CN106810636A - 肿瘤微环境智能响应的纳米凝胶及纳米凝胶载药系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种pH调控的亲疏水性反转、电荷反转及胞内氧化还原响应性纳米凝胶，由可自由基聚合的温敏性单体、两性离子型单体和含有胺基的pH敏感单体，经含有二硫键的交联剂交联而成。本发明还提供了肿瘤微环境智能响应的纳米凝胶载药系统及其制备方法。该凝胶在血液pH 7.4条件下为亲水溶胀状态，有利于其避免被网状内皮系统吞噬而具备血液长循环的能力；而在肿瘤组织微酸性条件下反转成疏水收缩的状态,有利于其在肿瘤部位有效富集、深部穿透及被肿瘤细胞高效摄取。该凝胶在胞内溶酶体环境中电荷反转成正电，有利于其从溶酶体中逃逸，继而在胞质高GSH环境中响应性释放药物，达到良好的抑瘤效果。

Description

肿瘤微环境智能响应的纳米凝胶及纳米凝胶载药系统
技术领域
本发明涉及高分子药物载体技术领域，尤其涉及一种pH调控的亲疏水性反转、电荷反转及胞内氧化还原响应性的肿瘤微环境智能响应的纳米凝胶及纳米凝胶载药系统，以及二者的制备方法。
背景技术
纳米载药系统由于具有EPR效应，能够提高肿瘤靶向性，增强化疗药物疗效并降低毒副作用而被广泛用于肿瘤治疗。抗肿瘤纳米载药系统通过静脉注射到达靶部位时需经过体内多重生理屏障，为突破这些生理屏障，理想的纳米载药系统须具备血液中长循环、肿瘤部位有效富集、肿瘤深部穿透、被肿瘤细胞有效摄取及胞内响应性释放药物的能力等。尽管目前有很多策略用来改善纳米药物抗肿瘤治疗效果，但这些策略大多不能满足上述所有条件来克服体内的多重生理屏障。
纳米载药系统的体内行为与其物理化学性质如粒径、表面电荷、表面功能基团及亲疏水性等息息相关，进而影响其抗肿瘤效果。许多研究表明亲水性纳米材料能有效避免血液中蛋白的吸附及网状内皮系统的调理，如利用PEG对纳米材料进行表面改性能有效提高其亲水性而增加其在血液中的长循环，但纳米载药系统的疏水性更有利于其与细胞膜相互作用而促进肿瘤细胞的有效摄取。因此肿瘤酸性微环境响应的亲疏水性反转纳米载药系统能有效解决这个矛盾，可兼顾血液中的长循环及肿瘤细胞摄取的矛盾。目前亲疏水性反转纳米材料主要策略为依赖于pH响应性链的断裂去PEG化，而此类化学反应的发生需要耗费大量时间，这导致pH响应性慢，影响纳米药物的抗肿瘤效果。同时pH敏感性的引入不仅需要复杂的化学合成过程，同时此过程会引入有机试剂，可能会导致副作用的发生。
由于肿瘤组织血管结构高度紊乱、高间质液压及致密的胞外基质，纳米药物被发现主要富集在肿瘤血管附近，难以深入肿瘤深部组织，极大妨碍了其抗肿瘤效果。目前很多文献报道纳米特征，如粒径、表面电位等对纳米药物穿透肿瘤组织的影响，但纳米药物亲疏水性如何影响其肿瘤组织深部穿透的能力未见报道。
大部分正电荷纳米载药系统通过内吞方式进入肿瘤细胞后可通过质子海绵效应从溶酶体逃逸。同时人体细胞内具有高谷胱甘肽(GSH)浓度，为胞外及血液环境中GSH浓度的几百甚至千倍。因此利用纳米载药系统在溶酶体环境反转成正电荷并在胞内GSH响应性释放药物，有利于纳米载药系统的胞内靶向释放药物。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种制作方法简单、pH调控的亲疏水性反转迅速并具有电荷反转及胞内氧化还原响应性的纳米凝胶及其制备方法，该纳米凝胶在血液pH7.4条件下为亲水溶胀的状态；而在肿瘤组织pH 6.5条件下反转成疏水收缩的状态；在肿瘤细胞内溶酶体酸性环境中该纳米凝胶表面电荷由负电荷反转成为正电荷，依赖质子海绵效应而具备溶酶体逃逸的能力。本发明也提供了一种载药纳米凝胶及其制备方法，该载药系统进一步在胞质高GSH环境中能将纳米凝胶降解达到释放药物的作用。该载药纳米凝胶依赖于肿瘤酸性微环境及胞内高GSH浓度，能实现血液长循环、肿瘤部位有效富集及肿瘤深部穿透、肿瘤细胞高效摄取及胞内响应性释放药物，达到良好的抑瘤效果。
本发明提供的一种pH调控的亲疏水性反转、电荷反转及胞内氧化还原响应性纳米凝胶，由可自由基聚合的温敏性单体、两性离子型单体和含有胺基的pH敏感单体，通过含有二硫键的交联剂交联而成。
优选地，所述可自由基聚合的温敏性单体为N-异丙基丙烯酰胺、N,N'-二乙基丙烯酰胺、羧基异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基异丁基酰胺、乙烯基甲基醚、N-乙烯基己内酰胺、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、N-丙烯酰基-N-烷基哌嗪或N-(L)-(1-羟甲基)丙基甲基丙烯酰胺，优选为N-异丙基丙烯酰胺；
所述两性离子型单体为磺酸甜菜碱的甲基丙烯酸酯类衍生物、丙烯酰胺类衍生物或乙烯基吡啶衍生物，羧酸甜菜碱的甲基丙烯酸酯类衍生物、丙烯酰胺类衍生物或乙烯基吡啶衍生物，或者磷酸甜菜碱的甲基丙烯酸酯类衍生物、丙烯酰胺类衍生物或乙烯基吡啶衍生物，优选为磺基甜菜碱甲基丙烯酸甲酯；
所述含有胺基的pH敏感单体为含季铵或仲胺基团的不饱和单体；优选为丙烯酰氧烷基季铵盐阳离子单体、烯丙基季铵盐阳离子单体或烯丙基仲胺类单体；更优选地，所述丙烯酰氧烷基季铵盐阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；所述烯丙基季铵盐阳离子单体为烯丙基三甲基氯化铵；所述烯丙基仲胺类单体为N-甲基烯丙基胺；
所述含有二硫键的交联剂为N,N'-双丙烯酰胱胺、二烯丙基三硫醚或二烯丙基二硫醚，优选为N,N'-双丙烯酰胱胺
优选地，可自由基聚合的温敏性单体在单体中所占的比例为75-95mol％、两性离子型单体在单体中所占的比例为1.5-10mol％，含有胺基的pH敏感单体在单体中所占的比例为3.5-15mol％，其中可自由基聚合的温敏性单体在单体中所占的比例、两性离子型单体在单体中所占的比例和含有胺基的pH敏感单体在单体中所占的比例之和为100％。
优选地，所述含有二硫基的交联剂的用量为可自由基聚合的温敏性单体、两性离子型单体和含有胺基的pH敏感单体总量的0.5-4mol％。
本发明还提供制备上述pH调控的亲疏水性反转、电荷反转及胞内氧化还原响应性纳米凝胶的方法，包括如下步骤：
(1)取可自由基聚合的温敏性单体、两性离子型单体和含有胺基的pH敏感单体溶解于水中，并加入表面活性剂及含有二硫键的交联剂，超声混合；
(2)升温到70℃以上，在氮气气氛下，加入过氧化物引发剂引发聚合反应，在此温度和氮气气氛下反应4h以上，冷却后转入透析袋透析后冷冻干燥，得到pH调控的亲疏水性反转、电荷反转及胞内氧化还原响应性纳米凝胶。
优选地，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠，所述过氧化物引发剂为过硫酸钾。
优选地，所述透析袋的截留分子量为12000Da。
本发明还提供一种肿瘤微环境响应的纳米凝胶载药系统，包括上述的pH调控的亲疏水性反转、电荷反转及胞内氧化还原响应性纳米凝胶和载在所述纳米凝胶上的抗肿瘤药物，优选地，更优选地，所述抗肿瘤药物为阿霉素、喜树碱、紫杉醇、多西紫杉醇或顺铂。
优选地，载药量为2-8.0wt％。
优选地，抗肿瘤药物的药物分子通过溶胀吸附或者有机溶剂挥发法载入所述pH调控的亲疏水性反转、电荷反转及胞内氧化还原响应性纳米凝胶中。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
1、本发明提供pH调控亲疏水性反转、电荷反转及胞内氧化还原响应性的纳米凝胶具有pH及GSH双重响应性。该纳米凝胶在pH 7.4条件下的VPTT(Volumn Phase TransitionTemperature，体积相转变温度)＞37℃，在体内血液环境中为亲水溶胀状态，而在pH 6.5条件下其VPTT＜37℃，在肿瘤微酸性环境中为疏水收缩的状态；该纳米凝胶的表面电荷在pH7.4和6.5条件下为负电荷，在溶酶体pH 4.5条件下反转成正电荷；在胞质高GSH条件下纳米凝胶有效瓦解。
2、本发明提供pH调控的亲疏水性反转、电荷反转及胞内氧化还原响应性载药纳米凝胶，其在血液pH 7.4条件下为亲水溶胀状态，有利于其避免被网状内皮系统吞噬而维持长循环，而在肿瘤组织微酸性条件下反转成疏水收缩的状态，继而有利于其在肿瘤部位富集、肿瘤深部穿透及被肿瘤细胞摄取；在肿瘤细胞溶酶体酸性环境中该纳米凝胶表面电荷由负电荷反转为正电荷，依赖质子海绵效应而具备溶酶体逃逸的能力，进一步在胞质高GSH条件下降解纳米凝胶而有效释放药物，达到良好的抑瘤效果。
3、该纳米凝胶负载抗肿瘤药物阿霉素后，可制得肿瘤微环境响应的纳米凝胶载药系统，可以延长抗肿瘤药物(阿霉素)在血液中的循环时间，加强抗肿瘤药物(阿霉素)在肿瘤部位的富集、深部穿透能力及被肿瘤细胞摄取，并在胞内响应性释放抗肿瘤药物，进而提高抗肿瘤药物对肿瘤的治疗效果。
4、本发明的纳米凝胶合成过程简单，并且本发明能快速有效的实现肿瘤微酸性环境下的亲疏水性反转、电荷反转以及胞内GSH响应性释药。
附图说明
图1为本发明的H-纳米凝胶FTIR图谱。
图2为H-纳米凝胶在不同pH及温度条件下的透过率。
图3为本发明的H-纳米凝胶在37℃条件下孵育不同时间的透过率。
图4为本发明的H-纳米凝胶不同pH条件下的表面电荷。
图5为巨噬细胞Raw264.7对FITC标记的本发明H-纳米凝胶不同pH条件下的摄取情况。
图6为本发明H-载药纳米凝胶的药代动力学研究。
图7为HepG2细胞不同pH条件下对本发明H-载药纳米凝胶的摄取。
图8为本发明H-载药纳米凝胶的组织分布行为。
图9为本发明H-载药纳米凝胶在肿瘤细胞团中的穿透。
图10为本发明H-载药纳米凝胶在离体肿瘤组织中的穿透。
图11为本发明H-载药纳米凝胶的肿瘤抑制作用研究。
图12A为本发明S1-纳米凝胶在不同pH及温度条件下的透过率。
图12B为本发明S1-纳米凝胶在不同pH条件下的表面电荷
图13A为本发明S2-纳米凝胶在不同pH及温度条件下的透过率。
图13B为本发明S2-纳米凝胶在不同pH条件下的表面电荷。
图14A为本发明S3-纳米凝胶在不同pH及温度条件下的透过率。
图14B为本发明S3-纳米凝胶在不同pH条件下的表面电荷。
具体实施方式
为使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一、本发明实施例部分
实施例1
(1)准确称取1.908g N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、0.262g磺基甜菜碱甲基丙烯酸甲酯(SBMA)及0.18ml N-甲基烯丙基胺(MAA)溶解于500ml三颈瓶中，用200ml超纯水溶解，并加入0.04g十二烷基硫酸钠作为表面活性剂及0.098g交联剂N,N'-双丙烯酰胱胺，超声混合。对应N-异丙基丙烯酰胺、磺基甜菜碱甲基丙烯酸甲酯及N-甲基烯丙基胺的摩尔比为85.7:4.8:9.5，N,N'-双丙烯酰胱胺的交联密度为2mol％。
(2)向上述反应体系通氮气，除去混合液中残留的氧气。磁热搅拌下水浴加热，缓慢升温至70-75℃后加入0.1g过硫酸钾引发聚合反应
(3)待溶液变浑浊后，在氮气气氛下70-75℃下继续反应4.5h。
(4)将所得反应液冷却至室温，转移入透析袋中透析1星期，以除去表面活性剂和未反应原料。其中透析袋的截留分子量为12000Da。冻干保存。得到的纳米凝胶简称为H-纳米凝胶。
实施例2
(1)准确称取2.012g N-乙烯基异丁基酰胺、0.250g羧酸甜菜碱甲基丙烯酸酯及0.20g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶解于500ml三颈瓶中，用200ml超纯水溶解，并加入0.04g十二烷基硫酸钠作为表面活性剂及0.098g交联剂N,N'-双丙烯酰胱胺，超声混合。对应N-乙烯基异丁基酰胺、羧酸甜菜碱甲基丙烯酸酯及甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的摩尔比为89.6:5.5:4.9，N,N'-双丙烯酰胱胺的交联密度为1.9mol％。
(2)向上述反应体系通氮气，除去混合液中残留的氧气。磁热搅拌下水浴加热，缓慢升温至70-75℃后加入0.1g过硫酸钾引发聚合反应
(3)待溶液变浑浊后，在氮气气氛下70-75℃下继续反应4.5h。
(4)将所得反应液冷却至室温，转移入透析袋透析1星期，以除去表面活性剂和未反应原料。其中透析袋的截留分子量为12000Da。冻干保存。得到的凝胶为S1-纳米凝胶。
实施例3
(1)准确称取1.739g N-乙烯基己内酰胺、0.434g 2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱及0.202g N,N′-二甲基烯丙基胺溶解于500ml三颈瓶中，用200ml超纯水溶解，并加入0.04g十二烷基硫酸钠作为表面活性剂及0.05g交联剂二烯丙基二硫醚，超声混合。对应N-乙烯基己内酰胺,2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱及N,N′-二甲基烯丙基胺的摩尔比为74.5:9.0:14.5，二烯丙基二硫醚的交联密度为2.1mol％。
(2)向上述反应体系通氮气，除去混合液中残留的氧气。磁热搅拌下水浴加热，缓慢升温至70-75℃后加入0.1g过硫酸钾引发聚合反应
(3)待溶液变浑浊后，在氮气气氛下70-75℃下继续反应4.5h。
(4)将所得反应液冷却至室温，转移入透析袋中透析1星期，以除去表面活性剂和未反应原料。其中透析袋的截留分子量为12000Da。冻干保存。冻干保存。得到的纳米凝胶称为S2-纳米凝胶。
实施例4
(1)准确称取2.125g乙烯基甲基醚、0.185g磺基甜菜碱甲基丙烯酸甲酯及0.19g N,N′-二甲基烯丙基胺溶解于500ml三颈瓶中，用200ml超纯水溶解，并加入0.04g十二烷基硫酸钠作为表面活性剂及0.05g交联剂二烯丙基二硫醚，超声混合。对应乙烯基甲基醚,磺基甜菜碱甲基丙烯酸甲酯及N,N′-二甲基烯丙基胺的摩尔比为92.7:1.6:5.7，二烯丙基二硫醚的交联密度为2.1mol％。
(2)向上述反应体系通氮气，除去混合液中残留的氧气。磁热搅拌下水浴加热，缓慢升温至70-75℃后加入0.1g过硫酸钾引发聚合反应
(3)待溶液变浑浊后，在氮气气氛下70-75℃下继续反应4.5h。
(4)将所得反应液冷却至室温，转移入透析袋透析1星期，以除去表面活性剂和未反应原料。其中透析袋的截留分子量为12000Da。冻干保存。冻干保存。该纳米凝胶称为S3-纳米凝胶。
实施例5
(1)准确称取1.0mg阿霉素盐酸盐，加入1ml氯仿中，在体系中加入10μl三乙胺避光超声30min，得到反应液A；
(2)将H-纳米凝胶以2.5mg/ml的浓度溶胀于超纯水中，并将反应液A加入8mlH-纳米凝胶水溶液中，超声混匀15min后，得到反应液B；
(3)将反应液B用旋转蒸发仪旋蒸1h，得到反应液C；
(4)将反应液C置于超滤管中，4000rpm，20min离心3次，收集上液，为负载阿霉素的纳米凝胶。采用荧光分光度法最终得到H-载药纳米凝胶的载药量为4.0％。
实施例6
(1)准确称取0.8mg紫杉醇，溶解于2ml氯仿中；
(2)将H-纳米凝胶以2.5mg/ml的浓度溶胀于上述超纯水中，将上述紫杉醇溶液滴加到H-纳米凝胶水溶液中，超声混匀15min；
(3)将上述乳液用旋转蒸发仪旋蒸1h，得到载药纳米凝胶混合液；
(4)48h后将上述载药凝胶置于超滤管中，4000rpm，20min离心3次，收集上液，为负载紫杉醇的纳米凝胶。
从实施例可看出，本发明制得的纳米凝胶可负载各种疏水性药物如：阿霉素和紫杉醇等。
二、本发明实验例部分
实验例1 H-纳米凝胶的FITR图谱
采用FITR来确证H-纳米凝胶中单体的交联情况。如图1所示，1548及1466cm-1处的峰主要为NIPAM及N-甲基烯丙基胺中的-N-H键及-C-H键的伸缩振动峰。而1172及1040cm-1处则为SBMA结构中的-S＝O键，1644cm-1处的波峰则确证了聚SBMA片段中C-N+键的存在。该FITR初步验证了纳米凝胶结构中NIPAM、SBMA及MAA的正确交联。
实验例2 H-纳米凝胶的pH调控的亲疏水性反转能力
通过检测H-纳米凝胶不同温度条件下的透过率变化来得到其在不同pH条件下的VPTT变化，继而推测该凝胶在37℃条件下的亲疏水性变化。
溶液配置：PBS中加入10％FBS，即9ml PBS加入1ml FBS，并将H-纳米凝胶以15mg/ml溶解于其中，即准确称取60mg纳米凝胶溶解于4ml上述溶液中。
用NaOH或HCl调整H-纳米凝胶的pH至7.4、6.5或4.5，检测H-纳米凝胶在不同pH及温度条件下的透过率变化。具体温度设定为20、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、53及58℃。每种温度条件下孵育10min。利用分光光度计检测560nm下的纳米凝胶水溶液的透过率。
同时将不同pH条件下的H-纳米凝胶水溶液置于37℃条件，孵育0、1、3、5、7、9及11min后，检测其560nm处的透过率。
由图2所示，随着温度的升高，H-纳米凝胶不同pH条件下的透过率均下降，曲线通过玻尔兹曼拟合并求导得到不同pH条件下的VPTT如下：pH 7.4条件下为41.0℃，大于生理温度37℃，这意味着H-纳米凝胶在生理条件(pH 7.4,37℃)为亲水溶胀状态；pH6.5条件下为35.6℃，小于生理温度37℃，这意味着H-纳米凝胶在肿瘤组织(pH 6.5,37℃)为疏水收缩状态；而pH 4.5条件下其VPTT为34.0℃。
我们对H-纳米凝胶在不同pH及37℃孵育条件下的透过率也进行了监控。如图3所示，其在pH 7.4环境中的透过率由于凝胶为亲水溶胀的状态而保持不变，而在pH 6.5环境中的透过率则在11min内降至零点，在pH 4.5环境中由于纳米凝胶疏水性更强，变化更加迅速。这说明H-纳米凝胶在pH 6.5及4.5条件下其由亲水性迅速反转成疏水性。
实验例3 H-纳米凝胶在不同pH条件下的表面电荷
溶液配置：将H-纳米凝胶用超纯水稀释至0.25mg/ml，并用NaOH及HCl调其pH至7.4、6.5或4.5。
用激光粒度仪检测H-纳米凝胶在不同pH条件下的zeta电位。如图4所示，H-纳米凝胶在pH 7.4及6.5条件下的zeta电位均为-17mV左右，而在pH 4.5条件下则反转至+13mV，这种电荷反转有利于其在溶酶体中的逃逸。
实验例4 H-载药纳米凝胶的载药量
通过紫外分光光度法检测H-载药纳米凝胶的载药量。通过紫外分光光度法检测未包载的阿霉素的质量W1mg，而20mg纳米凝胶对应阿霉素的投药量为1mg，根据公式Wt(％)＝(1-W1)/(1+20-W1)×100％,得到H-载药纳米凝胶的载药量为4.0％。
实验例5 H-载药纳米凝胶的药物释放行为
药物溶液的配制：将H-载药纳米凝胶溶解在水中配制成0.5mg/ml的水溶液。
释放液的配制：将PBS作为基本释放液，用NaOH或HCl将pH分别调整至7.4、6.5或4.5；取50ml PBS加入150mg谷胱甘肽配制成含有10mM GSH的PBS溶液，并用NaOH或HCl将pH分别调整至7.4、6.5或4.5；将上述配制的10mM GSH PBS溶液用PBS进一步稀释至2μM后，用NaOH或HCl将pH分别调整至7.4、6.5或4.5。
将0.2ml药物溶液装入透析袋中(分子量截留：12000Da)，密封，然后将装有药物溶液的透析袋浸没在25ml的释放液中，再置于摇床中震荡，温度为37℃，转速为200rmp。分别在20min、40min、1h、2h、4h、6h、8h、11h、24h时间点取出1ml释放液，再补充1ml相应的释放液。每种释放液中的药物释放实验平行做三组。药物释放实验全程在避光的条件下进行。取出的释放液通过荧光测定药物浓度并计算累积释放量。H-载药纳米凝胶的累积释放量结果见表1。
表1H-载药纳米凝胶在不同释放液中的累积释放量
从表1可以看出，H-载药纳米凝胶释放行为具有一定的pH响应性，随着pH的降低，24h释放量从pH 7.4条件下的9.31％升高至pH 6.5条件下的18.47％，而在pH 4.5条件下的释放量则为27.82％。pH 7.4条件下，0mM GSH及2μM GSH对其释放并无影响，而10mM GSH显著性提高其累计释放量至26.70％。pH 6.5条件下的药物释放具有相同的趋势，而在pH 4.5条件下GSH的响应性释放并不明显，这可能与pH 4.5条件下纳米凝胶收缩避免GSH与凝胶二硫键作用有关。
实验例6不同pH条件下巨噬细胞对H-纳米凝胶的吞噬作用
溶液配制：通过氨基与羧基的反应将异硫氰酸荧光素(fluorescein isothiocyanate，FITC)按照2％耦联至H-纳米凝胶中，并将FITC耦联后的纳米凝胶用含有10％FBS的RPMI1640培养基稀释至0.25mg/ml。
将上述溶液用NaOH或HCl调整pH至7.4或6.5，并置于37℃条件孵育2h。而后添加至铺有Raw264.7细胞的12孔板中，细胞密度为每孔2.0×104个细胞。继续在37℃中孵育1h后收集细胞，并用流式细胞仪进行检测(FC500，Beckman，FLI)。
H-纳米凝胶由于在pH 7.4条件下呈亲水性，而在pH 6.5条件下发生亲疏水性反转，因而其在pH 6.5条件下被巨噬细胞吞噬得更多，如图5所示。
实验例7载药纳米凝胶的药代动力学
实验药物的配制：将H-载药纳米凝胶用超纯水稀释至1mg/ml；同时将阿霉素原料药溶解在水中配制成1mg/ml的阿霉素水溶液。
随机将SD大鼠(250-270g)分为三个实验组，每组三只大鼠。将载药纳米凝胶和阿霉素原料药水溶液以4mg(阿霉素当量)/kg的给药量、1ml的剂量分别通过尾静脉注射到相应的实验组。分别在给药后15min、30min、1h、2h、4h、8h、12h、24h及48h时间点，从大鼠的眼眶静脉丛取血0.5ml,5000rmp离心10min后，取血浆100μl，用荧光分光光度法检测血浆中阿霉素的浓度。
从图6可知，阿霉素原料药给药15min后的血药浓度只有0.73μg/ml，而H-载药纳米凝胶则能保持较高浓度(2.89μg/ml)。同时H-载药纳米凝胶组在血浆中存在时间较长。将血药浓度-时间曲线用药代动力学软件DAS2.0进行二室药代动力学模型拟合，得到的参数如表2。其中H-载药纳米凝胶的血浆消除半衰期t1/2z是阿霉素原料药的7.74倍，血药浓度-时间曲线下面积AUC(0-∞)是阿霉素原料药的5.1倍。这表明，H-纳米凝胶在pH 7.4环境中的亲水性决定了其可以显著延长阿霉素在血液中的循环时间。
表2载药纳米凝胶及DOX的药代动力学参数
参数 单位 游离阿霉素 H-载药纳米凝胶
曲线下面积(0-∞) mg/L*h 7.76±2.30 39.63±5.99
半数清除时间 h 2.10±0.38 16.26±5.99
清除率 L/h/kg 0.65±0.25 0.09±0.02
最高血药浓度 mg/L 0.73±0.29 2.89±0.12
分布体积 L/kg 2.75±2.24 0.87±0.25
实验例8不同pH条件下HepG2细胞对H-载药纳米凝胶的摄取
溶液配制：将H-载药纳米凝胶用含有10％FBS的DMEM培养基稀释至阿霉素浓度10μg/ml。
将上述溶液用NaOH或HCl调整pH至7.4或6.5，而后添加至铺有HepG2细胞的12孔板中，细胞密度为每孔2.0×104个细胞。继续在37℃中孵育2h后收集细胞，并用流式细胞仪进行检测(FC500，Beckman，FL2)。
如图7所示，HepG2细胞pH 6.5条件下对H-载药纳米凝胶的摄取显著性高于pH 7.4条件下的摄取量，提示pH调控的亲疏水性反转能有效增加肿瘤细胞对H-载药纳米凝胶的摄取。
实验例9载药纳米凝胶在肿瘤组织中的蓄积
实验药物的配制：将H-载药纳米凝胶用超纯水稀释至500μg/ml；并将阿霉素原料药溶解在水中配制成500μg/ml的阿霉素水溶液。
小鼠肝癌H22皮下瘤模型的建立：在Balb/C小鼠背部右下侧近右下肢处皮下接种肝癌H22细胞悬液100μl(细胞数为1×105)，建立小鼠肝癌H22皮下瘤模型。
当小鼠肝癌H22皮下瘤长到体积为0.09～0.12cm3时，随机将荷有肝癌H22皮下瘤的小鼠(18g-22g)分为2组，每组8只。将载药纳米凝胶和阿霉素原料药水溶液以4mg(阿霉素当量)/kg的给药量、200μl的剂量分别通过尾静脉注射到相应的实验组。尾静脉注射24h和72h后各组处死4只小鼠，取出肿瘤并制备成组织匀浆，通过荧光分光光度法检测其中的药物含量。
从附图8的组织分布图可知，尾静脉注射H-载药纳米凝胶24h后肿瘤中阿霉素的浓度为11.72μg/g组织，而尾静脉注射阿霉素原料药24h后肿瘤中阿霉素的浓度仅为1.82μg/g组织。而尾静脉注射阿霉素原料药72h后，肿瘤组织中阿霉素含量明显降低(1.14μg/g组织)，而H-载药纳米凝胶给药组的含量仍能保持6.15μg/g组织。这表明，H-载药纳米凝胶不仅能更多的蓄积阿霉素于肿瘤中，并且能保持长期滞留。
实验例10不同pH条件下H-载药纳米凝胶在肿瘤细胞团中的穿透
溶液配制：T7缓冲液(pH 7.4,50mM Tris,150mM NaCl)
药物配制：用不同pH(7.4或6.5)的RPMI 1640培养基将阿霉素及H-载药纳米凝胶稀释至5μg/ml。
H22肿瘤细胞团预先通过3D软纤维蛋白胶获得，具体方法如下：H22细胞预先用RPMI 1640培养基稀释至1.2×104个/ml，将纤维蛋白原胶用T7缓冲液稀释至2mg/ml，并与H22细胞悬液以1：1混匀。在预冷的96孔板中加入1μl凝血酶(0.1U/μl)，而后与50μl上述混合液吹打混匀。37℃条件下孵育15min后，加入200μl RPMI 1640完全培养基。待细胞团生长至第五天，将上述药物溶液加入细胞团中孵育6h。通过PBS洗3次后用4％多聚甲醛固定30min后用激光共聚焦显微镜成像。阿霉素通过Ex＝488nm、Em＝560nm的滤光片进行观察。
由图9所示(图中灰度区域为阿霉素的荧光分布区域)，pH 6.5条件下H-载药纳米凝胶在H22肿瘤细胞团不同层面的阿霉素荧光强度均显著性高于pH 7.4条件下的荧光强度。而游离阿霉素的趋势则刚好相反。这意味着H-纳米凝胶在pH 6.5条件的亲疏水性反转有利于其在H22肿瘤细胞团中的穿透。
实验例11不同pH条件下H-载药纳米凝胶在离体肿瘤组织中的穿透
实验药物的配制：RPMI 1640完全培养基用NaOH或HCl调整pH至7.4或6.5，而后将阿霉素及H-载药纳米凝胶稀释至5μg/ml。
小鼠肝癌H22皮下瘤模型的建立：通过在Balb/C小鼠背部右下侧近右下肢处皮下接种肝癌H22细胞悬液100μl(细胞数为1×105)，建立小鼠肝癌H22皮下瘤模型。
待皮下瘤生长至约8.0mm×8.0mm，通过颈椎脱臼法处死小鼠并剥离出肿瘤。并将剥离出来的肿瘤浸没在上述实验药物溶液中。将该体系置于摇床37℃孵育24h。PBS洗2次后进行冷冻切片，并用激光共聚焦显微镜Ex＝488nm、Em＝560nm的滤光片观察肿瘤边缘区域阿霉素的分布情况。
如图10所示(图中灰度区域为阿霉素的荧光分布区域)，pH 6.5条件下H-载药纳米凝胶中阿霉素的肿瘤分布深度显著性高于pH 7.4条件下的分布深度。而游离阿霉素pH 7.4条件下的肿瘤分布深度则显著性高于pH 6.5条件下的分布深度，这表明H-载药纳米凝胶pH6.5条件下的亲疏水性反转有利于负载药物在肿瘤部位的深部穿透。
实验例12载药纳米凝胶的肿瘤抑制作用
实验药物的配制：将H-载药纳米凝胶用超纯水稀释至500μg/ml；并将阿霉素原料药溶解在水中配制成500μg/ml的阿霉素水溶液。
小鼠肝癌H22皮下瘤模型的建立：通过在Balb/C小鼠背部右下侧近右下肢处皮下接种肝癌H22细胞悬液100μl(细胞数为1×105)，建立小鼠肝癌H22皮下瘤模型。
当小鼠肝癌H22皮下瘤长到体积为60mm3时，随机将荷H22肝癌皮下瘤的小鼠(18～22g)分为三组，每组5只。将载药纳米凝胶和阿霉素原料药水溶液以4mg(阿霉素当量)/kg的给药量、200μl的剂量于第1、4、7、10和13天分别通过尾静脉注射到相应的实验组，空白对照组注射200μl的生理盐水，每两天用游标卡尺测量肿瘤的最长处(L)和最宽处(W)，计算肿瘤体积V＝L×W2/2，第16天将各实验组的小鼠处死，剥出皮下瘤并称重。
从附图11可知，与生理盐水组相比，载药纳米凝胶组及阿霉素原料药组肿瘤体积显著降低。同时给药结束后，H-载药纳米凝胶组的相对肿瘤体积显著性低于阿霉素原料药组。在第16天，H-载药纳米凝胶给药组的抑瘤率为76.1％，高于阿霉素原料药组的55.9％。这表明H-载药纳米凝胶对小鼠肝癌H22皮下瘤具有更好的抑制作用。而我们负载紫杉醇的载药纳米凝胶也表现出良好肿瘤抑制作用。
实验例13 S1-纳米凝胶pH调控的亲疏水性反转及电荷反转能力
溶液配置：PBS中加入10％FBS，即9ml PBS加入1ml FBS，并将S1-纳米凝胶以15mg/ml溶解于其中，即准确称取60mg纳米凝胶溶解于4ml上述溶液中。
用NaOH或HCl调整S1-纳米凝胶pH至7.4或6.5，检测S1-纳米凝胶在不同pH及温度条件下的透过率变化。具体温度设定为20、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、53及58℃。每种温度条件下孵育10min。利用分光光度计检测560nm下的纳米凝胶水溶液的透过率。
溶液配制：将S1-纳米凝胶用超纯水稀释至0.25mg/ml，并用NaOH或HCl调其pH至7.4、6.5或4.5。
用激光粒度仪检测S1-纳米凝胶水溶液在不同pH条件下的zeta电位。
如图12A所示，S1-纳米凝胶在pH 7.4条件下的VPTT为40.1℃，大于生理温度37℃，因此在血液及正常组织环境为亲水溶胀状态，而在pH 6.5条件下的VPTT为36.3℃，小于37℃，表明S2-纳米凝胶在肿瘤酸性微环境可以有效实现亲疏水性反转。
S1-纳米凝胶在pH 7.4及6.5条件下的表面电荷为-15mV左右，而在pH 4.5条件下则反转成为+5.6mV左右(图12B)，表明S1-纳米凝胶在细胞溶酶体酸性环境中能有效实现电荷反转。以上结果表明S1-纳米凝胶具有pH调控的亲疏水性反转及电荷反转特性。
实验例14 S2-纳米凝胶pH调控的亲疏水性反转及电荷反转能力
溶液配置：PBS中加入10％FBS，即9ml PBS加入1ml FBS，并将S2-纳米凝胶以15mg/ml溶解于其中，即准确称取60mg纳米凝胶溶解于4ml上述溶液中。
用NaOH或HCl调整S2-纳米凝胶pH至7.4或6.5，检测S2-纳米凝胶在不同pH及温度条件下的透过率变化。具体温度设定为20、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、53及58℃。每种温度条件下孵育10min。利用分光光度计检测560nm下的纳米凝胶水溶液的透过率。
溶液配制：将S2-纳米凝胶用超纯水稀释至0.25mg/ml，并用NaOH或HCl调其pH至7.4、6.5或4.5。
用激光粒度仪检测S2-纳米凝胶水溶液在不同pH条件下的zeta电位。
如图13A所示，S2-纳米凝胶在pH 7.4条件下的VPTT为38.6℃，大于生理温度37℃，因此在血液及正常组织环境为亲水溶胀状态，而在pH 6.5条件下的VPTT为35.1℃，小于37℃，表明S3-纳米凝胶在肿瘤酸性微环境可以有效实现亲疏水性反转。
S2-纳米凝胶在、在pH 7.4及6.5条件下的表面电荷为-20mV左右，而在pH 4.5条件下则反转成为+13.5mV左右(图13B)，表明S2-纳米凝胶在细胞溶酶体酸性环境中能有效实现电荷反转。以上结果表明S2-纳米凝胶具有pH调控的亲疏水性反转及电荷反转特性。
实验例15 S3-纳米凝胶pH调控的亲疏水性反转及电荷反转能力
溶液配置：PBS中加入10％FBS，即9ml PBS加入1ml FBS，并将S3-纳米凝胶以15mg/ml溶解于其中，即准确称取60mg纳米凝胶溶解于4ml上述溶液中。
用NaOH或HCl调整S3-纳米凝胶pH至7.4或6.5，检测S3-纳米凝胶在不同pH及温度条件下的透过率变化。具体温度设定为20、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、53及58℃。每种温度条件下孵育10min。利用分光光度计检测560nm下的纳米凝胶水溶液的透过率。
溶液配制：将S3-纳米凝胶用超纯水稀释至0.25mg/ml，并用NaOH或HCl调其pH至7.4、6.5或4.5。
用激光粒度仪检测S3-纳米凝胶水溶液在不同pH条件下的zeta电位。
如图14A所示，S3-纳米凝胶在pH 7.4条件下的VPTT为41.5℃，大于生理温度37℃，因此在血液及正常组织环境为亲水溶胀状态，而在pH 6.5条件下的VPTT为36.2℃，小于37℃，表明S1-纳米凝胶在肿瘤酸性微环境可以有效实现亲疏水性反转。
S3-纳米凝胶在pH 7.4及6.5条件下的表面电荷为-15mV左右，而在pH 4.5条件下则反转成为+6.8mV左右(图14B)，表明S3-纳米凝胶在细胞溶酶体酸性环境中能有效实现电荷反转。以上结果表明S3-纳米凝胶具有pH调控的亲疏水性反转及电荷反转特性。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种pH调控的亲疏水性反转、电荷反转及胞内氧化还原响应性纳米凝胶，其特征在于，由可自由基聚合的温敏性单体、两性离子型单体和含有胺基的pH敏感单体，通过含有二硫键的交联剂交联而成。
2.根据权利要求1所述的pH调控的亲疏水性反转、电荷反转及胞内氧化还原响应性纳米凝胶，其特征在于，
所述可自由基聚合的温敏性单体为N-异丙基丙烯酰胺、N,N'-二乙基丙烯酰胺、羧基异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基异丁基酰胺、乙烯基甲基醚、N-乙烯基己内酰胺、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、N-丙烯酰基-N-烷基哌嗪或N-(L)-(1-羟甲基)丙基甲基丙烯酰胺，优选为N-异丙基丙烯酰胺；
所述两性离子型单体为磺酸甜菜碱的甲基丙烯酸酯类衍生物、丙烯酰胺类衍生物或乙烯基吡啶衍生物，羧酸甜菜碱的甲基丙烯酸酯类衍生物、丙烯酰胺类衍生物或乙烯基吡啶衍生物，或者磷酸甜菜碱的甲基丙烯酸酯类衍生物、丙烯酰胺类衍生物或乙烯基吡啶衍生物，优选为磺基甜菜碱甲基丙烯酸甲酯；
所述含有胺基的pH敏感单体为含季铵或仲胺基团的不饱和单体；优选为丙烯酰氧烷基季铵盐阳离子单体、烯丙基季铵盐阳离子单体或烯丙基仲胺类单体；更优选地，所述丙烯酰氧烷基季铵盐阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；所述烯丙基季铵盐阳离子单体为烯丙基三甲基氯化铵；所述烯丙基仲胺类单体为N-甲基烯丙基胺；
所述含有二硫键的交联剂为N,N'-双丙烯酰胱胺、二烯丙基三硫醚或二烯丙基二硫醚，优选为N,N'-双丙烯酰胱胺。
3.根据权利要求1或2所述的pH调控的亲疏水性反转、电荷反转及胞内氧化还原响应性纳米凝胶，其特征在于，可自由基聚合的温敏性单体在单体中所占的比例为75-95mol％、两性离子型单体在单体中所占的比例为1.5-10mol％，含有胺基的pH敏感单体在单体中所占的比例为3.5-15mol％，其中可自由基聚合的温敏性单体在单体中所占的比例、两性离子型单体在单体中所占的比例和含有胺基的pH敏感单体在单体中所占的比例之和为100％。
4.根据权利要求1或2所述的pH调控的亲疏水性反转、电荷反转及胞内氧化还原响应性纳米凝胶，其特征在于，所述含有二硫基的交联剂的用量为可自由基聚合的温敏性单体、两性离子型单体和含有胺基的pH敏感单体总量的0.5-4mol％。
5.制备权利要求1～4任一项所述的pH调控的亲疏水性反转、电荷反转及胞内氧化还原响应性纳米凝胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取可自由基聚合的温敏性单体、两性离子型单体和含有胺基的pH敏感单体溶解于水中，并加入表面活性剂及含有二硫键的交联剂，超声混合；
(2)升温到70℃以上，在氮气气氛下，加入过氧化物引发剂引发聚合反应，在此温度和氮气气氛下反应4h以上，冷却后转入透析袋透析后冷冻干燥，得到pH调控的亲疏水性反转、电荷反转及胞内氧化还原响应性纳米凝胶。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠，所述过氧化物引发剂为过硫酸钾。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述透析袋的截留分子量为12000Da。
8.一种肿瘤微环境响应的纳米凝胶载药系统，其特征在于，包括权利要求1～4所述的pH调控的亲疏水性反转、电荷反转及胞内氧化还原响应性纳米凝胶和载在所述纳米凝胶上的抗肿瘤药物，优选地，所述抗肿瘤药物为阿霉素、喜树碱、紫杉醇、多西紫杉醇或顺铂。
9.根据权利要求7所述的纳米凝胶载药系统，其特征在于，载药量为2-8.0wt％。
10.根据权利要求8所述的纳米凝胶载药系统，其特征在于，抗肿瘤药物的药物分子通过溶胀吸附或者有机溶剂挥发法载入所述pH调控的亲疏水性反转、电荷反转及胞内氧化还原响应性纳米凝胶中。
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