一种谷胱甘肽响应型双重药物载体及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于生物医学工程材料领域,特别涉及一种谷胱甘肽响应型双重药物载体及其制备方法和应用。
背景技术
聚合物前药是指由高分子聚合物和药物键合而形成的化合物,相对于一般的药物载体而言,前药可以有效地提高疏水性药物的水溶性,延长药物在体内的半衰期,改善药物在体内的分布情况,保护药物免受降解。具有还原性琉基的谷胱甘肽在肿瘤组织中的浓度远远高于在正常组织中的浓度,近年来谷胱甘肽响应型药物载体在药物载体方面得到广泛关注。
Li等设计了二硫键键合的聚乙二醇/喜树碱(CPT)前药分子,该前药在还原条件下由于二硫键的断裂可缓慢释释放出80%的CPT(Chemical Communications2011,47:8647-8649)。Wu等设计了一种新型还原响应型诊疗体系,在二硫键两端分别接有荧光染料分子和抗癌药物,在细胞内高浓度的作用下,释放出功能分子,同时实现肿瘤诊断和癌症治疗作用(Journal of the American Chemical Society 2014,136:3579-3588)。Raghaventra等通过将小分子药物N-乙酰半胱氨酸接枝于树枝型高分子结构上制备了基于二硫键的高分子前药,相对其他研究明显提高了载药量并且达到了良好的控释释放性能(BioconjugateChemistry2008,19:2446-2455)。然而,上述聚合物前药大多不可生物降解,且无法实现药物的协同作用,使其在体内的实际应用受到限制。
因此,如何得到可生物降解、可药物协同的新型药物载体材料,便成为当前生物医学工程领域亟待解决的重要课题。迄今为止,通过麦克尔加成和酰胺化反应制备的具有谷胱甘肽响应的超支化聚酰胺胺双重药物载体及其应用尚未见报道。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足,本发明的首要目的在于提供一种谷胱甘肽响应型双重药物载体的制备方法。
本发明另一目的在于提供通过上述方法制备得到的谷胱甘肽响应型双重药物载体。
本发明再一目的在于提供上述谷胱甘肽响应型双重药物载体在制备生物医学工程材料中的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现:
一种谷胱甘肽响应型双重药物载体的制备方法,包括以下步骤:
(1)端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs)的制备:
将无水氯化钙分别溶于甲醇和纯水中,向N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)中依次加入无水氯化钙的甲醇溶液和水溶液,然后加入N-氨乙基哌嗪,冷凝回流,开始反应,最后再加入N-氨乙基哌嗪封端,调节pH,透析,冷冻干燥,得到端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs);
(2)连接了疏水药物A的聚合物前药分子的制备
避光,将二环己基碳二亚胺(DCC)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和疏水药物A溶解于二甲基亚砜(DMSO),活化疏水药物上的反应基团,然后加入步骤(1)制备的端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs),反应,透析,冷冻干燥,得到连接了疏水药物A的聚合物前药分子;
(3)谷胱甘肽响应型双重药物载体的制备
避光,将步骤(2)所得的连接了疏水药物A的聚合物前药分子溶于纯水中,将疏水药物B溶于丙酮中,然后将疏水药物B的丙酮溶液缓慢滴加到聚合物前药分子的水溶液中,搅拌,透析,冷冻干燥,得到谷胱甘肽响应型双重药物载体。
步骤(1)中,
所述的N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)与N-氨乙基哌嗪、无水氯化钙的摩尔比为1:0.3~1.2:1.5~3.0;优选为1:0.8~1.0:1.8~2.2;
所述的反应的条件为在搅拌速率300~600rpm下反应24~48h,反应温度40~60℃;优选为在搅拌速率300~600rpm下反应24~36h,反应温度40~50℃;
所述的封端时加入的N-氨乙基哌嗪与N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)的摩尔比为0.3~1.2:1,优选为0.9~1.1:1;封端所用时间为4~8h,优选为6~8h;
所述的调节pH指调节溶液pH值至4~6;
所述的透析所使用的透析袋的截留分子量为100~1000;优选为500~1000;
所述的纯水的用量为无水氯化钙的20~50质量倍,优选为22~33质量倍;
所述的甲醇的用量为无水氯化钙的20~50质量倍,优选为22~33质量倍。
步骤(2)中,
所述的端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs)与疏水药物A、二环己基碳二亚胺(DCC)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的摩尔比为0.01~0.1:1:1.0~2.0:1.0~2.0;优选为0.02~0.05:1:1.2~1.5:1.2~1.5;
所述的疏水药物A为氨甲蝶呤(MTX)、喜树碱(CPT)等;
所述的活化时间为30~60min;
所述的反应的条件为在搅拌速率300~600rpm下反应24~36h;
所述的透析所使用的透析袋的截留分子量为100~1000;优选为500~1000;所述的二甲基亚砜(DMSO)的用量为端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs)的100~200质量倍。
步骤(3)中,
所述的连接了疏水药物A的聚合物前药分子与疏水药物B的质量比为1:0.1~1.0;优选为1:0.3~0.6;
所述的疏水药物B为姜黄素(CUR)、氨甲蝶呤(MTX)、喜树碱(CPT)等;
所述的缓慢滴加时间以30~120min计,优选为以60~80min计;
所述的搅拌的条件为搅拌速率300~600rpm下搅拌12~48h;优选为搅拌速率300~600rpm下搅拌24~36h;
所述的透析所使用的透析袋的截留分子量为100~1000;优选为500~1000;
所述的纯水的用量为连接了疏水药物A的聚合物前药分子的5~20质量倍,优选为10~15质量倍;
所述的丙酮的用量为疏水药物B的2~10质量倍,优选为5~8质量倍。
所述的N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)的制备方法,包括如下步骤:
将胱胺二盐酸盐和氢氧化钠固体分别溶解于纯水中,将丙烯酰氯溶于二氯甲烷中,然后冰浴条件下将氢氧化钠水溶液和丙烯酰氯的二氯甲烷溶液缓慢交替滴加至胱胺二盐酸盐的水溶液中,滴加完后常温下反应,萃取分离,旋蒸,干燥,得到N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA);
所述的胱胺二盐酸盐、氢氧化钠、丙烯酰氯的摩尔比为1:1.5~3.0:1.5~3.0;所述的缓慢交替滴加时间以20~100min计,所述的反应的条件为搅拌速率300~600rpm下反应4~12h;所述的萃取步骤使用二氯甲烷萃取,萃取时所用二氯甲烷和反应体系溶液的体积比为20~50:1;所述的旋蒸温度为40~60℃;所述的干燥为真空干燥12~24h;所述的纯水的用量为胱胺二盐酸盐的2~10质量倍,为氢氧化钠的1~5质量倍,所述的二氯甲烷的用量为丙烯酰氯的0.5~2.0体积倍。
一种谷胱甘肽响应型双重药物载体,通过上述制备方法制备得到。
所述的谷胱甘肽响应型双重药物载体在制备生物医学工程材料中的应用。
本发明的机理为:
超支化聚酰胺胺分子结构内部包含大量双硫键,其可在肿瘤部位还原断裂,从而在释放药物的同时实现高聚物在人体内的生物降解。其与疏水药物共价结合形成的前药分子可自组装成胶束,其空腔内可负载另一种疏水药物,有效提高载药量和促进药物协同作用。本发明首先通过麦克尔加成反应得到超支化聚酰胺胺;然后通过酰胺化反应将疏水药物连接在高聚物的末端基团氨基上形成前药胶束分子;然后通过前药胶束分子的主客体组装再负载另一种疏水药物,制备得到谷胱甘肽响应型双重药物载体。
本发明相对于现有技术,具有如下的优点及效果:
(1)超支化分子水溶性好、生物相容性好、其代谢产物毒性小。
(2)超支化分子的大量可修饰基团(氨基)为其进一步功能化提供了反应位点,有利于拓展该药物载体的应用领域和开发新应用。
(3)超支化分子在体内循环时间长,可有效提高药物利用率。
(4)该材料具备谷胱甘肽响应效应,可生物降解。
(5)该材料的制备方法温和、操作方便,副产物少且产物易于分离纯化,有利于材料的生物相容性。
(6)该材料显正电性,有利于药物与细胞的亲和。
(7)该材料所带有的大量氨基可与DNA有效复合,在基因传递方面有潜在的应用。
(8)本发明材料成分简单、原料易得、生物相容性好,表面的大量可修饰功能团为其在制备生物医药工程材料的应用提供支持,有望在生物医学工程材料领域得到广泛应用。
附图说明
图1是实施例1制备得到的N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)的核磁氢谱图。
图2是实施例5制备得到的端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs)的核磁氢谱图。
图3是实施例7制备得到的连接了氨甲蝶呤的聚合物前药分子(PAAs-MTX)的核磁氢谱图。
图4是姜黄素(CUR)以及实施例7、10所得的连接了氨甲蝶呤的聚合物前药分子(PAAs-MTX)、谷胱甘肽响应型双重药物载体(PAAs-MTX/CUR)的体外细胞毒性实验结果图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1:N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)的合成
将胱胺二盐酸盐和氢氧化钠固体分别溶解于纯水中,将丙烯酰氯溶于二氯甲烷中,然后冰浴条件下将氢氧化钠水溶液和丙烯酰氯的二氯甲烷溶液20min缓慢交替滴加至胱胺二盐酸盐的水溶液中,滴加完后常温下反应6h,反应过程中磁力搅拌,转速为300rpm;反应结束后,使用二氯甲烷萃取分离,40℃旋蒸溶剂,然后40℃真空干燥12h,得到N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)。
所述的胱胺二盐酸盐、氢氧化钠、丙烯酰氯的摩尔比为1:2.7:2.5;所述萃取时所用二氯甲烷和反应体系溶液的体积比为20:1;所用纯水的量为胱胺二盐酸盐的4质量倍,为氢氧化钠的2.5质量倍,所用二氯甲烷的量为丙烯酰氯的1体积倍。
实施例2:N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)的合成
将胱胺二盐酸盐和氢氧化钠固体分别溶解于纯水中,将丙烯酰氯溶于二氯甲烷中,然后冰浴条件下将氢氧化钠水溶液和丙烯酰氯的二氯甲烷溶液100min缓慢交替滴加至胱胺二盐酸盐的水溶液中,滴加完后常温下反应12h,反应过程中磁力搅拌,转速为600rpm;反应结束后,使用二氯甲烷萃取分离,60℃旋蒸溶剂,然后40℃真空干燥24h,得到N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)。
所述的胱胺二盐酸盐、氢氧化钠、丙烯酰氯的摩尔比为1:1.5:1.5;所述萃取时所用二氯甲烷和反应体系溶液的体积比为50:1;所用纯水的量为胱胺二盐酸盐的10质量倍,为氢氧化钠的5质量倍,所用二氯甲烷的量为丙烯酰氯的2体积倍。
实施例3:N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)的核磁表征
将实施例1得到的N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)溶解于氘代氯仿中进行核磁氢谱表征。如图1所示,化学位移在2.92、3.60、6.65ppm处的峰对应于胱胺二盐酸盐上亚甲基的质子峰;化学位移在5.62、6.25ppm处的峰对应于丙烯酰氯碳碳双键上的质子峰。图1结果证明该步反应成功的合成了N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)。
实施例4:端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs)的合成
将无水氯化钙分别溶于甲醇和纯水中,向实施例1制备得到的N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)中依次加入无水氯化钙的甲醇溶液和水溶液,然后加入N-氨乙基哌嗪,40℃下冷凝回流24h,反应过程中磁力搅拌,转速为300rpm,最后再加入N-氨乙基哌嗪封端6h,调节pH值为4,使用截留分子量为500的透析袋透析3天,冷冻干燥,得到端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs)。
所述的N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)与N-氨乙基哌嗪、无水氯化钙的摩尔比为1:0.8:1.8;所述封端时加入的N-氨乙基哌嗪与N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)的摩尔比为0.9:1;所用纯水的量为无水氯化钙的33质量倍,所用甲醇的量为无水氯化钙的33质量倍。
实施例5:端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs)的合成
将无水氯化钙分别溶于甲醇和纯水中,向实施例1制备得到的N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)中依次加入无水氯化钙的甲醇溶液和水溶液,然后加入N-氨乙基哌嗪,50℃下冷凝回流36h,反应过程中磁力搅拌,转速为600rpm,最后再加入N-氨乙基哌嗪封端8h,调节pH值为5,使用截留分子量为1000的透析袋透析3天,冷冻干燥,得到端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs)。
所述的N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)与N-氨乙基哌嗪、无水氯化钙的摩尔比为1:1:2.2;所述封端时加入的N-氨乙基哌嗪与N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)的摩尔比为1.1:1;所用纯水的量为无水氯化钙的22质量倍,所用甲醇的量为无水氯化钙的22质量倍。
实施例6:端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs)的核磁表征
将实施例5得到的端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs)溶解于重水中进行核磁表征。如图2所示,化学位移在2.5~2.9ppm处的峰对应于N-氨乙基哌嗪上的质子峰;化学位移在2.92、3.25、3.30、3.60ppm处的峰对应于N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)上亚甲基的质子峰;且原N,N'-双(丙烯酰)胱胺(CBA)上碳碳双键上的质子峰消失,说明碳碳双键发生了化学变化。图2结果证明通过麦克尔加成反应成功合成了超支化聚酰胺胺(PAAs)。
实施例7:连接了氨甲蝶呤(MTX)的聚合物前药分子(PAAs-MTX)的制备
避光,将二环己基碳二亚胺(DCC)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和氨基蝶呤(MTX)溶解于二甲基亚砜(DMSO),活化氨甲蝶呤上的羧基60min,然后加入实施例5制备的端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs),室温下反应24h,反应过程中磁力搅拌,转速为300rpm,使用截留分子量为500的透析袋透析3天,冷冻干燥,得到连接了氨甲蝶呤(MTX)的聚合物前药分子(PAAs-MTX)。
所述端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs)与氨甲蝶呤(MTX)、二环己基碳二亚胺(DCC)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的摩尔比为0.02:1:1.2:1.2;所用二甲基亚砜(DMSO)的量为端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs)的100质量倍。
实施例8:连接了喜树碱(CPT)的聚合物前药分子(PAAs-CPT)的制备
避光,将二环己基碳二亚胺(DCC)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和喜树碱(CPT)溶解于二甲基亚砜(DMSO),活化喜树碱上的羟基30min,然后加入实施例4制备的端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs),室温下反应36h,反应过程中磁力搅拌,转速为600rpm,使用截留分子量为1000的透析袋透析3天,冷冻干燥,得到连接了喜树碱(CPT)的聚合物前药分子(PAAs-CPT)。
所述端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs)与喜树碱(CPT)、二环己基碳二亚胺(DCC)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的摩尔比为0.05:1:1.5:1.5;所用二甲基亚砜(DMSO)的量为端基为氨基的超支化聚酰胺胺(PAAs)的200质量倍。
实施例9:连接了氨甲蝶呤(MTX)的聚合物前药分子(PAAs-MTX)的核磁表征
将实施例7得到的连接了氨甲蝶呤(MTX)的聚合物前药分子(PAAs-MTX)溶解于氘代二甲基亚砜中,进行核磁表征。如图3所示,除开重叠的峰,化学位移在6.5~9.0ppm处的峰对应于氨甲蝶呤上的部分质子峰;化学位移在2.5~2.9ppm处的峰对应于超支化聚酰胺胺(PAAs)上部分质子峰;图3结果证明通过酰胺化反应成功制备了连接了氨甲蝶呤(MTX)的聚合物前药分子(PAAs-MTX)。
实施例10:谷胱甘肽响应型双重药物载体(PAAs-MTX/CUR)的制备
避光,将实施例7所得的连接了氨甲蝶呤(MTX)的聚合物前药分子溶于纯水中,将姜黄素(CUR)溶于丙酮中,然后将姜黄素的丙酮溶液缓慢滴加到聚合物前药分子的水溶液中,室温条件下磁力搅拌24h,转速为600rpm,使用截留分子量为500的透析袋透析3天,冷冻干燥,得到谷胱甘肽响应型双重药物载体(PAAs-MTX/CUR)。
所述的连接了氨甲蝶呤(MTX)的聚合物前药分子与姜黄素的质量比为1:0.3;所述缓慢滴加时间以80min计;所用纯水的量为聚合物前药分子的10质量倍,所用丙酮的量为姜黄素的5质量倍。
实施例11:谷胱甘肽响应型双重药物载体(PAAs-MTX/CPT)的制备
避光,将实施例7所得的连接了氨甲蝶呤(MTX)的聚合物前药分子溶于纯水中,将喜树碱(CPT)溶于丙酮中,然后将喜树碱的丙酮溶液缓慢滴加到前药分子的水溶液中,室温条件下磁力搅拌36h,转速为300rpm,使用截留分子量为1000的透析袋透析3天,冷冻干燥,得到谷胱甘肽响应型双重药物载体(PAAs-MTX/CPT)。
所述的连接了氨甲蝶呤(MTX)的聚合物前药分子与喜树碱的质量比为1:0.6;所述缓慢滴加时间以60min计;所用纯水的量为聚合物前药分子的15质量倍,所用丙酮的量为喜树碱的8质量倍。
实施例12:谷胱甘肽响应型双重药物载体(PAAs-MTX/CUR)联合用药对MCF-7细胞增殖的影响
将姜黄素(CUR)以及实施例7、10所得的连接了氨甲蝶呤的聚合物前药分子(PAAs-MTX)、谷胱甘肽响应型双重药物载体(PAAs-MTX/CUR)分别溶解于纯水中,过滤灭菌后分别按照一定的浓度梯度(0.125、0.25、0.5、1、2、4、8mg/mL)加入到人体乳腺癌细胞(MCF-7,市售)中共培养。24小时后,采用CCK-8法测定物质的细胞毒性,结果如图4所示。在相同条件下,实施例10得到的谷胱甘肽响应型双重药物载体(PAAs-MTX/CUR)的肿瘤细胞抑制率均高于实施例7所得到的连接了氨甲蝶呤的聚合物前药分子(PAAs-MTX)和姜黄素纯药,表明PAAs-MTX/CUR载药粒子对MCF-7细胞表现出明显的抗肿瘤能力。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。