CN104311889A

CN104311889A - 光动力治疗用聚己内酯/聚乙二醇水凝胶的制备方法

Info

Publication number: CN104311889A
Application number: CN201410018830.7A
Authority: CN
Inventors: 王志明; 金华; 戴晓晖; 马威
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2015-01-28

Abstract

本发明光动力治疗用聚己内酯/聚乙二醇水凝胶的制备方法，属于光动态治疗技术领域。由对-5,10,15,20-四(2-羟乙基)苯基卟啉化合物，加入催化剂辛酸亚锡(SnOct₂)，在120^oC下引发ε-己内酯开环聚合制备以卟啉为核的星型端羟基化聚己内酯；卟啉为核的星型端羟基化聚己内酯与端羧基化聚乙二醇经酯化反应制备卟啉为核的星型聚己内酯 - 嵌段-聚乙二醇；卟啉为核的星型聚己内酯 - 嵌段-聚乙二醇在去离子水中溶解，再加入α-环糊精，剧烈搅拌30min后超声5min，25℃静置。本发明用温和的条件，设计合理，操作方便，有望适用于工业化生产。

Description

光动力治疗用聚己内酯/聚乙二醇水凝胶的制备方法

技术领域

本发明属于光动态治疗技术领域，具体是一种以卟啉为核的星型聚己内酯-嵌段-聚乙二醇生物超分子水凝胶的制备方法。

背景技术

基于环糊精主客体相互作用制得的超分子水凝胶，因其制备条件温和、凝胶化过程易于调控、可注射等特点，在药物控释、生物传感、组织工程支架构建等领域有重要应用前景。超分子水凝胶是一类物理水凝胶，它是由化合物分子通过分子间的非共价相互作用（例如氢键作用、疏水作用、π-π堆积作用、静电作用、金属离子配位作用以及主客体作用等）在水溶液中自聚集形成的，因此超分子水凝胶一般具有良好的可降解性和触变性；并且因为非共价键相对低的活化能，超分子水凝胶容易对外界环境的刺激做出响应，例如氢键作用对温度敏感，静电作用对pH值以及盐度敏感、主客体作用对具有竞争性的主、客体分子敏感等，因此超分子水凝胶被广泛应用于环境响应型生物材料以及可注射药物载体等方面的研究。而本专利讨论的基于环糊精主客体相互作用制得的超分子水凝胶有着上述的优异性能。

近年来，卟啉及其衍生物广泛的应用于药物缓释和肿瘤的光动态治疗领域，因此设计和合成以卟啉为核的聚合物和树枝状高分子受到越来越多研究者的关注。以卟啉衍生物为内核，通过高分子功能化，合成多种拓扑结构的高分子。由于外部拓扑结构的聚合物可以有效地防止卟啉内核的自猝灭，因此有望高效地把高浓度的光敏药物递送到病灶部位。现在，聚己内酯有着较高的结晶度和聚合物主链的疏水性，以及与蛋白质类药物、基因、甚至细胞的相容性差，限制了在临床中的应用。但通过调节调节聚合物的亲水－疏水平衡，共聚、共混或超支化等方法可以克服这些缺陷。例如，通过改变聚己内酯和其共聚物的共混比例也可以调节材料的降解速率。通过调节其降解速率，可使药物在体内的有效时间由原来的几分钟提高到数小时甚至数天之久，从而满足不同药物的释放要求。聚乙二醇作为一种亲水性强的水溶性高分子，具有优良的生物相容性和血液相容性，在体内能溶于组织液中，能被肌体迅速排出体外而不产生副作用。因此，通过聚己内酯与聚乙二醇共聚，不仅破坏了PCL的结构规整性，使其结晶性能下降，分子链的柔性也随着PEO柔性链的引入而提高，有效的调节了材料的物理机械性能和表面性能，使其成为性能更加优良的生物医用高分子材料。环糊精是一类由D-吡喃葡萄糖单元通过α-1,4糖苷桥接的环状分子，空腔为疏水性，外壁为亲水性。通过环糊精和聚合物形成的超分子水凝胶具有更高的稳定性，其释放周期可以成倍提升，可以直接注射至病灶部位。以卟啉为核的聚己内酯-嵌段-聚乙二醇与环糊精组成的超分子水凝胶作为一种半衰期短，稳定性差，易降解且毒副作用大的药物控制释放制剂的可溶蚀基材，有效拓宽了给药次数和给药量，提高了药物的生物利用度，最大程度减少了药物对全身特别是肝、肾的毒副作用；并且，其卟啉核有望作为生物学诊断和光动态治疗中的荧光探针或光敏剂。

经对现有技术的文献检索发现，Chang-Ming Dong.等在2011年《Chemical Communications》上发表的“Bioreducible micelles and hydrogels with tunable properties from multi-armed biodegradable copolymers”（由多臂生物降解的共聚物组装可调节性质的生物可降解胶束和水凝胶），该文提出由一端封闭的聚乙二醇引发己内酯的开环聚合反应，通过基团转化后，生成含有端巯基聚合物，然后和二硫键的四臂炔发生反应，从而制备出含有二硫键的聚乙二醇-聚己内酯共聚物。再利用α-环糊精(α-CD)与聚乙二醇(PEO)的超分子包络，制备了聚合物超分子水凝胶。但是，迄今为止，以卟啉为核的星型聚己内酯-嵌段-聚乙二醇生物超分子水凝胶尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可注射光动力治疗用以卟啉为核的星型聚己内酯-嵌段-聚乙二醇生物超分子水凝胶的制备方法，通过酯化反应可以方便地制得含亲水部分可以调节的以卟啉为核的星型聚己内酯-嵌段-聚乙二醇生物超分子水凝胶，设计合理，操作方便，有望适用于工业化生产。

本发明是通过以下技术方案实现的，一种光动力治疗用聚己内酯/聚乙二醇生物超分子水凝胶的制备方法，按照下述步骤进行：

(1) 由对-5,10,15,20-四(2-羟乙基)苯基卟啉化合物,加入催化剂辛酸亚锡(SnOct₂)，在120^oC下引发ε-己内酯开环聚合制备以卟啉为核的星型端羟基化聚己内酯，聚合反应时间为24小时，反应温度为50℃，辛酸亚锡与己内酯摩尔比为1:200。其中以臂支长度为20的聚己内酯为例，5,10,15,20-四(2-羟乙基)苯基卟啉与己内酯的摩尔比为1:80；

(2) 卟啉为核的星型端羟基化聚己内酯与端羧基化聚乙二醇经酯化反应制备卟啉为核的星型聚己内酯-嵌段-聚乙二醇，加入4-二甲基胺基吡啶为催化剂，以二环己基碳二亚胺为除水剂，以二氯甲烷为溶剂，室温条件下（25℃），反应时间为24小时。其中所述4-二甲基胺基吡啶与5,10,15,20-四(2-羟乙基)苯基卟啉的摩尔比为4:1，卟啉为核的星型端羟基化聚己内酯与端羧基化聚乙二醇的摩尔比为1:5。

(3) 卟啉为核的星型聚己内酯-嵌段-聚乙二醇在去离子水中溶解，再加入α-环糊精，剧烈搅拌30min后超声5min，25℃静置。其中卟啉为核的星型聚己内酯-嵌段-聚乙二醇和α-环糊精质量比为1:5

本发明具有如下优点：

1）聚合物由水溶性高的聚乙二醇（M_n=5000）和不同分子量的聚己内酯(M_n=11700,M_n=14330，M_n=22170)进行反应合成，再与相同同质量分数的α-环糊精共混，从而可以方便地制得亲水-疏水比例可以精准控制的聚己内酯-嵌段-聚乙二醇生物超分子水凝胶；

2）利用主客体作用物理方法，可方便地获得超分子水凝胶；反应可逆，便于操作，无污染。

3）为制备新型的光动力治疗肿瘤细胞高分子药物控制释放载体提供了一种简单而有效的途径。

附图说明

图1为本发明合成路线图，图2为本发明制备的凝胶形貌图，图3为以1,3-二苯基异苯并呋喃作为单线态氧捕捉剂，测定对羟基苯基卟啉和以卟啉为核的聚己内酯-嵌段-聚乙二醇两种不同物质在特定波长光照条件下单线态氧产生的能力结果图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明实施例的合成路线如图1所示。

实施例1：以卟啉为核的星型聚己内酯-嵌段-聚乙二醇生物超分子水凝胶的制备方法

对-5,10,15,20-四(2-羟乙基)苯基卟啉为引发剂（57.8mg，0.075mmol），己内酯(300mg，3mmol)分别置于经充分干燥的试管中，用翻口塞封口，真空线操作抽真空通氮气来回三次后，放入120^oC恒温油浴中，微量进样器加入辛酸亚锡(5.5mg)。反应24小时，将试管冷却到室温，所得固体溶解于二氯甲烷，磁力搅拌下逐滴沉降于冰甲醇中。在30^oC下真空恒温干燥至恒重,得到聚己内酯(289mg，M_n=4800)。

在试管中加入聚己内酯（M_n=4800，192mg，0.004mmol），过量1.1倍的端羧基化聚乙二醇（M_n=5000，82.5mg，0.0165mmol），吸水剂二环己基碳二亚胺(4.0mg，0.019mmol)，以及催化剂4-二甲基胺基吡啶(2mg，0.016mmol)，然后加入2ml的二氯甲烷使之充分溶解。抽真空，通氮气三次后在室温（25℃）反应24小时。反应结束后，过滤除去反应生成的1,3-二环己基脲，蒸去溶剂二氯甲烷_，然后沉降在50mL无水乙醚中，再用苯和乙醚的混合溶剂洗涤，真空恒温干燥至恒重，得到聚合物以卟啉为核的聚己内酯-嵌段-聚乙二醇产物120mg。

取以卟啉为核的星型聚己内酯-嵌段-聚乙二醇(70mg，7%)于5ml容量瓶，加入去离子水1ml充分搅拌溶解，再加入α-环糊精(100mg，10%)剧烈搅拌30min，再超声5min，静置，得到超分子水凝胶。

实施例2：以卟啉为核的星型聚己内酯-嵌段-聚乙二醇生物生物超分子水凝胶的制备方法

对-5,10,15,20-四(2-羟乙基)苯基卟啉为引发剂（38.5mg，0.05mmol），己内酯(300mg，3mmol)分别置于经充分干燥的试管中，用翻口塞封口，真空线操作抽真空通氮气来回三次后，放入120^oC恒温油浴中，微量进样器加入辛酸亚锡(SnOct₂)(5.5mg)。反应24小时，将试管冷却到室温，所得固体溶解于二氯甲烷，磁力搅拌下逐滴沉降于冰甲醇中。在30^oC下真空恒温干燥至恒重，得到聚己内酯(253mg，M_n=6800)。

在试管中加入聚己内酯（M_n=6800，272mg，0.004mmol），过量1.1倍的端羧基化聚乙二醇（M_n=5000，82.5mg，0.0165mmol），吸水剂二环己基碳二亚胺(4.0mg，0.019mmol)，以及催化剂4-二甲基胺基吡啶(2mg，0.016mmol)，然后加入2ml的二氯甲烷使之充分溶解。抽真空，通氮气三次后在室温（25℃）反应24小时。反应结束后，过滤除去反应生成的1,3-二环己基脲，蒸去溶剂二氯甲烷。然后沉降在50mL无水乙醚中，再用苯和乙醚的混合溶剂洗涤，真空恒温干燥至恒重，得到聚合物以卟啉为核的聚己内酯-嵌段-聚乙二醇产物132mg。

实施例3：以卟啉为核的星型聚己内酯-嵌段-聚乙二醇生物超分子水凝胶的制备方法

取以卟啉为核的星型聚己内酯-嵌段-聚乙二醇(20mg，2%)于5ml容量瓶，加入去离子水1ml充分搅拌溶解，再加入α-环糊精(100mg，10%)剧烈搅拌30min，再超声5min，静置，得到超分子水凝胶。

实验例

以卟啉为核的聚己内酯-嵌段-聚乙二醇与环糊精形成的超分子水凝胶生物材料产生单线态氧能力

作为聚合物内核的卟啉在可见光的激发下将三线态的氧转化为单线态的氧，单线态氧及其活泼，能破坏细胞组织，导致细胞死亡。卟啉的这一特点是它在肿瘤的光动力治疗中得到广泛的应用。单线态氧产率的高低即在一定程度决定了卟啉作为光敏剂的潜在能力大小，1,3-二苯基异苯并呋喃(DPBF)是一种优良的单线态氧捕捉剂, 能够快速与单线态氧发生反应使其共轭结构被破坏，生成无色产物不具有荧光性能，因而可通过检测1,3-二苯基异苯并呋喃(DPBF)相对消耗量来间接测量卟啉产生单线态氧的能力。因此我们使用1,3-二苯基异苯并呋喃（DPBF）作为单线态氧捕捉剂，通过荧光分光光度计分别测定了对羟基苯基卟啉和以卟啉为核的聚己内酯-嵌段-聚乙二醇两种不同物质在特定波长光照条件下单线态氧产生的能力，得图3。图中可以看到，小分子化合物对羟基苯基卟啉在光照2分钟内，DPBF的荧光强度迅速下降，说明在此期间产生大量的单线态氧，并与DPBF迅速结合反应，使得DPBF的荧光强度大大下降。而以卟啉为核的聚己内酯-嵌段-聚乙二醇随着光照时间的增加，DPBF的荧光强度逐渐降低，因而可通过光照时间的控制单线态氧的产生能力。因此以卟啉为核的聚己内酯-嵌段-聚乙二醇与环糊精形成的超分子水凝胶是一种新型可用于光动力治疗癌症的生物材料。

Claims

1.一种光动力治疗用聚己内酯/聚乙二醇超分子水凝胶的制备方法，其特征在于按照下述步骤进行：

(1) 由对-5,10,15,20-四(2-羟乙基)苯基卟啉化合物,加入催化剂辛酸亚锡(SnOct₂)，在120^oC下引发ε-己内酯开环聚合制备以卟啉为核的星型端羟基化聚己内酯，聚合反应时间为24小时，反应温度为50℃，辛酸亚锡与己内酯摩尔比为1:200；

(2) 卟啉为核的星型端羟基化聚己内酯与端羧基化聚乙二醇经酯化反应制备卟啉为核的星型聚己内酯-嵌段-聚乙二醇，加入4-二甲基胺基吡啶为催化剂，以二环己基碳二亚胺为除水剂，以二氯甲烷为溶剂，室温条件下（25℃），反应时间为24小时；

(3) 卟啉为核的星型聚己内酯-嵌段-聚乙二醇在去离子水中溶解，再加入α-环糊精，剧烈搅拌30min后超声5min，25℃静置。

2.根据权利要求1所述的一种光动力治疗用聚己内酯/聚乙二醇超分子水凝胶的制备方法，其特征在于其中步骤(1)臂支长度为20的聚己内酯，5,10,15,20-四(2-羟乙基)苯基卟啉与己内酯的摩尔比为1:80。

3.根据权利要求1所述的一种光动力治疗用聚己内酯/聚乙二醇超分子水凝胶的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述4-二甲基胺基吡啶与5,10,15,20-四(2-羟乙基)苯基卟啉的摩尔比为4:1，卟啉为核的星型端羟基化聚己内酯与端羧基化聚乙二醇的摩尔比为1:5。

4.根据权利要求1所述的一种光动力治疗用聚己内酯/聚乙二醇超分子水凝胶的制备方法，其特征在于步骤(3)中卟啉为核的星型聚己内酯-嵌段-聚乙二醇和α-环糊精质量比为1:5。