一种侧链含双硫五元环功能基团的碳酸酯聚合物在制备药物控制释放载体中的应用
【专利说明】一种侧链含双硫五元环功能基团的碳酸酯聚合物在制备药物 控制释放载体中的应用
[00011 本发明是申请号为201410231049.8、申请日为2014年5月28日、发明名称为"侧 链含双硫五元环功能基团的碳酸酯聚合物及其应用"的专利的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种生物可降解聚合物材料的应用，具体涉及一种侧链含双硫五元环 功能基团的碳酸酯聚合物在制备药物控制释放载体中的应用，属于医药材料领域。
【背景技术】
[0003] 生物可降解聚合物具有非常独特的性能，例如它们通常具有良好的生物相容性， 能在体内降解，降解产物可被人体吸收或通过人体正常生理途径排出体外，而被广泛应用 于生物医学的各个领域，如手术缝合线、骨固定器械、生物组织工程支架材料、和药物控制 释放载体等。其中，合成的生物可降解聚合物由于其免疫原性较低、其性能含如降解性能和 机械性能等均可方便得到控制等而尤其受到关注。合成的生物可降解聚合物主要有脂肪族 聚酯、聚碳酸酯、聚氨基酸、聚磷酸酯、聚酸酐、聚原酸酯等。其中，聚碳酸酯如聚三亚甲基环 碳酸酯（PTMC)和脂肪族聚酯如聚乙交酯（PGA)、聚丙交酯（PLA)、丙交酯-乙交酯共聚物 (PLGA)、聚己内酯（PCL)等是最常用的生物可降解聚合物，已获得美国食品药物管理部门 (FDA)的许可。
[0004] 但是，现有的生物可降解聚合物如PTMC、PCL、PLA和PLGA等结构比较单一，缺乏可 用于修饰的官能团，往往难以提供循环稳定的药物纳米载体或是稳定的表面修饰涂层。
[0005] 聚碳酸酯的降解产物主要是二氧化碳和中性的二元醇，不产生酸性降解产物。其 中功能性环状碳酸酯单体可以和很多环酯类单体，如GA、LA和ε-CL等，以及其它环状碳酸酯 单体共聚，得到不同性能的生物可降解聚合物。
[0006] 另外，现有技术中，在开环聚合过程中，环碳酸酯单体结构中的活泼基团易反应， 因此在由单体制备功能性环状碳酸酯聚合物时都需要通过保护和脱保护步骤，这导致制备 过程繁琐。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是，提供一种侧链含双硫五元环功能基团的碳酸酯聚合物的应用。
[0008] 为达到上述目的，本发明具体的技术方案为： 一种侧链含双硫五元环功能基团的碳酸酯聚合物在制备药物控制释放载体中的应用； 所述侧链含双硫五元环功能基团的碳酸酯聚合物的化学结构式为：
所述侧链含双硫五元环功能基团的碳酸酯聚合物的分子量为3000~70000 Da。
[0009] 上述技术方案中，侧链含双硫五元环功能基团的碳酸酯聚合物分子链上含有双硫 五元环功能基团的环碳酸酯单体的单元数为4~50。
[0010] 上述侧链含双硫五元环功能基团的碳酸酯聚合物可以在引发剂存在下，在溶剂 中，由含双硫五元环功能基团的环状碳酸酯单体开环聚合得到，或者由含双硫五元环功能 基团的环状碳酸酯单体和其他环酯单体、环碳酸酯单体开环聚合得到;所述其他环碳酸酯 单体包括三亚甲基环碳酸酯(TMC)，所述其他环酯单体包括己内酯（ε-CL)、丙交酯(LA)或 乙交酯(GA)。
[0011] 所沭含双硫五元环功能基团的环状碳酸酯单体的化学结构式如下：
其可以通过以下步骤制备得到： (1)将一水和硫氢化钠 (NaSH · H2O)溶解在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，将二溴新戊二 醇用恒压滴液漏斗缓慢滴加，50°C件下反应48小时，反应结束后，反应物减压蒸馏除去溶剂 DMF，然后用蒸馏水稀释，用乙酸乙酯萃取四次，最后有机相旋蒸得到黄色粘稠状化合物A; 所述化合物A的化学结构式如下：
(2) 将化合物A保存在四氢呋喃溶液中，在空气中氧化24小时，得到化合物B，所述化合 物B的化学结构式如下：
(3) 氮气气氛中，将化合物B与氯甲酸乙酯溶解在干燥过的四氢呋喃中，然后用恒压滴 液漏斗缓慢滴加三乙胺，在冰水浴中反应4小时，反应结束后，过滤，滤液经旋转浓缩，再用 乙醚进行3-5次重结晶，得到黄色晶体，即含双硫五元环功能基团的环状碳酸酯单体。
[0012] 上述环碳酸酯单体在二氯甲烷中可以以聚乙二醇为引发剂、双(双三甲基硅基)胺 锌为催化剂开环聚合，形成嵌段聚合物，其反应式如下：
上述侧链含有双硫五元环功能基团的碳酸酯聚合物具有可生物降解性，可制备得到纳 米粒子(粒径20-250纳米），进而可以装载抗癌药物；聚合物纳米粒子可以在催化量的还原 剂如二硫代苏糖醇或谷胱甘肽催化下形成稳定的化学交联、在体内长循环，但进入细胞后 在细胞内大量还原性物质存在环境下会快速解交联，释放出药物，高效杀死癌细胞。
[0013] 同时，上述侧链含双硫五元环功能基团的碳酸酯聚合物形成化学交联得到交联纳 米载体后，在该交联纳米载体表面可以偶联肿瘤细胞特异性靶向分子如RGD多肽、核酸适配 子、抗体、叶酸或乳糖等，能够大大增加纳米药物在癌细胞中的摄取量。
[0014] 上述侧链含双硫五元环功能基团的碳酸酯聚合物具有可生物降解性，可制备生物 组织支架，聚合物在催化量的还原性物质，例如二硫代苏糖醇或谷胱甘肽存在环境下，可以 促使聚合物可逆交联之后通过静电纺丝制备成纤维，此类纤维经过修饰后可以很好的粘附 细胞，经过交联可以大大增强纤维的稳定性，使其在组织部位更稳定，避免了支架不稳定易 解离的弊端。
[0015] 由于上述方案的实施，本发明与现有技术相比，具有以下优点： 1.本发明首次利用含双硫五元环功能基团的环状碳酸酯单体通过活性可控开环均聚 合或和其他碳酸酯单体、环酯单体的共聚合得到分子量可控、分子量分布较窄的碳酸酯聚 合物，由于硫硫五元环基团不影响环碳酸酯单体的开环聚合，因此聚合过程无需现有技术 中的保护和脱保护过程，简化了操作步骤。
[0016] 2.本发明公开的侧链含双硫五元环功能基团的碳酸酯聚合物具有优异的生物可 降解性，可用于控制药物释放体系，可制备肿瘤靶向的还原敏感可逆交联的纳米药物载体， 支持体内长循环，在癌细胞高富集的细胞内快速解交联，释放出药物，高效特异性地杀死癌 细胞。
[0017] 3.本发明公开的环碳酸酯单体制备简单，由其可以方便的开环聚合得到侧链含 双硫五元环功能基团的碳酸酯聚合物;该聚合物可进一步进行自组装用于控制药物释放体 系、组织工程和生物芯片涂层，在生物材料方面，具有良好的应用价值。
【附图说明】
[0018] 图1为实施例二中聚合物PEG5k-P(CDC2.5k-c〇-CL3.9k)的核磁谱图； 图2为实施例十三中聚合物P(CDC-co-CL) (6 · 21k)-PEG(0 · 5k)-P(CDC-c〇-CL) (6 · 21k) 的核磁谱图； 图3为实施例十五中聚合物PEG5k-b-P⑶C2.8k纳米粒子粒径分布图； 图4为实施例十六中聚合物PEG5k-b-PCDC2.8k交联纳米粒子高度稀释粒径变化图； 图5为实施例十六中聚合物PEG5k-b-PCDC2.8k交联纳米粒子在还原性物质谷胱甘肽存 在下粒径变化图； 图6是实施例十六中聚合物PEG5k-b-PCDC2.8k交联纳米粒子对Raw264.7和MCF-7细胞 的毒性结果图； 图7为实施例十七中载有阿霉素的聚合物PEG5k-b-PCDC2.8k交联纳米粒子的体外释放 结果； 图8是实施例十七中载药的聚合物PEG5k-b-PCDC2.8k交联纳米粒子对Raw264.7和 MCF-7细胞的毒性结果图； 图9是实施例十八中聚合物PEG5k-P(CDC3.2k-c〇-TMBPEC3.5k)交联纳米粒子粒径分 布图及电子投射显微镜图片图； 图10是实施例十八中聚合物PEG5k-P(CDC3.2k-c〇-TMBroC3.5k)交联纳米粒子对 Raw264.7细胞的毒性结果图； 图11是实施例十九中包载阿霉素的聚合物PEG5k-P (CDC3.2k-c〇-TMBPEC3.5k)交联纳 米粒子对Raw264.7细胞的毒性结果图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述： 实施例一含双硫五元环功能基团的环状碳酸酯单体(CDC)的合成
1、一水合硫氢化钠(28.25 g，381.7 mmol)溶在400 mL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，50 °〇加热至完全溶解，逐滴加入二溴新戊二醇(20 g，76.4 mmol)，反应48小时。反应物减压蒸 馏除去溶剂DMF，然后用200mL蒸馏水稀释，用250 mL乙酸乙酯萃取四次，最后有机相旋蒸得 到黄色粘稠状化合物A，产率:70%; 2、 溶解在400 mL的四氢呋喃(THF)中的化合物A在空气中放置24小时，分子间巯基氧化 成硫硫键，得到化合物B，产率;>98%; 3、 在氮气保护下，化合物B(11.7 g，70.5 mmol)溶于干燥过的THF(150 mL)中，搅拌至 完全溶解。接着冷却到〇°C，加入氯甲酸乙酯（15.65 mL，119.8 mmol )，然后逐滴加入Et3N (22.83 mL，120.0 mmol)。待滴加完毕后，该体系在冰水浴条件下继续反应4 h。反应结束 后，过滤掉产生的Et3N ·Η(：1，滤液经旋转浓缩，最后用乙醚进行多次重结晶，得到黄色晶 体，即含双硫五元环功能基团的环状碳酸酯单体(⑶C)，产率:64%。
[0020] 实施例二两嵌段侧链含双硫五元环功能基团的碳酸酯聚合物PEG5k_P(⑶C2.5k_ c〇-CL3.9k)的合成 在氮气环境下，0.28 g(1.46 mmoDCDC单体和0.4 g(3.51 mmol)的己内酯（ε-CL)溶在 3 mL二氯甲烧中，加入密封反应器里，然后加入分子量5000的聚乙二醇0.5 g(0.1 mmol) 和0 · I mo I /L的催化剂双(双三甲基硅基)胺锌的二氯甲烷溶液(0 · I mo I /L)，接着把反应器 密封好，转移出手套箱，放入40°C油浴中反应1天后，用冰乙酸终止反应，在冰乙醚中沉淀， 最终经过过滤、真空干燥得到产物侧链含双硫五元环功能基团的碳酸酯聚合物PEG5k-P
[0021] 式中，m=113.6，x=34.2，y=13.0，n=47.2。
[0022] 附图1为上述聚合物的核磁图谱。1!1匪1?(400 1取，〇0(：13):1.40(111，-COCH2CH2CH2CH2CH2-),