基于聚集誘導(dǎo)發(fā)光的響應(yīng)性納米診療載體與光動力學(xué)療法的研究.pdf

1、由于其不可替代的獨特優(yōu)勢，近十幾年來，刺激響應(yīng)性聚合物及其組裝體在納米醫(yī)藥領(lǐng)域備受關(guān)注。隨著新興的納米診療體系概念的不斷發(fā)展，刺激響應(yīng)性聚合物的生物醫(yī)藥應(yīng)用得到了進一步的推進。成像基元與治療基元的有機結(jié)合，與協(xié)同應(yīng)用，成為了該領(lǐng)域重要的發(fā)展方向。本文的研究，著力于將聚集誘導(dǎo)熒光（AIE）的功能分子，引入響應(yīng)性聚合物納米診療載體，評估其腫瘤診療能力。另一方面，基于具有產(chǎn)生單線態(tài)氧能力的聚集誘導(dǎo)熒光分子，構(gòu)建具有響應(yīng)性的光動力學(xué)治療體系，并

2、對單線態(tài)氧的體內(nèi)輸運進行了探索性的研究?；谏鲜鰧W(xué)科背景，本論文在相關(guān)領(lǐng)域開展了以下四個方面的工作:
　　1.利用pH響應(yīng)性的聚集誘導(dǎo)熒光分子研究水溶液中納米組裝體的組裝方式轉(zhuǎn)變。合成了具有pH響應(yīng)性和聚集誘導(dǎo)發(fā)光性質(zhì)的四苯基乙烯(TPE)衍生物TPE-4COOH。這種有機熒光小分子的特征是:在堿性環(huán)境中隨著羧基的離子化過程，形成多價陰離子;在酸性環(huán)境中隨著羧基的質(zhì)子化，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娭行缘亩鄡r氫鍵給體。同時，其具有AIE性質(zhì)的分子內(nèi)核

3、，能夠在聚集狀態(tài)下產(chǎn)生熒光發(fā)射。另一方面，利用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(Atom transfer radicalpolymerization簡稱ATRP)的方法，制備了結(jié)構(gòu)明確的二嵌段聚合物:聚（乙二醇）-b-聚（N,N-二甲基-N-乙基溴化銨乙基甲基丙烯酸酯）(PEG-b-PQDMA)。該聚合物的特點是:PEG嵌段為中性的親水鏈段，同時具有作為氫鍵受體的能力;PQDMA嵌段為帶有正電荷的親水嵌段。在水溶液中，以上述兩組分為組裝基元，通過調(diào)

4、控合適的比例，兩者在堿性條件下通過TPE基團的羧基陰離子與PQDMA嵌段的季銨陽離子的靜電相互作用形成聚離子復(fù)合物(PIC)。在酸化體系的過程中，伴隨著羧基的質(zhì)子化，靜電相互作用逐漸減弱，TPE基團的羧基與PEG嵌段的氫鍵作用逐漸增強，聚離子復(fù)合物組裝體隨之發(fā)生膠束翻轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)闅滏I復(fù)合物膠束。利用響應(yīng)過程中聚集誘導(dǎo)發(fā)光的熒光變化，我們實時跟蹤了組裝體發(fā)生轉(zhuǎn)變的過程。
　　2.利用多功能化的聚集誘導(dǎo)熒光分子構(gòu)建具有高穩(wěn)定性的核交聯(lián)納

5、米診療載體。一方面，以聚集誘導(dǎo)熒光分子為核心，合成了具有反應(yīng)性功能基團的四苯基乙烯(TPE)衍生物TPE-4SH。另一方面，通過ATRP合成了聚寡聚（乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯）-b-聚(N,N-二異丙基基胺乙基甲基丙烯酸酯-co-甲基丙烯酸縮水甘油酯)(POEGMA-b-P(DPA-co-GMA)二嵌段聚合物，該嵌段聚合物以POEGMA為親水鏈段， P(DPA-co-GMA)嵌段為具有pH響應(yīng)性并帶有反應(yīng)性環(huán)氧基團的嵌段。以四巰基功能化

6、的聚集誘導(dǎo)發(fā)光分子(TPE-4SH)為交聯(lián)劑，利用巰基與環(huán)氧的高效反應(yīng)，我們得到了以TPE熒光發(fā)色團為交聯(lián)點的核交聯(lián)膠束core crosslinked(CCL) micelle結(jié)構(gòu)。在這種核交聯(lián)膠束中，由于TPE分子作為交聯(lián)點，其分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)受限，表現(xiàn)出強熒光發(fā)射的特征。另一方面，我們能夠在這種具有pH響應(yīng)的交聯(lián)結(jié)構(gòu)內(nèi)核中負載抗腫瘤藥物分子，并在酸性的腫瘤組織及細胞內(nèi)控制釋放，有效抑制腫瘤細胞的生長。進一步的研究中，我們通過對ATRP引

7、發(fā)劑的化學(xué)修飾引入了能夠發(fā)生Click反應(yīng)的疊氮官能團。通過后續(xù)的化學(xué)偶聯(lián)反應(yīng)，在核交聯(lián)膠束的殼層引入具有MRI成像功能的釓(Gd)絡(luò)合物及具有腫瘤靶向能力的多肽序列pHLIP。通過熒光與核磁共振成像，進一步提升了這一診療體系的適用性;利用靶向多肽的腫瘤富集能力提升了載體在腫瘤部位的積累，促進了載體的細胞內(nèi)在化過程。
　　3.利用具有產(chǎn)生單線態(tài)氧能力的聚集誘導(dǎo)發(fā)光的熒光分子構(gòu)建具有光動力學(xué)療法應(yīng)用的生物可降解水凝膠。二氰基乙烯基改

8、性的TPE分子TPECN具有光譜紅移和產(chǎn)生單線態(tài)氧的能力。通過合成羥基單功能化的TPECN-OH分子，并進一步與短肽凝膠化基元苯丙氨酸二肽FF通過化學(xué)鍵連接。得到的小分子凝膠因子經(jīng)驗證能夠在合適的條件下形成水凝膠。在這種水凝膠中，TPECN分子的分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)受限，表現(xiàn)出強熒光發(fā)射。在氧氣存在的條件下，通過光照，能夠從水凝膠中產(chǎn)生單線態(tài)氧。另一方面，由于TPECN的二氰基乙烯基具有與巰基加成反應(yīng)的能力，賦予了這一水凝膠巰基響應(yīng)的能力，加入細

9、胞內(nèi)普遍存在的還原型谷胱甘肽(GSH)后，利用加成反應(yīng)，GSH與凝膠因子發(fā)生邁克爾加成反應(yīng)。由于GSH基團的親水性，導(dǎo)致原水凝膠發(fā)生凝膠至溶膠的轉(zhuǎn)變，伴隨著TPECN原有聚集誘導(dǎo)發(fā)光的減弱。同時，這一過程破壞了TPECN分子原有的共軛結(jié)構(gòu)，進一步導(dǎo)致熒光的減弱和產(chǎn)生單線態(tài)氧能力的降低。通過在凝膠表面的細胞培養(yǎng)，我們發(fā)現(xiàn)這種水凝膠有良好的生物相容性。而在施加光照的條件下，水凝膠釋放的單線態(tài)氧能夠有效地殺死癌細胞。通過加入GSH這種常見的生

10、物相關(guān)的小分子，我們能夠控制水凝膠的解離和單線態(tài)氧的產(chǎn)生。
　　4.以具有單線態(tài)氧負載能力的吡啶酮基元為基礎(chǔ)構(gòu)建了基于兩親性聚合物納米組裝體的單線態(tài)氧輸運體系。吡啶酮基元具有與單線態(tài)氧分子發(fā)生環(huán)加成反應(yīng)得到過氧內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)的能力，在合適的條件下，化學(xué)鍵負載的單線態(tài)氧能夠釋放并發(fā)揮活性。我們通過合理的化學(xué)設(shè)計與探索性試驗得到了優(yōu)化的負載單線態(tài)氧能力的單體基元StPO。以PEG大分子鏈轉(zhuǎn)移劑為親水嵌段，通過可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移(revers

11、ible addition-fragmentation chain transfer簡稱 RAFT)聚合StPO單體得到了兩親性二嵌段聚合物PEG-b-PStPO。這種聚合物能夠在光敏劑和存在的條件下，通過光照負載生成的單線態(tài)氧。而在黑暗條件中緩慢釋放單線態(tài)氧。釋放的速率可以通過溫度調(diào)控，且該體系在37℃的生理條件下具有較好的釋放效果。在進一步的研究中，我們將該聚合物體系接枝到具有光熱效果的金納米棒表面。通過金納米棒的光熱過程，更加有效