近年來(lái)，聚合物被大量的應(yīng)用于納米醫(yī)學(xué)，尤其是藥物遞送中。采用聚合物作為藥物載體可以解決藥物在水中的溶解性差、不易被活體吸收、活體內(nèi)循環(huán)時(shí)間短以及副作用較強(qiáng)等問(wèn)題。聚合物納米藥物載體具有良好的親水性，能夠通過(guò)毛細(xì)管穿透組織，并且到達(dá)靶組織，進(jìn)入細(xì)胞。另外，在聚合物納米藥物載體表面可以通過(guò)表面官能團(tuán)修飾上特殊的蛋白、肽、單克隆抗體，選擇性地結(jié)合在特殊靶組織，較低與正常細(xì)胞的相互作用，從而降低毒副作用，增加藥物攝取效率。在活體應(yīng)用中，聚合物納米藥物載體的尺寸控制非常重要的。非常小的納米粒子，平均尺寸<10 nm會(huì)很快被腎臟排泄，大的粒子（200 nm以上）會(huì)被肝或脾臟大量攝取，只有粒子尺寸在10-200 nm之間是體內(nèi)應(yīng)用的最佳尺寸?！?】同時(shí)，納米載體表面要通過(guò)修飾形成較厚的水化層，并且電荷接近電中性，才有利于實(shí)現(xiàn)體內(nèi)穩(wěn)定和長(zhǎng)循環(huán)。最為關(guān)鍵的一點(diǎn)是在活體應(yīng)用中，要求所采用聚合物等材料必須具有良好的生物相容性、合適的生物可降解性，甚至具有刺激響應(yīng)釋放特性。

聚乳酸乙醇酸共聚物（PLGA）是一個(gè)最為廣泛研究的聚合物，能夠完全的生物降解，并且能夠自組裝成納米尺寸的膠束，將小分子包裹住。然而，PLGA聚合物納米粒子在活體里應(yīng)用仍然具有很多挑戰(zhàn)，PLGA在水中的溶解性比較差，形成的納米粒子尺寸較大，這些納米載體很容易被肝和脾臟清除，從而降低了腫瘤組織中的藥物濃度。聚乙二醇（PEG）是藥物遞送應(yīng)用中使用最多的聚合物，第一個(gè)PEG化的產(chǎn)品已經(jīng)在市場(chǎng)上有超過(guò)20年的應(yīng)用。由于PEG不會(huì)被免疫系統(tǒng)識(shí)別，通常會(huì)延長(zhǎng)納米載體在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間。另外PEG是親水性非常好的高分子，能夠形成較厚的水化層，通過(guò)空間位阻作用穩(wěn)定納米粒子。本文作為系列文章之一，首先分別介紹PLGA與PEG兩種高聚物，隨后介紹PLGA-b-PEG共聚物的合成以及物化性質(zhì)，最后介紹制備PLGA-PEG納米載體的常用方法，以及與單獨(dú)的PLGA及PEG高聚物相比的優(yōu)缺點(diǎn)。

聚乳酸乙醇酸共聚物（PLGA）

PLGA是聚乳酸（PLA）及聚乙醇酸（PGA）的共聚物。PLGA的降解速度與PLA和PGA的摩爾比例有關(guān)。PLA：PGA兩個(gè)單體的摩爾比率為50：50時(shí)，降解速度是最快的。另外分子量也會(huì)影響PLGA的降解速度，通常使用的分子量為5-150 kD。使用PLGA的最大優(yōu)勢(shì)是這個(gè)共聚物在水溶液介質(zhì)中可以完全被降解。在體內(nèi)，PLGA會(huì)被降解并以CO2和H2O的形式排出，或者以小分子形式被腎臟排出。由于這一優(yōu)秀的性質(zhì)，PLGA從1970年開始就成為生物醫(yī)學(xué)界中應(yīng)用最為廣泛的高聚物。FDA已經(jīng)批準(zhǔn)PLGA為藥物遞送載體，除此之外還可以作為醫(yī)學(xué)支架和導(dǎo)管。然而PLGA作為納米載體還是很容易被肝臟和脾臟的網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)（RES）從血液循環(huán)中清除，因此極大地降低了納米粒子在血液中的循環(huán)時(shí)間，并減低在靶器官的累積。

聚乙二醇（PEG）

PEG是一種非離子型親水性聚醚，由單體乙二醇合成。目前分子量分布從300 Da-100KDa之間。PEG在醫(yī)學(xué)中有各種的應(yīng)用，可以作為瀉藥進(jìn)行口服，也可以作為藥物的輔劑，或者作為一種涂層。PEG不能發(fā)生生物降解，但是PEG生物相容性非常好，尤其對(duì)于小分子量的PEG不會(huì)在生物組織中累積。PEG的親水性很好，因此PEG可以用來(lái)在水溶液中穩(wěn)定納米粒子。另外PEG并沒(méi)有離子型單體，因此并不會(huì)與帶電荷的生物分子如DNA相互作用。PEG包裹的藥物和納米載體就如披上一件隱身衣可以避免RES的清除，增加血液循環(huán)時(shí)間。另外，PEG化的產(chǎn)物可以增加實(shí)體瘤的高通透性和滯留效應(yīng)，即EPR效應(yīng)。

PLGA-b-PEG共聚物

Gref等首先在1994年描述了在PLGA微球外部包裹PEG的藥物動(dòng)力學(xué)研究【2】。作者發(fā)現(xiàn)在PLGA納米粒子上包覆PEG聚合物后極大地增加了這些微粒的循環(huán)時(shí)間。在注射2h后，僅有30%被肝臟捕獲。然而在納米粒子表面包裹一些PEG的片段并不足以穩(wěn)定粒子，更需要有一個(gè)共聚物，具有很強(qiáng)的共價(jià)鍵來(lái)獲得高的PEG表面覆蓋度。因此PLGA-PEG共聚物被廣泛地研究?；赑LGA和PEG的不同種共聚物被合成，例如，雙單元、三單元或者多個(gè)單元的共聚物。同時(shí)，線性、支狀以及混合的共聚物，尾部具有官能團(tuán)或者不具有官能團(tuán)的共聚物都被研究。其中最多的是雙單元共聚物（PLGA-b-PEG）由于其兩親性及易合成性，尤其引起人們的興趣。PLGA-b-PEG同時(shí)具有生物可降解性、生物相容性以及PEG的隱蔽性，同時(shí)兩親性使得PLGA-b-PEG很容易發(fā)生自組裝，使得疏水端PLGA在膠束的內(nèi)部，PEG在膠束的外側(cè)，從而形成一個(gè)穩(wěn)定的高分子膠束結(jié)構(gòu)。PEG鏈可以接上各種活性基團(tuán)，如氨基、羧基、甲氧基、馬來(lái)酰亞胺基團(tuán)等。功能化的PEG鏈更容易偶聯(lián)活性分子如蛋白、多肽、單克隆抗體等用于靶向特定組織。

PLGA-b-PEG的合成通過(guò)帶有羧基的PLGA-COOH與雙官能團(tuán)的PEG，如NH2-PEG-OMe進(jìn)行共價(jià)偶聯(lián)形成。PLGA-COOH首先通過(guò)在二氯甲烷中通過(guò)DCC和NHS活化，隨后與雙官能團(tuán)PEG發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)。在反應(yīng)過(guò)程中最重要的是要除去所有未結(jié)合的PEG。另外一種方法可以通過(guò)帶有PEG的乳酸和乙醇酸進(jìn)行聚合，但是這種方法也可能形成另外一種高聚物，也就是所謂的(AB)n型多單元共聚物，而不是AB型雙單元共聚物。

圖1. PLGA-b-PEG共聚物合成示意圖【1】。

PLGA-b-PEG納米載體的制備

納米沉淀法及油水（O/W）乳化法是最適合形成PLGA-b-PEG納米載體的兩種方法。在納米粒子形成過(guò)程中，一些脂溶性的藥物分子，或者小的脂溶性納米粒子容易被嵌入在PLGA內(nèi)核中，形成表面包覆PEG的納米載藥系統(tǒng)。

納米沉淀法首先會(huì)形成小的核，然后在這些核上聚集大分子而形成納米粒子。這一過(guò)程并不是有序的組裝，因此不需要特殊的高聚物，來(lái)獲得好的懸浮性及可控性。在這一過(guò)程中需要將高聚物溶解于水溶性的有機(jī)溶劑中，例如丙酮、四氫呋喃、DMSO、乙腈、DMF等，再將脂溶性藥物或者其他需要包載的有機(jī)物溶于其中，然后將該混合物加入水或添加表面活性劑的水溶液中并劇烈攪拌。當(dāng)高聚物接觸到水時(shí)立刻成核，并且沉積生長(zhǎng)直到納米粒子穩(wěn)定性足夠。PLGA納米粒子中含有的有機(jī)溶劑可以通過(guò)旋蒸去除。PLGA-b-PEG由于具有兩親性單元會(huì)形成核殼結(jié)構(gòu)。PLGA鏈在納米粒子的內(nèi)部形成膠束內(nèi)核，包載了酯溶性藥物，而PEG鏈伸展到水相可以作為功能性基團(tuán)。采用這種方式形成的納米粒子尺寸會(huì)比較?。?0-250 nm），且分散性較好。在納米沉淀法中，溶劑及水的相互溶解性會(huì)影響納米粒子的尺寸。溶劑在水中的溶解性增加，納米粒子的尺寸會(huì)減小，例如DMF可以獲得最小尺寸的納米粒子。

另一種適合形成PLGA-b-PEG納米粒子的方法為油水乳化法。將高聚物以及酯溶性藥物溶解到揮發(fā)性的與水不相溶的有機(jī)相如氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯或者其它溶劑中，并將其作為油相分散到外水相中，再利用超聲乳化形成納米結(jié)構(gòu)的水包油小液滴，最后通過(guò)旋蒸去除有機(jī)相，從而獲得載脂溶性藥物的高分子膠束納米結(jié)構(gòu)。通過(guò)調(diào)整一些參數(shù)如聚合物分子量、濃度、溶劑/水比例等，可以有效調(diào)節(jié)納米粒子的尺寸（幾十至幾百納米）。例如，增加聚合物的濃度會(huì)導(dǎo)致納米粒子體積的增大。 

圖2. 形成包載脂溶性藥物或者水溶性藥物的PLGA-b-PEG納米載體示意圖【3】。

通過(guò)水/油/水復(fù)乳蒸發(fā)法可獲得包載水溶性藥物分子的PLGA納米粒子。在這一過(guò)程中，水溶性藥物首先溶解在水相中（W1），通過(guò)和水不相溶的有機(jī)溶劑，如二氯甲烷或氯仿超聲形成W1/O乳液，有機(jī)相為連續(xù)相；當(dāng)更大量的第二的水相（W2）加入時(shí)，就會(huì)獲得W1/O/W2的雙層乳化結(jié)構(gòu)，第二個(gè)水相通常會(huì)含有穩(wěn)定劑PVP等以穩(wěn)定納米結(jié)構(gòu)。在第二次乳化過(guò)程中，油相仍然被鑲嵌在兩個(gè)水相中，通過(guò)旋蒸去除有機(jī)溶劑，就形成了含有內(nèi)水相的膠囊結(jié)構(gòu)。PLGA-b-PEG易形成尺寸更小的納米粒子，延長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間。PLGA-b-PEG最初用于蛋白及水溶性小分子藥物的包載，后來(lái)開始用于包載水溶性的RNA片段，用作基因遞送治療。PLGA-b-PEG對(duì)RNA的包載率比其他高聚物更高，并且不會(huì)降解RNA。

圖3. 水/油/水復(fù)乳法形成二單元聚合物膠囊示意圖【4】。

PLGA-b-PEG納米粒子的純化過(guò)程比較復(fù)雜。在純化過(guò)程中若不含有穩(wěn)定劑，高速離心會(huì)對(duì)所形成納米粒子的尺寸發(fā)生影響。采用高速離心（10000 rpm）離心10分鐘后重懸納米粒子，尺寸會(huì)增加20-30%。若采用低速超濾的方式可以避免這一問(wèn)題，但是保護(hù)劑就不能完全地除去，也可能會(huì)對(duì)進(jìn)一步的表面修飾產(chǎn)生影響。因此需要經(jīng)驗(yàn)性地控制純化的條件。PLGA-b-PEG納米粒子的長(zhǎng)期儲(chǔ)存也是比較復(fù)雜。若將PLGA-b-PEG納米粒子存儲(chǔ)在水體系中并不穩(wěn)定，最好是將納米粒子進(jìn)行凍干長(zhǎng)期保存。

PLGA-b-PEG納米載體的優(yōu)缺點(diǎn)

在上面已經(jīng)提到PLGA-b-PEG納米載體具有生物相容性好、生物可降解、較長(zhǎng)的體內(nèi)循環(huán)時(shí)間、可以避免RES的清除等優(yōu)點(diǎn)。PLGA-b-PEG也具有顯著的缺點(diǎn)限制了載藥納米粒子的工業(yè)化生產(chǎn)。首先是原料昂貴，PLGA-b-PEG由PLGA-COOH與NH2-PEG-X合成，這兩種原料都是合成的高聚物，其純度以及共聚物單元的構(gòu)建與純化步驟都會(huì)影響最后產(chǎn)物的質(zhì)量。其次是PLGA-b-PEG原料的純度及穩(wěn)定性。在PLGA50/50中LA和GA的摩爾比是1：1，在進(jìn)行無(wú)規(guī)共聚的時(shí)候就會(huì)很容易出現(xiàn)鏈段中局部形成數(shù)個(gè)GA互相連接（LA-GA-GA-GA...-LA)在一起的情況，由于PGA具有更親水性，幾個(gè)GA互相連接時(shí)，一些溶解性差的溶劑例如丙酮、乙酸乙酯和四氫呋喃就不能很好的溶解PLGA50/50，溶解性高一些溶劑如二氯甲烷、氯仿可以完全溶解PLGA50/50。若GA互相連接的數(shù)量更多，二氯甲烷也無(wú)法溶解。同時(shí)，PEG的加入使得PLGA-b-PEG很容易吸潮，從而發(fā)生降解。在進(jìn)行PLGA-b-PEG納米載藥平臺(tái)搭建的過(guò)程中，我們嘗試過(guò)市面上很多家的原料，各家原料的產(chǎn)品形態(tài)、在二氯甲烷中的溶解性、純度以及最后形成納米載體的效率千差萬(wàn)別。對(duì)原料進(jìn)行很好的評(píng)估并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的調(diào)整方能獲得較為理想的納米載藥粒子。

在本期的介紹中，我們主要是討論了PLGA-b-PEG納米粒子相關(guān)的一些物化性能及制備方法，優(yōu)缺點(diǎn)及原料的注意點(diǎn)，在下期的介紹中，我們將對(duì)PLGA-b-PEG納米載藥平臺(tái)的一些生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)一步的討論和介紹，敬請(qǐng)關(guān)注。