自催毁嵌段聚合物及其制备方法与流程

本发明涉及一种自催毁嵌段聚合物及其制备方法，属高分子化学合成及嵌段聚合物自组装技术领域。

背景技术：

化疗药物的有效输送和摄取是克服肿瘤耐药性、提高化疗效果的关键，聚合物作为药物载体有着潜在的应用前景，但要实现其多功能化，要进行必要的化学修饰。此外，为能应用于体内甚至临床研究，还要兼顾载体的体内稳定性和有效可控释放。氧化还原响应聚合物纳米载体输送系统一直以来是是纳米载体用于癌症治疗领域的研究重点，但仍然存在一些问题，如聚合物主链断裂不完全，包载药物释放不彻底等缺点。此外，由于降解过程缺乏可控性，降解中间体的不溶性会导致不规则聚集的形成，从而阻碍药物的有效释放和载体片段的体内代谢。而自摧毁聚合物恰恰可以解决这一问题。目前，关于具有自催毁降解特性的聚合物胶束研究并不多见，在药物载体释放领域的应用更是少之又少。

本发明旨在设计出一种新型的可自催毁的氧化还原响应的聚合物纳米载体来弥补单纯的氧化还原纳米载体存在的缺陷。我们希望基于这种聚合物的纳米载体在肿瘤微环境下响应于氧化还原刺激,完全断裂成小分子化合物，使载带药物快速有效释放出来，提高药物利用率，也提高纳米载体的生物降解性，有利于纳米载体的体内代谢。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种可自催毁降解的嵌段聚合物。

本发明的目的之二在于提供该聚合物的制备方法。

为达到上述目的，本发明的聚合反应机理请参见图1(a)和图1(b)。

根据上述反应机理，本发明采用如下技术方案：

一种可自催毁的嵌段聚合物，其特征在于该聚合物的结构式为：

三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG(作例，本发明详细介绍)的结构式为：

二嵌段聚合物PEG-PCN(合成及表征方法同三嵌段聚合物)的结构式为：

一种可自催毁的嵌段聚合物，其特征在于该聚合物的结构式为下列之一：

a.三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG，其结构式为：

b.二嵌段聚合物PEG-PCN，其结构式为：

其中m＝10～340，n＝12～24。

一种制备上述的可自催毁的嵌段聚合物的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.在惰性气氛保护下，将2,2′—二硫代二乙醇基二(p-硝基苯基碳酸酯)DTDE-PNC和甲氧基聚乙二醇胺mPEG-NH₂溶于二氯甲烷与甲醇混合溶剂中，该混合溶剂中二氯甲烷与甲醇的体积比为9：1；室温搅拌反应2～3小时，再加入1,3-二(4-哌啶基)丙烷(CN)；所述的mPEG-NH₂与CN和DTDE-PNC的摩尔比为2:15:16～2:31:32；室温下反应2～3天；

b.在步骤a所得反应物中入甲氧基聚乙二醇胺或1,3-二(4-哌啶基)丙烷，其用量为步骤a中添加的1,3-二(4-哌啶基)丙烷的用量的10％，室温下反应2～3天；

c.将步骤b所得反应液逐滴加入到去离子水中，室温下搅拌2小时后，进行透析；

d.将步骤c所得透析产物放入-80℃超低温冷冻箱中2小时，然后进行干燥，最终得到目标聚合物三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG或者二嵌段聚合物PEG-PCN。

一种上述的可自催毁的嵌段聚合物的胶束的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：将三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG或者二嵌段聚合物溶于二甲亚砜DMSO中，配制成浓度为100mg/mL，室温下搅拌过夜，然后搅拌下将其逐滴滴入10倍体积量的去离子水中,搅拌2小时后，进行透析，以去除DMSO，最终得到含有三嵌段聚合物胶束PEG-PCN-PEG或者二嵌段聚合物胶束PEG-PCN的透析液。

本发明中胶束的制备是采用透析法，将所得到的嵌段聚合物溶于DMSO溶液中，氮气保护，室温下搅拌过夜，然后将其逐滴滴入去离子水中,边滴加边搅拌，然后装入透析袋中(根据不同聚合物分子量的选择合适的截留分子量)，在去离子水中透析一段时间，定期更换去离子水，以便能充分去除DMSO,最终得到含有聚合物胶束的透析液。制备得到的聚合物胶束溶液在室温下可长期保存，能广泛应用于药物在戴河输送等生物医学的诊断和治疗。

本发明方法的优点和特点如下所述：

(1)自催毁嵌段聚合物合成过程简单，可一锅法制备得到，反应条件温和，可控性强等特点；

(2)该新型自催毁嵌段聚合物可在水溶液中进行自组装成亲水外壳-疏水内核的球形胶束；

(3)该聚合物胶束在氧化还原刺激下，通过自摧毁反应完全裂解成小分子化合物，提高材料的生物可降解性。

附图说明

图1(a)为本发明中自催毁二嵌段聚合物PEG-PCN合成路线图；

图1(b)为本发明中自催毁三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG的合成路线图；

图2为本发明中PEG，PEG-PCN和PEG-PCN-PEG的GPC谱图；

图3为本发明中自催毁嵌段聚合物PEG-PCN和PEG-PCN-PEG的临界胶束浓度图；

图4为本发明中自催毁三嵌段聚合物胶束PEG-PCN-PEG粒径尺寸表征图；

图5为本发明中自催毁三嵌段聚合物胶束PEG-PCN-PEG在有无DTT的条件下粒径变化；

图6为本发明中自催毁三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG自摧毁降解示意图；

图7为本发明中自催毁三嵌段聚合物胶束PEG-CN-PEG经DTT处理后的HPLC-MS图；

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例：本实施例中的过程和步骤如下所述：

1.自催毁三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG的制备

称取1.0g 2,2′—二硫代二乙醇基二(p-硝基苯基碳酸酯)(简称DTDE-PNC)(2.070mmol)，放入圆底烧瓶中，向其中加入2mL二氯甲烷与甲醇的混合液(体积比为9：1)，在氮气保护下，加入转子搅拌直至化合物完全溶解；称取甲氧基聚乙二醇胺664.9mg(0.129mmolmPEG-NH₂)溶解在2mL二氯甲烷与甲醇的混合液(体积比为9：1)中，逐滴加入到上述烧瓶内，氮气保护下室温搅拌反应2小时；称取434.8mg 1,3-二(4-哌啶基)丙烷(2.005mmol)溶于200μL混合液(二氯甲烷与甲醇的体积比为9：1)中，氮气保护下室温下反应3天；最后在反应物中加入1067.0mg甲氧基聚乙二醇胺(0.207mmol)，室温下反应2天。

将上述反应液逐滴加入到100mL去离子水(pH＝7.4)中，室温下搅拌2小时后，放入MWCO10000透析袋中(根据分子量的不同择需选择透析袋，此处目标聚合物分子量为15000，所以用10000的透析袋)，在5000mL的去离子水(pH＝7.4)中透析3天，每隔8小时换水一次。将透析产物放入-80℃超低温冷冻箱中2小时，然后放入真空冷冻干燥机中进行干燥，得到目标聚合物PEG-PCN-PEG。

2.自催毁三嵌段聚合物胶束PEG-PCN-PEG的制备

本发明中胶束的制备是采用透析法，称取三嵌段聚合物(PEG-PCN-PEG)200mg溶于2.0mL的DMSO溶液中，室温下搅拌过夜(转速为680r/min)，然后将其逐滴滴入2.0mL的去离子水中(pH＝7.4),边滴加边搅拌(转速为820r/min)，搅拌2小时后，装入透析袋中(根据不同聚合物分子量的选择合适的截留分子量，此处是PEG-PCN-PEG分子量为15000，所以用截留分子量为10000的透析袋)，在5000mL的去离子水中(pH＝7.4)透析72小时，每隔8小时换水一次，以便能充分去除DMSO,得到含有PEG-PCN-PEG胶束的溶液。

三嵌段聚合物PEG-PCN的制备方法与三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG相似，所不同的是将最终加入的甲氧基聚乙二醇胺改为1,3-二(4-哌啶基)丙烷。

3.结论：

图2为反应前聚合物PEG以及反应后嵌段聚合物PEG-PCN及PEG-PCN-PEG的GPC谱图。由图可见，聚合物均为单一峰，峰形对称，PEG-PCN的流出时间比PEG要小，说明PEG-PCN的分子量比PEG要大，说明PCN成功连接到PEG上；此外PEG-PCN-PEG比PEG-PCN的流出时间要小，说明PEG-PCN-PEG的分子量比PEG-PCN要大，因为PEG-PCN-PEG比PEG-PCN多出一个嵌段PEG，综合说明根据投入的封装端基不同可以得到不同嵌段的聚合物。

图3为制备得到2种聚合物均能在较低的浓度下(8.5～30.2μg/mL)形成胶束，通过改变聚合物的组分和疏水部分聚氨酯(polyurethane，PU)质量百分比(即：疏水嵌段的嵌段数)可以调节其CMC。例如：同样疏水嵌段分子量相同时，三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG的CMC高于其对应的两嵌段聚合物PEG-PCN。我们可以发现聚合物的疏水部分聚氨酯质量百分比越大，结构基团亲水性越小，聚合物的CMC越低，更适用于作为载体用于药物载带。

图4利用DLS和TEM测定和观察胶束的粒径大小和形貌。以PEG-PNN-PEG胶束为例，三嵌段聚合物粒子呈均匀的球形外貌结构，尺寸较为均一，在80-100nm左右；而DLS测量得到胶束的水合粒径直径(R_h)为76.1nm，与TEM得到的数据较为一致。

图5为了测定聚合物胶束在不同环境中的稳定性，我们用含有10mM DTT的溶液来处理三嵌段聚合物胶束PEG-PCN-PEG，观察胶束随时间的粒径大小变化，没有10mM DTT的溶液培养的胶束作为空白对照。由图5(a)可见，PEG-PCN-PEG胶束在10mM的DTT溶液中，胶束粒径随着时间的增加而逐渐变大，DLS显示在2小时的时候，胶束的DLS曲线出现了两个鼓包，说明一部分胶束粒径已经发生变化，由原来的76nm增大到450nm，这是因为聚合物在氧化还原条件下发生了降解，裂解后的胶束发生溶胀，导致粒径尺寸变大。6小时后，更多的胶束发生降解，原有的亲水-亲油平衡被进一步打破，降解后的聚合物片段重新自组装团聚，形成了200nm尺寸的胶束；12小时后，重新自组装形成的胶束进一步降解和溶胀，胶束粒径变为400nm左右。而与在PBS中的空白对照组相比，由图5(b)可见，仅有很少一部分PEG-PCN-PEG胶束发生溶胀，大部分胶束粒径在24h内没有发生明显的变化。

图7为了进一步证实氧化还原引发的聚合物降解是一个自摧毁的过程，我们用液-质联用色谱分离检测产物。如图7所示，降解产物经HPLC得到良好的分离，我们将含量最多的分离产物进行质谱分析，测定得到产物的分子量为211，表明聚合物的降解产物中含有原来用于缩聚反应的单体CN，证明该PEG-CN-PEG聚合物胶束的降解过程是一个自摧毁的过程(示意图6)。