聚合物胶束体内命运分析技术的研究进展
引用本文:于璐瑶,刘美辰,郭莹霞,等. 聚合物胶束体内命运分析技术的研究进展[J]. 化学试剂,2024,46(7):75-84 .
DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2023.0845
2023.0845聚合物胶束体内命运分析技术的研究进展.pdf
背景介绍
聚合物胶束 (Polymeric micelles, PMs) 是研究非常广泛的纳米给药系统。相对于其他纳米载体,PMs具有独特的性质:相对较小的尺寸,疏水性核对疏水性化合物具有良好溶解性,亲水性壳能延长药物在血液的循环时间。但对PMs体内时空命运的未知,使得PMs从实验室设计到临床应用的成功转化仍然面临重大挑战。目前,一系列分析测试技术已经开发出来用于揭示PMs的体内命运,本文主要叙述了一系列分析技术在PMs体内命运研究中的进展。

文章亮点
1. 叙述了一系列分析技术在PMs体内命运研究中的进展;
2.讨论了不同的分析方法在用于PMs体内命运研究时存在的优缺点;
3.对了解PMs体内时空命运和PMs制剂改进与转化提供了一定的参考。
内容介绍
1 放射性示踪
放射性示踪是利用放射性核素作为示踪剂通过标记药物或构成材料来定量监测纳米颗粒的技术[29]。Letchford等[30]通过14C-PTX和3H-mPEG-b-PCL,基于放射性计数对PTX和共聚物同时定量分析,以研究PTX和共聚物的体外分布和小鼠静脉给药后聚合物胶束的体内命运。刘金剑[31]通过氯胺-T法对聚合物胶束进行放射性同位素碘125I标记,标记部位位于聚合物胶束疏水核中的酪氨酸残基,通过γ成像定性观察胶束在体内的分布情况,以及用γ计数器来检测不同组织器官中胶束的含量。Hoang等[32]使用放射性同位素铟111In,将其标记在聚合物胶束的疏水嵌段,通过高灵敏度和高分辨率的微型单光子发射断层显像/电子计算机断层成像系统 (Micro single photon emission computed tomography / computed tomography, microSPECT/CT),对嵌段共聚物胶束在体内通路和命运进行实时和无创评估。
2 荧光生物成像
荧光生物成像技术是当前应用广泛的高灵敏度、无创、实时监测PMs的方法。尤其是环境响应性荧光探针,它们受各种环境因素触发如:pH值、极性、空间距离、酶或特定分子的影响,荧光光谱能随纳米载体的动态变化而发生改变,从而进一步探索PMs在体内的命运。图5说明了一系列环境响应探针的荧光生物成像的机理。

2.1 荧光共振能量转移
荧光共振能量转移 (Fluorescence resonance energy transfer, FRET) 是指从激发态的供体荧光团到相邻的(通常在1~10 nm的距离内)基态受体荧光团的非放射性共振能量转移,使得供体的荧光强度较其单独存在时降低 (荧光猝灭),而受体分子的荧光强度大大增强的现象。利用FRET的特殊原理,构建能感知生物环境中的时间和空间变化的高灵敏度荧光生物成像方法,可以实时监测PMs在体内的命运[38]。为了触发有效的能量转移,供体和受体之间需要有超过30%的光谱重叠,合适地选择供体/受体对,可以提高FRET对胶束在体内结构复杂变化的理解[25, 39]。
2.2 聚集淬灭
聚集淬灭是指稀释状态下的高发射荧光团在聚集状态下变得弱发射或甚至完全猝灭的现象,也是实时监测PMs的荧光生物成像技术之一[46]。ACQ效应普遍存在于大多数荧光芳香烃中,由于在水环境中π-π堆积作用导致激基缔合物和激基复合物的形成,从而消耗了激发态的能量[47]。当基于ACQ的探针嵌入纳米载体基质内时,物理屏障防止荧光团聚集和猝灭,从而照亮纳米载体[46]。
2.3 聚集诱导发射
聚集诱导发射 (Aggregation-induced emission, AIE) 与ACQ探针相反,AIE荧光探针在稀释状态下发射的荧光可以忽略不计,在胶束基质内形成聚集体或分散体后,基于限制单个分子自由旋转的原理诱导强荧光发射,所以装载在聚合物胶束内的AIE探针可以照亮纳米颗粒,而释放的探针则产生最小的荧光[54]。AIE荧光探针因其灵活的可控性、较小的毒性和优秀的光稳定性而成为有吸引力的生物成像工具[54]。
3 液质联用
LC-MS同时具有色谱的高分离能力以及质谱高特异性、高灵敏度和能够进行快速痕量分析等优点[58]。
Shi等[59]建立了基于源内裂解技术的LC-MS/MS方法,并利用该方法研究了大鼠静脉给予mPEG2000-PDLLA2500之后的药代动力学行为。研究结果表明,经静脉给药后,mPEG2000-PDLLA2500会被代谢生成mPEG2000和乳酸,血浆中会同时存在mPEG2000-PDLLA2500和mPEG2000,血浆中mPEG2000-PDLLA2500和mPEG2000的暴露量随着给药剂量的增加而增加,但在给药剂量为1.25~5.0 mg/kg范围内药代动力学行为符合非线性特征。组织分布研究结果表明,mPEG2000-PDLLA2500和mPEG2000在肝脏、肺、脾中含量较高,这与这些组织中网状内皮系统比较丰富有关。
4 透射电子显微镜
透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM),简称透射电镜,通过将电子束投射到样品上,电子束与纳米级组件碰撞,产生立体角散射,不同的散射角会形成明暗不同的影像,样品主要特征由此实现详细可视化[62]。
Ma等[63]制备了一种负载PTX的F127-CS-DOX聚合物胶束。通过透射电镜观察了胶束的尺寸与形貌。TEM图像显示,负载PTX的F127-CS-DOX胶束呈球形,具有良好的分散性。与未负载PTX的F127-CS-DOX胶束相比,负载PTX的F127–CS-DOX胶束直径没有明显增加。DOX和PTX的释放均随着pH的降低而增加。研究结果表明,PTX负载的F127-CS-DOX聚合物胶束在联合治疗癌症方面具有很好的潜力。
5 PMs的多组分分析
负载药物的胶束在进入体循环之后,会有解离和释放出药物和载体材料的过程,完整的给药载体、共聚物单体、游离药物和解体的共聚物残留物会同时存在于体液中,不同组分具有不同的形态和尺度,同时也扮演着具有不同生物功能的角色。研究PMs在体内的结构变化,对这些不同组分进行定性定量分析,是实时监测体内PMs命运必须解决的难题。以上提到的分析测试技术已经可以用来定量或定性监测PMs在体内的变化,这些方法的优点和缺点总结见表1。

6 结论与展望
了解PMs体内的命运是PMs的研究和开发的关键,这意味着需要掌握PM整体以及构成的共聚物和药物有效载荷,从PM进入体内与生物系统接触开始所发生的整个过程。具体问题可能包括:PM的结构变化、体内和亚细胞药物释放、药物和共聚物的降解、药代动力学、细胞摄取和亚细胞运输。但由于PM相对较小的尺寸,自组装/拆卸动力学与生物系统相互作用的复杂性,以及缺乏同时监测PM载体、组成共聚物和药物有效载荷的可行策略,想要真正的了解PMs体内的命运是充满挑战的。传统的放射性标记虽然能同时对PMs中负载药物和共聚物进行定量监测,但不能阐述PMs在体内的动态变化。FRET,AIE和ACQ等环境响应荧光团的发展为监测PMs体内命运打开了一扇大门,但一个理想的监测策略,不仅可以识别,还应提供体内PMs高精度的定量结果。
作者介绍

尹磊
大连理工大学
博士/副教授
个人简介
尹磊,大连理工大学化工海洋与生命学院药学副教授,美国亚利桑那大学药学博士后,中国药理学会药物代谢专委会青年委员,中国分析药理学委员会青年委员,中国医药生物技术协会药物分析技术分会青年委员,中国药理学会会员。在Trends in Analytical Chemistry, Journal of Pharmaceutical Analysis, Anal Chim Acta, Talanta等国际主流杂志发表SCI论文50余篇。
主要研究方向
小分子药物、蛋白多肽类药物、PEG修饰纳米制剂、高分子聚合物及药用辅料的精准分析及药物代谢动力学研究、绿色分析化学。
近五年代表作
[1]J. Pharm. Anal. (2024) 101013.
[2]TrAC Trend. Anal. Chem. 2023, 166,117211.
[3]Anal. Chim. Acta. 2023, 1267:341375.
[4]Clin. Pharmacokinet. 2022, 61(11):1571-1583.
[5]Talanta. 2020,01;206:120184.

课题组合照

史美云
大连理工大学
博士/副教授
个人简介
史美云,大连理工大学化工海洋与生命学院药学副教授,主要从事小分子药物、蛋白多肽类药物、PEG修饰纳米制剂、高分子聚合物及药用辅料的精准分析及药物代谢动力学研究。目前在Trends in Analytical Chemistry, Journal of Pharmaceutical Analysis, Anal Chim Acta, Talanta等国际主流杂志发表SCI论文30余篇。
主要研究方向
药物代谢与药物动力学;液相色谱串联质谱技术在药代动力学中的应用;纳米制剂药代动力学研究。
近五年代表作
[1]TrAC Trends in Analytical Chemistry.2023, 166, 117211.
[2]Anal Chim Acta. 2023, 1267:341375.
[3]Clin Pharmacokinet. 2022, 61(11):1571-1583.
[4]Talanta. 2020,01;206:120184.
[5]J Chromatogr A. 2022, 1676:463214.

课题组合照
