CN108126211A - 一种纳米杂化颗粒的制备方法以及由此得到的纳米杂化颗粒和纳米药物 - Google Patents

一种纳米杂化颗粒的制备方法以及由此得到的纳米杂化颗粒和纳米药物 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纳米杂化颗粒的制备方法，包括如下步骤：S1，将非离子型表面活性剂聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物与疏水药物分子溶于有机溶剂中，旋蒸除尽有机溶剂形成薄膜；S2，在所述薄膜中加入去离子水，复溶得到胶束基水溶液；S3，在所述胶束基水溶液中加入氨水和硅烷偶联剂，室温反应得到有机硅和胶束基的水溶液；S4，采用透析法纯化有机硅和胶束基的水溶液，得到有机硅和胶束基的纳米杂化颗粒。本发明还提供一种根据上述制备方法得到的纳米杂化颗粒。本发明又提供一种用于肿瘤治疗的纳米药物。根据本发明的制备方法，可用于担载疏水性药物分子，有效防止药物在体内循环过程中的提前泄露和确保药物在肿瘤组织中的还原性响应释放。

Description

一种纳米杂化颗粒的制备方法以及由此得到的纳米杂化颗粒 和纳米药物
技术领域
本发明涉及纳米生物医药领域，更具体地涉及一种纳米杂化颗粒的制备方法以及由此得到的纳米杂化颗粒和纳米药物。
背景技术
近年来，利用两亲性嵌段共聚物在水中的自组装行为，将具有治疗功能的疏水性化疗药物及诊断功能的功能无机纳米粒子担载于其疏水内核中实现肿瘤诊疗一体化越来越引起研究者们的关注(Adv.Drug Delivery Rev.,2011,63,131-135；Adv.Mater.,2015,27,2627-2634；J.Mater.Chem.B,2014,2,4237-4249；Angew.Chem.Int.Ed.,2017,56,6712-6733；Angew.Chem.Int.Ed.,2016,55,11791-11796)。然而，由于临界胶束浓度的存在，使得预先形成的胶束结构一旦被稀释到其临界胶束浓度值以下时便会发生裂解，从而导致其包裹的药物或纳米粒子泄露。此外，胶束性质和结构稳定性还依赖于溶剂的性质和温度等因素，即改变溶液的性质或环境温度，也有可能使胶束结构发生解缔或部分解缔，或者发生聚集而从溶液中沉降出来。因此，为了提高嵌段共聚物胶束的结构稳定性，往往采用交联的方法对胶束结构进行固定或稳定(Chem.Mater.,2005,17,5976-5988；Chem.Soc.Rev.,2006,35,1068-1083；Chem.Commun.,2011,29,3021-3035)。
根据嵌段共聚物胶束交联部位的不同，目前交联胶束的方法可大致分为核交联和壳胶束两种。1996年，Wooley等人首次报道了由两亲性嵌段共聚物PS-b-P4VP形成的壳交联胶束。即使用对氯甲基苯乙烯对PVPy进行季铵化改性，使得该嵌段共聚物形成以PS为核，季铵化PVPy嵌段为壳的球形胶束，然后在水溶性引发剂存在的情况下使不饱和双键发生聚合，从而得到了一类具有水溶性的壳交联胶束(J.Am.Chem.Soc.,2006,118(30):7239-7240)。此外，他们还采用双胺小分子作为交联剂，利用偶联化学反应对嵌段共聚物PS-b-PAA的亲水端壳层进行共价交联得到一类新型壳交联胶束结构(Chem.Commun.,1998,13,1415-1416)。与以往的未交联胶束不同的是，这种基于共价键交联的嵌段共聚物胶束可以承受无限的稀释而不会发生裂解。此外，Youk等人使用紫外辐射的方法采用一种双功能光交联剂(BPO)使胶束的内核链段聚(2-羟乙基甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸酯)发生交联，从而得到了一类核交联的胶束结构(Macromolecules,1996,29,2487-2493)。但是，以上所述交联方法皆属于有机共价交联的范畴，即往往采用有毒的、价格昂贵的有机交联小分子来稳定胶束结构。此外，该类有机共价交联胶束的热稳定性和酸碱稳定性还有待于进一步提高。更为重要的是，当作为药物载体使用时，该类有机共价交联胶束中稀疏的高分子网络结构并不能完全有效防止药物分子在体内循环过程中的提前泄露问题。
近年来，一种生物矿化的方法被开发用于稳定嵌段共聚物胶束结构。2006年，Huo等人首次采用正硅酸乙酯的水解、缩聚作用在三嵌段共聚物F127胶束的亲水壳上沉积了一层无机氧化硅涂层，这种氧化硅杂化的嵌段共聚物胶束在很高的稀释状态下不会发生裂解，从而稳定了胶束的结构。该方法的沉积机理主要是利用硅羟基与F127中亲水链段PEO之间的非共价氢键作用(J.Am.Chem.Soc.,2006,128,6447-6453)。2007年，Armes等人利用硅物种与阳离子嵌段共聚物之间的静电作用发展了一类氧化硅交联的阳离子嵌段共聚物PDMA-PDPA胶束，与非离子嵌段共聚物相比，该阳离子嵌段共聚物胶束的优势在于交联反应可以在比较温和的环境下(pH＝7.2，20℃)进行。然而，作为一类理想的纳米药物载体，该类材料不仅要具有良好的载药及防止药物泄漏功能，更为重要的是要具备可控药物释放能力。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种纳米杂化颗粒的制备方法以及由此得到的纳米杂化颗粒和纳米药物。
本发明提供一种纳米杂化颗粒的制备方法，包括如下步骤：S1，将非离子型表面活性剂聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物与疏水药物分子溶于有机溶剂中，旋蒸除尽有机溶剂形成薄膜；S2，在所述薄膜中加入去离子水，复溶得到胶束基水溶液；S3，在所述胶束基水溶液中加入氨水和硅烷偶联剂，室温反应得到有机硅和胶束基的水溶液；S4，采用透析法纯化有机硅和胶束基的水溶液，得到有机硅和胶束基的纳米杂化颗粒。
在本发明中，利用薄膜水化法将聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物包载疏水药物分子，进而在胶束亲水链段沉积有机氧化硅涂层，实现批量化制备用于肿瘤安全有效治疗的新型纳米药物载体材料。
所述步骤S1中的所述聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物选自由泊洛沙姆F127，P123和F108组成的组中的至少一种。
所述步骤S1中的所述疏水药物分子选自由姜黄素(Cur)和多系他赛(DTX)组成的组中的至少一种。
所述步骤S1中的所述有机溶剂选自由乙醇，四氢呋喃和乙酸乙酯组成的组中的至少一种。
所述步骤S1具体为：将非离子型的表面活性剂泊洛沙姆(F127，P123，F108)和疏水药物分子(姜黄素，多西他赛等)溶于乙醇，四氢呋喃，或乙酸乙酯中，待完全溶解后除去有机溶剂，最终形成薄膜。
所述步骤S2中的所述胶束基水溶液的胶束浓度为20～120mg/mL。
所述步骤S2具体为：向S1中薄膜所在容器中加入去离子水，最终形成的胶束溶液浓度为20～120mg/mL，薄膜水化后形成载药胶束水溶液。
所述步骤S3中加入的所述氨水的量为25～100μL。
所述步骤S3中的所述硅烷偶联剂选自由3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)和双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物(BTES)组成的组中的至少一种。
所述步骤S3中加入的所述硅烷偶联剂的用量为200～2400μL。
所述步骤S3具体为：取S2中载药胶束10ml加入200～2400μL3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)或双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物(BTES)以及25～100μL氨水，反应24h。
所述步骤S4具体为：将反应好的溶液加入截留分子量为14000的透析袋中，并每隔4～6h更换一次透析水，透析24h以上时间得到纯化的有机硅和胶束基的纳米杂化颗粒。
本发明还提供一种根据上述制备方法得到的纳米杂化颗粒，所述纳米杂化颗粒的平均粒径为8-16nm。
本发明又提供一种用于肿瘤治疗的纳米药物，该纳米药物包括上述的纳米杂化颗粒。该纳米药物可有效防止体内循环时的药物提前泄露以确保在肿瘤还原性微环境中的响应性可控释放。
根据本发明的制备方法，利用带有巯基或含-S-S-键的硅烷偶联剂在弱碱的条件下在三嵌段共聚物泊洛沙姆(F127、P123、F108)胶束亲水链段沉积具有还原响应的有机氧化硅涂层，得到纳米杂化颗粒，其可用于担载疏水性药物分子，有效防止药物在体内循环过程中的提前泄露和确保药物在肿瘤组织中的还原性响应释放。特别地，利用已经商品化的非离子型嵌段共聚物泊洛沙姆自组装形成胶束的同时包载疏水药物分子，进一步通过引入特定硅烷偶联剂在胶束表面沉积一层有机氧化硅涂层，最终形成有机硅/胶束基纳米杂化胶束。该杂化胶束不仅可以有效防止药物分子在体内循环过程中的提前释放，还可在肿瘤特定的微环境中可控释放。更为重要的是，采用商品化的嵌段共聚物泊洛沙姆作为构筑单元将为实现纳米载体的批量化制备提供有利的前提条件。根据本发明的纳米杂化颗粒的制备方法，过程简单，重复性好，所得颗粒尺寸小于20nm。根据本发明的纳米杂化颗粒，与之前报道的氧化硅交联胶束体系相比，不仅具有高的稳定性及抗稀释能力，还可以在特定的肿瘤微环境(还原性环境)中实现可控释放。此外，根据本发明的纳米杂化颗粒，还具有生物安全性高、粒径小、合成简单及重复性好等优点，有望作为一种新型纳米药物载体用于重大疾病如肿瘤的高效安全治疗。
本发明提供的一种新型有机硅/胶束基纳米杂化颗粒的制备方法，其具有以下有点：制备过程简单，同时使用商品化的非离子型的嵌段共聚物泊洛沙姆作为原料易得、成本低廉、可有望用于纳米载体的批量化制备；实验条件温和，重复性好。由于本发明所需的实验条件中，不涉及高温及强酸强碱环境，反应温和，操作简单、多次重复实验均可得到相同结果；反应最终得到的纳米杂化颗粒单分散性好，粒径小于20nm且均一，此外，其粒径大小还可通过硅烷偶联剂加入量在8-16nm范围内连续可调。
附图说明
图1是根据本发明的纳米杂化颗粒的制备方法的流程图；
图2a是根据本发明的制备方法得到的纳米杂化颗粒Cur-F127600-MPTMS1000的透射电镜照片；
图2b是根据本发明的制备方法得到的纳米杂化颗粒DTX-P123800-MPTMS600的透射电镜照片；
图2c是根据本发明的制备方法得到的纳米杂化颗粒Cur-F108200-BTES200的透射电镜照片；
图2d是根据本发明的制备方法得到的纳米杂化颗粒Cur-F127600-MPTMS1500的透射电镜照片；
图2e是根据本发明的制备方法得到的纳米杂化颗粒Cur-F127600-MPTMS2400的透射电镜照片；
图3a是根据本发明的制备方法得到的纳米杂化颗粒Cur-F127600-MPTMS1000的透射电镜粒径分布统计图；
图3b是根据本发明的制备方法得到的纳米杂化颗粒DTX-P123800-MPTMS600的透射电镜粒径分布统计图；
图3c是根据本发明的制备方法得到的纳米杂化颗粒Cur-F108200-BTES200的透射电镜粒径分布统计图；
图3d是根据本发明的制备方法得到的纳米杂化颗粒Cur-F127600-MPTMS1500的透射电镜粒径分布统计图；
图3e是根据本发明的制备方法得到的纳米杂化颗粒Cur.-F127600-MPTMS2400的透射电镜粒径分布统计图；
图4是根据本发明的制备方法得到的纳米杂化颗粒的傅里叶共振红外光谱对比图；
图5是根据本发明的制备方法得到的纳米杂化颗粒的细胞毒性图，其中，a示出纳米杂化颗粒DTX-F127600-MPTMS200对NIH3T3正常细胞的毒性，b示出纳米杂化颗粒DTX-F127600对NIH3T3正常细胞的毒性，c示出纳米杂化颗粒DTX-F127600-MPTMS200对SMMC-7721肿瘤细胞的毒性。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
实施例1
将600mg泊洛沙姆F127(非离子型表面活性剂聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物)和30mg姜黄素(Cur，疏水药物分子)溶于10mL乙醇中，待完全溶解后加入10mL去离子水。待真空旋蒸使乙醇除尽形成薄膜后，加入预热好的去离子水，薄膜水化至复溶，得到Cur-F127600胶束基水溶液。将10mLCur-F127600胶束基水溶液转移到烧杯中，加入50μLNH4OH和1mLMPTMS(硅烷偶联剂)，常温搅拌24h，得到有机硅和胶束基的水溶液。将搅拌好的水溶液转移到截留分子量为14000的透析袋中，并每隔4～6h更换一次透析水，透析24h以上时间，除去NH4OH和MPTMS，得到平均粒径为10nm左右的有机硅和胶束基的纳米杂化颗粒(Cur-F127600-MPTMS1000)。
实施例2
实施方法以及基本配方与实施例1相同，只改变非离子型的嵌段共聚物泊洛沙姆的种类为P123，质量改为800mg，将疏水的药物的种类换为多系他赛(DTX)，将NH4OH和MPTMS的加入量分别改为100μL和600μL。最终得到平均粒径为8nm的有机硅和胶束基的纳米杂化颗粒(DTX-P123800-MPTMS600)。
实施例3
实施方法以及基本配方与实施例1相同，只改变非离子型的嵌段共聚物泊洛沙姆的种类为F108，质量改为200mg，将NH4OH和MPTMS的加入量分别改为25μL和200μL。最终得到平均粒径为9nm的有机硅和胶束基的纳米杂化颗粒(Cur-F108200-BTES200)。
实施例4
实施方法以及基本配方与实施例1相同，只改变MPTMS的加入量为1500μL，最终得到平均粒径为12nm的有机硅/胶束基纳米杂化颗粒(Cur-F127600-MPTMS1500)。
实施例5
实施方法以及基本配方与实施例1相同，只改变MPTMS的加入量为2400μL，最终得到平均粒径为16nm的有机硅/胶束基纳米杂化颗粒(Cur-F127600-MPTMS2400)。
实施例6
实施方法以及基本配方与实施例1相同，只改变MPTMS的加入量为200μL，改变疏水药物种类为多西他赛(DTX)，最终得到载药胶束纳米颗粒(DTX-F127600)和有机硅/胶束基纳米杂化颗粒(DTX-F127600-MPTMS200)
图2a-图2e为实施例1-实施例5中各样品的透射电镜图像，图3a-图3e为与图相对应的粒径分布统计图。显然，所得的纳米杂化颗粒的粒径分布表现出通过调节MPTMS的用量在8～16nm的范围内连续可调。
图5为根据本发明的制备方法得到的纳米杂化颗粒的细胞毒性图。显然，得到的有机硅和胶束基的纳米杂化颗粒对正常细胞无明显毒副作用，但对GHS高度表达的肿瘤细胞有明显的杀伤效果。同时，未杂化的普通载药胶束对正常细胞也有毒害作用。表明得到的有机硅和胶束基的纳米杂化颗粒可以选择性的杀死肿瘤细胞。
总之，根据本发明的制备方法，选择非离子型表面活性剂聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物与疏水药物分子通过薄膜水化的方法来制备载药胶束，通过其与硅烷偶联剂相互作用得到有机硅和胶束基的纳米杂化颗粒，其中，通过调节硅烷偶联剂的用量，可使纳米杂化颗粒的粒径连续可调。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种纳米杂化颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将非离子型表面活性剂聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物与疏水药物分子溶于有机溶剂中，旋蒸除尽有机溶剂形成薄膜；
S2，在所述薄膜中加入去离子水，复溶得到胶束基水溶液；
S3，在所述胶束基水溶液中加入氨水和硅烷偶联剂，室温反应得到有机硅和胶束基的水溶液；
S4，采用透析法纯化有机硅和胶束基的水溶液，得到有机硅和胶束基的纳米杂化颗粒。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的所述聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物选自由泊洛沙姆F127，P123和F108组成的组中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的所述疏水药物分子选自由姜黄素和多系他赛组成的组中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的所述有机溶剂选自由乙醇，四氢呋喃和乙酸乙酯组成的组中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的所述胶束基水溶液的胶束浓度为20～120mg/mL。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中加入的所述氨水的量为25～100μL。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的所述硅烷偶联剂选自由3-巯丙基三甲氧基硅烷和双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物组成的组中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中加入的所述硅烷偶联剂的用量为200～2400μL。
9.一种根据上述权利要求1-8中任一项所述的制备方法得到的纳米杂化颗粒，其特征在于，所述纳米杂化颗粒的平均粒径为8-16nm。
10.一种用于肿瘤治疗的纳米药物，其特征在于，该纳米药物包括根据权利要求9所述的纳米杂化颗粒。
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