载药系统

载药系统（共7篇）

载药系统 篇1

近日, 国际著名学术期刊ACS nano和Biomaterials相继报道了中科院理化技术研究所研制的新型纳米载药系统在恶性肿瘤治疗及其生物安全性评价方面取得的新突破。

化疗药物在杀伤肿瘤细胞的同时, 也将正常细胞一同杀灭, 是一种“玉石俱焚”的癌症治疗方法。纳米药物载体可以增强药物的抗肿瘤效果, 并且降低药物引起的毒副作用, 大大减轻病人痛苦, 延长生存期, 为肿瘤治疗带来新的机遇。无机纳米材料是生物医学领域的后起之秀, 具有独特的理化性质、特殊的结构及高稳定性, 可以克服有机纳米材料的功能单一, 可控性差等硬伤, 在药物输送、医学成像等方面显示出巨大的应用前景。不过, 对于将来的临床转化, 无机纳米材料的生物安全性一直是人们担忧的问题。如果不能有效代谢出体外, 会在体内不断蓄积而产生毒性, 甚至产生血管堵塞等严重后果。纳米介孔二氧化硅作为生物相容性优异的无机纳米材料的卓越代表, 被公认是一种极具潜力的药物传递载体, 已经被广泛用于磁性纳米颗粒, 量子点等功能材料的包覆, 以降低毒性、提高稳定性。开发在体内具有良好稳定性、高效低毒、产量高, 并可代谢的介孔二氧化硅药物载体材料, 用于恶性肿瘤的治疗一直是该领域研究的难点。一旦这种药物载体材料开发成功, 将为癌症病人恢复健康, 走向新生带来曙光。

中国理化技术研究所唐芳琼研究员带领的纳米可控制备与应用研究室创新研制出高产量, 可精确控制颗粒尺寸、外壳厚度、内部空腔大小, 具有中空和介孔结构的“夹心二氧化硅” (Adv.Mater.2009, 21, 3804-3807) 后, 一直潜心研究, 根据肿瘤治疗的需求, 设计了可与药物相配伍的新型药物载体材料夹心二氧化硅。该夹心二氧化硅装载多烯紫杉醇的载药量远高于国际上同类纳米药物载体。夹心二氧化硅装载多烯紫杉醇治疗肝癌的抑瘤率提高到72%, 显著高于多烯紫杉醇静脉注射剂多西他赛57%的抑瘤率。同时, 研究发现, 夹心二氧化硅装载多烯紫杉醇能显著降低多西他赛的肝脏毒副作用。

此外, 研究人员对夹心介孔二氧化硅经静脉给药的急性和长期毒性作用进行了系统评价后发现, 夹心二氧化硅对小鼠的致死性毒性极低, LD50大于1000mg/kg, 远高于国际同类报道数据 (<300mg/kg) 。夹心二氧化硅的靶器官主要为肝脏和脾脏, 并可以逐渐从这些器官代谢出去。这一结果有效证明了夹心二氧化硅的生物安全性, 为其在生物医学领域的应用扫平障碍。

这种新型夹心二氧化硅纳米载药系统治疗恶性肿瘤安全高效, 为无机纳米药物载体的设计和生物安全性研究提供了新的思路, 有望为恶性肿瘤的治疗带来新的生机。相关工作已获得国家发明专利授权。

该研究得到国家科技部“863”项目和国家自然科学基金的大力支持。

载药系统 篇2

由于环境因素、生活习惯、工作压力等各种内在和外在因素的影响, 癌症越来越威胁着人类的健康。大多数治癌药物以杀死肿瘤细胞为目的, 但缺乏针对肿瘤细胞的特异性, 在治疗剂量下对正常组织器官产生明显的毒副作用, 故靶向治疗药物受到越来越多的关注[1,2]。靶向给药系统 (Targeting drug delivery system,TDDS) 是指能将药物选择性地运输并释放于病变部位以降低其对正常组织的毒副作用, 使病变组织的药物浓度增大, 从而提高药物利用率的一种药物载体系统。最优的TDDS 需要一个能装载多重组分 (如一种药物、一种靶向配基和一种荧光传感介质) 的平台。这个平台要求具有良好的生物相容性、溶解性和稳定性, 能载入大量的目标药物并很好地与靶向配基结合[3]。开发抗肿瘤药物的新型靶向载体系统,改善药物在体内的代谢动力学特性,增加药物定向富集到肿瘤部位甚至肿瘤细胞内,提高疗效,降低毒副作用,是近年来备受关注的课题。

树枝状聚合物聚酰胺-胺(Poly-amidoamine dendrimer, PAMAM)具有强大的“空腔”和大量的末端功能团,能够被各种客体分子修饰或结合[4,5],从而达到增溶、增效、缓释、控释的目的,降低药物的不良反应,提高治疗指数;同时还有颗粒小、无免疫原性、毒性较低、可通过尿和粪便排出体外等优点,是比较好的药物载体。研究表明,叶酸受体在大部分恶性肿瘤细胞表面均有过度表达,而在正常细胞的表达却很小。本文综述了叶酸-PAMAM载药体系在肿瘤治疗方面的研究进展。

1 聚酰胺-胺(PAMAM)载体

聚酰胺-胺(PAMAM)树状大分子是一类由中心向外对称发散而高度分枝的新型纳米大分子化合物,通过反复的Michael加成和酰胺化反应可得到不同代数(0～10代) 的树状大分子。1985年Tomalia等[6]首次合成了这种高度支化、对称、呈辐射状的聚酰胺-胺大分子,并称其为星射状树形聚合物。

合成PAMAM时,可在分子水平上严格控制分子的尺寸、形状、结构和表面基团。PAMAM具有规整、精细的结构,呈单分散性,有很好的溶解性;粒径范围为10～130nm,纳米级的粒径使其更容易透过血管壁或细胞膜等生物屏障;对其核心和表面进行修饰,可以连接基因、抗体和疫苗等物质;内层空腔可包裹药物分子,作为药物定向运输的载体[7,8,9]。PAMAM作为新一代药物载体,药物可通过静电作用、疏水相互作用或氢键作用被包载于其内部,也可通过静电、共价结合于其表面形成复合物,从而增加药物溶解度,提高药物生物利用度。PAMAM树状大分子的研究与应用得到了不断的发展,从材料科学到生物医药诸多领域中都受到了日益广泛的关注。

2 叶酸-FR靶向机制

叶酸(Folic acid,FA)是一种人体必需的维生素,也是DNA合成所需酶系统中一碳单位转移酶的重要辅酶。叶酸偶联药物进入细胞的主要途径是通过高亲合力的叶酸结合蛋白即叶酸受体(Folate receptor,FR)介导细胞内化将叶酸摄入[10]。

叶酸受体是一种糖基化磷脂酰基醇(Glycosylp-hosphatidylinositol,GPI) 连接的膜糖蛋白,对叶酸有高度亲合性。叶酸通过γ-羧基偶联其他小分子化合物(如抗肿瘤药物)后,仍能保持与叶酸受体的高亲合性[12,13]。研究发现, FR在癌细胞中过度表达[11], 超过正常组织的100～300倍,目前已鉴定出叶酸受体有α-FR、β-FR和γ-FR 3种亚型,叶酸受体的表达水平也与肿瘤的发展阶段有关,早期肿瘤的叶酸受体表达较低,晚期及高度恶变的肿瘤受体表达增强,此外,部分转移瘤的表达水平显著高于原发瘤。因此,叶酸受体被认为是一种较好的肿瘤标记物,目前已被开发作为临床诊断肿瘤的标记物。基于叶酸受体在肿瘤细胞与正常细胞中的表达差异,可实现FA-药物复合物的主动靶向输送。FA-药物复合物与肿瘤细胞表面的FR特异性结合后,通过内吞作用进入肿瘤细胞。在细胞内的弱酸性环境中(pH=5),FA-药物/FR复合物的构象发生改变,将FA-药物复合物释放到细胞内,而FR可再回到细胞膜表面,循环转运药物。

3 Folate-PAMAM在肿瘤治疗中的进展

1997年,Wiener等[14]首次将叶酸分子通过碳化二亚胺反应偶联到G4-PAMAM大分子上,再将Folate-PAMAM通过末端氨基连接到螯合剂2-(4-异硫氰酸根苄基)-6-甲基二亚乙基三胺五乙酸上,最后与钆离子结合,得到了一种以Folate-PAMAM为载体的新型肿瘤靶向磁共振造影剂。

3.1 Folate-PAMAM载体设计

大量研究已表明,叶酸修饰的树状大分子载体会主动靶向于表面具有超表达叶酸受体的肿瘤细胞[15,16],但靶向效果受载体表面叶酸数量的影响。Hong等[17]设计合成了多功能靶向载体G5-Ac-AF488-FA,并系统量化地研究了G5-PAMAM分子与叶酸偶联量对载体与叶酸受体结合活性的影响。结果表明,叶酸受体与载体的结合活性随PAMAM分子表面叶酸数量的增加而增强,当分子表面叶酸数量增加到5-6个时,叶酸受体与载体结合活性达到饱和,即结合活性达到最高,不再随叶酸分子数量增加而增强。叶酸与PAMAM偶联后可使叶酸受体与载体的结合活性提高5个数量级,但是细胞内吞效率不会因此改变。以上特点显示了Folate-PAMAM作为叶酸受体介导载体的靶向优势。

Y. Choi等[18]设计了一种由DNA组装的树状分子聚合体(DNA-assembled polyamidoamine dendrimer clusters)。该聚合体将具有不同单一功能的平行载体联接到一起,来实现治疗、成像和靶向的作用。通过链长34bp(碱基对)的寡核苷酸链,将Folate-PAMAM和FITC(异硫氰酸荧光素)-PAMAM连接到一起的聚合体,在体外细胞试验中,被证明能够有效地靶向于高表达叶酸受体KB细胞,并被细胞内吞。与传统的单一树状载体相比,这种新型聚合载体能够增加载药种类,可同时对不同种类肿瘤细胞进行治疗,是一种具有潜力的载体平台。

3.2 Folate-PAMAM介导的抗肿瘤靶向药物

目前,大部分抗肿瘤药物对人体均具有较大毒性,在治疗过程中对正常细胞、组织和器官的毒副作用极大地限制了治疗效果。利用Folate-PAMAM为抗肿瘤药物的载体,通过叶酸受体介导作用,增加病灶局部药物浓度,可有效降低抗肿瘤药物的毒副作用,提高疗效。同时,还可提高药物在水中的溶解度,增强药物的缓释效果。

紫杉醇(Taxol)是红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢产物,是目前所了解的惟一一种可以促进微管聚合和稳定已聚合微管的药物,也是一种常用的肿瘤治疗药物。I.J. Majoros等[4]首先对G5-PAMAM分子进行部分酰胺化,以中和表面端氨基上的正电荷,防止载体在体内和体外实验中的非特异性靶向作用。再将功能分子FITC、叶酸和紫杉醇偶联到PAMAM分子表面未被酰胺化的氨基团上,合成出分子量在(42145±1065)的多功能靶向复合物G5-Ac-FITC-OH-Taxole,合成步骤如图1所示,其中,FITC为异硫氰酸荧光素,FA为叶酸,Taxol为紫杉醇,G5为5代聚酰胺-胺树状分子,Ac为乙酰胺,OH为羟基。

体外细胞实验显示,具有高表达叶酸受体的KB(FR+)细胞对该复合物的吸收远高于低表达叶酸受体的KB(FR-)细胞。复合物与KB(FR+)细胞孵育72h后,细胞的致死率为24.1%,而在相同条件下对KB(FR-)细胞的致死率为0%。以上结果证明,叶酸修饰的PAMAM载体能够有效地介导紫杉醇靶向于高表达叶酸受体肿瘤细胞。

甲氨蝶呤(MTX)为抗叶酸类抗肿瘤药,主要通过对二氢叶酸还原酶的抑制达到阻碍肿瘤细胞DNA的合成,从而抑制肿瘤细胞的生长与繁殖。Baker研究小组将偶联叶酸的G5-PAMAM分子表面剩余的氨基进行羟基改性,使Folate-PAMAM表面为中性,再通过脂键与MTX结合,形成了具有多功能的复合物Folate-PAMAM-MTX[19]。树状载体通过内部空腔对MTX封装载药,可以有效提高MTX在水中的溶解度,且在去离子水介质中有明显的缓释效果,但在PBS缓冲溶液和细胞体外实验中表现出与游离MTX相似的扩散特性。Folate-PAMAM通过脂键与MTX共价化合载药,克服了以上缺点,在PBS缓冲溶液和细胞体外试验中均具有良好的缓释效果。为提高Folate-PAMAM-MTX靶向药物合成的可重复性,Baker研究小组对合成方法进行了研究,设计了几种合成方案,并合成出G5-Ac3(82)-FITC-FA-OH-MTXe多功能复合物,如图2所示[20],其中,(1) G5 carrier, (2) G5-Ac3(82), (3) G5-Ac3(82)-FITC, (4) G5-Ac3(82)-FITC -OH, (5) G5-Ac3(82)-FITC-OH-MTXe, (6) G5-Ac3(82)-FITC-FA, (7) G5-Ac1(82)-FITC-FA-MTXa, (8) G5-Ac3(82)-FITC-FA-OH, (9) G5-Ac3 (82)-FITC-FA-OH-MTXe, (10) G5-Ac2(82) -FA, (11) G5-Ac2(82)-FAOH, (12) G5-Ac2(82)-FA-OH-MTXe(注:上角标e和a分别代表脂键和胺键,Ac1、Ac2和Ac3中的上角标表示不同的酰胺化反应)。在体外细胞实验中,Folate-PAMAM-MTX与游离MTX对高表达叶酸受体肿瘤细胞有相似的细胞抑制活性,但当叶酸受体表达受到抑制,或表达活性降低时,载体药物失去对肿瘤细胞的增殖抑制作用,表明Folate-PAMAM是受体介导载体,且Folate-PAMAM-MTX靶向载体复合物对超表达叶酸受体的肿瘤细胞表现出高特异性。实验还发现,介质中存在过量的游离叶酸会抑制叶酸复合物对叶酸受体的靶向作用[21]。

3.3 Folate-PAMAM转载基因

基因治疗从广义上讲,就是将某种遗传物质转移到患者细胞内,使其在体内发挥作用达到治疗疾病的目的[22],因此合适的基因传递系统是必要的。理想的基因传递系统应该能高效地转移目的基因,将目的基因导入特定的靶细胞,表达基因产物;同时,基因传递系统也应包含基因表达的调控因子,即具有控制性分布、细胞靶向性、可被靶细胞表面受体识别和细胞内与细胞核定向转运的特点。

李瑞等[23]探讨了由Folate-PAMAM载体介导hTERT-siRNA对人脑胶质瘤细胞系U251的抑制作用,将人脑胶质瘤细胞系U251分为Folate-PAMAM/ hTERT-siRNA转染组(干涉组)、Folate-PAMAM空载对照组(空载对照组)和空白对照组。利用Folate-PAMAM介导hTERT-siRNA体外转染胶质瘤细胞系U251,采用流式细胞仪检测各组细胞转染效率、细胞增殖活性、hTERT-mRNA表达水平、端粒酶活性以及细胞凋亡率。结果显示,Folate-PAMAM在体外能够高效地将hTERT-siRNA转染导入胶质瘤细胞系U251, 转染效率为67.36%;干涉组细胞存活率随转染时间的延长而逐渐降低,以转染后48h最低,仅为(68.97±1.19)%;转染后72h,干涉组hTERT-mRNA表达水平较空载对照组和空白对照组下调57%;转染后72h,干涉组端粒酶活性为(53.57±5.34)TPG,与空载对照组和空白对照组比较明显下调;转染72h后,干涉组细胞凋亡率为(29.63±2.91)%,高于空载对照组和空白对照组,肿瘤细胞生长明显受到抑制。通过RNA干扰机制成功地降低了胶质瘤细胞系U251 mTERT-siRNA的表达水平,从而抑制其生长,诱导其发生凋亡。

3.4 Folate-PAMAM在其他相关领域的应用

关节炎可引发体内免疫应答,刺激活性巨噬细胞的生成,而叶酸受体在活性滑液巨噬细胞表面高度表达,这提示了可利用叶酸受体对关节炎进行诊断和治疗[24]。Chandrasekar等[25,26]考察了PAMAM表面叶酸偶联量对吲哚美辛(Indomethacin)在体外增溶和缓释的影响,并以佐剂性关节炎大鼠为模型,考察了Folate-PAMAM的靶向性。随PAMAM表面叶酸偶联量的增加,载体对吲哚美辛的包封率增大,载体在体外对吲哚美辛的缓释效果增强。对关节炎大鼠腹腔注射施药后药物在血液与足部的浓度分布测试显示,Folate-PAMAM载药组中吲哚美辛的聚集度明显高于等剂量的PAMAM载药组。实验结果证明,Folate-PAMAM可将治疗药物靶向结合到佐剂性关节炎的炎症部位。

为实时监控化疗药物对细胞的致死率,Myc等[27]将基于荧光共振能量转移的特异性蛋白基团PhiPhiLux G1D2偶联到Folate-PAMAM载体上,设计合成出了具有靶向和凋亡探测功能的载体复合物PAMAM-Ac-FA-PhiPhiLux G1D2。细胞试验证明,PAMAM-Ac-FA-PhiPhiLux G1D2对高表达叶酸受体的KB细胞具有特异性靶向。由于PhiPhiLux G1D2对细胞内凋亡因子星孢菌素(Staurosporine)的特异性响应,测得细胞凋亡后细胞内荧光强度较凋亡前增加了5倍。以上结果证明Folate-PAMAM载体在用于体内细胞凋亡监测时具有潜在优势。

4 结语

载药系统 篇3

近年来,在肿瘤治疗领域,传统单一的化疗药物已经不能满足临床要求。化疗药物在经过长期、重复使用后会使癌细胞产生多药耐药性。小干扰RNA(Small inference RNA, siRNA)可以有效地解决多药耐药性这个问题[1,2]。因此,如何寻求一种载体将siRNA导入癌细胞中成了问题的关键。 PEI是一种阳 离子聚合 物,可以作为 高效非病 毒基因载 体[3,4],同时可以通过本身的官能团连接其他药物,实现联合治疗肿瘤的目的。

在非病毒载体中,PEI作为一种阳离子聚合物,具有一些独特的优势。它可以很好地保护核酸药物,利用本身结合位点多的优势加快与细胞的结合,进入细胞后能促进核酸药物脱离载体并释放[5]。大分子的PEI有助于载药基团更好地进入细胞,但分子量越大细胞毒性就越大,后续代谢也越困难[6]。很多研究者致力于如何提高PEI的转染效率并降低毒性。研究表明,PEI可以修饰Fe3O4纳米粒形成一个靶向抗肿瘤系统,为肿瘤治疗提供了一条新的思路。

1 PEI的特性

PEI的分子结构式如图1、图2所示。PEI是一种长链聚合物,每3个原子中就有1个氨基原子,具有较高的正电荷密度,正是利用这一特性使PEI能够通过静电结合吸附大量的核酸药物[7,8]。影响PEI体内转染的因素主要有两个: 粒子尺寸和载核酸药物复合物的表面电荷。

研究表明,小尺寸复合物的转染效率低于大尺寸复合物[9]。原因可能是:粘结蛋白聚糖介导的细胞黏附是使聚乙烯亚胺能 顺利进入 细胞的重 要原因之 一,尺寸大的PEI/ DNA复合物能够使这个过程更加顺利;大尺寸的PEI,特别是分枝状的PEI具有更多的能与细胞表面结合的位点,加速复合物在细胞表面的吸附和沉淀,使转染效率更高。

转染效率也与载核酸药物复合物的表面电荷大小息息相关[10],原因是PEI与核酸大分子的结合是依靠其表面正电荷与核酸大分子磷酸根负电荷产生的静电作用。因此PEI表面正电荷越大,对核酸大分子的结合能力就越强,并且在进入细胞时,能够保护核酸分子不受酶降解。

1 PEI修饰磁性纳米颗粒(PEI@Fe3O4)的制备方法

PEI可以通过不同方法修饰磁性纳米颗粒,制备出PEI @Fe3O4[11],主要有共沉淀法、乳化法、静电自组装法和溶剂热法,如表1所示。

2磁性纳米粒表面包裹PEI(PEI@Fe3O4)的功能及毒性

PEI@Fe3O4具有靶向性同时又有较多的活性基团,目前主要用来作医学显影剂[26,27]和基因药物载体[28]。

叶酸受体在许多恶性肿瘤中都有高度表达,且对叶酸和其类似物具有很高的亲和力和特异性,可将这些物质介导进入细胞,用于肿瘤组织医学显像。Li等[29]通过一系列反应合成了Fe3O4-PEI-AC-FI-PEG-FA这一癌细胞显像系统,该系统具有很好的靶向性和准确性,反应过程如图3所示。

虽然PEI在转染时本身具有一定的靶向性,但在体内应用时由于环境复杂,很难真正靶向癌症病灶。因此,研究者们将PEI通过化学反应包裹在磁性纳米颗粒表面,制备出PEI@Fe3O4纳米颗粒用于载核药物或其他药物。这样大大加强了载药复合物的靶向性,避免了在治疗肿瘤时杀死周围大量正常细胞,降低了药物的副作用并 提高了药 物的利用 率。

薛敦等[30]用PEI@Fe3O4连接PEG后负载TK基因进行了体外肿瘤细胞抑制特性的研究。他们以RT-PCR法鉴定它们在各细胞系中mRNA水平表达情况,并采用MTT法来研究载基因复合物体外抑瘤效果。实验结果表明载体负载的TK基因能够在细胞内正常表达,提高肿瘤细胞对抗癌药物的敏感性。

siRNA能够有效沉默肿瘤细胞内的多药耐药基因,达到更好的治疗效果[31,32]。Duan等[33]制备了PEI@Fe3O4纳米粒子用来负载小干扰siRNA,对其进行了载药量、转染率和细胞凋亡等检测,并用威斯塔大鼠进行了实验,结果表明PEI @Fe3O4纳米粒子可以很好地将siRNA送入病灶,纳米粒靶向组抗癌效果明显优于单纯给药组。

在对癌细胞给药时,由于大量的药物投入,在杀死癌细胞的同时也会杀死大量的正常细胞,造成患者体质虚弱无法进行后续治疗[31,34]。PEI@Fe3O4不仅容易通过血脑屏障, 快速在肿瘤部位聚集,提高肿瘤部位浓度,减少对正常细胞的毒副作用,而且可以在肿瘤附近形成栓塞,减少肿瘤细胞的营养供给[35]。

邹芬等[36]采用PEG-PEI修饰Fe3O4纳米颗粒作为基因载体,用7702细胞和HpG2细胞进行了体外MTT毒性实验,并通过体外溶血实验测定了其生物相容性和体内毒性。 实验结果表明,PEG-PEI@Fe3O4纳米粒子对7702细胞毒性为0-1级,对正常细胞没有伤害;对HpG2细胞有轻 微抑制。此外,溶血实验和微核试验均表明PEG-PEI@Fe3O4纳米粒子无致畸、致突变作用。

3 PEI在联合载药抗肿瘤中的应用

随着抗癌机制研究不断深入,人们发现长期使用化疗药物会引起癌细胞 产生多药 耐药性[35,37],使抗癌效 果大大降 低,将基因药物和 化疗药物 联合使用 可以解决 这一问题。 Dong等[38]通过对PEI进行表面修饰,建立了一个由pH控制阿霉素释放,并同时负载siRNA的共载体系。实验结果表明共载体系能够很好地抑制癌细胞多药耐药蛋白的表达, 并大大制约癌细胞的生长,共载组的实验结果明显优于单载药物或单载基因组,显示出联合载药在抗癌方面的优势。细胞毒性实验表明PEI对正常细胞生长的影响较小。

Liu等[39]以PEI-PEG为主体,通过一系列修饰后能够同时负载DOX和DNA,过程如图4所示。

腙(HZN)为DOX和PEI之间的交联剂,具有pH响应性。实验结果表明这个体系可以发挥化学疗法和基因疗法的协同作用,在体外实验中对人体乳腺癌细胞和肝癌细胞均有明显抑制作用。

多种不同的聚合物相互连接可形成胶团,并包裹所需的核酸和化疗药物。Vitor M等[40]利用PEI、Poly(2-ethyl-2oxazoline)和L-Lactide等有机物质通过一系列反应得到了Poly(2-ethyl-2-oxazoline)-PLA-g-PEI胶团,如图5所示。

所制备胶团可包裹大量环状DNA和DOX并发挥协调治疗癌细胞的功能。因此,PEI联合载药在未来治疗肿瘤方面具有很广阔的应用前景[41]。

4展望

PEI作为一种阳离子聚合物,在负载DNA和RNA核酸分子后可应用于医学显像、基因探针和肿瘤治疗等方面,引起了研究者的广泛关注,各种细胞和动物实验也都在进行。 在对PEI的应用中通常需要用它来修饰其他核心材料,或者对PEI进行修饰以达到连接其他分子的目的。通过对PEI表面的改性还可以获得很多新的功能,比如保护药物的结构完整性、药物的缓慢释放和控制释放等。利用PEI能够紧紧包裹Fe3O4纳米颗粒的特性,还可以制成靶向性更强、毒副作用更小的药物载体。本实验室在PEI@Fe3O4基础上进行基因和化疗药物的共载,达到既能磁靶向又能联合治疗的目的,相信在未来肿瘤的诊断和治疗领域将会有更大的作用。

然而,目前PEI的应用仍主要在实验室阶段,有几个问题需要解决:

(1)为达到高载药量或增加与细胞的亲和力,一般使用多种聚合物和交联剂,使载药复合物结构更加复杂,杂质的分离变得困难,也增加了临床应用的难度。因此,寻求更简单高效的载药方法成了重中之重。

(2)大分子PEI能够载入更多的核酸药物,但它本身分子越大,细胞毒性就越大,由此在应用中有诸多限制。因此如何通过改性降低大分子PEI带来的毒性,或者提高小分子PEI的载药量是研究者需要解决的问题。

(3)PEI或它的衍生物在与核酸药物结合后,溶剂的盐离子强度及电荷强弱均会对结果造成影响,容易使核酸药物失效引起转染率降低[15],需要在后续的研究中引起重视。

磁性靶向载药微球的制备 篇4

关键词：磁性微球载药,纳米微球制剂,靶向药物

引言

随着纳米技术的不断提高, 纳米技术的应用日益完善, 纳米药物制剂作为一种新的剂型, 在肿瘤的治疗与诊断中发挥这越来越重要的作用, 得到了越来越多研究者的关注。在肿瘤的治疗中, 人们关心的就是有针对性地杀伤肿瘤细胞, 以保证正常细胞不受到伤害造。实际现有的癌症治疗方法, 比如放射治疗, 化疗等, 均是在进行治疗的过程中, 在消灭癌细胞的同时, 也能杀死正常的细胞。在利用射线对肿瘤部位进行照射时, 可以抑制肿瘤细胞的生长, 但因为照射区域不能集中在细胞范围的微小尺度, 就会对正常细胞照成伤害, 另外照射光源也对作用对象没有选择性。化学药物治疗肿瘤的弊端也是如此, 在化学药物杀灭肿瘤细胞的同时, 也会把大量的正常细胞杀死。化学药物在消灭癌细胞时在作用尺度和作用对象方面并没有针对性。因此, 开发具有高效、毒付作用小、能具有缓释、控释作用, 针对局部病灶使用, 特别是能够在空间尺度和作用对象方面有选择性的药物剂型, 已经成为治疗恶性肿瘤的一种有效途径, 也是迫切需要急剧发展的新方向。

磁性微球制剂是在药物微球的基础上添加磁性材料, 以便于输送和定位, 是目前国内外的研究热点, 也是一种很有应用价值的肿瘤治疗新型制剂。磁性微球药物制剂是能够通过外加磁场的作用, 按照指定的路途到达制定的部位, 并能够由磁场作用调节释放量, 起到定位定量释放的作用, 只对局部病灶起作用, 有效保护正常细胞不受损伤, 是一种安全、高效的肿瘤治疗方法。磁性纳米药物是在磁性微球的基础上负载药物而成的, 磁性微球的载体是可以降解的高分子聚合物, 药物载体具有可降解性、良好的生物相容性、可溶胀性, 在病灶部位完成治疗任务后, 可以安全排出体外, 保证身体不受损伤。

一、磁性载药微球

磁靶向给药系统 (magnetic targeted drugs delivery system, MTDDS) 是在一般的载药微球基础上, 加入了磁性材料, 而形成的一种新型的靶向给药系统, 它是由磁性材料 (常用Fe3O4) 、载体材料 (常用生物可降解聚合物) 、药物 (主要是抗癌药物) 等几部分组成, 采用静脉注射、动脉导管、口服等给药方式。磁靶向载药微球是采用携带有药物的可生物降解的聚合物包裹磁性粒子, 在体外磁场的作用下, 可以按照指定的路径到达需要治疗的器官部位, 有选择性地治疗病变部位, 达到有针对性抑制或杀死肿瘤细胞的目的, 使药物在靶向部位处发挥高效的治疗作用。

磁靶向给药系统的作用机理是载有药物的聚合物磁性微球, 按照需要输送的部位, 调整微球的纳米尺度, 在外加磁场的引导下, 通过静脉注射、动脉导入, 或者鼻腔吸入等方式, 通过磁性载药微球的流动性能和磁场的诱导性能, 依照磁场引导将磁性载药微球移向病变区, 到达需要治疗的区域后, 药物以受控方式 (磁场作用强度、酶的活性或者生理条件的改变, 例如p H值、渗透压和温度改变等) 缓慢定位释放, 这样, 药物只在病变无语发挥作用, 可以有效保护正常组织不受侵害, 具有高效低毒的特点。目前最常用且有效的磁靶向给药系统之一是磁性高分子微球。磁性微球具有许多特殊的优良性, 例如有磁响应性, 若给磁性微球施加一个磁场可以非常方便地分离;并且具有吸收电磁波的性能, 能有效的避免电磁波的干扰;粒径小, 表面积大, 有丰富的表面性能, 易于吸附, 通过聚合、表面性能的改变使其表面具有多种反应功能基团, 从而可以结合多种功能不同的物质, 使一种物质同时具有多种功能。磁性微球主要是由磁性粒子和高分子或无机材料复合而成。磁性粒子包括Fe3O4、Pt、Ni、Co等, 其中使用最多的是Fe3O4。

二、磁性载药微球的制备方法

在磁性颗粒表面形成高分子壳层是制备磁性载药微球的关键, 首先制备包裹磁性材料的空白磁性聚合物微球, 再将抗癌药物渗入聚合物中, 得到磁性聚合物载药微球。近几年, 磁性载药微球主要有以下几种制备方式: (1) 把具有磁性的物质与高分子溶液混合在一起, 选择合适的乳化剂, 将高分子材料与磁性材料良好乳化, 加入药物后, 制得具有磁核的磁性高分子载药微球; (2) 在磁性材料和抗癌药物共同存在的情况下, 利用高分子单体聚合形成磁-核结构的磁性载药微球; (3) 具有磁性的物质同时与抗癌药物被聚合物包埋在一起得到磁性载药微球。 (4) 把膜材溶解于有机溶剂并用水溶液包封后经超声减压得到磁性载药微球。 (5) 熔化聚合物并把药物注入熔液经搅拌冷却制得磁性微球。 (6) 利用有机溶剂制备油相并使其与水相在超临界CO2中制备载药微球。

1. 直接包埋法

制备磁性药物微球最早最常用的方法是直接包埋法, 直接包埋法首先将磁性物质均匀分散于可降解聚合物材料中, 再加入需要包埋的药物, 通过机械、物理和化学等方法使磁性材料和药物包覆在聚合物材料中, 得到具有壳核结构的磁性药物微球。在磁性微球制备过程中, 为了得到良好的核壳结构的聚合物磁性微球, 需要选用适宜的交联剂, 用于交联高分子壳层以增加微球的稳定性。

2. 乳液聚合法

乳液聚合法是将聚合物单体、磁性物质和抗癌药物加入适宜的溶剂中, 通过引发剂和乳化剂的作用, 在一定的条件下引发聚合反应发生, 通过操作条件和原材料配比的选择, 形成具有磁性的物质和抗癌药物的聚合物磁性载药微球, 制备聚合物磁性载药微球多使用这种方法。

3. 沉淀法

沉淀法是把抗癌药物和聚合物单体材料放在一起, 选择合适的溶剂和乳化剂, 充分搅拌, 再逐步加入Fe2+和H2O2或Fe Cl2和Fe Cl3溶液, 调节适宜的操作条件, 使其单体材料在包裹磁性材料和药物的同时, 进行聚合反应, 翻译达到一定的时间后, 再加入交联剂 (戊二醛等) 使其固化, 最后经过离心、洗涤、干燥即可得到磁性载药微球。此制备方法具有操作简单, 不用进行制备磁流体或均匀分散磁粒子的相关处理, 制得的磁性载药微球粒径较小、表面积大等优点。其缺点是磁性载药微球的大小不均匀、磁性不强。

4. 反相蒸发法

首先把膜材溶解于有机溶剂中, 然后加入用来包封药物的水溶液, 利用超声形成稳定的W/O型乳化剂, 再用减压蒸发除去有机溶剂, 当蒸发后的溶液达到胶态后, 除去未被包封的药物, 即得到磁性载药微球。这是制备磁性载药粒微球普遍使用的方法。Kubo等利用该法制备磁性多柔比星脂质体, 直径大约为146nm。

5. 热熔法

将聚合物在稍高于其熔点的温度下熔化, 药物加到流动的聚合物中进行混合, 然后将熔化的聚合物/药物的混合体倾倒入搅拌的热溶剂中的方法。

6. 溶剂挥发法

把聚苯乙烯和二氯甲烷混合在一起做为油相, 十二烷基苯磺钠 (SDBS) 做为表面活性剂, 用溶剂挥发法制出磁性聚苯乙烯微球。首先把聚苯乙烯和二氯甲烷溶解在一起做为油相, 然后将Fe3O4粒子加入油相中进行超声分散, 再加入SDBS, 调节到适当的p H值。最后将把混合溶液加入到水相中, 恒温水浴加热的同时并进行搅拌 (机械搅拌桨搅拌) , 使油相溶剂完全挥发, Fe3O4粒子被包覆于聚苯乙烯微球中。在超临界CO2中进行载药。利用超临界状态下的二氧化碳把抗癌药物载入磁性聚乙烯微球中。

三、磁性靶向载药微球的研究进展

1. 天然聚合物材料为基体的载药微球

可降解、生物相容性良好的聚合物材料, 因为具有良好的溶胀性和表面功能性基团, 是最常用的磁性载药微球的载体材料。其中, 壳聚糖聚合物是天然高分子材料, 作为制备磁性载药微球的基体材料, 得到了广泛的应用。壳聚糖含有游离的氨基, 可与具有双官能团的集团进行交联, 形成的交联产物稳定, 具有良好的生物相容性, 价格便宜, 物产丰富, 还具有抗菌、消炎等作用, 使得它具有广阔的应用空间。

2. 无机材料为基体的载药微球

无机材料作为载药微球载体, 具有适宜的理化性能, 特殊的结构和高稳定性, 可以克服聚合物材料可控性差、功能单一等缺陷, 是近年来日益发展的载药微球载体材料, 它的来源广泛, 生物兼容性良好、靶向输送能力和药物释放的可控性强等而得到越来越多的关注, 例如二氧化硅、纳米碳材料等。Levy等人首先把APTS与戊二酸酐混合发生化学反应, 然后拿生成的产物修饰Fe2O3/Si O2粒子得到羧基化的磁性微球。这种磁性微球可以用于细胞、抗体、生物酶等多种生物物质的分离, 在药物的定向运输和新药的开发中具有重要的应用价值。

3. 功能性载药微球

与单一的控释给药体系相比, 多功能释药体系把多种特性结合在一起, 可以实现靶向、显像、可控释等多功能多响应的目的。当前研究比较多的功能主要有:荧光量子的荧光成像和识别功能;磁性材料的磁靶向功能;表面包埋或者提供靶向结合点;温敏、p H敏材料控制药物释放, 电磁能的吸收, 给控释药物提供能量的金属粒子;能发生特殊反应的酶和药剂。

四、结论与展望

磁性载药微球是一种高效、低毒新型给药系统, 具有生物相容性良好, 可以定位定量释放药物到特定的部位等特点, 具有良好的发展前景。与普通给药方式相比, 具有如下一些优点: (1) 通过外磁场作用, 可以定向定位输送药物, 能够使药物有选择性的聚集到病变部位; (2) 加一个磁场, 磁性载药微球被磁化聚集在一起, 可以引起癌变组织血管栓塞, 造成该组织的缺血、缺氧, 对化疗药物的敏感性提升; (3) 未被聚集的磁性微球进入毛细血管内, 穿过内皮细胞可进入癌变组织间隙或被癌变细胞摄取, 所以可以在该组织间隙或细胞内释放抗癌药物; (4) 磁性载药微球尺寸可控, 可以穿过生物膜并穿透血脑屏障, 对如今风险较大的颅内疾病进行治疗。磁性载药微球虽然研究者众多, 研究成果也层出不穷, 但还是有许多问题需要进一步研究解决。例如:采用高效绿色的药物载体制备工艺, 提高制备水平;开发新型的载体材料, 体改载体材料的功能性;在缓控释性能方面, 进一步加强研究, 提高材料的多功能协同作用;解决与临床试验的结合, 有针对行地提高疗效等问题。新型给药制剂对肿瘤治疗具有良好的疗效, 在纳米材料、生物相容性高分子、生物医学等领域均开展了大量的研究工作, 这些必将推动新型药物制剂的基础研究和应用研究工作, 使之进入一个崭新的发展阶段。

通讯联系人:詹世平, 教授, 研究方向:功能高分子材料。

参考文献

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[5]刘先桥, 官月平, 邢建民, 等.磁性微球的制备及其在细胞分离中的应用[J].化学通报, 2004, (10) :723-725.

混合骨载药治疗慢性骨髓炎 篇5

1 资料与方法

1.1 一般资料

本组15例,男9例,女6例,年龄17~52岁。其中股骨8例,胫骨4例,跟骨1例,锁骨1例,髂骨1例;有窦道形成12例,X线片均证实有死骨存在。

1.2 手术方法

有窦道者切除窦道,结合C R X线片测出炎性髓腔长度,宽度约1~1.5cm,沿其纵轴骨刀切开一侧皮质,一般不超过管状骨周径的1/3[1]。摘除死骨,彻底清除死腔内脓苔,刮除髓腔内炎性肉芽组织,直到骨面有少量渗血为止。0.1%碘伏浸泡死腔5min,生理盐水冲洗,然后干纱布填塞。根据死腔容积大小,计划植骨量,人工骨与自体骨体积比为1∶1,取髓骨松质骨尽力剪碎,呈锯末状备用。将人工骨按5%比例加入“泰能”粉剂,掺均匀,加固化剂,调成糊状,再掺加自体骨一起调匀,并做成颗粒状,热盐水纱布包裹,约10min后颗粒成型、硬化。取出腔内纱布,不留空腔,明胶海绵封口。关闭切口负压引流。没有形成窦道的骨髓炎,患者一般抵抗力较强,死骨周围皮质增厚,腔内脓液内炎性肉芽组织较多,并有包壳形成。术式同前,只是植骨前在增厚的皮质上细钻头钻数孔。改善局部血液循环,再植入混合骨,关闭切口,可不放引流。

1.3 术后处理

所有患者均在术前或术中做细菌培养。选用1~2种敏感抗生素治疗并理疗,改善局部血液循环。有条件者可行高压氧治疗,改善局部皮肤营养不良,术后2d拔引流管,隔日换药,12~14d拆线,指导患者患肢行非负重功能锻炼。

2 结果

14例患者拆线后伤口愈合良好,3个月后局部皮肤营养状态好转,1例股骨骨髓炎拆线后伤口渗出,窦道形成。术后2个月有混合骨自窦道流出,行2次手术取出混合骨,依据细菌培养结果,应用抗生素盐水冲洗治疗2周,伤口愈合。6个月后再次植自体骨治愈。经过1~5年随访,除1例外均无复发,症状消失,患者均在术后1年内恢复正常生活与轻体力工作。3讨论

慢性骨髓炎均合并有周围软组织慢性炎症,局部血液循环差,皮肤营养不良,致使局部骨骼循环血量减少,药物治疗局部相对血药浓度低,是药物难以治愈的重要原因。再有死骨形成,急性发作时细菌繁殖,组织细胞坏死,产生脓液不能引流,以至窦道形成,经久不愈。治疗原则:清除死骨、炎性肉芽组织和消灭死腔[2]。手术已达到了清除死骨及炎性肉芽组织,混合骨载药植入达到了消灭死腔的目的。

近年来,载药人工骨实验研究已取得了较大的进展。王传军等[3]用人工骨携带6.5%的妥布霉素将其植入兔股骨外侧髁与股骨干交界处,观察3个月,表明药物缓释系统不但能释放高浓度的妥布霉素,而且具有良好的成骨能力。笔者应用这种复合材料具有人工骨的优点,又改变了其孔隙率直径太小的缺点,具有骨的诱导功能,还可以直接生成骨,使得在植入早期就有新生骨长入,与单纯的人工骨比较缩短了降解时间。笔者观察一般在5~12个月,单纯人工骨为6~18个月[4]。同时载入抗生素,混合材料在成骨的过程中可缓慢释放,达到了消灭残存细菌的目的。

人工骨相对价格昂贵,它是抗生素的载体,在骨髓炎的治疗当中起着较为重要的作用。自体骨取材方便,按比例混合使用,减少了人工骨的用量,降低了材料费用,同时因自体骨的植入,提供了骨种子细胞,为新骨的形成缩短了时间,从而彻底治愈了慢性骨髓炎。

摘要：目的探讨应用自体骨、人工骨及抗生素混合材料植入治疗慢性骨髓炎的疗效。方法通过手术,摘除死骨,清理死腔将混合材料植入,消灭死腔,利用骨的诱导和再生原理及抗生素的缓慢释放,促进骨愈合。结果本组15例患者,除1例外,其余14例愈合良好。结论采用本术式治疗慢性骨髓炎,病程短、治愈率高、复发率低。

关键词：骨髓炎,自体骨,载药人工骨

参考文献

[1]陈红卫,赵钢生,鲍丰,等.载药自固化磷酸钙人工骨治疗慢性骨髓炎[J].中国骨与关节损伤杂志,2005,20(10):673.

[2]吴在德,吴肇汉.外科学[M].第6版.北京:人民卫生出版社,2005:892.

[3]王传军,陈统一,张健,等.载药妥布霉素人工骨修复骨缺损的动物实验[J].复旦大学学报,2001,28:473.

磁性载药纳米粒的研究进展 篇6

磁性纳米粒主要包括Fe、Co、Ni以及它们的氧化物。铁的氧化物有Fe3O4、γ-Fe2O3和α-Fe2O3;铁与过渡金属钴、镍、锰的混合氧化物有Co Fe2O4、Ni Fe2O4和Mn Fe2O4等。虽然Co Fe2O4、Ni Fe2O4和Mn Fe2O4纳米粒的磁性较强, 但它们的细胞毒性也较强, 因此难以用作药物的载体材料。而F e3O4和γ-Fe2O3具有良好的超顺磁性和生物安全性, 因此可望用于生物医药领域。通过将磁性纳米粒与高分子复合制备磁性纳米复合微粒, 可进一步提高磁性纳米粒的载药量、生物相容性并可控制药物的释放速率。

1 载药磁性纳米粒的结构和靶向机理

载药磁性纳米粒通常包含药物、磁性纳米颗粒和骨架材料, 常采用核壳结构:起靶向作用的磁核, 具有亲和性、生物相容性的壳层和包裹于粒子内部或与壳层高分子结合的药物。根据磁核、壳层与药物结合方式的不同, 可分为三种: (1) 以磁性材料为核, 药物连接在高分子壳层上; (2) 以连接药物的高分子为核, 磁性材料为壳层; (3) 以连接药物的高分子为核, 磁性材料为壳层, 磁壳再用高分子修饰。

磁靶向载药纳米粒通过注射或口服的方式进入人体后, 在病变部位的外部施加一定强度的磁场, 利用磁场的诱导效应, 可避开网状内皮系统巨噬细胞的吞噬作用, 使磁性载药纳米粒聚集到病变部位, 随后, 药物以受控的方式定位释放。磁靶向给药可明显降低用药剂量, 实现给药系统高效和低毒的统一。

2 磁性纳米粒的合成

合成磁性纳米粒的方法主要有溶胶-凝胶法、水热合成法、沉淀法、微乳法等。

2.1 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法反应条件温和, 产物均匀性好, 纳米粒粒径小, 且易参杂, 可制备多组分氧化物纳米粒。溶液-凝胶法是将金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化, 再经热处理制备纳米粒的方法。通过在液态下混合原料, 实现前驱体在分子级别上的均质化, 再凝胶固化, 因此溶胶-凝胶法制备的纳米粒粒径小且分布均匀。

方学玲等[2]以正硅酸乙酯和Fe (No3) 3·9H2o作为Si O2和Fe2O3的前驱体, 无水乙醇和盐酸作为溶剂和催化剂, 十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂, 采用溶胶-凝胶法制备了具有超顺磁性的α-Fe2O3/Si O2纳米粒。表面活性剂的存在使纳米粒具有良好的分散性。通过改变前驱体的配比, 可调控α-Fe2O3/Si O2纳米粒的磁性能。

2.2 水热合成法

水热法是以水为反应介质, 使反应物在高压釜中于高温高压下进行化学反应, 获得纳米粒的方法。水热法可直接得到结晶良好的粉体, 无需高温煅烧处理, 避免了粉体的硬团聚和结构缺陷。

Cheng等[3]以Fe Cl3为前驱体, 乙二醇为还原剂, 乙酸钠为静电稳定剂, 通过水热法制备了磁性Fe3O4微球。

Liu等[4]用十二烷基硫酸镍作为反应物和表面活性剂, 与Fe Cl3和Na OH溶液在120℃水热合成了Ni Fe2O4纳米粒, 其饱和磁化强度达到30.4 emu/g。

水热法制备纳米粒时, 由于反应釜中溶液温度的不均匀, 釜中不同区域产物成核时间不同, 先期成核微晶可能聚集长大, 所得纳米粒粒径分布稍宽。通过加入表面活性剂抑制晶核的聚集生长, 可获得粒径分布窄的小粒径纳米粒。

2.3 沉淀法

沉淀法主要包括共沉淀法、氧化沉淀法、氧化还原沉淀法等。共沉淀法是将一定比例的Fe2+、Fe3+溶液, 以NH3·H2O或Na OH为沉淀剂沉淀出来, 再经磁分离、洗涤、干燥得到Fe3O4纳米粒。氧化沉淀法是将Fe2+溶液, 用NH3·H2O或Na OH反应成Fe (OH) 2后, 再经氧化剂如H2O2等氧化获得Fe3O4纳米粒。氧化还原法是以还原剂将Fe3+部分还原为Fe2+, 至溶液中Fe3+与Fe2+物质量为2:1时, 加入沉淀剂获得Fe3O4纳米粒。为防止Fe3O4纳米粒的团聚, 常加入表面活性剂起分散作用。

刘春丽等[5]以水和乙醇为分散介质, 油酸、十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂, 采用共沉淀法合成了分散性良好的Fe3O4纳米粒。

张峰等[6]以聚乙二醇为表面活性剂, 采用共沉淀法制备了聚乙二醇 (PEG) 包覆的Fe3O4纳米粒, 并考察了PEG用量对Fe3O4纳米粒在水中悬浮稳定性的影响。

2.4 微乳法

微乳法是通过将金属盐和沉淀剂制备成油包水 (W/O) 型微乳液, 使纳米粒成核和生长限制在水相微区进行, 再经后处理得到超细粒子。粒子的粒径主要受水相微区大小的控制。

宋丽贤等[7]以脂肪醇聚氧乙烯醚 (AEO9) 为表面活性剂, 环己烷为油相, 正丁醇作助溶剂, 分别制备了Fe2+/Fe3+和Na OH的W/O型微乳液, 再将两者共混获得平均粒径约24nm、饱和磁化强度在66 emu/g左右的超顺磁性Fe3O4纳米粒。

3 磁性纳米粒的表面修饰及载药

磁性纳米粒可通过共价偶联和表面吸附等方法进行表面修饰, 与有机物小分子、高分子和无机材料相结合形成核-壳结构的磁性复合微球。它既具有磁性, 又具有表面活性基团, 能进一步和细胞、酶、蛋白质、抗体及核酸等生物成分偶联。修饰材料主要包括壳聚糖、海藻酸钠、环糊精、PEG等。表面修饰可提高磁性纳米粒的生物相容性, 并扩展其在生物技术领域的应用范围, 如用于靶向给药、细胞分离、固定化酶、免疫分析和磁控栓塞等。

3.1 磁性纳米粒载药

陆春因[8]以海藻酸钠 (SAL) 作为载体, 将其在酸性及超声的条件下与药物布洛芬 (IBU) 和四氧化三铁 (Fe3O4) 共沉淀, 制备了粒径约2 0 0 nm的磁性载药纳米粒 (S A L/IBU/Fe3O4) , 其中Fe3O4粒径约10 nm, 体外释放实验表明该磁性纳米粒具有明显的p H敏感性。

闫润民等[9]制备了紫杉醇-四氧化三铁磁性载药脂质纳米粒, 发现其具有良好的超顺磁响应性, 在外加磁场驱动下可通过血脑屏障定向分布于脑组织细胞间质并进入细胞内, 可显著提高靶区化疗药物浓度, 增强抗肿瘤效果。

环糊精具有独特的内疏水、外亲水型空腔结构, 在医药领域有着广泛的应用。通过环糊精修饰磁性纳米粒得到新型核壳结构功能复合物, 可用作药物载体, 控制药物分子在靶器官或靶组织释放, 该复合物可克服磁性纳米粒的生物利用度低、载药量低的缺点, 还可利用环糊精的疏水性空腔提高药物的生物利用度, 通过与特异性靶向分子结合, 可实现双重靶向效果, 大大改善磁靶向载药系统性能。

王海霞等[10]研究了Fe3O4/β-环糊精磁性纳米复合物对酮洛芬的包合行为, 其包封率和载药率分别达32.18%和39.49%。

Wang等[11]采用环糊精包合大蒜油, 实验结果显示, 环糊精包合后大蒜油具有明显的缓释效果。

3.2 磁性纳米粒用作基因递送载体

磁性纳米粒兼具纳米效应和超顺磁性, 通过高分子修饰后可用作基因递送载体材料。壳聚糖具有碱性氨基官能团, 能够凝集核酸形成稳定的复合物, 保护DNA免受核酸酶的降解。作为一种可生物降解的天然高分子材料, 壳聚糖的毒性很弱, 通过壳聚糖包覆磁核形成的复合磁性纳米粒是一种优良的非病毒基因载体材料。

陈朝婷等[12]利用壳聚糖包覆的磁性纳米粒 (磁聚糖) 耦合e NOS基因并在外加磁场下进行转染, 结果表明浓度低于20 mg/m L的磁聚糖对血管平滑肌细胞无生长抑制作用, 能成功介导e NOS基因的转染, 延缓受损后血管平滑肌细胞的增生周期。郭利锋等[13]采用化学共沉淀法制备了外包壳聚糖的磁性Fe3O4纳米粒, 其平均粒径约30 nm, 可望用于磁靶向给药系统以及作为非病毒基因的载体材料。

4 结语

载药系统 篇7

界面聚合、乳液聚合、界面沉积等方法是常用的载药微/纳米粒子制备方法, 但制备过程均较为复杂, 影响粒子的粒径均一性、药物包封率与药物稳定性等。静电喷雾技术是一种新型的载药微/纳米粒子制备方法, 具有制备过程简单、重复性好、药物包载量大、对粒子的粒径和表面形貌具有良好的可控性等优点[1,2,3]。此外, 以静电喷雾技术制备携载蛋白/基因类生物大分子药物微/纳米粒子过程中, 由于制备过程迅速, 较少或不接触有机溶剂, 对其生物学活性几乎无影响。

静电喷雾技术是目前所知唯一能得到单分散载药微/纳米粒子的方法, 但影响静电喷雾载药粒子的粒径与形貌的因素很多, 本文旨在综述载体聚合物、溶剂与制备工艺参数 (静电压强度、液体流速、喷嘴尺寸与接收距离等) 对载药粒子的粒径、形貌、释放行为等重要理化特征的影响。

静电喷雾装置主要由高压静电发生装置、微量推进器和接收装置组成 (图1) [4,5,6]。将药物与高分子材料共溶形成均一性溶液或分别溶解于良溶剂后乳化形成乳液, 装载于微量推进器中, 在静电喷雾过程中溶液/乳液通过喷嘴缓慢流出。以高压静电发生装置在推进器喷嘴与接收装置之间建立一个高压静电场, 在静电场力作用下喷嘴处含药液滴呈锥状, 且在液滴表面张力、静电应力、重力等作用下含药液滴被雾化, 同时由于被雾化的雾滴带有同性电荷, 同性电荷间的斥力作用产生与雾滴的表面张力相反的附加内外压力差, 提高雾化程度, 最终形成一股锥体辐射含蕴喷雾, 随着向接收装置定向移动过程中的溶剂挥发, 最终形成直径在纳米到微米级之间的含药微/纳米粒子[7]。

2 静电喷雾法制备载药微/纳米粒子的影响因素

2.1 载体聚合物

载药微/纳米粒子一般采用生物可降解聚合物为载体材料。生物可降解聚合物系指在生物体内能被降解或酶解, 生成的小分子物质被机体吸收或排除体外的一类高分子材料[8], 具有生物相容性好、可生物降解、无毒性等特点[9]。此外, 通过对生物可降解聚合物的表面电荷、亲疏水性、降解性等理化特征进行调节, 或对其进行功能化接枝, 可以达到药物控释、缓释、组织/器官靶向等作用。在静电喷雾技术制备载药微/纳米粒子过程中, 以生物可降解聚合物与药物共溶形成的均一性溶液或分别溶解于良溶剂后经乳化形成的稳定乳液作为静电喷雾的工作液, 载体聚合物的分子量、溶解性、溶液浓度等是影响载药微/纳米粒子粒径和形貌的主要因素。

2.1.1 聚合物分子量

载体聚合物的溶解可以看作是聚合物长链大分子与溶剂小分子形成分子分散体系的过程。对于溶解于给定溶剂中的给定聚合物, 单位溶液体积内聚合物分子链段的数目决定了溶液的粘度。聚合物分子量越大或浓度越高, 单位溶液体积内所含有的分子链段越多, 分子链线团间的摩擦阻力越大, 溶液的粘度越高。在以静电喷雾技术制备聚合物微/纳米粒子过程中, 适宜的工作液粘度是形成粒子的关键性因素之一。工作液粘度过低时流动性大, 易从推进装置喷嘴快速成股流出, 部分工作液可能未经雾化而直接落于接收装置, 无法形成粒子结构;工作液粘度过高时, 静电场力不足以使含药液滴完全雾化, 常得到不规则粘连粒子或丝状结构。因此, 小分子量的载体聚合物宜在较高浓度下进行静电喷雾, 不但可以提高工作液粘度使粒子成功制备, 而且使雾化液滴中含有更多的聚合物固含量, 易于形成较完整的球形粒子形态, 降低粒子结构塌陷程度。此外, 较小的分子量使聚合物在雾滴固化过程中分子的运动能力增加, 这也有利于减少粒子的结构塌陷[10]。

2.1.2 聚合物溶液浓度

静电喷雾工作液中聚合物的浓度还是影响粒子粒径的主要因素。对于溶解于给定溶剂的给定分子量聚合物, 浓度升高时工作液粘度升高, 在高压静电场力与同性电荷间斥力等作用下雾化形成的雾滴较大, 同时由于雾滴中聚合物固含量高而溶剂分子少, 使溶剂分子挥发聚合物固化所引起的体积收缩较小, 最终获得的粒子体积较大。庄秀丽等使用相同粘均分子量 (8 k D) 的聚乳酸 (PLA) 分别溶解于氯仿中配制0.1与0.2 g/m L溶液, 使用相同静电喷雾制备参数, 分别获得平均粒径为6.8与12.8μm粒子[11]。

2.1.3 聚合物溶解性

由于溶解性差异, 聚合物在不同的溶剂中具有不同的分子形态。在劣溶剂中, 聚合物分子链形成的无规线团更紧密, 需要更高的聚合物浓度方能达到与溶解于良溶剂中相当的粘度。由于聚合物溶液浓度升高有利于形成形貌良好的静电喷雾粒子, 因此也可通过选择不同的溶剂控制粒子的形态。例如薜立伟等[10]分别使用四氢呋喃与三氟乙醇溶解氨基酸酯取代聚磷腈 (PGPP) , 发现在四氢呋喃中6%浓度下得到了圆盘状PGPP微球, 微球形态比在三氟乙醇中3%浓度下所得更下扁平, 在四氢呋喃中10%浓度下可获得串珠状微球结构。

2.2 溶剂

2.2.1 溶剂导电性

以静电喷雾技术制备微/纳米粒子的过程中, 液滴表面的静电应力与表面张力是其不断分裂的主要原因, 由于液体喷射流离开喷嘴后表面所带电荷总量是固定不变的[12], 而随着射流的不断分裂, 由于雾化液滴整体的表面积在增大, 因此雾化液滴整体的表面电荷度在减小, 而表面张力在不断增大, 当静电力降低至不能克服表面张力时液滴就不再分裂[10]。因此, 导电性强的溶剂能使液滴在喷嘴处承载更多的电荷, 能使液滴进行更多次的分裂, 最成形成的粒子粒径越小。以静电喷雾技术制备载药微/纳米粒子过程中, 通过改变溶剂、使用混合溶剂、加入可溶性强电解质等方法可以改变电喷工作液的导电性, 达到控制载药粒子粒径的目的。

2.2.2 溶剂挥发性

使用静电喷雾技术的目的是为了得到单分散粒子状载药体系, 因此希望载药粒子在到达接收装置前溶剂挥发完全。然而, 当溶剂挥发速度过快时, 含药聚合物液滴在离开喷嘴后浓度迅速升高、固化, 减少了进一步分裂的发生, 产生较大的粒子, 或在进行次级分裂过程中固化, 形成串珠状粒子。此外, 过快的溶剂挥发速度使分裂液滴表面的聚合物分子来不及向液滴的中心区域移动而迅速固化, 内部溶剂逐渐挥发后会引起粒子结果的塌陷。当选择溶剂的挥发速度适宜时, 含药聚合物液滴不但可以充分分裂, 并且在溶剂挥发过程中使聚合物分子可以尽可能的向液滴中心扩散, 最终形成具有适宜粒径、完整球形结构的单分散粒子。薜立伟等[10]分别以6%聚乳酸-羟基乙酸共聚物 (PLGA) 与聚己内酯 (PCL) 的三氯甲烷溶液进行静电喷雾, 可以得到圆球状微粒, 然而溶解于其它溶剂后均得到的是塌陷状粒子。

2.3 实验参数的影响

以静电喷雾技术在制备微/纳米粒子过程中, 实验参数也会对粒子的粒径与形貌产生影响, 包括:电压、流速、接收距离、喷嘴内径等。

2.3.1 电压

在以静电喷雾技术制备载药微/纳米粒子过程中, 外加高静电压强度是影响含药液滴携带电荷量的主要因素。电压过低, 液滴承载电荷少, 难以克服表面强力发生分裂, 不会形成喷射流。在一定范围内, 随着电压的升高, 静电喷粒子的粒径会有所下降。庄秀丽等[11]分别采用0.5、2.0、20.0与30.0 k V高压静电对溶解于相同溶剂的同浓度PLGA溶液进行静电喷雾, 当其它实验参数相同时, 所得粒子分别为10.2、7.2、6.5与5.9μm。

2.3.2 流速

静电喷雾工作液从喷嘴中流出的流速影响单位时间单位体积含药聚合物喷射流的电荷携载量, 过快的流速容易使工作液未经雾化直接滴下, 不能形成粒子结构。在适宜的流速范围内, 随着流速的增大, 所得粒子的粒径分布范围增大, 且峰值向大粒径方向偏移。薛立伟[10]在以静电喷射法制备生物降解聚膦腈/聚酯微球中发现, 当流速为0.2 m L/h时微球粒径大小在1~3μm范围分布, 2.2μm粒径微球比例最高;当流速增加到0.8 m L/h时微球粒径分布拓宽为1.3~3.6μm, 且大粒径微球比例增高。

2.3.3 接收距离

接收距离是对静电喷雾技术制备载药微/纳米粒子的粒径与形貌影响最小的工艺参数。当接收板与喷嘴距离太近时溶剂挥发可能挥发不尽, 粒子落于接收板后容易成膜;接收距离过远会导致很多微、纳米粒子不能被接收到接收板上。在适宜的接收距离范围内, 相同的外加静电压条件下, 距离远电场强度减小, 含药聚合物液滴受到的静电应力小, 液滴分裂次数少, 因此所得粒子的粒径大。

2.3.4 喷嘴内径

喷嘴内径对静电喷雾技术制备载药微/纳米粒子的影响与工作液流速类似, 其他条件相同的情况下, 在一定的内径范围内, 喷嘴内径越小制备的粒子粒径越小。王璐等[13]在丝素微球的制备中发现, 当针头直径由0.8 mm降低到0.7 mm时, 微球直径显著下降, 但进一步下降到0.55 mm时, 微球直径变化不明显。

3 展望