CN105949467B - 一种pH敏感两亲性接枝共聚物POEAd-g-MPEG、制备方法及其应用 - Google Patents

一种pH敏感两亲性接枝共聚物POEAd-g-MPEG、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种pH敏感两亲性接枝共聚物POEAd‑g‑MPEG、制备方法及其应用。本发明的共聚物具有酸敏感性，生物相容性和生物可降解性，可在水溶液中自组装并形成壳核结构的药物载体，在肿瘤治疗领域具有良好的应用前景。

Description

一种pH敏感两亲性接枝共聚物POEAd-g-MPEG、制备方法及其 应用
技术领域
本发明涉及一种主链含原酸酯基团的新型pH敏感两亲性接枝共聚物的合成方法及其药物传递。属于生物材料和药物控制释放技术领域。
背景技术
目前化疗是临床治疗癌症的重要手段，但是由于化疗药物本身的药物毒性以及肿瘤靶向性等问题，限制了化疗的进一步应用。为了解决这些限制因素，再结合肿瘤组织本身的特点，纳米药物载体被大量的研究，其中PEG化的刺激响应性纳米药物载体由于其能够延长药物体内传递时间、增强肿瘤靶向性，近些年来被广泛的研究。在刺激响应性纳米载体中，酸敏感是近些年来研究最为多的刺激因素。然而，目前大量的酸敏感药物载体往往把酸敏性定位在肿瘤细胞内内涵体pH(5.0-6.0)，但是在实际的体内肿瘤环境中，药物并不能直接进入肿瘤组织肿瘤细胞所在部位，这样就会大大降低药物在肿瘤部位的靶向富集。为了解决这个问题，发展肿瘤组织微酸环境(pH 6.5-7.2)敏感的药物载体具有重要的意义。
目前肿瘤组织酸敏感的纳米药物载体主要有两类，一类是依据pKa值的变化，另一类是根据电荷反转的原理。第一类由于其在pH7.4稳定性不高并且在肿瘤细胞胞外释药限制了它的进一步应用，第二类虽然有肿瘤组织敏感性，但是酸敏感较弱，还有待进一步的研究提高。鉴于此，有必要发展新的肿瘤组织酸敏感的材料，使其能够在血液循环中稳定存在，在肿瘤组织能够快速响应发生理化性质的变化以增加肿瘤渗透能力同时不至于释药或者少量释药，一旦被肿瘤细胞摄取能够快速释放，杀死肿瘤细胞。原酸酯相较于其他的酸敏感基团(腙键、乙缩醛、乙烯基醚等)具有更高的酸敏性(Adv.Drug Deliv.Rev.2002,54,1015–1039；Biomacromolecules 2004,5,1625–1632)，因此，通过合理的结构设计有望实现肿瘤组织酸敏感。
发明内容
本发明目的就是提供一种pH敏感两亲性接枝共聚物的合成方法及其药物传递功能。
一种pH敏感两亲性接枝共聚物POEAd-g-MPEG，其结构如化学式III所示：
Figure BDA0000952305830000021
式中聚乙二醇单甲醚(MPEG)的数均分子量依次为550，1000，2000；POEAd-g-MPEG可分别表示为POEAd-g-MPEG550，POEAd-g-MPEg1000,POEAd-g-MPEG2000；n表示数值20-200。
一种pH敏感两亲性接枝共聚物POEAd-g-MPEG的合成方法，具体步骤如下：将侧链含氨基的聚原酸酯共聚物POEAd-g-NH2、聚乙二醇单甲醚活性酯、三乙胺、N，N-二甲基甲酰胺准确称量放入干燥的茄型反应瓶中，其投料摩尔比为1：(2-10):(3-12)：(20-40)，然后常温搅拌反应23-24小时后透析三天，其中所用的透析液为0.1％-1％三乙胺水溶液，每5.7-6小时更换一次透析液，最后冷冻干燥得到目的聚合物。
一种pH敏感两亲性接枝共聚物POEAd-g-MPEG及其制备方法，所述的侧链含氨基的聚原酸酯共聚物POEAd-g-NH2，其结构如化学式II所示：
Figure BDA0000952305830000022
式中n表示数值20-200；
所述的侧链含氨基的聚原酸酯共聚物POEAd-g-NH2的合成方法，具体步骤如下：将聚原酸酯共聚物POEAd-g-COF3、碱性水溶，准确称量放入圆底反应瓶中，其投料摩尔比为1：(5-20)，搅拌反应0.5-7小时后透析三天，其中采用的透析液为0.1％-1％三乙胺水溶液，每5.8-6小时更换一次透析液，最后冷冻干燥得到目的聚合物；所述的碱性水溶液为5％-7％碳酸钠水溶液、0.5-2mol/L哌啶水溶液、0.01-0.1mol/L氢氧化钠水溶液中的任何一种。
一种pH敏感两亲性接枝共聚物POEAd-g-MPEG及其制备方法，所述的聚原酸酯共聚物POEAd-g-COF3，其结构如化学式I所示：
Figure BDA0000952305830000031
式中n表示数值20-200。
所述的聚原酸酯共聚物POEAd-g-COF3的合成方法，具体步骤如下：将摩尔比为1：1:(3-5)：(10-40)的原酸酯二胺单体4,4’-二亚甲氧基-二-(2-氨基乙氧基-1,3-二氧戊烷)、2-N-三氟乙酰基-1,3-二-(4’-琥珀酰亚胺丁二酸酯)丙二醇酯、三乙胺及N,N-二甲基甲酰胺(DMF)准确称量放入干燥的茄型反应瓶中，然后将反应瓶放入28-30℃的油浴中反应，反应3-7天后，将反应物溶解于二氯甲烷中，将得到的粗产物用冰乙醚沉降，过滤收集沉淀，室温下真空干燥得到目标共聚物。
一种聚合物胶束药物组合物，包括上述pH敏感两亲性接枝共聚物POEAd-g-MPEG胶束，以及至少一种掺入在该胶束中的活性剂，其中所述的活性剂选自抗炎药、癌症化疗药物、免疫抑制剂、代谢药物、抗过敏药物、肝病治疗药物、神经系统治疗药物以及循环系统疾病治疗药物。
一种胶束药物组合物，其中所述的癌症化疗药物选自5-氟尿嘧啶、紫杉醇、阿霉素、环孢霉素和卡莫司汀；将活性剂掺入到两亲性聚合物胶束中的方法包括搅拌、加热、超声波、溶剂蒸发或者渗透处理。
附图说明
附图1是实施例1中聚原酸酯共聚物POEAd-g-COF3的1H NMR。
附图2是实施例2中侧链含氨基的聚原酸酯共聚物POEAd-g-NH2的1H NMR。
附图3是实施例3中pH敏感两亲性接枝共聚物POEAd-g-MPEG的1H NMR。
附图4是实施例4中接枝共聚物POEAd-g-MPEG的性质表征。
附图5是实施例5中接枝共聚物胶束的平均尺寸分布。
附图6是实施例5中接枝共聚物胶束pH依赖的尺寸变化。
附图7是实施例6中接枝共聚物胶束pH依赖的原酸酯键水解变化。
附图8是实施例7中接枝共聚物胶束体外细胞毒性试验。
附图9是实施例8中接枝共聚物胶束体外药物释放试验。
具体实施方式
实施例1
聚原酸酯共聚物POEAd-g-COF3的合成方法，通过下述步骤实现：
氮气气氛下，向50毫升茄型瓶内加入1.01g(3.28MmoL)4,4’-二亚甲氧基-二-(2-氨基乙氧基-1,3-二氧戊烷)，1.90g(3.28Mmol)2-N-三氟乙酰基-1,3-二-(4’-琥珀酰亚胺丁二酸酯)丙二醇酯，1.5mL三乙胺，10mL无水N,N-二甲基甲酰胺，30℃反应7天后，加入少量二氯甲烷，无水乙醚沉降两次，得到白色固体产物1.87g，产率86.6％。1H NMR(400MHz，CDCl3,δ,ppm):2.55-2.61(m,8H,OOC-CH2-CH2-COO),3.41(s,4H,H2N-CH2),3.55-3.78(m,8H,N-CH2-CH2-O,CH-CH2-O),4.02-4.13(m,8H,O-CH2-CH,NH-CH-CH2-O),4.31-4.47(m,4H,O-CH2-CH2-CH-O),5.82-5.83(d,2H,CH-(O)3),6.47(s,3H,OC-NH)(图1).
实施例2
侧链含氨基的聚原酸酯共聚物POEAd-g-NH2,的合成方法，通过下述步骤实现：
将1.87g主链聚原酸酯共聚物POEAd-g-COF3用50mL四氢呋喃溶解，加入含有300mL7％碳酸钠水溶液中，磁力搅拌反应6小时后，减压蒸馏除去四氢呋喃，然后用3500Da透析带在带有少量三乙胺水溶液中透析48小时(每六小时换一次透析液)，最后冷冻干燥得到目的聚合物POEAd-g-NH2 1.52g，产率为81.3％。1H NMR(400MHz,DMSO-d6):δ(ppm)2.27-2.38(m,8H,OOC-CH2-CH2-COO),3.15-3.20(m,4H,H2N-CH2),3.41-3.66(m,8H,N-CH2-CH2-O,CH-CH2-O),4.02-4.06(t,8H,O-CH2-CH,NH-CH-CH2-O),4.20-4.40(m,4H,O-CH2-CH2-CH-O),5.83-5.85(d,2H,CH-(O)3)(图2).
实施例3
pH敏感两亲性接枝共聚物POEAd-g-MPEG550的合成方法，通过下述步骤实现：将共聚物POEAd-g-NH2 0.56g、聚乙二醇单甲醚活性酯(分子量：550)2.73g,4.57Mmol、1mL三乙胺，准确称量放入干燥的茄型反应瓶中，然后反应瓶被放入30℃的油浴中反应，反应24小时后用3500Da透析带在带有少量三乙胺水溶液中透析48小时(每六小时换一次透析液)，最后冷冻干燥得到目的聚合物。1HNMR(400MHz,DMSO-d6):δ(ppm)2.29-2.43(m,8H,OOC-CH2-CH2-COO),3.06-3.10(m,4H,H2N-CH2),3.18-3.21(m,8H,N-CH2-CH2-O,CH-CH2-O),3.24(s,3H,PEG-OCH3),3.51(s,MPEG),4.02-4.06(t,8H,O-CH2-CH,NH-CH-CH2-O),4.20-4.40(m,4H,O-CH2-CH2-CH-O),5.83-5.85(d,2H,CH-(O)3)(图3).
实施例4
接枝共聚物胶束的制备
将嵌段共聚物POEAd-g-MPEG(POEAd-g-MPEG550，POEAd-g-MPEg1000,POEAd-g-MPEG2000)各0.8g溶于2mL DMSO(加少量三乙胺)，然后搅拌滴加20mL 50mM pH＝7.4的磷酸盐缓冲液，滴加完毕后剧烈搅拌8小时，溶液转移至截留分子量为3500的透析袋内，以水(加少量三乙胺)作为透析液透析36小时,然后将袋内溶液转移至50mL离心管内，冷冻干燥，得到嵌段共聚物胶束(图4)。
实施例5
聚合物胶束尺寸测量及依赖pH尺寸变化的测定
将共聚物胶束POEAd-g-MPEG(POEAd-g-MPEG550，POEAd-g-MPEg1000,POEAd-g-MPEG2000)分别于pH＝7.4，6.5，5.5的磷酸盐缓冲液中，配置成1mg/mL的胶束溶液，溶液过0.45微米滤头，各溶液分别在设置时间内，于马尔文粒度仪(Malvern Zetasizer Nano ZS)测量其共聚物胶束尺寸变化(图5、6)，pH＝7.4，POEAd-g-MPEG初始平均尺寸为180-280nm，24h内粒径没有变化，说明胶束在血液环境中十分稳定；pH＝6.5，胶束粒径在6小时内粒径由初始粒径降到150-180nm，然后在18小时内逐渐增加到430-590nm，胶束粒径体现出动态变化的特征，这种变化对于胶束在肿瘤组织的渗透以及在肿瘤组织核心处聚集具有重要的作用；pH＝5.5，胶束在0.5小时内粒径由初始历经降到50-80nm，6小时内完全溶解，说明胶束在肿瘤细胞内能够快速崩解释药。
实施例6
聚合物胶束依赖pH降解的测定
将共聚物胶束POEAd-g-MPEG(POEAd-g-MPEG550，POEAd-g-MPEg1000,POEAd-g-MPEG2000)分别于pH＝7.4，6.5，5.5的氘代磷酸盐缓冲液中，配置成5mg/mL的胶束溶液，于核磁共振仪(ADVANCE 400)设置时间内测1H NMR，以5.23处原酸酯峰为特征峰，水解后8.27处甲酸为检测峰，观察原酸酯水解速率，如图7。
实施例7
细胞毒性试验
293T细胞和SH-SY5Y细胞(10000个/孔)分别接种于96孔培养板，在37℃和5％二氧化碳条件下培养24小时，细胞融合度60-80％。将共聚物胶束溶液加入到培养293T细胞的96孔板，载药胶束以及阿霉素盐酸盐加入到培养SH-SY5Y细胞的96孔板中，再分别培养24小时，每孔加入20微升MTT(5mg/mL)，4小时后吸取培养基，每孔加入150微升DMSO，振摇10分钟，于酶标仪(Thermo Scientific多功能酶标仪)，570nm测定A值。按一下公式计算细胞生存率：细胞生存率(％)＝(Asample-Ablank)/(Acontrol-Ablank)×100％。从图8可以看出，空白胶束没有毒性，载药胶束具有与裸药相似的杀死肿瘤细胞的能力。
实施例8
将载药胶束稀释成含药量为0.5ug/mL，分别加入1mL于3500Da的透析带中，放入含有pH7.4,6.5,5.5缓冲液的50mL离心管中，离心管置于37℃培养箱中，间隔时间取样，酶标仪测定，得到药物释放曲线，图9说明载药胶束在pH5.5快速释放包含药物，在pH6.5有一定的药物释放。

Claims (6)

1.一种pH敏感两亲性接枝共聚物POEAd-g-MPEG，其特征在于，其结构如化学式III所示：
Figure FDA0002598930060000011
式中聚乙二醇单甲醚(MPEG)的数均分子量依次为550，1000，2000；POEAd-g-MPEG可分别表示为POEAd-g-MPEG550，POEAd-g-MPEg1000,POEAd-g-MPEG2000；n表示数值20-200。
2.一种如权利要求1所述的pH敏感两亲性接枝共聚物POEAd-g-MPEG的合成方法，其特征在于，具体步骤如下：将侧链含氨基的聚原酸酯共聚物POEAd-g-NH2、聚乙二醇单甲醚活性酯、三乙胺、N，N-二甲基甲酰胺准确称量放入干燥的茄型反应瓶中，其投料摩尔比为1：(2-10):(3-12)：(20-40)，然后常温搅拌反应23-24小时后透析三天，其中所用的透析液为0.1％-1％三乙胺水溶液，每5.7-6小时更换一次透析液，最后冷冻干燥得到目的聚合物；
所述的侧链含氨基的聚原酸酯共聚物POEAd-g-NH2，其结构如化学式II所示：
Figure FDA0002598930060000012
式中n表示数值20-200。
3.根据权利要求2所述的一种pH敏感两亲性接枝共聚物POEAd-g-MPEG的合成方法，其特征在于，所述的侧链含氨基的聚原酸酯共聚物POEAd-g-NH2的合成方法，具体步骤如下：将聚原酸酯共聚物POEAd-g-COF3、碱性水溶液，准确称量放入圆底反应瓶中，其投料摩尔比为1：(5-20)，搅拌反应0.5-7小时后透析三天，其中采用的透析液为0.1％-1％三乙胺水溶液，每5.8-6小时更换一次透析液，最后冷冻干燥得到目的聚合物；所述的碱性水溶液为5％-7％碳酸钠水溶液、0.5-2mol/L哌啶水溶液、0.01-0.1mol/L氢氧化钠水溶液中的任何一种；
所述的聚原酸酯共聚物POEAd-g-COF3，其结构如化学式I所示：
Figure FDA0002598930060000021
式中n表示数值20-200。
4.根据权利要求3所述的一种pH敏感两亲性接枝共聚物POEAd-g-MPEG的合成方法，其特征在于，所述的聚原酸酯共聚物POEAd-g-COF3的合成方法，具体步骤如下：将摩尔比为1：1:(3-5)：(10-40)的原酸酯二胺单体4,4’-二亚甲氧基-二-(2-氨基乙氧基-1,3-二氧戊烷)、2-N-三氟乙酰基-1,3-二-(4’-琥珀酰亚胺丁二酸酯)丙二醇酯、三乙胺及N,N-二甲基甲酰胺(DMF)准确称量放入干燥的茄型反应瓶中，然后将反应瓶放入28-30℃的油浴中反应，反应3-7天后，将反应物溶解于二氯甲烷中，将得到的粗产物用冰乙醚沉降，过滤收集沉淀，室温下真空干燥得到目标共聚物。
5.一种聚合物胶束药物组合物，其特征在于，包括权利要求1所述的pH敏感两亲性接枝共聚物POEAd-g-MPEG形成的胶束，以及至少一种掺入在该胶束中的活性剂，其中所述的活性剂选自抗炎药、癌症化疗药物、免疫抑制剂、代谢药物、抗过敏药物、肝病治疗药物、神经系统治疗药物以及循环系统疾病治疗药物。
6.根据权利要求5所述的一种聚合物胶束药物组合物，其特征在于，其中所述的癌症化疗药物选自5-氟尿嘧啶、紫杉醇、阿霉素、环孢霉素和卡莫司汀；将活性剂掺入到两亲性聚合物胶束中的方法包括搅拌、加热、超声波、溶剂蒸发或者渗透处理。
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