一种尺寸单分散性聚合物纳米囊泡及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种尺寸单分散性聚合物纳米囊泡及其制备方法和应用。该聚合物纳米囊泡由两亲嵌段聚合物自组装形成；其中两亲性嵌段聚合物是指具有亲水性和疏水性嵌段的嵌段聚合物；并且疏水嵌段末端由胆固醇或胆固醇酰氯进行封端，亲疏水嵌段之间由不带二硫键或带二硫键的酯键进行桥连；其中亲水嵌段的分子量占整个嵌段共聚物分子量的比例为40%-60%。通过将两亲嵌段聚合物溶解于一定比例的二甲基亚砜和甲醇的混合溶剂中，然后用水性溶液进行透析，可以制备得到尺寸单分散的纳米聚合物囊泡。本发明的聚合物纳米囊泡可应用于药物载体。

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米囊泡的制备方法，尤其涉及一种尺寸单分散性聚合物纳米囊泡及其制备方法和应用。

技术背景

癌症一直是人类孜孜追求克服的疾病之一，目前针对癌症的临床治疗中，化疗已成为综合治疗的常用手段。但化疗中使用的抗癌药物对人体正常组织和细胞造成了极大损害，且药物效率低。而聚合物纳米药物载体在化疗方面则呈现出越来越多的优势。特别是基于聚合物纳米药物载体颗粒在肿瘤组织处的增强渗透滞留效应（EPR效应）而形成的被动靶向富集，进而可以有效实现抗癌药物在肿瘤组织的靶向作用，提高药物效率和减小毒副作用 （Science2012,337,303）。

聚合物纳米药物载体一般由两亲嵌段聚合物在水性溶液中自组装形成，具体的形貌表现为实心结构的纳米胶束。如商业化的 Genexol-PM^?则是少数被批准临床应用的聚合物胶束载体。其具体成份是载了紫杉醇的聚乙二醇-聚乳酸胶束（Paclitaxel-loaded PEG-PLA micelle）,主要应用于乳腺癌和肺癌的治疗中。亲水的聚乙二醇（PEG）具有良好的生物相容性，构成胶束的亲水外壳；疏水的聚乳酸具有生物相容性和可降解性，组成胶束的疏水内核，能够与疏水药物紫杉醇良好相容并进而包裹。尽管已被批准临床应用，但其在功能性方面仍存在一定的缺陷，限制和影响了该载药胶束在肿瘤治疗中的应用。例如该载药胶束在纳米尺寸上并非均一，会造成其载药和释药的非均一性，成为其在临床应用的重要缺陷；其次，在药物传递中，药物载体随血液循环最大限度的减少药物释放和到达肿瘤组织处快速释放药物是一对需要解决的矛盾。虽然Genexol-PM^?能够在随血液循环过程中降缓药物的释放和减少毒副作用，但是仍不具备可控智能释放药物的功能。此外，尽管PEG是FDA批准的可以在人体内应用的良好生物相容性材料，可以有效阻抗血液中抗蛋白质在胶束表面的非特异性吸附和逃离免疫系统对胶束载体的清除，但也会阻碍癌细胞对载药胶束的内吞，从而影响杀灭癌细胞的效率。然而具有等离子结构的聚磷酸胆碱酯或甜菜碱酯不仅表现出比PEG更优异的生物相容性，更因为与细胞膜相似的化学结构而容易被细胞膜内吞,成为PEG的良好替代聚合物（Langmuir 2014, 30, 9625）。最后，纳米聚合物胶束仅局限于对疏水抗癌药物的传送，不能够作为亲水抗癌药物的载体，这也限制了聚合物胶束作为药物载体的应用范围。

针对以上缺陷，有必要制备多功能性的两亲嵌段共聚物并用来构建尺寸单分散性、可控智能释放、可载亲疏水抗癌药物的纳米聚合物药物载体系统。

发明内容

    本发明的目的之一在于提供一种尺寸单分散性聚合物纳米囊泡，其特征在于，该纳米囊泡由两亲性嵌段共聚物通过自组装而成，平均粒径小于1000 nm，PDI小于0.1，所述两亲性嵌段共聚物的结构式为

或  ；

其中，X为1~1000,Y为1~1000 R1为结构式为（3）或（4），，；

R2为结构式（5）或（6），

，；

R3为结构式（7）-（13）的任意一种，

，，，

，，，

。

所述两亲性嵌段共聚物由亲水嵌段聚合物和疏水嵌段聚合物聚合而成，亲水嵌段的分子量占整个嵌段共聚物分子量的比例为40%-60%；所述亲水嵌段聚合物为聚甲基丙烯酸磷酸胆碱酯或聚甲基丙烯酸甜菜碱酯；所述疏水嵌段聚合物由左旋L-丙交酯、右旋D-丙交酯、混旋D,L-丙交酯和环己内酯单体中的一种开环聚合，并用胆固醇或胆固醇酰氯分子进行封端而得。

本发明的发明人通过选用上述亲水嵌段聚合物，并将亲水嵌段的分子量设置为占整个嵌段共聚物分子量的比例为40%-60%，惊奇的发现，可以获得单分散性好的纳米囊泡。而高于或低于此比例范围均难以获得如此效果。

    本发明的目的之二在于提供上述纳米囊泡的制备方法，该方法为如下方法中的一种：

方法一：步骤包括：

1）利用胆固醇引发丙交酯或己内酯进行开环聚合，得到由式（14）所示的大分子引发剂或由式（15）所示的大分子引发剂，

 其中，x=2~200，所述胆固醇的结构式为

；

2）将步骤1）所得大分子引发剂与可聚合单体甲基丙烯酸磷酸胆碱酯或甲基丙烯酸甜菜碱酯溶解于二甲基亚砜和甲醇的混合溶剂中，其中甲醇与二甲基亚砜的体积比为0.1-10，除氧后，按摩尔比1:2，加入催化剂溴化亚铜和联二吡啶，进行催化反应，得到两亲性嵌段共聚物，其中，亲水嵌段的分子量占整个嵌段共聚物分子量的比例为40%-60%；

3）对步骤2）所得物进行纯化后，溶解于二甲基亚砜和甲醇的混合溶剂中并搅拌，其中甲醇与二甲基亚砜的体积比为0.1-10，逐滴加水或中性磷酸盐缓冲液进行预组装0.5-8小时，然后在水或中性磷酸盐缓冲液中透析6-72小时除去溶剂，使聚合物进行自组装，得到纳米囊泡；

方法二：步骤包括：

1）制备如式（16）的小分子引发剂；

2）用步骤1）所得物引发丙交酯或己内酯开环聚合，并用胆固醇酰氯进行封端，所述胆固醇酰氯的结构式为，制备得到由式（17）所示的大分子引发剂

 或由式（18）所示的大分子引发剂

；

3）将步骤2）所得大分子引发剂与可聚合单体甲基丙烯酸磷酸胆碱酯或甲基丙烯酸甜菜碱酯溶解于二甲基亚砜和甲醇的混合溶剂中，其中甲醇与二甲基亚砜的体积比为0.1-10，除氧后，加入催化剂溴化亚铜和联二吡啶进行催化反应，得到两亲性嵌段共聚物，其中，亲水嵌段的分子量占整个嵌段共聚物分子量的比例为40%-60%；

4）对步骤3）所得物进行纯化后，溶解于二甲基亚砜和甲醇的混合溶剂中并搅拌，其中甲醇与二甲基亚砜的体积比为0.1-10，逐滴加水或中性磷酸盐缓冲液进行预组装0.5-8小时，然后在水或中性磷酸盐缓冲液中透析6-72小时除去溶剂，使聚合物进行自组装，得到纳米囊泡。

    本发明的第三个目的在于提供纳米囊泡在药物载体上的应用，该应用方式为纳米囊泡作为疏水药物和/或亲水药物载体。

    在作为疏水药物载体时，应用的方式为：在自组装过程中，将疏水药物与两亲性嵌段共聚物一并溶解于二甲基亚砜和甲醇的混合溶剂中并搅拌分散，其中甲醇与二甲基亚砜的体积比为0.1-10，逐滴加水或中性磷酸盐缓冲液进行预组装0.5-8小时，然后在水或中性磷酸盐缓冲液中透析6-72小时，使聚合物进行自组装为载了疏水药物的纳米囊泡,疏水药物被包裹在纳米囊泡的疏水膜中。

    在作为亲水药物载体时，应用的方式为：将两亲嵌段聚合物溶解于二甲基亚砜和甲醇的混合溶剂中并搅拌分散，其中甲醇与二甲基亚砜的体积比为0.1-10，亲水药物溶解于水或中性磷酸盐缓冲液中，逐滴加含有药物的水或中性磷酸盐缓冲液进行预组装0.5-8小时，然后在水或中性磷酸盐缓冲液中透析6-72小时，使聚合物进行自组装为载了亲水药物的纳米囊泡，亲水药物被包裹在纳米囊泡的亲水空腔中。

    在作为疏水和亲水药物载体时，应用的方式为：将疏水药物与两亲嵌段聚合物共同溶解于二甲基亚砜和甲醇的混合溶剂中并搅拌分散，其中甲醇与二甲基亚砜的体积比为0.1-10；亲水药物溶解于水或中性磷酸盐缓冲液中，逐滴加含有亲水药物的水或中性磷酸盐缓冲液进行预组装0.5-8小时，最后在水或中性磷酸盐缓冲液中透析6-72小时，使聚合物进行自组装为载了药物的纳米囊泡，亲水药物被包裹在纳米囊泡的亲水空腔中而疏水药物被包裹在纳米囊泡的疏水膜中。

本发明具有以下有益效果：

a)本发明中的聚合物囊泡具有尺寸单分散性，因此可以更好的保证包载和释放药物的均一性；

b)通过设计亲水嵌段的长度，本发明中的两亲嵌段聚合物可以可控地组装为纳米囊泡，纳米囊泡不仅可以作为疏水药物的载体，也可以作为亲水药物的载体，也可以作为亲水和疏水药物的共同载体；

c)通过选择性地在两亲嵌段聚合物之间引入二硫键，可以赋予纳米胶束或囊泡还原敏感响应性，因此纳米囊泡在富含高浓度谷胱甘肽的肿瘤组织部位快速解体和释放药物，实现该载药系统的智能性；

d)该纳米囊泡的亲水表面由两性的聚甲基丙烯磷酸胆碱酯或聚甲基丙烯甜菜碱酯构建，与肿瘤细胞膜有更好的生物相容性，有利于载药囊泡的细胞内吞。

附图说明

图1为两亲嵌段聚合物CPLA-b-PMPC的合成示意图。

图2为两亲嵌段聚合物CPLA-b-PMPC的氢谱核磁图。

图3为两亲嵌段聚合物CPLA-S-S-PMPC的合成示意图。

图4为带有二硫键的大分子引发剂PLA-S-S-Br的氢谱核磁图。

图5为带有二硫键的两亲嵌段聚合物CPLA-S-S-PMPC的核磁图。

图6为CPLA-b-PMPC纳米囊泡的透射电子显微镜图。

图7为CPLA-b-PMPC纳米囊泡的尺寸分布图，图中，横坐标的Intensity为“强度”，Size为“尺寸”，CPLA-PMPC vesicle为“CPLA-PMPC囊泡”。

图8为CPLA-S-S-PMPC纳米囊泡的透射电子显微镜图。

图9为CPLA-S-S-PMPC纳米囊泡的尺寸分布图，图中，横坐标的Intensity为“强度”，Size为“尺寸”，CPLA-S-S-PMPC vesicle为“CPLA-S-S-PMPC囊泡”。

图10为载疏水药物的CPLA-S-S-PMPC囊泡在氧化还原条件下的智能药物释放图，图中Release为“释放率”，Dox-loaded CPLA-PMPC vesicle in 7.4 PBS without DTT为“在pH=7.4 PBS，不含DTT情况下，携载Dox的CPLA-PMPC囊泡”，Dox-loaded CPLA-PMPC vesicle in 7.4 PBS with 10mM DTT为“在pH=7.4 PBS，DTT浓度为10mM情况下，携载Dox的CPLA-PMPC囊泡”,Dox-loaded CPLA-S-S-PMPC vesicle in 7.4 PBS without DTT为“在pH=7.4 PBS，不含DTT情况下，携载Dox的CPLA-S-S-PMPC囊泡”，Dox-loaded CPLA-S-S-PMPC vesicle in 7.4 PBS with 10mM DTT为“在pH=7.4 PBS，DTT浓度为10mM情况下，携载Dox的CPLA-S-S-PMPC囊泡”。

具体实施方式

下面给出实施例以对本发明作进一步说明。有必要在此指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，如果该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明保护范围。

    本发明中的两亲嵌段聚合物的亲水比例，即亲水嵌段占整个嵌段聚合物分子量比例由氢谱核磁测定，基于两亲性嵌段聚合物的纳米囊泡作为抗癌药物载体的应用，所得纳米囊泡的尺寸大小、分散性、形状等基本性能分别采用动态光散射、透射电子显微镜等来测定。

实施例1

    下述实施例中f_PC为亲水嵌段的分子量占整个嵌段共聚物分子量的比例。

    合成两亲性胆固醇醇聚乳酸-嵌段-聚磷酸胆碱[CPLA-b-PMPC （f_PC=46%）]，其中亲水分数f_PC定义为亲水嵌段PMPC的分子量占整个嵌段聚合物的分子量：如图1所示步骤合成，3.6 mg胆固醇、11.5 g混旋丙交酯（D,L-LA）和一滴辛酸亚锡催化剂溶解于100 mL 四氢呋喃溶液中，充分除氧后密封，在120℃条件下开环聚合3小时，旋蒸除溶剂后在乙醚中沉析，得到胆固醇封端的聚乳酸CPLA-OH,经核磁测定其分子量为Mn=7200,凝胶色谱测定其分子量分布为PDI=1.05；8 g CPLA-OH (约1 mmol)与3 mmol三乙胺溶解于100 mL无水四氢呋喃溶液中，在氮气保护下滴加2 mmol溴代异丁酰溴，常温反应12 h后旋蒸浓缩，在无水乙醚中沉析，得到大分子引发剂ＣPLA-Br;4 g大分子引发剂ＣPLA-Br与4 g甲基丙烯磷酸胆碱溶解于二甲基亚砜和甲醇的混合溶剂中，并充分除氧，在溴化亚铜和2’2-联吡啶的催化条件下，进行原子转移自由基聚合，常温反应48 h后,通氧气终止反应，过硅胶柱除铜盐，旋蒸浓缩后在冷乙醚中沉析，得到CPLA-b-PMPC两亲嵌段聚合物，经氢谱核磁确定其化学结构，并计算出其亲水分数f_PC=46%，核磁谱图如图2所示。

实施例2

合成带有二硫键的两亲嵌段聚合物CPLA-S-S-PMPC （f_PC=43%）：如图3所示步骤合成，等摩尔比的2-羟乙基二硫化物与溴代异丁酰溴在无水二氯甲烷中进行反应24 h,然后过硅胶柱分离出图3步骤1中的目标小分子引发剂OH-S-S-iBuBr;0.21g小分子引发剂OH-S-S-iBuBr，6.9g混旋丙交酯D,L-LA，0.04g Sn(Oct)₂ 溶解于20 mL四氢呋喃中，充分除氧后在在120℃条件下开环聚合6小时，溶剂浓缩后在甲醇中沉析，得到大分子引发剂PLA-S-S-Br,其核磁如图4所示；1.5g大分子引发剂与0.1ml 三乙胺溶剂与50ml二氯甲烷中，然后逐滴滴加0.3g胆固醇酰氯，在氮气保护下反应24h，旋蒸浓缩后在异丙醇中沉析，得到胆固醇封端的大分子引发剂CPLA-S-S-Br;0.5g大分子引发剂CPLA-S-S-Br，0.5g MPC单体溶解于10ml体积比1:1的甲醇/二甲亚砜的混合溶液中，并充分除氧，在溴化亚铜和2’2-联吡啶的催化条件下，进行原子转移自由基聚合，常温反应48 h后,通氧气终止反应，过硅胶柱除铜盐，旋蒸浓缩后在冷乙醚中沉析，得CPLA-S-S-PMPC两亲嵌段聚合物，经氢谱核磁确定其化学结构，并计算出其亲水分数f_PC=43%，核磁谱图如图5所示。

实施例3

    制备尺寸单分散的CPLA-b-PMPC纳米囊泡：取10mg CPLA-b-PMPC （f_PC=46%）两亲嵌段聚合物，充分溶解于4ml体积比1:1的甲醇/二甲基亚砜混合溶液中，在搅拌条件下逐滴滴加5ml去离子水或中性磷酸盐缓冲溶液，预组装0.5h，然后利用截留分子量为3500的透析袋在去离子水或中性磷酸盐缓冲溶液中透析除溶剂24小时，最后得到单分散纳米囊泡的水性溶液；纳米囊泡的形貌利用透射电子显微镜观察，

如图6所示；纳米囊泡的粒径分散性由动态光散射表征，如图7所示，其平均粒径为150.8 nm,粒径分布PDI=0.034。

实施例3

     除预组装时间为8h，透析除溶剂时间为6h，甲醇与二甲基亚砜的体积比为0.1，f_PC=40%之外，其余与实施例3一致。

实施例4

     除预组装时间为1h，透析除溶剂时间为18h，甲醇与二甲基亚砜的体积比为10，f_PC=60%之外，其余与实施例3一致。

实施例5

    制备尺寸单分散的CPLA-S-S-PMPC纳米囊泡：选取f_PC=43% 的CPLA-S-S-PMPC两亲嵌段聚合物10mg，制备方法与实施例3相同，纳米囊泡的形貌利用透射电子显微镜观察，如图8所示；纳米囊泡的粒径分散性由动态光散射表征，如图9所示，其平均粒径为233 nm,粒径分布PDI=0.047。

应用例1

    CPLA-b-PMPC纳米囊泡作为亲水抗癌药物的应用：10mg CPLA-b-PMPC （f_PC=46%）两亲嵌段聚合物，充分溶解于4ml体积比1:1的甲醇/二甲基亚砜混合溶液中，在搅拌条件下逐滴滴加含有4mg亲水盐酸阿霉素（DOX·HCl）的5ml去离子水或中性磷酸盐缓冲溶液，然后利用截留分子量为3500的透析袋在去离子水或中性磷酸盐缓冲溶液中透析24小时除溶剂和未包载药物，最后得到载药的纳米囊泡水性溶液；载药囊泡冻干后重新溶解，利用紫外光谱仪测定其载药量和载药效率，其载药量效率为36%；

应用例2

    CPLA-S-S-PMPC纳米囊泡作为亲水抗癌药物的应用：10mg CPLA-S-S-PMPC （f_PC=43%）两亲嵌段聚合物，充分溶解于4ml体积比1:1的甲醇/二甲基亚砜混合溶液中，在搅拌条件下逐滴滴加含有4mg亲水盐酸阿霉素的5ml去离子水或中性磷酸盐缓冲溶液，然后利用截留分子量为3500的透析袋在去离子水或中性磷酸盐缓冲溶液中透析24小时除溶剂和未包载药物，最后得到载药的纳米囊泡的水性溶液；载药囊泡冻干后重新溶解，利用紫外光谱仪测定其载药量和载药效率，其载药量效率为32%；

应用例3

    CPLA-b-PMPC纳米囊泡作为疏水抗癌药物的应用：10mg CPLA-b-PMPC （f_PC=46%）两亲嵌段聚合物与4mg疏水阿霉素（DOX）共同溶解于4ml体积比1:1的甲醇/二甲基亚砜混合溶液中，在搅拌条件下逐滴滴加5ml去离子水或中性磷酸盐缓冲溶液，然后利用截留分子量为3500的透析袋在去离子水或中性磷酸盐缓冲溶液中透析24小时除溶剂和未包载药物，最后得到载疏水药的纳米囊泡水性溶液；载药囊泡冻干后重新溶解，利用紫外光谱仪测定其载药量和载药效率，其载药量效率为39%；

应用例4

    CPLA-S-S-PMPC纳米囊泡作为疏水抗癌药物的应用：10mg CPLA-S-S-PMPC （f_PC=43%）两亲嵌段聚合物与4mg疏水阿霉素（DOX）共同溶解于4ml体积比1:1的甲醇/二甲基亚砜混合溶液中，在搅拌条件下逐滴滴加5ml去离子水或中性磷酸盐缓冲溶液，然后利用截留分子量为3500的透析袋在去离子水或中性磷酸盐缓冲溶液中透析24小时除溶剂和未包载药物，最后得到载疏水药的纳米囊泡水性溶液；载药囊泡冻干后重新溶解，利用紫外光谱仪测定其载药量和载药效率，其载药量效率为47%；

应用例5

    带有二硫键的CPLA-S-S-PMPC载疏水药囊泡的氧化还原敏感释放药物应用：分别取4ml应用例三和应用例四中的CPLA-b-PMPC载药囊泡、CPLA-S-S-PMPC载药囊泡放置在截留分子量为3500的透析袋中，然后分别在含有10mM谷胱甘肽（DTT）和不含有谷胱甘肽的50 mL磷酸盐缓冲溶液(pH 7.4 PBS)中进行释放，利用紫外光谱仪测定其累计药物释放量，结果如图10所示，表明带有二硫键的CPLA-S-S-PMPC载药胶束在谷胱甘肽的刺激下会造成二硫键断开，载药胶束解体，药物会快速释放出来。