纳米药物的低递送效率是超过30年未解决的难题。以提高药物递送效率和药效为目标的纳米药物研究中,以纳米载体偶联血浆白蛋白的简洁方案赋予了纳米药物生物相容性和血液长循环等特征,为靶向药物递送系统提供了巨大应用前景。血细胞表面存在的蛋白质冠可以避免单核吞噬细胞系统(MPS)的识别和吞噬作用,这表明特定组成的蛋白质冠对于抑制MPS的识别、吞噬和清除至关重要,纳米粒子表Protectant medium面存在不同特定的蛋白质是防止细胞非特异性摄取所必需的条件。同时单一分子量聚乙二醇(PEG)在抵抗蛋白质非特异性吸附方面有着更优异的表现。因此,基于精确高分子聚合物、原位共价偶联白蛋白的纳米组装体的设计开发、合成制备与性能研究具有非常重要的意义。针对药物递送纳米载体的肝脾富集和肿瘤靶向效率低等挑战,改变通过亲水性修饰逃避MPS捕获的传统思路,集中探索蛋白质冠调控和精准化合物构建策略,本论文主要研究了单一分子量聚乙二醇修饰的载体以及通过马来酰亚胺结合内源性白蛋白的纳米载体在药物递送、控制释放和肿瘤靶向等方面的应用,研究工作主要包含以下三个部分:1.纳米药物经静脉注射后须克服血液循环、组织积累、组织渗透、细胞内化和药物释放等一系列障碍,才能将药物输送至实体肿瘤和远端肿瘤细胞的细胞质中。在为药物递送而探索的众多类型的纳米载体中,作为血液中含量最高且具有19天超长半衰期的白蛋白在长循环和靶向药物递送系统设计中显示出巨大的前景。白蛋白的分子结构中含有一个自由巯基,而马来酰亚胺(MI)基团可以与巯基进行高效的迈克尔加成反应,基于此我们设计了不同结构的连接基元用于连接顺铂小分子药物和MI基团,并组装得到纳米粒子。在血液循环过程中,纳米粒子表面的MI基团会与白蛋白共价偶联,形成富含白蛋白的蛋白冠。需要注意的是纳米粒子进入血液后在几分钟内就会在其表面迅速形成蛋白质冠,从而决定纳米粒子的命运。针对系列具有相似化学结构的纳米粒子的实验结果表明,原位捕获白蛋白的纳米粒子具有更长的半衰期,同时避免药物在肝脾富集并靶向肿瘤组织。此外,表面具有富含白蛋白冠的纳米粒子难以被肝脏的Kupffer细胞快速清除,并可以进一步通过Gp60受体介导的内吞作用穿透血管内皮深入肿瘤内部,渗透到肿瘤间质。随后胞外基质中的SPARC蛋白会与纳米粒子上剩余的MI反应导致粒子富集肿瘤细胞周围,同时细胞膜表面的自由巯基也会通过MI捕获纳米粒子。被肿瘤细胞摄取后,富含谷胱甘肽(GSH)等的还原性微环境使纳米粒子发生部分解离,转变为更小的纳米粒子而实现肿瘤深层渗透。最终,纳米粒子可以通过完全解离释放顺铂小分子药物进行化疗。2.聚乙二醇化是指将PEG以共价键接或非共价方式连接到小分子药物、造影剂、蛋白质、核酸、脂质体等的一种通用方法。经PEG化后药物在水溶液中的分散性、稳定性、药代动力学和药效学等均有一定程度提升。然而,传统的多分散PEG是一系列具有不同分子量的混合物,使PEG化药物的合成和纯化复杂化,并可能引发不必要的免疫原性反应,最终影响药物治疗效果。单一分子量PEG与多分散PEG具有相同的化学结构,但具有精确的分子量。得益于近年来在单一分子量PEG合成方面的研究进展,我们设想在构建精确聚乙二醇化衍生物的基础上,通过修饰PEG末端的基团,进一步实现对药物递送载体表面蛋白质冠的调控。首先合成了一系列单一分子量和多分散聚乙二醇化染料,包括PEG化聚集体染料R-PEGn-IR820和PEG化水溶性染料HO-PEGn-Cy7.5。相比多分散HO-PEG2000-IR820,分析型超速离心实验结果证明单一分子量的HO-PEG45-IR820具Bafilomycin A1有更窄的沉降系数分布。在活体实验中,单一分子量HO-PEG45-IR820显示出了更长的半衰期、S63845价格更弱的血液加速清除现象。末端含有MI基团的MI-PEG45-IR820能更为有效的避免纳米粒子在肝脾富集且更有利于细胞摄取。进一步发现单一分子量HO-PEG45-Cy7.5在肾脏部位滞留程度更低,在原位肾癌模型小鼠中,肾正常组织和肿瘤组织的荧光强度具有显著差异性。为了阐明以上实验现象的原因,研究了不同样品的蛋白质冠和其在小鼠体内抗PEG抗体的产生,证明了单一分子量PEG具有更低的免疫原性和更弱的蛋白吸附特性。3.充气微泡(MBs)已作为超声造影剂在临床上应用于疾病的诊断和治疗。然而,微泡稳定性的提高和成像对比度的增强仍然是一个巨大的挑战。尽管使用在生物流体中具有低溶解度的全氟碳化合物(PFC)可以有效提高微泡的稳定性,然而这些造影剂的成像窗口时间仍然很短,此外,基于微泡的造影剂稳定性不足,会导致超声信号迅速衰减,不利于疾病诊断。而在另一方面,微泡壳层材料的物理化学性质对其声学性能有着重要的影响。根据拉普拉斯方程,降低界面张力可以有效地减小微泡曲面的内外压差,从而提高微泡的稳定性。微泡最广泛使用的壳层材料是界面张力大于30 mN/m的磷脂,若使用带有全氟烷基侧链的聚合物则可以使界面张力低至7-12 mN/m,有效地改善微泡的稳定性。因此,为了解决微泡超声造影剂的长期稳定性和对比度增强的两难困境,我们合成了一系列两亲性的共聚肽作为微泡壳层材料,以亲水性PEG嵌段和侧基含有全氟化碳的聚赖氨酸(PFOK)嵌段分别构成微泡壳层的外层和内层,而具有低界面张力和低拉普拉斯压力的氟化嵌段可以提高微泡与内部八氟丙烷(C3F8)相接触时的稳定性。此外,还合成了侧链上含有可交联二乙炔基团的共聚肽,通过二乙炔基团在紫外光诱导下的交联进一步提高了微泡的稳定性,但由于抑制了非线性振荡,导致其超声信号有所减弱。为了克服聚合物壳层的非线性振荡弱的问题,合成了聚乙二醇嵌段末端带有MI官能团的共聚肽,在微泡表面引入了 MI基团,通过迈克尔加成反应能够在血液中原位结合白蛋白,在不影响微泡稳定性的情况下增强二次谐波信号,从而提供了比SonoVueTM微泡更好的超声成像性能,为制备高效、长期稳定的微泡提供了一种新的策略。