pH/还原双重响应性多肽的成胶性能及载药水凝胶的体外释放研究文献综述

 2022-12-28 09:12

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)

一、选题的目的和意义

基于多肽水凝胶材料具有很多优良的性能,包括良好的生物相容性和生物可降解性,易被细胞摄取,易于制备和改性,能提高药物的稳定性,降低毒副作用,对药物有缓释、控释作用,因此在肿瘤治疗方面有巨大应用价值。

本课题以实验室合成的两种载药水凝胶的多肽序列IC1-R(CKIKIKIK-IDPPT-KIOIKIKC-NH2)、IC1-L(CKIKIOIK-IDPPT-KIKIKIKC-NH2)为实验对象,考察多肽水凝胶的成胶浓度和成胶PH,探究药物浓度对多肽形成凝胶的影响,筛选出能在体外中性条件下形成稳定载药水凝胶的多肽序列。再将筛选出的多肽序列通过体外释放实验来对比讨论多肽种类、浓度以及紫杉醇药物浓度对水凝胶在不同释放介质中体外释放差异的影响,从而初步评估多肽水凝胶的pH/还原双重敏感的肿瘤特异性释药性能。

二、国内外研究现状(综述)

随着发病率的提高,恶性肿瘤成为世界上最为致命的疾病。恶性肿瘤的发生与人们生活方式,环境的改变以及生活压力增大有着直接的关系[1]。目前全球广泛应用的肿瘤治疗手段有化学疗法,手术疗法和放射疗法[2],但这三种疗法均存在一定程度的局限性。其中小分子化疗药物应用最为广泛,往往存在选择性低,治疗效果差,毒副作用大等缺点[3]。因此,研究出一类具有高效、毒副作用低特点的新型抗肿瘤药物是治疗癌症的有效手段。基于多肽水凝胶材料具有很多优良的性能,包括良好的生物相容性和生物可降解性,易被细胞摄取,提高药物的稳定性,降低毒副作用,对药物有缓释、控释作用,因此在肿瘤诊断和治疗方面有巨大应用价值。

水凝胶是一种具有延展性的三维立体网状交联结构,对水有“固定”作用,交联以后形成疏松多孔的微观结构[4],这是因为水凝胶本身由氨基酸序列构成,具有亲水基和疏水基,具备两亲性的特点。其中亲水基部分和水分子相互作用,将水分子连接在立体网络结构的内部,而疏水基会遇水膨胀,引发交联,当分子内部的作用力达到平衡时,形成水凝胶。水凝胶可以通过共价键进行化学交联,也可以通过非共价键进行物理交联,因此也分为化学凝胶和物理凝胶[5]。自组装多肽水凝胶主要是以物理凝胶为主,先由多肽分子自组装结合形成纳米纤维,再通过纳米纤维间的相互作用,形成三维立体网络结构,最终形成水凝胶。传统的水凝胶材料大多通过各种有机小分子单体的共价键交联、聚合形成高分子聚合物而制备得到,其缺点包括合成步骤繁琐、材料难于改性、对外界刺激响应性差、具有一定的细胞毒性、降解困难等,这都极大地阻碍了材料的广泛应用。而由多肽自组装构建形成的水凝胶材料易于大量制备和改性、生物相容性良好、降解性能卓越,在诸多领域如组织工程、缓释药物载体和抗菌材料等方面都有着很大的应用潜力[6]

随着对多肽自组装水凝胶的深入研究,发现外界环境的微小改变就能破坏各个非共价作用力之间的平衡,导致组装体微观形貌的变化或者材料宏观性质的改变。人们期望所使用的生物医用材料能够对外界环境的改变做出迅速而精准的响应,通过自身结构或者状态的改变来适应环境,而多肽自组装材料的出现恰好满足了上述的诸多要求。根据环境种类的不同,人们逐渐设计出对pH[7]、温度[8]、氧化还原[9]、离子强度[10]等变化做出迅速响应的多肽自组装材料。

  1. pH响应性水凝胶

由于氨基酸组成的差异,不同多肽的等电点各异。多肽所处环境的pH直接影响多肽分子中极性氨基酸的带电状态,决定多肽的电性和电荷分布,从而影响多肽分子间的静电作用力。通过调节环境pH可以控制多肽分子的聚集和解聚,从而使其聚集状态发生改变。例如,在酸性条件下,一些酸性氨基酸如谷氨酸、天冬氨酸中羧基所带电荷被屏蔽,碱性氨基酸如赖氨酸等则带正电荷;而在碱性条件下,碱性氨基酸的电荷被屏蔽,酸性氨基酸带负电。氨基酸所带电荷的电性不同导致多肽之间的引力和斥力的转换,从而改变多肽的自聚状态。

Zhao,Y.等人发现多肽RETEA16在pH变化的影响下可以迅速实现由溶液-凝胶-沉淀三种状态的互变,且状态互变过程可逆[7]。Rajagopal, K. 等人将温度敏感型多肽MAX1中的碱性赖氨酸逐渐用酸性谷氨酸进行替换,逐渐降低多肽的静电荷,发现温度一定的情况下,当多肽所负载的静电荷较低时,自聚成胶时所需的pH值也会相应降低[11]

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