专利名称：具有pH响应性和生物可降解性的双亲水性嵌段共聚物药物载体及其制备的制作方法
技术领域：
本发明属于生物医用高分子材料领域，具体涉及一种具有pH响应性和生物可降解性的双亲水性嵌段共聚物药物载体及其制备方法。
背景技术：
双亲水性嵌段共聚物(Double Hydrophilic Block Copolymers)是一类特殊的嵌段共聚物，是由两种不同类型的亲水链段组成的，其中一种链段始终在水中保持溶解的状态，而另一链段在水中受到外界环境的刺激时，会改变物理或化学性质，由亲水状态转化为疏水的状态。外界刺激主要分为两类物理刺激和化学刺激。物理刺激有温度、磁场、光等；化学刺激有pH、离子强度等。双亲水性嵌段共聚物可以根据需要设计合成不同的结构，因此在许多领域得到了广泛的应用，例如药物输送系统、基因载体、矿物模板、晶体生长修饰齐U、合成金属溶胶的纳米反应器等。 pH响应的双亲水性嵌段共聚物是一类很重要的嵌段共聚物，这类聚合物中含有PH敏感的链段，在pH改变的条件下，由亲水状态转变为疏水状态，因此在一定pH条件下，PH敏感链段可以自组装形成胶束的核，而另一种链段在水中保持亲水状态，形成胶束的壳。现有技术中，关于pH响应性双亲水性共聚物的研究主要有(I) Arme s课题组合成了 PDMAEMA_b_PDEAEMA的pH响应“两性”双亲水性嵌段共聚物，考察pH变化对其自组装行为的影响(参见Structure of pH-DependentBlock Copolymer Micelles Charge and Ionic Strength Dependence，Lee A. S.；Biitiin V. ；Vamvakaki M. ；Armes S. P. ；Pople J. A. ；Gast A. P. Macromolecules 2002，35，8540-8551.)(2)刘世勇课题组合成了 PVB-b-PMEMA的pH响应“两性”双亲水性嵌段共聚物，考察pH变化对其自组装行为的影响(参见Micelle Formation and Inversion Kineticsof a Schizophrenic Diblock Copolymer，Wang D. ；Yin J. ；Zhu Z. Y. ；Ge Z. S. ；Liu H. W.；Armes S. P. ；Liu S. Y. Macromolecules 2006，39，7378-7385.)(3)Discher课题组合成了 PEG_b-PNIPAm温度敏感的双亲水性嵌段共聚物，考察温度变化对其自组装行为的影响(参见！Temperature-Controlled Assembly and Releasefrom Polymer Vesicles of Poly(ethylene oxide)-block-poly(N-isopropylacrylamide)，Qin S. H. ；Geng Y. ；Discher D. E. ；Yang S. Adv. Mater. 2006，18，2905-2909.)(4) Theato课题组合成了基于PNIPAm的部分含有偶氮苯和TEMPO的温度、光、还原三重敏感的共聚物(参见Multi_responsive copolymers using thermo-，Iight-and redox stimuli as three independent inputs towards polymericinformation processing，Schattling P. ；Jochuma F.D. ；Theato P. Chem. Commun. 2011,47,8859-8861.)(5)黄晓宇课题组通过SET-LRP和ATRP的方法合成了 PPEGMA_b_P2VP双亲水性共聚物，研究了其自组装的行为(参见Synthesis of Well-Defined pH-ResponsivePPEGMEA-g-P2VP Double Hydrophilic Graft Copolymer via Sequential SET-LRP andATRP, Zhai S. J. ；Song X. M. ；Yang D. ；Chen ff. L. ；Hu J. H. ；Lu G. L. ；Huang X. Y. Journalof Polymer Science part A polymer science 2011,49,4055-4064.)聚磷酸酯(polyphosphoesters)是一类主链为磷酸酯结构的聚合物。近年来的研究发现，与主链为碳链结构的聚酯不同，这类聚合物与生物大分子(如核酸)的结构相似，因此有极好的生物相容性。通过水解或者在生理条件下进行酶消化，聚磷酸酯可以生物降解，而且其侧链可被各种功能基团修饰，使其结构上具有多样性，从而在很多领域具有潜在应用。值得注意的是，常用的生物可降解的聚酯，如聚己内酯(PCL)、聚乳酸(P LA)等，主链含羰基和碳-氧键，在生物降解的过程中会有二氧化碳生成，溶于水后会使生物体内局部的PH值降低，从而对生物体产生一定的副作用。但是，聚磷酸酯的主链为磷酸酯结构，降解后的物质对生物体不会产生副作用。现有技术中对聚磷酸酯嵌段共聚物的研究主要有(I)还原敏感的两亲性嵌段共聚物PEEP-SS-PCL，将其用于抗癌药物的输送(参见Redox-Responsive Nanoparticles from the Single Disulfide Bond-Bridged BlockCopolymer as Drug Carriers for Overcoming Multi-Drug Resistance in CancerCells, Wang Y. C. ；Feng Wang F. ；Sun T. M. ；ffang J. Bioconjugate Chem. 2011，22,1939-1945.)(2)基于聚磷酸酯的两亲性三嵌段共聚物mPEG-b-PCL-b-PPEEA，自组装形成胶束，用于抗癌药物阿霉素(DOX)和siRNA的双重载体(参见Simultaneous Delivery ofsiRNA and Paclitaxel via a uTwo-in-0ne^Micelleplex Promotes Synergistic TumorSuppression. Sun T. M. ；Du J. Z. ；Yao Y. D. ；Mao C. Q. ；Dou S. ；Huang S. Y. ；Zhang, P. Z.；Leong K. ff. ；Song E. ff. ；ffang J. ACS NANO 2011，5，1483-1494.)(3)侧链含有可发生点击化学反应基团的聚磷酸酯与脂肪族聚酯的两亲性嵌段共聚物，在水中自组装形成胶束(参见Syntheses and Characterization of BlockCopolymers of Poly (aliphatic ester)with Clickable Polyphosphoester, Wang Y. C.；Yuan Y. Y. ；ffang F. ；ffang J. . Journal of Polymer Science Part A 2011,49,487-494.)(4)基于聚憐酸酯的热敏性聚合物(参见Novel Thermoresponsive PolymersHaving Biodegradable Phosphoester Backbones, Iwasaki Y. ；ffachiralarpphaithoonC. ；Akiyoshi K. Macromolecules 2007，40，8136-8138.)(5)颜德岳课题组合成了含有臂和核均为聚磷酸酯的超支化物HPHSEP-star-PEP，臂和核之间用还原性S-S键相连，自组装形成还原敏感的胶束，用于抗癌药物阿霉素(DOX)的输送(参见Redox Responsive Polyphosphate Nanosized Assemblies A Smart DrugDelivery Platform for Cancer Therapy, Liu J. Y. ；Pang Y. ；Huang ff. ；Zhu Z. Y. ；ZhuX. Y. ；Zhou Y. F. ；Yan D. Y. Biomacromolecules 2011，12，2407-2415.)(6)本发明人之前也申请了有关聚磷酸酯结构的中国发明专利，已获得授权。专利号为ZL 200810022216. 2的中国发明申请专利，公开了一种生物可降解的pH响应性水凝胶及其制备方法。首先利用开环聚合的方法制备分子链双末端含有碳碳双键的聚磷酸酯，将其作为大分子交联剂，再与PH响应性单体进行共聚，形成具有pH响应性、含聚磷酸酯的水凝胶。专利号为ZL200910034471. 3的中国发明专利，公开了一种含生物可降解的聚磷酸酯和pH/温度双重响应的双亲水性嵌段共聚物PEEP-b-PDMAEMA及其制备方法，研究了其不同PH和温度条件下的自组装行为。但是，至今还没有文献或专利报道如本发明中所述具有pH响应性和生物可降解性的双亲水性嵌段共聚物的结构及其作为药物载体的应用。双亲水性嵌段共聚物因其独特的性能，如在水中自组装的过程中，避免有机溶剂的使用，使其在生物医学方面有潜在的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于公开一种具有pH响应性和生物可降解性的双亲水性嵌段共聚物药物载体及其制备方法。本发明的总体构思是依次采用开环聚合(ROP)、原子转移自由基聚合(ATRP)和侧链末端修饰的技术，制备双亲水性嵌段共聚物。首先利用一端含卤素、另一端含羟基的小分子有机物HO-R2-X作为引发剂，在辛酸亚锡的催化作用下，对环状磷酸酯单体进行开环聚合，得到分子链末端带有溴或氯取代基的功能性聚磷酸酯大分子引发剂HO-PPE-X ;然后利用HO-PPE-X链末端的卤素作为大分子ATRP引发剂，在ATRP催化剂和催化剂配体的作用下，与甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)单体进行溶液ATRP反应；最后PHEMA链段侧链羟基与酸酐发生酯化反应，获得含聚磷酸酯和PH响应性的双亲水性两嵌段共聚物。这种双亲水性两嵌段共聚物在一定PH条件下，自组装形成胶束结构，可包载疏水性药物，并且在弱碱性条件下胶束解离，释放出药物，实现可控释放的目的。为达到上述目的，本发明提供的技术方案为具有pH响应性和生物可降解性的双
亲水性嵌段共聚物药物载体，其化学结构式为
权利要求
1.一种具有pH响应性和生物可降解性的双亲水性嵌段共聚物，其特征在于所述嵌段共聚物，其化学结构式为
2.根据权利要求I所述的具有pH响应性和生物可降解性的双亲水性嵌段共聚物，其特征在于，所述的双亲水性嵌段共聚物的数均分子量(Mn )范围是4000 50000g ι οΓ1。
3.一种聚磷酸酯大分子引发剂，其特征在于，它的化学结构式为
4.一种制备权利要求I所述具有pH响应性和生物可降解性的双亲水性嵌段共聚物的方法，其特征在于，包括下列步骤 (I)制备环状磷酸酯单体
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于在步骤(3)和步骤(4)的反应完成后分别进行提纯处理，所述提纯处理方法为 (a)在步骤(3)的反应完成后，旋转蒸发除去溶剂，用四氢呋喃沉淀，除去未反应的单体和均聚物，将沉淀后得到的产物用去离子水溶解后透析2 3天，最后将透析溶液冷冻干燥，得到白色产物，即为步骤(3)所需的两嵌段共聚物； (b)在步骤(4)的反应完成后，将反应溶液在冰无水乙醚中进行沉淀除去溶剂和未反应的单体，反复沉淀3遍后，将沉淀后得到的产物用去离子水溶解后透析2 3天，最后将透析溶液冷冻干燥，得到白色产物，即所述双亲水性嵌段共聚物。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于步骤(a)和步骤(b)中的透析选用透析袋截留量为3500g πιοΓ1。
7.权利要求I所述具有pH响应性和生物可降解性的双亲水性嵌段共聚物作为药物载体装载疏水性药物的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于通过调节介质的pH值，自组装形成胶束，亲水性的聚磷酸酯链段形成胶束的壳，疏水性的聚阴离子链段形成胶束的内核，用于包裹疏水性的药物；在弱碱性条件下，胶束解离，释放出药物。
全文摘要
本发明公开了一种具有pH响应性和生物可降解性的双亲水性嵌段共聚物药物载体及其制备方法。所述双亲水性嵌段共聚物由聚磷酸酯和聚甲基丙烯酸羟乙酯经后修饰含羧基的链段组成。通过调节介质的pH值，聚阴离子链段可逆变化为亲水或疏水链段。这样的双亲水性聚合物在一定pH条件下，自组装形成胶束，亲水性的聚磷酸酯链段形成胶束的壳，可以更好的稳定胶束。疏水性的聚阴离子链段形成胶束的内核，用于包裹疏水性的药物，作为药物载体。聚磷酸酯链段具有良好的生物相容性和生物降解性，可实现载药胶束在体内的长循环。在弱碱性条件下，胶束解离，释放药物，实现可控释放的目的。
文档编号A61K47/34GK102807657SQ201210305090
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者倪沛红, 卞姣, 张明祖, 郝莹 申请人:苏州大学