利用氧化还原敏感的壳交联反应制备能控制释放纳米粒子的活性生物药剂.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流利用氧化还原敏感的壳交联反应制备能控制释放纳米粒子的活性生物药剂.精品文档.用不同颜色标注的是整片论文中用到的比较多的简写利用氧化还原敏感的壳交联反应制备能控制释放纳米粒子的活性生物药剂Guohua Jiang，Yin Wang，Rui Zhang，Rijing Wang，Xiaohong Wang，Ming Zhang，Xinke Sun，Shiyong Bao，Tao Wang，Sheng Wang高等纺织材料和制造技术重点实验室(教育部)，浙江科技大学,杭州310018,中国材料工程系，材料与纺织学院，浙江科技大学，杭州310018，中

2、国材料与技术部，材料与纺织学院，浙江科技大学，杭州310018，中国支持信息： 摘要：氧化还原敏感的壳交联(SCL)聚2-(二甲基氨基)乙基甲基丙烯酸酯-b-聚苯乙烯嵌段(PDMAEMA-b-ps)纳米粒子已经可用无表面活性剂可逆加成断裂链转移聚合的两亲性C12H25-PDMAEMA(聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯)共聚物作为稳定剂来制备。核磁共振(1HNMR)，动态光散射(DLS)，和透射电子显微镜(TEM)进行调查的组合物和所得到的纳米粒子的外貌如图然后，用所制备的纳米粒子作为载体做成胶囊的疏水性药物的释放可以通过氧化还原剂二硫苏糖醇(DTT)触发。壳交联(SCL)纳米颗粒具有良好的生物

3、相容性。这些特性表明，这些纳米粒子作为药物载体很有前途。 最近几年已经有相当多的关于壳交联(SCL)的合成与具有环境敏感特性的纳米粒子研究，并且成为人们关注的焦点1-6。到目前为止，已经开发了几种制备壳交联(SCL)纳米粒子的方法，如与双官能交联剂7-9的紫外线辐射10,11等反应。在制造过程中一个重要的考虑因素是这样的多步交联过程是繁琐和昂贵的。因此，我们迫切的需要一种能利用一锅法来制备壳交联(SCL)纳米颗粒制剂的方法。目前，(逆)细乳液聚合法结合可控自由基聚合(CRP)技术已被广泛用作于精确构建纳米载体12-17的一个强大的工具。然而，一个缺点是目标载体被污染的表面活性剂浓度相对较低，但

4、幸运的是，无表面活性剂(SFE)可逆加成断裂链转移乳液(RAFT)-聚合(SFE-RAFT)，在原则上，可以在一定程度上解决这些缺点。基于这种有胶乳的合成方法有许多例子，例如无表面活性剂可逆加成断裂链转移乳液-聚合(SFE-RAFT)已经间接的用于制备共聚的苯乙烯18-21，甲基丙烯酸正丁酯22，丙烯酸正丁酯23，甲基丙烯酸甲酯24。然而，这些例子都强调对聚合反应动力学和形态控制。最重要的是，大多数这些纳米载体不能被特定的刺激切割，这将阻碍工程中的实际应用。我们以前的研究表明，二硫苏糖醇(DTT)这种氧化还原剂的存在下，双-(丙烯酰氧乙基)二硫化物(BAEDS)是一种氧化还原敏感和可切割的交联

5、剂。因此，如果将这类交联剂引入到目标纳米粒子内，就可以对药物的释放速率起到有效调节作用。此外，据我们所知，还没有一个被无表面活性剂可逆加成断裂链转移乳液-聚合(SFE-RAFT)及其在药物控释系统中的应用制备的氧化还原敏感的纳米粒子(SCL)的报告。 在目前的工作中，氧化还原敏感的纳米粒子(SCL):聚2-(二甲基氨基)乙基甲基丙烯酸酯-b-聚苯乙烯嵌段(PDMAEMA-b-ps)和吲哚美辛胶囊(PDMAEMA-b-ps)纳米粒子已经以C12H25-PDMAEMA共聚物为稳定剂，由SFE-RAFT系统制备成功。然后，又对吲哚美辛（IND）在不同pH值条件下的释放反应及其生物相容性进行了研究。我

6、们以往的研究表明，（逆）细乳液聚合法结合无表面活性剂(RAFT)聚合可应用于制备SCL纳米粒子14-16。然而，所制备的纳米载体可以被表面活性剂污染。此外，纳米颗粒的直径可以通过交联剂用在乳液体系中的量来控制。当交联剂的含量超过0.2mmol时，所制备的纳米粒子的粒径会大于200 nm（支持信息，图S1），这是增强的渗透和滞留（EPR）的阈值效应25,26。因此，在这项工作中，用SFE-RAFT法制备SCL纳米粒子时将双-(丙烯酰氧乙基)二硫化物(BAEDS)的量设定为0.1mmol。预期最终的纳米颗粒将包含聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)外壳，交联聚苯乙烯(PS)中间壳和C

7、12H25内芯三个不同的区域。 制造SCL纳米粒子的示意图是方案1。 方案1：图1显示C12H25-PDMAEMA (A)，PDMAEMA-b-ps（B），和SCL纳米粒子（C）在氘代氯仿（CDCl3）中的核磁共振谱图 图1：在= 1.82和0.90 ppm峰是由亚甲基和甲基团(S-CH2-C-CH3)产生的。同时，在= 4.06和2.56 ppm质子峰则由亚甲基团（CH2-CH2N)产生。在= 2.28 PPM信号是连接的氮甲基质子峰(N-CH3）产生的，这表明C12H25PDMAEMA共聚物已成功地合成了(图1: A)。在共聚物C12H25-PDMAEMA的存在下通过SFE-RAFT制备了

8、 PDMAEMA-b-ps纳米粒子。由于PDMAEMA-b-PS可以溶解在氘代氯仿中，所以PDMAEMA块和PS块的特征信号峰都在(图1: B)中显示。比较(图1: A)，由于PDMAEMA峰值强度有明显降低。此外，它揭示了在=6.296.74和=6.877.21 ppm有新的峰的存在，这是由于PS块与C12H25PDMAEMA成功的进行扩链反应。在SCL成功反应之后，与PS块相关的流动性分子被交联的壳几乎看不见特征峰，而PDMAEMA块可以检测出仍然是很好的一种溶剂。如果壳交联是不成功的，那么将有希望从氘代氯仿（CDCl3）解离成单个的共聚物链而成为PDMAEMA和PS的良好溶剂，而且特征峰

9、都可以被观察到。以上结果清楚地证实，PDMAEMA-b-ps已被(BAEDS)成功地固定并形成SCL纳米粒子（图1：C）然后，通过透射电子显微镜（TEM）技术研究了纳米粒子的形貌，发现所得到的样品为具有明确的核心壳结构的球形纳米颗粒。如果PDMAEMA-b-ps，大小约为194 nm，那么壳的厚度大约为33纳米（图2：A，B）。作为SCL纳米粒子，直径和壳的厚度将减少到95和10 nm处，分别为（图2：C，D） 图2 根据报道，纳米粒子能广泛参与药物传递和控制释放系统27-30。而客体分子的释放速率可以通过调节其交联壳或芯来实现31,32。为了这个目的，用BAEDS作为交联剂，因为在还原剂存在

10、下二硫键可以被切割成相应的硫醇，如三（正丁基）膦（Bu3P）33，二硫苏糖醇（DTT）12,15,34，和谷胱甘肽35。在DMF中可以很容易的跟踪SCL纳米粒子微量降解过程，如果二硫键被DTT裂解，则胶体溶液会变成透明状态。在我们的例子中，一段时间后的胶体溶液变成透明的，表明SCL纳米粒子已经被DTT裂解成单个的共聚物链。（支持信息，图S5）这几页没有看到图S5 采用MTT(细胞存活率分析法)对HeLa 细胞(海拉细胞人类宫颈癌细胞)在SCL纳米粒子体外细胞毒性进行评价。如图3所示，当所测试的浓度低于25g /ml1时我们观察到HeLa细胞的存活率均为100%左右，这表明SCL纳米粒子毒性低且

11、与细胞的相容性好。 图3 根据我们以往的研究，SCL PDMAEMA-b-ps纳米粒子具有一种内在的荧光性质不需要做任何荧光标记处理，这将简化的纳米载体的制备过程和体内实验14。因此，这些SCL纳米粒子可以直接作为体内的药物载体。到目前为止，已经报道了各种类别的SCL纳米颗粒，然而，只有少数的研究与药物的释放反应有关4,36-38。如上文所讨论的那样，DTT可以裂解二硫基团，因此可以预期能够触发客体分子的释放。然后，将作为疏水性药物模型的吲哚美辛（IND）封装在纳米粒子内。用DLS和TEM对含有的SCL纳米粒子进行了表征。结果显示，封装了吲哚美辛(IND)的SCL纳米粒子的直径大于纯SCL纳米

12、粒子。（支持信息，S6和S7数据）这几页没有看到图S6，S7 为了证明药物的释放速率可以被DTT触发，所以在恒温37的磷酸盐缓冲液(PBS)中测定是否含有10mL DTT两种情况下的SCL纳米粒子的药物释放曲线。从图4可以看出，在含有DTT的PBS溶液中吲哚美辛(IND)的释放速率更快。此外，pH越高，释放速率的快。更具体地说，在pH为4.5时，在含有10mL DTT的情况下48小时后已经约有30% 释放，而没有DTT的情况下只释放了约9% IND。这个现象在pH值提高到6.5和7.4时依然存在。在pH为7.4时进行实验时，在含有10mL DTT的情况下48小时后已经约有72% 释放，而没有D

13、TT的情况下只释放了约10% IND。 图4：PBS缓冲液的pH值为5.4(a)，6.5(b)，和7.4(c)，分别为。IND的化学结构也显示在d这些结果表明，SCL纳米粒子可以作为控制释放疏水性客体分子的载体。此外，这些有趣的现象可以归结为以下原因：(i)DTT可引起SCL纳米粒子的分裂，因此，从核心到外部环境的PBS缓冲液都能使IND扩散更加容易。(ii)我们先前的研究已经表明，PDMAEMA是纳米粒子中的pH敏感部分。此外，在酸性条件下纳米粒子的直径大于在中性和碱性条件39下纳米粒子。当pH值低于7，PDMAEMA完全电离，所以PDMAEMA链因电动斥力而充分伸展到PBS缓冲液中。换句话

14、说由于扩散距离长IND将很难从聚合物结构中扩散出来。而当pH值达到7.4时，由于去质子化效应的影响降低了链伸展的程度。这将对纳米粒子的核心产生应力，导致核心变形诱导药物泄漏而使药物释放加速30,39-41。(iii)此外，当缓冲液的pH值超过7时，由于羧基的存在IND将有一个更好的可溶性状态，导致药物的扩散速率加快42。该释放机理在方案2中所示 方案2： 总之，首次用一锅法SFE-RAFT聚合成功地合成了一系列的SCL PDMAEMA-b-ps纳米粒子。所制备的纳米粒子的粒径为177 nm，可作为封装IND等疏水性成分的载体。用这些SCL纳米粒子可以容易的控制封装药物的释放速率。这些纳米粒子具

15、有良好的相容性，使他们拥有作为纳米药物载的体前途。相关内容： 支持信息：SCL纳米粒子合成的实验方法，以及相关的数据和表格。这种材料是通过互联网http:/pubs.acs.org。免费获得的 作者信息： 通讯作者：Tel.: +86 571 86843527. E-mail address: polymer_jiang (G. Jiang) 笔记：作者宣称没有竞争的金融利益 致谢： 这项工作是由中国国家自然科学基金资助项目（20604024，50802088），浙江省自然科学基金（y4100045，y4080392，r210101054），钱江人才工程浙江省（2010r10023），为留学回

16、国人员科研基金，国家教育部（1001603-c），培训基金优秀青年人才的重点实验室先进纺织材料与制造技术(ATMT)，教育部（2011qn04），并在大学长江学者和创新团队项目（资助：0654）钱学森感谢浙江省研究生创新项目技术大学通过发放ycx-s11006，我们非常感谢qingye的三维绘图和王丽娜的TEM测量。参考文献：(1) Jiang, X. Z.; Liu, S. Y.; Narain, R. Langmuir 2009, 25, 1334413350.(2) Li, L. Y.; He, W. D.; Li, J.; Zhang, B. Y.; Pan, T. T.; Sun,

17、X. L.;Ding, Z. L. Biomacromolecules 2010, 12, 18821890.(3) Wang, Y. C.; Li, Y.; Sun, T. M.; Xiong, M. H.; Wu, J.; Yang, Y. Y.;Wang, J. Macromol. Rapid Commun. 2010, 31, 12011206.(4) Xu, X. W.; Flores, J. D.; McCormick, C. L. Macromolecules 2011,44, 13271334.(5) Lee, S. J.; Min, K. H.; Lee, H. J.; Ko

18、o, A. N.; Rim, H. P.; Jeon,B. J.; Jeong, S. Y.; Heo, J. S.; Lee, S. C. Biomacromolecules 2011, 12,12241233.(6) Wei, H.; Ravarian, R.; Dehn, S.; Perrier, S.; Dehghani, F. J. Polym.Sci., Part A: Polym. Chem. 2011, 49, 18091820.(7) Huang, H. Y.; Kowalewski, T.; Remsen, E. E.; Gertzmann, R.;Wooley, K. L

19、. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 1165311659.(8) Thurmond, K. B.; Kowalewski, T.; Wooley, K. L. J. Am. Chem.Soc. 1997, 119, 66566665.(9) Fujii, S.; Cai, Y. L.; Weaver, J. V. M.; Armes, S. P. J. Am. Chem.Soc. 2005, 127, 73047305.(10) Ding, J. F.; Liu, G. J. Macromolecules 1998, 31, 65546558.(11) Babin,

20、J.; Lepage, M.; Zhao, Y. Macromolecules 2008, 41, 12461253.(12) Li, W. W.; Matyjaszewski, K.; Albrecht, K.; Moller, M.Macromolecules 2009, 42, 82288233.(13) Li, W. W.; Yoon, J. A.; Matyjaszewski, K. J. Am. Chem. Soc. 2010,132, 78237825.(14) Wang, Y.; Jiang, G. H.; Sun, X. K.; Ding, M. J.; Hu, H. Y.;

21、 Chen,W. X. Polym. Chem. 2010, 1, 16381643.(15) Wang, Y.; Jiang, G. H.; Zhang, M.; Wang, L. N.; Wang, R. J.;Sun, X. K. Soft Matter 2011, 7, 53485352.(16) Wang, Y.; Fang, Y.; Jiang, G. H.; Lv, Q.; Sun, X. K.; Ding, M. J.;Wang, R. J.; Wang, S.; Wang, T. J. Macromol. Sci. A 2011, 48, 890895.(17) Lu, F.

22、 J.; Luo, Y. W.; Li, B. G.; Zhao, Q.; Schork, F. J.Macromolecules 2010, 43, 568571.(18) Freal-Saison, S.; Save, M.; Bui, C.; Charleux, B.; Magnet, S.Macromolecules 2006, 39, 86328638.(19) Kitayama, Y.; Chaiyasat, A.; Minami, H.; Okubo, M.Macromolecules 2010, 43, 74657471.(20) Moribe, H.; Kitayama, Y

23、.; Suzuki, T.; Okubo, M. Macromolecules2011, 44, 263268.(21) Yeole, N.; Hundiwale, D.; Jana, T. J. Colloid Interface Sci. 2011,354, 506510.(22) Stoffelbach, F.; Tibiletti, L.; Rieger, J.; Charleux, B. Macromolecules2008, 41, 78507856.(23) Rieger, J.; Zhang, W. J.; Stoffelbach, F.; Charleux, B.Macrom

24、olecules 2010, 43, 63026310.(24) Rieger, J.; Osterwinter, G.; Bui, C.; Stoffelbach, F.; Charleux, B.Macromolecules 2009, 42, 55185525.(25) Liu, Y. H.; Cao, X. H.; Luo, M. B.; Le, Z. G.; Xu, W. Y. J. ColloidInterface Sci. 2009, 329, 244252.(26) Ganta, S.; Devalapally, H.; Shahiwala, A.; Amiji, M. J.

25、ControlledRelease 2008, 126, 187204.(27) Ren, T. B.; Feng, Y.; Zhang, Z. H.; Li, L.; Li, Y. Y. Soft Matter2011, 7, 23292331.(28) Hua, D. B.; Jiang, J. L.; Kuang, L. J.; Jiang, J.; Zheng, W.; Liang,H. J. Macromolecules 2011, 44, 12981302.(29) Xu, Y. M.; Meng, F. H.; Cheng, R.; Zhong, Z. Y. Macromol.B

26、iosci. 2009, 9, 12541261.(30) Lin, J. P.; Zhu, J. Q.; Chen, T.; Lin, S. L.; Cai, C. H.; Zhang,L. S.; Zhuang, Y.; Wang, X. S. Biomaterials 2009, 30, 108117.(31) Ryu, J.; Chacko, R. T.; Jiwpanich, S.; Bickerton, S.; Babu, R. P.;Thayumanavan, S. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1722717235.(32) Jiwpanich, S

27、.; Ryu, J.; Bickerton, S.; Thayumanavan, S. J. Am.Chem. Soc. 2010, 132, 1068310685.(33) Oh, J. K.; Tang, C. B.; Gao, H. F.; Tsarevsky, N. V.;Matyjaszewski, K. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 55785584.(34) Sun, H. L.; Guo, B. N.; Cheng, R.; Meng, F. H.; Liu, H. Y.;Zhong, Z. Y. Biomaterials 2009, 30, 635

28、86366.(35) Oh, J. K.; Siegwart, D. J.; Lee, H.; Sherwood, G.; Peteanu, L.;Hollinger, J. O.; Kataoka, K.; Matyjaszewski, K. J. Am. Chem. Soc. 2007,129, 59395945.(36) Jiang, X. Z.; Ge, Z. S.; Xu, J.; Liu, H.; Liu, S. Y.Biomacromolecules 2007, 8, 31843192.(37) Li, Y. T.; Lokitz, B. S.; Armes, S. P.; Mc

29、Cormick, C. L.Macromolecules 2006, 39, 27262728.(38) Wei, H.; Cheng, C.; Chang, C.; Chen, W. Q.; Cheng, S.; Zhang,X. Z.; Zhuo, R. X. Langmuir 2008, 24, 45644570.(39) Sun, X. K.; Jiang, G. H.; Wang, Y.; Xu, Y. Z. Colloid Polym. Sci.2011, 289, 677684.(40)Hua, S. H.; Li, Y. Y.; Liu, Y.; Xiao, W.; Li, C

30、.; Huang, F. W.;Zhang, X. Z.; Zhuo, R. X. Macromol. Rapid Commun. 2010, 31, 8186.(41) Li, G. Y.; Guo, L.; Ma, S. M.; Liu, J. S. J. Polym. Sci., Part A:Polym. Chem. 2009, 47, 18041810.(42) Wu, C. L.; Ma, R. J.; He, H.; Zhao, L. Z.; Gao, H. J.; An, Y. L.;Shi, L. Q. Macromol. Biosci. 2009, 9, 11851193.ACS Macro Letters Letter493