专利名称：多功能聚氨酯药物载体及其制备和应用的制作方法
技术领域：
本发明属于药物载体材料领域，具体涉及一种新型多功能聚氨酯药物载体及其制备和应用。
背景技术：
癌症是全世界范围人类死亡的首要原因之一，每年有一千多万新增病人深受其害 (E. BlancoiC. W. Kessinger,B. D. Sumer and J. Gao，Experimental Biology and Medicine， 2009，234，123-131)，其治疗方法主要包括手术切除、放疗和化疗等。其中化疗是治疗肿瘤及某些免疫性疾病的主要手段，目前已有超过90种化疗药物被美国食品药物管理局(FDA) 批准临床使用。然而，大多数抗肿瘤药物水溶性和稳定性较差，从而造成药物生物利用度低、给药困难、毛细血管栓塞、患者个体差异显著以及全身有效治疗药物浓度难以维持等问 H (P. A. Bhat, G. M. Rather and A. A. Dar, Journal of Physical Chemistry B,2009,113, 997-1006)。此外，绝大部分高效抗癌药物都具有较大的毒性，对肿瘤和正常组织缺乏选择性，易于同时渗入健康细胞和肿瘤细胞，对人体产生较大的毒副作用。针对化疗药物所存在的问题，使用药物传递系统是解决这些问题最有效的途径。因此，设计一种既能够为抗肿瘤药物提供增溶和保护作用、减小其有效剂量和毒副作用，又能将药物靶向输送到需要的肿瘤组织，实现高效细胞内传递、药物控制释放和有效治疗，同时不影响正常细胞的药物载体对于肿瘤的治疗具有重要意义。随着纳米技术、可降解聚合物材料科学、细胞和分子生物学以及病理学的迅速发展，肿瘤的化疗、基因治疗和其它疾病的治疗也得到了长足的发展。近年来聚合物纳米系统已成为药物载体研究的热点(A. S. MiWiail and C.Allen, Journal of Controlled Release, 2009，138,214-223)，如高分子前药(C. Li and S. Wallace, Advanced Drug Delivery Reviews,2008,60,886-898 ；X. Hu and X. Jing, Expert Opinion on Drug Delivery, 2009, 6,1079-1090 ；S.Zhu, L. Qian, M. Hong, L. Zhang, Y.Pei and Y. Jiang, Advanced Materials,2011,23,84-89 ;J.Khandare and T.Mi, Prog. Polym. Sci. ,2006, 31，359-397)、树状大分子(B. K. Nanjwade, H. Μ. Bechra, G. K. Derkar, F. V. Manvi and V. K. Nanjwade, European Journal of Pharmaceutical Sciences,2009,38,185-196)、月旨质体(V. P. Torchilin，Nature Reviews Drug Discovery, 2005,4,145-160)禾口聚合物胶束(Α. S. Mikhail and C.Allen, Journal of Controlled Release，2009，138，214-223)等聚合物纳米药物载体已经得到了深入和广泛的研究，部分剂型已经进入临床阶段和临床 111 ! (R. Duncan, Nature Reviews Drug Discovery，2003，2，347—360) 。 {S 目
较多的聚合物纳米给药体系大多数结构简单、功能比较单一。而在实际临床应用中，要求一种理想的聚合物纳米药物载体应同时具有多种功能，如长循环、靶向、细胞内在化和刺激响应等，这样才具有真正的实际应用前景(E. Blanco，C. W. Kessinger, B. D. Sumer and J. Gao, Experimental Biology and Medicine,2009,234,123-131 ；V. Torchilin,European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics,2009, 71,431-444 ；L. Ε. van Vlerkenand Μ. Μ. Amiji, Expert Opinion on Drug Delivery,2006,3, 205-216 ；V. P. Torchilin, Advanced Drug Delivery Reviews，2006，58，1532-1555)。然而，现有的聚合物纳米给药系统主要基于传统两嵌段或三嵌段共聚物自组装体，能够引入功能基团的活性位点很少，并且结构和性能难以调节(A. Mahmud, X. Xiong and A. Lavasanifar, Macromolecules, 2006, 39, 9419-9428 ；Α.S.Mikhail and C.Allen, Biomacromolecules,2010,11,1273-1280 ； H. Sun, B. Guo, R. Cheng, F. Meng, H. Liu and Z. Zhong, Biomaterials, 2009, 30,6358-6366 ； K. Letchford, R. Liggins and H. Burt, Journal of Pharmaceutical Sciences,2008,97, 1179-1190 ；Y. Zhang and R. X. Zhuo, Biomaterials,2005,26,6736-6742 ；Z.Song, R. Feng, M.Sun, C.Guo, Y.Gao, L.Li and G. Zhai, Journal of Colloid and Interface Science, 2011,354,116-123 ；Y. Li, X. R. Qi, Y. Maitani and T. Nagai, Nanotechnology, 2009, 20, 55106)。聚氨酯作为一种经典的多嵌段共聚物，具有较好的力学性能、良好的生物相容性和优异的分子可裁剪性(M. Ding, J. Li，X. Fu, J. Zhou, H. Tan, Q. Gu and Q. Fu, Biomacromolecules,2009,10, 2857-2865 ；M.Ding, L. Zhou, X. Fu, H. Tan, J. Li and Q. Fu, Soft Matter, 2010,6, 2087-2092 ；M. Ding, Z. Qian, J. Wang, J. Li, H. Tan, Q. Gu and Q. Fu, Polymer Chemistry，2011，2，885-891)。其合成简单，分子设计自由度大，有望实现同一个分子链段上带有多个活性反应基团和功能基团，用于偶联药物、配体或抗体等，也容易引入各种类型的亲疏水嵌段，自组装形成性能可控的聚合物纳米胶束。然而，目前可降解聚氨酯在药物载体领域的研究很少，并且功能单一、缺乏靶向能力、对环境的变化缺乏响应性等 (CN 101503501B)，而具有多功能的聚氨酯纳米给药体系还未见报道。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术存在的问题，提供一种新型多功能聚氨酯药物载体。本发明提供的多功能聚氨酯药物载体，其分子结构中含有生物可降解的疏水链段、亲水基团、刺激敏感基团和活性基团，重均分子量为5000 100000。本发明所述的聚氨酯药物载体可通过其活性基团与单克隆抗体、叶酸、RGD肽等靶向分子共价结合，其中靶向分子优选单克隆抗体。该聚氨酯药物载体中所述生物可降解的疏水嵌段由聚己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸及其共聚物中的任一种构成，优选聚己内酯。该聚氨酯药物载体中所述亲水基团由聚乙二醇、季铵盐和磷脂中的一种或几种构成。该聚氨酯药物载体中所述刺激敏感基团为腙键、缩醛键、原酸酯键、苯亚胺键和二硫键中的一种或几种，其中优选腙键和二硫键。该聚氨酯药物载体中所述活性基团为羧基、氨基、羟基和巯基中的一种或几种，优
选羧基。本发明所提供的多功能聚氨酯药物载体可用于制备抗肿瘤药物给药系统，其中所述抗肿瘤药物是紫杉醇、雷公藤甲素、阿霉素、喜树碱、甲氨蝶呤中的一种或多种，优选紫杉醇和雷公藤甲素。
制备本发明所提供的多功能聚氨酯药物载体材料的方法，该方法是将生物可降解聚合物二元醇、脂肪族二异氰酸酯、扩链剂和封端剂的总摩尔数为基准，按以下摩尔百分比，采用常规的溶液聚合进行制备
生物可降解聚合物二元醇10~50%
脂肪族二异氰酸酯40~50%
扩链剂0~50%
封端剂0~40%，上述配方中的生物可降解聚合物二元醇选自生物可降解功能型聚合物二元醇和生物可降解对比聚合物二元醇中的一种或多种。其中，生物可降解功能型聚合物二元醇为分子结构中同时含有刺激敏感基团和疏水链段的生物可降解聚合物二元醇；生物可降解对比聚合物二元醇为在分子结构中只含有疏水链段的生物可降解聚合物二元醇。上述配方中的扩链剂选自功能型扩链剂和对比扩链剂中的一种或多种。其中，功能型扩链剂为分子结构中含有亲水基团、活性基团和刺激敏感基团中一种或多种基团的扩链剂，对比扩链剂为在分子结构中不含有亲水基团、活性基团和刺激敏感基团的扩链剂。上述配方中的封端剂选自功能型封端剂和对比封端剂中的一种或多种。其中功能型封端剂为分子结构中同时含有亲水基团和刺激敏感基团的封端剂，对比封端剂为分子结构中只含有亲水基团的封端剂。其中，生物可降解聚合物二元醇、扩链剂和封端剂中至少有一种组分含有刺激敏感基团，并且含有活性基团的功能型扩链剂含量不为0。上述配方中的生物可降解功能型聚合物二元醇优选含腙键的聚己内酯二元醇 (HPCL)；所述的生物可降解对比聚合物二元醇优选聚己内酯二元醇(PCL)；所述的功能型扩链剂优选赖氨酸-Y -氨基丁酸-Y -氨基丁酸扩链剂(LGG)、Gemini季铵盐二胺扩链剂 (GAn)或2，2-二硫二乙醇(DHDQ ；所述的对比扩链剂优选1，4-丁二醇(BDO)或1，3-丙二醇(PDO)；所述的功能型封端剂优选含腙键的甲氧基聚乙二醇(HPEG)；所述的对比封端剂优选甲氧基聚乙二醇(mPEG)。制备上述多功能聚氨酯药物载体材料采用的常规溶液聚合的工艺步骤和条件具体实施步骤可根据制备目标产物的配方作适当调整，优选使用如下工艺步骤和条件(1)将生物可降解聚合物二元醇在温度60 110°C下真空干燥60 120分钟；(2)将温度降至40 60°C后，加入脂肪族二异氰酸酯和适量溶剂，然后升温至 60 80°C，在搅拌和氮气保护下预聚反应60 120分钟；(3)加入扩链剂和适量催化剂，在25 85°C下反应120 240分钟；(4)加入封端剂，在25 85°C下反应60 120分钟；(5)升温至60 100°C，继续反应120 360分钟；(6)待反应液冷却后，停止搅拌和氮气保护，将反应液倒入过量的乙醚和甲醇混合溶液中沉淀12 48小时，将得到的沉淀干燥后即为所得产品。该方法中所用的溶剂可选用N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜，所用的催化剂可选用辛酸亚锡或二月桂酸丁基锡。该方法中溶剂和催化剂的使用量可
6根据反应进行调整，以不影响反应顺利进行为前提，适量地添加。采用上述方法制备的多功能聚氨酯药物载体材料可进一步通过溶剂挥发法、成膜水化法或透析法等工艺在水溶液中形成均勻分散的纳米自组装体，所得到的自组装载体可以通过其表面的活性基团偶联单克隆抗体等靶向分子，得到具有主动靶向功能的聚氨酯药物载体。制备上述具有主动靶向功能的聚氨酯药物载体时所采用的偶联单克隆抗体的方法为常规的酯缩合法，其工艺和条件如下(1)在多功能聚氨酯纳米自组装体(pH 6. 5 7. 5)中加入1_乙基_3_ (3_ 二甲氨丙基)碳二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺的水溶液，室温反应0. 5 3小时；(2)加入单克隆抗体水溶液，室温搅拌6 M小时；(3)将反应液在0. 5 3升磷酸缓冲液中透析M 48小时，并每隔2 12小时换新鲜的磷酸缓冲透析液；(4)将透析后的溶液于1000 5000r/min的转速下离心5 30分钟后灭菌，并于
4°C保存。本发明与已有技术相比，具有以下创新性和优点1、本发明提供的多功能聚氨酯药物载体中同时含有疏水链段和亲水基团，能够在水溶液中形成纳米尺寸的自组装体。其中疏水嵌段形成的内核能够包裹难溶性药物，亲水基团形成的外壳能够延长循环时间，实现载体的隐形功能；载体表面通过活性基团偶联的靶向分子能够赋予其主动靶向功能，从而将药物选择性输送至肿瘤区域；在肿瘤区域弱酸性和氧化还原电势等环境的刺激下，载体分子中的刺激敏感键发生断裂，从而实现药物的快速和可控释放。因此本发明所提供的聚氨酯药物载体能够同时实现长循环、主动靶向、刺激响应和药物控制释放等多种功能，具有类似结构和功能的聚氨酯药物载体未见报道。2、本发明提供的多功能聚氨酯药物载体具有独特的多嵌段结构，所形成的胶束具有更低的临界胶束浓度，对疏水抗癌药物的载药量和包封率远高于传统的线型二嵌段和三嵌段共聚物胶束。3、由于聚氨酯材料优异的分子可裁剪性，本发明提供的多功能聚氨酯药物载体不仅容易在主链、侧链和链端引入活性位点和功能基团进行分子修饰，实现多功能化，而且结构和功能易于调控，且调控方式多样，可以通过各嵌段组分的种类、链长和含量等来调节载体的分子量、亲疏水性、自组装行为、降解速度、靶向能力、刺激响应性和药物释放速率等， 以满足不同临床治疗的需要，因而克服了常规嵌段共聚物功能不完善、结构和性能调控手段单一的缺点。4、本发明提供的多功能聚氨酯药物载体相比现有的多功能给药体系，其材料合成和载体制备更为简单和经济，分子设计自由度较大，可在同一聚合物分子中同时、合理地实现多种功能，因而具有较好的应用前景。5、由于理想的载体结构和多功能性，本发明提供的多功能聚氨酯药物载体能够显著提高抗癌药物(如紫杉醇)的治疗效果，同时降低了化疗药物对健康组织和细胞的毒副作用，能够大大拓宽高效剧毒药物(如雷公藤甲素)的治疗窗，对于癌症的治疗和高效剧毒药物的临床使用具有重要的意义。
图1为本发明实施例1 3制备的多功能聚氨酯药物载体在不同PH条件下的药物累积释放曲线(药物为雷公藤甲素)；图2为本发明实施例3制备的多功能聚氨酯药物载体与人表皮鳞癌细胞(A431) 和3T3成纤维细胞共同培养不同时间后的流式细胞术测试结果；图3为用本发明实施例6制备的多功能聚氨酯药物载体所制备的雷公藤甲素纳米给药系统及其对照剂型给药后荷瘤鼠的存活率；图4为用本发明实施例6制备的多功能聚氨酯药物载体所制备的雷公藤甲素纳米给药系统及其对照剂型给药3周后的肿瘤照片。
具体实施例方式下面给出实施例以对本发明进行具体描述，但值得指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的普通专业人员根据上述发明的内容对本发明所作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。为了表述方便，在实施例中使用了以下代号，特此说明PCL=聚己内酯二元醇mPEG =甲氧基聚乙二醇LDI =赖氨酸乙酯二异氰酸酯BD0=1，4-丁二醇PD0=1，3-丙二醇DHDS = 2,2- 二硫二乙醇DMAc = N, N- 二甲基乙酰胺HPCL =含腙键的聚己内酯二元醇，其结构示意图如下
式中...............表示分子量为50 1000的脂肪族链段，_表示分子量为500
2000的聚己内酯链段。HPEG =含腙键的甲氧基聚乙二醇，其结构示意图如下式中η为1 100的整数。GAn = Gemini季铵盐二胺扩链剂，其中η为2 20的整数，优选为8_20，更优选为8-12，其结构示意图如下
8
权利要求
1.一种多功能聚氨酯药物载体，其特征在于分子结构中含有生物可降解的疏水链段、 亲水基团、刺激敏感基团和活性基团，重均分子量为5000 100000。
2.根据权利要求1所述的多功能聚氨酯药物载体，其特征在于所述的多功能聚氨酯药物载体可通过其活性基团与单克隆抗体、叶酸、RGD肽等物质中的任一种共价结合。
3.根据权利要求1或2所述的多功能聚氨酯药物载体，其中所述生物可降解的疏水链段由聚己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸及其共聚物中的任一种构成。
4.根据权利要求1或2所述的多功能聚氨酯药物载体，其中所述亲水基团由聚乙二醇、 季铵盐和磷脂中的一种或几种构成。
5.根据权利要求1或2所述的多功能聚氨酯药物载体，其中所述刺激敏感基团为腙键、 缩醛键、原酸酯键、苯亚胺键和二硫键中的一种或几种。
6.根据权利要求1或2所述的多功能聚氨酯药物载体，其中所述活性基团为羧基、氨基、羟基和巯基中的一种或几种。
7.权利要求1 6任一项所述的多功能聚氨酯药物载体在制备抗肿瘤药物给药系统中的用途。
8.根据权利要求7所述的用途，其特征在与所述抗肿瘤药物是紫杉醇、雷公藤甲素、阿霉素、喜树碱、甲氨蝶呤中的一种或多种。
9.一种制备权利要求1-6任一项所述的多功能聚氨酯药物载体的方法，其特征在于该方法是将生物可降解聚合物二元醇、脂肪族二异氰酸酯、扩链剂和封端剂的总摩尔数为基准，按以下摩尔百分比，采用常规的溶液聚合进行制备生物可降解聚合物二元醇10 50%脂肪族二异氰酸酯40 50%扩链剂0 50%封端剂0~40%，上述配方中的生物可降解聚合物二元醇选自生物可降解功能型聚合物二元醇和生物可降解对比聚合物二元醇中的一种或多种，所述生物可降解功能型聚合物二元醇为分子结构中同时含有刺激敏感基团和疏水链段的生物可降解聚合物二元醇，所述生物可降解对比聚合物二元醇为在分子结构中只含有疏水链段的生物可降解聚合物二元醇；上述配方中的扩链剂选自功能型扩链剂和对比扩链剂中的一种或多种，所述功能型扩链剂为分子结构中含有亲水基团、活性基团和刺激敏感基团中一种或多种基团的扩链剂， 所述对比扩链剂为在分子结构中不含有亲水基团、活性基团和刺激敏感基团的扩链剂；上述配方中的封端剂选自功能型封端剂和对比封端剂中的一种或多种，所述功能型封端剂为分子结构中同时含有亲水基团和刺激敏感基团的封端剂，所述对比封端剂为分子结构中只含有亲水基团的封端剂；其中，生物可降解聚合物二元醇、扩链剂和封端剂中至少有一种组分含有刺激敏感基团，并且含有活性基团的功能型扩链剂含量不为0。
10.根据权利要求9所述的制备多功能聚氨酯药物载体的方法，其特征在于所述的生物可降解功能型聚合物二元醇优选含腙键的聚己内酯二元醇(HPCL)；所述的生物可降解对比聚合物二元醇优选聚己内酯二元醇(PCL)；所述的功能型扩链剂优选赖氨酸-Y-氨基丁酸-Y-氨基丁酸扩链剂(LGG)、Gemini季铵盐二胺扩链剂(GAn)或2，2-二硫二乙醇(DHDS)；所述的对比扩链剂优选1，4_ 丁二醇(BDO)或1，3_丙二醇(PDO)；所述的功能型封端剂优选含腙键的甲氧基聚乙二醇(HPEG)；所述的对比封端剂优选甲氧基聚乙二醇 (mPEG)。
全文摘要
本发明提供的多功能聚氨酯药物载体，其分子结构中含有生物可降解的疏水链段、亲水基团、刺激敏感基团和活性基团，重均分子量为5000～100000。该聚氨酯药物载体材料能够在水溶液中形成纳米尺寸的自组装体，包裹难溶性抗肿瘤药物，其表面可通过活性基团偶联的靶向分子，形成具有长循环、主动靶向、刺激响应和药物控制释放等多种功能的理想给药系统，从而显著提高化疗药物的治疗效果，并且拓宽高效剧毒药物的治疗窗，在癌症的临床治疗方面具有非常大的应用潜力。
文档编号A61K45/00GK102335435SQ20111023099
公开日2012年2月1日 申请日期2011年8月12日 优先权日2011年8月12日
发明者丁明明, 傅强, 周立娟, 李洁华, 谭鸿 申请人:四川大学