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主题 : 科学研究计划书
级别: 初级博友
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楼主  发表于: 2013-10-09   
来源于 考博资料 分类

科学研究计划书

化学化工学院 4QO/ff[ o  
博士研究生科学研究计划书 >gnF]<  
考生姓名:  `Klrr  
报考专业: b[yE~EQxr  
报考导师: >K5~:mx#3  
职 称: *<xrp*O  
2012年11月20日 xG8`'SNY  
-1-一、选题背景及意义 %Lyz_2q A  
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 dqxd3,Z  
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 ZL=N[XW4'  
/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 K\aAM;)-  
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 guE2THnz3D  
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 ~$Y|ca  
生的频率和严重程度,提高临床用药的安全;(3)缓慢释放增强药物的有效性, +aj^Cs1$  
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 ^aHh{BQ%  
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 !)nD xM`p  
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。 Yg&` U^7]B  
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 "$DldHC  
和生物可降解性 R^6Zafp  
[1] 9x[ U$B  
,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 ED/FlL{  
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、 >(3'Tnu  
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 x9~[HuJ  
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 BGzO!s*@j  
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 ]-a{IWVN  
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 a,cC!   
酯反应即可实现,产物多为六元环和七元环 &[~[~m|  
[2-4] V^2-_V]8  
。根据二羟基/多羟基化合物的不 M~p=#V1D  
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 ]F+K|X9-  
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 yl/a:Q  
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 v?)SA];  
等合成的功能聚碳酸酯 uREu2T2  
[5] Pr/]0<s  
S(w\ZC  
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, <xqba4O  
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 >0T Za  
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 o\goE^,aeR  
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 $H;+}VQ  
有重要意义。 vYdlSe=6G  
-2-二、研究现状 P#*n3&Uu  
多数抗癌药物水溶性差,目前普遍采用DMSO,CremophoreEL,Tween80 +$,dwyI2t  
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 V.2[ F|P;3  
反应 7=3O^=Q ^Q  
[6] l"5y?jT  
。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 (3W&A M  
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。 7"K^H]6u30  
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 $3#%aA!(#  
的“核”结构,会提高载药量并延长药物在载药体系中的保留时间 ^Plc}W7h  
[7-9] g_M ^E-3  
,葫芦素 eXG57<t ON  
(Cucurbitacin)是一类高度氧化的四环三萜类化合物,具有抗肿瘤、抗化学致癌、 +>#e=nH  
消炎等多种生物活性,与胆甾醇化学结构类似。基于此,Mahmud -_|]N/v\  
[10] hVf^  
等合成了含 )E-E0Hl>7  
有胆甾醇侧基(位于PCL链段中)的共聚物MePEO-b-PChCL、含有苄氧羰基侧基 Ay%:@j(E  
的共聚物MePEO-b-PBCL以及不含侧基的MePEO-b-PCL,对比研究了三种载药 (OqHfv  
体系的CuI载药量和控释行为,见图1.4。结果发现MePEO-b-PChCL对CuI的 Wj OH/$(  
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 G#lg|# -#  
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 '=#5(O%pp  
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 Abf1"#YImy  
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 TPK@*9rI  
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。 MD4\QNUa)*  
O "K ?#,_  
H jsdBd2Gdc  
H >?V<$>12  
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CucurbitacinI 9t}J|09i  
MePEO-b-PChCL !%wdn33"  
图1.1两嵌段共聚物MePEO-b-PChCL的合成 "qgu$N4/>  
Fig.1.1SchemeforthepreparationofMePEO-b-PChCLblockcopolymer. 8H_l[/  
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 &M= 3{[  
面或者核进行化学交联 c"qPTjY  
[11,12] /4-}k  
。但由于交联过程复杂,以及对聚合物载体结构性能 x,f>X;04  
-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 Wz5=(<{S  
[13] h(|;\~  
等用含端羟基 (,U7 R^  
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 @ge LW!  
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 D!/0c]"  
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 ?^F5(B[+Y  
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%), $N dH*  
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  ^ `je  
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 Y .X4*B  
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 T $ IUKR  
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 @C07k^j=U  
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  Zsgi{  
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 XR<G} x  
制。 POY=zUQ '/  
O O d9| T=R  
O uD[^K1Ag]^  
O O Z7oaQ\fR  
mPEG, DBU wM0E%6 P  
Pd/C, H UC(9Dz  
2 LjCykk  
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O {RH*8?7  
O @E YK(QS-  
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PEG-PBC rrYp'L  
O O vmMV n-\#  
O \ x:_*`fU  
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C G[vUOEU ~O  
12 g<0w/n!jmC  
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Pd/C, H 4Rl nnXY  
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O ; 'b!7sMO~  
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12 4\ uZKv@,  
H t?3{s\z8+  
25 i'eYmm96Q  
PEG-PCD u&l >cJ'  
Structureof PEG-lipidwith b#/V;  
chemicalcross-linkedmicelles -KJ}.q>upq  
Structureof PEG-lipidwith ~/]\iOL  
polycarbonatebackbone pw(U< )  
O j L>I5f  
O xv(xweV+d  
OH &VZmP5Gv  
HO _{Fdw  
C 0NuL9  
11 b _K?ocq  
H Wf+Cc?/4  
23 Aoy1<8WP%  
Embelin: s[{:>~{iq  
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 vo}_%5v8  
Fig.1.2Schematicillustrationoflipopolymerwithpolycarbonatebackbone,hydrophilicPEG =iho VA:|  
coronaandhydrophobiclipidcore. Ztpm_P6  
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 JQ{zWJlt  
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 hq&  
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 nIN%<3U2  
.T62aJ   
[14,15] Wj f>:\ w  
,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 2gC&R1 H  
-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 B1i!te}*  
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 0[$Mo3c+'  
钟振林课题组 A aF5`  
[16] R1b )   
以DTC和BTMC为单体,设计合成了含有亲水性链段的三嵌 ^&Rxui  
段共聚物(PHTMC-b-PDTC-b-PHTMC),嵌段组成均为可降解的聚碳酸酯;并且 _QOOx+%*5  
PHTMC嵌段上含有大量羟基官能团,为后续连接各种功能化的生物活性分子提  9'/|?I  
供了反应位点,见图1.3。 G~iYF(:&  
O O ;o)`9<es!2  
O a@a1 TpLQ  
HO l_q>(FoqA  
OH +<9q]V  
Sn(Oct) /NN[gz  
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PDTCdiol d&R\7)0  
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Fumaricacid fjZveH0  
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PHTMC-b-PDTC-b-PHTMC !{0!G  
Self-assemble ~"B[6^sW  
图1.3以PHTMC为亲水外壳的两亲性聚合物载药体系示意图 N4NH)x  
Fig.1.3SchematicillustrationofamphiphiliccopolymerwithPHTMChydrophiliccorona. W5;sps  
阿霉素(Doxorubicin,DOX)是目前临床上广泛使用的非特异性抗肿瘤药物, {vlh ,0~  
通过抑制RNA、DNA和大分子的生物合成杀灭癌细胞,因此将抗肿瘤药物直 _n gMC]-T  
接输送到癌细胞的细胞质和细胞核中是提高药效的关键。谷胱甘肽是一种广泛存 J#WPXE+Ds  
在于动物细胞中的三肽(Glu-Cys-Cly),在生物体内的氧化还原反应中起着重要的 |B.d7@{mM  
作用,但在细胞质内含量(2~10mM) ^ } L$[P  
[17,18] )g F9D1eA  
远高于在细胞外含量(50~1000倍) =Z$6+^L  
[19] 2p ,6=8^v  
/_(Dq8^g@  
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 %syBm  
学钟志远 p}z0(lQ*~  
[20] B9-=.2.WU  
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  S_6 ;e|  
-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  i 9"1  
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 )9->]U@  
消灭癌细胞的作用,见图1.4。 LlqhZetS  
O Q4*c L5j  
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Dex-SS-PCL <:w7^m  
self-assemble P^UcpU,  
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DOX Dex-SS-PCLmicelles Y+E@afsKs  
glutathione _v\QuI6  
图1.4亲水葡萄聚糖外壳在细胞内谷胱甘肽还原下脱落示意图 S $Wd}2>  
Fig.1.4Illustrationofdextranshellsareshedoffbyintracellularglutathione. KvgZx(.  
为了进一步提高载药量和控制药物释放,董常明 j2z$kw%  
[19] |67UN U  
等将溶胶凝胶技术和含有 qQb8K+t  
二硫键的生物还原型载体相结合,制备了一种新型的核中心交联两亲性载药体系 ,xiRP$hGhh  
TMS-PCL-SS-PEO,见图1.5。结果表明,相比于核中心未交联的胶束,交联胶 C9fJLCufC  
束的载药量和载药效率提高了一倍左右;体外释药实验采用10mMDTT模拟细 -Bc.<pFqp  
胞膜内还原环境,交联和未交联的载药胶束均表现出更快的释药行为,并且交联 *m;L.r`5[  
胶束能更好地控制初期药物突释。 '{|87kI  
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TMS-PCL-S-S-PEO @ !`x^Tzz  
-6-图1.510mMDTT中未交联与核交联胶束的药物释放 s9X?tWuL  
Fig.1.5Reduction-triggereddrug-releaseofuncrosslinkedandcore-crosslinkedDOX-loaded E&9BeU a#  
micellesin10mMDTT. ^-Bx zOp  
为了实现对病变细胞的靶向识别能力,提高药物效率,降低副作用,还可以 p%[/ _ -7  
在载药体系结构中连结上生物活性分子。研究发现,叶酸受体(FRs)是一种糖基磷 vL}e 1V:  
脂酰肌醇(GlycosylPhosphatidylinositol,GPI)锚定的膜蛋白,能与叶酸特异性结合。 g[4pG`z  
叶酸受体在人体许多实体肿瘤细胞膜表面高度表达,而在正常组织中低表达。由 4SlEc|'7@  
于叶酸可被癌细胞表面的叶酸受体通过介导内吞摄取,所以通过将叶酸分子连接 `|(S]xPHM  
在聚合物输送载体上,有望实现对癌细胞的靶向释药。Hu SJ8Ax_9{q  
[21] "n'kv!?\  
等把DL-丙交酯 *3 8 u ~n  
(DLLA)与含烯丙基的碳酸酯单体MATMC共聚得到含有碳碳双键官能团的聚合 _Oc5g5_{  
物,然后将巯基化的叶酸通过“ClickChemistry”连接到聚合物链上,得到含活 VUmf;~  
性生物分子的功能聚碳酸酯,见图1.6。研究了猴肾细胞在聚合物上的粘附与增 -aPRL HR  
殖行为,结果发现细胞在叶酸接枝聚合物表面的粘附与增殖能力都有提高,可作 z[|2od  
为靶向释药载体。 /0CS2mLC  
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图1.6含有叶酸分子的P(LA-co-MAC)/FA合成步骤 I! ~3xZ   
Fig.1.6SchemeforthepreparationofcopolymerP(LA-co-MAC)withbioactivefolicacid DE$T1pFV  
三、研究内容及创新点 tsf !Q  
1.设计具有新型亲水外壳、功能疏水内核,并且能在细胞内环境刺激下释放药 :LD+B1$y  
物的载药体系。亲水性外壳采用含羟基的可降解聚碳酸酯,内核含有与输送药物 AKAxfnaR  
结构相似的疏水侧基,核壳之间通过二硫键连接,示意图见图1.7。 mz^[C7(q'(  
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-8-Self-assemble +Qc^A  
图1.7设计聚合物合成示意图 Ca1)>1 Vz  
Fig.1.7Schemeforthepreparationofdesignedcopolymer =$`DBLX   
结构中外壳为聚HTMC,含有大量的亲水性羟基,在体内酯酶和水解酶作用 ] &G5/ ]f  
下可以降解为CO2,有望避免PEG在体内不能降解的问题,但其对于疏水内核 1;:2 =8  
中药物的保护作用还有待验证;疏水内核结构中含有胆甾醇侧基,具有良好地细 am"/Anml|  
胞亲和性和相容性;胆甾醇和葫芦素具有相似的结构,并且通过在胆甾醇上引入 SV\x2 ^Ea0  
柔性烷基链,可降低核内胆甾醇的位阻效应,两者协同作用有望大幅度提高载药 hCxL4LrF  
量以及药物在核内的稳定性;核壳交界面由二硫键连接,载药体系进入细胞后在 nev*TYY?A  
还原型谷胱甘肽作用下,内核自动脱落,快速释放出药物,可避免药物与核由于 "!Qhk3*  
较强的相互作用而引起药物难以释放的问题。进一步研究,还可以改变内核连接 U<6k!Y9ny  
不同的生物活性分子,使载药体系具备靶向输送不同类型药物的功能。 R<U?)8g,h~  
2. 溶致液晶(Lyotropicliquidcrystal,LLC)是由两亲性分子和溶剂组成的体系,具 Q^p@ 1I  
有自组装形成有序结构的功能。对于表面活性剂分子形成的有序聚集体的相转变 f` IgfJN  
通常用Israelachvil .i=%gg  
[22] @`_j't,  
等提出的临界堆积参数(CriticalPackingParameter)理论来解 H|TzD "2N  
释,表达式为CPP=V/a0l,其中V是表面活性剂分子的疏水链体积,a0是表面 -91l"sI  
活性剂分子极性头基的平均分子截面积,l是表面活性剂分子疏水链的平均链长。 x# YOz7.  
当CPP<1/3时,两亲分子在溶剂中形成球形胶束(L1);当1/3<CPP<1/2时, `riv`+J{s  
两亲分子在溶剂中形成六方相(H1);当CPP=1时,两亲分子在溶剂中形成层状 Fb``&-Qm:  
结构(Lα);当CPP>1时,两亲分子在溶剂中形成反相胶束(L2)、反六方相(H2)和 .nSupTyG  
反立方相(Q2),见图1.8。 O?2<rbx  
-9-图1.8溶致液晶自组装示意图和相应的临街堆积参数 Asn0&Ys4  
[23] 9nG] .@ H  
Fig1.8Schematicofsomeofthepossibleself-assemblystructuresandtheircorresponding gOWyV@  
packingfactors. @"/}Al  
研究认为,在涉及磷脂双分子层结构重排,例如膜融合/分裂、脂类跨膜运输 ZK ?x_`w  
等生理现象中,反六方相作为中间过渡物起到重要作用。因此近十多年来,具有 ,m"zt u-  
有序纳米尺度孔径的反六方相作为药物输送载体受到广泛关注 SQ Fey~  
[24-26] V? O%kd  
。例如,反六 - dOT/%Ux  
方相结构中包含内部的亲水道和外表面的亲油层,能够同时溶解包裹亲水性(如 ]8_h9ziz  
维生素C)和脂溶性药物(如维生素E) fhY[I0;}$  
[27] _5K_YhT  
;与某些特定的多肽结合后具有较好的经 "{B ek<  
皮给药效果,有望成为多肽和蛋白质类药物的新型载体 p;7 4 +q  
[28] v\Wm[Ld  
;利用溶致液晶有序结 &53#`WgJ  
构随温度、pH变化具有不同药物释放速率的特点,可以设计出响应型的载药体 vl5n%m H>^  
系,对药物在人体内释放实现温度、pH值等更加精确的控制 x<Zhj3  
[29,30] R_qo]WvR;  
,见图1.9。人 Fkz  
体本身作为一个精密复杂的液晶体,与溶致液晶载药体系应该会有更好的生物相 r~}}o o4K  
容性和智能生物响应性,再赋予其可生物降解的功能,有望实现药物智能控/缓 $&C(oh$:  
释领域的突破。 @gqw]_W  
-10-图1.9温度响应型溶致液晶不同温度下的葡萄糖的释放曲线(a) 46zaxcY<!  
[29] ILi5WuOYX  
pH响应型溶致液晶在体内 |g7h#F~  
的聚集态改变示意图(b) Ft7a\vn*B  
[30] /SXz_ e  
Fig.1.9Dynamicreleaseprofiesforglucosefromphytantriolwithchangingtemperature(a) gr 5]5u  
schematicsoftheproposedpH-responsivedrugdeliverystrategyacrossthegastrointestinal P*PL6UQ  
tract(b). +2zuIW.  
四、研究方法及可行性 nF'xV44"  
1. 对于设计具有新型亲水外壳、功能疏水内核,并且能在细胞内环境刺激下释 ^@Qi&g`lr?  
放药物的载药体系,单体的制备较易实现,后续的聚合条件经过摸索应该也可以 aE BP9RX}z  
解决。单体、聚合物的结构与性能以及自组装形态可采用FT-IR、 -L9R&r#_e  
1 ]VWfdG  
HNMR、DSC、 olMO+-USP  
DLS、GPC、WXRD、TEM来表征;药物的释放行为可采用UV-Vis进行研究。 ! /}FPM_  
2. 对于新型的溶致液晶载体,可采用SAXS、POM、DSC、UV-Vis、ATR-FTIR nuQ6X5>.=  
等来进行研究,具体的应用方法还需要通过查阅文献进一步了解。 }IN_5o((  
预计可获得的成果 c,q"}nE8w  
1. 获得具有良好生物相容性、生物响应性和靶向识别功能的两亲性载药体系, b%;59^4AjD  
实现药物的高负载量,提高对药物释放的控制能力; ~B!O~nvdQ  
2. 利用溶致液晶对温度,pH独特的响应特点,研究智能化的高效载药体系,实 T;4` wB8@  
现药物的可控精准释放 JblmXqtC  
-11-五、参考文献 <{/;1Dru  
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