CN102408560A

CN102408560A - 一种环境响应型星形共聚物的制备方法

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Publication number: CN102408560A
Application number: CN2011103190894A
Authority: CN
Inventors: 李建波; 任杰; 屈阳
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: CN102408560B

Abstract

本发明属于高分子材料和生物医学工程领域，具体涉及一种环境响应型星形共聚物的制备方法。具体方法是：将亲水性的含二硫键的羧基封端聚乙二醇单甲醚和疏水性的聚氨基酸共同接枝到同一个核心中，形成一个两亲性四臂星形共聚物。本发明制备的四臂星形共聚物，同时具有两亲性和还原环境响应性。用其制备纳米胶束作为药物载体时，在肿瘤细胞内部的还原环境中，二硫键会断裂，胶束表面的亲水链脱落下来，胶束结构被破坏，药物被被选择性地释放进肿瘤细胞内部，从而有效提高药物利用率。

Description

一种环境响应型星形共聚物的制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料和生物医学工程领域，具体涉及一种环境响应型星形共聚物的制备方法。

背景技术

目前针对药物在体内代谢快，半衰期短，需频繁大量给药，且靶向性差的缺点，药物载体开始被广泛研究。药物与载体形成载药系统后，药物的吸收和分布受载体的理化性质的影响。根据临床要求选择适当的载体材料，不仅可以将药物输送到靶器官，而且对于药物载体性质和药理活性也起到有益的作用。

但是药物缓释对于肿瘤细胞的治疗仍然存在一些不足。例如，化疗药物一般需要进入肿瘤细胞内后才能产生疗效，而传统纳米载体的药物释放行为在细胞内外的差异没有明显区别，药物较多在细胞外就已经释放，导致药物的生物利用度较低，副作用较大。目前常见的刺激响应纳米胶束也不能区分细胞内和细胞外环境，因此研究能够进行细胞内药物传递的智能型载药纳米胶束具有重大意义。

细胞内药物传递的药物载体可通过设计在细胞内壳层可选择性脱落的智能型载药纳米胶束，壳层在细胞内的脱落将直接导致细胞内的药物释放速度远远大于细胞外的释放速度，因此可以极大提高药物的生物利用度，提高化学治疗效果，这是胶束类药物载体的发展前沿。

基于上述原因，还原敏感型的两亲性二硫键（S-S）桥连聚合物胶束备受关注。从结构上来看，这是一种两亲性的嵌段共聚物。在水中，它会自组装成胶束，其中胶束的核是疏水的，壳是亲水的。加入疏水性药物，由于相似相溶，疏水性药物会进入胶束的中心，被亲水性外壳包裹起来。由于肿瘤细胞中谷胱甘肽浓度比正常细胞高，提供还原环境，当含有S-S键的载药胶束进入肿瘤细胞时，对还原环境敏感的S-S键会断裂，胶束结构被破坏，亲水段和疏水段分开，药物被选择性地释放进肿瘤细胞内部，从而有效提高药物利用率。

目前用作制备还原环境响应性胶束载体的共聚物多采用生物相容性好的可降解聚合物作为亲水和疏水链段，再采用二硫键连接，从而形成两亲性的嵌段共聚物。例如，Sun等人制备了聚乙二醇（PEG）为亲水链，可降解的聚己内酯（PCL）为疏水链的线形两嵌段共聚物（PCL-S-S-PEG）（Biomaterials, 2009, 30, 6358-6366）；而Ren等人则制备了嵌段共聚物PCL-S-S-PEG的六臂星形共聚物（Soft Matter, 2011, 7, 2329-2331）。此外，Zhong等人制备了以生物大分子葡聚糖（Dextran）作为亲水链的两嵌段共聚物（Dextran-S-S-PCL）（Biomacromolecules, 2010, 11, 848-854）； Li等人则制备了以聚亮氨酸为疏水链段的两嵌段共聚物（PEG-S-S-Pleu）（Polymer, 2011, 52, 3580-3586）。这类共聚物制备的胶束均具有在细胞内部药物控释的功能。但目前的这类还原响应性共聚物均是将亲疏水链段通过二硫键连接的嵌段共聚物，本发明制备了一种新型的还原响应性共聚物，其亲水链和疏水链分别连接在同一个核心上，从而组成一个星形的两亲性共聚物，不同于以前制备的共聚物的嵌段结构。该共聚物同样具备对肿瘤细胞内部还原环境的响应性，并且由于星形聚合物较小的流体力学体积，用其制备的胶束在血液中具有更好的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环境响应型星形共聚物的制备方法。

本发明的目的是在同一个核心上同时连接上两条亲水链和两条疏水链，组成一个两亲性四臂星形共聚物，并使其具有良好的环境响应性。本发明采用了含双硫键的聚乙二醇单甲醚为亲水链，聚氨基酸为疏水链，制备了一系列具有还原响应性的两亲性四臂星形共聚物。

本发明提出的环境响应型星形共聚物的制备方法，具体步骤如下：

(1)取分子量为1000~10000含二硫键的羧基封端聚乙二醇单甲醚、2,2-二(溴甲基)-1,3-丙二醇、N,N'-二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶，按摩尔比为2：1：(2~20)：(0.2~2)的比例溶于溶剂A中, 常温反应12-48小时，过滤除去N,N'-二环乙基脲，滤液浓缩后用乙醚沉淀2~3次，过滤并真空干燥，得到含两个溴基团的两臂聚乙二醇；

(2)将步骤(1)得到的含两个溴基团的两臂聚乙二醇溶于N,N’-二甲基甲酰胺中，加入1~10倍当量的叠氮化钠，在40~130℃下反应3~24小时，冷却过滤；滤液减压蒸除N,N’-二甲基甲酰胺，用二氯甲烷溶解，过滤，滤液浓缩后在乙醚中沉淀，过滤并真空干燥，得含两个叠氮基团的两臂聚乙二醇；

(3)将步骤(2)得到的含两个叠氮基团的两臂聚乙二醇溶于无水乙醇-二氯甲烷组成的混合溶剂中，在室温3~6atm条件下加钯炭催化氢化15~36小时，过滤浓缩，并将滤液在乙醚中沉淀，过滤并真空干燥，得含两个伯胺基的两臂聚乙二醇；

(4)将步骤(3)得到的含两个伯胺基的两臂聚乙二醇和氨基酸-N-羧基环内酸酐，溶于四氢呋喃/N,N’-二甲基甲酰胺组成的混合溶剂中，氮气保护下在20~50℃反应20~48小时，浓缩四氢呋喃/N,N’-二甲基甲酰胺组成的混合溶剂，用截留分子量2000的透析袋在水中透析，冻干，得到含两条聚乙二醇链和两条聚氨基酸链的两亲性四臂星形共聚物，其分子量为3000~40000。

本发明中，步骤(1)中所述的含二硫键的羧基封端聚乙二醇单甲醚的结构式如下：

其中：m为20~200。

本发明中，步骤(1)中所述溶剂A为：二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、四氢呋喃、二氧六环、二甲基亚砜、N,N’-二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺等中任一种。

本发明中，步骤(4)中所述的氨基酸为：赖氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、蛋氨酸、酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸或丙氨酸等的均聚物或共聚物中任一种。

本发明中，四氢呋喃与N,N’-二甲基甲酰胺的体积比为6：1。

本发明中，制得的最终产物为两亲性四臂星形共聚物，该共聚物的结构为具有四条臂的星形结构，其中两条臂为亲水性的聚乙二醇链，另外两条臂为疏水性的聚氨基酸链；亲水性的聚乙二醇链由二硫键连接在星形共聚物的核心上，可在还原环境中分解并脱落，从而实现对还原环境的响应性；该共聚物的分子量为3000~40000。

本发明的优点在于：由二硫键（S-S）桥连的聚合物具有还原敏感性，用其制备的聚合物胶束载体，在肿瘤细胞内部的还原环境中，S-S键会断裂，胶束表面的亲水链段会脱落，胶束结构被破坏，药物被选择性地释放进肿瘤细胞内部，从而有效提高药物利用率。并且由于星形聚合物较小的流体力学体积，用其制备的胶束在血液中具有更好的稳定性。

附图说明

图1为实施例1制备的含两条聚乙二醇链和两条聚亮氨酸链的两亲性四臂星形共聚物的结构示意图。

图2为实施例1制备的含两条聚乙二醇链和两条聚亮氨酸链的两亲性四臂星形共聚物的¹H-NMR图谱。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例1

称取分子量为2000的含二硫键的羧基封端聚乙二醇单甲醚4.0g，2,2-二(溴甲基)-1,3-丙二醇0.26g，N,N'-二环己基碳二亚胺2.0g，4-二甲氨基吡啶0.1g，溶于二氯甲烷中, 常温反应20小时，过滤除去N,N'-二环乙基脲，滤液浓缩后用乙醚沉淀2次，过滤并真空干燥，得到含两个溴基团的两臂聚乙二醇；将该含两个溴基团的两臂聚乙二醇溶于N,N’-二甲基甲酰胺中，加入0.3g叠氮化钠，在50℃反应12小时，冷却过滤。滤液减压蒸除N,N’-二甲基甲酰胺，用二氯甲烷溶解，过滤，滤液浓缩后在乙醚中沉淀，过滤并真空干燥，得到含两个叠氮基团的两臂聚乙二醇；将该含两个叠氮基团的两臂聚乙二醇溶于无水乙醇-二氯甲烷(6∶1)混合溶剂中，加10％钯炭，室温5atm条件下用钯炭催化氢化20小时，过滤浓缩，并将滤液用乙醚沉淀，过滤并真空干燥，得含两个伯胺基的两臂聚乙二醇；取含两个伯胺基的两臂聚乙二醇，亮氨酸-N-羧基环内酸酐（Leu-NCA），溶于四氢呋喃/N,N’-二甲基甲酰胺组成的混合溶剂中，氮气保护下在30℃反应20小时，浓缩溶剂，用截留分子量2000的透析袋在水中透析，冻干，得到含两条聚乙二醇链和两条聚亮氨酸链的两亲性四臂星形共聚物，其分子量为7800。

实施例2

称取分子量为1000的含二硫键的羧基封端聚乙二醇单甲醚2.0g，2,2-二（溴甲基）-1,3-丙二醇0.26g，N,N'-二环己基碳二亚胺1.0g，4-二甲氨基吡啶0.1g，溶于四氢呋喃中, 常温反应20小时，过滤除去N,N'-二环乙基脲，滤液浓缩后用乙醚沉淀，过滤并真空干燥，得到含两个溴基团的两臂聚乙二醇；将该含两个溴基团的两臂聚乙二醇溶于N，N’-二甲基甲酰胺中，加入0.5g叠氮化钠，在80℃反应7小时，冷却过滤。滤液减压蒸除N，N’-二甲基甲酰胺，用二氯甲烷溶解，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀，过滤并真空干燥，得含两个叠氮基团的两臂聚乙二醇；将该含两个叠氮基团的两臂聚乙二醇溶于无水乙醇-二氯甲烷(6∶1)混合溶剂中，室温5atm条件下用钯炭催化氢化20小时，过滤浓缩，并将滤液在乙醚中沉淀，过滤并真空干燥，得含两个伯胺基的两臂聚乙二醇；取含两个伯胺基的两臂聚乙二醇，苯丙氨酸-N-羧基环内酸酐（Phe-NCA），溶于四氢呋喃/N,N’-二甲基甲酰胺组成的混合溶剂中，氮气保护下在40℃反应24小时，浓缩溶剂，用截留分子量2000的透析袋在水中透析，冻干，得到含两条聚乙二醇链和两条聚苯丙氨酸链的两亲性四臂星形共聚物，其分子量为5000。

实施例3

称取分子量为1900的含二硫键的羧基封端聚乙二醇单甲醚8.0g，2,2-二（溴甲基）-1,3-丙二醇0.5g，N,N'-二环己基碳二亚胺3.0g，4-二甲氨基吡啶0.1g，溶于三氯甲烷中, 常温反应32小时，过滤除去N,N'-二环乙基脲，滤液浓缩后用乙醚沉淀，过滤并真空干燥，得到含两个溴基团的两臂聚乙二醇；将该含两个溴基团的两臂聚乙二醇溶于N，N’-二甲基甲酰胺中，加入0.5g叠氮化钠，在50℃反应17小时，冷却过滤。滤液减压蒸除N，N’-二甲基甲酰胺，用二氯甲烷溶解，过滤，滤液浓缩后在乙醚中沉淀，过滤并真空干燥，得到含两个叠氮基团的两臂聚乙二醇；将该含两个叠氮基团的两臂聚乙二醇溶于无水乙醇-二氯甲烷(6∶1)混合溶剂中，室温5atm条件下用钯炭催化氢化30小时，过滤浓缩，并将滤液用乙醚沉淀，过滤并真空干燥，得含两个伯胺基的两臂聚乙二醇；取含两个伯胺基的两臂聚乙二醇，色氨酸-N-羧基环内酸酐（Trp-NCA），溶于四氢呋喃/N,N’-二甲基甲酰胺组成的混合溶剂中，氮气保护下在30℃反应36小时，浓缩溶剂，用截留分子量2000的透析袋在水中透析，冻干，得到含两条聚乙二醇链和两条聚色氨酸链的两亲性四臂星形共聚物，其分子量为7000。

实施例4

称取分子量为4000的含二硫键的羧基封端聚乙二醇单甲醚4.0g，2,2-二（溴甲基）-1,3-丙二醇0.26g，N,N'-二环己基碳二亚胺1.0g，4-二甲氨基吡啶0.1g，溶于N,N’-二甲基甲酰胺（DMF）中, 常温反应36小时，过滤除去N,N'-二环乙基脲，滤液浓缩后用乙醚沉淀3次，过滤并真空干燥，得到含两个溴基团的两臂聚乙二醇；将该含两个溴基团的两臂聚乙二醇溶于N,N’-二甲基甲酰胺中，加入1.0g叠氮化钠，在80℃反应10小时，冷却过滤。滤液减压蒸除N,N’-二甲基甲酰胺，用二氯甲烷溶解，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀，过滤并真空干燥，得含两个叠氮基团的两臂聚乙二醇；将该含两个叠氮基团的两臂聚乙二醇溶于无水乙醇-二氯甲烷(6∶1)混合溶剂中，室温6atm条件下用钯炭催化氢化15小时，过滤浓缩，并将滤液在乙醚中沉淀，过滤并真空干燥，得含两个伯胺基的两臂聚乙二醇；取含两个伯胺基的两臂聚乙二醇，亮氨酸-N-羧基环内酸酐（Leu-NCA），溶于四氢呋喃/N,N’-二甲基甲酰胺组成的混合溶剂中，氮气保护下在40℃反应24小时，浓缩溶剂，用截留分子量2000的透析袋在水中透析，冻干，得到含两条聚乙二醇链和两条聚亮氨酸链的两亲性四臂星形共聚物，其分子量为12,000。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种环境响应型星形共聚物的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

(4)取步骤(3)得到的含两个伯胺基的两臂聚乙二醇和氨基酸-N-羧基环内酸酐，溶于四氢呋喃/N,N’-二甲基甲酰胺组成的混合溶剂中，氮气保护下在20~50℃反应20~48小时，浓缩四氢呋喃/N,N’-二甲基甲酰胺组成的混合溶剂，用截留分子量2000的透析袋在水中透析，冻干，得到含两条聚乙二醇链和两条聚氨基酸链的两亲性四臂星形共聚物，其分子量为3000~40000。

2.根据权利要求1所述的一种环境响应型星形共聚物的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述含二硫键的羧基封端聚乙二醇单甲醚的结构式如下：

Figure 2011103190894100001DEST_PATH_IMAGE002

其中：m为20~200。

3.根据权利要求1所述的一种环境响应型星形共聚物的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述溶剂A为二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、四氢呋喃、二氧六环、二甲基亚砜、N,N’-二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中任一种。

4.根据权利要求1所述的一种环境响应型星形共聚物的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述氨基酸为赖氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、蛋氨酸、酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸或丙氨酸的均聚物或共聚物中任一种。

5.根据权利要求1所述的一种环境响应型星形共聚物的制备方法，其特征在于所制得的最终产物为两亲性四臂星形共聚物，该共聚物的结构为具有四条臂的星形结构，其中两条臂为亲水性的聚乙二醇链，另外两条臂为疏水性的聚氨基酸链；亲水性的聚乙二醇链由二硫键连接在星形共聚物的核心上，可在还原环境中分解并脱落，从而实现对还原环境的响应性；该共聚物的分子量为3000~40000。