胶束介绍

希望对从事微球、纳米粒、胶束给药研究的人们有所裨益嵌段共聚物胶束的研究进展
摘要：综述了嵌段共聚物胶束形成机理，组成、结构、类型，理化性质，制备方法和影响因素，药学方面的应用等进展。

关键词：胶束，嵌段共聚物，给药载体，
综述嵌段共聚物是指在单一线性共聚物分子中存在两种或两种以上结构不同的链段，可根据需要合成具有特定化学结构、分子量的共聚物。

两亲性共聚物在溶液中可自组装成特定的超分子有序聚集体——胶束。

目前，胶束在药学领域主要作为表面活性剂、药物载体、增溶剂和纳米材料等。

本文就嵌段共聚物胶束的各种性质及在药学中的应用进行简要综述。

1.嵌段共聚物胶束的组成、结构、类型：嵌段共聚物胶束是由两亲性嵌段共聚物在水中溶解后自发形成核壳结构的高分子胶束，完成对药物的增溶和包裹，其载体多为人工合成，可生物降解，在水性介质中热力学稳定。

胶束主要由亲水性的壳和亲脂性的核组成，其材料多为亲水－疏水嵌段共聚物，亲水嵌段多为具有生物相容的共聚物如聚乙二醇（PEG）、聚氧乙烯（PEO），聚乙烯吡喏烷酮（PVP）等；疏水嵌段多可生物降解的共聚物如聚乳酸（PLA）、乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）、聚ε-己内酯（PCL）、聚苄基天门冬氨酸（PBLA）、聚苄基谷氨酸（PBLG）等，也有不可降解的聚苯乙烯（Pst）、聚异丙基丙烯酰胺（PIPAA）等。

此外，也有三嵌段的亲水－疏水－亲水共聚物作为胶束的材料，如泊洛沙姆（PEO-PPO-PEO），PEG-PLGA-PEG等（1）。

胶束的形态，有球状、囊泡状、棒状、层状、六角束状、洋葱状、蠕虫状等。

根据胶束亲水-疏水嵌段长度的不同，可将胶束分成两种，若亲水端长度大于比疏水端，形成星形胶束，亲脂嵌段大于亲水嵌段，则形成平头胶束（2）。

2.胶束的形成机理、影响因素及理化性质：
2.1形成机理：嵌段共聚物胶束的形成取决于疏水端的吸引力和亲水端的排斥力。

依据热力学定律，核壳界面的表面自由能较小时胶束更稳定，此时胶束收缩，界面积缩小，亲水端的空间排斥力增大；界面张力和空间排斥力相互制约，使胶束不能无限的聚集或舒张而形成具有稳定粒径的胶束体系。

2.2影响胶束形成的主要因素：
2.2.1共聚物嵌段的结构和比例当嵌段共聚物的疏水嵌段较长，比例较大时，有利于增溶量；如泊洛沙姆，随着PPO嵌段比例的增高，其可增溶内核越大，胶束聚集数增高，有利于增溶［2］。

共聚物的疏水嵌段的与药物的相容性（compatibility）也有重要影响，Zhang等［30］报道，将羟基喜树碱衍生化形成10，20-二异丁基二羧酸喜树碱后，在聚己内酯丙交酯－聚乙二醇－聚己内酯丙交酯（PCLLA-PEG-PCLLA）中的载药量从1％增加到7％；另据笔者观察，疏水嵌段的结晶性好，其内核容纳药物的空间较小，增溶性能较差。

如PEG-PCL对羟基喜树碱的增溶性就不如PEG-PCLLA（聚乙二醇－聚己内酯丙交酯）。

2.2.2溶剂溶剂极性不同，对各嵌段的作用不同，其规律为亲水嵌段与溶剂的极性越近，而疏水嵌段与溶剂的极性相差越远，胶束的聚集数越大，越有利于增溶［3］。

Paschalis
Alexandridis〔4〕研究表明，甲酰胺-水、乙醇-水作为混合溶剂，可使Pluronic P105以均相溶解，不利于胶束的生成；而甘油-水共溶剂的影响则恰恰相反。

2.2.3添加剂依据亲水嵌段是否可离子化及离子化的程度，添加剂引入的离子会改变亲水链段的斥力，使胶束的形态发生变化［5］。

据笔者观察，加入过多的盐类可降低亲水嵌段的水化程度，出现盐析效益，使胶束析出；加入一些亲脂性的醇类、酯类则可以增加胶束内核的体积，使增溶量增加。

2.2.4温度通常在极性溶剂如水中，升温促使胶束形成，如PEO-PPO-PEO的水分散体系；而在非极性溶剂中形成的反向胶束，升温不利胶束形成（6）。

温敏胶束如PEO-PPO-PEO［2］胶束、PNIPPA-PAA［7］胶束和PEO-PLA-PEO胶束等；在温度升高时内核疏水性增强，CMC降低，利于胶束形成；进一步升高温度则可使胶束发生交联而形成凝胶，此温度称为最低临界溶解温度（LCST），在体外，此类温敏型胶束给药时为液态，而注射入体内后可形成凝胶，从而缓释药物［8］。

2.3胶束的理化性质：
2.3.1 粒径胶束的粒径多在10-100nm，可滤过除菌，在体内不易被肝脾网状内皮系统（RES）吞噬。

胶束粒径主要取决于共聚物的分子量，制备方法等。

随着共聚物分子量的增大，胶束粒径增大；制备过程中所用有机溶剂的种类、超声的功率和时间、温度等都会影响粒径。

胶束的粒径和分散度可以用动力光散射法（Dynamic Light Scan，DLS）测量，形态及粒径分布可经原子显微镜、透射电镜、扫描电镜测定，分散度也可通过超离心黏度测定来完成（9）。

国内普遍采用DLS法。

2.3.2 药物的性质及分布亲水性的药物主要在胶束的表面增溶，脂溶性药物主要在胶束的核中增溶；两亲性药物则主要在胶束亲水、亲脂的界面增溶。

胶束通常用于包封亲脂性强的药物，药物与疏水嵌段的相容性可用下面公式表达（10）：XSP=(δs-δp)2Vs/RT；其中，XSP 是药物与疏水嵌段的相互作用参数（又叫Flory-Huggins作用参数），δ是Scatchard-Hildebrand 溶度参数，s代表药物，p代表疏水嵌段，Vs是被增溶药物的摩尔体积，R是气体常数，T 是绝对温度。

XSP越小，药物与疏水嵌段的相容性越好。

对于离子型的药物和基因（荷负电），则可通过离子对或化学键合的方式被载于离子型胶束载体中；如顺铂（CDDP）同PEG- P(Asp)结合后，顺铂上的Cl与聚天门冬氨酸P(Asp)上的COOH交换，形成20nm的自组装共聚物－金属复合胶束，在生理环境下释放超过50h，体内AUC是游离药物的5.2倍，肿瘤部位的浓度是游离药物的14倍（9）。

2.3.3 临界胶束浓度（CMC）两亲性共聚物胶束CMC较低，我们测得的PEO-PCL的CMC 在1.0×10-8～8.7×10-7 mol /L；但也有一些胶束CMC较高，如泊洛沙姆（Poloxamer）的CMC可达1.0×10-4～1.0×10-2 mol /L；若要在体内达到长循环效果，CMC太高显然是不理想的，因为在体内的水性环境中，当浓度稀释至CMC以下，药物会迅速释放。

CMC常用芘荧光探针法（Pyrene fluorescence probe）测定。

芘是一种弱极性的稠环芳烃类化合物，对外界极性的变化非常敏感。

浓度在CMC以下时，微量芘可溶于水，当胶束开始形成时，芘立即分布到胶束的疏水核中；此时荧光强度增强，发射波长发生变化，激发波长发生红移。

表观CMC可从激发波长的I338/I333对浓度曲线得出（I338/I333是在338nm和
333nm处的激发波长荧光强度的比值）。

斜率急剧变化表明胶束形成，表观CMC可从曲线的拐点求出。

其它探针还有十八烷基罗丹明B、2-（4’-N，N-二甲胺基）-3-甲氧基黄酮等。

另外，染料增溶法、表面张力法、微分比容法等都可用于CMC的测定（11）。

2.3.4 体外释放共聚物胶束的体外释放机制有3种：共聚物载体的溶蚀、从载体孔道扩散、从载体表面释放。

通常3种机制同时存在。

其体外释放可分为三相：起始突释相、扩散缓释相和降解缓释相。

起始突释相是位于粒子表面或近表面的药物在几小时内快速释放所致；扩散缓释相指药物通过载体孔道扩散释放；降解缓释相一般与载体的降解时间有关。

Ryu[12]研究了氯硝西泮/聚苄基谷氨酸-聚乙二醇胶束的体外释药，8天释药60％，释药速率随疏水嵌段的延长而减慢。

2.3.5长循环特性和靶向性胶束的大小类似于病毒和脂蛋白，能有效避免肝、脾网状内皮系统的吞噬；表面的PEG、PEO等亲水性共聚物具有良好的柔韧性，可在血浆中形成足够密的“构象云”，防止微粒聚集，不易受血浆蛋白和补体的调理，避免网状内皮系统、中性粒细胞、巨嗜细胞的吞噬。

这些性质使胶束可以较长时间存在于血液循环中，缓慢释放药物，因此一定程度上延长了药物的体内半衰期，这就是胶束给药系统的长循环特性。

由于肿瘤组织的渗透和滞留效应（EPR），胶束给药系统对实体瘤也有一定的靶向性；进一步在胶束的亲水嵌段如PEG、PEO末端接上配体和抗体，则可使胶束对特定的组织或器官具有更好的靶向性，也是目前新的研究热点之一。

如赵剑曦等（13）将抗神经特异蛋白的抗体（anti-A2-GP Ab与anti-GFA Ab）键合到pluronic分子上，以pluronic-抗体包裹异硫氰酸荧光素（FITC），结果肺中的FITC含量明显降低，脑部的含量明显增加，同法制备氟哌丁苯，药效活性提高两个数量级以上。

2.3.6.热敏性、ph敏感性某些胶束具有热敏性或pH敏感性。

chung（14）等制备了N－异丙基丙烯酰胺－b－丁基甲丙烯胺（PIPAAm-PBMA）胶束，多柔比星被包在PBMA的片段里，PIPAAm的外壳在高于32.5℃的最低临界溶解温度（LCST）时发生构型变化而释药。

此类胶束具温度敏感的特性，通过在PIPAAm的一端增加一个氨基或羟基可升高LCST，减慢相转换速率，通过外加电热装置可以增加其释放部位的选择性，降低药物的全身毒性。

Taillefer（15）用荧光探针法测定了聚异丙基丙烯酰胺－聚甲基丙烯酸共聚物胶束的相转变pH为5.7，有望成为抗癌药物载体。

3.胶束的制备方法：
3.1化学共聚法：多柔比星（DOX）的－NH2可与聚乙二醇－聚天门冬氨酸[PEG－P(Asp)]的－COOH共价结合，当50％的－COOH与DOX结合后，P(Asp)的亲水性下降、亲脂性提高，可自发形成胶束，再通过亲脂作用包封游离的DOX，使其缓释延效（16）。

3.2物理包封法：（17）
3.2.1溶解法将共聚物用适量蒸馏水溶解后，加入一定量的药物，搅拌一定时间，用0.45um 的滤膜过滤，得半透明乳光胶束溶液。

3.2.2乳化溶剂蒸发法共聚物溶于水，加入药物的氯仿溶液，超声或匀浆一定时间，蒸发除去氯仿，0.45um的滤膜过滤，得半透明乳光胶束溶液。

3.2.3透析法将共聚物和药物溶于
与水混溶的有机溶剂如乙醇、二甲基甲酰胺或四氢呋喃中，装于透析膜中，用PBS或水透析一定时间，0.45um的滤膜过滤，得半透明乳光胶束溶液。

实际操作时要根据两亲性嵌段共聚物及药物的性质，包封的要求选择合适的方法。

若该共聚物易溶于水或水性介质，则可直接采用溶解法；若共聚物水溶性较差，可用透析法。

若共聚物不溶于水，可先溶于有机溶剂中，再缓慢加水，达临界含水量（Critical water content, CWC）后可形成胶束（10）。

4．在药学领域的应用研究：
4.1抗肿瘤药物胶束Miwa等（18）合成N-十二烷基－羧甲基－壳聚糖共聚物并制成紫杉醇（Taxol）的胶束，粒径小于100nm，药物被胶束增溶后水中溶解度比原药的高1000倍。

体外溶血实验表明，该共聚物比吐温80更安全，对KB细胞的毒性实验也表明载药胶束组比原药更有效。

Zhang等（19）用开环共聚法合成了PLA-MePEG并制成含紫杉醇的胶束，载药量可达25%，在4℃放置2个月稳定，大鼠体内实验表明该胶束15h内可释放95%以上药物。

Kim等（3）观察了载有紫杉醇的PEG-PDLLA胶束的生物活性，结果表明对人乳腺癌MCF7和人卵巢癌细胞株OVCAR-3的毒性与原药相当，在裸鼠中测得的最大耐受剂量（MTD）显著大于原药，分别为60和20mg/kg，SD大鼠的半数致死量（LD50）也大大增高。

C57BL/6小鼠的药动学表明，胶束的AUC与原药类似，但瘤体中浓度为原药的2倍；对SKOV-3人乳腺癌鼠治疗的实验结果表明，胶束有效性明显优于taxol。

4.2 抗真菌药物胶束Yu（20）等制备了两性霉素B的PBLA-PEG胶束，载药量为27％-30％，3.0mg/ml的原药溶液在30min内可使红细胞溶解，而载药胶束在
5.5h内无溶血现象发生。

Espuelas（25）等制备了两性霉素B的PCL－poloxamer 188 胶束，评价了体外红细胞、J774-2巨噬细胞及LLCPK1肾细胞的毒性，结果发现胶束毒性下降8-10倍, 2 mg/kg的药物胶束溶液与0.5 mg/kg的原药等效。

4.3 抗炎药物胶束La等（21）用透析法制备了吲哚美辛的PBLA-PEG胶束，粒径为25～29nm,体外释放实验表明具有pH敏感性，对pH改变的炎症部位有一定的靶向作用。

Kim等（26）制备了吲哚美辛的PEG-PCL的胶束，其粒径小于200纳米，载药量可达42％，SD 大鼠体内药动学实验表明，该胶束可延长原药半衰期（1
5.12h）至24.1h，具有明显的长循环作用。

4.4 透过血脑屏障Chopineau等（22）用反向胶束为载体包载了核糖核酸酶（RNase A）,通过共价键将酶的α-氨基接到脂肪酸上，分别形成肉豆蔻酰、棕榈酰、硬脂酰的核糖核酸酶，结果发现当脂肪酸达到16碳以上时，具有良好的透过血脑屏障的作用。

Miller等（27）用原位培养的牛脑毛细血管内皮细胞作为体外血脑屏障的模型，研究Pluronic P85透过血脑屏障的机理，结果发现，Pluronic在低浓度时可抑制P糖蛋白外排作用，在高浓度时则可增加毛细血管的通透性。

4.5 基因传递Jeong等（23）报道了用聚赖氨酸－乳酸－羟基乙酸共聚物（PLL-g-PLGA）胶束为基因载体，其粒径为200-300nm，转染率大大高于PLL纳米粒，有效的保护DNA免受DNA酶的降解。

Wakebayashi等（28）合成了乳糖－聚乙二醇－聚二甲胺乙基甲基丙烯酸酯并作为基因载体，用其转染肝细胞，结果发现该载体可与DNA自发形成聚离子复合物胶束，细胞实验表明，该胶束可通过受体介导转运的方式被肝细胞内化，使转染效率大大提高。

4.6 放射、照影药物包封Vladimir（24）等综述了PEG化的胶束包被铟（111-IN）或钆（Gd），可广泛用于r-闪烁、核磁共振显影等显象；包载131I则可作为CT的长循环显影剂，表明胶束作为放射、照影药物包封材料具有良好的前景。

Trubetskoy等制备了含Gd(111-In)的两亲性的聚乙二醇－磷脂酰乙醇胺胶束作为体内的淋巴照影显像剂，粒径为20nm，家兔后足皮下注射4min后即可见高浓度富集于淋巴结，为淋巴照影提供了可能（29）。

5 结语嵌段共聚物胶束的自组装行为在很多领域都有潜在的应用价值，今后，对胶束形成的热力学、动力学，材料的毒性、溶血性、降解性，体内的长循环和靶向机理都还有待深入研究。

而国内对载药胶束的研究仅仅处于起步阶段。

相信随着多学科的交叉和新材料的出现，将大大推动胶束的研究。