CN105646861A

CN105646861A - 基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物及其应用

Info

Publication number: CN105646861A
Application number: CN201410723148.8A
Authority: CN
Inventors: 郭圣荣; 周德健; 吕立; 吴可沁; 沈园园
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2034-12-02
Also published as: CN105646861B

Abstract

本发明涉及一种生物医药技术领域的基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物及其应用；所述基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物可由包括如下步骤的方法制备而得：在有机溶剂存在的条件下，通过各种单体将姜黄素分子或姜黄素的衍生物分子进行缩聚，形成疏水性高分子量的聚姜黄素，之后采用亲水性高分子修饰即得。本发明还涉及基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物在制备给药系统中的应用，以及利用所述的基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物制备的给药系统。本发明的共聚物能形成胶束、纳米颗粒、脂质体或囊泡等结构，其本身不仅可作为前体药物治疗疾病；同时也可作为药物载体，用于负载其他药物，实现两种或多种药物的协同治疗。

Description

基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物及其应用

技术领域

本发明属于生物医药技术领域，具体涉及一种基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物及其应用。

背景技术

癌症，已经成为当今威胁人类健康的最大杀手。我国乃至世界范围，癌症发病率和死亡率都呈逐年增加的态势。目前用于治疗癌症的传统药物，由于作用位点或靶点单一或缺乏靶向性，治疗效果并不理想，甚至带来严重的毒副作用，长期用药带来的多药耐药也是限制其发展的因素。

姜黄素(Curcumin，Cur)，是从植物姜黄的根茎中提取出的天然二酚类化合物。研究表明，姜黄素通过调节细胞内信号通路进而控制癌细胞生长、炎性反应、入侵和凋亡，是一种多靶点的抗癌药物。文献报道，姜黄素对多种癌症都有预防和治疗作用，如乳腺癌、肝癌、肺癌和皮肤癌等。另外，研究表明，姜黄素能够调节KB细胞株MDR1和Pg-p的表达和功能，从而发挥其抗肿瘤多药耐药的作用。然而，姜黄素较差的稳定性和较低的溶解性使其生物利用度较低。同时，生物药剂学研究表明，姜黄素的吸收较差，代谢和排泄较快，这些也导致其药效的降低。

为了提高姜黄素的生物利用度，从而更好地发挥其治疗效果，国内外科学家进行了大量的研究。从起初与胡椒碱等天然植物药物联合用药，如到近年来载姜黄素的纳米粒、脂质体和胶束的制备，人们为提高姜黄素稳定性、水溶解性和生物利用度做了不懈的努力。近年来已采用的方法包括将姜黄素包裹在纳米颗粒、脂质体、囊泡、微球以及将姜黄素做成固体分散物、聚合物混合物、高分子复合物等方式来改善姜黄素缺陷。然而，所有这些方法仍然存在明显的局限性，比如，姜黄素负载量相对较低；药物存储稳定性差；物理包裹载药往往存在药物泄漏问题；制备工艺复杂等。例如公开号CN101524546A的专利公开了一种聚乙二醇和姜黄素衍生物的缀合物。但这些衍生物仍具有稳定性不高，在血液循环中不稳定，清除快等缺点。

本发明将主要针对姜黄素生物利用度低的问题和传统物理包裹递药系统方法的局限性作出改进，将具有抗肿瘤效果的姜黄素聚合形成聚姜黄素，再用亲水性聚合物将其进行修饰，并制成纳米药物来实现靶向递药，从而提高了姜黄素的负载量和水溶性，极大地增加了姜黄素在生理条件下的的稳定性及疗效。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物及其应用，以高分子量的聚姜黄素作为疏水部分并与亲水性高分子共价结合，形成同时含有亲水和疏水部分的两亲性嵌段共聚物。该聚姜黄素共聚物增加了姜黄素的水溶性，提高了载药量和稳定性。该聚姜黄素共聚物能形成胶束、纳米颗粒、脂质体或囊泡等结构，其本身不仅可作为前体药物治疗疾病；同时也可作为药物载体，用于负载其他药物，实现两种或多种药物的协同治疗。

第一方面，本发明涉及一种基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物，所述两亲性嵌段共聚物可由包括如下步骤的方法制备而得：在有机溶剂存在的条件下，将姜黄素或姜黄素的衍生物分子，通过单体进行缩聚反应，形成聚姜黄素，之后采用亲水性高分子修饰即得。

优选地，所述单体为二酸单体、二酸酐单体、二酰氯单体、二烯单体、或二醇单体中的一种或多种。

优选地，所述亲水性高分子为壳聚糖、聚乙二醇、透明质酸、树突状聚合物、聚氨基酸、葡聚糖、多肽、核苷酸、或者脱氧核苷酸。

第二方面，本发明涉及一种利用前述基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物制备的给药系统。

优选地，所述给药系统为胶束、纳米颗粒、脂质体或囊泡。

优选地，所述基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物采用靶分子进行修饰。

优选地，所述靶分子为核酸适配子、寡肽、维生素类小分子、单糖类小分子、pH敏感型化合物、热敏型化合物、磁性化合物、或者光敏感型化合物。

优选地，所述给药系统负载有一种或多种其他药物。

优选地，所述其他药物选自以下药物中的一种或多种：抗癌药物、抗炎症类药物、免疫抑制剂、抗阿尔茨海默病药物、抗血小板药物、抗凝血剂、激素类药物、基因治疗药物。

第三方面，本发明还涉及一种前述的基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物在制备给药系统中的应用。

聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物，是由聚姜黄素与亲水高分子共价结合而成。所述的两亲性嵌段共聚物，由以药物分子姜黄素与单体溶于有机溶剂，通过缩聚反应得到高分子量的聚姜黄素，其末端基团可与一个或多个亲水性高分子共价结合。所述的两亲性嵌段共聚物在水相中能形成胶束、纳米颗粒、脂质体或囊泡等给药系统。该两亲性嵌段共聚物可再连接靶分子进行修饰，进一步增加其制备的胶束、纳米颗粒、脂质体或囊泡等给药系统的靶向性。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、该两亲性嵌段共聚物自身可作为一种前体药物，进入癌细胞后在细胞酶和还原型谷胱甘肽的作用下使药物快速释放，载药量高，药物输送能力好，生物可降解，生物利用度高；

2、该两亲性嵌段共聚物药物前体在水相中可形成胶束、纳米颗粒、脂质体或囊泡等给药系统，发挥被动靶向、主动靶向作用和定位于细胞内药物释放。

3、该胶束、纳米颗粒、脂质体或囊泡等用于其他药物如抗癌药物、抗炎症类药物、免疫抑制剂、抗阿尔茨海默病药物、抗血小板药物、抗凝血剂、激素类药物、基因治疗药物等的输送，从而实现两种或两种以上药物协同治疗，以进一步增加疗效。

4、本发明的两亲性嵌段共聚物的制备方法操作简单，采用本领域常规的合成方法即可。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为实施例1制备的Biotin-PEG-PCDA的核磁共振氢谱；

图2为Biotin-PEG-PCDANPs粒径分布图；

图3为开始给药后各组EMT6荷瘤小鼠肿瘤体积变化曲线(静脉注射，每天给药一次，给药剂量折合为姜黄素的浓度10mg/kg)。“*”，与阴性对照相比，有显著性差异，p<0.01；“△”，与游离姜黄素相比，有显著性差异p<0.01；(mean±SD,n＝6)；

图4为阿霉素不同制剂处理48h后对MCF-7/ADR细胞的抑制率。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，例如萨姆布鲁克等分子克隆：实验手册第三版(科学出版社，2002)中所述的条件，或者按照各制造商所建议的条件。

本发明通过将姜黄素缩聚后形成的高分子量的聚姜黄素作为疏水部分，与亲水聚合物共价结合制备成两亲性嵌段共聚物药物前体。将药物活性成分作为药物前体分子主链的一部分具有如下优势：(1)能使姜黄素水溶性有显著提高；(2)使姜黄素在生理条件下的稳定性增强；(3)具有较高的载药量；(4)形成纳米粒可发挥被动靶向、主动靶向和定位于细胞内药物释放作用；(5)不会产生药物突释；(6)增加了姜黄素的体内生物利用度；(7)没有明显的生物毒性。

实施例1：姜黄素与丁二酸单体形成聚姜黄素丁二酸的合成

100mg姜黄素，27mg丁二酸，111mg缩合剂DCC和9.9mg催化剂DMAP溶于15mL的无水四氢呋喃中，室温下反应1天，过滤，加入适量的冷乙醚沉淀产物，反复沉淀3次，过滤，真空干燥，即得如下结构式的终产物。

实施例2：聚姜黄素(PCDA)连接亲水性大分子聚谷氨酸(PGA)两亲性嵌段共聚物的合成

0.9g聚姜黄素，3g聚谷氨酸，200mg缩合剂DCC和18mg催化剂DMAP溶于20mL的无水DMSO中，室温下反应2天，过滤，加入适量的冷乙酸乙酯沉淀产物，反复沉淀3次，过滤，真空干燥，即得如下结构式的终产物。

实施例3：聚姜黄素(PCDA)连接亲水性大分子壳聚糖(CS)的两亲性嵌段共聚物的合成

0.9g聚姜黄素，6g壳聚糖，200mg缩合剂DCC和18mg催化剂DMAP溶于20mL的无水DMSO中，室温下反应1天，过滤，加入适量的冷乙酸乙酯沉淀产物，反复沉淀3次，过滤，真空干燥，即得如下结构式的终产物。

实施例4：靶分子叶酸修饰的聚姜黄素(PCDA)-壳聚糖(CS)的两亲性嵌段共聚物的合成

0.5g聚姜黄素-壳聚糖，100mg叶酸，200mg缩合剂DCC和18mg催化剂DMAP溶于20mL的无水DMSO中，室温下反应1天，过滤，加入适量的冷乙酸乙酯沉淀产物，反复沉淀3次，过滤，真空干燥，即得如下结构式的终产物。

实施例5：聚姜黄素(PCDA)连接亲水性大分子聚乙二醇(PEG)和靶分子生物素(Biotin) 的两亲性嵌段共聚物的合成

(1)PCDA的合成

姜黄素(100mg，0.27mmol)，单体3，3’-二硫二丙酸(57mg，0.27mmol，缩合剂DCC(111mg，0.54mmol)和催化剂DMAP(9.9mg，0.081mmol)，溶于4mL的无水四氢呋喃中，室温下反应1天，过滤，加入适量的冷乙醚沉淀产物，反复沉淀3次，过滤，真空干燥，即得产物。

(2)PEG-PCDA的合成

聚姜黄素(0.9g，0.225mmol)，mPEG5k(1.125g，0.225mol)，缩合剂DCC(46mg，0.225mmol)和催化剂DMAP(2.74mg，0.0225mmol)，溶于30mL的无水二氯甲烷中，室温下反应1天，过滤，加入约10倍的冷无水乙醚沉淀产物，反复沉淀3次，沉淀物加80mL水后，透析24h，冷冻干燥。

(3)Biotin-PEG的合成

生物素(分子量244.3，66mg，0.27mmol)，PEG_6k(1350mg，0.27mol)，缩合剂DCC(111mg，0.54mmol)，催化剂DMAP(9.9mg，0.081mmol)溶于10mL无水二氯甲烷中，室温下反应1天，过滤，加入冷无水乙醚，沉淀产物，即得，Biotin-PEG-OH，真空干燥。

(4)Biotin-PEG-PCDA的合成

Biotin-PEG(337.2mg，0.054mmol)，聚姜黄素(216mg，0.054mmol)DCC22.2mg，DMAP1.98mg，溶于无水二氯甲烷中，反应1天，过滤，加入冷无水乙醚，反复沉淀3次，沉淀物加50mL水后，采用截留分子量为7K的分子量进行透析，透析24h，冷冻干燥，即得如图产物。

以实施例5中制备的两亲性嵌段共聚物制备纳米粒，同时制备成纳米粒作为载药体系载药，并用本领域的常规方法进行表征和评价。

(1)Biotin-PEG-PCDA纳米粒的制备

将实施例5中制备的PEG-PCDA或Biotin-PEG-PCDA取50mg溶解于4mL的二氯甲烷，缓慢加入6mL的去离子水中，冰浴下探头超声2min(功率为200W)使形成O/W乳液，每超声30s后，停止5s，使因超声而升高的温度重新下降。形成的O/W乳液，加入30mL的去离子水稀释，室温下磁力搅拌20min，30℃下旋转蒸除去二氯甲烷，离心20min(转速为4000rpm)，取上清液，冷冻干燥，即得纳米粒。

(2)Biotin-PEG-PCDA纳米载药体系的制备

将实施例5中制备的PEG-PCDA或Biotin-PEG-PCDA称取10mg，2mg阿霉素(DOX)，加入3mL12.5％甲醇氯仿溶液(甲醇：氯仿＝12.5：87.5，v/v)，使其充分溶解，吸取1mL上述有机相溶液缓慢加入10mL超纯水中，冰浴下探头超声5min，40℃减压旋蒸除去有机溶剂，4000rpm离心20min，除去聚集颗粒，取上清液，即得纳米粒溶液，纳米粒溶液冷冻干燥，即得纳米粒冻干粉。

(3)Biotin-PEG-PCDA的表征

两亲性嵌段共聚物Biotin-PEG-PCDA的核磁共振氢谱图如图1所示。利用动态光散射技术测得其在水中可形成尺寸125.1±2.7nm的纳米颗粒，其粒径分布图如图2所示。

(4)Biotin-PEG-PCDA纳米粒体内抗肿瘤效果评价

考察Biotin-PEG-PCDA纳米粒在EMT6小鼠肿瘤模型中的体内抗肿瘤效果，昆明小鼠腋下移植肿瘤细胞5天后尾静脉注射给药，空白对照组：给予生理盐水；阳性对照组：给予姜黄素，给药剂量为10mg/kg；实验组给予PEG-PCDANPs、Biotin-PEG-PCDANPs，给药剂量折合为姜黄素的量为10mg/kg。给药途径均为尾静脉注射，每天一次，连续给药9天。第14天处死小鼠，剥离肿瘤组织，称重拍照，实验结果如图3所示，游离姜黄素组，肿瘤生长率达到264％，而Biotin-PEG-PCDA纳米粒组肿瘤生长率仅为8％。说明该纳米给药系统具有良好的抗肿瘤效果。

(5)DOX/Biotin-PEG-PCDA纳米粒体外逆转肿瘤多药耐药效果

MCF-7/ADR细胞，以5×10³个/孔浓度接种于96孔板，每孔体积200μL，培养24h，分别更换含有系列浓度以下药物的新鲜培养基：(A)DOX溶液；(B)Cur溶液+DOX溶液；(C)DOX/PEG-PCDANPs溶液；(D)DOX/BiotinPEG-PCDANPs溶液，于37℃，5％CO2培养箱中培养48h，吸去培养液，用PBS洗涤3次，每孔加入180μL的培养基和20μLMTT溶液(浓度为5mg/mL)，继续避光孵育4h后终止培养，倒去培养介质，每孔加入200μLDMSO，轻摇10min溶解蓝色晶体。酶标仪570nm处检测，计算细胞存活率，求算各组药物对MCF-7/ADR细胞的IC50值，然后通过以下公式求算各组药物对MCF-7/ADR肿瘤细胞耐药逆转指数，通过耐药逆转指数评价各组药物对MCF-7/ADR肿瘤细胞的多药耐药逆转效果。

耐药逆转指数＝IC50(游离阿霉素处理组)/IC50(各制剂处理组)

负载抗癌药物DOX的Biotin-PEG-PCDA纳米粒体外逆转MCF乳腺癌肿瘤细胞多药耐药实验结果(如表1和图4所示)表明：负载抗癌药物DOX的Biotin-PEG-PCDA纳米粒具有更强的逆转肿瘤多药耐药效果。

表1.不同组别中阿霉素对MCF-7/ADR肿瘤细胞的IC₅₀值和多药耐药逆转指数

处理	IC₅₀(μg/mL)	IRDR
			DOX	44.41	-
DOX+Cur	14.29	3.10
			DOX/PEG-PCDA NPs	3.48	12.76
DOX/Biotin-PEG-PCDA NPs	1.88	23.62

根据本领域的常识，理论上除实施例中提到的二酸单体外，二酸酐单体、二醇单体、二烯单体、二酰氯单体等含有两个官能团(羟基、羧基、酰卤、酸酐等)的单体都可与姜黄素或姜黄素衍生物分子的酚羟基发生缩聚反应形成高分子量的疏水聚合物，并通过酯化等反应接枝常用的亲水性大分子，如壳聚糖、聚乙二醇、透明质酸、树突状聚合物、聚氨基酸、葡聚糖、多肽、核苷酸、或者脱氧核苷酸等，形成两亲性的嵌段共聚物，也可通过化学反应将该两亲性嵌段共聚物用靶分子相连，进行修饰，增加其靶向性。

综上所述，与现有技术相比，本发明的两亲性嵌段共聚物自身可作为一种前体药物，进入癌细胞后在细胞酶和还原型谷胱甘肽的作用下使药物快速释放，载药量高，药物输送能力好，生物可降解，生物利用度高；该两亲性嵌段共聚物药物前体在水相中可形成胶束、纳米颗粒、脂质体或囊泡等给药系统，发挥被动靶向、主动靶向作用和定位于细胞内药物释放。该胶束、纳米颗粒、脂质体或囊泡等用于其他药物如抗癌药物、抗炎症类药物、免疫抑制剂、抗阿尔茨海默病药物、抗血小板药物、抗凝血剂、激素类药物、基因治疗药物等的输送，从而实现两种或两种以上药物协同治疗，以进一步增加疗效。本发明的两亲性嵌段共聚物的制备方法操作简单，采用本领域常规的合成方法即可。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物，其特征在于，所述两亲性嵌段共聚物可由包括如下步骤的方法制备而得：在有机溶剂存在的条件下，将姜黄素或姜黄素的衍生物分子，通过单体进行缩聚反应，形成聚姜黄素，之后采用亲水性高分子修饰即得。

2.如权利要求1所述的基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物，其特征在于，所述单体为二酸单体、二酸酐单体、二酰氯单体、二烯单体、二醇单体中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物，其特征在于，所述亲水性高分子为壳聚糖、聚乙二醇、透明质酸、树突状聚合物、聚氨基酸、葡聚糖、多肽、核苷酸、或者脱氧核苷酸。

4.一种利用权利要求1所述的基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物制备的给药系统。

5.如权利要求4所述的给药系统，其特征在于，所述给药系统为胶束、纳米颗粒、脂质体或囊泡。

6.如权利要求4所述的给药系统，其特征在于，所述基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物采用靶分子进行修饰。

7.如权利要求6所述的给药系统，其特征在于，所述靶分子为核酸适配子、寡肽、维生素类小分子、单糖类小分子、pH敏感型化合物、热敏型化合物、磁性化合物、或者光敏感型化合物。

8.如权利要求4所述的给药系统，其特征在于，所述给药系统负载有一种或多种其他药物。

9.如权利要求8所述的给药系统，其特征在于，所述其他药物选自以下药物：抗癌药物、抗炎症类药物、免疫抑制剂、抗阿尔茨海默病药物、抗血小板药物、抗凝血剂、激素类药物、基因治疗药物。

10.一种如权利要求1所述的基于聚姜黄素的两亲性嵌段共聚物在制备给药系统中的应用。