CN106139160B - 透明质酸衍生化的美登素前药、其制备方法与在制备肿瘤靶向治疗药物中的应用 - Google Patents

透明质酸衍生化的美登素前药、其制备方法与在制备肿瘤靶向治疗药物中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种透明质酸衍生化的美登素前药、其制备方法与在制备肿瘤靶向治疗药物中的应用，包括透明质酸主链、美登素侧链；所述美登素与透明质酸之间通过二硫键连接，透明质酸的分子量为7~500 kDA；所述透明质酸衍生化的美登素前药中美登素的含量为10%~50%。本发明的透明质酸衍生化的美登素前药具有两亲性，在水溶液中能够自组装形成纳米药物，外层亲水层由透明质酸构成，内层疏水层由疏水药物美登素构成。能够很大程度提高抗癌药物的最大耐药量；并且无需另外修饰靶向分子即具有主动靶向能力，在肿瘤部位的富集率高，对肿瘤细胞具有很高的细胞毒性，在对荷肿瘤裸鼠体内治疗过程中对肿瘤生长能够很好的抑制。

Description

透明质酸衍生化的美登素前药、其制备方法与在制备肿瘤靶 向治疗药物中的应用
技术领域
本发明属于医药材料领域，涉及一种抗癌药物的高分子前药及其应用；具体涉及一种透明质酸衍生化的美登素前药、其制备方法与在制备肿瘤靶向治疗药物中的应用。
背景技术
恶性癌症已经成为威胁人类健康的主要杀手，其发病率和死亡率正呈逐年上升的趋势。目前肿瘤治疗方法主要包括外科手术切除、辐射治疗和化疗。这些治疗手段存在明显的不足：治疗过程中会对机体正常组织造成不可逆转的损害，产生严重的毒副作用，给患者带来极大的痛苦。在过去几十年中，高分子前药从被提出已发展为一种被科学家们广泛认可的能够有效用于肿瘤治疗的纳米药物，它作为一种高效的药物传输系统，能够有效地减少化学药物暴露于血液及正常组织，并且最终将药物运输至肿瘤部位从而极大地提高抗癌药物的治疗效率。理论上它具有以下几个优点：增强了药物的水溶性；EPR效应使得病灶部位的药物浓度极大的提高，进而提高药物的生物利用度；血液循环过程中足够的稳定，降低非特异性的释药行为；载药量很大水平的提高并且可控，同时不容易出现暴释。值得注意的是，目前已经有许多的高分子前药进入到不同阶段的临床试验，如聚谷氨酸衍生化的紫杉醇（Xyotax，Opaxio）以及聚甲基丙烯酸羟丙酯衍生化的多柔比星（PK1，PK2）等。但是，上述高分子前药由于缺乏对肿瘤的特异性选择以及抗癌药物的释放过慢，其治疗效果并不如人意，导致无法临床应用。一些具有优异的肿瘤选择性的抗体药物偶联物（ADC）如Kadcyla和Adcetrics，已获得美国食品和药物管理局（FDA）批准用于临床的应用。然而抗体药物偶联物进一步市场化遭遇到了一些根本性的挑战，如很难达到规模化生产，成本过高，潜在的免疫反应以及抗癌药物含量过低等。美登素是一强效的微管蛋白抑制剂。曲妥珠单抗-美登素抗体偶联物（T-DM1）在2013年已获得FDA批准用于晚期HER2阳性乳腺癌的治疗，但是除了生产和成本问题外，T-DM1也可能导致一些不良反应如恶心、肌肉骨骼疼痛、肝毒性、心脏损害和间质性肺疾病。因此，开发具有肿瘤靶向性、能在肿瘤部位快速释放抗癌药物，并且具有良好生物相容性的高分子前药很有意义。
发明内容
本发明的目的是，提供一种透明质酸衍生化的美登素前药、其制备方法与在制备肿瘤靶向治疗药物中的应用。
为达到上述目的，本发明具体的技术方案为：
一种透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1），包括透明质酸主链、美登素侧链；所述美登素与透明质酸之间通过二硫键连接；其主链为透明质酸（HA），侧链为美登素抗癌药物；且美登素与透明质酸之间通过具有还原响应性的二硫键连接。HA-SS-DM1的化学结构式是：
本发明透明质酸衍生化的美登素前药中，所述透明质酸的分子量为7~500 kDa；以质量计，前药中美登素含量为10%～50%。
上述透明质酸衍生化的美登素前药可以通过两步反应得到：透明质酸与氨基二吡啶盐酸盐酰胺化反应得到二硫吡啶官能化的透明质酸；然后二硫吡啶官能化的透明质酸与巯基官能化的美登素反应得到透明质酸衍生化的美登素前药；具体为首先透明质酸（HA）与氨基二硫吡啶盐酸盐（PDA•HCl）在4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐（DMTMM）催化下通过酰胺化反应得到不同取代度的双硫吡啶官能化的透明质酸，然后与巯基官能化的美登素（DM1）在冰醋酸催化下通过巯基-二硫交换反应得到不同载药量的透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1），更具体为透明质酸水溶液中加入氨基二吡啶盐酸盐，在pH为6.5下，30~35℃下，酰胺化反应20~25小时，然后透析、冻干得到二硫吡啶官能化的透明质酸；然后将巯基官能化的美登素的二甲亚砜溶液加入二硫吡啶官能化的透明质酸的二次水溶液中，30~35℃下，反应45~55小时，然后透析、冻干得到透明质酸衍生化的美登素前药。本发明的两步反应均在很温和的条件中进行，既保持了药性，又避免了反应条件的苛刻，具有很高的载药量（50%），同时不影响透明质酸的水溶性以及主动靶向性，避免了潜在的免疫反应。
本发明的透明质酸衍生化的美登素前药具有两亲性，在水溶液中能够自组装形成纳米药物，外层亲水层由透明质酸构成，内层疏水层由疏水药物美登素构成。因此本发明还公开了由上述透明质酸衍生化的美登素前药自组装制备的纳米药物；通过动态光散射法测得该高分子前药组装的纳米药物在不同浓度下粒径为10-200纳米之间。
本发明中，高分子前药的亲水外壳透明质酸，作为一种可生物降解，具有良好生物相容性和生物活性的天然材料，对许多CD44受体过度表达的恶性肿瘤如乳腺癌、肺癌、卵巢癌等具有很轻的亲和力，从而该高分子前药能够很好的通过CD44受体介导的内吞作用有效地进入肿瘤细胞内。美登素通过可还原断裂的二硫键连接到透明质酸侧链中，进入肿瘤细胞后，由于肿瘤细胞内具有很高的还原势能（谷胱甘肽浓度：2~10 mM），二硫键能够快速断裂，抗癌药物迅速释放出来，进而高效杀死癌细胞。
本发明还公开了上述高分子前药HA-SS-DM1在制备抗肿瘤纳米药物中的应用；所述肿瘤优选为细胞表面CD44受体过量表达的肿瘤。
由于上述方案的实施，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1. 本发明公开的透明质酸衍生化的美登素前药在很温和的条件中两步即可合成，其整个合成步骤简单，反应条件温和，既保持了药性，又避免了反应条件的苛刻，有很好的重现性。
2. 本发明公开的透明质酸衍生化的美登素前药中美登素通过二硫键与透明质酸连接，能够自组装形成纳米药物，在体内循环能够保持很好的稳定性；当到达肿瘤环境后，肿瘤细胞内的高浓度的谷胱甘肽促使美登素快速地释放出来，同时能够完整的保留原有的美登素的分子结构，很好地保留药物的抗肿瘤活性。
3. 本发明公开的透明质酸衍生化的美登素前药与目前很多进入临床试验的高分子前药（Xyotax，Opaxio，PK1，PK2）相比，前药外层亲水层为透明质酸，其对许多CD44受体过度表达的恶性肿瘤如乳腺癌、肺癌和卵巢癌等具有很好的特异性主动靶向，能够有效克服现有高分子前药细胞摄取能力低等问题。
4.本发明的透明质酸衍生化的美登素前药能够大量的合成，具有很高的载药量（50%），同时不影响透明质酸的水溶性以及主动靶向性，避免了潜在的免疫反应；解决了现有抗体药物偶联物很难达到规模化生产、成本过高、具有潜在的免疫反应以及抗癌药物含量过低的问题。
5. 本发明公开的该透明质酸衍生化的美登素前药，与自由美登素抗癌药物相比，能够很大程度提高抗癌药物的最大耐药量；并且无需另外修饰靶向分子即具有主动靶向能力，在肿瘤部位的富集率高，对肿瘤细胞具有很高的细胞毒性，在对荷肿瘤裸鼠体内治疗过程中对肿瘤生长能够很好的抑制。
附图说明
图1为实施例中透明质酸衍生化的美登素前药 (HA-SS-DM1)的合成路线图；
图2为实施例中Cy5标记的透明质酸衍生化的美登素前药 (Cy5-HA-SS-DM1)的合成路线图；
图3为实施例一中透明质酸-二硫吡啶 (HA-SS-Py) 前药分子的核磁氢谱图；
图4为实施例一中透明质酸衍生化的美登素前药 (HA-SS-DM1) 前药分子的核磁氢谱图；
图5为实施例十中透明质酸衍生化的美登素前药 (HA-SS-DM1) 纳米药物粒径分布图；
图6为实施例十中透明质酸衍生化的美登素前药 (HA-SS-DM1) 纳米药物在不同浓度下的药物粒径分布图；
图7为实施例十三中透明质酸衍生化的美登素前药 (HA-SS-DM1) 纳米药物在谷胱甘肽触发下体外释放结果图；
图8为实施例十四中透明质酸衍生化的美登素前药 (HA-SS-DM1) 纳米药物以及事先经自由HA封闭的透明质酸衍生化的美登素前药 (HA-SS-DM1) 纳米药物对MCF-7细胞内的细胞摄取结果图；
图9为实施例十五中透明质酸衍生化的美登素前药 (HA-SS-DM1) 纳米药物、自由美登素（DM1）以及HA封闭的透明质酸-二硫-美登素 (HA-SS-DM1) 纳米药物对MCF-7细胞的细胞毒性结果图；
图10为实施例十六中Cy5标记的透明质酸衍生化的美登素前药纳米药物在小鼠体内血液循环结果图；
图11为实施例十七中Cy5标记的透明质酸衍生化的美登素前药纳米药物在荷MCF-7肿瘤裸鼠体内的活体成像结果图；
图12为实施例十八中Cy5标记的透明质酸衍生化的美登素前药纳米药物在荷MCF-7肿瘤裸鼠各脏器的生物分布结果图；
图13为实施例十九中透明质酸衍生化的美登素前药 (HA-SS-DM1) 纳米药物在正常小鼠体内最大耐受量的结果图；
图14为实施例十九中自由美登素（DM1）在正常小鼠体内最大耐受量的结果图；
图15为实施例二十中透明质酸衍生化的美登素前药 (HA-SS-DM1) 纳米药物在荷MCF-7肿瘤裸鼠体内肿瘤体积生长变化结果图；
图16为实施例二十中透明质酸衍生化的美登素前药 (HA-SS-DM1) 纳米药物在荷MCF-7肿瘤裸鼠治疗后肿瘤重量结果图；
图17为实施例二十中透明质酸衍生化的美登素前药 (HA-SS-DM1) 纳米药物在荷MCF-7肿瘤裸鼠治疗过程中老鼠体重变化结果图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为实施例中透明质酸衍生化的美登素前药 (HA-SS-DM1) 前药的合成路线图；图2为实施例中Cy5标记的透明质酸衍生化的美登素前药 (Cy5-HA-SS-DM1) 前药的合成路线图。
实施例一 合成透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1）（M nHA =35 kDa，DM1% =20 wt.%）
首先，于室温在透明质酸（HA）(400 mg, 1.04 mmol 羧基)水溶液（20 mL）中加入氨基二硫吡啶盐酸盐（PDA•HCl）（34.7 mg, 0.156 mmol）并将整个溶液的pH调节至6.5，随后向其中加入4-（4,6-二甲氧基三嗪-2-基）-4-甲基吗啉盐酸盐（DMTMM）（57.51 mg, 0.208mmol），在35℃搅拌反应24小时后，透析，冻干得到透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py）。产物产率为85%。核磁结果表明其结构为透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py），其中二硫吡啶官能团（-SS-Py）的取代度(DS)为6%。核磁图见图3，1H NMR (D2O): 透明质酸 (HA): δ (ppm) 1.86-2.01, 3.28-4.02, and 4.21-4.75; 二硫吡啶官能团 (-SS-Py): δ (ppm) 2.90 (t,2H), 2.98 (t, 2H), 7.33 (m, 1H), 7.85 (m, 2H), 8.40 (m, 1H)。
氮气保护下，于100mL的三口烧瓶中依次加入溶解在8mL二次水中的HA-SS-Py（100mg, 27.1微摩尔二硫吡啶官能团），接着向三口瓶中加入20 mL 巯基功能化的美登素（DM1）(57.85 mg, 81微摩尔)的二甲亚砜溶液，同时向其中加入催化量（10μL）的冰醋酸，反应器放置在35℃的油浴中，搅拌反应48小时后，依次在水/二甲亚砜（1/3）及水中透析，冻干，产率90%。核磁结果表明其结构为透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1），其中美登素载药量为20 wt.%。核磁图见图4，1H NMR (D2O & DMSO-d6): 透明质酸 (HA): δ (ppm) 1.86-2.01, 3.28-4.02, and 4.21-4.75; 美登素 (DM1): δ (ppm) 5.22-7.24, 0.71-1.52,and 3.25-3.55。
实施例二 合成透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1）（M nHA =35 kDa，DM1%= 26 wt.%）
首先，于室温在透明质酸（HA）(400 mg, 1.04 mmol 羧基)水溶液（20 mL）中加入氨基二硫吡啶盐酸盐（PDA•HCl）（53 mg, 0.24 mmol）并将整个溶液的pH调节至6.5，随后向其中加入4-（4,6-二甲氧基三嗪-2-基）-4-甲基吗啉盐酸盐（DMTMM）（86.3 mg, 0.316mmol），在35℃搅拌反应24小时后，透析，冻干得到透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py）。产物产率为85%。核磁结果表明其结构为透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py），其中二硫吡啶官能团（-SS-Py）的取代度(DS)为8.5%。
氮气保护下，于100mL的三口烧瓶中依次加入溶解在8mL二次水中的HA-SS-Py（100mg, 40.6微摩尔二硫吡啶官能团），接着向三口瓶中加入20 mL 巯基功能化的美登素（DM1）(86.78 mg, 121微摩尔)的二甲亚砜溶液，同时向其中加入催化量的（10 μL）冰醋酸，反应器放置在35℃的油浴中，搅拌反应48小时后，依次在水/二甲亚砜（1/3）及水中透析，冻干，产率90%。核磁结果表明其结构为透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1），其中美登素载药量为26 wt.%。
实施例三 合成透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1）（M nHA =35 kDa，DM1% =30 wt.%）
首先，氮气保护下，在透明质酸（HA）(400 mg, 1.04 mmol 羧基)水溶液（20 mL）中加入氨基二硫吡啶盐酸盐（PDA•HCl）（70 mg, 0.312 mmol）并将整个溶液的pH调节至6.5，随后向其中加入4-（4,6-二甲氧基三嗪-2-基）-4-甲基吗啉盐酸盐（DMTMM）（115.01 mg,0.416 mmol），在35℃搅拌反应24小时后，透析，冻干得到透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py）。产物产率为85%。核磁结果表明其结构为透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py），其中二硫吡啶官能团（-SS-Py）的取代度(DS)为11%。
氮气保护下，于100mL的三口烧瓶中加入溶解在8mL二次水中的HA-SS-Py（100 mg,54.2微摩尔二硫吡啶官能团），接着向三口瓶中加入20 mL 巯基功能化的美登素（DM1）(116mg, 81微摩尔)的二甲亚砜溶液，同时向其中加入（10 μL）催化量的冰醋酸，反应器放置在35℃的油浴中，搅拌反应48小时后，依次在水/二甲亚砜（1/3）及水中透析，冻干，产率90%。核磁结果表明其结构为透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1），其中美登素载药量为30 wt.%。
实施例四 合成透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1）（M nHA =35 kDa，DM1% =10 wt.%）
首先，于室温在透明质酸（HA）(400 mg, 1.04 mmol 羧基)水溶液（20 mL）中加入氨基二硫吡啶盐酸盐（PDA•HCl）（17.3 mg, 0.078 mmol）并将整个溶液的pH调节至6.5，随后向其中加入4-（4,6-二甲氧基三嗪-2-基）-4-甲基吗啉盐酸盐（DMTMM）（28.95 mg, 0.104mmol），在35℃搅拌反应24小时后，透析，冻干得到透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py）。产物产率为86%。核磁结果表明其结构为透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py），其中二硫吡啶官能团（-SS-Py）的取代度(DS)为6%。
氮气保护下，于100mL的三口烧瓶中依次加入溶解在8mL二次水中的HA-SS-Py（100mg, 13.5微摩尔二硫吡啶官能团），接着向三口瓶中加入20 mL 巯基功能化的美登素（DM1）(28.93 mg, 40.5微摩尔)的二甲亚砜溶液，同时向其中加入（10 μL）催化量的冰醋酸，反应器放置在35℃的油浴中，搅拌反应48小时后，依次在水/二甲亚砜（1/3）及水中透析，冻干，产率90%。核磁结果表明其结构为透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1），其中美登素的载药量为10 wt.%。
实施例五 合成透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1）（M nHA =8.9 kDa，DM1%= 10 wt.%）
首先，于室温在透明质酸（HA）(400 mg, 1.04 mmol 羧基)水溶液（20 mL）中加入氨基二硫吡啶盐酸盐（PDA•HCl）（17.3 mg, 0.078 mmol）并将整个溶液的pH调节至6.5，随后向其中加入4-（4,6-二甲氧基三嗪-2-基）-4-甲基吗啉盐酸盐（DMTMM）（28.85 mg, 0.104mmol），在35℃搅拌反应24小时后，透析，冻干得到透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py）。产物产率为80%。核磁结果表明其结构为透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py），其中二硫吡啶官能团（-SS-Py）的取代度(DS)为3%。
氮气保护下，于100mL的三口烧瓶中依次加入溶解在8mL二次水中的HA-SS-Py（100mg, 13.5微摩尔二硫吡啶官能团），接着向三口瓶中加入20 mL 巯基功能化的美登素（DM1）(28.96 mg, 40.5微摩尔)的二甲亚砜溶液，同时向其中加入（10 μL）催化量的冰醋酸，反应器放置在35℃的油浴中，搅拌反应48小时后，依次在水/二甲亚砜（1/3）及水中透析，冻干，产率90%。核磁结果表明其结构为透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1），其中美登素载药量为10 wt.%。
实施例六 合成透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1）（M nHA =20 kDa，DM1% =20 wt.%）
首先，于室温在透明质酸（HA）(200 mg, 0.52 mmol 羧基)水溶液（10 mL）中加入氨基二硫吡啶盐酸盐（PDA•HCl）（17.35 mg, 0.078 mmol）并将整个溶液的pH调节至6.5，随后向其中加入4-（4,6-二甲氧基三嗪-2-基）-4-甲基吗啉盐酸盐（DMTMM）（28.95 mg, 0.104mmol），在35℃搅拌反应24小时后，透析，冻干得到透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py）。产物产率为82%。核磁结果表明其结构为透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py），其中二硫吡啶官能团（-SS-Py）的取代度(DS)为6%。
氮气保护下，于100mL的三口烧瓶中依次加入溶解在8mL二次水中的HA-SS-Py（100mg, 27.1微摩尔二硫吡啶官能团），接着向三口瓶中加入20 mL 巯基功能化的美登素（DM1）(57.85 mg, 81微摩尔)的二甲亚砜溶液，同时向其中加入（10 μL）催化量的冰醋酸，反应器放置在35℃的油浴中，搅拌反应48小时后，依次在水/二甲亚砜（1/3）及水中透析，冻干，产率90%。核磁结果表明其结构为透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1），其中美登素的载药量为20 wt.%。
实施例七 合成透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1）（M nHA =100 kDa，DM1%= 20 w.t.%）
首先，于室温在透明质酸（HA）(200 mg, 0.52 mmol 羧基)水溶液（30 mL）中加入氨基二硫吡啶盐酸盐（PDA•HCl）（17.35 mg, 0.078 mmol）并将整个溶液的pH调节至6.5，随后向其中加入4-（4,6-二甲氧基三嗪-2-基）-4-甲基吗啉盐酸盐（DMTMM）（28.95 mg, 0.104mmol），在35℃搅拌反应24小时后，透析，冻干得到透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py）。产物产率为84%。核磁结果表明其结构为透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py），其中二硫吡啶官能团（-SS-Py）的取代度(DS)为6%。
氮气保护下，于100mL的三口烧瓶中依次加入溶解在12 mL二次水中的HA-SS-Py（100 mg），接着向三口瓶中加入20 mL 巯基功能化的美登素（DM1）(57.85 mg,)的二甲亚砜溶液，同时向其中加入（10 μL）催化量的冰醋酸，反应器放置在35℃的油浴中，搅拌反应48小时后，依次在水/二甲亚砜（1/3）及水中透析，冻干，产率90%。核磁结果表明其结构为透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1），其中美登素载药量为20 wt.%。
实施例八 合成透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1）（M nHA =300 kDa，DM1%= 20 wt.%）
首先，于室温在透明质酸（HA）(200 mg, 0.52 mmol 羧基)水溶液（40 mL）中加入氨基二硫吡啶盐酸盐（PDA•HCl）（17.35 mg, 0.078 mmol）并将整个溶液的pH调节至6.5，随后向其中加入4-（4,6-二甲氧基三嗪-2-基）-4-甲基吗啉盐酸盐（DMTMM）（28.95 mg, 0.104mmol），在35℃搅拌反应24小时后，透析，冻干得到透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py）。产物产率为89%。核磁结果表明其结构为透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py），其中二硫吡啶官能团（-SS-Py）的取代度(DS)为6%。
氮气保护下，于100mL的三口烧瓶中依次加入溶解在16 mL二次水中的HA-SS-Py（100 mg），接着向三口瓶中加入20 mL 巯基功能化的美登素（DM1）(57.85 mg)的二甲亚砜溶液，同时向其中加入（10 μL）催化量的冰醋酸，反应器放置在35℃的油浴中，搅拌反应48小时后，依次在水/二甲亚砜（1/3）及水中透析，冻干，产率90%。核磁结果表明其结构为透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1），其中美登素载药量为20 wt.%。
实施例九 合成Cy5标记的透明质酸衍生化的美登素前药（Cy5-HA-SS-DM1）（M nHA =35 kDa，DM1% = 20 wt.%）
首先，于室温在透明质酸（HA）(60 mg, 0.156 mmol 羧基)水溶液（6 mL）中加入氨基二硫吡啶盐酸盐（PDA•HCl）（5.2 mg, 0.0234 mmol）以及Cy5氨基盐酸盐（2.65 mg,0.039mmol）并将整个溶液的pH调节至6.5，随后向其中加入4-（4,6-二甲氧基三嗪-2-基）-4-甲基吗啉盐酸盐（DMTMM）（10 mg, 0.036 mmol），在35℃搅拌反应24小时后，透析，冻干得到透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py）。产物产率为84%。核磁结果表明其结构为透明质酸-二硫吡啶（HA-SS-Py），其中二硫吡啶官能团（-SS-Py）的取代度(DS)为6%。紫外-可见测试结果表明其结构为Cy5标记的透明质酸-二硫吡啶（Cy5-HA-SS-Py），其中每条聚合物链上大概有一个Cy5荧光分子。
氮气保护下，于50mL的三口烧瓶中依次加入溶解在5mL二次水中的HA-SS-Py（50mg），接着向三口瓶中加入18 mL 巯基功能化的美登素（DM1）(57.85 mg)的二甲亚砜溶液，同时向其中加入（10 μL）催化量的冰醋酸，反应器放置在35℃的油浴中，搅拌反应48小时后，依次在水/二甲亚砜（1/3）及水中透析，冻干，产率90%。核磁结果表明其结构为Cy5标记的透明质酸衍生化的美登素前药（Cy5-HA-SS-DM1），其中美登素载药量为20 wt.%。
实施例十 透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1） (M nHA = 35kDa，DM1% = 20wt.%) 纳米药物制备
聚合物HA-SS-DM1纳米药物通过透析方法制备。具体过程是：将1.2 mg聚合物HA-SS-DM1 (DM1% = 20 wt.%)溶在2.4 mL水/二甲亚砜混合液（1/1，V/V）中，而后装入预先准备好的透析袋中（SPECTRA/POR, MWCO: 3500），用水溶液透析24h。图5为上述HA-SS-DM1纳米药物粒径分布；前药纳米药物平均粒径为179纳米，粒径分布为0.06。而后将该前药纳米药物稀释至不同浓度，图6为上述HA-SS-DM1纳米药物在不同浓度下的纳米药物粒径分布；通过动态光散射法测得该高分子前药的粒径在10-200 nm之间。
实施例十一 透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1）（M nHA = 35kDa，DM1% =26 wt.%）纳米药物制备
聚合物HA-SS-DM1纳米药物通过透析方法制备。具体过程是：将1.2 mg聚合物HA-SS-DM1 (DM1% = 26 wt.%)溶在2.4 mL水/二甲亚砜混合液（1/1，V/V）中，而后装入预先准备好的透析袋中（SPECTRA/POR, MWCO: 3500），用水溶液透析24h。前药纳米药物平均粒径为177纳米，粒径分布为0.06。而后将该前药纳米药物稀释至不同浓度，通过动态光散射法测得该高分子前药的粒径在10-200 nm之间。
实施例十二 透明质酸衍生化的美登素前药（HA-SS-DM1） (M nHA = 35kDa，DM1% =30 wt.%) 纳米药物制备
聚合物HA-SS-DM1纳米药物通过透析方法制备。具体过程是：将1.2 mg聚合物HA-SS-DM1 (DM1% = 30 wt.%)溶在2.4 mL水/二甲亚砜混合液（1/1，V/V）中，而后装入预先准备好的透析袋中（SPECTRA/POR, MWCO: 3500），用水溶液透析24h。前药纳米药物平均粒径为184纳米，粒径分布为0.06。而后将该前药纳米药物稀释至不同浓度，通过动态光散射法测得该高分子前药的粒径在10-200 nm之间。
实施例十三 HA-SS-DM1纳米药物在谷胱甘肽触发下的体外释放
把实施例十制得的HA-SS-DM1前药纳米药物稀释10倍，动态光散射法测得粒径在10-20 nm之间。依次在各个时间点（0.5h, 1h, 2h, 4h, 6h, 8h, 10h, 12h, 24h）取出释放剩余液，对释放剩余液冷冻干燥后进行HPLC测试。具体操作为将这单分子前药溶液分成两等份，一组释放介质为还有10mM GSH的PB 缓冲液, 另一组加入等体积的不含GSH 的PB缓冲液（均含0.1%（w/v）吐温80），而后转移到透析袋中，均浸入30 mL对应的释放介质，置于37℃恒温摇床（200rpm）中。当到各个设定时间点取出1 mL的释放剩余液，冷冻干燥，进行HPLC测试。
图7为HA-SS-DM1纳米药物在谷胱甘肽（GSH）触发下体外释放结果图。结果表明：HA-SS-DM1纳米药物在10 mM GSH、37℃下，二硫键很快发生断裂，DM1在2小时内释放出约60%，24 h内则有超过90%的DM1被释放出来；而在无GSH条件下HA-SS-DM1前药分子很稳定，释放很少，24 h过后仅有14%的DM1被释放出来。可以说明本发明制备的透明质酸衍生化的美登素前药自组装可以形成体内循环非常稳定的纳米药物，利于保证药物的传输并不会对其他组织造成损伤，而在肿瘤部位则可以迅速有效的释放药物，保证治疗效果。
实施例十四 共聚焦激光扫描显微镜观察Cy5-HA-SS-DM1（M nHA =35 kDa，DM1% =20 wt.%）纳米药物在细胞内的细胞摄取过程
采用共聚焦激光扫描显微镜观察了Cy5标记的HA-SS-DM1前药分子 (M nHA =35kDa，DM1% = 20 wt.%) 在CD44受体过量表达的人源乳腺癌细胞(MCF-7)中的细胞摄取行为。首先将MCF-7细胞以3×104个/孔的密度铺于细胞培养板中，并于37℃，5%二氧化碳条件下，在含有10%血清、100 IU/mL抗生素青霉素和100μg/mL链霉素的1mL1640培养基中培养24h，使细胞的单层覆盖率达到70%。然后向每个孔中加入200μL Cy5标记的HA-SS-DM1前药分子溶液（Cy5浓度：1微克/mL）；在37℃，5%二氧化碳条件下培养1h或4h后，移去培养基并用PBS溶液洗涤3次。接着用4%的多聚甲醛溶液固定15 min后用PBS溶液清洗3次。最后用DAPI对细胞核进行染色10min，并用PBS溶液清洗3次。封闭受体实验时在加入Cy5标记的HA-SS-DM1前药分子溶液之前将自由的HA溶液（5mg/mL）与细胞一起孵育4h，接下来的步骤如前所述。制备好的样品采用共聚焦激光扫描显微镜进行观察和拍照。
图8为Cy5标记的HA-SS-DM1前药纳米药物以及HA封闭的Cy5标记的HA-SS-DM1前药纳米药物在MCF-7细胞内的内在化结果图（Ⅰ是培养1 h，Ⅱ是培养4 h，Ⅲ是用自由HA封闭的前药分子培养1 h）。结果表明：Cy5标记的HA-SS-DM1前药纳米药物可以很快被细胞内吞，且随着时间的延长，细胞内荧光分子的强度明显要更强，而对于自由HA封闭的对照组，细胞内荧光分子的荧光强度基本观察不到，说明该纳米药物有显著的靶向性和细胞內吞的能力。
实施例十五 HA-SS-DM1（M nHA =35 kDa，DM1% = 20 wt.%）纳米药物对MCF-7细胞毒性测试
HA-SS-DM1前药 (M nHA = 35kDa; DM1% = 20 wt.%)在MCF-7细胞中的毒性通过MTT法测定。首先将100µL细胞的DMEM悬浮液(DMEM培养基中含10%胎牛血清、100 IU/mL青霉素和100μg/mL链霉素)铺于96孔培养板中，使细胞的最终密度为3×103个/孔，并置于37℃，5%二氧化碳条件下培养24h使单层细胞的覆盖率达到70~80%。然后向每孔中加入20µL不同浓度的HA-SS-DM1前药的PB 溶液，使DM1在细胞孔中的最终浓度为0.001~10 mg/mL。待继续培养68 h后，向每孔中加入20µL 3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴盐(MTT)的PBS溶液(5mg/mL)，并放入培养箱继续培养4h以使MTT与活细胞作用。随后移除含有MTT的培养液，向每孔中加入150μL DMSO以溶解活细胞与MTT产生的紫色甲瓒结晶，并使用酶标仪(BioTek)测定每个孔在570nm处的吸收。细胞相对存活率通过与只有空白细胞的对照孔在570nm处的吸收相比得到。实验数据均是平行四组进行的。
细胞存活率(%)=(OD570样品/OD570对照)×100%
封闭受体实验时在加入HA-SS-DM1前药的PB溶液之前将自由的HA溶液（5mg/mL）与细胞一起孵育4h，即完成HA对肿瘤细胞的封闭，接下来的步骤同上，作为对照组。
图9为不同纳米药物对MCF-7细胞的细胞毒性结果图。结果表明： HA-SS-DM1前药分子溶液具有很优异的抗肿瘤活性。
实施例十六 HA-SS-DM1纳米药物在小鼠体内循环研究
以下动物实验操作均符合苏州大学实验动物中心的批准协议。将6只体重为18-22g约5-8周龄的裸鼠随机分为两组，每组分别尾静脉给药Cy5标记的HA-SS-DM1前药分子溶液(M nHA = 35kDa, DM1% = 20 wt.%)或自由Cy5荧光分子。在给药后2min、15min、30min、1h、2h、4h、6h、8h、12h、24h各时间点通过眼眶取血，每次取血量约为30微升。取血结束后将血样称重，并溶解在100微升1%曲拉通溶液中，后再加入0.6 mL 二甲亚砜，于-20℃避光条件下静置过夜，离心后取上清液进行荧光测试。
%ID/g=（FL样品×(V曲拉通+V二甲亚砜)）/（M血×FL标样×V标样×标样稀释倍数）×100%。
附图10为Cy5标记的HA-SS-DM1前药分子溶液(M nHA = 35kDa, DM1% = 20 wt.%)与自由Cy5在小鼠体内血液循环结果图。结果表明：Cy5标记的HA-SS-DM1前药分子溶液具有良好的稳定性，可以在小鼠体内实现长循环。
实施例十七 Cy5-HA-SS-DM1纳米药物在乳腺癌荷瘤裸鼠体内的活体成像研究
HA-SS-DM1前药分子溶液(M nHA = 35kDa, DM1% = 20 wt.%)在体内循环过程中在各个部位分布的情况用Maestro活体成像仪进行实时观测。乳腺癌裸鼠移植瘤模型通过皮下注射50微升、含有1´107个MCF-7细胞的悬浮液接种到裸鼠（体重18-22g）的体侧。当肿瘤体积达到200 mm3，荷瘤裸鼠通过尾静脉注射0.2 mL Cy5标记的HA-SS-DM1前药分子溶液，然后在一定的时间点将裸鼠麻醉，并固定在黑色塑料板上，放入Maestro活体成像仪内，在636 nm的发射波长下测定Cy5在体内分布的强度。
图11为Cy5标记的HA-SS-DM1前药分子溶液(M nHA = 35kDa, DM1% = 20 wt.%)在荷瘤裸鼠体内的活体成像结果图；结果表明：随着时间延长，裸鼠肿瘤部位Cy5荧光逐渐增强，且当24 h时肿瘤部位的荧光强度达到最强，48 h后肿瘤部位Cy7荧光仍然较强，说明可以有效地富集在肿瘤部位并维持较长时间。
实施例十八 Cy5-HA-SS-DM1纳米药物在乳腺癌荷瘤裸鼠各脏器的生物分布研究
将六只肿瘤体积达到200mm3的荷瘤裸鼠随机分成两组，每只裸鼠通过尾静脉分别注射0.2mL的（1）Cy5标记的HA-SS-DM1前药分子溶液(M nHA = 35kDa, DM1% = 20 wt.%)；（2）自由HA封闭30 min后，Cy5标记的HA-SS-DM1前药分子溶液(M nHA = 35kDa, DM1% = 20wt.%)。24 h后，将每只裸鼠的心，肝，脾，肺，肾，及肿瘤取出，洗净，称重，加入400微升1%曲拉通，用匀浆机匀浆，再加入二甲亚砜600微升，置于-20℃度冰箱，24h后离心，取上清液进行荧光测试分析。
%ID/g=FL器官×（V处理液+V器官）/（V药物×稀释倍数×FL药物×M器官）×100%
图12为Cy5标记的HA-SS-DM1前药分子溶液(M nHA = 35kDa, DS = 6 %, DLC =20%)在荷肿瘤裸鼠各脏器的生物分布结果图。结果表明：Cy5标记的HA-SS-DM1前药分子溶液在肿瘤部位有很高富集达到8.1%ID/g，而自由HA封闭30 min后，Cy5标记的HA-SS-DM1前药分子溶液在肿瘤部位的富集显著减少，只有4.0 %ID/g。
实施例十九 HA-SS-DM1纳米药物对正常老鼠最大耐受剂量（MTD）的研究
实验选用体重为18-20g，4-6周龄的正常小鼠，随机分成6组（每组5只），通过尾静脉分别注射0.2mL的HA-SS-DM1前药的PB溶液(M nHA = 35kDa, DM1% = 20 wt.%)（DM1浓度：2，3，4，5 mg DM1 equiv./kg）和自由DM1溶液（DM1浓度：0.5 mg/kg，0.75 mg/kg，1 mg/kg，1.25 mg/kg），将这天定位第0天。继续观察10天，记录实验老鼠的体重变化以及死亡情况。
图13及14为HA-SS-DM1溶液(M nHA = 35kDa, DM1% = 20 wt.%)在正常小鼠体内的体重变化及存活率结果图。结果表明：HA-SS-DM1溶液 (M nHA = 35kDa, DM1% = 20 wt.%)的最大耐受量能够达到4 mg/kg，相比自由DM1溶液（MTD为1 mg/kg），该前药分子能够很大程度的提高DM1的耐受量，高达四倍。
实施例二十 HA-SS-DM1纳米药物在乳腺癌荷瘤裸鼠体内的抗肿瘤效果研究
将肿瘤体积达到50mm3的荷瘤裸鼠随机分成三组（每组六只），这天被定为第0天。通过尾静脉分别注射0.2mL的（1）HA-SS-DM1纳米药物溶液 (M nHA = 35kDa, DM1% = 20wt.%)（DM1浓度：0.8 mg DM1 equiv./kg）；（2）HA-SS-DM1纳米药物溶液 (M nHA = 35kDa,DM1% = 20 wt.%)( DM1浓度：0.6 mg DM1 equiv./kg)；（3）自由DM1溶液(0.6 mg/kg)；（4）自由DM1溶液(0.3 mg/kg);（5）PBS溶液。载药胶束制剂对裸鼠肿瘤生长的影响定期用卡尺进行测量。裸鼠体重变化定期用天平称量。肿瘤的体积大小通过V=0.5×L×W×H公式计算得到（L是肿瘤最长点的长度；W是测量肿瘤最短点的长度；H是测量肿瘤的高度）。在治疗过程中记录实验老鼠体重的变化。18天后，每组所有老鼠通过颈与脊椎骨脱臼处死，称量所有组老鼠的肿瘤重量，并将每只老鼠心，肝，脾，肺，肾，肿瘤取出，用4%甲醛固定，切片，并用苏木精和曙红（H&E）染色用于组织学分析。
相对肿瘤体积（%）=肿瘤体积/第0天肿瘤体积×100%。
相对体重变化（%）=裸鼠体重/第0天裸鼠体重×100%。
图15、16及17为HA-SS-DM1前药分子溶液(M nHA = 35kDa, DM1% = 20 wt.%)在荷瘤裸鼠体内的肿瘤生长变化以及体重变化结果图。结果表明：HA-SS-DM1纳米药物 (M nHA =35kDa, DM1% = 20 wt.%)（DM1浓度：0.8 mg/kg）可以有效抑制肿瘤体积增长，具有很高的抗肿瘤活性；而自由DOX不能抑制肿瘤生长。裸鼠体重变化情况表明HA-SS-DM1纳米药物(M nHA = 35kDa, DM1% = 20 wt.%)（DM1浓度：0.8 mg/kg）对体重没有影响，副作用小，肿瘤抑制效果最明显，而自由DOX毒副作用大。此外，H&E染色组织学分析结果显示HA-SS-DM1纳米药物 (M nHA = 35kDa, DM1% = 20 wt.%)（DM1浓度：0.8 mg/kg）对应的肿瘤组织有大面积的坏死，但心脏和肝脏均正常，说明其具有很好的生物相容性以及很好的肿瘤抑制效果。

Claims (5)

1.一种透明质酸衍生化的美登素前药，其特征在于：所述透明质酸衍生化的美登素前药包括透明质酸主链、美登素侧链；所述美登素与透明质酸之间通过二硫键连接；所述透明质酸的分子量为7~500 kDA；所述透明质酸衍生化的美登素前药中美登素的含量为10%~50%；所述透明质酸衍生化的美登素前药的化学结构式是：
所述透明质酸衍生化的美登素前药的制备方法包括以下步骤：透明质酸水溶液中加入氨基二硫吡啶盐酸盐，在pH为6.5下，30~35℃下，酰胺化反应20~25小时，然后透析、冻干得到二硫吡啶官能化的透明质酸；然后将巯基官能化的美登素的二甲亚砜溶液加入二硫吡啶官能化的透明质酸的二次水溶液中，30~35℃下，反应45~55小时，然后透析、冻干得到透明质酸衍生化的美登素前药；制备二硫吡啶官能化的透明质酸时以4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐为催化剂；二硫吡啶官能化的透明质酸与巯基官能化的美登素反应时以冰醋酸为催化剂。
2.一种纳米药物，由权利要求1所述透明质酸衍生化的美登素前药自组装形成。
3.根据权利要求2所述纳米药物，其特征在于：所述纳米药物的粒径为10-200纳米。
4.权利要求1所述透明质酸衍生化的美登素前药在制备抗肿瘤纳米药物中应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述肿瘤为CD44过量表达的肿瘤。
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