一种表面具有超微结构的纳米拮抗剂的制备方法和应用与流程

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种纳米拮抗剂的制备方法和应用，尤其涉及一种表面具有超微结构的纳米拮抗剂的制备方法和应用。

背景技术：

拮抗剂与受体结合后，自身不引起生物学效应，而是阻断受体介导的下游生物学效应，进一步抑制细胞一系列相关物理化学变化的发生，进而导致该物质的最终生物效应。拮抗剂又分为竞争性拮抗剂和非竞争性拮抗剂，这两种类型主要是以小分子的化学拮抗剂为主。通常用来治疗诸如心血管疾病、农药中毒、癌症等疾病。但是，这样的小分子化学拮抗剂药物在人体内代谢毒性较大，会产生一些不良反应。随着相关研究的不断开展，目前发展起来蛋白质与多肽类拮抗剂。这与小分子的化学拮抗剂药物相比，多肽类拮抗剂有更好的特异性和生物相容性，在生物体内毒性较小。而与蛋白质类拮抗剂相比，多肽类拮抗剂的纯度更高，最关键的是合成成本很低。由于多肽分子量较小，结构比较简单，这样很利于多肽类拮抗剂的改造。多肽类拮抗剂治疗的针对性比较强，这会使研发的目标会更加明确，所以成功的效率就会更高，周期也会比较短。重要的是，现在化学合成工艺的发展使得多肽的合成变得非常简单，而且所使用的氨基酸相对来说容易获得，因此使得这些多肽的获得变得非常容易。多肽的研究步伐也越来越快，现在多肽类拮抗剂在疾病治疗中的作用越来越强。虽然多肽类拮抗剂能够表现出良好的阻断作用，在体内存在稳定性不高，易代谢等缺点，导致其不能长效持续地发挥作用，并且需要给予较高的剂量等，进而限制了多肽类拮抗剂的发展应用。

cn201210391541.2公开了一种多肽-纳米金粒子药物载体合成方法。包括多肽修饰的纳米金粒子和包封于其中的药物分子模型，即将多肽分子修饰在纳米金粒子上，制备纳米金粒子药物传递系统。调节反应初始混合物中稳定多肽与功能多肽的比例，能获得不同包裹能力的多肽-纳米金载体。但是，这样的结构存在一些不足，代谢较快，循环时间短，并且无法调节响应温度，影响最终药物治疗作用。

因此，在本领域，期望得到一种能够提高多肽在体内的稳定性，延长在血液中的半衰期，从而提高疾病治疗中药物的作用。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种表面具有超微结构的纳米拮抗剂的制备方法和应用。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种纳米拮抗剂，所述纳米拮抗剂包括由纳米材料构成的载体模块、由亲水聚合物和温敏聚合物构成的超微结构模块和由多肽构成的靶向模块，所述超微结构模块连接在载体模块上，所述靶向模块与超微结构模块的亲水聚合物连接。

在本发明中，纳米拮抗剂利用温度响应性聚合物材料在特定温度上下发生相变，在载体上形成亲疏水交替的超微结构。其在生物防污以及递药中有很重要的应用。同时，通过共价键将多肽配体与亲水聚合物进行连接，并将聚合物修饰到纳米材料表面，得到纳米拮抗剂材料，该拮抗剂可以通过多肽配体靶向到细胞受体蛋白，有效抑制该受体激动剂介导的作用，通过超微结构提高靶向多肽的体内稳定性及血液循环时间，为疾病治疗、生物成像等提供新的有效策略。

优选地，所述纳米材料为纳米金棒、纳米金球、纳米银棒、纳米二氧化硅、纳米氧化铁、聚己内酯纳米球、聚甲基丙烯酸酯纳米球或金属有机框架材料中的任意一种或至少两种的组合，优选纳米金棒。

优选地，所述纳米材料带有功能化的官能团。

优选地，所述功能化的官能团为烯烃基、炔烃基、卤代烃基、巯基或羧基中的任意一种或至少两种的组合。

在本发明中，所述超微结构为由亲水聚合物和温敏聚合物构成的亲疏水交替的结构：

优选地，所述亲水聚合物为聚乙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酞胺、聚乙烯醇、聚n-异丙基丙烯酰胺、聚n,n-二乙基丙烯酰胺、聚n-羟甲基丙基甲基丙烯酰胺、聚n-2,2-二甲基-1,3-二氧戊环甲基丙烯酰胺、聚n-2-甲氧基-1,3-二氧乙环甲基丙烯酰胺、聚n-2-乙氧基-1,3-二氧乙环甲基丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯、聚n-乙烯基异丁酰胺、聚甲基乙烯基醚、聚n-乙烯基己内酰胺、聚2-乙基噁唑啉、n-2-羟异丙基丙烯酰胺或n-羟乙基丙烯酰胺中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述亲水聚合物为n-异丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸羟乙酯的共聚物、n-异丙基丙烯酰胺和n-羟乙基丙烯酰胺的共聚物或者n-异丙基丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物中的任意一种；进一步优选n-异丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸羟乙酯的共聚物。

优选地，所述亲水聚合物为共聚物时，通过活性/可控自由基聚合得到所述亲水聚合物。

优选地，所述活性/可控自由基聚合为可逆加成-断裂链转移聚合(raft聚合)。

优选地，所述可逆加成-断裂链转移聚合的链转移试剂为n,n'-二甲基n,n'-二(4-吡啶基)秋兰姆二硫化物、2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸、2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸n-羟基琥珀酰亚胺酯、双(十二烷基硫烷基硫代羰基)二硫化物、2-氰基-2-丙基十二烷基三硫代碳酸酯、2-氰基-2-丙基苯并二硫、4-氰基-4-[(十二烷基硫烷基硫羰基)硫烷基]戊酸、4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸、氰甲基十二烷基三硫代碳酸酯、氰甲基甲基(苯基)氨基二硫代甲酸酯、甲基-2-丙酸甲基(4-吡啶)氨基二硫代甲酸酯、甲基-2-(十二烷基三硫代碳酸酯)-2-甲基丙酸酯或2-苯基-2-丙基苯并二硫中的任意一种，优选2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸n-羟基琥珀酰亚胺酯。

优选地，所述温敏聚合物为聚n-异丙基丙烯酰胺、聚n,n-二乙基丙烯酰胺、聚n-羟甲基丙基甲基丙烯酰胺、聚n-2,2-二甲基1,3-二氧戊环甲基丙烯酰胺、聚n-2-甲氧基-1,3-二氧乙环甲基丙烯酰胺、聚n-2-乙氧基-1,3-二氧乙环甲基丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯、聚n-乙烯基异丁酰胺、聚甲基乙烯基醚、聚n-乙烯基己内酰胺、聚2-乙基噁唑啉、n-2-羟异丙基丙烯酰胺或n-羟乙基丙烯酰胺中的任意一种。

在本发明中，温敏聚合物的亲疏水性质是可以通过材料设计进行调整的，调节亲疏水转变的温度就可以实现对温敏聚合物亲疏水性质的调整，所述温敏聚合物在一些条件下是可以作为亲水聚合物的，因此有些聚合物既可以作为温敏聚合物又可以作为亲水聚合物。

优选地，所述温敏聚合物为聚n-异丙基丙烯酰胺、聚n,n-二乙基丙烯酰胺或者聚n-羟甲基丙基甲基丙烯酰胺中的任意一种，优选聚n-异丙基丙烯酰胺。

优选地，所述温敏聚合物为聚n-异丙基丙烯酰胺时，通过活性/可控自由基聚合得到所述温敏聚合物。

优选地，所述活性/可控自由基聚合为可逆加成-断裂链转移聚合(raft聚合)。

优选地，所述可逆加成-断裂链转移聚合的链转移试剂为n,n'-二甲基n,n'-二(4-吡啶基)秋兰姆二硫化物、2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸、2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸n-羟基琥珀酰亚胺酯、双(十二烷基硫烷基硫代羰基)二硫化物、2-氰基-2-丙基十二烷基三硫代碳酸酯、2-氰基-2-丙基苯并二硫、4-氰基-4-[(十二烷基硫烷基硫羰基)硫烷基]戊酸、4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸、氰甲基十二烷基三硫代碳酸酯、氰甲基甲基(苯基)氨基二硫代甲酸酯、甲基-2-丙酸甲基(4-吡啶)氨基二硫代甲酸酯、甲基-2-(十二烷基三硫代碳酸酯)-2-甲基丙酸酯或2-苯基-2-丙基苯并二硫中的任意一种，优选2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸。

在本发明中，所述纳米拮抗剂中所述亲水聚合物为具有如式i所示结构的聚合物：

其中c12h25是直链烷基，y＝20-2000(例如20、40、700、100、130、150、180、200、250、300、380、440、500、600、700、800、900、1000、1200、1500、1800或2000)；z＝1-100(例如1、3、5、8、10、15、20、25、30、35、40、48、53、60、70、80、90或100)，且y/z＝5-100(例如5、8、10、15、20、25、30、35、40、50、60、80或100)，例如y＝1000，z＝80或y＝750，z＝40或y＝400，z＝30或y＝200，z＝20或y＝150，z＝10或y＝100，z＝8或y＝40，z＝5或y＝20，z＝1，优选y＝37.6，z＝4.1。

优选地，所述亲水聚合物的分子量为2-300kd，例如2kd、5kd、8kd、10kd、15kd、20kd、30kd、40kd、50kd、60kd或80kd，优选5kd。

优选地，所述温敏聚合物为具有如式ii所示结构的聚合物：

其中c12h25是直链烷基，x＝50-800(例如50、80、100、130、150、180、200、230、250、280、300、350、380、400、440、480、500、530、550、580、600、620、650、680、700、750、780或800)，例如x＝100或x＝150或x＝230或x＝400或x＝500或x＝680或x＝800，优选x＝147。

优选地，所述温敏聚合物的分子量为5-100kd，例如5kd、10kd、12kd、17kd、20kd、25kd、30kd、35kd、40kd、45kd、50kd、56kd、60kd、70kd、80kd、90kd或100kd，优选17kd。

优选地，所述亲水聚合物与所述温敏聚合物的比例为1:99-99:1，例如1:99、2:98、5:95、10:90、20:80、30:70、40:60、50:50、60:40、70:30、80:20、90:10、95:5、98:2、99:1，优选50:50。

在本发明中，所述亲水聚合物与所述温敏聚合物的比例是指亲水聚合物与温敏聚合物修饰到纳米材料表面的摩尔比。

在本发明中，将亲水聚合物骨架链长控制在适当的范围内可以有利于调节本发明所述纳米拮抗剂的抑制作用。

在本发明中，将温敏聚合物骨架链长控制在适当的范围内可以有利于调节本发明所述纳米拮抗剂的响应温度区间。

在本发明中，所述多肽为靶向到细胞表面受体蛋白、有效抑制该受体介导的下游作用的多肽中的任意一种。

优选地，所述多肽的氨基酸序列为fpnwslrpmnqm、yggfl、rgd或ssnhqssrliesslr，进一步优选fpnwslrpmnqm。

优选地，所述多肽连接在亲水聚合物的端部。

优选地，所述连接通过亲水聚合物中的丙酸n-羟基琥珀酰亚胺酯与多肽配体中氨基进行反应，从而实现将多肽配体序列连接在亲水聚合物的端头上。

在本发明中，所述多肽配体为具有特定的氨基酸序列的多肽，其对应的特定的识别蛋白，例如fpnwslrpmnqm对应的识别蛋白为程序性死亡受体-配体1(pd-l1)蛋白，yggfl对应的识别蛋白为g蛋白偶联受体(gpcr)蛋白，rgd对应的识别蛋白为整合素αvβ3，ssnhqssrliesslr对应的识别蛋白为雌激素受体α(erα)蛋白。

另一方面，本发明提供了如上所述的纳米拮抗剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：通过多肽固相合成法合成多肽配体序列，并将多肽配体序列接枝在亲水聚合物的端头上，将温敏聚合物和接枝多肽的聚合物通过配体交换修饰到纳米材料表面得到所述纳米拮抗剂。

另一方面，本发明提供一种药物递送材料，所述药物递送材料包括如上所述的纳米拮抗剂。所述药物递送材料能够提高体内稳定性及血液循环时间，本发明所述的表面具有超微结构的纳米拮抗剂可以有效通过分子识别的主动靶向方式特异性的与受体蛋白结合，有效抑制该受体激动剂介导的作用，进而影响生物体的生物功能，从而实现疾病治疗等。

另一方面，本发明提供一种药物组合物，所述药物组合物包括如上所述的纳米拮抗剂。

在本发明中，提供一种所述纳米拮抗剂在成像剂制备中的应用。

在本发明中，提供一种所述纳米拮抗剂在抗肿瘤药物制备中的应用。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明所述的纳米拮抗剂利用纳米材料、亲水聚合物-多肽、疏水聚合物杂化材料构筑，提高多肽在体内的稳定性，延长在血液中的半衰期。该拮抗剂可以通过多肽配体靶向到细胞受体蛋白，有效通过分子识别的主动靶向方式特异性的与受体蛋白结合以及亲疏水聚合物超微结构提高材料在血液中的循环时间，有效抑制该受体激动剂介导的作用，为生物成像及疾病治疗等提供新的有效策略，影响生物体的生物功能，从而实现疾病治疗。

附图说明

图1是本发明实施例1的纳米拮抗剂示意图。

图2a是本发明实施例1制备的多肽配体的maldi-tof谱图。

图2b是是本发明实施例1制备的多肽配体的hplc图谱

图3是本发明实施例1的亲水聚合物和温敏聚合物核磁共振氢谱图。

图4是本发明实施例1的亲水聚合物-多肽连接物核磁共振氢谱图。

图5是本发明实施例2中对纳米拮抗剂进行激光共聚焦实验的结果图。

图6是本发明实施例3中对纳米拮抗剂水合粒径测试的结果图。

图7是本发明实施例4中对纳米拮抗剂血药浓度半衰期测定的结果图。

图8是本发明实施例5中测定的纳米拮抗剂对肿瘤体积影响的结果图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

在以下实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所用的实验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂厂商购买得到的。

实施例1

在本实施例中制备的纳米拮抗剂(如图1)，其包括由纳米材料构成的载体模块、由亲水聚合物和温敏聚合物构成的超微结构模块和由多肽构成的靶向模块，所述超微结构模块连接在载体模块上，所述靶向模块与超微结构模块的亲水聚合物连接。其中多肽配体为sgsgkfpnwslrpmnqm(为了连接荧光分子cy5，添加了氨基酸k；sgsg是柔性间隔)。

制备多肽配体：

(1)选用0.35mm负载量的wang树脂，其中第一个氨基酸(蛋氨酸)的n端被fmoc保护，c端固定于树脂上。用20％(v/v)的六氢吡啶的dmf溶液脱去n端的fmoc保护，然后用茚三酮测试法检测脱保护结果。然后将下一个氨基酸的羧基用0.4m的n-甲基吗啉(nmm)和10倍于氨基酸的苯并三氮唑-n,n,n',n'-四甲基脲六氟磷酸酯(hbtu)的dmf溶液活化，并加入到脱去保护的树脂中反应1小时。按此方法，将剩余的所有氨基酸都通过缩合反应连接上去，形成固定于树脂的连接多肽，其中赖氨酸使用的是fmoc-lys(dde)-oh。然后用含有2.5％水和2.5％三异丙基硅烷的三氟乙酸溶液将合成好的多肽从树脂上脱除，同时脱除氨基酸的侧链保护；将三氟乙酸用旋转蒸发法去除，然后多肽的粗产物用无水乙醚沉淀，洗涤并干燥；最后选用反相制备液相色谱，将多肽纯化。

(2)步骤(1)纯化过程反向制备液相色谱的条件为：流动相是含有0.1％三氟乙酸的乙腈和含有0.1％三氟乙酸的双蒸水；参数是梯度洗脱从5％乙腈/95％水到60％乙腈/40％水，流速为10ml/min，处理时间为45min。

上述方法所得到的多肽sgsgkfpnwslrpmnqm的maldi-tof图谱如图2a和hplc图谱如图2b所示，可知多肽配体的分子量为1936.0。

制备亲水聚合物：

将n-异丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸羟乙酯按一定比例(9:1)加入到史莱克瓶中，然后加入2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸及偶氮二异丁腈，以n,n’-二甲基甲酰胺(dmf)溶解，浓度为1.5g/ml，搅拌溶解后，密封体系，通入氮气30分钟，恒温65℃反应10小时；将反应后的溶液加入透析袋中，透析3天，冷冻干燥得到淡黄色粉末状固体。通过核磁及凝胶渗透色谱确定聚合物结构及分子量。

制备温敏聚合物：

将n-异丙基丙烯酰胺加入到史莱克瓶中，然后加入2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸n-羟基琥珀酰亚胺酯及偶氮二异丁腈，以n,n’-二甲基甲酰胺(dmf)溶解，浓度为1.5g/ml，搅拌溶解后，密封体系，通入氮气30分钟，恒温65℃反应10小时；将反应后的溶液加入透析袋中，透析3天，冷冻干燥得到淡黄色粉末状固体。通过核磁及凝胶渗透色谱确定聚合物结构及分子量。

利用核磁氢谱对得到的亲水聚合物和温敏聚合物进行结构表征，结果如图3所示，由图3可以看出，化学位移值δ＝7.5-7.0ppm，δ＝3.85ppm和δ＝1.05ppm对应n-异丙基丙烯酰胺中的-nh-，-ch-以及-ch3；化学位移值δ＝4.64ppm对应甲基丙烯酸羟乙酯中的-oh。

制备亲水聚合物-多肽连接物：

将0.033mmol多肽分子sgsgkfpnwslrpmnqm与0.03mmol的亲水聚合物溶于1mlph＝8.0的pb缓冲溶液中，并置于反应容器中，搅拌溶解，密封体系，通入氮气30分钟，恒温37℃反应3天；将反应后的溶液加入透析袋中，透析24小时，通过热沉淀的方法得到纯的温敏聚合物-多肽连接物，冷冻干燥得到粉末状固体。得到的亲水聚合物-多肽的结构如下所示：

利用核磁氢谱对得到的亲水聚合物-多肽进行结构表征，结果如图4所示，由图4可以看出，化学位移值δ＝6.6ppm和δ＝4.0-4.5ppm对应多肽上的-conh-以及-ch2co-。

纳米拮抗剂的制备：

取1ml的纳米金棒(1mg/ml)以14000转/分钟的转速离心15分钟，弃上清，将离心管底部的纳米金棒用1ml的pbs重悬，然后加入1mg的亲水聚合物多肽和2.4mg的疏水聚合物，搅拌反应12小时。反应结束后以14000转/分钟的转速离心15分钟，弃上清以去除未反应的亲水聚合物多肽和疏水聚合物，最后将离心管底部沉淀重悬而得到具有超微结构模块的纳米拮抗剂。

取1ml的纳米金棒(1mg/ml)以14000转/分钟的转速离心15分钟，弃上清，将离心管底部的纳米金棒用1ml的pbs重悬，然后加入1mg的亲水聚合物多肽，搅拌反应12小时。反应结束后以14000转/分钟的转速离心15分钟，弃上清以去除未反应的亲水聚合物多肽，最后将离心管底部沉淀重悬而得到无超微结构模块的纳米拮抗剂。

实施例2

对实施例1通过制备得到的表面具有超微结构纳米拮抗剂能够靶向细胞膜表面受体蛋白，进行了激光共聚焦实验测试。

将cy5标记的多肽拮抗剂、无超微结构模块的纳米拮抗剂、具有超微结构模块的纳米拮抗剂以50μg/ml(多肽的浓度以及纳米拮抗剂上多肽的浓度)的浓度在confocal皿中与贴壁的b16f10细胞共孵育1小时，用pbs洗三遍以去除confocal皿中多余的材料，用荧光染料hoechst33342以10nm的浓度标记细胞核。

用激光共聚焦显微镜成像，结果如图5所示。由此可知，多肽拮抗剂、无超微结构模块的纳米拮抗剂、具有超微结构模块的纳米拮抗剂多细胞膜上的受体蛋白有很好的靶向作用。

实施例3

对实施例1制备得到的纳米拮抗剂测定了水合粒径。

测定了无超微结构模块的纳米拮抗剂和表面具有超微结构模块的纳米拮抗剂在含10％小鼠血清的pbs中37℃条件下不同时间的水合粒径，结果如图6所示。由此可知，无超微结构表面的纳米拮抗剂在1小时后水合粒径开始增加，在6小时后水合粒径基本稳定，而表面具有超微结构的纳米拮抗剂的水合粒径基本不随时间变化而变化。因此证明其能够抗蛋白吸附，从而提高下料的稳定性。

实施例4

对实施例1制备得到的纳米拮抗剂进行了血药浓度半衰期的测定。

测定了多肽拮抗剂、无超微结构模块的纳米拮抗剂、具有超微结构模块的纳米拮抗剂的血药浓度半衰期，方法如下。

将cy5标记的多肽拮抗剂、无超微结构模块的纳米拮抗剂、具有超微结构模块的纳米拮抗剂以500μg/kg(多肽的浓度以及纳米拮抗剂上多肽的浓度)的浓度通过小鼠尾静脉想小鼠注射，通过尾静脉取血，采集1分钟，10分钟，30分钟，1小时，2小时，4小时，8小时，12小时，24小时，48小时的小鼠血液，测量荧光值，设定1分钟时血药浓度为起始浓度，通过计算得到血药浓度半衰期。

结果如图7所示。由图7可知，多肽拮抗剂的半衰期约为40分钟，无超微结构模块的纳米拮抗剂的半衰期约为10小时，而具有超微结构模块的纳米拮抗剂的半衰期约为19小时。

实施例5

对实施例1制备得到的纳米拮抗剂进行了治疗肿瘤效果的测定。

测定了荷瘤小鼠注射pbs、多肽拮抗剂、无超微结构模块的纳米拮抗剂、具有超微结构模块的纳米拮抗剂后不同时间肿瘤体积的变化，方法如下。

向每只小鼠皮下注射十万个b16f10细胞，6天后肿瘤生成，将小鼠随机分成4组，分别注射100μlpbs，500μg/kg(多肽的浓度以及纳米拮抗剂上多肽的浓度)的多肽拮抗剂、无超微结构模块的纳米拮抗剂、具有超微结构模块的纳米拮抗剂，注射频率为两天一次，并每两天测量一次肿瘤大小。18天后处死小鼠结束实验。肿瘤体积的变化结果如图8所示。

由图8可知，多肽拮抗剂的治疗效果与pbs大致相同，无超微结构模块的纳米拮抗剂的治疗效果比pbs的治疗效果略有提升，而表面具有超微结构模块的纳米拮抗剂的肿瘤体积约为pbs治疗组的三分之一。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的表面具有超微结构的纳米拮抗剂的制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。