专利名称：交联的生物可降解载体聚合物、胶束、囊泡及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种药物载体及其制备方法，具体涉及交联的生物可降解载体聚合物、胶束和囊泡及其制备方法和应用，属于生物医用材料领域。
背景技术：
两亲性嵌段聚合物在水溶液中自组装可以获得一系列的纳米材料，如球形胶束、 棒状胶束或者囊泡等。囊泡是由密闭双分子层所形成的球形或椭圆形单室或多室结构，与细胞膜的结构类似，具有很好的生物相容性。采用两亲性嵌段聚合物制成的囊泡，其结构类似于脂质体，是由一个亲水性的内腔和双层分子膜构成。这种聚合物囊泡具有脂质体和纳米粒等载药系统的优点，而且由于聚合物的分子量大，其机械强度和稳定性显著优于脂质体；其水溶性的内腔结构可以包裹水溶性药物，特别是蛋白类和核酸类药物；其疏水壳层具有一定的厚度，也可以包封脂溶性药物。因而，聚合物囊泡可以同时作为水溶性和脂溶性的药物的载体。近几年，由于大分子自组装技术的飞速发展，聚合物胶束和囊泡作为一类新型的药物载体，由于其自身的诸多优点，已经吸引了越来越多研究者的积极关注，成为当前自组装研究领域的热点之一。可形成聚合物胶束和囊泡的两亲性聚合物材料主要包括两类，一类是不可生物降解的聚合物，如聚乙二醇-聚苯乙烯(PEG-PS)等；另一类为生物可降解的聚合物，如聚乙二醇-聚乳酸(PEG-PLA)等。作为在生物体内使用的药物载体材料，采用生物可降解的聚酯类材料是必要的。随着生物技术的发展，多种蛋白质、核酸及多肽类药物应运而生，并应用在治疗包括癌症在内的诸多疾病上。但是，这些药物的稳定性差，细胞渗透性低，极大地限制了蛋白质和核酸类药物的应用。在药物载体方面，尽管聚合物囊泡显示了优于脂质体的稳定性，但最近的研究表明(S. P. Armes. Langmuir 2012，28，1196-1205)，聚合物囊泡的稳定性仍然需要进一步提高。近期出现了交联聚合物胶束的报道(ZY Zhong,Biomacromolecules 2011, 12，3047-3055)，核交联和壳交联的聚合物胶束有较好的稳定性和较慢的药物释放速度，但这类聚合物胶束适合于亲脂性药物而不适用于亲水性的蛋白、核酸和多肽类药物。作为药物释放载体，不管是囊泡还是胶束，在血液循环过程中，其稳定性都非常重要，现有结果已经表明，纯粹的囊泡或胶束，其稳定性是不够的，必须采取一定的方法来进一步提高其稳定性。用聚合物囊泡包裹蛋白、核酸和多肽类药物，以及载药以后的交联处理，必须在水溶液条件下进行，尽可能避免使用有机溶剂、高温和紫外光辐照，以防药物变性。这些要求用目前已知的两嵌段载体聚合物和胶束的核交联或壳交联技术是做不到的，必须有特殊结构的载体聚合物和相应的组装交联技术。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的聚合物胶束和囊泡稳定性差的问题，而提供交联的生物可降解载体聚合物、胶束、囊泡及其制备方法和应用。交联的生物可降解载体聚合物，该载体聚合物为MPEG-功能化的PEG-聚酯，它是一种可生物降解的A-B-C型三嵌段聚合物，嵌段A为聚乙二醇，分子量为2000 10000， 优选为2000-5000 ;嵌段B为侧链含功能基团的聚乙二醇，分子量为400 2000，优选为1000-1500，所述功能基团是羧基、氨基或羟基；嵌段C为生物可降解聚酯，其分子量为 2000 50000，优选为 10000-40000。所述的生物可降解聚酯是左旋丙交酯、右旋丙交酯、消旋丙交酯、乙交酯或ε-己内酯的聚合物，或者上述单体的一种或两种的无规共聚物，优选为消旋丙交酯或ε -己内酯。本发明提供上述A-B-C型可生物降解载体聚合物组成的聚合物胶束，该胶束的内核由疏水的嵌段C构成，胶束的外层壳由亲水的嵌段A构成，胶束内外层之间的过渡层由交联的嵌段B构成，所述胶束的尺寸为20 lOOOnm，尺寸分布为O. 01 O. 50。交联的生物可降解载体聚合物组成的聚合物胶束的制备方法，具体步骤如下(I)A-B-C型三嵌段聚合物形成聚合物胶束溶液；(2)将聚合物胶束溶液用双功能偶联剂进行偶联，形成交联的聚合物胶束；(3)交联的聚合物胶束溶液经透析、冷冻干燥获得聚合物胶束冻干粉；所述的双功能偶联剂是乙二胺、己二胺、胱胺、草酸、丙二酸、丁二酸、乙二醇、丙二醇或丁二醇，优选为乙二胺或胱胺。上述A-B-C型可生物降解载体聚合物组成的聚合物囊泡，该囊泡内层膜由疏水的嵌段C构成，囊泡的内外表层由亲水的嵌段A构成，囊泡内外层之间的过渡层由交联的嵌段 B构成，所述囊泡的尺寸为20 lOOOnm，尺寸分布为0. 01 0. 50。交联的生物可降解载体聚合物组成的聚合物囊泡的制备方法，其特征在于，具体步骤如下(I)A-B-C型三嵌段聚合物形成聚合物囊泡溶液；(2)将聚合物囊泡溶液用双功能偶联剂进行偶联，形成交联的聚合物囊泡；(3)交联的聚合物囊泡溶液经透析、冷冻干燥获得聚合物囊泡冻干粉；所述的双功能偶联剂是乙二胺、己二胺、胱胺、草酸、丙二酸、丁二酸、乙二醇、丙二醇或丁二醇，优选为乙二胺或胱胺。本发明还提供上述聚合物胶束包裹脂溶性物质的应用，所述脂溶性物质主要指脂溶性药物,包括紫杉醇、多西紫杉醇、喜树碱及其衍生物、阿霉素及其类似物、脂溶性钼类抗癌药、脂溶性诊断试剂或荧光试剂。上述聚合物囊泡包裹水溶性物质的应用，所述水溶性物质指蛋白类、核酸类、多肽类药物、小分子水溶性药物、水溶性诊断试剂、荧光试剂、血红蛋白或酶分子。上述聚合物囊泡包裹脂溶性物质的应用，所述脂溶性物质主要指脂溶性药物，包括紫杉醇、多西紫杉醇、喜树碱及其衍生物、阿霉素及其类似物、脂溶性钼类抗癌药、脂溶性诊断试剂或荧光试剂。上述聚合物囊泡同时包裹水溶性物质和脂溶性物质的应用，所述水溶性物质指蛋白类、核酸类、多肽类药物、小分子水溶性药物、水溶性诊断试剂、荧光试剂、血红蛋白或酶分子；所述脂溶性物质主要指脂溶性药物，包括紫杉醇、多西紫杉醇、喜树碱及其衍生物、阿霉素及其类似物、脂溶性钼类抗癌药、脂溶性诊断试剂或荧光试剂。有益效果(I)本发明的载体聚合物是两亲性的，能够自组装成聚合物胶束或胶囊，所形成的胶束和囊泡与普通的聚合物胶束或囊泡相似，聚合物胶束可以担载脂溶性药物，聚合物囊泡可以在自组装过程中将水溶性药物包裹在内水相中，实现药物担载，或者将血红蛋白包裹在内水相中，形成红血球的替代物，具有红血球的携氧功能；(2)本发明的载体聚合物由于嵌段B处于嵌段A和嵌段C之间，链段不长，因而嵌段B所含有的可反应基团全部处于内层的表面，能够与水相中的偶联剂反应，实现嵌段B的交联，交联后的嵌段B自成一层，处于聚酯内层和聚乙二醇外层之间；并且该聚合物嵌段B 上的不同功能基团是用同一个母体聚合物合成的，既能满足不同实际应用的需要，又不过多的增加成本和增加医学审批的难度；(3)本发明的载体聚合物的A、B嵌段同为聚醚，因而可以通过环氧乙烷和烯丙基缩水甘油醚分步聚合得到，进一步简化工艺，降低成本；(4)本发明的载体聚合物完全生物相容和生物降解，便于医学应用；(5)本发明的聚合物胶束或囊泡由于含有交联的嵌段B构成的过渡层，因而与不交联的聚合物胶束或囊泡相比，从交联和未交联胶束的药物在磷酸缓冲溶液中的释放曲线可以看出，该聚合物胶束或囊泡具有更好的机械强度和稳定性，它作为药物载体在血液中有较长的循环时间，因而其中的药物有较高的生物利用度，它作为血红蛋白的载体在血液中比较稳定，不容易产生机械损伤，血红蛋白不会逃逸，不会造成NO的消耗和血管壁的收缩，因而有利于血压的稳定。
图I本发明的交联的生物可降解聚合物胶束结构示意图；图2本发明的交联的生物可降解聚合物囊泡结构示意图；图3本发明实施例6制备的包裹阿霉素盐酸盐囊泡结构示意图；图4本发明实施例7制备的同时包裹阿霉素盐酸盐和紫杉醇囊泡结构示意图；图5本发明实施例4产物的透射电子显微镜照片；图6交联和未交联胶束的药物在磷酸缓冲溶液中的释放曲线。
具体实施例方式交联的生物可降解载体聚合物，该载体聚合物为MPEG-功能化的PEG-聚酯，它是一种可生物降解的A-B-C型三嵌段聚合物，嵌段A为聚乙二醇(PEG)，分子量为2000 10000，优选为2000-5000 ;嵌段B为侧链含功能基团的聚乙二醇，分子量为400 2000，优选为1000-1500，所述功能基团是羧基、氨基或羟基；嵌段C为生物可降解聚酯，其分子量为 2000 50000，优选为10000-40000 ;所述的生物可降解聚酯是左旋丙交酯、右旋丙交酯、消旋丙交酯、乙交酯或ε -己内酯的聚合物，或者上述单体的一种或两种的无规共聚物，优选为消旋丙交酯或ε-己内酯的聚合物。交联的生物可降解载体聚合物的制备方法，具体步骤如下(I)首先以端甲氧基保护的PEG引发烯丙基缩水甘油醚开环聚合，获得两嵌段聚合物聚乙二醇-聚烯丙基缩水甘油醚；(2)用步骤(I)获得的两嵌段聚合物引发酯类单体开环聚合，制备三嵌段聚合物聚乙二醇-聚(侧烯丙基取代乙二醇)_聚酯；所述的聚酯是左旋丙交酯、右旋丙交酯、消旋丙交酯、乙交酯或ε -己内酯的聚合物，或者上述单体的一种或两种的无规共聚物；(3)将含巯基的单体与步骤(2)得到的三嵌段聚合物上的烯丙基发生加成反应， 将聚合物侧链的双键转变为不同的功能基团，得到A-B-C型三嵌段聚合物。所述的含巯基的单体为巯基乙胺、巯基乙醇或巯基丙酸。上述A-B-C型三嵌段聚合物可通过开环聚合和加成反应制备。具体制备如下第一步氮气保护下，在反应容器中放入不同分子量的PEG，加入溶剂甲苯进行共沸除水，2-5小时后，在反应容器中加入氢氧化铈，40 V -70 V搅拌反应2-4小时，除去溶剂， 继续加入烯丙基缩水甘油醚，200C _50°C反应12-24小时，冷却至室温，用200-500mL乙醚沉降，过滤，真空干燥后得到固体粉末PEG-PAGE，所述的PEG、氢氧化铈和烯丙基缩水甘油醚的摩尔比为I : I : 4-20;第二步取上述PEG-PAGE溶于10_50mL的THF中，搅拌溶解后，加入催化剂 Zn [N (SiMe3)2]2和聚酯单体，室温搅拌2-10小时后，用200-500mL乙醚沉降，过滤，真空干燥后得到聚合物聚乙二醇-聚(侧烯丙基取代乙二醇)_聚酯；所述的PEG-PAGE与聚酯单体的摩尔比为I 50-400 ;催化剂的加入量为PEG-PAGE的1/1000 5/100，所述的聚酯是左旋丙交酯、右旋丙交酯、消旋丙交酯、乙交酯或ε -己内酯的聚合物，或者上述单体的一种或两种的无规共聚物；第三步取步骤二中的三嵌段聚合物聚乙二醇-聚(侧烯丙基取代乙二醇)_聚酯加入到10-50mL的THF中，通氮气15_30min，然后加入含巯基的单体，用波长为254nm的紫外灯室温照射4-10小时，用200-500mL乙醚沉降，过滤，真空干燥后得到A-B-C型三嵌段聚合物。所述的聚乙二醇-聚(侧烯丙基取代乙二醇)_聚酯上功能基团与含巯基的单体的摩尔比为I : I。所述的含巯基的单体为巯基乙胺、巯基乙醇或巯基乙酸。以嵌段聚合物聚乙二醇-聚(含侧羧基乙二醇)_聚ε -己内酯(PEG-PEG/_-PCL)
为例，其合成路线如下
用巯基乙胺和巯基乙醇代替巯基乙酸，可获得侧氨基和侧羟基的三嵌段聚合物，
加成反应如下
HS-CH2CH2-NH2 -^ NH2
—
HS-CH2CH2-OH ^本发明提供上述A-B-C型可生物降解载体聚合物组成的聚合物胶束，该胶束的内核由疏水的嵌段C构成，胶束的外层壳由亲水的嵌段A构成，胶束内外层之间的过渡层由交联的嵌段B构成，所述胶束的尺寸为20 lOOOnm，尺寸分布为0. 01 0. 50，所述的嵌段A 为聚乙二醇(PEG)，分子量为2000 10000，嵌段B为侧链含功能基团的聚乙二醇，分子量为400 2000，所述功能基团是羧基、氨基或羟基；嵌段C为生物可降解聚酯，其分子量为 2000 50000，所述的生物可降解聚酯是左旋丙交酯、右旋丙交酯、消旋丙交酯、乙交酯或 ε -己内酯的聚合物，或者上述单体的一种或两种的无规共聚物。上述聚合物胶束的制备方法，它包括以下步骤(I)A-B-C型三嵌段聚合物自组装形成聚合物胶束溶液；(2)将聚合物胶束溶液用双功能偶联剂进行偶联，形成交联的聚合物胶束；(3)交联的聚合物胶束溶液经透析、冷冻干燥获得聚合物胶束冻干粉。上述胶束的制备方法中，其中步骤(I)的自组装技术参见双亲性两嵌段聚合物自组装的已知技术，包括超薄膜水合技术、聚合物乳液/溶剂蒸发技术、聚合物乳液/溶剂透析技术等。以上技术和乳液挤出技术相结合，可调整所制备聚合物胶束的直径范围，以满足实际应用的需要。用超薄膜水合法制备聚合物胶束的制备过程是将A-B-C型三嵌段聚合物溶于四氢呋喃(THF)或氯仿(CHCl3)中，聚合物浓度为5 10mg/mL，然后加入水或缓冲溶液，聚合物浓度为0. I I. 0mg/mL，室温搅拌直到溶剂挥发完全，即可得到聚合物胶束。上述A-B-C型可生物降解载体聚合物组成的聚合物囊泡，该囊泡内层膜由疏水的嵌段C构成，囊泡的内外表层由亲水的嵌段A构成，囊泡内外层之间的过渡层由交联的嵌段 B构成，所述囊泡的尺寸为20 lOOOnm，尺寸分布为0.01 0. 50，所述的嵌段A为聚乙二醇(PEG)，分子量为2000 10000，嵌段B为侧链含功能基团的聚乙二醇，分子量为400 2000，所述功能基团是羧基、氨基或羟基；嵌段C为生物可降解聚酯，其分子量为2000 50000，所述的生物可降解聚酯是左旋丙交酯、右旋丙交酯、消旋丙交酯、乙交酯或ε -己内酯的聚合物，或者上述单体的一种或两种的无规共聚物。上述聚合物囊泡的制备方法，它包括以下步骤(I)A-B-C型三嵌段聚合物自组装形成聚合物囊泡溶液；(2)将聚合物囊泡溶液用双功能偶联剂进行偶联，形成交联的聚合物囊泡；(3)交联的聚合物囊泡溶液经透析、冷冻干燥获得聚合物囊泡冻干粉。
类似的偶联反应还有上述囊泡的制备方法中，其中步骤⑴的自组装技术参见双亲性两嵌段聚合物自组装的已知技术，包括超薄膜水合技术、聚合物乳液/溶剂蒸发技术、聚合物乳液/溶剂透析技术等。以上技术和乳液挤出技术相结合，可调整所制备聚合物囊泡的直径范围，以满足实际应用的需要。用超薄膜水合法制备聚合物囊泡的典型制备过程和条件是将A-B-C型三嵌段聚合物溶于四氢呋喃(THF)或氯仿(CHCl3)中，聚合物浓度为5 10mg/mL，然后旋转蒸发除去有机溶剂，在瓶壁上形成一层均匀的聚合物薄膜，通过真空处理完全除去有机溶剂，最后加入水或缓冲溶液，聚合物浓度为O. I I. Omg/mL，通过搅拌加热即可形成聚合物囊泡。上述胶束和囊泡的制备方法中，步骤(2)所使用的双功能偶联剂是小分子的水溶性二胺，二酸或二醇，如乙二胺、己二胺、胱胺、草酸、丙二酸、丁二酸、乙二醇、丙二醇或丁二醇，优选为乙二胺或胱胺。它们分别与嵌段B中的羧基、羟基或氨基反应，形成酰胺键和酯键，实现嵌段B分子链之间的偶联，偶联反应在水溶液中进行，以便不伤害囊泡或胶束中包裹的物质。为了保证偶联反应的效率，除偶联剂外还使用水溶性的缩合助剂I-乙基-3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(l-ethyl-3-(3-dimethyaminopropyl) carbodimide *HC1, EDC)和 N-轻基硫代玻拍酸亚胺(N-hydroxysulfosuccinimide, sulfo-NHS)。聚合物胶束或囊泡的交联过程如下在制备好的聚合物胶束或囊泡溶液中，加入 2 5倍(相对于嵌段B上的功能基团的数量)过量的EDC和sulfo-NHS，室温搅拌I 2h 后，加入二胺、二酸或二醇反应10 24h，得到交联的聚合物胶束或囊泡。该过程的反应方程式如下
权利要求
1.交联的生物可降解载体聚合物，其特征在于，该载体聚合物为一种可生物降解的 A-B-C型三嵌段聚合物，嵌段A为聚乙二醇，分子量为2000 10000，嵌段B为侧链含功能基团的聚乙二醇，分子量为400 2000，所述功能基团是羧基、氨基或羟基，嵌段C为生物可降解聚酯，其分子量为2000 50000。
2.如权利要求I所述的交联的生物可降解载体聚合物，其特征在于，所述的生物可降解聚酯是左旋丙交酯、右旋丙交酯、消旋丙交酯、乙交酯或e -己内酯的聚合物，或者上述单体的一种或两种的无规共聚物。
3.如权利要求2所述的交联的生物可降解载体聚合物，其特征在于，所述的生物可降解聚酯是消旋丙交酯或e-己内酯的聚合物。
4.权利要求1-3任何一项所述的交联的生物可降解载体聚合物组成的聚合物胶束， 其特征在于，该胶束的内核由疏水的嵌段C构成，胶束的外层壳由亲水的嵌段A构成，胶束内外层之间的过渡层由交联的嵌段B构成，所述胶束的尺寸为20 lOOOnm，尺寸分布为 0. 01 0. 50。
5.交联的生物可降解载体聚合物组成的聚合物胶束的制备方法，其特征在于，具体步骤如下(1)A-B-C型三嵌段聚合物形成聚合物胶束溶液；(2)将聚合物胶束溶液用双功能偶联剂进行偶联，形成交联的聚合物胶束；(3)交联的聚合物胶束溶液经透析、冷冻干燥获得聚合物胶束冻干粉；所述的双功能偶联剂是乙二胺、己二胺、胱胺、草酸、丙二酸、丁二酸、乙二醇、丙二醇或丁二醇。
6.权利要求1-3任何一项所述的交联的生物可降解载体聚合物组成的聚合物囊泡， 其特征在于，该囊泡内层膜由疏水的嵌段C构成，囊泡的内外表层由亲水的嵌段A构成，囊泡内外层之间的过渡层由交联的嵌段B构成，所述囊泡的尺寸为20 lOOOnm，尺寸分布为 0. 01 0. 50。
7.交联的生物可降解载体聚合物组成的聚合物囊泡的制备方法，其特征在于，具体步骤如下(1)A-B-C型三嵌段聚合物形成聚合物囊泡溶液；(2)将聚合物囊泡溶液用双功能偶联剂进行偶联，形成交联的聚合物囊泡；(3)交联的聚合物囊泡溶液经透析、冷冻干燥获得聚合物囊泡冻干粉；所述的双功能偶联剂是乙二胺、己二胺、胱胺、草酸、丙二酸、丁二酸、乙二醇、丙二醇或丁二醇。
8.如权利要求5或7所述的交联的生物可降解载体聚合物组成的聚合物胶束和聚合物囊泡的制备方法，其特征在于，所述的双功能偶联剂是乙二胺或胱胺。
9.权利要求4所述的交联的生物可降解载体聚合物组成的聚合物胶束包裹脂溶性物质的应用，其特征在于，所述的脂溶性物质包括紫杉醇、多西紫杉醇、喜树碱及其衍生物、阿霉素及其类似物、脂溶性钼类抗癌药、脂溶性诊断试剂或荧光试剂。
10.权利要求6所述的交联的生物可降解载体聚合物组成的聚合物囊泡包裹水溶性物质、脂溶性物质或同时包裹水溶性物质和脂溶性物质的应用，其特征在于，所述水溶性物质指蛋白类、核酸类、多肽类药物、小分子水溶性药物、水溶性诊断试剂、荧光试剂、血红蛋白或酶分子；所述的脂溶性物质包括紫杉醇、多西紫杉醇、喜树碱及其衍生物、阿霉素及其类似物、脂溶性钼类抗癌药、脂溶性诊断试剂或荧光试剂。
全文摘要
本发明提供交联的生物可降解载体聚合物、胶束和囊泡及其制备方法和应用，属于生物医用材料领域。解决现有的聚合物胶束和囊泡稳定性差的问题。该载体聚合物为A-B-C型三嵌段聚合物，嵌段A为聚乙二醇，嵌段B为侧链含功能基团的聚乙二醇，嵌段C为生物可降解聚酯。本发明还提供该由该载体聚合物自组装而成的聚合物胶束和囊泡，所述胶束的尺寸为20～1000nm，尺寸分布为0.01～0.50；所述囊泡的尺寸为20～1000nm，尺寸分布为0.01～0.50。本发明的聚合物胶束可包裹脂溶性物质，聚合物囊泡可同时包裹水溶性物质和脂溶性物质，聚合物胶束或囊泡由于含有交联的嵌段B构成的过渡层，具有更好的机械强度和稳定性。
文档编号A61K49/00GK102604065SQ20121008425
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者岳军, 晏乐三, 景遐斌, 胡秀丽, 谢志刚, 黄宇彬 申请人:中国科学院长春应用化学研究所