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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 M9S[{Jj*  
博士研究生科学研究计划书 X4*/h$48 w  
考生姓名: 8c$IsvJg  
报考专业: 8|Y^z_C  
报考导师: z#*GPA8Em:  
职 称: DFjkp;`1  
2012年11月20日 `^N;%[c`z  
-1-一、选题背景及意义 vqxTf)ys  
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 anV)$PT=  
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 g-(xuR^*  
/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 eaiz w@N  
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 Wj*6}N/  
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 X:g5>is|  
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, 42Ffx?Qmv  
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 9hp0wi@W}  
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 $1@{Zz!S  
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。 |$0/:*  
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 +yea}uUE  
和生物可降解性 NAocmbfNz  
[1] !c`1~a!  
,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  G0&w#j  
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、 u1kbWbHu(  
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 \%^3Izsc  
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 / q!&I  
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 RGKJO_*J2  
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 tr}$82Po  
酯反应即可实现,产物多为六元环和七元环 !%(B2J  
[2-4] 8ksDXf`.  
。根据二羟基/多羟基化合物的不 JZ7-? o  
同来源,主要将功能聚碳酸酯分为三大类:(1) 基于丙三醇的环状碳酸酯和共聚 Q'Tn+}B&  
物;(2) 基于二羟甲基丙酸的环状碳酸酯和共聚物;(3) 基于季戊四醇的环状碳 /L8=8  
酸酯和共聚物。除此之外,还有基于L-酒石酸、多糖、1,3-二羟基丙酮和氨基酸 =@f;s<v/  
等合成的功能聚碳酸酯 3WVHI$A9  
[5] 1FX-#Y`e  
, $=V  
两亲性高分子在水溶液中可通过自组装形成球状、圆柱状和囊泡三种形态, }A;Xd/,'r  
疏水部分可促进水溶性较差类药物的溶解,同时“核壳”结构在人体内能对负载 wDG4rN9x  
的药物起到一定的保护作用。通过设计高分子的结构还可以实现药物的平稳释 ij),DbWd  
放、靶向释放、刺激响应释放等功能,因此开展药物的控/缓释载药体系研究具 PrcM'Q  
有重要意义。 h^)2:0#{I  
-2-二、研究现状 S'e2~-p0F  
多数抗癌药物水溶性差,目前普遍采用DMSO,CremophoreEL,Tween80 Lsz`nD5  
等表面活性剂来溶解药物,但是这些溶剂会损害人体的肝肾并可能引起严重过敏 ( FRf.mv{  
反应 \NqC i'&  
[6] 5W48z%MN  
。此外,依靠表面活性剂来溶解抗癌药物通常稳定性较差,全身给药后会 a*8}~p,  
发生药物沉降而导致无法发挥药效,因此需要发展新型抗癌药物负载。 F* =RP$sj  
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 [`lAc V<  
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 SOL=3hfb^  
[7-9] @!da1jN  
,葫芦素 "gz;Q  
(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、 [C6?:'}FA  
消炎等多种生物活性,与胆甾醇化学结构类似。基于此,Mahmud '3Ie0QO]"%  
[10] =)8Ct  
等合成了含 :6+~"7T  
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 c"ztrKQQ  
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 7fqYSMHR  
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 Q:\hh=^  
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 [)A#9L~s=  
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 cw.7YiU  
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  Biwdb  
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 vp@+wh]#  
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。 $ Zr, -  
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CucurbitacinI ?9@Af{b t2  
MePEO-b-PChCL DeQ'U!?+N  
图1.1两嵌段共聚物MePEO-b-PChCL的合成 #'J7Wy  
Fig.1.1SchemeforthepreparationofMePEO-b-PChCLblockcopolymer. -G#@BtB2+  
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 P3ev 4DL  
面或者核进行化学交联 [k 7N+W8  
[11,12] 1"B9Z6jf  
。但由于交联过程复杂,以及对聚合物载体结构性能 bK$D lBZ  
-3-和后续药物控制释放的影响不确定性,此法的应用受到限制。Li RdvTtXg  
[13] ss@}Dt^  
等用含端羟基 (g2r\hI  
的PEG为大分子引发剂,DBU为催化剂通过开环聚合制备了嵌段共聚物 Q*&aC|b&  
PEG-b-PBC;在室温下通过Pd/C催化将PBC中苄氧羰基还原为羧基,得到了侧 ) a\DS yr  
链含有羧基活性官能团的聚合物PEG-b-PCC;再采用EDC/HOBT作为脱水剂和 IH5} Az  
催化剂将十二烷醇连接在PEG-b-PCC上,得到PEG-b-PCD(接枝效率高达95%), K-k.=6 mS  
见图1.2。PEG-b-PCD结构中,十二烷醇连接到聚碳酸酯主链上,产生了类似核 ?$@ KwA  
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 \R>5F\ 0  
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 mc=! X  
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 +6M+hO]  
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 %OTA5  
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 :;*#Qh3"  
制。 lPcVhj6No%  
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mPEG, DBU .m]=JC5'  
Pd/C, H Vkvb=  
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PEG-PCD 'UY [ap  
Structureof PEG-lipidwith f#@S*^%V$  
chemicalcross-linkedmicelles !G7h9CF|{  
Structureof PEG-lipidwith ; ;<J x.  
polycarbonatebackbone |y.zo cBj  
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23 l$F_"o?&S@  
Embelin: 8=:A/47=J  
图1.2聚碳酸酯骨架、PEG亲水壳和十二烷醇疏水核构成两亲性聚合物 !~WZ_z  
Fig.1.2Schematicillustrationoflipopolymerwithpolycarbonatebackbone,hydrophilicPEG ~L~]QN\3  
coronaandhydrophobiclipidcore. dgXg kB'  
目前为止,绝大部分两亲性聚合物形成的载药胶束体系都是采用PEG为亲 ,s0 9B  
水性外壳,研究人员通常是改变疏水内核来进行相关研究。PEG作为载药体系 8/Mx5~ R  
与人体内部生理环境直接接触部分,能够防止载药体系被人体内部细胞吞噬和摄 H.:9:I[n  
6z Ay)~  
[14,15] /9pbnzn  
,这对于药物输送具有重要意义。但是当药物释放后,残留的PEG在人 3Y`>6A=  
-4-体内不能通过水解作用降解为小分子,只能通过排泄系统排出。考虑到PEG存 4Q;<Q"  
在的这一问题,有必要发展代替PEG的新型可降解亲水性胶束外壳。武汉大学 L;3aZt,#O  
钟振林课题组 glx2I_y  
[16] I]jX7.fx  
以DTC和BTMC为单体,设计合成了含有亲水性链段的三嵌 [m\,+lG?)j  
段共聚物(PHTMC-b-PDTC-b-PHTMC),嵌段组成均为可降解的聚碳酸酯;并且 .3@Ng  
PHTMC嵌段上含有大量羟基官能团,为后续连接各种功能化的生物活性分子提 4`s)ue  
供了反应位点,见图1.3。 pw3 (t  
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PHTMC-b-PDTC-b-PHTMC X/+OF'p o  
Self-assemble L'9N9CR{i  
图1.3以PHTMC为亲水外壳的两亲性聚合物载药体系示意图 LC-)'Z9}5  
Fig.1.3SchematicillustrationofamphiphiliccopolymerwithPHTMChydrophiliccorona. % ;O}FyP  
阿霉素(Doxorubicin,DOX)是目前临床上广泛使用的非特异性抗肿瘤药物, HC7JMj  
通过抑制RNA、DNA和大分子的生物合成杀灭癌细胞,因此将抗肿瘤药物直 CLN+I'uX0  
接输送到癌细胞的细胞质和细胞核中是提高药效的关键。谷胱甘肽是一种广泛存 Q)^g3J  
在于动物细胞中的三肽(Glu-Cys-Cly),在生物体内的氧化还原反应中起着重要的 l2&hBacT  
作用,但在细胞质内含量(2~10mM) ~m`!;rE  
[17,18] [xdj6W  
远高于在细胞外含量(50~1000倍) np6HUH  
[19] 9Nt3Z >d  
8#f$rs(}  
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 K t `  
学钟志远 Z$;"8XUM  
[20] G|9B )`S  
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 3s(Ia^  
-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 Sz0+ <F#5  
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 '6zd;l9Z  
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 *gu8-7'  
消灭癌细胞的作用,见图1.4。 ek)Xrp:2  
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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 lzfDH =&  
Fig.1.4Illustrationofdextranshellsareshedoffbyintracellularglutathione. s.y}U5Ty?P  
为了进一步提高载药量和控制药物释放,董常明 'v`_Ii|-  
[19] xOIg|2^8  
等将溶胶凝胶技术和含有 kfCKhx   
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 xG%*PNM0q  
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 XV5`QmB9  
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 m!Af LSlwm  
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 FpdHnu i1  
胶束能更好地控制初期药物突释。 D rTM $)  
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TMS-PCL-S-S-PEO -G FwFkWm  
-6-图1.510mMDTT中未交联与核交联胶束的药物释放 qA04Vc[2  
Fig.1.5Reduction-triggereddrug-releaseofuncrosslinkedandcore-crosslinkedDOX-loaded ps "9;4P  
micellesin10mMDTT. ig+k[`W  
为了实现对病变细胞的靶向识别能力,提高药物效率,降低副作用,还可以 ~PCTLP~zI  
在载药体系结构中连结上生物活性分子。研究发现,叶酸受体(FRs)是一种糖基磷 }&C dsCM>2  
脂酰肌醇(GlycosylPhosphatidylinositol,GPI)锚定的膜蛋白,能与叶酸特异性结合。 *XHj) DC;  
叶酸受体在人体许多实体肿瘤细胞膜表面高度表达,而在正常组织中低表达。由 M`(;>Kp7  
于叶酸可被癌细胞表面的叶酸受体通过介导内吞摄取,所以通过将叶酸分子连接 t Z+0}d  
在聚合物输送载体上,有望实现对癌细胞的靶向释药。Hu [+_\z',u  
[21] p0   
等把DL-丙交酯 80dSQ"y  
(DLLA)与含烯丙基的碳酸酯单体MATMC共聚得到含有碳碳双键官能团的聚合 9OH.&g  
物,然后将巯基化的叶酸通过“ClickChemistry”连接到聚合物链上,得到含活 0,bt^a  
性生物分子的功能聚碳酸酯,见图1.6。研究了猴肾细胞在聚合物上的粘附与增 *Gf&q  
殖行为,结果发现细胞在叶酸接枝聚合物表面的粘附与增殖能力都有提高,可作 A(PE  
为靶向释药载体。 \ =S3 L<  
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COOH OSi9J. ]O  
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N ^K8a#-  
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H 8B+^vF   
2 g@f/OsR76  
N Ki;5 =)  
(iii) rB|:r\Z(jG  
图1.6含有叶酸分子的P(LA-co-MAC)/FA合成步骤 1V$B^/_  
Fig.1.6SchemeforthepreparationofcopolymerP(LA-co-MAC)withbioactivefolicacid 0M2+?aKif  
三、研究内容及创新点 .T w F] v  
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 BW=6gZ_  
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 * <QL[qyV  
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。 L>GYj6D9  
O yZaDNc9'  
OH Chol* Cs=i9.-A  
+ S !O_^Rn+<2  
COOH S Yx c >+mx  
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S h1"#DnK7  
O ,^3D"Tky  
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Chol* r6A7 }v  
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H #pf}q+A  
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O  W?.Y%wc0  
H X[VQ 1  
n R^D~ic N  
Pd/C,H Blu^\:?#z-  
2 ==$Ox6.  
-8-Self-assemble [}FP_Su$6  
图1.7设计聚合物合成示意图 B64%| S  
Fig.1.7Schemeforthepreparationofdesignedcopolymer ;R/=9l  
结构中外壳为聚HTMC,含有大量的亲水性羟基,在体内酯酶和水解酶作用 E;%{hAD{  
下可以降解为CO2,有望避免PEG在体内不能降解的问题,但其对于疏水内核 iXBc ~S  
中药物的保护作用还有待验证;疏水内核结构中含有胆甾醇侧基,具有良好地细 L-Z1Xs  
胞亲和性和相容性;胆甾醇和葫芦素具有相似的结构,并且通过在胆甾醇上引入 3B>!9:w~f  
柔性烷基链,可降低核内胆甾醇的位阻效应,两者协同作用有望大幅度提高载药 K~[/n<ks  
量以及药物在核内的稳定性;核壳交界面由二硫键连接,载药体系进入细胞后在 B [03,zVf  
还原型谷胱甘肽作用下,内核自动脱落,快速释放出药物,可避免药物与核由于 w^dB1Y7c(W  
较强的相互作用而引起药物难以释放的问题。进一步研究,还可以改变内核连接 P4s:wuJ^  
不同的生物活性分子,使载药体系具备靶向输送不同类型药物的功能。 !DLIIKO78  
2. 溶致液晶(Lyotropicliquidcrystal,LLC)是由两亲性分子和溶剂组成的体系,具 (R.k.,z  
有自组装形成有序结构的功能。对于表面活性剂分子形成的有序聚集体的相转变 lQ oa[#q  
通常用Israelachvil ~bg FU  
[22] T?Gi;ld7  
等提出的临界堆积参数(CriticalPackingParameter)理论来解 ^M8\ 3G  
释,表达式为CPP=V/a0l,其中V是表面活性剂分子的疏水链体积,a0是表面 :  wb\N'b  
活性剂分子极性头基的平均分子截面积,l是表面活性剂分子疏水链的平均链长。 @aI`ru+a  
当CPP<1/3时,两亲分子在溶剂中形成球形胶束(L1);当1/3<CPP<1/2时, sA:0b5_a  
两亲分子在溶剂中形成六方相(H1);当CPP=1时,两亲分子在溶剂中形成层状 AM,@BnEcuT  
结构(Lα);当CPP>1时,两亲分子在溶剂中形成反相胶束(L2)、反六方相(H2)和 ,>e)8  
反立方相(Q2),见图1.8。  _8t{4C  
-9-图1.8溶致液晶自组装示意图和相应的临街堆积参数 _^Rf*G!  
[23] RfFeAg,]/  
Fig1.8Schematicofsomeofthepossibleself-assemblystructuresandtheircorresponding 'Ko T8g\b  
packingfactors. g5_]^[up w  
研究认为,在涉及磷脂双分子层结构重排,例如膜融合/分裂、脂类跨膜运输 =p ^Sn,t  
等生理现象中,反六方相作为中间过渡物起到重要作用。因此近十多年来,具有 qJUu9[3'm  
有序纳米尺度孔径的反六方相作为药物输送载体受到广泛关注 SkVW8n*s  
[24-26] kC6J@t)  
。例如,反六 3<#4  
方相结构中包含内部的亲水道和外表面的亲油层,能够同时溶解包裹亲水性(如 m8#+w0p)  
维生素C)和脂溶性药物(如维生素E) p e |k}{  
[27] NkA|T1w7  
;与某些特定的多肽结合后具有较好的经 }D{y u+)  
皮给药效果,有望成为多肽和蛋白质类药物的新型载体 ' !ZFK }  
[28] PG+ICg  
;利用溶致液晶有序结 n:x6bPal]  
构随温度、pH变化具有不同药物释放速率的特点,可以设计出响应型的载药体 m<hR Lo  
系,对药物在人体内释放实现温度、pH值等更加精确的控制 yIOoVi\m  
[29,30] r^q@rL>   
,见图1.9。人 -}4<P}.5T  
体本身作为一个精密复杂的液晶体,与溶致液晶载药体系应该会有更好的生物相 Sc`W'q^X  
容性和智能生物响应性,再赋予其可生物降解的功能,有望实现药物智能控/缓 5$`ihO?  
释领域的突破。 ok  iI:  
-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) h,LwC9  
[29] Yx>=(B  
pH响应型溶致液晶在体内 m?`U;R[  
的聚集态改变示意图(b) &J,MJ{w6"  
[30] oEGe y8?  
Fig.1.9Dynamicreleaseprofiesforglucosefromphytantriolwithchangingtemperature(a) !:'%'@uc  
schematicsoftheproposedpH-responsivedrugdeliverystrategyacrossthegastrointestinal f4@>7K]9TA  
tract(b). h}nceH0s3d  
四、研究方法及可行性 n3da@ClBt  
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 TGlIt<&  
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 0hp*(, L  
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、 ]X ,f  
1 \=P+]9  
HNMR、DSC、 %3M1zZY  
DLS、GPC、WXRD、TEM来表征;药物的释放行为可采用UV-Vis进行研究。 $DuX1T  
2. 对于新型的溶致液晶载体,可采用SAXS、POM、DSC、UV-Vis、ATR-FTIR JPltB8j?  
等来进行研究,具体的应用方法还需要通过查阅文献进一步了解。 NifzZEX  
预计可获得的成果 +] s"*'V$  
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, IxNY%&* `  
实现药物的高负载量,提高对药物释放的控制能力; 7A@]t_83Y  
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 ?`#)JG,A7  
现药物的可控精准释放 |]kcgLqj  
-11-五、参考文献 v!{mpF  
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