具有细胞膜结构仿生的两亲性接枝聚合物及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有细胞膜结构仿生的两亲性接枝共聚物,所述共聚物的主链为壳聚糖，侧链分别为亲水的磷酸胆碱和疏水的脂肪酸;本发明所制备的两亲接枝共聚物具有细胞膜结构仿生的特点：磷酸胆碱分子模拟细胞膜中磷脂分子的头部，壳聚糖的糖单元模拟细胞膜上糖脂分子的头部，疏水的脂肪酸则模拟磷脂和糖脂分子的疏水碳链。所述共聚物具有良好的生物相容性和亲水性。在作为纳米药物载体时，既能够阻抗蛋白质的非特异性粘附，又能容易地被病灶细胞内吞。此外，该接枝共聚物能够稳定的分散在高盐度和广泛pH条件下。本发明同时还提供了制备所述共聚物的方法，操作简单，成本低，反应条件温和，产率较高。
【专利说明】具有细胞膜结构仿生的两亲性接枝聚合物及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及两亲性接枝聚合物制备领域，尤其涉及一种细胞膜结构仿生的接枝共 聚物及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 两亲性高分子聚合物作为纳米药物载体在抗癌领域有着十分光明的应用前景。理 想情况下，纳米药物载体经静脉注射进入血液循环后，首先应能够携带药物随血液稳定且 长效的循环，最终有效地富集在肿瘤组织处；然后纳米药物载体能够容易被细胞内吞，携带 药物进入细胞；最后药物载体在细胞内降解，从而将药物释放。在血液循环过程中，血液中 的各种蛋白质如果在药物载体表面产生非特异性粘附不仅会造成药物载体聚集和不稳定， 还会引起人体免疫系统将药物载体识别，将药物载体从人体清除；因此这就要求构成药物 载体的两亲性聚合物要具有十分良好的生物相容性，能够有效阻抗血液中蛋白质的非特异 性粘附。进入肿瘤组织后，两亲性聚合物又需要具有良好的细胞相容性，能够被肿瘤细胞内 吞。最后两亲性聚合物要具有生物可降解性，最终在细胞内释放抗癌药物。
[0003] 壳聚糖是一种天然的高分子材料，具有良好的生物相容性和可降解性，可溶解于 中性或偏酸性水溶液中；疏水分子接枝改性后的两亲性壳聚糖已被广泛地应用于制备纳 米药物载体。由于壳聚糖含有大量的氨基，因此容易被细胞内吞，在作为药物载体方面具 有一定的优势。胡富强等在 "Polymeric Micelles with Glycolipid-like Structure and Multiple Hydrophobic Domains for Mediating Molecular Target Delivery of Paclitaxel. (Biomacromolecules, 2004，25: 2450-2456)中就利用天然大分子壳聚糖 来模拟细胞膜糖脂的多糖结构，疏水性硬脂酸模拟糖脂的脂肪链，制备了两亲性接枝共聚 物并用来构建纳米胶束作为载体传输紫杉醇药物。由于壳聚糖带有大量正电荷以及硬脂酸 与细胞膜的双分子层中脂肪链的相容性，该聚合物可以容易地被细胞内吞。但也正因为单 一的壳聚糖表面具有大量的正电荷，会造成一定的细胞毒性以及在血液循环中容易引起蛋 白质粘附和免疫反应，限制了这类具有仿生结构聚合物的体内应用。其次，单一的正电荷为 壳聚糖提供亲水性，也会使壳聚糖比较容易地受到水溶液中其他离子和pH影响，造成聚合 物的不稳定性。这些缺陷都限制了基于壳聚糖的两亲性共聚物作为药物载体的使用。
[0004] 对壳聚糖进行进一步的仿生修饰以弥补其缺陷成为必要的选择。人们通过对血液 中血红细胞进行研究发现，构成血红细胞膜的主要成分为磷脂、糖脂、胆固醇和糖蛋白等。 其中磷脂分子构成了细胞膜和细胞内部各个细胞器的双分子层，磷酸胆碱则是磷脂分子的 极性亲水部分。已有研究表明，具有等离子性的磷酸胆碱基团具有良好的生物相容性、抗蛋 白质粘附性和强亲水性，因此在生物医用领域具有很高的应用价值。磷酸胆碱因其两性离 子特点，可以通过静电作用在其周围形成水合层，不易被溶液中的离子和蛋白质所影响，具 有良好的稳定性，因此成为构建生物材料的理想选择。计剑等人就设计了聚甲基丙烯磷酸 胆碱酯为亲水段、胆固醇为疏水段两亲性聚合物，并制备了一种仿细胞膜的聚合物胶束载 药体系(仿细胞膜的聚合物胶束载药体系，CN 1 6 7 9 9 6 1 A)。虽然该仿生胶束可以 有效的阻抗蛋白质粘附，但是单一的磷酸胆碱胶束表面也会造成不易被目标细胞内吞的缺 陷。因此利用磷酸胆碱对壳聚糖进一步细胞膜仿生修饰，则有可能赋予壳聚糖对蛋白质的 阻抗能力及良好的溶液稳定性，同时不会影响壳聚糖被细胞内吞的能力。
【发明内容】
[0005] 本发明通过分别将亲水性磷酸胆碱分子和疏水性脂肪酸共价接枝到壳聚糖骨架 上，制备了一种具有高度细胞膜仿生结构的两亲性接枝共聚物。所述的聚合物由亲水性磷 酸胆碱和疏水性脂肪酸接枝在壳聚糖主链上接枝共聚而成。具有如下通式：
【权利要求】
1. 一种具有细胞膜仿生结构的两亲接枝共聚物，其特征在于具有如下通式：
式中，壳聚糖的重复单元数为30-300,脱 乙酰度>60% ;磷酸胆碱分子的接枝率为壳聚糖重复单元的5%-50% ;脂肪酸的接枝率为壳聚 糖重复单元的5%-50%。
2. 制备细胞膜仿生两亲性接枝共聚物的方法，其特征在于，步骤如下： 1) 将1 mmol壳聚糖分散到50-500 mL去离子水中，搅拌使壳聚糖溶解完全；溶解完全 后再滴加稀碱溶液调节壳聚糖溶液pH值为7. 0-10. 0 ; 2) 向步骤1)所得溶液中加入摩尔量为壳聚糖氨基摩尔数的5%-50%的带有双键官能团 的磷酸胆碱单体，然后在氮气保护下迈克尔加成反应至少12小时，反应温度为20-50°C ;反 应结束后溶液透析冻干，得到聚合物A，其分子结构式为：
式中，壳聚糖重复单元数为30-300, η为1-20 ; 3) 将1 mmol聚合物Α充分溶解于50-500 ml去离子水中，得聚合物Α溶液；称取摩尔 量为聚合物A中未接枝氨基摩尔量的5%-50%的脂肪酸，溶解于40-80°C的20-100 mL热乙 醇中，再加入与脂肪酸等摩尔量的小分子活化剂1- (3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺 盐酸盐（EDC)的热乙醇溶液； 4) 将所述热乙醇溶液快速加入聚合物A溶液中反应至少2小时，反应温度为40-80°C; 反应结束后，反应溶液经透析冻干，得到聚合物B，其分子结构式为：
式中，壳聚糖重复单元数为30-300, m为1-20, η为1-20。
3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中迈克尔加成反应的时间为 12-72小时。
4. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤4)反应时间为2-24小时。
5. 制备细胞膜仿生两亲性接枝共聚物的方法，其特征在于，步骤如下： 1) 将1 mmol壳聚糖分散到50-500 mL去离子水中，搅拌使壳聚糖溶解完全，得到壳聚 糖溶液； 2) 称取摩尔量为壳聚糖氨基摩尔量5%-50%的脂肪酸，溶解于温度40-80°C的20-100 mL热乙醇中，再加入与脂肪酸等摩尔量小分子活化剂1- (3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二 亚胺盐酸盐（EDC)，得热乙醇溶液；上述热乙醇溶液快速倾倒入步骤1)中的壳聚糖溶液中 反应至少2小时，反应温度为40-80°C ;反应结束后，反应溶液透析冻干后得到聚合物C，其 分子结构式为：
3) 取1 mmol聚合物C超声分散于50-500 mL去离子水中，然后加入摩尔量为聚合 物C中未接枝氨基摩尔数59Γ50%的磷酸胆碱；然后在氮气保护下，迈克尔加成反应至少12 小时，反应温度为20-50°C ;反应结束后，反应溶液透析冻干后得到聚合物B，其分子结构式 为：
6. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中反应时间为2-24小时。
7. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤3)中迈克尔加成反应的时间为 12-72小时。
【文档编号】A61K47/34GK104119479SQ201410338238
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】刘公岩 申请人:四川大学