CN111187416A - 一种壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束的制备方法和应用 - Google Patents

一种壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束的制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种壳聚糖‑g‑聚ε‑己内酯衍生物载药纳米胶束的制备方法和应用,本发明提供的壳聚糖、聚ε‑己内酯衍生物作为载药纳米胶束,具有合成方法简单、操作方便、可以包封和输送水溶性差的药物、减少药物的全身毒性、提高载体生物相容性、提高药物的疗效;发明的壳聚糖‑g‑聚ε‑己内酯衍生物载药纳米胶束具有容易生物体内降解的疏水基团和亲水基团,可将其作为一种新的载药纳米胶束具有广泛的实质性应用,对治疗肿瘤有非常重要的实用价值。

Description

一种壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束的制备方法 和应用
技术领域
本发明涉及一种壳聚糖-g-聚己内酯衍生物载药纳米胶束的制备方法和应用,属于医药领域。
背景技术
药物传递系统(Drug Delivery Systems,DDS)是指通过不同给药形式改善药物治疗效果的药物制剂。通常传统的剂型,如注射剂、片剂、胶囊剂等,由于其有效浓度维持时间短的缺陷,已无法满足临床治疗的需求。为克服该缺陷,新型药物传递系统如纳米胶束载药引起了科研工作者广泛的关注。
两亲性聚合物的自组装是近年来的研究热点,其亲水性和疏水性片段在水环境中的溶解性存在极大差异,因此它们能通过自组装形成粒径分布较窄且具有独特核-壳结构的聚合物胶束:疏水基团在水环境中凝聚形成可用于药物储存的内核,亲水链段构成保护“壳”,形成空间屏障,以确保胶束能够稳定分散于水中,防止聚沉。随着纳米技术的不断发展与进步,将药物传递系统与纳米技术相结合成为了当今研究的热点。纳米技术的引入不仅丰富了肿瘤治疗所需的药物载体材料来源(无机、有机和天然材料等),还为药物和基因传递、组织工程、再生医学以及生物标志物检测和疾病诊断提供了新的思路和途径。在纳米药物传递系统中,药物通常由纳米载体负载(纳米载体的粒径范围为1-1000nm)。特别是经过表面“修饰”后的纳米载体不仅能够负载药物轻松穿过生物膜屏障,还具备保护负载药物不被酶解或被网状内皮系统(RES)吞噬清除等能力。
两亲性聚合物还可以构成不同形貌的胶束,例如球形、棒状、囊泡、管状、环形、薄片和纤维状等。改变聚合物亲疏水链段的比例、溶液的浓度、起始溶剂或组装过程中的水含量等都可以有效调控组装体的形貌。药物释放由载体的触发主导,当载体解离时,包封药物的扩散阻力缓慢下降,为了避免被快速清除并通过EPR效应实现被动肿瘤靶向,将这些载体的尺寸保持在10-200nm的尺寸范围内是至关重要的。理想的可降解的纳米载体能够完全降解,无毒,并且不会引起任何不良反应类型(血栓,炎症性等),可避免被网状内皮系统清除,具备极大的优势。聚合物载体降解后的产物分子量低于肾脏的排泄限制(<30kDa),安全性得到提高。其中壳聚糖特别值得指出的性质是其生物亲和性和生物可吸收性。也就是说,当把它植入生物体内后,引起的生物组织反应小,且可被组织中的酶慢慢吸收。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束的制备方法和应用,本发明提供的壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物作为载药纳米胶束,具有合成方法简单、操作方便、可以包封和输送水溶性差的药物、减少药物的自身毒性、提高药物的疗效。该载药纳米胶束具有容易在生物体内降解的疏水基团和亲水基团,可以作为一种新的载药纳米胶束,具有广泛的实质性应用,对治疗肿瘤有非常重要的实用价值。本发明的载药纳米胶束的合成路线为:
Figure BDA0002372436940000021
其中,n=50~200,m=100~200;
具体反应步骤为:
(1)4.0g壳聚糖溶于100mL去离子水中,然后放入30℃的水浴锅中磁力搅拌,待a全部分散于水中,逐滴加入2mL冰醋酸溶液,10分钟后,500μL已二醛溶液加入上述壳聚糖溶液中,30℃下继续搅拌6小时,反应结束后将得到的溶液c透析48小时,每8小时换一次水(透析袋截留分子量为10000),最后将透析袋里溶液a储存在4℃冰箱备用。
(2)透析袋里溶液(Ⅳ)与氨基甲醇体积比1比1放入60℃的水浴锅中磁力搅拌24小时,加几滴冰醋酸做催化剂,反应结束后将得到的溶液c透析48小时,每8小时换一次水(透析袋截留分子量为10000),最后将透析袋里溶液(Ⅴ) 冷冻干燥得到白色粉末(Ⅴ)。
(3)将(Ⅴ)(2.0g)和聚ε-己内酯(4.80m L,43.37mmol)溶于含有10 mL二甲亚砜的圆底烧瓶中,然后加入催化剂当量的辛酸亚锡。反应温度为90℃,冷凝回流过夜。第二天反应瓶缓慢冷却至室温后,加入10mL预冷的4℃乙醚中得到沉淀产物(Ⅰ)。
本发明一目的是提供一种壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束的制备方法。
本发明再一目的是提供了一种壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束载药及抑制肿瘤生长的应用;其中,所述药物为阿霉素,所述肿瘤细胞为前列腺癌 (PC3)。
有益效果:本发明提供了一种壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束的制备方法和应用,本发明提供的聚合物作为纳米载药载体,具有在酸性条件下自动降解的功能,在细胞外基质微环境中(pH值7~7.5)中保持稳定,而当其被肿瘤细胞内吞后,在细胞内囊泡室的酸性环境中(pH值6~6.5)则变得不稳定。这样的特性使得壳聚糖、聚己内酯都降解,从而释放出里面的阿霉素药物。通过临界胶束浓度计算,药物负载量很大,药物负载效率较高。此外,该聚合物直径在 50nm级,是一种优秀的纳米载药载体,综合以上,本发明提供的该壳聚糖-g- 聚ε-己内酯可作为生物载药纳米胶束的理想载体,对癌症的治疗具有商业价值和科学研究意义。
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。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。
附图说明
图1为TEM捕获胶束壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束的形貌图片。
图2为DLS测定壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束的尺寸大小分布图。
图3壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束(1~50mg/mL)与PC3前列腺癌细胞和Hacat表皮细胞的细胞毒性柱状图。
图4为壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束临界胶束浓度图。
具体实施例子
实施例1
壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束的合成方法:
(1)4.0g壳聚糖溶于100mL去离子水中,然后放入30℃的水浴锅中磁力搅拌,待a全部分散于水中,逐滴加入2mL冰醋酸溶液,10分钟后,500μL已二醛溶液加入上述壳聚糖溶液中,30℃下继续搅拌6小时,反应结束后将得到的溶液c透析48小时,每8小时换一次水(透析袋截留分子量为10000),最后将透析袋里溶液a储存在4℃冰箱备用。
(2)透析袋里溶液(Ⅳ)与氨基甲醇体积比1比1放入60℃的水浴锅中磁力搅拌24小时,加几滴冰醋酸做催化剂,反应结束后将得到的溶液c透析48小时,每8小时换一次水(透析袋截留分子量为10000),最后将透析袋里溶液(Ⅴ) 冷冻干燥得到白色粉末(Ⅴ)。
(3)将(Ⅴ)(2.0g)和聚ε-己内酯(4.80m L,43.37mmol)溶于含有10mL 二甲亚砜的圆底烧瓶中,然后加入催化剂当量的辛酸亚锡。反应温度为90℃,冷凝回流过夜。第二天反应瓶缓慢冷却至室温后,加入10mL预冷的4℃乙醚中得到沉淀产物(Ⅰ)。
实施例2
壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束载阿霉素胶束的制备
阿霉素被包封到聚合物胶束的疏水内核中。50mg聚合物,10mg阿霉素和 10μL三乙胺溶于体积比为1:9的二甲亚砜/水的体系中,在室温下搅拌24小时脱盐后,将其缓慢滴加到大量超纯水(500mL)中,然后在室温下快速搅拌1 小时后。将溶液用超纯水透析,并通过0.45μm针式过滤器过滤,以获得载阿霉素胶束。
实施例3壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束的药物负载量(DLC) 和药物负载效率(DLE)
形貌:将一滴胶束溶液均匀地滴在有碳膜的铜网上,然后待其在室温下干燥后,用TEM去捕获胶束的形貌图片。粒径:用DLS测定胶束的平均尺寸和尺寸分布。图1为TEM捕获胶束壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束的形貌图片,图2为DLS测定胶束壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束的尺寸大小分布图。
临界胶束浓度(CMC):制备浓度从1mg/mL至1×10-6mg/mL的一系列溶液,置于含有芘的容量瓶中(芘的小于6.67×10-7M),将容量瓶在37℃避光孵育24小时后,荧光分光光度计测纳米胶束不同浓度下的I336/I333,以Log C为横坐标,I336/I333为纵坐标作图,交点处为该纳米胶束的临界胶束浓度(CMC)。其中荧光光度计的吸收波长为300~360nm,发射波长设置为395nm,图4为载药胶束壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束的临界胶束浓度图。
药物负载量(DLC)和药物负载效率(DLE):将载药胶束溶液冷冻后得到成红色固体粉末,将粉末溶解在甲醇中,重复制备3批包封阿霉素胶束,通过UV-vis记录480nm处的吸光度值。同样,制备梯度DOX溶液,重复制备3批包封阿霉素胶束,并将获得的吸光度值绘制成标准工作曲线以计算载药胶束的 DLC和DLE。下表1为纳米胶束包封率和载药量测量结果。
DLC%=(胶束中DOX的质量/聚合物的质量)×100%(1)
DLE%=(胶束中DOX的质量/DOX投料的质量)×100%(2)
表1:纳米胶束包封率和载药量测量
批次 1 2 3
包封率% 58.2 56.3 55.6
载药量% 4.52 4.48 4.53
实施例4细胞毒性实验
细胞培养:将PC3前列腺癌细胞和Hacat表皮细胞接种于细胞培养瓶中放于 37℃,5%CO2环境中培养,培养基选用含10%胎牛血清和0.5%的双抗的1640 培养基。
细胞接种:将培养的细胞接种于96孔板中,细胞密度为8000个/mL,继续在37℃,5%CO2环境中培养48h。
加梯度化合物溶液:去除96孔板中的培养基,用预冷的PBS洗涤3次,加入含不同梯度载药胶束c的1640完全培养基,继续在37℃,5%CO2环境中培养24h。
加MTT溶液:去除96孔板中的培养基,加入用完全培养基稀释成5mg/ml 的MTT溶液每个孔200μL,用锡纸包裹继续培养4小时后,除去溶液,加入 DMSO 100μL,充分溶解附着在96孔板中的甲臜。
测量细胞存活率:将96孔板转移到酶标仪中,设定扫描波长为577nm,测量其吸光度,然后根据吸光度的数值来确定细胞存活率。
图3为实施例2中得到的载阿霉素胶束c(1~50mg/mL)与PC3前列腺癌细胞和Hacat表皮细胞的细胞毒性柱状图。本发明的壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束快速穿透细胞膜。将药物带入细胞内,达到杀死细胞的目的。

Claims (4)

1.一种壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束,其特征在于:所述壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束由壳聚糖、已二醛溶液、聚ε-己内酯衍生物合成:所述壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束结构式如式(Ⅰ)所示:
Figure FDA0002372436930000011
其中,n=50~200,m=100~200;
所述壳聚糖结构式如(Ⅱ)所示;
Figure FDA0002372436930000012
其中,n=50~200;
所述聚ε-己内酯的结构式如(Ⅵ)所示:
Figure FDA0002372436930000013
其中m=100~200;
所述己二醛的结构式如式(Ⅲ)所示:
Figure FDA0002372436930000021
所述壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束的合成步骤为:
(1)将式(Ⅱ)结构的化合物与式(Ⅲ)结构化合物反应,得到式(Ⅳ)结构的如下化合物:
Figure FDA0002372436930000022
其中,n=50~200;
式(Ⅳ)结构化合物反应:4.0g壳聚糖溶于100mL去离子水中,然后放入30℃的水浴锅中磁力搅拌,待(Ⅳ)全部分散于水中,逐滴加入2mL冰醋酸溶液,10分钟后,500μL已二醛溶液加入上述壳聚糖溶液中,25~35℃下继续搅拌8~10h,反应结束后将得到的溶液(Ⅳ)透析48小时,每8小时换一次水(透析袋截留分子量为10000),最后将透析袋里溶液(Ⅳ)储存在4℃冰箱备用;
(2)将式(Ⅳ)结构的化合物与氨基甲醇反应,得到式(Ⅴ)结构的如下化合物:
将式(Ⅴ)结构化合物反应:透析袋里溶液(Ⅳ)与氨基甲醇体积比1比1放入50~70℃的水浴锅中磁力搅拌24小时,加几滴冰醋酸做催化剂,反应结束后将得到的溶液c透析48小时,每8小时换一次水(透析袋截留分子量为10000),最后将透析袋里溶液(Ⅴ)冷冻干燥得到白色粉末(Ⅴ)。
2.根据权利要求1所述壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束,其特征在于:所述壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束的合成步骤为:
(1)将式(Ⅱ)结构的化合物与式(Ⅲ)结构化合物反应,得到式(Ⅳ)结构的如下化合物:
式(Ⅳ)结构化合物反应:4.0g壳聚糖溶于100mL去离子水中,然后放入30℃的水浴锅中磁力搅拌,待(Ⅳ)全部分散于水中,逐滴加入2mL冰醋酸溶液,10分钟后,500μL已二醛溶液加入上述壳聚糖溶液中,30℃下继续搅拌8h,反应结束后将得到的溶液(Ⅳ)透析48小时,每8小时换一次水(透析袋截留分子量为10000),最后将透析袋里溶液(Ⅳ)储存在4℃冰箱备用;
(2)将式(Ⅳ)结构的化合物与氨基甲醇反应,得到式(Ⅴ)结构的如下化合物:
将式(Ⅴ)结构化合物反应:透析袋里溶液(Ⅳ)与氨基甲醇体积比1比1放入60℃的水浴锅中磁力搅拌24小时,加几滴冰醋酸做催化剂,反应结束后将得到的溶液c透析48小时,每8小时换一次水(透析袋截留分子量为10000),最后将透析袋里溶液(Ⅴ)冷冻干燥得到白色粉末(Ⅴ)。
3.根据权利要求1所述一种壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束,其特征在于:所述壳聚糖-g-聚ε-己内酯衍生物载药纳米胶束作为各类抗癌药的载药体。
4.根据权利要求3所述的各类抗癌药的载药体,其特征在于:所述抗癌药的载药体为人前列腺癌、乳腺癌、输卵管癌、卵巢癌、胰腺癌、非小细胞肺癌等药物的载药体。
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