CN113069416A - 主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药及制备与应用 - Google Patents
主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药及制备与应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药及制备与应用,属于生物医药技术领域。本发明复合纳米胶束前药由带负电荷的第一多肽和带正电荷的第二多肽通过静电相互作用和亲疏水作用共组装得到;第一多肽为Lys‑AAm‑Gly‑Arg‑Gly‑Asp‑Ser,其中AA为天冬氨酸或谷氨酸,m取值为1、2、3或4;第二多肽为Cys‑BBn,其中BB为赖氨酸、精氨酸或组氨酸,n取值为1、2、3或4;第一多肽N端的氨基与疏水烷基链连接,第一多肽赖氨酸侧链的氨基与荧光分子连接;第二多肽中的半胱氨酸通过巯基共价连接抗肿瘤药物。该纳米复合胶束能够主动靶向到肿瘤细胞,响应肿瘤微酸环境后解组装,形成尺寸为20‑30nm的小尺寸胶束,有利于多肽抗肿瘤前药的在肿瘤部位的深层递送。
Description
技术领域
本发明属于生物医药技术领域,更具体地,本发明提供了一种基于静电相互作用的主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药及制备与应用。
背景技术
基于多肽载体的抗肿瘤药物研发是目前的热点之一。近年来,分子自组装领域的快速发展为智能多肽纳米药物研发提供了新的机遇,该技术将不同功能的分子以非共价键组装成高度有序的纳米体系,是构建结构多样、功能集成的纳米药物的有效策略。生物分子多肽序列中氨基酸残基具有不同的化学结构,其可以利用肽链间氢键作用以及氨基酸残基之间的各种非共价键的作用有效实现分子自组装。基于多肽及其衍生物在结构设计上精确可控的特性,可将具有不同生物功能的多肽分子通过可控组装进行模块化功能集成,构建多肽纳米药物。两亲性多肽由于其良好的生物相容性、生物安全性和生物可降解性,被广泛应用于生物医学领域,如组织工程,伤口修复和基因治疗,特别是作为载体用于治疗药物的输送。
通过静电相互作用将两段功能性两亲性多肽复合成多功能纳米诊疗剂能实现多肽纳米药物的多功能化,化疗药与短肽通过二硫键连接能够响应肿瘤细胞内高表达的GSH从而提高多肽药物的特异性,到达肿瘤部位才能发生响应释药,同时长肽末端连接的近红外荧光可以实现药物的可视化递送,主动靶向到肿瘤后并发挥一定的光热和光动力效应实现对肿瘤的诊疗一体化。静电相互作用两亲性多肽具有如下显著优势:(1)易于化学修饰,组装体尺寸、形状和表面物理化学性质可精细调控;(2)保持多肽组装体的净电荷接近电中性,提高组装体在体内的循环时间;(3)到达肿瘤部位后响应肿瘤微酸环境,解组装后组装体尺寸由大变小有利于化疗药物的深层递送;(4)光学治疗对外层肿瘤进行杀伤,同时结合化疗药的深层递送实现对肿瘤的全方面联合治疗。
发明内容
本发明解决了现有技术中纳米载体对肿瘤细胞的靶向性不好,不能实时追踪药物在肿瘤的分布,同时解决了化疗药物不能很好的深层递送以及细胞摄取效率较低的问题和单一作用模式带来的弊端,可以实现抗肿瘤药物、光热和光动力协同作用。本发明提供了一种新的主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药,具有主动靶向功能的待负电荷的第一多肽的N端偶联疏水性烷基链,且在多肽的侧链修饰荧光功能分子,第二多肽通过二硫键与带正电荷的第二多肽连接,两者通过静电相互作用和亲疏水作用共组装得到主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药。
根据本发明的第一方面,提供了一种主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药,包括带负电荷的第一多肽和带正电荷的第二多肽,该复合纳米胶束前药由带负电荷的第一多肽和带正电荷的第二多肽通过静电相互作用和亲疏水作用共组装得到;
所述第一多肽的氨基酸序列为Lys-AAm-Gly-Arg-Gly-Asp-Ser,其中AA为天冬氨酸或谷氨酸,所述m取值为1、2、3或4;所述第二多肽的氨基酸序列为Cys-BBn,其中BB为赖氨酸、精氨酸或组氨酸,所述n取值为1、2、3或4;
所述第一多肽N端的氨基与疏水烷基链连接,第一多肽赖氨酸侧链的氨基与荧光分子连接;所述第二多肽中的半胱氨酸通过巯基共价连接抗肿瘤药物。
优选地,所述纳米胶束前药为球形结构,直径为40nm-200nm;
优选地,所述纳米胶束前药的直径为80-150nm;
优选地,所述纳米胶束前药的直径为90nm-100nm。
优选地,所述荧光分子为近红外荧光分子;
优选地,所述近红外荧光分子含有羧基。
优选地,所述抗肿瘤药物为喜树碱、阿霉素或紫杉醇。
优选地,所述疏水烷基链为直链脂肪酸、油酸或双炔酸;
优选地,所述直链脂肪酸的碳原子个数的范围为6-18。
优选地,所述第一多肽的C端为酰胺结构;所述第二多肽N端的氨基被乙酸酐保护。
按照本发明的另一方面,提供了任一所述的主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药的制备方法,包括以下步骤:
(1)分别制备带负电荷的两亲性多肽和带正电荷的两亲性多肽,所述带负电荷的两亲性多肽的氨基酸序列为Lys-AAm-Gly-Arg-Gly-Asp-Ser,其中AA为天冬氨酸或谷氨酸,所述m取值为1、2、3或4;所述带正电荷的两亲性多肽的氨基酸序列为Cys-BBn,其中BB为赖氨酸、精氨酸或组氨酸,所述n取值为1、2、3或4;
(2)在步骤(1)得到的带负电荷的两亲性多肽N端的氨基上偶联疏水性烷基链,赖氨酸侧链的氨基上偶联荧光分子,得到带负电荷的第一多肽;将步骤(1)得到的带正电荷的两亲性多肽的半胱氨酸通过巯基与抗肿瘤药物偶联,得到带正电荷的第二多肽;
(3)将步骤(2)得到的带负电荷的第一多肽和带正电荷的第二多肽溶于第一有机溶剂中,除去第一有机溶剂后,将所述第一多肽和第二多肽分散于水中,所述第一多肽和第二多肽通过静电相互作用和亲疏水作用共组装,即得到主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药;
或者将步骤(2)得到的带负电荷的第一多肽和带正电荷的第二多肽溶于能与水互溶的第二有机溶剂中,然后分散在水中,所述第一多肽和第二多肽通过静电相互作用和亲疏水作用共组装,再除去第二有机溶剂,即得到主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药。
优选地,步骤(3)中所述带负电荷的第一多肽和带正电荷的第二多肽物质的量之比为1:(0.1-5)。
优选地步骤(3)中通过超声的方法将第一多肽和第二多肽分散于水中;步骤(3)中所述第一有机溶剂为二氯甲烷、甲醇、丙酮、氯仿或四氢呋喃,所述能与水互溶的第二有机溶剂为甲醇、丙酮、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜;
优选地,所述超声的频率为35kHz-50kHz,功率为200W-700W,超声时间为20min-30min。
按照本发明的另一方面,提供了任一所述的主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药用于制备抗肿瘤药物的应用。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,主要具备以下的技术优点:
(1)本发明中复合多肽纳米胶束为球形结构,直径为40nm-200nm,优选地,纳米胶束前药的直径为80-150nm,更优选地,纳米胶束前药的直径为90nm-100nm。粒径100~200nm的胶束具有在体内较长时间循环的能力,便于提高抗肿瘤药物的药物利用率并降低毒副作用。整体接近于电中性,该纳米胶束在体内生物环境中稳定,不容易被降解,同时具有肿瘤部位的特异靶向性,到达肿瘤部位后能够响应微酸环境并在光热作用下解组装,形成尺寸为20-30nm的小尺寸胶束,有利于多肽抗肿瘤前药的在肿瘤部位的深层递送。该复合多肽纳米胶束无毒,生物相容性好;自组装过程中不生成共价键,没有逆反应,形成高度有序的纳米结构,具有广阔的应用前景。
(2)本发明复合纳米胶束到达肿瘤微环境后在近红外照射下引起近红外染料的光热同时响应肿瘤微酸环境,促进多肽复合胶束解组装,复合多肽胶束解组装后,胶束尺寸由大变小,带正电多肽前药能够被肿瘤高效的摄取,可以实现药物的深层递送,带正电荷的多肽前药进入肿瘤后响应肿瘤细胞内高表达的GSH,释放抗肿瘤药,并且多肽复合纳米胶束在近红外光照射下有良好的光热和光动力效应对肿瘤细胞有很好的杀伤作用,联合化疗药物的深穿透对肿瘤进行化疗,杀死肿瘤细胞。本发明中的荧光分子优选为为cy7、CS1-6或IR780,该多肽复合纳米胶束总体上实现对在近红外荧光成像引导下进行对肿瘤的光热光动力以及化疗的协同作用。
(3)本发明具有主动靶向肿瘤细胞功能的多肽链与疏水烷基链偶联,并且多肽链的侧链修饰荧光功能分子,得到两亲性多肽,前药第二多肽通过二硫键与抗肿瘤药物共价连接,且本身带有正电荷正好与带负电的主动靶向第一多肽通过静电相互作用和亲疏水作用自组装形成复合多肽纳米胶束,将化疗药物通过谷胱甘肽GSH响应的二硫键连接避免了纳米药物载体载药量过低的问题,同时提高了药物的特异性和安全性,只有在高表达谷胱甘肽GSH的肿瘤细胞内才能释放化疗药,发挥化疗作用,同时复合多肽纳米胶束的疏水腔内荧光分子与抗肿瘤药物的π-π堆积作用让整个纳米胶束更稳定。由于组装后近红外染料聚集,导致其光热效应显著增加。该多肽复合纳米胶束主动靶向到肿瘤细胞,并在肿瘤微酸环境下和近红外激光照射下解组装成尺寸更小的纳米胶束有利于多肽化疗前药的深层递送,同时在近红外激光的照射下,第一多肽的解组装后的纳米胶束还能发挥光动力和光热治疗的作用,可以对浅层肿瘤细胞进行杀伤,带正电的第二多肽前药由于尺寸相对于整体复合胶束变小且带有正电荷赋予了其更好的药物穿透性能和更高的细胞吞噬效率,对深层肿瘤起到很好的化疗作用极大提高了化疗效率,整体上该复合多肽纳米胶束可以实现对肿瘤细胞的光热,光动力和化疗的高效协同作用,该两亲性复合多肽纳米诊疗剂无毒,生物相容性好,抗肿瘤效率显著,可实现近红外成像引导的肿瘤靶向治疗。
(4)本发明以肿瘤细胞表面过度表达的整合素受体为靶向点,纳米胶束可以特异性结合整合素受体,通过受体介导的内吞使纳米胶束进入肿瘤细胞内。本发明中第二多肽整体带正电荷有利于与带负电荷的第一多肽通过静电相互作用组装,当复合纳米胶束通过血液循环到达肿瘤部位后能够响应肿瘤微酸环境,第一多肽与第二多肽静电相互作用减弱,同时在近红外照射下近红外染料分子的光热效应也促进了纳米胶束的解组装,形成尺寸更小的纳米胶束。解组装后由于细胞膜表明带负电,带正电的第二多肽具有更高的细胞吞噬效率。本发明中第一多肽序列具有主动靶向功能的氨基酸序列为Arg-Gly-Asp(RGD),第一多肽中Gly-Arg-Gly-Asp-Ser能特异性靶向肿瘤细胞,而相比于传统的RGD序列,具有更强的肿瘤靶向能力和生理稳定性;当C端的丝氨酸为酰胺结构时,多肽C端的酰胺化可以保护多肽免受酶的降解作用,从而延长其在体内的半衰期,增大多肽与受体的亲和力,得到的两亲性多肽具有更高的生理稳定性。
(5)本发明的复合多肽纳米胶束是基于静电相互作用和亲疏水作用自组装形成,优选地,带负电荷的第一多肽和带正电荷的第二多肽物质的量之比为1:(0.1-5),整体净电荷接近电中性,该特征赋予纳米胶束较好的生物稳定性,同时能保证纳米胶束在体内的循环时间。同时得到的自组装纳米胶束粒径均一,稳定性好,具有良好的生物相容性。
(6)本发明的疏水烷基链优选为月桂酸、油酸、双炔酸等,月桂酸的碳链亲脂性强,有利于插膜,且其碳链能够作为疏水端位于纳米胶束内部。同时第一多肽的疏水荧光分子和第二多肽的疏水抗肿瘤药物之间的π-π堆积作用也有助于稳定两亲性纳米胶束的形成。
(7)与自由化疗药相比较,本发明结合主动靶向型多肽和化疗前药多肽对肿瘤部位具有更好的选择性递送效果,具有较高的最大耐受剂量,且副作用小。
附图说明
图1为本发明中主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药共组装的结构示意图。
图2为实施例3制备得到的复合多肽纳米胶束的形貌图像。
图3为实施例4解组装后的纳米胶束的形貌图像。
图4为实施例5细胞吞噬效率的流式结果图。
图5为实施例7纳米药物载体对肿瘤细胞的杀伤效率。
图6为实施例9纳米胶束在细胞内的ROS成像。
图7为实施例10纳米胶束在小鼠成纤维细胞的暗毒性。
图8为本发明主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药体外释放效果图。
图9为本发明主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药注射到小鼠后的荧光成像图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明中具有主动靶向功能的多肽链的第一多肽和第二多肽均采用标准固相肽合成(SPPS)方法制备得到。
实施例1:基于静电相互作用的主动靶向型两亲性复合多肽纳米诊疗剂的制备方法
(i)制备主动靶向型带负电荷两亲性多肽
(1)取0.305克Rink Amide-AM树脂至多肽合成装置,加入干燥的N,N-二甲基甲酰胺浸泡树脂2小时,使之充分溶胀,最后排出溶剂N,N-二甲基甲酰。然后用体积比为1:4的哌啶:N,N-二甲基甲酰溶液(10ml)进行树脂的保护基的脱除,反应两次,每次持续20分钟。之后再用10ml N,N-二甲基甲酰重复洗涤树脂N,N-二甲基甲酰3次,每次持续5分钟,取少许树脂加入到茚三酮和苯酚的乙醇溶液中,加热至沸腾,观察树脂颜色变化,若树脂变蓝甚至发黑,说明树脂的保护基成功脱除,可以进行第一个氨基酸的偶联,若树脂颜色无明显变化,则需要继续树脂的保护基的脱除操作。
(2)称取0.255克Fmoc-Ser(tBu)-OH,0.347克六氟磷酸苯并三唑-1-基-氧基三吡咯烷基磷(PyBOP),用10毫升N,N-二甲基甲酰胺溶解,然后将该溶液转入到上步含有处理过的树脂的多肽合成装置中,再加入232微升二异丙基乙胺(DIPEA),室温下让Fmoc-Ser(tBu)-OH与树脂反应约4小时,然后用10mL N,N-二甲基甲酰胺冲洗树脂2次,每次5分钟。再称取0.255克Fmoc-Ser(tBu)-OH,0.347克PyBOP,用10毫升N,N-二甲基甲酰胺溶解,然后将该溶液转入到上步含有处理过的树脂的多肽合成装置中,再加入232微升催化剂二异丙基乙胺(DIPEA),室温下让Fmoc-Ser(tBu)-OH与树脂相互作用约4小时,使其充分固定在树脂上。10mL N,N-二甲基甲酰胺冲洗树脂3次,每次5分钟,取少许树脂加入到茚三酮和苯酚的乙醇溶液中,加热至沸腾,观察树脂颜色变化,若树脂颜色无明显变化,则说明第一个氨基酸已完全偶联上了树脂,若树脂变蓝甚至发黑,则说明第一个氨基酸没有与树脂完全反应,需要重复连接。
(3)用体积比为1:4的哌啶:N,N-二甲基甲酰胺溶液(10mL)进行第一个氨基酸的保护基的脱除,反应两次,每次持续20分钟。之后再用10mL N,N-二甲基甲酰胺重复洗涤树脂3次,每次持续5分钟,取少许树脂加入到茚三酮和苯酚的乙醇溶液中,加热至沸腾,观察树脂颜色变化,若树脂变蓝甚至发黑,说明第一个氨基酸的保护基成功脱除,可以进行第二个氨基酸的偶联,若树脂颜色无明显变化,则需要继续第一个氨基酸的保护基的脱除操作。
(4)参照步骤(2)和步骤(3),依次缩合(Fmoc-Asp(OtBu)-OH,Fmoc-Gly-OH,Fmoc-Arg(Pbf)-OH,Fmoc-Gly-OH,Fmoc-Glu(tBu)-OH,Fmoc-Glu(tBu)-OH,Fmoc-Glu(tBu)-OH,Fmoc-Lys(Alloc)-OH得到的氨基酸序列为Lys-Glu-Glu-Glu-Gly-Arg-Gly-Asp-Ser。
(5)称取0.178克月桂酸,0.463克PyBOP,用10毫升N,N-二甲基甲酰胺溶解,然后将该溶液转入到上步含有处理过的树脂的多肽合成装置中,再加入311微升催化剂二异丙基乙胺(DIPEA),室温下让月桂酸与树脂相互作用约4小时,然后用10mL N,N-二甲基甲酰胺冲洗树脂2次,每次5分钟。再称取0.178克月桂酸,0.463克PyBOP,用10毫升N,N-二甲基甲酰胺溶解,然后将该溶液转入到上步含有处理过的树脂的多肽合成装置中,再加入311微升催化剂二异丙基乙胺(DIPEA),室温下让月桂酸与树脂相互作用约4小时,使其充分连接到上一个氨基酸上。10mL N,N-二甲基甲酰胺冲洗树脂3次,每次5分钟,取少许树脂加入到茚三酮和苯酚的乙醇溶液中,加热至沸腾,观察树脂颜色变化,若树脂颜色无明显变化,则说明月桂酸已完全同肽链偶联,若树脂变蓝甚至发黑,则说明月桂酸没有与肽链完全反应,需要重复连接。
(6)称取0.042克四(三苯基膦)钯,用10毫升二氯甲烷溶解溶解,然后将该溶液转入到上步含有处理过的树脂的多肽合成装置中,再加入1080微升苯硅烷,脱除树脂上赖氨酸的保护基,反应两次,每次持续30分钟,之后再用10mL N,N-二甲基甲酰胺重复洗涤树脂2次,每次持续5分钟,取少许树脂加入到茚三酮和苯酚的乙醇溶液中,加热至沸腾,观察树脂颜色变化,若树脂变蓝甚至发黑,说明赖氨酸的保护基成功脱除,若树脂颜色无明显变化,则需要继续赖氨酸的保护基的脱除操作。
(7)称取0.408克CS-2,0.231克PyBOP,用10毫升N,N-二甲基甲酰胺溶解,然后将该溶液转入到上步含有处理过的树脂的多肽合成装置中,再加入155微升催化剂二异丙基乙胺(DIPEA),室温下让CS-2与树脂相互作用约4小时,然后用10mL N,N-二甲基甲酰胺冲洗树脂2次,每次5分钟。再称取0.408克罗丹明B,0.231克PyBOP,用10毫升N,N-二甲基甲酰胺溶解,然后将该溶液转入到上步含有处理过的树脂的多肽合成装置中,再加入155微升催化剂二异丙基乙胺(DIPEA),室温下让CS-2与树脂相互作用约4小时,使其充分连接到肽链上。10mL N,N-二甲基甲酰胺冲洗树脂3次,每次5分钟,取少许树脂加入到茚三酮和苯酚的乙醇溶液中,加热至沸腾,观察树脂颜色变化,若树脂颜色无明显变化,则说明罗丹明已完全同肽链偶联,若树脂变蓝甚至发黑,则说明罗丹明B没有与肽链完全反应,需要重复连接。
(8)用10mL二氯甲烷冲洗树脂3次,每次5分钟,再用10mL甲醇冲洗树脂3次,每次5分钟,接着用10mL二氯甲烷冲洗树脂3次,每次5分钟。
(9)将多肽从树脂上裂解下来,具体过程如下:首先配置裂解液:9.5mL三氟乙酸+0.25mL三异丙基硅烷+0.25mL去离子水。将裂解液加入到上步含有处理过的树脂的多肽合成装置中,反应3小时,之后滤掉树脂,旋蒸除去树脂中的溶剂,接着加入乙醚,立即出现紫绿色沉淀。然后离心分离上述悬浊液,转速为7000rpm,离心时间为10分钟,离心两次,除去上清液,加入甲醇溶解,通过HPLC纯化产物,最后加入去离子水溶解,进行冷冻干燥,收集紫绿色粉末,即得含有一条疏水烷基链(月桂酸)的两亲性多肽,命名为PA1。
(ii)制备带正电荷的多肽
(1)取0.5克Rink Amide-AM树脂至多肽合成装置,加入干燥的N,N-二甲基甲酰胺浸泡树脂2小时,使之充分溶胀,最后排出溶剂N,N-二甲基甲酰。然后用体积比为1:4的哌啶:N,N-二甲基甲酰溶液(10ml)进行树脂的保护基的脱除,反应两次,每次持续20分钟。之后再用10ml N,N-二甲基甲酰重复洗涤树脂N,N-二甲基甲酰3次,每次持续5分钟,取少许树脂加入到茚三酮和苯酚的乙醇溶液中,加热至沸腾,观察树脂颜色变化,若树脂变蓝甚至发黑,说明树脂的保护基成功脱除,可以进行第一个氨基酸的偶联,若树脂颜色无明显变化,则需要继续树脂的保护基的脱除操作。
(2)称取0.255克Fmoc-Ser(tBu)-OH,0.347克六氟磷酸苯并三唑-1-基-氧基三吡咯烷基磷(PyBOP),用10毫升N,N-二甲基甲酰胺溶解,然后将该溶液转入到上步含有处理过的树脂的多肽合成装置中,再加入232微升二异丙基乙胺(DIPEA),室温下让Fmoc-Lys(Boc)-OH与树脂反应约4小时,然后用10mL N,N-二甲基甲酰胺冲洗树脂2次,每次5分钟。再称取0.255克Fmoc-Lys(Boc)-OH,0.347克PyBOP,用10毫升N,N-二甲基甲酰胺溶解,然后将该溶液转入到上步含有处理过的树脂的多肽合成装置中,再加入232微升催化剂二异丙基乙胺(DIPEA),室温下让Fmoc-Lys(Boc)-OH与树脂相互作用约4小时,使其充分固定在树脂上。10mL N,N-二甲基甲酰胺冲洗树脂3次,每次5分钟,取少许树脂加入到茚三酮和苯酚的乙醇溶液中,加热至沸腾,观察树脂颜色变化,若树脂颜色无明显变化,则说明第一个氨基酸已完全偶联上了树脂,若树脂变蓝甚至发黑,则说明第一个氨基酸没有与树脂完全反应,需要重复连接。
(3)用体积比为1:4的哌啶:N,N-二甲基甲酰胺溶液(10mL)进行第一个氨基酸的保护基的脱除,反应两次,每次持续20分钟。之后再用10mL N,N-二甲基甲酰胺重复洗涤树脂3次,每次持续5分钟,取少许树脂加入到茚三酮和苯酚的乙醇溶液中,加热至沸腾,观察树脂颜色变化,若树脂变蓝甚至发黑,说明第一个氨基酸的保护基成功脱除,可以进行第二个氨基酸的偶联,若树脂颜色无明显变化,则需要继续第一个氨基酸的保护基的脱除操作。
(4)参照步骤(2)和步骤(3),依次缩合(Fmoc-Lys(Boc)-OH,Fmoc-Lys(Boc)-OH,Fmoc-Lys(Boc)-OH,Fmoc-Cys(Trt)-OH,得到的氨基酸序列为Cys-Lys-Lys-Lys。
(5)加入含有2mL乙酸酐N,N-二甲基甲酰胺10mL和1.67mL吡啶,室温下反应20min,然后用10mL N,N-二甲基甲酰胺冲洗树脂2次,每次5分钟。再取2mL乙酸酐N,N-二甲基甲酰胺10mL和1.67mL吡啶,室温下反应20分钟,室温下让乙酸酐与树脂相互作用约20分钟,使其充分固定在树脂上。10mL N,N-二甲基甲酰胺冲洗树脂3次,每次5分钟,取少许树脂加入到茚三酮和苯酚的乙醇溶液中,加热至沸腾,观察树脂颜色变化,若树脂颜色无明显变化,则说明最后一个氨基酸已完全被乙酰化。
(6)用10mL二氯甲烷冲洗树脂3次,每次5分钟,再用10mL甲醇冲洗树脂3次,每次5分钟,接着用10mL二氯甲烷冲洗树脂3次,每次5分钟。
(7)将多肽从树脂上裂解下来,具体过程如下:首先配置裂解液:9.5mL三氟乙酸+0.25mL三异丙基硅烷+0.25mL去离子水。将裂解液加入到上步含有处理过的树脂的多肽合成装置中,反应3小时,之后滤掉树脂,旋蒸除去树脂中的溶剂,接着加入乙醚,立即出现棕色沉淀。然后离心分离上述悬浊液,转速为7000rpm,离心时间为10分钟,离心两次,除去上清液,加入甲醇溶解,通过HPLC纯化产物,最后加入去离子水溶解,进行冷冻干燥,收集白色粉末,带正电荷的两亲性多肽。
实施例2:合成多肽化疗前药
取1.5g(6.8mmol)二硫二吡啶溶于12ml乙醇中,加入0.16ml乙酸于50ml两口圆底烧瓶中,取235.2μL(312.8mg 3.4mmol)巯基乙酸溶于8mL乙醇中加入恒压滴液漏斗中,在氩气保护下,逐滴加入巯基乙酸乙醇溶液,室温搅拌3h.反应结束后旋干溶剂,得到黄色油状液体。通过高压制备柱纯化得到吡啶乙酸纯品。
取吡啶乙酸20.1mg(0.1mmol)溶于400μl DMF中,加入Pybop 104.1mg(0.2mmol活化羧基)氩气保护下室温搅拌30min,取DOX 48.3mg(0.083mmol)溶于1.5ml DMF中,在氩气保护下逐滴加入,后加入DIPEA 69.8μl(0.4mmol 51.7mg),室温搅拌24h。乙醚沉淀得到粗产物,然后用高效液相制备色谱纯化得到DOX-Py。
取DOX-Py 37mg(0.051mmol)溶于0.5ml N,N-二甲基甲酰胺中,在氩气保护下加入溶于0.5ml N,N-二甲基甲酰胺的短肽33.4mg(0.061mmol),室温搅拌60h。用乙醚沉淀得到粗产物,然后用高效液相制备色谱纯化得到多肽前药PA2。
实施例3:制备多肽复合纳米胶束
室温下,按照带负电荷的具有主动靶向功能的多肽1和带正电荷的前药多肽2物质的量比为1:(0.1~5)溶于10μl DMSO中,然后将含有多肽1和多肽2的DMSO溶液一边超声,一边加入1ml PBS中,接着超声20分钟,然后透析12小时即得到多肽复合纳米胶束,命名为PP。图1为复合纳米胶束的示意图,球外面的链段为多肽1和多肽2的亲水部分,壳层为疏水烷基链,疏水腔内的四角星为近红外染料,圆球为化疗药DOX。
形态观察:使用透射电镜观察多肽复合纳米诊疗剂,发现发现制备的纳米诊疗剂为大小均一、稳定的球形结构(见附图2),平均粒径大小为98nm,表面电势为-2.3毫伏。
实施例4:多肽复合纳米胶束解组装
配制pH为6.8的PBS缓冲溶液500ml,取1mL(50μM)制备好的多肽复合纳米胶束于1000K的透析袋中,将透析袋放入pH为6.8的PBS缓冲溶液透析12h。然后用功率密度为0.75W/cm2的730nm激光器照射5min。
形态观察:使用透射电镜观察多肽解组装,发现制备的纳米诊疗剂为大小均一、稳定的球形结构(见附图3),平均粒径大小为20nm。
实施例5:肿瘤细胞对多肽复合纳米诊疗剂吞噬效果
(1)方法:利用乳腺癌细胞系4T1,将生长状态良好的肿瘤细胞接种于6孔板中,培养24小时后,加入20μM浓度的多肽复合胶束,以空白细胞为对照组,在37℃孵育0.5、2、4、8h,通过流式细胞仪检测细胞对纳米载体的吞噬效率。
(2)结果:该实验在细胞水平上验证了4T1细胞对复合纳米胶束的影响(见附图4),在复合多肽纳米胶束与4T1细胞共孵育2h时,有98.6%的细胞DOX荧光强度超过102。结果表明4T1细胞对多肽前药具有很好的吞噬速率和效率。而且随着时间的延长,4T1细胞对多肽前药的吞噬效率逐渐增加,共孵育8h后荧光强度基本达到最大值。
实施例6:肿瘤细胞对多肽复合纳米诊疗剂吞噬效果
本实施例同实施例5,将细胞换为小鼠黑素瘤细胞系B16细胞,其他未说明的实验方法、参数、条件、实验结果分析等均与实施例5保持一致。在纳米载体与B16细胞共孵育2h时,即有约50%的细胞荧光强度超过102。结果表明,B16细胞对纳米载体具有很好的吞噬速率和效率。而且随着时间的延长,B16细胞对纳米载体的吞噬效率逐渐增加,共孵育8h后荧光强度基本达到最大值。
实施例7:主动靶向多肽复合纳米胶束对细胞的杀伤
(1)方法:利用小鼠乳腺癌细胞4T1,将培养状态良好的细胞接种于96孔板中,培养24h后分别加入给20μM浓度的多肽复合纳米胶束,单独的多肽1,单独多肽2,同时以空白细胞作为对照组,孵育8小时后对单独多肽1组合多肽复合纳米胶束组用730nm激光照射5min,培养24h、48h,吸走带有纳米药物载体的培养基,加入10%CCK-8的无血清培养基,37℃孵育2-4h,利用酶标仪检测其在450nm处的吸收,根据吸光度值作图。
(2)结果:该实验在细胞水平对细胞水平的治疗效果进行验证(见附图5),孵育48h后,多肽复合纳米胶束光疗和化疗联合治疗组对细胞的致死率达到86%,具有良好的治疗效果。
实施例8
本实施例同实施例7,将细胞换为小鼠黑色素瘤细胞系B16细胞,其他未说明的实验方法、参数、条件、实验结果均与实施例7保持一致。孵育48h后,多肽复合纳米胶束光疗和化疗联合治疗组对细胞的致死率达到86%,具有良好的治疗效果。
实施例9
利用小鼠乳腺癌细胞4T1,将培养状态良好的细胞接种于共聚焦皿中,培养24h后分别加入无血清培养液500μL,将20μM浓度的多肽复合纳米胶束和解组装后的复合纳米胶束孵育4小时后,吸出培养液,用PBS清洗3遍,加入ROS探针DCFH-DA,孵育0.5h,对三组细胞用730nm激光照射5min,然后用激光共聚焦拍摄图片(见附图6)。结果表明,多肽复合纳米胶束解组装前后都具有很好ROS产量,而且两者差异不大。光动力的作用在实例7对细胞的杀伤就体现了。
实施例10
利用小鼠乳腺癌细胞4T1,将培养状态良好的细胞接种于96孔板中,培养24h后分别加入给10~100μM浓度的多肽复合纳米胶束,培养24h、48h,吸走带有纳米药物载体的培养基,加入10%CCK-8的无血清培养基,37℃孵育2-4h,利用酶标仪检测其在450nm处的吸收,根据吸光度值作图(见附图7)。说明多肽纳米胶束在肿瘤细胞中的暗毒性随着纳米胶束的浓度增加而增加。
实施例11
0.01M,pH 6.8乙酸盐缓冲溶液用以模拟肿瘤微环境;0.01M,pH 7.4磷酸酸盐缓冲溶液作为对照组,同时还加入了10μM和50μM GSH验证二硫键前药的响应,通过透析法测定化疗药DOX的体外释放。具体方法:将5mg多肽纳米复合胶束分别分散在不同pH和不同浓度GSH的缓冲溶液中,加入到透析袋中,用透析夹夹好透析袋后置于20mL透析介质中,在37℃空气摇床中震荡模拟体内释放。在预设的时间点,取出1mL释放介质,并加入等体积1mL的新鲜缓冲溶液。通过紫外可见分光光度计检测释放介质在490nm波长处的吸光度,分析释放介质中DOX的浓度,计算出不同时间点DOX的累积释放量。结果表明多肽纳米胶束pH 6.5和高浓度GSH条件下,在24h时,药物释放量达到85.4。(见附图8)
实施例12
利用小鼠乳腺癌细胞4T1,将培养状态良好的细胞接种于3~4周Balb/c鼠后肢处,等到肿瘤体积长到100mm3,尾静脉注射50μM多肽复合纳米胶束,通过近红外荧光成像仪对小鼠进行活体荧光成像,分布对注射后1h,4h,8h,12h,和24h时间点成像(见附图9)。结果表明多肽纳米胶束能在注射1后较好的富集到肿瘤部位,并且能随着注射时间的延长富集程度增加,在12h时达到最大值。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药,其特征在于,包括带负电荷的第一多肽和带正电荷的第二多肽,该复合纳米胶束前药由带负电荷的第一多肽和带正电荷的第二多肽通过静电相互作用和亲疏水作用共组装得到;
所述第一多肽的氨基酸序列为Lys-AAm-Gly-Arg-Gly-Asp-Ser,其中AA为天冬氨酸或谷氨酸,所述m取值为1、2、3或4;所述第二多肽的氨基酸序列为Cys-BBn,其中BB为赖氨酸、精氨酸或组氨酸,所述n取值为1、2、3或4;
所述第一多肽N端的氨基与疏水烷基链连接,第一多肽赖氨酸侧链的氨基与荧光分子连接;所述第二多肽中的半胱氨酸通过巯基共价连接抗肿瘤药物。
2.如权利要求1所述的主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药,其特征在于,所述纳米胶束前药为球形结构,直径为40nm-200nm;
优选地,所述纳米胶束前药的直径为80-150nm;
优选地,所述纳米胶束前药的直径为90nm-100nm。
3.如权利要求1或2所述的主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药,其特征在于,所述荧光分子为近红外荧光分子;
优选地,所述近红外荧光分子含有羧基。
4.如权利要求1或2所述的主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药,其特征在于,所述抗肿瘤药物为喜树碱、阿霉素或紫杉醇。
5.如权利要求1所述的主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药,其特征在于,所述疏水烷基链为直链脂肪酸、油酸或双炔酸;
优选地,所述直链脂肪酸的碳原子个数的范围为6-18。
6.如权利要求1所述的主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药,其特征在于,所述第一多肽的C端为酰胺结构;所述第二多肽N端的氨基被乙酸酐保护。
7.如权利要求1-6任一所述的主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)分别制备带负电荷的两亲性多肽和带正电荷的两亲性多肽,所述带负电荷的两亲性多肽的氨基酸序列为Lys-AAm-Gly-Arg-Gly-Asp-Ser,其中AA为天冬氨酸或谷氨酸,所述m取值为1、2、3或4;所述带正电荷的两亲性多肽的氨基酸序列为Cys-BBn,其中BB为赖氨酸、精氨酸或组氨酸,所述n取值为1、2、3或4;
(2)在步骤(1)得到的带负电荷的两亲性多肽N端的氨基上偶联疏水性烷基链,赖氨酸侧链的氨基上偶联荧光分子,得到带负电荷的第一多肽;将步骤(1)得到的带正电荷的两亲性多肽的半胱氨酸通过巯基与抗肿瘤药物偶联,得到带正电荷的第二多肽;
(3)将步骤(2)得到的带负电荷的第一多肽和带正电荷的第二多肽溶于第一有机溶剂中,除去第一有机溶剂后,将所述第一多肽和第二多肽分散于水中,所述第一多肽和第二多肽通过静电相互作用和亲疏水作用共组装,即得到主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药;
或者将步骤(2)得到的带负电荷的第一多肽和带正电荷的第二多肽溶于能与水互溶的第二有机溶剂中,然后分散在水中,所述第一多肽和第二多肽通过静电相互作用和亲疏水作用共组装,再除去第二有机溶剂,即得到主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药。
8.如权利要求7所述的主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述带负电荷的第一多肽和带正电荷的第二多肽物质的量之比为1:(0.1-5)。
9.如权利要求7或8所述的主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药的制备方法,其特征在于,步骤(3)中通过超声的方法将第一多肽和第二多肽分散于水中;步骤(3)中所述第一有机溶剂为二氯甲烷、甲醇、丙酮、氯仿或四氢呋喃,所述能与水互溶的第二有机溶剂为甲醇、丙酮、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜;
优选地,所述超声的频率为35kHz-50kHz,功率为200W-700W,超声时间为20min-30min。
10.如权利要求1-6任一所述的主动靶向型两亲性多肽复合纳米胶束前药用于制备抗肿瘤药物的应用。
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