利用渗透压调控聚酯基聚合物体的形状

摘要

聚合物囊泡是自组装形成的聚合物囊泡，通常呈球形，以最小化吉布斯自由能。在药物递送应用中，更长的结构更为有利。本实验方案建立了利用盐诱导渗透压、减小囊泡内部体积，从而制备具有较高长径比的棒状聚合物囊泡的方法。

摘要

聚合物囊泡是由两亲性嵌段共聚物形成的具有膜结构的双层囊泡，可包载疏水性和亲水性药物，用于药物递送。尽管前景广阔，但由于其球形结构不易被细胞摄取，限制了聚合物囊泡的应用，这一点已被固体纳米颗粒研究人员证实。本文介绍一种基于盐的方法，用于提高以聚乙二醇（PEG）为基础的球形聚合物囊泡的长径比。该方法通过在形成后的透析过程中添加氯化钠，实现对聚合物囊泡的拉长，并最终调控其形状。根据所用嵌段共聚物的疏水性以及目标形态，可按照本方法调整盐浓度。拉长的纳米颗粒有望更有效地靶向大直径血管（如静脉）中的内皮细胞，这些部位可观察到边缘化现象。该方案通过将拉长技术与聚合物囊泡的双负载、长循环优势相结合，拓展了治疗性纳米颗粒的应用范围。

引言

形状调控是一种相对较新且高效的纳米颗粒介导药物递送优化方法。形态的改变不仅增加了颗粒的表面积，从而提高其载药能力，而且在增强稳定性、延长循环时间、提高生物利用度、实现分子靶向以及控制释放等方面均具有广泛优势¹。本方法所关注的纳米颗粒——聚合物囊泡（polymersomes）在热力学上倾向于自组装成球形结构，但这种形态在细胞摄取方面已被证明不切实际，且更容易被免疫系统识别为异物。若能将结构拉长为长椭球形或棒状，则可使药物载体模拟天然细胞，逃避免疫系统中巨噬细胞的清除，从而更有效地递送至目标部位^2,3,4,5,6,7。在进行形状调控的同时，聚合物囊泡所具备的诸多显著优势仍得以保留，包括对载荷的膜包被保护作用、膜对外界刺激的响应性，以及对亲水性和疏水性药物的双重包封能力^8,9,10，这些特性使其成为极具潜力的药物递....

方案

1. 使用溶剂注入法形成球形聚合物囊泡

1. 在有机溶剂中溶解聚酯
   注意：每次仅应将一种聚酯溶解于其相应的有机溶剂中，以形成聚合物囊泡（polymersomes）。
   1. 将聚乙二醇-聚乳酸（PEG-PLA）或聚乙二醇-嵌段-聚（乳酸-共-乙醇酸）（PEG-PLGA）溶解于二甲基亚砜（DMSO）中，浓度为1.5%（质量分数）。具体操作：将0.015 g选定的聚酯溶解于1 mL DMSO中（15 mg/mL）。聚合物完全溶解可能需要最多15分钟的涡旋振荡。
2. 在聚酯于有机溶剂中溶解的同时，根据图1设置溶剂注射装置。
   1. 将搅拌台置于垂直注射泵正下方。在搅拌台上放置一个5 mL玻璃小瓶，内含1 mL II型去离子水和一个微型搅拌子。
   2. 调节注射泵的高度，使针头尖端完全浸入II型去离子水中。
   3. 将注射泵的输注速率设定为5 µL/min。
      注意：若使用小体积注射泵，可将带针筒的适配器安装在铁环架上；若使用大体积注射泵，则可将其垂直放置于实验室升降台（lab jack）上以调节高度。
3. 通过将有机溶剂与聚酯溶液（步骤1.1.1）吸入一支27 G、针长½"的针头中，进行溶剂注射。
   1. 将针头装入注射泵，并确保其完全固定。调节推块使其接触针筒活塞末端。....

结果

表2展示了按照步骤1操作时预期得到的结果。请注意，在聚合物囊泡的制备过程中，DMSO被用作PEG-PLA和PEG-PLGA的溶剂。虽然可以使用其他与水混溶的溶剂来溶解共聚物，但偏离本方案所用溶剂可能会改变实验结果。预期多分散系数（PDI）应小于0.2，表明形成了单分散的聚合物囊泡¹⁷。需注意的是，疏水性增加会导致聚合物囊泡直径和PDI的偏差增大。如果在执行本方案时，所获得的聚合物囊泡直径与本表中报告的数值存在显著差异，则最常见的原因是纳米颗粒浓度过低，表现为该样品的计数率较低。

图2 展示了在未添加盐梯度前，非形状调控型聚合物囊泡的形态。此处展示的是按照实验步骤1处理后，基于PEG-PLA的聚合物囊泡的代表性结果。无论使用何种嵌段共聚物，透射电子显微镜（TEM）图像均应显示整体呈球形结构，并具有较厚的外圈线条，提示存在膜结构。在无NaCl条件下，PEG-PLA聚合物囊泡在扫描电子显微镜（SEM）中呈现球形结构，其表面粗糙，反映出PEG形成的刷.......

讨论

自组装体系 notoriously 难以控制。其最终性质，包括尺寸、形状和结构，取决于所选两亲性分子的疏水性质以及选定的溶剂环境。两亲性嵌段共聚物倾向于形成球形结构，这可以最小化吉布斯自由能并达到热力学平衡²³，从而形成聚合物体（polymersomes）。由于其处于热力学平衡状态，聚合物体在拉长或改变形状方面具有显著挑战性，因此相较于固体纳米颗粒，相关研究较少。溶剂驱动法已与基于聚乙二醇-嵌段-聚苯乙烯（PEG-b-polystyrene, PS）的聚合物体进行了广泛联合研究^{12,13,24,25,26,27}。然而，由于每种嵌段共聚物在采用基于溶剂的方法时都需要重新优化实验方案，该方法尚未被广泛应.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
15*45 毫升螺口小瓶，带盖	Fisherbrand	9609104000
二甲基亚砜	Fisher Chemical	D128-1
二甲基亚砜	BDH	BDH1115-1LP
Isoremp 搅拌器、加热板及加热搅拌板	Fisher scientific	CIC00008110V19
LEGATO 130 注射泵	kd Scientific	788130
PEG(1000)-b-PLA(5000)，双嵌段聚合物	Polysciences Inc	24381-1	重复实验时请注意分子量
聚乙二醇(2000)甲醚-嵌段-聚乳酸-共-乙醇酸(4500)	Sigma aldrich	764825-1G	重复实验时请注意分子量
一次性注射器/BD PrecisionGlide 针头组合，无菌，BD 医疗	BD medical	BD305620	结核菌素
氯化钠	BDH	BDH9286
Zetasizer Nano ZS	Malvern