CN107496936B - 一种两性小分子自组装靶向性纳米粒子载药系统及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两性小分子自组装靶向性纳米粒子载药系统，包括2‑氨基葡萄糖‑荧光染料FITC和紫杉醇，其中2‑氨基葡萄糖‑荧光染料FITC作为小分子的亲水端，紫杉醇为小分子疏水端，用纳米沉淀法自组装靶向性纳米粒子载药系统。本发明还公开了一种两性小分子自组装靶向性纳米粒子载药系统的制备方法，先合成靶向性两性小分子2DA‑FITC‑PTX，采用纳米沉淀法制备靶向性2DA‑FITC‑PTXNP载药系统，此载药系统粒径为42±4nm，且粒径大小均匀，载药效率高达98％，在模拟生理环境PBS缓冲液中，2DA‑FITC‑PTXNP载药系统表现出良好的稳定性，在酸性PBS缓冲液中具有较好的释药动力学曲线，其半衰期t1/2为8小时，适于静脉给药维持体内血药浓度。
Description
技术领域
本发明涉及载药系统及制备，尤其涉及一种纳米粒子载药系统及其制备方法。
背景技术
目前临床上广泛使用的小分子和大分子药物存在各自缺点:(1)小分子药物通过口服或注射给药,短时间内体内药物浓度远超过实际需求量,且缺乏进入人体的选择性；新陈代谢快、半衰期短、体内浓度很快降低而影响疗效,故需要大剂量给药,而过高的药物浓度又会增强药物的副作用；(2)生物大分子药物在体内易被酶降解或失活,生物半衰期短,需重复给药；还受到如免疫系统、组织、细胞膜等的限制,多数不易通过这些生物屏障,因而大分子药物的生物利用度较低。纳米载药系统由于颗粒度极小,表面积非常大,药物可高密度地负载在纳米载体中,从而形成局部的浓度,提高药物的利用率。此外,纳米粒子载体药物除具有低毒、高效、缓释、长效、能识别变异细胞、药物稳定性好、药物释放后的高分子载体无毒、不会长期积累在体内及副作用小等优点外,还具有更强的定向释放能力,是各种药物的较佳替代品。
目前纳米粒子载药系统主要是以聚合物为主，由于聚合物分子量较大，作为药物载体可延长药物在病灶部位的滞留时间，也可通过扩散或聚合物自身的降解达到缓释或可控释放的目的，但聚合物纳米载药系统存在难降解产生毒性等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种两性小分子自组装靶向性纳米粒子载药系统及制备，降低对正常细胞的毒性，提高对肿瘤细胞的抑制率。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
一种两性小分子自组装靶向性纳米粒子载药系统，其特征在于，包括2-氨基葡萄糖-荧光染料FITC和紫杉醇，其中2-氨基葡萄糖-荧光染料FITC作为小分子的亲水端，紫杉醇为小分子疏水端。
2-氨基葡萄糖-荧光染料FITC作为“导向基团”靶向高表达葡萄糖转运受体GLUT1的肿瘤细胞和组织，并将其作为形成纳米粒子的亲水端，共价偶联作为纳米粒子疏水端的紫杉醇-谷氨酸(PTX-Glu)合成同时具有亲水性和疏水性的2-氨基葡萄糖和荧光染料-紫杉醇(2DA-FITC-PTX)两性小分子单体，进一步用纳米沉淀法制备靶向性2-氨基葡萄糖和荧光染料-紫杉醇纳米粒子载药系统(2DA-FITC-PTXNP)。
本发明还提供了一种两性小分子自组装靶向性纳米粒子载药系统的制备方法，包括以下步骤：
2.1谷氨酸-紫杉醇(Glu-PTX)的合成；
2.22-氨基葡萄糖-谷氨酸-紫杉醇(2DA-NH2-Glu-PTX)前药的制备；
2.32-氨基葡萄糖-荧光染料紫杉醇前药小分子单体的制备；
2.42-氨基葡萄糖-荧光染料紫杉醇前药靶向性纳米粒子载药系统的制备。
作为本发明的优选方式之一，将称取100mg(0.117mmol)PTX溶于15ml的二氯甲烷(DCM)，同时加入59.7mg(0.1404mmol,1.2eqv)Fmoc-Glu(OtBu)-OH和14.29mg4-二甲氨基吡啶DMAP(0.117mmol)，将44.85mg(0.234mmol,2eqv)1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)溶于10mlDCM中，在冰浴条件下，将10ml溶于EDC溶液缓慢滴入PTX反应体系中，20-30分钟滴加完毕，除去冰浴，室温下搅拌20-30个小时，用TLC示踪。待反应完后用同体积的DCM稀释，然后用同体积的蒸馏水洗2次，加入无水硫酸镁干燥，真空旋蒸后得晶状体产物谷氨酸-紫杉醇。
作为本发明的优选方式之一，将上述产物谷氨酸-紫杉醇(Fmoc-Glu(OtBu)-PTX)溶于8mlDCM，在室温搅拌过夜，直至出现浑浊并TLC示踪。将产物再次真空旋蒸除去溶剂，再用乙醚萃取(OtBu溶于乙醚中)放入冰箱过夜，将乙醚去除，烘干产物，即得脱去了OtBu的Fmoc-Glu(COOH)-PTX白色晶体。将0.01mmolFmoc-Glu(COOH)-PTX溶于DMF中，加入EDC和NHS(摩尔比1:1.2:2)活化Fmoc-Glu(COOH)-PTX的羧基，室温搅拌4-6小时，加入0.01mmol摩尔2DA,室温搅拌过夜，将反应液经硅胶柱纯化，得到纯化的2-氨基-谷氨酸-紫杉醇(2DA-Fmoc-Glu-PTX)，将2DA-Fmoc-Glu-PTX溶于在DCM体系中加入2ml哌啶(使哌啶为总体积的20﹪)，用乙醚萃取，用TLC示踪，得到2DA-NH2-Glu-PTX前药。
作为本发明的优选方式之一，将0.1mmol2DA-NH2-Glu-PTX前药中加入DCM溶解后，加入0.1mmol荧光染料FITC，室温搅拌过夜，将反应液经G15聚糖凝胶层析柱分离纯化，去除没有共价偶联的2DA-NH2-Glu-PTX和FITC片段，得到纯化的2氨基葡萄糖-荧光染料紫杉醇前药(2DA-NH2-Glu-PTX-FITC)小分子单体，-20℃储存备用。
作为本发明的优选方式之一，用纳米沉淀法制备，将0.1mmol2DA-NH2-Glu-PTX-FITC的小分子单体溶于THF在室温下由有机相转入水相，并除去有机相四氢呋喃THF,用2500-3500转离心2-6min后除去沉淀，得到分布均一靶向性纳米载药系统。
本发明相比现有技术的优点在于：2DA-FITC-PTXNP载药系统在葡萄糖转运体GULT1配体-受体的介导下，可靶向高表达GULT1受体的肿瘤细胞，与PTX原药相比，可降低对正常细胞的毒性，提高对肿瘤细胞的抑制率。
附图说明
图1是本发明自主装纳米粒子载药系统作用原理图。
图2是本发明自主装纳米粒子载药系统合成图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种两性小分子自组装靶向性纳米粒子载药系统，包括2-氨基葡萄糖-荧光染料FITC和紫杉醇，其中2-氨基葡萄糖-荧光染料FITC作为小分子的亲水端，紫杉醇为小分子疏水端，用纳米沉淀法自组装靶向性纳米粒子载药系统。
如图2所示一种两性小分子自组装靶向性纳米粒子载药系统的制备，其特征在于，包括以下步骤：
1.谷氨酸-紫杉醇(Glu-PTX)的合成；
2. 2-氨基葡萄糖-谷氨酸-紫杉醇(2DA-NH2-Glu-PTX)的制备；
3. 2-氨基葡萄糖-荧光染料紫杉醇前药小分子单体的制备；
4. 2-氨基葡萄糖-荧光染料紫杉醇前药靶向性纳米粒子载药系统的制备。
实施例
两性小分子自组装靶向性纳米粒子载药系统的制备：
1.谷氨酸-紫杉醇(Glu-PTX)的合成
称取100mg(0.117mmol)PTX溶于15ml的DCM，同时加入59.7mg(0.1404mmol,1.2eqv)Fmoc-Glu(OtBu)-OH和14.29mgDMAP(0.117mmol)，将44.85mg(0.234mmol,2eqv)EDC溶于10mlDCM中，在冰浴条件下，将10ml溶于EDC溶液缓慢滴入PTX反应体系中，25分钟滴加完毕，除去冰浴，室温下搅拌26个小时，用TLC示踪。待反应完后用同体积的DCM稀释，然后用同体积的蒸馏水洗2次，加入无水硫酸镁干燥，真空旋蒸后得晶状体产物谷氨酸-紫杉醇。
2.氨基葡萄糖-谷氨酸-紫杉醇(2DA-NH2-Glu-PTX)前药的制备
将上述产物谷氨酸-紫杉醇(Fmoc-Glu(OtBu)-PTX)溶于8mlDCM，在室温搅拌过夜，直至出现浑浊并TLC示踪。将产物再次真空旋蒸除去溶剂，再用乙醚萃取(OtBu溶于乙醚中)放入冰箱过夜，将乙醚去除，烘干产物，即得脱去了OtBu的Fmoc-Glu(COOH)-PTX白色晶体。将0.01mmolFmoc-Glu(COOH)-PTX溶于DMF中，加入EDC和NHS(摩尔比1:1.2:2)活化Fmoc-Glu(COOH)-PTX的羧基，室温搅拌4-6小时，加入0.01mmol摩尔2DA,室温搅拌过夜，将反应液经硅胶柱纯化，得到纯化的2-氨基-谷氨酸-紫杉醇(2DA-Fmoc-Glu-PTX)，将2DA-Fmoc-Glu-PTX溶于在DCM体系中加入2ml哌啶(使哌啶为总体积的20﹪)，用乙醚萃取，用TLC示踪，得到2DA-NH2-Glu-PTX前药。
3. 2-氨基葡萄糖-荧光染料紫杉醇前药小分子单体的制备
将0.1mmol2DA-NH2-Glu-PTX前药中加入7mlDCM溶解后，加入0.1mmol荧光染料FITC，室温搅拌过夜，将反应液经G15纯化，去除没有共价偶联的2DA-NH2-Glu-PTX和FITC片段，得到纯化的2-氨基葡萄糖-荧光染料紫杉醇前药(2DA-NH2-Glu-PTX-FITC)小分子单体，-20℃储存备用。
4. 2-氨基葡萄糖-荧光染料紫杉醇前药靶向性纳米粒子载药系统的制备
用纳米沉淀法制备，将0.1mmol2DA-NH2-Glu-PTX-FITC的小分子单体溶于THF在室温下由有机相转入水相，并除去有机相THF,用3000转离心3min后除去沉淀，得到分布均一靶向性纳米载药系统。
自主装靶向性纳米粒子载药系统的表征
1.自主装靶向性纳米粒子载药系统载药量及释药特征的研究
自主装靶向性纳米粒子载药系统载药量及释药特征用高效液相色谱仪(HPLC)检测。
将小分子单体2DA-FITC-PTX和靶向性纳米粒子载药系统分别放在37℃的PBSbuffer孵育100小时，不同时间点(5h，10h，25h，30h，50h，60h，80h，100h)各取100uL的样品，按照不同的时间点取的样品，经高效液相色谱仪(HPLC)进样测量记录PTX的释放量，并计算出释放的半衰期。
根据小分子单体分子量计算小分子紫杉醇前药理论紫杉醇含量为46.5％，用UV-vis法检测依据其标准曲线方程Y＝0.77696+0.03508X(R2＝0.9999)纳米粒子载药系统紫杉醇实际含量为42.25±0.16％，因此纳米粒子载药系统的实际载药效率为98.8％。
2DA-FITC-PTXNP在pH＝7.4模拟生理环境PBS缓冲液中，无论在PBS缓冲液含有FBS还是不含有FBS的状态下，2DA-FITC-PTXNP释药速率缓慢且持续释放，在25小时释放率为9.2％(PBS，pH＝7.4)和13％(PBS，pH＝7.4+25％),半衰期分别为22小时和24小时。但在酸性PBS缓冲液(pH＝5.5，pH＝5.5+FBS)中，2DA-FITC-PTXNP具有较快的释放率，25小时的释放率为25.2％和27.8％，其酸性条件下半衰期分别为7.5小时和8小时，这说明酸性条件和含有酶血清有利于酯键的断裂，从而释放出紫杉醇药物，
2.自主装靶向性纳米粒子载药系统体外靶向性的研究
用逆转录PCR(RT-PCR)技术测试正常细胞293T和三种肿瘤细胞MDA-MB-231,MCF-7和A549的葡萄糖转运体受体(GLUT1)mRNA的表达水平。靶向性纳米粒子载药系统(2-DA-PTX-FITCNP)的PBS水溶液(0.2mg/ml)分别孵育四种细胞(293T,MDA-MB-231,MCF-7，A549)中12h，在倒置荧光显微镜下观察载药系统进细胞的状况，并用流式细胞仪进行定量分析。
三种肿瘤细胞和一种正常细胞GLUT1转运受体mRNA表达量的顺序为：MDA-MB-231>MCF-7>A549>293T。2-氨基葡萄糖—FITC-紫杉醇纳米粒子载药系统(2DA-FITC-PTX NP)在三种肿瘤细胞和一种正常细胞中孵育12h后，在倒置荧光显微镜下可以看到纳米粒子载药系统在GLUT1转运蛋白的介导下进入肿瘤细胞，并显示出较强的荧光强度，而在正常细胞293T中荧光强度较弱。用流式细胞仪定量分析前药在MDA-MB-231、MCF-7、A549和293T细胞中的摄取率分别为90.19％、80.04％、58.12％和6.09％，且三种细胞对2DA-FITC-PTX NP摄取的荧光强度有明显的位移，2DA-FITC-PTX NP在MDA-MB-231肿瘤细胞中摄取量大于MCF-7、A549和293T，三种肿瘤细胞的摄取量远远超过正常细胞293T，且四种细胞对2DA-FITC-PTX NP摄取量的顺序为MDA-MB-231＞MDA-MB-435>293T，这与三种细胞表面GLUT1转运蛋白表达量的顺序是一致的，证明2DA-FITC-PTX NP可在肿瘤细胞表面高表达GLUT1转运受体的介导下靶向肿瘤细胞。
3.自主装靶向性纳米粒子载药系统体外药效的研究
采用细胞MTT实验法，分别用2DA-FITC-PTX和2DA-FITC-PTXNP孵育MDA-MB-231,MCF-7，A549和293T三种细胞。感染48小时，用PBSpH7.0洗3次，并将所用孔中的培养基用180μL新鲜DMEM和20μL的MTT溶液(5mg/mL)替换，并继续培养4h。最后，每孔加入150μL的DMSO，并室温下轻轻振摇。每个孔中的溶液在595nm处的吸光值可用酶标仪进行测定。
MTT细胞实验结果显示2DA-FITC-PTXNP载药系统对正常细胞(293T)的毒性很低，即使在最高浓度，细胞生存率保持在55％以上。GLUT1受体表达阳性的细胞(MDA-MB-231)在浓度为1.625(nM)的状态下细胞保持较低的生存率，仅20％左右，且2DA-FITC-PTXNP载药系统IC50低于原药PTX(Table1)是原药的1/5(0.96nM)，实验结果表明2DA-FITC-PTXNP载药系统与2DA-FITC-PTX和PTX原药相比具有较低的细胞毒性，较高的肿瘤细胞抑制率。这说明2DA-FITC-PTXNP载药系统在GLUT1配体-受体介导下，可减少药物毒性，提高药物药效作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种两性小分子自组装靶向性纳米粒子载药系统，其特征在于，包括2-氨基葡萄糖-荧光染料FITC和紫杉醇，其中2-氨基葡萄糖-荧光染料FITC作为小分子的亲水端，紫杉醇为小分子疏水端；所述的2-氨基葡萄糖-荧光染料FITC作为“导向基团”靶向高表达葡萄糖转运受体GLUT1的肿瘤细胞和组织，并将其作为形成纳米粒子的亲水端，共价偶联作为纳米粒子疏水端的紫杉醇合成同时具有亲水性和疏水性的2-氨基葡萄糖荧光染料-紫杉醇(2DA-FITC-PTX)两性小分子单体，进一步用纳米沉淀法制备靶向性2-氨基葡萄糖荧光染料-紫杉醇纳米粒子载药系统(2DA-FITC-PTXNP)。
2.如权利要求1所述的一种两性小分子自组装靶向性纳米粒子载药系统的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.1 谷氨酸-紫杉醇(Fmoc-Glu(OtBu)-PTX)的合成；
2.2 2-氨基葡萄糖-谷氨酸-紫杉醇(2DA-NH2-Glu-PTX)前药的制备；
2.3 2-氨基葡萄糖-荧光染料-紫杉醇(2DA-FITC-PTX)前药小分子单体的制备；
2.4 2-氨基葡萄糖-荧光染料-紫杉醇前药靶向性纳米粒子载药系统(2DA-FITC-PTXNP)的制备。
3.根据权利要求2所述的一种两性小分子自组装靶向性纳米粒子载药系统的制备方法，其特征在于，步骤2.1中将称取100mgPTX溶于15ml的二氯甲烷(DCM)，同时加入59.7mgFmoc-Glu(OtBu)-OH和14.29mg4-二甲氨基吡啶DMAP，将44.85mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)溶于10mlDCM中，在冰浴条件下，将10ml溶于EDC溶液缓慢滴入PTX反应体系中，20-30分钟滴加完毕，除去冰浴，室温下搅拌20-30个小时，用TLC示踪，待反应完后用同体积的DCM 稀释，然后用同体积的蒸馏水洗2次，加入无水硫酸镁干燥，真空旋蒸后得晶状体产物谷氨酸-紫杉醇(Fmoc-Glu(OtBu)-PTX)。
4.根据权利要求2所述的一种两性小分子自组装靶向性纳米粒子载药系统的制备方法，其特征在于，步骤2.2中将上述产物谷氨酸-紫杉醇(Fmoc-Glu(OtBu)-PTX)溶于8mlDCM，在室温搅拌过夜，直至出现浑浊并TLC示踪，将产物再次真空旋蒸除去溶剂，再用乙醚萃取放入冰箱过夜，将乙醚去除，烘干产物，即得脱去了OtBu的Fmoc-Glu(COOH)-PTX白色晶体，将0.01mmolFmoc-Glu(COOH)-PTX溶于DMF中，加入EDC和NHS活化Fmoc-Glu(COOH)-PTX的羧基，室温搅拌4-6小时，加入0.01mmol摩尔2DA，室温搅拌过夜，将反应液经硅胶柱纯化，得到纯化的2-氨基-谷氨酸-紫杉醇(2DA-Fmoc-Glu-PTX)，将2DA-Fmoc-Glu-PTX溶于在DCM体系中加入2ml哌啶，用乙醚萃取，用TLC示踪，得到2DA-NH2-Glu-PTX前药。
5.根据权利要求2所述的一种两性小分子自组装靶向性纳米粒子载药系统的制备方法，其特征在于，步骤2.3中将0.1mmol2DA-NH2-Glu-PTX前药中加入DCM溶解后，加入0.1mmol荧光染料FITC，室温搅拌过夜，将反应液经G15聚糖凝胶层析柱分离纯化，去除没有共价偶联的2DA-NH2-Glu-PTX和FITC片段，得到纯化的2氨基葡萄糖-荧光染料紫杉醇前药(2DA-NH2-Glu-PTX-FITC)小分子单体，-20℃储存备用。
6.根据权利要求2所述的一种两性小分子自组装靶向性纳米粒子载药系统的制备方法，其特征在于，步骤2.4中用纳米沉淀法制备，将0.1mmol2DA-NH2-Glu-PTX-FITC的小分子单体溶于THF在室温下由有机相转入水相，并除去有机相四氢呋喃THF,用2500-3500转离心2-6min后除去沉淀，得到分布均一靶向性纳米载药系统。
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