CN113248723B - 一种蛋白药物缓释制剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蛋白药物缓释制剂的制备方法及其应用,提供了一种普适的提高蛋白质药代学行为和药效学的缓释材料,公开了一种提高可以蛋白药物体内稳定性的缓释材料,极大的扩展了蛋白药物将来在临床应用上的范围。以胰岛素为例,本发明提供一种胰岛素缓释制剂,能够在体内持续释放胰岛素,具有显著的控制血糖水平的长期效果。
Description
技术领域
本发明属于生物医药技术领域,更具体地,涉及一种蛋白药物缓释制剂的制备方法。
背景技术
当前,越来越多的蛋白类药物投入临床应用,但针对这种迅速发展的蛋白类药物的使用,更复杂的药物递送系统的开发却未能跟上步伐。蛋白类药物直接使用存在的问题包括体内半衰期短,物理和化学不稳定以及口服生物利用度低等,目前需要通过频繁注射蛋白质溶液来避免这些问题。因此,迫切需要通过延长蛋白类药物在体内的滞留时间来减少注射给药次数,从而提高患者顺应性。
现有的一些提高蛋白质体内稳定性的技术手段主要是通过对氨基酸序列的改造。这种方法改变了蛋白的一级结构,可能会对蛋白质的生物学功能产生影响。同时,由于这些方法对氨基酸序列的改造是有针对性的,即对不同的蛋白需要针对性的选择不同的氨基酸进行改造,这就有可能导致有些蛋白质无法通过基因工程或化学修饰的方法实现体内稳定性的提高。因此,目前提高蛋白质体内稳定性的技术仍缺乏普适性。
现有的蛋白缓释制剂装载蛋白药物的效率不高且缺乏普适性,提高了蛋白药物开发的成本。另外,现有的蛋白药物缓释制剂制备技术,容易破坏蛋白药物结构的稳定性,从而影响蛋白药物的生物活性。因此,急需开发一种具有普适性的蛋白药物高效率装载、且不影响蛋白药物结构和性质的缓释制剂。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有蛋白药物装载效率较低和在体内缓释效果不佳的技术缺陷,提供一种普适性的蛋白药物缓释制剂的制备方法。
本发明所采取的技术方案是:
本发明的第一个方面,提供两亲性聚合物在制备蛋白药物缓释剂中的应用,所述两亲性聚合物由疏水性高分子材料与水性高分子材料聚合而成。
优选地,所述疏水性高分子材料为聚马来酸酐、聚(马来酸酐-十八碳烯)、聚(马来酸酐-十二碳烯)、聚(马来酸酐-十四碳烯)或聚(马来酸酐-十六碳烯)中的至少一种。
更优选地,所述疏水性高分子材料为聚(马来酸酐-alt-1-十八碳烯)。
优选地,所述亲水性高分子材料优选为聚乙二醇、聚氧乙烯、mPEG-NH2-400、mPEG-NH2-600、mPEG-NH2-800、mPEG-NH2-1000、mPEG-NH2-2000、mPEG-NH2-4000、mPEG-NH2-5000或mPEG-NH2-10000中的至少一种。
更优选地,所述亲水性高分子材料为聚乙二醇。
根据本发明第一个方面的所述的应用,进一步地,所述亲水性高分子材料与疏水性高分子材料为的嫁接比例为7.05%~92.5%。
根据本发明第一个方面的所述的应用,具体地,所述两亲性聚合物的制备方法包括以下步骤:
S01.将疏水性高分子材料溶解于有机溶剂中,加入亲水性高分子材料混合反应,除去反应体系中的有机溶剂和其他杂质,得混合物A;
S02.将混合物A用水复溶,装入透析袋在纯水中进行透析;
S03.收集透析后产物,冻干后即得。
优选地,步骤S01中除去反应体系中的有机溶剂和其他杂质的方法为纯水中透析。
优选地,步骤S01中混合反应后,用氮气吹干除去反应中的有机溶剂。
本发明的第二个方面,提供一种蛋白质缓释材料,包含本发明第一个方面中所述的两亲性聚合物。
本发明的第三个方面,提供一种蛋白质缓释制剂,由蛋白质与本发明第一个方面中所述的两亲性聚合物混合而成。
具体地,根据本发明第三个方面所述的蛋白质缓释制剂,所述蛋白质包括酶、抗体、蛋白疫苗或蛋白药物。
本发明的第四个方面,提供本发明第三个方面所述的蛋白质缓释制剂的制备方法,包括以下步骤:
S11.将蛋白质溶于缓冲溶液中得到蛋白质溶液;
S12.将本发明第一个方面所述的两亲性聚合物加入步骤S11所述蛋白质溶液中,得混合物B;
S13.将混合物B装入透析袋在纯水中进行透析,收集透析后产物,即得。
根据本发明第第四个方面所述的制备方法,优选地,步骤S11中所述缓冲溶液包括PBS缓冲液,HEPES缓冲液,HEPPS缓冲液。
根据本发明第第四个方面所述的制备方法,优选地,步骤S12中,将两亲性聚合物的溶液逐滴滴加至蛋白质溶液中。
根据本发明第第四个方面所述的制备方法,优选地,步骤S12中,所述两亲性聚合物的溶液与蛋白质溶液的质量比为(1:10)~(10:1)。
本发明的有益效果是:
本发明提供了一种普适的提高蛋白质药代学行为和药效学的缓释材料,公开了一种提高可以蛋白药物体内稳定性的缓释材料,极大的扩展了蛋白药物将来在临床应用上的范围。以胰岛素为例,本发明提供一种胰岛素缓释制剂,能够在体内持续释放胰岛素,具有显著的控制血糖水平的长期效果。
附图说明
图1不同比例PEG嫁接的两亲高分子聚合物表征结果。A:傅立叶变换红外吸收光谱图;B:不同嫁接比例的两亲性聚合物的核磁表征。其中1.1-1.3ppm:C18链的CH2;3.8-3.5ppm:PEG的CH2。
图2水相中两亲性聚合物自组装成胶束的粒径大小。
图3水相中两亲性聚合物自组装成胶束的电势。
图4两亲性聚合物包裹的胰岛素在不同pH值下的缓释情况。
图5两亲性聚合物包裹的胰岛素缓释制剂的缓释效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例与附图进一步说明本发明的技术方案。下述实施例仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制。除非特别说明,下述实施例中使用的试剂原料为常规市购或商业途径获得的试剂原料。除非特别说明,下述实施例中使用的系统为本领域常规使用的设备。
聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG),化学式是HO(CH2CH2O)nH,分子量0.5~10kDa。
聚(马来酸酐-ALT-1-十八碳烯),Poly(Maleic anhydride-alt-1-octadecene),分子量1~100kDa。
具体实施方式中所述的“约”均代表本数及上下误差在20%,例如“约为800rpm”即为800±160rpm。
实施例1两亲性聚合物的制备
按照以下步骤制备两亲性聚合物:
S01.将疏水性高分子材料溶解于有机溶剂中,加入亲水性高分子材料混合反应,除去反应体系中的有机溶剂和其他杂质,得混合物A;
S02.将混合物A用水复溶,纯化后收集产物即得。
S03.收集透析后产物,-80℃冷冻过夜,随后在冻干机上冻干,即得到白色絮状物质。
亲水性高分子材料包括亲水性高分子材料包括聚乙二醇、聚氧乙烯、mPEG-NH2-400、mPEG-NH2-600、mPEG-NH2-800、mPEG-NH2-1000、mPEG-NH2-2000、mPEG-NH2-4000、mPEG-NH2-5000或mPEG-NH2-10000中的至少一种;本实施例中选用聚乙二醇。
疏水性高分子材料优选包括聚马来酸酐、聚(马来酸酐-十八碳烯)、聚(马来酸酐-十二碳烯)、聚(马来酸酐-十四碳烯)或聚(马来酸酐-十六碳烯)中的至少一种;本实施例中选用聚(马来酸酐-十八碳烯)。
有机溶剂一般选用二氯甲烷、二甲基亚砜、丙酮、乙醇,本实施例中选用二氯甲烷。
亲水性高分子材料与疏水性高分子材料的嫁接比例PmMn为(1:10)~(2:1),分别制备得到P1M10、P1M5、P2M1、P1M1、P2M1五种不同嫁接比例的两亲性高分子聚合物。
检测所制备的两亲性高分子聚合物的试剂PEG化程度,结果如下表1所示。
表1两亲性聚合物的试剂PEG化程度
图1为不同比例PEG嫁接的两亲性聚合物的表征结果,图1中A的虚线框中的部分为两亲性聚合物的特征峰,从图中可以看出反应后有PEG的特征峰,说明两亲聚合物顺利接上了PEG。
表征所制备的两亲高分子,核磁表征结果如附图1中B所示;其中1.1-1.3ppm:C18链的CH2;3.8-3.5ppm:PEG的CH2。结果说明该高分子在水相中具有优异的蛋白药物包裹效率,并且在生理环境下能够缓慢释放出蛋白药物,从而使蛋白药物发挥持续的作用。
实施例2两亲性聚合物的制备以及自组装情况检测
按照以下步骤制备两亲性聚合物
S01.将聚(马来酸酐-ALT-1-十八碳烯)溶解于有机溶剂中,按比例加mPEG-NH2混合反应,除去反应体系中的有机溶剂和其他杂质,得混合物A;
S02.将混合物A用水复溶,装入透析袋在纯水中进行透析;
S03.收集透析后产物,-80℃冷冻过夜,随后在冻干机上冻干,即得到白色絮状物质。
有机溶剂一般选用二氯甲烷、二甲基亚砜、丙酮、乙醇,本实施例中选用二氯甲烷。
mPEG-NH2与聚(马来酸酐-ALT-1-十八碳烯)的嫁接比例PmMn为(1:10)~(2:1),分别制备得到P1M10、P1M5、P2M1、P1M1、P2M1五种不同嫁接比例的两亲性聚合物。
通过DLS方法检测不同嫁接比例的两亲性聚合物的自主装胶束的粒径。
将聚合物溶解在纯水中,随后,将这些两亲性聚合物溶液进行超声处理15分钟,使其分散均匀。DLS测量是在马尔文纳米粒子粒度仪(Nano S Zetasizer Nano系列仪器)上进行的。仪器的测试温度设置为25℃,溶剂选择水,参照物选择聚合物。在每次测试之前,平衡时间为120秒。每个样品重复测试6次,取平均值作为最终测量结果。
图2为不同嫁接比例的两亲性聚合物在水相中自组装成胶束的粒径大小,可以看出,这些两亲性聚合物可在水中自组装形成纳米胶束,且在嫁接比例P1M10~P2M1的范围内,所述两亲性聚合物自组装成纳米胶束的粒径在20~150nm之间。
通过Zeta方法检测同嫁接比例的两亲性聚合物的自主装胶束的电势,结果见图2。从图3中可以看,随着与聚合物共价的PEG密度的增加,这些纳米颗粒显示出逐渐降低的Zeta电势,产生这一现象的原因可能是聚合物上的羧基数目逐渐减少导致的电负性减小,或是随PEG链密度增加而产生的屏蔽效应,说明PEG化的聚合物能够自组装成胶束,且降低制剂的电荷,适合应用于生物体内。
此外,本实施例中的聚(马来酸酐-十八碳烯)也可以采用聚马来酸酐、聚(马来酸酐-十二碳烯)、聚(马来酸酐-十四碳烯)或聚(马来酸酐-十六碳烯)中的至少一种作为代替。
本实施例中的mPEG-NH2也可以采用聚乙二醇、聚氧乙烯、mPEG-NH2-400、mPEG-NH2-600、mPEG-NH2-800、mPEG-NH2-1000、mPEG-NH2-2000、mPEG-NH2-4000、mPEG-NH2-5000和mPEG-NH2-10000中的至少一种作为代替。
实施例3胰岛素缓释制剂的制备
将聚(马来酸酐-十八碳烯)溶解在二氯甲烷中,随后以一定质量比加入聚乙二醇,继续搅拌,反应过夜。得到的反应产物利用氮气吹干,除去反应中的有机溶剂。随后用水复溶,将得到的溶液装入透析袋在纯水中进行透析。收集透析袋中纯化过的反应产物,放置-80℃冷冻过夜,随后在冻干机上冻干,得到白色絮状物质,即得聚合物,该聚合物为两亲性聚合物,发明人在后续的研究中发现该聚合物可以用作蛋白质的缓释剂。
将蛋白质溶于缓冲溶液中得到蛋白质溶液,将上述两亲性聚合物加入蛋白质溶液中,混合均匀后,装入透析袋在纯水中进行透析,收集透析后产物。
其中,缓冲溶液选用常用的PBS缓冲液,HEPES缓冲液,HEPPS缓冲液,本实施例中选用的是PBS缓冲液。
表征所制备的两亲高分子,核磁表征结果如附图1所示;其中1.1-1.3ppm:C18链的CH2;3.8-3.5ppm:PEG的CH2。结果说明该高分子在水相中具有优异的蛋白药物包裹效率,并且在生理环境下能够缓慢释放出蛋白药物,从而使蛋白药物发挥持续的作用。
分别检测所制备的胰岛素缓释制剂在pH 5.5以及pH 7.4下的缓释效果,其中pH5.5模拟皮下组织环境,pH 7.4(PBS缓冲液)模拟血液环境,结果如附图4所示。从结果中可以看出,制备的两亲高分子具有在PBS(7.4)的条件下相比PBS(5.5)的条件下在具有良好的缓释效果。
此外,本实施例中的聚(马来酸酐-十八碳烯)也可以采用聚马来酸酐、聚(马来酸酐-十二碳烯)、聚(马来酸酐-十四碳烯)或聚(马来酸酐-十六碳烯)中的至少一种作为代替。
本实施例中的mPEG-NH2也可以采用聚乙二醇、聚氧乙烯、mPEG-NH2-400、mPEG-NH2-600、mPEG-NH2-800、mPEG-NH2-1000、mPEG-NH2-2000、mPEG-NH2-4000、mPEG-NH2-5000和mPEG-NH2-10000中的至少一种作为代替。
实施例4胰岛素缓释制剂的药效实验
阳性对照药物:甘精胰岛素。
药物:重组人胰岛素。
动物:雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠购自广东省动物中心。饲养在12小时光照/12小时黑暗的条件下,自由采食和饮用纯净水。
将实施例1中制备得到的胰岛素溶于缓冲溶液中得到胰岛素溶液。将聚合物溶解后逐滴滴加至胰岛素溶液中,反应结束后,将得到的溶液装入透析袋在纯水中进行透析,即得到聚合物@胰岛素制剂。
造模:体重为250±10g的SD大鼠禁食不禁水12小时后,以70mg/kg腹膜内(ip)注射链脲佐菌素(溶于0.1M柠檬酸盐缓冲溶液,浓度为10mg/mL)诱发1型糖尿病。72小时后,用罗氏血糖仪测量大鼠的血糖水平,血糖水平高于16.7mM指示造模成功,判定为糖尿病大鼠。
分组:糖尿病大鼠随机分为六组,每组5只。
处理:禁食不禁水12小时后,分别皮下注射0.9%NaCl作为空白对照组,商业产品甘精胰岛素作为阳性对照组,聚合物@胰岛素作为实验组。在实验过程中,大鼠被禁食,但可以自由饮水,并通过在预定时间点用血糖仪从尾静脉采血来测定血糖水平,结果见附图5。
实验结果:
发明人研究了体内聚合物@胰岛素制剂对链脲佐菌素诱导的1型糖尿病大鼠的治疗效率。市售甘精胰岛素和聚合物@胰岛素制剂在给药后的最初4小时内立即降低了血糖。用甘精胰岛素组治疗(0.075mg/mL,5IU/kg)的大鼠的血糖水平在0.5h内急剧下降至88.5mg/dL,在给药后4h下降至21.96mg/dL,为基础水平的7.8%。接下来,血糖水平逐渐升高,并在20小时后最终升至最初的高血糖水平。聚合物@胰岛素制剂处理的大鼠的血糖水平在0.5小时内降至126.36mg/dL,然后在给药后3小时达到最低血糖水平49.95mg/dL,为基础水平的12.5%。这表明聚合物@胰岛素制剂控制血糖水平的长期效果和优于市售甘精胰岛素。
由此可见通过上述方法可以制备得到具有普适性的蛋白质缓释材料,该缓释材料没有涉及对蛋白一级结构进行改造,因此最大程度上保留蛋白原始活性,并且能达到缓释的效果,可以用于制备各种类型的蛋白质固体制剂,包括但不限于蛋白药物、蛋白类疫苗、酶、激素和细胞因子。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.两亲性聚合物在制备蛋白药物缓释剂中的应用,所述两亲性聚合物由疏水性高分子材料与亲水性高分子材料聚合而成;
其中,所述疏水性高分子材料为聚(马来酸酐-十八碳烯)、聚(马来酸酐-十二碳烯)、聚(马来酸酐-十四碳烯)和聚(马来酸酐-十六碳烯)中的至少一种;
所述亲水性高分子材料为mPEG-NH2-400、mPEG-NH2-600、mPEG-NH2-800、mPEG- NH2-1000、mPEG-NH2-2000、mPEG-NH2-4000、mPEG-NH2-5000和mPEG-NH2-10000中的至少一种;所述亲水性高分子材料的嫁接比例为7.05%~92.5%;所述两亲性聚合物的制备方法包括以下步骤:
S01.将疏水性高分子材料溶解于有机溶剂中,加入亲水性高分子材料混合反应,除去反应体系中的有机溶剂和其他杂质,得混合物A;
S02.将混合物A用水复溶,装入透析袋在纯水中进行透析;
S03.收集透析后产物,冻干后即得。
2.一种蛋白质缓释材料,包含权利要求1中所述的两亲性聚合物。
3.一种蛋白质缓释制剂,由蛋白质与权利要求1中所述的两亲性聚合物混合而成。
4.根据权利要求3所述的蛋白质缓释制剂,其特征在于,所述蛋白质包括酶、抗体、蛋白疫苗或蛋白药物。
5.权利要求3或4所述的蛋白质缓释制剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S11.将蛋白质溶于缓冲溶液中得到蛋白质溶液;
S12.将权利要求1中所述的两亲性聚合物加入步骤S11所述蛋白质溶液中,得混合物B;
S13.将混合物B装入透析袋在纯水中进行透析,收集透析后产物,即得。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤S11中所述缓冲溶液包括PBS缓冲液,HEPES缓冲液,HEPPS缓冲液。
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤S12中,将两亲性聚合物的溶液逐滴滴加至蛋白质溶液中。
8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤S12中,所述两亲性聚合物与蛋白质溶液的质量比为(1:10)~(10:1)。
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