CN112679504B

CN112679504B - 两亲性共轭寡聚物及其制备及利用其自组装制备得到的载药纳米粒子

Info

Publication number: CN112679504B
Application number: CN202011548533.5A
Authority: CN
Inventors: 邢成芬; 高梦诗; 高冬; 陈立权
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2040-12-24
Also published as: CN112679504A

Abstract

本发明提供一种两亲性共轭寡聚物及其制备及利用其自组装制备得到的载药纳米粒子。两亲性共轭寡聚物，其结构通式如式I所示。此共轭寡聚物具有两亲性和自组装效应，形成纳米粒子后吸收光谱红移，具有更强的光热效应；修饰亲水侧链基团，可以利用疏水作用自组装成具有光热效应的水溶性纳米材料，负载疏水性小分子药物并进行光热释放，在生物医学领域具有非常广阔的应用前景。

Description

两亲性共轭寡聚物及其制备及利用其自组装制备得到的载药纳米粒子

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种两亲性共轭寡聚物及其制备及利用其自组装制备得到的载药纳米粒子。

背景技术

光热疗法(PTT)是一种无创的现代疗法，可以用于治疗非肿瘤疾病以及多类型、多位置的癌症。光热疗法利用光热剂吸收适当波长的光后产生的热，杀死聚集部位的肿瘤细胞。由于共轭分子具有很高的光稳定性、完整的平面和共轭结构，在光热治疗中具有光稳定性强、消光系数高、转化效率高等特点，因此具有良好的治疗效果。此外，由于共轭分子具有良好的可修饰性，因此具有极大的与其他治疗方案协同应用的可能性，在许多医学领域有广泛应用前景。然而，实现光热疗法与其他疗法的协同治疗，需要实现单个纳米递送系统中多种药物的同步释放，这仍然是一个艰巨的挑战。

目前，常用的共轭分子基协同治疗的纳米药物递送系统，多以脂质体、胶束、脂质纳米粒和聚合物纳米粒为载体，具有很多局限性，例如共载效率低(载药量<10％)，易解离，循环时间短，生物相容性较差等。相比之下，采用其中单一组分，如共轭分子作为载体构建的自组装纳米递送系统具有更多的优势：

一、制备工艺简单。直接利用载体分子的自组装性质，不需要额外添加脂质体等两亲性的载体；

二、生物相容性好。减少了载体的使用，进而降低了纳米粒子的毒副作用，减少对正常细胞造成的损伤；

三、循环时间长。应激释放，在正常生理环境不易释放活性药物；

四、载药率高。药物/光敏剂自组装纳米粒子的载药效率对于载体本身而言可以高达100％。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种两亲性共轭寡聚物及其制备方法。

本发明所提供的两亲性共轭寡聚物，其结构通式如式I所示：

上述式I中，R₁为如下结构中的一种：

Ar为如下结构中的一种：

其中X可为氧族原子O、S、Se原子中的任一种，Y可为C或N原子；

上述式I中，Electron Donor为常见的共轭结构的电子给体，包括但不仅限于以下结构：

其中，R₂为C₅-C₁₅的烷基，具体可为-C₈H₁₇或-C₁₀H₂₁，Z可为C或S；

具体地，上述两亲性共轭寡聚物为如下结构式所示的化合物：

上述式I所示两亲性共轭寡聚物通过包括如下步骤的方法制备得到：

在催化剂和无机盐作用下，将式Ⅱ所示化合物与式Ⅲ所示化合物进行偶联反应，得到式I所示两亲性共轭寡聚物。

上述式Ⅱ中，R₁、Ar的定义同式I中R₁、Ar的定义；

上述式Ⅲ中，Electron Donor的定义同式I中Electron Donor的定义；

所述偶联反应在溶剂中进行，所述溶剂具体可为甲苯和乙醇的混合溶剂，其中，甲苯与乙醇的体积比可为1:1；

所述催化剂可为四(三苯基膦)钯；

所述无机盐可为磷酸三钾；

所述式Ⅱ所示化合物的投料摩尔份数可为0.95～1.05份；

所述式Ⅲ所示化合物的投料摩尔份数可为1.90～2.20份；

所述催化剂的投料摩尔份数可为0.01～0.10份；

所述无机盐的投料摩尔份数可为1.80～2.20份；

具体地，所述式II所示化合物与式III所示化合物、催化剂和无机盐的投料摩尔用量比可为1.0：2.2：0.01：2.0；

所述偶联反应的温度可为70～90℃；时间可为24～48小时。

本发明的另一目的是提供一种基于上述两亲性共轭寡聚物的纳米粒子及其制备方法。

本发明所提供的基于所述两亲性共轭寡聚物的纳米粒子由式I所示两亲性共轭寡聚物自组装而成。

上述基于两亲性共轭寡聚物的纳米粒子通过包括如下步骤的方法制备得到：

1)将式I所示两亲性共轭寡聚物溶于能与水互溶的有机溶剂中，超声处理；

2)将所得混合物加入超纯水中，通过超声自组装法制备纳米粒子后，向溶液中鼓入惰性气体直至有机溶剂全部挥发，得到纳米粒子的水溶液；

3)通过透析方法处理所得纳米粒子的水溶液，除掉未包裹的小分子纯化纳米粒子。

上述方法步骤1)中，所述有机溶剂具体可为四氢呋喃，

所述超声处理的时间可为10～60min；

上述方法步骤2)中，混合物与超纯水的体积比可为1:2～1:10，具体可为1:5：

所述惰性气体具体可为氮气和/或氩气。

上述两亲性共轭寡聚物或其纳米粒子作为药物载体在纳米载药体系制备中的应用也属于本发明的保护范围。

所述纳米载药体系具有光热及化学疗法双重功能。

本发明的另一目的是提供一种基于该两亲性共轭寡聚物的纳米载药体系(载药纳米粒子)及其制备方法。

本发明所提供的基于该两亲性共轭寡聚物的纳米载药体系由式I所示两亲性共轭寡聚物自组装包裹脂溶性(疏水性)药物小分子制得；

所述脂溶性药物小分子具体可为姜黄素。

本发明所提供的基于两亲性共轭寡聚物的纳米载药体系(载药纳米粒子)通过包括如下步骤的方法制备得到：

1)分别称取寡聚物及目标药物分子，溶于能与水互溶的有机溶剂中，分别进行超声处理；

2)将所得两种溶液混合，将混合液加入超纯水中，超声处理，搅拌；

3)向所得溶液中鼓入惰性气体，缓慢搅拌，去除有机溶剂，得到纳米粒子的水溶液；

4)对所得纳米粒子的水溶液进行透析以除去游离分子，超滤除去未负载的药物小分子，即得纳米载药体系。

上述方法步骤1)中，所述有机溶剂具体可为四氢呋喃，

所述超声处理的时间可为10～60min；

上述方法步骤2)中，混合液与超纯水的体积比可为1:2～1:10；

所述超声处理的时间可为5-10min；

所述惰性气体具体可为氮气和/或氩气。

本发明的优点在于：

1、合成方法简单，合成路线较短，反应产率较高，简单高效；原料为商业化产品，可以推广应用工业中的合成；

2、共轭寡聚物结构确定，能够准确表征；

3、相较于小分子而言，此寡聚物吸收光谱红移，具有更强的光热效应；相较于高分子聚合物而言，既具备高分子聚合物光热效应强的优点，更克服了高分子合成上的批次性及溶解性差的缺点；

4、此共轭寡聚物具有两亲性和自组装效应，形成纳米粒子后吸收光谱红移，具有更强的光热效应；修饰亲水侧链基团，可以利用疏水作用自组装成纳米粒子自组装成具有光热效应的水溶性纳米材料，负载疏水性小分子药物并进行光热释放，在生物医学领域具有非常广阔的应用前景。

本发明设计并制备了一种具有光热效应的两亲性共轭寡聚物，该共轭寡聚物可通过自组装作用构建纳米载药体系，进而实现光热疗法和化学疗法的协同治疗。

附图说明

图1为本发明实施例1中制备式I所示化合物的合成路线图。

图2为本发明实施例1制备的化合物的紫外-可见吸收光谱及荧光激发光谱(600nm激发)。

图3为本发明实施例2制备得到的纳米粒子的粒径表征。

图4为本发明实施例2制备得到的纳米粒子的紫外-可见吸收光谱表征。

图5为本发明实施例2制备得到的纳米粒子的光热效应图。

图6为本发明实施例3制备得到的载药纳米粒子的粒径表征。

图7为本发明实施例3制备得到的载药纳米粒子光照前后的紫外-可见吸收光谱表征。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、生物材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、共轭寡聚物3,6-双(5-(4-(2-(二苯氨基)苯基)噻吩-2-基)-2,5-双(2-(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)-乙基)-2,5-二氢吡咯[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPP-TEG-TPA)的合成

根据图1所示的合成路线制备3,6-双(5-(4-(2-(二苯氨基)苯基)噻吩-2-基)-2,5-双(2-(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)-乙基)-2,5-二氢吡咯[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPP-TEG-TPA)

1)3,6-二(噻吩-2-基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4(2H,5H)-二酮的合成

向500mL双口瓶中加入90mL叔戊醇，氩气氛围下，加入叔戊醇钠(24.8g，225mmol)。升温至90℃，搅拌至叔戊醇钠完全溶解。滴加2-氰基噻吩(16.4g，150mmol)至体系中后，缓慢滴加丁二酸二异丙酯(12.1g，60mmol)，观察到悬浊液的颜色变成深红色。90℃反应2h后，反应结束。反应温度降至50℃，加入65mL甲醇稀释后，加入5mL冰乙酸中和，50℃搅拌15min后，冷却到室温。反应体系过滤除去上清，滤饼通过无水甲醇抽提纯化后，在40℃下真空干燥，得到红色固体产物18g，产率80％。

2)2,5-双(2-(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙基)-3,6-双(噻吩-2-基)-2,5-二氢吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮的合成

向100mL双口圆底烧瓶中，加入上步产物(1g，3.4mmol)，四正丁基溴化铵(0.11g，0.34mmol)，碳酸钾(2.33g，16.88mmol)，溶解在30mLDMF中。加入溶解在10mL DMF中的对甲苯磺酸三缩乙二醇单甲醚酯(4.3g，13.5mmol)，体系升温至120℃，搅拌40h。点板监控至反应结束，停止加热，反应体系冷却至室温。水洗并用二氯甲烷萃取，无水硫酸钠隔夜干燥，减压蒸馏除去溶剂，通过柱层析(乙酸乙酯：二氯甲烷＝3:1)纯化产物。得到紫红色固体产物0.9g，产率约为50％。

结构表征数据如下：¹H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.78–7.47(m,6H),4.32–4.14(m,4H),3.79–3.47(m,20H),3.35(s,6H).

3)3,6-双(5-溴噻吩-2-基)-2,5-双(2-(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙基)-2,5-二氢吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮的制备

向50mL圆底烧瓶中加入上一步产物(0.9g，1.7mmol)和CHCl₃(10mL)，避光冰浴10min，分批加入NBS(0.64g，3.6mmol)，点板监控至原料完全反应，水洗并用二氯甲烷萃取，无水硫酸钠隔夜干燥，减压蒸馏除去溶剂。通过柱层析(乙酸乙酯：二氯甲烷＝1:2)纯化产物，得到紫红色固体产物1.1g，产率为85％。

4)3,6-双(5-(4-(2-(二苯氨基)苯基)噻吩-2-基)-2,5-双(2-(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)-乙基)-2,5-二氢吡咯[3,4-c]吡咯-1,4-二酮的合成

向100mL圆底烧瓶中加入上一步产物(1.1g，1.44mmol)，三苯胺硼酸(0.92g，3.17mmol)，磷酸三钾(0.6g，2.88mmol)和20mL甲苯/乙醇(1:1)混合溶剂，然后加入四三苯基磷钯(0.017g，0.014mmol)，冷冻除氧三次，密封加热升温至70℃，回流反应36h。反应结束后，冷却至室温，水洗并用二氯甲烷萃取，无水硫酸钠隔夜干燥，减压蒸馏除去溶剂后，通过柱色谱(乙酸乙酯：二氯甲烷＝1:4)纯化。得到紫黑色固体0.68g，产率为45％。

结构表征数据如下：

质谱:[MALDI-TOF]m/z：1079.4215

核磁共振氢谱：H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.71(s,2H),7.54(m,4H),7.37(d,2H),7.4–6.97(m,24H),4.55(t,J＝6.0Hz,2H),4.22(t,J＝6.0Hz,2H),3.79–3.47(m,20H),3.35(s,6H).

图2为制备得到的化合物的紫外-可见吸收光谱及600nm激发的荧光发射光谱。

实施例2、寡聚物自组装纳米粒子DPP-TEG-TPA NPs的制备

1)称取DPP-TEG-TPA(1mg)溶于1mLTHF，超声20min；

2)将混合物加入5mL超纯水中，超声10min；

3)向溶液中鼓入惰性气体，缓慢搅拌1h；

4)通过220μm滤膜后，室温下在3500KDa透析袋内透析过夜以除去游离分子，收集透析袋内样品，4℃放置备用。

图3为制备得到的纳米粒子DPP-TEG-TPA NPs的粒径表征。

由图3可知：动态光散射法测得纳米粒子粒径大约为100nm，粒径均一。

图4为制备得到的纳米粒子DPP-TEG-TPA NPs的紫外-可见吸收光谱表征。

由图4可知：寡聚物自组装形成纳米粒子后，700nm处吸收峰升高，吸收峰红移，光热效应增加。

图5为：制备得到的纳米粒子的光热效应图。

由图5可知：在不同功率(0.5W及1W)白光照射下，寡聚物纳米粒子DPP-TEG-TPANPs表现出良好的升温效果。

实施例3、负载姜黄素纳米粒子DPP-TEG-TPA@Cur NPs的制备

1)将DPP-TEG-TPA(1mg)溶于1mL THF中，姜黄素(0.3mg)溶于0.3mL THF中，分别超声20min；

2)6mL超纯水水浴加热至30℃，将上述两种溶液混合后，加入超纯水中，超声10min；

3)向溶液中鼓入惰性气体，缓慢搅拌1h；

4)通过220μm滤膜后，室温下3500KDa透析袋内透析过夜以除去游离分子，收集透析袋内样品，超滤三次，除去未负载姜黄素分子，所得滤液于4℃保存；

图6为制备得到的载药纳米粒子DPP-TEG-TPA@Cur NPs的粒径表征

由图6可知：动态光散射法测得纳米粒子DPP-TEG-TPA@Cur NPs粒径大约为200nm，粒径均一，相较DPP-TEG-TPA NPs有所增加，可以认为是疏水内核包裹了姜黄素分子所致。

图7为制备得到的载药纳米粒子DPP-TEG-TPA@Cur NPs的紫外-可见吸收光谱表征。

由图7(上图)可知：纳米粒子在400nm-500nm范围吸收明显增强，这是由于姜黄素包裹在纳米粒子中导致的聚集效应导致红移，游离姜黄素在429nm处的吸收峰，在纳米粒子中红移到了440nm处，因此可知纳米粒子成功负载了姜黄素。

此外，量取1mL浓度为25μg/mL的DPP-TEG-TPA@Cur NPs纳米粒子水溶液，白光照射3min后超滤，取上层滤液检测吸光度，发现440nm处的吸光度降低，计算可得，相比光照前，姜黄素负载量降低约50％(如图7下图)。

Claims

1.两亲性共轭寡聚物，为如下结构式所示的化合物：

2.制备权利要求1所述的两亲性共轭寡聚物的方法，包括：

在催化剂和无机盐作用下，将式Ⅱ所示化合物与式Ⅲ所示化合物进行偶联反应，得到权利要求1所述的两亲性共轭寡聚物，

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述催化剂为四(三苯基膦)钯；

所述无机盐为磷酸三钾；

所述式Ⅱ所示化合物的投料摩尔份数为0.95～1.05份；

所述式Ⅲ所示化合物的投料摩尔份数为1.90～2.10份；

所述催化剂的投料摩尔份数为0.01～0.10份；

所述无机盐的投料摩尔份数为1.80～2.20份

所述偶联反应的温度为70～90℃；时间为24～48小时。

4.基于权利要求1所述的两亲性共轭寡聚物的纳米粒子，所述纳米粒子由权利要求1所述的两亲性共轭寡聚物自组装而成。

5.制备权利要求4所述的纳米粒子的方法，包括：1)将权利要求1所述的两亲性共轭寡聚物溶于能与水互溶的有机溶剂中，超声处理；

3)通过透析方法处理所得纳米粒子的水溶液，除掉未包裹的小分子，纯化纳米粒子。

6.权利要求1所述的两亲性共轭寡聚物或权利要求4所述的纳米粒子作为药物载体在纳米载药体系制备中的应用；所述纳米载药体系具有光热及化学疗法双重功能。

7.一种基于权利要求1所述的两亲性共轭寡聚物的纳米载药体系，所述纳米载药体系由权利要求1所述的两亲性共轭寡聚物自组装包裹脂溶性药物小分子制得。

8.制备权利要求7所述的纳米载药体系的方法，包括：1)分别称取寡聚物及目标药物分子，溶于能与水互溶的有机溶剂中，分别进行超声处理；

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：上述方法步骤1)中，所述有机溶剂为四氢呋喃，

所述超声处理的时间为10～60min；

上述方法步骤2)中，混合液与超纯水的体积比为1:2～1:10；

所述超声处理的时间为5-10min；

所述惰性气体为氮气和/或氩气。