一种超支化hpma共聚物-dox偶联物及其制备方法和应用
【专利摘要】本发明公开了一种超支化N?(2?羟丙基)甲基丙烯酰胺（HPMA）共聚物?DOX偶联物及其制备方法和应用，属于生物材料领域。本发明采用一步RAFT聚合成功制备了一种超支化HPMA共聚物?DOX偶联物。所述偶联物中阿霉素（DOX）通过pH敏感键与超支化HPMA共聚物相连,所述超支化HPMA共聚物骨架中含有可降解的片段。所述偶联物具有良好的生物相容性，具有pH敏感和酶敏感的双敏感特性，作为智能给药系统可以形成纳米粒子在肿瘤部位高度聚集，并在肿瘤微环境下快速释放药物、降解成低分子量片段，从而提高抗肿瘤效果的同时保证良好的生物安全性，在肿瘤的治疗中具有广阔的应用前景。
【专利说明】
一种超支化HPMA共聚物-DOX偶联物及其制备方法和应用
技术领域
[0001] 本发明属于生物材料领域，特别涉及一种超支化HPM共聚物-DOX偶联物及其制备 方法和应用。 技术背景
[0002] 乳腺肿瘤是排名第一的女性常见恶性肿瘤，且发病率在我国呈逐年上升趋势，寻 求有效的治疗手段已成为当前最紧迫任务之一。目前，临床上针对乳腺肿瘤的用药主要为 小分子抗肿瘤药物，但存在对正常组织和器官的毒副作用大、抗肿瘤效率低等缺陷。纳米药 物控释系统具有被动革G向肿瘤以及通过实体瘤的高通透性和滞留效应（enhanced permeability and retention effect，EPR效应)在肿瘤部位聚集等特点，有效改善化疗药 物给药途径，提高抗肿瘤效率，同时降低了药物毒性。特别是基于脂质(脂质体)和聚合物药 的物输送系统(NDDSs)，如，聚合物纳米粒子、胶束和枝状载体，作为癌症化疗有潜在的治疗 效果。
[0003] N-(2-羟丙基）甲基丙烯酰胺(HPMA)聚合物以其良好的水溶性、无致免疫性、体内 血液循环系统中的高稳定性和良好的生物相容性等特点，引起了国际上将其作为药物载体 的广泛关注和研究，并有一些药物控释系统已经进入了临床前试。前期研究表明，基于HPMA 聚合物纳米载药系统的抗肿瘤效果与载药系统的分子量和粒径大小相关，分子量越高的 HPMA聚合物的载药系统显示出越好的抗肿瘤效果。然而，HPMA聚合物药物控释系统临床应 用的最大障碍是HPM聚合物的不可降解性。
[0004] -种有效而安全的纳米药物控释系统除了具有良好的生物降解性以外还应该在 溶液中具有适合分子量和三维结构，以及多价态和均一性。另外基于线形聚合物和支状聚 合物的药物控释系统由于其独特的拓扑结构以及良好的物化性能，也都被设计合成以提高 抗癌药物治疗效果。近来，基于支状聚合物的纳米药物控释系统，如星形聚合物，超支化聚 合物以及树状聚合物，作为癌症治疗的一种新型的纳米药物运输载体已经被广泛的研究。 而星形大分子可以通过将线形HPM聚合物与聚酰胺-胺(PAMAM)树状分子偶联合成，它能显 著提高EPR效应，进而提高治疗效果。基于此类星形大分子的药物控释系统由于其多支化特 征，可以明显提高抗癌效果。然而，星形HPMA大分子-DOX聚合物的合成并不容易，需要涉及 到单体的合成，聚合物官能团的修饰，PAMM树状大分子表面的修饰，功能化PAMAM树状大分 子聚合物的偶联，多步的提纯等，合成需要一个多步的过程和提纯，产率很低。这些多的合 成步骤将导致无法大规模的合成。另外，阳离子PAMAM树状大分子是非生物降解的，这也将 导致潜在的副作用。
【发明内容】
[0005] 本发明针对上述问题，结合树支状聚合物以及HPMA聚合物的特点，采用RAFT聚合 反应一锅法合成了一种超支化HPMA共聚物，其与抗肿瘤药物DOX偶联，获得超支化HPMA-DOX 偶联物(branched polyHPMA copolymer-DOX conjugate)。所述偶联物具有良好的生物相 容性，具有pH敏感和酶敏感的双敏感特性，作为智能载药递送系统可以形成纳米粒子在肿 瘤部位可以高度聚集，并在肿瘤微环境下快速释放药物、降解成低分子量片段，从而提高抗 肿瘤效果，在肿瘤的治疗中具有广阔的应用前景。
[0006] 本发明通过以下技术方案来实现：
[0007] 一种超支化HPMA共聚物-DOX偶联物，包括所述超支化HPMA共聚物和抗肿瘤药物阿 霉素(DOX)，所述DOX通过pH敏感键与超支化HPMA共聚物相连，所述超支化HPMA共聚物骨架 中含有可降解的片段。与线性多聚合物的载药系统相比，支状聚合物具有三维球状结构，较 低的溶解性，较小的流体半径，提高了多功能化，增加了 EPR效应可以增强肿瘤治疗系数。 HPMA聚合物的合成具有灵活性，可以有效的偶联抗癌药物，所述超支化HPMA共聚物具有较 高的分子量，可以形成纳米粒子，通过EPR效应在肿瘤部位高度聚集从而实现被动靶向，同 时所述PH敏感键可在肿瘤组织和细胞中较低的pH条件下发生断裂，从而释放出抗肿瘤药物 达到杀死肿瘤细胞的目的；同时所述含有可降解的短肽GFLG片段在肿瘤组织和细胞特定的 环境下发生降解使超支化HPMA共聚物降解成低分子量(低于肾小球过滤阈值50KDa)片段， 从而顺利的排出体外。
[0008] 高度支化的结构和潜在自组装行为促使所述偶联物形成结构紧密纳米粒子，所述 偶联物粒径约IOOnm，满足EPR效应所需的纳米系统粒径30-150nm的要求，因此，此超支化纳 米载药系统可在肿瘤部位高度聚集。
[0009] 作为可选方式，所述偶联物粒径具有电负性。带负电荷的纳米载药系统可以避免 巨吞噬细胞的吞噬、减少非特异性的相互作用、减弱与血清蛋白的相互作用，因此，带负电 荷的纳米载药系统可以在血液循环中稳定存在。
[0010] 作为可选方式，在上述偶联物中，所述PH敏感键为腙键。采用腙键连接使得所述偶 联物可在pH约为7.4的血液循环中可以稳定存在，在pH=4.0~6.0显酸性的溶酶体中可以 快速释放DOX药物。
[0011] 作为可选方式，在上述偶联物中，所述超支化HPMA共聚物骨架中含有酶敏感的四 肽GFLG(Gly-Phe-Leu-Gly)。肽段GFLG在溶酶体组织蛋白酶的作用下可降解，且此酶在肿瘤 内皮细胞和大多数肿瘤细胞中过量表达，将可降解的片段GFLG引入了共聚物主链，一方面 可以使所述超支化HPMA共聚物具有较高的分子量(可超过IOOkDa)，从而提高抗癌效果，另 一方面，肽段GFLG在溶酶体组织蛋白酶的作用下降解使偶联物可降解为低分子量的片段(〈 50kDa)，方便经肾排出体外，有效降低副作用。
[0012] 作为可选方式，在上述偶联物中，所述超支化HPMA共聚物的支链与支链之间的骨 架中含有组织蛋白酶B敏感的肽段GFLG。通过在部分侧枝骨架中加入GFLG，一方面更加有利 于所述偶联物在溶酶体组织蛋白酶的作用下充分降解才低分子量片段而排出体外，同时， 更有利于偶联物由结构紧密纳米粒子转变成松散的片段，使pH敏感键更容易与周围的酸性 环境接触并发生断裂，从而释放出药物分子。
[0013] 作为可选方式，在上述偶联物中，所述超支化HPMA共聚物是以HPMA和MA-GG-NHNHBoc为单体，以MA-GFLG-CTA为链转移剂，以MA-GFLGK-MA为交联剂共聚形成的超支化共 聚合物。加入M-GFLGK-M可以形成超支化聚合物。
[0014] 作为可选方式，所述偶联物中的结构式为：
[0015]
[0016] 作为可选方式，在上述偶联物中，所述超支化HPMA共聚物中各支链的平均分子量 小于50kDa。
[0017] 本发明还提供了上述的偶联物的制备方法，包括以下制备步骤：
[0018] (1)采用RAFT-步反应制备超支化HPMA共聚物；
[0019 ] ⑵取步骤(1)制备的超支化HPMA共聚物与DOX通过pH敏感的共价键相连。
[0020] 作为可选方式，在上述制备方法中，包括以下制备步骤：
[0021] (1)以HPMA 和 MA-GG-NHNHBoc 为单体，以 MA-GFLG-CTA 为链转移剂，以
[0022] MA-GFLGK-MA为交联剂，以VA044为引发剂，采用RAFT-步反应制备含Boc保护集团 的超支化HPM共聚物；
[0023] (2)取步骤（1)制备的超支化HPMA共聚物用FTA脱Boc保护，然后在NH4OAc缓冲液中 通过共价键腙键将DOX · HCl与超支状聚合物相偶联。
[0024]作为可选方式，在上述制备方法中，所述步骤（1)中各物料的摩尔比为[HPMA ] / [MA-GG-NHNHBoc]/[MA-GFLGK-MA]/[CTA]/[VA044]=128:142:57:7:3:1。
[0025] 作为可选方式，在上述制备方法中，所述步骤(1)中以去离子水/甲醇为溶剂。
[0026] 本发明还提供了一种上述的偶联物的应用，其特征在于，将其用于制备抗肿瘤药 物，特别是用于制备治疗乳腺癌的药物。
[0027] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥 的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0028] 本发明的有益效果：
[0029] 本发明所述偶联物具有良好的生物相容性，具有pH敏感和酶敏感的双敏感特性， 作为智能载药递送系统可以形成纳米粒子在肿瘤部位可以高度聚集，并快速释放药物、降 解成低分子量片段，从而提高抗肿瘤效果的同时保证良好的生物安全性，在肿瘤的治疗中 具有广阔的应用前景。
[0030] 本发明所述偶联物的制备方法采用一步RAFT聚合成功制备了不含单体的超支化 聚合物，避免了合成线性聚合物需要的多步反应。制备方法简单，产品性能稳定。
【附图说明】：
[0031] 图1为本发明所述超支化HPM共聚物-DOX偶联物作为纳米载药递送系统的简要示 意图。包括以下过程：1)超支化的聚合偶联物自组装成纳米颗粒;2)纳米颗粒通过EPR效应 在肿瘤部位聚集;3)纳米颗粒在细胞内刺激响应裂解药物释放。
[0032] 图2为实施例2中制备超支化HPMA共聚物-DOX(HPMAcopolymer-DOX)偶联物以及偶 联物自组装成纳米颗粒的示意图。
[0033]图3为超支化HPMA共聚物-DOX偶联物的SEC测试结果。
[0034]图4为本发明所述超支化HPMA共聚物-DOX偶联物纳米粒子的形貌尺寸检测结果。 其中A:超支化HPM共聚物-DOX偶联物的SEM形貌图；B:超支化HPMA共聚物-DOX偶联物的DLS 粒径;C:超支化HPM共聚物-DOX偶联物降解12h后的DLS粒径。
[0035] 图5为本发明所述载药纳米系统在pH 5.4有酶、pH 5.4无酶和7.4无酶条件下药物 体外累积释放曲线(n = 3,37°C)。。
[0036] 图6为本发明所述载药纳米系统的体外细胞毒性实验结果。A:盐酸阿霉素、超支化 HPMA共聚物-DOX偶联物的IC50测定(n = 5); B:超支化HPM共聚物-DOX偶联物的细胞毒性实 验(n = 5);C:细胞摄取实验。
[0037] 图7为本发明实施例7中所述离体成像实验结果。其中A-D:分别是时间点6、12、24、 48h荧光成像图，从上到下依次为注射生理盐水、载药纳米粒子、盐酸阿霉素的成像图;E-F: 分别为注射纳米载药粒子和盐酸阿霉素后在不同时间点各脏器的荧光强度;G:注射纳米载 药粒子和盐酸阿霉素，在不同时间点比较在肿瘤部位的荧光强度。
[0038]图8为本发明实施例8中所述体内抗肿瘤效果实验结果。A:荷瘤小鼠肿瘤体积变化 曲线;B:各组小鼠肿瘤重量的统计;C:肿瘤生长抑制的计算;D:各组小鼠体重变化的曲线。
[0039] 图9为注射了生理盐水、盐酸阿霉素、载药纳米粒子的接有肿瘤的小鼠肿瘤部位 CD31(Al-4)、Ki-67(Bl-4)、TUNEL(Cl-4)的组织切片图及统计(n = 5)。
[0040] 图10为注射了生理盐水、盐酸阿霉素、载药纳米粒子的正常小鼠的血常规检测结 果(n = 5)。
[0041]图11为注射了生理盐水、盐酸阿霉素、载药纳米粒子的正常小鼠的心脏、肝脏、脾 脏、肾脏、肺的组织切片。
[0042]图12为注射了生理盐水、盐酸阿霉素、载药纳米粒子的正常小鼠的体重变化曲线 (n = 7)〇
【具体实施方式】：
[0043]以下通过实施例的【具体实施方式】再对本发明的上述内容作进一步的详细说明。应 当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。在不脱离本发 明的精神和原则之内做的任何修改，以及根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的等同 替换或者改进，均应包括在本发明的保护范围内。
[0044]实施例1:功能化链转移剂MA-GFLG-CTA的合成
[0045]
[0046] 将MA_GFLG-〇H( 1 · 84g，4mmol)、EDCI (764mg，4mmol)、H0Bt(676mg, 5mmol)溶于50mL 无水DMF，随后加入DIPEA(3.5mL，20mmol)，在氮气冰浴的条件下搅拌30min。之后加入N-Boc-ethylenediamine(800mg, 5mmol)在氮气冰浴的条件下搅拌30min，在常温下再搅拌 12h。搅拌之后，再加250mL的乙酸乙酯(EtOAc)到溶液中，用EtOAc (50 X 3)萃取出溶液中的 水。得到的新溶液分别用饱和的NaHCO3溶液、IMHCl溶液、NaHCO3饱和溶液洗涤，之后再用HCl 饱和液洗涤，其次用无水MgS04干燥，溶剂用旋转蒸发仪除去，剩余产物在4°C试剂EtOAc/ ether (1:1)中再次结晶，得到产率为80 % (1.93g，3.2mmo 1)的MA-GFLG-NHBoc白色固体产 物。1H NMR(400MHz ,DMSOjin ppm) :0.80-0.85(dddd，6H，-CH(CH3)2)，1.34(s，9H，C(CH3)3)， I .46-1 .55(m，3H，-CH2CH(CH3)2)，1.81(s，3H，CH3-C(R)=CH2)，2.72-2.78(m，4H， NHCH 2CH2NH), 2.99 (m, 2H, CHCH2C6H5 ),3.34-3.61 (m, 4H, NHCH2CONH and NHCH2CONH) ,4.20-4.22(m,lH,C0CH(R)NH),4.49(m,lH,C0CH(R)NH),5.33(s,CH3-CH(R) = CH2-Ha),5.67(s, CH3-CH(R)= CH2-Ha'），6·79-6·82(m，IH，NH)，7·14-7·15(m，5H，Ar-H)，8·00-8·02(m，IH， NH),8.11(m,lH,NH),8.14(m,ΙΗ,ΝΗ)；LC-MS(ES+):m/z 503.4[M-Boc+H]+；MALDI-HRMS:m/ z503·2945([M-Boc+H]+),525·2749([M-Boc+Na]+),625·3250([M+H]+)and 641·2991([M+ K] + ).
[0047] 将1.2g(2mmol)MA-GFLG-NHBoc溶于20mL无水DCM/TFA( I: I)。将溶液依次在冰浴下 搅拌5min，室温下搅拌3h直至将溶剂除去，之后加入无水乙醚再搅拌20min，过滤得到沉淀 物，用乙醚洗涤两次，干燥Ih。将干燥得到的混合物溶解在50mL无水CAN中，将溶液在冰浴下 揽摔，同时依次加入2mmol的TEA、760mg(2mmol )2-cyan〇-5-〇x〇-5-(2_thioxothiazoIidin- 3-yl)pental_2_yl benzodithioate。之后在氮气冰浴下继续搅拌1011再在室温下搅拌411。 反应完后，去掉溶剂，用硅胶（乙酸乙酯/正己烷= 3:1)柱色谱法分离，最终得到产率为42% (641mg，0.84mmol)的粉色固体。1H NMR(400MHz,CDCl3Jin ppm) :0.90-0.92(m，6H,-CH (CH3)2), 1.48(m, 1H,-CH2CH(CH3)2), I. 67(m,2H,-CH2CH(CH3)2) ,1.86( s,3H, CH3-C(R) = CH2)，I · 92-93 (m，3H，CH3-C(R)-CN)，2 · 35-2 · 50 (m，4H，NHCOCH2CH2C(R)-CN)，3 · 15-3 · 23 (m， 4H，NHCH2CH2NH)，3.48(m，4H，NHCH2⑶NH and CHCH2C6H5)，3.80(m，2H，NHCH2CONH)，4.27(m， 1H,COCH(R)NH),4.42(m,lH,COCH(R)NH) ,5.42(s,CH3-CH(R) =CH2-Ha) ,5.74(s,CH3-CH(R) = CH2-Ha，) ,6.81-8.85(m,2H,NH),7.14(m,4H,NH),7.29(m,5H,CH2-Ph-H),7.38(m,2H,C(S) Ph-H m),7.54-7.56(m, IH1C(S)Ph-Hp),7.88-7.90(m,2H,C(S)Ph-H0) ,LC-MS(ES+)382.8[(M+ 2H)/2]2+；764.3[M+H]+〇MALDI-HRMS:m/z 764.3260([M+H]+),786.3028([M+Na]+)and 802.2795([M+K]+).
[0048] 实施例2:超支化HPMA共聚物-DOX偶联物的制备
[0049] 如图 2所示 d_HPMA(1.36g，9.5mmol)，MA-GG-NHNHBoc(126mg，0.4mmol),MA-GFLGK-MA(65·6mg,0· lmmol) ,MA-GFLG-CTA(29·6mg,38·8ymol)溶解在7mL含VA044(3·6mg， 12.9ymoI)的去离子水/甲醇（I: I，v/v)混合溶剂中。
[0050] HPMA共聚物在丙酮/乙醚（2:1)中析出，此操作重复两次，其次通过离心将HPMA共 聚物分离，用先溶解-再析出的方法将HPMA共聚物提纯两次，最后真空干燥得到略带粉红色 的粉末。样品进一步采用Akta (GE !^&11:11〇3^)高效液相色谱系统联合5卯61'〇866册10/ 30色谱柱(亲水中性聚合物的分子量范围15kDa-300kDa/14mL分离体积）、以含有30%乙腈 的乙酸钠缓冲液(pH为6.5)为流动相通过尺寸排阻色谱法进一步纯化，得到没有单体的超 支化聚合物。纯化之后冷冻干燥，最后得到635mg产物(40 %产率）。
[00511 取上述纯化的HPMA共聚物500mg溶于IOmL的三氟乙酸（TFA)中，并搅拌2h。随后用 截留分子量(MwCO)为3500Da的透析膜让其溶液在水中完全透析去掉溶剂三氟乙酸，之后， 将HPMA共聚物再溶于IOmL的水中。通过透析和冰冻干燥后，得到一定数量的粉末。将350mg 的上述粉末和130mg的盐酸阿霉素（D0X · HCl)分别溶于IOmL的0.1 M NMOAc缓冲液（pH 5.7)。其次将盐酸阿霉素溶液加到粉末溶液中，使其在常温黑暗的条件下反应24h。之后，在 黑暗的条件下，用截留分子量为(MwCO)为3500Da的透析膜使反应液在MilliQ水中完全透 析，最后冰冻干燥得到330mg的产物(超支化HPMA共聚物-DOX偶联物，Branched polyHPMA copolymer-DOX conjugate)。在480nm处的紫外可见吸收光谱测得阿霉素占超支状载体的 质量为5.67 %。因药物是通过共价键与载体相偶联的，与其它自组装纳米载药系统，如胶 束、脂质体、多聚体相比，这类支化聚合物前药物可能在在PBS或血液循环中更加稳定。本实 施例成功合成了可降解的、可控的、有确定形态结构的支状HPM共聚物，并且这种聚合物可 以形成纳米粒子，可以作为用为有效而安全的纳米药物控释系统。
[0052 ] 实施例3:纳米粒子大小、形貌、Ze ta电位的表征
[0053]将所得超支化HPMA共聚物-DOX偶联物溶解在双蒸水中，使其最终浓度为lmg/mL， 超声30 秒。利用Zetasizer Nano ZS(Malvern Instruments ,Worcestershire, UK)对其水相 尺寸以及zeta电位值进行测量。随后，将含有纳米粒子的溶液滴在适当大小的硅片上待溶 剂挥发完全后，使用field emission scanning electron micro-scope(FE-SEM)对其尺寸 进行进一步的确认。
[0054]结果显示：动态光散射(DLS)方法检测得lmg/mL超支化HPMA共聚物-DOX偶联物纳 米粒子水相粒径为l〇2nm，粒径分散度为0.397,如图4B所示。纳米级尺寸和窄的粒径分散度 表明所制备的载药系统可形成较均一粒径的纳米粒子。扫描电镜检测结果显示可以形成粒 径约95nm较均一的球形纳米颗粒(如图4B所示）。对于聚合物纳米系统，DLS测得的水相粒 径通常比SEM测得干燥状态的粒径大许多。本次合成的聚合载药系统水相粒径和干燥状态 的粒径相接近，差别不大，这说明合成的载药系统较紧密。高度支化的结构可能是形成粒径 大约IOOnm结构紧密纳米粒子的原因之一，再者，潜在的自组装行为也可能促进紧密纳米粒 子的形成。自组装是由有柔韧性HPMA的亲水作用和DOX的基团之间的相互疏水作用的平衡 界面能最小化所驱动的，其次，由于组成阿霉素这部分由不同的化学成分(如：如疏水性脂 肪族和芳香族组）、一些驱动力（如氢键、π-JT叠加、偶极相互作用）以及未形成的分支结构组 成，因此，多分支结构和潜在自组装行为促使形成紧密的纳米载药系统。所述纳米载药系统 的Zeta电位为-7.9mv，所述超支化HPMA共聚物-DOX偶联物因具有合适的纳米粒径和略带负 电荷的特点不仅可以在血液中稳定存在，而且可以通过EPR效应在肿瘤部位高度聚集，达到 提高抗肿瘤效果的目的。
[0055] 实施例4:超支化HPMA共聚物-DOX偶联物（branched polyHPMA copolymer-DOX con jugate)体外降解
[0056] 用pH 5.4McIlvaine缓冲液将超支化HPMA共聚物-DOX偶联物配成3mg/mL的浓度在 37°C木瓜蛋白酶存在的条件下孵育12h。之后取出样品，分别用SEM和DLS对材料的降解行为 平行检测2次。
[0057]用SEC测得降解前超支化HPMA共聚物-DOX偶联物载药系统的平均分子量(MW)为 165kDa，分散度为2.21，如图3所示。与溶酶体组织蛋白酶活性相似的木瓜蛋白酶存在的情 况下，超支化载药系统可降解成低分子量(约23kDa)的聚合物片段，可排出体外。此外，由 DLS测得纳米载药系统可由水相粒径102nm降解成8.6nm的粒子，如图4C所示。
[0058]实施例5:超支化HPMA共聚物-DOX偶联物体外释药
[0059]分别称取三分质量接近的超支化HPMA共聚物-DOX偶联物将其分别溶于刚配好的 pH5.4有木瓜蛋白酶的PBS、pH5.4无木瓜蛋白酶的PBS、pH7.4无木瓜蛋白酶的PBS中，浓度为 3mg/mL。在预先设定的时间点，分别取出80yL样品溶液注入RP-HPLC(Agilent Technologies IlOOseries)并分析其所含自由DOX含量。RP-HPLC色谱条件为：色谱柱为 Zorbax C8column 4.6mmX 150mm;流动相为水(0.1 %三氟乙酸)-乙腈(0.1 %三氟乙酸），乙 腈所占比例从2 %梯度变化至90 % ;流速为1.0mL/miη，洗脱时间为20分钟；检测器为UV-vis，检测波长为480nm〇
[0060]结果如图5所示:药物递送系统在不同pH条件下孵育释放12h后，在pH 5.4条件下 的释放量大于75 %，而在pH 7.4条件下的释放量则少于20 %，这是由于递送系统中的腙键 在低PH的条件下更易断裂，所以使所制备的递送系统与pH 7.4相比在pH5.4的条件下药物 DOX释放更快更高效；同时，载药系统在pH5.4有木瓜蛋白酶和没有蛋白酶条件下的释放量 相似，这表明酶对药物释放行为没有影响。体外的药物释放试验表明：此纳米载药递送系统 在pH约为7.4的血液循环中可以稳定存在，在PH在4.0-6.0显酸性的溶酶体中可以快速释放 DOX药物。这表明基于聚合物合成的纳米载药粒子可作为pH响应的NDDs用于癌症的治疗。 [0061 ]实施例6:体外细胞毒性实验
[0062] 细胞培养：鼠源乳腺癌细胞4T1 (中国科学院上海细胞库购得）用RPMI-1640培养基 (加入10%FBS及lOOU/mL青霉素、100yg/mL的链霉素)37°C，5%C02的条件下培养
[0063]在96孔培养板中以5 X IO3个细胞/孔接种细胞，用IOOyL含10%血清培养基，在5% CO2培养箱中37°C培养24小时。弃去96孔培养板中培养基，加入100μΙ的含不同浓度DOX的血 清培养基，每个浓度平行做5个孔，使孔中DOX浓度最终分别为0.002yg/mL、0.014yg/mL、 0·041yg/mL、0·123yg/mL、0·37yg/mL、I·Ilyg/mL、3·33yg/mL、10yg/mL、30yg/mL、90yg/mL， 作为阳性对照；另外将1〇〇此的含有polyHPMA copolymer-DOX con jugate的血清培养基加 入另一块按照上述方法接种细胞的96孔板，使孔中折算成DOX的浓度为0.002yg/mL、0.014μ g/mL、0·041yg/mL、0·123yg/mL、0·37yg/mL、I·llyg/mL、3·33yg/mL、10yg/mL、30yg/mL、90y g/ mL，用作测试组;最后将两块板的剩余部分用100μΙ不含血清培养基填充，作为空白对照。 继续培养48h后，将孔中培养基弃去，用10mmol/L、pH为7.4的磷酸盐缓冲液清洗2遍，然后加 入IOOyL含10%CCK8试剂的培养基（不含FBS)再培养1.5-2.011，用酶标仪(55(?10-1^0)测 450nm处吸光度。根据吸光度计算细胞存活率。细胞存活率=实验组吸光度/空白对照组吸 光度X100%。
[0064] 实验结果表明，超支化HPMA共聚物-DOX偶联物的细胞毒性小于D0X，D0X的半抑制 浓度IC50(inhibiting concentration)为0·34yg/mL，基于超支化HPMA共聚物-DOX偶联物 的纳米粒子的半抑制浓度IC50为1.77yg/mL大于DOX的IC50(图6A)。基于超支化HPMA共聚 物-DOX偶联物纳米粒子的毒性远小于DOX的原因可能是:D0X是一个两亲性小分子容易通过 自由扩散穿过细胞膜进入肿瘤细胞;而对于载药递送纳米粒子，纳米颗粒较大，且DOX是通 过共价键腙键偶联到载体上的，载药递送纳米粒子要通过内吞作用进入细胞，进入溶酶体 才能从载体上释放，进而对细胞产生杀伤力。
[0065]为了检测自由药载体的毒性，用TFA除去树状多聚HPMA聚合物上的保护基团Boc， 如图2所示，再将浓度分别为20、100、200、400、600yg/mL的去掉保护集团Boc的树状多HPMA 聚合物与4T1细胞系共孵育48h，再用CCK-8检测细胞的活性，每个浓度做5个平行。如图6B所 示:所有被测自由药物载体浓度的细胞活性都大于90%;如图6A所示：当自由药DOX的浓度 为30yg/mL时，细胞活性已接近为0。由于载药递送系统的载药量为5.67%，所以结合3(^ 8/ mL自由药DOX需要526.3yg/mL浓度的载体。如图613所示:600yg/mL高于526.3yg/mL药物载体 的细胞活性仍高于90%。这些实验结果表明超支化HPMA共聚物-DOX偶联物纳米载药递送系 统产生的细胞毒性是由释放的自由药DOX导致的，并非由没有载药的超支状HPMA聚合物产 生的;超支化聚合物载体因没有明显的细胞毒性，可以作为安全的药物递送载体;而载体载 药之后，有明显的细胞毒性，这说明偶联在载体上的药物在溶酶体中释放，进而产生细胞毒 性;这也进一步说明，一旦载药递送系统在肿瘤部位聚集进入肿瘤细胞后，可以产生高效的 体内抗肿瘤效果。
[0066]利用激光共聚焦扫描电镜研究自由药DOX和超支化HPMA共聚物-DOX偶联物载药递 送系统进入4T1细胞的情况，进一步验证载药系统的细胞吞噬和药物在细胞内的释放。首 先，将自由药DOX和载药纳米递送系统用RPMI 1640培养基都配成折算为DOX的浓度都为3μ g/mL的样品，分别与4Τ1细胞孵育Ih和4h，孵育之后去掉培养基，用1 %的多聚甲醛PBS洗涤， 之后用DAPI对细胞核染色，再用I3BS洗涤除去多余的DAPI，最后加roS，利用CLSM观察4T1细 胞。细胞对超支载DOX递送系统和自由药DOX的吞噬都会伴有红色荧光的产生。如图6C1-C3 所示:载药系统孵育细胞Ih后，只在细胞核的周围才能观察到微弱的荧光，这说明只有少量 的纳米载药粒子进入了细胞;孵育4h后，如图6D1-D3所示:在细胞核周围和核内都能观察到 荧光，说明在载药系统或载药系统释放的DOX进入了细胞核。这主要是因为DOX是两亲性的 小分子，很容易穿过细胞膜，进入细胞。这些实验结果都表明：制备的超支化HPMA共聚物-DOX偶联物纳米载药系统可以进入4T1细胞，产生抗肿瘤效果;载药系统产生的细胞毒性是 由载药系统释放药物所导致，药物载体本身没有明显的毒性。
[0067]实施例7:离体成像实验
[0068]实验动物:将4T1细胞接种雌性的BALB/c小鼠身上，小鼠体重20 ± 2g，6-8周龄，购 自四川大学华西动物中心。
[0069]为评价超支化HPMA共聚物-DOX偶联物纳米载药系统在接有肿瘤的雌性的BALB/c 小鼠体内的分布以及纳米载药系统的EPR效应，利用Maestro in vivo imaging system (CRi，U.S.)对Balb/C荷瘤裸鼠进行主要脏器和肿瘤的离体荧光成像实验。将雌性的BALB/c 小鼠随机分为三组，每组3只，分别通过尾静脉注入等体积的生理盐水、盐酸阿霉素生理盐 水溶液、纳米载药系统生理盐水溶液，其中每只老鼠注射盐酸阿霉素与纳米载药系统当中 阿霉素的量相同，均为4mg/kg。
[0070] 结果如图7所示:在注射超支化HPMA共聚物-DOX偶联物6小时后，在肿瘤部位有强 的荧光信号，随着时间的不断增加，肿瘤部位的荧光强度不断增加在12h达到了最大，之后 缓慢的降低到一个稳定的值，同时在其它器官也检测到了荧光信号，但与肿瘤部位相比，荧 光信号要弱，这表明载药纳米粒子在器官内的药代动力速度快;相比之下，注射自由药DOX 的老鼠，荧光信号较弱，而且大部分来自器官;注射生理盐水的对照组，在实验过程中未观 察到荧光信号。这些实验结果表明：此载药纳米系统可以通过EPR效应在肿瘤部位快速聚 集，并保持相对稳定的浓度，通过释放自由药DOX达到抑制肿瘤生长的目的；载药系统在内 具有快的药代动力，因此可以降低系统毒性。
[0071] 实施例8:体内抗肿瘤效果
[0072] 将4T1细胞（5\105)接种雌性的从1^八小鼠身上。当肿瘤体积达到250-300!111113将 BALB/c小鼠随机分为三组，每组7只，每只都适当做好标记。这三组通过小鼠尾静脉注射接 受不同的药剂治疗，分别为生理盐水、盐酸阿霉素(4mg/kg)和为负载阿霉素的纳米载药系 统(4mg/kg)，注射的体积均为200μΜ每五天注射一次，一共四次。每两天称取小鼠的体重， 用于绘制体重变化曲线;每两天测量肿瘤的大小（即肿瘤的长和宽），并通过公式计算出肿 瘤的体积(体积= 1/2Χ长X宽X宽），用于绘制肿瘤体积变化曲线。第19天，采用颈椎脱臼 法处死小鼠，将每只小鼠的肿瘤、心脏、肝脏、脾脏、肺、肾脏取出。称取每组肿瘤的重量，并 记录，用于统计肿瘤重量变化。通过公式计算肿瘤生长抑制TGI(TGI = [l-(实验组肿瘤的平 均重量)/(对照组肿瘤的平均质量）]*1〇〇%。
[0073] 如图8A所示：从图中可以观察到，相对于对照组，DOX组和载药纳米粒子组的肿瘤 生长被抑制。而从统计上看载药纳米粒子组的肿瘤体积明显小于对照组(P〈〇.001)。在实验 的最后，所有小鼠都被处死，摘取肿瘤进行称重。如图8B所示:载药纳米系统组的肿瘤重量 明显小于其他两组。如图8C所示：DOX具有中度的抗肿瘤效果，肿瘤生长抑制率（TGI)为 27%。而载药纳米粒子组的肿瘤生长抑制率显著的提高到了 48%，这说明载药纳米粒子是 一种具体良好抗肿瘤效果的载药系统。相当高的抗肿瘤活性可能归功于其具有负表面电 荷，更长的血液循环时间以及通过EPR效应在肿瘤组织高度聚集。
[0074]同时，为了探究抗肿瘤药物对于机体的副作用，我们还对实验小鼠的体重变化进 行了监测。如图8D所示：与对照组相比，载药纳米粒子组的小鼠的体重没有明显的差异，说 明纳米粒子具有较高药物耐受性。而DOX施药组却出现了明显的体重下降，相对平均体重 下降了约15%。因而，这表实验结果表明纳米粒子具有较低的系统毒性并且可以明显的降 低副作用。
[0075]实施例9:免疫组化分析试验
[0076] 利用Ki-67及TUNEL法分别对肿瘤组织当中细胞增殖与凋亡情况进行检测。过程如 下：（1)常规脱蜡水化组织切片（将石蜡切片浸于二甲苯中5min，三次，取出切片置于100% 无水乙醇中3min两次，再依次置入90 %~70 %各级酒精各3min;流水冲洗3min，置入双蒸水 中3min，再用PBS冲洗3次，每次3min)。（ 2)切片经PH 6枸橼酸抗原修复液95 °C水浴修复 40min。（3)修复完毕后自然冷却切片，用PBS冲洗3次，每次3min。（4)进行相应抗体染色操作 (5)用缓冲甘油封片，荧光显微镜采图。用LEICA DM 4000B荧光显微镜观察取图。在显微镜 200倍下观察拍照。
[0077]结果如图9所示，光密度分析显示注射纳米粒子的小鼠的平均微血管密度明显的 小于对照组(P〈〇.001)和D0X(p〈0.05)组。在肿瘤生长的过程中常常伴随有血管的生成，可 以通过抑制血管的产生达到抑制肿瘤的目的。这表明纳米粒子对于血管生成具有良好的抑 制作用从而达到较高抗肿瘤的效果。
[0078] 为了评价各施药组在抑制肿瘤增殖方面的治疗效果，我们利用广泛用于标记处于 Gl，G2，S细胞周期肿瘤增殖细胞的Ki-67对组织切片进行染色分析。如图9所示，Ki-67的在 肿瘤组织的密度可以通过Ki-67染色面积/整个面积估计。相比较于对照组和DOX组，载药纳 米粒子组具有Ki-67阳性细胞最少，说明载药纳米粒子对肿瘤细胞的增生有抑制作用，具有 相对比较高的抗肿瘤活性，相应的也具有较高的TGI，如图8C所示。另外，我们利用得到广泛 应用的TUNEL法（terminal deoxynucIeotidyl transferase-mediated dUTP nick end labeling)对各个试验组肿瘤组织中细胞凋亡情况进行了研究。如图9所示:给药DOX组出现 了约33%的细胞凋亡，对照组约22%的细胞凋亡，载药纳米粒子组却有着非常明显地细胞 凋亡水平约为78%。综合CD31和Ki-67以及TUNEL的分析结果，可以看出我们所制备的基于 超支化HPMA共聚物-DOX偶联物纳米粒子的纳米载药系统在折算成药物同等剂量的前提下 能够大幅度加快肿瘤细胞的凋亡，抑制肿瘤细胞的增殖，有比单纯的自由DOX更为优良的抗 肿瘤效果。可能原因有:癌症是一种细胞增殖失调的疾病，纳米载药粒子优良的抑制细胞增 殖的特性会带来良好的抗癌效果;此外，纳米载药粒子可以通过EPR效应在肿瘤组织高度累 积，同时由于其具有PH敏感的特性，当纳米粒子进入肿瘤细胞DOX就会很快的释放，这也将 进一步提高DOX在肿瘤细胞内的浓度，提高抗肿瘤效果。
[0079] 实施例10:体内毒性实验
[0080] 将正常BALB/c小鼠20只，小鼠体重20 ± 2g，6-8周龄，购自四川大学华西动物中心， 随机分为三组，每组7只，每只都适当做好标记。这三组通过小鼠尾静脉注射接受不同的药 剂治疗，分别为生理盐水、盐酸阿霉素(4mg/kg)和为负载阿霉素的纳米载药系统(4mg/kg) 注射的体积均为200yL;每五天注射一次，一共四次。16天后停止注射，继续观察4天。每两天 称取小鼠的体重，在第19天，采用颈椎脱臼法处死小鼠，将每只小鼠的主要脏器如心脏、肝 脏、脾脏、肺、肾脏取出进行组织学检验，并收集血液以便进行血液检验。
[0081] 结果显示，在整个19天的实验期间，注射生理盐水以及载药纳米粒子组的小鼠并 没有观察到明显的毒性，例如脱水、运动性损伤、肌肉萎缩、厌食以及其他的相关症状。同 时，两组小鼠也表现出相似的体重变化曲线，没有明显的体重降低，如图12,也并没有出现 反常的身体特征以及行为。但是注射自由药DOX组的体重则有较大的降低。
[0082] 为了更深入研究基于超支化HPMA共聚物-DOX偶联物（branched polyHPMA copo lymer-DOX con jugate)纳米粒子对正常小鼠的毒性，我们将实验的小鼠进行血常规和 组织化切片分析，进一步确定究基于超支化HPMA共聚物-DOX偶联物HPMA copolymer-DOX conjugates纳米粒子是否引起了相关的副作用，例如骨髓抑制，组织损伤和炎症等。图10表 示了各种血液指标，如红细胞数(RBC )、血红蛋白含量(HGB )、红细胞比积(HCT )、血小板数 (PLT)、平均血小板体积(MPV)、白细胞数(WBC)。从中可以看出，和对照组相比，注射载药纳 米粒子组的各项血液指标都处于正常的范围内，并没有明显的异常。这表明并没有溶血性 贫血以及凝血功能受损等并发症出现。以上结果证明基于超支化HPMA共聚物-DOX偶联物纳 米粒子载药纳米粒子具有良好的血液相容性。通过对正常小鼠的主要器官，如心脏、肝脏、 脾脏、肺、肾脏，进行组织切片分析也并没有发现明显的组织病理性的异常和病变，如图11 所示，说明载药纳米粒子对于组织没有明显的损害。纳米颗粒的作为一种酶、PH敏感的功能 化超支化大分子具有的良好的生物相容性可归因于它合理设计的结构以及适当的分子量。 然而，DOX组的组织切片分析也没有明显的毒性，这可能是因为小鼠的最后一次给药和处死 的时间间隔较长(4天），导致DOX的对于组织的损害已经被自我修复。
[0083] 以上所述仅为本发明的优选实施例，对本发明而言，仅仅是说明性的，而非限制性 的；本领域普通技术人员理解，在本发明专利要求所限定的范围内，可对其进行许多改变、 修改，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种超支化ΗΡΜΑ共聚物-DOX偶联物，其特征在于，所述阿霉素(DOX)通过抑敏感键与 超支化HPM共聚物相连，所述超支化HPM共聚物骨架中含有可降解的片段。2. 根据权利要求1所述的偶联物，其特征在于，所述pH敏感键为腺键。3. 根据权利要求1所述的偶联物，其特征在于，所述超支化HPMA共聚物主链骨架中含有 组织蛋白酶B敏感的四肤GFLG。4. 根据权利要求1所述的偶联物，其特征在于，所述超支化HPMA共聚物是WHPMA和MA- GG-NHNHBoc为单体，WMA-G化G-CTA为链转移剂，WMA-GFLGK-MA为交联剂共聚形成的超支 化聚合物。5. 根据权利要求1所述的偶联物，其特征在于，其结构式为：6. 根据权利要求1所述的偶联物，其特征在于，所述超支化HPMA共聚物中各线性支链聚 合物的平均分子量小于50 kDa。7. -种如权利要求1所述的偶联物的制备方法，其特征在于，包括W下制备步骤： (1) 采用RAFT-步反应制备超支化HPM共聚物； (2) 取步骤(1)制备的超支化HPMA共聚物与D0X通过pH敏感的腺键共价键偶联。8. 根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，包括W下制备步骤： (1) WHPMA和MA-GG-NHNHBoc为单体，WMA-G化G-CTA为链转移齐Ij，WM-G化GK-MA为交 联剂，WVA044为引发剂，采用RAFT-步反应制备含Boc保护集团的超支化HPM共聚物； (2)取步骤(1)制备的超支化ΗΡΜΑ共聚物用FTA脱Boc保护，然后在NH4〇Ac缓冲液中通过 共价键腺键将D0X · HC1与超支化聚合物相偶联。9. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1)中各物料的摩尔比为 [HPMA]/ [MA-GG-NHNHBoc]/[MA-GFLGK-MA]/[CTA]/[VA044]=128: 142: 57: 7: 3: 1〇10. -种如权利要1所述的偶联物的应用，其特征在于，将其用于制备抗肿瘤药物，特别 是用于制备治疗乳腺癌的药物。
【文档编号】A61P35/00GK105963706SQ201610237966
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】龚启勇, 罗奎, 朱红艳, 魏小丽
【申请人】四川大学