CN109453389B - 叶酸受体介导的肿瘤内环境敏感型阿霉素白蛋白纳米粒及制备方法 - Google Patents

叶酸受体介导的肿瘤内环境敏感型阿霉素白蛋白纳米粒及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种叶酸受体介导的肿瘤内环境敏感型阿霉素白蛋白纳米粒及制备方法。氨基与羧基缩合酰化反应，将叶酸连接到白蛋白上；再经一锅酰胺反应，将组胺与叶酸‑白蛋白溶液混合，得到具有叶酸靶向和pH敏感的叶酸‑白蛋白‑组胺修饰物；用谷胱甘肽将叶酸‑白蛋白‑组胺内部的二硫键打开，在碱性pH下与阿霉素混合，实现分子间二硫键的自发交联，得到叶酸受体介导的pH和谷胱甘肽双敏感型白蛋白阿霉素纳米粒。本发明提供的纳米粒，其外貌近似球形且均一性较强，粒径在70nm左右，且分散系数较小，稳定性好，阿霉素的载药量和包埋率高；于pH和谷胱甘肽的双重刺激之下可实现药物的快速释放，在药物靶向递送肿瘤方面具有重要的应用价值。

Description

叶酸受体介导的肿瘤内环境敏感型阿霉素白蛋白纳米粒及制 备方法
技术领域
本发明涉及一种叶酸受体介导的pH和还原双敏感型白蛋白纳米载药系统及其制备方法，属于抗肿瘤的靶向药物技术领域。
背景技术
肿瘤已经日益成为影响人类健康的一大杀手，传统的化疗药物存在的一大问题是缺乏靶向性，对机体具有很大的副作用，且真正到达肿瘤细胞内发挥作用的药物量很少，因此设计一种有效的高靶向性药物递送体系至关重要。
纳米粒因其粒径和良好的表面特性，易于在肿瘤组织滞留和蓄积，因而广泛用于药物的靶向递送体系中。白蛋白是近年来药物递送的良好载体，具有诸多优势和广泛的应用前景。2016年3月，美国FDA批准了紫杉醇白蛋白纳米粒的上市，这是全球唯一一个上市的白蛋白结合型纳米粒，提高了顺应性，拓展了药物的有效性和适应症。[Liu L, Bi Y, ZhouM, et al. Biomimetic human serum albumin nanoparticle for efficientlytargeting therapy to metastatic breast cancers.[J]. AcsAppl Mater Interfaces,2017, 9（8）:7424-7435.]。目前，白蛋白以其水溶性好，带有负电荷，体内半衰期长等优良特性广泛应用于药物递送系统中。
叶酸是研究较为透彻的修饰配体，且大多数肿瘤细胞表面都高表达叶酸受体，因此，以叶酸修饰的白蛋白纳米粒可以增加主动靶向作用，增加药物进入细胞的量。此外，肿瘤细胞内存在低pH和高浓度谷胱甘肽（glutathione，GSH）的环境，而含有咪唑基团的组胺在溶酶体酸性pH（5.0-5.5）环境下具有质子海绵效应，因此修饰有组胺的叶酸-白蛋白纳米粒能够实现溶酶体逃逸，继而在胞浆中高浓度的GSH作用下白蛋白内部的二硫键打开，实现药物释放。
阿霉素是常用的广谱抗肿瘤药物，对乳腺癌、肉瘤、肺癌、膀胱癌等其他各种癌症都有一定疗效，但其缺乏选择性，且对骨髓造血细胞和心脏具有很大毒性，限制了它的临床应用。因此，设计一种高效的药物靶向递送体系尤为重要。
发明内容
本发明针对现有的化疗药物选择性差、传统的纳米粒药物释放不完全的问题，提供一种具有较强的主动靶向能力，载药量和包埋率高，药物释放完全，并能有效降低药物毒副作用的一种叶酸受体介导的pH和还原双敏感型阿霉素白蛋白纳米粒及其制备方法。
实现本发明目的的技术方案是提供一种叶酸受体介导的肿瘤内环境敏感型阿霉素白蛋白纳米粒的制备方法，包括如下步骤：
（1）叶酸-白蛋白修饰物的制备
将叶酸溶于二甲基亚砜中，加入1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺，活化处理，得到叶酸溶液；将白蛋白溶于0.5 M pH 9.0的碳酸盐缓冲液中，缓慢滴加到叶酸溶液中，反应12-24 h，叶酸、白蛋白、1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺、N-羟基丁二酰亚胺的摩尔比为（17～34）:（1～2）:（25～50）:（25～50），再经pH 9.0的碳酸盐缓冲液透析，抽滤，得到叶酸-白蛋白修饰物溶液；
（2）叶酸-白蛋白-组胺修饰物的制备
将组胺加入到步骤（1）制备的叶酸-白蛋白修饰物溶液中，同时加入1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺，组胺、白蛋白、1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺、N-羟基丁二酰亚胺的摩尔比为（167~334）:（1~2）:（167~334）:（167~334），反应12～18 h，经去离子水透析，抽滤，冷冻干燥，得到叶酸-白蛋白-组胺修饰物；
（3）载药纳米粒的制备
将步骤（2）制备的叶酸-白蛋白-组胺修饰物溶解于水中，加入浓度为25 mM的谷胱甘肽，在温度为37℃的条件下孵育1～2 h，得到还原的叶酸-白蛋白-组胺修饰物溶液；将阿霉素溶解于二甲基亚砜中，加三乙胺脱盐后，逐滴滴加到还原的叶酸-白蛋白-组胺修饰物溶液中，在超声分散、持续搅拌条件下反应12～24 h，用探头超声分散处理后，用0.02 M pH7.4的PBS缓冲液透析处理，再经抽滤后用0.22 μm的滤膜过滤，得到一种叶酸受体介导的肿瘤内环境敏感型阿霉素白蛋白纳米粒。
本发明技术方案中，所述的白蛋白为牛血清白蛋白，人血清白蛋白，重组白蛋白或者其他血清白蛋白。
上述步骤（1）中，二甲基亚砜与pH 9.0的碳酸盐缓冲液体的积比为1:2.5；叶酸、白蛋白、1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺、N-羟基丁二酰亚胺的摩尔比为17:1:25:25。
上述步骤（2）中，组胺、白蛋白、1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺、N-羟基丁二酰亚胺的摩尔比为167:1: 167: 167。
上述步骤（3）中，叶酸-白蛋白-组胺修饰物与阿霉素的质量比为1:1；溶解叶酸-白蛋白-组胺修饰物的水与溶解阿霉素的二甲基亚砜的体积比为1:1。
本发明技术方案还包括按上述制备方法得到的一种叶酸受体介导的肿瘤内环境敏感型阿霉素白蛋白纳米粒，它为一种叶酸受体介导的pH和还原双敏感型阿霉素白蛋白纳米粒。
本发明提供的载药系统由修饰有叶酸和组胺的白蛋白与阿霉素组成，白蛋白通过缩合反应分别与叶酸和组胺连接，再通过分子间的二硫键交联实现对阿霉素的物理包埋，是一种以叶酸受体介导的具有pH和GSH双敏感性的阿霉素白蛋白纳米粒，它有利于增加纳米粒的靶向性和肿瘤细胞内药物浓度，从而能有效降低药物毒副作用及延长在体内的循环时间。
本发明的原理是：通过修饰有叶酸和组胺的牛血清白蛋白修饰物的分子内二硫键交联形成分子间二硫键而包裹药物形成纳米粒，所提供的纳米粒子拟在体内经过以下三个过程：1.白蛋白本身带负电荷，在一定程度上有利于避免网状内皮细胞吞噬系统的吞噬，从而有利于实现循环稳定性。2.适宜粒径的纳米粒具有EPR效应，同时叶酸的修饰有助于实现白蛋白纳米粒的主动靶向，增加细胞摄取。3.白蛋白表面接枝含有咪唑基团的组胺，在溶酶体4.5～5.0的酸性pH环境下具有质子海绵效应，纳米粒内部膨胀使部分药物释放，同时H+的大量涌入使得溶酶体逃逸，纳米粒进入胞浆。4.白蛋白纳米粒对胞浆中高浓度的GSH响应，二硫键打开，药物完全释放。
由上述方法制备出的叶酸受体介导的pH和还原双敏感型阿霉素白蛋白纳米粒，具有以下几个特征优势：
1.靶向性：白蛋白表面修饰的叶酸能够与肿瘤细胞表面过度表达的叶酸受体相结合，增加纳米粒的主动靶向能力，从而增加纳米粒在肿瘤细胞的蓄积。
2.pH敏感性：白蛋白表面接枝含有咪唑基团的组胺，在溶酶体4.5～5.0的酸性pH环境下通过质子海绵效应使纳米粒内部膨胀，实现药物部分释放，同时H+的大量涌入使得溶酶体逃逸，纳米粒进入胞浆。
3.还原敏感性：进入胞浆的白蛋白纳米粒对高浓度的GSH响应，二硫键打开，药物完全释放。
4.有利于降低毒副作用，延长循环时间：白蛋白为内源性蛋白质，无毒无副作用，生物安全性好；通过白蛋白内部的二硫键对阿霉素进行包裹，有利于降低阿霉素的毒副作用；白蛋白表面富有负电荷，在血液循环中可稳定运输，免于被巨噬细胞吞噬系统清除。
附图说明
图1为本发明提供的叶酸受体介导的pH和还原双敏感型阿霉素白蛋白纳米粒制备流程示意图。
图2为本发明实施例载体制备过程中终产物及中间产物在氘水中的1H-NMR表征图；图中，曲线a，b和c分别为BSA，实施例1制备的FB和 FBH。
图3为本发明实施例制备的FBH质子缓冲能力的评价图。
图4为本发明实施例制备的叶酸受体介导的pH和还原双敏感型阿霉素白蛋白纳米粒的透射电镜图。
图5为本发明实施例制备的DOX/BSA-NPs，DOX/FB-NPs，DOX/FBH-NPs的DLS粒径分布图。
图6为本发明实施例制备的叶酸受体介导的pH和还原双敏感型阿霉素白蛋白纳米粒在不同pH和10 mMGSH环境下的粒径变化图。
图7为本发明实施例制备的叶酸受体介导的pH和还原双敏感型阿霉素白蛋白纳米粒在不同pH和GSH环境下的体外释放曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的阐述。
本发明实施例中选用的试剂和药品如下：
牛血清白蛋白、组胺、谷胱甘肽（上海源叶生物科技有限公司）；叶酸（上海生工生物工程股份有限公司）；1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺、N-羟基丁二酰亚胺（阿达玛斯试剂有限公司）；二甲基亚砜、碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、三乙胺（国药集团化学试剂有限公司）。
实施例1
本实施例提供一种叶酸受体介导的pH和还原双敏感型阿霉素白蛋白纳米粒。参见附图1，为本发明提供的叶酸受体介导的pH和还原双敏感型阿霉素白蛋白纳米粒制备流程示意图，通过氨基羧基缩合反应和一锅酰胺反应，先后在牛血清白蛋白表面接枝叶酸和组胺，再通过GSH打开叶酸-白蛋白-组胺修饰物的二硫键，与阿霉素溶液混合，最终二硫键自发交联形成纳米粒。
本实施例的具体制备方法包括如下步骤：
1.叶酸-白蛋白修饰物的合成：
将88 mg 叶酸（folate acid，FA）溶解于4 mL 二甲基亚砜（DMSO）中，超声10 min，搅拌下加入58 mg 1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺（EDC）和35 mg N-羟基丁二酰亚胺（NHS），黑暗条件下活化2 h。将800 mg 牛血清白蛋白（BSA）溶解于10 mL 0.5 M pH 9.0的BSA碳酸盐缓冲液中，将活化好的叶酸逐滴滴加到BSA中，持续搅拌12 h。之后，将反应液置于透析袋（MWCO=8-12k）中以pH 9.0的碳酸钠缓冲液作为透析外液透析5～6次，抽滤3次，滤液冷冻干燥，得叶酸-白蛋白修饰物溶液（记作FB）。
2.叶酸-白蛋白-组胺修饰物的合成：
在步骤1制得的溶液中依次加入200 mg组胺（histamine，His），210 mg EDC，125mg NHS，进行一锅酰胺反应，搅拌12 h。将反应液置于透析袋（MWCO=8-12k）中以去离子水作为透析外液透析5～6次，抽滤3次，冻干，得叶酸-白蛋白-组胺修饰物（记作FBH）。
分别取BSA，本实施例制备的FB和FBH 各10 mg，用0.5～0.7 mL重水溶解，1H-NMR扫描，其核磁共振氢谱结果参见附图2；图中，曲线a，b和c分别为BSA，本实施例制备的FB和FBH。由图2可见，~6.8 ppm和~7.6 ppm分别为FA和His的质子特征峰，表明BSA表面已成功接枝FA和His。
分别取BSA，本实施例制备的FB和FBH 各10 mg，溶解于0.9%的NaCl溶液中，用1 M的NaOH调节pH至10.0，再通过0.1 M的HCl进行滴定，以0.9%的NaCl溶液作为对照，通过酸碱pH读数，结果参见附图3；图3表明，接枝His的FBH在一定pH范围内具有质子缓冲能力。
3.载药纳米粒的制备
取10 mg BSA，FB，FBH，分别用2 mL水溶解，再加入0.015g 谷胱甘肽（glutathione，GSH），在温度为37℃的条件下短时超声后搅拌1 h得到溶液。取5 mg阿霉素溶解于2 mL 二甲基亚砜（DMSO）中，加入50 μL三乙胺，超声处理后逐滴滴加到上述溶液中，在超声分散、持续搅拌条件下反应12 h。反应完成后用探头超声1 min，以0.02 M pH 7.4的碳酸盐缓冲液透析，再用0.22 μm的滤膜过滤，分别得到白蛋白纳米粒（记作DOX/BSA-NPs），叶酸-白蛋白纳米粒（记作DOX/FB-NPs），叶酸-白蛋白-组胺纳米粒（记作DOX/FBH-NPs），置于4℃冰箱中保存。
参见附图4，它是本实施例制备的DOX/FBH-NPs的透射电镜图。将DOX/FBH-NPs稀释，超声分散10 min。用碳网制备支持膜，将上述DOX/FBH-NPs溶液均匀分散在覆有支持膜的铜网（200目）上，室温自然干燥后，送入电镜分析，然后在200 kV加速电压下对样品的形貌和粒度进行观察，选取合适视野并摄取，结果参见图4，由图4可以看出，纳米粒呈现规则的球形且分散性良好。
测定DOX/BSA-NPs，DOX/FB-NPs，DOX/FBH-NPs三种纳米粒的粒径：分别取本实施例制备的DOX/BSA-NPs，DOX/FB-NPs，DOX/FBH-NPs约1 mL，置于比色杯中，放入样品池，使用马尔文粒度仪测其粒径大小。结果参见附图5，由图5可知，三种纳米粒的粒径均在70 nm左右。
实施例2
本实施例对实施例1制备的DOX/FBH-NPs在不同pH和GSH浓度的条件下的粒径变化进行考察。
将DOX/FBH-NPs用0.22μM的滤膜过滤，超声5～10min。取DOX/FBH-NPs溶液分别于以下环境中孵育：pH 7.4的磷酸盐缓冲液（PBS），pH 5.3的PBS，pH7.4的PBS和10mM GSH，PBS与纳米粒溶液的体积比为5:1，孵育时间为2 h，孵育温度为37℃，后置于比色杯中，放入样品池，使用马尔文粒度仪测其粒径大小变化。其结果参见附图6，由图6可知，DOX/FBH-NPs，在pH 5.3的PBS中粒径有所增大，而在高浓度GSH条件下纳米粒二硫键打开，粒径变乱，这一结果证明DOX/FBH-NPs具有pH和还原双重敏感性。
实施例3
本实施例对实施例1制备的DOX/FBH-NPs作载药行为考察。
建立DOX的标准曲线方程1：精密称取适量DOX，以水为溶剂，分别稀释到以下浓度：100 μg/mL，80 μg/mL，40 μg/mL，20 μg/mL，10 μg/mL，5 μg/mL，2.5 μg/mL，1.25 μg/mL，0.625 μg/mL。以多功能酶标仪测定其吸光度值。以DOX浓度对吸光度值作线性回归，得到标准曲线方程为：y=240.46x-11.213（r2=0.9991）。
DOX/FBH-NPs的载药量和包封率分别用公式（1）和公式（2）计算。
DOX/FBH-NPs的载药量计算公式（1）：包载的药物量/载体的重量；公式（1）中包载的药物量是指，总药量与DOX/FBH-NPs离心后上清液中DOX的量的差值。
DOX/FBH-NPs的包封率计算公式（2）：包载的药物量/总药量；公式（2）中总药量是指，DOX/FBH-NPs稀释到一定浓度后，以多功能酶标仪测定其在480 nm处的吸光度值，代入标准曲线方程1所得，即DOX/FBH-NPs离心后上清液中DOX的量和沉淀中DOX的量之和，测定方法如公式（1）。
实施例1制备的DOX/FBH-NPs载药行为考察结果参见表1 。
表1
剂型 包封率（%） 载药量（%）
DOX/BSA-NPs 90.90±0.33 15.34±0.60
DOX/FB-NPs 93.45±0.50 13.16±1.06
DOX/FBH-NPs 93.66±0.77 10.96±9.59
实施例4
本实施例对实施例1制备的DOX/FBH-NPs在不同pH和GSH浓度条件下的体外释放行为作考察。
建立DOX的标准曲线方程2：精密称取适量DOX，以水为溶剂，分别稀释到以下浓度：10 μg/mL，5 μg/mL，2.5 μg/mL，1.25 μg/mL，0.625 μg/mL，0.313 μg/mL，0.156 μg/mL。以多功能酶标仪测定其荧光强度，以DOX浓度对荧光强度作线性回归，得到标准曲线方程为：y=0.0039x+0.0659（r2=0.9983）。
采用透析袋法考察DOX/FBH-NPs体外释药：取DOX/FBH-NPs 2～3 mL，装于透析袋中（MWCO=3000 D），置于100 mL 不同pH的PBS中，放至恒温箱中，37℃，100 r/min转速下恒温振荡，在预设时间点取1 ml透析外液，并补充同体积同pH的PBS。以多功能酶标仪测定透析外液中DOX荧光强度，得到DOX实际浓度，并由此按公式（3）计算累积释放量，其结果见附图7；图7结果表明，DOX/FBH-NPs在pH 7.4的PBS中释药缓慢，在pH5.3的PBS中实现部分释药，而在高浓度的GSH条件下纳米粒二硫键打开，实现药物的完全释放。
公式（3）：累计释放量（%）= 不同时间点所取的透析外液中阿霉素的量/纳米粒中的总药量。
公式（3）中透析外液中阿霉素的量是指，DOX/FBH-NPs稀释到一定浓度后，以多功能酶标仪测定其荧光强度，代入标准曲线方程2所得，纳米粒中的总药量测定如公式（2）。

Claims (7)

1.一种叶酸受体介导的肿瘤内环境敏感型阿霉素白蛋白纳米粒的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）叶酸-白蛋白修饰物的制备
将叶酸溶于二甲基亚砜中，加入1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺，活化处理，得到叶酸溶液；将白蛋白溶于0.5 M pH 9.0的碳酸盐缓冲液中，缓慢滴加到叶酸溶液中，反应12～24 h，叶酸、白蛋白、1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺、N-羟基丁二酰亚胺的摩尔比为（17～34）:（1～2）:（25～50）:（25～50），再经pH 9.0的碳酸盐缓冲液透析，抽滤，得到叶酸-白蛋白修饰物溶液；
（2）叶酸-白蛋白-组胺修饰物的制备
将组胺加入到步骤（1）制备的叶酸-白蛋白修饰物溶液中，同时加入1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺，组胺、白蛋白、1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺、N-羟基丁二酰亚胺的摩尔比为（167~334）:（1~2）:（167~334）:（167~334），反应12～18 h，经去离子水透析，抽滤，冷冻干燥，得到叶酸-白蛋白-组胺修饰物；
（3）载药纳米粒的制备
将步骤（2）制备的叶酸-白蛋白-组胺修饰物溶解于水中，加入浓度为25 mM的谷胱甘肽，在温度为37℃的条件下孵育1～2 h，得到还原的叶酸-白蛋白-组胺修饰物溶液；将阿霉素溶解于二甲基亚砜中，加三乙胺脱盐后，逐滴滴加到还原的叶酸-白蛋白-组胺修饰物溶液中，在超声分散、持续搅拌条件下反应12～24 h，用探头超声分散处理后，用0.02 M pH7.4的PBS缓冲液透析处理，再经抽滤后用0.22 μm的滤膜过滤，得到一种叶酸受体介导的肿瘤内环境敏感型阿霉素白蛋白纳米粒。
2.根据权利要求1所述的一种叶酸受体介导的肿瘤内环境敏感型阿霉素白蛋白纳米粒的制备方法，其特征在于：所述白蛋白为牛血清白蛋白，人血清白蛋白，重组白蛋白或者其他血清白蛋白。
3.根据权利要求1所述的一种叶酸受体介导的肿瘤内环境敏感型阿霉素白蛋白纳米粒的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，二甲基亚砜与pH 9.0的碳酸盐缓冲液体的积比为1:2.5。
4.根据权利要求1所述的一种叶酸受体介导的肿瘤内环境敏感型阿霉素白蛋白纳米粒的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，叶酸、白蛋白、1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺、N-羟基丁二酰亚胺的摩尔比为17:1:25:25。
5.根据权利要求1所述的一种叶酸受体介导的肿瘤内环境敏感型阿霉素白蛋白纳米粒的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，组胺、白蛋白、1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺、N-羟基丁二酰亚胺的摩尔比为167:1: 167: 167。
6.根据权利要求1所述的一种叶酸受体介导的肿瘤内环境敏感型阿霉素白蛋白纳米粒的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，叶酸-白蛋白-组胺修饰物与阿霉素的质量比为1:1。
7.根据权利要求1所述的一种叶酸受体介导的肿瘤内环境敏感型阿霉素白蛋白纳米粒的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，溶解叶酸-白蛋白-组胺修饰物的水与溶解阿霉素的二甲基亚砜的体积比为1:1。
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"Folate-receptor Mediated Biomimetic Stock-like Nanoparticles for Dually Activated Anticancer Drug Delivery";Dan-dan Wang et al.;《2018 年第十二届中国药物制剂大会》;20181130;摘要 *

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