一种液态多甘醇柱芳烃衍生物的合成及对经皮药效分子缓释的应用

1.本发明涉及一种液态多甘醇柱芳烃衍生物的合成及对经皮药效分子缓释的应用，属于超分子化学及生物医药领域。


背景技术：

2.随着医药领域的发展，如何提高患者服药依从性逐渐成为广泛关注的话题之一。经皮给药系统(transdermal drug delivery system,tdds)，也称透皮给药系统，是指药物通过皮肤给药以达到局部或者全身治疗作用的一种新型给药系统。相较于口服及静脉给药途径，tdds表现出诸多优势，包括：(1)避免口服给药带来的肝脏首过效应，提高药物生物利用度；(2)避免胃肠道对药物稳定性的影响，减少药物对胃肠道的刺激。(3)自主、无痛给药，改善患者顺应性。(4)随时中断给药，提高给药安全性。目前，临床上常用的外用制剂有霜剂、凝胶剂、乳膏剂等，然而这些传统剂型难以调控药物释放。快速的药物释放不仅增加了给药频率，影响患者依从性，而且导致药物在给药部位大量累积，增加药物不良反应发生率。为了实现药物缓释，在给药部位形成药物储库是一种有效的解决方案。随着高分子材料学的发展，各种新型的材料比如：聚合物、树枝状分子、氧化硅等用于延长给药时间。然而为了满足经皮给药制剂的需求，这些新型的材料通常需要和有机溶剂或其他辅料等混合使用，极大提高了不良反应发生率。因此，急需开发一种既能缓释药物又无需其他溶剂参与的新型辅料用于经皮制剂。
3.基于主客体识别的超分子化学已在生命科学、材料科学、信息科学等领域得到广泛应用。继冠醚、环糊精、杯芳烃及葫芦脲之后，柱芳烃成为第五代超分子大环主体分子。高度对称的结构和疏水性空腔赋予柱芳烃有效络合多种客体分子的能力。随着对柱芳烃性质的深入探索，利用柱芳烃构筑药物递送系统成为超分子化学研究的热点问题并在近年来取得大量研究成果。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种多甘醇柱芳烃衍生物化合物，其结构式如式ⅰ所示：
[0005][0006]
其中，
[0007]
n选自5-10的数，例如5、6、7、8、9或10，优选为5或6，更优选为6；m选自2-8的数，例如2、3、4、5、6、7或8，优选为2、3、4，更优选为5。
[0008]
根据本发明的实施方案，所述化合物优选为三甘醇柱[6]芳烃，其结构式如式ⅱ所示；
[0009][0010]
本发明还提供式i所示化合物的制备方法，包括以下步骤：将化合物1与多甘醇单甲醚反应得到式i所示化合物；
[0011][0012]
其中，m和n具有上文所述的定义；
[0013]
根据本发明的实施方案，所述反应可以在碱存在下进行，所述碱选自无机碱，例如
碳酸钾、碳酸钠、碳酸铯。
[0014]
本发明还提供式i所述化合物在构建超分子药物储库或在药物缓释中的应用。
[0015]
根据本发明的实施方案，所述药物优选选自经皮给药药物。
[0016]
本发明还提供一种缓释药物组合物，包括至少一种式i所述化合物。
[0017]
根据本发明的实施方案，所述药物组合物还包括至少一种药物分子。
[0018]
本发明提供了一种超分子药物储库，包括式i所示化合物和药物分子；
[0019]
根据本发明的实施方案，所述超分子药物储库由式i所示化合物和药物分子通过分子间超分子作用构筑形成。
[0020]
根据本发明的实施方案，所述药物分子选自经皮给药药物的活性分子，所述药物例如：布洛芬、达巴卡嗪、酮基布洛芬、维生素c、血根碱、酮康唑、硝酸益康唑、咪康唑、克霉唑、伊曲康唑、氟康唑、伏立康唑、丁丙诺啡、双氯芬酸、洛索洛芬钠、林可霉素、利多卡因、异维a酸、灰黄霉素；优选为硝酸益康唑，其结构如下式ⅲ所示。
[0021][0022]
本发明还提供所述超分子药物储库的制备方法，包括以下步骤：
[0023]
将所述式i所示化合物和药物分子溶于良性溶剂中混合，得到所述超分子药物储库；
[0024]
根据本发明的实施方案，式i所示化合物和药物分子的摩尔比为0.1-10；优选为0.5-5；更优选为1；
[0025]
根据本发明的实施方案，所述良性溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇或它们与水的混合液。
[0026]
根据本发明的实施方案，所述混合的时间为1-120分钟，例如10-60分钟，优选10-20分钟；
[0027]
根据本发明的实施方案，所述混合时的温度为20-80℃，例如30-60℃，优选40-60℃；
[0028]
根据本发明的实施方案，所述混合的方式可以为超声，超声的频率可以为50-150khz，优选为80-120khz；
[0029]
根据本发明的实施方案，所述制备方法还包括将混合后的反应液冷冻干燥或减压真空干燥，得到所述超分子药物储库。
[0030]
根据本发明优选的实施方案，所述制备方法还包括下述步骤：
[0031]
将硝酸益康唑和三甘醇柱[6]芳烃的混合物直接溶于良性溶剂中(优选为40-60℃)超声溶解(优选为80-120khz)一段时间(优选为10-20min)至客体药物完全溶解，然后将混合物溶液经孔径0.45μm的滤膜过滤，冷冻干燥或减压真空干燥，得到所述超分子药物储库。
[0032]
有益效果
[0033]
本发明提供了一种多甘醇柱芳烃衍生物，具有纳米级的空腔结构且易于后修饰，修饰柔性链旨在延长空腔深度，扩大疏水相互作用的区域面积增加络合能力。该多甘醇柱芳烃衍生物具有良好的流变性、生物相容性及主客体络合性质，可通过超分子作用高效识别多类经皮给药药物活性分子达到缓释的目的。和经皮给药药物活性分子络合形成的超分子液态药物储库可用于皮肤涂抹，具有缓释的效果，降低药物给药频次的同时，减少皮肤刺激性溶剂的使用，最终达到提高患者顺应性的目的。本发明的制备多甘醇柱芳烃衍生物的方法，反应条件温和高效，适用于工业生产。
附图说明
[0034]
图1：三甘醇柱[6]芳烃的1h nmr图谱；
[0035]
图2：三甘醇柱[6]芳烃流变性质图；
[0036]
图3：三甘醇柱[6]芳烃对hacat细胞毒性图；
[0037]
图4：三甘醇柱[6]芳烃与硝酸益康唑核磁1：1图谱；
[0038]
图5：硝酸益康唑直接滴定三甘醇柱[6]芳烃荧光图谱；
[0039]
图6：硝酸益康唑直接滴定三甘醇柱[6]芳烃荧光拟合图；
[0040]
图7：基于硝酸益康唑络合三甘醇柱[6]芳烃构筑的超分子药物储库药物释放曲线图；
[0041]
图8：小鼠伤口染菌模型中各组小鼠伤口愈合图。
[0042]
术语定义与说明
[0043]
术语“超分子作用”指的是分子间的相互作用，包括静电作用、氢键、范德华力、π-π堆积和疏水作用等，是研究超分子化学的基础。
[0044]
术语“识别”指的是两个或两个以上的分子之间通过非共价键结合作用，产生某种特定功能的过程。
具体实施方式
[0045]
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
[0046]
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
[0047]
实施例1：三甘醇柱[6]芳烃的合成
[0048]
[0049]
氮气保护下，向全羟基柱[6]芳烃(0.70g,1mmol)的丙酮溶液(30ml)中加入碳酸钾(4.82g,36mmol)和三乙二醇单甲醚(7.63g,24mmol)。加热搅拌三天之后过滤除去碳酸钾，并用旋转蒸发仪除去丙酮。经柱层析纯化后得到褐色液体三甘醇柱[6]芳烃(tep6，0.69g,28％)。1h nmr图谱如图1所示。
[0050]
实施例2：三甘醇柱[6]芳烃(tep6)流变分析
[0051]
1、实验样品
[0052]
流变性可反应药物制剂在皮肤上铺展的难易程度，故采用旋转流变仪对三甘醇柱[6]芳烃的流变性能进行评价。三甘醇柱[6]芳烃由实施例1合成得到。
[0053]
2、实验方法
[0054]
黏度-剪切速率曲线测定：取1ml三甘醇柱[6]芳烃样品置于平行模具上，温度为25℃，测试前平衡5s，剪切速率由0.01s-1
升至100s-1
，测定在该范围内三甘醇柱[6]芳烃表观黏度随剪切速率的变化。
[0055]
3、实验结果
[0056]
三甘醇柱[6]芳烃黏度随剪切速率曲线如图2所示，结果表明随着剪切速率增大，三甘醇柱[6]芳烃黏度逐渐减小，具有非牛顿流体剪切变稀的特性，即三甘醇柱[6]芳烃容易被铺展。当剪切速率为1s-1
时，测定三甘醇柱[6]芳烃黏度为5.8pa，满足用于经皮制剂辅料所需黏度。
[0057]
实施例3：三甘醇柱[6]芳烃细胞毒性评价
[0058]
1、实验样品
[0059]
三甘醇柱[6]芳烃由实施例1合成得到，人永生化表皮细胞hacat由北京中生奥邦生物科技有限公司购得，kunming小鼠(20g左右)由北京斯贝福生物科技有限公司购得，细胞增殖检测试剂盒cck-8由上海东仁化学科技有限公司购得。
[0060]
2、实验方法
[0061]
使用含有10％胎牛血清的，1％青霉素和1％链霉素的dmem培养基培养人永生表皮细胞(hacat)至稳定传代，取对数生长期的细胞接种到96孔板中(8000细胞/孔)，置于培养箱(5％ co2，37℃)中培养24小时。随后将浓度梯度为320、160、80、40、20、10和5μm的三甘醇柱[6]芳烃和细胞共孵育48h。配置10％cck-8培养基溶液，更换含有三甘醇柱[6]芳烃的培养基溶液并置于孵育箱中再次培养0.5h，然后在全自动酶标仪450nm处测定各孔的od值。
[0062]
3、实验结果
[0063]
cck-8法考察tep6对人永生化表皮细胞hacat的细胞毒性实验结果表明，在tep6相对高的浓度(320μm)下，hacat细胞仍有较好的细胞活力(＞95％)，说明tep6对hacat无细胞毒性(图3)。
[0064]
实施例4：三甘醇柱[6]芳烃和硝酸益康唑(ecn)主客体络合行为研究
[0065]
1、实验样品
[0066]
流变学分析和生物相容性评价证明tep6具有适合皮肤涂抹的剪切黏度和良好的生物相容性，足以应用于经皮制剂的辅料。硝酸益康唑(ecn)作为一种常用的抗微生物药物，通常需要长期、频繁给药，影响患者依从性。为了进一步探索tep6对ecn的缓释作用，首先通过核磁氢谱图(1h nmr)研究主体(tep6)和客体(ecn)间的络合行为。tep6由实施例1合成得到，硝酸益康唑客体及氘代氯仿由安徽泽升有限公司购得。
[0067]
2、实验方法
[0068]
将精准配置的tep6(5μm)和ecn(5μm)溶于氘代氯仿中，通过核磁氢谱观测ecn在有无tep6存在下的核磁信号变化。
[0069]
3、实验结果
[0070]
如图4所示。
[0071]
实验结果显示随着主体的加入，ecn的质子峰均向高场移动并产生拓宽效应(其中ha，化学位移为-0.25ppm)。与此同时，主体tep6的质子由于去屏蔽效应向低场移动。
[0072]
实施例5：三甘醇柱[6]芳烃和硝酸益康唑客体间络合常数的定量测定
[0073]
1、实验样品
[0074]
tep6由实施例1合成得到，硝酸益康唑客体由安徽泽升有限公司购得。
[0075]
2、实验方法
[0076]
精准配置1μm的tep6甲醇溶液，再用此tep6溶液溶解500μm的硝酸益康唑，向1μm的tep6中滴加含有tep6的硝酸益康唑溶液，荧光光谱检测其荧光强度的变化，通过非线性拟合即可得到tep6和ecn间的络合常数。
[0077]
3、实验结果
[0078]
如图5-6所示。
[0079]
将ecn溶液滴加到tep6溶液中，tep6特征发射荧光明显降低，通过非线性拟合得到tep6和ecn之间的络合常数为(5.37
±
0.65)
×
103m-1
。
[0080]
实施例6：超分子药物储库缓释效果评定
[0081]
1、实验样品
[0082]
tep6由实施例1合成得到，硝酸益康唑客体由安徽泽升有限公司购得。反向高效液相色谱及c18反向柱由日本岛津公司购得。kunming小鼠(20g左右)由北京斯贝福生物科技有限公司购得。
[0083]
2、实验方法
[0084]
首先，通过反向高效液相色谱建立ecn标准曲线。其次通过franz扩散池实验研究tep6对ecn缓释效果，将制备离体小鼠腹部皮肤角质层向上，固定于供给池和接受池之间，扩散池面积为1.77cm2，接受池为15ml甲醇水(70：30v/v)溶液。本实验共分为2组，每组3只，分别为ecn组、ecn/tep6组。ecn组供给池中加入22.5μmol ecn(5.65mg/cm2)，ecn/tep6组供给池中加入ecn/tep6复合物(tep6：ecn摩尔比为1：1，ecn量为22.5μmol)，在37℃条件下恒温搅拌，随后在0.5，1，2，4，6，8，16，24h时均取出100μl接受液，并补给等体积接受液，通过反向高效液相检测ecn累积释放浓度并绘制ecn累积释放随时间变化。
[0085]
3、实验结果
[0086]
如图7所示。
[0087]
体外扩散池实验结果显示当ecn单独给药时，ecn快速透过皮肤。当ecn/tep6复合给药时能明显减缓ecn释放速率，同时在24h时ecn累积释放量达到70％左右。以上结果表明ecn/tep6构筑的超分子液态储库能有效调控ecn的释放速率。
[0088]
实施例7：葡萄球菌小鼠伤口愈合实验
[0089]
1、实验样品
[0090]
为了进一步评价ecn/tep6构筑的超分子液态储库能否提高ecn治疗效果，发明人
建立了葡萄球菌小鼠伤口感染模型。kunming小鼠(20g左右)由北京斯贝福生物科技有限公司购得。葡萄球菌(atcc25923)购自上海复祥生物科技有限公司，tep6由实施例1合成得到，硝酸益康唑客体由安徽泽升有限公司购得。
[0091]
2、实验方法
[0092]
实验前麻醉小鼠，剔去小鼠背部毛发，建立直径为8mm小鼠伤口，并将葡萄球菌悬浊液均匀滴加在伤口上。将6只小鼠随机分成2组，分别为ecn组和ecn/tep6组。其中ecn组每日给予ecn溶液(ecn：5.65mg/cm2)，ecn/tep6组给与ecn/tep6等比例复合物(ecn：5.65mg/cm2)。在第0，2，4，6，8，10天观测并记录小鼠伤口愈合情况。
[0093]
3、实验结果
[0094]
如图8所示。
[0095]
结果显示ecn组小鼠伤口伴随结痂和红斑出现，伤口愈合速度缓慢，在第10天时，伤口面积为19.07
±
3.40mm2。而ecn/tep6组小鼠伤口能快速愈合，在10天时其伤口面积仅为2.09
±
0.72mm2。综上可以看出，ecn/tep6构筑的超分子液态储库能有效缓释ecn并提高ecn的治疗效果。
[0096]
以上对本发明技术方案的实施方式进行了示例性的说明。应当理解，本发明的保护范围不拘囿于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，本领域技术人员所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术权利要求书的保护范围之内。