CN103405778B

CN103405778B - 一种基于纳米纤维素载体的结肠靶向前药及其制备方法

Info

Publication number: CN103405778B
Application number: CN201310295156.2A
Authority: CN
Inventors: 唐丽荣; 黄彪; 李涛; 卢麒麟; 陈学榕
Original assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Current assignee: Fujian Province, Shaxian County Hongyuan Anne Biotechnology Co. Ltd.
Priority date: 2013-07-15
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2033-07-15
Also published as: CN103405778A

Abstract

本发明公开了一种基于纳米纤维素载体的结肠靶向前药及其制备方法。它以纳米纤维素为载体，以氨基酸为连接臂，通过化学键将载体与药物中间体相连，制得结肠靶向前药。研究表明，由于纳米纤维素粒径较小、表面反应活性位点多，可以紧密地将药物包覆。体外实验研究表明该前药可有效实现结肠靶向释药，满足结肠靶向药物载体的要求，可应用于研制新型治疗结肠部位疾病的靶向药物。

Description

一种基于纳米纤维素载体的结肠靶向前药及其制备方法

技术领域

本发明属于药物合成领域，具体涉及一种基于纳米纤维素载体的结肠靶向前药及其制备方法。

背景技术

结肠（colon）位于机体胃肠道的后段，是多种病变的累及器官，常见病症有溃疡性结肠炎、克罗恩氏病、结肠癌、出血性结肠炎等。由于胃肠道环境因素十分复杂，常规的口服制剂一般在到达结肠和直肠前药物就会被吸收或降解，无法特异地作用于病变部位，因此采用化学及制剂学技术，改变药物的理化性质，制备结肠靶向给药系统，又称结肠定位给药系统（colon-specific drug delivery system, CDDS），使治疗药物在胃和小肠不释放，而在结肠部位定位释放，可以提高结肠局部药物浓度，减少药物对胃肠道的刺激，减少由于胃肠道吸收所引起的全身性毒副作用，从而使药物在人体结肠更有效地发挥治疗作用，对治疗结肠疾病具有非常重要的临床意义。

结肠靶向给药系统载体材料主要有两大类：一类是合成的高分子材料，如偶氮聚合物、聚氰基丙烯酸烷酯、聚氨酯、聚乳酸等，这类合成聚合物在临床使用之前，都必须经过深入细致的毒理学研究，造成开发周期较长、费用较高、降解速度较慢；可能造成服用剂量过大，超出人体承受范围等缺陷；另一类是天然高分子聚合物，如果糖、葡聚糖、壳聚糖、硫酸软骨素、淀粉、纤维素等。

纤维素具有生物相容性好，无毒、价廉易得等优点，它不会被人体胃酸、胃蛋白酶降解，也不能被小肠吸收，然而可以在结肠中大量的微生物，尤其是Bacteroides细菌的作用下，被特异性地降解成小分子寡糖、短链脂肪酸和二氧化碳等物质。基于这一特性，纤维素可被用于结肠靶向药物载体。

但是目前仅有少量文献或专利报道纤维素及其衍生物以包衣、骨架片或前药载体的形式应用于结肠靶向给药系统。如果充分利用天然纤维素本身优良的特性，将前体药物技术和纳米技术引入结肠靶向给药系统中，一方面可以通过将药物包封于纳米纤维素中，使其在胃和小肠不释药，而将药物运送至结肠来释放，从而发挥结肠局部或全身治疗作用；另一方面，利用纳米纤维素药物载体比表面积大、活性高的特点，通过进一步的表面修饰，而避免被免疫系统巨噬细胞吞噬，克服体内“生物屏障”，从而达到结肠靶向给药的目的。

纤维素及其衍生物分子链上具有丰富的羟基、羧基或氨基等，这些基团可用于偶联靶向单元或药物分子。待偶联的靶向单元或药物分子上可反应的基团可能也有多种，包括羟基、羧基或氨基等，而具体选择哪个基团来进行反应则必须不影响到其靶向活性或药物活性。由于大多数药物单元或靶向单元与大分子载体不能通过化学反应直接连接，即使有可能反应，也会因为载体分子链或药物分子的空间位阻效应导致偶联效率太低，或限制靶向活性，因此无实际应用价值；即便药物与载体直接相连上，也会因为药物与载体直接相连所形成的化学键难以断裂而释放不出药物。因此通常需要在载体与药物分子之间引入连接臂进行偶联，以便获得良好的药物控制释放性能和生物靶向活性等。常见的偶联键有酯键（ester）、酰胺键（amide）和二硫键（disulphide）等，间隔臂有短肽、PEG、酸酐等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于纳米纤维素载体的结肠靶向前药及其制备方法，通过以纳米纤维素为载体，氨基酸为连接臂，利用化学键将纳米纤维素载体与药物中间体相连，制得结肠靶向前药。该前药具有高效的靶向药物释放效果，在实现靶向给药的同时，还能起到调控药物缓释速率的作用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于纳米纤维素载体的结肠靶向前药及其制备方法，包括以下步骤：

（1）氨基酸与纳米纤维素（根据专利“应用酸性阳离子交换树脂制备纳米晶体纤维素I的方法（ZL201010123122.1）”制备得到）或马来酸酐酯化纳米纤维素发生酯化反应；

（2）在碱性条件下，脱去保护基，得到氨基酸酯化纳米纤维素或氨基酸修饰马来酸酐酯化纳米纤维素；

（3）以氨基酸为连接臂，将纳米纤维素或马来酸酐酯化纳米纤维素与药物中间体连接，制得结肠靶向前药。

步骤（1）的具体工艺为：纳米纤维素或马来酸酐酯化纳米纤维素与氨基酸在有机溶剂中发生酯化反应，以4-二甲氨基吡啶（DMAP）作为催化剂，1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐（EDC·HCl）为活化剂，芴甲氧羰酰氯（Fmoc-Cl）为氨基保护剂，制得通式（I）的酯化纳米纤维素：；其中R’为H、马来酸酐基（）或Fmoc保护氨基酸基（）；其中R为氨基酸的侧链，所述的氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、丝氨酸、精氨酸、赖氨酸、天氡氨酸、谷氨酸中的一种，用量为纳米纤维素或马来酸酐酯化纳米纤维素质量的1~2倍，所述的有机溶剂为N, N-二甲基甲酰胺（DMF）、甲酰胺或二甲基亚砜（DMSO）。

步骤（2）的具体工艺为：将步骤（1）中通式（I）Fmoc保护酯化纳米纤维素在体积分数为10~20%的哌啶/N, N-二甲基甲酰胺溶液中搅拌10~25 min，得到通式（II）的氨基酸酯化纳米纤维素：；其中R’’为H、马来酸酐基（）或氨基酸基（）；其中R为氨基酸的侧链，所述的氨基酸选取甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、丝氨酸、精氨酸、赖氨酸、天氡氨酸、谷氨酸中的一种。

步骤（3）的具体工艺为：将步骤（2）所制得的通式（II）氨基酸酯化纳米纤维素分散于溶剂中，加入药物中间体，N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）和1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐（EDC·HCl），于室温下磁力搅拌反应10~24 h。反应完成后，多次离心、洗涤脱去未反应试剂，纯化后制得通式（III）的基于纳米纤维素为载体的结肠靶向前药：；其中R’’’为H、马来酸酐基（）或；其中R为氨基酸的侧链，所述的氨基酸选取甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、丝氨酸、精氨酸、赖氨酸、天氡氨酸、谷氨酸中的一种；其中R₁为药物中间体，是妥舒沙星（）、克林沙星（）、欧拉沙星（）或曲伐沙星（）中的一种，药物中间体的用量为通式（II）氨基酸酯化纳米纤维素质量的0.05~0.2倍；所述的N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）和1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐（EDC·HCl）的用量分别是通式（II）氨基酸酯化纳米纤维素质量的3~5倍；所述的溶剂为N, N-二甲基甲酰胺、甲酰胺或二甲基亚砜。

本发明的显著优点在于：以氨基酸为连接臂，利用氨基酸分子中的活性基团，可将纳米纤维素与药物中间体有效地连接起来，纳米纤维素载体具有良好的包封性，所制得的结肠靶向前药在胃和小肠不释药，而在结肠发挥局部或全身治疗作用，具有良好的药物控制释放性能。

附图说明

图1为本发明实施例3中所制得的结肠靶向前药在pH6.8 人工小肠液和pH7.4人工结肠液中的体外释放行为。

图2为本发明实施例1中马来酸酐酯化纳米纤维素、氨基酸酯化纳米纤维素、妥舒沙星和所制得的结肠靶向前药的场发射扫描电子显微镜图。

具体实施方式

实施例1

称取1 g 纳米纤维素干燥样品，0.08 g 4-二甲氨基吡啶（DMAP），1.5 g 丙氨酸，1.25 g 1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐（EDC·HCl），0.75 g芴甲氧羰酰氯（Fmoc-Cl），加入50 mL二甲基亚砜，将反应物混合均匀，于室温下磁力搅拌反应20 h。反应完成后，在9000 rpm转速下离心脱去液体，然后先用去离子水多次洗涤留下的固体样品，再用乙醇溶液洗涤两次，得到Fmoc保护氨基纳米纤维素样品。为脱去Fmoc保护，再将其分散于20 mL 10 % （v/v）的哌啶/DMF溶液，搅拌20 min即可脱除Fmoc，得到氨基酸酯化纳米纤维素，在-53℃真空冷冻干燥样品。

称取0.1 g 氨基酸酯化纳米纤维素干燥样品，0.3 g N-羟基琥珀酰亚胺（NHS），0.3 g EDC·HCl，0.01 g克林沙星，加入50 mL N, N-二甲基甲酰胺将反应物混合均匀，于室温下磁力搅拌反应20 h。反应完成后，在9000 rpm转速下离心脱去液体，然后用去离子水多次洗涤留下的固体样品，直至洗涤液中无未反应试剂，纯化后样品即为结肠靶向前药。在-53℃真空冷冻干燥，避光贮存。

实施例2

称取1 g 纳米纤维素干燥样品，0.08 g 4-二甲氨基吡啶（DMAP），1.5 g 亮氨酸，1.25 g 1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐（EDC·HCl），0.75 g芴甲氧羰酰氯（Fmoc-Cl），加入50 mL二甲基亚砜，将反应物混合均匀，于室温下磁力搅拌反应20 h。反应完成后，在9000 rpm转速下离心脱去液体，然后先用去离子水多次洗涤留下的固体样品，再用乙醇溶液洗涤两次，得到Fmoc保护氨基纳米纤维素样品。为脱去Fmoc保护，再将其分散于20 mL 10 % （v/v）的哌啶/DMF溶液，搅拌20 min即可脱除Fmoc，得到氨基酸酯化纳米纤维素，在-53℃真空冷冻干燥样品。

称取0.1 g 氨基酸酯化纳米纤维素干燥样品，0.5 g N-羟基琥珀酰亚胺（NHS），0.5 g EDC·HCl，0.01 g妥舒沙星，加入50 mL N, N-二甲基甲酰胺将反应物混合均匀，于室温下磁力搅拌反应20 h。反应完成后，在9000 rpm转速下离心脱去液体，然后用去离子水多次洗涤留下的固体样品，直至洗涤液中无未反应试剂，纯化后样品即为结肠靶向前药。在-53℃真空冷冻干燥，避光贮存。

实施例3

将滤纸在纤维标准解离器中于3000 r/min疏解20分钟得到分散均匀的滤纸浆，冷冻干燥备用。取3.0 g干燥后滤纸浆，搅拌分散于100 mL乙酸溶液中，静置过夜（15 h）使纤维素预活化。然后逐滴加入1.5 mL浓硫酸作为催化剂，将此悬浮液置于80 ℃油浴锅中于300 r/min 搅拌6 h。反应一定时间后，再将此反应体系在超声频率40 kHz，功率250W下超声处理，超声温度75℃，超声时间5 h。反应完成后，将此悬浮液在9000 r/min下先用去离子水反复离心脱液，再用丙酮/乙醇混合液（1/1体积比）洗脱未反应试剂和副产物。最后将收集到的马来酸酐酯化纳米纤维素于-53℃真空冷冻干燥以备用。

称取1 g 马来酸酐酯化纳米纤维素干燥样品，0.08 g 4-二甲氨基吡啶（DMAP），1.5 g亮氨酸，1.25 g 1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐（EDC·HCl），0.75 g芴甲氧羰酰氯（Fmoc-Cl），加入50 mL N, N-二甲基甲酰胺将反应物混合均匀，于室温下磁力搅拌反应15 h。反应完成后，在9000 rpm转速下离心脱去液体，然后先用去离子水多次洗涤留下的固体样品，再用乙醇溶液洗涤两次，得到Fmoc保护氨基酸酯化纳米纤维素样品，再将其分散于20 mL 20 % （v/v）的哌啶/DMF溶液中，搅拌20 min即可脱除Fmoc，得到氨基酸酯化纳米纤维素，在-53℃真空冷冻干燥样品。

称取0.1 g氨基酸酯化纳米纤维素干燥样品，0.5 g N-羟基琥珀酰亚胺（NHS），0.5 g EDC·HCl，0.01 g妥舒沙星，加入50 mL N, N-二甲基甲酰胺将反应物混合均匀，于室温下磁力搅拌反应15 h。反应完成后，在9000 rpm转速下离心脱去液体，然后用去离子水多次洗涤留下的固体样品，直至洗涤液中无未反应试剂，纯化后样品即为结肠靶向前药，在-53℃真空冷冻干燥，避光贮存。结果表明，所制备的结肠靶向前药在人工胃液中不会释放，在人工小肠液中有较少量释放，而在人工结肠液中可以较好地实现靶向给药（图1）。由图2可以看出，氨基酸酯化纳米纤维素可以较好地包覆于妥舒沙星药物表面。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种基于纳米纤维素载体的前药在制备结肠靶向药物中的应用，其特征在于：以纳米纤维素为载体，通过酯化反应引入氨基酸连接臂，再与药物中间体偶联得到基于纳米纤维素载体的结肠靶向前药，应用于研制治疗结肠部位疾病的靶向药物；

制备方法包括以下步骤：

（1）氨基酸与纳米纤维素或马来酸酐酯化纳米纤维素发生酯化反应；

（3）以氨基酸为连接臂，将纳米纤维素或马来酸酐酯化纳米纤维素与药物中间体连接，制得基于纳米纤维素载体的结肠靶向前药；

步骤（1）的具体工艺为：纳米纤维素或马来酸酐酯化纳米纤维素与氨基酸在有机溶剂中发生酯化反应，以 4-二甲氨基吡啶为催化剂，1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐为活化剂，芴甲氧羰酰氯为氨基保护剂，制得通式（I）酯化纳米纤维素：；其中R’为H、或，R为氨基酸的侧链，所述的氨基酸选取甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、丝氨酸、精氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸中的一种，用量为纳米纤维素或马来酸酐酯化纳米纤维素质量的1~2倍，所述的有机溶剂为N, N-二甲基甲酰胺、甲酰胺或二甲基亚砜；

步骤（2）的具体工艺为：将步骤（1）中通式（I）酯化纳米纤维素在体积分数为10~20 %的哌啶/DMF溶液中搅拌10~25 min，得到通式（II）的氨基酸酯化纳米纤维素：；其中R’’为H、或，R为氨基酸的侧链，所述的氨基酸选取甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、丝氨酸、精氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸中的一种；

步骤（3）的具体工艺为：将步骤（2）所制得的通式（II）氨基酸酯化纳米纤维素分散于溶剂中，加入药物中间体、N-羟基琥珀酰亚胺和1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐，于室温下磁力搅拌反应10~24 h，反应完成后，多次离心、洗涤脱去未反应试剂，纯化后制得通式（III）的基于纳米纤维素为载体的结肠靶向前药：；其中R’’’为H、或；R为氨基酸的侧链，所述的氨基酸选取甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、丝氨酸、精氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸中的一种；R₁为药物中间体妥舒沙星、克林沙星、欧拉沙星、曲伐沙星中的一种，所述的药物中间体的用量为通式（II）氨基酸酯化纳米纤维素质量的0.05~0.2倍；所述的N-羟基琥珀酰亚胺和1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐的用量分别是通式（II）氨基酸酯化纳米纤维素质量的3~5倍；所述的溶剂为N, N-二甲基甲酰胺、甲酰胺或二甲基亚砜。