CN102973513A - 智能纳米药物传递系统和制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有pH响应性的智能纳米药物传递系统和制备方法及其应用。所述的传递系统包括纳米药物载体和包封于载体中的药物；载体是由树枝状大分子和连接在其上的分子配基两部分组成；树枝状大分子是聚酰胺－胺型树枝状大分子，或含胆酸端基的聚酰胺－胺型树枝状大分子；所述的分子配基是柠康酸或3,4,5,6-四氢苯酸。所述的药物是抗肿瘤药物或诱导分化药物。该药物传递系统通过对低代聚酰胺－胺型树枝状大分子进行修饰制备而成，制备过程简单。实验证明该系统对抗癌药物及肿瘤分化药物具有很好的细胞投递作用。可有效提高抗癌药物的疗效、提高抗分化药物对癌细胞的诱导分化能力，在生物体内的毒副作用小。可用于癌症的治疗。
Description
技术领域
本发明属于生物医用材料和纳米技术领域，特别是涉及一种智能纳米药物传递系统的制备方法。
背景技术
肿瘤是当前严重危害人类健康的主要疾病之一。化学药物是除手术疗法外最重要的治疗手段。目前临床上广泛使用的药物分子进入体内后大多将分布在体内的各个器官，对病变部位的特异性分布很少。对于这些药理作用强烈的抗癌药物而言，其细胞毒性很大，在有效杀伤肿瘤细胞的同时也会破坏正常的组织细胞，因此在治疗过程中也会对正常组织或器官产生很大的毒性，出现严重的毒副反应，治疗剂量下给患者带来极大痛苦。为了提高药物对肿瘤部位的特异性作用，提高药物的治疗效果，科研工作者们提出了靶向药物传递系统的设想，即利用某种对肿瘤部位具有特殊亲和力的纳米材料，将抗肿瘤药物选择性地输送到体内的肿瘤部位，使肿瘤组织的药物达到治疗量以上，同时在正常组织内没有或有极少量的药物，从而降低抗癌药物对正常组织的毒副作用。
近年来报道了一系列具有环境响应性的新型靶向药物系统，它们是通过靶向部位的特殊环境“激活”，将药物可控释放到靶向部位的一类新型药物系统。这一新型靶向药物系统在体内循环系统中能够稳定存在，而在靶部位由于环境的改变，药物系统随即产生响应性，结构或性能上发生变化，通过载体解离，键断裂，降解等方法使药物释放到靶向部位。药物传递系统对药物的靶向释放既可以依赖于对外界环境的某种刺激信号做出相对应的响应；也可以依赖于对肿瘤微环境的因素做出响应。pH响应性靶向药物系统是一类极具应用前景的智能药物传递系统。正常组织的pH值一般为7.4，而肿瘤组织的环境略呈酸性，约为5.7-7.2。因此可以利用这两种环境pH的微弱变化设计智能药物载体，实现药物对肿瘤的靶向传递与释放。另一方面，肿瘤细胞中的内涵体和溶酶体具有更强的酸性环境，如肿瘤细胞中早期内涵体的pH值在5.4-6.0左右，而晚期内涵体的pH值一般在5.0左右、溶酶体的pH值在4.0～5.0。利用这一特点可以设计适宜的智能药物载体实现药物在特定细胞器的释放，大大增加药物在作用部位(如细胞质和细胞核)中的浓度，克服肿瘤的耐药性。因此pH响应性智能纳米药物载体在药物传递和释放领域的应用可以极大提高肿瘤治疗的有效性。
诱导分化治疗作为肿瘤治疗的一个新策略已经成为现在肿瘤治疗研究的新领域。在其发展过程中还有许多亟待解决的问题，如现有的诱导分化剂存在着毒副作用大、诱导分化能力较低等诸多弊端。以临床应用最为广泛的ATRA为例，其副反应主要有维甲酸综合症、高白细胞综合症、高颅内压综合症、高组胺综合症等。因此，如何选择合适的药物载体将诱导分化药物安全、高效地靶向到肿瘤组织是一个亟待解决的问题。可以预计，pH响应性智能纳米药物载体在肿瘤的诱导分化治疗上同样会发挥巨大的作用。
目前对pH响应性智能药物载体的设计中常采用具有可发生质子化的弱碱性或弱酸性聚合物制成聚合物胶束，当pH发生改变时，聚合物的离子化状态发生改变，使药物从胶束中释放出来。但是，研究中常用的聚合物常具有很高的分子量，进入体内后不易被排出。而低分子量化合物则更具有相对安全、生物相容性良好等特性，将是药物缓释系统的一个非常有用的补充。因此开发出由相对较小分子量的物质构成的胶束作为药物载体会有更好的应用前景。
聚酰胺-胺型树枝状大分子(polyamidoamine，PAMAM)是研究较为广泛和成熟的一种树枝状大分子。3代以下的PAMAM分子量较小，容易被人体代谢，且细胞毒性很小，这些优点为其作为药物载体提供了得天独厚的条件。研究表明，低代聚酰胺-胺型树枝状大分子经修饰后可以形成胶束作为药物载体，提高药物的作用效果。但此胶束的靶向能力不强。
发明内容
本发明的目的是解决由低代树枝状大分子不能制备具有pH响应性的智能纳米药物载体的问题，提供一种智能纳米药物传递系统的制备方法及其应用。
本发明提供的具有pH响应性的智能纳米药物传递系统，包括纳米药物载体和包封于载体中的药物；所述的纳米药物载体是由如下(a)和(b)两部分组成的：(a)树枝状大分子，所述的树枝状大分子是聚酰胺-胺型树枝状大分子，或胆酸修饰的树枝状大分子，所述的胆酸修饰的树枝状大分子是含胆酸端基的聚酰胺-胺型树枝状大分子；(b)连接在(a)中所述树枝状大分子上的分子配基，所述的分子配基是柠康酸或3，4，5，6-四氢苯酸。
所述的聚酰胺-胺型树枝状大分子是1-3代的聚酰胺-胺型树枝状大分子和含胆酸端基的聚酰胺-胺型树枝状大分子。
分子配基与树枝状大分子的摩尔比是1∶1-8∶1。
本发明同时提供了一种具有pH响应性的智能纳米药物传递系统的制备方法，该方法经过以下步骤：
第1步、智能纳米药物载体的制备
第1.1步、酸酐修饰聚酰胺-胺型树枝状大分子药物载体的制备
将聚酰胺-胺型树枝状大分子与柠康酸酐置于pH为8-10的磷酸缓冲液或碳酸钠缓冲液中，在室温下反应0.5-4小时，纯化后得到柠康酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子；
或者，将聚酰胺-胺型树枝状大分子与3，4，5，6-四氢苯酐置于pH为8-10的磷酸缓冲液或碳酸钠缓冲液中，在室温下0.5-4小时，纯化后得到3，4，5，6-四氢苯酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子；
第1.2步、酸酐修饰含胆酸端基的聚酰胺-胺型树枝状大分子载体的制备
将含胆酸端基的聚酰胺-胺型树枝状大分子和柠康酸酐置于pH为8-10的磷酸缓冲液或碳酸钠缓冲液中，在室温下0.5-4小时，纯化后得到柠康酸胆酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子；
或者，含胆酸端基的聚酰胺-胺型树枝状大分子和3，4，5，6-四氢苯酐置于pH为8-10的磷酸缓冲液或碳酸钠缓冲液中，在室温下0.5-4小时，纯化后得到3，4，5，6-四氢苯酸胆酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子；
其中，柠康酸酐或3，4，5，6-四氢苯酐与聚酰胺-胺型树枝状大分子或含胆酸端基的聚酰胺-胺型树枝状大分子的摩尔比是1∶1-8∶1；
第2步、智能纳米药物传递系统的制备
将所选择的药物加入到第1.1步或第1.2步制备的智能纳米药物载体溶液中，经过室温震荡，制得将药物包封于载体中的智能纳米药物传递系统。
所述的药物是抗肿瘤药物或诱导分化药物；具体包括氨甲蝶呤、喜树碱、阿霉素或全反式维甲酸。
所述的聚酰胺-胺型树枝状大分子或含胆酸端基的聚酰胺-胺型树枝状大分子，是指1-3代产物。
本发明的优点和有益效果：
本发明采用低代聚酰胺-胺型树枝状大分子，通过对其进行简单的表面修饰，可得到粒径100-500nm左右的纳米药物载体。此纳米药物载体对环境pH具有较强的敏感性和较低的细胞毒性。在酸性条件下，能够提高负载药物的细胞摄入量，从而提高诱导分化药物对肿瘤细胞的诱导分化能力，或提高抗肿瘤药物对肿瘤细胞的毒性。
该基于低代PAMAM的智能纳米药物传递系统是一种具有肿瘤靶向性的，可根据环境pH值变化进行调控的智能纳米药物传递系统，在药物的靶向运输方面具有应用价值。该智能纳米药物传递系统制备简单，成本低廉，易于推广使用。
附图说明
图1为pH＝7.4条件下智能纳米药物载体的透射电镜图。
图2为pH＝5.0、6.0和7.0条件下智能纳米药物载体的水解动力学曲线。
图3为智能纳米药物载体的细胞毒性。
图4为智能纳米药物传递系统在裸鼠体内肿瘤及各器官的分布情况。
图5为诱导分化药物及智能纳米药物传递系统对HepG2细胞的抑制作用。
具体实施方式
本发明突出的实质性特点和显著进步，可通过下述实施例予以证明，但它们不是对本发明作任何限制。
实施例1.智能纳米药物载体的制备
将0.045mmol1代胆酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子和0.045mmol柠康酸酐溶于碳酸钠缓冲溶液中，室温反应4小时。透析除去杂质。冷冻干燥得柠康酸胆酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子。
实施例2.智能纳米药物载体的制备
将0.045mmol1代胆酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子和0.180mmol柠康酸酐溶于碳酸钠缓冲溶液中，室温反应4小时。透析除去杂质。冷冻干燥得柠康酸胆酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子。
实施例3.智能纳米药物载体的制备
将0.045mmol1代胆酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子和0.180mmol3，4，5，6-四氢苯酐溶于碳酸钠缓冲溶液中，室温反应4小时。透析除去杂质。冷冻干燥得胆酸3，4，5，6-四氢苯修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子。
实施例4.智能纳米药物载体的制备
将0.07mmol1代聚酰胺-胺型树枝状大分子和0.14mmol3，4，5，6-四氢苯酐溶于PBS缓冲溶液中，室温反应0.5小时。透析除去杂质。冷冻干燥得3，4，5，6-四氢苯酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子。
实施例5.智能纳米药物载体的制备
将0.07mmol1代聚酰胺-胺型树枝状大分子和和0.28mmol柠康酸酐溶于碳酸钠缓冲溶液中，室温反应2小时。透析除去杂质。冷冻干燥得柠康酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子。
实施例6.智能纳米药物载体的制备
将0.07mmol1代聚酰胺-胺型树枝状大分子和和0.28mmol3，4，5，6-四氢苯酐溶于碳酸钠缓冲溶液中，室温反应2小时。透析除去杂质。冷冻干燥得3，4，5，6-四氢苯酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子。
实施例7.智能纳米药物载体的制备
将0.07mmol1代聚酰胺-胺型树枝状大分子和和1.2mmol3，4，5，6-四氢苯酐溶于碳酸钠缓冲溶液中，室温反应4小时。透析除去杂质。冷冻干燥得3，4，5，6-四氢苯酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子。
实施例8.
同实施例1合成柠康酸胆酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子。以缓冲液(pH＝7.4)为介质配制浓度为0.1mg/ml的溶液，室温振荡，得到聚合物胶束。胶束的粒径在100nm左右。结果见附图1。
实施例9.
同实施例6合成3，4，5，6-四氢苯酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子。将3，4，5，6-四氢苯酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子和全反式维甲酸以DMEM培养基为介质配制3，4，5，6-四氢苯酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子浓度为0.065mmol/L、全反式维甲酸浓度为10μmol/L的溶液，室温振荡，得到智能纳米药物传递系统。
实施例10.
同实施例7合成3，4，5，6-四氢苯酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子。以缓冲液(pH＝5.0、6.0、7.4)为介质配制浓度为0.1mg/ml的溶液。将溶液置于37℃恒温水浴摇床振荡。每隔一段时间测定胶束中游离氨基的含量，计算水解百分率。结果见图2。
实施例11.
同实施例6合成3，4，5，6-四氢苯酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子。将其溶解于DMEM培养基，配置成不同浓度的3，4，5，6-四氢苯酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子溶液。过滤除菌。25mg噻唑兰(MTT)溶于5ml PBS中，过滤除菌，制成MTT溶液。
将HepG2细胞种到96孔板中，每孔100μl，约104个细胞，培养24h，然后加入上面所配置的不同浓度的3，4，5，6-四氢苯酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子溶液100μl，每组5个孔，继续培养24h。
吸去培养基后，细胞用PBS缓冲液冲洗1遍，向每孔加入等量新鲜培养基及10μl MTT溶液，继续培养4h，最后吸出孔中的液体，用PBS洗1次，加入150μl的DMSO，避光震荡10min。酶标仪检测，测得聚合物胶束的体外毒性：在100μg/ml及其以下时没有毒性，结果见附图3。
实施例12.
同实施例2合成柠康酸胆酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子。将柠康酸胆酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子和过量的尼罗红染料溶于DMEM培养基中，搅拌24h后过滤，得到包含尼罗红的柠康酸胆酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子溶液。
雄性BALB/C裸鼠背部皮下注射5×106个HepG2细胞。10天后，通过裸鼠尾静脉注射负载上述溶液。4h后处死，解剖分离肿瘤，肝脏，肺，肾，脾，心脏。将各器官在活体成像系统下观察尼罗红的荧光分布，分析智能纳米药物传递系统的体内分布。结果见附图4。
实施例13.
同实施例4合成3，4，5，6-四氢苯酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子。将其与全反式维加酸溶解于DMEM培养基，配置成含不同浓度全反式维甲酸的3，4，5，6-四氢苯酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子溶液。过滤除菌。25mg噻唑兰(MTT)溶于5ml PBS中，过滤除菌，制成MTT溶液。
将104个HepG2细胞种到96孔板中，培养24h，然后加入上述溶液，每组5个孔，继续培养24h。吸去培养基后，细胞用PBS缓冲液冲洗1遍，向每孔加入等量新鲜培养基及10μl MTT溶液，继续培养4h，最后吸出孔中的液体，用PBS洗1次，加入150μl的DMSO，避光震荡10min。酶标仪检测，得到智能纳米药物传递系统对诱导分化药物作用的影响。结果见附图5。
Claims (6)
1.一种具有pH响应性的智能纳米药物传递系统，其特征在于该系统包括纳米药物载体和包封于载体中的药物；所述的纳米药物载体是由如下(a)和(b)两部分组成的：(a)树枝状大分子，所述的树枝状大分子是聚酰胺-胺型树枝状大分子，或胆酸修饰的树枝状大分子，所述的胆酸修饰的树枝状大分子是含胆酸端基的聚酰胺-胺型树枝状大分子；(b)连接在(a)中所述树枝状大分子上的分子配基，所述的分子配基是柠康酸或3，4，5，6-四氢苯酸。
2.一种具有pH响应性的智能纳米药物传递系统的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
第1步、智能纳米药物载体的制备
第1.1步、酸酐修饰聚酰胺-胺型树枝状大分子药物载体的制备
将聚酰胺-胺型树枝状大分子与柠康酸酐置于pH为8-10的磷酸缓冲液或碳酸钠缓冲液中，在室温下反应0.5-4小时，纯化后得到柠康酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子；
或者，将聚酰胺-胺型树枝状大分子与3，4，5，6-四氢苯酐置于pH为8-10的磷酸缓冲液或碳酸钠缓冲液中，在室温下反应0.5-4小时，纯化后得到3，4，5，6-四氢苯酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子；
第1.2步、酸酐修饰含胆酸端基的聚酰胺-胺型树枝状大分子载体的制备
将含胆酸端基的聚酰胺-胺型树枝状大分子和柠康酸酐置于pH为8-10的磷酸缓冲液或碳酸钠缓冲液中，在室温下反应0.5-4小时，纯化后得到柠康酸胆酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子；
或者，将含胆酸端基的聚酰胺-胺型树枝状大分子和3，4，5，6-四氢苯酐置于pH为8-10的磷酸缓冲液或碳酸钠缓冲液中，在室温下反应0.5-4小时，纯化后得到3，4，5，6-四氢苯酸胆酸修饰的聚酰胺-胺型树枝状大分子；
其中，柠康酸酐或3，4，5，6-四氢苯酐与聚酰胺-胺型树枝状大分子或含胆酸端基的聚酰胺-胺型树枝状大分子的摩尔比是1∶1-8∶1；
第2步、智能纳米药物传递系统的制备
将所选择的药物加入到第1.1步或第1.2步制备的智能纳米药物载体溶液中，制得将药物包封于载体中的智能纳米药物传递系统。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的药物是抗肿瘤药物或诱导分化药物。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的抗肿瘤药物或诱导分化药物是指氨甲蝶呤、喜树碱、阿霉素或全反式维甲酸。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的聚酰胺-胺型树枝状大分子或含胆酸端基的聚酰胺-胺型树枝状大分子，是指1-3代产物。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于所述的智能纳米药物传递系统是经过室温震荡制成。
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