一种聚乙二醇-聚氨基酸嵌段共聚物、其制备方法和水凝胶

本发明涉及水凝胶，尤其涉及一种聚乙二醇-聚氨基酸嵌段共聚物、其制备方法和水凝胶。

背景技术：

1、癌症是当前人类面临的最大威胁之一。目前的治疗方式还是以手术治疗、化学治疗、放射治疗为主。但是手术治疗容易复发、化学疗法和放射疗法又具有较大的全身毒性。因此发展高效低毒的诊疗手段刻不容缓。

2、刺激响应性水凝胶能够感知外部环境(温度、ph、光、电、磁场、压力、生化分子等)，在接受外部刺激后发生结构和功能的变化，从而表现出收缩/膨胀、溶胶/相分离和黏附/脱附等行为。其中，温敏性可注射水凝胶具有应用条件温和、无需使用有机溶剂、有利于维持生物活性物质的活性等优点。

3、现有技术公开了多种温敏性可注射水凝胶，如聚乙二醇和聚(乳酸-乙醇酸)的共聚物(biomaterials science,2013,1,411-420)，在温度变化时可以实现溶胶-凝胶的转变，也具有生物降解性，但是其使用浓度较大(25wt％)，并且降解产物中的乳酸会引发注射部位的炎症。如美国犹他大学sung wan kim等在nature杂志上报道了一种可注射型聚乙二醇-聚(l-乳酸)嵌段共聚物温度敏感水凝胶，该材料具有良好的体内生物降解性能，但是其降解产物为乳酸等小分子化合物，局部过高浓度的乳酸会引起炎性反应，并且，该凝胶形成后，难以实现短时间内凝胶可逆转变成溶液状态，因而该材料的应用也受到一定的限制。此外，加拿大多伦多大学yu-ling cheng等在2001年报道了一种聚乙二醇-聚(n-异丙基丙烯酰)(peg-pnipaam)嵌段共聚物水凝胶，其具有可逆温度敏感性能，但这种基于pnipaam的温度敏感水凝胶在体内不能降解，而且其聚合单体具有毒性、致瘤性、致畸性等副作用，因而这类材料在体内的应用受到限制。

4、因此，研究开发一种新的使用安全的水凝胶至关重要。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种聚乙二醇-聚氨基酸共聚物、其制备方法和水凝胶。所述聚乙二醇-聚氨基酸共聚物可形成具有温度敏感性和gsh响应性的可注射的水凝胶，所述水凝胶安全性高，可作为抗肿瘤药物的载体缓慢释放药物。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供了一种聚乙二醇-聚氨基酸嵌段共聚物，具有式1所示结构：

4、

5、其中，m、x、y为聚合度，优选的，10≤m≤120，1≤x≤30，1≤y≤30。

6、上述聚乙二醇-聚氨基酸共聚物以聚乙二醇作为亲水链段，聚氨基酸作为疏水链段，通过调节或设计聚氨基酸链段的长度、比例以及接枝甘露糖的比例赋予其适宜的亲疏水性。

7、在本发明的一些具体实施例中，优选的，34≤m≤50；更优选为m＝45。

8、在本发明的一些具体实施例中，优选的，2≤x≤8；更优选为x＝4。

9、在本发明的一些具体实施例中，优选的，12≤y≤22；更优选为y＝16。

10、本发明还提供了上述的聚乙二醇-聚氨基酸嵌段共聚物的制备方法，包括以下步骤：

11、1)将式2所示的端氨基化的聚乙二醇单甲醚依次与γ-丙炔基-l-谷氨酸酯-n-羧酸内酸酐和γ-乙基-l-谷氨酸酯-n-羧酸内酸酐发生聚合反应，得到式3所示的嵌段共聚物中间体；

12、2)将步骤1)得到的嵌段共聚物中间体，与式4所示的叠氮修饰的甘露糖在催化剂催化下进行点击反应，得到式1所示的聚乙二醇-聚氨基酸嵌段共聚物；

13、

14、其中，m、x、y为聚合度，优选的，10≤m≤120，1≤x≤30，1≤y≤30。

15、所述m、x、y的更优选、进一步优选的范围同上，此处不再重复赘述。

16、上述式3所示的嵌段共聚物中间体包括三个嵌段，分别为式3-1(第一嵌段)、式3-2(第二前嵌段)、式3-3(第三嵌段)所示：

17、

18、

19、其中，上述三个嵌段中的短线“—”仅表示连接位置。

20、优选的，所述式3-1所示的第一嵌段占式3所示的嵌段共聚物中间体的20wt％～80wt％。更优选为25wt％～50wt％。在本发明的一些具体实施例中，所述第一嵌段占式3所示的嵌段共聚物中间体的39wt％。

21、上述制备方法中，式2所示的端氨基化的聚乙二醇单甲醚作为引发剂，使得聚乙二醇-聚氨基酸嵌段共聚物具有gsh响应性。

22、本发明优选的，所述步骤1)中γ-丙炔基-l-谷氨酸酯-n-羧酸内酸酐和γ-乙基-l-谷氨酸酯-n-羧酸内酸酐总和与式2所示的端氨基化的聚乙二醇单甲醚的摩尔比为(1～40)：1；更优选为(10～30)：1。

23、在本发明的一些具体实施例中，所述步骤1)中γ-丙炔基-l-谷氨酸酯-n-羧酸内酸酐和γ-乙基-l-谷氨酸酯-n-羧酸内酸酐总和与式2所示的端氨基化的聚乙二醇单甲醚的摩尔比为20：1。

24、本发明优选的，所述步骤2)中的嵌段共聚物中间体的炔基和式4所示的叠氮修饰的甘露糖的摩尔比为1:(1～3)。在本发明的一些具体实施例中，所述步骤2)中的嵌段共聚物中间体的炔基和式4所示的叠氮修饰的甘露糖的摩尔比为1：1.2。

25、本发明优选的，所述步骤2)中的嵌段共聚物中间体的炔基和催化剂的摩尔比为(5～20):1；更优选为(8～15)：1；进一步优选为10:1。

26、优选的，所述催化剂选自溴化亚铜、碘化亚铜、氯化亚铜中的一种或多种。

27、更优选的，所述催化剂选自溴化亚铜。

28、上述制备方法中，所述步骤1)中聚合反应的温度优选为20℃～40℃；更优选为20℃～30℃。

29、所述步骤1)中聚合反应的时间优选为24～96h；更优选为48～96h。

30、所述步骤1)中聚合反应的溶剂优选为n,n-二甲基甲酰胺或三氯甲烷。

31、在本发明中，所述式4所示的叠氮修饰的甘露糖的制备方法优选为：

32、(a)2-氯乙醇与叠氮化钠加热反应，得到2-叠氮乙醇；

33、(b)d-(+)-甘露糖与醋酸酐反应，得到乙酰甘露糖；

34、(c)使用步骤(a)得到的2-叠氮乙醇将步骤(b)得到的乙酰甘露糖进行叠氮化反应，再脱乙酰化得到式4所示的叠氮修饰的甘露糖。

35、

36、本发明还提供了一种水凝胶，由上述的聚乙二醇-聚氨基酸嵌段共聚物或上述的制备方法制备得到的聚乙二醇-聚氨基酸嵌段共聚物与溶剂混合后经凝胶化得到。

37、优选的，所述溶剂选自水、生理盐水、缓冲溶液、组织培养液、体液中的一种或多种。

38、上述水凝胶同时具有温度敏感性和gsh响应性。

39、温度敏感性使水凝胶可以原位成胶。

40、所述原位成胶具体为：上述聚乙二醇-聚氨基酸嵌段共聚物在较低浓度、较短时间、适宜的温度下实现溶胶-凝胶的转变。

41、并且，可以通过改变聚氨基酸和/或叠氮修饰的甘露糖的浓度和/或比例从而改变水凝胶的成胶温度。

42、gsh响应性可加快水凝胶在特定部位的生物降解和/或药物释放。

43、所述水凝胶的降解产物是天然氨基酸和/或由其组成的肽链，因此，生物安全性较高。

44、本发明优选的，所述水凝胶中聚乙二醇-聚氨基酸嵌段共聚物的含量为2wt％～30wt％。更优选的，所述水凝胶中聚乙二醇-聚氨基酸嵌段共聚物的含量为5wt％～15wt％。在本发明的一些具体实施例中，优选为10wt％、11wt％或12wt％。

45、本发明优选的，所述凝胶化的温度为0℃～40℃。更优选的，所述凝胶化的温度为10℃～40℃；进一步优选为35℃～40℃。

46、上述的水凝胶含有甘露糖结构，可提高水凝胶的亲水性，促进水凝胶的形成。

47、本发明还提供了上述的水凝胶作为载体在制备抗肿瘤药物中的应用。

48、与现有技术相比，本发明提供的聚乙二醇-聚氨基酸嵌段共聚物具有式1所示结构。所述聚乙二醇-聚氨基酸嵌段共聚物可形成具有温度敏感性和gsh响应性的可注射的水凝胶，所述水凝胶可作为抗肿瘤药物的载体缓慢释放药物，达到良好的治疗效果，并且所述水凝胶的降解产物是天然氨基酸和/或由其组成的肽链，生物安全性较高。