CN1687197A - 两亲三嵌段共聚物纳米粒及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了聚(2，2－二甲基－三亚甲基碳酸酯)－聚乙二醇－聚(2，2－二甲基－三亚甲基碳酸酯)纳米粒及其制法和用途。本发明以聚乙二醇引发5，5－二甲基－三亚甲基碳酸酯单体开环聚合合成了两亲三嵌段共聚物，并制得相应的核－壳型纳米粒。这种核/壳结构的纳米粒，聚乙二醇形成的溶剂化外壳包围着疏水性链段聚集成的核，它能够有效底防止蛋白质的吸附和避免纳米粒被网状内皮系统吞噬，延长聚合物纳米粒在体内的循环时间，保证有足够量的药物到达人体病灶部位，提高生物利用度。

Description

两亲三嵌段共聚物纳米粒及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及新型两亲三嵌段共聚物纳米粒，即聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)-聚乙二醇-聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)纳米粒及其制备方法和用途。
背景技术
纳米技术的发展使得药物剂型的研究进入一个新的阶段，纳米控制释放载体在给药时能显著延长药效、降低毒性、提高活性和生物利用度。并且通过一定的化学或生物修饰，可以把药物运送到特定的组织细胞内进行释放，而在其它部位不释放，实现主动靶向释药。
具有嵌段或接枝结构的两亲性共聚物，由于亲水链段和疏水链段在介质中的溶解性的差异，在水中能够自发地形成纳米尺寸的、窄分布的、具有核/壳结构的胶束，其中亲水链段形成的溶剂化外壳包围着疏水性链段聚集成的核。两亲性聚合物胶束在药物控制释放、定位靶向释放等方面展现出优良的性能，具有巨大的应用前景。与微球相比，这种核/壳结构的纳米胶束作为药物载体有其独特的优势：
(1)直接形成了亲水表面，能够防止蛋白质的吸附和避免被网状内皮系统吞噬，延长聚合物纳米粒子在体内的循环时间(GrefR；et al.Polym.Int.1999，48，251)；
(2)与小分子表面活性剂相比，聚合物的临界胶束浓度很低，在水溶液中离解速度慢，因此药物可在载体内停留较长时间，保证有足够量的药物到达人体病灶部位(Langer R；et al.Science 1994，263，1600)；
(3)易于进行表面修饰，带上具有专一识别功能的基团或物质，实现主动靶向给药(a：Kataoka K；et al.Colliods Surf B：Biointerfaces 1999，16，135.b：Kataoka K；et al.Maromolecules1999，32，8024)。
目前，以聚乙二醇为亲水链段，聚乳酸及其与乙醇酸共聚物、聚己内酯为疏水链段的两亲嵌段共聚物研究的最为广泛。但是聚乳酸和聚己内酯在降解过程中遵循本体降解，导致药物的释放以扩散为主，从而产生暴释效应。而表面溶蚀材料在降解过程中材料的质量逐渐减少，而分子量不发生变化，即主链不断裂。同时药物释放速度正比于聚合物的溶蚀速度。这消除了药物大量进入血液的可能性，增加了体系的安全性。
脂肪族聚碳酸酯具有优良的生物可降解性、生物相容性及力学机械性能。它的降解过程为表面溶蚀机理，降解产物为中性二元醇和CO2，无酸性物质产生。目前已被广泛用于手术缝合线、药物控释载体及体内植入材料。
目前国内外尚未有两亲三嵌段共聚物聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)-聚乙二醇-聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)的药物缓释性能的研究报道。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种两亲三嵌段共聚物聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)-聚乙二醇-聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)纳米粒及其制备方法和用途，所得两亲三嵌段共聚物纳米粒具有良好的缓释效果，释放初期没有暴释现象。同时在释放过程中没有酸性物质的产生，增强了药物的稳定性，可广泛用作脂溶性药物的传递载体。
本发明所采用的技术措施：
两亲三嵌段共聚物聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)-聚乙二醇-聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)纳米粒，其结构式为：
Figure A20051001856800041
数均分子量为8000～74000，其中n＝90～455、m+x＝30～539，粒径为50～280nm，zeta电位为-5～-22mV。
上述两亲三嵌段共聚物纳米粒的制备方法，将两亲三嵌段共聚物聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)-聚乙二醇-聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)溶于有机溶剂，然后透析，再冷冻干燥得到两亲三嵌段共聚物纳米粒。
上述有机溶剂为四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜，透析时间为24～72小时。
上述两亲三嵌段共聚物聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)-聚乙二醇-聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)在催化剂作用下，由聚乙二醇引发5，5-二甲基-三亚甲基碳酸酯单体开环聚合得到。
上述催化剂为异辛酸亚锡、异丙醇铝或异丁醇铝。
上述单体与催化剂的摩尔比为2000∶1～500∶1；聚乙二醇与单体的重量百分比为5％～50％。
上述聚乙二醇的分子量为4,000～20,000。
上述两亲三嵌段共聚物聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)-聚乙二醇-聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)纳米粒作为药物控制释放载体的应用。
所制两亲三嵌段共聚物在水溶液中的临界胶束浓度是参照文献以荧光探针法测得(Wilhelm M；et al.Macromolecules 1991，24，1033)。
所制两亲三嵌段共聚物纳米粒及载药纳米粒的结晶情况经广角X射线衍射仪测定。
所制两亲三嵌段共聚物载药纳米粒的形态由透射电镜观察。
所制两亲三嵌段共聚物纳米粒及载药纳米粒的体外细胞毒性实验是参照文献以MTT比色法进行(Langer R；et al.Bioconjugate Chem.2003，14，979)。
共聚物纳米粒的尺寸和zeta电位由Zeta电势及粒度分析仪测定。
所制两亲三嵌段共聚物载药纳米粒的体外释药性能实验是以5-氟尿嘧啶为模型，在磷酸缓冲溶液(pH7.4，0.1M)于37℃下进行。
两亲三嵌段聚合物的结构经红外光谱(FT-IR)，核磁氢谱(1H NMR)证实。
两亲三嵌段聚合物的数均分子量和多分散系数由凝胶渗透色谱(GPC)测定，淋洗剂为N，N-二甲基甲酰胺，标样为窄分布聚乙二醇。
两亲三嵌段聚合物的热力学性质由示差扫描量热仪(DSC)表征，测量温度范围为20℃～150℃，升温速率为10℃/min。
本发明首次制备了聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)-聚乙二醇-聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)纳米粒，系统研究了共聚物胶束在水溶液中的性质，测定了两亲共聚物的胶束浓度及胶束的大小和分布。共聚物疏水链段憎水性的提高，降低了两亲共聚物在水中的临界胶束浓度。另一方面，脂肪族聚碳酸酯在降解过程中是表面溶蚀机理，这消除了药物大量进入血液的可能性，增加了体系的安全性。药物被缓慢地从纳米粒中释放出来，消除了暴释效应。同时，脂肪族聚碳酸酯的降解为中性二元醇和CO2，无酸性物质产生。这种核/壳结构的纳米粒，聚乙二醇形成的溶剂化外壳包围着疏水性链段聚集成的核，它能够有效底防止蛋白质的吸附和避免纳米粒被网状内皮系统吞噬，延长聚合物纳米粒在体内的循环时间，保证有足够量的药物到达人体病灶部位，提高生物利用度。
附图说明
图1为本发明所制共聚物在水溶液中的荧光发射图；
图2为本发明所制共聚物水溶液浓度与荧光强度的关系图；
图3为本发明所制共聚物纳米粒的X-射线衍射图；
图4为本发明所制共聚物纳米粒的透射电镜图；
图5为本发明所制共聚物纳米粒的细胞毒性图；
图6为本发明所制共聚物纳米粒的体外释药曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实例对本发明的技术方案作进一步的说明：
实施例一：
两亲三嵌段共聚物的制备：称0.0264克聚乙二醇(分子量为6000)和0.2890克5，5-二甲基-三亚甲基碳酸酯加入到经硅烷化处理的干燥的聚合管中，再将0.1％摩尔比的异辛酸亚锡无水甲苯溶液经注射器移入聚合管，体系进行抽真空-充氮气过程反复3次，以除去溶剂，真空封管，将其放入150℃恒温油浴中反应16小时。反应结束后，将所得聚合物溶于二氯甲烷，倾入甲醇中重沉淀。聚合物在40℃下真空干燥得到白色固体即为两亲三嵌段共聚物。产率81.7％，数均分子量74000，多分散指数1.44。
称10毫克上述两亲三嵌段共聚物溶于2毫升N，N-二甲基甲酰胺中，将此溶液转移至透析袋内，用1升蒸馏水透析。前12小时每隔3小时换一次水，24小时后取出。溶液经0.45μm滤器过滤，以除去聚集体，而后冷冻干燥得到两亲三嵌段共聚物纳米粒。产率53.2％，粒径261.7±5.9nm，zeta电位-19.7±2.1mV。
有机溶剂：四氢呋喃、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜，72小时，开环聚合反应10、16、48小时，单体与催化剂的摩尔比2000∶1、500∶1及中间值，聚乙二醇的分子量4,000、20,000及中间值，聚乙二醇与单体的重量百分比5％、50％及中间值。
实施例二：
称0.0564克聚乙二醇(分子量为6000)和0.2848克5，5-二甲基-三亚甲基碳酸酯加入到经硅烷化处理的干燥的聚合管中，再将0.1％摩尔比异辛酸亚锡无水甲苯溶液经注射器移入聚合管，体系进行抽真空-充氮气过程反复3次，以除去溶剂，真空封管，将其放入150℃恒温油浴中反应16小时。反应结束后，将所得聚合物溶于少量二氯甲烷，倾入大量甲醇中重沉淀。聚合物在40℃下真空干燥得到白色固体即为两亲三嵌段共聚物。产率50.9％，数均分子量33000，多分散指数1.37。
称10毫克上述两亲三嵌段共聚物溶于2毫升N，N-二甲基甲酰胺中，将此溶液转移至透析袋内，用1升蒸馏水透析。前12小时每隔3小时换一次水，24小时后取出。溶液经0.45μm滤器过滤，以除去聚集体，而后冷冻干燥。产率49.1％，粒径137.6±10.7nm，zeta电位-13.7±1.5mV。
实施例三：
称0.1295克聚乙二醇(分子量为6000)和0.3022克5，5-二甲基-三亚甲基碳酸酯加入到经硅烷化处理的干燥的聚合管中，再将0.1％摩尔比的异辛酸亚锡无水甲苯溶液经注射器移入聚合管，体系进行抽真空-充氮气过程反复3次，以除去溶剂，真空封管，将其放入150℃恒温油浴中反应16小时。反应结束后，将所得聚合物溶于少量二氯甲烷，倾入大量甲醇中重沉淀。聚合物在40℃下真空干燥得到白色固体即为两亲三嵌段共聚物。产率59.6％，数均分子量19000，多分散指数1.51。
称10毫克上述两亲三嵌段共聚物溶于2毫升N，N-二甲基甲酰胺中，将此溶液转移至透析袋内，用1升蒸馏水透析。前12小时每隔3小时换一次水，24小时后取出。溶液经0.45μm滤器过滤，以除去聚集体，而后冷冻干燥。产率50.2％，粒径110.3±13.9nm，zeta电位-12.4±1.9mV。
实施例四：
称0.3035克聚乙二醇(分子量为6000)和0.2857克5，5-二甲基-三亚甲基碳酸酯加入到经硅烷化处理的干燥的聚合管中，再将0.1％摩尔比异辛酸亚锡无水甲苯溶液经注射器移入聚合管，体系进行抽真空-充氮气过程反复3次，以除去溶剂，真空封管，将其放入150℃恒温油浴中反应16小时。反应结束后，将所得聚合物溶于少量二氯甲烷，倾入大量甲醇中重沉淀。聚合物在40℃下真空干燥得到白色固体即为两亲三嵌段共聚物。产率57.0％，数均分子量13000，多分散指数1.36。
称10毫克上述两亲三嵌段共聚物和2毫升N，N-二甲基甲酰胺中，将此溶液转移至透析袋内，用1升蒸馏水透析。前12小时每隔3小时换一次水，24小时后取出。溶液经0.45μm滤器过滤，以除去聚集体，而后冷冻干燥。产率62.1％，粒径65.6±10.2nm，zeta电位-8.3±1.1mV。
实施例五：
称0.1295克聚乙二醇(分子量为4000)和0.3022克5，5-二甲基-三亚甲基碳酸酯加入到经硅烷化处理的干燥的聚合管中，再将0.2％摩尔比的异丁醇铝无水甲苯溶液经注射器移入聚合管，体系进行抽真空-充氮气过程反复3次，以除去溶剂，真空封管，将其放入120℃恒温油浴中反应24小时。反应结束后，将所得聚合物溶于少量二氯甲烷，倾入大量甲醇中重沉淀。聚合物在40℃下真空干燥得到白色固体即为两亲三嵌段共聚物。产率62.6％，数均分子量13900，多分散指数1.41。
称10毫克上述两亲三嵌段共聚物溶于2毫升N，N-二甲基乙酰胺中，将此溶液转移至透析袋内，用1升蒸馏水透析。前12小时每隔3小时换一次水，48小时后取出。溶液经0.45μm滤器过滤，以除去聚集体，而后冷冻干燥。产率63.2％，粒径142.6±17.8nm，zeta电位-15.4±0.9mV。
实施例六：
称0.0564克聚乙二醇(分子量为15000)和0.2848克5，5-二甲基-三亚甲基碳酸酯加入到经硅烷化处理的干燥的聚合管中，再将0.05％摩尔比异丙醇铝无水甲苯溶液经注射器移入聚合管，体系进行抽真空-充氮气过程反复3次，以除去溶剂，真空封管，将其放入150℃恒温油浴中反应10小时。反应结束后，将所得聚合物溶于少量二氯甲烷，倾入大量甲醇中重沉淀。聚合物在40℃下真空干燥得到白色固体即为两亲三嵌段共聚物。产率51.8％，数均分子量63000，多分散指数1.35。
称10毫克上述两亲三嵌段共聚物溶于2毫升二甲基亚砜中，将此溶液转移至透析袋内，用1升蒸馏水透析。前12小时每隔3小时换一次水，48小时后取出。溶液经0.45μm滤器过滤，以除去聚集体，而后冷冻干燥。产率59.4％，粒径97.6±8.9nm，zeta电位-11.7±1.5mV。
实施例七：
称0.3035克聚乙二醇(分子量为20000)和0.2857克5，5-二甲基-三亚甲基碳酸酯加入到经硅烷化处理的干燥的聚合管中，再将0.1％摩尔比异丙醇铝无水甲苯溶液经注射器移入聚合管，体系进行抽真空-充氮气过程反复3次，以除去溶剂，真空封管，将其放入140℃恒温油浴中反应48小时。反应结束后，将所得聚合物溶于少量二氯甲烷，倾入大量甲醇中重沉淀。聚合物在40℃下真空干燥得到白色固体即为两亲三嵌段共聚物。产率70.3％，数均分子量39400，多分散指数1.36。
称10毫克上述两亲三嵌段共聚物溶于2毫升四氢呋喃中，将此溶液转移至透析袋内，用1升蒸馏水透析。前12小时每隔3小时换一次水，72小时后取出。溶液经0.45μm滤器过滤，以除去聚集体，而后冷冻干燥。产率54.9％，粒径50.1±9.7nm，zeta电位-5.6±1.1mV。
本发明还可用其他分子量的聚乙二醇代替上述实施例中的聚乙二醇，用其他催化剂代替上述实施例中的催化剂。限于篇幅，本发明的实施例不再穷举。
实施例八：
两亲三嵌段共聚物的临界胶束浓度测定：将125毫克实施例二所制共聚物溶解在4毫升的四氢呋喃里，缓慢滴加到10毫升蒸馏水中。室温下搅拌5分钟后，于20℃下减压除去四氢呋喃，将所剩溶液稀释至25毫升，得到浓度为5.0g/L的聚合物水溶液。再将其逐步稀释，使聚合物浓度范围在10-5～5.0g/L。
将少量9-氯甲基蒽的二氯甲烷溶液移至10毫升容量瓶里，待溶剂全部挥发后，加入不同浓度的聚合物水溶液。在37℃下振荡平衡3小时后，冷却至室温，静置过夜。荧光探针的浓度为6×10-6M。用荧光分析仪在激发波长为367nm，发射波长为414nm，狭缝为5nm条件下测定聚合物水溶液的荧光强度。结果如图1、2所示。从图中可清楚的看出，胶束的形成引起荧光探针在水溶液中的溶解度增大，从而表现为荧光强度增强。
实施例九：
载药共聚物纳米粒的制备：称10毫克实施例一所制共聚物和1毫克5-氟尿嘧啶溶解于2毫升N，N-二甲基甲酰胺中，将此溶液转移至透析袋内，用1升蒸馏水透析。前12小时每隔3小时换一次水，24小时后取出。溶液经0.45μm滤器过滤，以除去聚集体，而后冷冻干燥。产率37.0％，粒径285.3±14.3nm，zeta电位-21.9±1.7mV。
实施例十：
称10毫克实施例二所制共聚物和1毫克5-氟尿嘧啶溶解于2毫升N，N-二甲基甲酰胺中，将此溶液转移至透析袋内，用1升蒸馏水透析。前12小时每隔3小时换一次水，24小时后取出。溶液经0.45μm滤器过滤，以除去聚集体，而后冷冻干燥。产率46.7％，粒径167.0±25.8nm，zet2电位-15.1±2.2mV。
实施例十一：
称10毫克实施例三所制共聚物和1毫克5-氟尿嘧啶溶解于2毫升N，N-二甲基甲酰胺中，将此溶液转移至透析袋内，用1升蒸馏水透析。前12小时每隔3小时换一次水，24小时后取出。溶液经0.45μm滤器过滤，以除去聚集体，而后冷冻干燥。产率50.5％，粒径126.0±17.8nm，zeta电位-13.5±1.5mV。
实施例十二：
称10毫克实施例四所制共聚物和1毫克5-氟尿嘧啶溶解于2毫升N，N-二甲基甲酰胺中，将此溶液转移至透析袋内，用1升蒸馏水透析。前12小时每隔3小时换一次水，24小时后取出。溶液经0.45μm滤器过滤，以除去聚集体，而后冷冻干燥。产率41.2％，粒径80.1±19.7nm，zeta电位-8.0±0.7mV。
本发明还可用其他有机溶剂代替上述实施例中的溶剂。限于篇幅，本发明的实施例不再穷举。
实施例十三：
共聚物纳米粒与载药纳米粒的结晶测试：分别将实施例二和实例十所制共聚物纳米粒置入样品架上，用广角X-射线衍射仪室温下测定，采用Ni-filtered Cu Kα射线，电压设为40KV，电流为30mA，扫描速度为4°/min。结果如图3所示。对比衍射图(图3)可知，药物被均匀地分散在纳米粒的内部。
实施例十四：
载药共聚物纳米粒的形态观察：在100毫升无水乙醇中加入0.5毫克实施例十所制共聚物纳米粒子，超声波振荡2分钟。再加入2wt％的磷钨酸，将镀Formvar膜的铜网在此悬浊液中浸泡1分钟后取出，真空干燥，在透射电镜下观察粒子的形貌。结果如图4所示。
实施例十五：
共聚物纳米粒与载药纳米粒的体外细胞毒性测试：实验前48小时将HEK293细胞(100μl/孔)以4400细胞/孔的密度种到96孔板中，并于5％CO2培养箱37℃中培养。取实例二所制聚合物纳米粒或实例十所制载药纳米粒，超声分散于完全DMEM培养基中，过滤灭菌，再用培养基稀释成不同浓度的高分子溶液，然后各取100μl加入预先种有HEK293细胞的96孔板中(对照组不加高分子溶液，加入100μl DMEM)，继续培养24小时后，然后每孔加入四甲基偶氮唑盐(MTT)溶液(5mg/ml)10μl，于37℃培养4小时。每孔再加入100μl 10％含SDS的DMF/H2O(1∶1)溶液，静置10小时。用酶标仪测定570nm的吸收，根据与对照的吸光值的比值计算细胞相对存活率。结果如图5所示。
实施例十六：
载药共聚物纳米粒的体外释药测试：称取100毫克的实施例九～十二所制共聚物纳米粒和2毫升的磷酸缓冲溶液(PBS，0.1M，pH＝7.4)加入透析袋中，再将透析袋置于25毫升PBS中。37℃恒温振荡，每隔一定时间取样，用紫外可见光谱仪测定264nm处药物的浓度，并根据标准曲线计算药物的累积释放量。结果如图6所示。

Claims (10)

1.两亲三嵌段共聚物纳米粒，其结构式为：
Figure A2005100185680002C1
数均分子量为8000～74000，其中n＝90～455、m+x＝30～539，粒径为50～280nm，zeta电位为-5～-22mV。
2.权利要求1所述两亲三嵌段共聚物纳米粒的制备方法，其特征是：将两亲三嵌段共聚物聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)-聚乙二醇-聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)溶于有机溶剂，然后透析，再冷冻干燥得到两亲三嵌段共聚物纳米粒。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是：有机溶剂为四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜，透析时间为24～72小时。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征是：在催化剂作用下，由聚乙二醇引发5，5-二甲基-三亚甲基碳酸酯单体开环聚合反应10～48小时，合成得到两亲三嵌段共聚物聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)-聚乙二醇-聚(2，2-二甲基-三亚甲基碳酸酯)。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：催化剂为异辛酸亚锡、异丙醇铝或异丁醇铝。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：开环聚合以本体聚合方式进行，本体聚合反应在120～150℃，真空条件下进行。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：单体与催化剂的摩尔比为2000∶1～500∶1。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：聚乙二醇的分子量为4,000～20,000。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：聚乙二醇与单体的重量百分比为5％～50％。
10.权利要求1所述两亲三嵌段共聚物纳米粒作为药物控制释放载体的应用。
CNB2005100185687A 2005-04-18 2005-04-18 两亲三嵌段共聚物纳米粒及其制备方法和用途 Expired - Fee Related CN1299776C (zh)

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