CN107596380B

CN107596380B - 基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN107596380B
Application number: CN201710782790.7A
Authority: CN
Inventors: 蒋涛; 王志莹; 池彦伟; 王鑫; 董文佩; 辛鹏洋; 孙文欠; 陈长坡; 毛龙飞
Original assignee: Henan Normal University
Current assignee: Henan Normal University
Priority date: 2017-09-03
Filing date: 2017-09-03
Publication date: 2020-09-11
Anticipated expiration: 2037-09-03
Also published as: CN107596380A

Abstract

本发明公开了一种基于聚乙二醇‑聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药及其制备方法和应用，属于生物医用高分子材料及其作为药物载体的应用技术领域。本发明的技术方案要点为：基于聚乙二醇‑聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药，其特征在于其结构式如下：

其中mPEG的分子量为5000，m与n的比值为1:1‑8。本发明还具体公开了该基于聚乙二醇‑聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药的制备方法及其在制备刺激响应性及靶向性抗癌药物中的应用。本发明的喜树碱前药具有良好的生物相容性和抑制肿瘤细胞增殖的能力，基于聚乙二醇‑聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药结构合理明确，对药物的键合效率高，合成条件不苛刻，制备过程简单。

Description

基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于生物医用高分子材料及其作为药物载体的应用技术领域，具体涉及一种基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，嵌段共聚物在药物传递和基因载体方面的研究发展迅速，纳米聚合物与药物以共价键形式相连组成的前药成为时下研究的热点，其突出的优点在于药物与聚合物以共价键连接，有利于实现定点、定时释放，药物连接到聚合物上后会呈现出生物惰性，因而药物在被释放前不会对人体产生伤害，对病人的损伤较小。聚碳酸酯强度高、弹性系数高、冲击强度高以及使用温度范围广，且具有易降解、生物相容性良好和对人体无毒无害的优点。通过形成两亲性多官能团聚合物包裹疏水性药物可隐蔽生物活性物质，如蛋白质和多肽等，使其在到达作用位点前保持前体药物的生物活性，并使其能够靶向进入到疾病部位的血管或炎症组织处而不影响正常组织，因此，药物就有可能只在病患处释放，大大降低了副作用发生的可能性。此外，纳米聚合物前药有助于增加药物的药代动力学，已有部分经FDA批准直接用于药物治疗，这已是未来新药的设计方向与发展趋势。

最近，基于二硫键还原敏感型的生物可降解聚合物备受关注，被广泛地用于制备高效传递及可控释放的生物医学材料领域。还原型硫醇与二硫键之间的交换反应是使二硫键断裂的原因，进而可导致还原敏感聚合物随硫醇浓度变化达到可控降解。这一重要特性已被用于药物和基因对肿瘤组织及细胞内的高效传递，例如经二硫键连接封端剂的阳离子环糊精多轮烷可实现对细胞内的基因传递和可控释放。

喜树碱作为抗癌药物在全世界范围内被广泛应用，但由于其水溶性差、药代动力学低及在血液中积累量小，难以穿透血脑屏障进入细胞内等缺点，科学家们将诸如喜树碱类小分子抗癌药物做成前药或物理包埋进入嵌段共聚物中来克服上述缺点。

本发明基于聚碳酸酯的诸多优势特点合成了5-炔丙氧基-三亚甲基碳酸酯(PTMC)与聚乙二醇单甲醚(mPEG)共聚物，基于二硫键的还原敏感性能合成了含有二硫键的喜树碱叠氮化物，通过click反应将喜树碱叠氮化学连接到聚合物上制备出基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药及其制备方法，该方法制得的喜树碱前药具有良好的生物相容性和抑制肿瘤细胞增殖的能力，可用作制备刺激响应性抗癌药物。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药，其特征在于其结构式如下：

其中mPEG的分子量为5000，m与n的比值为1:1-8。

进一步优选，所述基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药的数均分子量为 8000-15000，该喜树碱前药中含有还原敏感性的二硫键基团，在还原性条件下二硫键断裂，巯基进攻碳酸酯键形成五元环状内酯

进而喜树碱从喜树碱前药中释放出来。

本发明所述的基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药的制备方法，其特征在于：首先将5-炔丙氧基-三亚甲基碳酸酯PTMC与聚乙二醇单甲醚mPEG开环聚合制得高分子载体mPEG-b-PPTMC；其次将2,2-二羟乙基二硫化物的羟基叠氮化制备叠氮乙基羟乙基二硫化物，所得叠氮乙基羟乙基二硫化物通过碳酸酯键与喜树碱键合制得还原敏感性的喜树碱叠氮化物N₃-SS-CPT；最后将喜树碱叠氮化物N₃-SS-CPT与高分子载体 mPEG-b-PPTMC通过click反应制得基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药 (mPEG-b-PPTMC)-g-SS-CPT。

进一步优选，所述的基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药的制备方法，其特征在于具体步骤为：

(1)高分子载体mPEG-b-PPTMC的制备，以聚乙二醇单甲醚mPEG为大分子引发剂，以辛酸亚锡为催化剂，5-炔丙氧基-三亚甲基碳酸酯PTMC本体开环聚合制得高分子载体mPEG-b-PPTMC，其结构式为：

(2)喜树碱叠氮化物N₃-SS-CPT的制备，2,2-二羟乙基二硫化物在三乙胺存在下与甲烷磺酰氯反应所得化合物与叠氮钠反应制备出叠氮乙基羟乙基二硫化物，喜树碱在DMAP存在下与对硝基苯基氯甲酸酯反应所得叠氮乙基羟乙基二硫化物与叠氮乙基羟乙基二硫化物反应制得喜树碱叠氮化物N₃-SS-CPT，其结构式为：

(3)基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药(mPEG-b-PPTMC)-g-SS-CPT的制备，以溴化亚铜为催化剂，高分子载体mPEG-b-PPTMC与喜树碱叠氮化物N₃-SS-CPT 发生click反应，所得粗产品依次用DMF、水透析，最后冻干得到目标前药 (mPEG-b-PPTMC)-g-SS-CPT。

本发明所述的基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药在制备刺激响应性及靶向性抗癌药物中的应用，其特征在于具体过程为：所述基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药(mPEG-b-PPTMC)-g-SS-CPT在水溶液中自组装形成前药胶束，疏水性药物喜树碱与聚碳酸酯形成胶束的核，亲水性PEG链段形成胶束的外壳起到稳定胶束的作用，喜树碱通过还原敏感的二硫键与碳酸酯相连，在还原性条件下发生断裂从而释放出前药胶束核中的抗癌药物喜树碱。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明采用生物相容性良好的聚乙二醇和聚碳酸酯作为药物载体，以在还原性条件可以断裂的二硫键为还原敏感性连接基团，制备了具有良好生物相容性的还原敏感性喜树碱前药，与原喜树碱相比，喜树碱前药具有良好的水溶性和贮存稳定性，而在肿瘤细胞环境中易于分解，大大增加了其应用价值；

2、本发明获得的基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性的喜树碱前药在水中可自组装形成稳定的前药胶束，亲水性聚乙二醇作为胶束外壳起到稳定胶束、提高胶束血液循环时间的作用，当前药胶束到达肿瘤或病变组织时，局部还原性条件使二硫键发生断裂，从而释放出抗癌药物，增加了药物的利用率与靶向性，在癌症的治疗方面，具有潜在的应用价值；

3、本发明提供的基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药结构合理明确，对药物的键合效率高，合成条件不苛刻，制备过程简单。

附图说明

图1是实施例1合成的高分子载体mPEG-b-PPTMC的核磁共振氢谱谱图；

图2是实施例3合成的喜树碱叠氮化物N₃-SS-CPT的核磁共振氢谱谱图；

图3是实施例4合成的基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药 (mPEG-b-PPTMC)-g-SS-CPT的核磁共振氢谱谱图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

5-炔丙氧基-三亚甲基碳酸酯(PTMC)0.2g、mPEG5000 0.326g和Sn(Oct)₂甲苯溶液(10mg/mL)39uL，在真空度为1pa时封管聚合，于140℃反应10h，生成物在MW＝14000 透析袋中先用去离子水透析48h，离心，冷冻干燥，得到高分子载体mPEG-b-PPTMC。

实施例2

2,2-二羟乙基二硫化物5g和三乙胺5.4mL溶于20mL四氢呋喃中，逐滴滴加3.7g甲烷磺酰氯的10mL四氢呋喃溶液，于室温反应0.5h，然后加入60mL水，用乙酸乙酯50mL 萃取3次，有机相用无水硫酸钠干燥，减压浓缩，所得产物溶于20mL二氯甲烷中，加入 6.26g叠氮钠，于60℃反应过夜，反应停止后加入160mL水，用乙酸乙酯50mL萃取3次，有机相用无水硫酸钠干燥，减压浓缩，所得粗产物经柱层析纯化(正己烷：乙酸乙酯＝6:1-2:1) 得到无色油状液体。

¹H NMR(600MHz,CDCl₃):δ3.86-3.89(t,2H),3.57-3.61(t,2H),2.84-2.88(m,4H),2.22 (s,1H)。

实施例3

喜树碱0.2g、对硝基苯基氯甲酸(4-Nitrophenyl chloroformate)0.115g和DMAP154.3mg 溶解在20mL CH₂Cl₂中，Ar保护10min，于0℃反应2.5h后加入叠氮乙基羟乙基二硫化物0.21g的10mL CH₂Cl₂溶液，于室温继续反应24h，减压浓缩，所得粗产物经柱层析纯化(CH₃OH：CH₂Cl₂＝1:200-1:100)得到目标产物喜树碱叠氮化物N₃-SS-CPT 0.08g，产率25％。

¹H NMR(600MHz,CDCl₃)δ8.47-8.39(m,1H),8.26(d,1H),7.95(d,1H),7.86(d,1H),7.74-7.65(m,1H),7.49(s,1H),5.72(t,1H),5.43-5.27(m,3H),4.45-4.31(m,2H),3.97-3.84(m, 1H),3.04-2.82(m,3H),2.34-2.12(m,2H),1.03(t,3H)。ESI-MS for C₂₅H₂₃N₅O₆S₂[M+Na⁺] calcd:553.1090，found:576.0996。

实施例4

将高分子载体mPEG-b-PPTMC 0.1g、喜树碱叠氮化物N₃-SS-CPT 48mg溶解在6mLCH₂Cl₂中，Ar保护下加入13.7mg CuBr和16.6mg PMDETA，室温反应36h，减压浓缩后用DMF溶解，在MW＝14000透析袋中依次用水、DMF、水透析48h，冷冻干燥后得到基于目标前药(mPEG-b-PPTMC)-g-SS-CPT。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims

1.基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药的制备方法，其特征在于其结构式如下：

其中mPEG的分子量为5000，m与n的比值为1:1-8；基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药的数均分子量为8000-15000，该喜树碱前药中含有还原敏感性的二硫键基团，在还原性条件下二硫键断裂，巯基进攻碳酸酯键形成五元环状内酯

进而喜树碱从喜树碱前药中释放出来；

所述基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药的具体制备过程为：首先将5-炔丙氧基-三亚甲基碳酸酯PTMC与聚乙二醇单甲醚mPEG开环聚合制得高分子载体mPEG-b-PPTMC；其次将2,2-二羟乙基二硫化物的羟基叠氮化制备叠氮乙基羟乙基二硫化物，所得叠氮乙基羟乙基二硫化物通过碳酸酯键与喜树碱键合制得还原敏感性的喜树碱叠氮化物N₃-SS-CPT；最后将喜树碱叠氮化物N₃-SS-CPT与高分子载体mPEG-b-PPTMC通过click反应制得基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药(mPEG-b-PPTMC)-g-SS-CPT。

2.根据权利要求1所述的基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药的制备方法，其特征在于具体步骤为：

(3)基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药(mPEG-b-PPTMC)-g-SS-CPT的制备，以溴化亚铜为催化剂，高分子载体mPEG-b-PPTMC与喜树碱叠氮化物N₃-SS-CPT发生click反应，所得粗产品依次用DMF、水透析，最后冻干得到目标前药(mPEG-b-PPTMC)-g-SS-CPT。

3.根据权利要求1或2所述的方法制得的基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药在制备刺激响应性及靶向性抗癌药物中的应用。

4.根据权利要求3所述的基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药在制备刺激响应性及靶向性抗癌药物中的应用，其特征在于具体过程为：所述基于聚乙二醇-聚碳酸酯的还原敏感性喜树碱前药(mPEG-b-PPTMC)-g-SS-CPT在水溶液中自组装形成前药胶束，疏水性药物喜树碱与聚碳酸酯形成胶束的核，亲水性PEG链段形成胶束的外壳起到稳定胶束的作用，喜树碱通过还原敏感的二硫键与碳酸酯相连，在还原性条件下发生断裂从而释放出前药胶束核中的抗癌药物喜树碱。