酸敏感两亲性星状嵌段共聚物、其制备方法及应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种酸敏感两亲性星状嵌段共聚物、其制备方法及应用。首先，采用缩合反应制备苯环为核的三官能团炔基化合物；再以一端含羟基、另一端含炔基的小分子为引发剂对环状酯类单体进行开环聚合，得到聚酯分子链，并修饰成末端含有氯官能团的聚酯链；随后，将聚乙二醇单甲醚修饰为末端含有缩醛基及叠氮基的分子链；最后，采用两步“CuAAC”点击反应制备得到酸敏感两亲性星状嵌段共聚物，该聚合物结构及分子量可控，分子量分布较窄，具有良好生物相容性、生物可降解性。本发明制备的共聚物可通过自组装包载疏水性抗癌药物，并且在酸性条件下，由于缩醛基的断裂，导致胶束结构破坏，释放出所包载药物，可以用作可控释放药物载体。
【专利说明】酸敏感两亲性星状嵌段共聚物、其制备方法及应用【技术领域】[0001]本发明属于生物医用高分子材料领域，具体涉及一种酸敏感两亲性星状嵌段共聚物、其制备方法以及作为药物载体的应用。【背景技术】 [0002]两亲性聚合物一般由亲水和疏水链段组成，由于其在水溶液中可以自组装成多种形状纳米粒子，如胶束状、囊泡状、棒状及层状等，在生物医药、超分子及纳米科技等领域具有广阔的应用前景。众所周知，多数的抗癌药物都具有较强的疏水性，而两亲性聚合物自组装形成的核-壳结构胶束具有疏水性内核可以用于包载疏水性抗癌药物，而亲水性的外壳可以起到稳定胶束的作用，并可显著提高载药胶束在体内的循环时间。[0003]在两亲性聚合物领域中，拓扑结构聚合物，包括线形、刷形、星状、环状及树枝状大分子，逐渐成为研究热点。其中，星状聚合物一般是指由多个线形聚合物链连接于同一中心核上构成的一类支化聚合物，与其它聚合物相比，它们具有低结晶度、低扩散系数、低熔体粘度和较小的流体动力学体积等独特性质。[0004]当今阶段，刺激性响应聚合物逐渐成为药物载体领域的研究热点。当聚合物受到来自外界环境的刺激时(包括温度、氧化还原条件、光和PH值等)，其性质会发生相应变化， 利用这一点，研究者设计合成了多种刺激响应性纳米药物载体，当受到外界刺激时，纳米粒子结构会被破坏，从而将其内部包载的药物释放出来，达到药物的可控释放。[0005]一般而言，人体内不同组织及细胞器的pH值会有所差异，如:血液及正常组织部位的PH值一般为7.4，肿瘤及病变部位的pH值为6.5左右，而内涵体及溶酶体内的pH值为5.0~5.5。利用这一特点，可以设计具有酸敏感的两亲性聚合物，这些两亲性聚合物与疏水性药物在水溶液中可以形成载药胶束，进入体内循环后，在正常组织及体液条件下载药胶束可以稳定存在，而到达肿瘤部位等酸性环境下，酸敏感基团会发生改变，导致胶束结构被破坏，将包载的药物释放出来，达到可控药物释放目的。常用酸敏感基团主要包括两种: 一种是可逆的酸敏感基团，包括-C00H、-NH2和-SO3H等，其主要是通过在不同pH环境下的质子及去质子化来作用；另一种是不可逆的酸断裂键，包括缩醛基、缩酮基、腙键、肟键及原甲酸酯等，在酸性条件下，这些化学键常发生不可逆的化学键断裂。[0006]随着活性离子聚合、“活性” /可控自由基聚合和高效有机化学反应的蓬勃发展， 研究人员已经发展出“先臂后核法(Arm-firSt)”、“先核后臂法(Core-first)”和“偶联法 (Coupling-onto)”等三种合成星状聚合物的主要路线。利用这些方法可以制备一些具有不对称结构、不同化学组成和复杂结构的星状聚合物，如星状-嵌段共聚物、杂臂星状共聚物以及不对称的星状聚合物。其中，“先臂后核法”是利用端基功能化的大分子单体自身或与小分子交联剂发生反应，形成星状聚合物；“先核后臂法”通过含多个功能基团的化合物为多官能团引发剂，引发单体聚合得到星状聚合物，例如:用多醇化合物引发环状内酯单体聚合得到星状聚酯、或者含多个原子转移自由基聚合(ATRP)或可逆加成-断裂链转移聚合 (RAFT)等引发位点的化合物引发单体聚合得到星状聚合物；“偶联法”则是利用端基功能化的聚合物链与小分子偶联剂反应得到星状聚合物，由于聚合物链端基的活性比较低，用传统的化学反应很难通过该法获得纯的星状聚合物。[0007]在现有技术中，采用聚乙二醇及聚酯来制备两亲性星状嵌段共聚物的研究主要有:(1)Jo W.H.等人采用聚乙二醇单甲醚引发己内酯开环聚合，再将其与均苯三甲酰氯进行缩合，得到星状聚合物，并对其自组装行为进行研究(参见=Kim K.H.; Cui G.H.; Lim H.J.; Huh J.; Ahn C.H.; Jo W.H.Macromol.Chem.Phys.2004，205， 1684-1692.)；(2)Wang F.等人采用“先核后臂法”制备了十六臂星状嵌段共聚物，首先，采用含有十六个羟基的小分子引发(6-己内酯开环聚合物，再将其与末端含有羧基的聚乙二醇单甲醚进行酯化反应，可以用作药物载体(参见:Wang F.; Bronich T.K.; Kabanov A.V.; Rauh R.D.; Roovers J.Bioconjugate Chem.2005, 16, 397-405.)；(3)Lai P.S.等人采用聚乙二醇单甲醚引发己内酯开环聚合，对其末端修饰后与含有四个氨基的小分子反应，得到四臂星状嵌段共聚物，用作药物载体(参见=Peng C.L.; Shieh M.J.; Tsai M.H.; Chang C.C.; Lai P.S.Biomaterials 2008, 29, 3599-3608.)；(4)Dong C.M.等人采用“偶联法”制备了具有还原敏感的星状嵌段共聚物，其偶联过程采用了巯基-炔反应，可以用作药物载体(参见:Sun L.; Liu ff.; Dong C.M.Chem.Commun.2011，47, 11282-11284.)。[0008]现有星状嵌段共聚物大多使用具有良好生物相容性的聚乙二醇和聚酯，制备具有良好生物相容性的两亲性星状嵌段共聚物，但是现有的制备方法多数反应效率不高，难以精确控制聚合物的结构及分子量分布；而且未见将酸敏感基团引入两亲性星状嵌段共聚物的报道。[0009]作为药物载体，应当具有良好的生物相容性和生物可降解性，并且，作为抗肿瘤药物的载体，还应当具有下列特征:在水溶液中可以形成稳定的聚合物胶束，其疏水性内核可以装载疏水性抗癌药物，亲水性外壳起到稳定胶束、提高胶束血液循环时间的作用；当载药胶束到达肿瘤或病变组织时，能够利用局部组织的pH值较低的特点，使胶束解离，快速释放出抗癌药物；同时应当具有“智能”响应性，避免载体在体内循环过程中吸附聚集，达到定点释放药物的作用。[0010]因此，需要研发新型的酸敏感两亲性星状嵌段共聚物。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是提供一种酸敏感两亲性星状嵌段共聚物及其制备方法，该聚合物具有良好生物相容性及酸敏感性，可以用作刺激响应性药物载体。[0012]为达到上述目的，本发明的总体构思是:将开环聚合(ROP)和端炔基与叠氮的环加成反应(CuAAC点击化学反应)联用，合成酸敏感两亲性星状嵌段共聚物。首先，利用一端含羟基、另一端含炔基的小分子和均苯三甲酰氯为原料，在4- 二甲氨基吡啶催化下进行缩合反应，得到苯环为核的三官能团炔基化合物；之后，以一端含羟基、另一端含炔基的小分子为引发剂，在辛酸亚锡的催化作用`下，对环状酯类单体进行开环聚合，得到聚酯分子链，并将该聚酯链末端羟基与2-氯乙基乙烯基醚反应，得到一端含有炔基、另一端含有氯的聚酯链；随后，采用2-氯乙基乙烯基醚对聚乙二醇单甲醚末端的羟基进行修饰，得到末端含有氯的聚乙二醇单甲醚，并将其与叠氮化钠反应，得到末端含有叠氮基及缩醛基的聚乙二醇单甲醚；接着，在“CuAAC”点击反应催化剂和催化剂配体存在下，将炔基封端的聚酯与叠氮基封端的聚乙二醇单甲醚反应，得到末端含有氯的两嵌段共聚物，并采用叠氮化钠进行修饰；最后，在“CuAAC”点击反应催化剂和催化剂配体存在下，将叠氮基封端的两嵌段共聚物与苯环为核的三官能团炔基化合物反应，得到具有酸敏感两亲性星状嵌段共聚物。[0013]本发明的具体技术方案为:一种酸敏感两亲性星状嵌段共聚物，所述星状共聚物的化学结构式如下，
【权利要求】
1.一种酸敏感两亲性星状嵌段共聚物，其特征在于:该共聚物的化学结构式为:
2.根据权利要求1所述的酸敏感两亲性星状嵌段共聚物，其特征在于，所述星状嵌段共聚物的数均分子量为6000~50000 g.mor1。
3.—种权利要求1所述的酸敏感两亲性星状嵌段共聚物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:(1)制备三官能团炔基化合物:在惰性气氛中，以
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(4)和(5)中端炔基与叠氮的环加成点击反应催化剂分别选自氯化亚铜、溴化亚铜或碘化亚铜中的一种；催化剂配体分别选自联吡啶、五甲基二亚乙基三胺、四甲基乙二胺或六甲基三亚乙基四胺中的一种。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于:所述惰性气氛为氩气气氛。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(1)~(5)中，反应完成后， 分别对产物进行提纯处理，所述纯化过程包括以下步骤:1)三官能团炔基化合物的提纯处理:反应结束后，将反应液抽滤，下清液用旋转蒸发仪浓缩，再将浓缩产物溶于二氯甲烷溶液中，之后加入饱和氯化钠磷酸盐缓冲溶液，振荡后静置，分出下层有机相，水相再用二氯甲烷萃取，合并有机相，有机相溶液经干燥、过滤、浓缩， 得到固体粉末，将所得固体粉末在真空烘箱中常温干燥24~36小时，得到白色固体粉末；2)酸敏感聚酯中间体的提纯处理:开环聚合反应结束后，将反应产物用旋转蒸发仪浓缩，再将浓缩液滴入乙醚中沉淀两次、抽滤，将所得产物在真空烘箱中常温干燥24~36小时，得到白色固体粉末；可降解聚酯与2-氯乙基乙烯基醚反应结束后，加入质量分数为5% 的碳酸钠水溶液终止反应，并加入二氯甲烷稀释，再加入饱和氯化钠磷酸盐缓冲溶液，振荡后静置，分出下层有机相，水相再用二氯甲烷萃取，合并有机相，有机相溶液经干燥、过滤、浓缩，在乙醚中沉淀两次、抽滤，得到固体粉末，将所得固体粉末在真空烘箱中常温干燥 24~36小时，得到白色固体粉末；3)酸敏感聚乙二醇单甲醚的提`纯处理:聚乙二醇单甲醚和2-氯乙基乙烯基醚反应结束后，加入质量分数为5%的碳酸钠水溶液终止反应，用二氯甲烷稀释，再加入饱和氯化钠磷酸盐缓冲溶液，振荡后静置，分出下层有机相，水相再用二氯甲烷萃取，合并有机相，有机相溶液经干燥、过滤、浓缩，在正己烷中沉淀两次、抽滤，得到固体粉末，将所得产物在真空烘箱中常温干燥24~36小时，得到白色固体粉末；修饰后的聚乙二醇单甲醚与叠氮化钠反应结束后，将反应产物过滤、浓缩，再将浓缩液溶于二氯甲烷溶液中，加入饱和氯化钠磷酸盐缓冲溶液，振荡后静置，分出下层有机相，水相再用二氯甲烷萃取，合并有机相，有机相溶液经干燥、过滤、浓缩，在正己烷/乙醚混合液中沉淀两次、抽滤，得到固体粉末，将所得产物在真空烘箱中常温干燥24~36小时，得到白色固体粉末；4)酸敏感两亲性嵌段共聚物的提纯处理:点击反应结束后，将反应产物用旋转蒸发仪浓缩，再将产物溶于二氯甲烷溶液中，加入饱和氯化钠磷酸盐缓冲溶液，振荡后静置，分出下层有机相，水相再用二氯甲烷萃取，合并有机相，有机相溶液经干燥、过滤、浓缩，在甲醇 /乙醚混合液中沉淀两次、抽滤，将所得固体粉末溶于四氢呋喃溶液中，再转移到透析袋内， 在去离子水中透析48~72小时，冷冻干燥，得到白色固体粉末，即为具有酸敏感的两嵌段共聚物；具有酸敏感的两嵌段共聚物与叠氮化钠反应后，将反应产物过滤、浓缩，再将浓缩液溶于二氯甲烷溶液中，加入饱和氯化钠磷酸盐缓冲溶液，振荡后静置，分出下层有机相， 水相再用二氯甲烷萃取，合并有机相，有机相溶液经干燥、过滤、浓缩，在乙醚中沉淀两次、 抽滤，得到固体粉末，将所得固体粉末在真空烘箱中常温干燥24~36小时，得到酸敏感两亲性嵌段共聚物；5)酸敏感两亲性星状嵌段共聚物的提纯处理:反应结束后，将反应产物用旋转蒸发仪浓缩，再将浓缩产物溶于二氯甲烷溶液中，加入饱和氯化钠磷酸盐缓冲溶液，振荡后静置，分出下层有机相，水相再用二氯甲烷萃取，合并有机相，有机相溶液经干燥、过滤、浓缩， 然后在不断搅拌下将乙醚以2~4滴/秒滴加至浓缩液中，直至浓缩液变浑浊，继续搅拌 0.5~2小时，停止搅拌后倒出上清液，将沉淀物质溶于二氯甲烷溶液中，重复上述操作两遍，最后将沉淀物在真空烘箱中常温干燥24~36小时，得到酸敏感两亲性星状嵌段共聚物。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于:所述饱和氯化钠磷酸盐缓冲溶液的 pH 值为 10.00
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于:所述正己烷/乙醚混合液中两者的体积比为1:1 ;所述甲醇/乙醚混合液中甲醇、乙醚的体积比为1: 10。
9.权利要求1或2所述的酸敏感两亲性星状嵌段共聚物作为刺激响应性药物载体的应用。`
【文档编号】A61K47/34GK103554508SQ201310512061
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】倪沛红, 胡健, 何金林, 张明祖 申请人:苏州大学