嵌段共聚物納米載藥體系研究進展*

王裕宏，胡 林，張 浩，胡 犇，楊 倩,2△

1.成都醫學院 藥學院(成都 610500);2.結構特異性小分子四川省高校重點實驗室(成都 610500)

納米技術在醫學領域發展迅速并取得一定成果，其中共聚物納米粒在藥物載體、基因載體、免疫分析、介入治療等方面已有應用[1-3]。嵌段共聚物在用于藥物載體時，具有增加藥物溶解性與穩定性、降低藥物不良反應等優點。許多藥物因其溶解度小、半衰期短、不良反應大等缺點，需采用有效的藥物傳遞系統來克服，比如聚合物膠束、納米脂質體、固體脂質體、納米囊和納米球等。近來，聚合物膠束為研究較多、較為理想的納米載體之一。嵌段共聚物是將兩種或兩種以上性質不同的聚合物鏈段連在一起制備而成的一種聚合物。根據嵌段共聚物的鏈段數量，可分為兩嵌段共聚物、三嵌段共聚物和多嵌段共聚物等。嵌段共聚物作為重要的高分子材料，廣泛應用于醫藥、建筑和化工等行業。應用于給藥系統中的嵌段共聚物，一般同時含有親水鏈段和疏水鏈段，因為親/疏鏈段在水中可通過親水-疏水相互作用聚集成具有規則形狀和一定穩定性的球形結構，親/疏水段可根據藥物的親/疏水性進行藥物包載[4]。兩親性嵌段共聚物親水區主要為聚乙二醇(PEG)、聚氧乙烯(PEO)等。PEG為一種電中性聚醚，水溶性及生物相容性好，對蛋白質的吸附與細胞的黏附具有抵抗力，可通過免疫系統[5]，并且與其他材料相比價格低廉，故大多膠束采用PEG作為其外殼。本文從PEG類嵌段共聚物的組成及嵌段共聚物納米載藥體系的制備、應用等方面作一綜述。

1 嵌段共聚物的特點及組成

1.1 嵌段共聚物特點

嵌段共聚物是由化學結構和理化性質不同的兩種或兩種以上的大分子通過頭尾連接所形成的共聚物，作為藥物載體的兩親性嵌段共聚物，其組成大分子具有親疏水性差異的特點，在水溶液中濃度高于臨界膠束濃度(CMC)的兩親性嵌段共聚物，可組裝為不同形態的核-殼結構的聚集體，然后通過化學鍵合、靜電吸附、物理包埋等方式與藥物結合[6-7]。大多數抗癌藥物在水中溶解性較差、全身不良反應較大，因此這些藥物的遞送極具挑戰性，臨床應用也非常有限。嵌段共聚物作為藥物載體，形成的載藥納米粒粒徑小，有較大比表面積，體內循環時間較長，穩定性好，因此在藥物遞送方面極具潛能[8]。現在也有將已有嵌段共聚物的結構進行修飾，制備出功能性載藥材料，滿足不同用藥部位的需求。

1.2 嵌段共聚物組成

用A、B、C來表示嵌段共聚物中鏈段，一般嵌段共聚物可表示為A-B型兩嵌段共聚物、A-B-C型或A-B-A型三嵌段共聚物、-(-A-B-)n-型多嵌段共聚物和(A-B)nX型星狀接枝共聚物等。兩親性嵌段共聚物由親水鏈段與疏水鏈段構成，親水區主要為PEG、PEO和聚乙烯醇(PVA)等，PEG為FDA批準使用的非離子型聚醚，具有良好的親水性、溶解性與生物相容性，對機體無毒且價廉，故被廣泛應用[5]。PEG的親水特性為納米粒子表面提供了屏障，減少或避免網狀內皮系統的識別及清除，從而延長藥物在體內循環時間，減少藥物在到達腫瘤靶點的損失，減輕全身不良反應[9]。兩親性嵌段共聚物中疏水段一般為聚酯、聚氨基酸和聚酰胺等。其中，聚乳酸(PLA)、聚己內酯(PCL)、乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)等因為其生物可降解性與生物相容性好而被廣泛應用。PLA和PLGA為FDA批準使用的脂肪族聚酯，在過去已被用于設計成各種藥物輸送載體[10-11]。PLA與PLGA作為藥物載體，有助于增加難溶性藥物的溶解性、提高藥物的化學穩定性和生物利用度，但其本身的高疏水性也導致載藥納米粒在體內的作用具有局限性。為解決這些問題，將親水聚合物與疏水聚合物合成嵌段共聚物，在提高藥物溶解度的同時，親水結構提供納米粒的“隱形”性質，使載藥納米粒不易被RES吞噬，延長其在血液循環時間[12-13]。

嵌段共聚物中嵌段材料的分子量，親疏水段的理化性質和比例的差異對載藥特性、釋藥行為、體內降解等均有影響[14-16]。Soliman等[17]制備A2B型PEG/PCL聚合物負載尼莫地平，通過將PCL分子量從3.0 kDa提高到19.0 kDa, 尼莫地平的載藥量從2.3%提高到7.0%，包封率從23.0%提高到70.0%，證實水溶性差的尼莫地平主要與疏水PCL作用，疏水嵌段分子量增加，載藥量增加。務圣潔[18]對兩親性三嵌段共聚物PCL-b-PEG-b-PCL進行研究發現，三嵌段共聚物中PEG質量分數約為33%時，形成雙層膜結構囊泡，三嵌段共聚物中PEG質量分數約為50%時，形成具有殼-核結構的納米膠束。在經典描述中，疏水-親水界面的平均曲率(H)和高斯曲率(K)所描述的曲率與填料參數(p)有關。p=v/(al)，式中，v為聚合物疏水部分體積，a為每個分子的界面面積，l為聚合物疏水部分鏈長歸一化到界面的長度。不同的形態對應不同p值，如p≤1/3(球)、1/3≤p≤1/2(圓柱體)、1/2≤p≤1(囊泡)[19]。

2 嵌段共聚物納米粒的制備方法

2.1 乳化溶劑揮發法

2.1.1 采用單一溶劑法(水中油，O/W) 水中的單油(O/W)乳液溶劑蒸發法是制備親脂藥物負載PCL/PEG嵌段共聚物納米粒子的常用方法。在這種情況下，藥物和嵌段共聚物在揮發性有機溶劑(如二氯甲烷、乙酸乙酯)中共溶。采用機械攪拌或超聲處理將有機相分散到含有表面活性劑的水相中。最后，有機溶劑被蒸發，導致載藥納米粒子形成。此外，通過透析或離心循環去除殘留的表面活性劑和有機溶劑。Vasconcelos等[20]采用此方法制備了含有FB的納米粒。制備的所有納米粒子的粒徑都<250 nm，PDI低于0.1，說明粒度分布較窄。EE為(70.3±5.6)%～(76.5±3.8)%，釋放120 min后，PLGA-PEG-POD中藥物釋放率達到了83.3%。El-Naggar等[11]根據此技術，采用經典方法制備了姜黃素負載的PLA-PEG聚合物納米粒，將形成的納米粒子冷凍干燥后用于后續性質評價。通過測量，其平均粒徑為117 nm，Zeta電位為35 mV，EE高達98.3%。

2.1.2 雙乳化法(水/油/水，W/O/W) 雙乳化法即多乳液溶劑提取法，其在蛋白質、肽、基因等親水性藥物包封為聚合物納米粒子方面具有廣闊的應用前景。W1/O/W2雙乳液溶劑揮發法是制備親水性載藥PCL/PEG共聚物納米粒子最廣泛的技術。該方法由3個步驟組成，在含有PCL/PEG共聚物的有機相中加入親水性藥物水溶液，形成W/O乳液；原乳液在劇烈攪拌下加入到含有表面活性劑的水相中，得到W1/O/W2雙乳液；最后，當有機溶劑被蒸發時，將PCL/PEG共聚物固化，得到載藥納米粒子。乳化過程中水溶性藥物會滲入外層水相中，導致其包封率減少，為了解決這個問題，操作時應該盡量縮短水包油體系形成時間。乳液溶劑揮發法的主要缺點可以概括如下：有機溶劑和表面活性劑是不可缺少的，這可能會引起毒性和污染；往往需要大力的機械攪拌，成本較高；納米粒的粒徑大小很難控制在100 nm以內。溶劑蒸發是通過在室溫下連續攪拌或減壓來實現的。乳化溶劑蒸發法，只有親脂藥物可以通過納米沉淀封裝到納米粒中，藥物包封率高、粒徑分布窄離子、不需要均勻化、易于放大是該方法的主要優點。Danafar等[21]運用此方法，制備出功能性納米粒，賴諾普利從共軛物中的釋放速率表現出pH敏感性。Hosseininasab等[22]運用此方法，以二氯甲烷為有機相、PVA為外水相，制備了載有胰島素的PLGA-PEG共聚物納米粒子。為了增加納米顆粒中胰島素的包封率，在第2步乳化過程中使用的外水相需被胰島素飽和，不同分子量的PLGA-PEG鏈也會影響胰島素包封率。使用不同分子量的共聚物，顆粒尺寸改變約為25～75 nm，粒子的分散性也有很大變化，這可能是由于被封裝的納米粒子上共聚物鏈之間的靜電斥力和空間位阻的影響。

2.2 納米共沉淀法

該制備方法包括在水不可混溶的有機溶劑(如丙酮)中共溶藥物和共聚物，然后在機械攪拌下，將有機溶液加入到水中，有機溶劑在水中的擴散導致兩親性共聚物自組裝成膠束狀納米粒子。該方法在制備載藥納米粒子方面具有廣闊的應用前景，易于放大、控制顆粒大小和多分散性，而且不需要表面活性劑和劇烈攪拌。然而，不是所有的脂溶性藥物采用此法制備所得納米粒的包封率都很理想,在制備時還需考慮一些影響因素,如藥物的溶解性，藥物、載體和溶劑之間比例。此外，需要加入穩定劑、過程控制困難、有機溶劑殘留等問題也需要進一步改善。Mohamadpour等[23]采用此方法，將具有預定最佳濃度的mPEG-PCL共聚物和藥物溶解在丙酮中，然后在劇烈攪拌下，讓丙酮混合溶液與適量蒸餾水混溶，將有機溶劑在室溫下攪拌蒸發至少12 h，用蒸餾水清洗兩次，除去游離(未包埋)藥物，最終得到了載利凡斯的明(Rivastigmine)納米粒。在本實驗中，載藥量和包封率分別為19.2%和40.4%。擁有如此高的載藥量是因為形成了Riv-OA配合物，增強了Riv的親脂性，從而達到了較高載藥量。Manjili等[24]運用此方法成功制備姜黃素負載PCL-PEG-PCL納米粒，測定姜黃素負載PCL-PEG-PCL膠束的平均粒徑和Zeta電位約為99.07 nm和-5.58 mV，PDI為0.181,包封率為(83±1.29)%，載藥量為(17±1.23)%。

2.3 透析法

透析法是從兩親性共聚物中制備納米粒子/膠束的一種非常重要的方法。兩親性共聚物和藥物分子溶解在水可混溶的有機溶劑(DMF或DMSO)中，隨后這種水溶液在水中被透析，兩親性嵌段共聚物自組裝成膠束，活性劑結合到核心中。這種方法不需要使用表面活性劑來獲得純納米粒子，缺點是很難擴大規模、產量很低、經濟成本很高。王丁丁等[25]采用此方法制備出pH/酶雙重敏感腫瘤靶向遞藥納米粒。Chen等[26]應用此方法，在PLGA-PEG-FA完全溶解于DMSO后，在DMSO混合物中加入確定量的脫鹽DOX，滴加超純水，混合料攪拌3 h，最終溶液用超純水透析去除DMSO。將得到的DOX/PLGA-PEG-FA納米粒子溶液通過0.45 μm過濾器過濾，并儲存在4 ℃條件下進行進一步測量。根據DLS結果，負載DOX納米粒子PLGA-PEG-FA/DOX的水動力直徑/表面電位分別為(136.5±4.3) nm/(-23.3±0.5) mV，LE/EE分別為7.9%/85.8%。

2.4 高壓均質乳化法

采用高壓均質乳化法制備納米粒的流程為：首先將含有藥物的油相與水相混合，在高速剪切作用力下得到初乳；隨后將制備得到的初乳稀釋一定量后，加入高壓均質機中均質后得到納米乳液。在均質過程中，可以通過改變均質壓力、均質次數以及每次均質所用時間等條件來獲得粒徑更小、更均一的納米粒。高壓均質機通過物料與物料之間的相互作用使物料細化，而且對物料本身性質影響很小，但不適合用于黏度很高的物料。雖然運用高壓均質乳化法去獲得粒徑小、包封率和載藥量高的納米粒需要進行大量的條件篩選，但因其制備出的納米粒分布均勻、長時間放置變化較小且具有產量高等優點，在納米制劑行業中運用越加廣泛。Jaiswal等[27]以此方法制備可生物降解環孢菌素納米顆粒。簡單地說，稱取適量PEG-DL-PLG和CsA溶于二膽甲烷(DCM)中，磁力攪拌30 min。用高速均質機在2%PVA水溶液中，加壓均質分散2 min。去除DCM，過濾，以甘露醇作為冷凍保護劑。將過濾后的納米懸浮液冷凍在液氮中，凍干。當聚合物類型為PEG5000-70/30DL-PLG時，平均粒徑為(152±2) nm，PDI為(0.07±0.04)，Zata電位為(1.0±0.7)mV，包封率為(86.84±3.64)%。Zong等[28]用此方法制備了包載伊曲康唑的聚乙二醇聚-Benzyl-L-天冬氨酸(PEG-PBLA)穩定的納米懸浮液。

2.5 鹽析法

鹽析法依賴于有機相(丙酮中的聚合物溶液)乳化成水相，這是通過添加高濃度的鹽(電解質，如氯化鎂、氯化鈣和乙酸鎂)或蔗糖(非電解質)來實現的。該方法避免了高速剪切、表面活性劑和氯化溶劑的使用，其他優點包括藥物包封率高以及易于擴大規模。然而，在這種技術中，納米粒子需要經過大量多次洗滌。通過上述任何程序合成的納米粒子最終通過超速或高速離心收集，用Milli-Q水沖洗2～3次，在冷凍保護劑存在下凍干，并在低溫下保存直到使用。Zhang等[29]研究采用此方法，制備了單甲氧基聚乙二醇/聚三乙烯碳酸酯(MPEG-PTMC)載地塞米松納米粒子。所獲得的納米粒子尺寸相差不大，有機相中的聚合物濃度為2.0 wt%時，粒徑大小為116 nm，PDI為0.21，載藥量和包封率分別為3.6%和17.4%。有機相中的聚合物濃度增加到5.3 wt%時，粒徑大小為95 nm,PDI為0.20,載藥量和包封率分別為14.1%和88.1%。

除了上述這些方法，還有熱誘導自主裝法[30]、薄膜水化法[31]、超臨界流體法[32]、滴加法[33]、靜電吸附法[34-35]、配體交換法[36]、界面聚合法[37]、水熱法[38]等制備方法在文獻中有所提及，相對于前面幾種常用方法，這些方法應用相對較少，故本文不再一一闡述。

3 嵌段共聚物納米粒在藥學中的應用

3.1 改善難溶性藥物溶解性

由于難溶性藥物在體內易聚沉，導致其生物利用度降低，并且容易引發各種并發癥。兩親性嵌段共聚物可形成兩親性納米膠束，這種膠束能在水中自動組裝，形成一種殼-核結構。水溶性小的藥物能夠通過疏水作用，聚集在疏水基團里，也可與疏水基團通過化學鍵結合，或者帶電藥物與帶相反電荷疏水基團靜電吸附等方法裝載在內核中[39]。邵芳可等[40]用開環聚合方式制備不同鏈段比例的PEG-PCL，研究結果顯示，當PEG鏈段的長度一定時(分子量5 000)，在一定范圍內，疏水鏈段PCL越長，CMC(臨界膠束濃度)越小，說明在PEG-PCL嵌段自組裝中，疏水鏈段PCL越長，越易形成納米粒，并且隨著疏水鏈段增加，藥物溶解度也隨之增加。Cambón等[41]用PEO-PSO-PEO載灰黃霉素，在灰黃霉素/共聚物重量比不同的載藥膠束中測定了包封率和載藥量。進料越多，由于內部膠束核心的飽和，包封效率越低(表1)。當灰黃霉素進料量太大時，會有藥物沉淀，這證實了該膠束可以提高藥物溶解度。比較兩種共聚物，EO33S14EO33比EO38S10EO38的增溶能力稍強。因為更長的疏水性嵌段導致疏水性藥物對膠束核心具有更高親和力。

表1 灰黃霉素/共聚物重量比不同的載藥膠束載藥量、包封率及增溶能力

3.2 降低藥物不良反應

對于機體細胞而言，抗腫瘤藥物本身就是一種“毒物”，在抗癌藥物作用于腫瘤細胞的同時，正常細胞也會遭受破壞。嵌段共聚物納米載體載藥能降低藥物不良反應，其一，納米膠束將藥物裝載于疏水內核，減少藥物泄露；其二，納米膠束其親水外殼可減少或避免與血漿蛋白相互作用，從而降低或避免藥物被單核-巨噬細胞吞噬，延長藥物在血液中循環時間，藥物蓄積于腫瘤組織，降低全身不良反應[42]。王震[43]用mPEG-PLGA負載CTD，急性毒性實驗和組織損傷實驗表明載藥膠束能降低CTD在小鼠體內毒性。急性毒性實驗中，進行HE染色觀察，原藥組與載藥膠束組的腎、肝、心、肺均產生病變，但原藥組在腎、肝、心臟組織中損傷較載藥膠束組更為嚴重，在肺組織中，載藥膠束與模型組差別不大，原藥組局部出現明顯淤血現象。由此可看出，mPEG-PLGA-CTD 膠束降低了藥物在體內的不良反應。滲透性實驗結果表明，載藥膠束提高藥物在腫瘤深部的滲透性，減少藥物在正常細胞分布，降低藥物對機體產生的全身不良反應。

3.3 實現藥物在體內的緩控釋

有些藥物在體內半衰期十分短暫，例如阿霉素在血漿中半衰期為5～10 min[44]，如果要維持穩態血藥濃度，則需要高頻率給藥，這會降低患者依從性。兩親性嵌段共聚物載藥膠束因其特性能避免網狀內皮系統(RES)識別降解，通過高滲透長滯留效應(EPR)[45]，增加藥物載體在體內循環時長，實現藥物的緩控釋放。Gao等[46]以開環聚合法制備了PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物復合溫敏凝膠，該復合水凝膠明顯提高多西紫杉醇溶解度和釋放度，靜脈注射釋放時長明顯提高，達到3周以上；Lee等[47]制備了聚組氨酸-聚乙二醇膠束。組氨酸具有PH敏感特性，腫瘤組織PH低于正常生理環境PH，偏酸性環境使組氨酸被質子化，從而納米膠束變為正電，帶正電的納米膠束與帶負電的腫瘤細胞膜相融合，釋放出載體內包封的藥物，實現藥物的可控釋放。

3.4 實現靶向傳輸

靶向傳輸中有被動靶向、主動靶向和物理化學靶向等。被動靶向是載藥微粒進入體內即被巨噬細胞作為外界異物吞噬而產生的體內分布特征，在體內分布首先取決于藥物粒徑大小。對于主動靶向載藥系統，一般是在載體表面修飾抗體、糖蛋白、葉酸和轉鐵蛋白等基團，使其與靶細胞受體或抗原特異性結合，在被動靶向基礎上，將藥物富集于靶部位，也可用腫瘤部位生理上與正常組織的差異或用物理方法，例如PH、酶活性，或給予外力如光、磁場等，將藥物輸送至腫瘤部位。Chen等[48]使用穿膜肽R7和葉酸對PLGA-PEG共聚物進行修飾，制備出具有靶向功能的長春新堿PLGA-PEG納米粒。由于腫瘤組織葉酸受體表達程度遠大于正常組織，致使葉酸與受體信號識別，從而使藥物在腫瘤部位富集，實現靶向高效遞送藥物。

3.5 多功能化修飾實現聯合治療

聚合物納米粒在醫學應用研究上多數進行“單一功能”研發，所制備出的單功能聚合物納米粒大多數只能解決部分問題，但在治療過程中，往往是多因素考慮。為同時解決多個問題，逐漸嘗試進行“多功能化”聚合物納米粒的研發，實現基因療法與化學治療相結合、藥物響應性釋放與靶向傳輸集合、診斷與治療相結合等[49]。Yang等[50]制備了一種能MR成像診斷且能靶向藥物治療的聚合物囊泡。他們采用Mal-PEG-OH(Mw：5 000)作為引發劑，通過與LA開環聚合，合成了Mal-PEG114-PLA 二嵌段共聚物 ，再和FA進行 Michael加成反應合成 FA-PEG114-PLA，最后與COOH-PEG46-丙烯酸酯合成FA-PEG-PLA-PEG-丙烯酸酯嵌段共聚物。采用雙乳法形成一種負載有SPIO/DOX的多層聚合物小泡。用流式細胞術和CLSM檢測陽性HeLa細胞對有無FA的囊泡攝取行為的影響，在15 min和120 min對熒光強度的檢測結果顯示，有FA的囊泡熒光強度分別是無FA的囊泡熒光強度的2.0倍和1.6倍。通過細胞毒性實驗結果表明，葉酸與受體結合介導的內吞作用，導致細胞對囊泡有較高攝取。然后通過MR成像，將負載有SPIO/DOX囊泡的R2(橫向弛豫)與對比劑Feridex相比，負載SPIO/DOX的蠕蟲狀囊泡的R2(222.5 FemM-1 s-1)比對比劑Feridex(111.5 FemM-1 s-1)明顯增大。張燕[51]制備了具有PH響應且能靶向的磁性納米粒mPEG-PMAA-/PGMA/FA-PEG-PGMA@Fe3O4，使藥物不僅能靶向至細胞，根據PH響應釋放，還能進行核磁診斷。這種納米粒不僅提高了藥物的療效，還能對病變細胞進行診斷，大大的提前了疾病治療時間。

3.6 共傳輸體系

三嵌段共聚物及多嵌段共聚物可同時遞送兩種溶解性和作用機制不同的藥物。在以前研究[52]中，抗癌治療時，單一藥物的使用表現出一些局限性，如耐藥性、高毒性，兩種或多種藥物組合可以克服這些缺點，并且不同作用機制的化療藥物進行聯合用藥可增加療效。例如，阿霉素和紫杉醇是常用的兩種抗腫瘤藥物，可以將它們共載在納米載體中以抑制細胞增殖。 DOX和PTX在不同機制中發揮抗癌作用，阿霉素分子嵌入DNA而抑制核酸合成，從而誘導腫瘤細胞凋亡；紫杉醇結合癌細胞內微管蛋白防止其解聚，導致微管二聚體減少，使細胞分離停留在G2和M期，導致其無法復制而凋亡[53]。與單獨遞送阿霉素或紫杉醇相比，共同遞送系統具有更好的抗癌功效。陳卓[54]使用兩親性三嵌段共聚物(PCL-PEG-PCL)作為載體材料雙載鹽酸阿霉素和紫杉醇。在聚合物囊泡中，紫杉醇負載于疏水膜層，鹽酸阿霉素被包裹于親水內腔，葉酸作為靶向配體修飾聚合物囊泡，進行靶向傳輸。細胞攝取研究結果顯示，葉酸靶向修飾的雙載藥聚合物囊泡(FA-PTX-DOX-PS)被BEL-7404細胞內吞，效率明顯高于無葉酸修飾的雙載藥聚合物囊泡(PTX-DOX-PS)；體外毒性實驗結果顯示，FA-PTX-DOX-PS降低了阿霉素和紫杉醇混合給藥的毒性；體內熒光成像實驗結果顯示，FA-PTX-DOX-PS可富集于腫瘤部位，表現出高效靶向性。Shen等[55]實驗結果表示，雙重加載納米管的釋放藥物總量比單次釋放更高。

4 小結

使用聚合物納米粒子向癌癥遞送抗腫瘤藥物，很大程度改變了原有的癌癥治療方法。嵌段共聚物自組裝的納米載藥體系具有生物可降解性與生物相容性等優點，嵌段共聚物納米載藥體系的制備也得到廣泛研究。現今在原有研究基礎上，不斷優化這一載藥體系，載藥納米體系多功能化也是現階段這類研究的趨向。盡管現在部分載藥納米粒子已經進入臨床試驗和應用，但自組裝載藥納米體系在實際臨床應用上仍不夠成熟，載藥納米粒子進入體內后的運輸、穩定性和降解等需進一步研究探索，目前尚不適合大量生產，成本高也是應用受限的因素。在今后研究中，還需不斷突破，從而解決這些問題。