刺激响应性聚合物胶束的研究概述

卜永强

（信阳职业技术学院，河南 信阳 464000）

近年来，聚合物胶束已成为最具吸引力的难溶性抗癌药物的载体之一［1］。与传统药物给药体系相比，聚合物胶束具有粒径小、稳定性好、增强渗透和保留（EPR）效应等显著优点，改善难溶性药物的溶解度，降低药物的毒性［2］。为了实现肿瘤靶向药物传递和充分释放，一个非常有效的方法是设计刺激响应性聚合物胶束。肿瘤组织在实体肿瘤中具有较低的pH值，肿瘤细胞内的pH值更低，特异性酶表达过高，细胞质中谷胱甘肽（GSH）水平较高，以及与正常组织相比温度较高。这些独特的特性可以作为内部触发物，与磁场、超声波和光等外部刺激一起，使刺激响应性聚合物胶束不稳定，并实现时间和空间控制的药物传递和释放［3］。内源性刺激通常包括pH、酶和氧化还原作用。外源性刺激主要包括温度、光、电场、磁场和超声波。

1 pH敏感聚合物胶束

pH值是评价特定组织代谢程度最常用的生理指标之一。根据以往的研究，正常组织的pH值在7.4左右，而肿瘤组织的细胞外pH值下降到6.8左右时，肿瘤组织的细胞内pH值在5.0～6.0。与传统的聚合物胶束相比，具有pH响应特性的聚合物胶束能够响应pH值从正常组织到肿瘤组织的变化［4］。

聚电解质是一种典型的pH敏感聚合物，具有大量的离子官能团，如羧基和酰胺基。随着环境pH的变化，这些官能团的电离程度会发生变化，从而触发聚电解质的相变，对聚电解质的溶解度产生很大的影响。Wang等［5］成功制备了负载阿霉素（DOX）pH响应型聚（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）聚合物胶束，它以PEG为亲水壳，PDEAEMA为疏水核。PDEAEMA是一种聚电解质，由于离子基团的质子化，在中性或碱性环境中具有疏水性，而在酸性环境中具有亲水性。当环境pH从碱性转化为酸性时，就会触发结构解体。

除了聚电解质聚合物胶束外，制备基于酸可裂解分子的聚合物胶束是另一种设计pH响应性聚合物胶束的方法。Huang［6］成功制备出负载阿霉素（DOX）的聚合物胶束，由合成的两亲性聚乙二醇-聚缩醛氨基甲酸乙酯-聚乙二醇（PEG-PAUPEG）组成，通过将亲水性的聚乙二醇（PEG）与疏水性的聚缩醛氨基甲酸乙酯（PAU）结合，可在酸性环境中水解。当胶束从中性或稍碱性的正常组织转移到酸性肿瘤组织时，由于酸性pH引起PAU链中缩醛基团的断裂，整个胶束的结构会完全解体。

2 酶响应性聚合物胶束

酶在体内的许多生物和代谢过程中起着至关重要的作用，因为它们具有特殊的特异性和优异的催化性能［7］。酶表达失调在各种不同的病理情况下都能观察到活动，并与许多疾病有关。失调的酶已被认为是诊断和预测不同类型和阶段癌症的生物标志物，这也是有希望的生物触发靶向癌症治疗。膜型基质金属蛋白酶（MMP）和组织蛋白酶与肿瘤细胞的快速无序增殖有关。

Ke课题组制备了负载阿霉素（DOX）的基质金属蛋白酶响应两亲性聚合物胶束，该聚合物中聚乙二醇（PEG）与部分水解的聚β-苄基-L-天冬氨酸（PBLA）的结合通过基质金属蛋白酶响应的甘氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸-缬氨酸-精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-甘氨酸链。（GPLGVRGDG）。由于阿霉素（DOX）与载体材料之间的静电和疏水相互作用，胶束表现出较高的包封率。MMP-2使甘氨酸与缬氨酸之间的酰胺键断裂，导致PEG-GLG基团脱离胶束。由于残留RGD的暴露，胶束与肿瘤组织之间的相互作用增强。在此过程中，肿瘤组织内化胶束的数量增加，由于酸性环境和存在，内化胶束将在肿瘤组织中分解大量的酯酶。研究结果表明，基质金属蛋白酶引发RGD暴露增强了胶束与肿瘤组织相互作用，提高了胶束向基质金属蛋白酶过度表达的肿瘤组织输送药物的效率［8］。

3 氧化还原响应性胶束

由于谷胱甘肽浓度的差异，氧化还原电位被认为是区分细胞外环境和细胞内环境以及肿瘤与正常组织的一种可行的生物标志物。谷胱甘肽在细胞质中的浓度（约2～10mmol/L）可能比在细胞外环境中的浓度（约2～10μmol/L）高出100～1000倍［9］。与健康组织相比，一些肿瘤组织被发现高度减少和缺氧，细胞内谷胱甘肽浓度至少是正常细胞的四倍。到目前为止，许多氧化还原响应的聚合物胶束是通过在疏水段中或疏水和亲水段之间加入二硫键来设计的［10］。Shi等［11］利用四臂聚己内酯 -聚乙二醇（PCL-PEG）共聚物，结合活性靶向能力和氧化还原响应行为，开发了多功能星形胶束体系。氧化还原响应行为是通过二硫键连接聚己内酯（PCL）和聚乙二醇（PEG）来实现的，活性靶向能力是通过将叶酸（FA）配体引入到亲水段的末端基团来实现的。在星形聚己内酯-聚乙二醇（PCL-PEG）共聚物的自组装过程中，阿霉素（DOX）被包封在胶束中。制备的氧化还原响应性聚合物胶束可以通过叶酸（FA）受体介导的内吞作用被肿瘤细胞特异性内化，并且二硫键可以立即被裂解以响应细胞内高水平的谷胱甘肽，从而导致阿霉素（DOX）快速释放。

4 热敏性聚合物胶束

温度作为一种内部刺激或外部刺激，是最常被研究的作为药物输送的刺激因素之一。热敏性聚合物胶束含有热敏性嵌段聚合物，它们的物理性质发生急剧变化，以响应温度的变化，从而破坏胶束的稳定并触发药物释放。热敏性聚合物往往在一定温度下发生相变，称为最低临界溶液温度（LCST）［12］。用于制备热敏性聚合物胶束的最常用的热响应性聚合物是聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAAm），其最低临界溶液温度约32°C，接近人体生理温度［13］。通过与其它单体的随机共聚，可以优化PNIPAAm的LCST，以改善靶向性和药物释放。例如，Panja等［14］利用新型四臂星形嵌段共聚物开发了一种智能热敏性胶束，即PE-PCL-b-PNIPAAm-FA和PE-PCL-b-聚（N-乙烯基己内酰胺）-FA。通过控制热敏段的长度，合成了一系列具有特定LCST（从30°C到39°C）的温度响应性聚合物。由于温度会引起聚合物胶束的粒径减小（57%），在高于LCST的温度下，DOX释放率高（24 h后为78.57%）。此外，DOX释放率也可以通过按需要调节温度。

5 磁响应性聚合物胶束

磁响应性聚合物胶束，通常将治疗有效载荷与磁活性成分结合在一起，不仅可用于在外部磁场下靶向肿瘤，而且还可用于由交变磁场引起的温度升高，从而促使药物快速释放。显示出巨大的癌症治疗潜力。尺寸小于10 nm的氧化铁纳米粒子，如磁铁矿（Fe3O4）和磁赤铁矿（Fe2O3），它们也被称为超顺磁性氧化铁纳米粒子（SPIONs）。除了磁性药物靶向外，SPIONs还被广泛用于其他生物医学应用包括磁共振成像（MRI）、磁转染和磁热疗。Li等［15］制备了叶酸（FA）-牛血清白蛋白（BSA）-功能化负载超顺磁性氧化铁纳米粒子的聚合物胶束，用于肿瘤靶向治疗和磁共振成像。由两亲聚（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铵）-g-甲氧基PEG单甲基丙烯酸酯（聚（HFMA-co-MOTAC）-g-PEGMA）共聚物的自组装以及油酸修饰Fe3O4纳米粒子制备而成。然后通过静电相互作用与叶酸-牛血清白蛋白进行功能化。静脉注射Bel-7402异种移植的裸鼠体内MRI显示出良好的肿瘤靶向性和MRI能力，特别是在注射后的24 h。

6 超声波响应性聚合物胶束

由于给药方便、成本低、穿透力深，超声在诊断和治疗中得到了广泛的应用，并已被证明是一种有效的方法。超声波可以通过形成空化气泡和产生热量来增加生物屏障的通透性，如细胞膜和血脑屏障，促进药物的细胞摄取［16］。超声波响应性聚合物胶束显示在超声作用下，胶束的物理/化学破坏增加了药物的释放。大部分超声波响应性聚合物胶束是基于聚环氧乙烷（PEO）和聚环氧丙烷 PPO（PEO-PPO-PEO）三元共聚物组成的普朗尼克（Pluronic）共聚物［17，18］。Wu等［19］开发了普朗尼克P123/F127包封姜黄素的聚合物胶束，姜黄素可通过聚焦超声直接渗透，达到超声触发药物释放的目的。与游离姜黄素相比，负载姜黄素的P123/F127混合胶束显示出更长的循环时间以及细胞摄取的增加。在聚焦超声的帮助下，这种胶束系统在全身给药后表现出时间依赖性的肿瘤靶向沉积，这是由于在超声波声孔效应作用下，肿瘤区域的通透性增强和胶束在辐照肿瘤细胞中的穿透性增加所致。

7 光敏性聚合物胶束

生物医学应用所使用的各种触发信号中，光，包括紫外线、可见光和红外/近红外光，由于其非侵入性、可远程控制、时空分辨率高，是一种有吸引力的外部刺激。光敏性聚合物胶束通常是通过在聚合物结构中掺入和/或结合发色团来获得的，如偶氮苯、芘、肉桂基、螺苯并吡喃或硝基苄基。光照下，聚合物胶束的纳米结构发生变化，胶束解离，从而释放出有效载荷。Poelma等［20］制备了单光子可见光响应的聚合物胶束，利用可逆结构变化的方法，高效按需传递小分子。他们开发了供体-受体支架加合物（DASAs），它可以经历一个疏水到亲水极性的变化，由可见光在530～570nm之间触发［21］。与双光子过程相比，具有单光子吸收的分子显示出更理想的波长，而且效率更高，供体-受体支架加合物系统的光异构化是由低光强触发的。在本研究中，供体-受体支架加合物嵌段被用作聚合物胶束结构中的光致变色单元，允许利用单光子可见光对胶束进行结构拆解，从而使小分子释放到细胞中。

8 结语

负载化疗药物的刺激响应性聚合物胶束，可以增强药物的抗癌效率，降低药物对正常组织的毒副作用。总之，刺激响应性聚合物胶束是很有前景的抗肿瘤药物载体。其高效输送化疗药物到达肿瘤组织的优点已被大量研究证明。对于刺激响应性聚合物胶束大规模广泛的应用仍然需要进一步的探索，特别是其毒副作用、胶束的代谢过程和药物传递机制等。目前，越来越多典型的可以区分正常组织和肿瘤组织的生物标志物或特定点已经被逐渐识别出来。多种优越的医疗技术的出现，大大提高了治疗效率，降低了治疗过程中的副作用，胶束与正常或肿瘤组织之间的相互作用以及胶束的细胞内过程或途径逐渐被挖掘出来。随着研究的不断深入以及科学技术的发展，刺激响应性聚合物胶束用于肿瘤治疗的前景值得期待。