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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   
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科学研究计划书

化学化工学院 3CL:VwoW  
博士研究生科学研究计划书 X,Q(W0-6$u  
考生姓名: A[Xw|9  
报考专业: (VR nv  
报考导师: duTSU9  
职 称: O3^@"IY  
2012年11月20日 [)KfRk?};2  
-1-一、选题背景及意义 t*$@QO  
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 '?[msX"aqa  
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 SxyFFt  
/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 *V+fRN4 W  
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 <Z wEdq  
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 #-8/|_*  
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, #wcoLCjs)  
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 Oms`i&}"}  
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 *9 xD]ZZF  
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。 D=+s D"<|  
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 Z!6G (zz:>  
和生物可降解性 B.b)YE '  
[1] dv: &N  
,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 P#]jPW  
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、 \>Q,AyL  
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 r>OE[C69  
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 P^r8JhDJ  
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$-ax[:\sm  
碳酸酯单体的合成简便易行,通过二羟基/多羟基化合物和三光气或者氯甲酸乙 /vU31_eZ t  
酯反应即可实现,产物多为六元环和七元环 -8: @xG2  
[2-4] 1F-L( \oKm  
。根据二羟基/多羟基化合物的不 qx NV~aK  
同来源,主要将功能聚碳酸酯分为三大类:(1) 基于丙三醇的环状碳酸酯和共聚 Xb {y*',  
物;(2) 基于二羟甲基丙酸的环状碳酸酯和共聚物;(3) 基于季戊四醇的环状碳 T/nRc_I+^B  
酸酯和共聚物。除此之外,还有基于L-酒石酸、多糖、1,3-二羟基丙酮和氨基酸 yCVBG   
等合成的功能聚碳酸酯 Uk#1PcPd  
[5] q^)(p' X  
K,Vl.-4?  
两亲性高分子在水溶液中可通过自组装形成球状、圆柱状和囊泡三种形态, v,! u{QP  
疏水部分可促进水溶性较差类药物的溶解,同时“核壳”结构在人体内能对负载 01b0;|  
的药物起到一定的保护作用。通过设计高分子的结构还可以实现药物的平稳释 Ki2_Nh>tM  
放、靶向释放、刺激响应释放等功能,因此开展药物的控/缓释载药体系研究具 .)Q'j94Q  
有重要意义。 y[# U/2  
-2-二、研究现状 i@6 kI C  
多数抗癌药物水溶性差,目前普遍采用DMSO,CremophoreEL,Tween80 B RT2=}A  
等表面活性剂来溶解药物,但是这些溶剂会损害人体的肝肾并可能引起严重过敏 (]L=$u4  
反应 wS*UXF&f  
[6] . Hw^Nx  
。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 E;SF f  
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。  _~r>C  
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 *e=e7KC6kI  
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 ;)*Drk*t,  
[7-9] H~&'`h1  
,葫芦素 y_w4ei  
(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、 S; >_9  
消炎等多种生物活性,与胆甾醇化学结构类似。基于此,Mahmud X#fI$9a  
[10] .Q7z<Q  
等合成了含 3s+D x$Ud  
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 <D?`*#K  
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 &( Z8G~h4  
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 @jfd.? RK!  
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 /PO5z7n0J  
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 ^#Shs^#  
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 crUXpD  
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 6D>o(b2  
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。 -Y YQnN  
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CucurbitacinI {94qsVxQZ  
MePEO-b-PChCL rZEL7{  
图1.1两嵌段共聚物MePEO-b-PChCL的合成 3w6}%=)$8  
Fig.1.1SchemeforthepreparationofMePEO-b-PChCLblockcopolymer. :+06M@  
为提高在血液中两亲性聚合物载药胶束的稳定性和载药量,可将壳、核壳界 7M9Ey29f  
面或者核进行化学交联 as6a)t.^  
[11,12] ~qekM>z  
。但由于交联过程复杂,以及对聚合物载体结构性能 R <}UT  
-3-和后续药物控制释放的影响不确定性,此法的应用受到限制。Li &?59{B. mD  
[13] SHWD@WLE4  
等用含端羟基 xA/Ein0  
的PEG为大分子引发剂,DBU为催化剂通过开环聚合制备了嵌段共聚物 EbXWCD  
PEG-b-PBC;在室温下通过Pd/C催化将PBC中苄氧羰基还原为羧基,得到了侧 :%!` R72  
链含有羧基活性官能团的聚合物PEG-b-PCC;再采用EDC/HOBT作为脱水剂和 ;&=c@>!xP#  
催化剂将十二烷醇连接在PEG-b-PCC上,得到PEG-b-PCD(接枝效率高达95%), PaIE=Q4gJ  
见图1.2。PEG-b-PCD结构中,十二烷醇连接到聚碳酸酯主链上,产生了类似核 cc37(=o KL  
壳界面交联的结构,提高了疏水核的稳定性;此外药物恩贝宁具有和十二烷醇相 7 G37V"''  
似的长链脂肪端基,从而可与PEG-b-PCD中的PCD末端基发生作用,提高相容 `,~8(rIM  
性。这两因素协同作用大幅度提高了恩贝宁(Embelin)的载药量和载药效率。实验 Y~,ZBl,  
结果显示,PEG-b-PCD对恩贝宁的体外释放有明显控制作用(PEG114-PCD29和 6)5Akyz4V  
PEG114-PBC30 药物半衰期分别为12h,4h),对前列腺癌细胞的繁殖有明显的抑 nz+k ,  
制。 O S?S$y  
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PEG-PBC }[FP"#  
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PEG-PCD >"?jW@|g  
Structureof PEG-lipidwith P+2@,?9#  
chemicalcross-linkedmicelles *{ fL t  
Structureof PEG-lipidwith L,7+26XV"B  
polycarbonatebackbone %}/|/=  
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C nd3n'b  
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23 (J I[y"2  
Embelin: :JD*uu  
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 -)E nr6  
Fig.1.2Schematicillustrationoflipopolymerwithpolycarbonatebackbone,hydrophilicPEG t;/s^-}  
coronaandhydrophobiclipidcore. mnm 7{?#[  
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 ,C;%AS/  
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 8kYI ~  
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 2|}`?bY]i`  
zbgH}6b  
[14,15] oUNuM%g9Dy  
,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 Wz&[ cj  
-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 /^rJ`M[;  
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 O]VHX![Y$  
钟振林课题组 k\<8h%  
[16] ]@wKm1%v  
以DTC和BTMC为单体,设计合成了含有亲水性链段的三嵌 7N4)T'B  
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 U-:"Wx%G  
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 ?)V|L~/  
供了反应位点,见图1.3。 z{wZLqG  
O O FXG,D J:  
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PHTMC-b-PDTC-b-PHTMC &u0on) E  
Self-assemble Mf`@X[-;  
图1.3以PHTMC为亲水外壳的两亲性聚合物载药体系示意图 ;\gHFG}  
Fig.1.3SchematicillustrationofamphiphiliccopolymerwithPHTMChydrophiliccorona. nj7\vIR7  
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, -](3iPy}  
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 Kr74|W=  
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 D]hwG0Chd  
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 +t p@Tb  
作用,但在细胞质内含量(2~10mM) hlBqcOpkKg  
[17,18] @H|3e@5([  
远高于在细胞外含量(50~1000倍) *!L  it:H  
[19] 7=pJ)4;ZA  
-+&sPrQ  
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 !KmSLr7xU  
学钟志远 kUQdi%3yY;  
[20] ;09U*S$eK  
课题组合成了以二硫键(-S-S-)相连接的葡萄聚糖(Mn=6000)亲水壳 #B8V2_M  
-5-与PCL疏水核的两亲性聚合物Dex-SS-PCL,研究了细胞对药物的摄取和在细胞 5hE mXZ%  
内药物的释放行为。结果表明,Dex-SS-PCL在细胞外非还原性环境中能保持较 @M8vP H  
好稳定性,进入细胞内还原性环境后能快速释放药物至细胞质及细胞核中,起到 "yc@_+"\+  
消灭癌细胞的作用,见图1.4。 {%XDr,myd  
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glutathione 5$.e5y<&(  
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 ,z+7rl  
Fig.1.4Illustrationofdextranshellsareshedoffbyintracellularglutathione. 7lYiufg  
为了进一步提高载药量和控制药物释放,董常明 \>@QJ  
[19] 9et%Hn.K'  
等将溶胶凝胶技术和含有 z c7P2@  
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 pwG"_|h  
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 ^B`*4  
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 <W<>=vDzyE  
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 ! >l)*jN8  
胶束能更好地控制初期药物突释。 i r/-zp_  
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TMS-PCL-S-S-PEO N`xXH  
-6-图1.510mMDTT中未交联与核交联胶束的药物释放 fB"It~ p  
Fig.1.5Reduction-triggereddrug-releaseofuncrosslinkedandcore-crosslinkedDOX-loaded $s,Az_bs  
micellesin10mMDTT. e.l3xwt>$  
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 mF`%Z~}b  
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 gH<A.5 xy  
脂酰肌醇(GlycosylPhosphatidylinositol,GPI)锚定的膜蛋白,能与叶酸特异性结合。 >V|KS(}s  
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 q2}6lf,J K  
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 cOrFe;8-.  
在聚合物输送载体上,有望实现对癌细胞的靶向释药。Hu v~`'!N8  
[21] W) p?cK`  
等把DL-丙交酯 \VAm4   
(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 %z "${ zw  
物,然后将巯基化的叶酸通过“ClickChemistry”连接到聚合物链上,得到含活 )7;E,m<:tO  
性生物分子的功能聚碳酸酯,见图1.6。研究了猴肾细胞在聚合物上的粘附与增 HBiUp$(mB  
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 -]!zj#&  
为靶向释药载体。 56 [+;*  
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图1.6含有叶酸分子的P(LA-co-MAC)/FA合成步骤 2s:$4]K D  
Fig.1.6SchemeforthepreparationofcopolymerP(LA-co-MAC)withbioactivefolicacid iu 6NIy7D  
三、研究内容及创新点 @.h|T)Z yr  
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 itW~2#nJz  
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 Vtr5<:eEx  
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。 eC41PQ3=1'  
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-8-Self-assemble 2H p<(  
图1.7设计聚合物合成示意图 <hv {,1p-r  
Fig.1.7Schemeforthepreparationofdesignedcopolymer Y) ig:m]#  
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 &^I2NpT  
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 ju8DmC5  
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  j1sgvh]D  
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 ImG7E w  
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 /7o{%~O  
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 w(EUe4 w{  
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 (nUSgZz5  
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 8wX|hK!Gz  
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。 N+#lS7  
2. 溶致液晶(Lyotropicliquidcrystal,LLC)是由两亲性分子和溶剂组成的体系,具 7xlarns   
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 5/f"dX  
通常用Israelachvil *@-a{T}  
[22] 3yXSv1  
等提出的临界堆积参数(CriticalPackingParameter)理论来解 lI&5.,2MP  
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 ;&~9k?v7L  
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。 z"PU`v  
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, gc"A Tc  
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 [Q:C\f]  
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 tT`{xM  
反立方相(Q2),见图1.8。 /f Ui2[y  
-9-图1.8溶致液晶自组装示意图和相应的临街堆积参数 ^dP]3D1 @  
[23] }n;.E&<[  
Fig1.8Schematicofsomeofthepossibleself-assemblystructuresandtheircorresponding G{!adBna  
packingfactors. 6EY W:o  
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 <3WaFi u  
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 YX,xC-37y  
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 U_oei3QP  
[24-26] ZhnRsn9  
。例如,反六 SYaL@54  
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 G$7!/O%#_  
维生素C)和脂溶性药物(如维生素E) 0m>?-/uDx  
[27] Hr}pO"%  
;与某些特定的多肽结合后具有较好的经 nR#'BBlI  
皮给药效果,有望成为多肽和蛋白质类药物的新型载体 _fmOTz G  
[28] (|t)MnPfY  
;利用溶致液晶有序结 $QC^hC  
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 ~z&Ho  
系,对药物在人体内释放实现温度、pH值等更加精确的控制 cK _:?G  
[29,30] wU(N<9  
,见图1.9。人 sA1 XtO<&7  
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 $?Z-BD1  
容性和智能生物响应性,再赋予其可生物降解的功能,有望实现药物智能控/缓 F2WMts  
释领域的突破。 +~l`rJ  
-10-图1.9温度响应型溶致液晶不同温度下的葡萄糖的释放曲线(a) ,.-85isco  
[29] ^,,lo<d_L  
pH响应型溶致液晶在体内 y1*z," dx  
的聚集态改变示意图(b) MB3 0.V/\  
[30] h6uv7n~4  
Fig.1.9Dynamicreleaseprofiesforglucosefromphytantriolwithchangingtemperature(a) rwCjNky!  
schematicsoftheproposedpH-responsivedrugdeliverystrategyacrossthegastrointestinal e}bY  9  
tract(b). yE>f.|(  
四、研究方法及可行性 l.AG^b  
1. 对于设计具有新型亲水外壳、功能疏水内核,并且能在细胞内环境刺激下释 >7j(V`i"y  
放药物的载药体系,单体的制备较易实现,后续的聚合条件经过摸索应该也可以 q A?j-H  
解决。单体、聚合物的结构与性能以及自组装形态可采用FT-IR、 O}cg1Q8p  
1 <lFQ4<"m  
HNMR、DSC、 ;y%C\YB#  
DLS、GPC、WXRD、TEM来表征;药物的释放行为可采用UV-Vis进行研究。 t]PO4GA  
2. 对于新型的溶致液晶载体,可采用SAXS、POM、DSC、UV-Vis、ATR-FTIR I15g G.)  
等来进行研究,具体的应用方法还需要通过查阅文献进一步了解。 &bw ``e&c  
预计可获得的成果 #M5[T N!  
1. 获得具有良好生物相容性、生物响应性和靶向识别功能的两亲性载药体系, bWOn`#+&  
实现药物的高负载量,提高对药物释放的控制能力; WTZr{)e  
2. 利用溶致液晶对温度,pH独特的响应特点,研究智能化的高效载药体系,实 @o6 ^"  
现药物的可控精准释放 WeqQw?-  
-11-五、参考文献 &f$[>yg1-  
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