多孔性硅纳米药物载体的制备、表征与可控释放研究

摘要

纳米科技促进了纳米药物载体系统研究的飞速发展，最近的研究集中在开发结构稳定、生物相容性好、药物装载率高和能靶向可控释放的纳米粒子作为药物载体。由于二氧化硅的结构及表面性质清楚，有较好的生物相容性，能很好地进行表面的功能化修饰等优点，使得硅纳米材料在生物医学中获得了广泛的应用，其中多孔性硅纳米粒子尤受关注。多孔性硅纳米粒子具有很多像蜂巢一样的小孔，小孔由很多中空的管道组成，这样的结构能增强对生物活性分子（如药物）吸附率，从而显著提高药物分子的载药能力。另外，多孔性硅纳米粒子还具有一些独特的性质，如具有很高的表面区域，孔径在一个很窄的范围内可调，对化学和温度变化稳定，这些特点使得硅纳米粒子适合各种可控释放的应用。在纳米药物载体系统的研究中，生物医用高分子材料也值得关注，其中典型的代表就是PLGA，它具有良好的生物相容性，生物可降解性，表面易于修饰和功能化。高分子系统能更好地控制装载药物的药物动力学行为，获得更为稳定水平的药物浓度，这些特点使高分子材料更适合捕获和装载那些对环境变化敏感的药物，并且还能输送各类蛋白质药物和基因。
　　 本文的基本思想是在对多孔性硅纳药物载体和PLGA纳米载体进行系统研究的基础上，试图开发一种能兼顾二氧化硅和PLGA两类生物材料的优良性能的新型纳米药物载体系统，用于抗癌药物的输送。本论文的工作主要分为四部分，首先利用改良Stǒber方法制备了核-壳型多孔性硅纳米粒子，并研究其释放动力学行为；在此基础上，通过把光敏感分子Vc，FLUOS，PVA，DHBQ包埋到硅壳里，成功制备了光敏感的核-壳型硅纳米粒子，并研究了光敏感纳米粒子的可控释放过程；然后再制备出一种PLGA纳米粒子，系统研究其药物装载效率与抗癌作用规律；最后在上述系统研究的基础上，制备出一种新型的具有SiO2和PLGA双层壳结构的多孔性纳米粒子，并探讨了其作为药物载体的可行性和可控释药行为。所做的主要工作与研究成果如下：
　　 ⑴以40或50nm金纳米粒子为核，以3-氨丙基三甲氧基硅烷为偶连剂和加入的量来调节和控制多孔性核-壳型.Au@SiO2纳米粒子，其直径分布在45-60nm之间，硅壳的厚度为3-10nm，进～步用氰化钠溶解金核从而成功制备了中空多孔性硅纳米粒子（HMSNs）。利用透射电镜对Au@SiO2和HMSNs表征，研究表明硅壳结构一致且光滑，然后采用模式药物FITC释放实验也证实了其多孔性的特性。通过荧光光谱法研究模式药物FITC从中空多孔性硅粒子中释放动力学行为，表明其释放规律与对照组（自由FITC）相比有显著性差异，中空多孔性硅粒子中的FITC的释放是一个很好的可控缓释过程，证明了HMSNs可作为一种较好的可控型药物释放载体，在未来治疗型药物输送应用方面有很好的潜能。
　　 ⑵以40nm的金纳米粒子为核，通过把光敏感分子Vc，FLUOS，PVA，DHBQ包埋到硅壳里，成功制备了直径大约为45nm的光敏感的核-壳型硅纳米粒子Au@SiO2，硅壳厚度约为5nm。由于APS分子能以不同百分比和金纳米粒子表面结合，因此我们通过调节APS的加入量来控制多孔性的硅壳形成。用超高压汞灯（500W）照射后，研究制备的光敏感纳米粒子的溶解时间过程。研究发现，光照射过的纳米粒子比没有照射过的溶解更慢，硅壳变得更紧致，在光照射后光敏感分子分解，核心尺寸缩小。从透射电镜显微照片看，在高密度电子流作用下，硅纳米粒子和硅纳米胶囊都收缩了。这些光敏感纳米胶囊将在未来治疗药物输送的应用方面有很高的潜能。
　　 ⑶合成一种装载药物的PLGA纳米粒子，用于药物的持续释放，及评价其体外抗肿瘤的效果。PLGA纳米粒子通过改良溶剂法制备，作为药物载体。在包埋了紫杉醇和FITC（模式药物）后，粒子粒径小于800nm。进一步研究了PLGA纳米粒子的药物释放动力学及在HeLa细胞中抗肿瘤活性。PLGA纳米粒子释放FITC的峰值约在18小时，HeLa细胞生长的抑制率通过MTT法测定。装载有紫杉醇的PLGA纳米粒子能导致HeLa细胞凋亡，HeLa细胞的凋亡可能由于紫杉醇从纳米粒子中的持续释放引起。表明PLGA纳米粒子包埋紫杉醇作为可控释放的药物载体系统在未来的临床应用中有很好的应用价值。
　　 ⑷合成一种新型的、具有硅和PLGA双重壳的核-壳结构型的新型纳米粒，透射电镜结果表明，双重壳的厚度约8.7士1.3 nm。可降解的外层PLGA外壳可用于纳米粒子里面药物的可控释放，而具有多孔性的二氧化硅内壳可用于药物（化学放疗药物甲基紫精）的存贮。甲基紫精是一种氧化剂，在肿瘤病人的放疗时可产生一些自由基，从而加强杀死癌细胞的作用。通过透射电镜观察和金核的溶解时间过程研究，结果表明我们成功合成了一种新型的纳米粒子（Au@SiO2&PLGA），并可清晰地看到硅和PLGA外壳很好地包裹在金纳粒子的表面。通过溶解纳米粒子Au@SiO2&PLGA中的金核，获得了一种包含甲基紫精分子的纳米胶囊（MV@SiO2&PLGA nanocapsule）。通过测定从包裹甲基紫精分子的纳米胶囊中释放出的甲基紫精分子对溶液中异硫氰酸荧光素（FITC）淬灭的时间过程来表征这种新型纳米药物载体的可控释放性质。研究表明，甲基紫精分子从纳米胶囊中的释放可持续约4周左右的时间，这也与PLGA的降解过程基本一致。这种新型的纳米载体系统在未来的药物输送研究，尤其是肿瘤的放疗中具有良好的应用前景。