基于叶酸靶向的多糖复合凝胶的制备及性能研究

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叶酸(folate,FA)能够与肿瘤细胞表面过表达的叶酸受体(folate receptor,FR)特异性识别,因此通过将叶酸偶联在药物载体表面,可构建叶酸靶向给药系统,提高肿瘤部位的药物富集,减少用药量,降低毒副作用。植物多糖及其药物载体材料是一类生物相容性高、环境友好的天然高分子材料。当前基于叶酸靶向的多糖及其复合药物载体材料主要集中在纤维素和淀粉等的研究。叶酸靶向的复合多糖给药系统,有利于抗肿瘤药物的靶向释放,是近年来多糖领域的研究热点。本论文以海藻酸钠(sodium alginate,SA)为原料,分别采用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺(EDC/NHS)和EDC活化SA和叶酸的羧基,与乙二胺的NH2偶联,合成叶酸-胺化海藻酸钠(FA-ASA)。利用葫芦巴胶(Fenugreek gum,FG)的高表观粘度特性,以FA-ASA材料制备FA复合多糖凝胶,通过体外实验研究FA复合多糖凝胶的靶向性。本论文的研究内容如下:1.胺化海藻酸钠的合成及表征以SA为原料,通过乙二胺修饰SA,制备胺化海藻酸钠(ASA)。首先,HCl的加入促使SA质子化使转变为海藻酸,能与甲酰胺上的N结合,破坏SA的分子内/间氢键,提高溶解性。其次,料液的滴加顺序直接决定ASA产物的类型,将SA滴加到乙二胺中,有利于单酰胺,便于后续与叶酸偶联。在活化剂的选择中,EDC先与SA形成活泼的中间体,NHS的加入使中间体转化为活性酯,这种中间体和活性酯均能与乙二胺发生酰胺化反应。元素分析结果显示,在相同条件,EDC中加入NHS作催化剂,对酰胺化反应没有明显改变;EDC催化合成的ASA中N%最高为11.747%,取代度为0.796。对产物结构表征可知,FT-IR分析中1615.72 cm-1和1545.81 cm-1为ASA新的酰胺的特征峰;XPS结果中酰胺的N信号强度略高于乙二胺上-NH2的N信号,说明有少量的双酰胺生成,以上结果证实SA的-COO-与乙二胺的-NH2发生了酰胺化反应。固体和液体1H及13C NMR中δ6.379、δ7.9新的氢信号和δ164.76、δ164.23新的碳信号进一步证实乙二胺与SA发生发应。2.叶酸修饰海藻酸的合成及表征以ASA为材料,分别采用三乙胺(TEA)、吡啶(Py)和4-二甲基氨基吡啶(DMAP)催化合成FA-ASA。元素分析结果显示,TEA、Py和DMAP催化合成的FA-ASA的N%分别为16.882%、13.86%和18.348%,最高取代度为0.304。与TEA和Py相比,DMAP由于吡啶环上甲基的推电效应使得N原子亲核攻击能力增强。FT-IR结果显示苯环的特征峰;XPS分析可知,FA引入使Na的信号峰完全消失,与ASA相比,N的信号峰增强,碳内层电子的结合能发生改变,说明FA与ASA发生了酰胺化发应。固体1H NMR和13C NMR中δ8.816、δ3.892、δ2.785、δ3.892、δ0.767新的氢信号和δ155.7、δ149.2、δ129.3、δ113.95、δ45.19、δ31.75新的碳信号,证实FA与ASA成功偶联。3.叶酸-胺化海藻酸钠复合载药凝胶的制备及性能以甲氨蝶呤(MTX)为模型药,用FA-ASA、SA和FG为材料,通过碳酸钙/D-葡萄糖酸-δ-内酯(CaCO3-GDL)原位释放法,制备FA-ASA复合/MTX载药凝胶。通过紫外分光光度法测得FA-ASA复合/MTX凝胶的载药量为9595.80μg/g。溶胀行为显示,FA-ASA复合凝胶的溶胀度高于SA凝胶。流变学结果表明,FA与SA羧基反应,减少了羧基与Ca2+的交联位点,使得FA-ASA复合凝胶储能模量(G’)略低于SA凝胶,影响FA-ASA复合凝胶的有效交联强度。体外释放结果显示,复合凝胶的溶胀能力和有效交联强度均影响药物的释放速度,与SA/MTX载药凝胶相比,低pH环境下,FA-ASA复合/MTX载药凝胶的MTX释放速率略快,600 min释放完全。为验证FA-ASA复合/MTX载药凝胶的靶向性,体外建立了人肝癌HepG-2细胞和人肺癌A549细胞模型,初步研究了FA-ASA复合/MTX凝胶对肿瘤细胞的体外靶向性。与MTX和SA/MTX相比,FA-ASA复合/MTX对A549和HepG-2的IC50降低为180.5和81.3μg/mL(6 h)说明叶酸修饰的复合材料能够介导更多的MTX富集在肿瘤细胞;加入游离叶酸占据肿瘤细胞表面叶酸受体后,FA-ASA复合/MTX对A549和HepG-2的IC50显著升高为97572.38和497.9μg/mL(6 h),证实游离FA与叶酸修饰的复合材料竞争肿瘤细胞表面的FR,减少了MTX通过叶酸受体途径进入肿瘤细胞。进一步,通过4’,6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)对A549细胞核荧光染色,细胞核形态变化显示,FA-ASA复合/MTX能加快A549细胞的细胞核裂解,产生大量的凋亡小体,加入游离FA后,A549细胞核裂解减弱。以上结果均证明FA-ASA复合/MTX凝胶中的FA能够与HepG-2细胞和A549细胞表面的叶酸受体识别,从而介导MTX进入肿瘤细胞,达到靶向给药的目的。综上,本论文制备了叶酸靶向的多糖复合凝胶材料,能够提高药物对肿瘤细胞的体外靶向性。但当前研究对叶酸靶向多糖复合凝胶制剂类型研究较少,需要在今后的研究中对不同类型的叶酸靶向多糖复合凝胶制剂如凝胶微球、纳米凝胶、胶束进行系统研究。本论文的研究为探索叶酸靶向多糖复合载药材料的制备和应用提供了一定参考。
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