CSS‑PEG‑GRGDS纳米颗粒及其制备方法与在静脉止血中的应用

摘要

本发明公开了CSS‑PEG‑GRGDS纳米颗粒及其制备方法与在静脉止血中的应用。所述CSS‑PEG‑GRGDS纳米颗粒的结构式如式I所示，式I中，

说明书

技术领域

本发明涉及一种经改性的壳聚糖纳米颗粒负载多肽的纳米止血药物及其制备方法，具体涉及CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒及其制备方法与在静脉止血中的应用。

背景技术

外伤是造成1至44岁的人群中个体死亡的主要原因，而不论在日常生活中还是在战场上，失血都是致死的主要因素。尤其是在战场上，及时的干预止血是提高个体存活率的关键。目前的止血方法主要包括按压止血和局部使用止血材料止血两种，但是该两种方法对内出血均很难起效。因此，亟需提供一种能弥补传统止血方法不足的静脉注射止血材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒及其制备方法与在静脉止血中的应用，所述CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒即由壳聚糖琥珀酸衍生物(CSS)纳米颗粒负载末端接枝GRGDS五肽的PEG形成；所述CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒能够用于制备静脉用全身性纳米止血药，其中全身性出血包括创伤出血、脏器内出血、深部出血及手术出血等。

本发明所提供的CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒，其结构式如式I所示，

式I中，表示CSS纳米颗粒，其中CSS来自于琥珀酰化壳聚糖衍生物，其结构式如式Ⅱ所示，来自于负载有GRGDS五肽的聚乙二醇衍生物，其结构式如式Ⅲ所示；

式Ⅱ中，n为10～55之间的数；

式Ⅲ中，m为18～72之间的数。

所述CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒的粒径为200～350nm。

其中，GRGDS五肽为甘氨酸-精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-丝氨酸(Gly-Arg-Gly-Asp-Ser)五肽。

本发明进一步提供了所述CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：

1)壳聚糖与琥珀酸酐进行反应得到式1所示琥珀酰化壳聚糖衍生物，记为CSS；

式1中，n为10～55之间的数；

2)向所述CSS的水溶液中滴加三聚磷酸钠水溶液，经搅拌得到所述CSS纳米颗粒；

3)在EDC的作用下，所述CSS纳米颗粒表面的羧基与NHS进行反应得到表面活化后的CSS纳米颗粒，记为CSS-NHS；

4)在碱性条件下，所述CSS-NHS与式2所示负载有GRGDS五肽的聚乙二醇衍生物的氨基端进行反应，即得所述CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒；

式2中，m为18～72之间的数。

上述的制备方法中，步骤1)中，所述壳聚糖的分子量可为8000～10000Da；

所述壳聚糖与所述琥珀酸酐的摩尔比可为1：50～100，具体可为1：63；

所述反应的温度可为25～80℃，时间可为1～5h。

上述的制备方法中，步骤2)中，所述CSS的水溶液的摩尔浓度可为3×10^-4～4×10^-4mol/L，如3×10^-4mol/L；

所述三聚磷酸钠水溶液的摩尔浓度可为2×10^-3～3×10^-3mol/L，如2.5×10^-3mol/L；

所述CSS的水溶液与所述三聚磷酸钠水溶液的体积比可为1：0.2～0.5，如1：0.5；

所述反应在常温下进行即可；

步骤3)中，所述CSS纳米颗粒、所述EDC与所述NHS的摩尔比可为1：10～50：10～50，具体可为1：40：40；

所述EDC表示1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐；

所述NHS表示N-羟基丁二酰亚胺；

所述反应在常温下进行即可；

步骤4)中，所述CSS-NHS与式2所示负载有GRGDS五肽的聚乙二醇衍生物的摩尔比可为1：2～5，具体可为1：5；

所述碱性条件由N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)调制得到；

所述CSS-NHS与所述N,N-二异丙基乙胺的摩尔比可为1：10～50，具体可为1：45；

所述反应在常温下进行即可；

步骤4)之后，所述方法还包括如下处理步骤：

向所述CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒的水溶液中加入十二烷基苯磺酸钠，并利用液氮进行快速冷冻，冷冻干燥得到纳米颗粒粉末，即实现对纳米颗粒的收集。

上述的制备方法中，式2所示负载有GRGDS五肽的聚乙二醇衍生物按照包括如下步骤的方法制备：

1)采用二碳酸二叔丁酯对异官能团修饰的聚乙二醇的氨基进行保护，得到氨基保护的异官能团修饰的聚乙二醇，记为Boc-PEG-COOH，其结构式如4所示；

所述异官能团修饰的聚乙二醇的结构式如式3所示；

式3和式4中，m均为18～72之间的数；

2)在EDC的作用下，所述Boc-PEG-COOH的端羧基与NHS进行反应得到活化酯，记为Boc-PEG-NHS，其结构式如式5所示；

所述Boc-PEG-COOH、所述EDC与所述NHS的摩尔比可为1：5～10：5～10，具体可为1：10：10；

所述反应在常温下进行即可；

式5中m的定义同式3；

3)在碱性条件下，所述Boc-PEG-NHS与GRGDS五肽的端氨基进行反应得到Boc-PEG-GRGDS，其结构式如式6所示；

式6中m的定义同式3；

所述碱性条件由N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)调制得到；

所述Boc-PEG-NHS与所述N,N-二异丙基乙胺的摩尔比可为1：5～10；

所述反应在常温下进行即可；

4)在酸性条件下，脱去所述Boc-PEG-GRGDS的Boc保护基即得NH₂-PEG-GRGDS，即为式2所示负载有GRGDS五肽的聚乙二醇衍生物；

所述Boc保护基表示叔丁氧羰基；

具体可在三氟乙酸存在的条件下进行。

本发明还提供了一种静脉用全身性纳米止血药，其活性成分为所述CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒。

所述静脉用全身性纳米止血药可用于处理全身性出血，包括创伤失血、脏器内出血、深部出血及手术出血等。

所述静脉用全身性纳米止血药为注射液；

所述注射液由生理盐水(0.9％NaCl溶液)或PBS缓冲液(1.75mM KH₂PO₄，Na₂HPO₄，10.06mM>

所述注射液中，所述CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒的质量体积浓度可为5～25mg/mL，优选为15mg/mL。

包括所述CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒或所述静脉用全身性纳米止血药的急救包也属于本发明的保护范围。

本发明具有如下有益效果：

1)本发明CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒适用于全身性失血的止血，尤其对脏器内出血以及战场上穿透伤出血的救治提供新的治疗方法；

2)静脉注射给药适于复杂条件下的创伤救治，比如可提高战场上单兵自救互救能力，提高车祸等重大事故中的伤员自救能力，同时具有预防治疗双重功能；

3)本发明CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒性能稳定，可制成冻干粉使用，利于保存，适合在野外条件下使用，比如装备部队，提高复杂战创伤救治能力；

4)价格低廉，具有优于rFVII的止血效果，但克服了生物制品(例如rFVII因子)价格昂贵、表达量低、易失活、不易保存等缺陷；

5)不具有免疫原性，不会传播传染性疾病；

6)分散方便，不需要使用超声分散，直接使用生理盐水即可溶解，扩大了该类药物的应用范围；

7)热稳定性好，常温储存一段时间后不存在熔融聚集无法分散的情况；

综上所述，本发明CSS-PEG-GRGDS纳米止血颗粒具有高效的止血效果，可以用作静脉用全身性纳米止血材料，为复杂战创伤、脏器内出血和外科手术的止血救治提供了更多的药物选择，应用前景广阔。

附图说明

图1为动态光散射(DLS)检测CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒的粒径分布图。

图2为本发明CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒的扫描电镜图。

图3为血栓弹力图检测本发明CSS-PEG-GRGDS对凝血时间的影响(以重组rVFII因子作阳性对照)。

图4为本发明实施例4中大鼠肝损伤模型静脉给药后出血伤口的切面，其中，左图为PBS对照组处理后的切面，右图为CSS-PEG-GRGDS组处理后的切面。

图5为本发明实施例4中大鼠肝损伤后静脉给药后失血量的变化。

图6为本发明实施例4中猪肝损伤后静脉给药后出血伤口的切面，其中，左图为PBS对照组处理后的切面，右图为CSS-PEG-GRGDS组处理后的切面。

图7为本发明实施例4中猪肝损伤后静脉给药后失血量、失血时间的变化。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例中所述百分比浓度如无特别说明均为质量/体积(W/V)百分比浓度或体积/体积(V/V)百分比浓度。

实施例1、制备CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒

步骤一：CSS的合成

根据以下化学方程式，将壳聚糖的氨基琥珀酰化，合成琥珀酰化的壳聚糖衍生物(CSS)，具体合成方法为：

将1g壳聚糖(M_w＝8～10k>

步骤二：CSS纳米颗粒的制备

纳米微球的制备方法为：将步骤一制备的CSS 120mg溶于40mL超纯水中(浓度为3×10^-4mol/L)，在室温下搅拌，滴入2.5×10^-3mol/L的三聚磷酸钠溶液20mL，在室温搅拌半小时，即可得CSS纳米颗粒。用截留分子量为15k的透析袋透析所得CSS纳米颗粒的水溶液24小时。

步骤三：CSS纳米颗粒表面羧基的活化

根据以下化学方程式，将CSS纳米颗粒表面的羧基在EDC作用下与NHS反应得到相应的表面活化后的CSS-NHS纳米颗粒，具体合成方法为：

透析后的CSS纳米颗粒水溶液中加入58mg1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC)和38mg N-羟基丁二酰亚胺(NHS)，其中，CSS纳米颗粒、EDC与NHS的摩尔比为1：40：40，室温搅拌1小时；将反应液用截留分子量为15k的透析袋透析24小时。

步骤四：NH₂-PEG-COOH的氨基保护

根据以下化学方程式，将二碳酸二叔丁酯与异官能团修饰的聚乙二醇(NH₂-PEG-COOH)的氨基末端反应，得到氨基保护的Boc-PEG-COOH，具体合成方法为：

将1gNH₂-PEG-COOH(m为40～50)溶于40mL甲醇中；1.090g二碳酸二叔丁酯(10equiv)溶于40mL甲醇中，室温搅拌下逐滴滴入NH₂-PEG-COOH的甲醇溶液中，搅拌过夜；减压除去甲醇溶剂，加水溶解，乙酸乙酯萃取除去副产物和未反应的二碳酸二叔丁酯，产品Boc-PEG-COOH留在水相中。

步骤五：Boc-PEG-NHS的合成

根据以下化学方程式，将Boc-PEG-COOH的端羧基在EDC作用下与NHS反应得到相应的活化酯Boc-PEG-NHS，具体合成方法为：

将960mg EDC(10equiv)和576mg NHS(10equiv)加入Boc-PEG-COOH的水溶液中，室温搅拌一小时；反应液用乙酸乙酯萃取出未反应的NHS，产品Boc-PEG-NHS用二氯甲烷从水相中萃取出来。

步骤六：Boc-PEG-GRGDS的合成

根据以下化学方程式，将活化酯Boc-PEG-NHS与GRGDS五肽(甘氨酸-精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-丝氨酸，Gly-Arg-Gly-Asp-Ser)的端氨基在碱性条件下对接得到Boc-PEG-GRGDS，具体合成方法为：

1g Boc-PEG-NHS溶于水中，加入300mg GRGDS(1.25equiv)和745μL N,N-二异丙基乙胺(DIPEA，9equiv)，室温搅拌48小时；用二氯甲烷萃取出产物Boc-PEG-GRGDS。

步骤七：NH₂-PEG-GRGDS的合成

根据以下化学方程式，用三氟乙酸脱去氨基的BOC保护基，得到NH₂-PEG-GRGDS，具体合成方法为：

500mg Boc-PEG-GRGDS溶于3mL二氯甲烷中，冷却至0℃；缓慢滴入1mL三氟乙酸(TFA)，0℃下搅拌4小时。减压除去溶剂和未反应的三氟乙酸，用饱和碳酸氢钠溶液中和至pH为7-8；用二氯甲烷萃取出产品NH₂-PEG-GRGDS。

步骤八：CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒的合成

根据以下化学方程式，将活化后的CSS-NHS纳米颗粒与NH₂-PEG-GRGDS的氨基端在碱性条件下对接，得到CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒，具体合成方法为：

透析后的CSS-NHS纳米颗粒水溶液中加入120mgNH₂-PEG-GRGDS和60μL>2-PEG-GRGDS的摩尔比为1：5，CSS-NHS纳米颗粒与DIPEA的摩尔比为1：45，室温搅拌48小时；产品溶液用截留分子量为15k的透析袋透析24小时。

步骤九：纳米颗粒的收集

将步骤八制备的CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒水溶液中加入10％质量分数的十二烷基苯磺酸钠，用液氮快速冷冻，冷冻干燥得到纳米颗粒粉末。

经核磁检测，确证用上述方法制备得到的粉末为CSS纳米颗粒负载末端修饰GRGDS五肽的PEG的嵌段共聚物，结构式如式I所示。

根据上述步骤，分别改变原料壳聚糖和异官能团修饰的聚乙二醇中n和m的取值，经检测得到了CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒。

经大量制备实验证明，本发明方法能够以壳聚糖中单体个数为10～55、异官能团修饰的聚乙二醇中(CH₂-CH₂-O)片段个数为18～72作为原料制备CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒。

综上，本发明CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒的结构式如式I所示，

式I中，表示CSS纳米颗粒，其中CSS来自于琥珀酰化壳聚糖衍生物，其结构式如式Ⅱ所示，来自于负载有GRGDS五肽的聚乙二醇衍生物，其结构式如式Ⅲ所示；

式Ⅱ中，n为10～55之间的数；

式Ⅲ中，m为18～72之间的数。

实施例2、CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒的表征

将实施例1得到的纳米颗粒悬浮在纯水中，得到纳米微球溶液用于检测。

通过动态光散射测定该CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒的有效粒径，通过扫描电镜观察纳米颗粒的形貌。动态光散射(DLS)的测试结果如图1所示，其有效粒径为263.2nm，证实CSS-PEG-GRGDS颗粒的尺寸在纳米级；其扫描电镜照片如图2所示，进一步证实该CSS-PEG-GRGDS颗粒的尺寸在300nm左右。

实施例3、CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒的体外凝血功能检测

血栓弹力图(thrombelastography，TEG)是针对全血标本的凝血分析仪，作为一种测定凝血功能的检测方法，观察血液凝固过程的动态变化。TEG中的R值即凝血反应时间，指血样开始运作至第一块可检测得到的血凝块形成所需的时间，即纤维蛋白开始形成的时间。

抽取健康志愿者的静脉血(3.8％柠檬酸钠新鲜抗凝血)50mL，做TEG血栓弹力图(美国Haemoscope公司)。分别设PBS对照组、壳聚糖纳米颗粒组(CSS)、CSS-PEG-GRGDS组(RGD，10mg/mL)和rFVII组(阳性对照组)。TEG的检测结果如图3所示，与PBS对照组和CSS组相比，本发明合成的CSS-PEG-GRGDS组可明显的缩短凝血时间，促进凝血，具有和rVFII因子相似的促凝血效果，证明本发明合成的CSS-PEG-GRGDS具有促进凝血的效果。

实施例4、纳米止血药的制备(CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒的体内凝血能力检测)

本发明静脉用全身性纳米止血药，需用生理盐水(0.9％NaCl)或PBS将CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒分散后才可以进行静脉注射，具体步骤如下：

纳米微球的分散：用生理盐水(0.9％NaCl溶液)或PBS(配方：1.75mM KH₂PO₄，Na₂HPO₄，10.06mM>

1、检测CSS-PEG-GRGDS纳米微球颗粒的大鼠体内凝血能力

SD大鼠(雄性，200g左右)，戊巴比妥钠麻醉(50mg/kg)。剖腹，切去肝中叶50％左右，造肝脏内出血模型。分PBS对照组、CSS-PEG-GRGDS试验组(500μl/只，10mg/mL)、氨甲环酸TXA阳性对照组(500μl/只，5mg/mL)，尾静脉给药。

大鼠肝损伤静脉给药后，出血伤口的切面如图4(箭头为血块形成处)所示，可以看出，造成切口后，PBS对照组的肝中叶切口表面光滑，未见有凝块形成，而在CSS-PEG-GRGDS实验组的切口处有凝块形成，以减少出血。而且与对照组相比，TXA和CSS-PEG-GRGDS的失血量均减少，并且CSS-PEG-GRGDS组失血量显著降低(图5)。以上的研究结果初步说明CSS-PEG-GRGDS纳米颗粒作为静脉用止血药，具有非常好的止血效果。

2、检测CSS-PEG-GRGDS纳米微球颗粒的猪体内凝血能力

贵州小型猪，雄性，体重20～23kg，氯胺酮(15mg/kg)麻醉后异氟烷气体麻醉，设盐水对照组，TXA阳性对照组，CSS-PEG-GRGDS实验组。给药量(CSS-PEG-GRGDS，13mg/kg；TXA23mg/kg)，耳缘静脉给药。猪麻醉后，建立肝失血模型：开腹，切除肝左叶1.5cm×6cm×1cm，然后给药，出血伤口的切面如图6所示，可以看出，失血15分钟后CSS-PEG-GRGDS实验组切口处有血凝块形成，且失血时间缩短(图7(A))。结果表明CSS-PEG-GRGDS和TXA具有相似的止血效果(图7)，并且止血时间更短，以及从失血后血小板和血红蛋白等指标观察发现CSS-PEG-GRGDS的止血效果优于TXA。

由上述结果可以看出，本发明的CSS负载PEG枝接的GRGDS五肽的CSS-PEG-GRGDS纳米微球具有高效的止血效果，可以用作静脉用全身性纳米止血药，与其他止血药可相互补充，共同提高抢救效果。