一种肿瘤渗透型无载体纳米药物及其制备方法与应用

本发明属于纳米药物领域，具体涉及到一种肿瘤渗透型无载体纳米药物及其制备方法与应用。

背景技术：

1、目前多数关于纳米药物的载体设计都是基于载体递送系统(cdds)进行的，然而，cdds存在载药量低以及载体本身可能存在一定的全身系统性毒性等问题，如高毒性、严重炎症等。基于此，研究人员设计出无载体纳米药物，由无载体前药或两亲性药物-药物键合物等自组装而成，具有低全身毒性、高载药能力等优点。目前已有多种无载体纳米药进入临床ii期试验，如-ncd等(wang y，yang p，zhao x，etal.multifunctional cargo-free nanomedicine for cancer therapy[j].international journal of molecular sciences，2018，19(10)：2963.)。但是无载体纳米药物的临床疗效并没有得到显著的改善，无载体纳米药物面临着以下问题：1)无载体纳米药物没有载体，是依赖于非共价相互作用来驱动它们的自组装，这导致稳定性较差，难以保证血液长循环；2)由治疗药物组成的无载体纳米药物由于缺乏肿瘤特异性靶向能力，大多依赖epr效应在肿瘤部位积累，而epr效应具有肿瘤异质性，受到复杂的肿瘤微环境影响；3)无载体纳米药物缺乏快速的细胞内药物释放，使得无载体纳米药物被肿瘤细胞内化后无法快速释药杀死肿瘤细胞。为了解决这些问题，需要对无载体纳米药物进行一定的修饰，使得其具有优异的血液循环效应、有效的肿瘤靶向和蓄积以及细胞内快速药物释放等特性，以实现高效的肿瘤治疗。

2、线粒体是细胞的“能量发动机”，生产维持生命和器官正常运行的atp，也参与活性氧自由基(ros)的管理和氨基酸的生物合成。通过药物诱导线粒体功能障碍已被证明是一种有效的肿瘤治疗策略，目前最常用的办法是采用三苯基膦(tpp)修饰载体以获得药物线粒体靶向功能(fulda s，galluzzi l，kroemer g.targeting mitochondria for cancertherapy[j].nature reviews drug discovery，2010，9(6)：447-464.)。但是由于tpp的疏水性和正电性，与纳米药物血液循环所需的“隐蔽”特性相悖，因而需对载体进行更为复杂的修饰，这大大降低了药物临床转化的可能性。

3、因此，如何制备一种结构简单且兼具线粒体靶向性和肿瘤高效渗透的无载体纳米药物亟待解决。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明旨在提供一种肿瘤渗透型无载体纳米药物及其制备方法与应用，无载体纳米药物由水难溶性化疗小分子药物与两亲性的三级胺氮氧基团键合制得小分子前药，该前药可在水溶液中自组装形成水溶性的纳米颗粒，其具有线粒体靶向性和肿瘤主动渗透能力，为制备抗肿瘤药物奠定了基础。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种肿瘤渗透型无载体纳米药物，所述肿瘤渗透型无载体纳米药物由小分子前药通过自组装形成，其中所述小分子前药是通过连接子将药物分子与三级胺氮氧基团连接制得，结构如式(i)所示：

4、

5、式中，a为药物分子，y为连接子，r1、r2为分别独立的烷基、取代烷基、芳香基或取代芳香基，其中，所述的药物分子包括但不限于喜树碱、阿霉素、紫杉醇、姜黄素、雷公藤红素、甲氨蝶呤、米托蒽醌、长春碱、奥沙利铂中的至少一种。

6、本发明中连接子的引入可以加速无载体纳米药物在肿瘤细胞中快速响应释放药物，且这些连接子能对肿瘤酸性ph或者肿瘤中异常上调的ros水平响应。

7、优选的，所述的三级胺氮氧基团为含有n-氧化基团的n,n-二甲基丙烯酸胺乙酯、n,n-二乙基丙烯酸胺乙酯、n,n-二丙基丙烯酸胺乙酯、丙烯酸吡咯乙醇酯、丙烯酸哌啶乙醇酯、丙烯酸吗啉乙醇酯、n,n-二甲基乙醇胺、n，n-二乙基乙醇胺、n，n-二丙基乙醇胺、n-羟乙基吡咯、n-羟乙基哌啶和n-羟乙基吗啉中的至少一种。三级胺氮氧基团是两亲性基团，具有极好的水溶性，通过与疏水性小分子化疗药物键合能提高其水溶性。

8、所述小分子化疗药物均为具有抗肿瘤疗效且水溶解性较差的喜树碱、阿霉素、紫杉醇、姜黄素、雷公藤红素、甲氨蝶呤、米托蒽醌、长春碱、奥沙利铂中的至少一种。在本发明的一种实施例技术方案中，选择小分子化疗药物喜树碱作为示例，但不表示只限于喜树碱。所述小分子前药的结构如式(ii)所示：

9、

10、式中，r1、r2为分别独立的烷基、取代烷基、芳香基、取代芳香基，n为结构单元数，n＝2～8，

11、x为-s-、-n-(ch3)2c(＝o)o(ch3)2r1r2n+o--、-nr3-、缩硫酮键、缩酮键、-c(＝o)oc(＝o)o-、-o-、-ss-、-oc(ch3)2o-、-sc(ch3)2s-、-c(＝o)c(＝o)-中的一种，其中，r3为烷基、取代烷基、芳香基或取代芳香基。

12、优选的，所述小分子前药的结构如式(iii)～(v)任一所示：

13、

14、

15、式中，r1、r2为分别独立的烷基、取代烷基、芳香基、取代芳香基，r3为烷基、取代烷基、芳香基或取代芳香基，n为结构单元数，n＝2～8。

16、更为优选的，式(v)中，所述r1为甲基，r2为甲基，n＝2。

17、本发明还提供了所述肿瘤渗透型无载体纳米药物的制备方法，包括以下任意一种步骤：

18、(1)所述小分子化疗药物与含有带保护基的巯基或氨基发生羧酸反应，脱除保护基后得到带有巯基或氨基功能基团的小分子化疗药物，然后与含有丙烯酸酯的三级胺氮氧基团在有机碱的催化作用下进行迈克尔加成反应得到小分子前药，小分子前药通过自组装形成所述肿瘤渗透型无载体纳米药物；

19、(2)所述小分子化疗药物与含有连接子基团的二羧酸或酸酐发生酯化反应，然后与带有羟基的三级胺氮氧基团进行酯化得到小分子前药，小分子前药通过自组装形成所述肿瘤渗透型无载体纳米药物。

20、小分子前药通过自组装形成所述肿瘤渗透型无载体纳米药物的步骤为以下任意一种：

21、(a)将所述小分子前药分散于缓冲液中，通过超声法使小分子前药自组装得到所述肿瘤渗透型无载体纳米药物；

22、(b)将所述小分子前药溶于有机溶液中，滴加到水中形成纳米颗粒，再利用透析法除去所含有机溶剂即得到所述肿瘤渗透型无载体纳米药物。

23、其中，所述的缓冲溶液为pbs缓冲液、hepes缓冲液或tris缓冲液；所述有机溶剂为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、乙醇或甲醇。

24、所述有机碱为三乙胺、吡啶、n,n-二异丙基乙胺或二乙胺。

25、在本发明的具体实施例中，具体制得三级胺氮氧化喜树碱无载体纳米药物cpt-s-no，具体制备方法为：

26、步骤一：用间氯过氧苯甲酸(mcpba)氧化甲基丙烯酸-2-(n,n-二甲胺基)乙酯，粗产物过柱提纯制得三级胺氮氧化物单体odma；

27、步骤二：将3-巯基丙酸与三苯基氯甲烷在室温下反应制备3-三苯基硫代丙酸，再将3-三苯基硫代丙酸与cpt在dcc和dmap的羧基活化作用下合成cpt-sh；

28、步骤三：将cpt-sh和odma在三乙胺的碱性催化作用发生迈克尔加成反应，生成目标产物cpt-s-no。

29、与现有技术相比，本发明制备的三级胺氮氧化喜树碱无载体纳米药物具有如下优点：

30、(1)本发明制备方法简单，利用硫醚键将三级胺氮氧基团与喜树碱cpt键合，能显著提高喜树碱cpt的水溶性，其中含有硫醚键的cpt-s-no能在水溶液中自组装形成直径为100nm左右的纳米颗粒。

31、(2)本发明的三级胺氮氧化喜树碱无载体纳米药物cpt-s-no具有线粒体靶向性和肿瘤主动渗透能力，在三级胺氮氧基团的作用下cpt-s-no能大部分被转运至线粒体中，有利于诱导线粒体膜电位下降，使细胞凋亡，同时cpt-s-no也具有快速肿瘤主动渗透能力。

32、(3)本发明的三级胺氮氧化喜树碱无载体纳米药物cpt-s-no具有良好的血液长循环效应和肿瘤蓄积能力。

33、(4)本发明的体内抗肿瘤活性实验证明，在相同的喜树碱cpt给药剂量下，本发明的三级胺氮氧化喜树碱无载体纳米药物cpt-s-no在mda-mb-231皮下移植瘤模型上的抑瘤效果优于临床用药cpt-11，同时cpt-s-no也具有良好的生物安全性。

34、本发明还提供了所述肿瘤渗透型无载体纳米药物在制备抗肿瘤药物中的应用。

35、本发明的有益效果：

36、本发明的无载体纳米药物能显著提高水难溶性化合物的水溶性，具有线粒体靶向性和肿瘤主动渗透能力，在三级胺氮氧基团的作用下无载体纳米药物能大部分被转运至线粒体中，有利于诱导线粒体膜电位下降，使细胞凋亡；无载体纳米药物在体内还具有良好的血液长循环效应和肿瘤蓄积能力，抑瘤效果优于临床用药，也具有良好的生物安全性。本发明的制备方法简单，可用于抗肿瘤药物的制备。