CN107412150A - 一种用于包裹药物的多肽水凝胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物材料领域,具体涉及一种用于包裹药物的多肽水凝胶的制备方法。通过超声震荡法助溶,将两亲性多肽水凝胶溶于1mg/ml盐酸阿霉素的去离子水溶液中,得到多肽浓度为10mg/ml的盐酸阿霉素水溶液,通过自组装形成包裹盐酸阿霉素的多肽水凝胶。结果表明,溶液pH值、盐离子浓度以及环境温度对多肽水凝胶中药物释放具有较大影响。本发明得到的水凝胶具有良好的生物相容性以及可降解性,在药物控制释放方面有着广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于生物材料领域,具体涉及一种可用于包裹药物的多肽水凝胶的制备方法。
背景技术
水凝胶是一类具有亲水性基团,能被水溶胀但不溶于水的具有三维网络结构的聚合物,是一类非常重要的软材料,其中多肽水凝胶由于其良好的生物相容性以及可降解性,受到越来越多的关注与研究。多肽水凝胶在水中能够吸收大量的水分显著溶胀,并在显著溶胀之后保持其原有结构而不被溶解,它能对外界刺激产生相应的变化,如:温度、pH、盐离子浓度以及光照等条件的变化都会不同程度影响多肽水凝胶的体积以及稳定性。多肽水凝胶的这一特点使得它在药物控制释放、细胞三维培养以及组织工程学方面有着很大的潜在应用,是一种很有前景的生物材料。
多肽水凝胶按照交联方式的不同可分为化学交联的水凝胶和物理水凝胶,其中物理水凝胶由于其成胶简单可控、成胶可逆以及较高的生物相容性和可降解性等优点而受到更多的关注。物理多肽水凝胶通过非共价键反应自组装形成水凝胶,作用力包括:氢键反应、疏水相互作用、π-π共轭作用以及离子相互作用。目前主要用于水凝胶制备的多肽的折叠方式为β-折叠,通过亲水、疏水相互作用使得疏水性基团排列在一边亲水性基团在另一边,形成疏水性内核,可以有效包裹亲水性和疏水性药物,用于药物的体内控制释放。多肽水凝胶包裹药物可以有效的提高药物在作用部位的存留时间,并且可以通过设计不同敏感型的水凝胶从而达到在不同条件下特定释放某种药物,大大提高药物的利用率,多肽水凝胶正在药物释放领域发挥越来越大的作用。
虽然多肽水凝胶具有诸多优点,但也存在有的序列多肽水溶性差,所形成的水凝胶不完全透明,有的序列多肽水溶性虽好但成胶时间太长,一般需要十几个小时甚至两三天。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可用于包裹药物的多肽水凝胶的制备方法,本发明搭载药物的多肽水凝胶制备工艺简单,成分可控,药物释放测量方便,重复性好,成胶过程中只有水参与,无需加入任何添加剂来刺激成胶,可以充分保证药物的活性。
本发明采用的技术方案为:一种可用于包裹药物的多肽水凝胶的制备方法,包括:将多肽溶解在药物水溶液中,超声助溶形成多肽水溶液,数分钟后即可形成包裹药物的多肽水凝胶。
其中,所述多肽序列为IKFQFHFD,所用药物为盐酸阿霉素,所得多肽水溶液浓度为10mg/ml,盐酸阿霉素浓度为1mg/ml,最终结果为2mg多肽成胶后包裹0.2mg盐酸阿霉素。
序列为IKFQFHFD的多肽的合成方法为:
第一步,将第一个氨基酸共价连接到树脂上
加入适当的缩合剂如HBTU和HOBt,使被保护氨基酸羧基端与树脂形成共脂以完成氨基酸的固定;
第二步,去保护
采用碱性溶剂20%哌啶去除氨基上的Fmoc,暴露出氨基。
第三步,激活和交联
采用活化剂HBTU和HOBt活化下一个氨基上的羧基,与树脂上的氨基交联,形成肽键。
第四步,重复第二步和第三步,反复循环添加单体氨基酸,按照IKFQFHFD序列的顺序从右到左合成,直到合成完成。
第五步,乙酰化
采用碱性溶剂20%哌啶去除氨基上的Fmoc,暴露出氨基。加入2ml20%乙酸酐和200微升DIEA,反应30min。
第六步,合成后处理:
洗脱和脱保护:用脱保护剂三氟乙酸(TFA)将肽链从树脂上洗脱下来,并脱除保护基,HPLC分析纯化,冻干保存。
其中,选择的树脂为Rink Amide-树脂;
合成所用单体为经化学修饰的α-氨基酸。
盐酸阿霉素释放量测试方法如下:
选择PBS缓冲液作为释放液,将PBS缓冲液置于水凝胶上层,隔固定时间取出缓冲液,并加入新的PBS缓冲液。利用紫外分光光度计在490nm条件下测量释放液的紫外吸收,并利用朗伯比尔定律计算其中盐酸阿霉素的量,多次释放液计算得到的含量累加得到总的释放量。
在上述方案中选择采用不同pH和不同盐离子浓度的PBS缓冲液,分别在4℃、37℃以及60℃三个不同温度下同时测量盐酸阿霉素的释放量,综合研究pH、盐离子浓度以及温度对水凝胶中药物释放的影响。
本发明所取得的有益效果是:本发明提供了一种可用于包裹药物的多肽水凝胶的制备方法,首次采用IKFQFHFD序列包裹药物,该序列成胶效果很好,成胶过程中只有水参与,无需加入任何添加剂来刺激成胶,可以充分保证药物的活性;操作方法简单,成胶时无需额外的引发条件,只需将多肽溶解在去离子水中,待多肽溶解后利用自身的自组装作用成胶,使得包裹盐酸阿霉素时十分方便;重复性好,充分研究了释放液的pH、盐离子浓度以及温度对多肽水凝胶中药物释放的影响,展现了多肽水凝胶在药物控制释放方面的巨大潜力。
附图说明
图1为IKFQFHFD多肽水凝胶中盐酸阿霉素释放量与pH的关系曲线,其中,PBS缓冲液的条件分别为a:pH5.5,0.01M,b:pH6.5,0.01M,c:pH7.4,0.01M。
图2为IKFQFHFD多肽水凝胶中盐酸阿霉素释放量与盐离子浓度的关系曲线,其中,PBS缓冲液的条件分别为a:pH7.4,0.01M,b:pH7.4,0.025M,c:pH7.4,0.05M。
图3为IKFQFHFD多肽水凝胶中盐酸阿霉素释放量与温度的关系曲线,其中,水凝胶所处的温度,分别为a:60℃,b:37℃,c:4℃。
具体实施方式
本发明将就以下实施例作进一步说明,但应了解的是,这些实施例仅为例示说明之用,而不应被解释为对本发明实施的限制。
实施例1
本发明所述的方法采用常规的固相Fmoc法,即固相树脂上被Fmoc保护的单体氨基酸去保护后露出氨基,通过缩合反应与溶液中氨基酸的羧基形成肽键,从而将氨基酸连接到树脂上,使肽链从C端向N端延伸。
1、基本材料:
(1)树脂与连接分子:固相Fmoc法选择的树脂为Rink Amide-树脂。这种树脂具有非常好的溶胀性,可以使肽链之间更好地进行缩合反应,且有足够的网络空间满足不断增长的肽链。采用HBTU和HOBt作为连接分子,将多肽分子固定到树脂上。
(2)单体:合成所用单体为经化学修饰的α-氨基酸。
2、反应步骤:
第一步,将第一个氨基酸共价连接到树脂上
加入适当的缩合剂如HBTU和HOBt,使被保护氨基酸羧基端与树脂形成共脂以完成氨基酸的固定;
第二步,去保护
采用碱性溶剂20%哌啶去除氨基上的Fmoc,暴露出氨基。
第三步,激活和交联
采用活化剂HBTU和HOBt活化下一个氨基上的羧基,与树脂上的氨基交联,形成肽键。
第四步,重复第二步和第三步,反复循环添加单体氨基酸,按照IKFQFHFD序列的顺序从右到左合成,直到合成完成。
第五步,乙酰化
采用碱性溶剂20%哌啶去除氨基上的Fmoc,暴露出氨基。加入2ml20%乙酸酐和200微升DIEA,反应30min。
3、合成后处理:
(1)洗脱和脱保护:用脱保护剂三氟乙酸(TFA)将肽链从树脂上洗脱下来,并脱除保护基。
(2)HPLC分析纯化,冻干保存。
通过上述方法,合成多肽序列IKFQFHFD
4、制备包裹盐酸阿霉素的多肽水凝胶:
称取一定量的盐酸阿霉素固体,溶于去离子水中得到浓度为1mg/ml的盐酸阿霉素水溶液。称取IKFQFHFD多肽粉末2mg,取200微升盐酸阿霉素水溶液溶解多肽,超声助溶,10min之后形成包裹盐酸阿霉素的多肽水凝胶。
实施例2
如实施例1的方法得到的多肽水凝胶,吸取500微升pH7.4盐离子浓度为0.01M的PBS缓冲液于水凝胶上层,然后置于37℃水浴中,0.5h后取出释放液,并加入新的相同条件的PBS缓冲液500微升,1h后再次更换缓冲液,更换时间翻倍增长。然后利用紫外分光光度计测量释放液的吸光度,并根据朗伯比尔定律计算其中盐酸阿霉素的量,多次释放液计算得到的含量累加得到总的释放量。并根据总释放量与时间的关系绘制总释放量-时间图,另外,选择PBS缓冲液条件分别为pH 5.5 0.01M和pH 6.5 0.01M,并在37℃下测量IKFQFHFD多肽水凝胶中盐酸阿霉素释放量与时间的关系,如图1。
实施例3
选择PBS缓冲液条件分别为:pH7.4 0.01M、pH7.4 0.025M和pH7.4 0.05M,并在37℃下测量IKFQFHFD多肽水凝胶中盐酸阿霉素释放量与时间的关系,步骤同实施例2。
实施例4
选择PBS缓冲液条件为:pH7.4 0.01M,并分别在4℃、37℃和60℃下测量IKFQFHFD多肽水凝胶中盐酸阿霉素释放量与时间的关系,步骤同实施例2。
通过上述4个实施例可以看出,本发明中包裹药物的多肽水凝胶合成非常方便,成分可控。并且包裹的药物随着pH、盐离子浓度以及温度的变化表现出不同的药物释放动力学,表明其可以有效应用于药物的控制释放。
对比实施例
如实施例1的方法制备不同序列的多肽水凝胶如表1所示
表1
序列 | 成胶条件 | 成胶时间 | 成胶效果 |
IKFQFHFD | 水 | 10min | 无色透明 |
IKFRFHFD | 水 | 12h | 无色透明 |
IDFRFHFD | 水 | 3天 | 无色透明 |
IKFYSVN | 水 | 20min | 较浑浊 |
IKWLSVN | 水 | 20min | 较浑浊 |
IKFHFDFR | PBS | 10min | 无色透明 |
H4G2IKFLSVN | PBS | 30min | 较浑浊 |
IKFRFHFD | PBS | 20min | 无色透明 |
由表1可知:与本发明序列的多肽相比,其它序列的多肽存在成胶时间较长,形成的水凝胶不完全透明,或者需要加入添加剂来刺激成胶。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术范围。
Claims (6)
1.一种用于包裹药物的多肽水凝胶的制备方法,其特征在于:所述制备方法为:将多肽溶于药物的去离子水溶液中,超声助溶形成多肽水溶液,数分钟后即可形成包裹药物的多肽水凝胶。
2.如权利要求1所述的用于包裹药物的多肽水凝胶的制备方法,其特征在于:所述多肽序列为IKFQFHFD,形成的多肽水溶液浓度为10mg/ml。
3.如权利要求1所述的用于包裹药物的多肽水凝胶的制备方法,其特征在于:所述药物为盐酸阿霉素,盐酸阿霉素水溶液浓度为1mg/ml。
4.如权利要求2所述的用于包裹药物的多肽水凝胶的制备方法,其特征在于:所述序列为IKFQFHFD的多肽的合成方法为:
第一步,将第一个氨基酸共价连接到树脂上
加入缩合剂HBTU和HOBt,使被保护氨基酸羧基端与树脂形成共脂以完成氨基酸的固定;
第二步,去保护
采用碱性溶剂20%哌啶去除氨基上的Fmoc,暴露出氨基;
第三步,激活和交联
采用活化剂HBTU和HOBt活化下一个氨基上的羧基,与树脂上的氨基交联,形成肽键;
第四步,重复第二步和第三步,反复循环添加单体氨基酸,按照IKFQFHFD序列的顺序从右到左合成,直到合成完成;
第五步,乙酰化
采用碱性溶剂20%哌啶去除氨基上的Fmoc,暴露出氨基,加入2ml 20%乙酸酐和200微升DIEA,反应30min;
第六步,洗脱和脱保护
采用脱保护剂三氟乙酸(TFA)将肽链从树脂上洗脱下来,并脱除保护基,HPLC分析纯化,冻干保存。
5.如权利要求4所述的用于包裹药物的多肽水凝胶的制备方法,其特征在于:所述树脂为Rink树脂。
6.如权利要求4所述的用于包裹药物的多肽水凝胶的制备方法,其特征在于:所述氨基酸为经化学修饰的α-氨基酸。
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