一种具有还原性响应的阿霉素聚前药纳米胶束及其制备方法和应用与流程

本发明属于可降解医用高分子合成，抗癌药物缀合物设计制备领域，特别涉及一种具有还原性响应的阿霉素聚前药纳米胶束及其制备方法和应用。

背景技术：

阿霉素(adriamycin,dox)又名1,4-羟基柔红霉素，1,4-羟基正定霉素，多索柔比星，羟基红比霉素，是一种蒽环类抗肿瘤抗生素，属周期非特异性药物，具有广谱抗肿瘤活性，对各种生长周期的肿瘤细胞都有杀灭作用。阿霉素能成功抑制多种恶性肿瘤，包括乳腺癌、肝癌、胃癌、肺癌、甲状腺癌、卵巢癌、膀胱癌等实体肿瘤。临床上常用作为第二线药物，即在首选药物耐药时可考虑应用此药。其分子式为：c27h29no11，分子量为：543.52，cas.no.23214-92-8，其分子结构如下：

其作用机制可以简单描述为：阿霉素通过嵌入dna碱基对之间，并紧密结合到dna上，从而阻止dna的合成，也可阻止dna依赖性rna多聚酶的作用，干扰转录过程，抑制rna的合成，最终引起细胞凋亡。由于阿霉素存在半衰期短、靶向性差、水溶性差和毒副作用大等缺点，限制了它的进一步应用。为了提高阿霉素的水溶性，临床上常见的药物形式是盐酸阿霉素，但变成盐酸盐后，阿霉素的药效学功能大幅下降，从而给临床应用带来很大困难。因此研究如何提高阿霉素的长循环特性、靶向性和降低药物的毒副作用具有重要意义。

聚前药两亲性分子，指以抗肿瘤药物的前药基元为单体聚合得到的两亲性含有前药重复单元的高分子，且具有响应性控制释放药物的潜能是聚前药两亲性分子的基本特征。聚前药两亲性分子的载药量很高，并能通过响应肿瘤部位特殊的微环境实现药物释放的智能性，大大降低了对正常组织的毒副作用，并通过增加溶解度低或不溶于水的药物的水溶性，从而提高生物相容性来改善药代动力学。

通过对聚前药两亲性分子的可控分子自组装可以获得多种外貌的纳米粒子，即疏水嵌段形成内核，亲水嵌段形成外壳。疏水性的药物可包埋入疏水内核而亲水性的外壳能起到屏障和保护的作用。其中，具有适宜尺寸的纳米粒子可以有较好的“增强渗透滞留”(epr)效应。epr效应有利于纳米粒子穿透肿瘤缺损的血管内皮细胞进入肿瘤组织，长时间在肿瘤组织中蓄积和滞留，这使得纳米粒子具有一定的靶向性，以减少对正常组织的伤害。因此，将阿霉素改性为含有响应肿瘤微环境还原性条件下断裂二硫键的前药单体，经过高效聚合，得到两亲性的聚前药分子并通过自组装形成纳米粒子实现药物释放的靶向性和智能性，同时表现出良好的生物相容性，极大程度减轻了药物的毒副作用，有望为抗肿瘤领域提供更多的选择。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种具有还原性响应的阿霉素聚前药纳米胶束。

本发明再一目的在于提供上述具有还原性响应的阿霉素聚前药纳米胶束的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种具有还原性响应的阿霉素聚前药纳米胶束，其由以下方法制备得到：

(1)在溶剂、催化剂和脱水剂存在条件下，将含二硫键的羧酸单体和丙烯酸-2-羟乙基酯或甲基丙烯酸羟乙酯进行反应，得到含二硫键的单端官能化产物；

(2)在催化剂和脱水剂存在条件下，将步骤(1)的含二硫键的单端官能化产物在溶剂中反应形成活性酯中间体，再加入阿霉素，进一步反应形成含二硫键的阿霉素前药单体doxm；

(3)将小分子链转移剂、亲水单体和引发剂在溶剂存在条件下进行反应，得到大分子链转移剂；

(4)将大分子链转移剂和含二硫键的阿霉素前药单体doxm在引发剂存在条件下发生聚合反应，得到具有还原性响应的阿霉素聚前药两亲分子pdma-b-pdoxm；

(5)将步骤(4)制备得到的具有还原性响应的阿霉素聚前药两亲分子pdma-b-pdoxm通过自组装形成具有还原性响应的阿霉素聚前药纳米胶束。

步骤(1)中所述的催化剂为n,n-二甲氨基吡啶(dmap)，所述的脱水剂为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(edc)，所述的溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃等中的至少一种；步骤(1)中所述的含二硫键的羧酸单体为2,2'-二硫代二乙酸、3,3'-二硫代二丙酸、4,4'-二硫代二丁酸中的至少一种，优选为4,4'-二硫代二丁酸；

步骤(1)中所述的含二硫键的羧酸单体、丙烯酸-2-羟乙基酯或甲基丙烯酸羟乙酯、催化剂和脱水剂的摩尔比为1：0.8～1：1～10：1～10；

步骤(1)中所述的反应是指在室温下反应过夜；

步骤(2)中所述的催化剂为n-羟基丁二酰亚胺(nhs)，所述的脱水剂为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(edc)，所述的溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃等中的至少一种；

步骤(2)中所述的含二硫键的单端官能化产物、阿霉素、催化剂以及脱水剂的摩尔比为1：0.8～1：1～10：1～10；

步骤(2)中所述的反应形成活性酯中间体是指在室温下搅拌反应12h～48h；步骤(2)中所述的进一步反应是指在室温下继续搅拌反应12h～48h；

步骤(3)中所述的引发剂为偶氮二异丁腈(aibn)、偶氮二异庚腈(abvn)、偶氮二异丁酸二甲酯(aibme)中的至少一种，优选为偶氮二异丁腈；步骤(3)中所述的亲水单体为n,n-二甲基丙烯酰胺(dma)、乙二醇(peg)、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(dmaema)等中的至少一种，优选为n,n-二甲基丙烯酰胺；步骤(3)中所述的溶剂为1,4-二氧六环、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺等中的至少一种；步骤(3)中所述的小分子链转移剂为4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸、二硫代氨基甲酸酯、三硫代碳酸酯等中的至少一种，优选为4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸；

步骤(3)中所述的引发剂、小分子链转移剂、亲水单体的摩尔比为0.1～0.5：1：1～1000；

步骤(3)中所述的反应是指在真空状态下50～120℃反应12～72h；

步骤(4)中所述的引发剂为偶氮二异丁腈(aibn)、偶氮二异庚腈(abvn)、偶氮二异丁酸二甲酯(aibme)等中的至少一种；所述的聚合反应所用的溶剂为二甲基亚砜、1,4-二氧六环、二甲基甲酰胺等中的至少一种。

步骤(4)中所述的引发剂、大分子链转移剂、含二硫键的阿霉素前药单体doxm的摩尔比为0.1～0.5：1：4～400，优选为0.2:1:20；

步骤(4)中所述的聚合反应是指在真空状态下50～120℃反应12～72h，优选在70℃反应42h；

步骤(5)中所述的自组装的方法可以为纳米沉淀法、透析法、薄膜分散法和乳化溶剂挥发法中的一种；优选为纳米沉淀法；

步骤(5)中所述的自组装主要包括以下步骤：将具有还原性响应的阿霉素聚前药两亲分子pdma-b-pdoxm溶解在有机溶剂中，然后注入到高速搅拌(500～1500转/分钟)的水相中，再通过透析除去有机溶剂即获得具有还原性响应的阿霉素聚前药纳米胶束，水溶液低温短期保存，冻干处理后的粉末低温长期保存；

步骤(5)中所述的有机溶剂为二甲基亚砜、1,4-二氧六环、二甲基甲酰胺等中的至少一种；所述的将具有还原性响应的阿霉素聚前药溶解在有机溶剂中的浓度为0.1mg/ml～1000mg/ml，水的体积为所使用的有机溶剂体积的4～1000倍，透析膜的分子量为1.0～5.0kda；

上述的具有还原性响应的阿霉素聚前药纳米胶束在制备抗乳腺癌、肝癌、肺癌等药物中的应用。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：

本发明采用甲基丙烯酸羟乙酯和4,4'-二硫代二丁酸为基本原料，对阿霉素的氨基进行改性，引入二硫键基元，制备一类含有二硫键还原性响应的阿霉素前药单体doxm，采用可逆加成断裂链转移聚合方法(raft)制备了聚前药两亲性分子pdma-b-pdoxm。聚(n,n-二甲基丙烯酰胺)-嵌段-聚前药阿霉素(pdma-b-pdoxm)具有很高的载药量(＞50wt％)，并提高了药物的水溶性和稳定性。其中的二硫键使得药物载体到达肿瘤靶向部位之后响应肿瘤细胞还原性微环境，释放出小分子原药阿霉素，这不仅降低了药物毒性，还能在肿瘤细胞内智能释放抗癌药物。

本发明进一步拓宽了药物传输载体设计的思路，密切联系肿瘤细胞还原性微环境，实现疏水性药物的高效提送并响应式释放原药，提高药物稳定性，水溶性和可控释放，具有独创性。

附图说明

图1为本发明的具有还原性响应的阿霉素聚前药纳米胶束的合成路线图；

图2为实施例1制备的产物以及实施例2制备的还原性响应阿霉素前药单体doxm的核磁氢谱图；

图3为采用粒度仪对实施例5的纳米胶束dpp在水相中的尺寸进行的表征图；

图4为实施例5的纳米胶束dpp的透射电镜结果表征图；

图5为阿霉素聚前药两亲性分子还原性响应释放活性阿霉素药物机制图；

图6为dpp纳米粒子在不同溶度二硫苏糖醇(dtt)条件下的体外模拟释药曲线；

图7为dpp纳米粒子在不同浓度下的细胞毒性抑制率图；

图8为活体实验中对照组(pbs)、小分子阿霉素组和纳米粒子(dpp)组在21天内肿瘤体积的变化图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。

实施例中所用原料如下：4,4'-二硫代二丁酸，甲基丙烯酸羟乙酯(hema)，盐酸阿霉素(dox·hcl)，n,n-二甲基丙烯酰胺(dma)，二硫苏糖醇(dtt)，三乙胺(tea)购自sigma-aldrich公司，使用时未进一步纯化。偶氮二异丁腈(aibn)购自acros并用95％乙醇重结晶纯化。二氯甲烷用氢化钙干燥，然后回流纯化。n,n-二甲氨基吡啶(dmap)，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(edc)，n-羟基琥珀酰亚胺(nhs)，乙醚，乙酸乙酯，1,4-二氧六环，二甲基亚砜等其他试剂均为分析纯，均购自国药集团化学试剂有限公司，未进一步纯化直接使用。实验中所用的超纯水均由milli-qsp智能超纯水系统制备，电阻率为18.4mω·cm。小分子链转移剂分子4参考文献方法制得(j.am.chem.soc.2013,135,46,17617-17629)。

实施例1～4中具体合成路线如图1所示。

实施例1：4,4'-二硫代二丁酸单端化改性

在250ml双口圆底烧瓶中，称取4,4'-二硫代二丁酸(5g,20.98mmol)，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐edc(8.04g，41.96mmol)，dmap(5.13g，41.96mmol)和100ml干燥二氯甲烷，冰水浴冷却，磁子搅拌条件下至完全溶解。恢复室温继续搅拌4h使混合物充分溶解后加入甲基丙烯酸-2-羟基乙酯hema(2.49g，19.11mmol)，室温过夜搅拌。24h反应停止后，旋转蒸发去除溶剂。粗产物用硅胶柱色谱分离纯化，用石油醚:二氯甲烷＝1:1和二氯甲烷洗脱得到黄色油状液体(4.19g，产率:56％)。

实施例2：还原性响应阿霉素前药单体doxm的制备

先对盐酸阿霉素进行脱盐处理。在250ml圆底烧瓶中，称取盐酸阿霉素(40mg，6.9mmol)分散于150ml干燥二氯甲烷中，加入200ml三乙胺(1mgdox·hcl加入5ml三乙胺)。室温搅拌至盐酸阿霉素完全溶解，旋转蒸发把液体浓缩至30ml，过滤后收集滤液待用，称取实施例1中的产物(24.18mg，6.9mmol)，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐edc(2.65mg，13.8mmol)，n-羟基丁二酰亚胺nhs(1.59mg，13.8mmol)溶解于10ml干燥二氯甲烷。过夜室温搅拌24h后加入脱盐后的dox溶液继续反应24h。反应结束后，用去离子水和饱和nacl水溶液各萃取三次，收集有机相，用无水硫酸钠干燥，然后过滤，浓缩。粗产品用硅胶柱色谱分离纯化，用乙酸乙酯和乙酸乙酯:甲醇＝100:1，洗脱得红色固体产物doxm(32.7mg，产率:51％)。

实施例3：聚(n,n-二甲基丙烯酰胺)pdma大分子链转移剂的制备

将链转移剂4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸(化合物4)(15mg,0.054mmol)、n,n-二甲基丙烯酰胺(化合物5)(dma,319.4mg,3.222mmol)和偶氮二异丁腈(aibn,1.77mg,0.011mmol)在安瓿瓶中溶于1ml1,4-二氧六环。将安瓿瓶置于液氮中冷冻后用油泵抽气，然后密闭安瓿瓶，恢复到室温使反应混合物融化，然后再冷冻抽气，如此冻融循环反复操作三次，使其反应环境中尽可能没有空气，达到真空的状态。然后再进行密封，70℃下搅拌反应13h后用液氮终止聚合反应，打开反应瓶，将反应后混合物在冰乙醚中沉淀，离心，再溶解在二氯甲烷中并用大量冰乙醚沉淀，反复三次，乙醚的体积是二氯甲烷的10倍以上。最终产物在真空干燥箱中室温过夜干燥，得到粉红色粘度固体，即大分子链转移剂pdma58(化合物6)(227.39mg,产率68％)。

实施例4：阿霉素聚前药两亲性分子pdma-b-pdoxm的制备

将实施例3中制备得到的大分子链转移剂pdma58(68.82mg,0.0114mmol)，实施例2制备的阿霉素前药单体doxm(200mg,0.2283mmol)，和偶氮二异丁腈aibn(0.377mg,0.0023mmol)在安瓿瓶中溶于1ml1,4-二氧六环和1ml二甲基亚砜。将安瓿瓶置于液氮中冷冻后用油泵抽气，然后密闭安瓿瓶，恢复到室温使反应混合物融化，然后再冷冻抽气，如此冻融循环反复操作三次，使其反应环境中尽可能没有空气，达到真空的状态。然后再进行密封，70℃下搅拌反应42h后用液氮中止聚合反应，打开反应瓶，将反应后混合物在冰乙醚中沉淀，离心，再溶解在二氯甲烷中并用大量冰乙醚沉淀，反复三次，乙醚的体积是二氯甲烷的10倍以上。最终产物在真空干燥箱中室温过夜干燥，得到红色固体(145mg,产率54％)，即得到阿霉素聚前药两亲性分子pdma58-b-pdoxm19。

实施例1制备的产物以及实施例2制备的还原性响应阿霉素前药单体doxm的核磁氢谱图如图2所示，从图2中可以成功看出合成了还原性响应阿霉素前药单体doxm。阿霉素聚前药两亲性分子pdma58-b-pdoxm19的载药量为50.3％。

实施例5：阿霉素聚前药纳米粒子的构建

将2mgpdma-b-pdoxm溶于1ml二甲基亚砜中，旋涡震荡使其充分溶解，将其一次性迅速注入快速搅拌的水相(9ml)中。加完后继续搅拌1h，然后通过分子量为3.5kda的透析膜去除有机溶剂。每2h换一次水，透析8h后得到阿霉素聚前药纳米胶束命名为dpp。对自组装形成的纳米胶束的尺寸进行了表征，结果如图3和图4所示。图3为采用粒度仪表征的纳米粒子在水相中的尺寸进行的表征图，得到粒径约为74.6nm，图4为纳米粒子的透射电镜表征图，得到粒径约为56.8nm。而且透射电镜tem的结果略小于动态光散射的结果。这是由于采用粒度仪对该纳米粒子在水相中的尺寸进行表征时，胶束外面形成一层水化层，造成粒径略大于tem结果的现象。这些纳米粒子粒径均匀，大小在40～80nm，可以很好的通过epr效应选择性的富集于肿瘤组织，因而可以增加阿霉素的抗肿瘤治疗效果。

实施例6：聚前药两亲性分子还原性响应药物释放特征

基于doxm嵌段的聚前药两亲性分子的还原性响应释放药物的机制如图5所示，侧链doxm上的二硫键在还原性环境中可以断裂，产生含有巯基的中间体，巯基再与碳酸酯键发生分子内亲核取代，生成比较稳定的五元环硫内酯，同时释放dox原药。因此含doxm嵌段的聚前药两亲性分子都表现出很好的还原性响应释放药物特点。

在体外模拟还原性条件下释药，取实施例5中构建的阿霉素聚前药纳米粒子dpp，通过分子量为1000da的超滤管将浓度浓缩为2mg/ml。取1mldpp置于1000da透析袋中，把透析袋完全浸没在50mlpbs缓冲液中。pbs中含有不同浓度(2μmol/l，5mmol/l，10mmol/l)的二硫苏糖醇(dtt)。在设定的时间内取样，进行hplc检测分析。实验结果如图6所示，发现纳米粒子dpp在还原性环境中能很好地释放阿霉素原药，实现可控药物传输目的。

实施例7.阿霉素聚前药两亲性分子作为抗肿瘤药物载体的应用

采用四氮唑盐还原法(mtt)对人体乳腺癌mcf-7细胞株进行试验：取处于生长对数期的mcf-7细胞(atcc编号：htb-22^tm)，将细胞浓度调为5000个/孔，在96孔培养板中加入100μl/孔的rpmi-1640细胞培养液(含10％fbs和1％双抗)(购于gibco公司)，边缘孔用无菌pbs填充。放置培养箱中5％co2，37℃培养24h后再加药，阿霉素聚前药两亲性分子组装形成的纳米粒子dpp加入到培养液阿霉素的终浓度分别为0、0.6、1.2、2.5、5、10μg/ml6个梯度。每个梯度实验组均设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。孵育36h后弃上清培养液，每孔加入20μlmtt(四氮唑，5mg/ml)溶液，置于37℃二氧化碳培养箱内继续培养4h。终止培养后小心吸去孔内培养液，每孔加入180μl的二甲基亚砜，置摇床上低速振荡15min，使结晶物充分溶解。然后在酶标仪570nm测定各孔的吸光od值。结果如图7所示，其中细胞生长存活率按以下公式计算：存活率＝(实验组平均od值/对照组平均od值)×100％，体外模拟细胞毒性实验结果表明dpp有较好的肿瘤杀伤效果。

活体实验:取细胞数为5×10⁶的人乳腺癌细胞mcf-7接种于雌性balb/c裸鼠后肢外侧皮下，继续饲养，待瘤体长到70～90mm³后将裸鼠随机分成3组，每组6只，分别尾静脉注射dpp、游离阿霉素和空白对照组pbs，每3天1次，每次注射剂量为同等质量的阿霉素(3mg/kg)，连续注射6次。21天后断颈处死裸鼠，分离出瘤组织。按公式v＝1/2(a×b²)(v：瘤体积，a：长径，b：短径)计算肿瘤体积，绘制生长曲线。结果如图8所示，同样也表明dpp有较好的肿瘤杀伤效果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。