一种负载10-羟基喜树碱的超分子水凝胶体系及其制备方法

摘要

本发明提供一种负载10-羟基喜树碱的超分子水凝胶体系及其制备方法。所述水凝胶体系由脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇、α-环糊精和10-羟基喜树碱组成，所述脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇由至少两种脂肪酰氯同时与聚乙烯醇酯化制得，所述脂肪酰氯选己酰氯、辛酰氯、月桂酰氯、肉豆蔻酰氯、油酰氯和硬脂酰氯中的至少两种，且所选脂肪酰氯的碳链至少相差6个碳原子。10-羟基喜树碱可以实现以恒定的速率从体系中释放出来，所述水凝胶安全性高，制备方法简单，同时具备载药量高和稳定性好的优点。

说明书

技术领域

本发明属于生物医学材料技术领域，具体涉及到一种负载10-羟基喜树碱的超分子水凝胶体系及其制备方法。

背景技术

喜树碱是从我国特有的植物喜树中分离得到的一种生物碱，10-羟基喜树碱是喜树碱分子的第10位碳原子的氢被羟基取代的产物，对治疗肺癌、前列腺癌、乳腺癌等多种肿瘤有显著疗效，由于10-羟基喜树碱的毒副作用低于喜树碱，特别是泌尿系统反应减少，因此更易被临床接受。但是10-羟基喜树碱难溶于水，这使得其实际应用受到很大的限制。目前我国临床上所使用的10-羟基喜树碱的多为注射剂，是将其与氢氧化钠反应成盐使之溶解，但这个过程会使得其结构上活性基团-E环上的α-羟基内酯环开环，使其代谢较快，半衰期短，对光、pH不稳定，从而导致疗效降低。

随着生物医药载体的应用和推广，水难溶性药物通过增大药物的表面积来增加溶解度，予以增强疗效的同时减少不良反应，是解决水难溶性药物应用性的有效方式。对于10-羟基喜树碱，生物医药载体在增加其溶解度的同时，可以避免10-羟基喜树碱的α-羟基内酯环开环过程，但在生物医药载体的实际应用中，常出现以下应用阻碍：稳定性差、载药量低、释药速度不均衡等，这些都很有可能引起用药安全性，因此开发一种高性能载体是增加10-羟基喜树碱实际应用性的重要切入点。

超分子水凝胶是一类物理水凝胶，它是化合物分子通过分子间非共价键相互作用（例如氢键作用、疏水作用、π-π堆积作用、静电作用、主客体作用等等）在水溶液中通过自组装行为形成。超分子水凝胶具有良好的生物可降解性并可以在水溶液中通过自聚集形成一个疏水性的内核和亲水性的表面，是一种新型的水难溶性药物载体，在药物载体领域具有广阔的应用前景。其中基于环糊精聚合物的超分子水凝胶，这是属于主客体包合作用的一类超分子水凝胶，这种水凝胶基本结构是聚合物主链或侧链与环糊精内腔串联起来，就像是一条绳子（聚合物）把一个个珠子（环糊精）串起来，然后在水中通过自聚集形成一个内部结构呈网络状的的超分子凝胶，这种网状的内部结构一般呈现内部疏水的性质，水难溶性药物可以包载在超分子网络结构中，因此这种载药体系往往具有较高的载药量和较长的释药时间，这对于抗癌类药物更具有重要意义，例如高安全性以及可以减少用药次数，减少心理负担，提高患者顺应性等。

在超分子水凝胶载药体系的应用研究中，中国专利CN103611165A发明了一种名为透明质酸-环糊精—金刚烷-聚乙二醇的药物载体，利用环糊精的包合作用力，包合疏水性药物，自组装成超分子载药系统，这种超分子载药体系获得了很好的稳定性和较长的释药时间，但是这种超分子凝胶载体材料经过了两步复杂的化学反应—透明质酸环糊精和金刚烷聚乙二醇的制备，这无疑加大了产品质量控制和量化生产的难度，并且容易引起催化剂和有机溶剂残留。中国专利CN102247602A通过温和的反应制备了一种超分子水凝胶药物载体，该专利将聚乙二醇单甲醚修饰疏水性药物（吲哚美辛、地塞米松等），以作为前药形式与α-环糊精共混形成超分子水凝胶，但是药物经过化学修饰可能会改变药效及引起未知的副作用，也可能引起药物突释而导致安全隐患，特别是对于副作用较大的抗癌药物，药物突释导致的血药浓度的波动可能带来严重的副作用。中国专利CN102552110提供了一种由嵌段共聚物修饰的石墨烯或石墨烯氧化物、药物分子、环糊精组成的超分子水凝胶，该体系的特点是将石墨烯纳米材料引入到超分子凝胶中并实现了对释放过程的精细调节，但是这种调节仍局限于一级释放速度的调节，仍不能实现恒速释放药物，呈现的是前期释放药物速度太快，后期药物释放速度过缓，例如在该专利实施例中药物的累积释放度在8h时就已经达到80%。另外由于石墨烯制备方法的多样性和生物系统的复杂性，石墨烯的生物安全性问题仍是实际应用的瓶颈，例如石墨烯具有细胞毒性、动物毒性[NanMei,XiaoqingGuo.Journaloffoodanddruganalysis,2014,22,105-115]和在肺、肝、脾、肾等器官中的累积现象[Girish,C.M.;Sasidharan,A.;Gowd,G.S.;Nair,S.;Koyakutty,M.Advancedhealthcarematerials.2013,11,1489-1500]。

基于以上研究情况，我们旨在寻找一种安全性能高的10-羟基喜树碱的超分子载体，这种载体可以实现恒速释放药物，并且制备方法简单、药物不经过任何的化学修饰即可包载于体系中。同时也要兼具超分子凝胶载药的传统优点，如较高的载药量和较好的稳定性。

发明内容

为了解决现有的10-羟基喜树碱超分子载体存在的问题，本发明提供了一种负载10-羟基喜树碱的超分子水凝胶体系，药物10-羟基喜树碱不经任何化学修饰直接包载于体系中，载药量高，且药物可以恒速释放。

一种负载10-羟基喜树碱的超分子水凝胶体系，由脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇、α-环糊精和10-羟基喜树碱组成。

作为优选，所述脂肪酸选己酸、辛酸、月桂酸、肉豆蔻酸、油酸和硬脂酸中的至少两种，且所选脂肪酸的碳链至少相差6个碳原子，使得超分子水凝胶体系能够形成更大的分子间空穴，从而更好的负载10-羟基喜树碱。采用不同碳链长度的脂肪酸修饰的聚乙烯醇作为调控释药的载体基质，利用其不同的生物降解速度来控制药物释放速度，从而实现药物恒速释放的目的。

作为优选，所述脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇由至少两种脂肪酰氯同时与聚乙烯醇酯化制得，所述脂肪酰氯选己酰氯、辛酰氯、月桂酰氯、肉豆蔻酰氯、油酰氯和硬脂酰氯中的至少两种，且所选脂肪酸的碳链至少相差6个碳原子，采用不同碳链长度的脂肪酰氯同时与聚乙烯醇发生酯化反应，得到的产物即为脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇。具有不同长度脂肪链的脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇具有不同的降解速度，这是本发明提供的载药体系可以实现恒速释药的基础。

作为优选，所述水凝胶体系粒径为200-700nm，粒径属于纳米级，可在水中均匀分散，所述10-羟基喜树碱的含量为8-25%。

本发明同时提供了一种负载10-羟基喜树碱的超分子水凝胶体系的制备方法，制备方法简单，适合工业化生产。

本发明所述的载10-羟基喜树碱超分子水凝胶的基本形成过程是：（1）以不同碳链长度的脂肪酸修饰的聚乙烯醇为线状聚合物；（2）通过环糊精的包合作用，将环糊精包合在不同碳链长度的脂肪链上，在水溶液中通过自组装形成超分子水凝胶，并将10-羟基喜树碱包载于其内部网状结构中。

所述载10-羟基喜树碱超分子水凝胶的制备方法具体包括如下步骤：

(1)脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇的合成：

将聚乙烯醇溶解在N-甲基吡咯烷酮中，缓缓加热至30~60℃，然后加入脂肪酰氯，反应12~36h后，加入足量水有沉淀析出，经静置、过滤、水洗和真空干燥得到脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇。步骤（1）所述的脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇为以下三种形式：a)同一个聚乙烯醇分子上接枝两种或两种以上的脂肪酸分子；b)每个聚乙烯醇分子上接枝一种脂肪酸分子；c)由以上两种形式构成的混合物。脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇的合成是将不同碳链长度的脂肪酰氯与聚乙烯醇上的多个羟基酯化，方法简单、可控，便于实现工业化。

负载10-羟基喜树碱的超分子水凝胶体系的制备：

将10-羟基喜树碱和步骤(1)所得脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇溶解在N-甲基吡咯烷酮与二氯甲烷的混合溶剂或N-甲基吡咯烷酮与三氯甲烷的混合溶剂中，得到有机溶液A；将α-环糊精溶解在水中，得α-环糊精的水溶液；将有机溶液A缓慢滴加到α-环糊精的水溶液中，然后经高压均质得到乳液B；将所得到的乳液B加热减压旋蒸除去有机溶剂后装入透析袋中，置于循环的在水中8~24h，再经过0.45微米微孔滤膜除去未包封药物，即得载10-羟基喜树碱的超分子凝胶体系，冷冻干燥后于4℃下保存。步骤（2）载药10-羟基喜树碱超分子凝胶的制备是一个物理混合过程，它的机理是：在含有脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇的有机相和含有α-环糊精的水相混合成乳液过程中，α-环糊精通过包合作用串联在脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇的脂肪链上，形成环糊精复合物，由于环糊精复合物的两亲性质，在旋蒸除去有机溶剂的过程中，在水相中自组装成一个内部疏水的超分子网络结构，并将10-羟基喜树碱包载在超分子网络结构中。

作为优选，步骤(1)中所述脂肪酰氯选己酰氯、辛酰氯、月桂酰氯、肉豆蔻酰氯、油酰氯和硬脂酰氯中的至少两种，所选脂肪酰氯碳链需至少相差6个碳原子。

作为优选，步骤(1)中所述聚乙烯醇中羟基与所有脂肪酰氯的摩尔比为16.7-50：1，所述聚乙烯醇的分子量为10000-80000。

作为优选，步骤(2)中所述脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇与10-羟基喜树碱的质量比为3.4-10：1，所述脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇与α-环糊精的质量比为1：1-5。

作为优选，步骤(2)中所述有机溶液A与α-环糊精水溶液的体积比为1：1-5，所述N-甲基吡咯烷酮与二氯甲烷的体积比为1：3，N-甲基吡咯烷酮与三氯甲烷的体积比为1：3。

本发明的有益效果为：

本发明所提供的载10-羟基喜树碱超分子水凝胶，具有载药量高、释药速度恒定和稳定性高的优点，且制备方法简单，原料安全无毒，适合工业化生产。

附图说明

图1为载10-羟基喜树碱超分子水凝胶的体外释放曲线图。

图2为载10-羟基喜树碱超分子水凝胶的粒径随时间变化图。

图3为载10-羟基喜树碱超分子水凝胶的载药量随时间变化图。

图4为载10-羟基喜树碱超分子水凝胶贮存不同时间后的体外释放曲线图。

具体实施方式

以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。

实施例1

(1)脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇的合成：

将聚乙烯醇（Mw=10000，2.2g）溶解在30mlN-甲基吡咯烷酮中，缓缓加热至30℃，然后加入己酰氯（0.001mol，0.13g）、月桂酰氯（0.001mol，0.22g）、油酰氯（0.001mol，0.3g），室温反应24h后，加入足量水有沉淀析出，经静置、过滤、水洗2次和真空干燥得到1.2克脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇；

(2)负载10-羟基喜树碱的超分子水凝胶体系的制备：

将50mg10-羟基喜树碱和0.17g步骤(1)所得脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇溶解在20ml体积比为3:1的二氯甲烷与N-甲基吡咯烷酮混合溶剂中，得到有机溶液A；将0.85gα-环糊精溶解在20ml水中，得α-环糊精的水溶液；将有机溶液A缓慢滴加到α-环糊精的水溶液中，然后经高压均质得到乳液B；将所得到的乳液B加热减压旋蒸除去大部分有机溶剂后装入透析袋中，置于循环的在水中浸泡8h除去N-甲基吡咯烷酮，再经过0.45微米微孔滤膜除去未包封药物，即得载10-羟基喜树碱的超分子凝胶体系，冷冻干燥后于4℃下保存。

实施例2

(1)脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇的合成：

将聚乙烯醇（Mw=50000，2.2g）溶解在30mlN-甲基吡咯烷酮中，缓缓加热至50℃，然后加入月桂酰氯（0.001mol，0.22g）、硬脂酰氯（0.001mol，0.3g），室温反应12h后，加入足量水有沉淀析出，经静置、过滤、水洗2次和真空干燥得到1.1g脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇；

(2)负载10-羟基喜树碱的超分子水凝胶体系的制备：

将50mg10-羟基喜树碱和0.25g步骤(1)所得脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇溶解在20ml体积比为3:1的三氯甲烷与N-甲基吡咯烷酮混合溶剂中，得到有机溶液A；将0.5gα-环糊精溶解在60ml水中，得α-环糊精的水溶液；将有机溶液A缓慢滴加到α-环糊精的水溶液中，然后经高压均质得到乳液B；将所得到的乳液B加热减压旋蒸除去大部分有机溶剂后装入透析袋中，置于循环的在水中浸泡12h除去N-甲基吡咯烷酮，再经过0.45微米微孔滤膜除去未包封药物，即得载10-羟基喜树碱的超分子凝胶体系，冷冻干燥后于4℃下保存。

实施例3

(1)脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇的合成：

将聚乙烯醇（Mw=80000，2.2g）溶解在30mlN-甲基吡咯烷酮中，缓缓加热至60℃，然后加入己酰氯（0.0005mol，0.065g）、硬脂酰氯（0.0005mol，0.15g），室温反应36h后，加入足量水有沉淀析出，经静置、过滤、水洗2次和真空干燥得到1.0g脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇；

(2)负载10-羟基喜树碱的超分子水凝胶体系的制备：

将50mg10-羟基喜树碱和0.5g步骤(1)所得脂肪酸酯化接枝聚乙烯醇溶解在20ml体积比为3:1的二氯甲烷与N-甲基吡咯烷酮混合溶剂中，得到有机溶液A；将0.5gα-环糊精溶解在100ml水中，得α-环糊精的水溶液；将有机溶液A缓慢滴加到α-环糊精的水溶液中，然后经高压均质得到乳液B；将所得到的乳液B加热减压旋蒸除去大部分有机溶剂后装入透析袋中，置于循环的在水中浸泡24h除去N-甲基吡咯烷酮，再经过0.45微米微孔滤膜除去未包封药物，即得载10-羟基喜树碱的超分子凝胶体系，冷冻干燥后于4℃下保存。

实施例4体外释放性质的考察

精密称取实施例1中所制备的载10-羟基喜树碱超分子水凝胶10mg于透析袋中，平行3份，分散于100ml磷酸盐缓冲溶液（20mM,pH7.4）中，37℃条件下恒温孵育，在预定时间取介质0.8ml，通过高效液相色谱法分析10-羟基喜树碱含量，计算累积释放度，绘制释放曲线如图1所示。

实施例5稳定性考察

在4℃储存条件下，考察实施例1所制备的载10-羟基喜树碱超分子水凝胶的粒径、载药量、体外释放曲线的变化情况。在预定时间取适量的实施例1载10-羟基喜树碱超分子水凝胶用水分散，通过激光粒度仪分析粒径，其粒径随时间变化如图2所示。在预定时间取适量的实施例1载10-羟基喜树碱超分子凝胶，通过高效液相色谱法分析载药量，载药量随时间变化如图3所示。在预定时间取适量的实施例1载10-羟基喜树碱超分子水凝胶，同实施例4试验方法进行体外释放试验，体外释放曲线随时间变化如图4所示。

通过实施例4和5可以看出，本发明所制备的载10-羟基喜树碱超分子水凝胶具有稳定性高，释药速度恒定的优点。

以上仅列举本发明的优选实施方案，本发明的保护范围并不限制于此，本领域技术人员在本发明权利要求范围内所作的任何改变均落入本发明保护范围内。