科学研究计划书

化学化工学院博士研究生科学研究计划书考生姓名::::报考专业::::报考导师::::职称::::2012012012012222年11111111月20202020日-1-一、选题背景及意义药物缓释指用药后能在较长时间内持续释放药物以达到药效；控释指药物能在预定的时间内以预定速度释放，使血药浓度长时间维持在有效范围。药物的缓/控释有以下优点：(1)对半衰期短或需要频繁给药的药物，可减少服药次数，使用方便。特别适用于需要长期服药的慢性疾病患者，如心血管疾病、心绞痛、高血压、哮喘等；(2)使血药浓度平稳，减缓“峰谷”现象，降低药物不良反应发生的频率和严重程度，提高临床用药的安全；(3)缓慢释放增强药物的有效性，药物在口服或注射后释放出有效成分的速度缓慢，吸收速度也较恒定，药物作用维持的时间较长；(4)增强药物的化学稳定性，某些药物口服后易被体内环境所破坏，制成缓控释制剂后可按要求定时、定位释放，提高稳定性。脂肪族聚碳酸酯是一类重要的可降解生物医用材料，具有优异的生物相容性和生物可降解性[1]，目前已经广泛应用于载药体系、组织工程和特殊医用器材领域。传统脂肪族聚碳酸酯通常存在亲水性差、缺少进一步化学反应所需官能团、与生物体细胞和器官相容性较差等缺点。解决这些问题的一个主要途径是在聚碳酸酯中引入官能团或者活性生物分子，来调节聚合物的理化和生理性质，包括亲水/疏水性、细胞膜渗透率、生物粘附能力、生物相容性和降解性等。功能环状碳酸酯单体的合成简便易行，通过二羟基/多羟基化合物和三光气或者氯甲酸乙酯反应即可实现，产物多为六元环和七元环[2-4]。根据二羟基/多羟基化合物的不同来源，主要将功能聚碳酸酯分为三大类：(1)基于丙三醇的环状碳酸酯和共聚物；(2)基于二羟甲基丙酸的环状碳酸酯和共聚物；(3)基于季戊四醇的环状碳酸酯和共聚物。除此之外，还有基于L-酒石酸、多糖、1,3-二羟基丙酮和氨基酸等合成的功能聚碳酸酯[5]。两亲性高分子在水溶液中可通过自组装形成球状、圆柱状和囊泡三种形态，疏水部分可促进水溶性较差类药物的溶解，同时“核壳”结构在人体内能对负载的药物起到一定的保护作用。通过设计高分子的结构还可以实现药物的平稳释放、靶向释放、刺激响应释放等功能，因此开展药物的控/缓释载药体系研究具有重要意义。-2-二、研究现状多数抗癌药物水溶性差，目前普遍采用DMSO，CremophoreEL，Tween80等表面活性剂来溶解药物，但是这些溶剂会损害人体的肝肾并可能引起严重过敏反应[6]。此外，依靠表面活性剂来溶解抗癌药物通常稳定性较差，全身给药后会发生药物沉降而导致无法发挥药效，因此需要发展新型抗癌药物负载。研究发现，在高分子“核壳”载药体系中引入与药物结构相似，具有相容性的“核”结构，会提高载药量并延长药物在载药体系中的保留时间[7-9]，葫芦素(Cucurbitacin)是一类高度氧化的四环三萜类化合物，具有抗肿瘤、抗化学致癌、消炎等多种生物活性，与胆甾醇化学结构类似。基于此，Mahmud[10]等合成了含有胆甾醇侧基(位于PCL链段中)的共聚物MePEO-b-PChCL、含有苄氧羰基侧基的共聚物MePEO-b-PBCL以及不含侧基的MePEO-b-PCL，对比研究了三种载药体系的CuI载药量和控释行为，见图1.4。结果发现MePEO-b-PChCL对CuI的溶解性最好并且载药量最多，但只能对药物初期释放进行控制(~1h)，1h后药物控释行为和MePEO-b-PCL几乎相同，没有呈现出预期最好的控释行为。相比之下MePEO-b-PBCL的药物控制效果最好，研究者认为是由于胆甾醇侧基体积较大并且排列较密，使得空间位阻增大，限制了胶束“核”中胆甾醇侧基与药物的相互作用，导致“核”粘度较低从而无法控制药物的释放行为。OOOOHHHHHHHHHHHHOOOOOOOOOOOO++++OOOOHHHHOOOOCCCCHHHH3333SSSSnnnn((((OOOOCCCCtttt))))2222OOOOHHHHHHHHHHHHOOOOOOOOOOOOOOOOHHHHOOOOCCCCHHHH3333HHHHOOOOHHHHOOOOOOOOOOOOHHHHOOOOOOOOHHHHOOOOHHHHCCCCuuuuccccuuuurrrrbbbbiiiittttaaaacccciiiinnnnIIIIMMMMeeeePPPPEEEEOOOO----bbbb----PPPPCCCChhhhCCCCLLLL图1.1两嵌段共聚物MePEO-b-PChCL的合成Fig.1.1SchemeforthepreparationofMePEO-b-PChCLblockcopolymer.为提高在血液中两亲性聚合物载药胶束的稳定性和载药量，可将壳、核壳界面或者核进行化学交联[11,12]。但由于交联过程复杂，以及对聚合物载体结构性能-3-和后续药物控制释放的影响不确定性，此法的应用受到限制。Li[13]等用含端羟基的PEG为大分子引发剂，DBU为催化剂通过开环聚合制备了嵌段共聚物PEG-b-PBC；在室温下通过Pd/C催化将PBC中苄氧羰基还原为羧基，得到了侧链含有羧基活性官能团的聚合物PEG-b-PCC；再采用EDC/HOBT作为脱水剂和催化剂将十二烷醇连接在PEG-b-PCC上，得到PEG-b-PCD(接枝效率高达95%)，见图1.2。PEG-b-PCD结构中，十二烷醇连接到聚碳酸酯主链上，产生了类似核壳界面交联的结构，提高了疏水核的稳定性；此外药物恩贝宁具有和十二烷醇相似的长链脂肪端基，从而可与PEG-b-PCD中的PCD末端基发生作用，提高相容性。这两因素协同作用大幅度提高了恩贝宁(Embelin)的载药量和载药效率。实验结果显示，PEG-b-PCD对恩贝宁的体外释放有明显控制作用(PEG114-PCD29和PEG114-PBC30药物半衰期分别为12h,4h)，对前列腺癌细胞的繁殖有明显的抑制。OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOmmmmPPPPEEEEGGGG,,,,DDDDBBBBUUUUPPPPdddd////CCCC,,,,HHHH2222OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOCCCCHHHH3333OOOOOOOOPPPPEEEEGGGG----PPPPBBBBCCCCOOOOOOOOOOOOOOOOHHHHOOOOCCCC11112222HHHH22225555OOOOHHHHOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOCCCC11112222HHHH22225555mmmmPPPPEEEEGGGG,,,,DDDDBBBBUUUUPPPPdddd////CCCC,,,,HHHH2222OOOOOOOOHHHHOOOOOOOOOOOOCCCCHHHH3333OOOOOOOOPPPPEEEEGGGG----PPPPCCCCCCCCCCCC11112222HHHH22225555OOOOHHHHOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOCCCCHHHH3333OOOOOOOOCCCC11112222HHHH22225555PPPPEEEEGGGG----PPPPCCCCDDDDSSSSttttrrrruuuuccccttttuuuurrrreeeeooooffffPPPPEEEEGGGG----lllliiiippppiiiidddd图1.2聚碳酸酯骨架、PEG亲水壳和十二烷醇疏水核构成两亲性聚合物Fig.1.2Schematicillustrationoflipopolymerwithpolycarbonatebackbone,hydrophilicPEGcoronaandhydrophobiclipidcore.目前为止，绝大部分两亲性聚合物形成的载药胶束体系都是采用PEG为亲水性外壳，研究人员通常是改变疏水内核来进行相关研究。PEG作为载药体系与人体内部生理环境直接接触部分，能够防止载药体系被人体内部细胞吞噬和摄取[14,15]，这对于药物输送具有重要意义。但是当药物释放后，残留的PEG在人-4-体内不能通过水解作用降解为小分子，只能通过排泄系统排出。考虑到PEG存在的这一问题，有必要发展代替PEG的新型可降解亲水性胶束外壳。武汉大学钟振林课题组[16]以DTC和BTMC为单体，设计合成了含有亲水性链段的三嵌段共聚物(PHTMC-b-PDTC-b-PHTMC)，嵌段组成均为可降解的聚碳酸酯；并且PHTMC嵌段上含有大量羟基官能团，为后续连接各种功能化的生物活性分子提供了反应位点，见图1.3。OOOOOOOOOOOOHHHHOOOOOOOOHHHHSSSSnnnn((((OOOOcccctttt))))2222OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOHHHHHHHHmmmmmmmmPPPPDDDDTTTTCCCCddddiiiioooollllOOOOOOOOOOOOOOOOFFFFuuuummmmaaaarrrriiiiccccaaaacccciiiiddddOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOmmmmmmmmOOOOOOOOHHHHOOOOOOOOOOOOOOOOHHHHOOOOOOOOnnnnnnnnPPPPdddd////CCCC,,,,HHHH2222OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOmmmmmmmmOOOOOOOOHHHHOOOOHHHHOOOOOOOOOOOOHHHHOOOOOOOOHHHHnnnnnnnnPPPPHHHHTTTTMMMMCCCC----bbbb----PPPPDDDDTTTTCCCC----bbbb----PPPPHHHHTTTTMMMMCCCCSSSSeeeellllffff----aaaasssssssseeeemmmmbbbblllleeee图1.3以PHTMC为亲水外壳的两亲性聚合物载药体系示意图Fig.1.3SchematicillustrationofamphiphiliccopolymerwithPHTMChydrophiliccorona.阿霉素(Doxorubicin,DOX)是目前临床上广泛使用的非特异性抗肿瘤药物，通过抑制RNA、DNA和大分子的生物合成杀灭癌细胞，因此将抗肿瘤药物直接输送到癌细胞的细胞质和细胞核中是提高药效的关键。谷胱甘肽是一种广泛存在于动物细胞中的三肽(Glu-Cys-Cly)，在生物体内的氧化还原反应中起着重要的作用，但在细胞质内含量(2~10mM)[17,18]远高于在细胞外含量(50~1000倍)[19]，基于此可设计出含二硫键(-S-S-)的生物还原型载体作为药物的输送工具。苏州大学钟志远[20]课题组合成了以二硫键(-S-S-)相连接的葡萄聚糖(Mn=6000)亲水壳-5-与PCL疏水核的两亲性聚合物Dex-SS-PCL，研究了细胞对药物的摄取和在细胞内药物的释放行为。结果表明，Dex-SS-PCL在细胞外非还原性环境中能保持较好稳定性，进入细胞内还原性环境后能快速释放药物至细胞质及细胞核中，起到消灭癌细胞的作用，见图1