聚乙二醇－聚乙交酯丙交酯嵌段共聚物的研究进展

李楠楠，李 娟

（中国药科大学 药学院，江苏 南京 211198）

在众多化学合成的生物可降解材料中，PLGA是已获美国FDA批准用于注射的生物可降解高分子聚合物。聚乙交酯（PGA）是结构最简单的脂肪族聚酯，是较早商品化的可生物降解高分子材料。20世纪60年代，由乙交酯开环聚合制得了高分子量的PGA，1962年美国Cyanamid公司开发了商品名为“Dexon”的PGA手术缝合线。由于降解产物羟基乙酸是机体代谢的中间产物，使得PGA被优先考虑用作可降解的手术缝合线。聚丙交酯（PLA）也是一种具有优良的生物相容性和可生物降解的聚合物，经批准可用作和微球、注射用微胶囊、埋植剂及医用手术缝合线等制剂的材料。PLA在体内代谢最终产物是CO2和H2O，中间产物乳酸也是体内正常糖代谢的产物，可以通过三羧酸循环代谢。20世纪70年代开始合成高分子量的具有旋光性的D或L型PLA，并用于药物制剂和外科等方面的研究。

然而，无论是PLA还是PGA，都存在一些不足之处。PLA均聚物因为具有较高的结晶度导致结构紧密而拉伸性能不好，刚性大，不适宜作为薄膜材料；熔融张力低，因此它也很难作为泡沫塑料材料。而PGA柔性差，作为手术缝合线会给人体组织造成损伤；在体内的强度下降快，尤其是在短时间内强度衰减快。MPEG－PLGA可以通过调节加入的比例，可以得到不同分子量及性质的生物材料，降解速度可控，满足临床要求，具有较好的应用前景。

1 嵌段共聚物的合成

通常MPEG－PLGA的合成方法主要有两种：缩合共聚法和开环聚合法。

缩合共聚法是用乳酸、羟基乙酸先行聚合生成低聚PLGA，然后将PLGA和PEG按一定比例反应形成嵌段共聚物。该法简单、易操作，但在反应过程中有水生成，使反应向逆反应方向进行。即使在反应过程中不断排除水分，一般也只能得到少量小分子的嵌段共聚物，而且得到的共聚物产率低，所以脱水是获得高分子量聚合产物的关键。一般在反应前将所有原料和仪器干燥，反应过程中通N2保护，尽量减少副反应的发生。

开环共聚法是先合成丙交酯和乙交酯，再与PEG开环聚合形成大分子量的嵌段共聚物。在辛酸亚锡的催化作用下，使用预先提纯并真空干燥、保存的丙交酯，乙交酯与PEG聚合，通过控制反应物投料的比例得到不同分子量的产物，此法产率一般较高。不足在于：丙交酯是由乳酸合成的，乙交酯是由乙醇酸合成的，含有较多的杂质，通过进行多次重结晶，方可得到纯度较高的聚合物，这样会使产率降低、大大增加了嵌段共聚物的成本；其次，在对 MPEG－PLGA嵌段共聚物进行纯化时，通常采用二氯甲烷溶解，再用冰乙醚沉淀。但二氯甲烷是限制使用的溶剂，且中国药典2010年版明确规定其限度不得超过600ppm，乙醚也是一种易燃易爆的有机溶剂，因此在很大程度上影响了共聚物的大规模生产。但实际上，由于乙交酯和丙交酯具有不同的竞聚率，PLGA的无规程度和组成的重现性难以严格控制，特别是乙交酯含量较高进行共聚时，由于其竞聚率高于丙交酯，易生成少量溶解性差的PGA，难以得到组成均一、乙醇酸含量较高的MPEG－PLGA。

2 MPEG－PLGA的性质

PLGA在体内的代谢是通过聚酯水解，首先被降解为乳酸和羟基乙酸，然后通过体内三羧酸循环变为二氧化碳和水，其吸收和代谢机理己经明确并具有可靠的生物安全性，因而PLGA己被美国FDA批准用于临床。聂宇等设计合成三种不同LA／GA比例的MPEG－PLGA，硅化的玻璃试管为阴性对照，未硅化的玻璃试管为阳性对照。以溶血性实验，血小板黏附实验，动态凝血时间实验，凝血时间实验，血浆复钙实验和凝血酶原时间实验等综合评价指标，表明MPEGPLGA具有优良的血液相容性，可用于静脉注射［1］。

李近等研究材料的降解主要取决于载体材料的性质以及水分子的渗入速度。当MPEG分子量越低时，分子量的降低速率更快。由于MPEG亲水链的引入，增强了聚合物材料的吸水性，酯键水解速度提高；较高分子量的MPEG增加了空间位阻，对水分子的摄取能力降低。因此，宏观表现为聚合物的降解速率随着MPEG分子链的引入而加快，随着MPEG链长的增加又呈现减慢的趋势［2］。

3 嵌段共聚物的应用

3.1 聚合物胶束

各国对MPEG－PLGA嵌段共聚物胶束进行了大量研究工作，通过对MPEG－PLGA进行各种修饰，使其达到提高载药量，主动靶向的作用。Hyuk Sang Yoo等将MPEG－PLGA与阿霉素连接，通过化学方式将MPEG－PLGA的末端羟基和阿霉素的伯胺基连接，与物理包裹的阿霉素MPEG－PLGA胶束相比，药物释放时间延长。在对于HepG2细胞的摄取实验中，胶束中阿霉素被摄取的浓度大于游离的阿霉素，表明阿霉素被细胞更有效的摄取，主要是通过细胞内吞作用，不是被动扩散。使用相同的制备方法，物理包裹的包封率为23.18%，化学连接的 MPEG－PLGA的包封率高达99.09%。MPEG－PLGA胶束中阿霉素的释放持续3天，DOX－MPEGPLGA中阿霉素的释放超过两个星期［3］。

Haizheng Zhao等人将叶酸与MPEG－PLGA的MPEG连接，对表面具有不同数量叶酸受体的KB，C6细胞和正常的成纤维细胞进行细胞毒性和细胞摄取实验，对癌细胞的毒性明显高于正常细胞，对两者的细胞摄取能力相似。阿霉素溶液，MPEG－PLGA胶束和叶酸修饰的 MPEG－PLGA胶束的IC50分别为0.96、2.26和0.46μm［4］。

3.2 纳米粒

MPEG－PLGA纳米粒中亲水性柔韧长链PEG可在嵌段聚合物纳米粒的表面形成一层亲水性保护膜，该膜可阻止血浆中调理蛋白粘附到纳米粒表面，减少巨噬细胞对纳米粒的识别、吞噬，使纳米粒在血液中的循环时间延长。纳米粒的制备方法较多，常用的有复乳法，乳化溶剂挥发法，共沉淀法和透析法。A.Beletsi将PLGA和 MPEG－PLGA混合物组装成纳米粒。随着MPEG－PLGA比例的增大或MPEG－PLGA中MPEG比例的增大，粒径变小，血液滞留时间延长。在小鼠组织分布实验中，随着MPEG－PLGA的比例增加 10%，肝靶向性减少 10%［5］。Evangelos C.Gryparis考察了装载顺铂的MPEG－PLGA纳米粒对前列腺癌细胞的体外抗肿瘤活性。空白纳米粒存在较低毒性，对MCF－7细胞毒性随着PLGA对PEG的比例的增加而增加。载药纳米粒的毒性也不同，可能是由于不同组成的MPEGPLGA对细胞摄取及药物的泄露方面存在不同［6］。

Jianjun Cheng先合成PLGA－b－PEG－COOH，采用纳米沉淀法制备了多烯紫杉醇纳米粒，得到的纳米粒粒径与聚合物浓度成线性关系，然后再与A10RNA配体连接，增强了纳米粒向肿瘤细胞的传递［7］。

方琴等人采用界面沉积法制备紫杉醇纳米粒，带负电荷，适合于静脉注射。当MPEG含量为4%时包封率最佳［8］。Hela细胞在紫杉醇纳米粒中孵育48h，存活率明显低于同浓度的紫杉醇注射液。当药物浓度为2mg／L时，纳米粒中的存活率低于40%，在紫杉醇注射液中的细胞存活率高达60%；当药物浓度为0.5mg／L时，纳米粒中的存活率只有20%，在紫杉醇注射液中的细胞存活率高达55%［9］。

3.3 微球

微球是指药物溶解或者分散在高分子材料基质中形成的微小球状实体，属于基质型骨架微粒。亲水性嵌段聚乙二醇单甲醚（MPEG）的存在，提高了材料的柔韧性，从而降低了微球受外力破坏和崩解释药的风险。制成微球后，因其对特定器官和组织的靶向性及微粒中药物释放的缓释性，已经成为近年来控缓释剂型研究的热点，是一类极具开发潜力的新型药物载体。王锡山等采用复乳法制备缓释微球，平均粒径310nm，载药量为15.4%，5－氟尿嘧啶 MPEGPLGA微球的释放与时间有较好的线性关系，可持续5天，具有零级动力学的释放特性，有较好的缓释作用［10］。

在体内微球中药物的释放要依赖于载体材料的降解，释放有一个溶解、扩散的过程，致使药物缓慢释放，达到长效的目的。李近等考察了嵌段材料的分子量对MPEG－PLGA载药微球降解和释药行为的影响。MPEG－PLGA的特性粘度随PLGA分子量的提高而显著增加，受MPEG分子量影响较小。但随着MPEG分子量的提高，分子链间的空间位阻增大，共聚物分子层的稳定性降低，导致包封率降低。PLGA分子链越长，对药物的缠绕越紧密，包封效果越好［2］。

4 结语

MPEG－PLGA是一类生物相容性好，可生物降解的聚酯类材料，可制成胶束、纳米粒、微球等多种制剂，进入人体后可延长滞留时间，达到缓释作用，提高生物利用度。通过对其修饰，可以达到主动靶向，增强靶向细胞对药物摄取的效果，特别是对多肽、基因和DNA等半衰期短的生物活性分子药物的作用，可以克服体内的屏障，防止药物在进入靶点以前被完全代谢，具有较好的应用前景。但目前仍存在一些问题：MPEG－PLGA的工业化生产，纯化困难，材料成本高；MPEG－PLGA进入体内后，如何进入靶器官和靶细胞还没有进行系统的研究。

［1］聂宇，段友容，张志荣.MPEG表面修饰的PLGA嵌段共聚物的血液相容性评价［J］.生物医学工程学杂志，2007：24（2）：336－339.

［2］李近，蒋国强，丁富新.嵌段材料的分子量对PLGA－MPEG载药微球降解和释药行为的影响［J］.高校化学工程学报，2000，22（5）：785－790.

［3］HYUK SANG YOO，TAE GWAN PARK.Biodegradable polymeric micelles composed of doxorubicin conjugated PLGAPEG block copolymer［J］.Journal of Controlled Release，2001（70）：63－70.

［4］HAIZHENG ZHAO，LIN YUE LANRY YUNG.Selectivity of folate conjugated polymer micelles against different tumor cells［J］.International Journal of Pharmaceutics，2008（349）：256－268.