CN111265494B - 具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球及其制备方法。所述方法包括:聚丙烯酸PAA与两端氨基化的聚乙二醇PEG,在第一活化剂的作用下,进行酰胺反应,得到PAA‑PEG的嵌段聚合物;所述PAA‑PEG的嵌段聚合物与1‑羟乙基‑2‑甲基‑5‑硝基咪唑MN,在第二活化剂的作用下,进行酯化反应,得到MN‑PAA‑PEG聚合物微球;所述MN‑PAA‑PEG聚合物与阿霉素DOX,进行自组装,得到负载阿霉素的DOX/MN‑PAA‑PEG微球,由于该制备方法只需经过酰化反应、酯化反应以及自组装三步,即可得到本申请的载药微球,因此该方法具有工艺简单、反应条件温和、易于操作等特点。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域,特别是涉及一种具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球及其制备方法。
背景技术
癌症是世界上死亡率最大的疾病之一,全球癌症发病率和死亡率正在迅速增长。根据2018年全球癌症年报的报道,预计肝癌将会在2018年将成为全球第六大常见癌症,也是全球癌症死亡的第四大原因。2018年全球肝癌死亡患者有7.83万例,占比8.2%,肝癌死亡率在全球排名第四,在国内位居第五。
目前,临床上治疗肝癌的方法主要包括手术切除治疗、放射治疗以及化学药物治疗。其中,全身化学药物治疗:对晚期原发性肝癌患者来说,不仅预后极差,并且有效率较低,也不能有效地延长生存时间。这些方法对于早期肝癌能取得比较满意的效果,而对于时常伴有局部扩散或转移的晚期肝癌患者来说,疗效往往不尽如意。
聚合物纳米粒子作为一种多功能的纳米载体,可以控制药物向病变组织的传递。但载有药物的纳米粒子,在向肿瘤细胞输送的过程中仍会受到很多障碍,例如肿瘤内深度渗透、药物运输、胞内释放等,从而导致药物抗肿瘤的效果大大受限,而为达到治疗的效果,往往需要注射大量的载有药物的纳米粒子,并且由于所载药物在未到达肿瘤组织时,就提前释放并与正常组织作用,导致药物提前失效。
因此,相关技术的临床上治疗肝癌的药物,仍然存在药物用量大、组织相容性差以及药物因提前释放而失效等问题。
发明内容
为了解决上述问题,本发明公开了一种具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球及其制备方法。
一方面,本发明提供了一种具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球,所述具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球由聚丙烯酸PAA、两端氨基化的聚乙二醇PEG、1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN以及阿霉素DOX作为原料,经过酰胺反应、酯化反应以及自组装,制备得到;
所述载药微球的外层,为所述聚丙烯酸PAA与所述两端氨基化的聚乙二醇PEG通过所述酰胺反应得到的PAA-PEG结构,具有亲水性;
所述载药微球的内层,为所述聚丙烯酸PAA与所述1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑通过所述酯化反应得到的MN-PAA结构,具有疏水性;
所述阿霉素DOX,通过自组装,与所述1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑结合;
所述载药微球,通过采用具有放疗增敏作用的所述1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN,与具有化疗作用的所述阿霉素DOX,使得所述载药微球具有放化疗协同增敏的作用。
另一方面,本发明提供了一种具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球的制备方法,包括以下步骤:
步骤1, 聚丙烯酸PAA与两端氨基化的聚乙二醇PEG,在第一活化剂的作用下,进行酰胺反应,得到PAA-PEG的嵌段聚合物;
步骤2 ,所述PAA-PEG的嵌段聚合物与1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN,在第二活化剂的作用下,进行酯化反应,得到MN-PAA-PEG聚合物微球;
步骤3 ,所述MN-PAA-PEG聚合物微球与阿霉素DOX,进行自组装,得到负载阿霉素的DOX/MN-PAA-PEG微球。
优选地,所述第一活化剂包括1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC和N-羟基琥珀酰亚胺NHS,所述步骤1包括:
步骤1.1 ,将所述聚丙烯酸PAA溶解于第一缓冲液中,得到均匀的聚丙烯酸溶液,将所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC和所述N-羟基琥珀酰亚胺NHS加入聚丙烯酸溶液中,在第一反应条件下,得到混合溶液A,通过有机碱将混合溶液A的pH值调节至中性,得到已活化的聚丙烯酸的混合溶液B;
步骤1.2 ,向所述活化后的聚丙烯酸的混合溶液B中,加入所述两端氨基化的聚乙二醇PEG,在第二反应条件下,得到含有PAA-PEG 的混合溶液,经过纯化、干燥得到PAA-PEG的嵌段聚合物;
其中,所述干燥为冷冻干燥,干燥温度为零下10℃ ~ 零下40℃。
优选地,在所述步骤1.1中,所述聚丙烯酸、所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐以及所述N-羟基琥珀酰亚胺三者的质量比为1: 0.1~0.15: 0.05~0.15 ;
所述第一缓冲溶液包括2-(N-吗啉代)-乙磺酸、4-吗啉乙磺酸、 4-吗啉丙磺酸、三羟甲基氨基甲烷、巴比妥钠中的一种;
所述第一有机碱包括三乙胺、二甲胺、二乙胺、甲胺、乙胺中的一种;
所述第一反应条件为: 搅拌温度为室温,搅拌时间为10~20min 。
优选地,在所述步骤1.2中,所述活化后的聚丙烯酸的混合溶液B中的所述聚丙烯酸与所述两端氨基化的聚乙二醇PEG二者的质量比为 1: 2~4 ;
所述第二反应条件为: 搅拌温度为室温,搅拌时间为6~36h;
所述纯化至少包括: 透析除杂或柱层析;
其中,所述透析除杂所用的透析袋的最大透过物质的数均分子量为3500,透析操作为: 每隔4 ~ 8小时换水一次,透析时间为: 1 ~ 3天。
优选地,所述第二活化剂包括1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC和4-二甲基氨基吡啶DMAP,所述步骤2包括:
步骤2.1 ,将所述PAA-PEG的嵌段聚合物溶于第一溶剂中,再依次加入所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和所述4-二甲基氨基吡啶DMAP,在第三反应条件下,得到混合溶液C;
步骤2.2 ,所述混合溶液C中加入第二有机碱,再加入所述包含所述1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN的第一溶剂溶液,在第四反应条件下,得到的混合溶液D,对所述混合溶液D进行纯化、干燥,透析去除杂质,再干燥而得到MN-PAA-PEG聚合物微球;
其中,所述干燥为冷冻干燥,干燥温度为零下10℃ ~ 零下40℃。
优选地,在所述步骤2.1中,所述PAA-PEG的嵌段聚合物、所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐以及所述4-二甲基氨基吡啶DMAP 三者的质量比为1 : 0.5~0.75 : 0.3~0.4;
所述第一溶剂为二甲亚砜;
所述第三反应条件为室温下避光搅拌,搅拌时间为0.5 ~ 4h。
优选地,在所述步骤2.2中,所述混合溶液C中的所述PAA-PEG的嵌段聚合物与所述1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN二者的质量比为1 : 0.1~0.25 ;
所述第四反应条件为: 避光搅拌,搅拌温度20℃ ~ 30℃,反应时间12 ~ 24h;
所述纯化至少包括: 透析除杂或柱层析;
所述第二有机碱包括三乙胺、二甲胺、二乙胺、甲胺、乙胺中的一种;
其中,当所述纯化为透析除杂时,用于所述透析除杂的透析袋的最大透过物质的数均分子量为3500,透析操作为每隔4 ~ 8小时换水一次,透析时间为1 ~ 3天。
优选地,所述步骤3 包括:
步骤3.1,将所述MN-PAA-PEG聚合物微球分散于第二溶剂中,再加入所述包含所述阿霉素DOX的第二溶剂溶液,在室温下进行避光搅拌1~4h,得到混合溶液E;其中,所述MN-PAA-PEG聚合物与所述阿霉素DOX 二者的质量比为 8: 1,所述第二溶剂为二甲亚砜。
步骤3.2,在室温、剧烈搅拌的条件下,向所述混合溶液E中加入第二缓冲盐溶液中,在黑暗中反应12~48小时,经过透析除杂、干燥后得到负载阿霉素的DOX/MN-PAA-PEG微球。
其中,所述第二缓冲盐溶液至少包括磷酸缓冲盐溶液;所述透析除杂所用的透析袋的最大透过物质的数均分子量为3500,透析操作为每隔4 ~ 8小时换水一次,透析时间为1 ~ 3天;所述干燥为冷冻干燥,干燥温度为零下10℃ ~ 零下40℃。
本发明提供的具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球由聚丙烯酸PAA、两端氨基化的聚乙二醇PEG、1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN以及阿霉素DOX作为原料,经过酰胺反应、酯化反应以及自组装,制备得到,以解决药物用量大、组织相容性差、毒副作用大等问题;并且本发明的载药微球由主要由内外两层结构组成,PAA-PEG作外层结构,由于聚丙烯酸与两端氨基化的聚乙二醇都具有亲水性,使得载药微球顺利在生物组织内部长时间循环,而不会沉积在某器官内;MN-PAA作内层结构,由于1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑具有疏水性,能成功与具有疏水性的油状阿霉素结合,因此本发明制备的载药微球同时具有疏水性和亲水性,能达到良好的治疗效果。
本发明的制备方法,通过碳二亚胺法和酯化反应两步法成功制备MN-PAA-PEG微球,并通过自组装对MN-PAA-PEG微球负载上抗癌药物阿霉素(DOX),得到具有肿瘤治疗效果的DOX/MN-PAA-PEG载药微球,该制备方法具有工艺简单,反应条件温和,易于操作等优点。
本发明基于聚丙烯酸优异的pH值响应性、甲硝基乏氧的结构变化和化疗增敏优势,通过碳二亚胺法和酯化反应方法合成出具有被动靶向和肿瘤乏氧/酸性响应的放化疗协同增敏效应的载药微球,制备的具有肿瘤放化疗效应的纳米载药微球,具有肿瘤总体用药量低、组织相容性好、毒副作用小以及避免提前失效等优点。并且,本发明通过设计具有刺激响应性的所述载药微球,有利于改善药物的释放情况,进一步增强纳米系统的靶向作用、提高药物利用率。
本发明的有益效果如下:
1、本发明制备的具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球(DOX/MN-PAA-PEG),其未载药时,MN-PAA-PEG聚合物微球对正常生物组织不会造成损伤,表现出无毒性;其载药时,由于治疗药物负载在微球内层,而微球外层的PAA-PEG结构对正常生物组织仍然没有损伤,且载入的药物DOX由于只会在肿瘤组织处被释放,从而释放出的DOX会先与肿瘤细胞作用,不会对其他正常的生物细胞产生作用,进而降低了DOX对正常生物组织的致癌风险。因此,本发明制备的载药微球(DOX/MN-PAA-PEG)表现出良好的生物相容性和避免药物因提前释放而失效的缺点。
2、本发明制备的具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球(DOX/MN-PAA-PEG),一方面,其中的聚乙二醇PEG分子链在自组装微球的外层,由于其良好的亲水性,能在体内血液中长时间循环,从而会被动靶向、集聚在肿瘤组织中;另一方面,由于采用聚丙烯酸作为载药微球的内层结构,由于聚丙烯酸在酸性环境的肿瘤组织中,聚丙烯酸会受肿瘤组织中的酸质子作用而分子链涨开,致使含有聚丙烯酸的内层结构破坏,胶束微球(即本申请的载药微球)的自组装结构被破坏而成功打开,从而释放出微球内部的阿霉素药物。因此,本发明制备得到的载药微球(DOX/MN-PAA-PEG)具有良好的肿瘤酸性响应、即化疗增敏的作用特点。
3、本发明的载药微球(DOX/MN-PAA-PEG)采用1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑作胶束微球的内层结构,具有两个主要特点: a、由于1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑具有疏水性,它能与同为疏水性的油状阿霉素结合,达到成功载入药物的目的;b、1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑具有乏氧还原响应,能吸收治疗的放射线,增加放射治疗时的射线利用率,进而能减少治疗射线的强度或治疗时间,从而有望减轻射线对正常组织的副作用。因此,本申请制备的载药微球具有放疗增敏的作用。而微球所制备的阿霉素属于化疗药物,因此本发明制备的载药微球具有放化疗增敏的作用,在纳米载药技术领域具有潜在的应用价值。
4、本发明制备得到具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球(DOX/MN-PAA-PEG),由于内层结构的PAA-PEG只会与肿瘤组织的酸性环境作用,致使内层结构被破坏,释放出内层的治疗药物,使得载入的药物不会提前在正常组织环境中释放,进而提高药物的使用效率,达到少药量、高治疗的目的。因此在肿瘤治疗中,本申请的载药微球具有肿瘤总体用药量低的特点。
5、本发明的载药微球采用的PEG由于会在生物组织内长时间循环,从而使得本发明的载药微球不容易在某器官内沉积,而当载药微球循环致肿瘤组织处时,由于肿瘤细胞的酸性环境,会使载药微球富集在肿瘤细胞处,并且载药微球的外层结构与肿瘤细胞环境中的酸反应,使得该微球结构破坏,释放出药物,达到治疗效果的目的。也就是说,本发明的载药微球不需要进行靶向因子的标记,仅凭借载药微球在体内的长时间循环,然后达到肿瘤细胞环境中,与肿瘤细胞环境中的酸反应,释放出药物,达到治疗的目的。因此,本发明的载药微球具有被动靶向性的特点。
进一步地,本发明的制备方法还包括以下优点:
1、本发明的制备方法中采用的有机碱,主要具有两个作用: a、利用有机碱的弱碱性调节混合溶液A中的酸性,使混合溶液B呈中性,以使混合溶液B中的活化后的聚丙烯酸,与两端氨基化的聚乙二醇(NH2-PEG-NH2)顺利进行碳二亚胺反应,其中,本申请中的碳二亚胺反应是指聚丙烯酸分子链两端的羧基与两端氨基化的聚乙二醇两端的氨基反应;b、调节聚丙烯酸的分子链状态,使之趋于保持为直链状态,即将卷曲状的聚丙烯酸分子链状态,展开成直链状,以利于EDC和NHS对聚丙烯酸中两端的羧基进行活化,防止聚丙烯酸因呈卷曲状而导致的反应不充分和自组装困难的问题;
2、本发明的制备方法中采用的第一活化剂(EDC与NHS组成)的作用: 通过采用碳二亚胺法,激活聚丙烯酸两端的羧基,使激活的聚丙烯酸成功地与两端氨基化的聚乙二醇反应。具体反应机理为: 在NHS的辅助下,EDC中的一个亚胺基与聚丙烯酸中的一个羧基反应,生成第一中间体,然后EDC中的一个亚胺基再与聚乙二醇中的一个端胺基反应,生成酰胺键,从而得到PAA-PEG的嵌段聚合物。若没有NHS辅助下的EDC的活化,则PAA无法在常温下与聚乙二醇的两端氨基直接反应,即采用常规的羧基与氨基的反应,不会成功反应。因此本发明中需要加入EDC和NHS,作为活化剂,对PAA中两端的羧基和PEG两端的氨基进行活化,才能使PAA两端的羧基与两端氨基化的聚乙二醇进行酰胺化的反应,得到PAA-PEG的嵌段聚合物。
3、本发明的制备方法中采用的第一活化剂EDC和催化剂DMAP的协同作用: 活化PAA-PEG中的PAA链中部的羧基,使之与1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑(MN)反应,即1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑中的羟基与PAA链中部的羧基发生酯化反应,得到MN-PAA-PEG聚合物微球。
4、本发明的制备方法中采用的透析的作用是: 用透析方法去除掉未反应的原料、活化剂、催化剂、缓冲溶剂等,具有操作简单的优点。
附图说明
图1示出了本发明的一种具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球的制备方法实施例的流程图;
图2 示出了本发明中聚丙烯酸被EDC活化的过程;
图3 示出了本发明中活化的聚丙烯酸与聚乙二醇的氨基发生酰胺化反应而得到嵌段共聚物;
图4 示出了本发明中PAA-PEG通过EDC的活化和DMAP的催化而与MN发生酯化反应的过程;
图5 示出了本发明中聚丙烯酸与聚乙二醇的氨基酰胺化反应而得到嵌段共聚物;
图6 示出了本发明中PAA-PEG与MN发生酯化反应形成的嵌段共聚物,又组装为微球的过程;
图7 示出了本发明中MN-PAA-PEG组装微球吸附阿霉素疏水分子进一步组装为较大微球的过程;
图8示出了本发明实施例制备的MN-PAA-PEG扫描电子显微镜SEM图;
图9示出了本发明实施例制备的DOX/MN-PAA-PEG扫描电子显微镜SEM图(a)和透射电镜图(b)。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
纳米技术被引入癌症的诊疗领域,可以实现将生物活性分子的不利物理化学性质恢复到理想的生物药理学特征状态;通过克服生物屏障来改善治疗效果;控制生物活性分子的释放;通过将治疗剂药物选择性地递送至生物靶标来增强治疗功效;通过将多模式成像和同步诊断及治疗结合到多功能纳米平台中来执行诊断功能。
聚乙二醇(PEG)具有良好的生物相容性,使用具有良好生物相容性的聚乙二醇和可生物降解性的聚乙二醇,对纳米颗粒表面进行修饰,可以有效减少网状内皮系统对纳米颗粒的吞噬和摄取,也能够促进纳米颗粒及其代谢物的有效清除。
阿霉素存在水溶性差(不便体内给药)、体内半衰期短、在肿瘤组织中的富集效果不理想(对肿瘤选择性差)、在着体内耐药性、毒副作用大等缺点。这些不足将导致了阿霉素进入机体后,在短时间内就被代谢完全,也限制了其大规模的临床应用。
本发明,采用聚乙二醇的二嵌段共聚物,可以显著地提高聚合物纳米颗粒的受控释放和体内循环半衰期;采用具有优异的pH值响应性特性的聚丙烯酸,使得制备的载药微球也具有良好的酸性响应;采用1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑作为缺氧细胞放射增敏剂,使得制备的载药微球具有良好的乏氧还原响应和具有放疗增敏的作用,通过有效增加肿瘤吸收的辐射量,提高肿瘤的放疗效果。通过检索国内外有关聚乙二醇-聚丙烯酸-1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑嵌段聚合物合成的文献和专利,其结果表明,只有聚乙二醇-聚谷氨酸-甲硝唑两亲纳米粒(CN106750273A)、聚乙二醇-聚谷氨酸-g-甲硝唑两亲性嵌段聚合物胶束纳米粒子作为肿瘤放疗增敏剂(CN106750273B、CN108774319A)、N-异丙基丙烯酞胺-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯的嵌段水凝胶(CN102659978A)的制备。因此,本发明中用两步法合成聚乙二醇-聚丙烯酸-1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑纳米微球或胶束,以应用于肿瘤放疗与化疗相结合的双响应增敏研究,目前还未见报道。
本申请通过将阿霉素负载入纳米微球胶束中,得到负载阿霉素的DOX/MN-PAA-PEG微球,其中,纳米微球的外层结构(PAA-PEG结构)作为保护屏障,将阿霉素与生物机体隔开,避免阿霉素对生物组织的毒副作用,当负载阿霉素的DOX/MN-PAA-PEG微球在体内循环至肿瘤组织时,将会富集在肿瘤组织处,然后该负载阿霉素的DOX/MN-PAA-PEG纳米微球的外层结构,与肿瘤组织环境中的酸反应,导致该纳米微球的外层结构破坏,内层结构DOX/MN中的阿霉素被释放,然后阿霉素迅速与肿瘤细胞作用,达到治疗的效果。
下面通过实施例对本发明制备所述具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球的方法的实现流程进行详细说明。
参照图1,其示出了本发明的一种具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球的制备方法实施例的流程图,具体可以包括:
步骤S41,聚丙烯酸PAA与两端氨基化的聚乙二醇PEG,在第一活化剂的作用下,进行酰胺反应,得到PAA-PEG的嵌段聚合物;
步骤S42,所述PAA-PEG的嵌段聚合物与1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN,在第二活化剂的作用下,进行酯化反应,得到MN-PAA-PEG聚合物微球;
步骤S43,所述MN-PAA-PEG聚合物微球与阿霉素DOX,进行自组装,得到负载阿霉素的DOX/MN-PAA-PEG微球。
本发明实施例提供的具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球,其特征在于,所述具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球由聚丙烯酸PAA、两端氨基化的聚乙二醇PEG、1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN以及阿霉素DOX作为原料,经过酰胺反应、酯化反应以及自组装,制备得到。
本发明制备MN-PAA-PEG聚合物微球(如图6所示)与DOX/MN-PAA-PEG纳米微球过程如图7所示。
对以下实施例制得的MN-PAA-PEG聚合物微球和DOX/MN-PAA-PEG微球进行检测分析如图8、9所示。
扫描电子显微镜观察:
采用日立S-4800高分辨率场发射扫描电子显微镜(SEM)对所述MN-PAA-PEG聚合物微球和DOX/MN-PAA-PEG微球进行显微形貌测试。
图8示出了,本发明实施例制备的MN-PAA-PEG扫描电子显微镜SEM图。由该图可知,本发明实施例所制备的MN-PAA-PEG聚合物微球,呈现出均匀的球形,粒径为30 ~ 40nm。
图9示出了,本发明实施例制备的DOX/MN-PAA-PEG扫描电子显微镜SEM图(a)和透射电镜图(b)。由该图可知,DOX/MN-PAA-PEG载药微球也呈现均匀的圆球形,其粒径为50 ~100nm。
本发明实施例提供了的一种具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球的制备方法,包括:
a)将300 ~ 500mg的聚丙烯酸(PAA,数均分子量500 ~ 10000)溶解于30 ~ 50mL2-(N-吗啉代)-乙磺酸缓冲液 (MES,10Mm,pH值 6.0)中,形成均匀的聚丙烯酸溶液,将30 ~80mg 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和20~60mg N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)加入PAA溶液中,所得混合液A室温搅拌活化10~20min。随后利用三乙胺(TEA)调节 该混合溶液的pH值至7.2,形成活化后的聚丙烯酸 的混合液B;
b)然后向活化后的聚丙烯酸的混合液B中,加入700 ~ 1200mg的两端氨基化的聚乙二醇(NH2-PEG-NH2)(PEG,数均分子量为500-10000),室温搅拌6~36h,从而得到含有PAA-PEG的混合液,透析去除杂质,干燥得到PAA-PEG的嵌段聚合物(由化学结构不同链段交替聚合而成的线型共聚物)。
c)将200 ~ 400mg的 PAA-PEG溶于10 ~ 20mL的二甲亚砜中,接着依次加入110 ~130mg EDC和60~80mg 4-二甲基氨基吡啶(DMAP),避光(在连接化疗药物阿霉素时,需要避光,否则光照会使药物发生分子式结构变化而失效)搅拌反应0.5 ~ 4h,从而得到混合溶液C。
d) 随后向混合溶液C依次加入10 ~ 30μL 三乙胺,逐滴加入1 ~ 5mL的1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑(MN)的二甲亚砜溶液(30 ~ 50 mg/mL),得到的溶液D在20 ~ 30℃下磁力搅拌下避光反应12 ~ 24h。透析去除杂质,再干燥而得到MN-PAA-PEG聚合物微球。
e)将80 ~ 150mg MN-PAA-PEG聚合物分散于4mL二甲亚砜中,然后加入1 ~ 5mL 阿霉素(DOX)的二甲亚砜溶液(10mg/mL),在室温下进行避光搅拌1~4h, 所得混合液E在室温、剧烈搅拌下迅速加入15~20mL磷酸缓冲盐溶液(PBS,10 mM,pH值 7.4)中,并在黑暗中反应12~48小时。然后洗涤除杂,再干燥后得最终产物: 负载阿霉素的DOX/MN-PAA-PEG微球。
为使本领域技术人员更好地理解本发明,以下通过多个具体的实施例来说明本发明的一种具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球及其制备方法。
实施例1
本发明的具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球,由聚丙烯酸PAA、两端氨基化的聚乙二醇PEG、1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN以及阿霉素DOX作为原料,经过酰胺反应、酯化反应以及自组装,制备得到。
本实施例公开了本发明的具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球的制备方法,具体为:
步骤1,聚丙烯酸PAA与两端氨基化的聚乙二醇PEG,在第一活化剂的作用下,进行酰胺反应,得到PAA-PEG的嵌段聚合物:
将300mg聚丙烯酸PAA(数均分子量2000)溶解于30mL的2-(N-吗啉代)-乙磺酸缓冲液(MES,10Mm, pH值 6.0)中,形成均匀的聚丙烯酸溶液,将57.5mg的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和34.5mg N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)加入聚丙烯酸溶液中,室温搅拌活化15min(第一反应条件),得到混合溶液A,通过三乙胺(TEA)将混合溶液A的pH值值调节至7.2,形成活化后的聚丙烯酸的混合溶液B;
向活化后的聚丙烯酸的混合溶液B中,加入900mg的两端氨基化的聚乙二醇(PEG,数均分子量为7000),室温搅拌12h(第二反应条件),从而得到含有PAA-PEG的混合液,透析去除杂质,干燥得到PAA-PEG的嵌段聚合物。
其中,除杂的方法还可采用柱层析进行分离提纯,操作时应收集第一段流出物(即本申请中的PAA-PEG),因为小分子会进入硅胶中的小孔,路径较长,因此后出,而大分子直接冲硅胶之间的颗粒缝隙中流出,路径较短,因此先出。申请人需要说明的是,柱层析的方法不仅限于本实例,也可应用于其他实施例。
步骤2,所述PAA-PEG的嵌段聚合物与1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN,在第二活化剂的作用下,进行酯化反应,得到MN-PAA-PEG聚合物微球:
将300mg的 PAA-PEG溶于15mL的二甲亚砜中,接着依次加入120mg的EDC和70mg的4-二甲基氨基吡啶(DMAP),避光搅拌反应1h(第三反应条件),从而得到混合溶液C;
向混合溶液C依次加入15μL三乙胺,逐滴加入2mL的1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑(MN)的二甲亚砜溶液(40 mg/mL),得到的溶液D在20℃下磁力搅拌下避光反应12h(第四反应条件),透析去除杂质,再干燥而得到MN-PAA-PEG聚合物微球。
步骤3,所述MN-PAA-PEG聚合物微球与阿霉素DOX,进行自组装,得到负载阿霉素的DOX/MN-PAA-PEG微球:
将110mg的MN-PAA-PEG聚合物分散于4mL二甲亚砜中,然后加入2mL的阿霉素/二甲亚砜溶液(10mg/mL),在室温下进行避光搅拌1,所得混合液E在室温、剧烈搅拌下迅速加入15的磷酸盐缓冲溶液(PBS,10 mM,pH值 7.4)中,并在黑暗中反应24h小时。然后洗涤除杂,再干燥后得最终产物: 负载阿霉素的DOX/MN-PAA-PEG微球。
其中,本实施例中涉及的透析除杂所用的透析袋的最大透过物质的数均分子量为3500,透析操作为: 每隔4小时换水一次,透析时间为: 1天。本实例中涉及的干燥均为冷冻干燥,干燥温度为零下10℃。
对本实施例制得的MN-PAA-PEG聚合物微球和DOX/MN-PAA-PEG微球进行检测分析如下:
扫描电子显微镜观察:
采用日立S-4800高分辨率场发射扫描电子显微镜(SEM)对所述MN-PAA-PEG聚合物微球和DOX/MN-PAA-PEG微球进行显微形貌测试。
图8示出了,本发明实施例制备的MN-PAA-PEG扫描电子显微镜SEM图。由该图可知,本发明实施例所制备的MN-PAA-PEG聚合物微球,呈现出均匀的球形,粒径为30 ~ 40nm。其中,200nm是标尺,用于判断图片中的尺寸信息。
图9示出了,本发明实施例制备的DOX/MN-PAA-PEG扫描电子显微镜SEM图(a)和透射电镜图(b)。由该图可知,DOX/MN-PAA-PEG载药胶束也呈现均匀的球形,其粒径为50 ~100nm。其中,图3中的(a)和(b)中的200nm和100nm都是标尺,用于判断图片中的尺寸信息。
实施例2
步骤1、将300mg的聚丙烯酸(PAA,数均分子量2000)溶解于30mL的2-(N-吗啉代)-乙磺酸缓冲液(MES,10Mm, pH值 6.0)中,形成聚丙烯酸溶液,将57.5mg的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和34.5mg N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)加入PAA溶液中,所得混合液A室温搅拌活化10min。随后利用三乙胺(TEA)调节该混合溶液的pH值值至7.2,形成活化后的聚丙烯酸的混合液B;然后向活化后的聚丙烯酸的混合液B中,加入1000mg的两端氨基化的聚乙二醇(PEG,数均分子量为7000),室温搅拌16h,从而得到含有PAA-PEG的混合液, 透析去除杂质,干燥得到PAA-PEG的嵌段聚合物;
步骤2、将300mg的 PAA-PEG溶于15mL的二甲亚砜中,接着依次加入123mg EDC和76mg 4-二甲基氨基吡啶(DMAP),避光搅拌反应2h,从而得到混合溶液C;随后向混合溶液C依次加入18μL 三乙胺, 逐滴加入2mL的1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑(MN)的二甲亚砜溶液(40 mg/mL),得到的溶液D在20℃下磁力搅拌下避光反应24h。透析去除杂质,再干燥而得到MN-PAA-PEG聚合物微球;
步骤3、将115mg MN-PAA-PEG聚合物分散于4mL二甲亚砜中,然后加入2mL 阿霉素/二甲亚砜溶液(10mg/mL),在室温下进行避光搅拌2h, 所得混合液E在室温、剧烈搅拌下迅速加入20mL磷酸缓冲盐溶液(PBS,10 mM,pH值 7.4)中,并在黑暗中反应48h小时。然后洗涤除杂,再干燥后得最终产物: 负载阿霉素的DOX/MN-PAA-PEG微球。
其中,本实施例中涉及的透析除杂所用的透析袋的最大透过物质的数均分子量为3500,透析操作为每隔6小时换水一次,透析时间为2天。本实例中涉及的干燥均为冷冻干燥,干燥温度为零下30℃。
对本实施例制得的MN-PAA-PEG聚合物微球和DOX/MN-PAA-PEG微球的检测方法和检测结果同实施例1相同,在本实施例中,不做赘述。
实施例3
步骤1、将400mg的聚丙烯酸(PAA,数均分子量2000)溶解于40mL的2-(N-吗啉代)-乙磺酸缓冲液(MES,10Mm, pH值 6.0)中,形成聚丙烯酸溶液,将58.3mg的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和40mg的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)加入PAA溶液中,所得混合液A室温搅拌活化20min。随后利用三乙胺(TEA)调节该混合溶液的pH值值至7.2,形成活化后的聚丙烯酸的混合液B;然后向活化后的聚丙烯酸的混合液B中,加入1000mg的两端氨基化的聚乙二醇(PEG,数均分子量为7000),室温搅拌24h,从而得到含有PAA-PEG的混合液,透析去除杂质,干燥得到PAA-PEG的嵌段聚合物;
步骤2、将300mg的 PAA-PEG溶于20mL的二甲亚砜中,接着依次加入120mg的 EDC和75mg的4-二甲基氨基吡啶(DMAP),避光搅拌反应2h,从而得到混合溶液C;随后向混合溶液C依次加入18μL 三乙胺,再逐滴加入2mL的1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑(MN)的二甲亚砜溶液(40 mg/mL),得到的溶液D在25℃下磁力搅拌下避光反应20h。透析去除杂质,再干燥而得到MN-PAA-PEG聚合物微球;
步骤3、将100mg的MN-PAA-PEG聚合物分散于3mL二甲亚砜中,然后加入2mL 阿霉素/二甲亚砜溶液(10mg/mL),在室温下进行避光搅拌4h,所得混合液E在室温、剧烈搅拌下迅速加入20mL磷酸缓冲盐溶液(PBS,10 mM,pH值 7.4)中,并在黑暗中反应24h小时。然后洗涤除杂,再干燥后得最终产物: 负载阿霉素的DOX/MN-PAA-PEG微球。
其中,本实施例中涉及的透析除杂所用的透析袋的最大透过物质的数均分子量为3500,透析操作为: 每隔8小时换水一次,透析时间为: 3天。本实例中涉及的干燥均为冷冻干燥,干燥温度为零下40℃。
对本实施例制得的MN-PAA-PEG聚合物微球和DOX/MN-PAA-PEG微球的检测方法和检测结果同实施例1相同,在本实施例中,不做赘述。
实施例4
本实施例的操作方法同上述实施例1-3中的任一实施例的操作方法相似,区别如下:
步骤1中,聚丙烯酸、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐以及N-羟基琥珀酰亚胺的质量比为1: 0.1: 0.05;活化后的聚丙烯酸的混合溶液B中的聚丙烯酸与两端氨基化的聚乙二醇PEG的质量比为1: 2;所述第二反应条件中的搅拌时间为6h;
步骤2中,PAA-PEG的嵌段聚合物、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐以及4-二甲基氨基吡啶DMAP的质量比为 1: 0.5: 0.3;第三反应条件中搅拌时间为0.5h;混合溶液C中的PAA-PEG的嵌段聚合物与1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN的质量比为1: 0.1。
实施例5
本实施例的操作方法同上述实施例1-4中的任一实施例的操作方法相似,区别如下:
步骤1中,聚丙烯酸、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐以及N-羟基琥珀酰亚胺的质量比为1 : 0.15 : 0.15;活化后的聚丙烯酸的混合溶液B中的聚丙烯酸与两端氨基化的聚乙二醇PEG的质量比为1: 3;所述第二反应条件中的搅拌时间为15h;
步骤2中,PAA-PEG的嵌段聚合物、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐以及4-二甲基氨基吡啶DMAP的质量比为1 : 0.65 : 0.4;第三反应条件中搅拌时间为2h;混合溶液C中的PAA-PEG的嵌段聚合物与1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN的质量比为1:0.15。
实施例6
本实施例的操作方法同上述实施例1-5中的任一实施例的操作方法相似,区别如下:
步骤1中,聚丙烯酸、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐以及N-羟基琥珀酰亚胺的质量比为1: 0.15: 0.1;活化后的聚丙烯酸的混合溶液B中的聚丙烯酸与两端氨基化的聚乙二醇PEG的质量比为1: 4;所述第二反应条件中的搅拌时间为36h;
步骤2中,PAA-PEG的嵌段聚合物、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐以及4-二甲基氨基吡啶DMAP = 1 : 0.75 : 0.4;第三反应条件中搅拌时间为4h;混合溶液C中的PAA-PEG的嵌段聚合物与1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN的质量比为1 : 0.25。
实施例7:
本实施例的操作方法同上述实施例1-6中的任一实施例的操作方法相似,区别如下:
步骤1中,聚丙烯酸、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐以及N-羟基琥珀酰亚胺的质量比为1 : 0.1 : 0.1;活化后的聚丙烯酸的混合溶液B中的所述聚丙烯酸与两端氨基化的聚乙二醇PEG的质量比为 1 : 3;所述第二反应条件中的搅拌时间为30h;
步骤2中,PAA-PEG的嵌段聚合物、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐以及4-二甲基氨基吡啶DMAP的质量比为1: 0.75: 0.4;第三反应条件中搅拌时间为4h。
通过本申请实施例4-7,制得的MN-PAA-PEG聚合物微球和DOX/MN-PAA-PEG微球,可以采用同实施例1-3相同的性能测试方法进行测试,这里不做赘述,这些实施例是为了进一步对制备本方法中的MN-PAA-PEG聚合物微球和DOX/MN-PAA-PEG微球的制备方法范围进行解释说明。
对于方法实施例,为了简单描述,故将其都表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本发明并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本发明,某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。
以上对本发明所提供的一种具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球及其制备方法进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,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;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球,其特征在于,所述具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球由聚丙烯酸PAA、两端氨基化的聚乙二醇PEG、1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN以及阿霉素DOX作为原料,经过酰胺反应、酯化反应以及自组装,制备得到;所述载药微球的外层,为所述聚丙烯酸PAA与所述两端氨基化的聚乙二醇PEG通过所述酰胺反应得到的PAA-PEG结构,具有亲水性;所述载药微球的内层,为所述聚丙烯酸PAA与所述1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑通过所述酯化反应得到的MN-PAA结构,具有疏水性;所述阿霉素DOX,通过自组装的氢键作用,与所述1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑分子相结合;所述载药微球,采用具有放疗增敏作用的所述1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN,与具有化疗作用的所述阿霉素DOX通过氢键相结合,使得所述载药微球具有放化疗协同增敏的作用。
2.一种具有肿瘤放化疗协同增敏效应的载药微球的制备方法,其特征在于,所述方法包括:步骤1,聚丙烯酸PAA与两端氨基化的聚乙二醇PEG,在第一活化剂的作用下,进行酰胺反应,得到PAA-PEG的嵌段聚合物;步骤2,所述PAA-PEG的嵌段聚合物与1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN,在第二活化剂的作用下,进行酯化反应,得到MN-PAA-PEG聚合物微球;步骤3,所述MN-PAA-PEG聚合物微球与阿霉素DOX,进行自组装,得到负载阿霉素的DOX/MN-PAA-PEG微球; 所述第一活化剂包括1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC和N-羟基琥珀酰亚胺NHS,所述步骤1包括:步骤1.1,将所述聚丙烯酸PAA溶解于第一缓冲液中,得到均匀的聚丙烯酸溶液,将所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC和所述N-羟基琥珀酰亚胺NHS加入聚丙烯酸溶液中,在第一反应条件下,得到混合溶液A,通过有机碱将混合溶液A的pH值调节至中性,得到已活化的聚丙烯酸的混合溶液B;步骤1.2,向所述活化后的聚丙烯酸的混合溶液B中,加入所述两端氨基化的聚乙二醇PEG,在第二反应条件下,得到含有PAA-PEG的混合溶液,经过纯化、干燥得到PAA-PEG的嵌段聚合物;其中,所述干燥为冷冻干燥,干燥温度为零下5℃~零下80℃。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,在所述步骤1.1中,所述聚丙烯酸、所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐以及所述N-羟基琥珀酰亚胺三者的质量比为1:0.1~0.15:0.05~0.15;所述第一缓冲溶液包括2-(N-吗啉代)-乙磺酸、4-吗啉乙磺酸、4-吗啉丙磺酸、三羟甲基氨基甲烷、巴比妥钠中的一种;所述第一有机碱包括三乙胺、二甲胺、二乙胺、甲胺、乙胺中的一种;所述第一反应条件为:搅拌温度为室温,搅拌时间为10~20min。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,在所述步骤1.2中,所述活化后的聚丙烯酸的混合溶液B中的所述聚丙烯酸与所述两端氨基化的聚乙二醇PEG二者的质量比为1:2~4;所述第二反应条件为:搅拌温度为室温,搅拌时间为6~36h;所述纯化至少包括:透析除杂或柱层析;其中,所述透析除杂所用的透析袋的最大透过物质的数均分子量为3500,透析操作为:每隔4~8小时换水一次,透析时间为:1~3天。
5.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述第二活化剂包括1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC和4-二甲基氨基吡啶DMAP,所述步骤2包括:步骤2.1,将所述PAA-PEG的嵌段聚合物溶于第一溶剂中,再依次加入所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和所述4-二甲基氨基吡啶DMAP,在第三反应条件下,得到混合溶液C;步骤2.2,所述混合溶液C中加入第二有机碱,再加入所述包含所述1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN的第一溶剂溶液,在第四反应条件下,得到的混合溶液D,对所述混合溶液D进行纯化、干燥,透析去除杂质,再干燥而得到MN-PAA-PEG聚合物微球;其中,所述干燥为冷冻干燥,干燥温度为零下10℃~零下40℃。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,在所述步骤2.1中,所述PAA-PEG的嵌段聚合物、所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐以及所述4-二甲基氨基吡啶DMAP三者的质量比为1:0.5~0.75:0.3~0.4;所述第一溶剂包括:二甲亚砜中的一种;所述第三反应条件为:室温下避光搅拌,搅拌时间为0.5~4h。
7.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,在所述步骤2.2中,所述混合溶液C中的所述PAA-PEG的嵌段聚合物与所述1-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑MN二者的质量比为1:0.1~0.25;所述第四反应条件为:避光搅拌,搅拌温度20℃~30℃,反应时间12~24h;
所述纯化至少包括:透析除杂或柱层析;所述第二有机碱包括三乙胺、二甲胺、二乙胺、甲胺、乙胺中的一种;其中,当所述纯化为透析除杂时,用于所述透析除杂的透析袋的最大透过物质的数均分子量为3500,透析操作为:每隔4~8小时换水一次,透析时间为:1~3天。
8.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤3包括:步骤3.1,将所述MN-PAA-PEG聚合物微球分散于第二溶剂中,再加入所述包含所述阿霉素DOX的第二溶剂溶液,在室温下进行避光搅拌1~4h,得到混合溶液E;其中,所述MN-PAA-PEG聚合物与所述阿霉素DOX二者的质量比为8:1,所述第二溶剂为二甲亚砜;步骤3.2,在室温、剧烈搅拌的条件下,向所述混合溶液E中加入第二缓冲盐溶液中,在黑暗中反应12~48小时,经过透析除杂、干燥后得到负载阿霉素的DOX/MN-PAA-PEG微球;其中,所述第二缓冲盐溶液至少包括磷酸缓冲盐溶液;所述透析除杂所用的透析袋的最大透过物质的数均分子量为3500,透析操作为:每隔4~8小时换水一次,透析时间为:1~3天;所述干燥为冷冻干燥,干燥温度为零下10℃~零下40℃。
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Title |
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医用生物相容性接枝共聚物负载阿霉素和香豆素的研究;钱文昊等;《有机化学》;20151231(第12期);2529-2536 * |
聚氨基胺-聚乙二醇-聚氨基胺共聚物的合成及其含阿霉素凝胶的制备与评价(英文);李展韬等;《Journal of Chinese Pharmaceutical Sciences》;20190531(第05期);316-328 * |
肿瘤靶向pH响应载药ZnO量子点的制备、表征及对阿霉素的控制释放研究;魏英英等;《高分子通报》;20180331(第03期);53-58 * |
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Publication number | Publication date |
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CN111265494A (zh) | 2020-06-12 |
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