一种谷胱甘肽/超声双重刺激响应纳米聚合物囊泡、其制备方法及应用与流程

本发明涉及生物医药领域，具体涉及一种谷胱甘肽/超声双重刺激响应纳米聚合物囊泡、其制备方法及应用。
背景技术：
：根据大量研究表明，阿霉素是一种有效的抗癌药物，可抑制rna和dna的合成，对rna的抑制作用最强，抗瘤谱较广，对各种生长周期的肿瘤细胞都有杀灭作用。但是直接注射后通过体液循环到达肿瘤组织的剂量很低，而且会给人体带来严重的副反应。世界上已经有很多研究来发展目标靶向药物传输体系(drugdeliverysystems,dds)来增强药效和降低副反应，这些药物载体包括各种形态的纳米粒子、胶束、微胶囊、纳米囊泡等。聚合物囊泡在药物封装、药物运输、纳米反应器和微米或纳米材料模板等领域拥有着无限可能的应用潜力。在各种药物载体中，聚合物纳米囊泡是一种理想的药物载体。作为一种通过非共价键作用力形成的高亲水性聚合物组装体，囊泡的形态与人体的溶酶体非常接近，从某种意义上说，人体各种组织的细胞都是一个个大的囊泡。对于目标药物载体，智能型的纳米囊泡尤其重要，因为它可以选择性的在目标区域释放药物，而在别的区域保持稳定，一般体现为对于ph值、温度、离子浓度、谷胱甘肽或者它们之间的组合的刺激响应性。其中，最重要的是谷胱甘肽的刺激响应性，因为肿瘤组织与正常细胞间，以及细胞外液和细胞内的内涵体和溶酶体之间存在着明显的差异，而由肿瘤细胞内液和外液不同浓度的谷胱甘肽浓度产生的环境差异则使得谷胱甘肽刺激响应性也非常重要。除此之外，超声是一种对人体无害的物理信号，信号强弱易于控制，而且可以特定地施加在肿瘤组织，因此超声响应性囊泡对于抗癌药物定点快速释放具有非常积极的作用。目前，正在积极开发可有效针对肿瘤组织部位的，可以智能化的控制释药从而实现对于肿瘤细胞具有靶向杀伤性的药物的载体。技术实现要素：为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种谷胱甘肽/超声双重刺激响应纳米聚合物囊泡、其制备方法及应用。本发明制得的纳米囊泡对谷胱甘肽、超声具有刺激响应特性，同时具有优异可降解性。具体地，本发明提供一种谷胱甘肽/超声双重刺激响应纳米聚合物囊泡的制备方法，其包括下述步骤：1)在反应球瓶中加入促溶解剂，溶剂n-甲基吡咯烷酮和吡啶，缓慢加热至40-70℃，搅拌使之完全溶解，随后再向溶液中加入含磺酸基的芳香族二元羧酸和亚磷酸三苯酯，待其完全溶解后，再加入稍过量的二元胺，随后关闭控温仪，待溶液冷却后，再抽排三次，用惰性气体置换出体系中的空气，在保持体系惰性气氛下，进行反应，得到亲水聚酰胺链段；2)在另一个反应球瓶中加入促溶解剂，溶剂n-甲基吡咯烷酮和吡啶，缓慢加热至40-70℃，搅拌使之完全溶解，随后再向溶液中加入二硫代二元羧酸和亚磷酸三苯酯，待其完全溶解后，再加入稍过量的二元胺，随后关闭控温仪，待溶液冷却后，再抽排三次，用惰性气体置换出体系中的空气，在保持体系惰性气氛下，进行反应，得到疏水聚酰胺链段；3)随后，将疏水聚酰胺链段和亲水聚酰胺链段混合加入到反应球瓶中，同时补加促溶解剂补偿整个反应体系的损失，在惰性气氛下，继续反应，得到共聚酰胺溶液，经沉淀、静置、过滤、洗涤后，收集到多嵌段共聚酰胺，然后将其在30-100℃下真空干燥6-24小时；4)将多嵌段共聚酰胺溶于去离子水中，制备多嵌段共聚酰胺溶液，在40-60℃下加热搅拌，最后得到多嵌段共聚酰胺囊泡溶液。根据如上所述的制备方法，所述溶剂n-甲基吡咯烷酮与吡啶的体积比为5-9:1-4。其中，该体积比优选9:1、7:2、8:3或4:1。根据如上所述的制备方法，所述的含磺酸基的芳香族二元羧酸为间苯二甲酸-5-磺酸钠、对苯二甲酸-5-磺酸钠中的一种或几种；所述二元胺为乙二胺、丁二胺、己二胺、和癸二胺中的一种或几种；所述的二硫代二元羧酸为3,3'-二硫代二丙酸、硫代二甘酸、2,2'-二硫代二苯甲酸中的一种或几种；所述促溶解剂为氯化锂、氯化镁或氯化钙中的一种或几种。根据如上所述的制备方法，在步骤1)及步骤2)中，以当量比计，含磺酸基的芳香族二元羧酸：二元胺(步骤1))＝1:1、二硫代二元羧酸：二元胺(步骤2))＝1:1、含磺酸基的芳香族二元羧酸：二硫代二元羧酸＝1:0.4-1；亚磷酸三苯酯与二元酸和二元胺的总量的当量比为1:1。根据如上所述的制备方法，在所述步骤1)及步骤2)中，反应温度为95℃～110℃、反应时间为2～20小时；其中，反应温度可以95℃、100℃和105℃，反应时间可以是24小时、48小时或72小时等。在步骤3)中，所述反应的温度为60℃～80℃、时间为24小时～72小时。根据如上所述的制备方法，在所述步骤1)及步骤2)中，所述促溶解剂的浓度为0.04-0.06g/ml、反应物二元胺及二元羧酸的浓度均为0.4mol-0.6mol/l；在步骤4)中，多嵌段共聚酰胺溶液的浓度为0.1mg/ml-0.5mg/ml。一种如上所述制备方法制得的谷胱甘肽/超声双重刺激响应纳米聚合物囊泡，所述纳米囊泡的大小为80-300nm，多分散度为0.10-0.16，壁厚为4-10nm。根据如上所述的囊泡，所述囊泡壁包括悬挂链、贯穿链和折叠链。一种如上所述的双重刺激响应聚合物纳米囊泡的应用，将所述纳米囊泡用作药物载体。根据如上所述的应用，所述药物为抗癌药物阿霉素。根据上述本发明所述的制备方法制得的纳米囊泡具有谷胱甘肽、超声双重响应性，在水中可长期保持均相不沉淀，具有良好的稳定性和分散性，是一种优异的药物载体。此外，本发明制备工艺清晰简洁，得到的纳米囊泡药物载体具有谷胱甘肽/超声双重刺激响应性，谷胱甘肽响应性可以使得纳米囊泡在肿瘤细胞外低谷胱甘肽浓度的环境中保持稳定，长时间循环，很少泄露药物，而在肿瘤细胞内谷胱甘肽浓度高的环境中快速降解，变为小分子量的线性链，从而快速释放药物，达到在目标肿瘤细胞内控制释放抗癌药物的效果。超声响应则可通过定点施加超声信号，加速抗癌药物的释放，体现出与谷胱甘肽的协同效应。而囊泡粒子的可生物降解性和降解后的小分子量又可以使得药物载体迅速代谢排出体外，进一步减少对人体的副作用。以上设计思路基本覆盖了药物传递领域所关心的一些基本问题，因此产品具有良好的全面性。附图说明图1(a)是囊泡中聚合物链堆积模式的dpd模拟图；图1(b)是各粒子在囊泡中的径向密度分布图。图2(c)为囊泡形貌图afm照片；图2(d)粒子的高度图和粒子截面示意图。图3是谷胱甘肽/超声响应纳米囊泡中间态的透射电镜图像。图4(a)是包裹了尼罗红染料的多嵌段共聚酰胺囊泡水溶液超声作用下的荧光发射光谱；图4(b)是不同温度下囊泡水溶液的荧光发射光谱的归一化曲线。具体实施方式下面结合实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明，均可从商业途径得到。一、谷胱甘肽/超声双重刺激响应纳米聚合物囊泡的制备实施例11)在反应球瓶中加入1g氯化钙，22.5ml溶剂n-甲基吡咯烷酮和2.5ml吡啶，缓慢加热至70℃，搅拌使之完全溶解。随后再向溶液中加入2.68g间苯二甲酸-5-磺酸钠和5.24ml亚磷酸三苯酯，待其完全溶解后，再加1.16g己二胺。随后关闭控温仪，待溶液冷却后，再抽排三次，用氮气置换出体系中的空气。在保持体系惰性气氛下，开始加热升温至95℃，反应3小时。得到亲水聚酰胺链段。2)在另一个反应球瓶中加入1g氯化钙，22.5mln-甲基吡咯烷酮和2.5ml吡啶，缓慢加热至70℃，搅拌使之完全溶解。随后再向溶液中加入2.10g3,3'-二硫代二丙酸和5.24ml亚磷酸三苯酯，待其完全溶解后，再加入1.16g己二胺。随后关闭控温仪，待溶液冷却后，再抽排三次，用氮气置换出体系中的空气。在保持体系惰性气氛下，开始加热升温至95℃，反应3小时。得到疏水聚酰胺链段。3)随后，把疏水聚酰胺链段溶液和亲水聚酰胺链段混合加入到反应球瓶中。同时补加促溶解剂补偿整个反应体系的损失。在惰性气氛下，于60℃继续反应48小时。最后得到的共聚酰胺溶液用甲醇沉淀。静置后，过滤可以得到最终产物，并用甲醇洗涤产物三次。收集到的谷胱甘肽、超声双重刺激响应性多嵌段共聚酰胺在50℃下真空干燥24小时。4)将多嵌段共聚酰胺溶于去离子水中，制备浓度为0.3mg/ml的多嵌段共聚酰胺溶液，在50℃下加热搅拌12小时，最后得到多嵌段共聚酰胺囊泡溶液。囊泡静置144小时后，其水溶液是均相的，完全没有沉淀，分散性好。实施例21)在反应球瓶中加入0.5g氯化镁和0.52g氯化锂，13.2ml溶剂n-甲基吡咯烷酮和3.8ml吡啶，缓慢加热至40℃，搅拌使之完全溶解。随后再向溶液中加入2.68g间苯二甲酸-5-磺酸钠和5.24ml亚磷酸三苯酯，待其完全溶解后，再加0.6g乙二胺。随后关闭控温仪，待溶液冷却后，再抽排三次，用氮气置换出体系中的空气。在保持体系惰性气氛下，开始加热升温至100℃，反应20小时。得到亲水聚酰胺链段。2)在另一个反应球瓶中加入0.2g氯化钙和0.2g氯化锂，6.22mln-甲基吡咯烷酮和1.78ml吡啶，缓慢加热至40℃，搅拌使之完全溶解。随后再向溶液中加入1.225g2,2'-二硫代二苯甲酸和2.10ml亚磷酸三苯酯，待其完全溶解后，再加入0.24g乙二胺。随后关闭控温仪，待溶液冷却后，再抽排三次，用氮气置换出体系中的空气。在保持体系惰性气氛下，开始加热升温至100℃，反应20小时。得到疏水聚酰胺链段。3)随后，把疏水聚酰胺链段溶液和亲水聚酰胺链段混合加入到反应球瓶中。同时补加促溶解剂补偿整个反应体系的损失。在惰性气氛下，于80℃继续反应24小时。最后得到的共聚酰胺溶液用甲醇沉淀。静置后，过滤可以得到最终产物，并用甲醇洗涤产物三次。收集到的谷胱甘肽、超声双重刺激响应性多嵌段共聚酰胺在100℃下真空干燥6小时。4)将多嵌段共聚酰胺溶于去离子水中，制备浓度为0.5mg/ml的多嵌段共聚酰胺溶液，在40℃下加热搅拌12小时，最后得到多嵌段共聚酰胺囊泡溶液。囊泡静置144小时后，其水溶液是均相的，完全没有沉淀，分散性好。实施例31)在反应球瓶中加入0.5g氯化钙和0.5g氯化锂，8.89ml溶剂n-甲基吡咯烷酮和1.11ml吡啶，缓慢加热至70℃，搅拌使之完全溶解。随后再向溶液中加入2.68g对苯二甲酸-5-磺酸钠和5.24ml亚磷酸三苯酯，待其完全溶解后，再加0.88g丁二胺。随后关闭控温仪，待溶液冷却后，再抽排三次，用氮气置换出体系中的空气。在保持体系惰性气氛下，开始加热升温至105℃，反应12小时。得到亲水聚酰胺链段。2)在另一个反应球瓶中加入0.5g氯化钙和0.1g氯化锂，5.56mln-甲基吡咯烷酮和4.44ml吡啶，缓慢加热至70℃，搅拌使之完全溶解。随后再向溶液中加入0.9g硫代二甘酸和3.14ml亚磷酸三苯酯，待其完全溶解后，再加入0.70g己二胺。随后关闭控温仪，待溶液冷却后，再抽排三次，用氮气置换出体系中的空气。在保持体系惰性气氛下，开始加热升温至105℃，反应12小时。得到疏水聚酰胺链段。3)随后，把疏水聚酰胺链段溶液和亲水聚酰胺链段混合加入到反应球瓶中。同时补加促溶解剂补偿整个反应体系的损失。在惰性气氛下，于60℃继续反应72小时。最后得到的共聚酰胺溶液用甲醇沉淀。静置后，过滤可以得到最终产物，并用甲醇洗涤产物三次。收集到的谷胱甘肽、超声双重刺激响应性多嵌段共聚酰胺在30℃下真空干燥24小时。4)将多嵌段共聚酰胺溶于去离子水中，制备浓度为0.1mg/ml的多嵌段共聚酰胺溶液，在60℃下加热搅拌12小时，最后得到多嵌段共聚酰胺囊泡溶液。囊泡静置144小时后，其水溶液是均相的，完全没有沉淀，分散性好。实施例41)在反应球瓶中加入0.5g氯化钙和0.7g氯化锂，16ml溶剂n-甲基吡咯烷酮和4ml吡啶，缓慢加热至60℃，搅拌使之完全溶解。随后再向溶液中加入2.68g对苯二甲酸-5-磺酸钠和5.24ml亚磷酸三苯酯，待其完全溶解后，再加1.72g癸二胺。随后关闭控温仪，待溶液冷却后，再抽排三次，用氮气置换出体系中的空气。在保持体系惰性气氛下，开始加热升温至110℃，反应3小时。得到亲水聚酰胺链段。2)在另一个反应球瓶中加入0.5g氯化钙和0.15g氯化锂，10.4mln-甲基吡咯烷酮和2.6ml吡啶，缓慢加热至60℃，搅拌使之完全溶解。随后再向溶液中加入1.68g3,3'-二硫代二丙酸和4.19ml亚磷酸三苯酯，待其完全溶解后，再加入0.93g己二胺。随后关闭控温仪，待溶液冷却后，再抽排三次，用氮气置换出体系中的空气。在保持体系惰性气氛下，开始加热升温至110℃，反应3小时。得到疏水聚酰胺链段。3)随后，把疏水聚酰胺链段溶液和亲水聚酰胺链段混合加入到反应球瓶中。同时补加促溶解剂补偿整个反应体系的损失。在惰性气氛下，于70℃继续反应48小时。最后得到的共聚酰胺溶液用甲醇沉淀。静置后，过滤可以得到最终产物，并用甲醇洗涤产物三次。收集到的谷胱甘肽、超声双重刺激响应性多嵌段共聚酰胺在80℃下真空干燥12小时。4)将多嵌段共聚酰胺溶于去离子水中，制备浓度为0.2mg/ml的多嵌段共聚酰胺溶液，在50℃下加热搅拌12小时，最后得到多嵌段共聚酰胺囊泡溶液。囊泡静置144小时后，其水溶液是均相的，完全没有沉淀，分散性好。实施例5在步骤2)中，以0.84g3,3'-二硫代二丙酸代替2,2'-二硫代二苯甲酸、以0.48g己二胺代替乙二胺，其他与实施例2相同。囊泡静置144小时后，其水溶液是均相的，完全没有沉淀，分散性好。实施例6在步骤2)中，以1.26g3,3'-二硫代二丙酸代替硫代二甘酸，其他与实施例3相同。囊泡静置144小时后，其水溶液是均相的，完全没有沉淀，分散性好。二、谷胱甘肽/超声双重刺激响应纳米聚合物囊泡的性能测试(1)粒径及多分散度测试取实施例1-6中制得的纳米囊泡粒子，分别配制1mg/ml的纳米囊泡水溶液，在zetasizernanozs90仪(malvern)上测定纳米囊泡的粒径大小和粒径分布，取五次测试的平均值。其中，粒径分布的五次测试平均值为多分散度。另外，4mwhe-nelaser的波长为633nm，测试角为90°，采用contin分析方法。结果如表1所示。表1实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6粒径(nm)18919312729419883多分散度0.100.160.140.120.130.15由测试可知，本发明制得的纳米囊泡为球状，且由表1中测得的数据可知，本发明制得的纳米囊泡粒径在80-300nm之间，多分散度在0.1-0.16之间。利用耗散粒子动力学模型模拟囊泡的组装体，结果如图1所示，其中图1(a)是分子链在囊泡结构中的形态，其中包括悬挂链、贯穿链和折叠链，不同于一般的双分子层囊泡图1(b)模拟结果中囊泡中心到外部的质量密度分布曲线，根据密度分布曲线计算出聚酰胺囊泡薄膜的厚度，其壁厚为4.5nm。为了验证模拟结果的可靠性我们又随机选取实施例1，对其进行原子力显微镜测试。结果如图2，其中图2(c)为afm照片；图2(d)粒子的高度图和粒子截面示意图。根据结果，其壁厚为4.55nm，囊泡半径为92.6nm。去除水合直径的影响，测试结果与模拟结果高度吻合。同样验证实施例2-6的囊泡壁厚在4-10nm之间。(2)降解性测试取50ml的单口烧瓶，加入10mg的纳米囊泡粒子，然后加入20ml磷酸盐缓冲溶液(ph＝7.4)，然后加入20mm的谷胱甘肽，放入恒温摇床(200rpm摇速，37.5℃)匀速振荡12小时。通过gpc测定降解后纳米囊泡粒子的分子量。对本发明实施例1-6中制得的纳米囊泡粒子分别进行如上的降解性测试，分子量结果如表2所示。表2由表2可知，本发明所制备的纳米囊泡在还原剂降解后，分子量小于2000且分子量分布均匀(pdi<1.5)，远小于代谢阂值(45-50kda}，预计可以很好的代谢排出体外。(3)载药性测试将5mg的阿霉素(起始药物量)和25mg的纳米囊泡，溶于5ml的dmf中，再加入10ul的三乙胺，搅拌24小时。然后将混合溶液在冷冻干燥箱中冻干。精确称取2mg适量冻干后的纳米囊泡载药粉末，溶于4mldmso中，用紫外分光光度计测定吸光度(λ＝485nm)，根据阿霉素吸光度的标准曲线得到阿霉素的含量，进而算出阿霉素含量，计算载药率和包封率。对实施例1-6中的制得的纳米囊泡进行上述实验，结果如表3所示。载药率和包封率按以下公式计算:载药率＝阿霉素的含量/纳米药物的质量×100％实际载药量＝载药率×上述冻干后的纳米囊泡载药粉末包封率＝实际载药量/起始药物量×100％表3实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6实施例7载药率(％)58.259.150.158.754.658.455.7包封率(％)79.681.676.374.373.771.977.3由上述表3可知，本发明中制得的纳米囊泡的载药率及包封率均优异。(4)谷胱甘肽释药试验将8-10mg载药纳米囊泡粒子分散在8-10ml的两种缓冲溶液中(磷酸盐缓冲溶液ph＝7.4；醋酸—醋酸钠缓冲溶液ph＝6.0)，分散均匀，然后分为4-5份，每份2ml左右，再放入80ml的含不同浓度的谷胱甘肽的缓冲溶液中，即刻开始测试，通过紫外测定药物浓度来计算释药率。在48小时后，从瓶内取出3ml释药的缓冲溶液进行紫外测量，并且分别在25℃、36℃和37.5℃的条件下恒测定。随机选取实施例1及实施例5制得的纳米囊泡进行上述实验，药物释放率结果如表4所示。表4药物释放率结果由表4可知，在相同浓度、相同ph值条件下，随着谷胱甘肽浓度增加，阿霉素的释放增加，其对谷胱甘肽浓度有优异的响应性。并且，关于阿霉素的释放，在高谷胱甘肽浓度、较低ph值条件下和较高温度下展现出较快的释放速度，可以达到65％以上，而在低谷胱甘肽浓度、中性的ph值及低温度条件下保持稳定、释放量小于20％。而众所周知，谷胱甘肽浓度高、ph值低、温度高的条件下，相似于肿瘤细胞内的环境，在该环境下药物释放率高，可实现药物最大量释放的效果，相反，在谷胱甘肽浓度低、ph值高、温度低的条件下，相似于正常细胞内的环境下，药物释放得到控制，保证对正常细胞的安全性。由此可知，通过本发明制得的纳米囊泡，谷胱甘肽浓度、ph值及温度具有刺激响应性，通过本发明的纳米囊泡对药物包封可实现药物选择性释放的效果。(5)超声释药试验用功率为150w、频率为40khz的超声作用于包裹了尼罗红分子的纳米聚合物囊泡溶液。在超声作用下测定纳米聚合物囊泡的溶液的荧光光谱。当激发波长为600nm时，囊泡水溶液可以发出波长为670nm的红光。图3为超声作用1分钟后，囊泡电镜图，可以发现，超声作用一分钟后，部分囊泡已经发生破裂。随着超声时间的延长，多嵌段共聚酰胺囊泡溶液的荧光强度逐渐降低。超声9min以后，囊泡水溶液的荧光强度下降了近50％，测试结果如图4(a)中所示。图4(b)是不同温度下囊泡水溶液的荧光发射光谱的归一化曲线。结果显示其在超声作用下才能释放尼罗红，证明了纳米囊泡对超声刺激响应的独特性。当前第1页12