CN111635508B - 一种侧链含氨基聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物及其应用 - Google Patents

一种侧链含氨基聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种侧链含氨基的聚乙二醇‑脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物，该共聚物的化学结构如下式(I)所示。本共聚物是由聚乙二醇单甲醚、丁二酸酐和烯丙基缩水甘油醚开环聚合反应后再与巯基乙胺反应得到。本发明所述的共聚物可用于制备pH响应药物，该药物不仅对pH具有良好的响应性能，而且稳定性好。

Description

一种侧链含氨基聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物及其 应用
技术领域
本发明涉及生物医药高分子材料，具体涉及两亲性嵌段共聚物。
背景技术
由于具备材料选择面广、制备简单以及结构和性能可调节等众多优点,由两亲性嵌段共聚物自组装得到的胶束在药物控释领域呈现出良好的应用前景。聚乙二醇和脂肪族聚酯的嵌段共聚物是一类两亲性的高分子材料，其中聚乙二醇为亲水段，脂肪族聚酯是疏水段。例如文献(聚乳酸—聚乙二醇嵌段共聚物胶束的制备及性能研究，高校化学工程学报，2016,4，917)报道了聚乙二醇单甲醚引发L-丙交酯开环聚合得到聚乙二醇-聚乳酸两嵌段共聚物。文献(International Journal of Nanomedicine,2012,7,547)报道了一类聚乙二醇和聚己内酯的嵌段共聚物。聚乙二醇和脂肪族聚酯的嵌段共聚物在水中可以自组装形成纳米胶束，其中亲水链段聚乙二醇形成壳，疏水链段脂肪族聚酯形成核。疏水性的内核与小分子药物结合，处于胶束体系内部，亲水性的外壳均匀分布在胶束外层，增强体系的稳定性，有效避免体系在体内循环过程中被网状内皮系统清除同时，也能有效避免药物的水解或者酶解。
在两亲性嵌段共聚物链上引入pH响应基团或结构单元,使其具有pH响应性能。通过pH变化引起两亲性嵌段共聚物的溶解/沉淀、肿胀/倒塌、亲水/疏水过渡、键断裂、降解等变化,从而实现药物释放的目的。公开号为CN106565962A的专利申请公开了一种胆固醇接枝的pH响应三嵌段两亲性共聚物的制备方法，该方法通过主链中引入pH敏感的聚氨基酯，合成了一类pH响应三嵌段两亲性共聚物，该共聚物自组装形成的纳米胶束具有良好的pH响应特性，但是合成步骤繁多复杂，制备的纳米胶束稳定性差。
纳米胶束是热稳定状态，存在聚集与解聚的平衡。当纳米胶束进入体内循环，容易因稀释或与体内其他物质相互作用发生解聚，导致其稳定性下降。通过对聚合物胶束中疏水性内核的交联,提高胶束的稳定性,可以延长聚合物胶束在体内的循环时间,同时可以使包裹的药物在特定的时间、特定的部位释放。万能的学位论文(核交联聚碳酸酯胶束的制备，湖南大学，2016，硕士论文)报道了一种亲水链段为聚乙二醇结构、疏水链段为侧链含丙烯酰基的聚碳酸酯结构的两亲性嵌段聚合物，采用巯基-烯点击化学方法,以1,6-己二硫醇为交联剂,制备了核交联的聚合物胶束，提高了胶束稳定性。且由于在核交联反应中在聚合物内核引入了具有pH响应性能的β-硫代丙酸酯结构，在药物释放过程中表现出较好的pH响应性能，但是采用聚碳酸酯作为疏水性链段，制备工艺复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物，该共聚物所制备的药物不仅对pH具有良好的响应性能，而且稳定性好。
本发明解决上述问题的技术方案是：
一种侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物，该共聚物的化学结构如下式(I)所示，
Figure BDA0002523410510000021
式(I)中，a为20～30，PEG是分子量为2000的聚乙二醇单甲醚。
上述共聚物由以下方法制成：将聚乙二醇单甲醚、丁二酸酐、烯丙基缩水甘油醚和醋酸锌按聚乙二醇单甲醚︰丁二酸酐︰烯丙基缩水甘油醚︰醋酸锌＝1：q：n：m的摩尔比加入DMF中，三次冻融循环后，在氮气保护下升温至90℃开环聚合反应8～10h，然后降至室温，加入到冷甲醇中沉淀，取沉淀物加入所述烯丙基缩水甘油醚用量1.5～3摩尔倍的巯基乙胺反应2～6h，透析除去游离的巯基乙胺，得到所述的共聚物；其中，q为20～30，n为20～30，m为0.2～0.3，且q＝n；所述聚乙二醇单甲醚的分子量为2000。
上述方案中，所述的聚乙二醇单甲醚的CAS登录号为9004-74-4。
上述侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物可用于制备pH响应药物，该药物由以下方法制得：
取上述的共聚物与该共聚物重量20～30％的亲油性药物溶解在亲水性溶剂中，加入水分散均匀；然后加入所述共聚物重量10～20％的戊二醛，在室温条件下反应12h，除去亲水性溶剂，即得所述pH响应的药物；其中所述的亲水性溶剂是四氢呋喃或者DMF，所述的亲油性药物是姜黄素或阿霉素。
本发明所述的共聚物，由亲水性聚乙二醇链段和疏水性聚酯链段组成，在水中可以自组装形成纳米胶束颗粒，其中疏水性聚酯链段组成核，亲水性聚乙二醇链段组成壳，所述的亲油性药物便进入到所形成的核内；采用戊二醛作为交联剂，利用戊二醛上的醛基和两亲性聚合物上氨基进行反应，生成核交联的胶束，提高了药物的稳定性。戊二醛上的醛基和两亲性聚合物上氨基反应形成的席夫碱。在弱酸性条件下，席夫碱断裂，释放出氨基，改善核内聚酯的亲水性，促进胶束破解，提高药物释放性能。
附图说明
图1不同pH对pH响应药物释放性能影响的曲线图。
图2pH对pH响应药物粒径影响的激光散射光谱图。
图3在PBS中存储时间对pH响应药物粒径影响的曲线图。
图4在0.7％食盐水中存储时间对pH响应药物粒径影响的曲线图。
具体实施方式
下面用具体实施例来进一步详细描述本发明的制备方法及其效果。
实施例1
(a)侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物的制备
将2g(0.001mol)分子量为2000的聚乙二醇单甲醚、2g(0.02mol)丁二酸酐、2.28g(0.02mol)烯丙基缩水甘油醚和43.8mg(0.2mmol)醋酸锌加入10mL DMF中，三次冻融循环后，氮气保护下升温至90℃开环聚合反应9h，降温至室温，加入冷乙醇中沉淀得到聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯共聚物；
取2g上述聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯共聚物、0.74g(0.00955mol)巯基乙胺和0.1g苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦加入10mL的THF中，365nm紫外光照射2h，透析，冷冻干燥得到侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物。
采用凝胶色谱检测侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物的分子量，结果是数据分子量为7864，重均分子量为18087，计算得到n为20。
(b)pH响应药物的制备
取步骤(a)制备的侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物200mg和40mg阿霉素加入5mL四氢呋喃中，缓慢滴加到25mLPBS中，搅拌均匀；然后加入20mg戊二醛，室温下搅拌12h，透析除去未反应的戊二醛和未包裹的阿霉素和四氢呋喃，冷冻干燥得到pH响应药物。
采用马尔文粒度仪检测其粒径为137nm。
(c)药物控释效果的研究
取5mg的pH响应药物分散在5mLPBS(pH7.4，pH6.5和pH5.0)缓冲溶液中，后转入透析袋(MWCO3000)中，将透析袋加入45mLPBS缓冲溶液中，置于药物溶出仪中，在37℃下进行体外释放，定时取2mL测其480nm处吸光度，并加入2mL新鲜PBS缓冲液，计算不同时间释放液中阿霉素的浓度。
结果如图1所述。在前1h，pH对药物的释放速率影响不大，药物累计释放量均有一个较快增加。随着时间的增加，pH为7.4或者6.5，pH响应药物释放缓慢，48h药物的累计释放量分别仅仅为29.5％和21.8％。而在酸性条件下，pH响应药物的药物释放速率加快，48h药物的累计释放量达到68.7％。
(d)pH对pH响应药物粒径影响的研究
取pH响应药物分别分散在PBS(pH7.4和pH4.5)中，搅拌12h后检测粒径。从图2可以发现，在中性条件下，pH响应药物的粒径为131nm。在酸性条件下，pH响应药物的粒径为23nm。这说明在酸性条件下，pH响应药物核内席夫碱断裂，破坏核中的三维交联结构，同时提高聚酯链段的亲水性，改变两亲聚合物的亲水亲油平衡，促进纳米胶束解体。
(e)pH响应药物稳定性的研究
将pH响应药物在常温下储存两个星期，检测其粒径变化。结果如图3所示。可以发现pH响应药物变化较小。说明纳米胶束稳定性好。
将pH响应药物分散到0.7％食盐水中，储存两个星期，检测其粒径变化。结果如图4所示。可以发现pH响应药物粒径变化较小。说明pH响应药物稳定性好。
实施例2
(a)侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物的制备
将2g(0.001mol)分子量为2000的聚乙二醇单甲醚、3g(0.03mol)丁二酸酐、3.42g(0.03mol)烯丙基缩水甘油醚和65.7mg(0.3mmol)醋酸锌加入10mL DMF中，三次冻融循环后，氮气保护下升温至90℃开环聚合反应8.5h，降温至室温，加入冷甲醇中沉淀得到聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯共聚物；
取2g上述聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯共聚物、1.65g(0.0214mol)巯基乙胺和0.2g苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦加入10mL的THF中，365nm紫外光照射2h，透析，冷冻干燥得到侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物。
采用凝胶色谱检测侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物的分子量，结果是数据分子量为10978，重均分子量为24955，计算得到n为30。
(b)pH响应药物的制备
取步骤a制备的侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物200mg和60mg姜黄素加入5mLDMF中，缓慢滴加到25mLPBS中，搅拌均匀；然后加入40mg戊二醛，室温下搅拌12h，透析除去未反应的戊二醛和未包裹的药物和DMF，冷冻干燥得到ppH响应药物。
采用马尔文粒度仪检测其粒径为304nm。
(c)pH对pH响应药物粒径影响的研究
采用实施例1所述方法检测pH对pH响应药物粒径的影响。在中性条件下，pH响应药物的粒径为304nm。在酸性条件下，pH响应药物的粒径为83nm。这说明在酸性条件下，pH响应药物核内席夫碱断裂，破坏核中的三维交联结构，同时提高聚酯链段的亲水性，改变两亲聚合物的亲水亲油平衡，促进pH响应药物解体。
(d)pH响应药物稳定性的研究
采用实施例1所述方法检测pH响应药物稳定性。发现存储两个星期后，pH响应药物粒径变化很少，说明pH响应药物具有良好的稳定性。
实施例3
(a)侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物的制备
将2g(0.001mol)分子量为2000的聚乙二醇单甲醚、2.5g(0.025mol)丁二酸酐、2.85g(0.025mol)烯丙基缩水甘油醚和54.75mg(0.25mmol)醋酸锌加入10mL DMF中，三次冻融循环后，氮气保护下升温至90℃开环聚合反应8h，降温至室温，加入冷甲醇中沉淀得到聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯共聚物；
取2g上述聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯共聚物、1.05g(0.0136mol)巯基乙胺和0.15g苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦加入10mL的THF中，365nm紫外光照射2h，透析，冷冻干燥得到侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物。
采用凝胶色谱检测侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物的分子量，结果是数据分子量为9286，重均分子量为19315，计算得到n为25。
(b)pH响应药物的制备
取步骤a制备的侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物200mg和50mg姜黄素加入5mLDMF中，缓慢滴加到25mLPBS中，搅拌均匀；然后加入35mg戊二醛，室温下搅拌12h，透析除去未反应的戊二醛和未包裹的姜黄素和DMF，冷冻干燥得到pH响应药物。
采用马尔文粒度仪检测其粒径为212nm。
(c)pH对pH响应药物粒径影响的研究
采用实施例1所述方法检测pH对pH响应药物粒径的影响。在中性条件下，pH响应药物的粒径为212m。在酸性条件下，pH响应药物的粒径为51nm。这说明在酸性条件下，pH响应药物核内亚胺键断裂，破坏核中的三维交联结构，同时提高聚酯链段的亲水性，改变两亲聚合物的亲水亲油平衡，促进纳米胶束解体。
(d)pH响应药物稳定性的研究
采用实施例1所述方法检测pH响应药物稳定性。发现存储两个星期后，pH响应药物粒径变化很少，说明pH响应药物具有良好的稳定性。
实施例4
(a)侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物的制备
将2g(0.001mol)分子量为2000的聚乙二醇单甲醚、2.5g(0.025mol)丁二酸酐、2.85g(0.025mol)烯丙基缩水甘油醚和54.75mg(0.25mmol)醋酸锌加入10mL DMF中，氮气保护下升温至90℃开环聚合反应10h，降温至室温，加入冷甲醇中沉淀得到聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯共聚物；
取2g上述聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯共聚物、0.5g巯基乙胺和0.1g苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦加入10mL的THF中，365nm紫外光照射2h，透析，冷冻干燥得到侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物。
采用凝胶色谱检测侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物的分子量，结果是数据分子量为9471，重均分子量为19611，计算得到n为25。
(b)pH响应药物的制备
取步骤a制备的侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物200mg和60mg阿霉素加入5mL四氢呋喃中，缓慢滴加到25mLPBS中，搅拌均匀；然后加入25mg戊二醛，室温下搅拌12h，透析除去未反应的戊二醛和未包裹的阿霉素和四氢呋喃，冷冻干燥得到pH响应药物。
采用马尔文粒度仪检测其粒径为251nm。
(c)药物控释效果的研究
采用实施例1所述方法检测其药物释放性能。在前1h，pH对药物的释放速率影响不大，药物累计释放量均有一个较快增加。随着时间的增加，pH为7.4或者6.5，pH响应药物释放缓慢，48h药物的累计释放量分别仅仅为27.3％和22.6％。而在酸性条件下，pH响应药物的药物释放速率加快，48h药物的累计释放量达到67.2％。
(d)pH对pH响应药物粒径影响的研究
采用实施例1所述方法检测pH对pH响应药物粒径的影响。在中性条件下，pH响应药物的粒径为251nm。在酸性条件下，pH响应药物的粒径为46nm。这说明在酸性条件下，pH响应药物核内席夫碱断裂，破坏核中的三维交联结构，同时提高聚酯链段的亲水性，改变两亲聚合物的亲水亲油平衡，促进pH响应药物解体。
(e)pH响应药物稳定性的研究
采用实施例1所述方法检测pH响应药物稳定性。发现存储两个星期后，pH响应药物粒径变化很少，说明pH响应药物具有良好的稳定性。

Claims (2)

1.一种侧链含氨基的聚乙二醇-脂肪族饱和聚酯嵌段共聚物，该共聚物的化学结构如下式（I）所示，
Figure 577892DEST_PATH_IMAGE002
（I）；
式（I）中， a为20～30，PEG是分子量为2000的聚乙二醇单甲醚反应后的残基；
所述的共聚物由以下方法制得：将聚乙二醇单甲醚、丁二酸酐、烯丙基缩水甘油醚和醋酸锌按聚乙二醇单甲醚︰丁二酸酐︰烯丙基缩水甘油醚︰醋酸锌=1︰q︰n︰m的摩尔比加入DMF中，三次冻融循环后，在氮气保护下升温至90℃开环聚合反应8～10h，然后降至室温，加入到冷甲醇中沉淀，取沉淀物加入所述烯丙基缩水甘油醚用量1.5～3摩尔倍的巯基乙胺反应2～6 h，透析除去游离的巯基乙胺，得到所述的共聚物；其中，q为20～30， n为20～30，m为0.2～0.3，且q=n；所述聚乙二醇单甲醚的分子量为2000。
2.一种pH响应药物，该药物由以下方法制得：取权利要求1所述的共聚物与该共聚物重量20～30%的亲油性药物溶解在亲水性溶剂中，加入水分散均匀；然后加入所述共聚物重量10～20%的戊二醛，在室温条件下反应12h，除去亲水性溶剂，即得所述pH响应的药物；其中所述的亲水性溶剂是四氢呋喃或者DMF，所述的亲油性药物是姜黄素或阿霉素。
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