基本信息
- 項目名稱：
- 新型生物可降解納米抗癌藥物載體的制備和應用
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目研究的科學問題涉及生物可降解高分子的合成和表征、細胞和分子生物學、實驗動物學、納米生物醫(yī)學及藥劑學等多學科，瞄準前沿領域，注重學科交叉。作為藥物輸送的生物可降解高分子材料，我們合成的脂肪族聚酯和聚磷酸酯的嵌段共聚物和傳統的聚酯-PEG聚合物相比，由于親水鏈段聚磷酸酯側鏈羥基的存在，使其更容易官能化和化學修飾，而要獲得含有官能基團的聚酯-PEG聚合物，需要對PEG末端進行復雜的官能團保護和脫保護；聚磷酸酯的鏈長具有可控性，側鏈結構可變，使其在納米特性和藥物控制釋放性能具有更好的可調性，這是本項目在材料方面的特色和創(chuàng)新之一；結合材料的特點，發(fā)展能高效包埋親、疏水抗癌藥物的高分子納米囊與腫瘤特異性抗體結合形成的新型靶向納米藥物，體現了多項成熟技術之間的完美互補，有望能較快進入臨床試驗。
- 詳細介紹：
- 一、 作品基本思路與創(chuàng)新點： 目前國內外用作藥物載體研究的納米材料包括無機納米材料、脂質體，和有機高分子材料，其中包括生物相容性的合成高分子和改性天然高分子材料等。盡管高分子納米粒作為藥物的輸送載體是近些年來興起的，但由于它顯著增強藥物的體內活性而使它受到廣泛關注。兩親性高分子材料在水溶液中能自發(fā)聚集形成具有獨特結構的納米粒，包括膠束和囊泡等。與脂質體囊泡一樣，高分子納米囊的制備過程也很簡單，兩親性聚合物在水溶液中自組裝形成粒徑均一或較為均一的納米粒，同樣適合輸送親水、疏水等多種藥物，親水性的藥物可以包埋在其內腔，疏水性的藥物可包埋于由疏水鏈段形成的囊泡壁中。 該作品旨在合成一種基于羥基官能化聚磷酸酯和聚己內酯的生物可降解高分子納米囊。與廣泛研究的聚乙二醇-聚酯納米顆粒不同的是，這種材料化學結構易于控制，并且親水端聚磷酸酯其側鏈所含有的羥基使得高分子納米囊顆粒表面可以方便的通過共價修飾接枝生物活性的配體，實施靶向藥物輸送。 二、作品目的與意義： 由于該項目提出的高分子納米囊具有以下五個顯著特征，使其有潛力成為新型藥物輸送載體。1）高分子納米囊的壁更厚而且可以調節(jié)，使其具有更好的穩(wěn)定性和機械強度，膜的通透性更低；2）粒徑容易更?。?0-50 nm），方便控制，具有更強的組織滲透性；3）容易進行化學修飾，容易穩(wěn)定其結構，并增強在血液循環(huán)中的穩(wěn)定性和半衰期；容易引入靶向基團，實施主動靶向治療的策略。如為了增強脂質體在血液循環(huán)中的半衰期，避免網狀內皮系統的吞噬，通常摻入PEG化的脂質材料來制備隱性脂質體囊泡，但摻入PEG化脂質材料的摩爾比例一般不高于10%，否則會導致脂質體囊泡的破裂而形成膠束；而高分子納米囊的組成材料可以是均一的，根據化學結構不同，還有可能利用親水鏈段末端或側基進一步修飾。Disher等的研究結果表明具有這一優(yōu)勢的高分子囊泡在體內循環(huán)的半衰期可達PEG化隱形脂質體的2倍以上，這將更利于高分子囊泡通過EPR效應在腫瘤組織的富集而增強治療的效果。 三、技術關鍵與主要技術指標： 本作品的技術關鍵和指標可以從三處闡述： 其一，首次合成羥基官能化的磷酸酯單體； 其二，選取合適的催化劑體系，利用開環(huán)聚合機理合成羥基官能化的聚磷酸酯與聚己內酯的嵌段共聚物； 其三，通過調控聚磷酸酯與聚己內酯的鏈段長度比例，用不同方法制備出高分子納米囊。 四、科學性和先進性： 該作品中合成的高分子納米囊已經得到了高分子領域頂尖雜志《Macromolecules》認可并發(fā)表。查新報告結論：目前尚未見有“以異辛酸亞錫為催化劑，本體開環(huán)聚合成功合成一系列側鏈為羥基的聚磷酸酯和聚己內酯的嵌段聚合物，并利用溶劑揮發(fā)法和薄膜水化法制備出基于側鏈為羥基的聚磷酸酯和聚己內酯的嵌段聚合物的納米囊”的公開報道，本項目研究內容在國內外具備新穎性。 本項目研究的科學問題涉及生物可降解高分子的合成和表征、細胞和分子生物學、實驗動物學、納米生物醫(yī)學及藥劑學等多學科，瞄準前沿領域，注重學科交叉。作為藥物輸送的生物可降解高分子材料，我們合成的脂肪族聚酯和聚磷酸酯的嵌段共聚物和傳統的聚酯-PEG聚合物相比，由于親水鏈段聚磷酸酯側鏈羥基的存在，使其更容易官能化和化學修飾，而要獲得含有官能基團的聚酯-PEG聚合物，需要對PEG末端進行復雜的官能團保護和脫保護；聚磷酸酯的鏈長具有可控性，側鏈結構可變，使其在納米特性和藥物控制釋放性能具有更好的可調性，這是本項目在材料方面的特色和創(chuàng)新之一；結合材料的特點，發(fā)展能高效包埋親、疏水抗癌藥物的高分子納米囊與腫瘤特異性抗體結合形成的新型靶向納米藥物，體現了多項成熟技術之間的完美互補，有望能較快進入臨床試驗。 五、市場分析： 納米材料在磁性材料、電子材料、光學材料、高致密度材料的燒結、催化、傳感、陶瓷增韌等方面有廣闊的應用前景。納米材料，尤其是新穎的納米功能型材料的開發(fā)，是新世紀國家生產力的重要衡量指標。 隨著納米科技的發(fā)展及其向醫(yī)學領域的滲透，一門嶄新的學科——納米生物技術學便由此產生，并以其強勁的生命力，為現代醫(yī)學的診斷和治療帶來一場跨世紀的革命。納米生物技術在醫(yī)學中的應用包括疾病早期診治、納米生物相容性材料、藥物和基因輸送系統、納米生物傳感器、成像技術診斷輔助設備、減少損傷的智能醫(yī)學設備等重要領域。這些領域中的研究及應用現已顯示或必將顯示其巨大的優(yōu)勢及前景。據美國Nano Markets of Sterling公司的一份報告預測說， 2009年納米藥物輸送系統的市場將達17億美元，到2012年，其市值將超過48億美元。 未來納米藥物輸送系統兩個最大的市場是納米抗腫瘤藥物以及醫(yī)學成像輔助劑。發(fā)展前景最大的是納米-聚合物給藥系統，目前已有產品上市，且大型制藥公司正投入巨資加緊研制。 六、經濟效益與社會效應預測： 目前癌癥已成為嚴重危害人類健康，破壞家庭和社會和諧的因素之一。在歐美等發(fā)達國家，癌癥為人類死因的第二位，在發(fā)展中國家亦位居第二位或第三位。據世界衛(wèi)生組織最近公布的統計資料，目前全世界癌癥患者約達1400萬，每年新發(fā)病人數約700萬，每年約有500萬人死于癌癥，預測這一數字將會呈上升趨勢。在我國，估計每年新增病例約120萬，每年約有100萬人死于癌癥。癌癥治療費用昂貴，少則10萬元，多則上百萬元。針對癌癥的療法主要為手術、化療、放療?；熥畛Ｒ姷母弊饔冒◥盒摹I吐、脫發(fā)和疲勞。其它常見副作用包括增大瘀傷、出血和感染的可能，使得化療成為一種令人擔憂的治療方法。 該產品屬于未來納米藥物輸送系統兩個最大的市場之一的納米抗腫瘤藥物領域。利用生物可降解高分子納米囊，可用于同時包裹親水性和疏水性藥物，提高藥物治療的效率。在這種體系中，生物功能化的分子或者配基很容易被鍵合到高分子納米囊的表面來實現對特定癌癥細胞主動靶向的作用，可以大大降低化療藥物的副作用，成為一種極具潛力的癌癥治療的新型藥劑。初步的研究結果表明，該產品顯示了與現有的化療藥物同等的療效，但其預期的副作用要小很多。2009年，納米技術藥物傳輸系統預計將創(chuàng)造超過17億美元的經濟效益，2012年將超過48億，并且納米技術方案的規(guī)模在快速的增長。在未來的幾年里，該產品若能繼續(xù)開發(fā)并推廣，預計會帶來良好的經濟與社會效益。 七、國內外同類課題研究水平概述 目前國內外用作藥物載體研究的納米材料包括無機納米材料（如碳納米管、硅介孔材料）、脂質體，和有機高分子材料，其中包括生物相容性的合成高分子和改性天然高分子材料等。盡管高分子納米粒作為藥物的輸送載體是近些年來興起的，但由于它顯著增強藥物的體內活性而使它受到廣泛關注。兩親型高分子材料在水溶液中能自發(fā)聚集形成具有獨特結構的納米粒，包括膠束和囊泡等。與脂質體囊泡一樣，高分子納米囊的制備過程也很簡單，兩親性聚合物在水溶液中自組裝形成粒徑均一或較為均一的納米粒，同樣適合輸送親水、疏水等多種藥物，親水性的藥物可以包埋在其內腔，疏水性的藥物可包埋于由疏水鏈段形成的囊泡壁中。除此之外，高分子納米囊還具有以下優(yōu)勢：1）高分子納米囊的壁更厚而且可以調節(jié)，使其具有更好的穩(wěn)定性和機械強度，膜的通透性更低；2）粒徑容易更?。?0-50 nm），方便控制，具有更強的組織滲透性；3）容易進行化學修飾，容易穩(wěn)定其結構，并增強在血液循環(huán)中的穩(wěn)定性和半衰期；容易引入靶向基團，實施主動靶向治療的策略。如為了增強脂質體在血液循環(huán)中的半衰期，避免網狀內皮系統的吞噬，通常摻入PEG化的脂質材料來制備隱性脂質體囊泡，但摻入PEG化脂質材料的摩爾比例一般不高于10%，否則會導致脂質體囊泡的破裂而形成膠束；而高分子納米囊的組成材料可以是均一的，根據化學結構不同，還有可能利用親水鏈段末端或側基進一步修飾。Disher等的研究結果表明具有這一優(yōu)勢的高分子囊泡在體內循環(huán)的半衰期可達PEG化隱形脂質體的2倍以上，這將更利于高分子囊泡通過EPR效應在腫瘤組織的富集而增強治療的效果。 在生物醫(yī)學領域，自組裝高分子囊泡已經被用作人工細胞器或人工細胞、納米反應器、DNA載體、血色素載體等的研究。作為藥物輸送載體，基于兩親性嵌段聚合物的納米高分子囊泡也日益引起藥物控制釋放研究領域的關注。Dicher等用生物可降解的聚乙二醇-聚己內酯嵌段共聚物（PEG-PCL）或聚乙二醇-聚乳酸嵌段共聚物（PEG-PLA），和惰性的聚乙二醇-聚丁二烯嵌段共聚物（PEG-PBD）共混，制備了一系列生物可降解的高分子納米囊，并用于紫杉醇和阿霉素的藥物輸送，在體內和體外獲得了有吸引力的研究結果。然而，理想的藥物輸送載體材料，應具有良好的生物相容性，同時又具有良好的生物可降解性能，主動靶向修飾還對載體的結構提出更高的要求。目前，已報道的可形成高分子囊泡的生物可降解高分子材料僅局限于少數幾種材料，如聚氨基酸嵌段共聚物，和聚乙二醇和聚酯組成的兩親性嵌段共聚物，而且這些材料的親水段的端基只有進行特殊保護才能獲得可修飾的基團，具有主動靶向輸送藥物能力的高分子納米囊的研究工作目前尚未見文獻報道。
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 基本思路與創(chuàng)新點： 目前國內外用作藥物載體研究的納米材料包括無機納米材料、脂質體，和有機高分子材料，其中包括生物相容性的合成高分子和改性天然高分子材料等。盡管高分子納米粒作為藥物的輸送載體是近些年來興起的，但由于它顯著增強藥物的體內活性而使它受到廣泛關注。兩親性高分子材料在水溶液中能自發(fā)聚集形成具有獨特結構的納米粒，包括膠束和囊泡等。與脂質體囊泡一樣，高分子納米囊的制備過程也很簡單，兩親性聚合物在水溶液中自組裝形成粒徑均一或較為均一的納米粒，同樣適合輸送親水、疏水等多種藥物，親水性的藥物可以包埋在其內腔，疏水性的藥物可包埋于由疏水鏈段形成的囊泡壁中。 目的與意義： 該作品旨在合成一種基于羥基官能化聚磷酸酯和聚己內酯的生物可降解高分子納米囊。與廣泛研究的聚乙二醇-聚酯納米顆粒不同的是，這種材料化學結構易于控制，并且親水端聚磷酸酯其側鏈所含有的羥基使得高分子納米囊顆粒表面可以方便的通過共價修飾接枝生物活性的配體，實施靶向藥物輸送。 技術關鍵與主要技術指標： 本作品的技術關鍵和指標可以從三處闡述： 其一，首次合成羥基官能化的磷酸酯單體； 其二，選取合適的催化劑體系，利用開環(huán)聚合機理合成羥基官能化的聚磷酸酯與聚己內酯的嵌段共聚物； 其三，通過調控聚磷酸酯與聚己內酯的鏈段長度比例，用不同方法制備出高分子納米囊。
科學性、先進性
- 科學性、先進性： 該作品中合成的高分子納米囊已經得到了高分子領域頂尖雜志《Macromolecules》認可并發(fā)表。查新報告結論：目前尚未見有“以異辛酸亞錫為催化劑，本體開環(huán)聚合成功合成一系列側鏈為羥基的聚磷酸酯和聚己內酯的嵌段聚合物，并利用溶劑揮發(fā)法和薄膜水化法制備出基于側鏈為羥基的聚磷酸酯和聚己內酯的嵌段聚合物的納米囊”的公開報道，本項目研究內容在國內外具備新穎性。
獲獎情況及鑒定結果
- 已發(fā)表的論文： 1. Functionalized Diblock Copolymer of Poly(ε-caprolactone) and Polyphosphoester Bearing Hydroxyl Pendant Groups: Synthesis, Characterization, and Self-Assembly Macromolecules, 2008, 41, 6935-6941 該刊物已被國際科學文獻索引（SCI）權威檢索收錄，影響因子為4.411。 2. 羥基官能化聚磷酸酯與聚己內酯嵌段共聚物的合成與表征 中國化學會第26屆學術年會(26th CCS congress)，天津市， 2008年7月12日至16日，會議論文收錄并墻報展示 本作品榮獲第三屆“挑戰(zhàn)杯”合鍛集團安徽省大學生課外學術科技作品競賽特等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 所有權有償轉讓、 合作開發(fā)
作品可展示的形式
- ■圖片 ■樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 技術特點和優(yōu)勢： 該作品中合成的基于羥基官能化聚磷酸酯和聚己內酯的生物可降解高分子納米囊，可用于同時包裹親水性和疏水性藥物，并且表面有很多羥基，生物功能化的分子或者配基很容易被鍵合到高分子納米囊的表面，來實現對特定癌癥細胞主動靶向的作用，可以大大降低化療藥物的副作用，成為一種極具潛力的癌癥治療的新型藥劑，有助于癌癥治療的發(fā)展。 經濟效益與社會效應預測： 目前癌癥已成為嚴重危害人類健康，破壞家庭和社會和諧的因素之一。該產品屬于未來納米藥物輸送系統兩個最大的市場之一的納米抗腫瘤藥物領域。利用生物可降解高分子納米囊，可用于同時包裹親水性和疏水性藥物，提高藥物治療的效率。在這種體系中，生物功能化的分子或者配基很容易被鍵合到高分子納米囊的表面來實現對特定癌癥細胞主動靶向的作用，可以大大降低化療藥物的副作用，成為一種極具潛力的癌癥治療的新型藥劑。在未來的幾年里，該產品若能繼續(xù)開發(fā)并推廣，預計會帶來良好的經濟與社會效益。
同類課題研究水平概述
- 目前國內外用作藥物載體研究的納米材料包括無機納米材料（如碳納米管、硅介孔材料）、脂質體，和有機高分子材料，其中包括生物相容性的合成高分子和改性天然高分子材料等。 與脂質體囊泡一樣，高分子納米囊的制備過程也很簡單，兩親性聚合物在水溶液中自組裝形成粒徑均一或較為均一的納米粒，同樣適合輸送親水、疏水等多種藥物，親水性的藥物可以包埋在其內腔，疏水性的藥物可包埋于由疏水鏈段形成的囊泡壁中。除此之外，高分子納米囊還具有以下優(yōu)勢：1）高分子納米囊的壁更厚而且可以調節(jié)，使其具有更好的穩(wěn)定性和機械強度，膜的通透性更低；2）粒徑容易更?。?0-50 nm），方便控制，具有更強的組織滲透性；3）容易進行化學修飾，容易穩(wěn)定其結構，并增強在血液循環(huán)中的穩(wěn)定性和半衰期；容易引入靶向基團，實施主動靶向治療的策略。如為了增強脂質體在血液循環(huán)中的半衰期，避免網狀內皮系統的吞噬，通常摻入PEG化的脂質材料來制備隱性脂質體囊泡，但摻入PEG化脂質材料的摩爾比例一般不高于10%，否則會導致脂質體囊泡的破裂而形成膠束；而高分子納米囊的組成材料可以是均一的，根據化學結構不同，還有可能利用親水鏈段末端或側基進一步修飾。 在生物醫(yī)學領域，自組裝高分子囊泡已經被用作人工細胞器或人工細胞、納米反應器、DNA載體、血色素載體等的研究。作為藥物輸送載體，基于兩親性嵌段聚合物的納米高分子囊泡也日益引起藥物控制釋放研究領域的關注。Dicher等用生物可降解的聚乙二醇-聚己內酯嵌段共聚物（PEG-PCL）或聚乙二醇-聚乳酸嵌段共聚物（PEG-PLA），和惰性的聚乙二醇-聚丁二烯嵌段共聚物（PEG-PBD）共混，制備了一系列生物可降解的高分子納米囊，并用于紫杉醇和阿霉素的藥物輸送，在體內和體外獲得了有吸引力的研究結果。然而，理想的藥物輸送載體材料，應具有良好的生物相容性，同時又具有良好的生物可降解性能，主動靶向修飾還對載體的結構提出更高的要求。目前，已報道的可形成高分子囊泡的生物可降解高分子材料僅局限于少數幾種材料，如聚氨基酸嵌段共聚物，和聚乙二醇和聚酯組成的兩親性嵌段共聚物，而且這些材料的親水段的端基只有進行特殊保護才能獲得可修飾的基團，具有主動靶向輸送藥物能力的高分子納米囊的研究工作目前尚未見文獻報道。
