CN103055322A

CN103055322A - 一种靶向缓释载药纳米微球及其制备方法

Info

Publication number: CN103055322A
Application number: CN2012105604723A
Authority: CN
Inventors: 魏坤; 彭小敏
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: CN103055322B

Abstract

本发明公开了一种靶向缓释载药纳米微球及其制备方法，该纳米微球以含肿瘤靶向分子的载体Ⅰ和含抗肿瘤药物的载体Ⅱ的混合物为载体，以易于水解的有机硅氧烷试剂作为硅烷偶联剂，利用微乳技术制备得到具有核壳结构，且药物被化学键接和物理包裹于核心，靶向分子暴露在外面的纳米微球。药物通过化学和物理方法包裹于纳米微球，增加了药物在纳米粒中的质量分数，减缓初期释放以及补充后期释放。有机硅氧烷试剂由于其极强的水解性以及其水解后易于与两亲性嵌段聚合物的亲水链形成氢键的特性，在高分子两嵌段界面层形成另一层壳，从而加强了缓释的作用。

Description

一种靶向缓释载药纳米微球及其制备方法

技术领域

发明属于化学药物技术领域，涉及载卡佩他滨高分子靶向缓释纳米微球及其制备方法。

背景技术

恶性肿瘤是目前危害人类生命最严重的疾病之一，恶性肿瘤因为其顽固性在治疗中需要综合治疗，化学治疗是必不可少的手段之一。卡佩他滨，商品名为希罗达，是一种对转移性肿瘤治疗具有较好疗效和较强安全性的抗肿瘤药物。1998年9月获得美国FDA批准用于临床治疗紫杉醇和多柔比星等无效的晚期原发性或转移性乳腺癌，2001年FDA批准用于治疗转移性结肠直肠癌。尽管希罗达的临床试验中，未发现由于药物过量而引起的副反应。但是通过化学药物在患者血液浓度分布于全身而产生作用的传统的抗肿瘤药物治疗方法，缺乏选择性，临床中抗肿瘤化学药物的有效利用率低，造成药物浪费，因此，对抗肿瘤药物剂型的改变以及对长时间释放的探究成为攻克药物临床治疗弊端的关键。

采用载药纳米微球是一个重要的研究方向也是研究热点。其优点在于形成微球时，能使得球心包裹药物，靶向分子暴露在外面与配体相识别和配合。药物因与外界隔离而减少了生物毒性，而且药物载体的屏蔽作用增加了缓释特性。多种生物相容性好、可降解的高分子材料都被研究用于微球和纳米粒载体。

四甲氧基硅烷作为二氧化硅的前驱物，能与有机溶剂以任意比例混溶，但极易水解，当把溶有TMOS的有机溶剂滴入水溶液中时，TMOS发生水解反应，因其疏水特性，反应发生在疏水核和亲水壳之间。因而形成了一层二氧化硅的壳。同时，因TMOS水解后暴露出氧原子，结合氢和PEG分子中的氧原子极易形成氢键，稳定了这层硅壳。由此，该载药高分子纳米微球因为有了这些释放壁垒，能够使药物能以更缓慢和均匀的速度释放出来。

近年来，国内外学者对于卡佩他滨单独或协同其他药物的临床做了很多研究，但是将其用于缓释剂型的研究还未受到重视。

以两亲性嵌段高分子化合物作为微球载体的研究已经取得了很多的成就。因为其具有良好的生物相容性和安全性。同时伴随着它的降解，药物缓慢释放，没有明显的额崩解现象。

利用有机硅氧烷的水解特性来制备介孔材料的有一系列的研究，但是将其与高分子进行交联并应用的研究还不多见。其中的一些例如，Happy Tan等人将硅烷偶联剂四甲氧基硅烷用于交联PEO-PLA、PEO-PHB-PEO。Si-Han Wu等人也利用四乙氧基硅烷的水解特性来制备硅纳米粒然后交联PEG。然而，由于其研究多用于荧光成像和显像治疗，对其在载药以及对于药物释放方面的研究还存在不足。

发明内容

本发明的目的之一提供一种高载药量，具有靶向缓释抗肿瘤作用的载药纳米微球。

本发明的另一目的是提供这种实现第一目的的载药纳米球的制备方法。

本发明是通过以下方法实现：

一种靶向缓释载药纳米微球，其特征在于，该纳米微球以载体Ⅰ和载体Ⅱ的混合物为载体，以易于水解的有机硅氧烷试剂作为添加剂，利用微乳技术制备得到具有核壳结构，且药物被化学键接和物理包裹于核心，靶向分子暴露在外面的纳米微球；所述载体Ⅰ为一端连接有肿瘤靶向分子的可生物降解双亲性高分子化合物，所述载体Ⅱ为一端连接有抗肿瘤药物的可生物降解双亲性高分子化合物，两者均以易水解的化学键结合，形成一端疏水和一端亲水的双亲性化合物。

优选地，所述可生物降解双亲性高分子化合物为聚乙二醇-聚（乳酸-羟基乙酸）（PEG-PLGA）、聚乙二醇-聚乳酸（PEG-PLA）、聚乙二醇-壳聚糖（PEG-CS）、聚乙二醇-聚己内酯（PEG-PCL）。

优选地，所述肿瘤靶向分子为叶酸（FA）或转铁蛋白（Tf）。

优选地，所述抗肿瘤药物为卡佩他滨、紫杉醇或阿霉素。

优选地，所述有机硅烷试剂为四甲氧基硅烷（TMOS）或四乙氧基硅烷（TEOS）。

优选地，所述微乳技术为乳化-溶剂挥发法或纳米沉淀-透析法。

上述乳化-溶剂挥发法制备纳米微球的方法，包括如下步骤：

（1）以物质的量之比为1:(2-3)载体Ⅰ和载体Ⅱ的混合物为溶质，以二氯甲烷或者二氯甲烷和丙酮的混合液为有机溶剂，制成浓度为10-200mg/ml的基质溶液；

（2）将药物分散于上述基质溶液，形成油相；

（3）向步骤（2）所述的油相中地加入四甲氧基硅烷，搅拌均匀；

（4）把步骤（3）所得的油相溶液加入到含表面活性剂聚乙烯醇（PVA）质量分数为2-4%的水溶液中，该水溶液的体积为步骤（1）有机溶剂体积的2-5倍，将该混合液高速搅拌，形成水/油（w/o）初乳；

（5）将步骤（4）所得的初乳加入到质量浓度为0.5%-1.5%的聚乙烯醇水溶液中，该水溶液的体积为步骤（1）有机溶剂体积的20-50倍，搅拌以得到水/油/水（w/o/w）型复乳；

（6）将步骤(5)所得的混合液搅拌过夜，使有机溶剂充分挥发，然后高速离心收集所得的纳米粒，取沉淀，加蒸馏水分散再重复离心取沉淀的步骤，直至聚乙烯醇被洗干净，最后将沉淀冷冻干燥即得到目的产物。将得到的载药纳米微球消毒后，可作为药物备用。

优选地，步骤（2）所述药物的添加量是化学键接药物的3-15倍；步骤（3）所述四甲氧基硅烷的物质的量为载体Ⅰ和载体Ⅱ的总物质的量的50-100倍。

优选地，步骤（4）所述高速搅拌速度为500-1000rpm。

优选地，步骤（6）所用离心速度不低于10,000rpm。

检验步骤（6）中PVA是否洗净的方法为，取该次离心上清液滴入乙醇溶液观察是否有浑浊，如果澄清，则PVA被洗干净。

上述纳米沉淀-透析法制备纳米微球的方法，包括如下步骤：

（2）将药物分散于上述基质溶液，形成油相；

（4）将步骤（3）所述的溶液以300-600rpm高速搅拌，向其中逐滴滴加1%-2%的PVA水溶液，所用PVA水溶液的体积为有机溶剂体积的2-3倍，继续搅拌2小时。

（5）将步骤（4）所得的混合液转移至透析袋（截留分子量为3500Da），在蒸馏水介质中进行透析，每隔4小时换一次水，透析48小时。

（6）将步骤（5）的产物冷冻干燥，即得到目的产物。

从实现本发明目的方案的过程中可以看出，本发明将混合两种高分子化合物，都是以PEG-PLGA为中心，因在溶液中的亲疏水作用，PEG嵌段和PLGA嵌段分别相互聚集，而形成疏水PLGA在内，亲水PEG在外的核壳结构。TMOS的加入使得其从油相进入水相时，在PEG和PLGA的主体间水解而形成一层硅壳。此外其水解产物与PEG嵌段中的氧原子形成氢键，巩固了这层硅壳。PEG链端连接靶向制剂叶酸的化合物，因叶酸分子分子中带有亲水羧基且连接在亲水端而暴露在微球表面。自由药物分子CAP因其自身的疏水作用以及连接在PLGA末端的CAP在疏水PLGA的带动作用下被包裹于微球的内部。

本发明通过了实验室的验证，验证过程根据上述具体实施方式的步骤进行，用激光粒度仪测定粒径，用扫面电镜观察微球形貌和粒径，用紫外分光光度计测定载药量和研究其释放特性。获得了较好的验证结果。其中微球粒径在200nm左右，表面光滑，载药量为13.2%，该载药量可以根据需求适当增大或减少。包封率为73.4%。释药除最初几小时突释外，能持续缓慢释放200小时以上。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）采用本发明制备的微球形态光滑，大小均匀。改变制备条件各因素的变化，能够控制微球大小的变化。通过控制双亲性载体的分子量，可以延长卡佩他滨的作用时间。因药物以化学键合和物理包裹状态存在于微球内部，能够提高微球的载药量。现有文献中，由于载体的不同，载药量大小不一。一般以PLGA为单独载体包裹药物的载药量大多在5%-8%，以PEG-PLGA为载体的微球载药量大多为2%-12%本研究在总分子量为4万左右的混合载体的情况下，按实施例1的条件载药量为13.2%，包封率为73.4%。其中，本发明中的载药分为两部分，化学键接的药物量为固定值0.91%，而物理包裹的载药量可达20%以上，包封率可达90%以上。

（2）通过物理包裹结合化学键接药物可以补充药物释放后期药物浓度的不足，因为随着物理包裹进去的药物释放，释药速度逐渐平缓，血药浓度降低，不能达到最佳治疗效果。然而药物经化学键接后就解决了此不足，在释药后期，通过药物和载体化合物之间的化学键的逐渐水解，药物释放，弥补自由药物分子释放浓度的不足。此释药效果也可通过附图5看出。现有文献包裹药物的释放曲线到了60-90小时后，释放速度很慢，但是本发明的药物释放在90小时后仍能维持较快的水平。

（3）本发明在制备的过程中，还加入了有机硅氧烷试剂。在其水解过程中随着甲基的离去，暴露出氧原子，从而能与载体亲水端的分子链形成氢键（附图2），水解的产物沉积，在疏水链和亲水链间形成一层二氧化硅壳层，硅壳对于药物释放的所起到屏蔽作用，可以极大延长药物的释放周期。验证表明，该微球在PBS缓冲溶液中能持续释放，除了最初17h的药物突释外，在200h时，累计释放量在53%左右，该释药速度明显低于没有这层屏蔽作用的载药纳米微球体系的释药速度。

（4）本发明采用两种高分子化合物混合作为药物载体的方法，与现有研究对比，能明显延长药物的释放时间。

附图说明

图1为本发明实施例1微球制备的过程示意图；

图2为本发明实施例1TMOS水解与PEG分子间形成氢键的示意图；

图3为本发明实施例1纳米微球的粒径分布图；

图4为本发明实施例1纳米微球扫描电镜图；

图5为卡佩他滨的体外释放行为曲线图，图中位于下方的为本发明实施例1有TMOS的曲线，上方的为与之对比的无TMOS的曲线。

具体实施方式

本发明结合实施例进一步说明，其中采用的PEG-PLGA的分子量均为20，000。

实施例1

采用乳化-溶剂挥发法制备纳米微球的方法：

一种FA-PEG-PLGA/PEG-PLGA-CAP+CAP/TMOS纳米微球，包含化学键接和物理包裹的卡佩他滨分子，可降解载体Ⅰ为连接有靶向制剂的FA-PEG-PLGA的高分子化合物，可降解载体Ⅱ为连接有抗肿瘤药物卡佩他滨的PEG-PLGA-CAP的高分子化合物，载体Ⅰ和载体Ⅱ按1:3物质的量混合，油相采用二氯甲烷。两次乳化的表面活性剂浓度分别为4%和1%。两次乳化的表面活性剂溶液分别为二氯甲烷体积的2倍和30倍，制备中加入的CAP物质的量为键接药物的物质的量的13倍，加入的TMOS的物质的量为载体总物质的量的100倍。其具体制备方案为：

1）分别称取0.5g载体Ⅰ和1.5g载体Ⅱ固体粉末并混合均匀，加入到10mL二氯甲烷溶液中，匀质机搅拌均匀。

2）称取0.36g卡佩他滨粉末分散于上述基质溶液，搅拌均匀，形成油相。

3）向步骤2）所述的油相中地加入1.5mLTMOS，搅拌均匀。

4）把步骤3）所得的油相溶液加入到20mL 4%的PVA水溶液中，将该混合液以600rpm速度搅拌，形成w/o初乳。

5）将步骤4)所得的初乳缓慢滴加到质量浓度为300mL 1%的PVA水溶液中，以600rpm速度搅拌以得到w/o/w型复乳。

6）将步骤4)所得的混合液以600rpm的速度搅拌过夜（时间不少于12小时），使有机溶剂充分挥发。为加快挥发，也可采用常温减压挥发，时间不少于3小时。

7）以10,000rpm速度离心步骤6）所得的纳米粒，不断进行取沉淀，加蒸馏水分散再重复离心取沉淀的步骤，直至PVA被洗干净。最后将沉淀冷冻干燥保存。

8）步骤7）得到的载药纳米微球的载药量为13.2%，包封率为73.4%，消毒后可作为药物备用。

对比实验所用的无TMOS的纳米微球的制备与实施例1的不同之处仅在于省去上述步骤3）。

用激光粒度仪和扫描电镜对所得到的纳米微球进行测试表征，平均为200nm，结果参见图3和图4。

本实施例制得的纳米微球的释药效果见附图5。Sepideh Khoee等利用PEG-PLGA载体载一种疏水抗肿瘤药物槲皮黄酮，在PH=7.4的PBS溶液（与本发明体外释放条件相同）中释放90小时的累计释放量为68%，相当于本发明在200小时的释放水平。现有文献中，达到缓释效果最好的有Hai Wang等人，他们利用PEG-PLGA物理包裹阿霉素和紫杉醇两种抗肿瘤药物，其释放时间能达200小时以上，与发明的区别在于其在200小时时两种药物累计释放量分别为70%和75%，高于本发明在200小时的53%和70%的释放量。而且Hai Wang等人的释药体系释放后期的释放速度更快，释放曲线呈直线上升趋势。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：

将实施例1中的步骤1）的有机溶剂的量为15mL。步骤4)中的PVA水溶液的体积为30mL,步骤5)中的PVA水溶液的体积为450mL。

用激光粒度仪和扫描电镜对所得到的纳米微球进行测试表征，发现本实施例纳米微球的粒径较实施例1中小，平均为190nm；表面粗糙度增加。这是因为此实施例中，有机溶剂的体积增加了，油相的粘度下降，因此载体和药物更容易被分散成细小的液滴粒径。此外，油相的增加也使得油相挥发距离缩短，纳米微球固化速度加快，导致纳米微球表面粗糙度增加。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于：

将实施例1中的步骤5）的PVA水溶液体积调整为500mL，即第二次乳化的表面活性剂溶液的体积为有机溶剂体积50倍。用激光粒度仪和扫描电镜对所得到的纳米微球进行测试表征，发现本实施例纳米微球的粒径较实施例1中小，表面粗糙度增加。这是因为此实施例中，外水相体积增加了，油相溶剂挥发速度加快，因此纳米微球固化时间缩短，较高的流动压力会在微球表面和内部形成多孔性结构，导致纳米微球表面空洞数目增加，表面粗糙度增加。

实施例4

采用纳米沉淀-透析法制备纳米微球的方法：

1）分别称取0.5g载体Ⅰ和1.5g载体Ⅱ固体粉末并混合均匀，加入到10mL二氯甲烷溶液中，匀质机搅拌均匀。称取0.36g卡佩他滨粉末分散于上述基质溶液，搅拌均匀，形成油相。向上述油相中地加入3mLTMOS，搅拌均匀。

2）将步骤1）所述的溶液以400rpm速度搅拌，向其中逐滴滴加30mL1%的PVA水溶液，继续搅拌2小时。

3）将步骤2）的产物转移至透析袋（截留分子量为3500Da），在蒸馏水介质中进行透析，每隔4小时换一次水，透析48小时。

4）将步骤3）的产物冷冻干燥，保存。用激光粒度仪和紫外分光光度计对所得到的纳米微球进行测试表征，发现本实施例纳米微球的粒径较实施例1中小，载药量也相比实施例1的结果下降，为10.2%，下降幅度为22.7%。

实施例5

本实施例与实施例4的不同之处在于：

将实施例4中的步骤2）的搅拌速度调整为300rpm。用激光粒度仪和紫外分光光度计对所得到的纳米微球进行测试表征，发现本实施例纳米微球的粒径和粒径分布，载药量和包封率如表1所示。

实施例6

本实施例与实施例4的不同之处在于：

将实施例4中的步骤2）的搅拌速度调整为500rpm。

用激光粒度仪和紫外分光光度计对所得到的纳米微球进行测试表征，发现本实施例纳米微球的粒径和粒径分布，载药量和包封率如表1所示。

实施例7

本实施例与实施例4的不同之处在于：

将实施例4中的步骤2）的搅拌速度调整为600rpm。

表1

Claims

1.一种靶向缓释载药纳米微球，其特征在于，该纳米微球以载体Ⅰ和载体Ⅱ的混合物为载体，以易于水解的有机硅氧烷试剂作为添加剂，利用微乳技术制备得到具有核壳结构，且药物被化学键接和物理包裹于核心，靶向分子暴露在外面的纳米微球；所述载体Ⅰ为一端连接有肿瘤靶向分子的可生物降解双亲性高分子化合物，所述载体Ⅱ为一端连接有抗肿瘤药物的可生物降解双亲性高分子化合物。

2.根据权利要求1所述的纳米微球，其特征在于，所述可生物降解双亲性高分子化合物为聚乙二醇-聚（乳酸-羟基乙酸）、聚乙二醇-聚乳酸、聚乙二醇-壳聚糖、聚乙二醇-聚己内酯。

3.根据权利要求1或2所述的纳米微球，其特征在于，所述肿瘤靶向分子为叶酸或转铁蛋白。

4.根据权利要求3所述的纳米微球，其特征在于，所述抗肿瘤药物为卡佩他滨、紫杉醇或阿霉素。

5.根据权利要求4所述的纳米微球，其特征在于，所述有机硅烷试剂为四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷。

6.根据权利要求1或2或3所述的纳米微球，其特征在于，所述微乳技术为乳化-溶剂挥发法或纳米沉淀-透析法。

7.根据权利要求1~6任意一项所述纳米微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（2）将药物分散于上述基质溶液，形成油相；

（4）把步骤（3）所得的油相溶液加入到含表面活性剂聚乙烯醇质量分数为2-4%的水溶液中，该水溶液的体积为步骤（1）有机溶剂体积的2-5倍，将该混合液高速搅拌，形成水/油初乳；

（5）将步骤（4）所得的初乳加入到质量浓度为0.5%-1.5%的聚乙烯醇水溶液中，该水溶液的体积为步骤（1）有机溶剂体积的20-50倍，搅拌以得到水/油/水型复乳；

（6）将步骤(5)所得的混合液搅拌过夜，使有机溶剂充分挥发，然后高速离心收集所得的纳米粒，取沉淀，加蒸馏水分散再重复离心取沉淀的步骤，直至聚乙烯醇被洗干净，最后将沉淀冷冻干燥即得到目的产物。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述高速搅拌为500-1000rpm，步骤（6）所用离心速度不低于10,000rpm。

9.根据权利要求1~6任意一项所述纳米微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（2）将药物分散于上述基质溶液，形成油相；

（4）将步骤（3）所述的溶液以300-600rpm高速搅拌，向其中滴加质量分数1%-2%的聚乙烯醇水溶液，该水溶液的体积为有机溶剂体积的2-3倍，继续搅拌2小时；

（5）将步骤（4）的产物在蒸馏水介质中进行透析；

（6）将步骤（5）的产物冷冻干燥即得到目的产物。

10.根据权利要求7或8或9所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述药物的添加量是化学键接药物的3-15倍；步骤（3）所述四甲氧基硅烷的物质的量为载体Ⅰ和载体Ⅱ的总物质的量的50-100倍。