刺激響應性聚合物膠束的研究概述

卜永強

（信陽職業(yè)技術學院，河南 信陽 464000）

近年來，聚合物膠束已成為最具吸引力的難溶性抗癌藥物的載體之一［1］。與傳統(tǒng)藥物給藥體系相比，聚合物膠束具有粒徑小、穩(wěn)定性好、增強滲透和保留（EPR）效應等顯著優(yōu)點，改善難溶性藥物的溶解度，降低藥物的毒性［2］。為了實現(xiàn)腫瘤靶向藥物傳遞和充分釋放，一個非常有效的方法是設計刺激響應性聚合物膠束。腫瘤組織在實體腫瘤中具有較低的pH值，腫瘤細胞內(nèi)的pH值更低，特異性酶表達過高，細胞質(zhì)中谷胱甘肽（GSH）水平較高，以及與正常組織相比溫度較高。這些獨特的特性可以作為內(nèi)部觸發(fā)物，與磁場、超聲波和光等外部刺激一起，使刺激響應性聚合物膠束不穩(wěn)定，并實現(xiàn)時間和空間控制的藥物傳遞和釋放［3］。內(nèi)源性刺激通常包括pH、酶和氧化還原作用。外源性刺激主要包括溫度、光、電場、磁場和超聲波。

1 pH敏感聚合物膠束

pH值是評價特定組織代謝程度最常用的生理指標之一。根據(jù)以往的研究，正常組織的pH值在7.4左右，而腫瘤組織的細胞外pH值下降到6.8左右時，腫瘤組織的細胞內(nèi)pH值在5.0～6.0。與傳統(tǒng)的聚合物膠束相比，具有pH響應特性的聚合物膠束能夠響應pH值從正常組織到腫瘤組織的變化［4］。

聚電解質(zhì)是一種典型的pH敏感聚合物，具有大量的離子官能團，如羧基和酰胺基。隨著環(huán)境pH的變化，這些官能團的電離程度會發(fā)生變化，從而觸發(fā)聚電解質(zhì)的相變，對聚電解質(zhì)的溶解度產(chǎn)生很大的影響。Wang等［5］成功制備了負載阿霉素（DOX）pH響應型聚（N，N’-甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯）-聚乙二醇-聚（N，N’-甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯）（PDEAEMA-PEG-PDEAEMA）聚合物膠束，它以PEG為親水殼，PDEAEMA為疏水核。PDEAEMA是一種聚電解質(zhì)，由于離子基團的質(zhì)子化，在中性或堿性環(huán)境中具有疏水性，而在酸性環(huán)境中具有親水性。當環(huán)境pH從堿性轉化為酸性時，就會觸發(fā)結構解體。

除了聚電解質(zhì)聚合物膠束外，制備基于酸可裂解分子的聚合物膠束是另一種設計pH響應性聚合物膠束的方法。Huang［6］成功制備出負載阿霉素（DOX）的聚合物膠束，由合成的兩親性聚乙二醇-聚縮醛氨基甲酸乙酯-聚乙二醇（PEG-PAUPEG）組成，通過將親水性的聚乙二醇（PEG）與疏水性的聚縮醛氨基甲酸乙酯（PAU）結合，可在酸性環(huán)境中水解。當膠束從中性或稍堿性的正常組織轉移到酸性腫瘤組織時，由于酸性pH引起PAU鏈中縮醛基團的斷裂，整個膠束的結構會完全解體。

2 酶響應性聚合物膠束

酶在體內(nèi)的許多生物和代謝過程中起著至關重要的作用，因為它們具有特殊的特異性和優(yōu)異的催化性能［7］。酶表達失調(diào)在各種不同的病理情況下都能觀察到活動，并與許多疾病有關。失調(diào)的酶已被認為是診斷和預測不同類型和階段癌癥的生物標志物，這也是有希望的生物觸發(fā)靶向癌癥治療。膜型基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）和組織蛋白酶與腫瘤細胞的快速無序增殖有關。

Ke課題組制備了負載阿霉素（DOX）的基質(zhì)金屬蛋白酶響應兩親性聚合物膠束，該聚合物中聚乙二醇（PEG）與部分水解的聚β-芐基-L-天冬氨酸（PBLA）的結合通過基質(zhì)金屬蛋白酶響應的甘氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸-纈氨酸-精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-甘氨酸鏈。（GPLGVRGDG）。由于阿霉素（DOX）與載體材料之間的靜電和疏水相互作用，膠束表現(xiàn)出較高的包封率。MMP-2使甘氨酸與纈氨酸之間的酰胺鍵斷裂，導致PEG-GLG基團脫離膠束。由于殘留RGD的暴露，膠束與腫瘤組織之間的相互作用增強。在此過程中，腫瘤組織內(nèi)化膠束的數(shù)量增加，由于酸性環(huán)境和存在，內(nèi)化膠束將在腫瘤組織中分解大量的酯酶。研究結果表明，基質(zhì)金屬蛋白酶引發(fā)RGD暴露增強了膠束與腫瘤組織相互作用，提高了膠束向基質(zhì)金屬蛋白酶過度表達的腫瘤組織輸送藥物的效率［8］。

3 氧化還原響應性膠束

由于谷胱甘肽濃度的差異，氧化還原電位被認為是區(qū)分細胞外環(huán)境和細胞內(nèi)環(huán)境以及腫瘤與正常組織的一種可行的生物標志物。谷胱甘肽在細胞質(zhì)中的濃度（約2～10mmol/L）可能比在細胞外環(huán)境中的濃度（約2～10μmol/L）高出100～1000倍［9］。與健康組織相比，一些腫瘤組織被發(fā)現(xiàn)高度減少和缺氧，細胞內(nèi)谷胱甘肽濃度至少是正常細胞的四倍。到目前為止，許多氧化還原響應的聚合物膠束是通過在疏水段中或疏水和親水段之間加入二硫鍵來設計的［10］。Shi等［11］利用四臂聚己內(nèi)酯 -聚乙二醇（PCL-PEG）共聚物，結合活性靶向能力和氧化還原響應行為，開發(fā)了多功能星形膠束體系。氧化還原響應行為是通過二硫鍵連接聚己內(nèi)酯（PCL）和聚乙二醇（PEG）來實現(xiàn)的，活性靶向能力是通過將葉酸（FA）配體引入到親水段的末端基團來實現(xiàn)的。在星形聚己內(nèi)酯-聚乙二醇（PCL-PEG）共聚物的自組裝過程中，阿霉素（DOX）被包封在膠束中。制備的氧化還原響應性聚合物膠束可以通過葉酸（FA）受體介導的內(nèi)吞作用被腫瘤細胞特異性內(nèi)化，并且二硫鍵可以立即被裂解以響應細胞內(nèi)高水平的谷胱甘肽，從而導致阿霉素（DOX）快速釋放。

4 熱敏性聚合物膠束

溫度作為一種內(nèi)部刺激或外部刺激，是最常被研究的作為藥物輸送的刺激因素之一。熱敏性聚合物膠束含有熱敏性嵌段聚合物，它們的物理性質(zhì)發(fā)生急劇變化，以響應溫度的變化，從而破壞膠束的穩(wěn)定并觸發(fā)藥物釋放。熱敏性聚合物往往在一定溫度下發(fā)生相變，稱為最低臨界溶液溫度（LCST）［12］。用于制備熱敏性聚合物膠束的最常用的熱響應性聚合物是聚（N-異丙基丙烯酰胺）（PNIPAAm），其最低臨界溶液溫度約32°C，接近人體生理溫度［13］。通過與其它單體的隨機共聚，可以優(yōu)化PNIPAAm的LCST，以改善靶向性和藥物釋放。例如，Panja等［14］利用新型四臂星形嵌段共聚物開發(fā)了一種智能熱敏性膠束，即PE-PCL-b-PNIPAAm-FA和PE-PCL-b-聚（N-乙烯基己內(nèi)酰胺）-FA。通過控制熱敏段的長度，合成了一系列具有特定LCST（從30°C到39°C）的溫度響應性聚合物。由于溫度會引起聚合物膠束的粒徑減?。?7%），在高于LCST的溫度下，DOX釋放率高（24 h后為78.57%）。此外，DOX釋放率也可以通過按需要調(diào)節(jié)溫度。

5 磁響應性聚合物膠束

磁響應性聚合物膠束，通常將治療有效載荷與磁活性成分結合在一起，不僅可用于在外部磁場下靶向腫瘤，而且還可用于由交變磁場引起的溫度升高，從而促使藥物快速釋放。顯示出巨大的癌癥治療潛力。尺寸小于10 nm的氧化鐵納米粒子，如磁鐵礦（Fe3O4）和磁赤鐵礦（Fe2O3），它們也被稱為超順磁性氧化鐵納米粒子（SPIONs）。除了磁性藥物靶向外，SPIONs還被廣泛用于其他生物醫(yī)學應用包括磁共振成像（MRI）、磁轉染和磁熱療。Li等［15］制備了葉酸（FA）-牛血清白蛋白（BSA）-功能化負載超順磁性氧化鐵納米粒子的聚合物膠束，用于腫瘤靶向治療和磁共振成像。由兩親聚（2，2，3，4，4，4-六氟甲基丙烯酸丁酯-共-甲基丙烯氧乙基三甲基氯化銨）-g-甲氧基PEG單甲基丙烯酸酯（聚（HFMA-co-MOTAC）-g-PEGMA）共聚物的自組裝以及油酸修飾Fe3O4納米粒子制備而成。然后通過靜電相互作用與葉酸-牛血清白蛋白進行功能化。靜脈注射Bel-7402異種移植的裸鼠體內(nèi)MRI顯示出良好的腫瘤靶向性和MRI能力，特別是在注射后的24 h。

6 超聲波響應性聚合物膠束

由于給藥方便、成本低、穿透力深，超聲在診斷和治療中得到了廣泛的應用，并已被證明是一種有效的方法。超聲波可以通過形成空化氣泡和產(chǎn)生熱量來增加生物屏障的通透性，如細胞膜和血腦屏障，促進藥物的細胞攝?。?6］。超聲波響應性聚合物膠束顯示在超聲作用下，膠束的物理/化學破壞增加了藥物的釋放。大部分超聲波響應性聚合物膠束是基于聚環(huán)氧乙烷（PEO）和聚環(huán)氧丙烷 PPO（PEO-PPO-PEO）三元共聚物組成的普朗尼克（Pluronic）共聚物［17，18］。Wu等［19］開發(fā)了普朗尼克P123/F127包封姜黃素的聚合物膠束，姜黃素可通過聚焦超聲直接滲透，達到超聲觸發(fā)藥物釋放的目的。與游離姜黃素相比，負載姜黃素的P123/F127混合膠束顯示出更長的循環(huán)時間以及細胞攝取的增加。在聚焦超聲的幫助下，這種膠束系統(tǒng)在全身給藥后表現(xiàn)出時間依賴性的腫瘤靶向沉積，這是由于在超聲波聲孔效應作用下，腫瘤區(qū)域的通透性增強和膠束在輻照腫瘤細胞中的穿透性增加所致。

7 光敏性聚合物膠束

生物醫(yī)學應用所使用的各種觸發(fā)信號中，光，包括紫外線、可見光和紅外/近紅外光，由于其非侵入性、可遠程控制、時空分辨率高，是一種有吸引力的外部刺激。光敏性聚合物膠束通常是通過在聚合物結構中摻入和/或結合發(fā)色團來獲得的，如偶氮苯、芘、肉桂基、螺苯并吡喃或硝基芐基。光照下，聚合物膠束的納米結構發(fā)生變化，膠束解離，從而釋放出有效載荷。Poelma等［20］制備了單光子可見光響應的聚合物膠束，利用可逆結構變化的方法，高效按需傳遞小分子。他們開發(fā)了供體-受體支架加合物（DASAs），它可以經(jīng)歷一個疏水到親水極性的變化，由可見光在530～570nm之間觸發(fā)［21］。與雙光子過程相比，具有單光子吸收的分子顯示出更理想的波長，而且效率更高，供體-受體支架加合物系統(tǒng)的光異構化是由低光強觸發(fā)的。在本研究中，供體-受體支架加合物嵌段被用作聚合物膠束結構中的光致變色單元，允許利用單光子可見光對膠束進行結構拆解，從而使小分子釋放到細胞中。

8 結語

負載化療藥物的刺激響應性聚合物膠束，可以增強藥物的抗癌效率，降低藥物對正常組織的毒副作用?？傊?，刺激響應性聚合物膠束是很有前景的抗腫瘤藥物載體。其高效輸送化療藥物到達腫瘤組織的優(yōu)點已被大量研究證明。對于刺激響應性聚合物膠束大規(guī)模廣泛的應用仍然需要進一步的探索，特別是其毒副作用、膠束的代謝過程和藥物傳遞機制等。目前，越來越多典型的可以區(qū)分正常組織和腫瘤組織的生物標志物或特定點已經(jīng)被逐漸識別出來。多種優(yōu)越的醫(yī)療技術的出現(xiàn)，大大提高了治療效率，降低了治療過程中的副作用，膠束與正常或腫瘤組織之間的相互作用以及膠束的細胞內(nèi)過程或途徑逐漸被挖掘出來。隨著研究的不斷深入以及科學技術的發(fā)展，刺激響應性聚合物膠束用于腫瘤治療的前景值得期待。