摘要
人体内不同组织及细胞器的pH值会有所差异，血液及正常组织部位的pH值一般为7.4，肿瘤细胞及其周围的环境呈弱酸性，pH值约为6.5，内涵体及溶酶体内的pH值约为5.0-5.5，这为酸敏感型药物载体的使用提供了条件。酸敏感型聚合物能够通过物理包载或化学键合的途径输送药物，药物载体在正常生理条件下能够稳定存在，而在肿瘤组织、肿瘤细胞中内涵体和溶酶体内等微酸性环境下能够实现特异性药物释放，达到根据肿瘤微环境变化“按需给药”的目的。本论文将开环聚合（ROP）和“点击”化学（“Click”chemistry）联用，选取具有良好生物相容性和生物可降解性的高分子材料，如聚己内酯（PCL）、聚乙二醇（PEG）和聚磷酸酯（PPE）等，设计合成了一系列结构明确的酸敏感型拓扑结构聚合物（包括线形聚合物、刷形聚合物和星状嵌段共聚物），并将其用于构建可控药物释放载体。本论文的研究内容分为以下五个部分： （1）精确模块化合成酸敏感两亲性星状嵌段共聚物(mPEG-acetal-PCL-acetal-)3及其表征。将开环聚合（ROP）和Cu(I)催化的叠氮-炔环加成反应（CuAAC）联用，通过“偶联法”制备以缩醛基进行连接，基于聚乙二醇单甲醚（mPEG）和聚己内酯（PCL）的酸敏感型星状嵌段聚合物[(mPEG-acetal-PCL-acetal-)3，(mPEG-a-PCL-a-)3]。首先，通过炔丙醇和均苯三甲酰氯的缩合反应制备得到均苯三甲酸炔丙酯（TPBTC）；其次，以炔丙醇为引发剂，通过开环聚合得到聚己内酯（PCL），并利用2-氯乙基乙烯基醚（CEVE）对其末端羟基进行修饰，得到含有缩醛键的聚己内酯（PA-PCL-a-Cl）；随后，采用CEVE对mPEG进行修饰，并采用叠氮化钠对聚合物末端进行亲核取代反应，得到末端含有缩醛基和叠氮基的聚乙二醇单甲醚（mPEG-a-N3）；接着，通过CuAAC反应将mPEG-a-N3和PA-PCL-a-Cl结合，制备得到基于PEG和PCL的酸敏感线形嵌段共聚物（mPEG-a-PCL-a-Cl），并用叠氮化钠对其末端氯原子进行亲核取代反应，得到叠氮基封端的酸敏感嵌段共聚物（mPEG-a-PCL-a-N3）；最后，通过CuAAC反应将mPEG-a-PCL-a-N3与TPBTC进行偶合，得到具有酸敏感的两亲性星状嵌段共聚物(mPEG-a-PCL-a-)3。利用核磁共振氢谱（1HNMR）、核磁共振碳谱（13C NMR）、红外光谱（FT-IR）和凝胶渗透色谱（GPC）对聚合物的结构进行表征，通过示差扫描量热法（DSC）和广角X射线衍射（WAXD）对聚合物的热性能进行研究。本研究对于模块化精确合成功能性聚合物提供了一种新方法。 （2）酸敏感两亲性星状嵌段共聚物(mPEG-acetal-PCL-acetal-)3的性能研究及用于pH敏感型药物载体。星状嵌段共聚物(mPEG-a-PCL-a-)3含有亲水链段PEG和疏水链段PCL，其在水溶液中可以自组装形成以PCL为核，PEG为壳的核-壳结构胶束，并用于负载疏水性抗癌药物阿霉素（DOX）。由于亲水链段和疏水链段间通过酸可裂解的缩醛键进行连接，在肿瘤细胞中内涵体和溶酶体的微酸性环境下，缩醛键断裂，胶束的核-壳结构破坏，实现药物的可控释放。采用荧光分光光度计、动态激光光散射仪（DLS）和透射电子显微镜（TEM）对聚合物的自组装行为进行研究；通过1H NMR、GPC、DLS和TEM对星状嵌段共聚物的酸断裂性质进行表征；采用体外药物释放实验、细胞毒性测试、活细胞工作站以及流式细胞仪对所构建的药物载体进行生物学性能评价。 （3）基于星状嵌段共聚物(mPEG-acetal-PCL-acetal-)3和α-环糊精的包结络合作用制备 pH敏感型可注射水凝胶。星状嵌段共聚物(mPEG-a-PCL-a-)3和α-环糊精（α-CD）在水溶液中能够形成包结络合物，在很短时间内得到pH敏感型可注射超分子水凝胶。采用WAXD和DSC对络合物的形成过程及机理进行研究；通过扫描电子显微镜（SEM）对冷冻干燥后水凝胶的内部形态进行观察；采用流变仪对水凝胶的动态流变性能、“gel-sol”转变过程及黏度等性能进行测试；并以阿霉素盐酸盐（DOX·HCl）为药物模型，对水凝胶在不同pH条件下的体外药物释放性能进行探讨。本研究获得的可注射型水凝胶在人体关节修复与治疗方面具有潜在的应用。 （4）叶酸修饰的酸敏感型聚磷酸酯核交联胶束的制备及其在pH敏感型药物载体中的应用。利用开环聚合（ROP）和CuAAC反应相结合，制备得到叶酸（FA）修饰的酸敏感聚磷酸酯核交联胶束（ACCL-FA），并将其用于构建酸敏感型药物载体。首先，利用CEVE对四甘醇（TEG）末端羟基进行修饰，并采用叠氮化钠对其末端进行亲核取代反应，得到末端含缩醛基和叠氮基的四甘醇（N3-a-TEG-a-N3）；随后，通过“一锅法”开环聚合得到侧基含炔基的两亲性聚磷酸酯嵌段共聚物（PBYP-b-PEEP），并用叶酸对其进行修饰，得到叶酸修饰的两亲性聚磷酸酯嵌段共聚物（PBYP-b-PEEP-FA）；最后，将该聚合物与N3-a-TEG-a-N3在水溶液中通过自组装形成胶束，并采用CuAAC反应进行化学交联，得到ACCL-FA。采用1H NMR、核磁共振磷谱（31P NMR）、FT-IR和GPC对聚合物及其降解产物的结构进行表征；通过荧光分光光度计、DLS和TEM对聚合物的自组装行为进行研究；采用体外药物释放实验、细胞毒性测试、活细胞工作站以及流式细胞仪对所构建的药物载体进行生物学性能评价。本研究发展了一种合成具有靶向和酸敏感的生物相容、生物可降解核-壳型纳米药物载体的新方法。 （5）酸敏感型聚磷酸酯—硼替佐米前药的合成与表征。将开环聚合（ROP）和CuAAC反应联用，制备得到一种酸敏感型硼替佐米（BTZ）键合的聚磷酸酯无规共聚物（P(BYPBTZ-co-EEP)）。首先，以异丙醇为引发剂，引发单体2-炔丁氧基-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷（BYP）和2-乙氧基-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷（EOP）的混合物进行开环聚合，得到两亲性聚磷酸酯无规共聚物（P(BYP-co-EEP)）；其次，采用叠氮化钠对3,4-二羟基-2’-氯苯乙酮（CAC）的氯原子进行亲核取代反应，得到3,4-二羟基-2’-叠氮基苯乙酮（AAC）；接着，将聚合物侧链的炔基与AAC的叠氮基进行“点击”反应，得到AAC修饰的聚磷酸酯无规共聚物（P(BYPAAC-co-EEP)）；最后，将硼替佐米（BTZ）和P(BYPAAC-co-EEP)通过螯合作用进行化学键合，得到酸敏感型硼替佐米键合的聚磷酸酯无规共聚物（P(BYPBTZ-co-EEP)）。采用1H NMR、FT-IR和GPC对共聚物及聚合物前药的化学结构进行表征。
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