CN114306626A - 一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束及其抗骨质疏松作用研究 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG‑PLGA纳米胶束及其抗骨质疏松作用研究,属于药物制剂领域,旨在提供一种黄芪甲苷mPEG‑PLGA纳米胶束,以提高黄芪甲苷的溶解度和口服生物利用度以及改善其抗骨质疏松作用。其技术方案要点是,该纳米胶束由合成得到的AL‑mPEG‑PLGA和黄芪甲苷(AS)组成,采用透析法制备而成。所述骨靶向材料AL‑mPEG‑PLGA由MPEG2000‑PLGA18000(50/50)化合物与三水合阿伦膦酸钠与四丁基氢氧化铵溶液的混合物经化学反应合成得到。制备的黄芪甲苷mPEG‑PLGA纳米胶束具有较小的粒径和较高的药物包封率,增强了口服生物利用度,并增强了其抗骨质疏松作用。因此,本发明可能是一种有前景的预防和治疗骨质疏松的策略,同时也为黄芪甲苷和其他类似的水不溶性化合物的临床应用提供了初步的信息。

Description

一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束及其抗骨 质疏松作用研究
技术领域
本发明属于药物制剂领域,尤其涉及一种一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束及其抗骨质疏松作用研究
背景技术
骨质疏松症作为一种全身性骨代谢疾病,可导致脆性骨折等严重并发症,严重影响中老年人的生活质量,已成为全球健康问题之一。通常,女性比男性更易患骨质疏松症,这可能是因为她们的骨骼较轻。其特点是破坏骨稳态,骨组织丢失,导致骨折和骨痛。骨质疏松患者骨微结构的破坏与骨玻璃蛋白(bone glprotein,BGP)、抗酒石酸酸性磷酸酶5b(TRACP-5b)、I型胶原c端末端肽(CTX-1)和炎症因子白介素-6(炎性因子IL-6)的表达有关。目前治疗骨质疏松症的药物主要有骨吸收抑制剂(如雌激素、降钙素、二膦酸盐)和骨形成促进剂(即氟化物、甲状旁腺激素、锶盐)。然而,上述的骨质疏松治疗方法往往会引起严重的副作用,如心脏病发作、颌骨坏死等。因此,开发一种更有效、更安全的治疗骨质疏松症的药物迫在眉睫。
目前,从中药中提取的多种天然有效成分如蛇药草皂苷、淫羊藿皂苷、人参皂苷Rg1、三七皂苷等已被提出用于治疗骨质疏松症。黄芪是预防和治疗骨质疏松症的重要中药。黄芪甲苷(Astragaloside,)是黄芪的主要成分。Guo等发现黄芪甲苷可以通过hedgehog信号通路促进成骨细胞的增殖和迁移。另一项研究发现黄芪甲苷促进骨髓间充质干细胞的分化,这可能是治疗骨质疏松症的一个潜在靶点。但其在生物液中的溶解度低、口服后生物利用度差是其临床应用的主要限制因素。Zhang提出黄芪甲苷在口服给药后的绝对生物利用度仅为7.4%。在此之前,人们已经研制出了环糊精包合物和固体脂质纳米颗粒富集水凝胶来克服这些障碍。然而,药物在体内循环的延长和骨质疏松症的治疗改善尚未实现。因此,为了提高口服生物利用度和治疗骨质疏松症,迫切需要一种新型的黄芪甲苷负载纳米给药系统。目前的研究表明,聚合物胶束是一种理想的纳米载体,能够提高骨质疏松药物的溶解度和生物利用度。
胶束作为促进疏水药物溶解的重要策略,已成功用于提高各种化合物的口服生物利用度。聚合物胶束是两亲性嵌段聚合物在水环境中自组装形成的核-壳结构。疏水端形成核,亲水端形成壳,疏水核可含有疏水药物。两亲性嵌段聚合物由于其自组装特性在药物传递系统中得到了广泛的应用。常用的两亲性嵌段聚合物有PEG-PCL、PEG-PLGA和PEG-PLA。MPEG-PLGA是一种两亲性嵌段聚合物,其亲水端为PEG,疏水端为PLGA。PEG是一种较为成熟的亲水聚合物,PLGA也是一种常用的疏水阻断剂,在许多药物给药系统中都得到了应用。PEG和PLGA都是FDA批准的药用载体。PEG可避免网状内皮细胞的内吞作用,起到长循环作用。可降低药物的清肾作用,延长药物的半衰期和水溶性。PEG具有良好的生物相容性电子顺磁共振(EPR)效应,可以达到被动靶向的目的。与其他聚合物相比,PLGA可在体内降解为无毒物质,具有良好的生物相容性。基于以上优点,本发明选择mPEG-PLGA作为聚合物骨架,制备聚合物胶束。
发明内容
本发明以阿仑膦酸(AL)修饰mPEG-PLGA为材料,通过将黄芪甲苷包封在胶束内形成黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束,提供一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束及其抗骨质疏松作用研究。制备的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束具有粒径小、稳定性好、缓释效果显著、安全性好、骨靶向性好等特点,有望提高AS的口服生物利用度和抗骨质疏松作用。因此,黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束可能是一种很有前景的预防和治疗骨质疏松症的策略。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束及其抗骨质疏松作用研究,由骨靶向材料和抗骨质疏松药物黄芪甲苷组成;所述骨靶向材料由MPEG2000-PLGA18000(50/50)化合物与三水合阿伦膦酸钠与四丁基氢氧化铵溶液的混合物经化学反应合成得到。所述黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束中黄芪甲苷的投药质量分别为5%~20%。
优选地,一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束及其抗骨质疏松作用研究,其中黄芪甲苷的投药质量为10%~15%。
优选地,所述黄芪甲苷纯度为98%。
一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束及其抗骨质疏松作用研究,包括如下步骤:
(1)将阿仑膦酸钠修饰的mPEG-PLGA(Al-mPEG-PLGA)分散溶解于10mL去离子水中,探头超声后,得到1.0mg/mL的Al-mPEG-PLGA聚合物空白胶束溶液;
(2)将黄芪甲苷溶于乙醇中,磁力搅拌下,向Al-mPEG-PLGA聚合物空白胶束溶液中逐渐滴加不同量的黄芪甲苷乙醇溶液;
(3)继续磁力搅拌一定时间后,转移滴加了黄芪甲苷乙醇溶液的Al-mPEG-PLGA聚合物空白胶束溶液至至透析袋中,用去离子水透析除去乙醇;
(4)将透析后的产物低速离心除去尚未增溶的黄芪甲苷固体,取上清液冷冻干燥之后,即得一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束。
优选地,所述步骤(1)中,探头超声次数为30次;步骤(3)中磁力搅拌时间为10min,透析时间为24h;步骤(4)中离心时间为10min,离心速度为4000r/min。
本发明的有益效果:
本发明首次构建了一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束及其抗骨质疏松作用研究,并评价其理化性质和抗骨质疏松活性。以mPEG-PLGA和AL为原料成功合成了骨靶向材料AL-mPEG-PLGA,通过对其粒径、形貌和包封率的测定,发现黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束的粒径约为45nm。胶束大小均匀,呈球形,包封率值较高。体外释放研究证实黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束具有明显的缓释作用。此外,相关实验表明,黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束在10-200μg/mL范围内具有良好的生物相容性,且具有良好的骨组织靶向能力。此外,可显著提高黄芪甲苷的口服生物利用度,延迟内部循环时间。此外,黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束对骨质疏松大鼠的治疗效果明显优于游离黄芪甲苷。因此,这种黄芪甲苷给药系统可以作为治疗骨质疏松症的一种新的、有效的候选药物,同时为更多水难溶性药物制备为骨质疏松药物提供了可能。
本发明制备的一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束及其抗骨质疏松作用研究,实际应用时直接口服,亦可根据需要制备冻干粉剂等剂型,以增强其贮存稳定性,并便于运输。
附图说明
本发明中图1(a)为第一步反应的跑板监测:1S为mPEG2000-PLGA18000(50/50)的对照,1R为第一步反应的反应溶液,S2为CDI;(b)表示运行板监测第二步反应:1R1为第一步的反应溶液,1R2为第二步的反应溶液,S3为四丁基氢氧化铵的溶液;(c)为目标产品的磷谱;(d)为目标产品的氢光谱;(e)为AS体外高效液相色谱图;(f)为AS体内高效液相色谱图。
本发明中图2(a)为AL-mPEG-PLGA空白胶束的透射电镜图像;(b)AS-AL-mPEG-PLGA的透射电镜图像。(c)游离AS和AS-AL-mPEG-PLGA在pH 1.2 HCl溶液中的体外释放曲线。(d)双蒸水中游离AS和AS-AL-mPEG-PLGA的体外释放曲线。(e)pH 7.4 PBS溶液中游离AS和AS-AL-mPEG-PLGA的体外释放曲线。(AS为游离黄芪甲苷,AS-AL-mPEG-PLGA为黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束。)
本发明中图3(a)表示MC3T3-E1细胞体外活力;(b)为羟基磷灰石吸附亲和实验结果;(c)为mPEG-PLGA胶束给予大鼠体内成像图像;(d)表示黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束给予大鼠体内成像,*P<0.05,与mPEG-PLGA组比较,**P<0.01,与mPEG-PLGA组比较。
本发明中图4为口服游离游离AS和AS-AL-mPEG-PLGA后黄芪甲苷的血药浓度-时间分布。((AS为游离黄芪甲苷组,AS-AL-mPEG-PLGA为黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束组。)
本发明中图5为Sham、OVX、AS和AS-AL-mPEG-PLGA组骨质疏松大鼠血清IL-6(a)、CTX-1(b)、TRACP-5b(c)和BGP(d)水平。△P<0.01,与Sham组比较;*P<0.05,与OVX组比较;**P<0.01,与OVX组比较;#P<0.05,与OVX组比较;##P<0.01,与AS组比较。
本发明中图6表示Sham、OVX、AS和AS-AL-mPEG-PLGA组组骨质疏松大鼠的Micro-CT结果。(a-f)定量表征指标包括BV/TV、Tb.Th,Tb.N,Tb.Sp,SMI和BMD值;(g)股骨二维Micro-CT图像和(h)股骨三维Micro-CT图像。△P<0.01,与Sham组比较;*P<0.05,与OVX组比较;**P<0.01,与OVX组比较;#P<0.05,与OVX组比较;##P<0.01,与AS组比较。
本发明中图7为Sham(a)、OVX(b)、黄芪甲苷(c)和黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束组(d)组大鼠股骨组织学分析。
(图5-7中,Sham为假手术组、OVX为卵巢切除模型组,AS为游离黄芪甲苷组,AS-AL-mPEG-PLGA为黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束组。)
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束及其抗骨质疏松作用研究中阿伦磷酸修饰的mPEG-PLGA(AL-mPEG-PLGA)骨靶向材料的合成:
MPEG2000-PLGA18000(50/50)化合物溶解于2mL DMF溶液中,搅拌时加入CDI(2.5mg,0.015mmol)。在室温下反应5h。在薄层板上用二氯甲烷和甲醇的混合溶液监测反应情况。两种化合物反应后,将阿仑膦酸钠三水合钠和四丁基氢氧化铵溶液(摩尔比为1:2)搅拌,加入反应溶液中,在80℃下反应5h。在薄层板上使用二氯甲烷和甲醇的混合物监测反应。反应后用旋转蒸发器除去70~80℃的DMF。剩余反应液用少量水冲洗,离心除去多余的铝钠和氢氧化四丁基铵(上清液)。然后用适量二氯甲烷溶解底白乳剂,用中性Al2O3柱分离纯化产物。产品质量为40mg,收率为19.7%。最后,用氢和磷光谱(溶剂氯仿氘)对目标化合物进行分析。
结果如图所示,图1a中,反应溶液中没有明显的CDI原料,说明第一步反应基本完成。图1b中,不能根据硅胶板的展开情况直接判断反应过程。由于原料氢氧化四丁基铵运行后杂质的极性与疑似产品(蓝框所示)相似,因此在处理后用水冲洗去除未反应的氢氧化四丁基铵。另一种原料阿仑膦酸钠的极性较大,但只观察到一定数量的水溶性杂质,因此可以尝试用水冲洗去除这些杂质。通过磷谱和氢谱分析产物的结构,如图1(c-d)所示,目标产物中可以找到各单体的特征峰,说明目标产物粘结成功。
实施例2
一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束的制备:
本发明采用透析法制备黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束。精密称取10mg AL-mPEG-PLGA,溶解在10mL蒸馏水中。超声探针30次后,得到1.0mg/mL的AL-mPEG-PLGA空白胶束溶液。然后,在磁力搅拌下,逐渐加入15%的黄芪甲苷乙醇溶液。搅拌10min后,将溶液转移至透析袋(MWCO 700,000000Da)中,经双蒸水透析24h去除乙醇。透析产物以4000rpm/min离心10min,去除未包封的黄芪甲苷。取上清液冷冻干燥后,制备黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束固体粉末进行后续研究。
物理表征:取实施例2所制备的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束加水稀释后,一部分利用美国Brookhaven公司的NanoBrook 90+PALS仪器测定包括粒径和zeta电位。另一部分滴加在铜网上,晾干,滴加2%磷钨酸溶液染色,自然挥干,将铜网置于透射电镜下观察。同法对AL-mPEG-PLGA空白胶束进行表征。所制备的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束的平均粒径为45.3±3.8nm,zeta电位为-23.02±0.51mV。AL-mPEG-PLGA空白胶束的平均粒径为35.2±1.4nm,zeta电位为-23.46±0.31mV。透射电镜下,黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束和AL-mPEG-PLGA空白胶束尺寸均匀,呈球形(图2a-b),粒径与DLS结果一致。
体外释放度的测定:采用透析法测定黄芪甲苷在游离状态下和制剂中于不同介质(pH 1.2 HCl、pH 7.0 DDW和pH 7.4 PBS)中的体外释放研究,研究在恒温水浴振荡器(37±0.5℃,100rpm)中进行,释放介质总体积为100mL。分别向透析袋(MV 3500D,25mm×5m)中加入黄芪甲苷游离药物分散液(5mg/mL,1mL)和等体积含有等量黄芪甲苷的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束。释放介质总体积为100mL。分别在0.08、0.25、0.5、0.75、1、1.5、2、3、4、6、8、10、12、24、36、48、60、72和96h从每个的培养基中取样(每个1mL),并相应地用相同体积和类型的新鲜培养基替换,以维持动态平衡。
如图2(c-e)所示,游离黄芪甲苷在不同介质(pH 1.2 HCl、pH 7.0 DDW和pH 7.4PBS)的累积释放率分别为96.87%,93.85%和95.95%,且48h后不再释放。而在黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束的释放时间可延长至96h,在3种介质的累计释放率分别为96.91%、94.60%和95.19%。说明游离黄芪甲苷与胶束的累积释放速率无显著差异,但黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束具有良好的缓释作用。其中药物分子逐渐从聚合胶束的核心释放出来,从而延迟药物的释放时间,这可以保证将黄芪甲苷输送到骨中,使足够的药物浓度到达各个位置。
实施例3
黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束体外细胞毒性研究
采用MTT法检测黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束对MC3T3-E1细胞的细胞毒性。在对数生长阶段之后,MC3T3-E1细胞接种于96孔板,密度为每孔的5×104,然后在37℃,5%二氧化碳条件下孵育24h。细胞完全铁臂后,加入不同浓度(10、25、50、100和200μg/mL)的AL-mPEG-PLGA空白胶束溶液、黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束溶液以及mPEG-PLGA空白胶束溶液。同时,以未处理的空白细胞为对照组,连续培养48h后,每孔加入20μL MTT溶液(5mg/mL)。在培养箱中继续培养4h后,弃去上层清液,每孔添加DMSO(100μL),恒温振荡20分钟。用酶标仪测定570nm处的吸光度,通过公式计算细胞存活率:
I%=(Atreat-Ablank)/(Acontrol-Ablank)×100%
式中,I%表示细胞存活率,Atreat为实验组的吸光度,Acontrol为对照组(未处理)的吸光度,Ablank为培养基(不含样品和种子细胞)的吸光度。
如图3a所示,在一定浓度范围内(10~200μg/mL),AL-mPEG-PLGA空白胶束与mPEG-PLGA空白胶束相比,对细胞活力没有显著影响,说明AL修饰的mPEG-PLGA对MC3T3-E1细胞没有毒性作用。同时,可以观察到,在10~200μg/mL浓度范围内黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束对细胞的影响不显著,在200μg/mL浓度下,黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束对MC3T3-E1细胞活性的影响仍高达85%,说明AS-AL-mPEG-PLGA在一定浓度范围内具有良好的生物相容性。
实施例4
黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束的体内外骨靶向评价
采用十八胺-异硫氰酸荧光素(ODA-FITC)对AL-mPEG-PLGA空白胶束、黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束和mPEG-PLGA空白胶束进行荧光标记,研究了羟基磷灰石(Hap)的体外亲和力。将ODA-FTTC荧光标记的胶束用去离子水稀释到1mg/mL中,测定胶束溶液的初始荧光值。然后,每胶束溶液4mL加入到25mg Hap中。然后,在室温、避光条件下,用磁力搅拌缓慢搅拌3h,直至达到平衡。平衡3h后,以3000r/min离心15min去除沉淀物。用荧光分光光度计测定上清液。用超流体的荧光值与Hap平衡3h后的初始荧光值之比计算各胶束对Hap的吸附百分数。如图3b所示,mPEG-PLGA组与黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束组的吸附量存在显著差异。AL-mPEG-PLGA空白胶束和黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束与Hap结合的比例均达到81%,而对照组mPEG-PLGA空白胶束与Hap结合的比例仅为21.18%。
为了进一步验证黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束的骨靶向能力,大鼠灌胃载DIR荧光染料的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束和mPEG-PLGA空白胶束。给药24h后处死大鼠,取骨。为了制备负载荧光染料DIR的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束和mPEG-PLGA胶束,需要在甲醇中加入量为聚合物质量的0.2%的DIR。预冻结前,胶束溶液以10000r/min离心5min去除游离DIR。其他步骤与之前相同。然后,用体内成像技术拍摄。观察胶束在SD大鼠骨中的分布,探讨其体内骨靶向能力。如图3c-d所示,DIR标记的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束组大鼠股骨与DIR标记的mPEG-PLGA空白胶束组大鼠相比,表现出强烈的荧光。该结果与体外Hap实验结果一致。因此,判断黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束表现出良好的骨组织靶向能力,有利于目的药物向骨组织的靶向转运。
实施例5
黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束的药代动力学研究体内研究
Sprague-Dawley(SD)大鼠(200±20g,雄性)由第二军医大学附属长征医院实验与动物研究中心提供。在实验之前,所有老鼠在实验室环境中适应3天后,禁食12h,但允许自由饮水。12只大鼠随机分为两组,每组6只。两组大鼠分别给予相同剂量(150mg/kg)的游离黄芪甲苷(混悬于羧甲基纤维素钠溶液中)和黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束。于给药后0.25、0.5、0.75、1、1.5、2、2.5、3、4、6、8、10、12、24h各点采集毛细血管大鼠眼眶0.4mL血样。全血离心(3700rpm,10min)后采集血浆,待进一步分析。
血样处理
将血样置于事先加好肝素钠的1.5mL EP管中,于3700rpm离心10分钟。吸取200μL血浆加入600μL甲醇,涡旋混匀。混合物在10000rpm下离心10分钟后,完全去除甲醇层,然后在37℃下用N2干燥。将残留物溶解于甲醇(400μL)中,10000rpm条件下离心10分钟。用高效液相色谱(HPLC)对上清液中黄芪甲苷含量进行分析。
黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束体内药代动力学研究
通过BAPP2.3药代动力学软件(由中国药科大学药物代谢中心提供)计算了最大峰值浓度(Cmax)、达峰时间(Tmax)、平均停留时间(MRT)和浓度-时间曲线下面积(AUC0-∞)等主要药代动力学参数。计算药物的相对口服生物利用度(Fr)的方程式如下:
Figure BDA0003463038910000091
其中,AUCT和AUCR分别表示黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束和黄芪甲苷水溶液的浓度-时间曲线下面积。
黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束体内药代动力学分析
图4描述了口服单剂量(150mg/kg)游离黄芪甲苷和黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束后大鼠的血浆药物浓度-时间曲线,计算的药代动力学变量如表1所示。
表1大鼠口服(n=6)后游离黄芪甲苷和黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束的药代动力学参数
Figure BDA0003463038910000092
Figure BDA0003463038910000101
##p<0.01,与游离黄芪甲苷相比
可以观察到,口服给药后血浆游离黄芪甲苷浓度持续增加,在120分钟时达到5.25±0.50μg/mL的Cmax。然而,血浆浓度在120min后迅速下降,1440min时,游离黄芪甲苷组的平均血浆浓度仅为0.26±0.05μg/mL。相反,口服黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束后,大鼠的Cmax显著增加至7.94±0.76μg/mL(P<0.01),Tmax延长至240min(P<0.01)。与游离黄芪甲苷相比,黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束的AUC0-t从1520.45±45.19提高到3556.32±282.46min·μg/mL(P<0.01)。MRT、T1/2分别由333.00±8.57min、395.71±26.44min增至409.47±14.18min、957.75±188.90min(P<0.01),这说明黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束可以降低黄芪甲苷的快速清除,延长黄芪甲苷的循环时间,促进更多黄芪甲苷进入骨组织。
最重要的是,黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束的相对生物利用度为233.90%。这些结果表明黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束在体循环中保持了良好的完整性和稳定性,尽可能的阻止黄芪甲苷的代谢和消除,显著提高了黄芪甲苷的口服生物利用度。其原因可能是mPEG-PLGA经修饰后,黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束的空间位阻变大。同时,对血浆蛋白的调节作用变小,被网状内皮系统捕获的概率降低,从而延长黄芪甲苷在体内的循环时间,有助于黄芪甲苷更好的发挥作用。
实施例5
大鼠骨骼中AS含量的检测
取实施例4实验结束后大鼠,处死。用1g/mL的生理盐水将大鼠股骨匀浆。10000rpm离心10min后,取上清液(200μL),按实施例4(2)血样处理中描述的方法处理。最后采用高效液相色谱法对样品进行分析,检测黄芪甲苷在大鼠骨骼中的浓度。
结果表明,游离黄芪甲苷组中黄芪甲苷浓度为1.95±0.17μg/mL,显著低于黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束组(112.78±15.36μg/mL)(P<0.01)。说明口服黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束后,黄芪甲苷在骨组织中大量积累。这可能是由于纳米胶束的骨靶向韧性较好,有利于提高黄芪甲苷的抗骨质疏松作用,这可能受益于AL对骨组织的高亲和力。
实施例6
一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束的抗骨质疏松作用研究:
1.建立大鼠骨质疏松模型
通过进行双侧卵巢切除(OVX)以建立大鼠骨质疏松模型。24只大鼠被随机分为4组(n=6):假手术组(sham)、OVX模型组(OVX)、游离AS组(AS)和AS-AL-mPEG-PLGA组。通过腹腔注射戊巴比妥钠(1%,8mL/kg)麻醉大鼠。将大鼠放置于无菌手术台上,俯卧固定,同时对背部的手术部位进行剃须并用碘伏消毒。在肋背部下方进行双切口,将肌肉层和腹膜后分离进入腹腔。在肾脏下方的脂肪组织中发现卵巢,在完全切除双侧卵巢之前,用弯曲镊子取出并结扎卵巢。在确认没有活动性出血后,缝合肌肉层和皮肤层,并对伤口进行消毒。假手术组仅切除卵巢周围少量脂肪组织,对双侧卵巢无损伤。手术过程温和,注意无菌原则。术后对大鼠进行保暖。术后4周开始给药,每天一次,持续12周。假手术组和OVX组大鼠口服2mL生理盐水。AS组和AS-AL-mPEG-PLGA组大鼠每天分别口服2mL游离AS(分散在CMC-Na溶液中,150mg/kg)和AS-AL-mPEG-PLGA溶液(150mg/kg)。
2.检测指标与方法
(1)血清理化指标检测
处死所有大鼠,采集血液样本。采用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测血清中TRACP-5b、BGP、IL-6和CTX-1水平,评价骨吸收和骨形成情况。操作步骤严格按照试剂盒说明书进行。最后,用酶标仪在450nm波长下测定样品的吸光度,计算血清中各项生化指标的浓度。
图5a显示,与假手术组相比,OVX组中IL-6的表达显著增加(P<0.01),这表明OVX后雌激素减少,从而诱导成骨细胞分泌IL-6,从而增加破骨细胞的形成,从而增强骨吸收,最终导致骨质疏松。在给予游离AS和AS-AL-mPEG-PLGA后,IL-6的表达水平显著降低(P<0.01),这可能是通过调节雌激素的分泌而介导的,从而产生抗骨质疏松作用。此外,与AS相比,AS-AL-mPEG-PLGA使其从53.88±4.23pg/mL显著增加到36.40±4.97pg/mL(P<0.01)。如图5b-d所示,在假手术组和OVX组之间,CTX-1、TRACP-5b和BGP的血清水平存在显著差异(P<0.01)。AS和AS-AL-mPEG-PLGA组血清CTX-1、TRACP-5b和BGP水平明显低于OVX组(P<0.01)。此外,AS组和AS-AL-mPEG-PLGA组的血清CTX-1、TRACP-5b和BGP水平存在显著差异(分别为P<0.01、P<0.01和P<0.05)。这些数据表明,AS-AL-mPEG-PLGA可增强AS降低血清骨代谢相关指标水平的作用。
显微计算机断层(micro-CT)扫描分析
为了评估骨的微观结构,采用micro-CT成像系统(Siemens,Inveon),对右侧股骨进行高分辨率micro-CT分析。股骨沿长轴固定在离心管中,周围填充纱布。测量骨体积百分比(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数(Tb.N)、骨小梁间隔(Tb.Sp)、结构模型指数(SMI)和骨密度(BMD)等骨微结构定量参数。
在micro-CT扫描结果的定量分析中,OVX组和假手术组之间的BV/TV,Tb.Th,Tb.N,Tb.Sp,SMI及BMD具有显著差异(P<0.01),表明SD大鼠成功诱导了骨质疏松模型。骨微结构是评估骨强度的参数之一。如图6a-f所示,OVX大鼠经As或As-mPEG-PLGA处理后,BV/TV,Tb.Th,Tb.N和BMD显著增加,但Tb.Sp and SMI显著降低。特别是,统计比较表明,AS组比AS-AL-mPEG-PLGA组表现出更好的恢复能力。表明黄芪甲苷可能通过修复骨微结构、修复受损骨组织发挥治疗作用,而AS-mPEG-PLGA有助于更好恢复骨质疏松症大鼠的骨微结构。
对三维和二维重建图像进行micro-CT检测,结果与上述结论一致(图6g-h)。与Sham组相比,OVX组小梁骨丢失明显,骨密度降低,导致骨质疏松。与OVX组相比,AS和AS-AL-mPEG-PLGA均能显著降低骨质疏松,增加致密骨量,明显改善骨微结构和骨体积。
病理组织学分析
处死大鼠后,取股骨用4%多聚甲醛固定,EDTA脱钙(10%,pH7.4),石蜡包埋。纵向连续切片(4μm)置于涂有聚赖氨酸的显微镜载玻片上。苏木精和伊红(H&E)染色。用ImageJ软件拍摄染色区域。
H&E染色结果如图7所示。Sham组股骨及小梁骨密度正常。与Sham组相比,OVX组脂肪组织数量增多,骨小梁变薄,骨小梁间隙变宽。与OVX组相比,AS和AS-AL-mPEG-PLGA组的脂肪组织相对较少。AS-AL-mPEG-PLGA组的小梁骨和骨密度更显著,与Sham组更相似,这与micro-CT结果一致。因此,AS-AL-mPEG-PLGA增强了AS抵抗OVX大鼠骨小梁丢失和恢复骨微结构的能力。在所有实验中,AS-AL-mPEG-PLGA的性能优于游离AS,这为AS-AL-mPEG-PLGA良好的骨靶向性及其在骨质疏松治疗中的积极作用提供了决定性的证据。原因可能是由于AS-AL-mPEG-PLGA的缓释作用和口服生物利用度的提高,其中,AL在骨中的累积和靶向作用可提高AS-AL-mPEG-PLGA在骨中的靶向能力,从而提高抗骨质疏松症的功效。
一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束及其抗骨质疏松作用研究
本研究通过采用透析法成功制备了一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束,并评价其理化性质和抗骨质疏松活性。以mPEG-PLGA和AL为原料成功合成了AL-mPEG-PLGA,通过物理表征,发现黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束的粒径约为45nm。胶束粒径均匀,呈球形。体外释放研究证实,黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束具有显著的缓释作用。此外,相关实验表明,黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束在10-200μg/mL范围内具有可接受的生物相容性,并具有良好的骨组织靶向性。此外,它还可以显著提高黄芪甲苷的口服生物利用度,延长内循环时间。此外,黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束对骨质疏松大鼠的治疗效果明显优于游离黄芪甲苷。综上所述,该药物释放系统可作为治疗骨质疏松症的一种新的有效候选药物,并为黄芪甲苷和其他类似的水不溶性化合物的临床应用提供了初步的信息。

Claims (6)

1.一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束及其抗骨质疏松作用研究,其特征在于:所述黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束由骨靶向材料和抗骨质疏松药物黄芪甲苷组成。
2.根据权利要求1所述的一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束及其抗骨质疏松作用研究,其特征在于,所述的黄芪甲苷纯度为98%。
3.根据权利要求1所述的一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束及其抗骨质疏松作用研究,其特征在于:所述骨靶向材料由MPEG2000-PLGA18000(50/50)化合物与三水合阿伦膦酸钠与四丁基氢氧化铵溶液的混合物经化学反应合成得到。
4.根据权利要求1所述的一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束及其抗骨质疏松作用研究,其特征在于,所述黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束中黄芪甲苷的投药质量分别为5%~20%。
5.根据权利要求1所述的一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束及其抗骨质疏松作用研究,其特征在于,制备步骤如下:
(1)将阿仑膦酸钠修饰的mPEG-PLGA(Al-mPEG-PLGA)分散溶解于10mL去离子水中,探头超声后,得到1.0mg/mL的Al-mPEG-PLGA聚合物空白胶束溶液;
(2)将黄芪甲苷溶于乙醇中,磁力搅拌下,根据权利要求4所述的投药质量向步骤(1)Al-mPEG-PLGA聚合物空白胶束溶液中逐渐滴加不同量的黄芪甲苷乙醇溶液;
(3)继续搅拌一定时间后转移(2)中全部液体至透析袋中,去离子水透析除去乙醇;
(4)将透析后的产物低速离心除去尚未增溶的黄芪甲苷固体,取上清液冷冻干燥之后,即得一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束。
6.一种如权利要求1~6任一项所述的一种阿伦膦酸修饰的黄芪甲苷mPEG-PLGA纳米胶束及其抗骨质疏松作用研究在制备抗骨质疏松药物中的应用。
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