同轴电喷-去模板法制备核壳纳米颗粒及其在药物传递领域的应用

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利用电喷技术制备高分子颗粒药物载体具备诸多优势,包括操作简单,步法即可完成载体的制备和药物的包载;可控性好,通过调整参数可制备粒径均一的颗粒;药物包埋率高,且同轴电喷可同时包载多种不同性质的药物。但是电喷技术制备的高分子颗粒尺寸较大,一般在微米到亚微米范围,通过调整制备参数调节颗粒粒径的幅度有限。相比于微米颗粒,纳米颗粒在流动性、靶向性、血液循环时间、细胞摄取等方面优势明显。因此,本文提出三层同轴电喷-去模板法,将制备的高分子颗粒的粒径减小至纳米尺度。该方法首先利用三层同轴电喷制备具有多层结构的高分子微米颗粒,再选用合适的溶剂脱除颗粒的冠层模板以达到减小颗粒粒径的目的。以聚(乳酸-羟基乙酸)(PLGA)为材料,通过优化单轴电喷过程中溶剂、溶液浓度、进样速度、加载电压等参数,对颗粒的形貌和粒径实施调控;通过比较颗粒形貌,选择了分子量为20 kDa的聚乙二醇(PEG)为三层同轴电喷模板材料。分别以PLGA和PEG为内、外层材料进行同轴电喷制备颗粒,为了避免生成纤维,在单轴电喷的基础上适当降低PLGA溶液的浓度。分别以牛血清白蛋白(BSA)、PLGA和PEG为核、壳、冠层材料,利用三层同轴电喷制备得到粒径为1.8±0.8 μm的球状颗粒,激光共聚焦(LSCM)图片显示颗粒呈现清晰的核-壳-冠结构。经水溶脱除PEG模板后,颗粒粒径减小至94±8 nm,扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)表征结果显示颗粒保持规则的球状和光滑的表面。通过改变壳层PLGA溶液的进样速度,可以调控纳米颗粒的粒径,当进样速度降为0.5 ml/h时,所得纳米颗粒粒径降至68±8 nm。利用考马斯亮蓝法研究发现颗粒的蛋白质载药量为3.7±1.2%、包埋率为78.3±5.3%、体外释放时间达到60 h。利用圆二色谱技术分析了释放蛋白质的圆二色吸收特性,发现电喷过程对蛋白质的二级结构几乎没有影响。为了提高颗粒表面的亲水性,以两亲性嵌段高分子聚乳酸-b-聚乙二醇(PLA-b-PEG)为材料,利用单轴电喷考察材料的电喷性能。结果显示制备得到表面光滑的球状颗粒,且表面水接触角结果显示PLA-b-PEG颗粒表面的亲水性显著强于PLGA颗粒。分别以PEG、PLA-b-PEG和PEG为核、壳、冠层材料,利用三层同轴电喷-去模板法制备得到粒径约100 nm的颗粒。LSCM图片显示随着冠层溶液进样速度的增加,冠层壁厚显著增加。粒径统计结果表明通过改变冠层溶液进样速度,可以同时调控微米颗粒和纳米颗粒的粒径。通过粒径测试发现PLA-b-PEG纳米颗粒在去离子水中30天内未发生团聚,在PBS和RPMI 1640细胞培养液中也表现出较长时间的分散稳定性。MTT结果显示PLA-b-PEG纳米颗粒具有良好的生物相容性。利用流式细胞仪考察了肿瘤细胞A549对颗粒的细胞摄取行为、摄取机制和排泄行为。结果表明该细胞系可以大量摄取PLA-b-PEG纳米颗粒,摄取呈现浓度和时间依赖性,摄取过程可能与小凹蛋白介导的途经相关、与网格蛋白介导的途径无关,24 h时约有45%的颗粒被排出细胞;利用LSCM观察了颗粒在细胞内的分布,发现颗粒富集于细胞核外,部分进入溶酶体,没有颗粒进入线粒体。以疏水性抗肿瘤药物紫杉醇(PTX)为模型药物,包载于PLA-b-PE G纳米颗粒,利用高效液相色谱(HPLC)考察了载药量、包埋率和药物释放行为。通过调节药物溶液进样速度,载药量可以达到50.7±1.5%,包埋率高达70%以上;纳米颗粒对药物表现出良好的缓释作用,体外释放时间长达40天以上。此外,还考察了载药量、载药位置、释放介质对PTX体外释放行为的影响,发现药物的释放速度随着载药量的增加、释放介质pH值的降低和加入蛋白酶而加快,但是载药位置对药物释放速度没有显著影响。利用Ritger-peppas方程模拟了PTX的释放机理,结果表明药物从PLA-b-PEG纳米颗粒中的释放同时受到扩散和骨架溶蚀的控制,当释放介质pH为5.0且加入酶的条件下,骨架溶蚀是PTX从载体中释放的主要驱动力。利用MTT法评价了载药颗粒的体外抗肿瘤疗效,结果发现该药物传递系统的细胞毒性随着培养时间的延长而增大。
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