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8種ROS活性氧響應納米給藥系統材料介紹（TK/PPS）

根據腫瘤微環境的特點我們在納米載藥方面設計出一些列智能響應型納米載體產品，腫瘤組織的PH較低我們設計PH響應型納米載體、腫瘤組織中有大量的氧化還原物質如：谷胱甘肽和ROS，我們設計出帶二硫鍵或酮縮硫醇或PPS的納米藥物載體，PNIPAM溫敏型聚合物膠束材料，西安瑞禧生物科技有限公司在這一方面的產品線非常豐富，并且可以接受各種復雜路線定制合成或制劑定制服務。

這篇文章我重點將介紹ROS活性氧對應的介紹和產品：

在過去10 年里,刺激響應性載體取得了巨大的成功。在特定環境控制藥物的釋放中, 刺激響應性載體分為內源性刺激響應性載體和外源性刺激響應性載體[1]。內源性刺激主要是pH[2]和氧化還原物質 (還原性谷胱甘肽、ROS外源性刺激主要是光、超聲、磁場和熱。

ROS 主要包括過氧化氫 (H2O2)、單線態氧(1O2)、羥基自由基 (OH)和超氧化物, 在許多生理過程中如細胞信號和先天免疫起著關鍵性作用。然而, ROS 的過度表達會破壞生物大分子, 引起疾病[9]。在很多疾病中都發現ROS 過度表達、水平升高的現象。例如, 腫瘤組織的ROS 水平明顯比正常組織高, 正常組織的H2O2 濃度嚴格控制在20nmol·L?1 左右, 而腫瘤組織由于過量H2O2 的產生和累積, H2O2 濃度達50～100 μmol·L?1 。ROS 水平在腫瘤細胞的增殖和轉移期間也會出現升高，此外,ROS 水平升高還出現在炎癥、心腦血管疾病 (動脈粥樣硬化和高血壓)、糖尿病及神經退行性疾病 (阿爾茨海默病)。

利用病變組織高水平 ROS 的環境, 研究者探索出許多ROS 響應性藥物載體。ROS 響應性藥物載體包括含硫多聚物ROS 響應載體、含硒多聚物ROS響應載體、含碲多聚物ROS 響應載體和含不飽和脂質ROS響應載體等。

1：【含硫多聚物ROS 響應載體】

硫是非金屬元素,具有還原性, 能被氧化。含硫多聚物也具有還原性,能在ROS 的環境下被氧化, 如硫醚被H2O2 氧化為亞砜后, 疏水性物質轉變為親水性物質, 水溶性顯著性增強, 實現藥物在H2O2 環境的響應性釋放; 酮縮硫醇 (thioketal) 在ROS 環境下化學鍵斷裂, 生成酮和硫醇, 實現藥物釋放.

聚丙烯硫醚[poly(propylenesulfide), PPS]是具有硫醚結構的疏水性多聚物。PEG-PPS-PEG 是PPS 和PEG 的三嵌段聚合物, 利用PEG-PPS-PEG制備的囊泡在0.03% H2O2 中被緩慢氧化, 但10 天后未能完全氧化, 而在10% H2O2 中10 h 即被完全氧化。說明H2O2 濃度越高, PEG-PPS-PEG被氧化速率越快。PEG-575EDT-PEG是具有硫醚結構的三嵌段共聚物,將其用于制備尼羅紅納米粒, 通過其熒光強度可以知道納米粒的ROS 響應情況, 在無H2O2 的條件下, 納米粒的熒光強度不變, 說明尼羅紅納米粒在無H2O2 的環境下無ROS 響應; 在50mmol·L?1 H2O2 中6 h 納米粒的熒光強度約下降80%;在200 mmol·L?1 H2O2 中其熒光強度下降大于90%。因此, PEG-575EDT-PEG 制備的納米粒具有ROS 響應特征。

可能涉及的產品:

PPS-海藻酸鈉

PPS-PEG-NHS

PPS-PEG-MAL

PPS-PEG-COOH

PPS-PEG-NH2

PPS-PEG-FITC

PPS-PEG-FA

一氧化氮修飾四氧化三鐵磁性納米顆粒

一氧化氮修飾介孔二氧化硅納米顆粒

一氧化氮修飾納米金球和納米金棒

PEG-PPS-PEG 聚乙二醇-聚苯硫醚

PEG-b-PPS-b-PEI

聚乙二醇-聚苯硫醚-聚乙烯亞胺

ROS活性氧敏感四氧化三鐵磁性納米顆粒

ROS活性氧敏感納米金棒定制

ROS活性氧敏感納介孔二氧化硅產品

Dextran-PEG 葡聚糖-聚乙二醇

PEG-PPS-PI

PEG-PPS-NH2

Tf-PEG-PPS 轉鐵蛋白-聚乙二醇-聚苯硫醚

PPS修飾磁性納米顆粒

聚苯硫醚修飾四氧化三鐵磁性納米顆粒

Tf-PEG-PEI轉鐵蛋白-聚乙二醇-聚乙烯亞胺

Poly(PS-b-DMA)

PPS-b-PDMA

PPS-b-PDMA-b-PNIPAAM

PPS-PBO

PPS-PPO

PPS微球定制

PPS-PEOz

PPS-PAA

PPS-PMMA

PCL-b-PDMA-b-PNIPAAM

PLGA-b-PDMA-b-PNIPAAM

PPS-PCL聚苯硫醚-聚已內酯

PPS-PLL 聚苯硫醚-聚賴氨酸

PPS-PGA聚苯硫醚-聚谷氨酸

PPS-Dextran 聚苯硫醚-葡聚糖

PPS-chitosan聚苯硫醚-殼聚糖

PPS-Hyaluronate 聚苯硫醚-透明質酸

PLL-peptide 聚賴氨酸多肽

酮縮硫醇是 ROS 響應基團, 酮縮硫醇多聚物在炎癥和腫瘤中應用較多。炎癥和腫瘤具有高水平的ROS, 能夠使酮縮硫醇化學鍵斷裂, 實現藥物釋放。例如, 聚對苯丙酮乙烯酮縮硫醇[ p o l y- ( 1 , 4-phenyleneacetone dimethylene thioketal), PPADT]是具有ROS 響應的酮縮硫醇基團的共聚物PPADT在酸、堿和酶環境中穩定, 因此PPADT 給藥系統在胃腸道穩定, 口服給藥后可以防止藥物在非炎癥組織釋放。包載細胞內染料的PPADT 納米粒在巨噬細胞炎癥環境下, 細胞內染料快速釋放。PPADT納米粒還可以包載siRNA, 口服給藥后可實現siRNA在腸道炎癥組織局部快速釋放。其次, 聚氨基酮縮硫醇多聚物 [poly(amino thioketal),PATK] 是一種高效、安全的細胞內ROS響應基因載體。在體外實驗中,PATK 在100 和200 mmol·L?1 H2O2 溶液中降解的半衰期分別為20 和11 h, PATK 在100 mmol·L?1 H2O2中60 h 約降解80%, 而在200 mmol·L?1H2O2 中50 h降解達到90%。包載DNA 的PATK 復合物在前列腺腫瘤細胞高水平ROS 環境中快速釋放DNA, 實現基因的高轉染。

可能涉及的產品有：

mPEG-TK，MPEG-thioketal甲氧基聚乙二醇-酮縮硫醇

mPEG-TK-藥物前體，MPEG-thioketal-藥物前體，甲氧基聚乙二醇-酮縮硫醇-藥物前體

mPEG-TK-PCL ，mPEG-thioketal-PCL甲氧基聚乙二醇-酮縮硫醇-聚已內酯

mPEG-TK-PLA， mPEG-thioketal-PLA甲氧基聚乙二醇-酮縮硫醇-聚乳酸

mPEG-TK-PLGA，mPEG-thioketal-PLGA

PCL-TK-PEG-NH2

PCL-TK-PEG-MAL

PCL-TK-PEG-NHS

PCL-TK-PEG-COOH

 PLA-TK-PEG-NH2

PLA-TK-PEG-MAL

PLA-TK-PEG-NHS

PLA-TK-PEG-SH

 PLGA-TK-PEG-COOH

PLGA-TK-PEG-MAL

PLGA-TK-PEG-NHS

PLGA-TK-PEG-SH

PLGA-TK-PEG-NH2

PEG-TK-PEI

PEG-TK-PLL

PEG-TK-PAE

2：【含硒多聚物ROS響應載體】

硒與硫是同族元素,具有與硫相似的性質, 也具有還原性。疏水性的單硒基團在ROS 環境轉變為親水性的硒砜, 從而實現藥物釋放; 雙硒基團在ROS 環境下雙硒鍵斷裂, 被氧化為硒酸, 藥物釋放。

PEG-PUSe-PEG是含單硒三嵌段多聚物,在水溶液中能自組裝成膠束,PEG-PUSe-PEG 膠束具有很好的ROS 響應性質, 在微弱的ROS 環境 (0.1%H2O2) 被氧化。與含硫三嵌段共聚物相比, PEG-PUSe-PEG對ROS 響應更靈敏。在藥物釋放實驗中, PEG-PUSe-PEG 多聚物膠束在0.1% H2O2 中10 h 后多柔比星(doxorubicin,DOX)的釋放率達到70%。

側鏈含硒兩親性嵌段共聚物(side-chain seleniumcontaining amphiphilic poly(ethylene oxide-acrylic acid) blockcopolymers, PEO-PAA-Se) 在0.1% H2O2微弱ROS 環境下能轉變成親水的硒砜, 載尼羅紅的PEO-PAA-Se 聚合物膠束在0.1% H2O2 下快速釋放出尼羅紅。

含硒的超支化聚合物載體能實現藥物在腫瘤細胞內的響應性釋放。在腫瘤細胞高水平ROS 環境下,含硒的超支化聚合物納米載體裂解, 觸發藥物在腫瘤細胞內快速釋放。如含硒的超支化聚合物膠束在0.1mmol·L?1 H2O2 中快速裂解。載DOX 的含硒超支化聚合物膠束能夠實現DOX 在HeLa 細胞中響應釋放。

含雙硒鍵多聚物易被 ROS 氧化為硒酸, 雙硒鍵斷裂, 藥物釋放。PEG-PUSeSe-PEG是含雙硒鍵的兩親性三嵌段多聚物, 在水溶液中能自組裝成膠束, 在0.01% H2O2 環境PEG-PUSeSe-PEG 能被氧化為硒酸, 藥物實現響應性釋放。

3【含碲多聚物ROS響應載體】

碲是氧族元素最后一個非金屬元素, 具有強還原性。元素碲的還原性強于元素硒的還原性, 元素硒的還原性強于元素硫的還原性。采用循環伏安法證明含碲化合物的被氧化活性強于含硒化合物, 含硒化合物的被氧化活性強于含硫化合物。含碲多聚物電負性比含硒多聚物的電負性低, 所以含碲多聚物對ROS 有更高的靈敏性,而且含碲多聚物具有比含硒多聚物更低的細胞毒性,因此含碲多聚物是極具優勢的ROS 響應載體。含碲多聚物在H2O2 環境下被氧化, 從而實現藥物釋放。

用超支化含碲多聚物(tellurium-containing hyperbranchedpolymers, HBPTe1900) 制備的ROS 響應膠束在ROS 響應實驗中, 加入100μmol·L?1 H2O2 的膠束溶液24 h 后粒徑增大至原來的5倍, 未加入H2O2的膠束溶液粒徑維持不變, 說明HBPTe1900 對100 μmol·L?1 H2O2 具有ROS 響應。文獻報道炎癥組織的H2O2濃度在50～100 μmol·L?1,因此, HBPTe1900 是有潛力的ROS 響應載體。

(poly(ethyleneglycol)-polyurethane-Te-polyurethane-poly(ethyleneglycol),PEG-PUTe-PEG)制備的ROS響應膠束[26]在100 μmol·L?1 H2O2中急速膨脹, 動態光散射方法測定氧化前膠束粒徑35 nm 左右, H2O2 氧化后粒徑達200 nm。

4：【草酸酯多聚物ROS響應載體】

草酸酯多聚物具有對ROS 響應的性質, 草酸酯被H2O2 氧化為醇和CO2, 化學鍵斷裂, 藥物釋放。

將草酸酯多聚物 A(oxalate ester-containing polymersA, OEPA) 制備成載熒光染料納米粒,在活體成像實驗中, 將1和10μmol·L?1 H2O2 的載熒光染料納米粒注射到小鼠體內, 測試小鼠活體成像熒光, 10μmol·L?1 H2O2 載熒光染料納米粒釋放出熒光染料, 使得活體成像熒光最清晰。在脂多糖炎癥模型實驗中, 給小鼠注射脂多糖引起小鼠炎癥, 再注射載熒光染料納米粒, 小鼠的活體成像熒光清晰。因此OEPA 載熒光染料納米粒可用于活體成像。此外,OEPA制備的載熒光染料納米粒可檢測H2O2 的最低濃度為250 nmol·L?1

將草酸酯多聚物 B(oxalate ester-containing polymersB, OEPB) 制備成載入熒光染料膠束,可用于細胞H2O2 成像, 可以檢測到細胞50 nmol·L?1H2O2。相比于可檢測250 nmol·L?1 H2O2 OEPA制備的包裹熒光染料的納米粒, OEPB載熒光染料膠束具有更低的H2O2響應濃度。

5：【苯硼酸酯多聚物ROS響應載體】

苯硼酸及其衍生物是構建有機化合物、功能聚合物的基團, 苯硼酸和苯硼酸酯被H2O2 氧化為苯酚和硼酸, 化學鍵斷裂,從而藥物釋放。

利用苯硼酸酯和葡聚糖合成氧化敏感的葡聚糖(oxidation-sensitive dextran, Oxi-DEX), 將其制備成微粒, Oxi-DEX 微粒在1 mmol·L?1 H2O2 環境中100min 約降解80%。載白蛋白 (ovalbumin, OVA) Oxi-DEX 微粒能加強MHC Ⅰ型的出現和CD8+ T 細胞的活性, 且載OVA Oxi-DEX 微粒引起的MHC Ⅰ型的出現數量是非ROS 響應微粒引起的27 倍。在腫瘤治療中, 通過加強MHC Ⅰ型的出現和CD8+ T 細胞的活性可以加強蛋白疫苗的功效。

利用苯硼酸酯和β-環糊精 (β-cyclodextrin, β-CD)合成氧化敏感的oxidativelyresponsive β-CD (Ox-bCD),包載化療藥物多烯紫杉醇的Ox-bCD 納米粒在體外體內都能實現藥物釋放, 在1.0 mmol·L?1 H2O2 中約4 h藥物完全釋放, 在無H2O2 環境只釋放約20%。RAW264.7 細胞在Ox-bCD 納米粒質量濃度為1 mg·mL?1時存活率為70%, 當采用脂多糖誘導產生H2O2 后,RAW264.7 細胞在同樣濃度Ox-bCD 納米粒下存活率為76%。昆明小鼠注射0、125、250、500 和1000 mg·kg?1Ox-bCD 納米粒后都沒有造成小鼠死亡。空白Ox-bCD納米粒、游離多烯紫杉醇和包載多烯紫杉醇的OxbCD納米粒的B16F10 細胞凋亡率分別為4.5%、20.2%和 69.0%。包載多烯紫杉醇Ox-bCD納米粒比pH響應β-環糊精納米粒 (a pH-responsive β-CD material,Ac-bCD)、PLGA 納米粒具有更強的抑制小鼠腫瘤生長的作用

以苯硼酸酯多聚物F4(phenylboronic estercontaining polymers F4, PBEP F4) 制備成載尼羅紅的膠束, 將其置于H2O2 溶液, 通過檢測尼羅紅的熒光強度變化判斷膠束的降解情況。結果發現載尼羅紅的膠束在200μmol·L?1 H2O2 環境降解, 說明PBEP F4 載體在200 μmol·L?1 H2O2 被氧化。將苯硼酸酯多聚物P5 (phenylboronicester-containing polymers P5, PBEP P5)制備成尼羅紅納米粒, 觀察尼羅紅的熒光強度變化判斷納米粒的裂解情況, 納米粒在50μmol·L?1 H2O2 被氧化裂解。

因此PBEP P5 納米粒具有更強的ROS 響應活性, 而50 μmol·L?1 H2O2 與腫瘤環境的H2O2 濃度相近, 所以PBEP P5 納米粒在腫瘤的治療上具有巨大的潛力。

可能的產品列表：

苯硼酸酯多聚物ROS響應載體

苯硼酸酯和β-環糊精

oxidatively responsive-β-CD (Ox-CD),

PEG-b-PBA 聚乙二醇-苯硼酸

4-arm-PEG-PBA 4臂PEG苯硼酸

PBA-γ-CyD

PEG-PBA-PEG

PEG-PAA-PBA

PBA-PLA苯硼酸-聚乳酸

PLL-g-(PEG;PBA)

(PEG-PLys/PBA) 

PEG-PHA-PEG

PEG-(PCL-g-PBA)

PCA-PEG-PCA

PLA-(PaN3CL-g-PBA) .

(PVA-g-PBA)

(PMAA-b-PBA)

mPEG-PBA 甲氧基聚乙二醇-苯硼酸

PBA-PEG-pPhe

PEGMA-co-PSt-co-PBA

PMAA-b-PBA

PSMA-b-PBA

PEO-b-PBA 聚氧乙烯苯硼酸

chitosan-g-PBA 殼聚糖接枝苯硼酸

FA-PLGA-PBA 葉酸-聚合物-苯硼酸

DSPE-PEG-FPBA

DSPE-PEG-4-carboxy-3-fluorophenylboronicacid (FPBA)

DSPE-PEG-HC

DSPE-PEG-7-hydroxycoumarin (HC)

PBA-PEG-CD 苯硼酸-聚乙二醇-環糊精

Ad-lys(Diol)-PC

PBA-PEG-PCL苯硼酸-聚乙二醇-聚已內酯

P(BA-a)-graft-mPEG

PBA-PEG-Azo-PCL

PBA-PEG-ss-PCL氧化還原型納米共聚

聚乙二醇-b-聚(天冬氨酸-co-天冬酰氨基苯硼酸)(PEG-b-P(Asp-co-AspPBA)

PBTPA-b-PBA

PBA-co-PS

PBA-PAA

PBA-b-PMAPTAC

PNIPAAM-co- PAA-PBA

6：【聯用光敏劑ROS 響應載體】

聯合光敏劑 ROS 響應載體在特定波長照射后產生O2。光敏劑產生O2 的原理是: O2 分子具有基態和激發態。基態是穩定態, 也叫三線態; 激發態是不穩定的, 又叫單線態。當O2 分子接受能量后, O2 分子由基態轉變為激發態, 即三線態氧轉變為O2。光敏劑是一類只吸收光子并將能量轉移給不能吸收光子的分子, 促進其發生反應而本身不反應的物質, 在O2 分子的環境下, 光敏劑吸收光子后將能量轉移給三線態氧, 三線態氧吸收能量轉變為O2。

聯合光敏劑 ROS 響應給藥載體給藥后進入血液循環, 在研究者對病變組織進行特定波長照射時, 聯合光敏劑ROS響應給藥載體由于光敏劑產生O2 而被氧化或裂解, 觸發藥物釋放。而且O2 具有光動力治療作用。

O2 是一種特殊的ROS, 既可以由細胞產生, 又可以由光敏劑產生。對O2 響應的物質主要有含雙硒聚合物、不飽和脂質。

含雙硒聚合物[1,4-bis(2-hydroxyethyl)piperazinediselenide-containing polymer, PDSe]多層薄膜是一種ROS 響應載體, 載入可見光光敏劑卟啉衍生物(porphyrin derivatives,Por) 和藥物。在可見光照射下,Por產生1O2, 1O2 使雙硒鍵斷裂, 膜載體破壞, 藥物釋放。實驗表明 5 h 照射后藥物釋放80%, 即使50mW·cm?2 的能量下, 藥物也能釋放

PEG-PUSeSe-PEG是含雙硒聚合物載體,采用透析法制備載Por 光敏劑的DOX 膠束[33], 不載Por 的DOX 膠束在紅光光照后DOX 熒光逐漸減弱, 載Por 光敏劑的DOX 膠束在紅光照射后DOX 熒光維持不變, 結果表明, 紅光照射時Por 光敏劑產生O2, 引起DOX 釋放。

不飽和脂質包括蛋黃卵磷脂[L-α-phosphatidylcholine(egg, chicken),Egg PC]、二油酰磷脂酰膽堿[1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine,DOPC]二亞油酰磷脂酰膽堿[1,2-dilinoleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, DLPC]。不飽和脂質含有毗鄰雙鍵的亞甲基, 當處于1O2 環境下, 毗鄰雙鍵的亞甲基與1O2 反應, 使得不飽和脂質變成脂質過氧化物, 增強不飽和脂質體的親水性, 從而使得不飽和脂質制備的給藥系統被破壞, 藥物釋放。

Egg PC 是一種不飽和脂質, 將其制備成脂質體,包載光敏劑二磺酸基酞菁氯化鋁和藥物, 用671 nm波長、以55 mW·cm?2 照射200 s 后, 在20 min 內藥物釋放20%DOPC 是含兩個不飽和鍵的不飽和脂質, 而Egg PC 是只有一個不飽和鍵的脂質, 然而DOPC 制備的脂質體被1O2 氧化的活性和Egg PC制備的脂質體對1O2 反應的活性相似[38]。DLPC具有兩個雙鍵毗鄰的亞甲基, 兩個雙鍵毗鄰的亞甲基與O2 反應時比只有一個雙鍵毗鄰的亞甲基具有更高活性。用DLPC 制備了載八丁氧基酞菁鈀的河豚毒素脂質體, 活性氧響應釋放實驗表明, 用730 nm 的50 mW·cm?2 光照射10 min, 每照射1 次藥物釋放約10%, 不進行光照射則不釋放。河豚毒素是強效的局部麻醉藥, 具有極小的肌肉毒性和神經毒性,能夠實現神經阻滯。小鼠尾靜脈注射DLPC 脂質體后, 未包載河豚毒素的DLPC 脂質體不管是否進行光照,小鼠都未見神經阻滯; 而包載河豚毒素的DLPC脂質體進行光照后出現神經阻滯, 未光照則沒有發現神經阻滯的現象。結果表明, 光照對包載河豚毒素的DLPC 脂質體的藥物釋放影響巨大, 當光照時, 光敏劑產生O2, O2 氧化DLPC 脂質體, 從而實現藥。

7：【化學鍵合光敏劑脂質ROS 響應載體】

含不飽和脂質 ROS 響應載體的應用需要具備3:個條件: ①包載光敏劑; ② 特定波長照射; ③ 光敏劑產生足夠的O2。然而光敏劑具有溶解性差、載藥量低的特點, 限制了含不飽和脂質ROS 響應載體的應用。化學鍵合光敏劑脂質的出現解決了光敏劑載藥量低的難題, 脂質溶解性好, 以化學鍵合的方法將光敏劑接到脂質中, 可以提高光敏劑的溶解性, 提高光敏劑的載藥量。化學鍵合光敏劑脂質活性氧響應載體, 即將光敏劑以化學鍵結合到脂質上, 再將其制備成脂質體。光照射脂質體時, 藥物釋放, 然而其作用機制還未知。

HPPH-lipid是光敏劑己氧基焦脫鎂葉綠酸衍生物鍵合到1-棕櫚酰-2-羥基-3-磷脂酰膽堿的脂質, 用HPPH-lipid 制備了鈣黃綠素及DOX 活性氧自由基響應脂質體,用658 nm 近紅外光、以120mW·cm?2 照射3 min 后, 鈣黃綠素釋放100%。在抗腫瘤實驗中, 生理鹽水組小鼠不到50 天就全部死亡,死亡率100%, 而DOX 活性氧自由基響應脂質體光照后100 天小鼠存活率還維持在75%。實驗表明,DOX 活性氧自由基響應脂質體治療效果顯著。

制備了DOX 活性氧自由基響應脂質體, 對小鼠的藥代動力學實驗表明, 與不含Pyro-lipid 的DOX 脂質體相比, 含Pyro-lipid 的DOX 脂質體血藥濃度相似。抗腫瘤實驗中, 游離DOX給藥17 天腫瘤體積達400 mm3, 5 mg·kg?1 劑量的DOX活性氧自由基響應脂質體光照組40天時腫瘤體積不超過200mm3, 7 mg·kg?1 劑量的DOX 活性氧自由基響應脂質體光照組腫瘤體積自給藥后降低, 7 天后腫瘤體積消失, 40 天時腫瘤體積依然未見。此外7 mg·kg?1 劑量的DOX 活性氧自由基響應脂質體光照組小鼠 50 天的存活率為100%。實驗表明, DOX活性氧響應脂質體明顯抑制腫瘤的生長, 提高小鼠的存活率。

8:【ROS響應與其他響應聯用的多重響應】

在ROS-pH 雙重響應給藥系統中, pH 響應基團通過改變給藥系統形態促進藥物的釋放。腫瘤、炎癥病理微環境具有高水平ROS、酸性pH 的特點。利用這一特點, 研究者探索出一種ROS-pH 雙重響應給藥系統, 它由聚己酸內脂通過硫醚鍵鍵合PEG, 聚己酸內酯含有遇酸不穩定的β-酰胺。該給藥系統在pH 6.0的10 mmol·L?1 H2O2 溶液中藥物釋放顯著強于pH 6.0和7.4 的10 mmol·L?1 H2O2 溶液, 表明該給藥系統在H2O2 中響應釋放。在腫瘤組織中pH 約為6.8, 該給藥系統在HepG2 細胞的攝取強于在pH 7.4 的攝取,表明該給藥系統在pH 6.8 時具有更好的細胞攝取。ROS-溫度雙重響應給藥系統利用腫瘤組織溫度比正常組織稍高、ROS 水平更高的微環境實現藥物的釋放。

ROS溫度雙重響應三嵌段聚合物

poly[(propylenesulfide)-block-(N,N-dimethylacrylamide)-block-(N-isopropylacrylamide)](PPS-b-PDMA-b-PNIPAAM)從室溫增加到體內溫度時形成水凝膠,與ROS 相應共同作用實現藥物釋放。當溫度為25 ℃時, PPS-b-PDMA-b-PNIPAAM 自組裝成膠束; 37 ℃時, 溫度超過了PNIPAAM 的低臨界溶解溫度, 膠束溶液快速轉變成水凝膠。PPS-b-PDMA-b-PNIPAAM水凝膠具有保護細胞及ROS 響應釋放藥物的作用。載尼羅紅PPS-b-PDMA-b-PNIPAAM 水凝膠在500mmol·L?1 H2O2 中64 h 未釋放完全, 在100mmol·L?1H2O2 中釋放未達到75%。載熒光染料PPS-b-PDMAb-PNIPAAM 水凝膠能使熒光染料在小鼠體內維持14 天.

ROS-酶雙重響應給藥系統在腫瘤和炎癥中具有較好的響應效果。例如, ROS-酶雙重響應的兩親性嵌段多聚物親油端組成膠束內核, 包括H2O2 響應的前體藥物 (prodrug, PD), PD 是以苯硼酸酯化學鍵鍵合金屬蛋白酶 (matrixmetallop-roteinases, MMP) 抑制劑。多聚物親水端由MMP 肽底物 (GPLGLAGGERDG)組成。在炎癥和腫瘤環境中, 過度產生的MMP 肽使親水端斷裂, 同時, ROS 響應的苯硼酸酯鍵斷裂, 釋放MMP 抑制劑。從而使MMP 抑制劑作用于炎癥或腫瘤.

ROS-還原雙重響應給藥系統具有氧化響應和還原響應的特征。例如, 含雙硒聚合物具有ROS-還原雙重響應性。0.01% H2O2 能使含雙硒聚合物氧化為硒酸, 0.01%谷胱甘肽 (GSH) 能使含雙硒聚合物還原為硒醇。因此, 載羅丹明B 的PEG-PUSeSe-PEG膠束在低濃度的H2O2 和GSH 環境下都能快速釋放藥物。雙重 ROS 響應載體含雙硒聚合物具有對H2O2、O2 的雙重ROS 響應特性。在0.01%H2O2 環境下PEGPUSeSe-PEG膠束能被氧化為硒酸, 藥物釋放。將PEG-PUSeSe-PEG 制備成載Por 光敏劑的DOX膠束, 紅光照射時Por 光敏劑可引起DOX 釋放.