CN102145173B

CN102145173B - 人血清白蛋白复合的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子及制备方法

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Publication number: CN102145173B
Application number: CN201110080696XA
Authority: CN
Inventors: 张其清; 陶晓军; 李学敏; 王建华
Original assignee: Institute of Biomedical Engineering of CAMS and PUMC
Current assignee: Institute of Biomedical Engineering of CAMS and PUMC
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2031-03-31
Also published as: CN102145173A

Abstract

本发明涉及人血清白蛋白复合的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子及其制备方法。它是以疏水基团胆甾醇，普鲁兰多糖，琥珀酸酐与人血清白蛋白为原料合成；具体合成工艺为：质量比为1-2.5∶2的胆甾醇与琥珀酸酐反应先合成琥珀酸酐胆甾醇，在催化剂存在下，琥珀酸酐胆甾醇再和普鲁兰多糖反应合成胆甾醇疏水改性普鲁兰多糖，琥珀酰胆甾醇(CHS)和普鲁兰多糖糖单元质量比为1～4∶20；疏水改性的普鲁兰多糖进一步自组装为纳米粒子溶液，然后将纳米粒子与人血清白蛋白在摇床孵化9h，即得人血清白蛋白复合的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子。本发明的人血清白蛋白与疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子复合后的纳米粒子形态为球型，能长效的维持载药纳米粒子的缓慢释放效应，稳定血药浓度。

Description

人血清白蛋白复合的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子及制备方法

技术领域：

本发明涉及一种可以用作药物载体的人血清白蛋白复合的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子及制备方法。具体说是将普鲁兰多糖通过疏水改性生成聚合物，其在水溶液中自组装成具有壳核结构的纳米球，进一步通过复合人血清白蛋白(Human Serum Albumin，HSA)获得复合的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子。

背景技术：

作为药物载体，基于天然高分子材料制备自聚集纳米粒子得到更加广泛的关注。多糖是自然界比较丰富的天然高分子聚合物，许多多糖还具有抗肿瘤及免疫调节活性，因此对多糖及其衍生物进行修饰形成两亲性接枝共聚物在医药和生物技术领域有着广泛的应用。普鲁兰多糖(pullulan)，中文译为短梗酶多糖，是出芽短梗霉发酵产生的胞外多糖。其基本结构为α-1，4糖苷键连接的麦芽三糖重复单元再以α-1，6糖苷键聚合而成直链右旋葡聚糖。它是无色、无味无臭的高分子物质，具有无毒、安全、耐热、耐盐、耐酸碱、粘度低、成膜性好等特点。

近年来，许多国家先后批准普鲁兰多糖用作食品添加剂或药用辅料。因此，对于它作为药物载体的研究的日益增多，其中化学改性普鲁兰多糖作为载体是研究热点之一。常用多糖疏水改性的小分子物质为，胆甾醇基、乙酰基、烃基。胆甾醇疏水改性的普鲁兰多糖在水溶液中能自装成纳米粒子，这种粒子是由胆甾醇疏水中心和多糖亲水的外壳构成，具有良好的生物相容性，可以作为药物载体，实现高载药量和药物的控缓释。

人血清白蛋白是循环系统中的主要球型蛋白，由三个结构相似的区域(I，II，和III)组成，它帮助外来物和内源物的运输，分配和代谢。疏水药物与人血清白蛋白的复合，能明显改善药物在血浆中水溶性，调节药物在细胞内外的转运，并且在药物分布和效用发挥重要作用。通过人血清白蛋白与纳米粒子的相互作用，HSA可以与纳米粒子及载药纳米粒子形成复合体，进而改善纳米粒子在血液中的稳定性，延长其向组织传递的时间，有利于药物的控释、缓释，提高药物的效用。

目前，对疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子的研究主要是将其作为药物载体，探讨其药物的释放及靶向性，而进一步通过人血清白蛋白与纳米粒子复合，制备人血清白蛋白复合的胆甾醇疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子，改进其药物的释放和药效性能，至今未见文献报道。本发明公开一种人血清白蛋白复合的疏水纳米粒子及其制备方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种人血清白蛋白复合的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子及其制备方法。本发明制备的人血清白蛋白复合的纳米粒子的粒径大于单纯的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子，提示有多个HSA分子与纳米粒子发生复合。Zeta电位分析表明HSA分子并不是简单吸附在纳米粒子的表面，而是嵌入纳米粒子的中心。这一过程是由于肽链伸展而实现蛋白逐步与纳米粒子的复合。蛋白复合后的载药的纳米粒子呈球型，粒径为180～300nm，蛋白复合疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子可以使药物释放变慢，改善药物的控缓释行为。

本发明提供的一种人血清白蛋白复合的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子是以疏水基团胆甾醇，普鲁兰多糖，琥珀酸酐与人血清白蛋白为原料合成；具体合成工艺为：

质量比为1-2.5∶2的胆甾醇与琥珀酸酐反应先合成琥珀酸酐胆甾醇(CHS)，在催化剂存在下，琥珀酸酐胆甾醇再和普鲁兰多糖反应合成胆甾醇疏水改性普鲁兰多糖(CHP)，琥珀酰胆甾醇(CHS)和普鲁兰多糖糖单元质量比为1～4∶20；疏水改性的普鲁兰多糖进一步自组装为纳米粒子溶液，然后将纳米粒子与人血清白蛋白在摇床孵化9h，即得人血清白蛋白复合的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子。

所述的催化剂为：1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)∶4-二甲基吡啶(DMAP)∶琥珀酰胆甾醇(CHS)，质量比为1.2/1/1。

所述的自组装是疏水改性的普鲁兰多糖用二甲基亚砜溶解，透析袋透析，超声，经微孔过滤定容。

所述的疏水基团胆甾醇也可用胆酸、脱氧胆酸、5β-去羟基胆酸、乙酰基、烃基，硬脂酸、十六酸、磺酰脲衍生物替换。

所述的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子的粒径为80～120nm；所述的普鲁兰多糖分子量为50000～200000。

所述的人血清白蛋白复合的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子的粒径为100～200nm`，Zeta电位-5～-10mV。

本发明所述的人血清白蛋白复合的胆甾醇改性普鲁兰多糖纳米粒子的制备方法包括的具体步骤为：

1)胆甾醇和琥珀酸酐溶解于无水吡啶中，温室反应48h后停止反应，反应液滴入PH＝1～2的冰盐酸溶液中，析出白色絮状沉淀。冷藏16h，抽滤，收集沉淀。沉淀用蒸馏水洗至PH＞5，于乙酸乙脂/乙醇中重结晶，80℃下干燥，得白色针状琥珀酰胆甾醇(CHS)。

2)室温下，琥珀酰胆甾醇(CHS)，4-二甲基吡啶(DMAP)与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)溶解于DMSO中，室温搅拌反应活化1h，加入普鲁兰的二甲基亚砜溶液，反应48h，将反应液加入无水乙醇中，析出白色沉淀，抽滤，用无水乙醇，四氢呋喃和乙醚分别洗涤产物，80℃下干燥，得接枝材料CHP。摩尔配比：EDC∶DMAP∶CHS＝1.2/1/1。

3)接枝材料CHP用DMSO溶解，溶液转入透析袋，放入蒸馏水中，每隔8h换水，透析48h，将DMSO透析干净，透析完毕，100W功率超声10s，用0.45μm微孔膜过滤，定容，即得CHP纳米溶液。透析袋的截留分子量为8～12kDa。

4)将CHP纳米粒子与人血清白蛋白混合，放入EP管，将其置入37℃、20rpm摇床9h，得到混合溶液即为HSA与CHP纳米粒子的复合物。纳米粒子中的CHP分子和蛋白的浓度都为1mg/mL。

本发明提供了一种人血清白蛋白复合的疏水改性普鲁兰多糖包载抗肿瘤药物纳米粒子，它是以人血清白蛋白复合的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子为载体，抗肿瘤药物与载体的质量比为1～2∶10。所述的包载抗肿瘤药物为：米托蒽醌、表阿霉素、阿霉素、全反式维甲酸、紫杉醇或甲氨蝶呤。

本发明提供的一种人血清白蛋白复合的疏水改性普鲁兰多糖包载抗肿瘤药物的纳米粒子的制备方法包括的步骤：

将疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子、抗肿瘤药物和三乙氨(TEA/MTO＝3，mmol/mmol)溶解于DMSO中，转入透析袋避光透析，每次加500ml蒸馏水，前3h每1h换水一次，后6h每2h换水1次，将DMSO溶液透析干净，即得载药疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子纳米溶液，然后加入HSA溶液，在37℃下水浴共孵9h，即得HSA复合的载药疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子。

所述的透析袋的截留分子量为8～12kDa。

所述的包载抗肿瘤药物的纳米粒子粒径为160～200nm。

本发明公开了一种人血清白蛋白复合的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子及其制备方法，首先通过对普鲁兰多糖进行疏水改性以得到一种两亲性的聚合物，以利于纳米粒子的制备及疏水药物的包载。普鲁兰多糖纳米粒子与HSA蛋白复合，复合后粒子的粒径大于单纯疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子，Zeta电位分析表明，蛋白与纳米粒子的复合不是简单的表面吸附，而是蛋白的部分区域嵌入了纳米粒子的中心。蛋白与纳米粒子复合过程中，荧光强度逐渐减弱，蛋白二级结构中的α-螺旋数下降，蛋白的肽链伸展。蛋白复合后的载药纳米粒子呈球型，粒径为180～300nm。蛋白与纳米粒子的复合改变了疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子的药物释放行为，蛋白与纳米粒子复合的载药纳米粒子明显减慢药物的释放。

本发明所述的人血清白蛋白复合的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子形态呈球型，粒径呈单峰分布。疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子能够包载双亲性和疏水性的抗肿瘤药物，对药物有缓慢释放的作用。载药纳米粒子进入血液后与人血清白蛋白的复合将更进一步延缓药物的释放，长效的稳定血药浓度。

附图说明：

图1普鲁兰多糖(a)和胆甾醇疏水改性的普鲁兰多糖(b)的¹H NMR图谱，以及普鲁兰多糖(A)和CHP聚合物(B)在2.5ppm附近的特征峰的图谱。

图2CHP_-6.03纳米粒的透射电镜图(a)及粒径分布图(b)。

图3HSA与CHP纳米粒子复合过程中的荧光强度的变化。

图4HSA与CHP纳米粒子复合过程中蛋白二级结构的变化。

图5HSA复合CHP纳米粒子的形态(a)及粒径(b)。

图6HSA复合载药CHP纳米粒子的形态(a)及粒径(b)。

图7HSA复合载药CHP纳米粒子的药物释放。

具体实施方式：

实施例1：胆甾醇疏水改性的普鲁兰多糖的合成以及取代度的计算

将胆甾醇改性2.5g(6.5mmol)和琥珀酸酐2.0g(20mmol)溶解于20mL无水吡啶中，室温反应48h后停止反应，反应液滴入PH＝1～2的冰盐酸溶液中，析出白色絮状沉淀。冷藏16h，抽滤，收集沉淀。沉淀用蒸馏水洗至PH＞5，于乙酸乙酯/乙醇中重结晶，80℃下干燥，得白色针状琥珀酰胆甾醇(CHS)纯品2.0g。

取普鲁兰多糖样品0.5g溶解于15ml除水的二甲基亚砜中，备用；取琥珀酰胆甾醇(CHS)，4-二甲基吡啶(DMAP/CHS＝1，mmol/m mol)，(EDC/CHS＝1.2，mmol/m mol)，溶解于10ml DMSO中，室温搅拌，反应活化1h，将活化反应液滴入普鲁兰多糖溶液中，反应48h，停止反应。将反应液滴入200ml无水乙醇中，析出白色沉淀，抽滤，用适量的乙醇，四氢呋喃和乙醚洗涤产物，80℃下干燥，备用。

取5～10mg普鲁兰多糖及合成的CHP聚合物，以DMSO-D₆为溶剂，采用VARINAINOVA 500MHz型核磁共振仪测定接枝产物的核磁共振图谱，如图1相对于普鲁兰多糖的核磁图谱，CHP的图谱上出现了波数在2.53ppm的亚甲基峰以及波数在0.4～2.4ppm出现胆甾醇基，表明胆甾醇基成功的接枝到了普鲁兰多糖分子的羟基上。根据亚甲基和α-1，6，α-1，4糖苷键的核磁共振图谱峰下面积通过公式求算聚合物的胆甾醇取代度为6.03％。

普鲁兰多糖和胆甾醇疏水改性的普鲁兰多糖聚合物氢核磁光谱(¹H-NMR)见图1(溶剂：氘代重水：D₂O)，与普鲁兰多糖相比，在62.53ppm出现亚甲基的质子信号峰，在0.4～2.4ppm处出现胆甾醇信号峰，表明胆甾醇基已经成功接枝到普鲁兰多糖的羟基上。

实施例2：胆甾醇疏水改性的普鲁兰多糖纳米粒子制备方法及其表征

取CHP聚合物各20mg，分别加入1mL DMSO溶剂溶解。溶液转入透析袋，放入3L蒸馏水，每隔8h换水，透析48h，将DMSO透析干净。透析完毕，定容，100W功率超声10s，用0.45μm微孔滤膜过滤。图2显示，动态光散射下CHP纳米粒子呈单峰分布粒径在100nm左右，铜网制样，2％磷乌酸染色，TEM观察纳米粒子的形态为球型。动态光散射测定纳米粒子的粒径及Zeta电势，CHP纳米粒子的Zeta电势约为-3mV。

实施例3：测定纳米粒子与蛋白复合的荧光强度的变化及蛋白二级结构的变化

将CHP纳米粒子与人血清白蛋白混合，设定HSA纳米粒子为空白对照组，二者蛋白浓度相同。荧光分光光度计测定二者的荧光光谱，设定激发波数为275nm，发射波数为287～345nm。混合溶液植入2ml EP管中，然后将混合溶液放入37℃，转速为20rpm的摇床中10h。样本每个2h取出一次，所有的样本按上述的方式记录荧光强度，取最大荧光强度，确定蛋白与纳米复合完全的时间。圆二色分光光度计测定这个作用时间样品的圆二色光谱，记录200～250nm内的样本的椭圆率，计算复合初的、复合5h、10h的α-螺旋数，与测定的人血清白蛋白的螺旋数作比较。结果表明，如图3，CHP纳米粒子与蛋白之间存在复合，复合过程中蛋白的荧光强度下降。如图4，HSA复合后α螺旋数下降，肽链伸展，复合后大约9h后，α-螺旋下降缓慢，提示纳米粒子与蛋白复合完全。实施例4：人血清白蛋白复合后的CHP纳米粒的制备方法及其表征

将2mg/ml CHP纳米溶液1ml和2mg/ml HSA溶液1ml混合，混合溶液放入2ml EP管中，然后置入37℃，转速为20rpm的摇床中9h，摇床中混合溶液避光。所得混合物即为纳米粒子与蛋白的复合物。动态光散射测定复合粒子的粒径，投射电镜下观测其形态。结果表明，与蛋白复合后的粒子为球型，粒径呈单峰分布，平均粒径为156.8nm，明显大于CHP纳米粒子。Zeta电位分析表明，蛋白与纳米粒子复合不是简单的表明吸附，而是蛋白的部分区域嵌入纳米粒子的疏水中心。

实施例5：人血清白蛋白复合载药CHP纳米粒子及其表征

将20mg CHP、2mg米托蒽醌和三乙胺(TEA/MTO＝3，mmol/mmol)溶于适量的DMSO中，待完全溶解后转入透析袋(截留分子量8～12KDa)，避光透析，每次加500ml蒸馏水，前3h小时1h换水1次，后6h每2h换水1次，将DMSO透析干净，即得到载药CHP纳米粒子溶液。在10ml容量瓶中定容制备的载药纳米粒子溶液。取1mg/mlCHP纳米粒溶液，与1mg/mlHSA溶液在37℃水浴共孵9h，即得HSA复合载药CHP纳米粒子，如图6，TME下粒子成均匀的球型，粒径为180～300nm。

实施例6：人血清白蛋白复合载药纳米粒子的药物释放

精确移取1.8ml载药纳米粒溶液，加入0.2ml DMSO，超声2min。在608nm处测定溶液吸光度，相同溶剂的纳米粒子作空白，将测定样品的吸光度代入标准曲线方程，求算米托蒽醌的浓度，并计算载药量及包封率。准确测定新制备的载药纳米粒溶液中药物的含量，精确量取2ml放入透析袋中(截留分子量8～12kDa)，将透析袋置入25ml不同蒸馏水中，在37℃，100rpm的条件下避光震荡，分别在0、0.5、1、2、4、8、12、24、48h将整个释放介质用新鲜介质置换，采用紫外-可见分光光度计测定药物释放量，并按公式计算释放的百分率。如图7，CHP纳米粒子载药后有很好的缓释作用，人血清白蛋白复合载药纳米粒子的药物释放相对载药的CHP纳米粒释放更加缓慢。

Claims

1.一种人血清白蛋白复合的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子的制备方法，其特征在于它的步骤包括：

1)胆甾醇和琥珀酸酐溶解于无水吡啶中，温室反应48h后停止反应，反应液滴入pH＝1～2的冰盐酸溶液中，析出白色絮状沉淀；冷藏16h，抽滤，收集沉淀，沉淀用蒸馏水洗至 pH＞5，于乙酸乙酯/乙醇中重结晶，80℃下干燥，得白色针状琥珀酰胆甾醇(CHS)；

2)室温下，琥珀酰胆甾醇(CHS)，4-二甲基氨基吡啶与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)溶解于DMSO中，室温搅拌反应活化1h，加入普鲁兰多糖的二甲基亚砜溶液，反应48h，将反应液加入无水乙醇中，析出白色沉淀，抽滤，用无水乙醇，四氢呋喃和乙醚分别洗涤产物，80℃下干燥，得接枝材料胆甾醇疏水改性的普鲁兰多糖；摩尔配比：EDC∶4-二甲基氨基吡啶∶CHS＝1.2/1/1；

3)将接枝材料胆甾醇疏水改性的普鲁兰多糖聚合物用DMSO溶解，溶液转入透析袋，放入蒸馏水中，每隔8h换水，透析48h，将DMSO透析干净，透析完毕，100W功率超声10s，用0.45μm微孔膜过滤，定容，得胆甾醇疏水改性的普鲁兰多糖纳米溶液；透析袋的截留分子量为8～12kDa；

4)将胆甾醇疏水改性的普鲁兰多糖纳米粒子与人血清白蛋白混合，放入EP管，将其置入37℃、20rpm摇床9h，得到混合溶液即为HSA复合后的胆甾醇疏水改性的普鲁兰多糖纳米粒子；

所述的琥珀酰胆甾醇(CHS)和普鲁兰多糖糖单元质量比为1～4∶20；

所述的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子的粒径为80～120nm；所述的普鲁兰多糖分子量为50000～200000 ；

所述的人血清白蛋白复合的疏水改性普鲁兰多糖纳米粒子的粒径为100～200nm，Zeta电位-5～-10mV。