CN115990135A

CN115990135A - 一种pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN115990135A
Application number: CN202211487098.9A
Authority: CN
Inventors: 李建辉; 王悦; 吴姝涵
Original assignee: Shaanxi Provincial Peoples Hospital
Current assignee: Shaanxi Provincial Peoples Hospital
Priority date: 2022-11-25
Filing date: 2022-11-25
Publication date: 2023-04-21

Abstract

本发明提供了一种pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶及其制备方法和应用，属于生物医药技术领域，所述制备方法，包括以下步骤：1)将醛基化透明质酸、药物溶于水中获得醛基化透明质酸‑药物溶液；2)将步骤1)获得的醛基化透明质酸‑药物溶液与N‑羧乙基壳聚糖溶液混合获得pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶。酸性的肿瘤微环境能够使复发的肿瘤及循环肿瘤细胞触发pH响应水凝胶的降解，本发明制备的水凝胶将pH响应和CD44受体靶向相结合，能够更加精准的靶向患处并在患处释放治疗药物，在肿瘤治疗及药物控释的方面具有广阔的应用前景；且使用的原料均是生物相容性好、毒副作用低的可降解材料，对人体的副作用极低。

Description

一种pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于生物医药技术领域，尤其涉及一种pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

壳聚糖(chitosan，聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖)是甲壳素(chitin，聚-2-乙酰-氨基-β(1，4)-D-葡萄糖)的脱乙酰基产物壳。甲壳素广泛存在蟹、虾等低等动物以及藻类、真菌等低等植物中，含量极其丰富，自然界每年产量约在10¹⁰t～10¹¹t，是仅次于纤维素的第二大多糖。作为甲壳素的衍生物，壳聚糖是唯一天然存在的阳离子多糖。通常情况下，壳聚糖呈一种白色、无味的半透明固体，平均分子质量一般从几万至数百万不等。不溶于水和一般有机试剂，只有在醋酸溶液中，壳聚糖中的氨基葡萄糖单元上的游离氨基被质子化以后才能被溶解。壳聚糖具有生物相容性好，且能被生物降解，降解产物无毒性，其衍生物具有许多独特的化学和生物特性，适合作为药物的控缓释载体，被广泛用于制剂研究。壳聚糖容易进行如酰基化、羧基化、醚化、N-烷基化、酯化、水解等改性。由于壳聚糖具有带阳离子的氨基，因此，壳聚糖在药物控制释放载体、色谱分离填料和水处理剂等方面有着巨大的应用前景。

透明质酸(hyaluronic acid，缩写为“HA”)是一种高分子的聚合物，分子式：(C₁₄H₂₁NO₁₁)n。其基本结构是由两个双糖单位D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺组成的大型多糖类。与其它粘多糖不同，它不含硫，是一种在生物体内广泛存在的天然线性糖胺多糖，其化学结构式如图1所示。其可广泛分布在哺乳动物的骨髓细胞外基质和疏松结缔组织中，而作为透明质酸受体CD44是一种跨膜糖蛋白，与细胞的迁移、增殖、分化、黏附和基因表达等有着重要关系。CD44基因位于人类第11号染色体的短臂上，视其外显子的转录片段是否参与选择性拼接分为正常型CD44(CD44s)和变异型CD44(CD44v)。CD44作为HA受体之一，在多种恶性肿瘤如乳腺癌、皮肤癌、卵巢癌等细胞表面都高度表达，HA可以通过与CD44受体的特异性结合，通过受体-配体机制实现靶向药物递送的目的。综合HA和纳米给药系统的优点，对开发靶向纳米给药系统(NDDS)的药物载体具有较高的实用价值。

5-氟尿嘧啶(5-Fluorouracil；5-FU)是一种尿嘧啶的类似物(nucleosideantimetabolite/analog)，是一种有效的抗肿瘤药，对增殖性细胞各项均有杀伤性作用。5-Fluorouracil通过抑制胸苷酸合成酶影响嘧啶的合成，从而耗尽细胞内dTTP池。5-Fluorouracil诱导细胞凋亡(apoptosis)，可用作化学敏化剂。5-Fluorouracil还可抑制HIV病毒。5-Fluorouracil(5-FU)可破坏外泌体特异性的rRNA。其化学结构式如下图2所示。

5-氟尿嘧啶在1957年由Heidelberger合成，为嘧啶类的氟化物，属于抗代谢抗肿瘤药，对增殖性细胞各项均有杀伤性作用。体内过程：本品在体内吸收不规则，口服后20分钟血药浓度达最高峰值。静脉给药后药物浓度迅速下降，半衰期仅为15～20分钟，24小时后大部分消失。10～30％从尿中排出，30～60％分解后以CO₂的形式由呼吸道排出。适用于宫颈癌，乳腺癌，结肠癌，直肠癌，胃癌，肝癌，卵巢癌，膀胱癌，前列腺癌和头颈部肿瘤，也可作为放射治疗的增敏剂。局部应用还可以治疗基底细胞癌，和某些恶性皮肤病。使用5-氟尿嘧啶水凝胶局部治疗可以在较小的用药剂量上在局部维持相对较长时间的较高的血药浓度，可以显著降低全身血药浓度及用药剂量，达到肿瘤靶向治疗的目的。

目前，尚没有一种靶向性好、制备方法简单的载药系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶及其制备方法和应用。本发明提供的pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶通过离子交联法制得，操作简便易行；能够显著提高药物载体靶向性，使药物富集于肿瘤组织，从而更好地杀死肿瘤细胞。

本发明提供了一种pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1)将醛基化透明质酸、药物溶于水中获得醛基化透明质酸-药物溶液；

2)将步骤1)获得的醛基化透明质酸-药物溶液与N-羧乙基壳聚糖溶液混合获得pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶。

优选的，步骤1)中所述药物为5-氟尿嘧啶，所述醛基化透明质酸-药物溶液中5-氟尿嘧啶的浓度为1～5mg/ml。

优选的，步骤1)中所述醛基化透明质酸-药物溶液中醛基化透明质酸的浓度为25～50mg/ml。

优选的，步骤1)将醛基化透明质酸、药物溶于水后，进行超声处理，所述超声处理的功率为80～120W，所述超声处理的时间为0.5～1.5h；所述超声处理过程中伴随搅拌。

优选的，所述醛基化透明质酸的制备方法包括以下步骤：

S1)将透明质酸溶于pH为5.8～6.2的水中获得透明质酸溶液；

S2)将所述透明质酸溶液与高碘酸钠溶液混合反应后，加入乙二醇终止反应，获得醛基化透明质酸。

优选的，步骤S1)中透明质酸和水的比例为1.5g:(100～200)ml。

优选的，所述高碘酸钠溶液的浓度为0.4～0.6mol/L，所述高碘酸钠溶液与步骤S1)中水的体积比为1：(15～25)。

优选的，所述透明质酸溶液与高碘酸钠溶液混合反应的温度为15～25℃，时间为2～4h，所述混合反应的过程中进行避光搅拌。

本发明提供了所述的制备方法制备获得的pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶。

本发明提供的所述pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶在制备靶向抗肿瘤药物中的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明以天然大分子壳聚糖和透明质酸为主要原料，制备出N-羧乙基壳聚糖复合醛基化透明质酸(CEC&HAALD)。本发明能够使HAALD与药物形成的包合物溶液与CEC溶液混合后，快速形成原位凝胶。该凝胶以点击化学的方式制备，具有良好的自愈合性能；酸性的肿瘤微环境能够使复发的肿瘤及循环肿瘤细胞触发pH响应水凝胶的降解，本发明制备的水凝胶将pH响应和CD44受体靶向相结合，能够更加精准的靶向患处并在患处释放治疗药物，在肿瘤治疗及药物控释的方面具有广阔的应用前景；且使用的原料均是生物相容性好、毒副作用低的可降解材料，对人体的副作用极低。

在本发明的制备过程中，醛基化透明质酸中含有大量的醛基，而CEC含有大量的氨基基团；醛基与氨基发生席夫碱反应的条件简单，原子利用率高，唯一副产物为水，合成反应迅速。

本发明提供的pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶透明无色，不影响应用时观察周围组织情况，凝胶网络的形成也能够对药物分子起到很好的控制释放作用。

本发明提供的pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶使用范围较广，既可在术中即时用于肿瘤切除创面可注射原位成胶靶向杀灭残余肿瘤细胞，减少复发转移风险，又可局部无创注射于实体瘤“靶向”给药，能够不经过生物屏障例如颅内肿瘤直达病患部位用于鼻腔或皮肤给药。

附图说明

图1为透明质酸的结构式；

图2为5-氟尿嘧啶的结构式；

图3为原料外观图，其中A为醛基化透明质酸(HAALD)外观图，B为N-羧乙基壳聚糖(CEC)外观图；

图4为由溶液到凝胶态的变化图，其中A为HAALD@5-FU溶液，B为HAALD@5-FU&CEC溶液混合成胶后水凝胶倒置外观图；

图5为各个原料和成品的电镜图，其中A为醛基化透明质酸(HAALD)扫描电镜图，B为N-羧乙基壳聚糖(CEC)扫描电镜图，C为HAALD&CEC水凝胶冻干处理后扫描电镜图；

图6为大鼠成纤维细胞与HAALD&CEC水凝胶共培养活死荧光显微镜图：其中A为共培养24h；B为共培养48h；C为共培养72h(标尺200μm)。

具体实施方式

在本发明中，将醛基化透明质酸、药物溶于水中获得醛基化透明质酸-药物溶液。在本发明中，所述药物为抗肿瘤药物，本发明对所述药物的具体类型没有特殊限定，包括铂类药物，例如顺铂，卡铂，还包括阿霉素类药物，例如多柔比星，表柔比星；在本发明具体实施过程中，所述药物优选为5-氟尿嘧啶，所述醛基化透明质酸-药物溶液中5-氟尿嘧啶的浓度优选为1～5mg/ml，进一步优选为2～4mg/ml，更进一步优选为3mg/ml；在本发明中，所述醛基化透明质酸-药物溶液中醛基化透明质酸的浓度优选为25～50mg/ml，进一步优选为30～45mg/ml，更进一步优选为35～40mg/ml。在本发明具体实施过程中，优选的将醛基化透明质酸、药物同时溶于水中；然后进行超声处理，所述超声处理的功率优选为80～120W，进一步优选为90～110W，更进一步优选为100W；所述超声处理的时间优选为0.5～1.5h，进一步优选为0.8～1.2h，更进一步优选为1h；本发明对所述超声处理的温度没有特殊限定，室温即可；本发明在所述超声处理过程中优选的伴随搅拌。本发明所述超声处理以及搅拌的目的是为了使醛基化透明质酸和药物充分溶解。

在本发明中，所述醛基化透明质酸的制备方法包括以下步骤：S1)将透明质酸溶于pH为5.8～6.2的水中获得透明质酸溶液；S2)将所述透明质酸溶液与高碘酸钠溶液混合反应后，加入乙二醇终止反应，获得醛基化透明质酸。

在本发明中，将透明质酸溶于pH为5.8～6.2的水中获得透明质酸溶液；所述水的pH进一步优选为5.9～6.1，更进一步优选为6；在本发明中，所述水的pH优选的通过盐酸调整，所述盐酸的浓度优选为0.05～0.15mol/L，进一步优选为0.1mol/L。在本发明中，所述透明质酸和水的比例优选为1.5g:(100～200)ml，进一步优选为1.5g:(120～180)ml，更进一步优选为1.5g:150ml。本发明优选的通过磁力搅拌促进透明质酸的溶解；所述磁力搅拌的转速优选为800～1200rpm，进一步优选为900～1100rpm，更进一步优选为1000rpm；所述磁力搅拌的时间优选为20～28h，进一步优选为22～26h，更进一步优选为24h。

本发明在获得透明质酸溶液后，将所述透明质酸溶液与高碘酸钠溶液混合反应。在本发明中，高碘酸钠溶液的浓度优选为0.4～0.6mol/L，进一步优选为0.45～0.55mol/L，更进一步优选为0.5mol/L；所述高碘酸钠溶液与溶解透明质酸的水的体积比优选为1：(15～25)，进一步优选为1：(18～22)，更进一步优选为1:20。在本发明中，所述透明质酸溶液与高碘酸钠溶液混合反应的温度为15～25℃，时间优选为2～4h，进一步优选为2.5～3.5h，更进一步优选为3h；所述混合反应的过程中优选的进行避光，同时伴随搅拌。本发明在所述混合反应结束后，加入乙二醇终止反应；所述乙二醇与高碘酸钠溶液的体积比优选为(6～10)：3，进一步优选为(7～9)：3，更进一步优选为8:3。本发明在加入乙二醇终止反应后，优选的还包括透析的步骤，进一步优选的在加入乙二醇1h后，进行透析；所述透析优选的用透析袋进行，所述透析袋的截留分子量优选为9～11kDa，进一步优选为10kDa。在本发明中，所述透析的时间优选为2～4天，进一步优选为3天；所述透析过程中，优选的每7～9h换水一次。本发明在所述透析结束后，将透析袋中的液体真空冻干至恒重获得醛基化透明质酸。

在本发明中，将获得的醛基化透明质酸-药物溶液与N-羧乙基壳聚糖溶液混合获得pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶。在本发明中，所述醛基化透明质酸-药物溶液与N-羧乙基壳聚糖溶液混合的体积比优选为1：(1.5～3)，进一步优选为1：(2～2.5)。在本发明中，所述醛基化透明质酸-药物溶液与N-羧乙基壳聚糖溶液混合前分别进行滤膜过滤，所述滤膜的孔径优选为0.22μm。在本发明中，所述N-羧乙基壳聚糖溶液的浓度优选为5～30mg/ml，进一步优选为10～25mg/ml；所述N-羧乙基壳聚糖溶液通过将N-羧乙基壳聚糖溶于水制备获得；所述溶于水的过程伴随超声处理和搅拌。本发明对所述超声处理和搅拌的参数没有特殊限定，以实现充分溶解为宜。

在本发明中，所述N-羧乙基壳聚糖(CEC)的制备方法优选的包括以下步骤：将壳聚糖溶于水获得壳聚糖溶液，然后将所述壳聚糖溶液与丙烯酸混合、反应，调节pH至10后透析，将透析后的溶液浓缩、冻干获得N-羧乙基壳聚糖。在本发明中，所述壳聚糖与水的比例优选为20g:(800～1200)ml，进一步优选为20g:(900～1100)ml，更进一步优选为20g:1000ml。在本发明中，所述壳聚糖与丙烯酸的比例为20g:(29～30)ml，进一步优选为20g:29.2ml；在本发明中，所述反应的温度优选为48～52℃，进一步优选为49～51℃，更进一步优选为50℃；所述反应过程中伴随搅拌。在本发明中，调节pH的试剂优选为氢氧化钠。在本发明中，所述透析优选的用透析袋进行，所述透析袋的截留分子量优选为6～8kDa，所述透析的时间优选为2～4天，更优选为3天，所述透析过程中，优选的每7～9h换水一次。本发明在所述透析结束后，进行浓缩，所述浓缩优选的在摇床上进行，所述浓缩的温度优选为40～50℃，进一步优选为42～48℃，更进一步优选为45℃。在本发明中，所述浓缩的时间优选为45～50h，所述浓缩优选的浓缩至原溶液体积的40-60％；本发明在所述透析结束后，将透析袋中的液体真空冻干至恒重获得N-羧乙基壳聚糖。

本发明上述提到的水优选为双蒸水或去离子水。

本发明还提供了所述的制备方法制备获得的pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶。

本发明提供的pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶通过离子交联法制得，操作简便易行；产物为高分子阳离子聚合物，具有生物相容度高、毒性低和生物降解性好等特点，联合透明质酸本身具有的识别肿瘤细胞表面过度表达特定受体的能力，可以将抗癌药物靶向传递到肿瘤细胞内，另一方面有提高药物载体靶向性，使药物富集于肿瘤组织，从而更好地杀死肿瘤细胞。

本发明制备所述pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶的材料简单易得，具有普遍推广性。

本发明提供的pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶可以包载抗肿瘤药物并能够靶向CD44高表达肿瘤细胞，能够特异性地输送更多治疗药物至肿瘤部位发挥药效，有明显的治疗优势。

本发明提供的pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶能够靶向治疗乳腺癌、非小细胞肺癌、肝癌、膀胱癌、直肠癌、结肠癌、胃癌等实体癌种。不仅可以为肿瘤治疗提供了一个新方法，也为靶向载药系统研究指明了一种新思路。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

1)合成醛基化透明质酸(HAALD)

在室温通风橱下，用0.1M HCL将双蒸水的pH值调整为6.0；再称取1.5g透明质酸(HA)溶于150ml pH为6.0的双蒸水中；磁力搅拌转速在1000rpm条件下，24h使其充分溶解。再加入7.5ml、0.5mol/L的高碘酸钠溶液，室温(15-25℃)避光磁力搅拌3h后；加入20ml乙二醇对冲NaIO₄钝化1h终止反应；接着使用透析袋(截留分子量10kDa)透析3天，每8小时更换双蒸水一次。真空冻干至恒重，获得的产物即为HAALD。

2)合成N-羧乙基壳聚糖(CEC)

将20g CS置于1000ml去离子水，加入29.2ml丙烯酸，50℃恒温搅拌至CS充分溶解。用氢氧化钠将溶液调至pH至10后，将溶液注入透析袋(截留分子量6～8kDa)中，外水相为双蒸水，每天更换三次双蒸水，共透析3天；收集得到的产物。将透析后的溶液至于45℃的摇床上进行浓缩48h。真空冻干至恒重，获得的产物即为CEC。

3)合成pH响应和CD44受体靶向的双响应水凝胶HAALD@5-FU&CEC：

取步骤1)中制得的产物(HAALD)和5-氟尿嘧啶(5-FU)同时溶于双蒸水，浓度分别为25mg/ml和2mg/ml，室温超声功率100W下搅拌1h，得到HAALD@5-FU溶液，再取步骤2)中制得的产物(CEC)溶于双蒸水，浓度为30mg/ml，室温超声下搅拌至完全溶解，得到CEC溶液；

将上述HAALD@5-FU溶液及CEC溶液分别筛过孔径为0.22μm的滤菌膜，按体积比1:1.5将HAALD@5-FU与CEC溶液混合，获得pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶。

实施例2

1)合成醛基化透明质酸(HAALD)

2)合成N-羧乙基壳聚糖(CEC)

3)合成pH响应和CD44受体靶向的双响应水凝胶HAALD@5-FU&CEC：

取步骤1)中制得的产物(HAALD)和5-氟尿嘧啶(5-FU)同时溶于双蒸水，浓度分别为35mg/ml和4mg/ml，室温超声功率100W下搅拌1h，得到HAALD@5-FU溶液，再取步骤2)中制得的产物(CEC)溶于双蒸水，浓度为10mg/ml，室温超声下搅拌至完全溶解，得到CEC溶液；

将上述HAALD@5-FU溶液及CEC溶液分别筛过孔径为0.22μm的滤菌膜，按体积比1:2将HAALD@5-FU与CEC溶液混合，获得pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶。

实施例3

1)合成醛基化透明质酸(HAALD)

2)合成N-羧乙基壳聚糖(CEC)

3)合成pH响应和CD44受体靶向的双响应水凝胶HAALD@5-FU&CEC：

取步骤1)中制得的产物(HAALD)和5-氟尿嘧啶(5-FU)同时溶于双蒸水，浓度分别为40mg/ml和3mg/ml，室温超声功率100W下搅拌1h，得到HAALD@5-FU溶液，再取步骤2)中制得的产物(CEC)溶于双蒸水，浓度为20mg/ml，室温超声下搅拌至完全溶解，得到CEC溶液；

将上述HAALD@5-FU溶液及CEC溶液分别筛过孔径为0.22μm的滤菌膜，按体积比1:35将HAALD@5-FU与CEC溶液混合，获得pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶。

实验例1

醛基化透明质酸，N-羧乙基壳聚糖以及HAALD&CEC水凝胶的表征

对醛基化透明质酸，N-羧乙基壳聚糖、实施例1中制备的HAALD&CEC水凝胶冻干处理后进行表征。将样品放置于硅片上，随后喷金，用扫描电镜观察。结果如图5所示，根据图5中的C可以看出，HAALD&CEC水凝胶样品的孔隙约为100～350nm。

实验例2

HAALD&CEC水凝胶的细胞毒性

对实施例1中制备的HAALD&CEC水凝胶的细胞毒性进行测定。具体步骤为：

取P3代大鼠成纤维细胞(购自上海雅吉生物科技有限公司)，以1×10⁵个/孔接种于6孔板内超白盖玻片上，培养24h，细胞换液后加入HAALD&CEC水凝胶，覆盖细胞面积＞1/5进行共培养，分别于共培养24h、48h、72h后采用Live/Dead活死细胞染色试剂盒染色，再使用荧光显微镜观察，检测细胞毒性。

结果显示，使用490±10nm波长激发，活细胞为黄绿色，死细胞为红色。大鼠成纤维细胞在HAALD&CEC水凝胶中生长状态良好，24h、48h、72h后细胞均呈增殖状态。镜下黄绿色活细胞数量占绝对优势，形态正常形状呈梭形，相互接触，生长状态良好。可见本发明提供的HAALD&CEC水凝胶具有良好的生物相容性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述药物为5-氟尿嘧啶，所述醛基化透明质酸-药物溶液中5-氟尿嘧啶的浓度为1～5mg/ml。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述醛基化透明质酸-药物溶液中醛基化透明质酸的浓度为25～50mg/ml。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)将醛基化透明质酸、药物溶于水后，进行超声处理，所述超声处理的功率为80～120W，所述超声处理的时间为0.5～1.5h；所述超声处理过程中伴随搅拌。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述醛基化透明质酸的制备方法包括以下步骤：

S1)将透明质酸溶于pH为5.8～6.2的水中获得透明质酸溶液；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S1)中透明质酸和水的比例为1.5g:(100～200)ml。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高碘酸钠溶液的浓度为0.4～0.6mol/L，所述高碘酸钠溶液与步骤S1)中水的体积比为1：(15～25)。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述透明质酸溶液与高碘酸钠溶液混合反应的温度为15～25℃，时间为2～4h，所述混合反应的过程中进行避光搅拌。

9.权利要求1～8任意一项所述的制备方法制备获得的pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶。

10.权利要求9所述的pH和CD44受体靶向双响应释药水凝胶在制备靶向抗肿瘤药物中的应用。