CN103495177B - 白蛋白复合温敏性高分子微囊的制备及作为药物载体的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种白蛋白复合温敏性高分子微囊制备方法，本方法以亲水性强、生物相容性好的生物大分子白蛋白作为模板，以N-异丙基丙烯酰胺为温敏性单体，通过原位聚合、自组装制得白蛋白复合温敏性高分子微囊。实验表明，该温敏性高分子微囊对药物具有很好的包封率和载药量；通过载药微囊在生理盐水和人工胃液中的体外药物释放性能的分析，其对药物具有良好的缓、控释能力，因此可作为温度敏感的控制释放药物载体使用。

Description

白蛋白复合温敏性高分子微囊的制备及作为药物载体的应用

技术领域

本发明属于高分子技术领域，涉及一种白蛋白复合温敏性高分子微囊的制备；本发明同时还涉及该白蛋白复合温敏性高分子微囊作为药物载体在控制药物释放中的应用。

背景技术

高分子药物载体是一类介于药用辅助高分子材料和高分子药物之间的高分子化合物，载体不改变药物结构不影响药物疗效。这类材料虽然本身并不具有药理作用，但在不改变低分子药物结构并确保其药效的前提下，可延长药物作用时间、减少给药次数以避免漏服、减少给药剂量降低对机体的不良反应等方面具有不可替代的优势。因此成为近年来研究的热点。目前这类材料的应用最常见用于药物缓、控制释放即高分子药物缓、控释体系。

白蛋白又称清蛋白，是一类呈球状，能溶于水的蛋白质，主要存在于哺乳动物、细菌、霉菌和植物中。白蛋白由585个氨基酸组成，氨基酸之间都以肽链相连，扭曲成蚯蚓状或蜂窝状，具有无数的网状空隙，为镶嵌携带药物创造了有利空间条件。白蛋白在血浆中浓度高，结合并参与多种小分子物质的运输，如胆红素、维生素、抗生素等。白蛋白具有安全无毒、无免疫原性、可生物降解、生物相容性好、在组织中易于分布等优点，并可浓集于肿瘤部位，能与许多内源和外源性物质如脂肪酸、氨基酸、荷尔蒙、阴阳离子和药物等结合，也能与一些功能性化合物结合，是一种理想的载药微球材料。CN102973512A提供了负载阿霉素并具有叶酸受体靶向功能的白蛋白纳米粒子制剂，该纳米粒子可在靶向输送药物方面广泛应用。CN1843504提供一种白蛋白毫微球组合药物，药物被白蛋白包裹着进入血管，在注射时的疼痛感大大降低；由于白蛋白毫微球具有靶向性和抗氧化能力，大大增加了药物成分的稳定性，提高了药物成分在病患部位的有效浓度，有效延长了药物的作用时间。CN1733314公开了一种半乳糖化白蛋白磁性阿霉素纳米粒的制备方法，将磁性白蛋白阿霉素纳米粒加上半乳糖基修饰，更增强磁性白蛋白阿霉素纳米粒的靶向性。上述白蛋白纳米粒子、白蛋白毫微球都有很好的靶向性，但对环境响应性差。目前，具有良好环境响应性的药物载体成为主要研究方向。

聚N-异丙基丙烯酰胺是一种响应环境温度变化刺激而发生体积相转变的智能聚合物，它的体积相转变温度在32℃左右，与人体正常体温37℃非常接近。因此，聚N-异丙基丙烯酰胺是具有温度响应“开-关”效应的智能体系，在智能化学机械阀、智能药物释放载体等中的研究非常深入。另外，聚N-异丙基丙烯酰胺分子结构中的酰胺基团类似于蛋白分子模型中的氨基酸官能团，使它的一些性质与蛋白质的性质相似，其分子结构具有强极性，能接受氢键的酰胺基团，这也使它能与一些极性小分子结合。因此，以亲水性强、生物相容性好的生物大分子白蛋白作为模板，与温敏性单体聚N-异丙基丙烯酰胺聚合，得到具有温敏性的高分子复合材料作为载药材料具有很好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的一些问题，提供一种白蛋白复合温敏性高分子微囊的制备。

本发明的另一目的是提供白蛋白复合温敏性高分子微囊作为药物载体的应用。

（一）白蛋白复合温敏性高分子微囊的制备

本发明白蛋白复合温敏性高分子微囊的制备方法，是将温敏性单体、白蛋白充分溶于水中，在氮气保护下，于50～80℃下搅拌反应0.5～2.5小时；反应液冷却至室温，以二次水为渗析液渗析6～48小时，得到白蛋白复合温敏性高分子微囊水溶液；冷冻干燥得到白蛋白复合温敏性高分子微囊固体。

所述温敏性单体为N-异丙基丙烯酰胺；所述白蛋白为牛血清白蛋白或人血清白蛋白；温敏性单体与白蛋白的质量比为1:4～1:10。

所述引发剂为过硫酸钾。

（二）白蛋白复合温敏性高分子微囊的结构与性质

下面通过红外光谱、圆二色谱、飞行时间质谱、透射电镜对白蛋白复合温敏性高分子微囊的结构、性质进行分析与表征。

1、红外光谱

由于白蛋白骨架上含有大量的-NH₂、-COOH、-OH等可以与N-异丙基丙烯酰胺上的N、O发生弱的氢键作用，为了研究白蛋白与N-异丙基丙烯酰胺之间的氢键作用，测试了白蛋白复合高分子温敏性微囊及其原料的红外光谱。图1为本发明白蛋白复合温敏性高分子微囊的红外光谱图。图中，曲线1为白蛋白，曲线2为白蛋白复合温敏性高分子微囊，曲线3为N-异丙基丙烯酰胺。图中，白蛋白在1656cm^-1为酰胺I带（C=O和C-N的伸缩振动吸收峰），1544cm^-1为酰胺II带（-NH的弯曲振动峰）；N-异丙基丙烯酰胺在1651，1544和1301cm^-1等处的特征吸收峰可分别归于N-异丙基丙烯酰胺的酰胺I带、酰胺II带和异丙基官能团-CH(CH₃)₂的甲基特征峰，1463cm^-1处为甲基不对称弯曲振动引起的吸收峰。白蛋白的酰胺I带和酰胺II带吸收峰均发生移动，尤其是酰胺II带吸收峰发生明显偏移，而且-NH弯曲振动峰的强度明显减弱，这说明白蛋白的氨基与N-异丙基丙烯酰胺之间由于形成氢键作用而使白蛋白的-NH弯曲振动吸收峰减弱，同时在白蛋白复合高分子温敏性微囊的1298cm^-1处出现N-异丙基丙烯酰胺的特征吸收，红外分析结果表明，N-异丙基丙烯酰胺与白蛋白之间形成了氢键，说明白蛋白确与N-异丙基丙烯酰胺结合形成复合材料。

2、圆二色谱

图2为本发明白蛋白复合温敏性高分子微囊的圆二色谱图。图中，曲线1为白蛋白，曲线2为白蛋白复合温敏性高分子微囊。白蛋白分子典型二级结构在208nm和220nm表现出2个特征峰。白蛋白复合温敏性高分子微囊的208nm处的峰振幅显著增强，而222nm处的峰略微向长波方向移动振幅减弱，说明白蛋白各二级结构单元的相对含量均发生了一定程度的变化。证明白蛋白的二级结构发生变化，N-异丙基丙烯酰胺与白蛋白之间形成了复合物。白蛋白复合温敏性高分子微囊体系的圆二色谱图提示白蛋白二级结构的变化应该使白蛋白的亲水性增加，在形成过程中由于白蛋白亲水性增强水分子始终参与复合物形成过程，在水分子的界面张力作用下，最终形成微囊结构。

3、飞行时间质谱

图3为本发明白蛋白复合温敏性高分子微囊的飞行时间质谱。从图3可见，N-异丙基丙烯酰胺形成了三种分子量的聚合物链33465、22398、13739，异丙基丙烯酰胺的分子量113，据此计算N-异丙基丙烯酰胺的聚合度分别为296、198和121。由于白蛋白大分子内部的空间相对狭小、空间位阻使得N-异丙基丙烯酰胺链段长度受到限制，难以形成长链，其穿插、缠绕于白蛋白分子的空间立体结构之中，形成微囊的中心囊壁。部分聚N-异丙基丙烯酰胺链段应该连接在复合物囊壁的内侧，并且它们之间有交联现象；部分聚N-异丙基丙烯酰胺链段在复合物囊壁的外侧，分子链较长。

4、透射电镜

图4为载药白蛋白复合温敏性高分子微囊的透射电镜图。由图4发现，白蛋白复合温敏性高分子微囊透析后的微囊粒径在200～400nm左右都有分布，粒子呈现明显的空心囊状结构，染色清晰。

（三）白蛋白复合温敏性高分子微囊载药性能的测定

以抗肿瘤药物盐酸阿霉素作为模型药物，对本发明制备的白蛋白复合温敏性高分子微囊作为药物载体的载药量、药物释放性能及温敏性等进行说明。

按盐酸阿霉素与白蛋白复合温敏性高分子微囊质量比为1/9的比例，将盐酸阿霉素固体溶解到白蛋白复合温敏性高分子微囊溶液中，放入恒温振荡器中室温振荡过夜，使盐酸阿霉素充分进入白蛋白复合温敏性高分子微囊，得到载药的白蛋白复合温敏性高分子微囊水溶液，将此溶液冷冻干燥得到载药的白蛋白复合温敏性高分子微囊固体。经测定，药物重量/载体质量=1/9时的包封率为89.6%，载药量为8.0%。

图5为载药白蛋白复合温敏性高分子微囊在不同温度条件下二次水中的药物释放图。由图5可以看出，0～25℃的释放曲线几乎一致，区别主要体现在随着温度升高释放度加大，温度升高水分子运动加快，扩散加速。37℃达到相转变温度之后，释放曲线表现为先高后低，说明微囊壁中的药物释放完全后，由于聚N-异丙基丙烯酰胺链的收缩使得内部包埋的药物无法继续释放，因此释放度下降。说明本发明制得的白蛋白复合温敏性高分子微囊具有良好的温敏性。

综上所述，本发明以亲水性强、生物相容性好的生物大分子白蛋白作为模板，以N-异丙基丙烯酰胺为温敏性单体，通过原位聚合、自组装制得白蛋白复合温敏性高分子微囊具有良好生物相容性和良好的温敏性。实验表明，该温敏性高分子微囊对药物具有很好的包封率和载药量，因此可作为温度敏感的控制释放药物载体使用。

附图说明

图1为本发明白蛋白复合温敏性高分子微囊的红外光谱图。图中，曲线1为白蛋白，曲线2为白蛋白复合温敏性高分子微囊，曲线3为N-异丙基丙烯酰胺；

图2为本发明白蛋白复合温敏性高分子微囊的圆二色谱图。图中，曲线1为白蛋白，曲线2为白蛋白复合温敏性高分子微囊；

图3为本发明白蛋白复合温敏性高分子微囊的飞行时间质谱；

图4为载药白蛋白复合温敏性高分子微囊的透射电镜图；

图5为载药白蛋白复合温敏性高分子微囊在不同温度条件下的药物释放图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明白蛋白复合温敏性高分子微囊的制备及载药性能进行进一步的说明。

实施例1

先准确移取N-异丙基丙烯酰胺水溶液5mL（含N-异丙基丙烯酰胺0.5g），加入过硫酸钾溶液0.5mL（含过硫酸钾0.005g），搅拌10分钟使充分溶解；加入20mL牛血清白蛋白水溶液（含牛血清白蛋白2g）到上述溶液中。在氮气保护下搅拌10分钟后升温至50℃继续搅拌反应0.5小时。然后将反应液冷却至室温，以二次水为渗析液渗析6小时，得到白蛋白复合温敏性高分子微囊水溶液，将此溶液冷冻干燥得到白蛋白复合温敏性高分子微囊固体。药物重量/载体质量=1/9时的包封率为89.6%，载药量为8.0%。

实施例2

先准确移取N-异丙基丙烯酰胺水溶液10mL（含N-异丙基丙烯酰胺1g），加入过硫酸钾溶液1mL（含过硫酸钾0.01g），搅拌20分钟使充分溶解；加入30mL牛血清白蛋白水溶液（含牛血清白蛋白3g）到上述溶液中。在氮气保护下搅拌10分钟后升温至60℃继续搅拌反应1小时。然后将反应液冷却至室温，以二次水为渗析液渗析12小时，得到白蛋白复合温敏性高分子微囊水溶液，将此溶液冷冻干燥得到白蛋白复合温敏性高分子微囊固体。药物重量/载体质量=1/9时的包封率为82.7%，载药量为8.3%。

实施例3

先准确移取N-异丙基丙烯酰胺水溶液15mL（含N-异丙基丙烯酰胺1.5g），加入过硫酸钾溶液2mL（含过硫酸钾0.02g），搅拌30分钟使充分溶解；加入40mL牛血清白蛋白水溶液（含牛血清白蛋白4g）到上述溶液中。在氮气保护下搅拌30分钟后升温至70℃继续搅拌反应1.5小时。然后将反应液冷却至室温，以二次水为渗析液渗析24小时，得到白蛋白复合温敏性高分子微囊水溶液，将此溶液冷冻干燥得到白蛋白复合温敏性高分子微囊固体。药物重量/载体质量=1/9时的包封率为88.9%，载药量为7.3%。

实施例4

先准确移取N-异丙基丙烯酰胺水溶液25mL（含N-异丙基丙烯酰胺2.5g），加入过硫酸钾溶液3mL（含过硫酸钾0.03g），搅拌40分钟使充分溶解；加入50mL人血清白蛋白水溶液（含人血清白蛋白5g）到上述溶液中。在氮气保护下搅拌40分钟后升温至80℃继续搅拌反应2小时。然后将反应液冷却至室温，以二次水为渗析液渗析36小时，得到白蛋白复合温敏性高分子微囊水溶液，将此溶液冷冻干燥得到白蛋白复合温敏性高分子微囊固体。药物重量/载体质量=1/9时的包封率为84.2%，载药量为5.6%。

实施例5

先准确移取N-异丙基丙烯酰胺水溶液30mL（含N-异丙基丙烯酰胺3g），加入过硫酸钾溶液2mL（含过硫酸钾0.02g），搅拌30分钟使充分溶解；加入60mL人血清白蛋白水溶液（含人血清白蛋白6g）到上述溶液中。在氮气保护下搅拌30分钟后升温至70℃继续搅拌反应2.5小时。然后将反应液冷却至室温，以二次水为渗析液渗析48小时，得到白蛋白复合温敏性高分子微囊水溶液，将此溶液冷冻干燥得到白蛋白复合温敏性高分子微囊固体。药物重量/载体质量=1/9时的包封率为90.1%，载药量为7.2%。

实施例6

先准确移取N-异丙基丙烯酰胺水溶液40mL（含N-异丙基丙烯酰胺4g），加入过硫酸钾溶液5mL（含过硫酸钾0.05g），搅拌60分钟使充分溶解；加入70mL人血清白蛋白水溶液（含人血清白蛋白7g）到上述溶液中。在氮气保护下搅拌40分钟后升温至50℃继续搅拌反应2小时。然后将反应液冷却至室温，以二次水为渗析液渗析36小时，得到白蛋白复合温敏性高分子微囊水溶液，将此溶液冷冻干燥得到白蛋白复合温敏性高分子微囊固体。药物重量/载体质量=1/9时的包封率为82.1%，载药量为8.6%。

Claims (4)

1.一种白蛋白复合温敏性高分子微囊的制备方法，是将温敏性单体、白蛋白、引发剂充分溶于水中，在氮气保护下，于50～80℃下搅拌反应0.5～2.5小时；反应液冷却至室温，以二次水为渗析液渗析6～48小时，得到白蛋白复合温敏性高分子微囊水溶液；冷冻干燥得到白蛋白复合温敏性高分子微囊固体；所述温敏性单体为N-异丙基丙烯酰胺；所述白蛋白为牛血清白蛋白或人血清白蛋白。

2.如权利要求1所述白蛋白复合温敏性高分子微囊的制备方法，其特征在于：所述温敏性单体与白蛋白的质量比为1:4～1:10。

3.如权利要求1所述白蛋白复合温敏性高分子微囊的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸钾。

4.如权利要求1所述方法制备的白蛋白复合温敏性高分子微囊作为药物载体应用。