P（CL-LA）-b-mPEG類嵌段共聚物膠束的制備、膠束化行為及藥物釋放性能的研究.pdf

1、兩親性嵌段共聚物在選擇性溶劑中發(fā)生微相分離，可以形成具有疏溶劑內(nèi)核和溶劑化外殼的自組裝結(jié)構(gòu)，即膠束。其中最具藥物控釋應(yīng)用前景的兩親性嵌段共聚物膠束受到科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。為了深入探討高分子膠束在水溶液中的形成機(jī)理及其載藥和藥物釋放特性，本文以兩種具有不同結(jié)晶性能的丙交酯-己內(nèi)酯共聚物P(CL-LA)作為疏水嵌段；具有良好生物相容性的聚乙二醇mPEG作為親水嵌段，合成了一系列兩親性嵌段共聚物，對(duì)該類共聚物的分子結(jié)構(gòu)、凝聚態(tài)性質(zhì)、膠束化行為

2、進(jìn)行了較為深入的研究，并探討了其對(duì)模型藥物的載藥特性和體外藥物釋放動(dòng)力學(xué)。主要研究結(jié)果如下： 首先通過溫和條件下的酯化反應(yīng)，合成了不同分子量的mPEG與疏水性大分子單體P(CL-LLA)和P(CL-DLLA)的兩親性嵌段共聚物。核磁共振(<'1>H NMR & <'13>CNMR)和凝膠滲透色譜(GPC)結(jié)果表明，mPEG和P(CL-LA)鏈通過共價(jià)鍵結(jié)合，形成嵌段共聚物。因此通過此合成方法，可以方便地制備分子結(jié)構(gòu)可控的兩親性嵌

3、段共聚物。 為了能夠深入探討兩親性嵌段共聚物在本體以及溶液狀態(tài)下的凝聚態(tài)性質(zhì)和自組裝行為，利用差示掃描量熱(DSC)和偏振光顯微鏡(PLM)技術(shù)，對(duì)所合成的嵌段共聚物進(jìn)行了非等溫條件下的固態(tài)熱性能的考察。結(jié)果表明，所制備的一系列親疏水嵌段不同的P(CL-LLA)-b-mPEG和P(CL-DLLA)-b-mPEG共聚物，在熱力學(xué)性能上可以分為結(jié)晶性-結(jié)晶性和無定形-結(jié)晶性兩種。嵌段共聚物中mPEG鏈段的分子量對(duì)疏水嵌段P(CL-L

4、LA)和P(CL-DLLA)的固態(tài)熱性能均產(chǎn)生顯著的影響。對(duì)于結(jié)晶性-結(jié)晶性共聚物，(C-L)-E<,11>和(C-L)-E<,20>中P(CL-LLA)嵌段的結(jié)晶程度略高于預(yù)聚大分子單體，而共聚物(C-L)-E<,50>中P(CL-LLA)嵌段的結(jié)晶程度則受到一定抑制。對(duì)于無定形-結(jié)晶性共聚物，(C-DL)-E<,11>和(C-DL)-E<,20>中P(CL-DLLA)嵌段的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T<,g>)隨mPEG嵌段長度的增加而顯著降

5、低；而共聚物(C-DL)-E<,50>中P(CL-DLLA)嵌段的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度則與未發(fā)生共聚的大分子單體鏈段的轉(zhuǎn)變溫度更為接近。另一方面，嵌段共聚物中mPEG嵌段的結(jié)晶程度由于mPEG與P(CL-LA)嵌段間的共價(jià)鍵結(jié)合而受到抑制。但是在(C-DL)-E<,50>中，mPEG<,50>嵌段的結(jié)晶度相對(duì)于其均聚物則明顯增大。在此基礎(chǔ)上，對(duì)所制備的嵌段共聚物在水中的膠束化行為進(jìn)行了詳細(xì)的研究。以透析的方法制備了嵌段共聚物在水中的膠束溶液。

6、利用熒光光譜技術(shù)，測(cè)定嵌段共聚物在水中的臨界膠束濃度(CMC)及熒光探針芘在膠束相和水相中的分配平衡常數(shù)。結(jié)果表明，所合成的六種親疏水嵌段比不同的嵌段共聚物，均具有較低的CMC值，說明這些嵌段共聚物膠束具有在水中的熱力學(xué)穩(wěn)定性。而當(dāng)共聚物中mPEG嵌段分子量相同時(shí)，芘在P(CL-LLA)-b-mPEG共聚物膠束中的分配平衡常數(shù)(K<,v>)低于其在P(CL-DLLA)-b-mPEG共聚物膠束中的值?？紤]到疏水嵌段在這兩種共聚物中具有相近

7、的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，K<,v>值的降低表明了這兩種體系中膠束內(nèi)核具有不同的物理結(jié)構(gòu)狀態(tài)。 光散射粒徑和透射電子顯微鏡(TEM)測(cè)試結(jié)果表明，P(CL-DLLA)-b-mPEG嵌段共聚物在水中所形成的膠束均呈現(xiàn)經(jīng)典的球形形態(tài)，而P(CL-LLA)-b-mPEG三種嵌段共聚物在水中均出現(xiàn)非球形的膠束形態(tài)，即圓柱形膠束。 為了考察膠束內(nèi)核的物理狀態(tài)，我們采用了液氮驟冷加冷凍干燥的方法，制備得到保留水溶液中膠束凝聚態(tài)信息的樣品，并對(duì)其進(jìn)

8、行了DSC和廣角X射線衍射(WAXD)分析。結(jié)果表明，在膠束中，P(CL-LLA)疏水內(nèi)核嵌段以結(jié)晶態(tài)存在，而P(CL-DLLA)內(nèi)核仍為無定形狀態(tài)。 綜合以上結(jié)果分析，我們認(rèn)為內(nèi)核嵌段的結(jié)晶性和疏水性的共同作用是決定P(CL-LLA)-b-mPEG類嵌段共聚物在水中形成圓柱形膠束的主要驅(qū)動(dòng)力。進(jìn)而提出了一種P(CL-LLA)-b-mPEG嵌段共聚物形成圓柱形膠束的可能機(jī)理模型：內(nèi)核的結(jié)晶和外殼親水鏈伸展這兩種能量之間的競爭決定

9、了圓柱形膠束形態(tài)的形成。 以吲哚美辛(IMC)為模型藥物，分別采用透析法和油水乳化(O/W)法，制備包載藥物的嵌段共聚物載藥膠束。利用傅立葉變換紅外光譜(FTIR)和DSC技術(shù)，考察藥物與嵌段共聚物膠束之間的相互作用，并通過溶解度參數(shù)計(jì)算，嘗試對(duì)體系相容性進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，體系中膠束與藥物之間的作用力主要為疏水間的相互吸引力，而IMC在膠束內(nèi)核中，也許以α-晶型存在。 利用紫外光譜法，測(cè)定液氮固定繼而冷凍干燥后的嵌段共

10、聚物膠束中IMC的包載率(DLE)。利用動(dòng)態(tài)光散射(DLS)及TEM技術(shù)，對(duì)包載藥物后的載藥膠束形態(tài)進(jìn)行考察。(C-L)-E<,50>和(C-L)-E<,20>嵌段共聚物膠束在包載藥物后，仍然呈現(xiàn)圓柱形形態(tài)，與空白膠束一致。而包載藥物后的(C-L)-E<,11>共聚物膠束形態(tài)則發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)變。除了圓柱形膠束外，載藥膠束中出現(xiàn)尺寸較大的類球形膠束聚集體，并且隨著濃度的降低，尺寸在200nm左右的較大膠束減少，而圓柱形膠束成為更為主要的形態(tài)

11、。在另一系列中，載入藥物后的(C-DL)-E<,50>嵌段共聚物膠束中仍然呈現(xiàn)與空白膠束一致的球形形態(tài)。而相比于空白膠束，(C-DL)-E<,20>和(C-DL)-E<,11>嵌段共聚物載藥膠束出現(xiàn)了從球形到球形-圓柱形共存形態(tài)的轉(zhuǎn)變，并且隨著濃度的降低，載藥膠束中圓柱形膠束逐漸減少，而球形膠束則成為更為普遍的形態(tài)。以上結(jié)果表明，疏水性極強(qiáng)且具有結(jié)晶性的IMC在膠束內(nèi)核中的載入，對(duì)膠束的表面張力及表面自由能產(chǎn)生了顯著的影響，同時(shí)外殼mP

12、EG親水鏈的分子量也對(duì)膠束的熱力學(xué)穩(wěn)定性產(chǎn)生不同的影響。因而，當(dāng)外殼親水鏈較短時(shí)，體系為了獲得熱力學(xué)上的穩(wěn)定，載藥膠束出現(xiàn)了形態(tài)上的轉(zhuǎn)變，而親水鏈較長的載藥膠束形態(tài)不變。并進(jìn)一步考察了載藥膠束在水中的形態(tài)穩(wěn)定性，結(jié)果表明，IMC在內(nèi)核中的增溶增強(qiáng)了膠束內(nèi)核的疏水性，使得載藥膠束在水中具有很高的形態(tài)穩(wěn)定性。 分別以透析法和O/W法制備包載IMC的嵌段共聚物膠束溶液。利用紫外光譜法，測(cè)定載藥膠束溶液中的初始藥物含量以及37℃水介質(zhì)中

13、藥物從膠束中的釋放動(dòng)力學(xué)過程。結(jié)果表明，以不同的方法制備載藥膠束溶液，藥物在膠束內(nèi)核中的包埋分布過程也隨之不同。而藥物白膠束中釋放的動(dòng)力學(xué)過程，將包括以下幾個(gè)過程：(a)水分子滲透擴(kuò)散進(jìn)入膠束內(nèi)部，使得內(nèi)核溶脹；(b)藥物溶解，從膠束內(nèi)核→外殼→介質(zhì)發(fā)生擴(kuò)散并最終溶出；(c)藥物的溶解-擴(kuò)散-溶出過程中，膠束內(nèi)核的物理結(jié)構(gòu)將受到一定的影響，由于疏水嵌段在水介質(zhì)中發(fā)生一定程度上的“暴露”，膠束的熱力學(xué)平衡將受到影響。 進(jìn)而以不同的

14、釋藥機(jī)理模型對(duì)膠束中藥物的釋放動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行模擬，對(duì)以不同方法制備的嵌段共聚物載藥膠束的釋藥速率進(jìn)行考察。結(jié)果表明，以下幾個(gè)因素對(duì)藥物的釋放速率產(chǎn)生影響：(1)藥物的初始載入量；(2)藥物與疏水內(nèi)核間的相互作用；(3)疏水內(nèi)核的物理狀態(tài)；(4)藥物在膠束內(nèi)核中的分布。同時(shí)也探討了mPEG親水嵌段長度對(duì)藥物釋放速率的影響。結(jié)果表明，當(dāng)以相同方法進(jìn)行藥物包載，且載藥膠束內(nèi)核嵌段相同時(shí)，親水嵌段分子量的增加將引起藥物擴(kuò)散的比表面積的增大，從而