CN107088184A - 定向酶促反应系统及其在制备小分子水凝胶中的应用 - Google Patents
定向酶促反应系统及其在制备小分子水凝胶中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107088184A CN107088184A CN201710264586.6A CN201710264586A CN107088184A CN 107088184 A CN107088184 A CN 107088184A CN 201710264586 A CN201710264586 A CN 201710264586A CN 107088184 A CN107088184 A CN 107088184A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hydrogel
- enzyme
- reac tion
- micro
- tion system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims abstract description 29
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims abstract description 29
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims abstract description 23
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims abstract description 16
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims abstract description 16
- 229940079593 drug Drugs 0.000 claims abstract description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 claims description 9
- 102000015636 Oligopeptides Human genes 0.000 claims description 8
- 108010038807 Oligopeptides Proteins 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- -1 albumen Proteins 0.000 claims description 6
- 125000003368 amide group Chemical group 0.000 claims description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 claims description 5
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims description 4
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 claims description 4
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 3
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 claims description 3
- 239000005556 hormone Substances 0.000 claims description 3
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 claims description 3
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 3
- 229960005486 vaccine Drugs 0.000 claims description 3
- 241001597008 Nomeidae Species 0.000 claims description 2
- 238000010504 bond cleavage reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000007017 scission Effects 0.000 claims description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 abstract description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract 1
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 description 8
- 239000004365 Protease Substances 0.000 description 8
- 102100037486 Reverse transcriptase/ribonuclease H Human genes 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 7
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 3
- FQPSGWSUVKBHSU-UHFFFAOYSA-N methacrylamide Chemical compound CC(=C)C(N)=O FQPSGWSUVKBHSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N n,n'-methylenebisacrylamide Chemical compound C=CC(=O)NCNC(=O)C=C ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002965 ELISA Methods 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 2
- 238000013270 controlled release Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 238000002389 environmental scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 2
- NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N insulin Chemical compound N1C(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(NC(=O)CN)C(C)CC)CSSCC(C(NC(CO)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CCC(N)=O)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CSSCC(NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2C=CC(O)=CC=2)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(C)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2NC=NC=2)NC(=O)C(CO)NC(=O)CNC2=O)C(=O)NCC(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CCCNC(N)=N)C(=O)NCC(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC(O)=CC=3)C(=O)NC(C(C)O)C(=O)N3C(CCC3)C(=O)NC(CCCCN)C(=O)NC(C)C(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(O)=O)=O)NC(=O)C(C(C)CC)NC(=O)C(CO)NC(=O)C(C(C)O)NC(=O)C1CSSCC2NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CC(N)=O)NC(=O)C(NC(=O)C(N)CC=1C=CC=CC=1)C(C)C)CC1=CN=CN1 NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 2
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 description 2
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 2
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 2
- KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N (2S,3S,4S,5R,6R)-6-[(2S,3R,4R,5S,6R)-3-Acetamido-2-[(2S,3S,4R,5R,6R)-6-[(2R,3R,4R,5S,6R)-3-acetamido-2,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-2-carboxy-4,5-dihydroxyoxan-3-yl]oxy-5-hydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-3,4,5-trihydroxyoxane-2-carboxylic acid Chemical compound CC(=O)N[C@H]1[C@H](O)O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](O[C@H]3[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O3)C(O)=O)O)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)NC(C)=O)[C@@H](C(O)=O)O1 KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N 0.000 description 1
- DWNBOPVKNPVNQG-LURJTMIESA-N (2s)-4-hydroxy-2-(propylamino)butanoic acid Chemical compound CCCN[C@H](C(O)=O)CCO DWNBOPVKNPVNQG-LURJTMIESA-N 0.000 description 1
- 125000003088 (fluoren-9-ylmethoxy)carbonyl group Chemical group 0.000 description 1
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010013043 Acetylesterase Proteins 0.000 description 1
- 241000193755 Bacillus cereus Species 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000018997 Growth Hormone Human genes 0.000 description 1
- 108010051696 Growth Hormone Proteins 0.000 description 1
- 102000004877 Insulin Human genes 0.000 description 1
- 108090001061 Insulin Proteins 0.000 description 1
- 102000002274 Matrix Metalloproteinases Human genes 0.000 description 1
- 108010000684 Matrix Metalloproteinases Proteins 0.000 description 1
- KWYHDKDOAIKMQN-UHFFFAOYSA-N N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine Chemical class CN(C)CCN(C)C KWYHDKDOAIKMQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- MMCLXNVHNGMAOE-BVYSQLATSA-N ON([C@@H](CC1=CC=CC=C1)C(=O)O)O.N[C@@H](CC1=CC=CC=C1)C(=O)O.N[C@@H](CC1=CC=CC=C1)C(=O)O Chemical compound ON([C@@H](CC1=CC=CC=C1)C(=O)O)O.N[C@@H](CC1=CC=CC=C1)C(=O)O.N[C@@H](CC1=CC=CC=C1)C(=O)O MMCLXNVHNGMAOE-BVYSQLATSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 230000002141 anti-parasite Effects 0.000 description 1
- 229940121375 antifungal agent Drugs 0.000 description 1
- 239000003429 antifungal agent Substances 0.000 description 1
- 239000002246 antineoplastic agent Substances 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 239000003096 antiparasitic agent Substances 0.000 description 1
- 229940075612 bacillus cereus Drugs 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229960000397 bevacizumab Drugs 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 206010016256 fatigue Diseases 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 229930182478 glucoside Natural products 0.000 description 1
- 150000008131 glucosides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000122 growth hormone Substances 0.000 description 1
- 229940022353 herceptin Drugs 0.000 description 1
- 229920002674 hyaluronan Polymers 0.000 description 1
- 229960003160 hyaluronic acid Drugs 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 229940125396 insulin Drugs 0.000 description 1
- 229960004502 levodopa Drugs 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- COLNVLDHVKWLRT-UHFFFAOYSA-N phenylalanine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CC=CC=C1 COLNVLDHVKWLRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000007065 protein hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000010526 radical polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 description 1
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 description 1
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 description 1
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 238000013268 sustained release Methods 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
- A61K9/06—Ointments; Bases therefor; Other semi-solid forms, e.g. creams, sticks, gels
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K38/00—Medicinal preparations containing peptides
- A61K38/16—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
- A61K38/17—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
- A61K38/19—Cytokines; Lymphokines; Interferons
- A61K38/191—Tumor necrosis factors [TNF], e.g. lymphotoxin [LT], i.e. TNF-beta
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
- A61K47/06—Organic compounds, e.g. natural or synthetic hydrocarbons, polyolefins, mineral oil, petrolatum or ozokerite
- A61K47/16—Organic compounds, e.g. natural or synthetic hydrocarbons, polyolefins, mineral oil, petrolatum or ozokerite containing nitrogen, e.g. nitro-, nitroso-, azo-compounds, nitriles, cyanates
- A61K47/18—Amines; Amides; Ureas; Quaternary ammonium compounds; Amino acids; Oligopeptides having up to five amino acids
- A61K47/183—Amino acids, e.g. glycine, EDTA or aspartame
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
- A61K47/30—Macromolecular organic or inorganic compounds, e.g. inorganic polyphosphates
- A61K47/42—Proteins; Polypeptides; Degradation products thereof; Derivatives thereof, e.g. albumin, gelatin or zein
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Gastroenterology & Hepatology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Medicinal Preparation (AREA)
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
Abstract
本发明公开了一种定向酶促反应系统及其在制备小分子水凝胶中的应用，所述定向酶促反应系统由酶和包载在酶外部的包载材料制成，所述包载材料在所述酶外部形成纳米网壳，该纳米网壳只允许水凝胶前体与水凝胶因子自由出入。该定向酶促反应系统作为酶促反应开关，可催化水凝胶前体转变为水凝胶因子，水凝胶因子通过非共价相互作用发生有序排列从而自发聚集形成具有特定结构的小分子水凝胶。本发明的定向酶促反应系统保留了触发小分子水凝胶合成的能力，只允许水凝胶前体与水凝胶因子自由出入酶口袋，并同时提供空间位阻，阻止大分子蛋白药物靠近酶口袋，从而避免被降解。
Description
技术领域
本发明属于药物制剂技术领域，具体涉及一种定向酶促反应系统及其在制备小分子水凝胶递药系统中的应用。
背景技术
基于小分子模块自组装的水凝胶因其优异的生物相容性、可降解性、低毒性以及较低的临界成胶浓度（约0.01%~1%），作为一种新型纳米软材料，在组织工程、再生医学以及药物缓控释系统等方面均有广阔的应用前景[1, 2]。小分子水凝胶是由水凝胶因子（分子量 < 2000）的亲水基团和疏水基团通过非共价相互作用发生有序排列，自发聚集形成特定结构的聚集体。与聚合物凝胶不同，小分子水凝胶中线型、纤维状、带状三维网络结构的纤维间和纤维内部均靠非共价键连接，因而小分子水凝胶具有可注射性，在体外条件下即可制备并同时实现对药物的包载，从而有效降低原位凝胶在体内成胶过程中的药物突释[3,4]。
以蛋白的基本组成单位、生物小分子氨基酸及其衍生物作为凝胶因子形成的寡肽小分子水凝胶为生物大分子蛋白药物提供了理想的载体平台。这种全部由生物分子构成的递药系统具有优异的生物相容性和生物降解性，安全、无毒。而且寡肽小分子水凝胶包载蛋白是基于生物小分子与生物大分子之间的作用，因而具有很好的相容性，可实现蛋白的高包载量，具有提高蛋白稳定性的特点，并可降低药物的突释效应，维持更长的治疗效果。
利用酶的催化反应使水凝胶前体转变成能够自组装的水凝胶因子，启动自组装形成水凝胶[5]。相对于pH和温度触发的胶体反应条件剧烈、对蛋白药物生物活性的影响较大[6]，酶促法更加温和，能更好的保持蛋白药物的活性[7, 8]。并且酶促自组装具有更好的生物相容性与时空可控性。酶催化水凝胶前体形成水凝胶因子的方式可分为两类，如图1所示：①酰胺键合成：通过酶催化键的形成，从而偶联两个水凝胶前体形成具有自组装能力的水凝胶因子[7]；②酰胺键断裂：在水凝胶因子上连接亲水基团形成水溶性佳的水凝胶前体，通过酶催化去除亲水基团后前体分子从而转为水凝胶因子[9]。
参考文献：
[1] Silva GA, Czeisler C, Niece KL, Beniash E, Harrington DA, Kessler JA,et al.
Selective differentiation of neural progenitor cells by high-epitopedensity nanofibers.
Science 2004; 303: 1352-1355.
[2] Tian R, Chen J, Niu R. The development of low-molecular weighthydrogels for
applications in cancer therapy. Nanoscale 2014; 6: 3474-3482.
[3] Branco MC, Pochan DJ, Wagner NJ, Schneider JP. The effect of proteinstructure
on their controlled release from an injectable peptide hydrogel.Biomaterials 2010; 31:
9527-9534.
[4] Yang ZM, Wang L, Gao P, Wang JY, Xu B. Introduction of Phenyl Groupon
Nanofibers Confers Supramolecular Hydrogels with High Elasticity andRapid
Recovery Properties. J. Mater. Chem. 2010; 20: 2128-2132.
[5] Yang Z, Liang G, Xu B. Enzymatic hydrogelation of small molecules.Acc.
Chem. Res. 2008; 41: 315-326.
[6] Menger FM, Caran KL. Anatomy of a Gel. Amino Acid Derivatives That
Rigidify Water at Submillimolar Concentrations. J. Am. Chem. Soc. 2000;122:
11679-11691.
[7] Williams RJ, Smith AM, Collins R, Hodson N, Das AK, Ulijn RV.
Enzyme-assisted self-assembly under thermodynamic control. Nat.Nanotechnol.
2009; 4: 19-24.
[8] Williams RJ, Hall TE, Glattauer V, White J, Pasic PJ, Sorensen AB, etal. The in
vivo performance of an enzyme-assisted self-assembled peptide/proteinhydrogel.
Biomaterials 2011; 32: 5304-5310.
[9] Yang ZM, Gu HW, Fu DG, Gao P, Lam K, and Xu B. Enzymatic Formation ofSupramolecular Hydrogels. Adv Mater. 2004; 16: 1440.
发明内容
解决的技术问题：本发明的目的是解决蛋白酶在催化氨基酸类水凝胶前体偶联或断键转变成水凝胶因子从而启动自组装形成小分子水凝胶过程中会导致蛋白药物发生降解的技术问题，提供一种定向酶促反应系统及其应用，该定向酶促反应系统不仅保留了触发小分子水凝胶合成的能力，同时形成空间位阻避免了对蛋白药物的降解。
技术方案：定向酶促反应系统，由酶和包载在酶外部的包载材料制成，所述包载材料在所述酶外部形成纳米网壳，该纳米网壳只允许水凝胶前体与水凝胶因子自由出入。
进一步地，所述酶和所述包载材料的重量比为1:10-10:1。
进一步地，所述酶为作用于酰胺键的蛋白酶，可以促进酰胺键的形成或断键使不具有自组装能力的水凝胶前体转变为具有自组装成水凝胶能力的水凝胶因子。
进一步地，所述包载材料为可发生自由基聚合反应的单体材料或可发生自由基聚合反应的聚合物衍生物。
上述定向酶促反应系统的制备方法，先将酶溶解在缓冲液中，再加入包载材料，通过引发剂触发自由基聚合反应，得到定向酶促反应系统。
上述定向酶促反应系统在制备小分子水凝胶中的应用。
小分子水凝胶递药系统，其特征在于：由权利要求1所述的定向酶促反应系统、水凝胶前体和蛋白药物制成。
进一步地，所述水凝胶前体通过酶促反应生成凝胶因子，水凝胶因子为具有亲水基团或疏水基团、能通过非共价相互作用发生有序排列自发聚集形成聚集体的寡肽或寡肽衍生物。
进一步地，所述蛋白药物选自多肽、蛋白、酶、激素、疫苗、细胞生长因子或单克隆抗体中的一种。
有益效果：本发明的定向酶促反应系统保留了触发小分子水凝胶合成的能力，只允许水凝胶前体与水凝胶因子自由出入酶口袋，并同时提供空间位阻，阻止大分子蛋白药物靠近酶口袋，从而避免被降解。
附图说明
图1为酶催化水凝胶前体形成水凝胶因子的作用机制示意图；
图2为本发明的定向酶促反应系统的作用机制示意图；
图3为实施例1的定向酶促反应系统的透射电镜图；
图4为实施例1中TRAIL的生物活性统计图；
图5为实施例1的小分子水凝胶扫描电镜图；
图6为实施例1的小分子水凝胶透射电镜图；
图7为实施例1的载药小分子水凝胶的体外释放结果统计图。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
蛋白酶作为一类作用于肽键的酶，既能催化蛋白的水解反应，也能催化其逆反应—肽键的合成反应，并且具备高效的催化活性和高度专一性。一些蛋白酶已被证明可以催化特定的水凝胶前体偶联[7]或脱去亲水基团[9]转变为水凝胶因子，进而形成小分子水凝胶。相对于物理化学刺激如pH和温度等触发的胶体反应条件剧烈、对蛋白药物生物活性影响较大，酶促法更加温和，能更好的保持蛋白药物的活性。
鉴于水凝胶前体和蛋白药物分子量之间的巨大差异，本发明设计在蛋白酶的表面修饰纳米网壳，构成定向酶促反应系统；该纳米网壳只允许小分子的水凝胶前体与水凝胶因子自由出入蛋白酶口袋，并同时提供空间位阻，阻止大分子的蛋白药物靠近蛋白酶口袋，从而避免被降解。如图2所示，本发明提供的定向酶促反应系统，由酶及将酶包载在所述定向酶促反应系统中的包载材料制成，具体地，先将酶溶解在缓冲液中，再加入包载材料，通过引发剂触发自由基聚合反应，得到定向酶促反应系统，所述酶和包载材料的重量比为1:10-10:1。
作为上述的蛋白酶，只要能够发挥催化水凝胶前体偶联或脱去亲水基团后形成水凝胶因子的目的即可，没有特别限定，可以举出：嗜热蛋白酶、WQ9-2、基质金属蛋白酶、磷酸酯酶等。
作为上述的包载材料，可以为自由基聚合可反应性的单体材料，具体为丙烯酰胺、N-（3-氨基丙基）甲基丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺等，或可发生自由基聚合反应的聚合物衍生物，聚合物可以为天然聚合物、半合成聚合物或合成聚合物，具体为透明质酸、壳聚糖、右旋糖苷、海藻酸钠、聚乙二醇、聚乙二醇-聚乳酸聚合物等。
本发明还提供了一种小分子水凝胶载药系统，由定向酶促反应系统和水凝胶前体制成。
所述的水凝胶前体通过酶促反应生成水凝胶因子，水凝胶因子为具有亲水基团和疏水基团、可通过非共价相互作用发生有序排列从而自发聚集形成特定结构的聚集体的寡肽（2-20个氨基酸）或寡肽衍生物，如Fmoc、Nap、Boc、Cap等氨基酸保护基团、人工氨基酸、维生素、抗氧化剂、抗生素、抗瘤剂、抗真菌剂、抗寄生物分子等修饰的寡肽衍生物。
上述小分子水凝胶载药系统可以递送蛋白药物，包括多肽、蛋白、酶、激素、疫苗、细胞生长因子及单克隆抗体等，具体可选自肿瘤坏死因子、肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体、贝伐单抗、曲妥珠单抗、胰岛素、生长激素等。
在前期的研究中，发明人已筛选出菌株Bacilluscereus WQ9-2（CN102021125A），所产蛋白WQ9-2具有催化合成水凝胶因子的性能。WQ9-2作为酶促开关，通过催化苯丙氨酸氨基供体与非极性氨基酸羧基供体形成水凝胶因子，进而自组装为小分子水凝胶。但是酶和蛋白可能存在相互作用，WQ9-2在具有催化合成短肽能力的同时可能降解被包载的蛋白药物。
具体地，本发明提供了一种以WQ9-2作为酶促开关、采用丙烯酰胺、N-（3-氨基丙基）甲基丙烯酰胺和甲叉双丙烯酰胺作包载材料的定向酶促反应系统，该定向酶促反应系统可以促进水凝胶前体（芴甲氧羰基-苯丙氨酸和苯丙氨酸-苯丙氨酸-二羟苯丙氨酸）包载TRAIL（肿瘤坏死因子凋亡诱导配体），制成小分子水凝胶。
实施例1
定向酶促反应系统的制备：溶解20000 U WQ9-2于2 mL的碳酸氢钠缓冲液（pH 8.5, 50mM），加入丙烯酰胺、N-（3-氨基丙基）甲基丙烯酰胺和甲叉双丙烯酰胺（三者摩尔比5:5:1）。4℃搅拌0.5小时，加入30 μL过硫酸铵(100 mg/mL)水溶液及3 μL四甲基乙二胺触发自由基聚合反应，通氮气保护反应2小时。4000 rpm 超滤管超滤15 min，重复3次除去未反应的单体和引发剂。通过透射电镜观察WQ9-2定向酶促反应系统的形态成均一圆球型，粒径大小约为10-20 nm，如图3所示。
未修饰的WQ9-2与TRAIL共孵5 分钟后，采用酶联免疫吸附测定TRAIL的生物活性。如图4所示，TRAIL与未修饰的WQ9-2（WQ9-2）共孵5 min后，生物活性下降至原有的30%；而TRAIL与修饰后的WQ9-2定向酶促反应系统（nWQ9-2）共孵后活性保持在90%以上，证明WQ9-2与TRAIL存在相互作用，而定向酶促反应系统通过形成空间位阻阻碍了WQ9-2与TRAIL间的作用。
水凝胶的制备：10 mM 芴甲氧羰基-苯丙氨酸和20 mM 苯丙氨酸-苯丙氨酸-二羟苯丙氨酸作为凝胶前体，溶于2 mL的双蒸水，调节pH至7.4。加入2000 U WQ9-2定向酶促反应系统触发水凝胶因子形成，37℃孵育4小时后，形成小分子水凝胶。扫描电镜和透射电镜观察形态。
扫描电镜样品准备流程：将小分子水凝胶低温真空干燥后固定于样品台上，进行喷镀金处理，镀金厚度为10 nm的均匀薄膜；随后将小分子水凝胶切取少量置于扫描电镜的载物台上，在加速电压为15 kV的条件下，对水凝胶微观结构的进行观察。
透射电镜样品准备流程：将镀碳的铜格网垂直置于小分子水凝胶中5-10秒后轻轻取出，置于干燥箱中过夜，采用透射电镜在加速电压为80 kV的条件下进行观察。
扫描电镜观察显示小分子水凝胶为枝状管网的多孔结构，密集的孔状结构为小分子水凝胶提供了充足与坚实的三维支架结构，如图5所示。
透射电镜观察显示小分子水凝胶为具有自组装能力的10 nm宽的纳米纤维状结构，如图6所示。
TRAIL的释放检测
10 mM芴甲氧羰基-苯丙氨酸、20 mM苯丙氨酸-苯丙氨酸-二羟苯丙氨酸作为水凝胶前体，溶于1 mL的双蒸水，调节pH至7.4后与1 mL的TRAIL水溶液混合。加入200 μL WQ9-2定向酶促反应系统触发凝胶因子形成，37℃孵育4小时后，置于恒温震荡仪中，分别在1 h、2 h、4h、8 h、12 h、1 d、2 d、3 d、4 d、5 d、6 d、7 d取样，检测TRAIL的释放。
如图7所示，载药小分子水凝胶的体外释放实验结果表明，小分子水凝胶的7天累计释放量为40%，为TRAIL的缓控释载体。
Claims (9)
1.定向酶促反应系统，其特征在于：由酶和包载在酶外部的包载材料制成，所述包载材料在所述酶外部形成纳米网壳，该纳米网壳只允许水凝胶前体与水凝胶因子自由出入。
2.根据权利要求1所述的定向酶促反应系统，其特征在于：所述酶和所述包载材料的重量比为1:10-10:1。
3.根据权利要求1所述的定向酶促反应系统，其特征在于：所述酶为作用于酰胺键的蛋白酶，可以促进酰胺键的形成或断键，使不具有自组装能力的水凝胶前体转变为具有自组装成水凝胶能力的水凝胶因子。
4.根据权利要求1任一项所述的定向酶促反应系统，其特征在于：所述包载材料为可发生自由基聚合反应的单体材料或可发生自由基聚合反应的聚合物衍生物。
5.权利要求1所述的定向酶促反应系统的制备方法，其特征在于：先将酶溶解在缓冲液中，再加入包载材料，通过引发剂触发自由基聚合反应，得到定向酶促反应系统。
6.权利要求1至4任一项所述的定向酶促反应系统在制备小分子水凝胶递药系统中的应用。
7.小分子水凝胶递药系统，其特征在于：由权利要求1所述的定向酶促反应系统、水凝胶前体和蛋白药物制成。
8.根据权利要求7所述的小分子水凝胶递药系统，其特征在于：所述水凝胶前体通过酶促反应生成水凝胶因子，水凝胶因子为具有亲水基团或疏水基团、能通过非共价相互作用发生有序排列自发聚集形成聚集体的寡肽或寡肽衍生物。
9.根据权利要求7所述的小分子水凝胶递药系统，其特征在于：所述蛋白药物选自多肽、蛋白、酶、激素、疫苗、细胞生长因子或单克隆抗体中的一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710264586.6A CN107088184B (zh) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | 定向酶促反应系统及其在制备小分子水凝胶中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710264586.6A CN107088184B (zh) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | 定向酶促反应系统及其在制备小分子水凝胶中的应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107088184A true CN107088184A (zh) | 2017-08-25 |
| CN107088184B CN107088184B (zh) | 2020-11-24 |
Family
ID=59637046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710264586.6A Active CN107088184B (zh) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | 定向酶促反应系统及其在制备小分子水凝胶中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107088184B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109077994A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-12-25 | 南京工业大学 | 小分子水凝胶-纳米粒复合药物载体及其在皮肤/粘膜给药系统中的应用 |
| CN111568855A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-08-25 | 山东大学 | 一种可注射水凝胶的制备方法及其在术后肿瘤治疗中的应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005253381A (ja) * | 2004-03-12 | 2005-09-22 | Dainippon Ink & Chem Inc | 酵素固定化用坦体及びそれを用いた固定化酵素 |
| CN101111225A (zh) * | 2005-02-03 | 2008-01-23 | 金文申有限公司 | 通过溶胶/凝胶技术制备的药物递送材料 |
| CN101948823A (zh) * | 2010-09-06 | 2011-01-19 | 北京桑德环境工程有限公司 | 具有纳米复合结构的包埋微生物载体及其制备方法 |
-
2017
- 2017-04-21 CN CN201710264586.6A patent/CN107088184B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005253381A (ja) * | 2004-03-12 | 2005-09-22 | Dainippon Ink & Chem Inc | 酵素固定化用坦体及びそれを用いた固定化酵素 |
| CN101111225A (zh) * | 2005-02-03 | 2008-01-23 | 金文申有限公司 | 通过溶胶/凝胶技术制备的药物递送材料 |
| CN101948823A (zh) * | 2010-09-06 | 2011-01-19 | 北京桑德环境工程有限公司 | 具有纳米复合结构的包埋微生物载体及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| RICHARD J.ET AL.: "The in vivo performance of an enzyme-assisted self-assembled peptide/protein", 《BIOMATERIALS》 * |
| 李伟: "聚丙烯酰胺/N,N’-亚甲基双丙烯酰胺固定化L-天门冬酰胺酶", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库 (硕士) 工程科技Ⅰ辑》 * |
| 江连洲: "《酶在大豆制品中的应用》", 31 August 2015, 中国轻工业出版社 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109077994A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-12-25 | 南京工业大学 | 小分子水凝胶-纳米粒复合药物载体及其在皮肤/粘膜给药系统中的应用 |
| CN109077994B (zh) * | 2018-09-04 | 2021-11-30 | 南京工业大学 | 小分子水凝胶-纳米粒复合药物载体及其在皮肤/粘膜给药系统中的应用 |
| CN111568855A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-08-25 | 山东大学 | 一种可注射水凝胶的制备方法及其在术后肿瘤治疗中的应用 |
| CN111568855B (zh) * | 2020-06-08 | 2022-02-08 | 山东大学 | 一种可注射水凝胶的制备方法及其在术后肿瘤治疗中的应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107088184B (zh) | 2020-11-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4339595B2 (ja) | 有効成分を送達するための両親媒性共重合体をベースとするナノ粒子コロイド懸濁液 | |
| US5679377A (en) | Protein microspheres and methods of using them | |
| Mottaghitalab et al. | Silk fibroin nanoparticle as a novel drug delivery system | |
| WO2020147754A1 (zh) | 立方形环糊精骨架-rgd组合物及其制备方法 | |
| Liu et al. | Preparation of silk fibroin carriers for controlled release | |
| CN110237035B (zh) | 一种主动靶向型两亲性多肽纳米药物载体及其制备与应用 | |
| KR100507968B1 (ko) | 자기집합체를 형성하는 항암제-키토산 복합체 및 그의제조방법 | |
| CN107088184A (zh) | 定向酶促反应系统及其在制备小分子水凝胶中的应用 | |
| Madolia | Preparation and evaluation of stomach specific IPN hydrogels for oral drug delivery: A review | |
| CN111269443B (zh) | 基于动态化学键交联的纳米凝胶及其制备方法与应用 | |
| CN112168975A (zh) | 一种抗肿瘤靶向药物缓释载体、制剂及其制备方法 | |
| CN114376966B (zh) | 一种复合水凝胶及其制备方法 | |
| JP2003518926A (ja) | 多孔性キトサンビード及びその製造方法 | |
| CN112451542B (zh) | 一种白蛋白/透明质酸纳米复合物-铂类前药及制备方法和应用 | |
| Luan et al. | Injectable Chitosan Hydrogels Doped with 2D Peptide Nanosheet‐Drug Conjugates for Glutathione‐Responsive Sustained Drug Delivery | |
| Shahid et al. | Nanocomposite hydrogels-a promising approach towards enhanced bioavailability and controlled drug delivery | |
| CN1931370A (zh) | 一种糖肽缀合物微球或微囊及其制备方法 | |
| WO2018134953A1 (ja) | ヒドロゲル組成物およびその製造方法 | |
| JP2010064956A (ja) | 粒子およびその製造方法、ならびにゲル | |
| Rani et al. | Nanoparticles Incorporated Soy Protein Isolate for Emerging Applications in Medical and Biomedical Sectors | |
| CN113908137A (zh) | 一种注射用硬核软膜型纳米缓释递药系统的制备方法 | |
| US20180264119A1 (en) | Nanoparticles and method for producing same | |
| KR20120059721A (ko) | 단백질 약물 전달용 다당류 나노겔 및 이의 제조방법 | |
| CN112870373A (zh) | 用于mRNA递送的多肽聚合物复合纳米颗粒及其制备方法和用途 | |
| CN111514312A (zh) | 一种促进神经再生多肽药物结合物及其应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 210009, 5 new model street, Gulou District, Jiangsu, Nanjing Applicant after: Nanjing Tech University Address before: 211800 Puzhu South Road, Pukou District, Nanjing, Jiangsu 30 Applicant before: Nanjing Tech University |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |