CN101628919A - 喜树碱及其衍生物的自乳化药物前体及其应用 - Google Patents

喜树碱及其衍生物的自乳化药物前体及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种喜树碱及其衍生物的自乳化药物前体，其是由药物分子与亲水基团共价结合而成的；其中，所述的药物分子为喜树碱分子或喜树碱衍生物分子，该前体的携药量可高达50％以上。本发明还公开了该自乳化药物前体的应用，其在水中能形成纳米尺寸胶束或者囊泡，可以作为药物载体，用于负载其它抗癌药物如CPT衍生物、紫杉醇、姜黄素、甲氨蝶呤、伊立替康、丹酚酸、苦参碱、阿霉素等中的一种或多种，形成携带多种药物的纳米药物，实现了药物的协同治疗。

Description

喜树碱及其衍生物的自乳化药物前体及其应用
技术领域
本发明涉及生物医药技术领域，具体涉及一种喜树碱及其衍生物的自乳化药物前体及其应用。
技术背景
喜树碱(简称CPT)及其衍生物作用于拓扑异构酶，是一种潜在的抗癌药物。目前，托泊替康和盐酸伊立替康(7-乙基-10-哌啶子基羰氧基喜树碱，CPT-11)已经通过FDA批准，同时一些其它衍生物也进入了临床前试验和临床试验阶段(Hausheer Frederick H，Haridas Kochat.11，7-Substituted camptothecin derivatives and formulations of 11，7-substitutedcamptothecin derivatives and methods for uses thereof；US5633260)。但是，由于CPT及其衍生物在水中的溶解性差，而且其内酯环在血液中易水解，临床应用受到很大限制。
药物缓释技术是解决CPT及其衍生物水溶性差、在血液中易水解这些问题的方法之一。通过将CPT及其衍生物包埋在疏水的脂质双分子层或高分子微胶囊中，或将其20-羟基酯化，可以提高其内酯环的稳定性。申请号为200410022041.7的中国专利中公开了一种提高喜树碱或其衍生物的脂质体包封率的方法，申请号为200410024795.6的中国专利中公开了一种羟基喜树碱脂质体及其制备方法，均表明：制备具有高包埋率的喜树碱或其衍生物的脂质体，能使羟基喜树碱不发生在碱性条件下内酯的开环反应，从而降低羟基喜树碱的毒性，也能使抗癌活性成分结构稳定。
同时，药物缓释载体还能增加CPT及其衍生物的水溶性，延长其血液半衰期，并能通过肿瘤组织的EPR效应提高其在肿瘤部位的聚集，最终导致更高的药物疗效和更低的机体毒性。一些药物缓释载体已经进入了临床试验，如聚乙二醇喜树碱治疗局部晚期和转移性胃癌和胃食管交界处腺癌已进入临床二期(Scott LC，Yao JC，III ABB，et al.A phase-II study ofpegylated-camptothecin(pegamotecan)in the treatment of locally advancedand metastatic gastric and gastro-oesophageal junction adenocarcinoma；CancerChemother Pharmacol 2009；63：363-70)。
但是，现有的这些CPT及其衍生物药物传输体系的载药能力太低，在纳米载体或脂质体内，CPT及其衍生物的载药量不超过10％，而且载药体系不稳定，CPT及其衍生物在血液中的释放速度太快，导致非靶向药物释放，使得它们的药物效率低且生物毒性高。在聚合物-CPT及其衍生物的键合物中，只有当CPT及其衍生物量很少时才能保证药物的水溶性。例如，分子量为40千道尔顿(Kda)的PEG能携带CPT的量仅为0.86％(即一个CPT分子)或者1.76％(即两个CPT分子)(Greenwald RB，ChoeYH，McGuire J，Conover CD；Effective drug delivery by PEGylaed drugconjugates；Adv Drag Delivery Rev 2003；55(2)：217-50)。为了达到一定的CPT及其衍生物所需要的剂量，现有的CPT及其衍生物的药物传输体系需要使用大量的载体，但是，反复使用大剂量的载体给药会使系统毒性大大增加。因此，亟需一种载药量高且系统毒性小的药物传输体系。
发明内容
本发明提供了一种基于喜树碱及其衍生物的自乳化药物前体，以喜树碱及其衍生物作为疏水部分来合成自乳化药物前体，即一个或者多个喜树碱或其衍生物分子共价结合到一个或者多个亲水的基团或者聚合物短链上，形成含有亲水部分和疏水部分的类脂质体(即与脂质体的结构相似)或类表面活性剂(即与表面活性剂的结构相似)自乳化药物前体。
一种喜树碱及其衍生物的自乳化药物前体，是由喜树碱分子或喜树碱衍生物分子与亲水基团共价结合而成的。
所述的自乳化药物前体可以由一个喜树碱分子或喜树碱衍生物分子通过其20位的羟基与一个或者多个亲水基团共价结合而成；也可以由多个喜树碱分子或喜树碱衍生物分子通过其20位的羟基与一个或者多个亲水基团共价结合而成的。
具体地讲，喜树碱或者其衍生物通过其20位的羟基与羧酸或酸酐反应形成羧酸酯，或与取代磷酸反应形成磷酸酯，或者与引入水溶性的链段或聚合物短链段的亲水基团反应，来制备得到喜树碱及其衍生物的自乳化药物前体。
作为优选，所述的自乳化药物前体可以具有如下结构式：
Figure G2009101021432D00031
或者
Figure G2009101021432D00032
其中，R为亲水基团，可选用磷酸基、2-氨基乙基磷酸酯基、2(N，N，N-三甲基乙基磷酸酯基)、磷脂酰丝氨酸基、单糖残基、多糖残基、聚乙二醇链段、聚(甲基)丙烯酸链段、聚甲基丙烯酸β羟丙酯链段、聚乙烯醇链段等中的一种；为了使药物前体能形成稳定的自乳化纳米结构，一般优选聚合物短链段。上述亲水基团具有良好的生物相容性、无毒或低毒，适于引入到药物前体中。
R1为氢、羟基或羟基的衍生物，羟基的衍生物为本领域常用的羟基衍生物基团，如酯基、醚基等。
喜树碱或者其衍生物通过其20位的羟基与引入水溶性的链段或聚合物短链段的亲水基团反应时，所述的自乳化药物前体可以具有如下结构式：
Figure G2009101021432D00033
其中，R1为氢、羟基或羟基的衍生物；n＝3～30。
所述的自乳化药物前体也可以具有如下结构式：
Figure G2009101021432D00041
其中，R1为氢、羟基或羟基的衍生物；n＝2～20。
所述的自乳化药物前体还可以具有如下结构式：
Figure G2009101021432D00042
其中，R1为氢、羟基或羟基的衍生物。
所述的自乳化药物前体在水中能形成纳米尺寸胶束或者囊泡，利用本领域常用的透析等方法即可得到纳米尺寸胶束或者囊泡。
所述的纳米尺寸胶束或者囊泡可以作为药物载体，用于负载其它抗癌药物如CPT衍生物(7-乙基-10-羟基喜树碱，SN-38)、紫杉醇、姜黄素、甲氨蝶呤、伊立替康、丹酚酸、苦参碱、阿霉素(DOX)等中的一种或多种，形成携带多种药物的纳米药物。负载药物的方法可以是通过疏水相互作用，也可以是本领域常用的其他相互作用，如静电作用等。
本发明的自乳化药物前体选用本领域常规的化学合成方法合成即可。
本发明具有如下有益效果：
本发明通过在疏水药物中引入亲水基团或在亲水药物中引入疏水基团制备以药物分子为结构单元的自乳化药物前体，该药物前体具有双亲类脂质体或类表面活性剂结构，亲水部分和疏水部分之间通过特定条件下可断裂的化学键连接，从而可在特定条件下释放药物分子。例如，酯键可在细胞内溶酶体的酸性pH下水解，也可在细胞中被酯分解酶降解。
本发明的自乳化药物前体同时具有两种功能：一、自乳化药物前体自身可作为一种前体药物，一旦进入癌细胞，在细胞内酶的作用下导致CPT及其衍生物的快速释放，且载药量高(CPT的负载量一般可超过50％(重量百分比))、药物输送能力好、血液半衰期较长、生物相容性和生物可降解性较好、生物利用度高、毒性低，可以明显提高药物的药学作用。二、该自乳化药物前体能在水溶液中通过自乳化形成纳米尺寸的胶束或者囊泡(见图1)，这种纳米尺寸的胶束或者囊泡可通过肿瘤组织的超通透和蓄积作用(EPR effect)而有效地在肿瘤组织中积累，而使药物靶向肿瘤组织。三、该纳米胶束或者囊泡可以作为其他抗癌药物如CPT衍生物(7-乙基-10-羟基喜树碱，SN-38)、紫杉醇、姜黄素、甲氨蝶呤、伊立替康、丹酚酸、苦参碱、阿霉素等的载体，从而达到两种或两种以上抗癌药物协同治疗的目的。
本发明的自乳化药物前体的制备方法操作简单，采用本领域常规的合成方法即可。
附图说明
图1为本发明自乳化药物前体形成纳米胶束或囊泡的示意图；
图2为应用例1中制备的PEG-diCPT囊泡状纳米颗粒的动态光散射图；
图3为实施例1制备的自乳化CPT药物前体PEG-diCPT与小分子CPT对SKOV-3卵巢癌细胞的毒性效果图；
图4为实施例1制备的自乳化CPT药物前体PEG-diCPT与小分子CPT对MCF-7乳腺癌细胞的毒性效果图；
图5为没有经过治疗的SKOV-3卵巢癌细胞分布图；
图6为经浓度为0.5μg/ml实施例1制备的PEG-diCPT治疗的SKOV-3卵巢癌细胞凋亡的实验结果；
图7为经浓度为2μg/ml实施例1制备的PEG-diCPT治疗的SKOV-3卵巢癌细胞凋亡的实验结果；
图8为实施例1制备的PEG-diCPT负载抗癌药物DOX后对MCF乳腺癌细胞的毒性效果图；
图9为实施例1制备的PEG-diCPT对SKOV-3人卵巢癌细胞荷瘤裸鼠肿瘤的抑制作用效果图。
具体实施方式
实施例1 一个PEG连接两个CPT的自乳化药物前体(PEG-diCPT)的合成
(1)PEG-SH的合成
将4.54g(10mmol)聚(乙二醇)甲醚丙烯酸酯(PEGMEA)溶解于20mL干燥的二氯甲烷中，加入1.92g(2mmol)质量百分浓度为98％的1，2-巯基乙醇，以0.1mL(0.72mmol)三乙胺作为催化剂，室温下搅拌反应24h。反应结束后将反应物用水透析除去小分子和有机溶剂，水相用二氯甲烷洗涤，有机相用无水硫酸钠干燥后真空干燥，得到4.61g产物PEG-SH，产率为83.64％。PEG-SH的结构式如下：
Figure G2009101021432D00061
其中，n＝3～30。
(2)末端带二酸的PEG的合成
将2.2g(4mmol)PEG-SH和0.52g(4.5mmol)富马酸溶于5mL干燥的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，以0.01mL(0.36mmol)三乙胺作为催化剂，70℃反应12h后，将反应物透析除去未反应的富马酸、三乙胺和DMF，经真空干燥得到2.1g末端带二酸的PEG，产率为77％。末端带二酸的PEG的结构式如下：
Figure G2009101021432D00062
其中，n＝3～30。
(3)末端带二酰氯的PEG的合成
取1.32g(2mmol)末端带二酸的PEG溶于5mL干燥的二氯甲烷中，加入0.47g(4mmol)亚硫酰二氯和一滴DMF作为催化剂，室温下反应过夜，真空除去溶剂和亚硫酰二氯，得到1.27g末端带二酰氯的PEG，产率91％。末端带二酰氯的PEG的结构式如下：
Figure G2009101021432D00071
其中，n＝3～30。
(4)PEG-diCPT的合成
将87mg(0.25mmol)CPT悬浮于5mL干燥的氯仿并冷却到0℃。将70mg(0.1mmol)末端带二酰氯的PEG和16mg(0.2mmol)吡啶溶于2mL干燥的氯仿中并逐滴加入到含CPT的氯仿溶液中，混合溶液于室温下搅拌反应24h。将反应物过滤除去未反应的CPT，再用无水乙醚沉淀，经真空干燥得到产物PEG-diCPT 98mg，产率71％，该类脂质体自乳化药物前体PEG-diCPT中CPT的携带量为50％(重量百分比)。PEG-diCPT的结构式如下：
其中，n＝3～30。
实施例2 基于聚丙烯酸短链的自乳化药物前体的合成
(1)取1g(2.87mmol)CPT和0.34g(3.44mmol)丁二酸酐溶于5mLDMSO中，加热至60℃，反应6小时，反应结束后，将反应溶液倒入50mL丙酮中沉淀，通过过滤收集固体产物，干燥后得到1.09g产物I，产率为85％。产物I的结构式如下：
(2)将0.5g(1.11mmol)上述产物I和0.154g(1.34mmol)N-羟基琥珀酰亚胺溶于在DMSO中，加入0.276g(1.34mmol)N，N’-二环己基碳二亚胺(DCC)和0.163g(1.34mmol)4-二甲氨基必定(DMAP，反应过夜，过滤除去副产物。滤液在乙醚中沉淀，得到0.56g产物II，产率为89％。产物II的结构式如下：
Figure G2009101021432D00082
(3)将0.5g(0.89mmol)上述产物II和与氨基封端的聚丙烯酸0.5g(0.89mmol)在DMSO中室温下反应3小时，然后将反应液倒入丙酮中沉淀，得到0.9g基于聚丙烯酸短链的自乳化药物前体(即产物III)，产率为90％。产物III的结构式如下：
Figure G2009101021432D00083
其中，n＝2～20。
上述反应的合成路线如下所示：
其中，n＝2～20。
实施例3 葡萄糖CPT自乳化药物前体的合成。
(1)取1g(5.12mmol)葡萄酸和3.7g(61.6mmol)乙二胺溶于10mL水中，加入0.99g(5.12mmol)1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)-碳二亚胺(EDC)催化反应12小时，反应结束后，将反应溶液倒入100mL丙酮中沉淀，通过过滤收集固体产物，干燥后，得到1.11g产物IV，产率为85％。
(2)将0.3g(1.17mmol)上述产物IV、0.66g(1.17mmol)实施例2第二步中的产物II与10ml DMSO混合，反应3h，反应结束后将反应液倒入丙酮中沉淀，过滤收集固体产物V。
Figure G2009101021432D00101
应用例1 PEG-diCPT囊泡状纳米颗粒的制备
将5mg实施例1制备的PEG-diCPT溶解于1mL二甲基亚砜(DMSO)，并在室温下搅拌1h制成溶液，在搅拌状态下将上述溶液逐滴加入到5mL pH7.4的PBS缓冲液或水中，透析除去DMSO，得到PEG-diCPT囊泡状纳米颗粒。
应用例2 PEG-diCPT脂质体载药体系的制备
将0.5mg DOX和2.5mg实施例1制备的PEG-diCPT溶于1mL DMSO中，并于黑暗条件下搅拌2h制成溶液，再将该溶液逐滴加入到5mL去离子水中，黑暗条件下搅拌过夜，用去离子水透析除去DMSO和过量的DOX，即制得PEG-diCPT脂质体载药体系。
以实施例1制备的自乳化药物前体PEG-diCPT为例进行检测，检测方法均采用本领域的常规方法。
自乳化CPT药物前体PEG-diCPT在水中形成平均尺寸为132nm的纳米颗粒，其动态光散射图如图2所示。
将自乳化CPT药物前体PEG-diCPT与小分子CPT进行体外抗肿瘤效果的对比实验，其体外抗肿瘤效果分别如图3和图4所示。从图3和图4中可以看出，PEG-diCPT与CPT具有相同的细胞毒性，PEG-diCPT对SKOV-3卵巢癌细胞的半致死量为0.1微克/毫升，对MCF-7乳腺癌细胞的半致死量为0.8微克/毫升，这一结果表明，自乳化CPT前体药物PEG-diCPT可以用来做为抗癌药物。
考察不同剂量的自乳化CPT前体药物PEG-diCPT引起SKOV-3卵巢癌细胞凋亡的情况，并采用未经过任何治疗的SKOV-3卵巢癌细胞作为对照组，实验结果如图5、图6和图7所示。经过72h的治疗，SKOV-3卵巢癌细胞细胞核的形状发现明显的变化，如图6和图7所示；另外，与未使用药物治疗的对照组相比(图5)，经PEG-diCPT治疗后的SKOV-3卵巢癌细胞的数量大大减少，表明自乳化CPT前体药物PEG-diCPT能引起癌细胞的明显凋亡。
负载抗癌药物DOX的自乳化CPT药物前体PEG-diCPT对MCF乳腺癌细胞的细胞毒性实验结果(如图8所示)表明：负载抗癌药物DOX的自乳化CPT药物前体PEG-diCPT对MCF乳腺癌细胞，具有比单纯的CPT和DOX更高的细胞毒性。
考察自乳化CPT药物前体PEG-diCPT对SKOV-3人卵巢癌细胞荷瘤裸鼠肿瘤的抑制作用，BALB/c-nu/nu裸鼠腹腔移植肿瘤细胞4星期后尾静脉注射0.1mL含PEG-diCPT的磷酸盐缓冲溶液(PBS)，其等同CPT-剂量为1mg/mL溶液，并用尾静脉注射0.1mL磷酸盐缓冲溶液的BALB/c-nu/nu裸鼠作为对照；48小时后处死裸鼠，分离所有的肿瘤后得到每只裸鼠的平均肿瘤的总湿重，实验结果如图9所示。

Claims (10)

1、一种喜树碱及其衍生物的自乳化药物前体，是由喜树碱分子或喜树碱衍生物分子与亲水基团共价结合而成的。
2、如权利要求1所述的自乳化药物前体，其特征在于：所述的自乳化药物前体是由一个喜树碱分子或喜树碱衍生物分子通过其20位的羟基与一个或多个亲水基团共价结合而成的。
3、如权利要求1所述的自乳化药物前体，其特征在于：所述的自乳化药物前体是由多个喜树碱分子或喜树碱衍生物分子通过其20位的羟基与一个或者多个亲水基团共价结合而成的。
4、如权利要求1所述的自乳化药物前体，其特征在于：具有如下结构式：
Figure A2009101021430002C1
其中，R为亲水基团；R1为氢、羟基或羟基的衍生物。
5、如权利要求2所述的自乳化药物前体，其特征在于：所述的R为磷酸基、2-氨基乙基磷酸酯基、2(N，N，N-三甲基乙基磷酸酯基)、磷脂酰丝氨酸基、单糖残基、多糖残基、聚乙二醇链段、聚丙烯酸链段、聚甲基丙烯酸链段、聚甲基丙烯酸β羟丙酯链段或聚乙烯醇链段。
6、如权利要求1所述的自乳化药物前体，其特征在于：具有如下结构式：
Figure A2009101021430003C1
其中，R1为氢、羟基或羟基的衍生物；n＝3～30。
7、如权利要求1所述的自乳化药物前体，其特征在于：具有如下结构式：
Figure A2009101021430003C2
其中，R1为氢、羟基或羟基的衍生物；n＝2～20。
8、如权利要求1所述的自乳化药物前体，其特征在于：具有如下结构式：
Figure A2009101021430003C3
其中，R1为氢、羟基或羟基的衍生物。
9、一种用如权利要求1～8任一所述的自乳化药物前体制备的纳米尺寸胶束或者囊泡。
10、如权利要求9所述的纳米尺寸胶束或者囊泡在作为药物载体中的应用。
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