pH/温度双敏感嵌段共聚物是一类能够在特定的pH和温度条件下发生亲疏水性质变化的高分子材料。这种材料通常由两种或多种具有不同响应性的单体组成,通过嵌段共聚的方式形成。在脂质体中,这种双敏感嵌段共聚物可以被用来修饰脂质体的表面或嵌入脂质体的双分子层中。当环境的pH或温度发生变化时,共聚物的亲疏水性质发生改变,从而导致脂质体的结构变化,最终实现药物的可控释放。以下从其组成、响应机制、在脂质体中的应用及优势展开介绍:
一、组成与特性
pH/温度双敏感嵌段共聚物通常由两种或多种具有不同响应特性的聚合物链段组成。例如,聚甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯(PDMAEMA)具有与pH有关的最低临界溶液温度(LCST)和在低温下存在多种抗衡离子时的最高临界溶液温度(UCST)行为;聚丙烯酸(PAA)具有对人体各个器官和组织的pH刺激响应特性,且可通过改变聚合物中其他成分的类型和含量来调节响应刺激;聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)存在一个最低临界溶液温度(LCST),在32℃左右;聚甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(PDMAEMA)是一种具有pH和温度双响应的聚合物,低于pKa时,PDMAEMA的氨基由于质子化而溶解于水,高于pKa时,则去质子化不溶于水。
二、响应机制
pH响应:当外界pH值发生变化时,聚合物中的pH敏感链段会发生质子化或去质子化,导致链段的电荷状态和亲疏水性发生改变。例如,含有羧基或氨基的链段在不同pH值下会发生电荷变化,从而影响聚合物的溶解性和构象。
温度响应:温度变化会影响聚合物链段的热运动和相互作用。当温度达到或超过聚合物的LCST时,链段会从亲水性转变为疏水性,导致聚合物发生相变,如从溶解状态转变为聚集状态。
三、在脂质体中的应用
构建多阶响应脂质体:例如,在脂质体中混入叶酸修饰的磷脂(DSPE-PEG-FA)和一种pH/温度双敏感的嵌段聚合物(P(MEO₂MA₉₀-co-OEGMA₁₀)-b-PDPA₂₂)制备多阶响应的药物运输系统。这种聚合物由聚乙二醇化的温度敏感单元和pH敏感单元组成,其pH敏感段可以插入脂质体的双分子层。准确调整聚合物的组成,使其相转变温度为42.5℃,pH转变点为6.8。动态光散射和荧光偏振的结果表明,聚合物的掺入提高了脂质体的稳定性,并使脂质体具备了双重响应能力。
药物递送:在特定微环境下,特定组织的pH值通常低于正常组织,且局部温度可能因代谢异常而升高。pH/温度双敏感嵌段共聚物修饰的脂质体能够感知这些变化,在特定的pH和温度条件下触发药物的释放。例如,在pH7.4下的药物泄露明显降低,而在pH6.5和5.0(分别对应特定微环境和细胞内微环境的酸度)下,脂质体的药物释放量较pH7.4下分别提高了4倍和6倍,从而实现药物的靶向运输和控制释放。
四、优势
提高效果:通过在特定部位实现药物的释放,可以提高药物在靶组织的浓度,增强Treatment 效果,同时减少对正常组织的损伤。
增强脂质体稳定性:双敏感嵌段共聚物的掺入可以改善脂质体的物理化学稳定性,减少药物在储存和运输过程中的泄漏,延长药物的保质期。
实现智能药物递送:这种脂质体能够根据体内环境的生理信号自动调节药物的释放。
五、瑞禧生物可定制的pH/温度双敏感嵌段共聚物产品,以下是一些典型代表及其特性:
PEOz-PGA:
特性:具有温度和pH值双敏感性,能够在不同的pH和温度条件下发生可逆的相变,适用于药物递送系统。
P(MEO₂MA)-b-P(DMAEMA)-b-PEG-b-P(DMAEMA)-b-P(MEO₂MA)五嵌段共聚物:
特性:这种五嵌段共聚物在特定温度和pH条件下可以发生相变,适用于基因载体和纳米膜的制备。例如,在基因载体应用中,它可以在不同的pH和温度条件下调节基因的转染效率。
mPEG-PAsp(DEA-co-His-co-DIP):
特性:由亲水段聚乙二醇段和疏水段聚(天冬氨酸-二乙基乙二胺-co-组胺-co-二异丙基乙二胺)段构成,具有pH与温度双重敏感性。
PDMAEMA-b-PAA二嵌段共聚物:
特性:聚甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯(PDMAEMA)具有抗菌、止血和抗Cancer活性,且表现出与pH有关的最低临界溶液温度(LCST)和在低温下存在多种抗衡离子的情况下的最高临界溶液温度(UCST)行为。聚丙烯酸(PAA)具有pH刺激响应特性。PDMAEMA-b-PAA共聚物显示出pH和热双转换特性,在水溶液中具有良好的可逆的温度/pH双重敏感性质。
P(MMA-co-DMAEMA)-b-PPEGMA多嵌段共聚物:
特性:通过特定的合成方法制备,具有温度和pH敏感性。例如,可以通过改变环境温度和pH值来调节胶束的粒径和透光率,适用于药物递送系统。
PEG-SS-PCL-Acetal-SS-PEG三嵌段共聚物:
特性:含有还原和pH双重敏感性的两亲性三嵌段共聚物。PEG作为亲水性链段提高水溶性和稳定性;PCL作为亲油性链段提供生物降解性和载药能力;Acetal基团具有pH敏感性,能在酸性环境下水解或降解;二硫键赋予共聚物还原响应性,能在还原环境下断裂释放药物。