专利名称：基于聚-β氨基酯的pH响应无规共聚物及其制法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物医药用高分子聚合物材料领域，具体涉及一种基于聚氨基酯的pH响应无规共聚物及其制法和应用。
背景技术：
癌症日益成为危害人类生命健康的主要杀手，而化学治疗是除手术外最重要有效的治疗手段。但存在以下两大问题一是药物的毒副作用；二是肿瘤(癌细胞)的耐药性。很多抗癌药物虽然在药理学上可以治疗癌症，然而，由于药物的疏水或水溶性差(如阿霉素、喜树碱、紫杉醇等)，影响临床上治疗效果，，因而对于这类抗癌药物的应用仍然面临巨大挑战。由两亲性共聚物形成的纳米核壳结构胶束作水难溶性抗癌药物的载体，可以控制 药物的释放。具有很多优点，如它可以提高药物的表观水溶性；提供被动和主动靶向能力，避免体内网状内皮系统(RES)的吞噬或被肝脾等组织吸收，因而有利于延长胶束在血液中的循环时间和在肿瘤组织部位的积累，提高药物在特定部位的活性，从而有效提高药效，降低副作用。此外，聚合物胶束具有较低的临界胶束浓度，较大的增溶空间，结构稳定，且依据聚合物疏水链段的不同性质可以通过化学、物理以及静电等作用包裹药物，对水难溶性药物有明显的增溶效果。一个成功的抗癌药物载药体系必须具有较高的药物包载量，在人体血液循环环境中较长期的稳定状态，良好的靶向功能，毒副作用小，生物相容性好等特点。PH响应性聚合物胶束由于可以在人体正常pH环境下保持致密结构，减少药物的渗漏，而在弱酸环境(肿瘤细胞)下发生溶胀或解离从而促进药物快速释放，因而被认为是难溶性抗癌药物靶向治疗的理想载体。正常组织的PH值一般为7.4。实体瘤内部的缺氧状态使肿瘤细胞无氧糖酵解产生乳酸，而肿瘤内部血管系统的缺乏使产生的乳酸不能充分排出，导致实体瘤内部存在不同的酸性环境，如细胞质中的弱酸性环境PHe 7. 06左右，内涵体和溶酶体中的酸性更强，早期内涵体的PH值一般在5. 0左右，溶酶体的pH值为4. 0-5. O。肿瘤的酸性环境可以作为信号用于触发载药胶束的快速药物释放，促进细胞内吞胶束及其细胞器靶向。当pH发生变化时，带胺基、吡啶或者咪唑基等碱性基团的弱碱性聚合物或带羧基基团的弱酸性聚合物的离子化状态发生改变，导致其在水中的溶解性发生变化。常用的弱碱性聚合物聚(N，N- 二乙基胺基乙基甲基丙烯酸酯)[poly(N, N-diethylaminoethylmethacrylate), F1DEA]、聚(4-乙烯基卩比卩定)[poly (4-vinylpyridine)，PVP]、聚组氨酸[poly (L-histidine), Phis]和聚(卢-胺基酯)[poly -amino esters)]等在碱性或中性条件下不溶于水，而在酸性条件下，由于碱性基团发生质子化而带正电，发生相转变，弓丨起其胶束结构变化，从而实现载药体系在正常环境下保持稳定，而在弱酸PH环境下则有较好的释放效率，因此可用作难溶性抗癌药物靶向治疗的载体。Langer [J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10761]合成了一系列新型可降解聚-衫氨基酯(PAE)用于DNA的传输，PAE在酸或碱性条件下发生水解产生1，4- 丁二醇和氨基酸，与PEI相比，PAE及其水解产物基本无毒。PAE的微球也用于包载水溶性药物，保持药物在细胞外和细胞质PH环境下的稳定，而在内涵体和溶酶体pH环境下释放出来，药物再从内涵体或溶酶体中进入细胞质进而发挥药效[Angewandte Chemie-InternationalEdition, 2001, 40, 1707]。在制备PAE微球的过程中加入PEG，形成PEG修饰的PAE纳米粒，用于紫杉醇的包载及释放，可明显缓解突释现象，并提高释放效率Journal ofControlled Release, 2003, 86，223]。专利申请 KR2009056478-A 公布了一种由聚氨酯衍生物主链和PH响应性侧链组成的可降解聚合物，它可以通过胶束或凝胶的形式作为药物、多肽、核酸、蛋白质等组分的载体，用于肿瘤、炎症及其他疾病的治疗。LEE [Journal ofControlled Release, 2007,123, 109]合成的两嵌段聚合物MPEG-PAE包载阿霉素D0X，体外释放实验表明，该材料是难溶性抗癌药物靶向治疗肿瘤良好的载体，但是药物突释现象严重，控释效果不理想。专利申请CN102295737-A公布了一种具有pH、温度以及光等多响应性两亲聚氨酯材料的制备方法。专利申请W02010018286-A1，ES2333087-A1公布了一种由聚乙二醇连接的树枝状聚合物和线性聚组氨酸通过静电作用形成的胶束，并将它用于药物和诊断剂的载体。通过改变环境的PH值使聚组氨酸所带电荷性质发生变化，调控胶束的结构实现pH响应的包载和释放。专利申请US2005070721-A1，US7229973-B2公布了一种由聚乳酸-聚乙二醇和聚乙二醇-聚组氨酸制备的混合胶束，并显示了该胶束具有PH响应的肿瘤靶向功能。专利申请CN102268137-A公布了一种星形聚乳酸-聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯嵌段共聚物的制备方法，并指出可包载疏水性化疗药物，用于癌症的治疗。
从现有的研究报道来看，如何有效提高载药量并且缓解或消除突释现象；如何提高载药体系对环境pH变化的响应精确性并控制释放的效率，仍是当前面临的两个最主要的难题。通常的胶束载药体系，载药层与pH响应层有一定的空间距离，使得胶束的pH响应-胶束溶胀-药物释放这样一个过程缓慢，对环境PH变化的响应不够精确和灵敏，而如果增加过多的PH响应基团，又会使其载药能力下降，且突释现象也会加剧。
发明内容
为了有效提高胶束载药递送系统的稳定性、pH响应灵敏度、药物的包载效率及控制释放性能，本发明设计合成一种基于聚-J3氨基酯的pH响应线性无规共聚物及其制备方法和应用，其自组装胶束用于水难溶性抗癌药物的靶向载药系统。本发明的总体构思如下将疏水材料PLA和pH响应材料PAE设计成无规共聚嵌段，再与亲水嵌段形成两嵌段聚合物材料。这种PH响应/疏水基团无规共聚的两亲性聚合物分子结构可以增加其自组装胶束中PH响应区域，提高载药量，使pH响应-胶束溶胀-药物释放呈现为一个同步的过程，从而提高胶束的PH响应灵敏度及释放效率，改善胶束载药体系的控释性能，同时也可以有效缓解突释。亲水嵌段形成胶束外壳，有利于胶束稳定性、增强抗蛋白和血小板吸附能力，延长胶束在体内的循环时间。载药胶束注射给药后，在正常人体环境中，由于疏水材料PLA和pH响应嵌段PAE同为疏水，胶束内核紧密、结构稳定，药物释放量少。随着PH变化，到达弱酸性条件下，PAE质子化，胶束表面带上正电，有利于通过细胞膜，进入肿瘤细胞，且PAE的质子化使胶束发生溶胀，药物释放速率加快。可以通过调节聚合物材料中PH响应嵌段的含量，适应不同的释放要求。本发明通过以下技术方案来实现先合成两端封羟基大分子单体，再将单体丙烯酸化，随后利用迈克尔逐步加成反应，即得到PH响应两亲性聚合物材料。该聚合物分子在水溶液中自组装为纳米胶束，有效包载水难溶性药物。本发明目的通过以下技术方案来实现
一种基于聚氨基酯的PH响应无规共聚物，结构式为
'广丫、OO 丨,O
x=2 10, y=l 6，n=113。所述共聚物的数均分子量为10752 14536 g/mol。所述的一种基于聚氨基酯的pH响应线性无规共聚物的分子式为MPEG-/ - (PLA-co-PAE)。
所述的基于聚-13氨基酯的pH响应无规共聚物的制备方法，包括以下步骤
(1)制备大分子单体A:在惰性气体保护和无水条件下，将单体、催化剂体系A、引发剂和溶剂混合，在8(T12(TC下反应12 36 h，脱除溶剂后，沉淀、过滤、干燥得到大分子单体A ;
(2)制备大分子单体B:将大分子单体A溶于溶剂中，加入还原剂，冷却至0°C，然后加入酰化剂，保持0°C下反应2 h后升至室温下再反应12 36 h，然后经沉淀、过滤、干燥得末端羟基丙烯酸化后的大分子单体B ;
(3)制备大分子单体D:将亲水大分子单体C溶于溶剂中，加入还原剂，冷却至0°C，然后加入酰化剂，保持0°C下反应2 h后升至室温下再反应12 36 h，然后经沉淀、过滤、干燥得末端羟基丙烯酸化后的大分子单体D ;
(4)制备基于聚-J3氨基酯的pH响应线性无规共聚物在惰性气体保护和无水条件下分别将大分子单体D、二丙烯酸酯、二胺以及步骤(2)得到的大分子单体B溶于溶剂中，混合后在5(T80°C下反应6(T80 h，沉淀、过滤、烘干得到pH响应线性无规共聚物；
所述步骤(I)中反应物的重量份数如下
单体84. 7 98. 04份
催化剂体系A0. 33^2. 6份
引发剂1.62 12. 7份；
所述步骤(2)中反应物的重量份数如下
大分子单体A61 91. 32份
还原剂4. 8^17份
酰化剂4. 13 23. 68份；
所述步骤(3)中反应物的重量份数如下
亲水大分子单体C90. 9^96. 2份
还原剂I. 9 5. 45份
酰化剂I. 9 3. 35份；
所述步骤(4)中反应物的重量份数如下
大分子单体D20. 36 41. 81份
二丙烯酸酯9. 8^25. 57份二胺12. 96 31. 45 份
大分子单体B16. 72 42. 25份。所述单体为D, L-丙交酯；
所述二胺为1，3-双-4-哌唳丙烧；
所述二丙烯酸酯为1，6-己二醇二丙烯酸酯；
所述亲水大分子单体C为单甲氧基聚乙二醇，其结构式如下
权利要求
1.一种基于聚氨基酯的PH响应无规共聚物，其特征在于，结构式为
2.根据权利要求I所述的基于聚氨基酯的pH响应无规共聚物，其特征在于，所述共聚物的数均分子量为10752 14536 g/mol。
3.权利要求I所述的基于聚氨基酯的PH响应无规共聚物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)制备大分子单体A:在惰性气体保护和无水条件下，将单体、催化剂体系A、引发剂和溶剂混合，在8(T12(TC下反应12 36 h，脱除溶剂后，沉淀、过滤、干燥得到大分子单体A ; (2)制备大分子单体B:将大分子单体A溶于溶剂中，加入还原剂，冷却至0°C，然后加入酰化剂，保持0°C下反应2 h后升至室温下再反应12 36 h，然后经沉淀、过滤、干燥得末端羟基丙烯酸化后的大分子单体B ； (3)制备大分子单体D:将亲水大分子单体C溶于溶剂中，加入还原剂，冷却至0°C，然后加入酰化剂，保持0°C下反应2 h后升至室温下再反应12 36 h，然后经沉淀、过滤、干燥得末端羟基丙烯酸化后的大分子单体D ; (4)制备基于聚-J3氨基酯的pH响应线性无规共聚物在惰性气体保护和无水条件下分别将大分子单体D、二丙烯酸酯、二胺以及步骤(2)得到的大分子单体B溶于溶剂中，混合后在5(T80°C下反应6(T80 h，沉淀、过滤、烘干得到pH响应线性无规共聚物； 所述步骤(I)中反应物的重量份数如下 单体84. 7 98. 04份 催化剂体系A0. 33^2. 6份 引发剂1.62 12. 7份； 所述步骤(2)中反应物的重量份数如下 大分子单体A61 91. 32份 还原剂4. 8^17份 酰化剂4. 13 23. 68份； 所述步骤(3)中反应物的重量份数如下 亲水大分子单体C90. 9^96. 2份 还原剂I. 9 5. 45份 酰化剂I. 9 3. 35份； 所述步骤(4)中反应物的重量份数如下 大分子单体D20. 36 41. 81份 二丙烯酸酯9. 8^25. 57份 二胺12. 96 31. 45 份 大分子单体B16. 72 42. 25份。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述单体为D，L-丙交酯；所述二胺为1，3-双-4-哌唳丙烧； 所述二丙烯酸酯为1，6-己二醇二丙烯酸酯； 所述亲水大分子单体C为单甲氧基聚乙二醇，其结构式如下
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述催化剂体系A是辛酸亚锡的甲苯溶液； 步骤(I)所述引发剂为1，4_ 丁二醇； 步骤(I)所述溶剂为甲苯或苯甲醚； 步骤(2)和(3)所述还原剂为三乙胺； 步骤(2)和(3)所述酰化剂为丙烯酰氯； 步骤(2 )和(3 )所述溶剂为二氯甲烷； 步骤(4)所述溶剂为氯仿。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述脱除溶剂是将反应产物减压旋转蒸发除去溶剂； 步骤(I)中所述沉淀是将脱除溶剂后的产物溶解在氯仿或者二氯甲烷中，再将溶液加入到相当于其体积10倍的0°C冷甲醇与水的混合溶液中，冷甲醇与水体积比为1:1 ; 步骤(2)和(3)所述沉淀是将反应后的溶液加入到相当于其体积10倍的0°C冷正己烷中； 步骤(4)所述沉淀是将反应后的溶液加入到相当于其体积10倍的0°C冷乙醚中。
7.权利要求I所述的基于聚氨基酯的pH响应无规共聚物制得的水难溶性药物的胶束载药系统。
8.权利要求7所述的水难溶性药物的胶束载药系统的制备方法，其特征在于，是将基于聚氨基酯的pH响应无规共聚物和水难溶性药物溶于有机溶剂中，搅拌6 h后用pH缓冲液透析24 h后冷冻干燥，得到，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺或二甲基亚砜或丙酮，所述PH缓冲液为pH值I、的缓冲溶液。
9.权利要求7所述的水难溶性药物的胶束载药系统在水难溶性抗癌药物的包载和传输中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种基于聚-β氨基酯的pH响应线性无规共聚物及其制备方法和应用。本发明通过溶液聚合法合成两端封羟基的聚乳酸，丙烯酸化后作为大分子单体，通过迈克尔逐步加成反应，制得pH响应两亲性共聚物。该聚合物分子中的功能基团比例可调控；合成工艺简单，产率较高。通过透析法得到由疏水基团(聚乳酸)和pH响应基团(聚-β氨基酯)形成内核、亲水基团形成外壳的聚合物胶束，可将水难溶性抗癌药物包载到胶束内核中，并保持药物在中性或弱碱性条件下缓慢低量释放，在弱酸性条件下快速可控释放。
文档编号A61P35/00GK102627767SQ20121008787
公开日2012年8月8日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者孙尧, 张灿阳, 杨友强, 章莉娟, 赵斌, 郭新东 申请人:华南理工大学