CN113444240A - 基于局部（表面）两亲性的聚d-脯氨酸及其制备方法与应用 - Google Patents

基于局部（表面）两亲性的聚d-脯氨酸及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113444240A
CN113444240A CN202010222742.4A CN202010222742A CN113444240A CN 113444240 A CN113444240 A CN 113444240A CN 202010222742 A CN202010222742 A CN 202010222742A CN 113444240 A CN113444240 A CN 113444240A
Authority
CN
China
Prior art keywords
proline
poly
ethyl
local
amphiphilicity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010222742.4A
Other languages
English (en)
Inventor
任丽霞
高淑强
袁晓燕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN202010222742.4A priority Critical patent/CN113444240A/zh
Publication of CN113444240A publication Critical patent/CN113444240A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G69/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
    • C08G69/02—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/08—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from amino-carboxylic acids
    • C08G69/10—Alpha-amino-carboxylic acids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N1/00—Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
    • A01N1/02—Preservation of living parts
    • A01N1/0205—Chemical aspects
    • A01N1/021—Preservation or perfusion media, liquids, solids or gases used in the preservation of cells, tissue, organs or bodily fluids
    • A01N1/0221—Freeze-process protecting agents, i.e. substances protecting cells from effects of the physical process, e.g. cryoprotectants, osmolarity regulators like oncotic agents

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开基于局部(表面)两亲性的聚D‑脯氨酸及其制备方法与应用，采用溶液缩聚方法合成制备聚D‑脯氨酸的均聚多肽。该聚合物具备一定程度的IRI活性和TH效应，且生物相容性好、用量低，在作为冷冻低温保护剂方面有一定应用前景。

Description

基于局部(表面)两亲性的聚D-脯氨酸及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于生物蛋白技术领域，更加具体地说，涉及一种具有局部(表面)两亲性聚合物及其制备方法，其单体和聚合物分别可视为一种最小的抗冻肽和抗冻蛋白模拟物。
背景技术
随着组织工程、蛋白质工程和基因疗法等新兴的可再生医学技术的快速发展，对如何保存细胞、组织和器官提出了新的、更高的要求。目前常用的低温保存方法主要是依靠添加大量的小分子冷冻保存剂，如DMSO、PVA和甘油等，然而研究已经证实，上述物质对细胞、组织等均存在一定毒副作用，如DMSO的长期低温保存会使DNA发生一定程度的甲基化，影响细胞等传代过程，而甘油也存在用量过大(>30wt％)且后续去除步骤复杂繁琐等缺点。开发新的无毒副作用、生物相容性好且用量低的抗冻物质具有很大的现实意义。
人们在北极等寒冷地区鱼类中发现了一种能在低温下保护生命体免受冻伤的抗冻(糖)蛋白(AF(G)Ps)，它能够调节冰的形成和生长，可以在含量极低的状况下，为生命体提供优异的抗冻耐低温性能。近年来研究发现，AF(G)Ps主要有三种效应：1.动态冰塑造(DIS)效应，即AF(G)Ps会促使冰晶的生长为针刺状，已经证明，这对细胞等保存是不利的；2.热滞(TH)效应，即冰点的非平衡降低，导致冰点低于熔点，即冰点与熔点之间存在一个差值；3.冰再结晶抑制(IRI)效应，即对冰再结晶的动力学过程抑制，从而抑制冰晶的生长。虽然AF(G)Ps具备优异的抗冰防冻作用，但是由于其潜在的免疫原性及毒性作用和DIS效应，使其应用受到很大限制。根据AF(G)Ps的结构和空间构象，研究开发具有可调和定制功能的合成模拟物具有广泛的应用前景。
近年来，人们不断加大AF(G)Ps模拟物的研究，已经开发出多种具有低毒副、用量低且抗冻保存效果较好的模拟肽。如Ben及其同事报道了一种C端连接半乳糖基丝氨酸和甘氨酸的糖肽具有高效的IRI活性且所需浓度很低(Liu,Suhuai,et al."In vitro studiesof antifreeze glycoprotein(AFGP)and a C-linked AFGP analogue."Biomacromolecules 8.5(2007):1456-1462.)；Gibson及其同事报道的表面两亲性甘油聚合物，具备分离的亲水和疏水域，具有较好的IRI活性(Graham,Ben,et al."Faciallyamphipathic glycopolymers inhibit ice recrystallization."Journal of theAmerican Chemical Society 140.17(2018):5682-5685.)。
目前文献中关于合成AF(G)Ps模拟物的方法多种多样，包括ATRP、RAFT、ROMP、自由基聚合等方法。关于分子结构设计的出发点主要涉及到模拟物表面两亲结构域、含氧官能团(羟基和环氧基)等方面。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有生物相容性，基于局部(表面)两亲性的P(D-Pro)n的制备方法和应用。本发明采用溶液缩聚方法合成制备聚D-脯氨酸(P(D-Pro)n)的均聚多肽。该聚合物具备一定程度的IRI活性和TH效应，且生物相容性好、用量低，在作为冷冻低温保护剂方面有一定应用前景。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。
基于局部(表面)两亲性的聚D-脯氨酸及其制备方法，按照下述步骤进行：将1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、D-脯氨酸和2-肟氰乙酸乙酯均匀分散在有机溶剂中，在惰性保护气体氛围下进行反应，反应温度为室温。
在本发明的技术方案中，以EDCI(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐)和2-肟氰乙酸乙酯为反应催化剂，活化D-脯氨酸(D-Pro)分子上的羰基，使之与另一D-脯氨酸分子的仲胺基团反应，生成-CO-NH-，从而发生D-脯氨酸的自缩聚反应，生成聚D-脯氨酸。
而且，有机溶剂为二氯甲烷、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或者四氢呋喃。
而且，室温为20—25摄氏度，反应时间为5—20小时，优选10—18小时。
而且，在反应结束之后得到深黄色溶液，进行真空干燥，再将产物均匀分散在超纯水中，用盐酸调节pH小于7(如3—4)，加入甲醇溶解固体；进行透析并定期换水；最后将产物进行冻干，得到灰白色粉末，即为聚D-脯氨酸(P(D-Pro)n)。
而且，惰性保护气体为氮气、氦气或者氩气。
而且，在进行反应时，首先将EDCI(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐)均匀分散在有机溶剂中，室温惰性保护气体氛围下搅拌，之后冷却至0℃；再将D-脯氨酸(D-Pro)和2-肟氰乙酸乙酯混合后加入到上述有机溶剂中，溶液瞬间变为黄色。
而且，调整1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、2-肟氰乙酸乙酯和D-脯氨酸三者之间用量，以合成了具有不同分子量的聚合物。
而且，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、2-肟氰乙酸乙酯、D-脯氨酸的摩尔比为1：1：(0.5—2)，优选1：1：(1—1.5)。
本发明中采用溶液缩聚反应，反应方法成熟，步骤简单，过程可控，并且未使用EDC/NHS组合，加入了2-肟氰乙酸乙酯，降低反应过程中存在的副反应，使聚合物结构均一、可控。生成的P(D-Pro)n具有PPⅡ型的空间构象，该构像已知与IRI活性有关。生物相容性良好，细胞毒性低且用量少，可以用于低温保存细胞、组织等，是一种新的冷冻保存剂，初步解决了目前冷冻保存剂用量多且生物相容性差的缺点。
与现有技术相比，本发明首先利用溶液缩聚反应，反应技术成熟稳定，过程简单，反应条件易满足。合成的聚合物P(D-Pro)n首先分子量和分散性可控，质谱表征显示数均分子量范围为1300-3000；其次还拥有较大的热滞(TH)效应，表明有一定的防冻能力，应用到冷冻低温保存技术中；其次具有长时间下良好生物相容性的特点；最后其局部(表面)两亲性结构，为聚合物拥有IRI活性提供了结构基础。综上，P(D-Pro)n具有的多方面优势，使其成为一种生物相容性良好，毒副低且用量少的冷冻保护添加剂成为可能。
附图说明
图1为聚D-脯氨酸(P(D-Pro)15)的核磁谱图。
图2为聚D-脯氨酸(P(D-Pro)15)的质谱图。
图3为聚D-脯氨酸(P(D-Pro)15)的DSC测试曲线图。
图4为聚D-脯氨酸(P(D-Pro)15)的溶血(生物相容性)测试图。
具体实施方式
通过下述实施例和附图进一步说明本发明，但并不限制本发明的权利范围。
D-脯氨酸化学结构如下：
Figure BDA0002427243520000031
实施例1
(1)称量EDCI(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐)(1.00g，5.20mmol)溶于无水DCM(二氯甲烷)(40.00mL)中，室温氮氛围下搅拌20min，之后冷却至0℃持续5min；
(2)称量D-脯氨酸(D-Pro)(0.60g，5.20mmol)和2-肟氰乙酸乙酯(0.74g，5.20mmol)混合后加入到步骤(1)反应容器内，溶液瞬间变为黄色；
(3)将步骤(2)反应容器在氮气氛围下搅拌1h，之后在室温下继续搅拌12h；
(4)将步骤(3)结束后得到的深黄色溶液真空干燥12h；
(5)将步骤(4)得到的产物溶于超纯水(20.00mL)中，用3M盐酸调节pH至3.00-4.00，可加入适当体积甲醇溶解固体；
(6)对步骤(5)的产物(溶液)进行透析(>1kDa)，并定期(每隔6h)换水；
(7)对步骤(6)产物进行冻干(24h)，得到灰白色粉末，即为聚D-脯氨酸(P(D-Pro)15)。
实施例2
(1)称量EDCI(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐)(1.50g，7.80mmol)溶于无水DCM(二氯甲烷)(40.00mL)中，室温氮氛围下搅拌20min，之后冷却至0℃持续5min；
(2)称量D-脯氨酸(D-Pro)(0.60g，5.20mmol)和2-肟氰乙酸乙酯(1.11g，7.80mmol)混合后加入到步骤(1)反应容器内，溶液瞬间变为黄色；
(3)除上述外，其余过程均与实施例1基本相同，最终得到聚合物为聚D-脯氨酸(P(D-Pro)25)。
以实施例1制备的聚合度15的产品为例进行测试，如附图1—4所示。图1为聚D-脯氨酸(聚合度15)的核磁图谱，对应氢位置如图所示。图2为聚D-脯氨酸(聚合度15)的质谱图，如图所示，质谱显示聚D-脯氨酸数均分子量为1727，平均聚合度为15。图3为聚D-脯氨酸(聚合度15)的DSC曲线图，向上为放热，如图所示，冰点(-17℃)和熔点(-1℃)明显分离，表明存在热滞(TH)效应。
溶血测试实验
(1)将聚D-脯氨酸(聚合度15)加入到PBS(pH＝7.4)缓冲溶液中，配制成浓度为1mg/mL的保存溶液；
(2)将上述溶液与浓缩红细胞按照1:9(μl)配比，加入到1.5mL离心管中保存，制作3×10组样品，同时以未添加聚D-脯氨酸(聚合度15)的PBS溶液为阴性对照组，添加去离子水的全溶血组为阳性对照组。
(3)分别在第0,3,7,14,21,28,35,42,49和56天，各取3个样品，离心(2000r/min,10min)后，取100μl上清液于96孔板中，测试在541nm处的吸光度，溶血率计算方法如下：
溶血率(％)＝((待测样品孔-空白对照孔)/(阳性对照组-空白对照孔))*100％
图4为聚D-脯氨酸(聚合度15)的溶血(生物相容性)实验结果，可以看到，在第0天的1％左右到第56天的6％左右，即56天增长5％，表明聚D-脯氨酸的生物相容性良好。
根据本发明内容进行工艺参数的调整，均可实现聚D-脯氨酸的制备，经测试表现出与本发明基本一致的性能。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于局部(表面)两亲性的聚D-脯氨酸，其特征在于，以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐和2-肟氰乙酸乙酯为反应催化剂，活化D-脯氨酸分子上的羰基，使之与另一D-脯氨酸分子的仲胺基团反应，生成-CO-NH-，从而发生D-脯氨酸的自缩聚反应，生成聚D-脯氨酸，数均分子量范围为1300-3000。
2.根据权利要求1所述的基于局部(表面)两亲性的聚D-脯氨酸，其特征在于，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、2-肟氰乙酸乙酯、D-脯氨酸的摩尔比为1：1：(0.5—2)。
3.根据权利要求1所述的基于局部(表面)两亲性的聚D-脯氨酸，其特征在于，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、2-肟氰乙酸乙酯、D-脯氨酸的摩尔比为1：1：(1—1.5)。
4.基于局部(表面)两亲性的聚D-脯氨酸的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：将1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、D-脯氨酸和2-肟氰乙酸乙酯均匀分散在有机溶剂中，在惰性保护气体氛围下进行反应，反应温度为室温。
5.根据权利要求4所述的基于局部(表面)两亲性的聚D-脯氨酸的制备方法，其特征在于，有机溶剂为二氯甲烷、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或者四氢呋喃。
6.根据权利要求4所述的基于局部(表面)两亲性的聚D-脯氨酸的制备方法，其特征在于，惰性保护气体为氮气、氦气或者氩气。
7.根据权利要求4所述的基于局部(表面)两亲性的聚D-脯氨酸的制备方法，其特征在于，室温为20—25摄氏度，反应时间为5—20小时，优选10—18小时。
8.根据权利要求4所述的基于局部(表面)两亲性的聚D-脯氨酸的制备方法，其特征在于，在进行反应时，首先将EDCI(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐)均匀分散在有机溶剂中，室温惰性保护气体氛围下搅拌，之后冷却至0℃；再将D-脯氨酸(D-Pro)和2-肟氰乙酸乙酯混合后加入到上述有机溶剂中，溶液瞬间变为黄色。
9.根据权利要求4所述的基于局部(表面)两亲性的聚D-脯氨酸的制备方法，其特征在于，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、2-肟氰乙酸乙酯、D-脯氨酸的摩尔比为1：1：(0.5—2)，优选1：1：(1—1.5)。
10.如权利要求1—3之一所述的基于局部(表面)两亲性的聚D-脯氨酸在制备冷冻低温保护添加剂中的应用。
CN202010222742.4A 2020-03-26 2020-03-26 基于局部（表面）两亲性的聚d-脯氨酸及其制备方法与应用 Pending CN113444240A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010222742.4A CN113444240A (zh) 2020-03-26 2020-03-26 基于局部（表面）两亲性的聚d-脯氨酸及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010222742.4A CN113444240A (zh) 2020-03-26 2020-03-26 基于局部（表面）两亲性的聚d-脯氨酸及其制备方法与应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113444240A true CN113444240A (zh) 2021-09-28

Family

ID=77807266

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010222742.4A Pending CN113444240A (zh) 2020-03-26 2020-03-26 基于局部（表面）两亲性的聚d-脯氨酸及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113444240A (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102186507A (zh) * 2008-10-15 2011-09-14 梅迪沃什有限公司 可生物降解的脯氨酸基聚合物
CN106432713A (zh) * 2016-09-30 2017-02-22 河北大学 温敏性聚（脯氨酸‑肌氨酸）材料及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102186507A (zh) * 2008-10-15 2011-09-14 梅迪沃什有限公司 可生物降解的脯氨酸基聚合物
CN106432713A (zh) * 2016-09-30 2017-02-22 河北大学 温敏性聚（脯氨酸‑肌氨酸）材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BEN GRAHAM等: ""Polyproline asa Minimal Antifreeze Protein Mimic That Enhances the Cryopreservation of Cell Monolayers"", 《ANGEW. CHEM. INT. ED.》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jain et al. Hydrogelation of dextran-based polyampholytes with cryoprotective properties via click chemistry
EP3730160B1 (en) Click-crosslinked hydrogels and methods of use
ES2632769T3 (es) Polímero biorreabsorbible hinchable implantable
Kumar et al. Preparation and characterization of N-heterocyclic chitosan derivative based gels for biomedical applications
AU2015377981B2 (en) Reductively degradable polyzwitterionic nano-micelles and preparation method thereof
Nguyen et al. Biodegradable oligo (amidoamine/β-amino ester) hydrogels for controlled insulin delivery
Lee et al. Synthesis and characterization of thermosensitive chitosan copolymer as a novel biomaterial
CN109485845B (zh) 一种疏水改性聚谷氨酸的制备方法及其促进海藻糖载入细胞的应用
Zhang et al. Biodegradable thermo‐and pH‐responsive hydrogels for oral drug delivery
Su et al. An injectable PEG-based hydrogel synthesized by strain-promoted alkyne–azide cycloaddition for use as an embolic agent
Liu et al. Thermosensitive soy protein/poly (n‐isopropylacrylamide) interpenetrating polymer network hydrogels for drug controlled release
Yang et al. A novel bio-based AB 2 monomer for preparing hyperbranched polyamides derived from levulinic acid and furfurylamine
Zhao et al. Gamma ray-induced synthesis of hyaluronic acid/chondroitin sulfate-based hydrogels for biomedical applications
Sadeghi et al. Synthesis, characterization, and antibacterial effects of trimethylated and triethylated 6-NH2-6-deoxy chitosan
Deng et al. RGD peptide grafted biodegradable amphiphilic triblock copolymer poly (glutamic acid)‐b‐poly (l‐lactide)‐b‐poly (glutamic acid): Synthesis and self‐assembly
Han et al. Reducible polyethylenimine hydrogels with disulfide crosslinkers prepared by michael addition chemistry as drug delivery carriers: synthesis, properties, and in vitro release
CN109517162B (zh) 可注射水凝胶及制备方法
CN113444240A (zh) 基于局部（表面）两亲性的聚d-脯氨酸及其制备方法与应用
CN108840991B (zh) 外层亲水内层疏水的水性聚氨酯材料及其制备方法和应用
Kurisawa et al. Doublestimuli‐responsive degradable hydrogels for drug delivery: Interpenetrating polymer networks composed of oligopeptide‐terminated poly (ethylene glycol) and dextran
Paira et al. Peptide‐poly (ε‐caprolactone) biohybrids by grafting‐from ring‐opening polymerization: Synthesis, aggregation, and crystalline properties
KR101145175B1 (ko) 생분해성이 우수한 생체적합성 및 온도감응성의 폴리에틸렌글리콜/폴리에스터 블록 공중합체
Qi et al. Synthesis of the Hemoglobin‐Conjugated Polymer Micelles by Thiol Michael Addition Reactions
CN109966248B (zh) 基于动态亚胺键的共聚物复合胶束及其制备方法
Li et al. Synthesis, characterization, and evaluation of enzymatically degradable poly (N‐isopropylacrylamide‐co‐acrylic acid) hydrogels for colon‐specific drug delivery

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210928