CN104117069A

CN104117069A - 一种针对脑胶质瘤的靶向纳米递药系统及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN104117069A
Application number: CN201310149911.6A
Authority: CN
Inventors: 庞志清; 张波; 蒋新国; 高会乐; 沈顺
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2014-10-29

Abstract

本发明属生物技术领域，涉及一种针对低密度脂蛋白受体的短肽修饰的脑肿瘤靶向纳米载药系统及其制备方法及其应用。该递药系统包括靶向功能分子，药物和纳米载体。所述的靶向功能分子为通过噬菌体展示技术获得的针对低密度脂蛋白受体的短肽。所述药物以包裹或共价连接的方式包载在纳米载体内，短肽通过共价连接的方式与纳米粒表面的聚乙二醇相连。该递药系统可透过血脑屏障靶向侵浸区肿瘤细胞，也可通过EPR效应进入脑肿瘤内，通过脑胶质瘤细胞表面低密度脂蛋白受体的介导作用，促进脑胶质瘤细胞的摄取，提高化疗药物的抗脑胶质瘤效果。

Description

一种针对脑胶质瘤的靶向纳米递药系统及其制备方法和应用

技术领域

本发明属生物技术领域，涉及肿瘤靶向递药系统，具体涉及一种针对低密度脂蛋白受体的短肽修饰的脑肿瘤靶向纳米载药系统及其制备方法和应用。

背景技术

恶性脑胶质瘤已经成为影响人类健康的脑部重大疾病之一，死亡率很高，成人恶性脑胶质瘤的5年生存率低于5%，但目前尚无有效治愈的办法。其主要原因在于：（1）脑肿瘤的浸润性较强，手术风险大且难以完全切除，易复发；（2）大部分抗肿瘤药物均难以透过血脑屏障，无法对肿瘤浸润区的肿瘤细胞进行化疗；（3）大部分传统的抗肿瘤药物不具有组织选择性，在杀死肿瘤细胞的同时也会对正常的细胞造成杀伤作用，引起严重的副作用而使其应用受到限制。

纳米靶向递药系统已成为抗脑肿瘤药物研发中的一个热点。目前大量的研究和发明致力于纳米递药系统的抗脑肿瘤研究，以提高药物的抗肿瘤效果，降低药物的毒副作用，如专利“一种治疗恶性胶质瘤的药物及其制备方法”（专利申请号201110360407，“一种乙酰胆碱受体介导跨越血脑屏障的主动靶向递药系统”（专利申请号201010110665.X），“抑制肿瘤多药耐药性的聚合物复合纳米的制备方法”（专利申请号200610096365.4），“一种肿瘤特异性靶向给药系统及其在制备治疗肿瘤药物中的应用”（专利申请号02105456.8）。而且，已有部分纳米靶向递药系统的制剂上市，如阿霉素脂质体，紫杉醇白蛋白纳米粒。纳米靶向递药系统治疗脑肿瘤有几个主要的优势：第一，纳米递药系统通过脑肿瘤部位的增强透过和滞留（EPR）效应提高了脑肿瘤部位的分布，降低了非靶部位的分布，提高了药物的作用效果，降低药物的毒副作用；第二，脑肿瘤细胞表面常特异性高表达某些正常细胞不表达或低表达的受体或蛋白，在纳米递药系统表面连接一个靶向功能分子，通过靶向功能分子与脑肿瘤细胞表面的特异性受体的结合，可以显著提高肿瘤细胞对于药物的摄取，提高纳米递药系统的抗肿瘤效果。但是，普通的纳米靶向递药系统尚存在如下一些缺点，如，难以透过血脑屏障对肿瘤浸润区的肿瘤细胞进行选择性化疗，往往通过连接多个靶向分子的方法使纳米递药系统同时具有透过血脑屏障和靶向肿瘤细胞的功能，构建方法复杂，靶向分子可能存在互相干扰等问题。

最近Jean-Daniel Malcor通过噬菌体展示技术筛选并优化出对低密度脂蛋白受体具有高亲和力并与内源性的低密度脂蛋白无竞争抑制的环形短肽DCys-Met-Pro-Arg-Leu-Arg-Gly-Cys-NH2(Cys&Cys Bridge)(简称peptide-22)，并在小鼠上验证了该短肽对神经系统的靶向性（Malcor JD, Payrot N, David M, Faucon A, Abouzid K, Jacquot G, et al. Chemical optimization of new ligands of the low-density lipoprotein receptor as potential vectors for central nervous system targeting. J Med Chem 2012;55(5):2227-2241）。与其它低密度脂蛋白受体的配体相比，该短肽具有结构稳定、亲和力高、不与内源性脂蛋白竞争受体、不干扰细胞的胆固醇代谢等优点。肿瘤细胞快速增殖需要大量胆固醇合成细胞膜，因而介导胆固醇摄取的低密度脂蛋白受体常较正常细胞高度表达。许多常见肿瘤细胞，如胶质瘤细胞，肺癌细胞，结肠癌细胞等表面都高表达低密度脂蛋白受体，可望介导该短肽修饰的纳米载药系统进入肿瘤细胞内。此外，血脑屏障上血管内皮细胞也高表达低密度脂蛋白受体，因此无论对于早期脑胶质瘤（肿瘤区血脑屏障未被破坏），还是晚期胶质瘤（肿瘤区大部分血脑屏障被破坏），针对低密度脂蛋白受体的纳米递药系统都可以（或先跨越血脑屏障）特异性地被摄取进入胶质瘤细胞，提高脑肿瘤的治疗效果。

根据上述背景，本申请的发明人拟以该短肽为靶向功能分子，聚乙二醇-聚乳酸（PEG-PLA）为载体，紫杉醇（PTX）为化疗药物，构建一种全新的脑肿瘤靶向递药系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对脑胶质瘤的纳米递药系统，具体涉及一种短肽修饰的纳米递药系统。该递药系统可通过脑胶质瘤细胞表面低密度脂蛋白受体的介导作用，促进肿瘤细胞的摄取，提高化疗药物的抗肿瘤效果。

本发明的针对脑胶质瘤的靶向纳米递药系统，是以低密度脂蛋白受体为靶点的纳米靶向递药系统，其由高分子材料，聚乙二醇，导向性短肽分子NH2-C6-DCys-Met-Pro-Arg-Leu-Arg-Gly-Cys-NH2(Cys&Cys Bridge)及抑制肿瘤生长的化疗药物组成。该递药系统一方面可透过血脑屏障，靶向脑肿瘤浸润区内的肿瘤细胞，另一方面通过长循环纳米粒的增强渗透和滞留作用向肿瘤组织内蓄积，蓄积在肿瘤组织内的纳米粒可以被肿瘤细胞表面的低密度脂蛋白受体所识别，经受体介导的内吞进入到肿瘤细胞内，实现脑肿瘤的靶向治疗。

本发明中，所述的靶向功能分子为一种通过噬菌体展示技术获得的短肽，药物为小分子抗肿瘤药物，纳米载体为表面聚乙二醇修饰的脂质体、纳米粒、聚合物泡囊、聚合物胶束、固体脂质纳米粒。药物以包裹或共价连接的方式包载在纳米载体内，短肽通过共价连接的方式与纳米粒表面的聚乙二醇相连。所述的靶向纳米递药系统粒径为10-300 nm。

本发明中，所述的针对低密度脂蛋白受体的短肽氨基酸序列为NH2-C6-DCys-Met-Pro-Arg-Leu-Arg-Gly-Cys-NH2(Cys&Cys Bridge)。

本发明中，所述的高分子材料为聚乳酸，聚乳酸-聚羟基乙酸，聚己内酯或二硬脂酰磷脂酰乙醇胺中的一种；

本发明中聚乙二醇分子量为1000-20000Da，优选2000-5000Da，聚乳酸分子量为5000-50000Da，优选20000-4000Da，载体还包括聚乳酸-聚羟基乙酸，聚己内酯或二硬脂酰磷脂酰乙醇胺，载体表面的活性基团除了羧基，还包括巯基、胺基、马亚酰亚胺基、生物素或亲和素中的一种。

本发明中，抑制肿瘤生长的化疗药物除了疏水性的微管蛋白抑制剂紫杉醇，还包括疏水性的阿霉素，亲水性的柔红霉素，基因药物（亲水性药物则采用复乳法制备纳米粒。

本发明的针对脑胶质瘤的纳米递药系统通过以下技术方案实现：

以PEG-PLA为载体，采用单乳法制备纳米粒。将短肽peptide-22与COOH-PEG-PLA共价相连得到Pep-PEG-PLA，Zeta/激光粒度仪测定纳米粒的平均粒径和电位，透射电镜观察其形态。

建立体外BBB模型，通过体外跨BBB实验评价靶向功能分子短肽peptide-22是否有助于纳米粒跨越BBB。

用红外染料Dir标记纳米粒后，通过小动物活体成像仪评价短肽peptide-22修饰的纳米粒对BBB以及肿瘤的靶向性。

通过动物整存期实验，评价靶向功能分子短肽peptide-22对肿瘤的靶向递药研究。

本发明的一个实施例中，以环形短肽DCys-Met-Pro-Arg-Leu-Arg-Gly-Cys-NH2(Cys&Cys Bridge)(简称peptide-22)为靶向功能分子，聚乙二醇-聚乳酸（PEG-PLA）为载体，紫杉醇（PTX）为化疗药物，通过下述方法制备脑肿瘤靶向递药系统:

以甲氧基封端的共聚物（MPEG-PLA）与以羧基封端的共聚物（COOH-PEG-PLA）及紫杉醇（PTX）以14：1：1的重量比的比例共32mg制备纳米粒，NH2-C6-DCys-Met-Pro-Arg-Leu-Arg-Gly-Cys-NH2与纳米粒按-NH ₂: COOH- 摩尔比1:3进行反应获得所需的纳米靶向载药制剂。

本发明中，导向性分子NH2-C6-DCys-Met-Pro-Arg-Leu-Arg-Gly-Cys-NH2可以与肿瘤表面的低密度脂蛋白受体特异性结合。

本发明的递药系统可制备抑制低密度脂蛋白受体高表达的肿瘤细胞的制剂，用于低密度脂蛋白受体高表达的肿瘤细胞。

本发明提供了一种以低密度脂蛋白受体为靶点的针对胶质瘤的二级靶向纳米递药系统，通过血脑屏障及肿瘤表面低密度脂蛋白受体的介导作用，实现胶质瘤的靶向治疗。

为了便于理解，以下将通过具体的附图和实施例对本发明的肿瘤纳米靶向递药系统进行详细地描述。需要特别指出的是，具体实例和附图仅是为了说明，本领域的普通技术人员可以根据本文说明，在本发明的范围内对本发明做出各种各样的修正和改变，这些修正和改变也纳入本发明的范围内。

附图说明

图1，纳米粒的构建及表征（电镜及粒径分布）。

图2，建立体外BBB模型，分析载紫杉醇纳米粒及Taxol在不同时间跨BBB的百分比，图为几种紫杉醇载体跨BBB的百分比随时间的变化曲线。

图3，以正常小鼠为体内BBB模型，用近红外染料Dir标记纳米粒，8小时候处死动物观察纳米粒在脑组织内的分布。

图4，建立荷C6细胞原位胶质瘤动物模型，用近红外染料Dir标记纳米粒，8小时后处死动物观察纳米粒在肿瘤内的分布。

图5，建立荷C6细胞原位胶质瘤动物模型，评价纳米靶向递药系统的靶向治疗情况。共分为四组：生理盐水组，Taxol组，NP-PTX组和PNP-PTX组，图中显示了各组动物的生存时间变化情况。

图6，上述剥离的肿瘤行石蜡包埋切片，分别为第10天和第13天处死动物的肿瘤Tunel染色和HE染色（放大倍数为200倍）。

具体实施方式：

实施例1

PEG-PLA纳米粒（NP）的制备：采用单乳法制备，准确称量28mgMPEG-PLA，2mgCOOH-PEG-PLA，溶于1ml二氯甲烷后，加入5ml0.6﹪的胆酸钠，冰水浴下超声5s，停5s，共20次，37℃旋蒸15min去除二氯甲烷，13500rpm 4℃离心50min后弃上清，0.5 mL 去离子水分散沉淀获得纳米粒。

Peptide-PEG-PLA纳米粒（PNP）的制备：制备所得的去离子水分散的纳米粒中分别按100mmol/L和200mmol/L加入羧基活化试剂NHS和EDC，避光静置30min后，用100KD超滤管6000rpm超滤20min共三次，每次超滤前都用去离子水定容体系的体积为4ml，以便彻底清除活化羧基过剩的NHS和EDC，收集纳米粒并加入0.5mg/ml的短肽溶液（溶于去离子水）40μl后低速磁力搅拌4h，13500rpm 4℃离心50min后弃上清，0.5 mL 0.01M PBS(pH 7.4)分散沉淀获得我们所需要的带有靶向功能分子的纳米粒（简写为PNP）。

采用粒径分析仪测定纳米粒的粒径及Zete电位，经过1%（w/v, pH 7.0）磷钨酸负染色后，透射电镜观察粒子形态。如图1，纳米粒（NP）形状规则圆整，直径约为110nm。

实施例2

将BCEC细胞以5×10⁴细胞每孔的浓度接种于Transwell细胞培养池中，采用Millcell-ERS测量单层BCECs的跨膜电阻值（TEER），选取TEER值大于200 Ω· cm^2的的细胞池进行实验。每孔加入1ml的紫杉醇载体溶液，共四组：Taxol，NP-PTX，PNP-PTX及PNP-PTX+200μg/ml的短肽peptide-22（PTX浓度为10μg/ml），于1h，2h，4h，8h，12h，24h分别于接收池中取样300μl并补充等量的新鲜DMEM，通过液质分析不同时间点样品中的PTX含量，结果显示靶向功能分子有助于纳米粒跨越BBB，而提前孵育短肽占据了低密度脂蛋白的结合位点，可以抑制PNP-PTX的跨膜转运。

实施例3

近红外染料DiR标记纳米粒，正常小鼠按10μg/kg剂量尾静脉给药8h后4%多聚甲醛心脏灌流，取脑，通过小动物活体成像观察不同纳米粒在脑组织内的分布，结果显示靶向功能分子修饰的纳米粒在脑内的分布明显优于普通纳米粒，提示靶向功能分子有助于纳米粒跨BBB进入脑实质内部。

实施例4

建立荷C6胶质瘤细胞原位脑肿瘤动物模型，用近红外染料DiR标记纳米粒，按10μg/kg剂量尾静脉给药8h后4%多聚甲醛心脏灌流，取脑后15%蔗糖溶液，30%蔗糖溶液依次脱水24h，石蜡包埋后切片，0.1%DAPY溶液染色后观察DiR标记的纳米粒在肿瘤内及肿瘤周围组织中的分布，如图4结果所示，短肽peptide-22修饰的纳米粒在脑部肿瘤部位的分布（图4C）优于未修饰的纳米粒（图4 F），且靶向功能分子修饰的纳米粒具有一定的跨BBB能力（图4B），较普通纳米粒更容易进入到肿瘤周围的侵润区，在动物水平证实了靶向功能分子短肽peptide-22的修饰有助于纳米粒分布到肿瘤部位及肿瘤周围的侵润区。

实施例5

将40只荷C6胶质瘤细胞的balb/c小鼠平均分成四组，标记为生理盐水组（NS）,游离紫杉醇组（Taxol），载紫杉醇纳米粒组（NP-PTX），载紫杉醇靶向纳米粒组（PNP-PTX），按PTX6mg/Kg给药，每三天给药一次，共四次（第5，8，11，14天），于第10和第13天分别处死一只小鼠，取脑并用10﹪中性甲醛固定24小时后行石蜡切片。HE染色及Tunel试剂盒检测凋亡情况，每天记录小鼠的死亡情况；

给药后，实验组PNP-PTX的小鼠生存时间明显延长，疗效明显优于其他各组，NP-PTX组的疗效也优于生理盐水组，这得益于纳米粒的EPR效应（被动靶向），PNP-PTX除了具有EPR效应以外，还由于表面的短肽可以与肿瘤细胞表面的低密度脂蛋白受体结合而增加了肿瘤细胞对纳米粒的摄取（主动靶向）而疗效优于NP-PTX组；

HE染色TUNEL凋亡染色均提示PNP-PTX>NP-PTX>Taxol>Saline，Saline组未见明显坏死或凋亡。Taxol组可见散在凋亡小体，无明显坏死。NP-PTX组和 PNP-PTX组以片状坏死及凋亡为主，后者较前者更为明显。而第13天的病理变化又较第10天的更为明显。结果显示了由于纳米粒的被动靶向，即EPR效应（PNP-PTX和NP-PTX具有）和主动靶向（PNP-PTX具有）共同作用的结果；通过测定小鼠的生存时间以及HE染色，TUNEL染色的结果均证实所述短肽能特异地增加PTX在肿瘤部位的蓄积而使得抑瘤效应明显优于其他各组。

Claims

1.一种针对脑胶质瘤的靶向纳米递药系统，其特征在于，该递药系统是以低密度脂蛋白受体为靶点的纳米靶向递药系统，其由高分子材料，聚乙二醇，导向性短肽分子NH2-C6-DCys-Met-Pro-Arg-Leu-Arg-Gly-Cys-NH2(Cys&Cys Bridge)及化疗药物组成。

2.按权利要求1所述的针对脑胶质瘤的靶向纳米递药系统，其特征在于，所述的高分子材料为聚乳酸，聚乳酸-聚羟基乙酸，聚己内酯或二硬脂酰磷脂酰乙醇胺中的一种。

3.按权利要求1或2所述的针对脑胶质瘤的靶向纳米递药系统，其特征在于，所述的高度分子材料其表面活性基团是羧基、马亚酰亚胺基、巯基、胺基、生物素或亲和素中的一种。

4.按权利要求1所述的针对脑胶质瘤的靶向纳米递药系统，其特征在于，所述的化疗药物为抑制肿瘤生长的化疗药物，选自紫杉醇，阿霉素，多柔比星或基因药物。

5.按权利要求1所述的针对脑胶质瘤的靶向纳米递药系统，其特征在于，所述的导向性短肽分子NH2-C6-DCys-Met-Pro-Arg-Leu-Arg-Gly-Cys-NH2与肿瘤表面的低密度脂蛋白受体特异性结合。

6.权利要求1所述的针对脑胶质瘤的靶向纳米递药系统的制备方法，其特征在于，其包括步骤:

以甲氧基封端的共聚物（MPEG-PLA）与以羧基封端的共聚物（COOH-PEG-PLA）及化疗药物以14：1：1的重量比的比例共32mg制备纳米粒，NH2-C6-DCys-Met-Pro-Arg-Leu-Arg-Gly-Cys-NH2与纳米粒按-NH₂: COOH- 摩尔比1:3进行反应制得针对脑胶质瘤的靶向纳米递药系统。

7.权利要求1所述的针对脑胶质瘤的靶向纳米递药系统在制备抑制低密度脂蛋白受体高表达的肿瘤细胞制剂中的用途。