嵌段共聚物。比如Liu等[19]使用RAFT聚合得到了末端带有二硫吡啶基团的双亲性嵌段共聚