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可注射型PLGA-PEG-PLGA温敏水凝胶作为药物和基因缓释共载体在骨肉瘤治疗中的应用研究

马鹤成

吉林大学

摘要:骨肉瘤是儿童和青少年时期最常见的原发恶性骨肿瘤,发病率为10-26/百万,不同人种、地区发病率略有差异,美国每年大约新发现400例骨肉瘤患者。骨肉瘤起源于原始成骨间质细胞,典型病理表现为梭形肉瘤细胞及类骨质形成,常累及长骨干骺端,膝关节最易受累,如股骨远端或腓骨、胫骨的近端、肱骨近端。青少年生长发育时,长骨的干骺端代谢活跃,骨肉瘤常发生于此,提示骨肉瘤的发生可能与骨快速生长有关。局部疼痛、水肿和关节活动度受限是骨肉瘤典型症状和体征。目前,术前新辅助化疗、手术及术后化疗联合治疗方案为骨肉瘤标准治疗方案,未转移骨肉瘤经过系统治疗后10年生存率约60%,而转移者仅为30%。为了提高骨肉瘤治疗效果,降低化疗全身副作用,本实验利用基因治疗(针对PLK1基因)联合化疗药物提高治疗靶向性和骨肉瘤治疗效果,降低骨肉瘤耐药性;其次从药物、基因载体角度出发,合成了理化性质优良的PLGA-PEG-PLGA温敏水凝胶,详细研究了其凝胶性质及成胶机理;最终利用PLGA-PEG-PLGA温敏水凝胶作为药物、基因缓释共载体,局部注射入肿瘤位置,进而研究其抗肿瘤效果及相关作用机制。具体方案如下:1)利用开环聚合方法制备了PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物。这种聚合物溶液具有温度敏感性,随着温度升高,聚合物溶液由溶液转变为凝胶状态,凝胶转变温度随PLGA链段疏水性和聚合物浓度的降低而升高。低温时,聚合物分子链和水分子之间形成氢键维持PLGA-PEG-PLGA聚合物溶液体系平衡,部分聚合物自发形成以疏水PLGA为内核,亲水性PEG为外壳的胶束;随着温度升高,胶束数量增加,PEG链段与水分子间氢键作用减弱,胶束聚集导致PLGA链段间疏水作用成为体系主要作用力,体系发生sol-gel转变,成为凝胶状态。当温度继续升高时,PEG链段发生脱水作用,胶束间疏水作用增强,导致体系发生凝胶-沉淀相转变。PLGA-PEG-PLGA温敏水凝胶体内、外均具有良好生物相容性、生物可降解性。该PLGA-PEG-PLGA温敏水凝胶在体内可迅速成胶,是一种性质优良的可注射型基因、药物载体,有广泛医学应用前景。2)本章利用第二章合成的三嵌段PLGA-PEG-PLGA温敏水凝胶作为药物载体,通过物理混合方法将阿霉素、顺铂、甲氨蝶呤担载入PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物溶液中,并对该载药PLGA-PEG-PLGA聚合物溶液进行了相关表征。载药PLGA-PEG-PLGA聚合物溶液具有温度敏感性,随温度升高转变为凝胶状态,并可在体外缓慢持续释放阿霉素、顺铂、甲氨蝶呤,持续时间长达12天;可注射型PLGA-PEG-PLGA三嵌段温敏水凝胶可作为优良的药物载体用于肿瘤的临床治疗。细胞实验表明,载药PLGA-PEG-PLGA温敏水凝胶对骨肉瘤细胞具有明显杀伤作用。载药凝胶与骨肉瘤细胞共培养后,细胞内抗凋亡基因Bcl-2表达明显降低,而凋亡基因Caspse-3和Caspase-9表达量明显增高,提示载药凝胶可诱导大量骨肉瘤细胞凋亡,而联合药物(Gel+DOX+CDDP+MTX)凝胶组具有最佳治疗效果。通过将载药PLGA-PEG-PLGA温敏水凝胶局部注射入肿瘤周围,待凝胶形成后,药物可从载药凝胶中持续缓慢释放,长时间维持肿瘤局部药物高浓度,表现良好的体内抗肿瘤治疗效果,且无全身毒副作用,具有优良的医学应用前景。3)本章利用第二章合成的三嵌段PLGA-PEG-PLGA温敏水凝胶为基因、药物共载体,通过物理混合方法将阿霉素和PLK1shRNA/PEI-Lys共载入聚合物溶液中,对该载药PLGA-PEG-PLGA聚合物溶液进行了相关表征。该基因、药物共载PLGA-PEG-PLGA聚合物溶液具有温度敏感性,随温度升高转变为凝胶状态,可在体外缓慢释放质粒DNA,持续时间长达7天。三嵌段PLGA-PEG-PLGA温敏水凝胶可作为优良的药物、基因共载体用于肿瘤的治疗。细胞实验表明,载药PLGA-PEG-PLGA温敏水凝胶对骨肉瘤细胞具有明显杀伤作用。阿霉素和PLK1shRNA/PEI-Lys共载凝胶与骨肉瘤细胞共培养后,骨肉瘤细胞大量处于G2/M期,且细胞内CDK1、Cycling B1和Cdc25c均表达量增加,提示了PLK1对于细胞分裂过程具有重要调控作用。同时,细胞内抗凋亡基因Bcl-2表达明显降低,而凋亡基因BAX、Caspse-3和Caspase-9表达量明显增高,提示大量骨肉瘤细胞凋亡,而联合药物、基因共载凝胶组明显增强抗肿瘤治疗效果。通过将阿霉素和PLK1shRNA/PEI-Lys共载PLGA-PEG-PLGA温敏凝胶局部注射入肿瘤周围,待凝胶形成后,药物、基因可从载药凝胶中持续缓慢释放并作用于肿瘤,表现出良好的抗肿瘤治疗效果,且无全身毒副作用,在抗骨肉瘤治疗方面具有良好应用前景。本课题研究结果表明,可注射型PLGA-PEG-PLGA温敏水凝胶具有良好生物相容性、生物可降解性,可作为药物、基因共载体在骨肉瘤治疗中具有优良医学应用前景。
  • 专辑:

    医药卫生科技

  • 专题:

    外科学; 肿瘤学

  • 分类号:

    R738.1

导师:

刘建国;

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