CN1332718C - 硅胶载体蛋白a免疫吸附材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到用于血液净化的硅胶载体蛋白A免疫吸附材料及其制备方法和应用。公开了一种活化硅胶与蛋白A的偶联高分子材料，该材料是以硅胶为基质，采用卤代烷基三卤化硅为活化剂和偶联试剂，反应得卤烷基硅胶活化剂，再与蛋白A端位的氨基偶联，将蛋白A以共价键方式固定在硅胶载体上。该材料的合成方法简便、工艺路线短、制备安全；其物理、化学性质稳定，蛋白A偶联密度高，对免疫抗体的吸附效率高，降低了生产和使用成本。

Description

硅胶载体蛋白A免疫吸附材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及医学领域的血液净化材料，即硅胶载体蛋白A免疫吸附材料的制备方法。

背景技术

血液净化是近年出现的新的临床治疗方法，主要是通过清除存在于血液中的致病物质及代谢毒素实现治疗疾病的目的。葡萄球菌蛋白A能特异性地与人体免疫球蛋白，特别是与免疫球蛋白IgG结合。大量的临床证据表明，蛋白A吸附柱能有效地清除血液中的免疫球蛋白，对因免疫球蛋白的质的改变及量的增多导致的疾病如自身免疫性疾病有很好的治疗效果。

免疫吸附疗法是血液净化的重要方法，是近年来兴起的一种治疗疑难病症的新方法，其特征是通过在体外建立的人体血液循环支路使血液通过免疫吸附柱吸附除去患者血液中的致病物质，净化人体内环境，达到治疗疾病的目的。免疫吸附柱中含有的免疫吸附材料可与血液中的致病物质(如免疫球蛋白IgG)特异结合，而对血液中的其它成分则无损害。蛋白A(protein A)是某些金黄色葡萄球菌细胞壁上的一种蛋白质，其氨基末端有4个高度类同的Fc结合区，可与人血浆中的抗体及其免疫复合物的Fc段特异结合，蛋白A与抗体及其免疫复合物结合后又可被pH 2.3-2.5的酸性溶液解离。由于免疫吸附疗法是直接从血液中去除致病物质，其疗效显著，副作用小，是一个具有广泛应用前景的治疗方法。免疫吸附治疗的关键是免疫吸附柱的研制，具体的说就是免疫吸附柱中免疫吸附材料的制备。

为了得到机械性能稳定的蛋白A免疫吸附材料，必须将蛋白A端位氨基或端位羧基通过化学键偶联于载体材料(即骨架)上才能制备成吸附材料。目前，临床上使用的蛋白A免疫吸附材料采用的载体材料主要是琼脂糖凝胶、硅胶、聚乙烯醇、聚丙烯酸等。文献报道的蛋白A与载体的连接一般采用蛋白A的端羰基咪唑、氨烷基三甲(或乙)氧基硅等。由于溴化氰是剧毒物质，合成过程对人体和环境危害较大；并且用溴化氰方法偶联的蛋白基团容易脱落，所以这一合成工艺不甚理想。氨烷基三乙氧基硅与硅胶偶联法，制备工艺复杂。

贾凌云发明了用琼脂糖凝胶制备蛋白A免疫吸附材料的新方法(申请号：01106107.3，公开号：CN1367181A)，其采用二羰基咪唑活化法，载体材料仍为琼脂糖凝胶。虽然该法剔除了剧毒物质溴化氰，其制备和使用都更安全，但其制备过程经过四步化学反应才合成吸附材料，原理如下：

(a)琼脂糖凝胶与N，N-二羰基咪唑反应形成含有咪唑氨基甲酸盐的活性琼脂糖凝胶；

(b)咪唑氨基甲酸盐的活性琼脂糖凝胶与二氨基二丙基胺反应形成二氨基二丙基(DAPDA)的琼脂糖凝胶；

(c)二氨基二丙基(DAPDA)的琼脂糖凝胶与戊二醛反应形成含醛基活性基团的琼脂糖凝胶；

(d)含醛基活化基团的琼脂糖凝胶与蛋白A反应形成蛋白A吸附材料。

该法制备路线长、方法复杂，因此得到的吸附材料价格昂贵。另外琼脂糖凝胶机械稳定性能、耐酸碱性能差，过柱速度慢，吸附柱复用次数少，使用成本高；

发明内容

本发明的目的在于提供一种无毒、无害、机械稳定性和热稳定性以及化学稳定性能更好的硅胶载体蛋白A吸附材料。

本发明的另一目的是提供一种反应路线较短、操作简便、原材料易得的上述吸附材料的制备方法。

本发明的再一目的是提供上述吸附材料在血液净化中的应用。

硅胶是一种硅酸凝胶，具有大的比表面积，优良的机械稳定性、热稳定性和动力学特性。硅胶载体蛋白A免疫吸附材料，是选择一种既可与硅胶上羟基偶联又可与蛋白A偶联的偶联活化试剂，以增加材料上与蛋白A偶联的强度，提高材料的化学稳定性和吸附性能，从而减少临床应用的副作用，提高临床效果。

本发明的技术方案是：一种硅胶载体蛋白A吸附材料是一种活化硅胶与蛋白A的偶联高分子材料具有如下的结构：

其中氧剩余键可与氢连接，也可能与硅连接，或与另一个烷基硅连接。其由

代表硅胶表面的硅氧键，-CH₂(CH₂)_n-为C3～18的直链烷撑基，优选C3～6；

为蛋白A。

上述硅胶材料由以下方法获得：以硅胶为基质，采用卤代烷基三卤化硅为活化剂和偶联试剂，将蛋白A以共价键方式固定在硅胶载体上，具体是：

1、用含单分子水膜的硅胶与卤烷基三卤化硅反应得到卤烷基硅胶活化剂；

硅胶含水量为1％～5％(重量比)，优选方案2％～3.5％(重量比)，最佳方案3.0％(重量比)，即硅胶含水1.67mmol/g。

卤烷基三卤化硅X₃SiCH₂(CH₂)_nY优选方案X、Y为Cl、Br，最佳方案为：

X＝Cl，Y＝Br。卤烷基三卤化硅与单分子水膜的硅胶反应配比为与硅胶含水量等摩尔比。

吸附性能与n的关系：n越大，硅胶表面烷基化率就越低，偶联蛋白A密度也越低。n越小，硅胶表面烷基化就越高，偶联蛋白A密度也越高。由于蛋白A是一个具有42000分子量的大分子，与其特异性结合的抗体及其复合物是几十万到上百万分子量的更大分子，蛋白A要保持其吸附能力，需要保证与固体材料键合后，其空间立体结构不变形，同时大分子抗体及其免疫复合物与蛋白A的接触也需要有足够的空间，蛋白A免疫吸附材料的微环境对其吸附能力的影响很大。如果在材料表面与蛋白A之间加入一定长度的桥联臂，使蛋白A与材料表面保持一定的距离，将保证其立体空间结构不变，使固定化后的蛋白A有很好的柔性和足够的空间，有利于与抗体和免疫复合物的键合，材料上蛋白A吸附效率的提高，使得在免疫吸附柱吸附容量一定的情况下，蛋白A的用量减少，其特异性吸附也更好。桥联臂分子的长度对材料上固定的蛋白A活性影响很大，桥联臂过短，不利于蛋白A活性的发挥；桥联臂过长易发生折叠现象，并且，偶联密度低。本发明选择方案为n＝2～17，优选方案为n＝2～5的中等长度的桥联臂为最适，并且原料易得。本发明选择溴丙基三氯化硅、氯丙基三氯化硅、溴丁基三氯化硅、溴己基三氯化硅作锚定剂。

2、卤烷基硅胶活化剂与蛋白A(

)的反应制备硅胶偶联蛋白A吸附材料，反应式：

反应性能与Y的关系：

蛋白A与烷基化的硅胶反应活性取决于Y，Y＝Cl时，反应活性低，不利于蛋白A与硅胶的偶联。Y＝I，试剂昂贵，本发明最佳方案为Y＝Br，反应活性适中，原料易得。未反应的溴活性基，可用乙醇胺或二乙醇胺取代。

蛋白A与烷基化硅胶的配比：由于蛋白A价格昂贵，材料的主要成本取决于蛋白A，因此反应时配比应根据应用时的要求及使用成本确定。本发明推荐方案为卤烷基硅胶与蛋白A的重量比为10～3∶1，优选5∶1。

本发明的基本原理是：Fischer和Rosenberg等(USP：5695882，USP：5997748)提出了一种硅胶烷基化合成路线，其方法是首先用酸清洗硅胶表面，随后湿润硅胶，使硅胶表面覆盖单分子水膜。再用短链的锚定剂溴烷基三氯化硅(如：Cl₃SiCH₂(CH₂)₂Br)等与硅胶表面作用，形成溴烷基硅胶活化剂。溴烷基上的碳原子与硅胶表面的硅原子以共价键结合，化学性质稳定。本发明是利用Fischer和Rosenberg等人的方法合成卤素烷基硅胶活化剂(1)再与蛋白A反应得到硅胶偶联蛋白A吸附材料(2)。

基于以上叙述，本发明的显著优势和效果是：

(1)选用硅胶作为蛋白A吸附材料的载体，并用卤烷基三氯化硅作偶联试剂，简化了合成工艺，增加了可与蛋白A键合的活性基团的含量，提高了单位体积吸附抗体的数量；也增加了蛋白A与硅胶偶联的稳定性；

(2)通过在硅胶活性材料表面和蛋白A之间引入一定长度的烷基桥联臂，为蛋白A与抗体及抗体抗原复合物的结合创造了足够的空间，改善了材料的微环境，从而提高了蛋白A的活性和对抗体的结合效率，减少了蛋白A的用量，降低了生产成本；

(3)硅胶偶联蛋白A免疫吸附材料机械稳定性能、化学稳定性能好，过柱速度快，吸附效率高。

以上的优势在临床治疗上将表现为降低病人的治疗费用，同时治疗时间缩短，安全性、可靠性增加。体外血浆吸附试验表明，本发明的硅胶载体蛋白A免疫吸附材料对免疫抗体IgG具有特异性吸附。

具体实施例

以下详述本发明的最佳实施例：

实施例1：

单分子水膜硅胶的制备

在装有温度计、机械搅拌器、冷凝器的1000ml三口烧瓶中，加入粉状硅胶(粒径50～150μm)100g，1mol/L硝酸400ml，在搅拌下加热回流6小时；冷却后过滤，并用去离子水洗涤至滤液呈中性。然后用400ml甲醇洗涤，抽干后，在120℃干燥2～4小时，冷却备用。

将上述制备的干燥硅胶摊开于玻璃器皿中，并置于饱和溴化钠的潮湿空气中15小时左右称量，重量增加3.0％左右时停止吸水，即可用于下步反应。

实施例2：

溴丙基硅胶的制备

在装有机械搅拌器的干燥500ml三口烧瓶中，放入150ml干燥正己烷和21g商品试剂溴丙基三氯化硅(83mmol)，搅匀后加入51.5g吸水硅胶(吸水量83mmol)，室温搅拌1小时。真空排除产生的HCl，继续反应10小时，过滤。每次用150ml正己烷洗涤三次，真空干燥3小时后，产物在110℃烘烤2小时。得溴丙基化硅胶约54.5g(每克含溴丙基活化基团0.55mmol)，转化率36.0％。

实施例3：

氯丙基硅胶的制备

在装有机械搅拌器的干燥500ml三口烧瓶中，放入150ml干燥正己烷和17.6g商品试剂氯丙基三氯化硅(83mmol)，搅匀后加入51.5g吸水硅胶(吸水量83mmol)，室温搅拌1小时。真空排除产生的HCl，继续反应10小时，过滤。每次用150ml正己烷洗涤三次，真空干燥3小时后，产物在110℃烘烤2小时。得氯丙基化硅胶约53.3g(每克含氯丙基活化基团0.58mmol)，转化率37.7％。

实施例4

硅胶偶联蛋白A吸附材料的制备

(1)溴丙基化硅胶与蛋白A的偶联：在装有搅拌器、温度计及冷凝器的500ml三口烧瓶中，加溴丙基化硅胶50g(含溴丙基活化基27.5mmol)，加入0.1mol/L的磷酸缓冲液300ml，pH值控制在8.0～8.5范围内，加入10g蛋白A。在25℃恒温反应12小时以上，回收未反应的蛋白A，再加入乙醇胺10ml反应3小时停止反应，过滤。用0.1mol/L的磷酸缓冲液，每次用200ml洗涤三次。蒸馏水每次100ml洗涤三次，甲醇浸泡洗涤一次，过滤，室温真空干燥。得到53.5g硅胶偶联吸附材料，每克含蛋白A 0.065克。

(2)氯丙基化硅胶与蛋白A的偶联：在装有搅拌器、温度计及冷凝器的500ml三口烧瓶中，加氯丙基化硅胶50g(含氯丙基活化基29.0mmol)，加入0.1mol/L的磷酸缓冲液300ml，pH值控制在8.0～8.5范围内，加入10g蛋白A。在25℃恒温反应12小时以上，回收未反应的蛋白A，再加入乙醇胺10ml反应3小时停止反应，过滤。用0.1mol/L的磷酸缓冲液，每次用200ml洗涤三次。蒸馏水每次100ml洗涤三次，甲醇浸泡洗涤一次，过滤，室温真空干燥。得到52.7g硅胶偶联吸附材料，每克含蛋白A 0.051克。

实施例5：

硅胶载体偶联蛋白A免疫吸附柱的血浆吸附实验

将上述方法合成的硅胶载体蛋白A免疫吸附材料50g，放入烧杯中用生理盐水浸泡1小时再装于φ20×100mm的柱中，用生理盐水充分冲洗柱子。再将100ml人体血浆经过吸附柱，过柱速度为20ml/min，生理盐水洗脱柱中血浆直到在280nm的吸收值为零。用0.2mol/L，pH＝2.3甘氨酸-HCl缓冲液洗脱柱中吸附的抗体及其免疫复合物，收集洗脱液。吸附柱再用约150ml的平衡缓冲液平衡柱子，用约150ml的生理盐水冲洗掉平衡缓冲液，再生过程完毕。经测定，洗脱液中吸附物主要为抗体。吸附柱经50次吸附、洗脱、再生后，吸附效率未发现显著变化。

Claims (9)

1、硅胶载体蛋白A免疫吸附材料，是一种活化硅胶与蛋白A的偶联高分子材料，具有如下的结构：

其中：

代表硅胶表面的硅氧键结构，-CH₂(CH₂)_n-为C3～18的直链烷撑基，为蛋白A。

2、权利要求1所述的硅胶载体蛋白A免疫吸附材料，其中-CH₂(CH₂)_n-为C3～6的直链烷撑基。

3、权利要求1或2所述的硅胶载体蛋白A免疫吸附材料的制备方法，其特征是：以硅胶为基质，采用卤代烷基三卤化硅为活化剂和偶联试剂，将蛋白A以共价键方式固定在硅胶载体上，具体是：

(1)、用含单分子水膜的硅胶与卤烷基三卤化硅反应得到卤烷基硅胶活化剂；

X₃SiCH₂(CH₂)_nY中X、Y为卤素；

(2)、卤烷基硅胶活化剂与蛋白A(

)的端位氨基偶联反应制备硅胶偶联蛋白A吸附材料：

4、权利要求3所述的硅胶载体蛋白A免疫吸附材料的制备方法，其中硅胶含水量重量比为1％～5％。

5、权利要求4所述的硅胶载体蛋白A免疫吸附材料的制备方法，其中硅胶含水量重量比为2％～3.5％。

6、权利要求3所述的硅胶载体蛋白A免疫吸附材料的制备方法，其中卤烷基三卤化硅X₃SiCH₂(CH₂)_n Y中X为Cl，Y为Br，并且卤烷基三卤化硅与单分子水膜的硅胶反应配比为与硅胶含水量等摩尔比。

7、权利要求3～6之一所述的硅胶载体蛋白A免疫吸附材料的制备方法，其中卤烷基硅胶活化剂与蛋白A的重量比为3～10∶1。

8、权利要求7所述的硅胶载体蛋白A免疫吸附材料的制备方法，其中卤烷基硅胶活化剂与蛋白A的重量比为5∶1。

9、权利要求1～2之一所述的硅胶载体蛋白A免疫吸附材料在血液净化中的应用。