CN100560586C - 叶酸烷基化衍生物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种叶酸烷基化衍生物，具体为叶酸的硬脂胺衍生物I和叶酸的硬脂酸衍生物II，由叶酸的氨基与硬脂酸的羧基，或叶酸的羧基与硬脂胺的氨基的耦合反应合成得到。本发明提供的叶酸烷基化衍生物可制备叶酸修饰的脂质纳米粒，从而达到脂质纳米粒的叶酸修饰目的，通过该衍生物中的烷基链与类脂材料的亲和性，并通过肿瘤细胞表面过度表达的叶酸受体介导途径，加速脂质纳米粒的细胞摄取，从而提高脂质纳米粒抗肿瘤给药系统的抗肿瘤靶向，从而可在制备叶酸修饰的负载抗肿瘤药物固体脂质和纳米结构脂质载体给药系统中的应用。本发明化合物的结构式为。
Description
技术领域
本发明属化合物的合成方法，涉及叶酸烷基化衍生物的合成及在抗肿瘤治疗中的应用。
背景技术
肿瘤一直是直接威胁人类健康的重大疾病，肿瘤化疗由于药物本身缺乏分子靶向性，因而出现治愈率低、毒副作用巨大等重大治疗问题。通过合适的载体技术，将药物直接靶向病变组织(器官)、细胞是解决癌症化疗治愈率低和毒副作用的重要手段之一。目前国内外的科学家通过载体技术在肿瘤药物的组织(器官)和细胞靶向上取得了一定的进展，但并没有取得突破性的疗效，其本质在于绝大多数抗肿瘤药物的分子作用靶点位于细胞内，因此肿瘤细胞内药物分子作用靶点(亚细胞器)靶向性载体材料技术的研究开发是突破癌症化疗瓶颈的关键。
靶向载体的设计主要包括载体的病灶脏器靶向性，以及在此基础上穿越病灶脏器内的病灶细胞靶向，从而完成针对药物分子靶标的亚细胞器靶向。早期的组织器官靶向，利用微粒的小粒径被动靶向到肝等组织，通过“增强的透过及滞留效应”(enhanced permeability and retention effect)聚集到肿瘤组织等。当前，研究者利用肿瘤细胞表面某些受体(如叶酸受体)过度表达的特性，将配体修饰载体材料成功应用于肿瘤的靶向治疗。从而达到肿瘤细胞的靶向，提高细胞内的抗肿瘤药物浓度，增强抗肿瘤药物本身的疗效。
固体脂质给药系统是20世纪90年代初发展起来的新型胶体给药系统，它是继乳剂、脂质体、聚合物纳米粒之后，极具发展潜力的靶向控释给药系统。固体脂质给药系统采用天然或合成的类脂材料，如硬脂酸、卵磷脂、单甘酯等为载体，将药物包裹于类脂核中制成固体胶粒给药系统。它既具备聚合物给药系统控释、避免药物泄漏等优点，又兼具了乳剂、脂质体的毒性低、生物相容性好、生物利用度高的优点。但是，固体脂质给药系统也存在一些潜在的局限性，如有限的载药能力、储存过程的药物排挤现象等问题。
在固体脂质中混和形态相异的液体脂质作为混合类脂基质，以此制备得到新型SLN-纳米结构脂质载体(nanostructured lipid carrier，NLC)。液体脂质的加入，可扰乱固体脂质规则的晶格结构，增加纳米粒结构中不规则晶型的比例，使承载脂溶性药物的空间容量增加，从而提高载体的载药能力。通过控制液体脂质比例，还可使NLC在体温下保持固体骨架结构，实现NLC药物的控制释放。
我们前期的研究结果发现固体脂质微粒和纳米结构脂质载体，因为其表面的强疏水性质，具有较强的细胞摄取和细胞浆滞留的能力，但固体脂质微粒和纳米结构脂质载体本身并不具备肿瘤组织和细胞的靶向功能。如果使用在肿瘤细胞表面有过度表达的某些受体的配体对该类载体进行修饰，将大大提高该类载体在抗肿瘤靶向治疗中的应用可能性。而使用该类载体对叶酸进行简单的物理包封，一方面在体内转运过程中会产生叶酸的大量渗漏，另一方面也算可能被包裹于脂质材料内部或分布于脂质材料当中，从而影响叶酸的肿瘤细胞靶向效果。
发明内容
本发明的第一个目的是提供叶酸烷基化衍生物，具体为叶酸的硬脂酸衍生物I和叶酸的硬脂胺衍生物∏，，结构式分别为：
本发明提供的叶酸烷基化衍生物通过以下方法实现：
精密称取20mg硬脂酸(或硬脂胺)溶于5ml二甲基甲酰胺(DMF)中，在磁力搅拌(400r·min-1)下，加入20mg碳二亚胺(EDC)，反应1h后，加入30mg叶酸和0.5ml吡啶，室温下搅拌反应过夜。加水析出沉淀，蒸馏水透析除去未反应的游离叶酸后，冷冻干燥即得叶酸的硬脂胺衍生物或叶酸的硬脂酸衍生物。
本发明的另一个目的是提供叶酸烷基化衍生物在制备叶酸修饰的脂质纳米粒中应用。
本发明的再一个目的是提供叶酸烷基化衍生物在制备负载抗肿瘤药物的脂质纳米粒给药系统中的应用。也即在制备叶酸修饰的固体脂质和纳米结构脂质载体给药系统中的应用。
本发明所提供的叶酸烷基化衍生物可用于制备脂质纳米粒，从而达到脂质纳米粒的叶酸修饰目的，通过肿瘤细胞表面过度表达的叶酸受体介导途径，加速脂质纳米粒的细胞摄取，从而提高脂质纳米粒抗肿瘤给药系统的抗肿瘤疗效。
本发明的有益效果是：本发明通过叶酸与脂质材料，如脂肪酸或脂肪胺的化学嫁接，合成具有全新化学结构的叶酸烷基化衍生物，并通过该衍生物中的烷基链与类脂材料的亲和性，制备叶酸修饰固体脂质和纳米结构脂质载体给药系统，可应用于制备细胞水平的抗肿瘤治疗药物。
附图说明
图1：叶酸的硬脂酸衍生物的核磁共振图谱。
图2：FITC标记的含叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒荧光倒置显微镜照片。
图3：叶酸的硬脂胺衍生物的核磁共振图谱。
图4：FITC标记的含叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒荧光倒置显微镜照片。
具体实施方式
本发明结合附图和实施例作进一步的说明。
实施例1：叶酸的硬脂酸衍生物的合成及其应用
1)叶酸的硬脂酸衍生物的合成
精密称取硬脂酸20mg溶于5ml二甲基甲酰胺(DMF)中，在磁力搅拌(400r·min-1)下，加入20mg碳二亚胺(EDC)，反应1h后，加入30mg叶酸和0.5ml吡啶，室温下搅拌反应过夜。加水析出沉淀，蒸馏水透析除去未反应的游离叶酸后，冷冻干燥即得叶酸的硬脂酸衍生物。其核磁共振图谱参见图1。
2)含叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒的肺癌A549细胞转运
本发明采用含有异硫氰基荧光素(FITC)与硬脂胺化学嫁接物的叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒进行肺癌A549细胞的转运研究。含有异硫氰基荧光素与硬脂胺化学嫁接物标记的叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒通过以下方法制备：精密称取27mg脂质材料(油酸，叶酸的硬脂酸衍生物与单甘酯的比例为：1/1/8)和4.5mg异硫氰基荧光素与硬脂胺化学嫁接物，置于3mL无水乙醇中，水浴70℃溶解。以蒸馏水为分散相，置70℃水浴中。在400r·min-1机械搅拌条件下，将有机相注入30ml分散相中，搅拌5min，得到FITC标记叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒的分散液。所得到FITC标记叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒的分散液用3mol·L-1HCl溶液调节pH至1.2，以20000r·min-1离心10min，沉淀加0.1％泊洛沙姆(Poloxamer)(w/v)再分散后，用1mol·L-1NaOH溶液调节pH至7.0。所得分散液用于肺癌A549细胞转运研究。
取A549细胞，在含有约10％小牛血清的RPMI 1640培养液中培养(5％CO2，37℃孵箱)。当细胞达对数生长期时，即可进行接种。取对数生长期细胞，PBS润洗后，加入胰酶消化并用培养液稀释，按每孔1×105个细胞的密度接种于24孔培养板内，24孔培养板中的细胞贴壁生长后，分别加入FITC标记的脂质纳米粒或含叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒(终浓度为100μg·mL-1)，孵育1，2，4，12，24h后，用PBS冲洗细胞3次，荧光倒置显微镜观察并拍照。结果参见图2，其中A为FITC标记的脂质纳米粒，B为FITC标记含叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒。结果显示，含叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒的A549细胞摄取明显快于非叶酸修饰脂质纳米粒。
3)负载紫杉醇含叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒给药系统的制备
分别精密称取30mg脂质材料(油酸与单甘酯的比例为：1/9；或油酸/单甘酯/叶酸的硬脂酸衍生物的比例为1/8/1)和1.5mg紫杉醇，置于3mL无水乙醇中，水浴70℃溶解。以蒸馏水为分散相，置70℃水浴中。在400r·min-1机械搅拌条件下，将有机相注入30ml分散相中，搅拌5min，分别得到负载紫杉醇脂质纳米粒和负载紫杉醇含叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒的分散液。所得到纳米粒分散液用3mol·L-1HCl溶液调节pH至1.2，以20000r·min-1离心10min，沉淀加0.1％泊洛沙姆(Poloxamer)(w/v)再分散后，用1mol·L-1NaOH溶液调节pH至7.0。即得到负载紫杉醇脂质纳米粒和负载紫杉醇含叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒给药系统。
表1为所制备得到的负载紫杉醇脂质纳米粒和负载紫杉醇含叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒的粒径、表面电位和药物包封率等理化性质。
表1：负载紫杉醇单甘酯油酸脂质纳米粒的粒径、表面电位和药物包封率。
4)负载紫杉醇含叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒的抗肿瘤活性
以肺癌A549细胞为模型，负载紫杉醇含叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒给药系统的抗肿瘤疗效通过给药系统与细胞共孵育后的IC50值(细胞的半数致死率)来评价。细胞存活率试验采用四唑盐比色法(MTT Assay)测定。于24孔板预培养24h细胞贴壁生长后，分别加入不同浓度的空白脂质纳米粒的混悬液；不同浓度的紫杉醇溶液(溶剂为Cremophor∶无水乙醇1∶1(V/V))和不同浓度的负载紫杉醇脂质纳米粒和含叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒的混悬液，并设对照孔，每组重复3次；孵育48h后，每孔加入MTT溶液60μL孵育4h后弃去上清液，PBS溶液冲洗2次，每孔加入DMSO 500μL，终止反应。将培养板水平振荡10min，用酶联检测仪在570nm处测定吸收度，按(1)式计算细胞存活率：
细胞存活率(％)＝A570(样品)/A570(对照)×100％ (1)
其中A570(样品)为加入混悬液后的细胞的吸收度，A570(对照)为空白对照的细胞的吸收度。
所测定的空白脂质纳米粒、紫杉醇溶液和负载紫杉醇脂质纳米粒和含叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒的IC50值结果见表2
表2：空白脂质纳米粒、紫杉醇溶液和负载紫杉醇脂质纳米粒和含叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒的IC50值
结果表明单甘酯油酸脂质纳米粒和含叶酸的硬脂酸衍生物脂质纳米粒为低细胞毒性载体材料；紫杉醇经单甘酯油酸脂质纳米粒包封后高可提高5.88倍左右的疗效；脂质纳米粒经叶酸的硬脂酸衍生物修饰后，可进一步提高紫杉醇的药物疗效，与游离药物相比可提高86倍左右的疗效。
实施例2：叶酸的硬脂胺衍生物的合成及其应用
1)叶酸的硬脂胺衍生物的合成
精密称取硬脂胺20mg溶于5ml二甲基甲酰胺(DMF)中，在磁力搅拌(400r·min-1)下，加入20mg碳二亚胺(EDC)，反应1h后，加入30mg叶酸和0.5ml吡啶，室温下搅拌反应过夜。加水析出沉淀，蒸馏水透析除去未反应的游离叶酸后，冷冻干燥即得叶酸的硬脂胺衍生物。叶酸的硬脂胺衍生物的核磁共振图谱参见图3。
2)含叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒的肺癌A549细胞转运
本发明采用含有异硫氰基荧光素(FITC)与硬脂胺化学嫁接物的叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒进行肺癌A549细胞的转运研究。含有异硫氰基荧光素与硬脂胺化学嫁接物标记的叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒通过以下方法制备：精密称取27mg脂质材料(油酸，叶酸的硬脂胺衍生物与单甘酯的比例为：1/1/8)和4.5mg异硫氰基荧光素与硬脂胺化学嫁接物，置于3mL无水乙醇中，水浴70℃溶解。以蒸馏水为分散相，置70℃水浴中。在400r·min-1机械搅拌条件下，将有机相注入30ml分散相中，搅拌5min，得到FITC标记叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒的分散液。所得到FITC标记叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒的分散液用3mol·L-1HCl溶液调节pH至1.2，以20000r·min-1离心10min，沉淀加0.1％泊洛沙姆(Poloxamer)(w/v)再分散后，用1mol·L-1NaOH溶液调节pH至7.0。所得分散液用于肺癌A549细胞转运研究。
取A549细胞，在含有约10％小牛血清的RPMI 1640培养液中培养(5％CO2，37℃孵箱)。当细胞达对数生长期时，即可进行接种。取对数生长期细胞，PBS润洗后，加入胰酶消化并用培养液稀释，按每孔1×105个细胞的密度接种于24孔培养板内，24孔培养板中的细胞贴壁生长后，分别加入FITC标记的脂质纳米粒或含叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒(终浓度为100μg·mL-1)，孵育1，2，4，12，24h后，用PBS冲洗细胞3次，荧光倒置显微镜观察并拍照。结果参见图4。其中：A为FITC标记的脂质纳米粒，B为FITC标记含叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒。结果显示，含叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒的A549细胞摄取明显快于非叶酸修饰脂质纳米粒。
3)负载紫杉醇含叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒给药系统的制备
分别精密称取30mg脂质材料(油酸与单甘酯的比例为：1/9；或油酸/单甘酯/叶酸的硬脂胺衍生物的比例为1/8/1)和1.5mg紫杉醇，置于3mL无水乙醇中，水浴70℃溶解。以蒸馏水为分散相，置70℃水浴中。在400r·min-1机械搅拌条件下，将有机相注入30ml分散相中，搅拌5min，分别得到负载紫杉醇脂质纳米粒和负载紫杉醇含叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒的分散液。所得到纳米粒分散液用3mol·L-1HCl溶液调节pH至1.2，以20000r·min-1离心10min，沉淀加0.1％泊洛沙姆(Poloxamer)(w/v)再分散后，用1mol·L-1NaOH溶液调节pH至7.0。即得到负载紫杉醇脂质纳米粒和负载紫杉醇含叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒给药系统。
表3为所制备得到的负载紫杉醇脂质纳米粒和负载紫杉醇含叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒的粒径、表面电位和药物包封率等理化性质。
表3：负载紫杉醇单甘酯油酸脂质纳米粒的粒径、表面电位和药物包封率。
4)负载紫杉醇含叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒的抗肿瘤活性
以肺癌A549细胞为模型，负载紫杉醇含叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒给药系统的抗肿瘤疗效通过给药系统与细胞共孵育后的IC50值(细胞的半数致死率)来评价。细胞存活率试验采用四唑盐比色法(MTT Assay)测定。于24孔板预培养24h细胞贴壁生长后，分别加入不同浓度的空白脂质纳米粒的混悬液；不同浓度的紫杉醇溶液(溶剂为Cremophor∶无水乙醇1∶1(V/V))和不同浓度的负载紫杉醇脂质纳米粒和含叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒的混悬液，并设对照孔，每组重复3次；孵育48h后，每孔加入MTT溶液60μL孵育4h后弃去上清液，PBS溶液冲洗2次，每孔加入DMSO 500μL，终止反应。将培养板水平振荡10min，用酶联检测仪在570nm处测定吸收度，按(1)式计算细胞存活率：
细胞存活率(％)＝A570(样品)/A570(对照)×100％ (1)
其中A570(样品)为加入混悬液后的细胞的吸收度，A570(对照)为空白对照的细胞的吸收度。
所测定的空白脂质纳米粒、紫杉醇溶液和负载紫杉醇脂质纳米粒和含叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒的IC50值结果见表4
表4：空白脂质纳米粒、紫杉醇溶液和负载紫杉醇脂质纳米粒和含叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒的IC50值
结果表明单甘酯油酸脂质纳米粒和含叶酸的硬脂胺衍生物脂质纳米粒为低细胞毒性载体材料；紫杉醇经单甘酯油酸脂质纳米粒包封后高可提高5.88倍左右的疗效；脂质纳米粒经叶酸的硬脂胺衍生物修饰后，可进一步提高紫杉醇的药物疗效，与游离药物相比可提高57倍左右的疗效。
Claims (4)
1.一种叶酸烷基化衍生物，其特征是：具体为叶酸的硬脂酸衍生物I或叶酸的硬脂胺衍生物∏，具有以下结构式：
2.根据权利要求1所述的叶酸烷基化衍生物的制备方法，由叶酸的氨基与硬脂酸的羧基，或叶酸的羧基与硬脂胺的氨基的耦合反应合成得到，其特征是通过以下步骤实现：精密称取20mg硬脂酸或硬脂胺，溶于5ml二甲基甲酰胺中，在400r·min-1磁力搅拌下，加入20mg碳二亚胺，反应1小时后，加入30mg叶酸和0.5ml吡啶，室温下搅拌反应过夜，加水析出沉淀，蒸馏水透析除去未反应的游离叶酸后，冷冻干燥即得叶酸烷基化衍生物。
3.根据权利要求1所述的叶酸烷基化衍生物在制备叶酸修饰的脂质纳米粒中的应用。
4.根据权利要求1所述的叶酸烷基化衍生物在制备负载抗肿瘤药物的叶酸修饰的固体脂质和纳米结构脂质载体给药系统中的应用。
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