生物可降解交聯(lián)納米藥物用于腫瘤高效靶向治療與診斷.pdf

1、隨著腫瘤發(fā)病率及死亡率急速增長，尋求高效、安全的治療方式刻不容緩。納米藥物由于提高了抗癌藥物溶解性、延長體內(nèi)循環(huán)時間、通過EPR效應(yīng)增強在病灶部位累積量等優(yōu)點而發(fā)展迅速。其中，Doxil?作為首例納米藥物在1995年被FDA批準主要用于卡波濟式肉瘤、卵巢癌及多發(fā)性骨髓瘤的治療；Abraxane?因提高了PTX的溶解度而在2005年上市，用于臨床治療轉(zhuǎn)移性乳腺癌、胰腺癌及非小細胞肺癌。隨著韓國三陽公司研制的首個聚合物納米藥物Genexol

2、-PM被批準用于卵巢癌、肺癌和乳腺癌，研究者們繼續(xù)推動包括NK911和NK105在內(nèi)的一系列聚合物納米藥物進入臨床試驗，并取得了階段性成果。納米藥物的初步成功鼓勵著人們探究更多多功能納米載體用于腫瘤靶向治療，其中，基于脂肪族聚酯、聚碳酸酯和聚氨基酸的聚合物載體由于優(yōu)越的生物相容性、生物可降解性、無毒的降解產(chǎn)物而受到廣泛青睞。然而，體內(nèi)穩(wěn)定性欠缺、難以在腫瘤部位滲透、腫瘤細胞內(nèi)吞少、細胞內(nèi)釋放緩慢是傳統(tǒng)藥物提高治療效率并走向臨床需翻越的四

3、座大山。除此之外，探究特異性強、高效率、無毒的基因治療及診斷治療一體化多功能納米平臺也是聚合物納米藥物發(fā)展的兩大趨勢。論文第一章對聚合物納米藥物用于腫瘤治療的發(fā)展現(xiàn)狀、面臨的挑戰(zhàn)以及解決方法等作了概述。
　　為此，本論文中我們設(shè)計了腫瘤主動靶向、細胞內(nèi)還原敏感、具有自交聯(lián)功能的生物可降解聚合物膠束和囊泡納米藥物平臺技術(shù)，發(fā)現(xiàn)其在不同腫瘤模型中的優(yōu)異表現(xiàn)，對新型抗腫瘤納米藥物的臨床試驗起到了積極的推動作用。本論文第二章中，我們設(shè)計合

4、成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型二硫戊環(huán)三亞甲基碳酸酯(DTC)，并基于它制備了一系列腫瘤靶向、可逆自交聯(lián)的生物可降解聚合物膠束及囊泡納米藥物多功能平臺。基于DTC我們合成了表面偶聯(lián)cRGD的兩親性聚合物聚乙二醇-b-聚二硫戊環(huán)三亞甲基碳酸酯(PEG-b-PDTC)，制備了載阿霉素的自交聯(lián)膠束納米藥物，用于主動靶向到αvβ3整合蛋白過表達的新生血管及黑色素瘤細胞(B16)。該膠束在生理環(huán)境下穩(wěn)定而在模擬細胞內(nèi)還原環(huán)境下(10 mM GSH)，

5、硫硫鍵斷裂解交聯(lián)，快速釋放藥物；在小鼠體內(nèi)消除半衰期t1/2,β為6.19小時(自由DOX：0.18小時)，6小時后腫瘤積累量為6.13％ID/g，最大耐受量(MTD>100 mg/kg)為自由阿霉素的20倍以上，并對荷B16黑色素瘤小鼠呈現(xiàn)高抗腫瘤活性和低毒副作用，顯示了設(shè)計的優(yōu)越性。
　　膠束納米藥物的成功鼓舞我們在第三章研究自交聯(lián)的聚合物囊泡納米藥物。我們設(shè)計合成了基于DTC和三亞甲基碳酸酯(TMC)的兩親性聚合物PEG-P

6、(TMC-DTC)和cRGD-PEG-P(TMC-DTC)，其疏水鏈可調(diào)控制以適宜囊泡的制備。通過pH梯度法高效裝載DOX·HCl并自交聯(lián)后得到靶向、穩(wěn)定囊泡納米藥物cRGD-PS-Dox(載藥量為15.4 wt.%，120納米)。cRGD-PS-Dox被αvβ3過表達的人腦膠質(zhì)瘤細胞U87MG主動靶向攝取，在細胞內(nèi)和小鼠體內(nèi)有效抑制腫瘤細胞生長(半致死率IC50為1.77μg/mL)。其呈現(xiàn)小鼠體內(nèi)循環(huán)時間長(t1/2,β為4.49小

7、時)、腫瘤富集多(6.78%ID/g)、腫瘤抑制作用強、毒副作用低的特點，拓展了以DTC為基礎(chǔ)的自交聯(lián)囊泡用于抗腫瘤藥物的靶向傳遞，為研究該體系在其他腫瘤模型的治療應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　針對目前全球范圍內(nèi)發(fā)病率及死亡率最高的肺癌，在第四章中基于第三章的自交聯(lián)囊泡，我們分別探究了三種肺癌主動靶向的囊泡納米藥物cRGD-PS-Dox、cNGQ-PS-Dox及cNGQ-PS-DTX，研究了其在A549肺癌皮下瘤和原位瘤模型的靶向治療效果

8、。三者均對A549皮下瘤體現(xiàn)了高腫瘤富集量、強腫瘤抑制能力、長生存期和低毒性。而在荷A549原位瘤裸鼠中的靶向治療效果更佳，尤其是cRGD-PS-Dox和cNGQ-PS-Dox能有效遏制腫瘤增長及轉(zhuǎn)移，治療16天后腫瘤體積縮?。粚π∈笾饕K器無毒副作用；各小鼠在45天實驗期間的生存率為100%，而臨床使用的聚乙二醇化脂質(zhì)體阿霉素里葆多Lipo-Dox雖然也能抑制腫瘤增長但毒副作用大，32天小鼠全部死亡。由此可見，可逆交聯(lián)囊泡無論裝載親水

9、或疏水藥物均不改變表面性質(zhì)，能有效抑制肺癌皮下和原位肺癌增長，向臨床應(yīng)用前進了一大步。
　　這些令人振奮的實驗結(jié)果加之囊泡本身和脂質(zhì)體類似的結(jié)構(gòu)特性，促使我們在第五章將該囊泡納米藥物和里葆多Lipo-Dox在治療惡性卵巢癌方面來進行頭對頭的比較，因后者是卵巢癌臨床治療的一線用藥。我們制備了多肽GE11表面修飾的交聯(lián)囊泡(GE11-PS-Dox)，其中GE11對卵巢癌細胞表面過表達的EGFR受體特異性靶向的。GE11-PS-Dox最

10、大耐受劑量為160 mg/kg，是Lipo-Dox至少8倍，大大提高了治療窗。更令人振奮的是，GE11-PS-Dox在60 mg/kg單劑量靜脈給藥治療荷SKOV-3卵巢瘤小鼠時，可有效遏制腫瘤增長，減小毒副作用，延長小鼠生存期。故GE11-PS-Dox針對納米藥物應(yīng)用中腫瘤滲透性低這一難題，我們在第六章設(shè)計將具有強腫瘤滲透功能、同時能靶向腫瘤新生血管的多肽iRGD偶聯(lián)到囊泡表面得到iRGD-PS-Dox，系統(tǒng)研究了其中iRGD表面密度

11、對血液循環(huán)、腫瘤富集、滲透及治療的影響。iRGD-PS-Dox實現(xiàn)了它在血管豐富、αvβ3整合蛋白過表達的B16腫瘤模型中高效的滲透性及抗腫瘤活性。體內(nèi)外實驗表明，含50% iRGD的iRGD50-PS-Dox有最長的循環(huán)時間(4.19小時)、最高的腫瘤富集量(4.89%ID/g)、最佳的滲透及腫瘤抑制效率、最長的生存期，體現(xiàn)了高腫瘤滲透性囊泡對提高納米藥物體內(nèi)療效的重要性。
　　為替代Lipo-Dox治療卵巢癌提供了可能性。

12、r>　　針對納米藥物應(yīng)用中腫瘤滲透性低這一難題，我們在第六章設(shè)計將具有強腫瘤滲透功能、同時能靶向腫瘤新生血管的多肽iRGD偶聯(lián)到囊泡表面得到iRGD-PS-Dox，系統(tǒng)研究了其中iRGD表面密度對血液循環(huán)、腫瘤富集、滲透及治療的影響。iRGD-PS-Dox實現(xiàn)了它在血管豐富、αvβ3整合蛋白過表達的B16腫瘤模型中高效的滲透性及抗腫瘤活性。體內(nèi)外實驗表明，含50% iRGD的iRGD50-PS-Dox有最長的循環(huán)時間(4.19小時)、最

13、高的腫瘤富集量(4.89%ID/g)、最佳的滲透及腫瘤抑制效率、最長的生存期，體現(xiàn)了高腫瘤滲透性囊泡對提高納米藥物體內(nèi)療效的重要性。
　　生物大分子藥物如核酸和蛋白質(zhì)具有小分子藥物無法比擬的優(yōu)點，包括特異性強和高效無毒等，尤其是小干擾RNA(siRNA)具有直接的抗腫瘤作用。第七章中我們拓展了囊泡納米藥物技術(shù)，設(shè)計了囊泡內(nèi)層為短鏈帶正電荷的支化聚乙烯亞胺PEI的囊泡，其PEI內(nèi)殼可高效復(fù)合siRNA(siRNA-cNGQ/RCCP

14、s)并助其更好逃逸內(nèi)涵體，實現(xiàn)了siRNA的高效體內(nèi)遞送。該囊泡siRNA在體內(nèi)循環(huán)的半衰期為1.78小時，在荷A549原位肺癌裸鼠肺中富集量為4.02%ID/g，復(fù)合治療基因siPLK1后的囊泡可有效抑制腫瘤增長且小鼠中值為54.0天，遠高于其他對照組。該囊泡納米藥物為低毒、高效的生物療法，尤其是基因療法靶向治療腫瘤提供了技術(shù)平臺。
　　癌癥死亡率攀高的重要原因之一就是癌癥缺乏安全有效精準的早期診斷，發(fā)現(xiàn)時已是中晚期且已轉(zhuǎn)移，給

15、癌癥的治療帶來巨大挑戰(zhàn)。包括CT在內(nèi)的非侵入性影像學(xué)診斷方法在臨床上較常使用，但是需要使用大量的造影劑。在第八章中我們制備了基于生物可降解、含碘聚碳酸酯的囊泡納米造影劑，用于腫瘤的診斷及診療。首先我們設(shè)計合成了具有知識產(chǎn)權(quán)的含雙碘的碳酸酯單體2,2?-碘代甲基-三亞甲基碳酸酯(IC)，通過可控開環(huán)聚合得到含碘量高達60.4 wt.%的兩親性聚合物 PEG-PIC和PEG-P(DTC-IC)。制備的PEG-PIC囊泡IPs在相同碘量下在體

16、內(nèi)外的造影效果均優(yōu)于小分子造影劑碘海醇，其體內(nèi)t1/2,β為3.73小時，尾靜脈注射入荷U87MG皮下瘤小鼠中發(fā)現(xiàn)腫瘤處CT值增加了43.2 Hu，而在荷A549原位瘤小鼠中CT值增加量為121.3 Hu，為腫瘤的早期診斷奠定了基礎(chǔ)。接著我們探究了表面偶聯(lián)cRGD、可逆自交聯(lián)囊泡顯影劑納米藥物 cRGD-RCIPs-Dox在荷B16皮下瘤小鼠的診斷與治療。其呈現(xiàn)優(yōu)異的體內(nèi)外穩(wěn)定性，t1/2,β長達6.84小時；尾靜脈注射在荷B16皮下瘤