中科大Macromolecules:聚合誘導的自組裝生成囊泡——具有可調節的pH響應性能
【引言】
刺激響應性聚合物囊泡由于其固有的中空結構和藥物對環境刺激的“按需”釋放而在藥物遞送應用方面中引起了人們極大的關注。聚合物囊泡的藥物釋放動力學通常取決于聚合物囊泡的刺激響應行為,對治療功效具有很大影響。在過去的十年中,聚合誘導的自組裝(PISA)已被證明是制備聚合物囊泡的有效方法。然而,通過PISA制備具有可調節藥物釋放動力學的刺激響應性囊泡的報道卻很少,這可能是由于PISA系統中功能性成核(膜)聚合物的選擇性比較單一。本文通過(甲基丙烯酸二異丙基氨基)乙酯(DIPEMA)和甲基丙烯酸芐酯(BzMA)的RAFT分散共聚制備了一系列具有不同pH響應行為的囊泡。疏水性P(DIPEMA-co-BzMA)嵌段中DIPEMA單元的含量和P(DIPEMA-co-BzMA)的DP均對囊泡的pH響應行為有很大影響,可用于調節同一pH轉換下囊泡中RhB的釋放速率。
【成果簡介】
在過去的幾十年中,通過后聚合方法自組裝嵌段共聚物常用于制備聚合物囊泡,但該策略限于非常低濃度的聚合物(<1wt%)。 近年來,聚合誘導自組裝(PISA)由于其可以在高濃度(10%-50%)條件下處獲得各種形貌(球形膠束,納米線,囊泡等)的聚合物納米顆粒的而引起了極大的關注。此外,PISA將聚合和自組裝結合在一鍋中進行,這極大地簡化了聚合物納米顆粒的制造過程。
刺激響應性聚合物囊泡能夠對外部環境如pH, 溫度,光產生響應從而引發藥物的“按需”釋放,因此其在藥物遞送應用方面中引起了人們極大的關注。一般來說,藥物的緩釋能夠減少給藥頻率,從而改善病人的生活質量。但是,在一些情況下,如癌癥治療中,藥物在細胞質中的快速釋放能夠抑制癌細胞的耐藥性的產生,因此比緩釋有更好的治療效果。總的來說,藥物的釋放行為對治療效果有很大的影響。
近日,中國科學技術大學的洪春雁教授和張文建副研究員(共同通訊),研究生徐效飛(一作)等人在Macromolecules上發表了一篇題為 “Polymerization-Induced Self-Assembly Generating Vesicles with Adjustable pH-Responsive Release Performance” 的文章,以聚乙二醇(PEG)為大分子鏈轉移劑通過甲基丙烯酸2-(二異丙基氨基)乙酯(DIPEMA)和甲基丙烯酸芐酯(BzMA)的RAFT分散共聚合合成了一系列pH響應的囊泡。囊泡膜內DIPEMA的叔胺基團賦予囊泡pH敏感性。在酸性溶液中,DIPEMA的叔胺基團被質子化,導致囊泡膜內P(DIPEMA-co-BzMA)嵌段的親水性增加。疏水性P(DIPEMA-co-BzMA)嵌段中DIPEMA/BzMA的摩爾比和P(DIPEMA-co-BzMA)的聚合度(DP)對囊泡的pH響應動力學以及負載物的釋放動力學都具有很大影響。
【圖文導讀】
圖1. 使用PEG-CPADB作為大分子鏈轉移劑,通過DIPEMA和BzMA的RAFT分散共聚合制備pH響應性囊泡
圖2. DIPEMA與BzMA的RAFT分散共聚合動力學
(A)PEG-CPADB在CDCl3中的1 H NMR譜圖。
(B)DIPEMA(黑色方塊)和BzMA(紅色圓圈)的在不同聚合時間時的轉化率。在乙醇/水混合物(80/20,w / w)中,[DIPEMA&BzMA]0 / [macro-RAFT]0 / [AIBN]0 = 80:1:1/3的摩爾比進行聚合(DIPEMA/BzMA = 3/7,固含量 = 15wt%)。
圖3 . DIPEMA和BzMA的RAFT分散共聚合制備的囊泡的TEM圖像以及所得囊泡的pH響應性行為
(a)D7B3-80,(b)D5B5-80,(c)D3B7-80,(d)D5B7.5-80,和(e)D1B9-80;
(f)D7B3-80和(g)D5B5-80在乙醇/水(8/2,w / w)和酸性水溶液(pH = 4.0)中(黑線:乙醇/水;紅線:酸性水溶液)的DLS數據。(h)D3B7 -80,(i)D2.5B7.5 -80和(j)D1B9 -80在酸性水溶液(pH = 4.0)中的TEM圖像。D表示PDIPEMA,B代表PBzMA,80代表P(DIPEMA-co-BzMA)的聚合度為80,D和B下標數字的比值是DIPEMA/BzMA的投料比。
圖4. 疏水性鏈段的聚合度(DP)對囊泡pH響應行為的影響
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(a)在0下,樣品D3B7-100和D3B7-150的粒徑隨時間的變化;
(b)D3B7-100和(c)D3B7 -150的在不同條件下的TEM圖像。
圖5. RhB存在時,通過DIPEMA和BzMA的RAFT分散共聚合制備的負載RhB的囊泡的TEM圖像
(a) D5B5 -80@RhB;(b) D3B7 -80@RhB;(c) D2.5B7.5 -80@RhB;(d) D1B9 -80@RhB;
(e) D3B7 -100@RhB;(f) D3B7 -150@RhB。D表示PDIPEMA,B代表PBzMA,破折號后面的數字80、100、150代表P(DIPEMA-co-BzMA)的聚合度分別為80、100、150,D和B下標數字的比值是DIPEMA/BzMA的投料比,@RhB表示負載RhB的囊泡。
圖6 熒光光譜和1H NMR譜圖
(A)包封在囊泡中的RhB(樣品D3B7-80 @ RhB)的熒光發射光譜和等量的從囊泡釋放出的RhB的熒光發射光譜(樣品D3B7-80 @ RhB);
(B)負載RhB的囊泡(樣品D3B7-80 @ RhB)的1H NMR譜圖。
圖7. ?pH響應性藥物釋放動力學和囊泡的pH響應性粒徑轉變
(A)負載RhB的各種聚合物囊泡在pH 4.0時RhB的累積釋放曲線:黑線,D7B3-80 @ RhB; 紅線,D5B5-80 @ RhB; 藍色/實線,D3B7-80 @ RhB; 藍色/點線,D3B7-100 @ RhB; 藍色/虛線,D3B7-150 @ RhB; 綠線,D5B7.5 -80 @ RhB; 粉色線,D1B9 -80 @ RhB;
(B)負載RhB的各種聚合物囊泡在pH 4.0時的粒徑轉變:藍色/實線,D3B7-80@RhB; 藍色/虛線,D3B7-100@RhB; 藍色/虛線,D3B7-150@RhB; 綠線,D5B7.5 -80@RhB; 粉色系,D1B9-80 @ RhB
圖8. 負載RhB的各種聚合物囊泡在pH 4.0孵化不同時間后的TEM圖像
(a)D5B5-80 @ RhB;(b)D2.5B7.5-80 @ RhB;(c)D1B9 -80 @RhB;
(d)D3B7-80 @ RhB;(e)D3B7-100 @ RhB;(f)D3B7-150 @ RhB。
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【小結】
本文通過DIPEMA和BzMA的RAFT分散共聚合制備了一系列具有不同pH響應行為的囊泡。疏水性P(DIPEMA-co-BzMA)嵌段中DIPEMA單元的含量和P(DIPEMA-co-BzMA)的DP均對囊泡的pH響應行為具有很大影響,并用于調控負載物的響應性釋放動力學。P(DIPEMA-co-BzMA)嵌段中較高DIPEMA含量導致RhB的爆釋。較長的P(DIPEMA-co-BzMA)鏈段導致RhB的釋放速率較慢,因為其較嚴重的鏈纏結導致形成pH響應性跨膜通道的時間更長。具有可控的響應性和藥物釋放動力學的囊泡可能會引起材料科學領域的高度關注。
文獻鏈接:Polymerization-Induced Self-Assembly Generating Vesicles with Adjustable pH-Responsive Release Performance(Macromolecules,2019,DOI: 10.1021/acs.macromol.9b00144)
本文由材料人編輯部高分子學術組水手供稿,材料牛編輯整理。
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