一种基于多嵌段共聚物的载药胶束系统的制备方法与流程

本发明属于化工及新材料技术领域，具体涉及一种基于多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)的载药胶束系统的制备方法。

背景技术：

随着近年来生物医学的不断发展，加之对疾病原理的深入认识，人们不断开发出新的药物来治疗对应的疾病。但目前已开发药物中，大多数药物的活性成分为难溶性物质，在水中的溶解度很低。这部分药物在人体中的，生物利用度低，药物治疗效果无法达到理想水平。正是如此，目前新药开发的瓶颈问题正是难溶性药物的生物利用度低，使得该药物无法发挥应有疗效。因此，提高难溶性药物的溶解度，使药物在体液和组织中的浓度保持在较高水平，从而提高药物的生物利用度。而对于口服药物的吸收过程而言，药物的溶出速率是药物吸收的瓶颈，通常溶出速率是吸收速率的限制条件。综上所述，使用不同的制剂手段提高难溶性药物的溶解度和溶出速率便成了目前药物控释研究的热点和难点。

传统的药剂学增溶方法有超细粉碎、添加增溶剂或助溶剂、有效成分成盐、遴选合适的晶型、改变难溶性药物的分子结构等。但是这些方法存在着种种不足，例如有的方法成本过高，有的影响药物疗效，有的加入大量助剂或对人体存在毒副作用。针对这些问题，本发明提出了一种多嵌段共聚物胶束载药系统。多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)具有两亲性，在水溶液中浓度达到临界胶束浓度时，很容易发生自组装行为，且自组装后的胶束具有良好的组织渗透性、增容效果好等优点，并且该聚合物具有pH和温度双重响应性，因此本发明利用该聚合物自组装后所得胶束的这些特点，采用物理包埋的方法将多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)胶束携带难溶性药物，来达到提高难溶性药物的溶解度和溶出速率，实现药物靶向释放等目的。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种基于多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)的载药胶束系统的制备方法。

本发明提出了一种基于多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)的负载难溶性药物的载药胶束系统的制备方法，该方法首先采用RAFT聚合法合成一种多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)，然后将P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)与难溶性药物喜树碱溶解于有机溶剂中，配置成一定浓度的胶束溶液，对胶束溶液进行透析，透析结束后冷冻干燥即可得到P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)载药胶束，再将该载药胶束溶于磷酸盐缓冲液(PBS)中，即可实现药物的可控释放。

本发明提出了一种基于多嵌段共聚物的载药胶束系统的制备方法，所述多嵌段共聚物为P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)，其化学结构式如下所示：

这里，m=80~2000, n=80~2000

具体步骤如下：

(1) 多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)的合成

称量1~5 g丙烯酸叔丁酯(tBA)置于50 mL单口圆底烧瓶中，取5~50 mg 4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸和1~8 mg偶氮二异丁腈于50 mL烧杯中，加入5~15 mL二氧六环溶解。然后将两者混合，通过“T型”三通，对单口烧瓶在0 ℃下抽真空，并通入氮气。在氮气保护下置于60~90 ℃油浴下反应6~24 h，均匀磁力搅拌。反应结束后将烧瓶于冰水浴中冷却后通大气，将冷却后的溶液滴加到100~400 mL甲醇/水(v : v = 2 : 1)混合溶液中，静置2~6 h，除去上层液体，得到底部淡粉色沉淀。重复以上沉淀步骤2~3次，最后将样品在30~50 ℃下真空干燥12~72 h，得到淡粉色聚丙烯酸叔丁酯(P(tBA))。

将0.5~2.5 g甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)和0.1~0.4 g乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)置于50 mL单口圆底烧瓶中。称量0.5~2.5 g上述制备的聚丙烯酸叔丁酯(P(tBA))和0.5~2.5 mg 偶氮二异丁腈于50 mL烧杯中, 加入5~15 mL二氧六环溶解。然后将两者混合，通过“T型”三通，对单口烧瓶在0 ℃下抽真空，并通入氮气。在氮气保护下置于60~90 ℃油浴下反应6~48 h，均匀磁力搅拌。反应结束后将烧瓶于冰水浴中冷却后通大气，将冷却后的溶液滴加到100~300 mL冰石油醚中，静置2~6 h，除去上层液体，得到底部粘稠样品。重复以上沉淀步骤2~3次，最后将样品在30~50 ℃下真空干燥12~72 h。得到淡黄色多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)。

(2) P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)载药胶束的制备

将2~6 mg喜树碱(CPT)与10~40 mg P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)溶解在5 mL的N,N-二甲基甲酰胺中，将溶液装入截留分子量为2500~4500 Da的透析袋中，在25 ℃条件下，于500~2000 mL去离子水中透析12~72 h。透析结束后得到负载有喜树碱的胶束水溶液，将其进行冷冻干燥12~72 h后得到P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)载药胶束。

(3) P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)载药胶束的药物释放

将步骤(2)中制得的P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)载药胶束溶解于磷酸盐缓冲液(PBS)中，将该溶液置于截留分子量为2500~4500 Da的透析袋中，用紫外-可见光谱仪测试释放液中喜树碱的紫外吸收强度，再计算累计释放量。

与现有技术相比，本发明的优点主要有以下三点：①本发明使用多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)作为难溶性药物载体，该物质产率高，成本低，制备方法简单，吸附速度快，释放可控性好；②亲水段材料为梳形的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)，该材料具有生物相容性好、无生理毒性、廉价以及能够避免人体内网状内皮系统识别吸收而使其能在血液循环中长效稳定等优点。

附图说明

图1 P(tBA₃₀₀)-b-P(DMAEMA₃₀₀-co-PEGMA₁₀)胶束的自组装及其药物的负载/释放示意图。

图2 P(tBA₃₀₀)-b-P(DMAEMA₃₀₀-co-PEGMA₁₀)胶束的流体力学直径-温度曲线。

图3 不同温度下P(tBA₃₀₀)-b-P(DMAEMA₃₀₀-co-PEGMA₁₀)载药胶束的药物释放曲线。

图4 不同pH值下P(tBA₃₀₀)-b-P(DMAEMA₃₀₀-co-PEGMA₁₀)载药胶束的药物释放曲线。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1

(1) 多嵌段共聚物P(tBA₃₀₀)-b-P(DMAEMA₃₀₀-co-PEGMA₁₀)的合成

称量2.75 g丙烯酸叔丁酯(tBA)置于50 mL单口圆底烧瓶中，取20 mg 4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸和3.52 mg偶氮二异丁腈于50 mL烧杯中，加入10 mL二氧六环溶解。然后将两者混合，通过“T型”三通，对单口烧瓶在0 ℃下抽真空，并通入氮气。在氮气保护下置于70 ℃油浴下反应12 h，均匀磁力搅拌。反应结束后将烧瓶于冰水浴中冷却后通大气，将冷却后的溶液滴加到200 mL甲醇/水(v : v = 2 : 1)混合溶液中，静置4 h，除去上层液体，得到底部淡粉色沉淀。重复以上沉淀步骤两次，最后将样品在40 ℃下真空干燥48 h，得到淡粉色聚丙烯酸叔丁酯(P(tBA))。

将1.22 g甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)和237.54 mg乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)置于50 mL单口圆底烧瓶中。称量1 g上一步的聚丙烯酸叔丁酯(P(tBA))和1.27 mg 偶氮二异丁腈于50 mL烧杯中, 加入10 mL二氧六环溶解。然后将两者混合，通过“T型”三通，对单口烧瓶在0 ℃下抽真空，并通入氮气。在氮气保护下置于70 ℃油浴下反应24 h，均匀磁力搅拌。反应结束后将烧瓶于冰水浴中冷却后通大气，将冷却后的溶液滴加到200 mL冰石油醚中，静置4 h，除去上层液体，得到底部粘稠样品。重复以上沉淀步骤两次，最后将样品在40 ℃下真空干燥48 h。得到淡黄色多嵌段共聚物P(tBA₃₀₀)-b-P(DMAEMA₃₀₀-co-PEGMA₁₀)。

(2) P(tBA₃₀₀)-b-P(DMAEMA₃₀₀-co-PEGMA₁₀)载药胶束的制备

将3 mg喜树碱(CPT)与20 mg的P(tBA₃₀₀)-b-P(DMAEMA₃₀₀-co-PEGMA₁₀)溶解在5 mL的N,N-二甲基甲酰胺中，将溶液装入截留分子量为3500 Da的透析袋中，在25 ℃条件下，于1000 mL去离子水中透析48 h。透析结束后得到负载有喜树碱的胶束水溶液，将其进行冷冻干燥48 h，即得P(tBA₃₀₀)-b-P(DMAEMA₃₀₀-co-PEGMA₁₀)载药胶束。

(3)不同温度下P(tBA₃₀₀)-b-P(DMAEMA₃₀₀-co-PEGMA₁₀)载药胶束的可控释放

取8 mg第(2)步制得的载药胶束溶解于20 mL pH值为7.4的磷酸盐缓冲液(PBS)，将该溶液平均分为两份，分别置于截留分子量为3500 Da的透析袋中，在25 ℃和45 ℃条件下，分别浸入100 mL PBS(pH=7.4)缓冲溶液中。在设定的时间间隔下取5 mL释放液，再补充5 mL新鲜的PBS溶液，即置换量为5 mL。用紫外-可见光测试释放液中喜树碱的紫外吸收强度，再计算累计释放量。由图2的结果可知，P(tBA₃₀₀)-b-P(DMAEMA₃₀₀-co-PEGMA₁₀)的低临界溶解温度(LCST)为36.8 ℃。因此，利用本发明分别在低于和高于胶束LCST下进行药物释放实验，释放曲线如图3所示。从释放曲线中可以看出，当温度在LCST以下(25 ℃)时，P(tBA₃₀₀)-b-P(DMAEMA₃₀₀-co-PEGMA₁₀)胶束结构十分稳定，只有很少量的药物从胶束中扩散出来，药物释放的过程非常缓慢，在48 h以后大约仍有60 %的药物留在胶束中。而当载药胶束被置于温度高于LCST(45 ℃)的环境下，较高的温度导致稳定的胶束壳核结构遭到破坏，药物的释放过程也明显加快。20 h后，就有约50 %的药物从胶束中被释放出来，在48 h以后，约有58 %的药物从胶束内核中被释放出来。由以上分析可以表明，通过改变载药胶束所处的释放环境的温度，本发明可以对该胶束的药物释放速率进行有效调控。

(4)不同pH下P(tBA₃₀₀)-b-P(DMAEMA₃₀₀-co-PEGMA₁₀)载药胶束的可控释放

称取载药胶束8 mg，平均分成两份，分别溶于10 mL pH = 4.0和pH = 7.4的PBS溶液中，得到负载有喜树碱的不同pH的载药胶束溶液，再将两组溶液分别置于截留分子量为3500 Da的透析袋中，分别于100 mL与透析袋内相同pH值的磷酸盐缓冲液中透析。将烧杯分别置于37 ℃的恒温振荡器中恒温振荡，分别于1 h、2 h、3 h、4 h、8 h、10 h、12 h、16 h、20 h、24 h、36 h、48 h在两个透析烧杯中各取5 mL释放液，再补充5 mL 新鲜的PBS溶液，即置换量为5 mL。用紫外-可见光测试释放液中喜树碱的紫外吸收强度，再计算累计释放量。释放曲线如图4所示。从图中可以看出，在pH = 4.0的条件下，喜树碱的释放速率较快，在12 h时累积释放量可达59 %左右，12 h后，释放速率变缓；在48 h时，有约76.2 %的药物从胶束内核中被释放出来。而在pH = 7.4的条件下，试样在12 h时的累积释放量仅达到26.8 %，48 h时的累积释放量为37.9 %。这主要是由于与pH = 7.4的正常环境相比，在pH = 4.0的酸性释放环境下，聚合物链段质子化严重，胶束结构被破坏，药物释放速度加快。

上述实验很好地证明了多嵌段聚合物P(tBA₃₀₀)-b-P(DMAEMA₃₀₀-co-PEGMA₁₀)载药胶束具有温度和pH双重敏感性，能够实现可控的药物负载和释放，具有潜在的生物医学价值。其在pH = 7.4的正常活体环境中药物释放率不高，但在pH = 4.0的酸性环境中可以有效释放，而pH = 4.0的酸性液态环境是某些癌变的肿瘤细胞所生存的环境。因此多嵌段聚合物P(tBA₃₀₀)-b-P(DMAEMA₃₀₀-co-PEGMA₁₀)载药胶束是一种很好的药物载体，它能达到携载抗癌药物、靶向杀死癌变细胞、尽量少地破坏活体正常细胞的目的，符合靶向给药的特点。

实施例2

与实施例1相比，将第一步中丙烯酸叔丁酯(PtBA)用量变为2.29 g，其他条件保持不变，则体系中单体(丙烯酸叔丁酯)，链转移剂(4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸)和引发剂(偶氮二异丁腈)的摩尔比为250 : 1 : 0.3。

实施例3

与实施例1相比，将第一步中甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)用量变为1.01 g，其他条件保持不变，则体系中单体(甲基丙烯酸二甲氨乙酯)，链转移剂(4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸）和引发剂(偶氮二异丁腈)的摩尔比为250 : 1 : 0.3。

实施例4

与实施例1相比，将第一步中乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)用量变为0.36 g，其他条件保持不变，则体系中单体(乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯)、链转移剂(4-氰基-4-(硫代苯甲酰)戊酸)和引发剂(偶氮二异丁腈)的摩尔比为15 : 1 : 0.3。

实施例5

与实施例1相比，将第二步中喜树碱(CPT)用量变为4 mg，其他条件保持不变，则体系中药物(喜树碱)和载药剂的质量比为1 : 5。

实施例6

与实施例1相比，将第二步中喜树碱(CPT)用量变为5 mg，其他条件保持不变，则体系中药物(喜树碱)和载药剂的质量比为1 : 4。

实施例7

与实施例1相比，将第二步中透析时间变为72 h，其他条件保持不变。

实施例8

与实施例1相比，将第二步中透析时间变为96 h，其他条件保持不变。

实施例9

与实施例1相比，将第三步和第四部中载药胶束用量变为6 mg，其他条件保持不变，则载药胶束浓度变为0.3 mg/mL

实施例10

与实施例1相比，将第三步和第四部中载药胶束用量变为10 mg，其他条件保持不变，则载药胶束浓度变为0.5 mg/mL

实施例2-10中获得的多嵌段共聚物P(tBA)-b-P(DMAEMA-co-PEGMA)胶束载药与实施例1的产品具有类似的性能。