納米藥物載體 · 熱點(diǎn)應(yīng)用
本文由馬爾文帕納科GPC應(yīng)用專(zhuān)家馮慧慶供稿
聚合物納米藥物載體
納米藥物載體可實(shí)現(xiàn)靶向藥物治療。靶向給藥治療是指供助載體、配體或抗體將藥物通過(guò)局部給藥或全身血液循環(huán)而選擇性地定位于靶組織、靶器官、靶細(xì)胞或細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)的給藥系統(tǒng)。在特定的導(dǎo)向機(jī)制作用下,納米藥物載體輸送藥物到特定靶點(diǎn),發(fā)揮治療作用,可達(dá)到藥劑用量少、毒副作用低、藥效持續(xù)、生物利用度高、長(zhǎng)時(shí)間保持靶目標(biāo)的有效藥物濃度的效果。
常見(jiàn)的納米藥物運(yùn)載體系
在藥學(xué)研究中,正確定位小分子藥物的給藥位置和控制藥物釋放曲線是一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。通過(guò)小分子藥物與聚合物納米載體偶聯(lián)起來(lái),在很大程度上實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)精準(zhǔn)靶向給藥,在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中有較好的效果。該方法既可用于控制藥物釋放曲線,又可用于控制藥物釋放位置,以最大限度地減少可能的副作用。
阿霉素(Doxorubicin)
阿霉素(Dox)是一種高效抗腫瘤抗生素,對(duì)肺癌、急慢性白血病等多種惡性腫瘤都有很強(qiáng)的細(xì)胞毒性,其機(jī)制是:通過(guò)將自身插入細(xì)胞的DNA堿基對(duì)中,破壞DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu),阻斷DNA復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄。通常是通過(guò)血液循環(huán)導(dǎo)入腫瘤細(xì)胞實(shí)現(xiàn)其抗腫瘤功能。
聚谷氨酸(PG)是一種以氨基酸谷氨酸為基礎(chǔ)的具有生物相容性的聚合物。試驗(yàn)結(jié)果表明Dox和PG的偶聯(lián),可以實(shí)現(xiàn)靶向給藥,提高藥物在靶體內(nèi)的聚集度,延長(zhǎng)體內(nèi)循環(huán)時(shí)間,降低毒副作用。
在本文中我們展示了馬爾文帕納科OMNISEC多檢測(cè)器SEC如何對(duì)PG、Dox 和兩個(gè)PG-Dox 偶聯(lián)樣品進(jìn)行表征。這種先進(jìn)的分析技術(shù)可用于研究藥物加載效率和藥物加載后發(fā)生的聚合物結(jié)構(gòu)變化。
研究方法
PG和PG-Dox偶聯(lián)物溶解在在pH7.4的PBS緩沖液中,通過(guò)OMINISEC進(jìn)行樣品的分離和檢測(cè)。OMNISEC是一個(gè)多檢測(cè)器SEC系統(tǒng),包括示差檢測(cè)器(RI)、紫外檢測(cè)器(UV)、光散射檢測(cè)器(LS)和粘度檢測(cè)器(IV)。流動(dòng)相為PBS pH 7.4,含30%(v/v)甲醇水溶液;采用馬爾文A6000M和A3000色譜柱分離。
OMNISEC多檢測(cè)器SEC
檢測(cè)結(jié)果與討論
測(cè)試PG樣品和兩個(gè)PG-Dox偶聯(lián)物樣品色譜圖如圖1所示,PG的數(shù)值結(jié)果見(jiàn)表1。PG樣品分離顯示一個(gè)單峰,測(cè)得其平均分子量(MW)約為13KDa。再看兩個(gè)偶聯(lián)樣品,都分離出和PG具有相似保留體積的多峰。較早洗脫的光散射色譜圖(綠色,12-14mL)表明存在一些大的聚集體。而且,這些峰包含明顯的紫外吸收信號(hào),表明Dox的存在成功地偶聯(lián)到聚合物上。
圖1 PG(A)、PG-Dox 1(B)和PG-Dox 2(C)多檢測(cè)器色譜圖
表1 PG測(cè)試結(jié)果
在圖2 A中可以看到,在不同進(jìn)樣量下檢測(cè)游離Dox的UV色譜圖,可以看到游離的Dox從柱上洗脫得很晚,實(shí)際上已經(jīng)在整個(gè)柱體積之后。這清楚地表明了Dox與色譜柱發(fā)生了顯著的相互作用,延遲了Dox的洗脫。但從圖2 B所示濃度響應(yīng)曲線可以看出,盡管存在相互作用,回收率仍然接近100%。該校準(zhǔn)曲線用來(lái)測(cè)量存在于PG-Dox樣品中的Dox的量。
圖2 A:不同進(jìn)樣量Dox在UV(490nm)色譜圖;B:Dox濃度校準(zhǔn)曲線
如果我們確定36mL處的峰為游離Dox,這樣PG-Dox樣品中的相同位置峰也能確定為游離Dox。如圖3所示,可以清楚地確定偶聯(lián)樣品含有PG-Dox偶聯(lián)物和游離Dox。
圖3 UV色譜圖顯示偶聯(lián)樣品含有PG-Dox偶聯(lián)物和游離Dox
使用圖2 B中的濃度校準(zhǔn)曲線,可以計(jì)算偶聯(lián)樣品中存在的Dox量。如表2所示,兩種PG-Dox偶聯(lián)物都含有游離的Dox。在一次注射體積中,PG-Dox 1的偶聯(lián)物中含有大約11μg的Dox,而PG-Dox 2的偶聯(lián)物中含有大約39μg的Dox。然后,可以計(jì)算出樣品中注入的總Dox質(zhì)量和Dox濃度。然后,可以根據(jù)溶解物質(zhì)的質(zhì)量計(jì)算出近似的總樣品濃度。這樣就可以計(jì)算每個(gè)PG-Dox偶聯(lián)物中Dox的近似負(fù)載量。由此可以近似地看出,樣品2的偶聯(lián)物中含有的Dox是樣品1的三倍。
表2 計(jì)算兩個(gè)偶聯(lián)樣品中Dox的負(fù)載量
我們可以對(duì)PG-Dox偶聯(lián)物進(jìn)一步表征(其中dn/dc假設(shè)分析),計(jì)算偶聯(lián)聚合物的近似分子量、特性粘度和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),如表3所示。
表3 PG-Dox偶聯(lián)物測(cè)試結(jié)果
Mark-Houwink(M-H圖)顯示了特性粘度作為分子量的函數(shù),是分子間結(jié)構(gòu)差異的直觀表示。在溶液中密度較高的聚合物在M-H圖上看起來(lái)較低,用來(lái)研究結(jié)構(gòu)變化,如支化、偶聯(lián)等結(jié)構(gòu)變化。圖4顯示了3個(gè)樣本的M-H圖。首先,這兩個(gè)PG-Dox偶聯(lián)物M-H曲線顯著低于單獨(dú)的PG。這是我們預(yù)料中的,因?yàn)樗幬锓肿拥呐悸?lián)將增加聚合物在溶液中的表觀密度,并且具有更大Dox負(fù)載量的樣品將進(jìn)一步向下移動(dòng)。PG-Dox 1和PG-Dox 2之間的斜率不同,說(shuō)明Dox負(fù)載量可能不是隨分子量均勻分布的。
圖 4 Mark-Houwink曲線圖疊加顯示PG和PG-Dox偶聯(lián)物
結(jié)論
本文展示了如何將多檢測(cè)器SEC用于高分子聚合物偶聯(lián)小分子藥物傳遞表征分析的方法。在相同的測(cè)試條件下,對(duì)原聚合物、游離藥物(Dox)和兩種偶聯(lián)產(chǎn)物進(jìn)行了表征。藥物的紫外吸光度使得可以測(cè)量負(fù)載水平和評(píng)估兩種偶聯(lián)物的偶聯(lián)水平。通過(guò)假設(shè)分析,偶聯(lián)分子量和結(jié)構(gòu)也可以測(cè)量并相互比較。
小分子藥物的輸送在實(shí)際應(yīng)用中面臨許多挑戰(zhàn),與較大的聚合物偶聯(lián)是提高藥物定位和載藥量的一種策略,但要獲得可靠和可重復(fù)的結(jié)果,需要先進(jìn)的表征方法。通過(guò)使用OMNISEC這樣的多檢測(cè)器系統(tǒng)進(jìn)行分析,研究人員可以更好地表征和研究,從而控制附著在聚合物納米輸送載體上的藥物量以及產(chǎn)品的分子量和結(jié)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)最佳的藥物輸送效率。
關(guān)于馬爾文帕納科
馬爾文帕納科的使命是通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行化學(xué)、物性和結(jié)構(gòu)分析,打造出更好的客戶導(dǎo)向型創(chuàng)新解決方案和服務(wù),從而提高效率和產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)利用包括人工智能和預(yù)測(cè)分析在內(nèi)的最近技術(shù)發(fā)展,我們能夠逐步實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。這將讓各個(gè)行業(yè)和組織的科學(xué)家和工程師可解決一系列難題,如盡可能地提高生產(chǎn)率、開(kāi)發(fā)更高質(zhì)量的產(chǎn)品,并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。