CN110123754B - 一种靶向作用于树突细胞的苍耳亭纳米胶束及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于药物技术领域,具体涉及一种靶向于树突细胞的苍耳亭纳米胶束及制备方法和应用。苍耳亭纳米胶束由非靶向聚合物材料、靶向聚合物材料共混后与苍耳亭组装得到,所述苍耳亭纳米胶束平均粒径为17.83±0.28nm,所述的靶向聚合物材料、非靶向聚合物材料与苍耳亭的质量比为0.9:35.1:2。制备方法为将靶向聚合物材料、非靶向聚合物材料、和苍耳亭溶于无水乙醇中,混匀,除去无水乙醇,加水,过滤,冻干。所述的聚合物胶束可以实现主动靶向作用,有利于药物向炎症区域的汇集和浓聚,降低其他细胞对苍耳亭的非特异性吞噬,增强苍耳亭在树突细胞内的有效的作用浓度,能够抑制过敏性鼻炎的复发,效果优于布地奈德。
Description
发明领域
本发明属于药物技术领域,具体涉及一种靶向于树突细胞的苍耳亭纳米胶束及制备方法和应用。
背景技术
过敏性鼻炎(AR)是一种以TH2细胞过度分化为典型特征的炎症疾病,是最常见的慢性疾病之一,影响着全世界40%人口,由于其高发病率和难治愈性已严重影响人类健康和生活质量,增加了社会和经济负担,已成为全球性的健康问题。AR在全球范围内患病率持续增长,药物治疗和免疫治疗是目前AR治疗的主要方法,然而,由于免疫耐受不足导致的高复发或者长期治疗导致的严重副作用,以及药物的快速流失仍是临床应用的主要问题。近年来,树突细胞(DC)已成为免疫学研究的热点。作为炎症级联反应的源头,摄取过敏原后刺激成熟的DC具有激活T细胞过度分化为Th2细胞的能力继而起始或加重过敏性炎症的反应进程和复发。因此抑制DC成熟有助于抑制随后的免疫刺激信号与免疫反应,从根本上消除AR的发生和复发。然而,目前基于DC治疗的免疫疗法仍然十分困难,主要有以下几个原因:一是非特异性导致的转染效率低;二是大分子导致的细胞摄取率低;三是干扰RNA易被酶降解。因此为了解决以上问题,丞需设计一种粒径小、特异性强、靶向效率高的树突细胞靶向递药系统。
苍耳亭(Xanthatin, XT)从菊科植物苍耳草(Xanthium strumarium L)中提取分离的一种倍半萜内酯化合物,研究表明苍耳亭具有多种有效活性,比如抗炎活性。其分子式为:C15H18O3,分子量为:246.3 g/mol,结构式如下:
NGR是一种由二硫桥连接的环状五肽Cys-Asn-Gly-Arg-Cys(GGCNGRC),对树突细胞膜上高表达的氨肽酶N(CD13)具有较高的亲和力和特异性。经专利和文献检索,未见报道涉及苍耳亭纳米胶束相关制剂的研究。
发明内容
本发明提供一种靶向作用于树突细胞的苍耳亭纳米胶束,能够克服苍耳亭的疏水性,是一种不含任何增溶剂或者有机溶媒的水性制剂。而本发明的又一目的是提供一种特异性靶向纳米缓释制剂,具有较高的稳定性、生物利用度、细胞摄取率、提高了药效、减少了毒副作用等特点。为实现上述发明目的,本发明采用如下的技术方案:
一种靶向作用于树突细胞的苍耳亭纳米胶束,由非靶向聚合物材料、靶向聚合物材料共混后与苍耳亭通过亲疏水作用自组装的方法得到NGR修饰的靶向作用于树突细胞的苍耳亭纳米胶束。
进一步地,所述苍耳亭纳米胶束平均粒径为 17.83 ± 0.28nm。
进一步地,所述的靶向聚合物材料、非靶向聚合物材料与苍耳亭的质量比为0.9:35.1:2。
进一步地,所述的非靶向材料为聚乙二醇-聚乳酸(mPEG-PDLLA);靶向材料为靶向分子NGR修饰的聚乙二醇-聚乳酸(NGR-PEG-PDLLA)。
进一步地,靶向分子NGR修饰的聚乙二醇-聚乳酸(NGR-PEG-PDLLA)的制备采用以下步骤:
将NHS-PEG-PDLLA和NGR以2:1摩尔比溶于pH 为9.0的硼酸盐缓冲液中,室温下反应并搅拌12 h后经蒸馏水(MWCO 3500da)透析纯化,冻干,得到NGR-PEG-PDLLA,其反应如下:
进一步地,所述靶向材料和非靶向材料的亲水端的聚乙二醇均分子量为2000,疏水端的聚乳酸均分子量为2000。
一种上述的靶向作用于树突细胞的苍耳亭纳米胶束的制备方法,其特征制备工艺在于,其包括步骤:
1)制备聚乙二醇-聚乳酸共聚物与NGR修饰的聚乙二醇-聚乳酸共聚物;
2)将步骤1)制备的聚合物载体材料mPEG-PDLLA与NGR-PEG-PDLLA,与苍耳亭药物充分溶解于无水乙醇中,使混合材料和苍耳亭形成均匀溶液A;
3)将溶液Ⅰ中的溶剂通过减压蒸馏方法彻底除掉,得到均匀的材料-药物透明薄膜基质B;
4)向上述基质中加入预热的注射用水,通过晃动、搅拌、超声等方式,使载体材料水化自组装成胶束,苍耳亭包裹于疏水性内核中,形成负载苍耳亭靶向纳米胶束溶液C;
5)将负载苍耳亭靶向纳米胶束溶液C过0.22 μm滤膜精滤除菌;
6)将滤液置于-50°C冰箱中,预冻2-3 h,再逐步升华除掉水分,冻干即得负载苍耳亭靶向纳米胶束冻干粉。
本发明中所述靶向聚合物材料、非靶向聚合物材料与苍耳亭的质量比为0.9:35.1:2;
本发明中,将载体材料以及苍耳亭充分溶解于无水乙醇中采用的是搅拌、超声或加热等方式。
本发明中,所述步骤(3)中减压蒸馏过程中压力为-0.1~-0.08 MPa。
本发明中,所述步骤(4)中所述预热注射用水的温度为40~60°C,水化介质量是10mL。
一种上述靶向作用于树突细胞的苍耳亭纳米胶束在制备抗过敏性鼻炎治疗药物中的应用。
有益效果
1)本发明负载苍耳亭靶向靶向树突细胞的聚合物胶束,通过本发明后续实施例证明,苍耳亭被包裹在有聚乙二醇-聚乳酸共聚物形成的核心结构里,聚乙二醇暴漏在胶束的表面,并在表面被靶向基团NGR环肽修饰,形成稳定的具有特定靶向能力的聚合物胶束。
2)本发明负载苍耳亭靶向树突细胞的聚合物胶束,通过在纳米材料表面进行修饰,可以实现主动靶向作用,更加有利于药物向炎症区域的汇集和浓聚,降低其他细胞对苍耳亭的非特异性吞噬,同时增强苍耳亭在树突细胞内的有效的作用浓度。
3)本发明负载苍耳亭靶向树突细胞的聚合物胶束,载体材料可以降解为乳酸而被机体利用。
4)本发明负载苍耳亭靶向树突细胞的聚合物胶束,能够大大提高药物在水性介质中的稳定性。
综上所述,本发明负载苍耳亭靶向树突细胞的聚合物胶束为目前尚存在缺陷的DC免疫疗法提供了一个新的可实施途经。
附图说明
附图1 NGR肽修饰的聚乙二醇-聚乳酸共聚物合成路线及相关1H NMR图谱;
附图2负载苍耳亭的靶向聚合物胶束的制备,及与树突细胞相互作用示意图;
附图3 负载苍耳亭的靶向聚合物胶束特征:粒子粒径分布和透射电镜图;
附图4 负载苍耳亭的靶向聚合物胶束体外释药曲线图;
附图5 各种药物对树突细胞毒性分析图;
附图6 负载荧光的靶向聚合物胶束对细胞摄取吸收结果图;
附图7 负载苍耳亭的靶向聚合物胶束对树突细胞表型分析图;
附图8 负载苍耳亭的靶向聚合物胶束对过敏性鼻炎小鼠抗炎疗效评估:(A)行为学评分及复发的影响;(B)血清炎症因子影响;(C)鼻黏膜组织H&E分析;(D)脾脏树突细胞表型分析;数据来自6只小鼠体内炎证结果值;*p< 0.05, **p< 0.01, ***p<0.001 vs. G2组;#p< 0.05, ##p< 0.01, ###p<0.001 vs. g4组;
附图9 负载荧光的靶向聚合物胶束鼻腔给药后组织分布图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例详细阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于阐述和解释本发明,而并不限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照本领域的常规条件或制造厂商所建议的条件。
实施例1
(1)NGR修饰的靶向聚合物合成
其制备方法包括:将NHS-PEG-PDLLA和NGR以2:1摩尔比溶于硼酸盐缓冲液中(Borate-buffered saline,PH = 9.0),室温下反应并搅拌12 h后经蒸馏水透析(MWCO3500da)纯化,冻干,得到NGR-PEG-PDLLA。所得产物用1H NMR进行结构鉴定,结果如图1。
结果与分析:图A为NGR修饰的纳米材料NGR-PEG-PDLLA的合成路线。图B、图C和图D分别为合成方案中起始原料NHS-PEG-PDLLA,NGR和产物NGR-PEG-PDLLA的核磁图谱,其中椭圆代表NGR的特征峰,反应产物图谱显示NHS上特征峰(δ 2.65 ppm)消失,而NGR特征峰出现,表明NGR成功连接到NHS-PEG-PPDLLA分子上。
(2)靶向聚合物胶束的制备
负载苍耳亭的靶向聚合物胶束(NGR-XT-PM)的制备过程如图2所示。其制备方法如下:
制备例1:分别称取36 mg载体材料(35.1 mg mPEG2000-PDLLA2000和0.9 mg NGR-PEG2000-PDLLA2000)和2 mg 苍耳亭置于圆底烧瓶中,加入4 mL无水乙醇,超声使载体材料和药物充分溶解。将该溶液置于旋转蒸发仪60°C下旋蒸30 min将有机溶剂彻底蒸干,得干燥透明的混合薄膜基质。而后加入10 mL在60°C下预热的注射用水,在搅拌的条件下水化形成胶束,后过0.22 μm无菌滤膜精滤除菌,滤液冻干,得到样品。结果如图2所示。
负载荧光的靶向聚合物胶束(NGR-DiI-PM)的制备方法:
制备例2:分别称取36 mg载体材料(35.1 mg mPEG2000-PDLLA2000和0.9 mg NGR-PEG2000-PDLLA2000)和2 mg 荧光染料DiI置于圆底烧瓶中,加入4 mL无水乙醇,超声使载体材料和药物充分溶解。将该溶液置于旋转蒸发仪60°C下旋蒸30 min将有机溶剂彻底蒸干,得干燥透明的混合薄膜基质。而后加入10 mL在60°C下预热的注射用水,在搅拌的条件下水化形成胶束,后过0.22 μm无菌滤膜精滤除菌,滤液冻干,得到样品。
空白靶向聚合物胶束的制备方法:
制备例3:分别称取36 mg载体材料(35.1 mg mPEG2000-PDLLA2000和0.9 mg NGR-PEG2000-PDLLA2000)置于圆底烧瓶中,加入4 mL无水乙醇,超声使载体材料和药物充分溶解。将该溶液置于旋转蒸发仪60°C下旋蒸30 min将有机溶剂彻底蒸干,得干燥透明的混合薄膜基质。而后加入10 mL在60°C下预热的注射用水,在搅拌的条件下水化形成胶束,后过0.22μm无菌滤膜精滤除菌,滤液冻干,得到样品。
(4)负载苍耳亭的靶向聚合物胶束表征
将制备的胶束冻干粉(制备例1),注射用水复溶后,超声分散处理3min,于25℃,用马尔文激光粒度仪检测粒径大小及其分布。采取相同方法复溶冻干粉后,滴于铜网上,待室温晾干,用2%磷钨酸负染,室温晾干,用透射电镜观察粒子外观,并拍照,结果如图3所示。
结果与分析:负载苍耳亭的靶向聚合物胶束的平均粒径为17.83 ± 0.28nm,透射电镜图像显示其粒
子具有良好的分散性和规则的球形。
(5)负载苍耳亭的靶向聚合物胶束体外释药
采用透析袋法检测负载苍耳亭的靶向聚合物胶束(制备例1)的体外释放行为,称取一定量的胶束冻干粉(制备例1)用纯化水复溶后置于透析袋(MWCO 3500 Da)内。将透析袋扎口后置于50 mL离心管中,浸没于40 mL含有0.5% wt吐温80的PBS(pH=7.4)溶液中。将离心管置于水浴摇床中,水浴温度为37 °C,转速100 rpm。在预定的时间间隔内,吸取1 mL释放介质,同时补充1mL新鲜介质。吸取的释放介质12000 rpm离心10min,用高效液相检测苍耳亭含量并计算释放度,绘制释放曲线,试验一式三份。结果如图4所示。
结果与分析:负载苍耳亭的靶向聚合物胶束显示了缓控释放性能。约有14.87%的累积释放的苍耳亭释放在1.5 h内,20 h时约70%的XT释放并达到平衡状态,可能主要取决于药物扩散和基质的侵蚀。
(6)体外细胞毒性测定
取DC细胞接种在96孔板中(5×103个/孔)孵育24 h,然后加入不同浓度的负载苍耳亭的靶向纳米胶束(制备例1),空白胶束(制备例3)以及游离苍耳亭(0.0005,0.005,0.05,0.5,5 μg/mL),用不含药物的正常组作为阴性对照,继续培养48 h后,按照MTT测试剂盒操作步骤,用酶标仪检测细胞活性。结果如图5所示。
结果与分析:在0.0005-5μg/mL的苍耳亭浓度下,细胞活力值均大于90%。结果表明,负载苍耳亭的靶向纳米胶束,空白胶束以及游离苍耳亭对细胞基本无毒性,因此这种聚合物可用于药物递送材料。
(7)细胞摄取分析
取DC细胞接种在6孔板(5×103/孔)孵育24 h,然后前两组分别加入负载荧光的靶向聚合物胶束(制备例3)和游离的荧光,最后一组先加入游离NGR预培养30min,然后再加入负载荧光的靶向聚合物胶束培养4 h,用冷的PBS洗涤细胞三次,4%多聚甲醛固定15min。DAPI细胞核染色后用共聚焦激光扫描显微镜检测细胞内荧光。结果如图6所示。DiI(红色)和DAPI(绿色)
结果与分析:游离荧光(DiI)组显示较强的红色荧光信号,归因于DiI的脂溶性导致的扩散作用;负载荧光的靶向聚合物胶束(NGR-DiI-PM)组显示强烈的红色荧光信号,归因于NGR受体介导的内吞作用增加荧光的吸收量;而NGR预先孵育的细胞显示弱的荧光信号,表明NGR的孵育明显抑制细胞对DiI摄取的。结果表明,靶向纳米胶束的细胞吸收是由受体介导的内吞实现的。
(8)细胞表型分析
取DC细胞接种在6孔板(5×103/孔)孵育24 h,先加入游离的苍耳亭和负载苍耳亭的靶向聚合物胶束(NGR-XT-PM)预培养10min,然后加入LPS共培养24h,PBS和LPS治疗的细胞分别作为阴性对照和阳性对照组。流式细胞仪进行分析细胞表面共刺激分子(CD80,CD86和I-A/I-E)的表达。结果如图7所示。
结果与分析:对比于LPS刺激的完全成熟的DC而言,PBS组细胞显示更低的CD80,CD86,I-A/I-E分子表达水平,然而药物组均显示了较低水平的表达,尤其是负载苍耳亭的靶向聚合物胶束(NGR-XT-PM)治疗组。暗示了负载苍耳亭的靶向聚合物胶束(NGR-XT-PM)可以有效的促使DC抵抗成熟对比于游离的苍耳亭(XT)。
(9)负载苍耳亭的靶向聚合物胶束的抗炎作用
采用过敏性鼻炎小鼠模型考察负载苍耳亭的靶向纳米胶束的局部和体内抗炎效果。采用OVA与氢氧化铝混悬液对小鼠进行腹腔注射致敏,随后局部激发采用6%OVA的PBS溶液滴鼻(20μL /鼻孔),每天一次,连续一周。此后,每周三次滴鼻持续激发炎症反应。第47天,根据叠加量化评分法记录最后一次挑战后30分钟内的小鼠鼻涕量、打喷嚏和搔鼻次数,对AR症状进行评分。总分> 5分将被认定为建模成功。将造模成功小鼠进行分组(G1组(阴性对照组)和G2 (过敏性鼻炎组)接受PBS溶液滴鼻,G3和g3接受NGR-XT-PM PBS溶液(0.4mg/Kg XT),G4和g4接受布地奈德PBS溶液(33.28μg /Kg)。连续治疗14天,治疗过程中观察小鼠行为学特征。到达预定时间后,G1,G2,G3和G4组小鼠统一处死并解剖,检测炎症指标。而剩余g3和g4组小鼠继续饲养14天,不再接受药物治疗仅持续接受6%OVA滴鼻,考察复发疗效。结果如图8所示。
结果与分析:图A为治疗结束后最后一次鼻部激发小鼠行为学评分及复发的影响,对比于G2组(过敏性鼻炎模型组),G3组(NGR-XT-PM治疗组, p < 0.001)和G4组(布地奈德治疗组, p < 0.05)的小鼠鼻部症状明减轻,同时g3组(NGR-XT-PM治疗复发组)的小鼠症状保持在低水平(p < 0.001),然而g4组(布地奈德治疗复发组)的小鼠呈现了明显的症状增加(scores > 5,p > 5)。g3与g4组症状得分呈现了显著性差异(p < 0.01)。另外,复发疗效观察结果显示了g3组小鼠鼻部症状均无复发现象,而g4组50%小鼠在第5天出现复发症状,66.7%小鼠第8天出现复发,第11天全部小鼠均复发(scores > 5)。这些结果表明,NGR-XT-PM治疗的小鼠不仅可以缓解鼻部症状还可以抑制过敏性鼻炎的复发。
图B为血清炎症因子结果图,血清内各炎症因子水平可代表体内炎症水平的变化。结果显示,G3组(NGR-XT-PM治疗组),G4组(布地奈德治疗组)和g3组(NGR-XT-PM治疗复发组)小鼠血清内IGE,histamine与IL-4水平明显低于G2组(过敏性鼻炎模型组),然而G2和g4组小鼠血清内IGE,histamine与IL-4水平相当。另外对比g4组,g3组的小鼠血清IGE,histamine与IL-4炎症因子明显低于。所有组的IFN-γ水平没有明显的不同。结果分析表明, NGR-XT-PM和布地奈德可以显著抑制炎症细胞因子IgE, hiatamine和IL - 4产生,但IFN-γ水平没有影响。
图C对小鼠鼻粘膜组织病理分析结果图。G2组(过敏性鼻炎模型组)鼻粘膜组织学特征表现出明显的充血水肿。炎症细胞浸润、腺体肥大、增生,尤指细胞排列不规则。对比于G2组,这些炎症特征在G3组(NGR-XT-PM治疗组)和G4组(布地奈德治疗组)和g3组(NGR-XT-PM治疗复发组)被明显降低;然而对G2和g4组炎症特征并没有明显不同。对比于g4组,g3组小鼠的炎症特征也是明显降低。这些结果表明,NGR-XT-PM和布地奈德均能显著抑制鼻黏膜炎症病理,然而而停药后布地奈德复发组炎症病理出现了反弹,而NGR-XT-PM给药小鼠没有炎症反弹现象。
NGR-XT-PM对难治性AR具有重要的抗炎症作用。
图D为脾脏树突细胞表型分析,分别呈现CD80、CD86和I-A/I-E共刺激分子表达水平。与G2组(过敏性鼻炎模型组) 相比,G3组(NGR-XT-PM治疗组),G4组(布地奈德治疗组)和g3组(NGR-XT-PM治疗复发组)脾脏内树突细胞表面的CD80、CD86、I-A/I-E分子表达水平明显降低,然而,g4组CD80、CD86和I-A/I-E水平与G2组相当。对比于g4组,g3组显示了低水平的CD80、CD86和I-A/I-E。这些结果表明,NGR-XT-PM和布地奈德通过降低DC表面标志物的表达,可以有效地使DC对成熟产生抗性,与体外DCs表型分析一致。而停药后布地奈德复发组DC成熟发生了反弹,而NGR-XT-PM给药小鼠没有反弹现象。
(10) 荧光靶向纳米胶束的体内组织分布
选取AR造模成功的小鼠,负载荧光的靶向纳米胶束(制备例2)给药4 h后,剖离小鼠的脑,心,肝,脾,肺,肾进行CLSM成像,观察在小鼠体内组织分布情况。PBS组作为阴性对照组。结果如图9所示。DiI(红色)和DAPI(绿色)
结果分析:图9为组织成像分布图。对比于PBS阴性对照组,小鼠心、肺、肾无荧光,脑、肝有很少的红色荧光,大部分靶向荧光胶束积聚在富含DC的脾脏中,表现出较强的红色荧光,这可能与脾脏中富集的NGR载体系统靶向的CD13受体有关。这些结果表明,NGR-DiI-PM具有树突细胞靶向性,并能增强在引流淋巴的蓄积,更好地发挥抗炎疗效。
Claims (8)
1.一种靶向作用于树突细胞的苍耳亭纳米胶束,其特征在于:由非靶向聚合物材料、靶向聚合物材料共混后与苍耳亭自组装的方法得到NGR修饰的靶向作用于树突细胞的苍耳亭纳米胶束;
所述的非靶向材料为聚乙二醇-聚乳酸;靶向材料为靶向分子NGR修饰的聚乙二醇-聚乳酸;
其中,所述苍耳亭被包裹在有聚乙二醇-聚乳酸共聚物形成的核心结构里,聚乙二醇暴露在胶束的表面,并在表面被靶向基团NGR环肽修饰。
2.根据权利要求1所述的苍耳亭纳米胶束,其特征在于:所述苍耳亭纳米胶束平均粒径为17.83±0.28nm。
3.根据权利要求1所述的苍耳亭纳米胶束,其特征在于:所述的靶向聚合物材料、非靶向聚合物材料与苍耳亭的质量比为0.9:35.1:2。
5.根据权利要求2或3所述的苍耳亭纳米胶束,其特征在于:所述靶向材料和非靶向材料的亲水端的聚乙二醇均分子量为2000,疏水端的聚乳酸均分子量为2000。
6.权利要求1-4任一项所述的靶向作用于树突细胞的苍耳亭纳米胶束的制备方法,其特征制备工艺在于,其包括步骤:
(1)将靶向聚合物材料、非靶向聚合物材料、和苍耳亭溶解于无水乙醇中,超声混匀,得到澄清溶液A;
(2)除去澄清溶液A中的无水乙醇,得到共分散物B;
(3)往共分散物B中加水,使其溶解,过滤,得溶液C;
(4)将溶液C分装、冻干,制得负载苍耳亭的靶向聚合物胶束。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述的除去澄清溶液A中的无水乙醇采用减压蒸馏的方式,减压蒸馏过程中压力为-0.1~-0.08MPa;步骤(3)中往共分散物B中加水为40~60°C的注射用水。
8.一种权利要求1-4任一项所述的靶向作用于树突细胞的苍耳亭纳米胶束在制备抗过敏性鼻炎治疗药物中的应用。
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