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壳聚糖季铵盐基载药纳米颗粒的制备及抗肿瘤活性研究
宓英其
Subtype博士
Thesis Advisor郭占勇
2022-05-09
Training institution中国科学院烟台海岸带研究所
Degree Grantor中国科学院大学
Degree Name博士学位
Degree Discipline海洋化学
Keyword壳聚糖季铵盐 纳米颗粒 离子交联 自组装 抗肿瘤活性
Abstract癌症患病率和死亡率逐年增加已成为一个全球性问题,不断挑战人类的医疗保障体系。目前,癌症的主要治疗方式包括手术、化疗和放疗,其中化疗是最有效的方式之一。临床实验证明,大多数化疗药物选择性不高,并不能完全根除癌细胞且会损害健康组织。人们通过研制新药,改变给药途径,发展药物新剂型等手段以期实现抗肿瘤药物的精准靶向定位、高效控释治疗及降低毒副作用。其中,纳米颗粒作为一种新型的给药手段受到人们越来越多的关注。它在提高药物利用度,增强肿瘤靶向性,改善药物稳定性及实现药物缓释等方面均展示出良好的应用价值。壳聚糖季铵盐是一种水溶性良好的多糖类高分子,具有良好的生物可降解性、生物相容性、无毒性、无抗原性及抗氧化性等生物学特性,在纳米给药系统领域应用广泛。本论文通过离子交联法及自组装法制备了四个系列壳聚糖季铵盐载阿霉素纳米颗粒,分别为壳聚糖季铵盐/三聚磷酸钠载阿霉素纳米颗粒、壳聚糖季铵盐/羧甲基壳聚糖载阿霉素纳米颗粒、壳聚糖季铵盐/羧甲基环糊精载阿霉素纳米颗粒及壳聚糖季铵盐自组装载阿霉素纳米颗粒。采用红外光谱、核磁氢谱等表征衍生物的结构,并通过纳米粒度测量仪、扫描电镜、紫外分光光度计等测定纳米颗粒的粒径、zeta电位、表观形貌、包封率及载药率等。利用药物溶出测试仪测定载药纳米颗粒在不同pH条件 (pH=6.8, 7.4, 8.0) 下体外释放行为。采用体外超氧阴离子和DPPH自由基清除实验测试载药纳米颗粒的抗氧化活性。此外,采用CCK-8法测试样品在一系列浓度下对四种肿瘤细胞 (BGC-823、A549、MCF-7、HEPG-2) 及正常小鼠成纤维细胞 (L929) 生长情况的影响,并以此评价载药纳米颗粒的体外抗肿瘤活性及细胞毒性。 首先,以含叶酸阴离子的壳聚糖季铵盐为反应前体,三聚磷酸钠为交联剂,阿霉素为模型药物,制备了壳聚糖季铵盐/三聚磷酸钠载药纳米颗粒。纳米颗粒表面呈球形或近似球形,平均粒径 (85.67±2.04 nm) 较小,不仅具有较高的zeta电位 (+21.06±0.96 mV),且具有良好的包封率及载药率。体外释药效果表明新型载药纳米颗粒具有控制药物释放和延长药物疗效的作用。通过抗氧化活性测试发现纳米颗粒的超氧阴离子和DPPH自由基清除活性显著增强。体外抗肿瘤活性结果表明载药纳米颗粒HACAFNP对肿瘤细胞生长有抑制作用,当样品浓度为25 μg/mL时,其对BGC-823肿瘤细胞的抑制率高达71.19%,显著优于阿霉素对肿瘤细胞的抑制率。此外,细胞毒性结果表明,制备的壳聚糖季铵盐/三聚磷酸钠纳米颗粒作为药物载体能够显著降低被载药物阿霉素对L929细胞的毒性。 其次,以含叶酸阴离子的壳聚糖季铵盐为反应前体,带负电荷的羧甲基壳聚糖为交联剂,阿霉素为模型药物,制备壳聚糖季铵盐/羧甲基壳聚糖载药纳米颗粒,得到的载药纳米颗粒平均粒径为246.89±6.01 nm,多分散系数为22.20±1.40%,zeta电位为+24.57±0.69 mV。在三种不同pH溶解介质中考察载药纳米颗粒的释药行为,结果表明制备的载药纳米颗粒具有一定的缓释性能。与壳聚糖季铵盐/三聚磷酸钠不同,壳聚糖季铵盐/羧甲基壳聚糖载药纳米颗粒表现出明显的pH敏感性药物释放,当溶解介质pH分别为6.8、7.4和8.0时,其累计释放率依次为53.14、48.65和42.38%,即释放介质pH越低,累计释放率越高。与单独阿霉素相比,纳米颗粒具有更高的抗氧化及抗肿瘤活性,且能够显著降低被载药物对L929细胞毒性。综上所述,本章节制备的纳米颗粒粒径均一,分散性、稳定性良好,且具有良好的生物相容性,较高的生物活性和pH敏感释放特性,在纳米给药系统领域具有良好的应用前景。 然后,考虑到环糊精具有疏水腔和亲水壳的独特结构,能够通过非共价作用将药物、蛋白质等多种疏水分子封装到中空截锥状空腔中形成包合物。为了提高包封率及载药率,本章节以含叶酸阴离子的壳聚糖季铵盐为反应前体,带负电荷的羧甲基环糊精为交联剂,阿霉素为模型药物,制备了壳聚糖季铵盐/羧甲基环糊精载药纳米颗粒。纳米颗粒表面形貌为球形或近似球形,粒径分布较窄,粒径较小,分散性及稳定性良好。通过紫外分光光度计计算得到壳聚糖季铵盐/羧甲基环糊精载药纳米颗粒的包封率及载药率分别为31.25±0.59%及75.75±0.57%。相较于利用三聚磷酸钠或羧甲基壳聚糖作为交联剂制备的载药纳米颗粒,以羧甲基环糊精作为聚阴离子交联剂制备的载药纳米颗粒的包封率及载药率显著提高。体外释药行为结果表明制备的载药纳米颗粒均具有一定的缓释性能,且表现出明显的pH敏感释放特性。此外,纳米颗粒具有良好的抗氧化及抗肿瘤活性,在药物载体领域具有广阔的应用前景。 最后,以叶酸为疏水基团,吡啶季铵盐为亲水基团,利用化学改性的方法对壳聚糖进行疏水、亲水端的构建制备两亲性聚合物,以阿霉素为模型药物,在超声辅助下两亲性聚合物在水溶液中自发组装成“壳/核结构”的壳聚糖季铵盐自组装载药纳米颗粒。这种载药纳米颗粒制备方法简单,粒径较小 (163.79±7.31 nm),分散性及稳定性良好。壳聚糖季铵盐自组装载药纳米颗粒包封率及载药率分别为65.04%和22.73%,即其具有良好的包封率及载药率,适用于纳米给药系统的药物递释。体外释放实验表明壳聚糖季铵盐自组装纳米颗粒是一种具有缓释作用及pH响应的纳米给药载体系统。载药纳米颗粒具有良好的抗氧化活性,最高浓度下自由基清除指数接近100%。与阿霉素相比,壳聚糖季铵盐自组装纳米颗粒具有显著提高的抗肿瘤活性,主要取决于其独特的尺寸优势和摄取优势。此外,载体材料具有良好的生物相容性,自组装纳米颗粒作为药物载体能够显著降低被载药物阿霉素对L929细胞毒性。 本论文分别通过离子交联法及自组装法系统地研究了壳聚糖季铵盐纳米颗粒的制备方法,并进行结构表征与活性测试,筛选出粒径小、zeta电位高、载药量高、毒性低且抗肿瘤活性突出的载药纳米颗粒,为壳聚糖季铵盐基载药纳米颗粒的研究奠定基础。
Pages124
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.yic.ac.cn/handle/133337/30839
Collection中科院烟台海岸带研究所知识产出
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GB/T 7714
宓英其. 壳聚糖季铵盐基载药纳米颗粒的制备及抗肿瘤活性研究[D]. 中国科学院大学,2022.
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