专利名称：一种基于甘油为支化单元的新型两亲性可降解树枝状大分子为载体的抗肿瘤前药及制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种基于甘油为支化单元的新型两亲性可降解树技状 大分子为载体的抗肿瘤前药及制备方法。 技术背景
近年来，药物剂型的发展都与高分子密不可分。高分子材料在其中扮 演两个重要的角色充当药物的载体和赋予控制释放功能。目前作为药物 控制释放载体的高分子材料和药物分子结合形成了许多高分子药物控制释 放体系，即利用天然或合成的高分子化合物包埋药物或其它生物活性剂， 以使药物长效释放，或延长药物在体内循环时间，或使药物响应刺激信号 释放。作为理想的药物载体应该包括以下几个特点良好的生物相容性， 结构精确可控，分子量分布窄，低的毒性和免疫性，可生物降解性和有高 效的药物装载能力。目前作为药物载体的高分子材料如PEG虽然具有良好 的生物相容性和低的分子量分布，但是其端基官能化程度低，药物装载能 力低。而如HPMA等虽然也具有良好的生物相容性等，但是很难制备出分子
量分布窄的体系，阻碍了作为药物体系的效果的重复性，不具有良好的药 代动力学行为。而通常为了有高的药物装载能力而釆用的树枝状大分子如 PAMAM等存在着生物毒性强，生物性差，不可降解的缺点。这些都限制了其 作为药物载体的应用。而相对于传统的线型聚合物，树枝状大分子是一类 高规整度、三维结构的、具有纳米尺度的一类大分子。它们具有高度支化、 高度对称、单分散以及高表面官能团密度等很多独特的性质，呈现出其它 物质无法比拟的优点，因此在很多应用领域，尤其是在生物医学领域，受 到广泛的关注。树枝状大分子通过重复的逐步反应构建起来。而其构建方 法通常可分为发散法和收敛法，以及将上述两种方法结合起来使用的双向 合成法。树枝状大分子是一种真正的纳米级分子，其直径范围从G0代到G10代为1-13 nm。树枝状大分子的结构、大小、尺寸精确可控，而且通过不 平行控制可使树枝状大分子利用不同的反应同时连上药物及靶向基团。通 过构建反应可使树枝状大分子的内部形成巨大的疏水空间，而其表层结构 却是亲水性的。所有树枝状大分子的这些优点都为树枝状大分子作为药物 载体提供了得天独厚的条件。在药物领域的应用中，树枝状大分子至少具 有以下诸多方面的优势(l)具有特殊的表面形状、树枝状结构及表面可带 有正电荷，这些特点使其具有结合、浓缩和有效的将药物转运到多种细胞 的能力；(2)可设计成双亲性的(内部疏水，外层亲水)大分子，在水溶液中 有很高的溶解性并能稳定存在相当长的时间；(3)没有免疫原性，不会引起 细胞的免疫反应；(4)无遗传毒性且具有低细胞毒性，不会导致细胞的转化 与细胞死亡；(5)可在树枝状大分子外层接上靶向基团直达病变部位；(6) 本身具有抗菌性能或者抵抗或杀死某些病毒(包括HIV病毒)的作用。两亲 性聚合物的一个分子中同时含有亲水基团和亲油基团，从而使其具有既亲 油又亲水的特性。这种两亲性的聚合物在水溶液中可以通过自组装得到以 疏水部分为核亲水部分为壳的核壳结构的纳米粒子。两亲性聚合物的疏水 链段由于疏水相互作用聚集成纳米粒子的内核，亲水链段在外部形成纳米 粒子的外壳。自组装型树技状聚合物药物输送系统(self-assembling dendrimer drug delivery system)能选择性地聚集在肿瘤组织部位，树枝
状大分子的这些特性使其正在成为一种新型的药物载体以及非病毒基因转 移载体而引起人们的广泛关注，成为研究热点之一。中国专利CN 1502646 A 公开了一种树技状聚胺酯大分子及其合成方法，其以廉价的哌嗪、丙烯酰 氯和二乙醇胺为主要原料，通过简单的酰化和迈克尔加成得到外围官能团 为丙烯基或羟基的树枝状大分子，可以在材料、医学、化学等多方面进行 应用。中国专利CN 101039620 A公开了新的涉及治疗和诊断用树枝状大分
子，其涉及基于树枝状大分子的用于疾病诊断和疗法的多功能组合物和系 统，包括含一种或多种用于靶向、成像、传感、或提供治疗或诊断物质并 监测细胞或组织对疗法的反应的组分。中国专利CN 1629150A公开的可生 物降解的紫杉醇前药即是由聚乙二醇-脂肪族聚酯嵌段共聚物和紫杉醇键合而成。该前药具有两亲性，能够制成水基制剂，克服了现有紫杉醇制剂 水溶性差和过敏反应严重等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于甘油为支化单元的新型两亲性可降解树 枝状大分子为载体的抗肿瘤前药及制备方法。
本发明是通过如下方式实现的 一种基于甘油为支化单元的新型两亲 性可降解树枝状大分子为载体的抗肿瘤前药，两亲性树枝状大分子的亲水 段为聚乙二醇或聚乙二醇单甲醚；亲油段为一种基于甘油为支化单元并引 入羟基乙酸齐聚物、乳酸齐聚物、羟基乙酸和乳酸的交替齐聚物、羟基乙 酸或乳酸与氨基酸的交替齐聚物以及它们的共聚齐聚物而构筑的新型可生 物降解树枝状大分子；抗肿瘤药物分子以及它们的衍生物与两亲性树技状 大分子的亲油段的端羧基以酯键或酰胺键链接。 所述的新型两亲性树技状大分子结构通式为
Dendrimer(Gn)-PEG画Dendrimer(Gn)和MPEG- Dendrimer(Gn)
其中Dendrimer(Gn)表示树枝状大分子，Gn表示树枝状大分子的代数；
PEG代表聚乙二醇，MPEG代表聚乙二醇单甲醚。
所述的树枝状大分子的代数Gn为0~20代。
所述亲油段树枝状大分子为具有通式(I)的分枝重复单元结构；
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中1《nK100,m为整数，R表示齐聚物结构单元。 所述亲油段树枝状大分子通式U)中的R为羟基乙酸齐聚物、乳酸齐 聚物、羟基乙酸和乳酸的交替齐聚物、羟基乙酸或乳酸与氨基酸的交替齐 聚物以及它们的共聚齐聚物，其结构通式为UI):o
r = +ch2—c_0^~ \ 'x 、
-(nh-ch—
、 '为各类氨基酸通式
l《x+y+z<100， (Kx"OO， (Ky"OO， (Kz"00; 且x+y-0， x， y，z均为整数
所述的氨基酸包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯 丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸或赖氨酸。
所述亲水段为聚乙二醇或聚乙二醇单甲醚，分子量小于20000。 所键合的的药物分子，包括紫杉醇、多烯紫杉醇、阿霉素或喜树碱及 他们的衍生物。
一种基于甘油为支化单元的新型两亲性可降解树枝状大分子为载体的 抗肿瘤前药的制备方法，包括以下步骤
a )首先基于基团保护与脱保护的方法合成羟基乙酸齐聚物，乳酸齐 聚物，羟基乙酸和乳酸的交替齐聚物，羟基乙酸、乳酸与氨基酸的交替齐 聚物、以及它们的共聚齐聚物；
b)同样通过基团保护与脱保护的方法合成一种基于甘油和齐聚物的 新型AB2型单体；
c )将所得的新型AB2型单体与带羧基的聚乙二醇或聚乙二醇单甲醚， 在缩合剂存在下，通过收敛法或者发散法得到两亲性树枝状大分子；
d )将所述的两亲性树枝状大分子在脱去保护基团后，在缩合剂存在
下与抗肿瘤药物分子反应，得到一种基于甘油为支化单元的新型两亲性可
降解树枝状大分子为载体的抗肿瘤前药。
本发明主要是通过甘油为支化单元并引入羟基乙酸齐聚物，乳酸齐聚
_1
o
0=c
r-c
o
o=c
3 I
h h
clc
o
o=c物，羟基乙酸和乳酸的交替齐聚物，羟基乙酸、乳酸与氨基酸的交替齐聚 物、以及它们的共聚齐聚物构建了一种新型的树枝状大分子，连接聚乙二
醇或聚乙二醇单甲醚和各种抗癌药物形成前药体系；1、本发明具有良好生
物相容性、低的生物毒性、可降解的、分子量分布窄的两亲性树枝状大分 子，作为药物载体具有较大的药物装载量，并且通过把羟基乙酸齐聚物聚 物，乳酸齐聚物，氨基酸齐聚物，以及它们的共聚齐聚物引入到新型两亲 性树枝状聚合物结构中，很好地改善了药物载体材料的生物相容性及降解 性，同时通过调节齐聚物的聚合度和他们的化学组成，来调控他们在体内 的降解速度，实现对药物的释放速度的调控作用，具有很好的药物缓控释 作用，避免了肿瘤药物暴释对正常细胞造成的毒副作用。同时所得两亲性 可降解树枝状大分子分布比较窄，能够保证合成的前药的质量的稳定，确 保它的药代动力学和治疗效果(活性和毒性)重现性好。该前药具有两亲
性，因而可以制成水基制剂，大大改善了抗肿瘤药物的亲水性。2、本发明 以羟基乙酸齐聚物，乳酸齐聚物，羟基乙酸和乳酸的交替齐聚物，羟基乙 酸、乳酸与氨基酸的交替齐聚物、以及它们的共聚齐聚物为链段，制备了 一种两亲性可降解树枝状大分子，所合成的树枝状大分子带有大量的端羧 基，然后与抗肿瘤药物发生化学键合，大大增加了载体的载药量。用于药 物的可控传送，具有增强药物疗效，减少毒副反应的优点。由于羟基乙酸 齐聚物，乳酸齐聚物，羟基乙酸和乳酸的交替齐聚物，羟基乙酸、乳酸与 氨基酸的交替齐聚物、以及它们的共聚齐聚物引入到新型两亲性树技状聚 合物结构中，很好地改善了药物载体材料的生物相容性，同时通过调节齐 聚物的聚合度和他们的化学组成，来调控他们在体内的降解速度，实现对药物的释放速度的调控作用，具有很好的药物缓控释作用，避免了胂瘤药 物暴释对正常细胞造成的毒副作用。3、发明使用聚乙二醇或者聚乙二醇单 甲醚作为载体聚合物的另一个嵌段，它的高度亲水性使它成为胶束的外壳, 由于人体免疫系统对聚乙二醇不敏感，这种在聚乙二醇保护下的药物可以 在血液循环系统中滞留很长时间而不被免疫细胞吞噬，具有长期药效。当 与聚乙二醇键合的脂肪族聚酯降解后，很容易通过肾脏排出体外，而不在 体内积累。
图l:为本发明树技状聚合物核磁谱图
图2:为本发明树技状聚合物键接抗癌药物紫杉醇核磁谱图
图3:为本发明树枝状聚合物凝胶色谱图
图4:为本发明树枝状聚合物红外谱图
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明给予进一步说明。
实施例1:含羟基乙酸齐聚物的两亲性树枝状大分子紫杉醇前药的制备。
a)将9g羟基乙酸和350mL无水乙醚加入带磁力搅拌的500ml单口圆 底烧瓶中，待羟基乙酸完全溶解后，加入5.69mL溴化苄，12g催化剂，反 应24h。反应完成后，过滤，滤液用旋转蒸发仪浓缩，萃取后，得到产品 8. 5g，收率80. 7%。
b)将136g苯甲醛，102g丙三醇，20ml环己烷和催化剂加入到带磁力 搅拌和分水装置的500ml单口烧瓶中，IO(TC反应4. 5h,倒掉上层环己烷，体系加入150ml 二氯甲烷后分别用碱水溶液，饱和NaCl溶液，水分别萃取 三次。无水硫酸镁干燥，过滤。旋转蒸发浓缩有机溶剂，重结晶三次得到 缩醛保护1， 3位羟基的甘油。将10g前步产物，8ml溴化苄，100ml 二氯 甲烷和4.5g碱加入250ml单口圆底烧瓶中，反应24h后，过滤掉反应产生 的沉淀后，旋转蒸发浓缩有机溶剂，重结晶三次。得到节基保护2位羟基， 缩醛保护l， 3位羟基的化合物1。
c) 将10g化合物l， 100ml乙醇，5%盐酸水溶液加入到带磁力搅拌装 置的500ml的单口烧瓶中，反应10h后，旋转蒸发除去，乙醇，水，苯甲 醛后，加入100ml 二氯甲烷后过滤掉沉淀。旋转蒸发除去溶剂，得到2-节 氧基丙二醇。将2g 2-苄氧基丙二醇，6g溴乙酸叔丁酯，50ml二氯甲烷， 1.6g碱加入带磁力搅拌装置的250ml单口圆底烧瓶中，反应24h后，过滤 掉沉淀，旋转蒸发浓缩溶剂，以石油醚乙酸乙酯为展开剂，过柱分离。 得到窄基保护羟基，叔丁基保护羧基的单体2。
d) 将5g单体2， 5g钯碳和50ml乙酸乙酯加入带有磁力撹拌和氢气进 口装置的三口瓶中，排尽空气后，通入氢气剧烈搅拌。反应4h后，滤掉钯 碳，用旋转蒸发仪浓缩溶剂，得到端基为羟基叔丁基保护羧基的单体3 3.2g， 收率94.1%。将2g单体3， 2.4g—端端基为溴原子， 一端为羧基的齐聚物， 100ml无水二氯甲烷加入250ml圆底烧瓶中，待完全溶解后，加入2. 4g缩 合剂，反应24h后，过滤沉淀，旋转蒸发浓缩溶剂，以石油醚乙酸乙酯 为展开剂走柱分离，得到支化单体4。
f)将lg 2-节氧基丙二酸，0. 7g KHC03和20ml四氢^^喃加入带冷凝回 流和磁力搅拌装置的100ml圆底烧瓶中，加入支化单体4，回流反应24h后，过滤掉反应产生的沉淀，以石油醚乙酸乙酯展开剂走柱分离，得到端羟
基被保护的二代树枝状大分子。将二代树枝状大分子釆用d所述方法，可
得到一端羟基被键接上了齐聚物的的二代树枝状大分子。
g)重复f所述步骤，可以得到三代，四代树枝状大分子。树枝状大分 子最核心部分应该键接上带羟基，而不是带溴的齐聚物。
h将lg端羧基化的MPEG, lg树技状大分子，50ml二氯甲烷，加入带磁力 搅拌的250ml圆底烧瓶中，带完全溶解后，加入0. 08g缩合剂。反应24h 后，过滤沉淀，旋转蒸发浓缩溶剂，用无水乙醚沉淀，得到白色两亲性树 枝状大分子，真空干燥。其结构表征见核磁谱图(图l)说明该聚合物已成 功合成。将0. 5g两亲性树技状大分子，5ml酸，5ml 二氯甲烷依次加入到 100ml圆底烧瓶中，反应2h后，旋转蒸发除去二氯甲烷，酸，用无水乙醚 沉淀，得到白色产物，真空干燥。
i)在100ml的三口瓶中，加入l. 5g聚合物，0. 5g紫杉醇，溶于20ml 二氯甲烷中，在冰洛条件下加入O. 15g缩合剂，然后室温下反应24小时。 反应完毕后，过滤掉生成的沉淀，浓缩溶剂至lml,加入100ml无水乙醚， 得到白色沉淀，室温下真空干燥。把所得沉淀重新溶于二氯甲烷中，然后 浓缩至1 ml,然后加入100ml异丙醇进行冷冻结晶，减压过滤，得到白色
固体，并用乙醚洗涤，室温下真空干燥。得到载有紫杉醇的可生物降解两 亲性树枝状大分子。其结构表征见核磁谱图(图2 )和红外谱图(图4 ).分 子量分布曲线见图3，说明该聚合物前药已成功合成。
实施例2:含羟基乙酸和乳酸交替齐聚物的两亲性树枝状大分子紫杉醇 前药的制备。a) 将2g 2-苄氧基丙二醇，6g 2-溴丙酸叔丁酯，50ml二氯甲烷，1. 6g 碱加入带磁力搅拌装置的250ml单口圆底烧瓶中，反应24h后，过滤掉沉 淀，旋转蒸发浓缩溶剂，以石油醚乙酸乙酯为展开剂，过柱分离。得到 节基保护羟基，叔丁基保护羧基的单体。
b) 将5g乳酸，3.8g碱加入到带磁力搅拌、冷凝回流装置的250ml的 单口烧瓶中，成盐反应4h后，加入5.6g溴乙酸叔丁酯，回流反应24h后， 过滤反应产生的沉淀。浓缩溶剂，以石油醚乙酸乙酯为展开剂，过柱分 离。得到交替二聚体。
c )将1.5g交替二聚体，1.2g溴乙酸，20ml无水二氯甲烷，0.79g缩 合剂依次加入带磁力搅拌的100ml的单口烧瓶中，冰浴反应5~6分钟，室 温反应24小时。过滤除去脲盐，过柱分离。将得到交替三聚体5g， 20ml 二 氯甲烷，20ml三氟乙酸，分别加入100ml圆底烧瓶中，反应25h后，旋转 蒸发除去二氯甲烷，三氟乙酸。得到带羧基的交替的三聚体。 其它步骤与实施例l相同。
实施例3:含羟基乙酸和甘氨酸交替齐聚物的两亲性树技状大分子紫杉 醇前药的制备。
a)羟基乙酸甘氨酸齐聚物的制备(以四聚为例)在250ml单口烧瓶中 加入等量的芴甲氧羰酰基(Fmoc)保护的甘氨酸与溴乙酸叔丁酯，100ml无 水四氢呋喃，完全溶解后，加入等摩尔量碱成盐，及催化剂，回流反应。 反应结東，柱层析分离，得白色固体(叔丁基保护羧基的Fmoc保护氨基的 羟基乙酸甘氨酸二聚体)。取这种二聚体各5g，分别用100m哌嚏/DMF溶液 脱去Fmoc基团，羟基乙酸甘氨酸二聚体。b )a所述的羟基乙酸羟基乙酸甘氨酸二聚体与溴乙酸等量溶于无水二 氯甲烷，再加入等量缩合剂，冰洛反应，反应结東，柱层析分离，得白色 晶状固体(叔丁基保护羧基的含溴的羟基乙酸甘氨酸三聚体)。取这种三聚 体5g,用三氟乙酸/二氯甲烷溶液脱去叔丁基保护基团，得到端基为溴的羟 基乙酸甘氨酸三聚体。
其它步骤与实施例l相同。
实施例4:含羟基乙酸齐聚物的两亲性树枝状大分子喜树碱前药的制备 取树枝状带羧基聚酯7g，喜树碱O. 05g， 150ml 二氯甲烷，0. 93g缩合 剂，室温反应24小时。反应结東后，过滤除掉脲盐，浓缩四氢呋喃。缓慢 滴加到无水乙醚中，静置，过滤得到载有喜树碱的可生物降解两亲性树技 状大分子。
其它步骤与实施例l相同。
权利要求
1.一种基于甘油为支化单元的新型两亲性可降解树枝状大分子为载体的抗肿瘤前药，其特征在于两亲性树枝状大分子的亲水段为聚乙二醇或聚乙二醇单甲醚；亲油段为一种基于甘油为支化单元并引入羟基乙酸齐聚物、乳酸齐聚物、羟基乙酸和乳酸的交替齐聚物、羟基乙酸或乳酸与氨基酸的交替齐聚物以及它们的共聚齐聚物而构筑的新型可生物降解树枝状大分子；抗肿瘤药物分子以及它们的衍生物与两亲性树枝状大分子的亲油段的端羧基以酯键或酰胺键链接。
2.根据权利要求1所述的一种基于甘油为支化单元的新型两亲性可降解树枝状大分子为载体的抗肿瘤前药，其特征在于所述的新型两亲性树技状大分子结构通式为Dendrimer(Gn)-PEG- Dendrimer(Gn)和MPEG- Dendrimer(Gn)其中Dendrimer(Gn)表示树枝状大分子，Gn表示树枝状大分子的代数；PEG代表聚乙二醇，MPEG代表聚乙二醇单甲醚。
3. 根据权利要求2所述一种基于甘油为支化单元的新型两亲性可降解 树枝状大分子为载体的抗肿瘤前药，其特征在于所述的树枝状大分子的 代数Gn为0~20代。
4. 根据权利要求1所述的一种基于甘油为支化单元的新型两亲性可降 解树枝状大分子为载体的抗肿瘤前药，其特征在于所述亲油段树技状大 分子为具有通式(I)的分枝重复单元结构；<formula>formula see original document page 2</formula>其中KiiK100，m为整数，R表示齐聚物结构单元'
5.根据权利要求4所述的一种基于甘油为支化单元的新型两亲性可降 解树枝状大分子为载体的抗肿瘤前药，其特征在于所述亲油段树枝状大分子通式U)中R为羟基乙酸齐聚物、乳酸齐聚物、羟基乙酸和乳酸的交替齐聚物、羟基乙酸或乳酸与氨基酸的交替齐聚物以及它们的共聚齐聚物,其结构通式为(n):<formula>formula see original document page 3</formula>\ z 次来為fet磁通士y" na"穴文、处叹哭>、l《x+y+z<100, (Kx"OO， (Ky《100， (Kz<100; 且x+y^0， x， y,z均为整数。
6、 根据权利要求1所述的一种基于甘油为支化单元的新型两亲性可 降解树枝状大分子为载体的抗肿瘤前药，其特征在于所述的氨基酸包括 甘氨酸，丙氨酸，缬氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，苯丙氨酸，天冬氨酸，谷 氨酸，赖氨酸。
7. 根据权利要求1所述一种基于甘油为支化单元的新型两亲性可降 解树枝状大分子为载体的抗肿瘤前药，其特征在于所述亲水段为聚乙二 醇或聚乙二醇单甲醚，分子量小于20000。
8. 根据权利要求1所述一种基于甘油为支化单元的新型两亲性可降解 树枝状大分子为载体的抗肿瘤前药，其特征在于所键合的的药物分子， 包括紫杉醇、多烯紫杉醇、阿霉素或喜树碱以及他们的衍生物。
9. 根据权利要求l所述的一种基于甘油为支化单元的新型两亲性可降 解树枝状大分子为载体的抗肿瘤前药的制备方法，包括以下步骤a )首先基于基团保护与脱保护的方法合成羟基乙酸齐聚物，乳酸齐聚物，羟基乙酸和乳酸的交替齐聚物，羟基乙酸、乳酸与氨基酸的交替齐聚物、以及它们的共聚齐聚物；b)同样通过基团保护与脱保护的方法合成一种基于甘油和齐聚物的 新型AB2型单体；c)将所得的新型AB2型单体与带羧基的聚乙二醇或聚乙二醇单甲醚， 在缩合剂存在下，通过收敛法或者发散法得到两亲性树枝状大分子；d)将所述的两亲性树枝状大分子在脱去保护基团后，在缩合剂存在下与抗肿瘤药物分子反应，得到一种基于甘油为支化单元的新型两亲性可降解树枝状大分子为载体的抗肿瘤前药。
全文摘要
本发明提供一种基于甘油为支化单元的新型两亲性可降解树枝状大分子为载体的抗肿瘤前药及制备方法。该新型可生物降解两亲性树枝状大分子是基于甘油及羟基乙酸齐聚物，乳酸齐聚物，羟基乙酸和乳酸的交替齐聚物，羟基乙酸、乳酸与氨基酸的交替齐聚物、以及它们的共聚齐聚物和聚乙二醇或聚乙二醇单甲醚而构筑的。所得树枝状聚合物在缩合剂的存在下与抗肿瘤药物，进行键合反应，得到抗肿瘤药物的前药，很好地改善了药物载体材料的生物相容性，同时通过调节齐聚物的聚合度和他们的化学组成，来调控他们在体内的降解速度，实现对药物的释放速度的调控作用，具有很好的药物缓控释放作用，避免了肿瘤药物暴释对正常细胞造成的毒副作用。
文档编号A61K47/48GK101618220SQ20091004352
公开日2010年1月6日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者军 付, 力 张, 张海良, 张雪飞, 钟冠群 申请人:湘潭大学