含有腙键的具有靶向抗肿瘤活性的嵌段共聚物及其制备和作为抗肿瘤药物载体的应用

摘要

本发明提供了一种含有腙键的具有靶向抗肿瘤活性的嵌段共聚物，是先将4-硝基苯酚甲基丙烯酸酯通过RAFT聚合形成疏水嵌段；再通过引入生物相容性良好的亲水性聚合物N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺作为亲水嵌段；然后通过引发聚合含有双键的叶酸靶向单体得到的嵌段聚合物，最后经肼解等一系列改性反应引入pH敏感基团腙键。本发明嵌段共聚物负载阿霉素的药物胶束降低小分子药物在体内的毒性，大大延长了抗癌药物在肿瘤细胞的停留时间。通过对抑制肿瘤细胞生长实验证明，对HELA细胞具有较强的抑制作用，具有酸性pH敏感的智能释放键（腙键）对肿瘤细胞微酸性环境的识别，使得药物到达肿瘤部位之后再断裂，实现了药物的靶向抗肿瘤活性，因而是一种具有应用前景的抗肿瘤活性物质。

说明书

技术领域

本发明属于高分子化学领域，涉及一种具有靶向抗肿瘤活性的嵌段共聚物，尤其涉及一种含有腙键的具有靶向抗肿瘤活性的嵌段共聚物；本发明同时还涉及该嵌段共聚物的制备方法和作为抗肿瘤药物载体的应用。

背景技术

阿霉素具有较强的抗肿瘤作用，因其结构中既含有脂溶性的蒽环配基，又有水溶性的柔红糖胺；并有酸性酚羟基和碱性氨基。作为一种周期非特异性抗癌化疗药物，本品对各期细胞均有作用，但对S期的早期最为敏感，M期次之，而对G1、S和G2期有延缓作用。其作用机制在于可直接作用于DNA，插入DNA的双螺旋链，使后者解开，改变DNA的模板性质，抑制DNA聚合酶从而既抑制DNA，也抑制RNA合成。其结构如下：

。

阿霉素具有较强的心脏毒性，使其在临床应用上受到一定的限制。药物载体是指能改变药物进入人体的方式和在体内的分布、控制药物的释放速度并将药物输送到靶向器官的体系。由于各种药物载体释放和靶向系统能够减少药物降解及损失，降低副作用，提高生物利用度，因而对它的研究越来越受到重视。

N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺（HPMA）是一种高分子药物载体，由于HPMA具有良好的生物相容性，不仅能够降低药物的毒副作用，减少抗药性，提高药物体内的稳定性，还能增加药物在肿瘤部位的累积，使药效得到更好的发挥等特点，被作为肿瘤靶向药物载体已应用于临床。其结构式如下：

。

叶酸(folicacid，FA)是一种人体必需的维生素，也是DNA合成所需酶系统中一碳单位转移酶的重要辅酶。叶酸受体的表达水平也与肿瘤的发展阶段有关，早期肿瘤的叶酸受体表达较低，晚期及高度恶变的肿瘤受体表达增强，此外，部分转移瘤的表达水平显著高于原发瘤。因此，叶酸受体被认为是一种较好的肿瘤标记物，目前已被开发作为临床诊断肿瘤的标记物。其结构式如下：

。

因此，以水溶性好的聚（N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺）为药物载体，通过与双键的叶酸、带有酸性pH敏感的智能释放腙键共聚得到具有抗肿瘤活性的高分子嵌段共聚物，可望为抗癌领域提供了更多的选择。

发明内容

本发明的目的是提供一种含有腙键的具有靶向抗肿瘤活性的嵌段共聚物；

本发明的另一目的是是提供一种含有腙键的具有靶向抗肿瘤活性的嵌段共聚物的制备方法；

本发明的还有一个目的，就是提供该含腙键的靶向抗肿瘤活性的两亲嵌段共聚物作为抗肿瘤药物载体的应用。

（一）含有腙键的具有靶向抗肿瘤活性的嵌段共聚物

本发明含有腙键的具有靶向抗肿瘤活性的嵌段共聚物，是先将4-硝基苯酚甲基丙烯酸酯通过RAFT聚合形成疏水嵌段；再通过引入生物相容性良好的亲水性聚合物N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺作为亲水嵌段；然后通过引发聚合含有双键的叶酸靶向单体得到的嵌段聚合物，最后经肼解等一系列改性反应引入pH敏感基团腙键。其结构如下式所示的两嵌段高分子共聚物A或三嵌段高分子共聚物B之一：

两嵌段高分子共聚物A中，x=30~45mol%，y=55~70mol%；

三嵌段高分子共聚物B中，x=25~35mol%，y=45~60mol%，z=15~20mol%。

（二）含有腙键的具有靶向抗肿瘤活性的嵌段共聚物的制备

1、两嵌段高分子共聚物A的制备

上述两嵌段高分子共聚物A的制备包括以下工艺步骤：

（1）化合物的合成：以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，偶氮二异丁腈为引发剂，氮气保护下，4-硝基苯基甲基丙烯酸酯与三硫代碳酸酯以10:1~15:1的摩尔比，于60~65℃反应16~24h，乙醚沉淀，过滤，干燥，得到化合物；其结构式如下：

引发剂偶氮二异丁腈的用量为4-硝基苯基甲基丙烯酸酯和三硫代碳酸酯总摩尔量的0.5~1%。

（2）化合物的合成：以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，偶氮二异丁腈为引发剂，氮气保护下，化合物与化合物N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺以1:40~1:50的质量比于60~65℃反应16~24h，用乙醚沉淀、过滤、干燥，得到白色沉淀物即为化合物；其结构为：

引发剂偶氮二异丁腈的用量为化合物与化合物N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺总质量的0.5~1%。

（3）化合物的合成：以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，化合物与水合肼1:10~1:20以的质量比，于50~55℃下反应12~24h；反应完毕后用乙醚沉淀，烘干后溶解N,N-二甲基甲酰胺中，再加入三甲氧基苯甲醛和乙酸，于50~55℃反应48~72h；乙醚沉淀，过滤，烘干，最后用分子量为3000的超滤浓缩离心管离心，即化合物——两嵌段高分子共聚物A。其结构为：

x=30~45mol%，y=55~70mol%。

所述化合物与三甲氧基苯甲醛的质量比为1:1~1:2；化合物与乙酸的质量比为20:1~30:1。

图1为上述两嵌段高分子共聚物A（被动靶向）的核磁共振氢谱。通过核磁共振氢谱分析可以得出，共聚得到的高分子嵌段共聚物，化学位移在3.655和2.759会出现HPMA上的特征峰-CH-（和-OH相连）和-CH₂（和-NH-相连），化学位移在6.246有三甲氧基苯甲醛苯环峰。说明用上述方法共聚得到的产物与前面设计的结构一致。

2、三嵌段高分子共聚物B的制备

上述三嵌段高分子共聚物B的制备包括以下工艺步骤：

（1）化合物的合成：以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，偶氮二异丁腈为引发剂，氮气保护下，4-硝基苯基甲基丙烯酸酯与三硫代碳酸酯以10:1~15:1的摩尔比，于60~65℃反应16~24h，乙醚沉淀，过滤，干燥，得到化合物；其结构式如下：

引发剂偶氮二异丁腈的用量为4-硝基苯基甲基丙烯酸酯和三硫代碳酸酯总摩尔量的0.5~1%。

（2）化合物的合成：以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，偶氮二异丁腈为引发剂，氮气保护下，化合物与化合物N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺以1:40~1:50的质量比于60~65℃反应16~24h，用乙醚沉淀、过滤、干燥，得到白色沉淀物即为化合物；其结构为：

引发剂偶氮二异丁腈的用量为化合物与化合物N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺总质量的0.5~1%。

（3）化合物的合成：二甲基亚砜为溶剂，叶酸、环己基碳二酰亚胺和N-羟基丁二酰亚胺以1:1:1~1:1.5:1.5的摩尔比，于50~55℃避光反应6~8h；加入烯丙基胺，于-5~5℃避光反应8~12h；用丙酮沉淀，抽滤，真空干燥，得化合物；叶酸与烯丙基胺的摩尔比为1:2~1:10；其结构式为：

（4）化合物的合成：以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，偶氮二异丁腈为引发剂，氮气保护下，化合物和化合物以1:5~1:10的质量比，在60~65℃下反应16~24h；反应结束后用乙醚行沉淀，过滤、干燥，得到化合物；其结构式为：

引发剂偶氮二异丁腈的用量为化合物和化合物总质量的0.5~1%。

（5）化合物的合成：以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，化合物与水合肼以1:10~1:20的质量比，于50~55℃下反应12~24h；反应完毕后用乙醚沉淀，烘干后溶解N,N-二甲基甲酰胺中，再加入三甲氧基苯甲醛和乙酸，于50~55℃反应48~72h；乙醚沉淀，过滤，烘干，最后用分子量为3000的超滤浓缩离心管离心，即得化合物——三嵌段高分子共聚物；化合物与三甲氧基苯甲醛的质量比为1:1~1:2；化合物与乙酸的质量比为20:1~30:1。其结构为：

x=25~35mol%，y=45~60mol%，z=15~20mol%。

图2为上述两嵌段高分子共聚物B（主动靶向）的核磁共振氢谱。通过核磁共振氢谱分析可以得出，共聚得到的高分子嵌段共聚物，化学位移在3.673和2.9会出现HPMA上的特征峰-CH-（和-OH相连）和-CH₂（和-NH-相连），化学位移在6.272有三甲氧基苯甲醛苯环峰，6.651-9.645有叶酸上的特征峰。说明用上述方法共聚得到的产物与前面设计的结构一致。

图3、4分别为本发明制备的嵌段共聚物A、B自组装胶束的透射电镜(TEM)照片。图3、4证明了该主动被动靶向载药胶束在水中会自动发生自组装，形成球形性状的胶束颗粒，在此过程中将药物可负载到胶束的内核中，从而达到载药的目的。

（三）含有腙键的具有靶向抗肿瘤活性的嵌段共聚物的的抗肿瘤活性

1、聚合物载药胶束的制备：将所述嵌段共聚物分别与阿霉素（阿霉素与聚合物质量比为1:2~1:4）充分溶解于DMF中，缓慢滴加去离子水，当溶液出现蓝色乳光，继续缓慢滴加去离子水至，使阿霉素的浓度至0.1~0.2mg/mL；停止滴加，搅拌过夜形成载药胶束；所述去离子水的滴加速度为1滴/15s。

2、体外模拟药物的水解、释放实验

将5ml两种高分子共聚物(A1mg/ml,B1mg/ml)分别置于截留分子量为3000mw的透析袋中，将此透析袋置于装有95ml的圆底烧瓶中，震荡使其释放，分别在指定的时间段内从烧杯中取4ml透析液，通过紫外分光光度计测定两种高分子共聚物在292nm处的吸光度并计算其水解率。结果见表1。从表1可知两种高分子共聚物在pH5.0的微酸性环境下的水解效果更好。

将5ml载药胶束（A1mg/ml，B1mg/ml）分别置于截留分子量为3000mw的透析袋中，将此透析袋置于装有95ml的圆底烧瓶中，震荡使其释放，分别在指定的时间段内从烧杯中取4ml透析液，通过荧光色谱测定两种高分子载药胶束在560nm处的吸光度并计算其水解率。结果见表2。从表2可知，可知两种高分子共聚物载药胶束在pH5.0的微酸性环境下的释放出阿霉素（DOX）效果更好。

3、体外抑制肿瘤细胞生长实验

采用四氮唑盐还原法（MTT）对HELA细胞株进行试验：取处于生长对数期的宫颈癌（HELA）细胞，将细胞浓度调为1×10⁴个／ml，在96孔培养板中加入90μl/孔，边缘孔用无菌PBS填充。在5%CO₂，37℃孵育，培养箱中放置待贴壁后再加药。对于本发明高分子未载药的聚合物胶束、聚合物载药胶束和游离的阿霉素（DOX），均分别设定浓度为0.01、1、2、5、10μg/ml5个梯度。实验组(未载药的聚合物胶束、聚合物载药胶束)与对照组(阿霉素)均设5个复孔，加药后细胞在温度37℃二氧化碳培养箱内继续分别培养24h后，取出先离心，后弃去96孔板内的上清培养液，小心用PBS冲洗2~3遍后，每孔加人20μlMTT（四氮唑，5mg/ml，即0.5%MTT）溶液，置于37℃二氧化碳培养箱内继续培养4h。终止培养，小心吸去孔内培养液。每孔加入150μl的DMSO，置摇床上低速振荡10min，使结晶物充分溶解。在酶标仪570nm测定各孔的吸光OD值。细胞生长抑制率按以下公式计算：

抑制率=[(1－实验组平均OD值)/对照组平均OD值]×100％

测试结果见表3和表4。

表3的结果表明，本发明具有靶向抗肿瘤活性嵌段聚合物载体体现出了良好的生物相容性，同时降低了聚合物载体的毒性。表4的结果表明，主动靶向（两嵌段共聚物B）的半抑制率浓度小于被动靶向（两嵌段共聚物A）的半抑制率浓度，从而肯定靶向基团在癌细胞的富集的量大于被动靶向所富集的量，从而起到靶向作用。由于游离药物在生物体内是以自由扩散的方式进入细胞内，它对正常细胞和癌细胞都有抑制作用，同时抑制时间短，会使生物体产生明显的副作用；而用高分子载体载药后，药物进入细胞的主要方式为内吞作用，延长药物在体内的作用时间，降低毒副作用。由表3、4可知，对合成的这类聚合物载药载体在不降低游离药物药效的同时，对癌细胞的抑制效果明显增强。

综上所述，本发明制备的主动/被动靶向抗肿瘤活性嵌段聚合物胶束是将DOX包覆在聚合物胶束的内部，降低小分子药物在体内的毒性，尤其是靶向基团叶酸能够使聚合物载药胶束在肿瘤细胞的表面大量富集，大大延长了抗癌药物在肿瘤细胞的停留时间。并且，具有酸性pH敏感的智能释放键（腙键）对肿瘤细胞微酸性环境的识别，使得药物到达肿瘤部位之后再断裂。高分子载体聚HPMA也降低了抗癌药物的毒性，同时体现出良好的生物相溶性，从而减少了对正常组织的伤害，是一种具有应用前景的抗肿瘤活性物质。

附图说明

图1为上述两嵌段高分子共聚物A（被动靶向）的核磁共振氢谱；

图2为上述三嵌段高分子共聚物B（主动靶向）的核磁共振氢谱。

图3为本发明嵌段共聚物A自组装胶束的透射电镜(TEM)照片。

图4为本发明嵌段共聚物B自组装胶束的透射电镜(TEM)照片。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明高分子共聚物的合成及结构表征作进一步的说明。

实施例1、两嵌段高分子共聚物A的制备

4-硝基苯基甲基丙烯酸酯的制备：4-硝基苯酚(0.5g,3.6mmol)和三乙胺(0.437g,4.32mmol)溶解在15ml的THF中，冰水浴冷却到0℃，甲基丙烯酰氯(0.417ml,4.32mmol)溶解在10ml的THF中，缓慢滴加到上述溶液中。反应12~15h。反应结束后，过滤溶液中产生的沉淀，用少量蒸馏水洗涤一次，无水MgSO₄干燥，即得。产率95%。

¹HNMR(400MHz,CDCl₃,δ,ppm):8.29(d,J=7.2Hz,2H,–OC₆H₂H₂NO₂),7.43(d,J=7.2Hz,2H,–OC₆H₂H₂NO₂),6.39(s,1H,CHH=C(CH₃)CO–),5.84(s,1H,CHH=C(CH₃)CO–),2.07(s,3H,CHH=C(CH₃)CO–)。

化合物的制备：将三硫酯RAFT试剂(7mg,25μmol)和4-硝基苯基甲基丙烯酸酯(0.312g,1.5mmol)溶解在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，加入偶氮二异丁腈（AIBN）2mg，氮气保护下于65℃反应24h，用乙醚沉淀，得到白色沉淀物，即得化合物。

¹H-NMR(400MHz,DMSO-d6,δ,ppm):8.20(–COOC₆H₂H₂NO₂),7.40(–COOC₆H₂H₂NO₂),3.28[CH₃(CH₂)₉CH₂CH₂S(C=S)S–],1.62-1.78[CH₃(CH₂)₉CH₂CH₂S(C=S)S–and–C(CH₃)₂COOH],0.91–1.53(–CH₂–ofpolymerbackbone,CH₃(CH₂)₉CH₂CH₂S(C=S)S–andCH₃–ofMa-NOp),0.88[CH₃(CH₂)₁₁S(C=S)S–]。

化合物的制备：将化合物（80mg），N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺（0.355g,2.5mmol）和（2.5mg）AIBN溶解到DMF中，氮气保护下，于65℃反应24h，用乙醚沉淀、过滤、干燥，得到白色沉淀物即是。

¹H-NMR(400MHz,DMSO-d6,δ,ppm):8.20(–COOC₆H₂H₂NO₂),7.10-7.49(–COOC₆H₂H₂NO₂and–NH–),4.71(CH₃CH(OH)CH₂NH–ofHPMA),3.67(CH₃CH(OH)CH₂NH–ofHPMA),2.91(CH₃CH(OH)CH₂NH–ofHPMA),1.15-1.78(–CH₂–ofpolymerbackbone),0.71–1.10(–CH₃)。

目标化合物（化合物）的制备：将100mg化合物溶解在DMF中，加入水合肼150mg置于50℃的油浴锅中，反应12h。反应完毕后，用乙醚将聚合物沉淀，烘干。将其再次溶解到DMF中，加入三甲氧基苯甲醛（200mg）和一滴乙酸（0.1ml），50℃反应2天；用乙醚沉淀，过滤，烘干，最后用分子量为3000的超滤浓缩离心管离心，除去小分子即得目标化合物——两嵌段高分子共聚物。共聚物对应的结构式中，x=38mol%，y=62mol%。

¹H-NMR(400MHz,DMSO-d6,δ,ppm):8.09[–CONHN=CHC₆H₂(OCH₃)₃],7.10-7.39(–NH–),6.21[–CONHN=CHC₆H₂(OCH₃)₃],4.72(CH₃CH(OH)CH₂NH–ofHPMA),3.73-3.95[–CONHN=CHC₆H₂(OCH₃)₃],3.67(CH₃CH(OH)CH₂NH–ofHPMA),2.89(CH₃CH(OH)CH₂NH–ofHPMA),1.39-1.93(–CH₂–ofpolymerbackbone),0.62–1.21(–CH₃)。

实施例2、三嵌段高分子共聚物B的制备

化合物的、的制备：同实施例1。

化合物的制备：称取叶酸(441.4mg，1.0mmol)、环己基碳二酰亚胺(247.6mg，1.2mmol)和N-羟基丁二酰亚胺(138.1mg，1.2mmol)，溶解于30mL的二甲基亚砜中，45~55℃避光反应6~8h，待叶酸全部转化为叶酸活化酯，在反应液中加入烯丙基胺（571mg10mmol)，于-5~5℃避光反应12~15h。加入丙酮沉淀，抽滤，真空烘箱烘干，即得(321.2mg，产率65%)。

¹HNMR(400MHz,DMSO-d6,δ,ppm):8.62(s,1H,–CH–ofheterocyclic),7.61(d,J=8.6Hz,2H,–CH₂NHC₆H₂H₂CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–),6.64(d,J=8.6Hz,2H,–CH₂NHC₆H₂H₂CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–),5.88(m,1H,–NHCH₂CH=CH₂),5.28(dd,J=27.0,13.9Hz,2H,–NHCH₂CH=CH₂),4.46(s,2H,–CH₂NHC₆H₄CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–),4.19(t,J=7.3Hz,1H,–CH₂NHC₆H₄CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–),3.41(d,J=7.0Hz,2H,–NHCH₂CH=CH₂),2.25(t,J=7.4Hz,2H,–CH₂NHC₆H₄CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–),1.92(m,2H,–CH₂NHC₆H₄CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–)。

化合物的制备：化合物（150mg）和化合物（80mg）、AIBN（2mg）加入盛有DMF的Shleck管中，在65℃的条件下反应24h。反应结束后，加入大量乙醚进行沉淀，将得到的白色沉淀物过滤、干燥，得到化合物。

¹H-NMR(400MHz,DMSO-d6,δ,ppm):8.63(–CH–offolicacidheterocyclic),8.21(–COOC₆H₂H₂NO₂),7.63(–CH₂NHC₆H₂H₂CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–offolicacid),6.81-7.41(–COOC₆H₂H₂NO₂ofNOpand–NH–),6.61(–CH₂NHC₆H₂H₂CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–offolicacid),4.73(CH₃CH(OH)CH₂NH–ofHPMA),4.45(–CH₂NHC₆H₄CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–offolicacid),4.21(–CH₂NHC₆H₄CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–offolicacid),3.67(CH₃CH(OH)CH₂NH–ofHPMA),3.11-3.49[–NHCH₂CH(CH₃)–ofMaandH₂O],2.91(CH₃CH(OH)CH₂NH–ofHPMA),2.23(–CH₂NHC₆H₄CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–offolicacid),1.89(–CH₂NHC₆H₄CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–offolicacid),1.35-1.79(–CH₂–ofpolymerbackbone),0.73–1.25(–CH₃)。

目标化合物（化合物）的制备：将化合物（100mg）溶解在DMF中，加入过量的水合肼（100mg）置于50℃的油浴锅中，反应12h。反应完毕后，用乙醚将聚合物沉淀，烘干。将其再次溶解到DMF中，加入三甲氧基苯甲醛（200mg）和一滴乙酸（0.1ml），50℃反应2天。用乙醚沉淀，过滤沉淀物、烘干。将得到的聚合物通过分子量为3000的超滤浓缩离心管进行离心，得三嵌段高分子共聚物。共聚物对应的结构式中，x=28mol%，y=50mol%，z=22mol%。

¹H-NMR(400MHz,DMSO-d6,δ,ppm):8.63(–CH–offolicacidheterocyclic),8.09[–CONHN=CHC₆H₂(OCH₃)₃],7.63(–CH₂NHC₆H₂H₂CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–offolicacid),6.90-7.49(–NH–),6.61(–CH₂NHC₆H₂H₂CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–offolicacid),6.28[–CONHN=CHC₆H₂(OCH₃)₃],4.73(CH₃CH(OH)CH₂NH–ofHPMA),4.45(–CH₂NHC₆H₄CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–offolicacid),4.21(–CH₂NHC₆H₄CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–offolicacid),3.73-3.95[–CONHN=CHC₆H₂(OCH₃)₃],3.67(CH₃CH(OH)CH₂NH–ofHPMA),3.19-3.47[–NHCH₂CH)–ofAAandH₂O],2.91(CH₃CH(OH)CH₂NH–ofHPMA),2.23(–CH₂NHC₆H₄CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–offolicacid),1.92(–CH₂NHC₆H₄CONHCH(COOH)CH₂CH₂CO–offolicacid),1.35-1.81(–CH₂–ofpolymerbackbone),0.65–1.21(–CH₃)。