一种作为疏水药物纳米制剂载体的可生物降解两亲聚磷腈的组成及其合成方法

摘要

本发明公开了一种作为疏水药物纳米制剂载体的可生物降解两亲聚磷腈的组成及其合成方法。聚磷腈的化学结构如图，其中：R1＝H，CH3，CH2CH3，CH2CH2CH3，CH(CH3)2；R2＝H，CH3，CH(CH3)2，CH(CH3)CH2CH3，CH2CH(CH3)2，CH2CH2CH2SCH3，CH2C6H5，式(Ⅰ)，式(Ⅱ)；R＝CH3，CH2CH3，CH2CH2CH3；n＝8－800；m＝8－500；x＝1.9－0.1，y＝0.1－1.9。本发明还涉及所述聚磷腈的合成方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种作为疏水药物纳米制剂载体的可生物降解两亲聚磷腈的组成及其合成方法。

背景技术

癌症是目前威胁人类健康的顽疾之一，心脑血管疾病更是导致当今人类死亡的首位病因^1，2。基于纳米微粒制剂的化疗是癌症药物治疗中最为有效的手段之一，而基于纳米微粒制剂的心脑血管疾病的新疗法则是备受重视和期待的研究方向^3，4。聚合物胶束给药系统由于其良好的理化性能和体内治疗效果，是目前国内外抗癌药物、心脑血管疾病治疗药物靶向纳米传递载体研究的热点^5，6。

应用纳米技术来治疗、诊断、检测和控制生物系统最近被NIH(美国国家卫生局)称作“纳米医学”。纳米医学是一个十分庞大的学科，它包括仿生纳米粒(例如功能化纳米碳管)、“纳米机器”(例如由可交换的DNA链或多面体DNA支架形成的组装体)、作为生物材料的纳米纤维和聚合物纳米组装体(例如分子自组装体和组织工程用多肽、多肽两亲物纳米纤维、作为分子开关的形状记忆聚合物、纳米多孔膜)、纳米尺度的微加工器械(药物传递的硅微芯片、单晶硅微机械中空针和二维针阵列)、传感器和实验室诊断器⁷。此外，尚有许多引人注目的纳米微粒技术，采用这些手段能够靶向传递药物、遗传物质(如质粒DNA、寡聚核苷酸和siRNA)和诊断试剂到达体内不同细胞和细胞外基质。毫无疑问，设计并制备有效的纳米载体来传递和靶向药物、治疗剂和诊断试剂是纳米医学研究的前沿领域。这包括识别与临床治疗相关的精确的靶点(细胞和受体)和选择适当的纳米载体达到所需要的响应，而同时降低副作用至最小程度。单核吞噬细胞、树状细胞、内皮细胞和肿瘤(肿瘤细胞以及肿瘤新血管)是主要靶点。

纳米给药系统比如聚合物-药物键合物、脂质体或其他基于聚合物的纳米载体能够改善非胃肠道给药后，药物的药理学特性或治疗效果⁵。随着许多脂质体抗癌制剂和聚合物-药物键合物纳米给药系统的成功开发，并在临床上应用，许多早期阻碍纳米给药系统开发的问题已经解决⁵。此外，拓展纳米给药系统的独特性能用于传递基于蛋白质组学和基因学研究得到的新一代药物和生物活性物质，也是目前国内外研究的热点⁸。在心血管疾病治疗药物方面，有人制备了负载有t-PA的聚(丙交酯-共-乙交酯)(PLGA)纳米粒，并在其表面涂敷壳聚糖(Chitosan)，体外研究表明该类纳米粒可以加速血栓溶解，对提高治療栓塞性心脑血管疾病的水平具有重要意义⁹。

聚合物胶束是近年来靶向药物传递领域最受研究人员亲睐的纳米载体¹⁰。作为超分子组装体，共聚物胶束由两亲共聚物在水溶液中经自发组装形成，它具有典型的核-壳结构，其中具有良好生物相容性的外壳包裹负载药物的核。聚合物胶束作为药物传递载体的构想最早由Ringsdorf等人于1984年首次提出，同时他们也开展了初步研究¹¹。此后不久Kataoka和Kabanov两个小组分别独立开展了有关聚合物胶束纳米给药系统的深入研究^12，13。前者设计并合成了聚乙二醇-嵌段-聚(L-天冬氨酸)(PEG-b-PAsp)，其中PAsp段键合有阿霉素，以此制备了粒径50nm大小的聚合物胶束，并对其物化性能进行了详细表征。在此基础上，通过简单的物理包埋在聚合物胶束的疏水核中引入游离阿霉素，由此得到了高药物负载量的聚合物胶束纳米给药系统。由于实体瘤部位特有的病理特征，即增强的透过和滞留效应(EPR效应)，该类纳米载体能被动靶向于肿瘤部位，从而提高病灶部位有效药物浓度，降低其他组织和器官的药物浓度，因而在提高疗效的同时，大大降低了药物对正常脏器的毒副作用¹⁴。值得一提的是，在良好的动物实验结果的基础上，分别负载有紫杉醇(NK105)和阿霉素(NK911)的该类聚合物胶束制剂目前正在日本进行临床研究¹⁵。另一方面，Kabanov组基于三元嵌段共聚物聚氧乙烯-嵌段-聚氧丙烯-嵌段-聚氧乙烯(PEO-b-PPO-PEO)(Pluronics)的研究表明，Pluronic胶束不仅可以作为疏水药物的载体，而且能够传递安定药透过血脑屏障(BBB)¹⁶。该组的研究还证明，Pluronics单分子链能够抑制P-糖蛋白(P-GP)介导的药物外泄，因此能够提高药物传递通过BBB且克服多药耐受(MDR)问题。此外，目前进行临床试验的该类制剂尚有负载有紫杉醇的聚乙二醇-嵌段-聚乳酸胶束系统和负载有顺铂类药物的聚乙二醇-聚天冬氨酸胶束系统¹⁷。

近些年来，Kataoka和Kabanov等研究组的工作大大的拓展了聚合物胶束作为药物载体的应用范围，使得该系统不仅适用于疏水药物的传递，而且可以通过核形成段与活性物质的络合作用、氢键作用或静电作用来传递一些含有金属元素的药物(比如含铂化合物)、多肽蛋白以及RNA、DNA等大分子生物活性物质^18，19。与长循环脂质体制剂相比，聚合物胶束具有可控的药物释放，较强的组织渗透性，以及能有效降低毒性，比如手足综合症和超敏反应。总的来说，聚合物胶束纳米给药系统具有的优点是：(1)适用于该载体的治疗物的品种多(比如疏水物质、金属化合物和带电荷的大分子例如多肽、蛋白和多聚核甘酸)；(2)不采用化学改性，易于物理负载药物；(3)胶束制备方法简单；(4)药物负载量高；(5)可控的药物释放¹⁵。同时，药物负载量和药物释放动力学可以通过聚合物的结构来有效调控；依赖于待传递药物的化学性能，胶束传递系统的特性可以通过调控胶束的核形成段来优化；聚合物胶束的药动学不受所负载的药物的性能影响，而主要由胶束粒径大小和表面性能控制¹⁵。近来合成化学和细胞表面特异性受体与靶点研究的进展使得能够设计并制备智能聚合物胶束，这些系统能够靶向特异的病灶部位并在外部刺激作用下释放药物，实现药物定时定点可控释放，这也是该领域国内外研究的趋势¹²。目前，美国、英国、日本和韩国等多个国家相继成立了纳米医学交叉中心专门进行聚合物胶束在生化分析、重大疾病诊断、治疗等生物医学领域应用的开发工作。

由上述可见，设计并制备多功能聚合物胶束系统对于实现药物可控靶向传递是一项十分有意义的工作。而设计合成能够制备优良聚合物胶束系统的两亲聚合物是开发该类新型制剂的前提。

相对于聚酯和聚酸酐等可生物降解聚合物，聚磷腈作为新型的生物材料用聚合物的开发较晚²⁰。氨基酸酯取代的疏水性聚合物最早由美国的Allcock组开发，之后的相关研究表明该类聚合物在体内外均可降解，故其作为生物材料开始受到众多国家研究人员的关注。目前美国、中国、意大利、韩国和日本等均有研究小组进行相关领域的开发研究工作。另一方面，已有研究小组开发了基于两亲聚磷腈的药物传递系统。其中美国研究人员合成了以聚乙二醇为亲水链的两亲聚磷腈，并以此制备了聚合物胶束²¹。不过对于该胶束系统，尚未有作为药物传递载体的相关结果见诸于报道。同时，韩国研究者合成了以聚乙二醇和氨基酸酯为侧基的两亲聚合物，并以该类聚合物制备了温敏性水凝胶作为药物传递载体^22，23。中国研究人员则合成了以聚(N-异丙基丙烯酰胺)和聚乙二醇为亲水链，甘氨酸乙酯、对氨基苯甲酸乙酯、色氨酸乙酯、n-己胺、n-十二胺和n-十八胺为疏水侧基的两亲聚磷腈^24-26。并以该系列聚合物为载体，制备了载药聚合物胶束系统，进行了相关的体内外评价。

本发明的目的是提供一种作为疏水药物纳米制剂载体的可生物降解两亲聚磷腈的组成及其合成方法。

为了达到上述目的，本发明采取以下措施：

作为疏水药物纳米制剂载体的可生物降解两亲聚磷腈的化学结构为：

其中：

R1＝H，CH₃，CH₂CH₃，CH₂CH₂CH₃，CH(CH₃)₂

R2＝H，CH₃，CH(CH₃)₂，CH(CH₃)CH₂CH₃，CH₂CH(CH₃)₂，CH₂CH₂CH₂SCH₃，CH₂C₆H₅，

R＝CH₃，CH₂CH₃，CH₂CH₂CH₃

n＝8-800

m＝8-500

x＝1.9-0.1

y＝0.1-1.9

上述化合物的合成方法为：氮气保护下，将含有0.01-0.09mol端氨基聚(N-乙烯基-2-吡咯烷酮)或端羟基聚(2-烷基-2-唑啉)和40ml有机溶剂的溶液加入到含有0.1mol P-Cl的聚磷腈和50ml有机溶剂的溶液中，同时加入0.01-0.09mol三乙胺后于8-90℃磁力搅拌下反应；48小时后向该反应体系中加入含有0.1-0.5mol氨基酸酯和50ml有机溶剂的溶液，同时加入0.1-0.5mol三乙胺，接着8-90℃继续反应；72小时后停止反应，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀并真空干燥得到目的聚合物。

本发明的优点是：

1)、所得到的材料具有良好的生物相容性，可生物降解；

2)材料合成过程简单，聚合物的降解性可以简单地通过在合成过程中加入不同性能的取代物而在很大的范围内调控；

3)两亲共聚物中引入了具有体内良好生物相容性和血液相容性的聚(N-乙烯基-2-吡咯烷酮)，因此赋予了最终聚合物良好的体内生物相容性和血液相容性；

4)聚(2-烷基-2-唑啉)的引入赋予了最终聚合物一定的温度响应性，且响应温度大小及范围可通过其中烷基的种类以及该亲水聚合物的含量来调控，故以此类聚合物可以开发具有温度响应性的聚合物纳米胶束给药系统；

5)通过该系列两亲聚磷腈在水溶液中的自组装，可以制备形态、粒径大小及分布均可调控的纳米微粒。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细说明。

实施例1

氮气保护下，将含有0.05mol数均分子量为1200的端氨基聚(N-乙烯基-2-吡咯烷酮)的50ml THF溶液加入到含有0.1mol P-Cl的聚磷腈和50mlTHF的溶液中，同时加入0.05mol三乙胺后于60℃磁力搅拌下反应；48小时后向该反应体系中加入含有0.1mol甘氨酸乙酯的50ml THF溶液，同时加入0.1mol三乙胺，接着60℃继续反应；72小时后停止反应，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀并真空干燥得到目的聚合物。

实施例2

氮气保护下，将含有0.06mol数均分子量为1000的端氨基聚(N-乙烯基-2-吡咯烷酮)的50ml THF溶液加入到含有0.1mol P-Cl的聚磷腈和50mlTHF的溶液中，同时加入0.06mol三乙胺后于60℃磁力搅拌下反应；48小时后向该反应体系中加入含有0.12mol丙氨酸乙酯的50ml THF溶液，同时加入0.12mol三乙胺，接着60℃继续反应；72小时后停止反应，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀并真空干燥得到目的聚合物。

实施例3

氮气保护下，将含有0.055mol数均分子量为1100的端氨基聚(N-乙烯基-2-吡咯烷酮)的50ml THF溶液加入到含有0.1mol P-Cl的聚磷腈和50mlTHF的溶液中，同时加入0.055mol三乙胺后于60℃磁力搅拌下反应；48小时后向该反应体系中加入含有0.2mol苯丙氨酸乙酯的50ml THF溶液，同时加入0.2mol三乙胺，接着60℃继续反应；72小时后停止反应，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀并真空干燥得到目的聚合物。

实施例4

氮气保护下，将含有0.05mol数均分子量为1000的端氨基聚(N-乙烯基-2-吡咯烷酮)的50ml THF溶液加入到含有0.1mol P-Cl的聚磷腈和50mlTHF的溶液中，同时加入0.05mol三乙胺后于60℃磁力搅拌下反应；48小时后向该反应体系中加入含有0.2mol亮氨酸乙酯的50ml THF溶液，同时加入0.2mol三乙胺，接着60℃继续反应；72小时后停止反应，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀并真空干燥得到目的聚合物。

实施例5

氮气保护下，将含有0.05mol数均分子量为800的端氨基聚(N-乙烯基-2-吡咯烷酮)的50ml THF溶液加入到含有0.1mol P-Cl的聚磷腈和50mlTHF的溶液中，同时加入0.05mol三乙胺后于60℃磁力搅拌下反应；48小时后向该反应体系中加入含有0.2mol缬氨酸乙酯的50ml THF溶液，同时加入0.2mol三乙胺，接着60℃继续反应；72小时后停止反应，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀并真空干燥得到目的聚合物。

实施例6

氮气保护下，将含有0.05mol数均分子量为1800的端氨基聚(N-乙烯基-2-吡咯烷酮)的50ml THF溶液加入到含有0.1mol P-Cl的聚磷腈和50mlTHF的溶液中，同时加入0.05mol三乙胺后于60℃磁力搅拌下反应；48小时后向该反应体系中加入含有0.2mol组氨酸乙酯的50ml THF溶液，同时加入0.2mol三乙胺，接着60℃继续反应；72小时后停止反应，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀并真空干燥得到目的聚合物。

实施例7

氮气保护下，将含有0.05mol数均分子量为1600的端氨基聚(N-乙烯基-2-吡咯烷酮)的50ml THF溶液加入到含有0.1mol P-Cl的聚磷腈和50mlTHF的溶液中，同时加入0.05mol三乙胺后于65℃磁力搅拌下反应；48小时后向该反应体系中加入含有0.3mol色氨酸乙酯的50ml THF溶液，同时加入0.3mol三乙胺，接着65℃继续反应；72小时后停止反应，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀并真空干燥得到目的聚合物。

实施例8

氮气保护下，将含有0.06mol数均分子量为1200的端羟基聚(2-甲基-2-唑啉)的50ml THF溶液加入到含有0.1mol P-Cl的聚磷腈和50ml THF的溶液中，同时加入0.06mol三乙胺后于70℃磁力搅拌下反应；48小时后向该反应体系中加入含有0.2mol甘氨酸乙酯的50ml THF溶液，同时加入0.2mol三乙胺，接着70℃继续反应；72小时后停止反应，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀并真空干燥得到目的聚合物。

实施例9

氮气保护下，将含有0.04mol数均分子量为1800的端羟基聚(2-乙基-2-唑啉)的50ml THF溶液加入到含有0.1mol P-Cl的聚磷腈和50ml THF的溶液中，同时加入0.04mol三乙胺后于60℃磁力搅拌下反应；48小时后向该反应体系中加入含有0.3mol丙氨酸乙酯的50ml THF溶液，同时加入0.3mol三乙胺，接着60℃继续反应；72小时后停止反应，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀并真空干燥得到目的聚合物。

实施例10

氮气保护下，将含有0.04mol数均分子量为800的端羟基聚(2-丙基-2-唑啉)的50ml THF溶液加入到含有0.1mol P-Cl的聚磷腈和50ml THF的溶液中，同时加入0.04mol三乙胺后于65℃磁力搅拌下反应；48小时后向该反应体系中加入含有0.4mol苯丙氨酸乙酯的50ml THF溶液，同时加入0.4mol三乙胺，接着65℃继续反应；72小时后停止反应，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀并真空干燥得到目的聚合物。

实施例11

氮气保护下，将含有0.06mol数均分子量为800的端羟基聚(2-甲基-2-唑啉)的50ml THF溶液加入到含有0.1mol P-Cl的聚磷腈和50ml THF的溶液中，同时加入0.06mol三乙胺后于65℃磁力搅拌下反应；48小时后向该反应体系中加入含有0.3mol亮氨酸乙酯的50ml THF溶液，同时加入0.3mol三乙胺，接着65℃继续反应；72小时后停止反应，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀并真空干燥得到目的聚合物。

实施例12

氮气保护下，将含有0.03mol数均分子量为900的端羟基聚(2-丙烷基-2-唑啉)的50ml THF溶液加入到含有0.1mol P-Cl的聚磷腈和50ml THF的溶液中，同时加入0.03mol三乙胺后于60℃磁力搅拌下反应；48小时后向该反应体系中加入含有0.3mol缬氨酸乙酯的50ml THF溶液，同时加入0.3mol三乙胺，接着75℃继续反应；72小时后停止反应，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀并真空干燥得到目的聚合物。

实施例13

氮气保护下，将含有0.03mol数均分子量为1200的端羟基聚(2-乙基-2-唑啉)的50ml THF溶液加入到含有0.1mol P-Cl的聚磷腈和50ml THF的溶液中，同时加入0.03mol三乙胺后于50℃磁力搅拌下反应；48小时后向该反应体系中加入含有0.3mol组氨酸乙酯的50ml THF溶液，同时加入0.3mol三乙胺，接着75℃继续反应；72小时后停止反应，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀并真空干燥得到目的聚合物。

实施例14

氮气保护下，将含有0.04mol数均分子量为1100的端羟基聚(2-乙基-2-唑啉)的50ml THF溶液加入到含有0.1mol P-Cl的聚磷腈和50ml THF的溶液中，同时加入0.04mol三乙胺后于40℃磁力搅拌下反应；48小时后向该反应体系中加入含有0.4mol色氨酸乙酯的50ml THF溶液，同时加入0.4mol三乙胺，接着85℃继续反应；72小时后停止反应，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀并真空干燥得到目的聚合物。

实施例15

氮气保护下，将含有0.05mol数均分子量为1100的端羟基聚(2-乙基-2-唑啉)的50ml THF溶液加入到含有0.1mol P-Cl的聚磷腈和50ml THF的溶液中，同时加入0.05mol三乙胺后于45℃磁力搅拌下反应；48小时后向该反应体系中加入含有0.3mol蛋氨酸乙酯的50ml THF溶液，同时加入0.3mol三乙胺，接着80℃继续反应；72小时后停止反应，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀并真空干燥得到目的聚合物。

实施例16

氮气保护下，将含有0.06mol数均分子量为800的端羟基聚(2-甲基-2-唑啉)的50ml THF溶液加入到含有0.1mol P-Cl的聚磷腈和50ml THF的溶液中，同时加入0.06mol三乙胺后于65℃磁力搅拌下反应；48小时后向该反应体系中加入含有0.35mol异亮氨酸乙酯的50ml THF溶液，同时加入0.35mol三乙胺，接着65℃继续反应；72小时后停止反应，过滤，滤液浓缩后用乙醚沉淀并真空干燥得到目的聚合物。

实施例17

5mg阿霉素和100mg取代基为色氨酸乙酯和聚(N-乙烯基-2-吡咯烷酮)的两亲聚磷腈(其中疏水和亲水取代基摩尔比为4∶1)溶于10ml二甲基亚砜中，并将其置于截留分子量为8000的透析袋中，之后在水中透析24小时，透析液冻干得到载有阿霉素的聚合物纳米粒，其中药物包封率70％，载药纳米粒平均粒径320nm。

实施例18

2mg紫杉醇和100mg取代基为亮氨酸乙酯和聚(2-乙基-2-唑啉)的两亲聚磷腈(其中疏水和亲水取代基摩尔比为5∶1)溶于10ml二甲基亚砜中，并将其置于截留分子量为8000的透析袋中，之后在水中透析24小时，透析液冻干得到载有紫杉醇的聚合物纳米粒，其中药物包封率80％，载药纳米粒平均粒径200nm。

实施例19

5mg喜树碱和100mg取代基为苯丙氨酸乙酯和聚(N-乙烯基-2-吡咯烷酮)的两亲聚磷腈(其中疏水和亲水取代基摩尔比为3∶1)溶于10ml二甲基亚砜中，并将其置于截留分子量为8000的透析袋中，之后在水中透析24小时，透析液冻干得到载有喜树碱的聚合物纳米粒，其中药物包封率75％，载药纳米粒平均粒径150nm。

实施例20

5mg长春新碱和100mg取代基为组氨酸乙酯和聚(2-乙基-2-唑啉)的两亲聚磷腈(其中疏水和亲水取代基摩尔比为3∶1)溶于10ml二甲基亚砜中，并将其置于截留分子量为8000的透析袋中，之后在水中透析24小时，透析液冻干得到载有长春新碱的聚合物纳米粒，其中药物包封率65％，载药纳米粒平均粒径230nm。

实施例21

5mg长春瑞滨和100mg取代基为异亮氨酸乙酯和聚(2-甲基-2-唑啉)的两亲聚磷腈(其中疏水和亲水取代基摩尔比为3.5∶1)溶于10ml二甲基亚砜中，并将其置于截留分子量为8000的透析袋中，之后在水中透析24小时，透析液冻干得到载有长春瑞滨的聚合物纳米粒，其中药物包封率68％，载药纳米粒平均粒径110nm。