CN109796374B - 光响应一氧化氮供体分子及其衍生物和制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光响应一氧化氮供体分子及其衍生物和制备方法，本发明提供的具有式(I)所示结构光响应一氧化氮供体分子通过选择合适的结构，使得其能够在低辐照强度下实现灵敏响应，且可以进一步制备成高分子前药，再进一步进行自组装，得到性能较好的高分子药物，且相对于现有的光响应一氧化氮供体分子毒性降低。

Description

光响应一氧化氮供体分子及其衍生物和制备方法
技术领域
本发明涉及药物领域，尤其涉及光响应一氧化氮供体分子及其衍生物和制备方法。
背景技术
一氧化氮被公认为心血管和中枢神经系统中重要的气体信号分子。近年来，一氧化氮在癌症、炎症、创伤等方面的治疗具有重要的应用前景。例如在癌症治疗方面，低浓度的一氧化氮可以显著逆转癌细胞的多药耐药行为，而较高浓度的一氧化氮可以直接杀死癌细胞。此外，一氧化氮在免疫反应、炎症、病原菌感染等方面都起着重要作用。
目前，用来制备可释放一氧化氮的供体主要为有机硝酸盐，二氮烯二醇衍生物(NONOates)，硫代亚硝基硫醇。但是有机硝酸盐只有在特定酶的作用下才能释放一氧化氮，而二氮烯二醇衍生物(NONOates)和硫代亚硝基硫醇在生理环境下不稳定，许多二氮烯二醇衍生物的一氧化氮供体在中性pH条件下会自发分解，而硫代亚硝基硫醇对金属离子，光照以及还原剂等刺激均有响应。从合成方面来看，二氮烯二醇衍生物(NONOates)条件十分苛刻，需要高压，而硫代亚硝基硫醇的亚硝化存在许多副反应。因此发展新型的高灵敏性一氧化氮前药，并能以可控的方式释放一氧化氮具有重要的意义。
当前，为了实现以可控的方式释放一氧化氮，发展了以光照来刺激释放一氧化氮的供体。光响应的一氧化氮供体分子中，硝基苯的衍生物需要高辐照强度来释放一氧化氮，而高辐照强度对生物体有害，因此为了降低辐照强度，发展了N-亚硝胺衍生物，通过N-N键的均裂实现了光触发释放一氧化氮。然而目前N-亚硝胺衍生物的光敏感性还不太理想，同时其自身存在毒性。大大限制了光响应一氧化氮供体分子在生物医药方面的实际应用。
因此，提供一种对光辐照强度弱且毒性低的光响应一氧化氮供体具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种光响应一氧化氮供体分子及其衍生物和制备方法，本发明提供的一氧化氮供体分子在低强度照射下即可实现高剂量的一氧化氮释放。
本发明提供了一种光响应一氧化氮供体分子，具有式(I)所示结构，
Figure BDA0001954720270000021
其中，所述R1为C6～C20的未取代苄基、C6～C20的取代苄基、C5～C20的取代杂芳基、C2～C10烷基取代的氧酰基或含有C5～C10的杂芳基取代基的氧酰基；
所述R2为-OCH2-Ar-(M)a-，
所述Ar为C6～C20的未取代芳基、C6～C20的取代芳基或C4～C15的杂芳基；
所述M为-OCON(CH3)CH2-；
所述a为0或1。
优选的，所述R1为式(R1-a)、式(R1-b)、式(R1-c)、式(R1-d)、式(R1-e)，
Figure BDA0001954720270000022
优选的，所述Ar为苯基、甲基苯基、乙基苯基、呲啶基、呋喃基或吡喃基。
优选的，所述R2为式(R2-a)、式(R2-b)、式(R2-c)、式(R2-d)，
Figure BDA0001954720270000023
优选的，所述一氧化氮供体分子为式(I-1)、(I-2)、(I-3)或(I-4)，
Figure BDA0001954720270000031
本发明还提供了一种光响应的一氧化氮供体分子的制备方法，包括：
将R1CHO、CH2(OH)-R2-NH2和甲基丙烯酸异氰酸乙酯反应，得到式(I)所示结构，
Figure BDA0001954720270000032
其中，所述R1为C6～C20的未取代苄基、C6～C20的取代苄基、C5～C20的取代杂芳基、C2～C10烷基取代的氧酰基或含有C5～C10的杂芳基取代基的氧酰基；
所述R2为-OCH2-Ar-(M)a-，
所述Ar为C6～C20的未取代芳基、C6～C20的取代芳基或C4～C15的杂芳基；
所述M为-OCON(CH3)CH2-；
所述a为0或1。
本发明还提供了一种两亲性一氧化氮前药聚合物，具有式(II)所示结构，
Figure BDA0001954720270000033
其中，所述R1为C6～C20的未取代苄基、C6～C20的取代苄基、C5～C20的取代杂芳基、C2～C10烷基取代的氧酰基或含有C5～C10的杂芳基取代基的氧酰基；
所述R2为-OCH2-Ar-(M)a-，
所述Ar为C6～C20的未取代芳基、C6～C20的取代芳基或C4～C15的杂芳基；
所述M为-OCON(CH3)CH2-；
所述a为0或1；
所述n为1～30；
所述n1为30～70。
本发明还提供了一种两亲性一氧化氮前药聚合物的制备方法，包括：将式(III)结构的化合物和本发明所述的式(I)结构的光响应的一氧化氮供体分子混合反应，得到具有式(II)所示结构两亲性一氧化氮前药聚合物，
Figure BDA0001954720270000041
其中，所述R1为C6～C20的未取代苄基、C6～C20的取代苄基、C5～C20的取代杂芳基、C2～C10烷基取代的氧酰基或含有C5～C10的杂芳基取代基的氧酰基；
所述R2为-OCH2-Ar-(M)a-，
所述Ar为C6～C20的未取代芳基、C6～C20的取代芳基或C4～C15的杂芳基；
所述M为-OCON(CH3)CH2-；
所述a为0或1；
所述n为1～30；
所述n1为30～70。
本发明还提供了一种由本发明所述的两亲性一氧化氮前药聚合物自组装得到的组装体作为药物载体在制备高分子药物中的应用。
本发明还提供了一种由本发明所述的两亲性一氧化氮前药聚合物自组装得到的组装体在制备修复眼角膜上皮细胞药物中的应用
与现有技术相比，本发明提供了一种光响应一氧化氮供体分子及其衍生物和制备方法，本发明提供的具有式(I)所示结构光响应一氧化氮供体分子通过选择合适的结构，使得其能够在低辐照强度下实现灵敏响应，且可以进一步制备成高分子前药，再进一步进行自组装，得到性能较好的高分子药物，且相对于现有的光响应一氧化氮供体分子毒性降低。
附图说明
图1为图1本发明实施例1得到的单体NBNBC以及BNBC核磁氢谱及质谱；
图2本发明实施例1得到的单体NBNBC在紫外光照下的降解机理的高效液相色谱曲线；
图3本发明实施例提供的聚合物BP1(PEG45-b-PNBNBC25)以及对照聚合物BP2(PEG45-b-PBNBC46)的核磁及凝胶渗透色谱曲线；
图4本发明实施例1的BP1聚合物和BP2聚合物分别制备的囊泡的TEM照片；
图5为聚合物BP1自组装得到的囊泡以及聚合物BP2自组装得到的囊泡在低剂量光照条件下一氧化氮释放定量分析的曲线；
图6为实施例3得到的聚合物囊泡在光照条件下的阿霉素的释放曲线；
图7为本发明实施例1得到的组装体1用于角膜上皮细胞划痕修复实验的共聚焦图片；
图8为实施例3得到的聚合物囊泡在更低光照强度和更长波长光照下用派洛宁探针检测其一氧化氮释放。
具体实施方式
本发明提供了一种光响应一氧化氮供体分子，具有式(I)所示结构，
Figure BDA0001954720270000051
其中，所述R1为C6～C20的未取代苄基、C6～C20的取代苄基、C5～C20的取代杂芳基、C2～C10烷基取代的氧酰基或含有C5～C10的杂芳基取代基的氧酰基；
所述R2为-OCH2-Ar-(M)a-，
所述Ar为C6～C20的未取代芳基、C6～C20的取代芳基或C4～C15的杂芳基；
所述M为-OCON(CH3)CH2-；
所述a为0或1。
按照本发明，所述R1优选为式(R1-a)、式(R1-b)、式(R1-c)、式(R1-d)、式(R1-e)，
Figure BDA0001954720270000061
按照本发明，所述Ar优选为苯基、甲基苯基、乙基苯基、吡啶基、呋喃基或呲喃基，更具体的，所述R2为式(R2-a)、式(R2-b)、式(R2-c)、式(R2-d)，
Figure BDA0001954720270000062
本发明中，所述光响应一氧化氮供体分子具体为式(I-1)、(I-2)、(I-3)或(I-4)，
Figure BDA0001954720270000063
本发明还提供了一种光响应的一氧化氮供体分子的制备方法，包括：
将R1CHO、CH2(OH)-R2-NH2和甲基丙烯酸异氰酸乙酯反应，得到式(I)所示结构，
Figure BDA0001954720270000071
其中，所述R1为C6～C20的未取代苄基、C6～C20的取代苄基、C5～C20的取代杂芳基、C2～C10烷基取代的氧酰基或含有C5～C10的杂芳基取代基的氧酰基；
所述R2为-OCH2-Ar-(M)a-，
所述Ar为C6～C20的未取代芳基、C6～C20的取代芳基或C4～C15的杂芳基；
所述M为-OCON(CH3)CH2-；
所述a为0或1。
按照本发明，本发明将R1CHO、CH2(OH)-R2-NH2和甲基丙烯酸异氰酸乙酯反应，得到式(I)所示结构，其中，本发明对反应的方式没有特殊要求，本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的制备方法。本发明中，所述R1与R2的取值范围与前述相同。
本发明还提供了一种两亲性一氧化氮前药聚合物，具有式(II)所示结构，
Figure BDA0001954720270000072
其中，所述R1为C6～C20的未取代苄基、C6～C20的取代苄基、C5～C20的取代杂芳基、C2～C10烷基取代的氧酰基或含有C5～C10的杂芳基取代基的氧酰基；
所述R2为-OCH2-Ar-(M)a-，
所述Ar为C6～C20的未取代芳基、C6～C20的取代芳基或C4～C15的杂芳基；
所述M为-OCON(CH3)CH2-；
所述a为0或1；
所述n为1～30；
所述n1为30～70。
本发明中，所述R1与R2的限定与前述相同；所述n优选为10～25，更优选为15～20；所述n1优选为45～60，更优选为50～55.
本发明还提供了一种两亲性一氧化氮前药聚合物的制备方法，包括：将式(III)结构的化合物和本发明所述的式(I)结构的光响应的一氧化氮供体分子混合反应，得到具有式(II)所示结构两亲性一氧化氮前药聚合物
Figure BDA0001954720270000081
其中，所述R1为C6～C20的未取代苄基、C6～C20的取代苄基、C5～C20的取代杂芳基、C2～C10烷基取代的氧酰基或含有C5～C10的杂芳基取代基的氧酰基；
所述R2为-OCH2-Ar-(M)a-，
所述Ar为C6～C20的未取代芳基、C6～C20的取代芳基或C4～C15的杂芳基；
所述M为-OCON(CH3)CH2-；
所述a为0或1；
所述n为1～30；
所述n1为30～70。
按照本发明，本发明将式(III)结构的化合物和本发明所述的式(I)结构的光响应的一氧化氮供体分子混合反应，得到具有式(II)所示结构两亲性一氧化氮前药聚合物，其中本发明对混合反应的方法没有特殊要求，本领域技术人员可以根据本领域公知常识选择合适的制备工艺。
本发明还提供了一种由本发明所述的两亲性一氧化氮前药聚合物自组装得到的组装体作为药物载体在制备高分子药物中的应用。
本发明还提供了一种由本发明所述的两亲性一氧化氮前药聚合物自组装得到的组装体在制备修复眼角膜上皮细胞药物中的应用。
本发明提供了一种光响应一氧化氮供体分子及其衍生物和制备方法，本发明提供的具有式(I)所示结构光响应一氧化氮供体分子通过选择合适的结构，使得其能够在低辐照强度下实现灵敏响应，且可以进一步制备成高分子前药，再进一步进行自组装，得到聚合物囊泡或担载药物的聚合物囊泡，且相对于现有的光响应一氧化氮供体分子毒性降低。而且，本申请自组装得到的聚合物囊泡作为修复眼角膜上皮细胞药物具有很好的修复效果。
下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1-1)制备光响应一氧化氮供体分子NBNBC(其中，R1为邻硝基苯甲醛；R2为4-氨基苄醇)
Figure BDA0001954720270000091
制备方法：将2g(16.24mmol)4-氨基苄醇(自制)和2.45g(16.24mmol)邻硝基苯甲醛溶解在60mL乙醇中，室温搅拌5min，出现沉淀。将反应液抽滤，得到滤饼2g(7.80mmol)，将其溶于30mL四氢呋喃，加入0.295g(7.80mmol)NaBH4室温搅拌2h。将5mL水加到反应体系中，旋干四氢呋喃，用二氯甲烷萃取后，用无水硫酸钠干燥。接着，将还原后产物1.03g(3.97mmol)溶于20mL冰醋酸中，加入0.30g(4.41mmol)NaNO2水溶液(60mL)，反应在室温搅拌20min。之后将反应液加入到饱和碳酸氢钠水溶液中，再用二氯甲烷萃取(60mL×5)，再用无水Na2SO4干燥。接着旋干二氯甲烷，过柱纯化，得淡黄色前体，0.73g(64％)，将该0.73g(2.54mmol)前体溶于20mL无水四氢呋喃中，加入0.39g(2.54mmol)甲基丙烯酸异氰酸乙酯和11μLDBTL，室温搅拌过夜，旋除溶剂，过柱纯化淡黄色单NBNBC，0.95g(88％)。
1-2)按照与上述步骤相同的合成步骤合成BNBC(即R1为苯甲醛；R2为4-氨基苄醇。
对得到的光响应一氧化氮供体分子NBNBC的结构以及BNBC的结构进行核磁氢谱和质谱表征，结果见图1，图1为图1本发明实施例1得到的单体NBNBC以及BNBC核磁氢谱及质谱。从图1中可以看出，所合成的单体的结构与预期相同。
对得到的单体NBNBC的降解机理进行研究，结果见图2，图2本发明实施例1得到的单体NBNBC在紫外光照下的降解机理的高效液相色谱曲线。从图2可以看出，所述NBNBC的降解机理可能是由于硝基苄基基团的吸电子作用会加剧电荷分离，从而促进N-N键的均解，进而实现高灵敏性一氧化氮光响应释放。
2-1)合成一氧化氮前药两亲性嵌段聚合物(BP1)。
Figure BDA0001954720270000101
其特征为：通过PEG macroRAFT agent以及上述的具有促进一氧化氮响应释放基元的单体通过可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)法获得高灵敏性一氧化氮前药两亲性分子。疏水链段聚合度n可以通过改变聚合参数和条件来有效的改变，优选地n＝10～30。本领域技术人员理解，对于本发明来说，聚合度n不是关键，只要对本发明没有有害影响即可。为了更清楚地帮助理解，以下选用n＝25的聚合物(BP1)为例说明。
制备方法：将442mg NBNBC单体(1.00mmol)，45mg PEO-based macroRAFT agent((0.02mmol；合成方法参考Macromolecules，2008，41，12，)和0.33mgAIBN(0.002mmol)加到封管中，溶于0.7mL DMSO。将封管脱气，再在70℃搅拌8h。后处理时用二氯甲烷溶解，沉淀到无水乙醚中。将聚合物放入真空干燥箱过夜，得到淡黄色聚合物BP1，120mg(产率为27％)。
2-2)仅将NBNBC单体换成BNBC对照分子，按照上述同样的步骤合成对照聚合物(记为BP2)，其中，疏水链段聚合度n＝46。
通过核磁氢谱与GPC对得到的聚合物BP1和BP2的结构进行表征，结果见图3。图3本发明实施例提供的聚合物BP1(PEG45-b-PNBNBC25)以及对照聚合物BP2(PEG45-b-PBNBC46)的核磁及凝胶渗透色谱曲线，从图中可以看出，本发明合成的聚合物与预期相同。
3-1)自组装制备纳米组装体，具体地如下：
将1mg BP1聚合物溶解于1mL二氧六环共溶剂中，室温搅拌条件下以1mL/h的速度向其中加入0.5mL超纯水，过4次220nm有机滤膜，再以1mL/h的速度继续向其中加入8.5mL超纯水。所得的发白状悬浊液放置于透析袋中，透析于水，透析12小时后除尽有机溶剂。得到纳米组装体1，
对得到的纳米组装体进行检测，结果见图4，图4为图4本发明实施例1BP1聚合物和BP2聚合物分别制备的囊泡的TEM照片，从TEM结果证实，BP1自组装得到的为直径大小约200nm的囊泡。
3-2)将1mg BP2聚合物溶解于1mL四氢呋喃中，再闪沉到9mL纯水中，所得溶液放置于透析袋中，透析于水，透析12小时后除尽有机溶剂。得到纳米组装体2，
对得到的纳米组装体进行检测，结果见图4，图4为图4本发明实施例1BP1聚合物和BP2聚合物分别制备的囊泡的TEM照片，从TEM结果证实BP2自组装得到的为直径大小约100nm的囊泡。
实施例2光照释放一氧化氮
用Griess试剂定量一氧化氮的释放。用手提式紫外灯(365nm，～4mW/cm2)分别光照实施例1得到的纳米组装体1和组装体2，具体的，取光照不同时间的组装体1或组装体2与等体积的Griess试剂混合，避光放置10min后，测试他们的紫外吸收光谱，通过526nm处的吸光度定量一氧化氮释放的含量。
结果见图5，图5为聚合物BP1自组装得到的囊泡以及聚合物BP2自组装得到的囊泡在低剂量光照条件下一氧化氮释放定量分析的曲线；从图中可以看出，当纳米组装体1光照50min后，一氧化氮释放量趋于稳定，组装体释放80％的一氧化氮，当组装体2光照7h后，组装体释放26.8％的NO，分析可能由于2-硝基苄基基团的吸电子作用会加剧电荷分离，从而促进N-N键的均裂，最终加速一氧化氮的释放。
实施例3：自组装囊泡亲水、化疗药物负载与可控释放
在聚合物BP1的自组装之前，将水溶性化疗药物阿霉素(DOX.HCl)，溶于超纯水中，然后如实施例1中提及的方法进行自组装，得到负载亲水药物的囊泡。
对得到的囊泡的药物释放性能进行研究，结果见图6，图6为实施例3得到的聚合物囊泡在光照条件下的阿霉素的释放曲线，从图中可以看出：在紫外灯((365nm，～4mW/cm2)光照10min的条件下，包载在亲水空腔中的阿霉素很快释放，在60h时，DOX的释放率达到70％。根据实验得出可能的原因是由于组装体在光照后发生重排，氨基质子化，原来疏水双层膜转变为亲水，释放负载在亲水空腔中的阿霉素。
实施例4：自组装囊泡应用于眼角膜上皮细胞划痕修复
在96孔板中，以6万细胞/孔进行种板，种四个孔，待培养24h后，细胞长满，3个孔加入组装体与培养基，组装体的浓度为0.1g/L，另一个孔用同等体积的PBS替代组装体，剩余部分为培养基，共培养4h后，移除培养基，用牙签来制作细胞划痕，然后用PBS洗十次，再加入新的培养基，加入组装体1的三个孔分别做365nm紫外光照0，5，10min的处理，用共聚焦跟踪眼角膜上皮细胞修复的情况。
结果见图7，图7为本发明实施例1得到的组装体1用于角膜上皮细胞划痕修复实验的共聚焦图片，从图中可以看出，含组装体1光照10min的角膜上皮细胞划痕修复最快，其次是5min，说明一氧化氮有助于眼角膜上皮细胞的修复。
实施例5：在更低光强及更长波长光照下释放一氧化氮
用一氧化氮探针派洛宁测试组装体1在光照下一氧化氮的释放。组装体1的浓度为0.1g/L，派洛宁的浓度为0.1mM，溶于5％DMSO+95％H2O。EX Slit：5.0nm；EM Slit：10.0nm；PMT Voltage：600V；EX WL：570.0nm；EM WL：580.0nm。(1)用365nm紫外灯(～0.5mW/cm2)。(2)用410nm LED(～4mW/cm2)灯光照。分别跟踪两种光照条件下荧光的变化。
结果见图8，图8为组装体1在365nm紫外灯(～0.5mW/cm2)和410nmLED(～4mW/cm2)光照下一氧化氮释放情况。从图8可以看出在两种条件下，组装体1都能释放一氧化氮。所以使组装体释放一氧化氮的光照波长可以从365nm到410nm，光强也可以调节。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种光响应一氧化氮供体分子，具有式(I)所示结构，
Figure FDA0002385267080000011
其中，所述R1为式(R1-a)、式(R1-b)、式(R1-c)、式(R1-d)、式(R1-e)，
Figure FDA0002385267080000012
所述R2为-OCH2-Ar-(M)a-，
所述Ar为苯基、甲基苯基、乙基苯基、吡啶基、呋喃基或吡喃基；所述M为-OCON(CH3)CH2-；
所述a为0或1。
2.根据权利要求1所述的一氧化氮供体分子，其特征在于，所述R2为式(R2-a)、式(R2-b)、式(R2-c)、式(R2-d)，
Figure FDA0002385267080000013
3.根据权利要求1所述的一氧化氮供体分子，其特征在于，所述一氧化氮供体分子为式(I-1)、(I-2)、(I-3)或(I-4)，
Figure FDA0002385267080000014
Figure FDA0002385267080000021
4.一种光响应的一氧化氮供体分子的制备方法，包括：
将R1CHO、CH2(OH)-R2-NH2和甲基丙烯酸异氰酸乙酯反应，得到式(I)所示结构，
Figure FDA0002385267080000022
其中，所述R1为式(R1-a)、式(R1-b)、式(R1-c)、式(R1-d)、式(R1-e)，
Figure FDA0002385267080000023
所述R2为-OCH2-Ar-(M)a-，
所述Ar为苯基、甲基苯基、乙基苯基、吡啶基、呋喃基或吡喃基；所述M为-OCON(CH3)CH2-；
所述a为0或1。
5.一种两亲性一氧化氮前药聚合物，具有式(II)所示结构，
Figure FDA0002385267080000031
其中，所述R1为式(R1-a)、式(R1-b)、式(R1-c)、式(R1-d)、式(R1-e)，
Figure FDA0002385267080000032
所述R2为-OCH2-Ar-(M)a-，
所述Ar为苯基、甲基苯基、乙基苯基、吡啶基、呋喃基或吡喃基；所述M为-OCON(CH3)CH2-；
所述a为0或1；
所述n为1～30；
所述n1为30～70。
6.一种两亲性一氧化氮前药聚合物的制备方法，包括：将式(III)结构的化合物和权利要求1～3任意一项所述的式(I)结构的光响应的一氧化氮供体分子混合反应，得到具有式(II)所示结构两亲性一氧化氮前药聚合物，
Figure FDA0002385267080000033
Figure FDA0002385267080000041
其中，所述R1为式(R1-a)、式(R1-b)、式(R1-c)、式(R1-d)、式(R1-e)，
Figure FDA0002385267080000042
所述R2为-OCH2-Ar-(M)a-，
所述Ar为苯基、甲基苯基、乙基苯基、吡啶基、呋喃基或吡喃基；所述M为-OCON(CH3)CH2-；
所述a为0或1；
所述n为1～30；
所述n1为30～70。
7.一种由权利要求6所述的两亲性一氧化氮前药聚合物自组装得到的组装体作为药物载体在制备高分子药物中的应用。
8.一种由权利要求6所述的两亲性一氧化氮前药聚合物自组装得到的组装体在制备修复眼角膜上皮细胞药物中的应用。
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