王裕宏，胡 林，张 浩，胡 犇，杨 倩,2△

1.成都医学院 药学院(成都 610500);2.结构特异性小分子四川省高校重点实验室(成都 610500)

纳米技术在医学领域发展迅速并取得一定成果，其中共聚物纳米粒在药物载体、基因载体、免疫分析、介入治疗等方面已有应用[1-3]。嵌段共聚物在用于药物载体时，具有增加药物溶解性与稳定性、降低药物不良反应等优点。许多药物因其溶解度小、半衰期短、不良反应大等缺点，需采用有效的药物传递系统来克服，比如聚合物胶束、纳米脂质体、固体脂质体、纳米囊和纳米球等。近来，聚合物胶束为研究较多、较为理想的纳米载体之一。嵌段共聚物是将两种或两种以上性质不同的聚合物链段连在一起制备而成的一种聚合物。根据嵌段共聚物的链段数量，可分为两嵌段共聚物、三嵌段共聚物和多嵌段共聚物等。嵌段共聚物作为重要的高分子材料，广泛应用于医药、建筑和化工等行业。应用于给药系统中的嵌段共聚物，一般同时含有亲水链段和疏水链段，因为亲/疏链段在水中可通过亲水-疏水相互作用聚集成具有规则形状和一定稳定性的球形结构，亲/疏水段可根据药物的亲/疏水性进行药物包载[4]。两亲性嵌段共聚物亲水区主要为聚乙二醇(PEG)、聚氧乙烯(PEO)等。PEG为一种电中性聚醚，水溶性及生物相容性好，对蛋白质的吸附与细胞的黏附具有抵抗力，可通过免疫系统[5]，并且与其他材料相比价格低廉，故大多胶束采用PEG作为其外壳。本文从PEG类嵌段共聚物的组成及嵌段共聚物纳米载药体系的制备、应用等方面作一综述。

1 嵌段共聚物的特点及组成

1.1 嵌段共聚物特点

嵌段共聚物是由化学结构和理化性质不同的两种或两种以上的大分子通过头尾连接所形成的共聚物，作为药物载体的两亲性嵌段共聚物，其组成大分子具有亲疏水性差异的特点，在水溶液中浓度高于临界胶束浓度(CMC)的两亲性嵌段共聚物，可组装为不同形态的核-壳结构的聚集体，然后通过化学键合、静电吸附、物理包埋等方式与药物结合[6-7]。大多数抗癌药物在水中溶解性较差、全身不良反应较大，因此这些药物的递送极具挑战性，临床应用也非常有限。嵌段共聚物作为药物载体，形成的载药纳米粒粒径小，有较大比表面积，体内循环时间较长，稳定性好，因此在药物递送方面极具潜能[8]。现在也有将已有嵌段共聚物的结构进行修饰，制备出功能性载药材料，满足不同用药部位的需求。

1.2 嵌段共聚物组成

用A、B、C来表示嵌段共聚物中链段，一般嵌段共聚物可表示为A-B型两嵌段共聚物、A-B-C型或A-B-A型三嵌段共聚物、-(-A-B-)n-型多嵌段共聚物和(A-B)nX型星状接枝共聚物等。两亲性嵌段共聚物由亲水链段与疏水链段构成，亲水区主要为PEG、PEO和聚乙烯醇(PVA)等，PEG为FDA批准使用的非离子型聚醚，具有良好的亲水性、溶解性与生物相容性，对机体无毒且价廉，故被广泛应用[5]。PEG的亲水特性为纳米粒子表面提供了屏障，减少或避免网状内皮系统的识别及清除，从而延长药物在体内循环时间，减少药物在到达肿瘤靶点的损失，减轻全身不良反应[9]。两亲性嵌段共聚物中疏水段一般为聚酯、聚氨基酸和聚酰胺等。其中，聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)等因为其生物可降解性与生物相容性好而被广泛应用。PLA和PLGA为FDA批准使用的脂肪族聚酯，在过去已被用于设计成各种药物输送载体[10-11]。PLA与PLGA作为药物载体，有助于增加难溶性药物的溶解性、提高药物的化学稳定性和生物利用度，但其本身的高疏水性也导致载药纳米粒在体内的作用具有局限性。为解决这些问题，将亲水聚合物与疏水聚合物合成嵌段共聚物，在提高药物溶解度的同时，亲水结构提供纳米粒的“隐形”性质，使载药纳米粒不易被RES吞噬，延长其在血液循环时间[12-13]。

嵌段共聚物中嵌段材料的分子量，亲疏水段的理化性质和比例的差异对载药特性、释药行为、体内降解等均有影响[14-16]。Soliman等[17]制备A2B型PEG/PCL聚合物负载尼莫地平，通过将PCL分子量从3.0 kDa提高到19.0 kDa, 尼莫地平的载药量从2.3%提高到7.0%，包封率从23.0%提高到70.0%，证实水溶性差的尼莫地平主要与疏水PCL作用，疏水嵌段分子量增加，载药量增加。务圣洁[18]对两亲性三嵌段共聚物PCL-b-PEG-b-PCL进行研究发现，三嵌段共聚物中PEG质量分数约为33%时，形成双层膜结构囊泡，三嵌段共聚物中PEG质量分数约为50%时，形成具有壳-核结构的纳米胶束。在经典描述中，疏水-亲水界面的平均曲率(H)和高斯曲率(K)所描述的曲率与填料参数(p)有关。p=v/(al)，式中，v为聚合物疏水部分体积，a为每个分子的界面面积，l为聚合物疏水部分链长归一化到界面的长度。不同的形态对应不同p值，如p≤1/3(球)、1/3≤p≤1/2(圆柱体)、1/2≤p≤1(囊泡)[19]。

2 嵌段共聚物纳米粒的制备方法

2.1 乳化溶剂挥发法

2.1.1 采用单一溶剂法(水中油，O/W) 水中的单油(O/W)乳液溶剂蒸发法是制备亲脂药物负载PCL/PEG嵌段共聚物纳米粒子的常用方法。在这种情况下，药物和嵌段共聚物在挥发性有机溶剂(如二氯甲烷、乙酸乙酯)中共溶。采用机械搅拌或超声处理将有机相分散到含有表面活性剂的水相中。最后，有机溶剂被蒸发，导致载药纳米粒子形成。此外，通过透析或离心循环去除残留的表面活性剂和有机溶剂。Vasconcelos等[20]采用此方法制备了含有FB的纳米粒。制备的所有纳米粒子的粒径都<250 nm，PDI低于0.1，说明粒度分布较窄。EE为(70.3±5.6)%～(76.5±3.8)%，释放120 min后，PLGA-PEG-POD中药物释放率达到了83.3%。El-Naggar等[11]根据此技术，采用经典方法制备了姜黄素负载的PLA-PEG聚合物纳米粒，将形成的纳米粒子冷冻干燥后用于后续性质评价。通过测量，其平均粒径为117 nm，Zeta电位为35 mV，EE高达98.3%。

2.1.2 双乳化法(水/油/水，W/O/W) 双乳化法即多乳液溶剂提取法，其在蛋白质、肽、基因等亲水性药物包封为聚合物纳米粒子方面具有广阔的应用前景。W1/O/W2双乳液溶剂挥发法是制备亲水性载药PCL/PEG共聚物纳米粒子最广泛的技术。该方法由3个步骤组成，在含有PCL/PEG共聚物的有机相中加入亲水性药物水溶液，形成W/O乳液；原乳液在剧烈搅拌下加入到含有表面活性剂的水相中，得到W1/O/W2双乳液；最后，当有机溶剂被蒸发时，将PCL/PEG共聚物固化，得到载药纳米粒子。乳化过程中水溶性药物会渗入外层水相中，导致其包封率减少，为了解决这个问题，操作时应该尽量缩短水包油体系形成时间。乳液溶剂挥发法的主要缺点可以概括如下：有机溶剂和表面活性剂是不可缺少的，这可能会引起毒性和污染；往往需要大力的机械搅拌，成本较高；纳米粒的粒径大小很难控制在100 nm以内。溶剂蒸发是通过在室温下连续搅拌或减压来实现的。乳化溶剂蒸发法，只有亲脂药物可以通过纳米沉淀封装到纳米粒中，药物包封率高、粒径分布窄离子、不需要均匀化、易于放大是该方法的主要优点。Danafar等[21]运用此方法，制备出功能性纳米粒，赖诺普利从共轭物中的释放速率表现出pH敏感性。Hosseininasab等[22]运用此方法，以二氯甲烷为有机相、PVA为外水相，制备了载有胰岛素的PLGA-PEG共聚物纳米粒子。为了增加纳米颗粒中胰岛素的包封率，在第2步乳化过程中使用的外水相需被胰岛素饱和，不同分子量的PLGA-PEG链也会影响胰岛素包封率。使用不同分子量的共聚物，颗粒尺寸改变约为25～75 nm，粒子的分散性也有很大变化，这可能是由于被封装的纳米粒子上共聚物链之间的静电斥力和空间位阻的影响。

2.2 纳米共沉淀法

该制备方法包括在水不可混溶的有机溶剂(如丙酮)中共溶药物和共聚物，然后在机械搅拌下，将有机溶液加入到水中，有机溶剂在水中的扩散导致两亲性共聚物自组装成胶束状纳米粒子。该方法在制备载药纳米粒子方面具有广阔的应用前景，易于放大、控制颗粒大小和多分散性，而且不需要表面活性剂和剧烈搅拌。然而，不是所有的脂溶性药物采用此法制备所得纳米粒的包封率都很理想,在制备时还需考虑一些影响因素,如药物的溶解性，药物、载体和溶剂之间比例。此外，需要加入稳定剂、过程控制困难、有机溶剂残留等问题也需要进一步改善。Mohamadpour等[23]采用此方法，将具有预定最佳浓度的mPEG-PCL共聚物和药物溶解在丙酮中，然后在剧烈搅拌下，让丙酮混合溶液与适量蒸馏水混溶，将有机溶剂在室温下搅拌蒸发至少12 h，用蒸馏水清洗两次，除去游离(未包埋)药物，最终得到了载利凡斯的明(Rivastigmine)纳米粒。在本实验中，载药量和包封率分别为19.2%和40.4%。拥有如此高的载药量是因为形成了Riv-OA配合物，增强了Riv的亲脂性，从而达到了较高载药量。Manjili等[24]运用此方法成功制备姜黄素负载PCL-PEG-PCL纳米粒，测定姜黄素负载PCL-PEG-PCL胶束的平均粒径和Zeta电位约为99.07 nm和-5.58 mV，PDI为0.181,包封率为(83±1.29)%，载药量为(17±1.23)%。

2.3 透析法

透析法是从两亲性共聚物中制备纳米粒子/胶束的一种非常重要的方法。两亲性共聚物和药物分子溶解在水可混溶的有机溶剂(DMF或DMSO)中，随后这种水溶液在水中被透析，两亲性嵌段共聚物自组装成胶束，活性剂结合到核心中。这种方法不需要使用表面活性剂来获得纯纳米粒子，缺点是很难扩大规模、产量很低、经济成本很高。王丁丁等[25]采用此方法制备出pH/酶双重敏感肿瘤靶向递药纳米粒。Chen等[26]应用此方法，在PLGA-PEG-FA完全溶解于DMSO后，在DMSO混合物中加入确定量的脱盐DOX，滴加超纯水，混合料搅拌3 h，最终溶液用超纯水透析去除DMSO。将得到的DOX/PLGA-PEG-FA纳米粒子溶液通过0.45 μm过滤器过滤，并储存在4 ℃条件下进行进一步测量。根据DLS结果，负载DOX纳米粒子PLGA-PEG-FA/DOX的水动力直径/表面电位分别为(136.5±4.3) nm/(-23.3±0.5) mV，LE/EE分别为7.9%/85.8%。

2.4 高压均质乳化法

采用高压均质乳化法制备纳米粒的流程为：首先将含有药物的油相与水相混合，在高速剪切作用力下得到初乳；随后将制备得到的初乳稀释一定量后，加入高压均质机中均质后得到纳米乳液。在均质过程中，可以通过改变均质压力、均质次数以及每次均质所用时间等条件来获得粒径更小、更均一的纳米粒。高压均质机通过物料与物料之间的相互作用使物料细化，而且对物料本身性质影响很小，但不适合用于黏度很高的物料。虽然运用高压均质乳化法去获得粒径小、包封率和载药量高的纳米粒需要进行大量的条件筛选，但因其制备出的纳米粒分布均匀、长时间放置变化较小且具有产量高等优点，在纳米制剂行业中运用越加广泛。Jaiswal等[27]以此方法制备可生物降解环孢菌素纳米颗粒。简单地说，称取适量PEG-DL-PLG和CsA溶于二胆甲烷(DCM)中，磁力搅拌30 min。用高速均质机在2%PVA水溶液中，加压均质分散2 min。去除DCM，过滤，以甘露醇作为冷冻保护剂。将过滤后的纳米悬浮液冷冻在液氮中，冻干。当聚合物类型为PEG5000-70/30DL-PLG时，平均粒径为(152±2) nm，PDI为(0.07±0.04)，Zata电位为(1.0±0.7)mV，包封率为(86.84±3.64)%。Zong等[28]用此方法制备了包载伊曲康唑的聚乙二醇聚-Benzyl-L-天冬氨酸(PEG-PBLA)稳定的纳米悬浮液。

2.5 盐析法

盐析法依赖于有机相(丙酮中的聚合物溶液)乳化成水相，这是通过添加高浓度的盐(电解质，如氯化镁、氯化钙和乙酸镁)或蔗糖(非电解质)来实现的。该方法避免了高速剪切、表面活性剂和氯化溶剂的使用，其他优点包括药物包封率高以及易于扩大规模。然而，在这种技术中，纳米粒子需要经过大量多次洗涤。通过上述任何程序合成的纳米粒子最终通过超速或高速离心收集，用Milli-Q水冲洗2～3次，在冷冻保护剂存在下冻干，并在低温下保存直到使用。Zhang等[29]研究采用此方法，制备了单甲氧基聚乙二醇/聚三乙烯碳酸酯(MPEG-PTMC)载地塞米松纳米粒子。所获得的纳米粒子尺寸相差不大，有机相中的聚合物浓度为2.0 wt%时，粒径大小为116 nm，PDI为0.21，载药量和包封率分别为3.6%和17.4%。有机相中的聚合物浓度增加到5.3 wt%时，粒径大小为95 nm,PDI为0.20,载药量和包封率分别为14.1%和88.1%。

除了上述这些方法，还有热诱导自主装法[30]、薄膜水化法[31]、超临界流体法[32]、滴加法[33]、静电吸附法[34-35]、配体交换法[36]、界面聚合法[37]、水热法[38]等制备方法在文献中有所提及，相对于前面几种常用方法，这些方法应用相对较少，故本文不再一一阐述。

3 嵌段共聚物纳米粒在药学中的应用

3.1 改善难溶性药物溶解性

由于难溶性药物在体内易聚沉，导致其生物利用度降低，并且容易引发各种并发症。两亲性嵌段共聚物可形成两亲性纳米胶束，这种胶束能在水中自动组装，形成一种壳-核结构。水溶性小的药物能够通过疏水作用，聚集在疏水基团里，也可与疏水基团通过化学键结合，或者带电药物与带相反电荷疏水基团静电吸附等方法装载在内核中[39]。邵芳可等[40]用开环聚合方式制备不同链段比例的PEG-PCL，研究结果显示，当PEG链段的长度一定时(分子量5 000)，在一定范围内，疏水链段PCL越长，CMC(临界胶束浓度)越小，说明在PEG-PCL嵌段自组装中，疏水链段PCL越长，越易形成纳米粒，并且随着疏水链段增加，药物溶解度也随之增加。Cambón等[41]用PEO-PSO-PEO载灰黄霉素，在灰黄霉素/共聚物重量比不同的载药胶束中测定了包封率和载药量。进料越多，由于内部胶束核心的饱和，包封效率越低(表1)。当灰黄霉素进料量太大时，会有药物沉淀，这证实了该胶束可以提高药物溶解度。比较两种共聚物，EO33S14EO33比EO38S10EO38的增溶能力稍强。因为更长的疏水性嵌段导致疏水性药物对胶束核心具有更高亲和力。

表1 灰黄霉素/共聚物重量比不同的载药胶束载药量、包封率及增溶能力

3.2 降低药物不良反应

对于机体细胞而言，抗肿瘤药物本身就是一种“毒物”，在抗癌药物作用于肿瘤细胞的同时，正常细胞也会遭受破坏。嵌段共聚物纳米载体载药能降低药物不良反应，其一，纳米胶束将药物装载于疏水内核，减少药物泄露；其二，纳米胶束其亲水外壳可减少或避免与血浆蛋白相互作用，从而降低或避免药物被单核-巨噬细胞吞噬，延长药物在血液中循环时间，药物蓄积于肿瘤组织，降低全身不良反应[42]。王震[43]用mPEG-PLGA负载CTD，急性毒性实验和组织损伤实验表明载药胶束能降低CTD在小鼠体内毒性。急性毒性实验中，进行HE染色观察，原药组与载药胶束组的肾、肝、心、肺均产生病变，但原药组在肾、肝、心脏组织中损伤较载药胶束组更为严重，在肺组织中，载药胶束与模型组差别不大，原药组局部出现明显淤血现象。由此可看出，mPEG-PLGA-CTD 胶束降低了药物在体内的不良反应。渗透性实验结果表明，载药胶束提高药物在肿瘤深部的渗透性，减少药物在正常细胞分布，降低药物对机体产生的全身不良反应。

3.3 实现药物在体内的缓控释

有些药物在体内半衰期十分短暂，例如阿霉素在血浆中半衰期为5～10 min[44]，如果要维持稳态血药浓度，则需要高频率给药，这会降低患者依从性。两亲性嵌段共聚物载药胶束因其特性能避免网状内皮系统(RES)识别降解，通过高渗透长滞留效应(EPR)[45]，增加药物载体在体内循环时长，实现药物的缓控释放。Gao等[46]以开环聚合法制备了PLGA-PEG-PLGA三嵌段聚合物复合温敏凝胶，该复合水凝胶明显提高多西紫杉醇溶解度和释放度，静脉注射释放时长明显提高，达到3周以上；Lee等[47]制备了聚组氨酸-聚乙二醇胶束。组氨酸具有PH敏感特性，肿瘤组织PH低于正常生理环境PH，偏酸性环境使组氨酸被质子化，从而纳米胶束变为正电，带正电的纳米胶束与带负电的肿瘤细胞膜相融合，释放出载体内包封的药物，实现药物的可控释放。

3.4 实现靶向传输

靶向传输中有被动靶向、主动靶向和物理化学靶向等。被动靶向是载药微粒进入体内即被巨噬细胞作为外界异物吞噬而产生的体内分布特征，在体内分布首先取决于药物粒径大小。对于主动靶向载药系统，一般是在载体表面修饰抗体、糖蛋白、叶酸和转铁蛋白等基团，使其与靶细胞受体或抗原特异性结合，在被动靶向基础上，将药物富集于靶部位，也可用肿瘤部位生理上与正常组织的差异或用物理方法，例如PH、酶活性，或给予外力如光、磁场等，将药物输送至肿瘤部位。Chen等[48]使用穿膜肽R7和叶酸对PLGA-PEG共聚物进行修饰，制备出具有靶向功能的长春新碱PLGA-PEG纳米粒。由于肿瘤组织叶酸受体表达程度远大于正常组织，致使叶酸与受体信号识别，从而使药物在肿瘤部位富集，实现靶向高效递送药物。

3.5 多功能化修饰实现联合治疗

聚合物纳米粒在医学应用研究上多数进行“单一功能”研发，所制备出的单功能聚合物纳米粒大多数只能解决部分问题，但在治疗过程中，往往是多因素考虑。为同时解决多个问题，逐渐尝试进行“多功能化”聚合物纳米粒的研发，实现基因疗法与化学治疗相结合、药物响应性释放与靶向传输集合、诊断与治疗相结合等[49]。Yang等[50]制备了一种能MR成像诊断且能靶向药物治疗的聚合物囊泡。他们采用Mal-PEG-OH(Mw：5 000)作为引发剂，通过与LA开环聚合，合成了Mal-PEG114-PLA 二嵌段共聚物 ，再和FA进行 Michael加成反应合成 FA-PEG114-PLA，最后与COOH-PEG46-丙烯酸酯合成FA-PEG-PLA-PEG-丙烯酸酯嵌段共聚物。采用双乳法形成一种负载有SPIO/DOX的多层聚合物小泡。用流式细胞术和CLSM检测阳性HeLa细胞对有无FA的囊泡摄取行为的影响，在15 min和120 min对荧光强度的检测结果显示，有FA的囊泡荧光强度分别是无FA的囊泡荧光强度的2.0倍和1.6倍。通过细胞毒性实验结果表明，叶酸与受体结合介导的内吞作用，导致细胞对囊泡有较高摄取。然后通过MR成像，将负载有SPIO/DOX囊泡的R2(横向弛豫)与对比剂Feridex相比，负载SPIO/DOX的蠕虫状囊泡的R2(222.5 FemM-1 s-1)比对比剂Feridex(111.5 FemM-1 s-1)明显增大。张燕[51]制备了具有PH响应且能靶向的磁性纳米粒mPEG-PMAA-/PGMA/FA-PEG-PGMA@Fe3O4，使药物不仅能靶向至细胞，根据PH响应释放，还能进行核磁诊断。这种纳米粒不仅提高了药物的疗效，还能对病变细胞进行诊断，大大的提前了疾病治疗时间。

3.6 共传输体系

三嵌段共聚物及多嵌段共聚物可同时递送两种溶解性和作用机制不同的药物。在以前研究[52]中，抗癌治疗时，单一药物的使用表现出一些局限性，如耐药性、高毒性，两种或多种药物组合可以克服这些缺点，并且不同作用机制的化疗药物进行联合用药可增加疗效。例如，阿霉素和紫杉醇是常用的两种抗肿瘤药物，可以将它们共载在纳米载体中以抑制细胞增殖。 DOX和PTX在不同机制中发挥抗癌作用，阿霉素分子嵌入DNA而抑制核酸合成，从而诱导肿瘤细胞凋亡；紫杉醇结合癌细胞内微管蛋白防止其解聚，导致微管二聚体减少，使细胞分离停留在G2和M期，导致其无法复制而凋亡[53]。与单独递送阿霉素或紫杉醇相比，共同递送系统具有更好的抗癌功效。陈卓[54]使用两亲性三嵌段共聚物(PCL-PEG-PCL)作为载体材料双载盐酸阿霉素和紫杉醇。在聚合物囊泡中，紫杉醇负载于疏水膜层，盐酸阿霉素被包裹于亲水内腔，叶酸作为靶向配体修饰聚合物囊泡，进行靶向传输。细胞摄取研究结果显示，叶酸靶向修饰的双载药聚合物囊泡(FA-PTX-DOX-PS)被BEL-7404细胞内吞，效率明显高于无叶酸修饰的双载药聚合物囊泡(PTX-DOX-PS)；体外毒性实验结果显示，FA-PTX-DOX-PS降低了阿霉素和紫杉醇混合给药的毒性；体内荧光成像实验结果显示，FA-PTX-DOX-PS可富集于肿瘤部位，表现出高效靶向性。Shen等[55]实验结果表示，双重加载纳米管的释放药物总量比单次释放更高。

4 小结

使用聚合物纳米粒子向癌症递送抗肿瘤药物，很大程度改变了原有的癌症治疗方法。嵌段共聚物自组装的纳米载药体系具有生物可降解性与生物相容性等优点，嵌段共聚物纳米载药体系的制备也得到广泛研究。现今在原有研究基础上，不断优化这一载药体系，载药纳米体系多功能化也是现阶段这类研究的趋向。尽管现在部分载药纳米粒子已经进入临床试验和应用，但自组装载药纳米体系在实际临床应用上仍不够成熟，载药纳米粒子进入体内后的运输、稳定性和降解等需进一步研究探索，目前尚不适合大量生产，成本高也是应用受限的因素。在今后研究中，还需不断突破，从而解决这些问题。