层状硅酸钙基纳米结构夹层给药系统的制备及功能化

The preparation of multi-functional drug delivery systems combining stimuli-responsive controlled-drug-release and bone repair ability is the key technology to achieve the combination of long-term drug therapy and in situ bone repair. The biological security of such systems should be taken into account first. In this research, layered calcium silicate with good biocompatibility and biodegradability is to be utilized as the host material, and functional nanoparticles and biopolymers are to be employed as the assistant mateirals. For the purpose of stimuli-responsive controlled-drug-release, the drug delivery system that can be activated by infrared light or alternating magnetic field is to be prepared via three steps: a) the linkage of the functional nanoparticles to the surface of the host material, b) the intercalation of drug molecules into the layered nanostructure of the host material and c) the coating of the biopolymers onto the surface of the host material. The key technology for the preparation of such a drug delivery system is to be studied and the interaction mechanisms between the host material, assistant materials and drug molecule are to be demonstrated. More importantly, the cooperation between the drug release and the activation of the functional nanoparticles is to be interpreted. Therefore, based on the above, the nanostructured multi-functional drug-delivery-system to be prepared in this research will provide scientific basis not only for the novel pharmaceutical formulas with self-owned intellectual property rights but also for the development of new medical technology in the field of bone regeneration.

制备兼具刺激响应药物释放和骨修复作用的多功能纳米结构给药系统是实现长效间接控制的药物治疗和替代性骨修复治疗协同作用的关键技术，其中生物安全性是须要优先解决的问题。本项目拟选择具有良好生物相容性和生物可降解性的层状硅酸钙作为主体材料、功能纳米粒子和生物高分子作为协助材料，以功能化的药物控释方案进行设计，通过功能纳米粒子表面嫁接、药物分子插层装载和生物高分子表面包覆，制备具有光/磁响应药物控释功能的硅酸钙基纳米结构夹层给药系统，解决该给药系统的关键制备技术，并阐明其中硅酸钙主体与功能纳米粒子、药物分子、生物高分子等客体之间的相互作用机制，以及功能纳米粒子的功能化刺激对药物释放的控制机制，为形成用于替代性骨修复治疗、具有我国自主知识产权的新型药物制剂与发展医疗新技术提供科学依据。

纳米科学技术与生物的有机结合是国际生物医药领域研究的前沿和热点，其中纳米给药系统是纳米生物科技研究的重点之一。随着新型给药系统的发展，人们对药物载体及其材料的要求也越来越高。纳米药物载体材料具有高的比表面积和生物化学活性，可以有效提高药物的装载量和缓控释效果。硅酸钙类材料是一种新兴的生物材料，具有良好的生物相容性及生物活性，并且生物安全性好，是构建纳米给药系统的理想选择。但是，硅酸钙的晶型和化学组成复杂多变，制备规则形貌的纳米硅酸钙材料是一个难点。本项目以纳米尺寸的层状硅酸钙作为组装单元，采用简便、低成本和环境友好的方法制备了多种纳米材料，包括层状硅酸钙有序组装微球、层状硅酸钙无序组装微球、层状硅酸钙/高分子复合物、层状硅酸钙/纳米银有序组装微球、层状硅酸钙/纳米金无序组装微球，阐明了材料制备过程中多层次夹层自组装复合的内在机制。在上述基础上，本项目发展了一种简便的凝胶复合法制备得到兼具有光热效应和缓控释功能的层状硅酸钙/纳米金/高分子复合给药系统，阐明了光热效应和药物缓控释的内在作用机制；采用基于同步辐射的多元素独立分析及原位微区成像法，跟踪研究了药物在层状硅酸钙基纳米材料中的分布，阐明了硅酸钙与药物的相互作用机制。上述硅酸钙纳米材料普遍具有良好的生物相容性和生物安全性，较大的比表面积，以及较高的药物/蛋白装载量，所构筑的给药系统通常具有良好的药物释放性能，因此所制备硅酸钙微纳米材料在药物输运领域具有良好的应用前景，为形成具有我国自主知识产权的新型药物制剂与发展医疗新技术提供科学依据。另外，本项目在pH响应释放的多功能硅酸镁/磁性氧化铁给药系统，以及磷酸钙、碳酸钙、磷酸镁纳米给药系统方面取得了扩展性的创新研究成果。