【PNP】聚合物納米藥物載體使用多檢測(cè)器SEC分析的應(yīng)用案例

更新時(shí)間：2022-06-22 點(diǎn)擊次數(shù)：1538

納米藥物載體 · 熱點(diǎn)應(yīng)用

本文由馬爾文帕納科GPC應(yīng)用專(zhuān)家馮慧慶供稿

聚合物納米藥物載體

納米藥物載體可實(shí)現(xiàn)靶向藥物治療。靶向給藥治療是指供助載體、配體或抗體將藥物通過(guò)局部給藥或全身血液循環(huán)而選擇性地定位于靶組織、靶器官、靶細(xì)胞或細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)的給藥系統(tǒng)。在特定的導(dǎo)向機(jī)制作用下，納米藥物載體輸送藥物到特定靶點(diǎn)，發(fā)揮治療作用，可達(dá)到藥劑用量少、毒副作用低、藥效持續(xù)、生物利用度高、長(zhǎng)時(shí)間保持靶目標(biāo)的有效藥物濃度的效果。

常見(jiàn)的納米藥物運(yùn)載體系

在藥學(xué)研究中，正確定位小分子藥物的給藥位置和控制藥物釋放曲線(xiàn)是一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。通過(guò)小分子藥物與聚合物納米載體偶聯(lián)起來(lái)，在很大程度上實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)精準(zhǔn)靶向給藥，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中有較好的效果。該方法既可用于控制藥物釋放曲線(xiàn)，又可用于控制藥物釋放位置，以最大限度地減少可能的副作用。

阿霉素（Doxorubicin）

阿霉素(Dox)是一種高效抗腫瘤抗生素，對(duì)肺癌、急慢性白血病等多種惡性腫瘤都有很強(qiáng)的細(xì)胞毒性，其機(jī)制是：通過(guò)將自身插入細(xì)胞的DNA堿基對(duì)中，破壞DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，阻斷DNA復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄。通常是通過(guò)血液循環(huán)導(dǎo)入腫瘤細(xì)胞實(shí)現(xiàn)其抗腫瘤功能。

聚谷氨酸(PG)是一種以氨基酸谷氨酸為基礎(chǔ)的具有生物相容性的聚合物。試驗(yàn)結(jié)果表明Dox和PG的偶聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)靶向給藥，提高藥物在靶體內(nèi)的聚集度，延長(zhǎng)體內(nèi)循環(huán)時(shí)間，降低毒副作用。

在本文中我們展示了馬爾文帕納科OMNISEC多檢測(cè)器SEC如何對(duì)PG、Dox 和兩個(gè)PG-Dox 偶聯(lián)樣品進(jìn)行表征。這種先進(jìn)的分析技術(shù)可用于研究藥物加載效率和藥物加載后發(fā)生的聚合物結(jié)構(gòu)變化。

研究方法

PG和PG-Dox偶聯(lián)物溶解在在pH7.4的PBS緩沖液中，通過(guò)OMINISEC進(jìn)行樣品的分離和檢測(cè)。OMNISEC是一個(gè)多檢測(cè)器SEC系統(tǒng)，包括示差檢測(cè)器(RI)、紫外檢測(cè)器(UV)、光散射檢測(cè)器(LS)和粘度檢測(cè)器(IV)。流動(dòng)相為PBS pH 7.4，含30%(v/v)甲醇水溶液；采用馬爾文A6000M和A3000色譜柱分離。

OMNISEC多檢測(cè)器SEC

檢測(cè)結(jié)果與討論

測(cè)試PG樣品和兩個(gè)PG-Dox偶聯(lián)物樣品色譜圖如圖1所示，PG的數(shù)值結(jié)果見(jiàn)表1。PG樣品分離顯示一個(gè)單峰，測(cè)得其平均分子量(MW)約為13KDa。再看兩個(gè)偶聯(lián)樣品，都分離出和PG具有相似保留體積的多峰。較早洗脫的光散射色譜圖(綠色，12-14mL)表明存在一些大的聚集體。而且，這些峰包含明顯的紫外吸收信號(hào)，表明Dox的存在成功地偶聯(lián)到聚合物上。

圖1 PG（A）、PG-Dox 1（B）和PG-Dox 2（C）多檢測(cè)器色譜圖

表1 PG測(cè)試結(jié)果

在圖2 A中可以看到，在不同進(jìn)樣量下檢測(cè)游離Dox的UV色譜圖，可以看到游離的Dox從柱上洗脫得很晚，實(shí)際上已經(jīng)在整個(gè)柱體積之后。這清楚地表明了Dox與色譜柱發(fā)生了顯著的相互作用，延遲了Dox的洗脫。但從圖2 B所示濃度響應(yīng)曲線(xiàn)可以看出，盡管存在相互作用，回收率仍然接近100%。該校準(zhǔn)曲線(xiàn)用來(lái)測(cè)量存在于PG-Dox樣品中的Dox的量。

圖2 A：不同進(jìn)樣量Dox在UV（490nm）色譜圖；B：Dox濃度校準(zhǔn)曲線(xiàn)

如果我們確定36mL處的峰為游離Dox，這樣PG-Dox樣品中的相同位置峰也能確定為游離Dox。如圖3所示，可以清楚地確定偶聯(lián)樣品含有PG-Dox偶聯(lián)物和游離Dox。

圖3 UV色譜圖顯示偶聯(lián)樣品含有PG-Dox偶聯(lián)物和游離Dox

使用圖2 B中的濃度校準(zhǔn)曲線(xiàn)，可以計(jì)算偶聯(lián)樣品中存在的Dox量。如表2所示，兩種PG-Dox偶聯(lián)物都含有游離的Dox。在一次注射體積中，PG-Dox 1的偶聯(lián)物中含有大約11μg的Dox，而PG-Dox 2的偶聯(lián)物中含有大約39μg的Dox。然后，可以計(jì)算出樣品中注入的總Dox質(zhì)量和Dox濃度。然后，可以根據(jù)溶解物質(zhì)的質(zhì)量計(jì)算出近似的總樣品濃度。這樣就可以計(jì)算每個(gè)PG-Dox偶聯(lián)物中Dox的近似負(fù)載量。由此可以近似地看出，樣品2的偶聯(lián)物中含有的Dox是樣品1的三倍。

表2 計(jì)算兩個(gè)偶聯(lián)樣品中Dox的負(fù)載量

我們可以對(duì)PG-Dox偶聯(lián)物進(jìn)一步表征（其中dn/dc假設(shè)分析），計(jì)算偶聯(lián)聚合物的近似分子量、特性粘度和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 PG-Dox偶聯(lián)物測(cè)試結(jié)果

Mark-Houwink(M-H圖)顯示了特性粘度作為分子量的函數(shù)，是分子間結(jié)構(gòu)差異的直觀表示。在溶液中密度較高的聚合物在M-H圖上看起來(lái)較低，用來(lái)研究結(jié)構(gòu)變化，如支化、偶聯(lián)等結(jié)構(gòu)變化。圖4顯示了3個(gè)樣本的M-H圖。首先，這兩個(gè)PG-Dox偶聯(lián)物M-H曲線(xiàn)顯著低于單獨(dú)的PG。這是我們預(yù)料中的，因?yàn)樗幬锓肿拥呐悸?lián)將增加聚合物在溶液中的表觀密度，并且具有更大Dox負(fù)載量的樣品將進(jìn)一步向下移動(dòng)。PG-Dox 1和PG-Dox 2之間的斜率不同，說(shuō)明Dox負(fù)載量可能不是隨分子量均勻分布的。

圖 4 Mark-Houwink曲線(xiàn)圖疊加顯示PG和PG-Dox偶聯(lián)物

結(jié)論

本文展示了如何將多檢測(cè)器SEC用于高分子聚合物偶聯(lián)小分子藥物傳遞表征分析的方法。在相同的測(cè)試條件下，對(duì)原聚合物、游離藥物(Dox)和兩種偶聯(lián)產(chǎn)物進(jìn)行了表征。藥物的紫外吸光度使得可以測(cè)量負(fù)載水平和評(píng)估兩種偶聯(lián)物的偶聯(lián)水平。通過(guò)假設(shè)分析，偶聯(lián)分子量和結(jié)構(gòu)也可以測(cè)量并相互比較。

小分子藥物的輸送在實(shí)際應(yīng)用中面臨許多挑戰(zhàn)，與較大的聚合物偶聯(lián)是提高藥物定位和載藥量的一種策略，但要獲得可靠和可重復(fù)的結(jié)果，需要先進(jìn)的表征方法。通過(guò)使用OMNISEC這樣的多檢測(cè)器系統(tǒng)進(jìn)行分析，研究人員可以更好地表征和研究，從而控制附著在聚合物納米輸送載體上的藥物量以及產(chǎn)品的分子量和結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)最佳的藥物輸送效率。

關(guān)于馬爾文帕納科

馬爾文帕納科的使命是通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行化學(xué)、物性和結(jié)構(gòu)分析，打造出更好的客戶(hù)導(dǎo)向型創(chuàng)新解決方案和服務(wù)，從而提高效率和產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)利用包括人工智能和預(yù)測(cè)分析在內(nèi)的最近技術(shù)發(fā)展，我們能夠逐步實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。這將讓各個(gè)行業(yè)和組織的科學(xué)家和工程師可解決一系列難題，如盡可能地提高生產(chǎn)率、開(kāi)發(fā)更高質(zhì)量的產(chǎn)品，并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。