CN102775515A

CN102775515A - 一种两亲性壳聚糖衍生物及其制备方法与应用

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Publication number: CN102775515A
Application number: CN2012101930776A
Authority: CN
Inventors: 万立骏; 陈代钦; 舒春英; 王春儒
Original assignee: Institute of Chemistry CAS
Current assignee: Institute of Chemistry CAS
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2012-11-14

Abstract

本发明公开了一种两亲性壳聚糖衍生物及其制备方法与应用。其结构式如式Ⅰ所示，式Ⅰ中，M表示疏水基团，T表示靶标配体基团，n为1200~4500的数；MCOOH选自下述至少一种：脱氧胆酸、叶酸、透明质酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸和脯氨酸；TCOOH选自下述至少一种：叶酸、表皮生长因子、转铁蛋白、核酸适体、抗体和寡聚多肽。本发明提供的壳聚糖衍生物在水溶液中能够自组装形成胶束，其疏水内核可以实现对疏水分子的包覆，其亲水外壳可以通过配体修饰特异地靶向特定部位。胶束的粒径、药物包覆效率及载药量及体内外释药行为均可通过改变亲疏水基团的比例加以调控。该衍生物合成条件温和简便，具有良好的生物相容性，生物可降解。

Description

一种两亲性壳聚糖衍生物及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种两亲性壳聚糖衍生物及其制备方法与应用。

背景技术

目前，用作药物载体的多功能聚合物胶束主要是生物相容性好的两亲聚合物分子，利用它们在水溶液中的自组装得到有载运功能的稳定胶束。通过药物分子或影像分子与胶束分子疏水内核之间的疏水-疏水相互作用，实现对功能分子的增溶、输运和对病变组织的成像示踪；另一方面，通过对胶束分子的亲水端进行靶向修饰可以实现胶束分子对病变组织的特异性识别，大大提高药效、降低毒副作用，或实现病变组织的高分辨成像、提高疾病检测灵敏度。

壳聚糖为代表的聚合物胶束由于生物相容性好、原料廉价易得、生物可降解、合成修饰简单而受到广泛关注。通过在壳聚糖骨架上同时引入亲水基和疏水基对壳聚糖进行有效改性，同时利用简单的酰胺化反应将靶向基团键合到壳聚糖分子骨架上，不仅可以实现对疏水药物的增溶包覆，而且还能完成其在体内的靶向输运，最大程度上减轻药物的毒副作用。通过调控壳聚糖两亲化过程中亲疏水基团的比例，可以实现对胶束的粒径、药物包覆效率及载药量及体内外释药行为的精确调控。

发明内容

本发明的目的是提供一种两亲性壳聚糖衍生物及其制备方法与应用。

本发明所提供的两亲性壳聚糖衍生物，其结构式如式Ⅰ所示，

式Ⅰ

式Ⅰ中，M表示疏水基团，T表示靶标配体基团，n为1200~4500的数。

上述的壳聚糖衍生物中，所述M选自MCOOH中的M基团，其中所述MCOOH可选自下述至少一种：脱氧胆酸、叶酸、透明质酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸和脯氨酸。

上述的壳聚糖衍生物中，所述T选自TCOOH中的T基团，其中所述TCOOH可选自下述至少一种：叶酸、表皮生长因子、转铁蛋白、核酸适体、抗体和寡聚多肽。

本发明进一步提供了上述壳聚糖衍生物的制备方法，包括如下步骤：

（1）壳聚糖与MCOOH在（1-（3-二甲氨基丙基））-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）存在的条件下进行反应得到式Ⅱ所示化合物；

其中，MCOOH选自脱氧胆酸、叶酸、透明质酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸和脯氨酸中至少一种；n为1200~4500的数；

式Ⅱ

（2）式Ⅱ所示化合物与环氧丙烷进行反应得到式Ⅲ所示化合物；

式Ⅲ

（3）式Ⅲ所示化合物与TCOOH在（1-（3-二甲氨基丙基））-3-乙基碳二亚胺盐酸盐存在的条件下进行反应即得式Ⅰ所示壳聚糖衍生物；

其中，TCOOH选自叶酸、表皮生长因子、转铁蛋白、核酸适体、抗体和寡聚多肽中至少一种。

上述的制备方法中，步骤（1）中，壳聚糖、MCOOH、（1-（3-二甲氨基丙基））-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔份数比可为1：（1000~4000）：（500~2000）：(1000~4000），具体可为1：1223：574：1043；所述反应的温度可为20~50℃，如20℃，时间可为15~25h，如24h。

上述的制备方法中，步骤（2）中，式Ⅱ所示化合物与环氧丙烷的摩尔份数比为1：（10000~50000），具体可为1：31439；所述反应的温度为20~50℃，如45℃，时间为20~30h，如24h；步骤（3）中，式Ⅲ所示化合物、T-COOH和（1-（3-二甲氨基丙基））-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的摩尔份数比为1：（3~300）：（3~300），具体可为1：3.4：3.4；所述反应的温度为20~50℃，如20℃，时间为15~25h，如16h。

本发明还提供了一种两亲性壳聚糖衍生物胶束，其可按照下述方法制备：将上述壳聚糖衍生物和疏水分子均匀分散于N,N-甲基甲酰胺中，然后加入至水中即得到内核载有所述疏水分子的两亲性壳聚糖衍生物胶束。

上述的衍生物胶束中，所述疏水分子可为疏水性药物和疏水性纳米材料。

上述的衍生物胶束中，所述疏水性药物具体可选自下述物质中至少一种：阿霉素、紫杉醇和喜树碱；所述疏水性纳米材料具体可选自下述物质中至少一种：超顺磁性氧化铁纳米颗粒、碳纳米管和碳纳米号角。

本发明提供的壳聚糖衍生物在水溶液中能够自组装形成胶束，其疏水内核可以实现对疏水分子的包覆，其亲水外壳可以通过配体修饰特异地靶向特定部位。胶束的粒径、药物包覆效率及载药量及体内外释药行为均可通过改变亲疏水基团的比例加以调控。该衍生物合成条件温和简便，具有良好的生物相容性，生物可降解。本发明的两亲性壳聚糖衍生物还可以应用于疏水药物及影像分子的靶向输运，在医药保健、化妆品等诸多领域有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例1合成的两亲性壳聚糖衍生物C1在水中的吸收光谱。

图2是本发明实施例2合成的两亲性壳聚糖衍生物C1的胶束溶液M1对Hela细胞和HBE细胞的毒性实验结果。

图3是本发明实施例3合成的两亲性壳聚糖衍生物C1包载阿霉素的胶束溶液M2在PBS5.8和PBS7.4溶液中的体外释药曲线。

图4是本发明实施例6中两亲性壳聚糖衍生物C1包载阿霉素的胶束溶液M2及游离阿霉素对Hela细胞及HBE细胞的生长抑制曲线，其中，图4a、图4b和图4c分别为Hela细胞和HBE细胞培养24h、48h和72h时的生长抑制叠加曲线。

图5是本发明实施例4制备的两亲性壳聚糖衍生物C1包载单壁碳纳米号角的胶束溶液M3的溶液温升曲线。

图6是本发明实施例7中两亲性壳聚糖衍生物C1包载单壁碳纳米号角的胶束溶液M3在光照后对Hela细胞的生长抑制结果。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、制备两亲性壳聚糖衍生物C1

（1）将100mL溶有0.96g脱氧胆酸，0.22g EDC和0.24g NHS的甲醇溶液滴加到100mL溶有1g壳聚糖（分子量为500,000）的1%醋酸水溶液中，室温下反应24h后，加入10mL甲醇和氨水（7：3，v：v）的混合液，静置沉淀，真空抽滤。用丙酮多次洗涤沉淀物后，真空抽滤，将产物放置于真空干燥箱中50°C真空干燥，得脱氧胆酸-壳聚糖；上述过程中，壳聚糖、脱氧胆酸、EDC和NHS的摩尔份数比为1：1223：574：1043。

（2）将制得的脱氧胆酸-壳聚糖，分散于30mL溶有0.8g NaOH的异丙醇溶液中，碱化4h。然后加入4.4mL环氧丙烷，45°C下冷凝回流反应24h。反应结束后，用乙酸将反应溶液的pH调至中性，用丙酮洗涤数次，真空抽滤。将产物放置于真空干燥箱中50°C真空干燥，得脱氧胆酸-羟丙基壳聚糖；上述过程中，脱氧胆酸-壳聚糖与环氧丙烷的摩尔份数比为1：31439。

（3）将10mL 0.015mg/mL的叶酸水溶液，1mL0.067mg/mL EDC和89mL水的混合液在搅拌条件下逐滴加入装有50mg上述制得的脱氧胆酸-羟丙基壳聚糖的三颈烧瓶中，室温下反应16h。产物在1000rpm超滤20min以除去未反应的叶酸。用旋转蒸发仪将溶液蒸干即得两亲性壳聚糖衍生物C1，即脱氧胆酸-羟丙基壳聚糖-叶酸，其结构式如式Ⅰ所示，其中，n为3106；上述过程中，脱氧胆酸-羟丙基壳聚糖、叶酸和EDC的摩尔份数比为1：3.4：3.4。

本实施例制备的C1在水中的吸收光谱如图1所示。

实施例2、制备两亲性壳聚糖衍生物C1的胶束溶液M1

取30mg脱氧胆酸-羟丙基壳聚糖-叶酸C1，均匀分散在1mL DMSO中，搅拌2小时后将所得悬液逐滴加入5mL去离子水中；继续搅拌反应10h后，即得脱氧胆酸-羟丙基壳聚糖-叶酸胶束溶液M1。

实施例3、制备两亲性壳聚糖衍生物C1包载阿霉素的胶束溶液M2

取30mg脱氧胆酸-羟丙基壳聚糖-叶酸C1和1mg阿霉素，均匀分散在1mL DMSO中，然后加入5μL三乙胺，搅拌2小时后将所得悬液逐滴加入5mL去离子水中；继续搅拌反应10h后，即得载有阿霉素的脱氧胆酸-羟丙基壳聚糖-叶酸胶束溶液M2。

M2在PBS5.8和PBS7.4溶液中的体外释药曲线如图2所示。

实施例4、制备两亲性壳聚糖衍生物C1包载单壁碳纳米号角的胶束溶液M3

取30mg脱氧胆酸-羟丙基壳聚糖-叶酸C1和1mg单壁碳纳米号角，均匀分散在1mL DMSO中，搅拌2h后将所得悬液逐滴加入5mL去离子水中；继续搅拌反应10h后，即得载有单壁碳纳米号角的脱氧胆酸-羟丙基壳聚糖-叶酸胶束溶液M3。

M3的溶液温升曲线如图5所示。

实施例5、胶束溶液M1对Hela细胞和HBE细胞的细胞毒性测试

复苏Hela细胞和HBE细胞，调整细胞密度到5×10⁴/mL，将Hela细胞和HBE细胞种到96孔板(7×6)中，在37℃，5%CO₂条件下孵育24h，待细胞贴壁后换成不同浓度梯度的M1DMEM溶液在37℃，5%CO₂条件下继续培养24h、48h和72h。

按照使用说明，用cck-8检测Hela细胞和HBE细胞的活性，M1对Hela细胞和HBE细胞的生长抑制曲线如图2所示。

实施例6、胶束溶液M2应用于化学治疗

复苏Hela细胞和HBE细胞，调整细胞密度到5×10⁴/mL，将Hela细胞和HBE细胞种到96孔板(7×6)中，在37℃，5%CO₂条件下孵育24h，待细胞贴壁后换成不同浓度梯度的M2或游离阿霉素的DMEM溶液在37℃，5%CO₂条件下继续培养24h、48h和72h。

按照使用说明，用cck-8检测Hela细胞和HBE细胞的活性，M2或游离阿霉素对Hela细胞和HBE细胞的生长抑制曲线如图4所示。

实施例7、胶束溶液M3应用于光热治疗

（1）复苏Hela细胞，调整细胞密度到5×10⁴/mL，将Hela细胞种到96孔板(4×4)中，在37℃，5%CO₂条件下孵育24小时，待细胞贴壁后换成不同浓度梯度的M3DMEM溶液在37℃，5%CO₂条件下继续培养24h。

（2）将培养后的细胞置于激光下（功率密度为1w/cm²）照射5min，每间隔30s记录溶液温度。

（3）弃去光照后的DMEM培养基，更换新鲜培养基后在37℃，5%CO₂条件下继续培养24h。

按照使用说明，用cck-8检测Hela细胞的活性，M3在光照后对Hela细胞的生长抑制结果如图6所示。

Claims

1.一种两亲性壳聚糖衍生物，其结构式如式Ⅰ所示，

2.根据权利要求1所述的壳聚糖衍生物，其特征在于：所述M选自MCOOH中的M基团，其中所述MCOOH选自下述至少一种：脱氧胆酸、叶酸、透明质酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸和脯氨酸。

3.根据权利要求1或2所述的壳聚糖衍生物，其特征在于：所述T选自TCOOH中的T基团，所述TCOOH选自下述至少一种：叶酸、表皮生长因子、转铁蛋白、核酸适体、抗体和寡聚多肽。

4.权利要求1-3中任一所述壳聚糖衍生物的制备方法，包括如下步骤：

（1）壳聚糖与MCOOH在（1-（3-二甲氨基丙基））-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺存在的条件下进行反应得到式Ⅱ所示化合物；

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤（1）中，壳聚糖、MCOOH、（1-（3-二甲氨基丙基））-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔份数比为1：（1000~4000）：（500~2000）：(1000~4000）；所述反应的温度为20~50℃，时间为15~25h。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，式Ⅱ所示化合物与环氧丙烷的摩尔份数比为1：（10000~50000）；所述反应的温度为20~50℃，时间为20~30h；步骤（3）中，式Ⅲ所示化合物、T-COOH和（1-（3-二甲氨基丙基））-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的摩尔份数比为1：（3~300）：（3~300）所述反应的温度为20~50℃，时间为15~25h。

7.一种两亲性壳聚糖衍生物胶束，其按照下述方法制备：将权利要求1-3中任一所述壳聚糖衍生物和疏水分子均匀分散于N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入至水中即得到内核载有所述疏水分子的两亲性壳聚糖衍生物胶束。

8.根据权利要求7所述的衍生物胶束，其特征在于：所述疏水分子为疏水性药物和疏水性纳米材料。

9.根据权利要求8所述的衍生物胶束，其特征在于：所述疏水性药物选自下述物质中至少一种：阿霉素、紫杉醇和喜树碱；所述疏水性纳米材料选自下述物质中至少一种：超顺磁性氧化铁纳米颗粒、碳纳米管和碳纳米号角。

10.权利要求1-3中任一所述两亲性壳聚糖衍生物在作为药物载体中的应用。