CN105641710A - Ha/rgd修饰的靶向氧化石墨烯双载药复合材料制备方法 - Google Patents

Ha/rgd修饰的靶向氧化石墨烯双载药复合材料制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种HA/RGD修饰的靶向氧化石墨烯双载药复合材料制备方法。包括以下步骤：用ADH对所述氧化石墨烯进行功能化修饰，得到氨基化的氧化石墨烯GO-ADH；将METH连接桥通过酰胺键共价偶联到HA上，搅拌4-6h后，透析、冷冻干燥得HA-METH；加入所得GO-ADH，得GO-HA-METH；加入巯基化的RGD得GO-HA–RGD复合材料；滴加含美法仑的溶液和含阿霉素的溶液，离心、洗涤，冷冻干燥后获得MEL/DOX-GO-HA-RGD。本发明制备方法操作简单、实验条件温和。整个载体体系载药量高，能够长效缓释，且具有pH敏感性，在较低pH值环境下释放率高，适合肿瘤组织的微环境，具有重要的临床意义。

Description

HA/RGD修饰的靶向氧化石墨烯双载药复合材料制备方法
技术领域
本发明属于材料和生物医药技术领域，具体涉及一种HA/RGD修饰的靶向氧化石墨烯双载药复合材料制备方法。
背景技术
石墨烯是一种具有二维平面结构的碳纳米材料，拥有独特优良的电学，光学和力学性质。近年来，石墨烯衍生物在生物医学领域的研究应用包括生物元件，微生物检测，疾病诊断和药物输运系统等。其氧化物氧化石墨烯比表面积大，平面上含有羧基、羟基、环氧基等丰富的官能，大大提高了其分散性、亲水性、与聚合物的兼容性等。通过"π-π"共轭、氢键、静电等非共价键或共价键作用能有效地将化学药物、生物分子、靶向基团等固定在氧化石墨烯上，进行功能化修饰。使其在纳米生物医学领域具有很好的应用前景。接下来是氧化石墨烯用于载药体系，肿瘤治疗以及他们的生物安全研究进展。
当前大部分化疗药物存在靶向性差、代谢时间短和易产生耐药性等问题，在杀死肿瘤细胞的同时，也强烈损害了正常细胞和组织功能，导致药效低且毒副作用大，人体免疫力显著下降。抗肿瘤靶向给药系统能够提高水溶性较差药物的溶解性，克服肿瘤细胞的多药耐药性及提高药物的靶向性，达到缓控释目的同时，提高药物在肿瘤部位的富集，增强药物疗效。
利用细胞表面的受体设计靶向给药系统是最常见的主动靶向给药系统，受体介导的靶向给药系统可增强药物的肿瘤高度选择性、减少药物的不良反应。利用配体对药物载体表面进行功能化修饰，通过受体-配体之间特异性的相互作用诱导给药系统内化进入肿瘤细胞，将药物有效的运送至靶组织、靶器官、靶细胞以及细胞内的特定部位，提高治疗效果，降低药物的毒副作用。HA与其受体CD44在恶性肿瘤中有过表达现象，RGD是介导整合素受体与其配体连接的最短识别序列，可以很好地靶向识别肿瘤组织。通过HA/RGD对氧化石墨烯载体进行修饰，可以实现该药物递送系统的肿瘤新生血管的靶向性，达到更有效、精确和安全的治疗目的。
阿霉素DOX是一种广谱抗肿瘤抗生素，可抑制RNA和DNA的合成，对RNA的抑制作用最强，属周期非特异性药物，对各种生长周期的肿瘤细胞都有杀灭作用。临床上用于治疗急性淋巴细胞白血病、急性粒细胞性白血病、何杰金和非何杰金淋巴瘤、乳腺癌、肺癌、卵巢癌、胃癌、肝癌等。盐酸阿霉素也有不良反应，主要是消化道毒性、骨髓抑制、心脏毒性、脱发等问题。美法仑MEL是已用于临床的直接作用于DNA的芳香氮芥类抗肿瘤药，主要用于慢性淋巴细胞白血病，也适用于恶性淋巴瘤、多发性骨髓瘤、巨球蛋白血症、卵巢癌，已经被制成多种剂型应用于癌症病人的临床治疗。但MEL水溶解性低，容易水解，使得它疗效和应用推广受到了很大的限制。
发明内容
本发明目的在于提供一种靶向氧化石墨烯双载药复合材料的制备方法，它具有靶向性好、载药量高、协同治疗效果、药物疗效高、毒副作用小等特点。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
HA/RGD修饰的靶向氧化石墨烯双载药复合材料制备方法，包括以下步骤：
1)将氧化石墨烯分散在去离子水中形成分散液；利用活化剂1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)、N-羟基丁二酰亚胺(NHS)介导的羧胺反应，用己二酸二酰肼(ADH)对所述氧化石墨烯进行功能化修饰，得到氨基化的氧化石墨烯GO-ADH；
2)将透明质酸(HA)分散在去离子水中形成分散液，利用活化剂EDC、NHS介导的羧胺反应，将N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸盐(METH)连接桥通过酰胺键共价偶联到HA上，搅拌4-6h后，透析、冷冻干燥得HA-METH；
3)将所述HA-METH分散在磷酸缓冲液中形成分散液，用EDC、NHS进行活化后，加入步骤1)所得GO-ADH，常温下搅拌，洗涤干燥得GO-HA-METH；
4)将上述GO-HA-METH溶于去离子水中，加入EDC、NHS调节pH5-8，加入巯基化的RGD即RGD-SH(RGD：精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸)，搅拌反应24h，离心、洗涤干燥得GO-HA–RGD复合材料；
5)将上述GO-HA–RGD溶于去离子水中，缓慢滴加含美法仑(MEL)的二甲基亚砜(DMSO)溶液，持续搅拌24h；随后缓慢滴加含阿霉素(DOX)的DMSO溶液，用三乙胺调pH弱碱性，室温下避光搅拌24h，离心、洗涤除去未负载上的MEL和DOX，冷冻干燥后获得MEL/DOX-GO-HA-RGD。
按上述方案，步骤1)所述氧化石墨烯按以下方法制备而来：
将石墨粉、固体NaNO3均匀混合，冰浴条件下依次加入浓硫酸及固体KMnO4，低温控制在0-5℃，搅拌时间1-2h；中温将系统控制在32-38℃持续搅拌1-2h；高温控制在98℃，高温搅拌时间0.5h；最后用离子水和H2O2终止反应；过滤、洗涤、干燥得到固体粉末，再将其分散到去离子水中，超声剥离，得到氧化石墨烯纳米片，离心除去未剥离氧化石墨烯，获得棕色GO悬浮液，冷冻干燥得到GO粉末；其中，所述石墨粉、NaNO3及KMnO4的质量比为1：0.5：(3-5)。
按上述方案，步骤1)中GO、EDC、NHS、ADH质量比1：5：7.5：(5-10)。
按上述方案，步骤2)中HA、EDC、NHS、METH质量比1:7.5:4.5:(2-4)。
按上述方案，步骤3)中HA-METH、EDC、NHS质量比(1.5-2):4:12。
按上述方案，步骤4)中GO-HA-METH、EDC、NHS、RGD-SH质量比5:25:75:(3-4)。
按上述方案，步骤5)中MEL、GO-HA–RGD、DOX质量比1:1:(1-2)。
本发明所取得的技术效果：
本发明可以制备单片层100nm下小尺寸的氧化石墨烯，共价耦合HA/RGD双受体后有利于后续细胞及动物实验研究。
本发明利用氧化石墨烯大的比表面积进行双载药，合成含DOX和MEL的氧化石墨烯载药复合材料，制备方法操作简单、实验条件温和。整个载体体系载药量高，能够长效缓释，且具有pH敏感性，在较低pH值环境下释放率高，适合肿瘤组织的微环境，具有重要的临床意义。
氧化石墨烯载药复合材料中的HA、RGD可以实现对肿瘤癌细胞的主动靶向作用，提高整个系统靶向性，增加疗效，可为后续应用提供基础依据。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
实施例1
(1)氧化石墨烯GO的制备
取1.0g天然石墨粉、0.5gNaNO3于250ml三口烧瓶中，冰浴条件下缓慢加入23mlH2SO4。再缓慢加入3gKMnO4，维持系统温度不超过20℃，持续搅拌2h。移除冰浴，将系统加热到35℃，持续搅拌2h。再缓慢加入46ml去离子水，加热到98℃，搅拌30min。然后加入140ml去离子水和10mlH2O2终止反应。趁热过滤，用5％HC1和蒸馏水充分洗涤至PH接近中性，抽滤，60℃真空干燥12h。将得到固体粉末分散到去离子水中(0.5mg/ml)，超声剥离5h，得到氧化石墨烯纳米片，离心30min(14000r/pm)除去未剥离氧化石墨烯，最后获得棕色GO悬浮液，冷冻干燥得到GO粉末。
(2)GO的氨基化
取50mgGO溶解在去离子水中，超声1h得到均匀的GO分散液(1mg/ml)。加入250mgEDC和375mgNHS，调PH5.8，活化GO的羧基。往反应液中加入500mg己二酸二酰肼ADH，常温下搅拌24h，离心、洗涤干燥得GO-ADH。
(3)HA-METH的制备
取HA钠盐10mg，N-(3-氨基丙基)甲基丙基酰胺20mg和EDC·HCl75mg、NHS45mg分别溶于离子水中。混合两溶液，调节PH值4.9，室温搅拌24h。将反应液置于3L的去离子水中透析3天，冷冻干燥，得到白色絮状HA-METH固体。
(4)GO-HA-RGD的制备
取15mgHA-METH、40mgEDC、120mgNHS溶于15ml磷酸缓冲液(PH5.8)中，然后加入上述产物GO-ADH，室温搅拌24h，离心、洗涤干燥得GO-HA-METH。取50mgGO-HA-METH溶于50ml去离子水中，加入250mgEDC和375mgNHS，调节PH5.8，往反应液中加入30mgRGD-SH常温下搅拌24h，离心、洗涤干燥得GO-HA-RGD。
(5)MEL/DOX-GO-HA-RGD
取上述步骤(4)产物5mgGO-HA–RGD溶于10ml去离子水后，缓慢滴加5ml含MEL(5mg)的DMSO溶液，持续搅拌24h。随后逐滴加入5ml含DOX(5mg)的DMSO溶液，用三乙胺溶液调pH＝8.0，室温下避光搅拌24h。反应结束后离心洗涤除去未负载上的MEL和DOX(4000rpm离心15min)，冷冻干燥后获得MEL/DOX-GO-HA-RGD。
实施例2
(1)氧化石墨烯GO的制备
取1.0g天然石墨粉、0.5gNaNO3于250ml三口烧瓶中，冰浴条件下缓慢加入23mlH2SO4。再缓慢加入4gKMnO4，维持系统温度不超过20℃，持续搅拌2h。移除冰浴，将系统加热到35℃，持续搅拌1.5h。再缓慢加入46ml去离子水，加热到98℃，搅拌30min。然后加入140ml去离子水和10mlH2O2终止反应。趁热过滤，用5％HC1和蒸馏水充分洗涤至PH接近中性，抽滤，60℃真空干燥12h。将得到固体粉末分散到去离子水中(0.5ml/ml)，超声剥离5h，得到氧化石墨烯纳米片，离心30min(14000r/pm)除去未剥离氧化石墨烯，最后获得棕色GO悬浮液，冷冻干燥得到GO粉末。
(2)GO的氨基化
取50mgGO溶解在去离子水中，超声1h得到均匀的GO分散液(1mg/ml)。加入250mgEDC和375mgNHS，调PH5.8，活化GO的羧基。往反应液中加入250mg己二酸二酰肼ADH，常温下搅拌24h，离心、洗涤干燥得GO-ADH。
(3)HA-METH的制备
取HA钠盐10mg，N-(3-氨基丙基)甲基丙基酰胺40mg和EDC·HCl75mg、NHS45mg分别溶于离子水中。混合两溶液，调节PH值4.9，室温搅拌24h。将反应液置于3L的去离子水中透析3天，冷冻干燥，得到白色絮状HA-METH固体。
(4)GO-HA-RGD的制备
取15mgHA-METH、40mgEDC、120mgNHS溶于15ml磷酸缓冲液(PH5.8)中，然后加入上述产物GO-ADH，室温搅拌24h，离心、洗涤干燥得GO-HA-METH。取50mgGO-HA-METH溶于50ml去离子水中，加入250mgEDC和375mgNHS，调节PH5.8，往反应液中加入30mgRGD-SH常温下搅拌24h，离心、洗涤干燥得GO-HA-RGD。
(5)MEL/DOX-GO-HA-RGD
取上述步骤(4)产物5mgGO-HA–RGD溶于10ml去离子水后，缓慢滴加5ml含MEL(5mg)的DMSO溶液，持续搅拌24h。随后逐滴加入5ml含DOX(10mg)的DMSO溶液，用三乙胺溶液调pH＝8.0，室温下避光搅拌24h。反应结束后离心洗涤除去未负载上的MEL和DOX(4000rpm离心15min)，冷冻干燥后获得MEL/DOX-GO-HA-RGD。
实施例3MEL/DOX-GO-HA-RGD组分的制备
(1)氧化石墨烯GO的制备
取1.0g天然石墨粉、0.5gNaNO3于250ml三口烧瓶中，冰浴条件下缓慢加入23mlH2SO4。再缓慢加入5gKMnO4，维持系统温度不超过20℃，持续搅拌2h。移除冰浴，将系统加热到35℃，持续搅拌1h。再缓慢加入46ml去离子水，加热到98℃，搅拌30min。然后加入140ml去离子水和10mlH2O2终止反应。趁热过滤，用5％HC1和蒸馏水充分洗涤至PH接近中性，抽滤，60℃真空干燥12h。将得到固体粉末分散到去离子水中(0.5ml/ml)，超声剥离5h，得到氧化石墨烯纳米片，离心30min(14000r/pm)除去未剥离氧化石墨烯，最后获得棕色GO悬浮液，冷冻干燥得到GO粉末。
(2)GO的氨基化
取50mgGO溶解在去离子水中，超声1h得到均匀的GO分散液(1mg/ml)。加入250mgEDC和375mgNHS，调PH5.8，活化GO的羧基。往反应液中加入500mg己二酸二酰肼ADH，常温下搅拌24h，离心、洗涤干燥得GO-ADH。
(3)HA-METH的制备
取HA钠盐10mg，N-(3-氨基丙基)甲基丙基酰胺20mg和EDC·HCl75mg、NHS45mg分别溶于离子水中。混合两溶液，调节PH值4.9，室温搅拌24h。将反应液置于3L的去离子水中透析3天，冷冻干燥，得到白色絮状HA-METH固体。
(4)GO-HA-RGD的制备
取15mgHA-METH、40mgEDC、120mgNHS溶于15ml磷酸缓冲液(PH5.8)中，然后加入上述产物GO-ADH，室温搅拌24h，离心、洗涤干燥得GO-HA-METH。取50mgGO-HA-METH溶于50ml去离子水中，加入250mgEDC和375mgNHS，调节PH5.8，往反应液中加入30mgRGD-SH常温下搅拌24h，离心、洗涤干燥得GO-HA-RGD。
(5)MEL/DOX-GO-HA-RGD
取上述步骤(4)产物5mgGO-HA–RGD溶于10ml去离子水后，缓慢滴加5ml含MEL(5mg)的DMSO溶液，持续搅拌24h。随后逐滴加入5ml含DOX(5mg)的DMSO溶液，用三乙胺溶液调pH＝8.0，室温下避光搅拌24h。反应结束后离心洗涤除去未负载上的MEL和DOX(4000rpm离心15min)，冷冻干燥后获得MEL/DOX-GO-HA-RGD。
实施例4MEL/DOX-GO-HA-RGD组分的制备
(1)氧化石墨烯GO的制备
取1.0g天然石墨粉、0.5gNaNO3于250ml三口烧瓶中，冰浴条件下缓慢加入23mlH2SO4。再缓慢加入3gKMnO4，维持系统温度不超过20℃，持续搅拌2h。移除冰浴，将系统加热到35℃，持续搅拌2h。再缓慢加入46ml去离子水，加热到98℃，搅拌30min。然后加入140ml去离子水和10mlH2O2终止反应。趁热过滤，用5％HC1和蒸馏水充分洗涤至PH接近中性，抽滤，60℃真空干燥12h。将得到固体粉末分散到去离子水中(0.5ml/ml)，超声剥离5h，得到氧化石墨烯纳米片，离心30min(14000r/pm)除去未剥离氧化石墨烯，最后获得棕色GO悬浮液，冷冻干燥得到GO粉末。
(2)GO的氨基化
取50mgGO溶解在去离子水中，超声1h得到均匀的GO分散液(1mg/ml)。加入250mgEDC和375mgNHS，调PH5.8，活化GO的羧基。往反应液中加入500mg己二酸二酰肼ADH，常温下搅拌24h，离心、洗涤干燥得GO-ADH。
(3)HA-METH的制备
取HA钠盐10mg，N-(3-氨基丙基)甲基丙基酰胺20mg和EDC·HCl75mg、NHS45mg分别溶于离子水中。混合两溶液，调节PH值4.9，室温搅拌24h。将反应液置于3L的去离子水中透析3天，冷冻干燥，得到白色絮状HA-METH固体。
(4)GO-HA-RGD的制备
取20mgHA-METH、40mgEDC、120mgNHS溶于15ml磷酸缓冲液(PH5.8)中，然后加入上述产物GO-ADH，室温搅拌24h，离心、洗涤干燥得GO-HA-METH。取50mgGO-HA-METH溶于50ml去离子水中，加入250mgEDC和375mgNHS，调节PH5.8，往反应液中加入40mgRGD-SH常温下搅拌24h，离心、洗涤干燥得GO-HA-RGD。
(5)MEL/DOX-GO-HA-RGD
取上述步骤(4)产物5mgGO-HA–RGD溶于10ml去离子水后，缓慢滴加5ml含MEL(5mg)的DMSO溶液，持续搅拌24h。随后逐滴加入5ml含DOX(5mg)的DMSO溶液，用三乙胺溶液调pH＝8.0，室温下避光搅拌24h。反应结束后离心洗涤除去未负载上的MEL和DOX(4000rpm离心15min)，冷冻干燥后获得MEL/DOX-GO-HA-RGD。
实施例5
(1)氧化石墨烯GO的制备
取1.0g天然石墨粉、0.5gNaNO3于250ml三口烧瓶中，冰浴条件下缓慢加入23mlH2SO4。再缓慢加入3gKMnO4，维持系统温度不超过20℃，持续搅拌2h。移除冰浴，将系统加热到35℃，持续搅拌2h。再缓慢加入46ml去离子水，加热到98℃，搅拌30min。然后加入140ml去离子水和10mlH2O2终止反应。趁热过滤，用5％HC1和蒸馏水充分洗涤至PH接近中性，抽滤，60℃真空干燥12h。将得到固体粉末分散到去离子水中(0.5ml/ml)，超声剥离5h，得到氧化石墨烯纳米片，离心30min(14000r/pm)除去未剥离氧化石墨烯，最后获得棕色GO悬浮液，冷冻干燥得到GO粉末。
(2)GO的氨基化
取50mgGO溶解在去离子水中，超声1h得到均匀的GO分散液(1mg/ml)。加入250mgEDC和375mgNHS，调PH5.8，活化GO的羧基。往反应液中加入500mg己二酸二酰肼ADH，常温下搅拌24h，离心、洗涤干燥得GO-ADH。
(3)HA-METH的制备
取HA钠盐10mg，N-(3-氨基丙基)甲基丙基酰胺20mg和EDC·HCl75mg、NHS45mg分别溶于离子水中。混合两溶液，调节PH值4.9，室温搅拌24h。将反应液置于3L的去离子水中透析3天，冷冻干燥，得到白色絮状HA-METH固体。
(4)GO-HA-RGD的制备
取15mgHA-METH、40mgEDC、120mgNHS溶于15ml磷酸缓冲液(PH5.8)中，然后加入上述产物GO-ADH，室温搅拌24h，离心、洗涤干燥得GO-HA-METH。取50mgGO-HA-METH溶于50ml去离子水中，加入250mgEDC和375mgNHS，调节PH5.8，往反应液中加入30mgRGD-SH常温下搅拌24h，离心、洗涤干燥得GO-HA-RGD。
(5)MEL/DOX-GO-HA-RGD
取上述步骤(4)产物5mgGO-HA–RGD溶于10ml去离子水后，缓慢滴加5ml含MEL(5mg)的DMSO溶液，持续搅拌24h。随后逐滴加入5ml含DOX(5mg)的DMSO溶液，用三乙胺溶液调pH＝8.0，室温下避光搅拌24h。反应结束后离心洗涤除去未负载上的MEL和DOX(4000rpm离心15min)，冷冻干燥后获得MEL/DOX-GO-HA-RGD。

Claims (7)

1.HA/RGD修饰的靶向氧化石墨烯双载药复合材料制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将氧化石墨烯分散在去离子水中形成分散液；利用活化剂EDC、NHS介导的羧胺反应，用ADH对所述氧化石墨烯进行功能化修饰，得到氨基化的氧化石墨烯GO-ADH；
2)将透明质酸HA分散在去离子水中形成分散液，利用活化剂EDC、NHS介导的羧胺反应，将METH连接桥通过酰胺键共价偶联到HA上，搅拌4-6h后，透析、冷冻干燥得HA-METH；
3)将所述HA-METH分散在磷酸缓冲液中形成分散液，用EDC、NHS进行活化后，加入步骤1)所得GO-ADH，常温下搅拌，洗涤干燥得GO-HA-METH；
4)将上述GO-HA-METH溶于去离子水中，加入EDC、NHS调节pH5-8，加入巯基化的RGD即RGD-SH，搅拌反应24h，离心、洗涤干燥得GO-HA–RGD复合材料；
5)将上述GO-HA–RGD溶于去离子水中，缓慢滴加含美法仑MEL的DMSO溶液，持续搅拌24h；随后缓慢滴加含阿霉素DOX的DMSO溶液，用三乙胺调pH弱碱性，室温下避光搅拌24h，离心、洗涤除去未负载上的MEL和DOX，冷冻干燥后获得MEL/DOX-GO-HA-RGD。
2.如权利要求1所述HA/RGD修饰的靶向氧化石墨烯双载药复合材料制备方法，其特征在于步骤1)所述氧化石墨烯按以下方法制备而来：
将石墨粉、固体NaNO3均匀混合，冰浴条件下依次加入浓硫酸及固体KMnO4，低温控制在0-5℃，搅拌时间1-2h；中温将系统控制在32-38℃持续搅拌1-2h；高温控制在98℃，高温搅拌时间0.5h；最后用去离子水和H2O2终止反应；过滤、洗涤、干燥得到固体粉末，再将其分散到去离子水中，超声剥离，得到氧化石墨烯纳米片，离心除去未剥离氧化石墨烯，获得棕色GO悬浮液，冷冻干燥得到GO粉末；其中，所述石墨粉、NaNO3及KMnO4的质量比为1：0.5：(3-5)。
3.如权利要求1所述HA/RGD修饰的靶向氧化石墨烯双载药复合材料制备方法，其特征在于步骤1)中GO、EDC、NHS、ADH质量比1：5：7.5：(5-10)。
4.如权利要求1所述HA/RGD修饰的靶向氧化石墨烯双载药复合材料制备方法，其特征在于步骤2)中HA、EDC、NHS、METH质量比1:7.5:4.5:(2-4)。
5.如权利要求1所述HA/RGD修饰的靶向氧化石墨烯双载药复合材料制备方法，其特征在于步骤3)中HA-METH、EDC、NHS质量比(1.5-2):4:12。
6.如权利要求1所述HA/RGD修饰的靶向氧化石墨烯双载药复合材料制备方法，其特征在于步骤4)中GO-HA-METH、EDC、NHS、RGD-SH质量比5:25:75:(3-4)。
7.如权利要求1所述HA/RGD修饰的靶向氧化石墨烯双载药复合材料制备方法，其特征在于步骤5)中MEL、GO-HA–RGD、DOX质量比1:1:(1-2)。
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