CN113603811B - 一种pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物及其合成方法与应用 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及功能化纳米载体技术领域,具体涉及一种pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物及其合成方法与应用。
背景技术
大量的研究报道证实,肿瘤组织代谢异常,血管缺失,造成实体瘤缺氧、弱酸的肿瘤微环境。肿瘤缺氧进一步影响细胞中多种抗性酶的表达,如多药耐药蛋白MRPs,谷胱甘肽还原酶GST等,从而在很大程度上限制了药物化疗疗效。此外,肿瘤缺氧也将直接影响光动力治疗结果。众所周知,光动力治疗是将激光能量传递给氧气分子,激活氧分子转变成有毒性的单线态氧。因此,缺氧将不利于光动力治疗的发挥。
在临床中,针对肿瘤缺氧,最直接的方式是给予高压氧治疗。然而高压氧仓同样存在一些不足,如设备昂贵、操作繁琐,同时不能专一性输送氧气到肿瘤部位。为了改善这种不足,近年来一些肿瘤原位产氧或氧气输送分子被广泛开发出来。前者主要使用过氧化氢酶或二氧化锰催化肿瘤部位H2O2分解产生氧气;后者主要是用一些氧气结合分子,如全氟化物、血红蛋白等,输送氧气到肿瘤部位。其中,全氟化物由于其较高的载氧释氧能力,被认为是一种血液的替代品,常用于一些手术急救中。然而,传统的氟化物在体内难以降解,缺乏靶向特异性,因而在缓解肿瘤缺氧方面存在一定的局限性。
透明质酸,作为一种生物大分子多糖,在体内具有良好的生物相容性,同时还可以特异性地识别癌细胞上过表达的CD44受体。除此之外,透明质酸上还有大量的羟基和羧基组分,可以进一步修饰引入功能性组件或药物。在过去的研究中,大量基于透明质酸的纳米药物输送***被开发,如透明质酸纳米凝胶、胶束、杂化粒子等,大多数情况下这些纳米***均能显著地提高胞内药物水平。
公开号为CN107375199A的专利申请公开一种聚合氯喹的纳米凝胶递送***及其制备方法,其公开聚合氯喹的纳米凝胶由经过羟基氯喹及疏水性侧链修饰的聚多糖骨架形成,然而,目前报道的透明质酸衍生物缺乏刺激响应性或者敏感性较弱,这导致组装后的透明质酸纳米药物***释放药物速率受限,相比于正常机体组织,肿瘤组织的微环境是异常的,如过热、酸性梯度(pH 7.2~5.0)等,这些特殊的环境因素也为刺激响应性生物大分子的开发提供了必要的前提条件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的透明质酸衍生物缺乏刺激响应性或者敏感性较弱,这导致组装后的透明质酸纳米药物***释放药物速率受限,提供一种pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物、合成方法及其应用。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题:
一种pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物,所述聚合物的结构如式Ⅵ所示:
有益效果:本发明中的聚合物能和光敏剂共组装得到纳米载药胶束,具有主动靶向性、pH敏感性以及氧气增敏性能,可以提高光动力治疗疗效,在pH 5.0条件下,12h累积释放达到45%以上,48h累积释放达到85%。
本发明还提供上述pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物的合成方法,其合成路线如下所示:
聚合物的合成以透明质酸为大分子骨架,以酸敏感的氟化物为单体,通过酰胺缩合催化的接枝反应合成两亲性透明质酸氟化聚合物。
上述设计的聚合物所具有的优点在于:透明质酸能够靶向CD44受体增强细胞摄取;引入酸敏感的原酸酯键触发药物释放;调控接枝比能够提高胶束稳定性。
优选地,所述pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物的合成方法包括以下步骤:
S1、式Ⅲ所示小分子氟化物的制备:
将式Ⅰ所示全氟葵醇、式Ⅱ所示2,2,2-三氟-N-(2-甲氧基-[1,3]-二氧戊烷-4-甲基)乙酰胺以及催化剂混合,真空泵减压下,加热至120℃,反应结束之后经过经后处理,得到式Ⅲ所示小分子氟化物;
S2、式Ⅳ所示氨基氟化物的制备:
将步骤S1制备得到的式Ⅲ所示小分子氟以四氢呋喃溶解后,加入NaOH,室温条件下搅拌反应结束后,经后处理得到式Ⅳ所示氨基氟化物;
S3、式Ⅵ所示pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物的制备:
将Ⅳ所示氨基氟化物、式Ⅴ所示的透明质酸、EDC、NHS、三乙胺,加入至反应器中,以甲酰胺作为溶剂,在氮气保护条件下,缓慢搅拌反应完成后,纯化得到式VI所示聚合物。
优选地,所述步骤S1中式Ⅰ所示全氟葵醇、式Ⅱ所示2,2,2-三氟-N-(2-甲氧基-[1,3]-二氧戊烷-4-甲基)乙酰胺、对甲苯磺酸吡啶盐添加量的摩尔比为1:3:0.002。
优选地,所述步骤S1中后处理操作如下:反应结束后,反应液静置至室温后,用二氯甲烷溶解产物,以0.5%碳酸钠溶液和饱和食盐水分别萃取两次,收集下层二氯甲烷相,无水硫酸镁干燥,旋蒸浓缩后,得到式Ⅲ所示小分子氟化物。
优选地,所述步骤S1中的催化剂为对甲苯磺酸吡啶盐。
优选地,所述步骤S2中后处理操作如下:反应结束后,减压除去溶剂,以二氯甲烷溶解,分别以0.5%碳酸钠溶液和饱和食盐水萃取,之后用无水硫酸镁干燥,抽滤,旋蒸得到式Ⅳ所示氨基氟化物。
优选地,所述步骤S3中式Ⅳ所示氨基氟化物、式Ⅴ所示的透明质酸羧基、EDC、NHS、三乙胺添加量的摩尔量为3:1:3:3:1。
优选地,所述步骤S3中后处理操作如下:反应结束后,将反应液按1:10体积比滴加入无水乙醇溶液中,再析出白色聚合物后,捞取产物,冷冻干燥,得到式VI所示pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物。
本发明同时公开上述pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物在药物传递***中的应用,所述药物传递***包括pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物、光敏剂以及药物制剂上能够接受的辅料。
有益效果:本发明中的聚合物和光敏剂共组装得到纳米载药胶束,能够用于药物传递***,具有主动靶向性、pH敏感性以及氧气增敏性能,可以提高光动力治疗疗效。
优选地,所述光敏剂选自二氢卟吩Ce6,但不限于Ce6。
优选地,所述pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物与光敏剂合成载药胶束,所述载药胶束的制备方法包括以下步骤:将pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物与光敏剂混合,加入DMSO,加热溶解,滴加去离子水,待形成胶束乳液后,用透析袋透析,然后离心去除未包载的光敏剂,将沉淀分散于去离子水中,即得到载药胶束。
本发明的优点在于:
本发明中的聚合物能和光敏剂共组装得到纳米载药胶束,具有主动靶向性、pH敏感性以及氧气增敏性能,可以提高光动力治疗疗效。
聚合物的合成以透明质酸为大分子骨架,以酸敏感的氟化物为单体,通过酰胺缩合催化的接枝反应合成两亲性透明质酸氟化聚合物。
上述设计的聚合物所具有的优点在于:透明质酸能够靶向CD44受体增强细胞摄取;引入酸敏感的原酸酯键触发药物释放;氟化物接枝赋予纳米***载氧释氧的能力。
附图说明
图1是本发明实施例2中式Ⅳ所示氨基氟化物的1H NMR图;
图2是本发明实施例2中式Ⅳ所示氨基氟化物的质谱图;
图3是本发明实施例2中式VI所示透明质酸氟化聚合物的1H NMR图;
图4是本发明实施例3透明质酸空白胶束粒径分布图;
图5是本发明实施例3透明质酸载药胶束粒径分布图;
图6是本发明实施例4中透明质酸空白胶束透射电镜下的形貌图;
图7是本发明实施例4中透明质酸载药胶束透射电镜下的形貌图;
图8是本发明实施例5中透明质酸空白胶束载氧与释氧;
图9是本发明实施例6中透明质酸载药胶束中Ce6的体外释放图;
图10是本发明实施例7中透明质酸载药胶束细胞定性摄取结果图;
图11是本发明实施例8中透明质酸载药胶束在细胞中触发ROS生成图;
图12是本发明实施例8中透明质酸载药胶束在细胞中触发ROS统计图;
图13是本发明实施例9中透明质酸空白胶束细胞毒性图;
图14是本发明实施例9中透明质酸载药胶束在常氧细胞中光动力疗效图;
图15是本发明实施例9中透明质酸载药胶束在缺氧细胞中光动力疗效图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者,均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
一种pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物,聚合物的结构如式Ⅵ所示:
实施例2
pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物的制备方法:
pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物的合成路线如下:
pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物的制备方法包括以下步骤:
S1、式Ⅲ所示化合物的制备:
向50mL的圆底反应瓶中依次加入式Ⅰ所示全氟葵醇(15g,30mmol),式Ⅱ所示2,2,2-三氟-N-(2-甲氧基-[1,3]-二氧戊烷-4-甲基)乙酰胺(19g,89.9mmol),对甲苯磺酸吡啶盐(Py-PTSA)(15.5mg,0.062mmol),使用油泵将***抽真空负压,加热至120℃油浴反应6h。反应结束后,恢复至室温,以10mL二氯甲烷溶解反应物,再用0.5%碳酸钠溶液和饱和食盐水分别萃取两次,收集下层有机相,旋蒸,得到式Ⅲ所示小分子氟化物;
S2、式Ⅳ所示化合物的制备:
将步骤S1制备得到的式Ⅲ小分子氟化物,以50mL四氢呋喃溶解,加入0.1摩尔NaOH溶液,快速搅拌6h,之后旋蒸除去有机溶剂。再以二氯甲烷溶解,以饱和食盐水萃取三次,合并有机相,以无水硫酸镁干燥,抽滤旋蒸得到式Ⅳ所示氨基化合物。
式Ⅳ所示氨基氟化物的结构被检测通过1H NMR,如图1所示,对应氢质子信号均能在谱图中发现;
式Ⅳ所示氨基氟化物的结构被检测通过质谱,如图2所示,实际检测值与理论计算值相一致,表明合成氨基氟化物是正确的。
S3、式Ⅵ所示pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物的制备:
向150mL的烧杯中依次加入式Ⅳ所示氨基氟化物(3.73g,6.2mmol),式Ⅴ所示透明质酸酸(1.0g,2.0mmol),1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)(1.0g,6.4mmol),N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)(0.72g,6.3mmol),再加入20mL甲酰胺作溶剂,同时滴加0.27mL(0.2g,1.97mmol)的三乙胺,在室温条件下搅拌反应24h。反应结束后,将反应液滴加入10倍体积的无水乙醇中析出絮状物。以玻璃棒捞取絮状物,冷冻干燥得到透明质酸氟化聚合物。
pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物结构表征如图3所示。
由图3可知:原酸酯特征峰与透明质酸甲基峰均能在核磁图谱中被观察到,表明小分子氟化物被成功接枝到透明质酸上,即透明质酸氟化聚合物制备是成功的。
实施例3
透明质酸空白及载药胶束的制备及尺寸测定:
一、透明质酸空白胶束的制备:
准确称取40mg的透明质酸氟化聚合物于25mL烧杯中中,加入2mL DMSO,加热助溶,缓慢滴加pH 8.0的去离子水直至有白色乳液生成;将上述溶液放入截留分子量8~14KD的透析袋中透析,以去离子水为透析液,除去有机溶剂。最后,收集透析袋中乳液,即透明质酸空白胶束溶液。将空白胶束溶液以去离子水稀释3倍,利用纳米粒度仪测量其粒径及分布。
如图4所示,透明质酸空白胶束尺寸在156.2nm,分散系数仅为0.178,表明胶束尺寸适宜、分散性良好。
二、透明质酸载药胶束的制备:
准确称取40mg的透明质酸氟化聚合物及5mg的光敏剂Ce6于25mL烧杯中,加入2mL的DMSO,加热溶解,缓慢滴加去离子水,期间用激光笔检测胶束乳液的形成;然后使用上述透析袋透析24h,最后离心除去未包载的光敏剂,将沉淀分散在去离子水中,即得到透明质酸载药胶束溶液。将载药胶束溶液稀释3倍,通过纳米粒度仪检测其尺寸及分布。
如图5所示,透明质酸载药胶束尺寸为175.4nm,比空白胶束略大,表明光敏剂被成功封装在胶束内部。
实施例4
透明质酸空白和载药胶束形貌观察:
将实施例3中制备的空白及载药胶束溶液稀释到一定程度,然后用移液枪取一滴稀释后的胶束溶液,滴加到铜网上,用滤纸吸去周围水分,在热灯下干燥;最后,利用透射电子显微镜观察两种胶束的形貌。
如图6所示,透明质酸空白胶束呈现一种核壳结构,球形,尺寸约为100nm,分散均一;
如图7所示,透明质酸载药胶束同样呈现球形,但其内部区域进一步加深,这进一步说明了光敏剂被封装于胶束疏水核心。
实施例5
透明质酸空白胶束载氧与释氧
将2mL透明质酸空白胶束溶液以及全氟化碳溶液放入两口瓶中,通氧气1h,得到透明质酸载氧胶束溶液;将上述溶液加入无氧水溶液中,在不同的时间点,以溶氧仪监测水中溶解氧浓度变化。
如图8所示,相比于对照组,透明质酸载氧胶束和全氟化碳能够明显提高水中的溶解氧浓度,并且释氧呈现时间依赖性;当水中溶解氧达到饱和,释氧速率明显减缓。
实施例6
透明质酸载药胶束中Ce6的体外释放
将1mL透明质酸载药胶束(320μg/mL)加入截留分子量为8kD-14kD的透析袋中,两端用棉线扎紧,再放入50mL的离心管中;将离心管中注入pH为5.0或7.4的缓冲液5mL,放入摇床震荡。在设定的时间点,如0.5、1、2、4......24h等取出释放介质,加入新的缓冲液。最后,利用酶标仪校测释放介质中药物含量,计算光敏剂Ce6累积释放量,释放结果如图9所示。
由图9可知:纯Ce6药物溶液释放速率较快,10h释放超过80%;而透明质酸载药胶束能够控释药物,在pH 5.0条件下,释放逐渐加快,12h累积释放达到45%以上,48h累积释放达到85%;在pH 7.4条件下,胶束相对稳定,累积释放稳定在15%,这些结果表明载药胶束具有良好的pH响应性能力。
实施例7
透明质酸载药胶束细胞定性摄取:
将人肝癌细胞(HepG2)种植在细胞培养皿中,培养24h使细胞贴壁。然后加入新鲜培养基1.8mL,纯药物以及透明质酸载药胶束0.2mL,使最终药物浓度为4μg/mL。培养2或4h后,吸去旧培养基,使用PBS清洗,多聚甲醛固定液固定细胞,染核试剂染细胞核。最后,再次清洗细胞,使用激光共聚焦显微镜观察细胞。此外,在细胞贴壁后,加入充足的游离透明质酸酸孵育细胞0.5h,之后再加入透明质酸载药胶束培养,后续操作同上。
如图10所示:纯药物在细胞中主要分布在细胞质中,并呈弥散状;载药胶束在细胞质中呈点状分布,并且随着孵育时间延长,细胞中荧光强度逐渐增强;当预先孵育游离透明质酸后,细胞摄取载药胶束效率明显降低;这些结果表明透明质酸能够增强细胞内化,导致更多的药物富集在细胞中。
实施例8
透明质酸载药胶束在细胞中触发ROS生成:
将人肝癌细胞(HepG2)细胞培养在细胞培养皿中,分别给予常氧和缺氧(使用厌氧袋)环境,培养24h使细胞贴壁。然后,分别加入纯药物以及载药胶束溶液培养4h,再使用PBS清洗细胞,加入新鲜培养基。给予630nm激光辐照10min,然后加入ROS探针DCFH-DA,孵育30min。然后,PBS清洗细胞两次,4%多聚甲醛液固定细胞5min,再次清洗细胞两次,荧光显微镜观察绿色ROS的生成。
如图11所示:在常氧细胞中,纯药物和载药胶束均能诱导明显的ROS生成;在缺氧细胞中,纯药物诱导的ROS被明显削弱,但载药胶束由于氧气的补充保持着较高的诱导能力;
如图12所示:ROS荧光统计证实,不管在常氧还是缺氧细胞中,载药胶束均导致最高的ROS生成,说明透明质酸能促进更多的药物富集。
实施例9
细胞毒性评估:
将人肝癌细胞(HepG2)、人成纤维细胞(293T)种植在96孔板中,贴壁后,加入透明质酸空白胶束,浓度设定在0.1~1.6mg/mL。培养24h后,吸去旧培养基,加入含有MTT的的新培养基(5mg/mL)继续培养4h。再次吸去培养基,加入150μL二甲基亚砜,震荡溶解结晶紫,使用酶标仪在570nm紫外下测定吸光度,计算细胞存活率。
如图13所示,不管是在癌细胞中还是正常细胞中,所有样品浓度下的细胞存活率均超过95%,表明空白胶束有很好的生物相容性。
光动力性能评估:
将人肝癌细胞(HepG2)种植在96孔板中,分别给予常氧和缺氧环境,在细胞贴壁后,加入纯药物及载药胶束,药物浓度设定在0.5~16μg/mL。培养4h后,给予630nm激光辐照10min,之后继续培养24h。后续操作同上,最后测定细胞存活率。
由图14所示,在常氧细胞中,纯药物及载药胶束处理的细胞存活率呈现梯度依赖地下降;表明载药胶束能够有效杀伤细胞;
由图15所示,在缺氧细胞中,纯药物杀伤细胞能力被明显抑制;而载药胶束让保持着较高的细胞杀伤性能;这个结果表明透明质酸载药胶束能够改善细胞缺氧状态,提高光动力治疗结果。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
3.根据权利要求2所述的pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1、式Ⅲ所示小分子氟化物的制备:
将式Ⅰ所示全氟葵醇、式Ⅱ所示2,2,2-三氟-N-(2-甲氧基-[1,3]-二氧戊烷-4-甲基)乙酰胺以及催化剂混合,真空泵减压下,加热至120℃,反应结束之后经过经后处理,得到式Ⅲ所示小分子氟化物;
S2、式Ⅳ所示氨基氟化物的制备:
将步骤S1制备得到的式Ⅲ所示小分子氟以四氢呋喃溶解后,加入NaOH,室温条件下搅拌反应结束后,经后处理得到式Ⅳ所示氨基氟化物;
S3、式Ⅵ所示pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物的制备:
将Ⅳ所示氨基氟化物、式Ⅴ所示的透明质酸、EDC、NHS、三乙胺,加入至反应器中,以甲酰胺作为溶剂,在氮气保护条件下,缓慢搅拌反应完成后,纯化得到式VI所示聚合物。
4.根据权利要求3所述的pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物的制备方法,其特征在于:所述步骤S1中式Ⅰ所示全氟葵醇、式Ⅱ所示2,2,2-三氟-N-(2-甲氧基-[1,3]-二氧戊烷-4-甲基)乙酰胺、对甲苯磺酸吡啶盐添加量的摩尔比为1:3:0.002。
5.根据权利要求3所述的pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物的制备方法,其特征在于:所述步骤S1中后处理操作如下:反应结束后,反应液静置至室温后,用二氯甲烷溶解产物,以0.5%碳酸钠溶液和饱和食盐水分别萃取两次,收集下层二氯甲烷相,无水硫酸镁干燥,旋蒸浓缩后,得到式Ⅲ所示小分子氟化物。
6.根据权利要求3所述的pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物的制备方法,其特征在于:所述步骤S1中的催化剂为对甲苯磺酸吡啶盐。
7.根据权利要求3所述的pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物的制备方法,其特征在于:所述步骤S2中后处理操作如下:反应结束后,减压除去溶剂,以二氯甲烷溶解,分别以0.5%碳酸钠溶液和饱和食盐水萃取,之后用无水硫酸镁干燥,抽滤,旋蒸得到式Ⅳ所示氨基氟化物。
8.根据权利要求3所述的pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物的制备方法,其特征在于:所述步骤S3中式Ⅳ所示氨基氟化物、式Ⅴ所示的透明质酸羧基、EDC、NHS、三乙胺添加量的摩尔量为3:1:3:3:1。
9.采用权利要求1所述的pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物在药物传递***中的应用,其特征在于:所述药物传递***包括pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物、光敏剂以及药物制剂上能够接受的辅料。
10.根据权利要求9所述的pH敏感和氧增敏的透明质酸氟化聚合物在药物传递***中的应用,其特征在于:所述光敏剂选自二氢卟吩Ce6。
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- 2021-08-10 CN CN202110914701.6A patent/CN113603811B/zh active Active
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Title |
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田君等.氟化透明质酸光敏剂负载聚多巴胺纳米粒子用于乏氧肿瘤的光动力与光热协同治疗.《华东理工大学学报(自然科学版)》.2019,第45卷(第2期),285-292. * |
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