CN113813388A - 一种眼用纳米胶束及其制备方法和应用 - Google Patents

一种眼用纳米胶束及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种眼用纳米胶束及其制备方法和应用，眼用纳米胶束的制备方法，包括：两亲性聚肽的合成：以mPEG‑NH2作为引发剂，对Lys(Cbz)‑NCA和Phe‑NCA单体进行NCA开环聚合，合成Cbz基团保护的聚肽前体；利用TFA和氢溴酸脱去聚肽前体的CBz基团，得到两亲性聚肽；两亲性抗氧化聚肽的合成：利用两亲性聚肽的氨基与超氧化物歧化酶模拟化合物TEMPO的羧基进行酰胺反应，得到两亲性抗氧化聚肽；眼用纳米胶束的制备：利用两亲性抗氧化聚肽与p38MAPK抑制剂的自组装获得眼用纳米胶束。本发明的眼用纳米胶束具有很好的干眼治疗效果。

Description

一种眼用纳米胶束及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于眼用药物制剂技术领域，具体涉及一种眼用纳米胶束及其制备方法和应用。
背景技术
干眼症是一种发生于眼表的多因素疾病，以泪膜高渗、炎症为特点，可导致眼部不适，甚至视力障碍，严重影响患者的生活质量。目前，干眼症影响了世界上约30％的人口，已成为全球最常见的眼表疾病，给全社会带来了巨大的经济负担。炎症是干眼的一个关键因素。皮质类固醇是最常用的治疗手段，但存在着如青光眼和白内障等严重的并发症，其长期应用受到很大限制。包括环孢素-A滴眼液
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在内的多种免疫调节剂已被批准用于干眼症治疗；然而，这些免疫调节剂起效慢(一般需要数月)，并伴随着先天性炎症介质抑制的缺陷。此外，由于药物在眼表被迅速消除，需要频繁给药，这会导致患者依从性差，用药效果降低。因此，迫切需要开发安全且高效的干眼症疗法。
有丝分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)和核因子κB(NF-κB)在眼表上皮细胞中可被高渗环境直接激活，是先天免疫系统的核心组成部分，也是干眼症发生过程中的重要阶段。MAPK是哺乳动物中最重要的保守蛋白激酶家族之一，它将细胞外信号与细胞内机制联系起来，调节大量如炎症和凋亡等细胞过程。NF-κB可以被上游的MAPK调控，从而指导许多基因的表达，包括导致角膜屏障功能障碍的基质金属蛋白酶(MMPs)，如MMP-9和促炎症细胞因子，如IL-1β。这些酶和细胞因子的过度释放放大了炎症级联反应，并活化抗原呈递细胞(APC)(例如巨噬细胞)。因此，被激活的APC带来了具有长期维持性的适应性免疫反应，使干眼症的炎症更容易发作。尽管APC的主要作用是递呈抗原，但其同时也作为关键的免疫细胞发挥了重要作用，一旦APC被激活，其过度产生的促炎因子等可能加剧上皮细胞损伤。以上所述反应都会促进细胞凋亡，凋亡是干眼症中一个重要的病理特点。总之，通过抑制上皮细胞和常驻免疫细胞的MAPK信号通路来缓解炎症，是一个潜在的在早期阶段打破干眼症恶性循环的手段。
p38 MAPK是MAPK家族中的一类，是抗炎治疗的重要靶点。因此，抑制p38 MAPK能够抑制相关炎症细胞因子的表达并清除凋亡细胞。然而，仅仅使用p38 MAPK的小分子抑制剂来治疗相对疾病的尝试，其疗效普遍有限。这是因为，在恶性循环之外，还有一个上游媒介，即以氧化应激为特征的活性氧(ROS)的过量产生，在干眼症发展中起着核心作用。ROS的过度产生可能是由于长期暴露于大气中的氧气，由于泪膜的不稳定而导致抗氧化剂支持不足，以及使用含有防腐剂的眼药水而诱发的。而且，过量的ROS不仅作为上游激活剂调节p38MAPK和下游细胞因子的转录，而且在炎症期间直接导致DNA、蛋白质、脂质和附属组织的损伤。通过抗氧化剂清除过度产生的ROS，以缓解氧化应激驱动的干眼症。超氧化物歧化酶模拟化合物Tempo是一种廉价且稳定的硝基自由基，具有很强的抗氧化活性，其衍生物、纳米药物和凝胶已被利用于各种，如头部创伤、高血压、动脉硬化、炎症性肠病、心肌梗塞等氧化应激损伤的治疗。然而，由于亲水的Tempo在眼局部给药后被迅速被清除(应用后15-30秒)，其眼部应用受到严重限制。此外，将亲水的Tempo负载到疏水性的胶束纳米颗粒或聚合物微颗粒中也充满挑战。
发明内容
基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的是提供一种眼用纳米胶束及其制备方法和应用。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种眼用纳米胶束的制备方法，包括以下步骤：
(1)两亲性聚肽的合成
以mPEG-NH2作为引发剂，对Lys(Cbz)-NCA和Phe-NCA单体进行NCA开环聚合，合成Cbz基团保护的聚肽前体；
利用TFA和氢溴酸对CBz基团进行脱保护，得到两亲性聚肽；
(2)两亲性抗氧化聚肽的合成
利用两亲性聚肽的氨基与超氧化物歧化酶模拟化合物TEMPO的羧基进行酰胺反应，得到两亲性抗氧化聚肽；
(3)眼用纳米胶束的制备
将两亲性抗氧化聚肽与p38 MAPK抑制剂溶解在DMSO中搅拌1～8小时，然后加水继续搅拌1～8小时，之后进行透析，得到眼用纳米胶束。
作为优选方案，所述步骤(1)，具体包括：
在氮气环境下，将mPEG-NH2、Lys(Cbz)-NCA和Phe-NCA溶于无水DMF，然后通过数次冷冻-真空-解冻循环对混合溶液进行除水，并在20～40℃下进行搅拌反应；之后用盐酸沉淀粗品，并洗涤以除去多余的DMF；最后真空干燥得到白色固体产物PEG-b-(Lys(Cbz)-co-Phe)；
在冰水浴中，将PEG-b-(Lys(CBz)-co-Phe)溶解在TFA中，然后添加氢溴酸乙酸溶液，连续搅拌1～4小时以去除Cbz基团；之后将反应物直接沉淀至乙醚中，真空干燥得到两亲性聚肽PEG-b-(Lys-co-Phe)。
作为优选方案，所述mPEG-NH2、Lys(Cbz)-NCA、Phe-NCA和无水DMF的配比为(10～500mg)：(100～2000mg)：(100～2000mg)：(5～40mL)。
作为优选方案，所述盐酸的浓度为0.5～5M。
作为优选方案，所述PEG-b-(Lys(CBz)-co-Phe)与TFA的体积比为(20～100)：1。
作为优选方案，所述步骤(2)，具体包括：
在DMSO中加入TEMPO、EDC和NHS，并在室温下搅拌1～4小时；然后添加PEG-b-(Lys-co-Phe)，并在室温下持续搅拌24～72小时；之后进行透析、冻干，得到两亲性抗氧化聚肽PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)。
作为优选方案，所述PEG-b-(Lys-co-Phe)与超氧化物歧化酶模拟化合物的重量之比为(0.1～10)：1。
作为优选方案，所述PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)与p38 MAPK抑制剂的重量之比为(5～50)：1。
本发明还提供如上任一项方案所述的制备方法制得的眼用纳米胶束。
本发明还提供如上方案所述的眼用纳米胶束的应用，作为干眼症治疗的眼用药物。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明的眼用纳米胶束，主要由负载p38 MAPK抑制剂(例如Losmapimod、SB-203580、VX-702、Doramapimod等)和共价键合Tempo的抗氧化聚肽胶束组成，用于干眼症的抗炎和抗氧化的协同治疗；眼用纳米胶束的粘附性源于未反应的赖氨酸段的正电荷，从而增强了与眼球表面的接触，延长了药物的眼表滞留时间，而其小尺寸允许更好的组织渗透，最终提高了负载p38 MAPK抑制剂和共轭Tempo的体内生物利用度，具有很好的干眼治疗效果。
本发明的眼用纳米胶束只需通过p38 MAPK抑制剂和键接Tempo的阳离子聚肽的自组装即可。
附图说明
图1是本发明实施例1的眼用纳米胶束的合成流程图；
图2是本发明实施例1的PEG-b-(Lys(Cbz)-co-Phe)的1H-NMR谱；
图3是本发明实施例1的PEG-b-(Lys-co-Phe)的1H-NMR谱；
图4是本发明实施例1的PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)的1H-NMR谱；
图5是本发明实施例1的PEG-b-(Lys-co-Phe)、Tempo和PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)的UV-visible光谱；
图6是本发明实施例1的Tempo和MTem的EPR光谱；
图7是本发明实施例1的MTem/Los的粒径和透射电镜图(比例尺：100nm)；
图8是本发明实施例1的Tempo和MTem的抗氧化能力。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步解释说明。
实施例1：
如图1所示，本实施例的眼用纳米胶束的制备方法，包括以下步骤：
(1)两亲性聚肽PEG-b-(Lys-co-Phe)的合成
两亲性聚肽PEG-b-(Lys-co-Phe)是以mPEG-NH2作为引发剂，通过NCA开环共聚Lys(Cbz)-NCA和Phe-NCA单体，然后对其Cbz基团进行脱保护而合成。
具体地，在氮气环境下，将200毫克mPEG-NH2(0.2毫摩尔)、1837毫克Lys(Cbz)-NCA(6.0毫摩尔)、765毫克Phe-NCA(4.0毫摩尔)和25毫升无水DMF加入一个100毫升的烧瓶中得到混合溶液；然后通过三次冷冻-真空-解冻循环对混合溶液进行除水，并在30℃下进行搅拌；72小时后，用200mL盐酸(1M)沉淀粗品，并用水洗涤3次以除去多余的DMF；在真空下干燥得到白色固体产品PEG-b-(Lys(CBz)-co-Phe)；
在冰水浴中，将100毫克PEG-b-(Lys(CBz)-co-Phe)溶解在2毫升TFA中；然后滴加200毫升氢溴酸乙酸溶液(33％w/w)，并将混合物连续搅拌2小时以去除Cbz基团；最后将反应混合物直接沉淀到乙醚中3次，在真空下干燥得到白色固体产品，即两亲性聚肽PEG-b-(Lys-co-Phe)。
(2)两亲性抗氧化聚肽PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)的合成
两亲性抗氧化聚肽PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)是通过PEG-b-(Lys-co-Phe)中的氨基与Tempo中的羧基发生酰胺反应合成。
具体地，在16毫升DMSO中加入120毫克Tempo(0.6毫摩尔)、192毫克EDC(1毫摩尔)和116毫克NHS(1毫摩尔)，并在室温下搅拌1小时；然后再加入4毫升含134毫克PEG-b-(Lys-co-Phe)的DMSO溶液，并在室温下持续搅拌24小时；最后，将反应混合物在DMSO(MWCO 1000)中透析48小时，再在蒸馏水(MWCO 1000)透析48小时；通过冻干得到淡黄色产品，即两亲性抗氧化聚肽PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)。
(3)负载Los的抗炎、抗氧化纳米胶束MTem/Los的制备
通过透析法制备Los负载的抗氧化纳米胶束MTem/Los。
具体地，将20毫克两亲性抗氧化聚肽PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)和1毫克Losmapimod溶解在2毫升DMSO中并搅拌4小时，然后滴加2毫升水并保持搅拌4小时，最后在蒸馏水(MWCO 1000)透析24小时获得纳米胶束滴眼液，即抗炎、抗氧化纳米胶束MTem/Los。
另外，作为对比，上述步骤中除了没有加入Losmapimod，使用相同步骤制备了没有负载Losmapimod的抗氧化胶束MTem。
本实施例的两亲性抗氧化聚肽PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)的合成，首先通过使用mPEG-NH2作为引发剂，对Lys(CBz)-NCA和Phe-NCA单体进行NCA开环聚合，合成了Cbz基团保护的聚肽前体PEG-b-(Lys(CBz)-co-Phe)；然后使用TFA和氢溴酸对Cbz基团进行脱保护，得到PEG-b-(Lys-co-Phe)，其中，Lys和Phe分别作为聚肽PEG-b-(Lys-co-Phe)的亲水(阳离子)段和疏水段；然后，Tempo中的羧基通过酰胺反应共价接枝至聚肽侧链，得到PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)。
通过1H-NMR对合成的聚肽，包括PEG-b-(Lys(CBz)-co-Phe)、PEG-b-(Lys-co-Phe)和PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)的化学结构进行了表征。如图2所示，通过比较mPEG-NH2的甲氧基峰与Lys(Cbz)-NCA和Phe-NCA中的特征峰面积，计算出Lys(CBz)-NCA和Phe-NCA的聚合度分别为26和19，表明成功合成了PEG-b-(Lys(Cbz)-co-Phe)。
PEG-b-(Lys(CBz)-co-Phe)经氢溴酸处理后，Cbz基团在δ5.0和7.3的特征峰消失，表明已完全脱去Cbz基团，PEG-b-(Lys-co-Phe)被成功制备，计算得到的分子量为8120(图3)。由于Tempo中存在单一的未配对电子，在不添加还原剂的情况下，很难获得PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)的1H-NMR谱来进行结构表征。因此，在核磁共振管中原位加入二苯肼以淬灭自由基以形成可用于1H-NMR光谱的羟胺。具体地，PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)中出现了Tempo的甲基特征峰δ1.1ppm，与现有Tempo中的甲基特征峰δ0.8-1.2的位置一致，证明PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)的成功合成(图4)。此外，紫外-可见光谱也表明PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)的成功制备(图5)。
EPR进一步测定PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)中共轭的Tempo自由基的数量。Tempo在DMSO溶液中的EPR谱显示了三个同强度的峰。溶解在DMSO中的PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)在同磁场强度中也出现了三个峰。然而，与3491G和3506G的峰相比，3522G的高场峰的高度下降。高场峰的高度下降是由于共轭Tem分子的运动受到阻碍。根据自由的Tempo自由基标准曲线，每个聚肽中含约6个Tempo。值得注意的是，PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)及其PBS溶液是橙色的，这是来自Tempo的硝基氧自由基颜色的结果。这种橙色可以通过用抗坏血酸还原来漂白；上述实验均表明本实施例成功地制备了具有预期结构的PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)(图6)。
通过DLS和透射电镜分析了的自组装结构，通过DLS确定MTem/Los的尺寸为42.6nm，尺寸分布PDI为0.253。TEM图像证实了MTem/Los以均匀分散的球形形态存在(图7)。同时，MTem/Los表面带正电，Zeta电位为+34.3mV，这源于其未反应和暴露的氨基残基。由于静电作用，这些带正电荷的胶束与带负电荷的角膜和结膜表面黏蛋白唾液酸残基具有很高的结合亲和力，利于提高眼部滞留时间。此外，利用游离的Losmapimod的标准曲线，使用HPLC计算出MTem/Los中的载药量为1.8％。
以下对本实施例的MTem/Los的抗氧化作用进行研究：
MTem/Los的ROS清除能力通过过氧化氢检测试剂盒进行评估，具体地，将不同浓度的游离Tempo(0、0.01、0.1、1、10、50、100、500μg/mL-1)和MTem/Los(相当于游离Tempo的浓度)加入到1mL含有500μM H2O2的0.01M磷酸盐缓冲盐水(PBS，pH 7.4)中培养30分钟；然后用过氧化氢检测试剂盒(S0038，Beyotime)测定残留的H2O2，并计算消除的H2O2。
如图8所示，结果表明：MTem在15分钟内消除了72.9％的最常见的内源性ROS，过氧化氢(H2O2)，在Tempo的浓度为100μg/mL-1时，这与游离Tempo的78.9％接近；这表明，与游离Tempo相比，MTem保持了游离Tempo分子对ROS的清除能力。
本实施例采用的Losmapimod是一种安全且耐受性良好的p38 MAPK抑制剂，在心脏、肺部、视网膜和神经的临床实验中显示出显著的药理作用。基于Tempo和Losmapimod在解决氧化应激和炎症方面的效力，以及胶束用于眼表给药方面的优势，开发得到新颖、安全、有效的胶束眼药水。
在上述实施例及其替代方案中，mPEG-NH2、Lys(Cbz)-NCA、Phe-NCA和无水DMF的配比为(10～500mg)：(100～2000mg)：(100～2000mg)：(5～40mL)，可根据实际应用需求在相应的范围内选择确定。
在上述实施例及其替代方案中，盐酸的浓度为0.5～5M，可根据实际应用需求在相应的范围内选择确定。
在上述实施例及其替代方案中，PEG-b-(Lys(CBz)-co-Phe)与TFA的体积比为(20～100)：1，可根据实际应用需求在相应的范围内选择确定。
在上述实施例及其替代方案中，PEG-b-(Lys-co-Phe)与超氧化物歧化酶模拟化合物的重量之比为(0.1～10)：1，可根据实际应用需求在相应的范围内选择确定。
在上述实施例及其替代方案中，PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)与Losmapimod的重量之比为(5～50)：1，可根据实际应用需求在相应的范围内选择确定。
在上述实施例及其替代方案中，相应的温度以及处理实际均可根据实际应用需求在相应的范围内选择确定。
在上述实施例及其替代方案中，Losmapimod可替换为SB-203580、VX-702、Doramapimod等p38 MAPK抑制剂。
另外，本发明以上各原料的中文名称分别如下：
α-氨基酸N-羧基酸酐开环：NCA开环
mPEG-NH2：氨基聚乙二醇单甲醚；
Lys(Cbz)-NCA：N6-苄氧羰基-L-赖氨酸环内酸酐；
Phe-NCA：(S)-(-)-4-苄基氧氮杂环戊烷-2,5-二酮；
NCA：N-羧基环内酸酐；
Cbz：苄氧基羰基。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种眼用纳米胶束的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)两亲性聚肽的合成
以mPEG-NH2作为引发剂，对Lys(Cbz)-NCA和Phe-NCA单体进行NCA开环聚合，合成Cbz基团保护的聚肽前体；
利用TFA和氢溴酸对CBz基团进行脱保护，得到两亲性聚肽；
(2)两亲性抗氧化聚肽的合成
利用两亲性聚肽的氨基与超氧化物歧化酶模拟化合物TEMPO的羧基进行酰胺反应，得到两亲性抗氧化聚肽；
(3)眼用纳米胶束的制备
将两亲性抗氧化聚肽与p38 MAPK抑制剂溶解在DMSO中搅拌1～8小时，然后加水继续搅拌1～8小时，之后进行透析，自组装得到眼用纳米胶束。
2.根据权利要求1所述的一种眼用纳米胶束的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)，具体包括：
在氮气环境下，将mPEG-NH2、Lys(Cbz)-NCA、Phe-NCA和无水DMF混合搅拌得到混合溶液，然后通过数次冷冻-真空-解冻循环对混合溶液进行除水，并在20～40℃下进行反应；之后用盐酸沉淀并洗涤粗品以除去多余的DMF；最后真空干燥得到白色固体产物PEG-b-(Lys(Cbz)-co-Phe)；
冰水浴中，将PEG-b-(Lys(CBz)-co-Phe)溶解在TFA中，然后添加氢溴酸乙酸溶液，连续搅拌1～4小时以脱去Cbz基团；之后利用乙醚沉析，真空干燥得到两亲性聚肽PEG-b-(Lys-co-Phe)。
3.根据权利要求2所述的一种眼用纳米胶束的制备方法，其特征在于，所述mPEG-NH2、Lys(Cbz)-NCA、Phe-NCA和无水DMF的配比为(10～500mg)：(100～2000mg)：(100～2000mg)：(5～40mL)。
4.根据权利要求2所述的一种眼用纳米胶束的制备方法，其特征在于，所述盐酸的浓度为0.5～5M。
5.根据权利要求2所述的一种眼用纳米胶束的制备方法，其特征在于，所述PEG-b-(Lys(CBz)-co-Phe)与TFA的体积比为(20～100)：1。
6.根据权利要求2所述的一种眼用纳米胶束的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)，具体包括：
在DMSO中加入TEMPO、EDC和NHS，并在室温下搅拌1～4小时；然后添加PEG-b-(Lys-co-Phe)，并在室温下持续搅拌24～72小时；之后进行透析、冻干，得到两亲性抗氧化聚肽PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)。
7.根据权利要求6所述的一种眼用纳米胶束的制备方法，其特征在于，所述PEG-b-(Lys-co-Phe)与超氧化物歧化酶模拟化合物的重量之比为(0.1～10)：1。
8.根据权利要求6所述的一种眼用纳米胶束的制备方法，其特征在于，所述PEG-b-(Lys-graft-Tem-co-Phe)与p38 MAPK抑制剂的重量之比为(5～50)：1。
9.如权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的眼用纳米胶束。
10.如权利要求9所述的眼用纳米胶束的应用，其特征在于，作为干眼症治疗的眼用药物。
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