CN104922689B - 一种可生物降解且具有pH响应性的抗肿瘤高分子键合药及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可生物降解且具有pH响应性的抗肿瘤高分子键合药及其制备方法；抗肿瘤高分子键合药的制备方法是以含有聚乙二醇单甲醚支链的聚丙交酯引发含降冰片烯侧基的丙交酯进行聚合反应，得到高分子载体聚合物；高分子载体聚合物与巯基官能化的抗肿瘤药物进行巯基‑烯光点击化学反应，即得到抗肿瘤高分子键合药，该制备方法操作简单、反应条件温和，副反应少，产率高；且制得的抗肿瘤药高分子键合药生物降解性非常好，并且具有pH响应性，载药量大且可控；纯度高；抗肿瘤高分子键合药无毒，可用于临床实验。

Description

一种可生物降解且具有pH响应性的抗肿瘤高分子键合药及其 制备方法

技术领域

本发明涉及一种可生物降解且具有pH响应性的抗肿瘤高分子键合药及其制备方法；属于生物医药高分子材料领域。

背景技术

恶性肿瘤是威胁人类健康的严重疾病，2010年，癌症已经超过心脏病，成为世界上第一号杀手。药物化疗在恶性肿瘤的治疗中占有极其重要的地位。目前，临床所用的抗肿瘤药物一般为小分子药物，实践显示，其在应用时尚存在着一些严重的缺陷，如缺乏选择性，在杀死肿瘤细胞的同时对正常细胞也有较大的毒副作用；代谢快，体内消除快，导致在体循环中的半衰期短；长期使用肿瘤细胞产生耐药性等。从而极大的限制了其临床应用。

为了解决小分子抗癌药物水溶性低、生物利用率低、易被排出体外以及对人体毒副作用大等问题，人们研究各种聚合物前药或药物载体等来改变抗癌药物进入人体的方式和在体内的分布。作为载体给药系统的一员,从两亲性嵌段共聚物发展而来的聚合物胶束,近十年来深受青睐。当投入到水性介质中时,在体系自由能降低的驱动下,胶束的疏水段自发聚集在一起形成微粒的内核。它既可以作为很多难溶性药物的微储库,又能避免药物在生物体内环境中失活。自组装形成的载药胶束是热力学、动力学稳定的体系,具有稳定、长效、安全等许多优良的性质,使得聚合物胶束成为难溶性药物理想的输送系统,且在药物释放、基因载体和诊断制剂等很多方面得到广泛地应用。

聚合物修饰剂的选择是药物分子修饰的关键，现有研究表明脂肪族聚酯如聚乳酸(PLA)，聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)和聚ε-己内酯(PCL)属于生物可降解聚合物。它们的分子量在相当宽的范围可以随意控制，所以在聚合物药物载体的研究中得到了广泛的应用。特别是在与水溶性聚合物形成嵌段共聚物后，不仅具有生物可降解性，而且大大地改善了材料与人体的生物相容性，作为药物载体材料时，延长了药物在体内的循环时间，提高了药效，降低了免疫响应性，已经成为生物医药高分子材料领域的研究热点。

发明内容

针对现有技术中生物相容性抗肿瘤高分子键合药主要通过聚乙二醇-脂肪族聚酯嵌段共聚物为载体，其存在载药性低，高分子量PEG无生物降解性、难以通过肾脏排出体外，不能对分子进行进一步修饰，特别是现有的抗肿瘤药一般都以酯键连接在高分子载体上，存在在肿瘤微环境中水解缓慢，导致人体对药物的生物利用度不高等缺陷；本发明的目的是在于提供一种抗肿瘤药物与高分子载体之间通过酰腙键连接的具有pH响应性的抗肿瘤高分子键合药，该键合药具有酸响应性，在肿瘤微环境中能快速释放，大大提高了抗肿瘤药物的利用效率，且该抗肿瘤高分子键合药生物降解性好的，生物相容性好，载药量高且可控，可以应用于临床研究。

本发明的另一个目的是在于提供一种经济、高效和无毒的制备上述可生物降解且具有pH响应性的抗肿瘤药高分子键合药的方法。

为了实现本发明的技术目的，本发明提供了一种可生物降解且具有pH响应性的抗肿瘤高分子键合药，该键合药具有式1所示结构：

其中，

A为含有羰基的抗肿瘤药物基团；

B₁和B₂各自独立地选自不含羰基且含有羟基和/或氨基的抗肿瘤药物基团；

m为1～100；

x为0～100，y为0～100，z为0～100，且1≤x+y+z≤100；

o为8～17；

n为20～100；

R₁、R₂各自独立地选自C₁～C₄的亚烷基；

R₃为H原子、苯基或C₁～C₄的烷基。

本发明的抗肿瘤高分子键合药中A为阿霉素基团、表阿霉素基团、吡喃阿霉素基团中一种或几种。A抗肿瘤药物基团是含羰基的抗肿瘤药物与氨基通过胺醛缩合反应或胺酮缩合反应形成的基团。

本发明的B₁和B₂为紫杉醇基团、多西紫杉醇基团、喜树碱基团或丝裂霉素C基团中的一种或几种。B₁和B₂抗肿瘤药物基团是含有羟基和/或氨基与羧基通过酰胺化反应或者通过酯化反应形成的基团。

本发明还提供了一种制备所述的抗肿瘤高分子键合药的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：抗肿瘤药物官能化

将含有羰基的抗肿瘤药物与具有式2结构的巯基肼化合物进行胺醛缩合反应或胺酮缩合反应得到具有式3结构的巯基官能化抗肿瘤药物；

或者将不含羰基且含有羟基和/或氨基的抗肿瘤药物先与具有式4结构的羰基羧酸化合物进行酯化反应或酰胺化反应，再与具有式2结构的巯基肼化合物进行胺醛缩合反应或胺酮缩合反应得到具有式5结构或具有式6结构的巯基官能化抗肿瘤药物；

步骤二：制备载体聚合物

以含聚乙二醇单甲醚支链的聚丙交酯引发含降冰片烯侧基的丙交酯进行聚合反应，得到式7结构的载体聚合物；

步骤三：制备抗肿瘤高分子键合药

将具有式3结构和/或具有式5结构和/或具有式6结构的巯基官能化抗肿瘤药物与具有式7结构的载体聚合物进行巯基-烯光点击反应，即得；

其中，

m为1～100；

p为1～100；

o为8～17；

n为20～100；

R₁、R₂各自独立地选自C₁～C₄的亚烷基；

R₃为H原子、苯基或C₁～C₄的烷基。

优选的制备方法中含有羰基的抗肿瘤药物为阿霉素、表阿霉素或吡喃阿霉素中一种或几种。

优选的制备方法中不含羰基且含有羟基和/或氨基的抗肿瘤药物为紫杉醇、多西紫杉醇、喜树碱或丝裂霉素C中的一种或几种。

本发明的巯基肼化合物化合通过巯基酯类化合物与水合肼在氩气保护下反应24小时得到。巯基酯类化合物具有式8结构：

其中，

R₁为C_1～C₄的亚烷基；

R₄为C_1～C₄的烷基。

本发明的巯基官能化抗肿瘤药物与载体聚合物进行巯基-烯光点击反应后所得产物用蒸馏水透析，过滤，最后冷冻干燥得生物可降解且具有pH响应性的抗肿瘤高分子键合药。

本发明的含降冰片烯侧基的聚丙交酯的制备方法：

将丙交酯和N-溴代丁二酰亚胺(NBS)，以四氯化碳或苯为溶液，以过氧化二苯甲酰(BPO)做催化剂，在60～90℃下发生取代反应，得到溴代丙交酯；得到的溴代丙交酯以二氯甲烷溶剂中，在三乙胺的作用下，0～5℃下发生消去反应得到双键丙交酯；得到的双键丙交酯和新蒸环戊二烯在四氯化碳或苯溶液中，氩气保护，60～90℃下，通过Diels-Alder反应后，得到含降冰片烯侧基的丙交酯；以TBD或DBU为催化剂，甲醇为引发剂，二氯甲烷为溶剂，-20～40℃下开环聚合后得到含降冰片烯侧基的聚丙交酯。

本发明的含有聚乙二醇单甲醚支链的聚丙交酯通过含降冰片烯侧基的聚丙交酯与端基为叠氮基的聚乙二醇单甲醚(mOEG-azide)发生叠氮-烯环加成化学反应，得到含聚乙二醇单甲醚支链的聚丙交酯共聚物。

本发明的可生物降解且具有pH响应性的抗肿瘤高分子键合药的合成路线如下：以抗肿瘤药物紫杉醇(paclitaxel)为例：

相对现有技术，本发明的有益效果：与现有的高分子抗肿瘤高分子键合药相比，本发明的抗肿瘤高分子键合药最大的优势在于通过酰腙键将抗肿瘤药物与高分子载体之间连接，酰腙键具有酸响应性，在肿瘤微环境中能快速释放，大大提高了抗肿瘤药物的利用效率，克服了现有技术中高分子抗肿瘤高分子键合药中的抗肿瘤药释放速度慢、药效低的缺陷。其次，本发明采用聚丙交酯和低聚聚乙二醇为高分子载体，该载体生物相容性好，水溶性好，生物可降解性好，可以在体内降解并排出体内，解决了现有高分子量聚乙二醇载体难以在体内排出的问题。再次，本发明通过引入降冰片烯官能团进行接枝抗肿瘤药物，降冰片烯官能团可以通过点击反应进行抗肿瘤药物接枝，反应效率高，无副反应、产率高，后处理简单，通过点击反应可有效的控制载药量，从而克服了一些聚乙二醇-脂肪族聚酯两亲性嵌段共聚物存在对药物分子的载药量有限、难以对PEG结构进行进一步修饰的缺点。本发明的抗肿瘤高分子键合药制备成本低，产率高，安全无毒，具有良好的应用前景。

附图说明

【图1】为由甲醇引发的含降冰片烯侧基的聚丙交酯的核磁氢谱图；

【图2】为含低聚聚乙二醇单甲醚支链的聚丙交酯的核磁氢谱图；

【图3】为含降冰片烯侧基和聚乙二醇单甲醚支链的两亲性嵌段共聚物的核磁氢谱图；

【图4】为乙酰丙酸与紫杉醇反应得到的含羰基的紫杉醇的核磁氢谱图；

【图5】为3-巯基丙酰肼的核磁氢谱图；

【图6】为巯基官能化的紫杉醇的核磁氢谱图；

【图7】为巯基官能化的阿霉素的核磁氢谱图；

【图8】为抗肿瘤高分子键合药的核磁氢谱图；

【图9】图A为含降冰片烯侧基的聚丙交酯，图B为含低聚聚乙二醇单甲醚支链的聚丙交酯，图C为含低聚聚乙二醇单甲醚支链与降冰片烯侧基的两亲性嵌段共聚物的分子量分布图；

【图10】1为含降冰片烯侧基的聚丙交酯，2为含低聚聚乙二醇单甲醚支链的接枝共聚物，3为含低聚聚乙二醇单甲醚支链和降冰片烯侧基的两亲性嵌段共聚物，4和5为抗肿瘤高分子键合药的红外光谱图。

具体实施方式

以下实施例旨在对本发明内容进一步说明，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

实施例1

1、含低聚聚乙二醇单甲醚支链的聚丙交酯接枝共聚物的制备：

称取0.320g(双键：0.000144mol)的含降冰片烯侧基的聚丙交酯(核磁氢谱图如图1，红外光谱图(图9)，分子量分图(图8a)所示)和2.4g端基为叠氮基的低聚聚乙二醇单甲醚，用5mL的乙酸乙酯完全溶解，在氮气保护下于油浴锅80℃反应72h。反应完成后，旋掉乙酸乙酯，二氯甲烷溶解，用无水乙醚沉降三次，抽干后真空干燥一晚上。得到含低聚聚乙二醇单甲醚支链的聚丙交酯。其结构表征见核磁氢谱图(图2)，分子量分布见图8b，红外光谱图9，说明该聚合物已成功合成。

2、含低聚聚乙二醇单甲醚支链和降冰片烯侧基的两亲性嵌段共聚物的制备：

称取1.2g含低聚聚乙二醇单甲醚支链的聚丙交酯和0.102g降冰片烯官能化的丙交酯于干燥无氧的聚合管中，在氮气的保护下加入催化剂1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯(TBD)5mg，然后用注射器加入精制的二氯甲烷3ml，使其溶解完全，25℃下反应48小时。反应结束后用无水乙醚做沉降剂反复沉降3次，最后在真空干燥箱中干燥一个晚上，即可得到很纯的含低聚聚乙二醇单甲醚支链和降冰片烯侧基的两亲性嵌段共聚物。其结构表征见核磁氢谱图(图3)，分子量分布见图8c，红外光谱图9，说明该聚合物已成功合成。

3、巯基官能化的紫杉醇的制备：

称取15g水合肼用25ml无水甲醇溶解，再称取12.1g巯基丙酸甲酯在氮气的保护下缓慢滴加，常温反应24小时，反应结束后柱层分离即可得到3-巯基丙酰肼。其结构表征见核磁氢谱图5。称取乙酰丙酸54mg与紫杉醇200mg，95mg二环己基碳二亚胺(DCC)与4mg4-二甲氨基吡啶(DMAP)，以四氢呋喃(THF)为溶剂，在油浴锅中45℃反应24小时，反应结束后柱层分离即可得到纯净产物。其结构表征见核磁氢谱图4。随后用制得的含羰基紫杉醇与巯基丙酰肼反应，即可得到巯基官能化的紫杉醇。其结构表征见核磁氢谱图6。

4、可生物降解的具有pH响应性的紫杉醇高分子键合药的制备

在氮气的保护下，将0.065g(0.45mmol)含低聚聚乙二醇单甲醚支链和降冰片烯侧基的两亲性嵌段共聚物溶解在5mL精制的四氢呋喃(THF)中，加入0.030g(0.029mmol)巯基与腙键修饰的紫杉醇，加入3mgDMPA引发剂，在紫外灯光照下反应3h。反应结束后，用蒸馏水透24小时析，过滤，最后冷冻干燥,即可得到纯净产物。其结构表征见核磁氢谱图8，红外光谱图10，说明该聚合物已成功合成。

5、巯基官能化的阿霉素的制备：

称取上述步骤3所制备的3-巯基丙酰肼50mg，盐酸阿霉素150mg，200mg无水硫酸钠，以甲醇为溶剂，加入5mg乙酸，常温反应24h。反应结束后过滤，富集滤液，以乙腈为沉降剂沉降，抽滤干燥即可得到巯基官能化的阿霉素。其结构表征见核磁氢谱图7.

6、可生物降解的具有pH响应性的阿霉素高分子键合药的制备

在氮气的保护下，将0.068g(0.45mmol)含低聚聚乙二醇单甲醚支链和降冰片烯侧基的两亲性嵌段共聚物溶解在5mL精制THF中，加入0.022g(0.029mmol)巯基与腙键修饰的阿霉素，加入3mgDMPA引发剂，紫外光照射反应反应3h。反应结束后，用蒸馏水透24小时析，过滤，最后冷冻干燥,即可得到纯净产物。其结构表征见红外光谱表征图10。

Claims (1)

1.制备抗肿瘤高分子键合药的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：抗肿瘤药物官能化

将紫杉醇先与具有式4结构的羰基羧酸化合物进行酯化反应，再与具有式2结构的巯基肼化合物进行胺醛缩合反应或胺酮缩合反应得到具有式5结构的巯基官能化抗肿瘤药物；

步骤二：制备载体聚合物

以含聚乙二醇单甲醚支链的聚丙交酯引发含降冰片烯侧基的丙交酯进行聚合反应，得到式7结构的载体聚合物；

步骤三：制备抗肿瘤高分子键合药

将具有式5结构的巯基官能化抗肿瘤药物与具有式7结构的载体聚合物进行巯基-烯光点击反应，即得；

所述抗肿瘤高分子键合药具有式1所示结构：

其中，

B₁选自紫杉醇基团；

1≤y≤100；

m为1～100；

p为1～100；

o为8～17；

n为20～100；

R₁、R₂各自独立地选自C₁～C₄的亚烷基；

R₃为H原子、苯基或C₁～C₄的烷基。