专利名称：一种利用驱替物提高碳纳米管药物递送系统中药物释放的方法
技术领域：
本发明涉及碳纳米管的应用，特别涉及碳纳米管药物递送系统中药物释放的解决方法。
背景技术：
碳纳米管(CarbonNanotubes，CNTs)是 1991 年日本 NEC 公司的 S. Iijima 在用电子显微镜观察石墨电弧法制备富勒烯产物时发现的，它可看作是由石墨烯层片绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的直径为纳米尺度的无缝、中空的管体，其两端由富勒烯半球封帽而成。碳纳米管由于结构比较特殊(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上封口)，具有独特的中空结构和纳米管径，其内部空腔可容纳大量药物，两端一旦被打开，其开放端则成为控制治疗药物释放的通道，更重要的是，CNTs可将其载运的治疗药物与环境隔离，从而保护药物在递送的过程中免受体内酶等的破坏，将治疗药物安全载运到细胞内；此外还有大量文献报道表明CNTs能通过多种途径与机制进入细胞和亚细胞器。尽管原始CNTs几乎不溶于任何溶剂，且在溶液中易聚集成束，但是利用物理或化学方法对其表面进行修饰处理，改变其表面基团及理化性质，可以改善CNTs的分散性，并增强了其与机体的相容性。不仅如此，对CNTs表面进行修饰还可以实现功能化，功能化后的CNTs不仅保持原有的特异性质，而且修饰分子的功能团还具有进一步反应的活性，为CNTs的进一步 (靶向)修饰提供可能。目前CNTs用于药物递送系统中的载药方法主要有三种第一种是将药物与功能化后的CNTs通过共价键相连，给药后，在体内酶等的作用下共价键断裂，释放药物发挥药效，这种方法要经过多步反应，使用的化学试剂多，不利于环保与大生产应用；第二种是将药物与功能化后的CNTs通过非共价的方式结合，这种情况下，药物可以通过Ji-JI相互作用堆积在CNTs的外壁，但这种作用有一定的局限性，即要求药物具有共轭芳香环，有离域大η键，对很多药物来说，不能满足这个结构要求；第三种是将药物通过一定的方法与手段装填在CNTs的管腔内，这个方法能克服前两种方法的不足，其载药过程是个物理过程， 不需用到化学试剂；大部分药物分子都可以装载到适宜的CNTs管腔。不仅如此，药物包载于碳纳米管的管腔后，由于管腔的保护作用，还可使一些易被酶降解或稳定性受PH影响的药物免受破坏；对于P-糖蛋白抑制剂外排底物的药物，由于被装载于管腔，也可免受P-gp 外排。有大量文献报道，将药物装载于碳纳米管管腔时的驱动力是毛细管作用，其次由于各种分子性质的不同，还有范德华力及疏水作用力等。毛细管作用即当含有细微缝隙的物体与液体接触时，在浸润情况下液体沿缝隙上升或渗入，在不浸润情况下液体沿缝隙下降的现象；其大小与该液体的表面张力成正比，与毛管半径成反比。而固体表面的润湿是指表面上一种流体被另一种流体所取代的过程。润湿时液体对固体表面的附着力大于其内聚力； 不润湿时液体对固体表面的附着力小于其内聚力。药物装载于纳米管管腔以后，由于管口能垒的阻碍，以及管腔的纳米维度，药物与管腔间相互作用的复杂性，药物从管腔释放非常困难，到目前为止，怎样将管腔里面的东西释放出来依然是一个难题，这极大的限制了 CNTs 在药物递送中的应用，也是这种简便载药方法的应用远远不于前两种方法的主要原因。改善碳管中药物的释放，目前主要有如下几个途径1)外部触发，如电场、磁场、 机械、光、热，但这些手段不容易实现，尤其是在体内应用是很不方便的；幻改善管的本质性质如增加管上的孔洞数、减小管壁上修饰基团的空间立体位阻等。对单壁管来说，通过化学修饰可以破坏其管壁结构，形象地说是可以在管壁上打洞，这样可以使药物释放；对于多壁管来说，一般各种改性修饰(管腔填充除外)只能对其管的最外一层或管口进行了修饰破坏，这种结构的改变达不到管腔，尽管这种修饰会由于修饰基团的性质与空间位阻等使管口能垒有一定的变化，对某些与碳管管腔相互作用强的药物来说，这种变化还不能使其从管腔释放出来。本发明解决药物从CNTs管腔中释放是基于CNTs管腔载药的原理——毛细管作用。药物进入管腔以后，对管腔表面有一个附着力，若能通过一定的方法改变药物对管腔表面的附着力至一定程度，即能使其释放。如(1)通过同时载入另一种物质，使其与CNTs管腔的作用强于药物分子，削弱了药物与管腔壁之间的作用，这样就能将药物驱替出管腔，从而改善药物的释放。( (和)或者同时载入一种物质，该物质能产生足够大的驱动力如渗透压等，这个力能克服药物与管腔之间的作用力及管口能垒对药物释放的阻碍。由于药物释放的改善，利用碳纳米管管腔装载药物将得到广泛应用。
发明内容
本发明的目的1是改善碳纳米管的生物相容性。采用强酸氧化的方法将已经过王水处理除催化剂的碳纳米管接枝上羧基，优化方法后得到的羧基化碳纳米管(CNT-COOH) 羧基接枝量最高可高达2. 0mmol/go本发明的目的2是将不同管径羧基化修饰的碳纳米管进行载药，筛选出载药量最高的 CNT-COOH ；本发明的目的3是将载药量最高的碳纳米管进行载药与释放考察，通过应用不同的驱替物来促使药物释放。本发明实现各个目的的技术方案包括如下几个步骤1.原始碳纳米管的羧基化修饰取CNT(三种管径)适量，加入0. 1 2倍量H2S04/HN(V混合液，水浴(室温 50°C) 超声12 36小时后，用去离子水洗涤至中性后，50-80°C真空干燥，收集黑色粉末，即得羧基化碳纳米管(CNT-COOH)。2.羧基化碳纳米管载药精密称取CNT-COOH适量，置西林瓶中；配制一定浓度维拉帕米水溶液及羟基喜树碱乙醇溶液，精密移取该溶液分别加入上述西林瓶中并称定重量，超声5分钟后置室温 (25 30°C )恒温振摇M小时，经0. 1 μ m滤膜过滤，取续滤液依法测定其中药物的含量， 通过计算得到碳纳米管的载药量；收集滤渣真空减压干燥即碳纳米管载药系统。结果表明内径2 5nm的CNT-C00H的载药量最高。3.驱替物对碳纳米管递送系统中药物释放的影响取一定量的CNT-C00H，边搅拌边抽真空0. 5 1小时，然后加入药物与驱替物(或不加驱替物)的混合溶液或熔融混合物，继续抽真空并搅拌至溶剂挥干后再持续搅拌并抽真空不少于3小时，产物快速用一定的溶剂洗涤并定容至一定体积，计算该溶液中药物的含量，滤渣干燥，取适量依法进行释放度考察。4.体外释放度考察方法取有驱替物及无驱替物的碳纳米管载药系统，采用溶出度测定法(中国药典2010 版二部附录》))中的第一法，以150mL脱气去离子水为溶出介质，转速为75rpm，依法操作， 在1、2、4、6、8、12、M小时分别取液lmL，0. 22 μ m微孔滤膜过滤，高效液相色谱法依法测续滤液中药物的含量，并及时在操作容器中补充同种溶出介质lmL。
图1为实施例1中不同管径CNT-COOH载维拉帕米的包封率2为实施例2中不同管径CNT-COOH载羟基喜树碱的包封率3为实施例3中无驱替物的CNT-COOH载维拉帕米递送系统的药物释放曲线4为实施例4中泊洛沙姆F68为驱替物的CNT-COOH载维拉帕米递送系统的药物释放曲线5为实施例5中PEG4000为驱替物的CNT-COOH载维拉帕米递送系统的药物释放曲线图(η = 3)图6为实施例6中乳糖为驱替物的CNT-COOH载维拉帕米递送系统的药物释放曲线图(η = 3)
具体实施例方式以下结合实施例对本发明做进一步的说明，而不是限制本发明的范围。实施例1 :CNT-C00H载水溶性药物盐酸维拉帕米递送系统的制备取原始MWCNTIOOmg,加入 40mL H2S04/HN03 (V/V = 3/1)混合液，水浴(30 40°C ) 超声对小时，用120mL去离子水稀释，静置过液，抽滤，滤渣用去离子水透析至液体呈中性后，水浴蒸干，收集黑色粉末，即得羧基化碳纳米管(CNT-C00H)。考察了 CNT-COOH在不同溶剂中的溶散性，结果表明，CNT-COOH在水以及DMF、DMS0、50%乙醇、75%乙醇、95%乙醇中溶散性好。经过酸碱滴定的方法测得其中羧基的含量为1.5mm0l/g。精密称取CNT-COOH 10mg，置西林瓶中；配制ΙΟΟμ g/mL的维拉帕米水溶液，精密移取该溶液10. OmL，加入上述西林瓶中，密封，超声5分钟后置恒温05 士 2°C)振摇M小时，经0. 15 μ m滤膜过滤，取续滤液依法测定其中药物的含量，通过计算得到碳纳米管的载药量；收集滤渣真空减压干燥即碳纳米管载药系统。实施例2 =CNT-COOH载脂溶性药物羟基喜树碱递送系统的制备取原始丽CNTIOOmg,加入 40mIil2S04/HN03 (V/V = 3/1)混合液，水浴(30 40°C ) 超声对小时，用120mL去离子水稀释，静置过液，抽滤，滤渣用去离子水透析至液体呈中性后，水浴蒸干，收集黑色粉末，即得羧基化碳纳米管(CNT-COOH)。精密称取CNT-COOH IOmg, 置西林瓶中；配制50 μ g/mL的羟基喜树碱乙醇溶液，精密移取该溶液10. OmL，加入上述西林瓶中，密封，超声5分钟后置恒温(25 士 2°C)振摇对小时，经0. Iym滤膜过滤，取续滤液依法测定其中药物的含量，通过计算得到碳纳米管的载药量；收集滤渣真空减压干燥即碳纳米管载药系统。实施例3 无驱替物的CNT-COOH载盐酸维拉帕米递送系统的制备精密称取CNT-COOH 89. 6mg置反应瓶中，边搅拌边抽真空1小时；将盐酸维拉帕米 86. 3mg,加少量去离子水使成溶液状，得A液，将A液加入至已抽真空处理的CNT-COOH反应瓶中，继续保持真空并搅拌2小时，然后在真空搅拌状态下加热至溶剂挥干后，产物快速用乙醇洗涤并定容至50mL，计算该溶液中药物的含量，滤渣干燥，即得无驱替物的CNT-COOH 载盐酸维拉帕米递送系统123. 71mg。实施例4 以泊洛沙姆F68为驱替物的CNT-COOH载盐酸维拉帕米递送系统的制备精密称取CNT-COOH 99. 3mg置反应瓶中，边搅拌边抽真空1小时；将泊洛沙姆 F680. 4g熔融后加入盐酸维拉帕米99. 6mg,加少量去离子水使成溶液状，得A液，将A液加入至已抽真空处理的CNT-COOH反应瓶中，继续保持真空并搅拌2小时，然后在真空搅拌状态下加热至溶剂挥干后，产物快速用乙醇洗涤并定容至50mL，计算该溶液中药物的含量，滤渣干燥，即得以泊洛沙姆F68为驱替物的CNT-COOH载盐酸维拉帕米递送系统M2. Imgo实施例5 以PEG4000为驱替物的CNT-COOH载盐酸维拉帕米递送系统的制备精密称取CNT-COOH IOOmg置反应瓶中，边搅拌边抽真空1小时；将PEG40000. 4g 熔融后加入盐酸维拉帕米lOOmg，加少量去离子水使成溶液状，得A液，将A液加入至已抽真空处理的CNT-COOH反应瓶中，继续保持真空并搅拌2小时，然后在真空搅拌状态下加热至溶剂挥干后，产物快速用去离子水洗涤并定容至50mL，计算该溶液中药物的含量，滤渣干燥，即得以PEG4000为驱替物的CNT-⑶OH载盐酸维拉帕米递送系统236. 6mg。实施例6 以乳糖为驱替物的CNT-COOH载盐酸维拉帕米递送系统的制备精密称取CNT-COOH 100. 2mg置反应瓶中，边搅拌边抽真空1小时；将5g乳糖配制成饱和溶液，加入盐酸维拉帕米99. 9mg,加少量去离子水使成溶液状，得A液，将A液加入至已抽真空处理的CNT-COOH反应瓶中，继续保持真空并搅拌2小时，然后在真空搅拌状态下加热至溶剂挥干后，产物快速用去离子水洗涤并定容至50mL，计算该溶液中药物的含量，滤渣干燥，即得以乳糖为驱替物的CNT-⑶OH载盐酸维拉帕米递送系统1. 1476g。实施例7 以烷基糖苷为驱替物的CNT-COOH载盐酸维拉帕米递送系统的制备精密称取CNT-COOH IOOmg置反应瓶中，边搅拌边抽真空1小时；将烷基糖苷0. 4g 及盐酸维拉帕米lOOmg，加少量去离子水使成溶液状，得A液，将A液加入至已抽真空处理的CNT-COOH反应瓶中，继续保持真空并搅拌2小时，然后在真空搅拌状态下加热至溶剂挥干后，产物快速用去离子水洗涤并定容至50mL，计算该溶液中药物的含量，滤渣干燥，即得以烷基糖苷为驱替物的CNT-COOH载盐酸维拉帕米递送系统。实施例8 以泊洛沙姆和PEG4000混合物为驱替物的CNT-COOH载盐酸维拉帕米递送系统的制备精密称取CNT-COOH IOOmg置反应瓶中，边搅拌边抽真空1小时；将一定比例的泊洛沙姆和PEG4000混合物(W/W) 0. 4g及盐酸维拉帕米lOOmg，加热并加少量去离子水使成溶液状，得A液，将A液加入至已抽真空处理的CNT-COOH反应瓶中，继续加热、抽真空并搅拌至溶剂挥干后再持续搅拌并抽真空3小时，产物快速用去离子水洗涤并定容至50mL，计算该溶液中药物的含量，滤渣干燥，即得以泊洛沙姆和PEG4000混合物为驱替物的CNT-COOH 载盐酸维拉帕米递送系统。
权利要求
1.一种利用驱替物提高碳纳米管药物递送系统中药物释放的方法，其特征在于将功能化修饰后的碳纳米管同时装载药物和一种或多种能促进药物从碳纳米管(CNTs)管腔中释放的驱替物质。
2.一种如权利1中所述的利用驱替物提高碳纳米管药物递送系统中药物释放的方法， 其具体操作步骤为(1)取CNTs适量，加入0.1 2倍量H2S04/HN03 (体积比3 1 3. 8 1)混合液，水浴(室温 50°C)超声12 36小时后，用去离子水洗涤至中性后，50-80°C真空干燥，收集黑色粉末，即得羧基化碳纳米管(CNT-COOH)。(2)精密称取一定量的CNT-C00H，边搅拌边抽真空0.5 1小时，然后加入驱替物与药物的混合溶液或熔融混合物，继续抽真空并搅拌至溶剂挥干后再持续搅拌并抽真空不少于 3小时，产物快速用一定的溶剂洗涤并定容至一定体积，计算该溶液中药物的含量，滤渣干燥，取适量依法进行释放度考察。
3.根据权利1要求，促释放的驱替物进一步要求为高渗透压的物质如乳糖、山梨醇、蔗糖等；大分子聚合物聚乙二醇(PEG2000 6000)、聚维酮(PVPK15、K30)等；表面活性剂泊洛沙姆、十二烷基苯磺酸钠、烷基糖苷等；或者其中两种或两种以上的混合组分。
4.根据权利2要求，混酸为硫酸与硝酸，其体积比为3 1 3.4 1，混酸用量为CNTs 量的200 1000倍(V/W)，在此条件下其羧基的接枝量最高，可达2mmol/g。
5.根据权利2要求，碳纳米管进一步要求为化学气相沉积法生产的多壁碳纳米管及单壁碳纳米管。
6.根据权利2要求，药物与载体之间是通过非共价的方式相互作用，其载药方式为在毛细管作用下，药物被虹吸进入CNT的管腔，药物包括水溶性较好的物质盐酸维拉帕米、疏水性物质羟基喜树碱及紫杉醇。
全文摘要
本发明公开了一种利用驱替物提高碳纳米管药物递送系统中药物释放的方法。从碳管管腔载药的机理入手，通过在载药的同时载入一种或多种驱替物，该驱替物能降低溶液表面张力，或者其与碳纳米管管腔作用力强于药物与管腔的作用力，从而克服药物从碳纳米管管腔释放的能垒及削弱药物与管腔之间的作用力，达到促进药物释放的目的。通过加入促释放的替驱物以后，药物24小时累积释放度由不加替驱物时的10％提高到加替驱物时的70～80％。利用该法解决碳管管腔中药物释放问题，简单易行，可克服光、热等外部驱动释放在生物体上不便操作的缺点。由于药物释放的改善，许多药物都可以通过管腔装载的方式载药，这将大大提高碳纳米管在药物递送系统中的应用。
文档编号A61K47/34GK102397553SQ20111037766
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年11月24日
发明者冉冉, 朱家壁, 王亚晶, 王纠, 葛亮, 陈强炬 申请人:中国药科大学