专利名称：一种可还原降解超分子水凝胶的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种可还原降解超分子水凝胶的制备方法，该超分子水凝胶可作为缓 控释药物载体和注射型组织工程材料，属于生物医药技术和纳米医学技术领域。
背景技术：
环糊精与聚合物之间的包合作用诱导形成超分子水凝胶，作为载体能在凝胶化过 程中原位包封药物和细胞。相比于化学交联凝胶，这类超分子水凝胶的载药量较高，而且 避免了化学交联反应对包封的药物分子结构和细胞活性的不利影响，特别适合于负载蛋白 质、多肽等敏感药物。同时，相对于其它大多数物理交联凝胶，这类超分子水凝胶具有超分 子动态可逆特征，在剪切变稀后能重新凝胶化，并且能通过控制温度而实现凝胶-溶胶的 可逆转变。正是依赖于对剪切力和温度的应激性质，这类超分子水凝胶能用作生物材料以 注射植入的方式在体内原位形成，最大限度地降低植入过程对机体组织的损伤。同时，温度 敏感性被期待用于调控被包封物质在水凝胶内的扩散及释放行为。现有研究表明，这类超 分子水凝胶用作药物载体能保证大分子药物的长期持续释放，用作体内相容性好的细胞支 架能使负载的细胞进行分化和增殖并保持其天然表型。近年来，基于二硫键还原敏感性的生物可降解聚合物备受关注，被广泛地用于制 备高效传递及可控释放的生物医学材料。还原剂硫醇与二硫键之间的交换反应是使二硫键 断裂的原因，进而可导致还原敏感聚合物依赖于硫醇浓度在数分钟到数小时的时间范围内 快速可控降解。值得关注的是，谷胱苷肽(GSH)等人体内重要的硫醇在不同组织以及细胞 内外的浓度存在明显差别。二硫键能在体液和细胞外较低的GSH浓度(约2-20μΜ)下稳 定存在；而细胞内(约0.5-10mM)和肿瘤组织(比正常组织高约4倍)中较高的GSH浓度 能促使二硫键快速断裂。这一重要特性已被用于药物和基因对肿瘤组织及细胞内的高效传 递，例如经二硫键连接封端剂的阳离子环糊精多轮烷可实现对细胞内的基因传递和可控释 放。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可还原降解超分子水凝胶的制备方法，该方法制备工 艺安全、简单有效。为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种可还原降解超分子水凝胶的制备 方法，其特征在于它包括如下步骤第一步利用click反应得到可还原降解的聚乙二醇单甲醚(MPEG)接枝的聚胱胺 共聚物(MPEG-接枝-SS-PAA)，其具体合成步骤如下(1)胱胺二盐酸盐与丙烯酰氯的取代反应得到双丙烯酰胱胺(BAC)；(2)利用双丙烯酰胱胺(BAC)与丙炔胺的迈克尔加成得到带炔基的含二硫键的聚 胱胺(SS-PAA)；(3)将得到的带炔基的含二硫键的聚胱胺(SS-PAA)的炔基与叠氮基团封端的聚乙二醇单甲醚进行click反应，得到水溶性的聚乙二醇单甲醚(MPEG)接枝的聚胱胺共聚物 (MPEG-接枝-SS-PAA)；第二步将第一步得到的聚乙二醇单甲醚(MPEG)接枝的聚胱胺共聚物(MPEG-接 枝-SS-PAA)与还原剂二硫苏糖醇(DTT)的水溶液与α-环糊精混合，超声，静置，得到可还 原降解超分子水凝胶。所述聚乙二醇单甲醚(MPEG)接枝的聚胱胺共聚物的结构式如下MPEG-接 枝-SS-PAA，其中MPEG是分子量为475 5000Da的聚乙二醇单甲醚；SS-PAA为含二硫键的 聚胱胺。具体步骤为第一步1)胱胺二盐酸盐与丙烯酰氯的取代反应得到双丙烯酰胱胺(BAC) IOmmol胱胺二盐酸盐溶于含有IOmL氯仿和15mL、3. 5M的NaOH混合溶液中，加热至50°C， 逐滴加入含有20mmol丙烯酰氯的5mL氯仿，反应15min并一直保持反应液的温度为50°C ； 然后趁热过滤、萃取，取有机相冷却至室温得白色结晶固体，过滤、重结晶、真空干燥得白色 结晶固体的双丙烯酰胱胺(BAC)；2)利用双丙烯酰胱胺(BAC)与丙炔胺的迈克尔加成得到带炔基的含二硫键 的聚胱胺(SS-PAA，或称含有炔基的聚胱胺)2.60g(10mmOl)双丙烯酰胱胺(BAC)和 550. 8mg(IOmmol)丙炔胺溶于15 25mL甲醇中，氮气保护室温下反应7天，然后加入过量 10%mol (即lmol)的丙炔胺继续反应7天以除去未反应的双丙烯酰胱胺；然后将反应液浓 缩，真空干燥，得到带炔基的含二硫键的聚胱胺(SS-PAA)；3)将得到的带炔基的含二硫键的聚胱胺(SS-PAA)的炔基与叠氮基团封端的聚乙 二醇单甲醚进行click反应，得到水溶性的聚乙二醇单甲醚(MPEG)接枝的聚胱胺共聚物 (MPEG-接枝-SS-PAA)(1)叠氮基团封端的聚乙二醇单甲醚(MPEG-队)的合成取Immol聚乙二醇单甲醚(MPEG-475 5000Da)和1. 9g对甲苯磺酰氯在氮气保 护下溶解于50 70mL CH2Cl2中，然后在冰盐水浴中逐滴加入1. 4mL三乙胺并在室温下搅 拌反应M小时；反应产物经离心、无水乙醚沉淀、过滤以及真空干燥，得到对甲苯磺酰聚乙 二醇单甲醚(MPEG-Ts)备用；取0. 34mmol对甲苯磺酰聚乙二醇单甲醚(MPEG-Ts)溶于20mL N，N' -二甲基甲 酰胺，加入446mg叠氮化钠，70°C回流Mh，反应液冷却至室温后过滤，浓缩除去绝大部分的 N，N' -二甲基甲酰胺，再溶于70 IOOmL 二氯甲烷，过滤，浓缩后过滤，在无水乙醚中沉 淀，真空干燥，得到叠氮基团封端的聚乙二醇单甲醚(MPEG-N3)；(2)聚乙二醇单甲醚(MPEG)接枝的聚胱胺共聚物(MPEG-接枝-SS-PAA)Immol带炔基的含二硫键的聚胱胺(SS-PAA)和1. 2mmol叠氮基团封端的聚乙二醇 单甲醚(MPEG-N3)溶于IOmL甲醇中，置于单口烧瓶中，依次加入95. IOmg (0. 48mmol)抗坏血 酸钠和120mg(0. 48mmol)五水硫酸铜，然后室温下反应4 得到反应液；将反应液浓缩，置 于截留分子量3500Da的透析袋中透析7天，以除去过量的叠氮基团封端的聚乙二醇单甲醚 (MPEG-N3)和其他副产物，冷冻干燥，得到浅黄色粉末的聚乙二醇单甲醚(MPEG)接枝的聚胱 胺共聚物(MPEG-接枝-SS-PAA)；第二步将第一步得到的聚乙二醇单甲醚(MPEG)接枝的聚胱胺共聚物(MPEG-接枝-SS-PAA)与还原剂二硫苏糖醇(DTT)的水溶液与α-环糊精混合，得到混合水溶液；混 合水溶液中聚乙二醇单甲醚接枝的聚胱胺共聚物的质量浓度为lO-lOOmg/mL、α -环糊精 的浓度为100-400mg/mL、二硫苏糖醇(DTT)的浓度为l_25mM ；超声，静置，得到可还原降解 超分子水凝胶。本发明提供的聚乙二醇单甲醚(MPEG)接枝的聚胱胺共聚物(MPEG-接枝-SS-PAA)的合成路线如下
权利要求
1.一种可还原降解超分子水凝胶的制备方法，其特征在于它包括如下步骤第一步利用click反应得到可还原降解的聚乙二醇单甲醚接枝的聚胱胺共聚物，其具体合成步骤如下(1)胱胺二盐酸盐与丙烯酰氯的取代反应得到双丙烯酰胱胺；(2)利用双丙烯酰胱胺与丙炔胺的迈克尔加成得到带炔基的含二硫键的聚胱胺；(3)将得到的带炔基的含二硫键的聚胱胺的炔基与叠氮基团封端的聚乙二醇单甲醚进 行click反应，得到水溶性的聚乙二醇单甲醚接枝的聚胱胺共聚物；第二步将第一步得到的聚乙二醇单甲醚接枝的聚胱胺共聚物与还原剂二硫苏糖醇的 水溶液与α -环糊精混合，超声，静置，得到可还原降解超分子水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种可还原降解超分子水凝胶的制备方法，其特征在于具 体步骤为第一步1)胱胺二盐酸盐与丙烯酰氯的取代反应得到双丙烯酰胱胺=IOmmol胱胺二 盐酸盐溶于含有IOmL氯仿和15mL、3. 5M的NaOH混合溶液中，加热至50°C，逐滴加入含有 20mmol丙烯酰氯的5mL氯仿，反应15min并一直保持反应液的温度为50°C;然后趁热过滤、 萃取，取有机相冷却至室温得白色结晶固体，过滤、重结晶、真空干燥，得到双丙烯酰胱胺；2)利用双丙烯酰胱胺与丙炔胺的迈克尔加成得到带炔基的含二硫键的聚胱胺2.60g 双丙烯酰胱胺和550. Smg丙炔胺溶于15 25mL甲醇中，氮气保护室温下反应7天，然后 加入过量10% mol的丙炔胺继续反应7天以除去未反应的双丙烯酰胱胺；然后将反应液浓 缩，真空干燥，得到带炔基的含二硫键的聚胱胺；3)将得到的带炔基的含二硫键的聚胱胺的炔基与叠氮基团封端的聚乙二醇单甲醚进 行click反应，得到水溶性的聚乙二醇单甲醚接枝的聚胱胺共聚物(1)叠氮基团封端的聚乙二醇单甲醚的合成取Immol聚乙二醇单甲醚和1. 9g对甲苯磺酰氯在氮气保护下溶解于50 70mL CH2Cl2 中，然后在冰盐水浴中逐滴加入1.4mL三乙胺并在室温下搅拌反应M小时；反应产物经离 心、无水乙醚沉淀、过滤以及真空干燥，得到对甲苯磺酰聚乙二醇单甲醚备用；取0. 34mmol对甲苯磺酰聚乙二醇单甲醚溶于20mL N, N' - 二甲基甲酰胺，加入446mg 叠氮化钠，70°C回流Mh，反应液冷却至室温后过滤，浓缩除去绝大部分的N，N' -二甲基甲 酰胺，再溶于70 IOOmL 二氯甲烷，过滤，浓缩后过滤，在无水乙醚中沉淀，真空干燥，得到 叠氮基团封端的聚乙二醇单甲醚；(2)聚乙二醇单甲醚接枝的聚胱胺共聚物Immol带炔基的含二硫键的聚胱胺和1. 2mmol叠氮基团封端的聚乙二醇单甲醚溶于 IOmL甲醇中，置于单口烧瓶中，依次加入95. IOmg抗坏血酸钠和120mg五水硫酸铜，然后室 温下反应4 得到反应液；将反应液浓缩，置于截留分子量3500Da的透析袋中透析7天，以 除去过量的叠氮基团封端的聚乙二醇单甲醚和其他副产物，冷冻干燥，得到浅黄色粉末的 聚乙二醇单甲醚接枝的聚胱胺共聚物；第二步将第一步得到的聚乙二醇单甲醚接枝的聚胱胺共聚物与还原剂二硫苏糖醇的 水溶液与α-环糊精混合，得到混合水溶液；混合水溶液中聚乙二醇单甲醚接枝的聚胱胺 共聚物的质量浓度为lO-lOOmg/mL、α -环糊精的浓度为100-400mg/mL、二硫苏糖醇的浓度 为l-25mM ；超声，静置，得到可还原降解超分子水凝胶。
3.根据权利要求2所述的一种可还原降解超分子水凝胶的制备方法，其特征在于所 述的聚乙二醇单甲醚的分子量为475 5000。
全文摘要
本发明涉及一种可还原降解超分子水凝胶的制备方法。一种可还原降解超分子水凝胶的制备方法，其特征在于它包括如下步骤第一步利用click反应得到可还原降解的聚乙二醇单甲醚接枝的聚胱胺共聚物(1)胱胺二盐酸盐与丙烯酰氯的取代反应得到双丙烯酰胱胺；(2)利用双丙烯酰胱胺与丙炔胺的迈克尔加成得到带炔基的含二硫键的聚胱胺；(3)将得到的带炔基的含二硫键的聚胱胺的炔基与叠氮基团封端的聚乙二醇单甲醚进行click反应，得到水溶性的聚乙二醇单甲醚接枝的聚胱胺共聚物；第二步将第一步得到的聚乙二醇单甲醚接枝的聚胱胺共聚物与还原剂二硫苏糖醇的水溶液与α-环糊精混合，超声，静置，得到可还原降解超分子水凝胶。该方法制备工艺安全、简单有效。
文档编号A61L27/52GK102050953SQ20101050983
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月18日 优先权日2010年10月18日
发明者余家会, 翟智, 范红蕾, 黄进 申请人:武汉理工大学