一种基于前药的刺激响应型纳米凝胶及制备方法

本发明属于刺激响应性药物制剂，具体涉及一种基于前药的刺激响应型纳米凝胶及制备方法。

背景技术：

1、癫痫是一种以神经元群体大规模异常同步放电为主要特征的脑部疾病。目前临床上主要采用第一、二代抗癫痫药进行治疗，但它们仍然存在一些缺陷。首先，由于血脑屏障的阻碍，在全身给药时，不得不提高给药剂量，可能引起神志不清、共济失调等外周副作用。其次，约有30%的患者在长期用药后，会产生耐药情况；部分患者甚至在停药之后会复发。此外，最严重的问题在于，目前所有的抗癫痫药都只能控制发作期症状，无法阻断癫痫潜伏期。该问题原因比较复杂，归根到底是因为抗癫痫药在抗异常放电时，没有同步改善病灶的炎症微环境，进而无法阻止微环境恶化。

2、为了解决这些问题，应当全面考察癫痫的病灶微环境。其微环境主要特征为：神经元的异常电环路和神经胶质细胞的炎症微环境之间相互作用，形成串扰，导致氧化应激、慢性炎症、胶质增生、兴奋毒性等问题，引起癫痫反复发作。因此，有必要开发能够协同抑制异常电环路和调节炎症微环境的综合疗法。事实上，在抗癫痫药物之外，天然化学产物及酶类抗氧化剂的使用已经在调节癫痫炎症微环境方面取得了积极的疗效。但由于血脑屏障的阻碍和抗氧化剂自身理化性质的缺点，它们的入脑效率和体内应用仍然严重受限。

3、近年来，纳米载药系统因其载药效率高、生物相容性良好、可修饰性强、功能多样而成为了一种很有应用前景的药物制剂。设计和优化纳米载药系统，有望克服抗癫痫药疗效单一的缺点，实现癫痫病灶的全面调控。有研究报道，癫痫发作时，犬尿氨酸通路会迅速被强烈激活，消耗约95%的色氨酸，故癫痫病灶对色氨酸的摄取会显著增强。色氨酸通过l型氨基酸转运体1进入脑内，色氨酸类似物，也可以经过l型氨基酸转运体1进入脑内，目前，色氨酸类似物已经成功应用于癫痫病灶的成像和定位。基于此，如果将色氨酸类似物与具有抗癫痫活性的药物相结合，制备一种具有靶向性的高效纳米载药系统，不仅能够克服血脑屏障阻碍，实现癫痫病灶的靶向蓄积；还能在相关病理因素刺激下，实现病灶选择性释药，有效降低药物在其他正常组织不必要的分布。因此，从癫痫相关病理因素出发，合理设计靶向纳米载药系统，对于实现癫痫病灶微环境全面调控和癫痫治疗疗效的提升具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于前药的刺激响应型纳米凝胶及制备方法。在充分考虑了癫痫病灶的相关病理因素（包括高浓度活性氧、犬尿氨酸通路的激活和异常活跃的生物电）的前提下，首先通过选择具有活泼氢的抗癫痫药物，对其进行前药衍生化，得到一种活性氧响应及清除型苯硼酸酯化前药；然后将苯硼酸酯化前药与色氨酸类似物偶联化合物、含磺酸钠基团化合物等聚合，制得一种凝胶型纳米粒制剂，即纳米凝胶。

2、首先，本发明将色氨酸类似物偶联化合物加入纳米凝胶载药系统，能够发挥其癫痫病灶特异性靶向配体的作用；其次，因磺酸钠基团具有生物电响应功能，在纳米凝胶内引入磺酸钠基团，能够发挥其电刺激响应功能；此外，在活性氧作用下，苯硼酸酯化前药能够释放出抗癫痫药本体，发挥抗异常放电疗效，同时因活性氧大量消耗而具有减轻氧化应激、抑制炎症反应的作用。因此，本发明制备的纳米凝胶兼具活性氧刺激响应性、生物电刺激响应性、l型氨基酸转运体1特异性识别与吞噬能力，能够克服现有抗癫痫药物疗法的不足，并实现癫痫病灶靶向蓄积、按需释药及长效释放效果。

3、为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

4、一种基于前药的刺激响应型纳米凝胶的制备方法，包括以下步骤：

5、（1）s1.将4-卤代甲基苯硼酸与含有活泼氢的药物h-r1溶于有机溶剂中，并加入缚酸剂，在惰性气体保护下，在25 ~ 100℃搅拌反应至沉淀不再增加，过滤并收集滤液，减压浓缩，硅胶柱层析纯化，收集产物，真空干燥，得到苯硼酸修饰药物的中间体；

6、s2.将所述中间体和含有邻二醇及烯烃双键的化合物溶于有机溶剂中，并加入脱水剂，在惰性气体保护下，室温搅拌反应6 h ~ 24 h，过滤并收集滤液，减压浓缩，硅胶柱层析纯化，收集产物，真空干燥，得到苯硼酸酯前药；

7、反应过程如式ⅰ所示：

8、

9、式ⅰ

10、其中，h-r1为含有活泼氢的药物；r2为含有0~5个碳原子的短链烷基或烷氧基；r3为甲基或氢原子。

11、（2）将色氨酸类似物hooc-(trp)溶于有机溶剂中，在冰水浴下加入酰胺化试剂搅拌20 min ~ 40 min，再在冰水浴下加入含有烯烃双键及氨基的化合物和碱化剂，恢复室温并搅拌反应12 h ~ 24 h，收集产物并纯化，得到色氨酸类似物偶联化合物；

12、反应过程如式ⅱ所示：

13、

14、式ⅱ

15、其中，r4为甲基或氢原子；r5包含聚乙二醇主链。

16、（3）将步骤（1）所述苯硼酸酯化前药、步骤（2）所述色氨酸类似物偶联化合物、含磺酸钠基团化合物和其他单体及交联剂混合于溶剂中，加入引发剂，引发自由基聚合，隔绝氧气于室温下反应12 h ~ 24 h，得到水凝胶产物；收集产物，透析纯化，经高压均质法得到纳米凝胶；

17、反应过程如式ⅲ所示：

18、

19、式ⅲ

20、其中，r6为甲基或氢原子；r7为含有1~5个碳原子的短链烷基或苯环；其他单体包括甲基丙烯酸羟乙酯。

21、优选的，所述步骤（1）s1中缚酸剂选自无水碳酸钾，脱水剂为无水硫酸钠。

22、优选的，所述步骤（1）s1中有机溶剂选自无水四氢呋喃。

23、优选的，所述步骤（1）s1中4-卤代甲基苯硼酸、含有活泼氢的药物h-r1、缚酸剂的摩尔比为1 : 1.2~1.5 : 1.5~2。

24、优选的，所述步骤（1）s1中硅胶柱层析纯化采用的流动相为体积比为0.05 : 0.95的甲醇和乙酸乙酯混合液。

25、优选的，所述步骤（1）s2中苯硼酸修饰药物的中间体、含有邻二醇及烯烃双键的化合物、脱水剂的摩尔比为1 : 1.2~1.5 : 1.5~2。

26、优选的，所述步骤（1）s2中有机溶剂选自无水四氢呋喃。

27、优选的，所述步骤（1）s2中硅胶柱层析纯化采用的流动相为体积比为1 : 2的石油醚：乙酸乙酯混合液。

28、优选的，所述步骤（2）中酰胺化试剂为苯并三氮唑- n,  n,  n',  n'-四甲基脲六氟磷酸盐（hbtu）和1-羟基苯并三唑（hobt），二者同时使用，固定摩尔比为1 : 1。

29、优选的，所述步骤（2）中碱化剂为 n,  n-二异丙基乙胺（dipea）。

30、进一步优选的，所述步骤（2）中色氨酸类似物hooc-(trp)、含有烯烃双键及氨基的化合物、hbtu、hobt、dipea的摩尔比为1 : 0.8~1 : 1.2~1.5 : 1.2~1.5 : 1.5~2.5。

31、优选的，所述步骤（3）中交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯；引发剂为过硫酸钾和焦亚硫酸钠，二者同时使用，固定质量比为5 : 4；溶剂为水。

32、优选的，所述步骤（3）中苯硼酸酯化前药、色氨酸类似物偶联化合物、含磺酸钠基团化合物、其他单体的质量比为10 : 1~3 : 3~5 : 60~100。

33、优选的，所述步骤（3）中交联剂与苯硼酸酯化前药质量比为3~5 : 10，过硫酸钾、焦亚硫酸钠与苯硼酸酯化前药的质量比为1.875~2.5 : 1.5~2 : 10。

34、优选的，所述步骤（3）中所述透析的方法为：将所述产物置于截留分子量为3500的透析袋内，浸入水中，透析除去杂质，即可获得水凝胶。

35、优选的，所述步骤（3）中所述高压均质法的具体过程为：将水凝胶加水混匀，在20000 mpa压强的高压均质机中处理3~5次，每次处理3~10分钟，即可获得纳米凝胶；进一步优选的，水凝胶与水的体积比为1 : 5~20。

36、本发明所述室温指25℃。

37、本发明还提供上述方法制得的基于前药的刺激响应型纳米凝胶，所述纳米凝胶的直径为70 ~ 150 nm。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

39、（1）本发明制备的纳米凝胶粒径较小，形貌均匀，凝胶骨架可与活性氧反应而分解，或者在酯酶作用下降解，主要经肝、肾代谢，生物相容性良好。

40、（2）本发明制备的纳米凝胶可作为治疗癫痫的纳米药物，并适于血管内注射给药；纳米凝胶可借助色氨酸类似物，靶向至l型氨基酸转运体1并跨越血脑屏障，富集到癫痫病灶；在癫痫病灶高浓度活性氧和异常生物电刺激下，纳米凝胶选择性释放抗癫痫药物，发挥抗异常放电的作用；同时苯硼酸酯前药清除活性氧，能够发挥减轻氧化应激、缓解炎症反应的作用。