CN111961204B - 一种聚砜衍生物及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明属于医药技术领域,特别涉及一种聚砜衍生物及其制备方法和在制备可清除病原体相关分子模式和/或细胞因子的血液净化器中的用途。
背景技术
细菌、病毒、真菌等病原微生物产生的病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs),如细菌的脂多糖、DNA、肽聚糖和脂磷壁酸,病毒的核酸和结构蛋白,以及酵母多糖等,能够引起人体过度免疫反应,产生细胞因子风暴,是导致脓毒症、新冠病毒肺炎等多种疾病的主要致病物质,清除这些有害物质对相关疾病可以起到治疗作用。血液净化被认为是清除这些致病物质的有效手段,已在临床上得到应用。比如,由聚苯乙烯纤维和多粘菌素B结合而成的Toraymyxin血液净化器,可以清除脂多糖(采用特殊纤维的血液净化器.特种合成纤维应用简报.1995;4:13-14.)。在中空纤维表面涂布聚乙烯亚胺的oXiris血液透析器,对脂多糖和细胞因子具有吸附作用(MarkR.Marshall,张凌,王敏敏,刘新宇,周昱.oXiris-内毒素吸附技术的临床应用.华西医学.2018;7:797-800)。此外,一些具有吸附脂多糖作用的新材料正处于研究当中。比如,专利号为03144383.4、03144231.5、200710012501.1、200810028949.7、200810028948.2、201110113987.4的发明专利均公开了可以吸附脂多糖的新材料。本专利发明人在早前的研究中,也公开了一系列可吸附上述致病物质的新材料(201410032526.8,201510717518.1和201810933383.6)。但是,目前能够同时吸附病原体相关分子模式和细胞因子的血液净化材料,特别是可用于血液透析和血液滤过等血液净化的材料依然少见。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处,提供一种新的可以同时吸附病原体相关分子模式和细胞因子的血液净化材料,特别是可用于血液透析和血液滤过等血液净化的材料。该材料通过在聚砜表面共价连接多胺功能基,能够吸附细菌脂多糖、细菌DNA、细菌肽聚糖、细菌脂磷壁酸、病毒RNA、病毒刺突蛋白和/或酵母多糖等多种病原体相关分子模式,以及TNF-α和/或IL-6等细胞因子,可以制备成血液透析和血液滤过等各种血液净化器,用于从患者血中清除上述有害物质,避免引起人体过度免疫反应,产生细胞因子风暴。
本发明的技术方案是:
一种聚砜衍生物,由聚砜与多胺功能基共价连接组成,结构如下:
其中,R1~R5任意选自H或OH或OCH3;n1~n4是2~7的整数;n5是0~2的整数;n6是1~3的整数;P是聚砜。
所述聚砜选自双酚A型聚砜或聚醚砜。
所述双酚A型聚砜是具有如下结构单元的数均分子量为20000至60000的聚合物:
所述聚醚砜是具有如下结构单元的数均分子量为20000至60000的聚合物:
上述聚砜衍生物的制备方法有以下步骤:
(1)将聚砜溶于二氯甲烷中,加入1,4-二氯甲氧基丁烷和四氯化锡,于室温至60℃下反应3小时,加入甲醇或乙醇析出沉淀,依次用N,N-二甲基甲酰胺、盐酸、乙醇和水洗涤,干燥,得到氯甲基化聚砜;
(2)将氯甲基化聚砜溶于二氯甲烷中,加入体积为氯甲基化聚砜2至5倍的浓氨水,4℃至室温下反应3至5小时,取有机层溶液,依次用盐酸和碳酸钠溶液洗涤,浓缩,干燥,得到氨基化聚砜;
(3)将氨基化聚砜溶于四氢呋喃溶液中,加入多胺功能基,室温下反应3至5小时,加入过量乙酸酐和三乙胺,室温下反应2至3小时,加入乙醇析出沉淀,用乙醇和水洗涤沉淀,然后加入4M盐酸-乙酸乙酯溶液搅拌,再加乙醇析出沉淀,依次用乙醇和水洗涤沉淀,干燥,得到聚砜衍生物。
步骤(1)所述加入的1,4-二氯甲氧基丁烷和四氯化锡,按照每1克聚砜加入0.005至0.02mmol的1,4-二氯甲氧基丁烷和0.8至1mmol无水四氯化锡。
步骤(3)所述多胺功能基按照以下步骤制备:
其中,R1~R5任意选自H或OH或OCH3;m是0~2的整数;x是1~6的整数;y是0~4的整数;z是0~2的整数;
1)将化合物1溶于乙醇中,加入二碳酸二叔丁酯,化合物1与二碳酸二叔丁酯的当量比为1:1~2,室温下反应4至5小时,浓缩至无醇味,得到化合物2;
2)将化合物2溶于甲醇氨饱和溶液,加入化合物2质量10%至80%的雷尼镍,通入氢气,压力为3.5至10MPa,于室温至90℃下反应48小时,过滤除去雷尼镍,甲醇洗涤,浓缩至无醇味,得到化合物3;
3)将化合物3溶于乙醇中,加入含2至6个碳原子的脂肪族端基烯腈化合物a,化合物3与a的当量比为1:2~4,于室温至60℃下反应2至4小时,浓缩至无醇味,干燥,得到化合物4;
4)将化合物4溶于二氯甲烷中,加入三乙胺和含1至3个碳原子的脂肪酰氯取代的苯基化合物b,于0℃至室温下反应2至4小时,二氯甲烷萃取,浓缩至半固体,得到化合物5;
5)将化合物5加入三氟乙酸和二氯甲烷混合溶液中,于0℃至室温下反应1至3小时,调pH为8,二氯甲烷萃取,浓缩至半固体,得到化合物6;
优选地,三氟乙酸和二氯甲烷混合溶液中,三氟乙酸:二氯甲烷的体积比为1:1;
6)将化合物6溶于甲醇中,加入含2至4个碳原子的直链端基烯酸甲酯化合物c,室温下反应24小时,浓缩至半固体,得到化合物7;
7)将化合物7溶于乙醇中,加入化合物7质量10%至80%的雷尼镍,再加入二碳酸二叔丁酯,压力为3.5至10MPa,于室温至90℃下反应48至72小时,过滤除去雷尼镍,乙醇洗涤,浓缩至半固体,得到化合物8;
8)将氢氧化钠溶于体积分数为50%至80%的甲醇水溶液中,配制成0.5至2M的氢氧化钠溶液,然后加入化合物8,室温下反应1至2小时,调pH为3,浓缩至无醇味,乙酸乙酯萃取,再次浓缩至半固体,得到化合物9;
9)将化合物9溶于二氯甲烷中,加入二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶和N-羟基丁二酰亚胺,于室温至60℃下反应24至48小时,浓缩至干,得到多胺功能基;
步骤4)化合物4、三乙胺及含1至3个碳原子的脂肪酰氯取代的苯基化合物b的当量比为1:2~4:2~4;
优选地,步骤6)化合物6与含2至4个碳原子的直链端基烯酸甲酯化合物c的当量比为1:1~2;
优选地,步骤6)化合物7与二碳酸二叔丁酯的当量比为1:2~4,通入氢气;
优选地,化合物9与二环己基碳二亚胺的当量比为1:1~2,化合物9与4-二甲氨基吡啶的当量比为2.5~10:1,化合物9与N-羟基丁二酰亚胺的当量比为1:1~4。
上述聚砜衍生物在用于制备清除病原体相关分子模式和/或细胞因子的血液净化器中的用途。
所述病原体相关分子模式是细菌脂多糖、细菌DNA、细菌肽聚糖、细菌脂磷壁酸、病毒RNA、病毒刺突蛋白和酵母多糖的一种或几种。
所述细胞因子是指TNF-α和IL-6。
申请人的实验研究表明:
(1)本发明所述的聚砜衍生物对血中细菌脂多糖、细菌DNA、细菌肽聚糖、细菌脂磷壁酸、病毒RNA、病毒刺突蛋白和酵母多糖具有良好的吸附作用;
(2)本发明所述的聚砜衍生物对血中TNF-α和IL-6具有良好的吸附作用;
(3)本发明所述的聚砜衍生物具有良好的血液相容性。
病原体相关分子模式是导致脓毒症、新冠病毒肺炎等多种疾病的致病物质,从患者体内清除这些有害物质十分重要。本发明将一种多胺功能基与聚砜共价连接,制成的聚砜衍生物可有效地吸附血中细菌脂多糖、细菌DNA、细菌肽聚糖、细菌脂磷壁酸、病毒RNA、病毒刺突蛋白和酵母多糖等病原体相关分子模式,以及TNF-α和IL-6细胞因子,并且具有良好的血液相容性,在脓毒症、新冠病毒肺炎等疾病的血液净化治疗方面具有良好的应用前景。
本领域的技术人员能够理解,根据本发明所述聚砜衍生物的使用原理,本发明除用于医学用途以外,也可用于去除药品和生物试剂等样品中含有的病原体相关分子模式和/或细胞因子。
附图说明
图1是聚砜衍生物对细菌脂多糖的吸附作用;
图2是聚砜衍生物对细菌DNA、细菌肽聚糖、细菌脂磷壁酸、病毒RNA、病毒刺突蛋白和酵母多糖的吸附作用;
图3是聚砜衍生物对细胞因子TNF-α和IL-6的吸附作用。
具体实施方式
以下实施例仅是对本发明进行详细说明的优选方案,其不以任何形式限制本发明。
实施例1:多胺功能基的制备
1.1实验方法:
称取50g化合物1溶于200ml乙醇中,加入88.6gBoc2O,室温下反应。反应完全后,减压浓缩除去溶剂,得到90g黄色油状物(化合物2)。称取60g化合物2溶于600ml甲醇氨饱和溶液中,加入48g雷尼镍,于4MPa氢气、90℃下反应48小时,过滤,减压浓缩除去溶剂,得到蓝色油状物(化合物3)。将化合物3全部溶于250ml乙醇中,加入36ml丙烯氰,于40℃下反应3小时,减压浓缩,干燥,得到金黄色油状物(化合物4)。称取5g化合物4溶于50ml二氯甲烷中,加入4ml三乙胺和6.76g 3,4-二甲氧基苯丙酰氯,室温反应。反应完全后,二氯甲烷萃取,合并有机层,减压浓缩,得到7.5g黄色半固体(化合物5)。称取5g化合物5溶于40ml三氟乙酸和二氯甲烷(体积比1:1)的混合溶液中,搅拌反应2小时,然后加入饱和碳酸钠溶液,调节pH为8,二氯甲烷萃取,合并有机层,减压浓缩,得到黄色半固体(化合物6)。将化合物6全部溶于20ml甲醇中,加入0.63ml丙烯酸甲酯,反应24小时,减压浓缩,得到黄色半固体(化合物7)。将化合物7全部溶于60ml乙醇中,加入4g雷尼镍和4.5g Boc2O,于4.0MPa氢气、45℃下反应72小时,过滤,减压浓缩除去溶剂,得到3.2g黄色半固体(化合物8)。将2g氢氧化钠溶于40ml甲醇和10ml水的混合溶液中,加入化合物8,室温反应1小时,调pH为3,减压浓缩除去溶剂,50ml乙酸乙酯萃取,减压浓缩除去溶剂,得到3.1g黄色半固体(化合物9)。称取1g化合物9溶于20ml二氯甲烷,加入0.34g二环己基碳二亚胺、0.025g 4-二甲氨基吡啶和0.255g N-羟基丁二酰亚胺,于30℃下反应36小时,过滤,减压浓缩除去溶剂,得到0.4g黄色固体(多胺功能基)。ESI-MS和核磁共振波谱确证结构。
1.2实验结果:ESI-MS检测显示分子量999.4([M+H+]);
核磁共振氢谱显示:δ(ppm)6.93-6.64(m,6H),5.71-5.25(m,1H),5.01-4.67(m,1H),3.95-3.82(m,12H),3.75-3.63(m,2H),3.45-3.36(m,2H),3.36-2.98(m,10H),2.97-2.69(m,9H),2.70-2.45(m,5H),2.10-1.85(m,2H),1.85-1.55(m,10H),1.44(d,J=10.6Hz,18H)。
实施例2:聚砜衍生物的制备
2.1实验方法:将1g聚醚砜溶于10ml二氯甲烷,再加入0.01mmol的1,4-二氯甲氧基丁烷和0.1ml四氯化锡,于25℃下反应3小时。加5ml乙醇析出沉淀,依次用N,N-二甲基甲酰胺、盐酸、乙醇和水洗涤至中性,干燥,得到氯甲基化聚砜。将氯甲基化聚砜溶于10ml二氯甲烷,滴加2.5ml氨水,继续反应4小时。取有机层,用10ml盐酸和10ml碳酸钠溶液洗涤,浓缩,干燥,得到氨基化聚砜。将氨基化聚砜溶于15ml四氢呋喃,加入5mg多胺功能基(实施例1),室温反应4小时。然后,加入2.5ml乙酸酐和5ml三乙胺,室温反应3小时。加入10ml乙醇析出沉降,用10ml乙醇和20ml水洗涤至中性。再加入4M盐酸-乙酸乙酯溶液10ml,室温搅反应4小时。加入10ml乙醇析出沉降,用10ml乙醇和20ml水洗涤至中性。干燥,得到白色固体。按照国家标准GB/T19861-2005丙烯酸系阴离子交换树脂强碱基团、弱碱基团和弱酸基团交换容量测定方法中7.6项的方法对聚砜衍生物氨基基团进行检测。
2.2实验结果:得到1g聚砜衍生物。为验证接枝前后聚砜结构的变化,称取1g聚砜衍生物,置于干燥具塞三角瓶中,量取100ml 0.1M盐酸加入三角瓶中,摇匀后将瓶塞盖严。2小时后取25ml上层盐酸溶液置于三角瓶中,加入2滴甲基红-亚甲基蓝混合指示剂,用0.1M氢氧化钠溶液滴至溶液呈亮绿色,并保持15秒不变色,即为终点。同时,取1g聚砜,按上述步骤进行空白实验。当聚砜接枝多胺功能基以后,新生成的氨基会与过量盐酸溶液反应,消耗一部分盐酸,而聚砜不存在氨基,不会与盐酸反应。因此,可以根据滴定剩余未反应的盐酸检测氨基的生成,并且可以定量计算出氨基的量,从而计算出多胺功能基的接枝量。经计算,每克聚砜衍生物接枝有5μmol多胺功能基,聚砜衍生物结构如下所示:
其中P代表数均分子量为20000至60000的聚醚砜。
实施例3:聚砜衍生物对细菌脂多糖的吸附性能检测
3.1实验方法:配制1μg/ml的细菌脂多糖溶液,取10ml置于具塞锥形瓶中,称取1g聚砜衍生物投入瓶中。同样的方法配制细菌脂多糖溶液,并投入1g聚砜作为对照组。37±1℃下在恒温振荡器中振荡吸附2小时,按照《中国药典》2015年版二部细菌内毒素检查法,采用鲎试剂(动态浊度法)检测吸附前后的细菌脂多糖含量,计算吸附率。
3.2实验结果:结果见图1。聚砜对脂多糖的吸附作用非常微弱,吸附率只有14.11%,而聚砜衍生物对脂多糖的吸附率达到98.85%。
实施例4:聚砜衍生物对细菌DNA、细菌肽聚糖、细菌脂磷壁酸、病毒RNA、病毒刺突蛋白和/或酵母多糖的吸附性能检测
4.1实验方法:分别配制10μg/ml的细菌DNA、细菌肽聚糖、细菌脂磷壁酸、病毒RNA、病毒刺突蛋白和酵母多糖溶液,取10ml置于具塞锥形瓶中,称取1g聚砜衍生物投入瓶中,37±1℃下在恒温振荡器中振荡吸附2小时,取20μl上清加入RAW264.7细胞(1×106/ml/孔)中,孵育12小时,采用ELISA方法检测吸附前后的细胞因子TNF-α浓度,计算吸附率。
4.2实验结果:结果见图2。细菌DNA、细菌肽聚糖、细菌脂磷壁酸、病毒RNA、病毒刺突蛋白和酵母多糖能够刺激RAW264.7细胞产生细胞因子TNF-α,经过聚砜衍生物吸附后,上述溶液刺激RAW264.7细胞产生的TNF-α浓度显著下降,表明聚砜衍生物对细菌DNA、细菌肽聚糖、细菌脂磷壁酸、病毒RNA、病毒刺突蛋白和酵母多糖均具有吸附作用。根据TNF-α浓度的下降率,计算出吸附率分别为97.5%(细菌DNA),95.3%(肽聚糖),95.1%(脂磷壁酸),95.6%(病毒RNA),97.9%(病毒刺突蛋白)和93.2%(酵母多糖)。
实施例5:聚砜衍生物对细胞因子的吸附性能检测
5.1实验方法:分别配制2ng/ml的TNF-α和IL-6溶液,取10ml置于具塞锥形瓶中,称取1g聚砜衍生物投入瓶中,37±1℃下在恒温振荡器中振荡吸附2小时,ELISA方法检测吸附前后细胞因子TNF-α和IL-6的浓度,计算吸附率。
5.2实验结果:结果见图3。聚砜衍生物对TNF-α和IL-6的吸附率分别达到99.2%和99.4%。
实施例6:聚砜衍生物的血液相容性评价
6.1实验方法:(1)对白蛋白的吸附试验:量取10ml血浆置于具塞锥形瓶中,称取1g聚砜衍生物投入瓶中,37±1℃下在恒温振荡器中振荡吸附2小时,取上层血浆,全自动生化仪检测吸附前后白蛋白浓度,计算吸附率;(2)体外细胞毒性试验:按照GB/T16886.5-2003和ISO10993-5:1999检测聚砜衍生物的细胞毒性;(3)溶血试验:按照GB/T16886.4-2003和ISO10993-4:2002检测聚砜衍生物的溶血率。
6.2实验结果:(1)聚砜衍生物对白蛋白的吸附率为7.35%;(2)聚砜衍生物没有细胞毒性,与对照组细胞活力(100%)相比,聚砜衍生物浸提液实验组和直接接触实验组的细胞活力(99.1%和99.2%)没有显著差异(p>0.05);(3)聚砜衍生物浸提液实验组和直接接触实验组的溶血率分别为0.14%和0.13%。该结果表明聚砜衍生物具有较好的血液相容性。
Claims (13)
3.权利要求1或2所述聚砜衍生物的制备方法,其特征在于具有以下步骤:
(1)将聚砜溶于二氯甲烷中,加入1,4-二氯甲氧基丁烷和四氯化锡,于室温至60℃下反应3小时,加入甲醇或乙醇析出沉淀,依次用N,N-二甲基甲酰胺、盐酸、乙醇和水洗涤,干燥,得到氯甲基化聚砜;
(2)将氯甲基化聚砜溶于二氯甲烷中,加入体积为氯甲基化聚砜2至5倍的浓氨水,4℃至室温下反应3至5小时,取有机层溶液,依次用盐酸和碳酸钠溶液洗涤,浓缩,干燥,得到氨基化聚砜;
(3)将氨基化聚砜溶于四氢呋喃溶液中,加入多胺功能基,室温下反应3至5小时,加入过量乙酸酐和三乙胺,室温下反应2至3小时,加入乙醇析出沉淀,用乙醇和水洗涤沉淀,然后加入4M盐酸-乙酸乙酯溶液搅拌,再加乙醇析出沉淀,依次用乙醇和水洗涤沉淀,干燥,得到聚砜衍生物。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于:步骤1)所述加入的1,4-二氯甲氧基丁烷和四氯化锡,按照每1克聚砜加入0.005至0.02mmol的1,4-二氯甲氧基丁烷和0.8至1mmol无水四氯化锡。
5.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于:步骤(3)所述多胺功能基按照以下步骤制备:
其中,R1~R5任意选自H或OH或OCH3;m是0~2的整数;x是1~6的整数;y是0~4的整数;z是0~2的整数;
1)将化合物1溶于乙醇中,加入二碳酸二叔丁酯,化合物1与二碳酸二叔丁酯的当量比为1:1~2,室温下反应4至5小时,浓缩至无醇味,得到化合物2;
2)将化合物2溶于甲醇氨饱和溶液,加入化合物2质量10%至80%的雷尼镍,通入氢气,压力为3.5至10MPa,于室温至90℃下反应48小时,过滤除去雷尼镍,甲醇洗涤,浓缩至无醇味,得到化合物3;
3)将化合物3溶于乙醇中,加入含2至6个碳原子的脂肪族端基烯腈化合物a,化合物3与a的当量比为1:2~4,于室温至60℃下反应2至4小时,浓缩至无醇味,干燥,得到化合物4;
4)将化合物4溶于二氯甲烷中,加入三乙胺和含1至3个碳原子的脂肪酰氯取代的苯基化合物b,于0℃至室温下反应2至4小时,二氯甲烷萃取,浓缩至半固体,得到化合物5;
5)将化合物5加入三氟乙酸和二氯甲烷混合溶液中,于0℃至室温下反应1至3小时,调pH为8,二氯甲烷萃取,浓缩至半固体,得到化合物6;
6)将化合物6溶于甲醇中,加入含2至4个碳原子的直链端基烯酸甲酯化合物c,室温下反应24小时,浓缩至半固体,得到化合物7;
7)将化合物7溶于乙醇中,加入化合物7质量10%至80%的雷尼镍,再加入二碳酸二叔丁酯,压力为3.5至10MPa,于室温至90℃下反应48至72小时,过滤除去雷尼镍,乙醇洗涤,浓缩至半固体,得到化合物8;
8)将氢氧化钠溶于体积分数为50%至80%的甲醇水溶液中,配制成0.5至2M的氢氧化钠溶液,然后加入化合物8,室温下反应1至2小时,调pH为3,浓缩至无醇味,乙酸乙酯萃取,再次浓缩至半固体,得到化合物9;
9)将化合物9溶于二氯甲烷中,加入二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶和N-羟基丁二酰亚胺,于室温至60℃下反应24至48小时,浓缩至干,得到多胺功能基。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:步骤5)所述三氟乙酸和二氯甲烷混合溶液中,三氟乙酸:二氯甲烷的体积比为1:1。
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:步骤4)化合物4、三乙胺及含1至3个碳原子的脂肪酰氯取代的苯基化合物b的当量比为1:2~4:2~4。
8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:步骤6)所述化合物6与含2至4个碳原子的直链端基烯酸甲酯化合物c的当量比为1:1~2。
9.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:步骤6)所述化合物7与二碳酸二叔丁酯的当量比为1:2~4,通入氢气。
10.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:步骤9)所述化合物9与二环己基碳二亚胺的当量比为1:1~2,化合物9与4-二甲氨基吡啶的当量比为2.5~10:1,化合物9与N-羟基丁二酰亚胺的当量比为1:1~4。
11.权利要求1或2所述聚砜衍生物在用于制备清除病原体相关分子模式和/或细胞因子的血液净化器中的用途。
12.根据权利要求11所述的用途,其特征在于:所述病原体相关分子模式是细菌脂多糖、细菌DNA、细菌肽聚糖、细菌脂磷壁酸、病毒RNA、病毒刺突蛋白和酵母多糖的一种或几种。
13.根据权利要求11所述的用途,其特征在于:所述细胞因子是指TNF-α和IL-6。
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