具有可调控表面结构的聚合物微球的构建及其对机体免疫系统的影响

The immune system can clear up the foreign substances and bacteria from the body, protecting the body's normal functions. On the other hand, it can be used as an effective target for immunotherapy. In nature, shape and surface structure of the organisms and cells determine their biological function. Therefore, it is important to study the influence of microparticles with different surface structures,similar to the structure of bateria and fungi,in cells and immune system, which will provide important information for design/preparation of effective drug carrier and understanding the relationship between surface structures of materials and biological function. In this project, we will design and generate polymer microparticles with unifom size through microfluidic technique, and microparticles with tunable roughness and microstructures can be obtained by regulating the oil/water interfacial tension and phase separation between the polymer blends.In the microfluidic channel which can be used to mimic the internal circulation of the body, we will study the the effect of surface structures of the microparticles on the adhesion and phagocytosis of the immune cells. Using flow cytometry, ELISA, immunofluorescence and immunohistochemistry techniques, we will try to explore the relationship between the surface structures and biological functions of the microparticles, to reveal the role of surface structure in the distribution of the particles and immune system function in vivo. The successful implementation of this project will provide theoretical and experimental information for the design and preparation of new carriers for immune therapy.

免疫系统可将异物、病菌等从体内清除，保护人体正常的功能，另一方面也可以作为有效的免疫治疗靶标。自然界中，生物体和细胞的形状、表面结构等决定了其生物功能。因此，研究类细菌、真菌等具有不同表面结构的微球对细胞及免疫系统的影响，对于设计、制备有效的药物载体及理解材料表面结构与其生物功能间的关系有重要意义。 本项目将通过微流控技术制备尺寸均一的聚合物微球，调节油/水界面性质、聚合物间的相分离等对微球表面结构进行调控，得到具有可控粗糙度、微结构的聚合物微球。在模拟体内循环的微流控通道中，系统研究微球表面结构对免疫细胞黏附、吞噬等的影响；采用流式细胞术、酶联免疫、免疫组化等方法，探讨微球表面结构与其生物功能间的对应关系，揭示微球表面结构对其在体内分布及机体免疫系统功能的影响规律。本项目的顺利实施将为设计、制备新的免疫治疗载体材料提供理论和实验依据。

聚合物微球表面结构对细胞和生物体功能有重要影响。本项目利用微流控技术等制备尺寸均匀的乳液液滴，调控乳滴中溶剂挥发速度、界面张力和聚合物间相分离等来调控聚合物微球的表面和内部结构。构建了模拟体内微环境的微流控通道，系统研究了微球表面结构对免疫细胞吞噬行为、蛋白/多肽吸附、药物负载和释放等的影响。在此基础上，研究了不同表面结构的微球在体内分布及对免疫系统的影响规律。研究了负载抗原肽和免疫佐剂的微粒对肿瘤的免疫治疗效果。取得如下进展：.1) 基于乳液-溶剂挥发法，利用微流控和膜乳化技术制备出尺寸均一、溶有聚合物的乳液液滴，调节界面张力、溶剂性质和挥发速度、添加剂性质等，得到了具有可控表面微结构和形状的聚合物微球。.2) 揭示了聚合物微球表面/内部结构对药物负载与释放的影响规律。多层中空微球具有较高的药物负载率和良好的缓释行为；而粗糙表面结构更有利于负载的疏水药物的释放。.3) 明确了聚合物组装体表面微结构对蛋白/多肽吸附和细胞粘附等的影响规律。相对于光滑微球，粗糙微球不利于多肽在其表面的吸附和扩散。聚合物纤维膜的空隙减小可使粘附的细胞从伸展状态变为球状；而随着取向纤维间距的变小，粘附细胞呈现沿取向方向伸展的状态。.4) 相对于光滑微球，表面粗糙的聚合物微球更易被免疫和肿瘤细胞吞噬，促进了树突状细胞表面分子表达及细胞因子(IFN-γ，IL-4、IL-10等)分泌，T细胞表面CD4、CD8、CD4CD25等分子表达和巨噬细胞分泌IL-1β等，从而增强了机体免疫。构建了中空介孔二氧化硅颗粒，担载功能性多肽和和免疫佐剂后实现了对肿瘤的免疫治疗。.综上，建立了一系列调控聚合物微球表面微结构的方法，揭示了表面微结构对载/释药、细胞黏附/吞噬、及免疫系统的影响规律，为新型药物与疫苗载体设计与免疫治疗提供了实验基础。在Angew. Chem. Int. Ed., Biomaterials, Macromolecules, ACS Appl Mater Interfaces等期刊上发表相关论文17篇，申请中国发明专利5项。培养博士后1名，博士/硕士11名，在国内外学术会议上做邀请报告11次。完成了项目的目标要求。