淺談聚合物膠束在藥物中的應用

聚合物束系統是指由兩親性嵌段共聚物組成的束帶。該兩親性共聚物由疏水片段和親水片段組成,并且親水片段體積一般大于疏水片段,可以在水中自發形成核殼型結構,疏水片段形成膠束內核,親水片段形成膠束外殼。由于這種獨特的化學結構,在水溶液中能夠形成具有球形的內核-外殼結構的共聚物膠束,其內核作為疏水性藥物的容器,將藥物增溶在內部,降低其毒副作用,外殼對藥物起保護作用,提高藥物的穩定性,并且達到緩釋作用,同時通過膠束的表面修飾可以達到靶向作用。在難溶性藥物、大分子藥物和基因治療藥物載體給藥方面具有獨特的優勢。聚合物膠束的粒徑較小(10~100nm),納米級的粒徑加上親水性的外殼使其不易被網狀內皮系統吞噬,并阻止蛋白質和細胞的吸附,因此能在血液中長時間循環并保持穩定。同時納米級的粒徑使載藥膠束在靶點表現出良好的被動靶向作用,通過“滲透與保留作用”(permeabilityandretentioneffect,EPR),聚合物膠束可以自主到達并在目標部位(如腫瘤細胞,炎癥組織)滯留,從而提高藥物效應,減少毒副作用。因此聚合物膠束作為藥物載體表現出比其他納米載體更為廣闊的發展前景。1由聚合物支撐的類型1.1藥物的組織膠束兩親性嵌段共聚物(即同時具有親水鏈和疏水鏈)與小分子表面活性劑的自組裝原理相似,當置于一個對親水鏈和疏水鏈具有不同溶解能力的溶劑中時,兩親性嵌段共聚物的親水鏈、疏水鏈的溶解性存在極大差異,在水性環境中能自組裝形成微觀范圍的聚合物膠束。這種膠束具有相對較窄的粒徑分布及獨特的核-殼結構,在水性環境中疏水鏈段凝聚成內核并被親水性鏈段構成的柵欄所包圍。構成兩親性嵌段共聚物的親水鏈主要是聚乙二醇(PEG)或聚氧乙烯(PEO),而疏水鏈常常用聚氧丙烯、聚苯乙烯、聚氨基酸和聚酯等。它們與PEG一起構成各種二嵌段(AB)或三嵌段(BAB)兩性聚合物,可形成各種類型膠束,擴大了載藥范圍。PEG功能化的聚合物膠束避免了載藥系統在網狀內皮系統(RES)中被非特異性吸收,延長了藥物的體內循環時間。同時也克服了直接以聚氧丙烯、聚苯乙烯、聚氨基酸等為原料制備的具有疏水性表面的納米載體極易被肝、脾等組成的RES系統識別和吞噬的缺陷,實現將藥物運輸到肝、脾以外的其他器官。為了進一步提高藥物對特定組織或器官的靶向效率,還可以在親水鏈段,例如PEG的末端連接不同的配基(如糖基、氨基酸等),提高藥物輸送的主動靶向能力。1.2接枝聚合物型接枝共聚物是由疏水的骨架鏈和親水的支鏈構成,該接枝共聚物分散在水中會自組裝形成具有核殼結構的納米粒子,粒子內核由疏水骨架鏈組成,而外殼是親水的支鏈。合成這種結構的接枝共聚物通常采用大單體路線或對天然高分子接枝進行改性,可實現對接枝共聚物的構型、支鏈的長短與數量、接枝點進行有效控制。不管用何種類型的大單體,隨著親水性的支鏈長度的增加,聚合物納米粒子將逐漸減小。采用接枝共聚物膠束作為給藥載體,由于粒子表面存在大量離子基團或親水基團,因此親水性藥物可通過靜電作用或氫鍵作用結合在粒子表面,載有藥物的粒子吸附在腸道黏膜上,被釋放的藥物進入上皮細胞,最終到達毛細血管。1.3聚離子復合膠束的形成過程,其結果如下聚電解質是帶相反電荷的聚離子鏈段與非離子親水鏈段構成AB型嵌段共聚物,在水溶液中通過靜電作用、氫鍵作用或金屬配位作用等自發組裝形成具有核-殼結構的納米粒子。柔性的親水性聚合物嵌段(通常是PEG)組裝形成束縛鏈狀的致密柵欄,包裹在內核外,維持膠束的空間穩定性。內核由共聚物的部分嵌段聚集形成,通過分子間作用力凝聚成核。例如:在中性條件下將PEO-P(Asp)和PEO-P(Lys)這兩種嵌段共聚物的水溶液混合,荷正電的P(Lys)嵌段與荷負電的P(Asp)嵌段通過靜電作用聚集成聚離子復合物膠束的內核,外殼由親水的PEO組成。該膠束的形成過程具有鏈長識別的特點,即只有當P(Lys)和P(Asp)的鏈節數相等時,才能自組裝形成球形膠束,不能匹配的嵌段共聚物仍然游離在水中。如果把其中一種嵌段共聚物換成帶相同電荷的聚電解質,再與另一種嵌段共聚物進行復合,可形成納米粒子,對聚電解質和嵌段共聚物中的聚離子鏈段的長短沒有任何要求。利用這一點,最近有許多研究者設計合成了各種含有聚離子鏈段的嵌段共聚物與生物活性大分子(如蛋白質,核酸等)復合,形成聚合物納米粒子,作為蛋白藥物或基因藥物的載體。1.4空心聚合物納米粒子自組裝形態朱蕙等報道了另一種利用大分子間氫鍵作用,促使多組分高分子在選擇性溶劑中自組裝形成膠束的方法。對于存在特殊的相互作用(氫鍵或離子相互作用)的聚合物A和B,如B溶液的溶劑是A的沉淀劑,當A溶液滴加到B溶液中時,A的分子鏈將皺縮、聚集。而由于B分子鏈的穩定作用,A并不沉淀析出,形成穩定分散的以A為內核、B為外殼的膠束狀納米粒子。如將B溶液加入A溶液中,或將A、B在共同溶劑中通過氫鍵作用形成“接枝絡合物”,然后再與選擇性溶劑混合,同樣可形成膠束。由于A、B間無化學鍵連接,因此其核-殼結構可進一步分離。通過交聯和分離核殼,可得到球型空心聚合物納米等新型分子自組裝形態。本法可直接采用無規共聚物或改性的聚合物進行分子組裝,不需要制備嵌段共聚物或接枝共聚物,可在多種聚合物體系和有機溶劑或水性介質中進行。2聚合物束載藥法2.1膠束內核水封頭藥物和聚合物通過物理方法處理,疏水性藥物就可直接被裹進膠束內核中,此方法操作簡單,載藥范圍廣。有透析法、水包油乳狀液法、溶劑揮發法、共溶劑揮發法和凍干法。2.2聚合物上引入疏水分子在一定條件下藥物分子與聚合物疏水段基團發生化學反應,將藥物通過共價鍵結合到聚合物,從而有效控制藥物的釋放速度。當有些藥物的疏水性受到影響時,可通過化學或物理方法在聚合物上引入一些具有可反應基團的疏水分子(如棕櫚酸等),再將藥物結合到聚合物上。用此方法制得的聚合物膠束可有效地避免腎排泄及網狀內皮系統的吸收,提高藥物的生物利用度。在外界環境的變化下,藥物與聚合物的化學鍵容易發生斷裂從而釋放藥物。2.3膠束穩定性測定利用藥物與帶相反電荷的聚合物膠束疏水區通過靜電作用而緊密結合,將藥物包封于膠束內。這種方法制備簡單,膠束穩定。Oupicky等將聚異丙基丙烯酰胺與聚賴氨酸通過酰胺鍵形成兩親性的接枝共聚物,賴氨酸末端的正電荷與DNA的負電荷通過離子靜電作用復合形成聚離子膠束,作為DNA的載體。載有DNA的膠束具有高度的膠體穩定性和較低的毒性,在血液中具有較長的循環時間并且具有溫敏性,因此在臨床應用中具有重要的意義。3聚合物束結的應用3.1ronus-paa/cpts膠束的制備膠束可通過滲析技術或O/W的乳化技術,化學鍵合技術及靜電作用對藥物增溶。喜樹堿類藥物(CPTs)為油、水皆難溶的藥物,在Pluronic-PAA聚合物制備的膠束中,CPTs的水溶性增大3~4倍,藥物不僅被增溶在膠束核中,而且在親水性的PEO-PAA殼中也有溶解。與游離的藥物相比,膠束提高了CPTs活性內酯環的穩定性,在血漿中的水解速度減慢了10倍以上。楊卓理等制備了兩性霉素B的聚乙二醇-聚乳酸嵌段共聚物,對其物理化學性質和體外釋藥行為進行評價,結果兩性霉素B的釋放緩慢,可以作為疏水性藥物的長循環載體。3.2藥物的抗抑郁藥3.2.1epr效應的應用腫瘤組織由于快速生長的需求,血管生成很快,導致新生血管外膜細胞缺乏、基底膜變形,因而納米級的嵌段共聚物膠束能穿透腫瘤的毛細血管壁的“縫隙”進入腫瘤組織,而腫瘤組織的淋巴系統回流不完善,造成粒子在腫瘤部位蓄積,這就是所謂的EPR效應(EPReffect)或被動靶向性,在當前的靶向制劑研究中有較廣泛的應用。Shuai等利用PCL-MPEG聚合物制備阿霉素的納米膠束,和游離的阿霉素相比,聚集到細胞漿中的阿霉素增加,細胞毒性降低。3.2.2阿霉素膠束及模型構建腫瘤組織溫度一般高于正常組織,所以制備溫敏聚合物膠束可達到特異靶向。Kohori等將二甲基丙烯酰胺(DMAAm)和N-異丙基丙烯酰胺(IPAAm)嵌合后再與丙交酯(LA)形成共聚物,即P(IPAAm-coDMAAm)-b-PLA。通過透析法制得的阿霉素膠束載藥量為2%。以牛大動脈上皮細胞為模型,游離藥物在37℃和42.5℃表現出相同的細胞毒性;而藥物膠束體系在42.5℃比37℃具有更高的細胞毒性,表現出溫度選擇性。3.2.3聚組氨酸靶向正常組織的pH一般為7.4,80%的腫瘤組織pH低于7.2,而制備pH敏感的聚合物膠束可以實現pH依賴的腫瘤靶向。Lee等利用聚組氨酸(polyHis)的pH敏感性制備了polyHis-b-PEG膠束。在腫瘤組織的低pH環境下,組氨酸咪唑基團上的孤對電子被質子化,使膠束帶正電,因此很容易與帶負電的腫瘤細胞膜融合,從而釋放包封的藥物,使藥物有效地靶向腫瘤組織,表現出pH選擇性。3.2.4修飾膠束與抗體腫瘤細胞或腫瘤相關血管表面的受體與腫瘤生長增殖密切相關,在某些腫瘤組織過度表達,受體與特異性抗體或配體結合后可誘導細胞內化。此類特異性受體可以作為腫瘤靶向治療的靶點。通過化學反應對膠束進行表面修飾,在其表面接上抗體或配體(如半乳糖、轉鐵蛋白、葉酸等),與特異性受體結合后誘導細胞內化進入腫瘤細胞,將藥物靶向輸送到腫瘤組織。研究表明,半乳糖和乳糖修飾的PEG-PLA膠束可以特異性識別外源凝聚素,將膠束靶向肝細胞。轉鐵蛋白修飾的PEG-PEI膠束能夠將DNA靶向輸送到過度表達轉鐵蛋白受體的腫瘤細胞中。相似的靶向修飾方法同樣成功地應用在葉酸修飾的膠束上,將阿霉素包封在表面帶有葉酸受體的PEG-PLH(聚L-組氨酸)和PEG-PLA(聚乳酸)共聚物膠束中,體外實驗研究顯示了很好的靶向性。3.2.5抗體靶向腫瘤腫瘤細胞表面存在著許多別于一般細胞的抗原,利用抗原和抗體的特異性結合,將膠束的親水殼接上抗體,形成免疫膠束,使其在體內“識別”腫瘤細胞,達到靶向目的。雖然抗腫瘤單抗通常只對某一具體腫瘤具有特異性,一般一種抗體只識別一種腫瘤,但一些非致病性抗核自體單抗(ANAs)如單克隆抗體2C5(mAb2C5),能特異識別腫瘤細胞表面吸附的核小體而靶向腫瘤,這種抗體能識別大多數腫瘤,具有靶向各種不同類型的腫瘤,因而可以作為特異性配基將藥物或藥物載體靶向腫瘤。Torchilin等將2C5抗體接到PEG-PE共聚物膠束的親水端,一個膠束單元可偶聯約10~20個抗體,并成功載入紫杉醇。體外細胞實驗結果表明,該免疫膠束能“識別”多種腫瘤細胞,在腫瘤細胞的藥物蓄積量明顯高于非免疫膠束。將含有等量紫杉醇的免疫膠束、非免疫膠束以及游離藥物作小鼠尾靜脈注射給藥,2h后處死,結果發現:非免疫膠束組和游離藥物組的腫瘤重量遠大于免疫膠束組。3.3基因治療藥物的組成4智能分子膠束聚合物膠束作為載藥體系具有其獨特的優勢:如聚合物膠束能夠增加疏水藥物在體液中的溶解性,延長藥物的作用時間,提高藥物的生物利用度;靶向聚合物膠束能夠增加藥物到達病變部位的比例,降低藥物對正常組織的毒副作用。到目前為止,僅有數量有限的聚合物用作載藥系統,如在EPR效應基礎上引入pH敏感基團、溫敏基團、受體、配基等,制成腫瘤特異性靶向技術的智能型膠束,將在腫瘤疾病的治療中發揮更好的作用,成為很有潛力的載藥體系。兩親性的聚合物膠束由于具有很好的生物相容性和體內穩定性,可以作為質粒DNA和寡核苷酸的載體。Kataoka等通過寡核苷酸與聚賴氨酸(PLL)的靜電作用在生理鹽水中制備載寡核苷酸的PEG-PLL共聚物膠束。寡核苷酸和PLL結合形成聚離子復合物的核心,親水的PEG嵌段形成