CN102516536A - 一种以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物,所述的衍生物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:1-20,所述的衍生物的制备原料中聚乙烯亚胺的分子量范围为600-70000,所述的衍生物的制备原料中壳聚糖的分子量范围为1000-50000。本发明还提供这种衍生物的制备方法和应用。本发明优点在于:利用壳聚糖的优势,通过化学交联的方法连接低PEI,在保证一定转染效率的前提下,大大降低了高分子PEI所带来的细胞毒性;壳聚糖引入亲水性的表面可阻止粒子在血液循环的流体环境中聚集,增加稳定性,与低分子量PEI连接后与DNA形成的复合物尺寸可达纳米级,因此适宜基因药物在体内的传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种基因载体材料,具体地说,是一种以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物及其制备方法和应用。
背景技术
基因治疗是近年来建立在基因工程技术和分子遗传学原理基础上的新型治疗方法,基因治疗有三个重要环节,即目的基因、转基因载体和靶细胞。基因导入系统是基因治疗的核心技术。现阶段面临的最大难题在于尚未找到理想的基因载体。目前应用的载体包括病毒载体和非病毒载体两大类。病毒载体转染效率较高但存在运载能力低、有潜在安全威胁等问题,因此,非病毒载体近年来发展迅速,尤其是阳离子聚合物。
聚乙烯亚胺(polyethylenimine,PEI)是近年来研究最为广泛的阳离子多聚物非病毒基因载体,富含阳离子,具有强大的缓冲能力,有较强结合DNA和黏附细胞的能力。然而,小分子PEI虽细胞毒性低,但在生理的离子浓度下与DNA易发生解离,造成转染效果差;分子量在20kd以上的PEI虽具有较理想转染效率,但由于PEI的表面富含阳性电荷以及体内不可降解性,致使高分子量PEI表现出较强的细胞毒性。因此,如何将PEI改造成转染效率高、细胞毒性低的基因载体材料是解决PEI应用难题的突破口。
中国专利文献CN100462135C公开了聚乙烯亚胺衍生物纳米中空微球及其制备方法。中国专利文献CN100536924C公开了一种用聚乙烯亚胺修饰壳聚糖制备基因给药载体的方法,是以壳聚糖为骨架,用孵育法同DNA结合得到壳聚糖纳米粒溶液,配制不同N/P的壳聚糖溶液,将PEI溶液缓慢滴加到壳聚糖溶液,孵育后制得。但是关于一种以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物及其制备方法和应用目前还未见报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足,提供一种以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物。
本发明的再一的目的是,提供一种以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物的制备方法。
本发明的另一的目的是,提供一种以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物的应用。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案是:一种以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物,所述的衍生物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:1-20,所述的衍生物的制备原料中聚乙烯亚胺的分子量范围为600-70000,所述的衍生物的制备原料中壳聚糖的分子量范围为1000-50000。
所述的衍生物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:1-10,所述的衍生物的制备原料中聚乙烯亚胺的分子量范围为600-30000,所述的衍生物的制备原料中壳聚糖的分子量范围为1000-30000。
所述的衍生物是由以下制备方法制备得到:
a、两亲性壳聚糖的制备:壳聚糖和正辛醛或正癸醛或月桂醛,加入到甲醇中,搅拌后分批加入KBH4,搅拌过夜,滤过,用水和热甲醇反复洗涤滤饼,真空干燥;取上述产物置于三颈瓶中,依次加入N-甲基吡咯烷酮、KI、15%NaOH水溶液和CH3I,充分搅拌下升温至60℃反应1 h,冷却至室温,离心,收集下层固体溶于蒸馏水中,透析5d,滤去不溶物后将滤液冷冻干燥,得两亲性壳聚糖;
b、以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物的制备:称取除水后的两亲性壳聚糖,按摩尔比1:1-20加入三光气 ,溶于无水甲苯和无水二氯甲烷的混合溶液中,室温下磁力搅拌反应过夜;真空旋蒸除去溶剂,再用无水甲苯和无水二氯甲烷混合液溶解,然后加入与三光气等摩尔量的N-羟基琥珀酰亚胺,磁力搅拌下,将无水三乙胺逐滴加入反应液中,继续搅拌反应;待反应完全后,将反应液过滤并再次真空旋蒸除去溶剂,所得残渣溶解于乙酸乙酯中,高速离心后取上清液,旋转蒸发,挥去乙酸乙酯,即得活化的两亲性壳聚糖;取与三光气等摩尔量的PEI除水后溶于无水乙醇中,双活化后的两亲性壳聚糖溶于无水二氯甲烷中,同时将上述两液缓慢的滴入无水二氯甲烷底液中,氮气饱和后室温磁力搅拌过夜,高速离心后取上清,旋转蒸发,用水溶解后透析2d,冻干,即得所述的以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物。
为实现上述第二个目的,本发明采取的技术方案是:一种以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物的制备方法,所述的衍生物的制备方法包括以下步骤:
a、两亲性壳聚糖的制备:壳聚糖和正辛醛或正癸醛或月桂醛,加入到甲醇中,搅拌后分批加入KBH4,搅拌过夜,滤过,用水和热甲醇反复洗涤滤饼,真空干燥;取上述产物置于三颈瓶中,依次加入N-甲基吡咯烷酮、KI、15%NaOH水溶液和CH3I,充分搅拌下升温至60℃反应1 h,冷却至室温,离心,收集下层固体溶于蒸馏水中,透析5d,滤去不溶物后将滤液冷冻干燥,得两亲性壳聚糖;
b、以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物的制备:称取除水后的两亲性壳聚糖,按摩尔比1:1-20加入三光气 ,溶于无水甲苯和无水二氯甲烷的混合溶液中,室温下磁力搅拌反应过夜;真空旋蒸除去溶剂,再用无水甲苯和无水二氯甲烷混合液溶解,然后加入与三光气等摩尔量的N-羟基琥珀酰亚胺,磁力搅拌下,将无水三乙胺逐滴加入反应液中,继续搅拌反应;待反应完全后,将反应液过滤并再次真空旋蒸除去溶剂,所得残渣溶解于乙酸乙酯中,高速离心后取上清液,旋转蒸发,挥去乙酸乙酯,即得活化的两亲性壳聚糖;取与三光气等摩尔量的PEI除水后溶于无水乙醇中,双活化后的两亲性壳聚糖溶于无水二氯甲烷中,同时将上述两液缓慢的滴入无水二氯甲烷底液中,氮气饱和后室温磁力搅拌过夜,高速离心后取上清,旋转蒸发,用水溶解后透析2d,冻干,即得所述的以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物。
所述的衍生物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:1-20,所述的衍生物的制备原料中聚乙烯亚胺的分子量范围为600-70000,所述的衍生物的制备原料中壳聚糖的分子量范围为1000-50000。
所述的衍生物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:1-10,所述的衍生物的制备原料中聚乙烯亚胺的分子量范围为600-30000,所述的衍生物的制备原料中壳聚糖的分子量范围为1000-30000。
为实现上述第三个目的,本发明采取的技术方案是:所述的衍生物在制备基因载体材料中的应用。
本发明优点在于:
1、本发明利用壳聚糖具有一定基因转染效率,同时生物相容性高、毒性低,可生物降解的优势,通过化学交联的方法连接PEI,在保证一定转染效率的前提下,大大降低高分子PEI所带来的细胞毒性;
2、壳聚糖引入亲水性的表面可阻止粒子在血液循环的流体环境中聚集,增加稳定性,与低分子量PEI连接后与DNA形成的复合物尺寸可达纳米级,因此适宜基因药物在体内的传输。
附图说明
附图1是以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物细胞毒性。
附图2是以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物转染效率。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
实施例1 以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物制备
壳聚糖6g和正辛醛17.0ml加入到125 mL甲醇中,30℃搅拌12h后,分批加入KBH4 3g,搅拌过夜,滤过,用水和热甲醇反复洗涤滤饼,50℃真空干燥。取上述产物2 g,置于三颈瓶中,依次加入30mL N-甲基吡咯烷酮、5g KI,10ml 15% NaOH水溶液和10.4ml CH3I,充分搅拌下升温至60℃反应1 h,冷却至室温,离心30 min(1000 r/min),收集下层固体溶于蒸馏水中,透析5d,滤去不溶物后将滤液冷冻干燥,得淡黄色两亲性壳聚糖。
称取0.1mmol除水后的两亲性壳聚糖,加入1mmol三光气,溶于无水甲苯和无水二氯甲烷的混合溶液中(40ml,3:1),室温下磁力搅拌反应过夜。真空旋蒸除去溶剂,再用30ml无水甲苯和无水二氯甲烷溶解(2:1),然后加入1mmol N-羟基琥珀酰亚胺,磁力搅拌下,将无水三乙胺(0.2ml溶于4ml无水二氯甲烷)逐滴加入反应液中,继续搅拌反应约 4h。待反应完全后,将反应液过滤并再次真空旋蒸除去溶剂,所得残渣溶解于50ml乙酸乙酯中,高速离心后取上清液,旋转蒸发,挥去乙酸乙酯,冷却固化反应物,即得活化的两亲性壳聚糖。1mmol PEI 2000除水后溶于20 ml 无水乙醇中,上述活化的两亲性壳聚糖溶于20 ml 无水二氯甲烷中,同时将上述两液缓慢的滴入10ml无水二氯甲烷底液中,氮气饱和后室温磁力搅拌过夜,高速离心后取上清,旋转蒸发,用水溶解后透析2d,冻干,即得本发明的目标产物。目标产物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:10。
实施例2 以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物制备
壳聚糖6g和正癸醛17.0ml加入到125 mL甲醇中,30℃搅拌12h后,分批加入KBH4 3g,搅拌过夜,滤过,用水和热甲醇反复洗涤滤饼,50℃真空干燥。取上述产物2 g,置于三颈瓶中,依次加入30mL N-甲基吡咯烷酮、5g KI,10ml 15% NaOH水溶液和10.4ml CH3I,充分搅拌下升温至60℃反应1 h,冷却至室温,离心30 min(1000 r/min),收集下层固体溶于蒸馏水中,透析5d,滤去不溶物后将滤液冷冻干燥,得淡黄色两亲性壳聚糖。
称取0.1mmol除水后的两亲性壳聚糖,加入0.1mmol三光气,溶于无水甲苯和无水二氯甲烷的混合溶液中(40ml,3:1),室温下磁力搅拌反应过夜。真空旋蒸除去溶剂,再用30ml无水甲苯和无水二氯甲烷溶解(2:1),然后加入0.1mmol N-羟基琥珀酰亚胺,磁力搅拌下,将无水三乙胺(0.2ml溶于4ml无水二氯甲烷)逐滴加入反应液中,继续搅拌反应约 4h。待反应完全后,将反应液过滤并再次真空旋蒸除去溶剂,所得残渣溶解于50ml乙酸乙酯中,高速离心后取上清液,旋转蒸发,挥去乙酸乙酯,冷却固化反应物,即得活化的两亲性壳聚糖。0.1mmol PEI 2000除水后溶于20 ml 无水乙醇中,上述活化的两亲性壳聚糖溶于20 ml 无水二氯甲烷中,同时将上述两液缓慢的滴入10ml无水二氯甲烷底液中,氮气饱和后室温磁力搅拌过夜,高速离心后取上清,旋转蒸发,用水溶解后透析2d,冻干,即得本发明的目标产物。目标产物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:1。
实施例3 以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物制备
壳聚糖6g和月桂醛17.0ml加入到125 mL甲醇中,30℃搅拌12h后,分批加入KBH4 3g,搅拌过夜,滤过,用水和热甲醇反复洗涤滤饼,50℃真空干燥。取上述产物2 g,置于三颈瓶中,依次加入30mL N-甲基吡咯烷酮、5g KI,10ml 15% NaOH水溶液和10.4ml CH3I,充分搅拌下升温至60℃反应1 h,冷却至室温,离心30 min(1000 r/min),收集下层固体溶于蒸馏水中,透析5d,滤去不溶物后将滤液冷冻干燥,得淡黄色两亲性壳聚糖。
称取0.1mmol除水后的两亲性壳聚糖,加入0.5mmol三光气,溶于无水甲苯和无水二氯甲烷的混合溶液中(40ml,3:1),室温下磁力搅拌反应过夜。真空旋蒸除去溶剂,再用30ml无水甲苯和无水二氯甲烷溶解(2:1),然后加入0.5mmol N-羟基琥珀酰亚胺,磁力搅拌下,将无水三乙胺(0.2ml溶于4ml无水二氯甲烷)逐滴加入反应液中,继续搅拌反应约 4h。待反应完全后,将反应液过滤并再次真空旋蒸除去溶剂,所得残渣溶解于50ml乙酸乙酯中,高速离心后取上清液,旋转蒸发,挥去乙酸乙酯,冷却固化反应物,即得活化的两亲性壳聚糖。0.5mmol PEI 2000除水后溶于20 ml 无水乙醇中,上述活化的两亲性壳聚糖溶于20 ml 无水二氯甲烷中,同时将上述两液缓慢的滴入10ml无水二氯甲烷底液中,氮气饱和后室温磁力搅拌过夜,高速离心后取上清,旋转蒸发,用水溶解后透析2d,冻干,即得本发明的目标产物。目标产物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:5。
实施例4 以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物制备
壳聚糖6g和正辛醛17.0ml加入到125 mL甲醇中,30℃搅拌12h后,分批加入KBH4 3g,搅拌过夜,滤过,用水和热甲醇反复洗涤滤饼,50℃真空干燥。取上述产物2 g,置于三颈瓶中,依次加入30mL N-甲基吡咯烷酮、5g KI,10ml 15% NaOH水溶液和10.4ml CH3I,充分搅拌下升温至60℃反应1 h,冷却至室温,离心30 min(1000 r/min),收集下层固体溶于蒸馏水中,透析5d,滤去不溶物后将滤液冷冻干燥,得淡黄色两亲性壳聚糖。
称取0.1mmol除水后的两亲性壳聚糖,加入1.5mmol三光气,溶于无水甲苯和无水二氯甲烷的混合溶液中(40ml,3:1),室温下磁力搅拌反应过夜。真空旋蒸除去溶剂,再用30ml无水甲苯和无水二氯甲烷溶解(2:1),然后加入1.5mmol N-羟基琥珀酰亚胺,磁力搅拌下,将无水三乙胺(0.2ml溶于4ml无水二氯甲烷)逐滴加入反应液中,继续搅拌反应约 4h。待反应完全后,将反应液过滤并再次真空旋蒸除去溶剂,所得残渣溶解于50ml乙酸乙酯中,高速离心后取上清液,旋转蒸发,挥去乙酸乙酯,冷却固化反应物,即得活化的两亲性壳聚糖。1.5mmol PEI 2000除水后溶于20 ml 无水乙醇中,上述活化的两亲性壳聚糖溶于20 ml 无水二氯甲烷中,同时将上述两液缓慢的滴入10ml无水二氯甲烷底液中,氮气饱和后室温磁力搅拌过夜,高速离心后取上清,旋转蒸发,用水溶解后透析2d,冻干,即得本发明的目标产物。目标产物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:15。
实施例5 以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物制备
壳聚糖6g和正辛醛17.0ml加入到125 mL甲醇中,30℃搅拌12h后,分批加入KBH4 3g,搅拌过夜,滤过,用水和热甲醇反复洗涤滤饼,50℃真空干燥。取上述产物2 g,置于三颈瓶中,依次加入30mL N-甲基吡咯烷酮、5g KI,10ml 15% NaOH水溶液和10.4ml CH3I,充分搅拌下升温至60℃反应1 h,冷却至室温,离心30 min(1000 r/min),收集下层固体溶于蒸馏水中,透析5d,滤去不溶物后将滤液冷冻干燥,得淡黄色两亲性壳聚糖。
称取0.1mmol除水后的两亲性壳聚糖,加入2mmol三光气,溶于无水甲苯和无水二氯甲烷的混合溶液中(40ml,3:1),室温下磁力搅拌反应过夜。真空旋蒸除去溶剂,再用30ml无水甲苯和无水二氯甲烷溶解(2:1),然后加入2mmol N-羟基琥珀酰亚胺,磁力搅拌下,将无水三乙胺(0.2ml溶于4ml无水二氯甲烷)逐滴加入反应液中,继续搅拌反应约 4h。待反应完全后,将反应液过滤并再次真空旋蒸除去溶剂,所得残渣溶解于50ml乙酸乙酯中,高速离心后取上清液,旋转蒸发,挥去乙酸乙酯,冷却固化反应物,即得活化的两亲性壳聚糖。2mmol PEI 2000除水后溶于20 ml 无水乙醇中,上述活化的两亲性壳聚糖溶于20 ml 无水二氯甲烷中,同时将上述两液缓慢的滴入10ml无水二氯甲烷底液中,氮气饱和后室温磁力搅拌过夜,高速离心后取上清,旋转蒸发,用水溶解后透析2d,冻干,即得本发明的目标产物。目标产物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:20。
实施例6 以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物制备
壳聚糖6g和正辛醛17.0ml加入到125 mL甲醇中,30℃搅拌12h后,分批加入KBH4 3g,搅拌过夜,滤过,用水和热甲醇反复洗涤滤饼,50℃真空干燥。取上述产物2 g,置于三颈瓶中,依次加入30mL N-甲基吡咯烷酮、5g KI,10ml 15% NaOH水溶液和10.4ml CH3I,充分搅拌下升温至60℃反应1 h,冷却至室温,离心30 min(1000 r/min),收集下层固体溶于蒸馏水中,透析5d,滤去不溶物后将滤液冷冻干燥,得淡黄色两亲性壳聚糖。
称取0.1mmol除水后的两亲性壳聚糖,加入1mmol三光气,溶于无水甲苯和无水二氯甲烷的混合溶液中(40ml,3:1),室温下磁力搅拌反应过夜。真空旋蒸除去溶剂,再用30ml无水甲苯和无水二氯甲烷溶解(2:1),然后加入1mmol N-羟基琥珀酰亚胺,磁力搅拌下,将无水三乙胺(0.2ml溶于4ml无水二氯甲烷)逐滴加入反应液中,继续搅拌反应约 4h。待反应完全后,将反应液过滤并再次真空旋蒸除去溶剂,所得残渣溶解于50ml乙酸乙酯中,高速离心后取上清液,旋转蒸发,挥去乙酸乙酯,冷却固化反应物,即得活化的两亲性壳聚糖。1mmol PEI 600除水后溶于20 ml 无水乙醇中,上述活化的两亲性壳聚糖溶于20 ml 无水二氯甲烷中,同时将上述两液缓慢的滴入10ml无水二氯甲烷底液中,氮气饱和后室温磁力搅拌过夜,高速离心后取上清,旋转蒸发,用水溶解后透析2d,冻干,即得本发明的目标产物。目标产物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:10。
实施例7 以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物制备
壳聚糖6g和正辛醛17.0ml加入到125 mL甲醇中,30℃搅拌12h后,分批加入KBH4 3g,搅拌过夜,滤过,用水和热甲醇反复洗涤滤饼,50℃真空干燥。取上述产物2 g,置于三颈瓶中,依次加入30mL N-甲基吡咯烷酮、5g KI,10ml 15% NaOH水溶液和10.4ml CH3I,充分搅拌下升温至60℃反应1 h,冷却至室温,离心30 min(1000 r/min),收集下层固体溶于蒸馏水中,透析5d,滤去不溶物后将滤液冷冻干燥,得淡黄色两亲性壳聚糖。
称取0.1mmol除水后的两亲性壳聚糖,加入1mmol三光气,溶于无水甲苯和无水二氯甲烷的混合溶液中(40ml,3:1),室温下磁力搅拌反应过夜。真空旋蒸除去溶剂,再用30ml无水甲苯和无水二氯甲烷溶解(2:1),然后加入1mmol N-羟基琥珀酰亚胺,磁力搅拌下,将无水三乙胺(0.2ml溶于4ml无水二氯甲烷)逐滴加入反应液中,继续搅拌反应约 4h。待反应完全后,将反应液过滤并再次真空旋蒸除去溶剂,所得残渣溶解于50ml乙酸乙酯中,高速离心后取上清液,旋转蒸发,挥去乙酸乙酯,冷却固化反应物,即得活化的两亲性壳聚糖。1mmol PEI 5000除水后溶于20 ml 无水乙醇中,上述活化的两亲性壳聚糖溶于20 ml 无水二氯甲烷中,同时将上述两液缓慢的滴入10ml无水二氯甲烷底液中,氮气饱和后室温磁力搅拌过夜,高速离心后取上清,旋转蒸发,用水溶解后透析2d,冻干,即得本发明的目标产物。目标产物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:10。
实施例8 以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物制备
壳聚糖6g和正辛醛17.0ml加入到125 mL甲醇中,30℃搅拌12h后,分批加入KBH4 3g,搅拌过夜,滤过,用水和热甲醇反复洗涤滤饼,50℃真空干燥。取上述产物2 g,置于三颈瓶中,依次加入30mL N-甲基吡咯烷酮、5g KI,10ml 15% NaOH水溶液和10.4ml CH3I,充分搅拌下升温至60℃反应1 h,冷却至室温,离心30 min(1000 r/min),收集下层固体溶于蒸馏水中,透析5d,滤去不溶物后将滤液冷冻干燥,得淡黄色两亲性壳聚糖。
称取0.1mmol除水后的两亲性壳聚糖,加入1mmol三光气,溶于无水甲苯和无水二氯甲烷的混合溶液中(40ml,3:1),室温下磁力搅拌反应过夜。真空旋蒸除去溶剂,再用30ml无水甲苯和无水二氯甲烷溶解(2:1),然后加入1mmol N-羟基琥珀酰亚胺,磁力搅拌下,将无水三乙胺(0.2ml溶于4ml无水二氯甲烷)逐滴加入反应液中,继续搅拌反应约 4h。待反应完全后,将反应液过滤并再次真空旋蒸除去溶剂,所得残渣溶解于50ml乙酸乙酯中,高速离心后取上清液,旋转蒸发,挥去乙酸乙酯,冷却固化反应物,即得活化的两亲性壳聚糖。1mmol PEI 10000除水后溶于20 ml 无水乙醇中,上述活化的两亲性壳聚糖溶于20 ml 无水二氯甲烷中,同时将上述两液缓慢的滴入10ml无水二氯甲烷底液中,氮气饱和后室温磁力搅拌过夜,高速离心后取上清,旋转蒸发,用水溶解后透析2d,冻干,即得本发明的目标产物。目标产物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:10。
实施例9 以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物制备
壳聚糖6g和正辛醛17.0ml加入到125 mL甲醇中,30℃搅拌12h后,分批加入KBH4 3g,搅拌过夜,滤过,用水和热甲醇反复洗涤滤饼,50℃真空干燥。取上述产物2 g,置于三颈瓶中,依次加入30mL N-甲基吡咯烷酮、5g KI,10ml 15% NaOH水溶液和10.4ml CH3I,充分搅拌下升温至60℃反应1 h,冷却至室温,离心30 min(1000 r/min),收集下层固体溶于蒸馏水中,透析5d,滤去不溶物后将滤液冷冻干燥,得淡黄色两亲性壳聚糖。
称取0.1mmol除水后的两亲性壳聚糖,加入1mmol三光气,溶于无水甲苯和无水二氯甲烷的混合溶液中(40ml,3:1),室温下磁力搅拌反应过夜。真空旋蒸除去溶剂,再用30ml无水甲苯和无水二氯甲烷溶解(2:1),然后加入1mmol N-羟基琥珀酰亚胺,磁力搅拌下,将无水三乙胺(0.2ml溶于4ml无水二氯甲烷)逐滴加入反应液中,继续搅拌反应约 4h。待反应完全后,将反应液过滤并再次真空旋蒸除去溶剂,所得残渣溶解于50ml乙酸乙酯中,高速离心后取上清液,旋转蒸发,挥去乙酸乙酯,冷却固化反应物,即得活化的两亲性壳聚糖。1mmol PEI 30000除水后溶于20 ml 无水乙醇中,上述活化的两亲性壳聚糖溶于20 ml 无水二氯甲烷中,同时将上述两液缓慢的滴入10ml无水二氯甲烷底液中,氮气饱和后室温磁力搅拌过夜,高速离心后取上清,旋转蒸发,用水溶解后透析2d,冻干,即得本发明的目标产物。目标产物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:10。
实施例10 以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物制备
壳聚糖6g和正辛醛17.0ml加入到125 mL甲醇中,30℃搅拌12h后,分批加入KBH4 3g,搅拌过夜,滤过,用水和热甲醇反复洗涤滤饼,50℃真空干燥。取上述产物2 g,置于三颈瓶中,依次加入30mL N-甲基吡咯烷酮、5g KI,10ml 15% NaOH水溶液和10.4ml CH3I,充分搅拌下升温至60℃反应1 h,冷却至室温,离心30 min(1000 r/min),收集下层固体溶于蒸馏水中,透析5d,滤去不溶物后将滤液冷冻干燥,得淡黄色两亲性壳聚糖。
称取0.1mmol除水后的两亲性壳聚糖,加入1mmol三光气,溶于无水甲苯和无水二氯甲烷的混合溶液中(40ml,3:1),室温下磁力搅拌反应过夜。真空旋蒸除去溶剂,再用30ml无水甲苯和无水二氯甲烷溶解(2:1),然后加入1mmol N-羟基琥珀酰亚胺,磁力搅拌下,将无水三乙胺(0.2ml溶于4ml无水二氯甲烷)逐滴加入反应液中,继续搅拌反应约 4h。待反应完全后,将反应液过滤并再次真空旋蒸除去溶剂,所得残渣溶解于50ml乙酸乙酯中,高速离心后取上清液,旋转蒸发,挥去乙酸乙酯,冷却固化反应物,即得活化的两亲性壳聚糖。1mmol PEI 50000除水后溶于20 ml 无水乙醇中,上述活化的两亲性壳聚糖溶于20 ml 无水二氯甲烷中,同时将上述两液缓慢的滴入10ml无水二氯甲烷底液中,氮气饱和后室温磁力搅拌过夜,高速离心后取上清,旋转蒸发,用水溶解后透析2d,冻干,即得本发明的目标产物。目标产物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:10。
实施例11 以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物制备
壳聚糖6g和正辛醛17.0ml加入到125 mL甲醇中,30℃搅拌12h后,分批加入KBH4 3g,搅拌过夜,滤过,用水和热甲醇反复洗涤滤饼,50℃真空干燥。取上述产物2 g,置于三颈瓶中,依次加入30mL N-甲基吡咯烷酮、5g KI,10ml 15% NaOH水溶液和10.4ml CH3I,充分搅拌下升温至60℃反应1 h,冷却至室温,离心30 min(1000 r/min),收集下层固体溶于蒸馏水中,透析5d,滤去不溶物后将滤液冷冻干燥,得淡黄色两亲性壳聚糖。
称取0.1mmol除水后的两亲性壳聚糖,加入1mmol三光气,溶于无水甲苯和无水二氯甲烷的混合溶液中(40ml,3:1),室温下磁力搅拌反应过夜。真空旋蒸除去溶剂,再用30ml无水甲苯和无水二氯甲烷溶解(2:1),然后加入1mmol N-羟基琥珀酰亚胺,磁力搅拌下,将无水三乙胺(0.2ml溶于4ml无水二氯甲烷)逐滴加入反应液中,继续搅拌反应约 4h。待反应完全后,将反应液过滤并再次真空旋蒸除去溶剂,所得残渣溶解于50ml乙酸乙酯中,高速离心后取上清液,旋转蒸发,挥去乙酸乙酯,冷却固化反应物,即得活化的两亲性壳聚糖。1mmol PEI 70000除水后溶于20 ml 无水乙醇中,上述活化的两亲性壳聚糖溶于20 ml 无水二氯甲烷中,同时将上述两液缓慢的滴入10ml无水二氯甲烷底液中,氮气饱和后室温磁力搅拌过夜,高速离心后取上清,旋转蒸发,用水溶解后透析2d,冻干,即得本发明的目标产物。目标产物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:10。
需要说明的是,本发明的一种以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物,两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:1-20,优选的摩尔比是1:1-10。所述的衍生物的制备原料中聚乙烯亚胺的分子量范围为600-70000,优选为600-30000。所述的衍生物的制备原料中壳聚糖的分子量范围为1000-50000,优选为1000-30000。
实施例12 以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物的细胞毒性实验
将Hela细胞接种于96孔板上,培养24 h,使细胞汇合度达到70%-80%。实验前,吸去培养基,每孔加入不同浓度阳离子聚合物(4,6,8,16,24,32,48μg/mL,无血清1640作为溶剂,即本发明的以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物,按照实施例1所述的方法制备,命名为Cos-PEI),继续培养24h,MTT法检测细胞毒性,从图1可看出,未修饰的PEI 25K细胞毒性较强,而此聚乙烯亚胺衍生物几乎无毒。
实施例13 以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物的体外转染实验
将Hela细胞接种于24孔板上,培养24 h,使细胞汇合度达到70%-80%。将修饰后聚乙烯亚胺(即本发明的以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物,按照实施例1所述的方法制备,命名为Cos-PEI)与虫荧光素酶报告基因按质量比2:1、5:1、10:1、20:1和30:1制成复合物,加入24孔板上,培养5h,替换含血清培养基继续培养48h,检测虫荧光素酶表达,从图2可看出,此聚乙烯亚胺衍生物显示了很强转染效率,高于对照组PEI 25K最佳表达近5倍。
实施例14 细胞毒性实验
将Hela细胞接种于96孔板上,培养24 h,使细胞汇合度达到70%-80%。实验前,吸去培养基,每孔加入浓度为48μg/mL本发明的以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物,衍生物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比分别是1:1,1:5,1:10,1:15和1:20(PEI 2000,按照实施例1-5所述的方法制备),继续培养24h,MTT法检测细胞毒性,从表1可看出,未修饰的PEI 25K细胞毒性较强,而聚乙烯亚胺衍生物几乎无毒。
表1 细胞毒性实验结果
组别 | PEI 25K | Cos-PEI 1:1 | Cos-PEI 1:5 | Cos-PEI 1:10 | Cos-PEI 1:15 | Cos-PEI 1:20 |
细胞存活率 | 7.83±1.21% | 102.34±6.79% | 98.01±4.73% | 94.65±8.17% | 86.31±2.13% | 82.47±0.57% |
实施例15 体外转染实验
将Hela细胞接种于24孔板上,培养24 h,使细胞汇合度达到70%-80%。将本发明的以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物,衍生物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比分别是1:1,1:5,1:10,1:15和1:20(PEI2000,按照实施例1-5所述的方法制备),与虫荧光素酶报告基因按质量比30:1制成复合物,加入24孔板上,培养5h,替换含血清培养基继续培养48h,检测虫荧光素酶表达,从表3可看出,聚乙烯亚胺衍生物显示了很强转染效率,显著高于对照组PEI 25K的最佳表达。
表2体外转染实验结果
本发明的一种以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物,尤其适用于低分子量的PEI。一方面,壳聚糖具有一定基因转染效率,同时生物相容性高、毒性低,可生物降解。通过化学修饰得到的两亲性壳聚糖一定程度又增加了与DNA的结合能力及对细胞膜的亲和性,通过化学交联的方法连接PEI,尤其是低分子量PEI,形成网状或多分枝状高分子量PEI衍生物,该衍生物可保证较高转染效率,转染进入体内细胞后,又可以通过壳聚糖的生物降解与交联键的水解,高分子量PEI衍生物裂解成易代谢的低分子量低毒性的PEI,这就使得其在保证一定转染效率的前提下,大大降低了高分子PEI所带来的细胞毒性;另一方面,壳聚糖引入亲水性的表面可阻止粒子在血液循环的流体环境中聚集,增加稳定性,与低分子量PEI连接后与DNA形成的复合物尺寸可达纳米级,因此适宜基因药物在体内的传输。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明方法的前提下,还可以做出若干改进和补充,这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物,其特征在于,所述的衍生物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:1-20,所述的衍生物的制备原料中聚乙烯亚胺的分子量范围为600-70000,所述的衍生物的制备原料中壳聚糖的分子量范围为1000-50000。
2.根据权利要求1所述的衍生物,其特征在于,所述的衍生物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:1-10,所述的衍生物的制备原料中聚乙烯亚胺的分子量范围为600-30000,所述的衍生物的制备原料中壳聚糖的分子量范围为1000-30000。
3.根据权利要求1所述的衍生物,其特征在于,所述的衍生物是由以下制备方法制备得到:
a、两亲性壳聚糖的制备:壳聚糖和正辛醛或正癸醛或月桂醛,加入到甲醇中,搅拌后分批加入KBH4,搅拌过夜,滤过,用水和热甲醇反复洗涤滤饼,真空干燥;取上述产物依次加入N-甲基吡咯烷酮、KI、15%NaOH水溶液和CH3I,充分搅拌下升温至60℃反应1 h,冷却至室温,离心,收集下层固体溶于蒸馏水中,透析5d,滤去不溶物后将滤液冷冻干燥,得两亲性壳聚糖;
b、以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物的制备:称取除水后的两亲性壳聚糖,按摩尔比1:1-20加入三光气 ,溶于无水甲苯和无水二氯甲烷的混合溶液中,室温下磁力搅拌反应过夜;真空旋蒸除去溶剂,再用无水甲苯和无水二氯甲烷混合液溶解,然后加入与三光气等摩尔量的N-羟基琥珀酰亚胺,磁力搅拌下,将无水三乙胺逐滴加入反应液中,继续搅拌反应;待反应完全后,将反应液过滤并再次真空旋蒸除去溶剂,所得残渣溶解于乙酸乙酯中,高速离心后取上清液,旋转蒸发,挥去乙酸乙酯,即得活化的两亲性壳聚糖;取与三光气等摩尔量的PEI除水后溶于无水乙醇中,双活化后的两亲性壳聚糖溶于无水二氯甲烷中,同时将上述两液缓慢的滴入无水二氯甲烷底液中,氮气饱和后室温磁力搅拌过夜,高速离心后取上清,旋转蒸发,用水溶解后透析2d,冻干,即得所述的以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物。
4.一种以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物的制备方法,其特征在于,所述的衍生物的制备方法包括以下步骤:
a、两亲性壳聚糖的制备:壳聚糖和正辛醛或正癸醛或月桂醛,加入到甲醇中,搅拌后分批加入KBH4,搅拌过夜,滤过,用水和热甲醇反复洗涤滤饼,真空干燥;取上述产物依次加入N-甲基吡咯烷酮、KI、15%NaOH水溶液和CH3I,充分搅拌下升温至60℃反应1 h,冷却至室温,离心,收集下层固体溶于蒸馏水中,透析5d,滤去不溶物后将滤液冷冻干燥,得两亲性壳聚糖;
b、以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物的制备:称取除水后的两亲性壳聚糖,按摩尔比1:1-20加入三光气 ,溶于无水甲苯和无水二氯甲烷的混合溶液中,室温下磁力搅拌反应过夜;真空旋蒸除去溶剂,再用无水甲苯和无水二氯甲烷混合液溶解,然后加入与三光气等摩尔量的N-羟基琥珀酰亚胺,磁力搅拌下,将无水三乙胺逐滴加入反应液中,继续搅拌反应;待反应完全后,将反应液过滤并再次真空旋蒸除去溶剂,所得残渣溶解于乙酸乙酯中,高速离心后取上清液,旋转蒸发,挥去乙酸乙酯,即得活化的两亲性壳聚糖;取与三光气等摩尔量的PEI除水后溶于无水乙醇中,双活化后的两亲性壳聚糖溶于无水二氯甲烷中,同时将上述两液缓慢的滴入无水二氯甲烷底液中,氮气饱和后室温磁力搅拌过夜,高速离心后取上清,旋转蒸发,用水溶解后透析2d,冻干,即得所述的以两亲性壳聚糖为交联剂的聚乙烯亚胺衍生物。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述的衍生物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:1-20,所述的衍生物的制备原料中聚乙烯亚胺的分子量范围为600-70000,所述的衍生物的制备原料中壳聚糖的分子量范围为1000-50000。
6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述的衍生物中两亲性壳聚糖与聚乙烯亚胺的摩尔比是1:1-10,所述的衍生物的制备原料中聚乙烯亚胺的分子量范围为600-30000,所述的衍生物的制备原料中壳聚糖的分子量范围为1000-30000。
7.根据权利要求1-3任一所述的衍生物在制备基因载体材料中的应用。
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