CN102935239A - 用于预防或治疗肺癌的制剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于预防或治疗肺癌的制剂及其制备方法与应用。所述制剂包含式I的pH响应性环糊精衍生物、聚乙烯亚胺（PEI1800）和SEQ ID NO:1所示的反义寡核苷酸。本发明所述的制剂在包被时添加PEI1800，通过将反义寡核苷酸包被入式I的pH响应性环糊精衍生物制成。将反义寡核苷酸包裹于纳米材料内，这保证了反义寡核苷酸的结构不被破坏，保持原有的生物学活性，因此，脂溶性的纳米材料易于进入细胞内，可有效的携带反义寡核苷酸进入细胞。所述的制剂可以明显影响细胞的增殖和凋亡，有效的抑制肿瘤细胞的生长，能够用于制备预防或治疗肺癌的药物。

Description

用于预防或治疗肺癌的制剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种用由新型纳米材料包裹的反义寡核苷酸制成的制剂，尤其涉及一种用于预防或治疗肺癌的制剂及其制备方法与应用。

背景技术

反义技术作为一种基因治疗的策略，具有序列特异性的特点，具有特异调控已知基因表达的优越性。但是反义寡核苷酸进入细胞的机制尚不清楚，目前认为可能的机制有：1）通过受体介导的内吞摄入；2）通过细胞膜的被动扩散。由于硫代修饰后，寡核苷酸带有负电荷，难以通过带有负电荷的细胞膜表面，如果不采取任何介导方法，细胞对寡核苷酸的摄取是极为有限的。早期，人们为了高效地将寡核苷酸导入细胞内，采取了多种策略，如显微注射术、电穿孔术、钙离子介导、链球菌溶血素介导等，这些都可以显著提高寡核苷酸的转染效率，但它们对细胞均有显著的毒副作用和损伤，导致其在体内实验应用中存在困难。所以，寻找一种高效、低毒的运输载体成为亟待解决的问题。

国内外先后报道了一些可运输药物的载体，如：合成多聚体（如石因碱）、类脂、脂质体、壳聚糖、RNAs和病毒衣壳。它们的效应在既往的文献中已被清楚地描述。而Ac-αCD是一种药物传输载体的pH响应性环糊精衍生物，如下述说明书中式Ⅰ所示。与先前的药物运输载体相比较，Ac-αCD具有以下优点：1）Ac-αCD具有良好的生物相容性，且可生物降解，降解产物对机体无毒副作用。2）合成过程简单，材料的降解性可以简单地通过环糊精种类及缩醛化时间在一定范围内调控；3）Ac-αCD具有良好的pH敏感性，即在正常pH7.4时水解缓慢，而在pH5.0时较快水解；4）Ac-αCD易溶于二氯甲烷，氯仿，甲醇，乙醇，丙酮等常见溶剂，有利于各种传输系统带的制备；5）通过简单的乳液/溶剂挥发可以便利的制备粒径大小及分布可调控的纳米微粒。

目前而言，纳米载体携带的目标主要是具有治疗或研究用途的药物或基因。研究显示纳米载体在介导基因转染方面具有较好的优势，首先纳米材料一般具有生物兼容性，自身不会导致细胞的异常转化与死亡。其次纳米粒子具有特殊的结构和表面电荷，有利于细胞的摄取，保证其携带的基因具有较高的转染率。基于纳米载体的多种优势，其在基因转染方面的应用也得到不断推广和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用作为载体的新型纳米材料包裹的反义寡核苷酸制成的用于预防或治疗肺癌的制剂。

本发明所述的用于预防或治疗肺癌的制剂，其包含式I的pH响应性环糊精衍生物和SEQ ID NO:1所示的反义寡核苷酸

式I。

本发明所述的上述制剂的制备方法，主要步骤包含：

1）合成式I的pH响应性环糊精衍生物：氮气保护下，2-甲氧基丙烯中添加含环糊精的无水二甲基亚砜，再加入吡啶对甲苯磺酸丙酮化作用后，在反应混合液中加入三乙胺，过滤，低压干冻，干燥后得到所述pH响应性环糊精衍生物；

2）将SEQ ID NO:1所示的反义寡核苷酸包被入步骤1）制备的pH响应性环糊精衍生物，包被时添加聚乙烯亚胺（PEI1800），制得所述制剂。

本发明的优选实施例中，步骤1）具体为：氮气保护下，4mL 2-甲氧基丙烯中添加20mL含1g环糊精的无水二甲基亚砜，再加入16mg吡啶对甲苯磺酸丙酮化作用3小时后，在反应混合液中加入0.5mL三乙胺，过滤之后，低压干冻白色粉末，收集缩醛化后的沉淀，真空干燥即得到所述环糊精衍生物。

本发明的优选实施例中，步骤2）所述聚乙烯亚胺与环糊精衍生物的质量比为1.25~5.0：100。

更优选地，所述聚乙烯亚胺与环糊精衍生物的质量比为1.25：100，2.5：100或5.0：100。

本发明所述的制剂可用于制备预防或治疗肺癌的药物。

用于预防或治疗肺癌的制剂，为Ac-αCD、PEI1800与SEQ ID NO:1所示的反义寡核苷酸重组合成的纳米材料，其为白色粉末状；分子量为2900Da。

本发明中，将环糊精衍生物、PEI1800与反义寡核苷酸的重组合成，即将反义寡核苷酸包裹于纳米材料内，这保证了反义核苷酸的结构不被破坏，保持原有的生物学活性。而脂溶性的纳米材料易于进入细胞内，可有效的携带反义寡核苷酸进入细胞。细胞内的酸性环境（内涵体和溶酶体具有较低的pH微环境pH5.0）可增加环糊精衍生物的水溶性，便于重组体的有效释放。

重组后的材料与单独的反义寡核苷酸相比，对肺癌细胞的转染效率显著提高，达到95%以上，同时也证实了用纳米材料包裹的反义寡核苷酸结构完整，生物学活性尚存并能发挥作用；检测发现重组材料可显著降低抗凋亡基因Bcl-xl的mRNA和蛋白表达水平，明显促进肿瘤细胞凋亡，有效抑制肿瘤细胞的生长。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1A-1B为Ac-αCD、PEI1800与反义寡核苷酸重组合成后透射电镜图。

图1C为不同粒径的Ac-αCD、PEI1800与反义寡核苷酸重组体所占比例。

图2为不同pH值下Ac-αCD、PEI1800与反义寡核苷酸重组体的溶解情况图。

图3为单独反义寡核苷酸与Ac-αCD、PEI1800与反义寡核苷酸重组后转染效率比较。

图4为转染单独反义寡核苷酸与Ac-αCD、PEI1800与反义寡核苷酸重组后A549细胞内Bcl-xl mRNA表达情况；其中

泳道1为正常A549细胞内Bcl-xl mRNA表达；

泳道2为转染Bcl-xl反义寡核苷酸后A549细胞内Bcl-xl mRNA表达；

泳道3为转染Ac-αCD、PEI1800携带的Bcl-xl反义寡核苷酸后A549细胞内Bcl-xl mRNA表达。

图5为单独反义寡核苷酸与Ac-αCD、PEI1800与反义寡核苷酸重组后A549细胞内Bcl-xl蛋白表达情况；其中

泳道1为正常A549细胞内Bcl-xl蛋白表达；

泳道2为转染Bcl-xl反义寡核苷酸后A549细胞内Bcl-xl蛋白表达；

泳道3为转染Ac-αCD、PEI1800携带的Bcl-xl反义寡核苷酸后A549细胞内Bcl-xl蛋白表达。

图6A-6D为单独反义寡核苷酸与Ac-αCD、PEI1800与反义寡核苷酸重组后A549细胞内对细胞凋亡的影响；其中图6A、6B为单独转染Bcl-xl反义寡核苷酸后A549细胞的凋亡；图6C、6D为转染Ac-αCD、PEI1800及其携带的Bcl-xl反义寡核苷酸后A549细胞的凋亡。

图7A为Ac-aCD的红外光谱；

图7B为Ac-aCD的氢核磁共振波谱；

图8为Ac-αCD、PEI1800与反义寡核苷酸重组的合成示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

材料：

聚乙烯亚胺（PEI1800）购自Polysciences（公司）；

人肺癌细胞株（A549细胞）购自美国模式培养物研究所（ATCC）；

磷酸盐缓冲液（PBS）购自赛默飞世尔生物化学制品有限公司；

2-甲氧基丙烯(MP)和α-环糊精(α-CD)购自Sigma；

吡啶对甲苯磺酸盐(PTS)和聚乙烯(PVA)购自Acro Organics公司；

Bcl-xl反义寡核苷酸(ASON)由上海生工有限公司合成；

0.25％胰蛋白酶购自Hyclone公司；

4',6-二脒基-2-苯基吲哚（DAPI）购自上海江莱生物科技有限公司；

1640培养基、胰蛋白酶、OPTI-MEM为Gibco公司产品；

胎牛血清为中国医学科学院血液研究所产品，

脂质体2000转染试剂为德国保灵曼公司产品；

细胞凋亡抗体购自碧云天，

Bcl-xl蛋白抗体购于福州迈新生物公司；

蛋白裂解液购自上海工硕生物技术有限公司；

双丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠（SDS）、过硫酸镁、β-巯基乙醇购自江苏聚成精细化工有限公司；

聚偏氟乙烯（PVDF）膜购自上海士锋生物科技有限公司；

NaCl、KCl、Tris碱、HCl、酚购自上海时代生物科技有限公司；

Bcl-xl和GAPDH引物由上海生工公司合成；

RT-PCR试剂盒由日本Takara公司提供。

超声振动仪购自美国Benstone公司；

磁力搅拌器购自英国Jenway公司。

用于预防或治疗肺癌的制剂的制备过程参见实施例1-2和图8。

实施例1  Ac-αCD（式I的pH响应性环糊精衍生物）的合成

参见图8，氮气保护下，4mL 2-甲氧基丙烯(42mmol)添加20mL含1gα-CD(1.03mmol)的无水DMSO（无水二甲基亚砜），再加入16mg吡啶对甲苯磺酸。丙酮化作用3小时后，在反应混合液中加入0.5mL三乙胺，在水溶液中过滤之后，低压干冻白色粉末，收集缩醛化后的沉淀，真空干燥得到目的产物Ac-αCD。Ac-aCD的红外光谱参见图7A，Ac-aCD的氢核磁共振波谱参见图7B。

实施例2 Ac-αCD、PEI1800与反义寡核苷酸重组体的合成

Gene bank中找出的Bcl-xl的一段反义寡核苷酸序列为：SEQ ID NO:1(5’-TCCCGGTTGCTCTGAGACAT-3’)，在5’端用Cy3标记（绿光激发下可发出红色荧光），将该反义寡核苷酸包被到Ac-αCD中。包被反义寡核苷酸时，使用聚乙烯亚胺PEI 1800可以极大地增强Ac-αCD NPs与ASONCy3的包被效果。比如，当PEI1800与Ac-αCD的比值在1.25:100，2.5:100，以及5.0:100时，包被率为94.6%，98.6%和98.2%，逐渐增加。以取5.0:100比例为例，即每次称取50mg缩醛化环糊精类载体材料（缩醛化α-CD）、2.5mg PEI1800，溶于1ml二氯甲烷中，超声直至溶解完全，加入100μl（浓度为1nmol/100μl）Bcl-xl ASON水溶液，探头超声分散，加入6ml 1% PVA/PBS（pH 7.4），探头超声分散，立即倒入20ml 0.3% PVA/PBS（pH 7.4），磁力搅拌挥发3-4小时，离心16000转/分，再分散4-5次洗净。得到用于预防或治疗肺癌的制剂，简称制剂。

重组体Ac-αCD、PEI1800与反义寡核苷酸合成后透射电镜图如图1A至1B所示。图1C为不同粒径的Ac-αCD、PEI1800与反义寡核苷酸重组体所占比例。

不同pH值下Ac-αCD、PEI1800与反义寡核苷酸重组体的溶解情况图如图2所示。

实施例3 Ac-αCD、PEI1800包裹Bcl-xl反义寡核苷酸后对A549细胞的转染效率比较

转染前一天，计数人肺癌细胞（A549）细胞，细胞爬片，接种于6孔板中，以50pmol/ml反义寡核苷酸转染A549细胞，用Ac-αCD、PEI1800包裹Bcl-xl反义寡核苷酸合成纳米材料，同时与单独反义寡核苷酸转染A549细胞做比较。观察转染后的转染效率。转染48小时后，用新鲜配制的4%多聚甲醛固定细胞10分钟，PBS洗3遍，每次5分钟，加入0.5μg/ml DAPI（4',6-二脒基-2-苯基吲哚，用PBS将DAPI原液5mg/ml稀释为0.5μg/ml溶液）染色10分钟，再用PBS洗3遍，除去多余DAPI，加入20μl封片剂封片后，激光共聚焦照相。

单独反义寡核苷酸与Ac-αCD、PEI1800及反义寡核苷酸重组体转染效率比较如图3所示。其中箭头1为蓝色荧光，箭头2为红色荧光。重组后的材料对肺癌细胞的转染效率较单独的反义寡核苷酸明显升高，达到95%以上，同时证实了用纳米材料包裹的反义寡核苷酸结构完整，生物学活性尚存。

实施例4 携带Bcl-xl反义寡核苷酸的纳米材料重组体对A549细胞Bcl-xlmRNA、蛋白表达的影响

转染前一天，计数A549细胞，细胞爬片，接种于6孔板中，以50pmol/ml反义寡核苷酸转染A549细胞，用Ac-αCD、PEI1800包裹Bcl-xl反义寡核苷酸合成纳米材料重组体，同时与反义寡核苷酸转染A549细胞进行比较。转染48小时后，用0.25％胰蛋白酶消化并收集A549细胞，应用PBS冲洗2遍。每孔加入TRIzol试剂(美国Invitrogen公司)1ml，按照TRIzol试剂提取说明书进行RNA提取。应用核酸定量分析仪测定RNA浓度和纯度。所有RNA的A260/A280比值均在1.8～2.0之间。然后用逆转录PCR（RT-PCR）试剂检测各时间点Bcl-xl mRNA的情况，GAPDH作为阳性对照。引物设计如下：

Bcl-xl(209bp)，

F：5'TATTGGTGAGTCGGATCGCAG 3'，（SEQ ID NO:2）

R：5'GAAGAGTGAGCCCAGCAGAACC 3'；（SEQ ID NO:3）

GAPDH(296bp)，

F：5'CACTGCCACCCAGAAGACTGTG 3'（SEQ ID NO:4）

R：5'GGTGCTCAGTGTAGCCCAGGAT 3'（SEQ ID NO:5）。

RT反应条件：45℃、45分钟，95℃、30秒，4℃、10分钟，反应体积为10μl；PCR反应条件为：94℃、3分钟变性，循环条件为94℃、30秒，58℃、30秒，72℃、45秒，35次循环，72℃延伸10分钟，反应体积为25μl。应用自动成像分析仪对PCR产物进行半定量分析。

转染前一天，计数A549细胞，细胞爬片，接种于6孔板中，以50pmol/ml反义寡核苷酸转染A549细胞，用Ac-αCD、PEI1800包裹Bcl-xl反义寡核苷酸合成纳米材料，同时与反义寡核苷酸转染A549细胞进行比较。转染48小时后，从培养箱中取出细胞，弃掉细胞培养液，应用预冷的PBS冲洗2遍。每瓶加入细胞裂解液300μl蛋白裂解液提取细胞总蛋白，并测定蛋白浓度。取75μg蛋白经8%聚丙烯酰胺凝胶电泳5小时分离蛋白[聚丙烯酰胺凝胶配方如下：去离子水，1.7ml；30%双丙烯酰胺（丙烯酰胺29g加上N,N’-亚甲双丙烯酰胺1g，溶解于100m去离子水），1.3ml；Tris缓冲盐溶液（在800ml蒸馏水中溶解8gNaCl、0.2g KCl和3g Tris碱，加入0.015g酚并用HCl调至pH值至7.4，用蒸馏水定容至1L），1.9ml；10%SDS：（称取100gSDS慢慢转移到约含0.9L的水的烧杯中，用磁力搅拌器搅拌直至完全溶解。用水定容至1L），0.05ml；10%过硫酸镁（10g过硫酸镁溶于100ml去离子水中），0.05ml；β-巯基乙醇，0.008ml）]，电泳结束后应用电转印装置将蛋白转至聚偏氟乙烯（PVDF）膜，100V电压转膜1小时。应用含5%奶粉的洗膜液-Tris缓冲盐溶液(Tris buffered saline Tween20，TBST，即100ml TBST中加入5g脱脂奶粉)封闭2小时。分别加入兔抗人Bcl-xl(Chemicon公司，1:500)、鼠抗人GAPDH(BD公司，1:500)TBST稀释的一抗室温孵育2小时，TBST漂洗3次，加入辣根过氧化物酶标记的羊抗鼠（Amersham公司)或羊抗兔二抗(Amersham公司)常温孵育1小时，TBST漂洗3次，配制增强化学发光(enhanced chemilumines cence，ECL)显色剂(Amersham公司)，滴加至PVDF膜上，避光孵育5分钟，将膜放在暗盒中，于X线室曝光显像，采用Alpha InnoTechTM2000凝胶成像系统（美国ProteinSimple公司）获取X线片的蛋白条带图象，并应用spot density method分析蛋白条带的相对吸光度。

检测发现重组体诱导Bcl-xl基因的mRNA和蛋白表达显著降低。具体试验结果如图4和图5所示，其中，图4为单独反义寡核苷酸与Ac-αCD、PEI1800与反义寡核苷酸重组体对A549细胞内Bcl-xl mRNA表达的影响情况；其中泳道1为正常A549细胞内的Bcl-xl mRNA表达；泳道2为转染Bcl-xl反义寡核苷酸后A549细胞内Bcl-xl mRNA表达；泳道3为转染Ac-αCD、PEI1800携带的Bcl-xl反义寡核苷酸重组体后A549细胞内Bcl-xl mRNA表达。图5为单独反义寡核苷酸与Ac-αCD、PEI1800与反义寡核苷酸重组体对A549细胞内Bcl-xl蛋白表达的影响情况；其中泳道1为正常A549细胞内的Bcl-xl蛋白表达；泳道2为转染Bcl-xl反义寡核苷酸后A549细胞内Bcl-xl蛋白表达；泳道3为转染Ac-αCD、PEI1800携带的Bcl-xl反义寡核苷酸重组体后A549细胞内Bcl-xl蛋白表达。

图4中，各泳道的扩增倍数和标准差如下表1：

表1

序号	1	2	3
				扩增倍数	1	0.94	0.43
标准差	0.06	0.09	0.04

图5中，各泳道的扩增倍数和标准差如下表2：

表2

序号	1	2	3
				扩增倍数	1	0.9	0.35
标准差	0.07	0.08	0.04

实施例5携带Bcl-xl反义寡核苷酸的纳米材料对A549细胞凋亡的影响

转染前一天，计数A549细胞，细胞爬片，接种于6孔板中，以50pmol/ml反义寡核苷酸转染A549细胞，用Ac-αCD、PEI1800包裹Bcl-xl反义寡核苷酸合成纳米材料，同时与单独反义寡核苷酸转染A549细胞进行比较。转染48小时后，各组细胞先用0.25%胰蛋白酶（含0.02%EDTA）消化，收集细胞悬液，1000转/分×5分钟；弃上清，细胞用PBS洗3次，加入100μl结合液，调整细胞浓度约1×10⁶个，加入异硫氰酸荧光素(fluorescein isothiocyanate,FITC)标记的膜联蛋白V（Annexin-V）10μL，室温避光30分钟，再加入碘化丙啶（propidium iodide，PI）5μL，避光反应5分钟后，加入400μL结合液，同时以不加Annexin-V FITC及PI的一管作为阴性对照，立即进行流式细胞术定量检测。

检测显示重组体显著促进细胞的凋亡，有效抑制肿瘤细胞的生长。具体试验结果如图6A至6D所示，其中图6A、6B为转染单独Bcl-xl反义寡核苷酸后A549细胞的凋亡；图6C、6D为转染Ac-αCD、PEI1800及其携带的Bcl-xl反义寡核苷酸重组体后A549细胞的凋亡。

其中图6A至6D中，标准差如下表3所示：

表3

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与改进，因此本发明之保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (6)

1.一种用于预防或治疗肺癌的制剂，其特征在于，包含式I的pH响应性环糊精衍生物、PEI1800和SEQ ID NO:1所示的反义寡核苷酸，

式I。

2.一种权利要求1所述的制剂的制备方法，其特征在于，包含步骤：

1）合成式I的pH响应性环糊精衍生物：氮气保护下，2-甲氧基丙烯中添加含环糊精的无水二甲基亚砜，再加入吡啶对甲苯磺酸丙酮化作用后，在反应混合液中加入三乙胺，过滤，低压干冻，干燥后得到所述pH响应性环糊精衍生物；

2）将SEQ ID NO:1所示的反义寡核苷酸包被入步骤1）制备的pH响应性环糊精衍生物，包被时添加聚乙烯亚胺，制得所述制剂。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1）具体为：氮气保护下，4mL2-甲氧基丙烯2-甲氧基丙烯中添加20mL含1g环糊精的无水二甲基亚砜，再加入16mg吡啶对甲苯磺酸丙酮化作用3小时后，在反应混合液中加入0.5mL三乙胺，过滤之后，低压干冻白色粉末，收集缩醛化后的沉淀，真空干燥即得到所述环糊精衍生物。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2）所述聚乙烯亚胺与环糊精衍生物的质量比为1.25~5.0：100。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯亚胺与环糊精衍生物的质量比为1.25：100，2.5：100或5.0：100。

6.权利要求1所述的制剂在制备预防或治疗肺癌的药物中的应用。

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