CN107899021A - 一种表面修饰s‑层蛋白的壳聚糖微球、制备及应用 - Google Patents

一种表面修饰s‑层蛋白的壳聚糖微球、制备及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种表面修饰S‑层蛋白的壳聚糖微球、制备及应用,所述壳聚糖微球采用乳化交联法进行制备,并通过乳酸菌S‑层蛋白修饰。(1)本发明采用乳酸菌S‑层蛋白对壳聚糖微球的表面进行修饰,延长其在体内作用时间,增加其稳定性;(2)本发明所述壳聚糖微球能够控制药物释放速度,降低药物毒副作用,改善药物的稳定性和改变给药途径等优点。

Description

一种表面修饰S-层蛋白的壳聚糖微球、制备及应用
技术领域
本发明涉及壳聚糖微球的制备领域,特别涉及一种S-层蛋白修饰壳聚糖微球的制备方法和应用,具体为乳酸菌的S-层蛋白修饰的壳聚糖微球及其在功能性食品和药品领域的应用。
背景技术
壳聚糖是一种带正电荷的天然多糖,无毒、无刺激性、无致敏性、无致突变作用、无溶血效应,具有良好的生物相容性、生物降解性、生物黏附性和促进药物吸收的作用。将壳聚糖制成载药微球,能够控制药物释放速度,降低药物的毒副作用,提高疏水性药物对细胞膜的通透性,改善药物的稳定性和改变给药途径,延长药物疗效以及靶向给药等。近年来,已有多种药物实现了壳聚糖微球作为缓释控释载体,并实现了在胃、结肠、肝、肾等部位给药,在生物医学领域表现出良好的应用前景。
乳酸杆菌S-层蛋白作为已知最小的S-层蛋白,可作为S-层蛋白结构和功能的研究模型,其显著的结晶特性、基因的可修饰性以及S-层晶格空间结构特性,在生物技术、纳米科技和生物医药等方面有着巨大的应用前景。乳酸杆菌作为益生菌,利用S-层蛋白的启动子或基因序列进行外源蛋白的表达、抗原表位的展示等应用,为生物安全基因工程疫苗的研究开辟了一条新途径。此外,乳酸菌的S-层蛋白的生物拮抗作用备受人们的关注,但其机制还不清楚。
发明内容
本发明的目的在于提供一种表面修饰S-层蛋白的壳聚糖微球、制备及应用。通过S-层蛋白在壳聚糖表面修饰,不仅能够使得壳聚糖微球在体内作用更长时间,控制药物释放,同时利用S-层蛋白的益生功能,提高壳聚糖微球的功能特性。
本发明制备S-层蛋白壳聚糖微球的方法简单、可行、质量可控,且制备出来的S-层蛋白修饰壳聚糖微球的粒径小,具有广大的市场应用价值。
为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种S-层蛋白修饰壳聚糖微球,所述壳聚糖微球是以壳聚糖为载体,戊二醛为 交联剂,以Span-80为乳化剂,环己烷为油相,通过乳化交联法制备的,并通过 乳酸菌S-层蛋白进行修饰,其中,S-层蛋白与壳聚糖微球的质量比为1:1.2~1.9。
具体制备方法包括以下步骤:
(1)乳酸菌S-层蛋白提取:收集乳酸菌在MRS培养基中生长至对数期的菌体,洗涤后与LiCl/GuHCl溶液先后混合孵育,离心收集上清后得S-层蛋白提取物;
(2)乳酸菌S-层蛋白纯化:采用SP Sepharose(HP)柱对步骤(1)中S-层蛋白粗提物进行分离纯化;
(3)乳酸菌S-层蛋白鉴定:采用MALDI-TOF-TOF质谱鉴定步骤(2)中纯化后的S-层蛋白的序列;
(4)壳聚糖微球制备:将壳聚糖物质加入适量体积及浓度醋酸溶液中,配置成壳聚糖溶液,按5-氟尿嘧啶与壳聚糖的质量比称取相应质量的5-氟尿嘧啶投放到上述醋酸溶液中,搅拌使其溶解后,慢慢加入到含有Span-80与环己烷的锥形瓶中,充分搅拌后,维持一段时间,按比例加入戊二醛继续反应,分离产物,洗涤,冷冻干燥后,得到壳聚糖微球;
(5)乳酸菌S-层蛋白修饰壳聚糖微球:将步骤(2)中纯化的S-层蛋白和步骤(4)中制备的壳聚糖微球分别溶于磷酸盐缓冲液,两者混合后在一定条件下孵育,离心弃去上清,得S-层蛋白修饰壳聚糖微球;
(6)S-层蛋白修饰壳聚糖微球性状观测:采用光学显微镜观察形状、大小和初步的分布,之后用激光粒度分析仪和扫描电镜进行粒度分析;
(7)S-层蛋白修饰壳聚糖微球的体外释放检测:制备包埋5-氟尿嘧啶的S-层蛋白修饰壳聚糖微球,分别称取适量的5-氟尿嘧啶粉末,壳聚糖微球和S-层蛋白修饰壳聚糖微球,置于含有5 mL的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲液的透析袋中,紧密封口,然后分别置于200 mL的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲液中,以100 r/min的速率恒温震荡,定时取5 mL的释放介质在265 nm测定其紫外吸光度,同时补充等量释放液,根据标准曲线计算浓度,并绘制累计释药率-时间曲线。
优选的,步骤(1)中所述乳酸菌为携带S-层蛋白的乳酸菌,包括嗜酸乳杆菌、布氏乳杆菌、瑞士乳杆菌、短乳杆菌、开菲尔乳杆菌、卷曲乳杆菌的一种或多种。
优选的,步骤(1)中LiCl/GuHCl溶液的浓度分别为5 mol/mL和4 mol/mL,每克湿菌体与10 mL的LiCl溶液37℃孵育30 min,离心取上清后,与5 mL的GuHCl溶液37℃孵育60min。
优选的,醋酸浓度0.2 mol/L,水油相比为1:2,交联剂用量2 mL,药物载体质量比为1:4,Span-80的用量1 mL。
优选的,步骤(5)中蛋白浓度为340 μg/mL,25℃,50 r/min恒温孵育4 h。
所述的表面修饰S-层蛋白的壳聚糖微球在功能性食品中的应用。
所述的表面修饰S-层蛋白的壳聚糖微球在药品中的应用。
本发明的原理在于:分离纯化后的S-层蛋白具有自组装特性,等电点偏碱性,在磷酸盐缓冲液中带负电荷,壳聚糖是带有正电荷的天然多糖,S-层蛋白能够在壳聚糖微球表面吸附组装,形成高度规则的晶格结构,根据此原理,本发明提供了一种S-层蛋白修饰壳聚糖微球的方法。
有益效果:
(1)本发明采用乳酸菌S-层蛋白对壳聚糖微球的表面进行修饰,延长其在体内作用时间,增加其稳定性;
(2)本发明所述壳聚糖微球能够控制药物释放速度,降低药物毒副作用,改善药物的稳定性和改变给药途径等优点。
附图说明
图1是嗜酸乳杆菌S-层蛋白的离子交换层析图谱。
图2是纯化后的嗜酸乳杆菌S-层蛋白的SDS-PAGE。
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。本发明中所使用的术语,除非有另外说明,一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。
实施例1
一种表面修饰S-层蛋白的壳聚糖微球,所述壳聚糖微球以壳聚糖为载体,戊二醛为交联剂,以Span-80为乳化剂,环己烷为油相,通过乳化交联法制备的。其中,S-层蛋白与壳聚糖微球的质量比为1:1.32。
(1)乳酸菌S-层蛋白提取:
乳酸菌采用嗜酸乳杆菌CICC 6075(中国工业微生物菌种保藏管理中心),用MRS培养基中生长至对数期,离心收集菌体,用磷酸盐缓冲液洗涤后,每克湿菌体中加入10 mL的5mol/L的LiCl溶液,在37℃孵育0.5 h,离心后弃上清;再加入5 mL的4 mol/L的CuHCl溶液,37℃作用1 h后,离心收集上清,透析,冷冻干燥得嗜酸乳杆菌S-层蛋白粗提物。
(2)嗜酸乳杆菌S-层蛋白纯化:
将步骤(1)中S-层蛋白粗提物采用SP Sepharose(HP)柱进行分离纯化。8 mol/L 尿素-Tris-HCl溶液(pH 7.0,Buffer A)作为起始缓冲液平衡柱子,嗜酸乳杆菌S-层蛋白粗提物于8 mol/L 尿素-Tris-HCl溶液(pH 7.0,Buffer A)中溶解,蛋白总的上样量应低于30 mg。采用含Buffer B(含1 mol/L氯化钠)作为洗脱液进行线性洗脱,洗脱流速0.5 mL/min,紫外波长280 nm处检测吸光度值,收集洗脱峰,见图1,有2个吸收峰,分别收集用SDS-PAGE分析,发现峰2为S-层蛋白吸收峰,收集峰2洗脱液,透析48 h,离心获得沉淀,冻干后获得纯度较高的嗜酸乳杆菌S-层蛋白。
(3)嗜酸乳杆菌S-层蛋白鉴定:
采用SDS-PAGE(十二烷基硫酸钠聚丙烯酰氨凝胶电泳)鉴定步骤(2)纯化后的S-层蛋白分子量:SDS-PAGE采用12%分离胶和5%浓缩胶,取步骤(2)纯化后的S-层蛋白溶解后与上样缓冲液等体积混合,沸水浴8 min,每孔上样10 μL,浓缩胶90V恒压30 min,分离胶120V恒压1.5 h,电泳结束后用考马斯亮蓝R-250染色,电泳图见图2,可见嗜酸乳杆菌S-层蛋白分子量约为46 kDa。
采用MALDI-TOF-TOF质谱鉴定步骤(2)中纯化后的S-层蛋白的序列;将SDS-PAGE凝胶上经纯化后的条带割下,采用5800超高分辨飞行时间生物质谱仪进行MALDI-TOF-TOF质谱鉴定,质谱数据用MASCOT软件在NCBI数据库进行搜索和匹配,确定所测蛋白来源于嗜酸乳杆菌S-层蛋白,该蛋白质分子量约为45.982 kDa,与电泳结果一致,蛋白理论等电点为9.55;
(4)壳聚糖微球制备:
以5-氟尿嘧啶为包封物,以壳聚糖微球的载药量和包封率为指标,通过正交试验确定壳聚糖微球制备的最优方案。考察因素为醋酸浓度,水油相比,交联剂用量,药物/载体比。
微球的载药量和包封率测定:准确称取适量微球,置于锥形瓶中,加入50 mL 0.5mol/L的盐酸溶液溶解24 h,过滤,以0.5 mol/L盐酸溶液做参照,在265nm处测其紫外吸光度,计算药物含量:药物含量=(微球中的药物质量÷称取的微球质量)×100%,药物包封率=(药物含量÷药物理论含量)×100%。
确定壳聚糖微球制备的最优工艺为:将20 mg壳聚糖物质加入0.2 mol/L醋酸溶液中,水油相比为1:2,配置成壳聚糖溶液,按5-氟尿嘧啶与壳聚糖的质量比为1:6称取相应质量的5-氟尿嘧啶投放到上述醋酸溶液中,搅拌使其溶解后,慢慢加入到含有Span-80与环己烷的锥形瓶中,充分搅拌后,维持一段时间,加入2 mL戊二醛继续反应,分离产物,洗涤,冷冻干燥后,得到壳聚糖微球。此时壳聚糖微球的载药量为8.85%,包封率为44.30%。
(5)嗜酸乳杆菌S-层蛋白修饰壳聚糖微球:
将步骤(2)中纯化的S-层蛋白和步骤(4)中制备的壳聚糖微球分别溶于磷酸盐缓冲液,蛋白浓度为340 μg/mL的嗜酸乳杆菌S-层蛋白溶液2 mL,加入1 mL的壳聚糖微球溶液(对应干重约为0.514 mg)两者混合后,25℃,50 r/min恒温孵育4 h,离心弃去上清,得S-层蛋白修饰壳聚糖微球。
(6)S-层蛋白修饰壳聚糖微球性状观测:
采用光学显微镜观察单一微球的色泽、颗粒大小的均一性、微球的分散状态、微球的圆整度及微球的黏连程度,之后用激光粒度分析仪和扫描电镜进行粒度分析。
(7)S-层蛋白修饰壳聚糖微球的体外释放检测:
制备包埋5-氟尿嘧啶的S-层蛋白修饰壳聚糖微球,分别称取适量的5-氟尿嘧啶粉末,壳聚糖微球和S-层蛋白修饰壳聚糖微球,置于含有5 mL的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲液的透析袋中,紧密封口,然后分别置于200 mL的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲液中,以100 r/min的速率恒温震荡,定时取5 mL的释放介质在265 nm测定其紫外吸光度,同时补充等量释放液,根据标准曲线计算浓度,并绘制累计释药率-时间曲线。
经过S-层蛋白修饰后,在相同条件下,S-层蛋白修饰壳聚糖微球的释放要更慢一点,原因可能是由于S-层蛋白在微球表面形成一道“屏障”,药物和介质分子不易进出,使得药物的释放速率变慢。在一定程度上增加了药物在体内的作用时间,提高其生物利用率。

Claims (9)

1.一种表面修饰S-层蛋白的壳聚糖微球,其特征在于,所述壳聚糖微球是以壳聚糖为载体,戊二醛为交联剂,以Span-80为乳化剂,环己烷为油相,通过乳化交联法制备的,并通过乳酸菌S-层蛋白修饰。
2.权利要求1所述的表面修饰S-层蛋白的壳聚糖微球的制备方法,其特征在于,包含以下步骤:
(1)乳酸菌S-层蛋白提取:收集乳酸菌在MRS培养基中生长至对数期的菌体,洗涤后与LiCl/GuHCl溶液先后混合孵育,离心收集上清后得S-层蛋白提取物;
(2)乳酸菌S-层蛋白纯化:对步骤(1)中S-层蛋白粗提物进行分离纯化;
(3)乳酸菌S-层蛋白鉴定:鉴定步骤(2)中纯化后的S-层蛋白;
(4)壳聚糖微球制备:以壳聚糖为载体,戊二醛为交联剂,以Span-80为乳化剂,环己烷为油相,通过乳化交联法制备5-氟尿嘧啶壳聚糖微球;
(5)乳酸菌S-层蛋白修饰壳聚糖微球:将步骤(2)中纯化的S-层蛋白和步骤(4)中制备的壳聚糖微球分别溶于磷酸盐缓冲液,两者混合后在一定条件下孵育,离心弃去上清,得S-层蛋白修饰壳聚糖微球。
3.根据权利要求2所述的表面修饰S-层蛋白的壳聚糖微球的制备方法,其特征在于,所述乳酸菌为携带S-层蛋白的乳酸菌,包括嗜酸乳杆菌、布氏乳杆菌、瑞士乳杆菌、短乳杆菌、开菲尔乳杆菌、卷曲乳杆菌的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的表面修饰S-层蛋白的壳聚糖微球的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中LiCl/GuHCl溶液的浓度分别为5 mol/mL和4 mol/mL,每1 g湿菌体与10 mL的LiCl溶液37℃孵育30 min,离心取上清后,与一半体积的GuHCl溶液37℃孵育60 min。
5.根据权利要求2所述的表面修饰S-层蛋白的壳聚糖微球的制备方法,其特征在于,步骤(4)具体是将壳聚糖物质加入醋酸溶液中,配置成壳聚糖溶液,按5-氟尿嘧啶与壳聚糖的质量比称取相应质量的5-氟尿嘧啶投放到上述醋酸溶液中,搅拌使其溶解后,慢慢加入到含有Span-80与环己烷的锥形瓶中,充分搅拌后,维持一段时间,按比例加入戊二醛继续反应,分离产物,洗涤,冷冻干燥后,得到5-氟尿嘧啶壳聚糖微球。
6.根据权利要求4所述的表面修饰S-层蛋白的壳聚糖微球的制备方法,其特征在于,醋酸浓度0.2 mol/L,水油相比为1:2,交联剂戊二醛用量2 mL,5-氟尿嘧啶与壳聚糖的质量比为1:4,Span-80的用量1 mL。
7.根据权利要求2所述的表面修饰S-层蛋白的壳聚糖微球的制备方法,其特征在于,步骤(5)中蛋白浓度为340 μg/mL,25℃,50 r/min恒温孵育4 h。
8.权利要求1所述的表面修饰S-层蛋白的壳聚糖微球在功能性食品中的应用。
9.权利要求1所述的表面修饰S-层蛋白的壳聚糖微球在药品中的应用。
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