一种超分子水凝胶药物与基因双重载体材料及其制备方法
【专利摘要】本发明属于生物医用材料领域，公开了一种超分子水凝胶药物与基因双重载体材料及其制备方法。所述制备方法为：通过对聚乙二醇?聚己内酯嵌段共聚物端基的修饰，合成出含有阳离子链段的多嵌段聚合物，然后将此聚合物与疏水药物溶液混合，再进一步与核酸复合，得到药物基因聚合物复合物胶束；进一步将此胶束溶液与α?环糊精溶液混合后搅拌，室温下静置，得到水凝胶。该水凝胶可用于制备可注射药物基因载体。本发明具有操作简单、凝胶强度和凝胶化时间可调、室温成型、不涉及化学交联反应以及有机溶剂的使用、获得的凝胶具备温度敏感性、良好的生物相容性和明显的转染效果等优势，有望在生物医学工程材料领域得到广泛的应用。
【专利说明】
一种超分子水凝胶药物与基因双重载体材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种超分子水凝胶药物与基因双重载体材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]药物与基因的结合治疗是目前用于癌症以及先天性免疫系统疾病治疗的一种新型有效方法。该技术实施的关键是选择合适的能够共载药物和基因的载体以及提高该载体的基因转染效率，进而不仅使药物能够在细胞中发挥作用有效释放，同时基因能够在细胞中获得安全、高效且稳定的表达。水凝胶作为一类可用作药物载体的生物医用材料，具有负载率高、可保护大分子药物免受生物体的降解或清除、以及对药物分子的可持续释放等特性，近年来已被研究用于药物与基因的负载和控释。例如，Tabassi等合成了聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯三嵌段共聚物，与环糊精作用形成超分子水凝胶，应用于可控释放的纳洛酮和维生素Bi2两种药物的递送(Journal of Sol-gel Science and Technology 2014,69:166-171) Jahesh等合成出聚酰胺胺-聚乙二醇-聚赖氨酸三嵌段聚合物能够成功负载基因进入癌细胞、沉默B淋巴细胞瘤-2基因并呈现出很好的稳定性(ACS Nano 2011,5:1877-1887)。Shi等合成的的聚乙二醇-聚己内酯-聚乙烯亚胺(mPEG5K-PCL2K-PEI2K)三嵌段聚合物形成的胶束共载阿霉素和DNA，并证明了药物基因共载产生了比单独使用药物或基因更好的抗癌效果(B1materials2014,35:4536-4547)。然而，这些合成高分子聚合物多数只能单一载基因或药物，治疗效果不显著，且载体的通常转染效率不高、毒性较大且药物载体材料也不能够缓释控释，药物利用率不高。因此，如何在温和条件下构建生物兼容性良好共载药物和基因并具有高转染效率的水凝胶药物基因载体材料，便成为当前生物医学工程领域亟待解决的重要课题。
[0003]迄今为止，通过聚合物与环糊精的主客体相互作用原位负载药物和基因的超分子水凝胶及其应用尚未见报道。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种超分子水凝胶药物与基因双重载体材料的制备方法。
[0005]本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的超分子水凝胶药物与基因双重载体材料。
[0006]本发明目的通过以下技术方案实现:
[0007]—种超分子水凝胶药物与基因双重载体材料的制备方法，包括如下制备步骤:
[0008](I)聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸(HiPEG-PCL-G3-(G3)n)多嵌段聚合物的合成:
[0009]a、将双Boc (N，N ’ _ 二叔丁氧羰基)保护的赖氨酸Ly s (boc) 2溶解于N, N-二甲基甲酰胺中，加入炔丙胺;将体系置于冰水浴中并同时通入氮气保护;然后向体系中加入1-羟基苯并三唑(HOBt)和苯并三氮唑-N，N，N’，N’_四甲基脲六氟磷酸酯(HBTU)，室温反应，反应产物经分离纯化，得到Boc保护的第一代Gl(boc)2,;将61(130(:)2脱除80(3保护基团得到G1，然后加入Lys(boC)2和N，N-二甲基甲酰胺，并加入三乙胺;将体系置于冰水浴中并同时通入氮气保护;然后向体系中加入HOBt和HBTU，在室温条件下反应，反应产物经分离纯化，得到Boc保护的第二代G2(boc)2;将G2(boc)2脱除Boc保护基团得到G2，然后加入Lys(boC)2和N，N-二甲基甲酰胺，并加入三乙胺;将体系置于冰水浴中并同时通入氮气保护;然后向体系中加入HOBt和HBTU，室温条件下反应，反应产物经分离纯化，得到Boc保护的第三代G3(boc)2，脱除Boc保护基团后得到G3;
[0010]b、将聚乙二醇与ε-己内酯在氮气保护下，于50?120°C温度下进行反应，辛酸亚锡做反应催化剂，反应产物经分离纯化，得聚乙二醇-聚己内酯嵌段聚合物(mPEG-PCL);
[0011]C、将聚乙二醇-聚己内酯嵌段聚合物溶解于N，N-二甲基甲酰胺，形成反应介质，加入叠氮乙酸，二环己基碳二亚胺作为失水剂，4-二甲氨基吡啶作为催化剂，室温反应得mPEG-PCL-N3 ；将mPEG-PCL_N3与G3溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，然后依次加入已溶解的五水硫酸铜(CuSO4.5H20)和抗坏血酸钠，在氮气保护下进行点击化学方法，反应结束后，透析除去铜离子，冷冻干燥得到聚乙二醇-聚己内酯-聚赖氨酸多嵌段聚合物(mPEG-PCL-G3);将mPEG-PCL-G3与叠氮乙酸溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，加入HOBt和HBTU，再加入三乙胺，室温反应得到mPEG-PCL-G3-N3 ；将mPEG-PCL_G3-N3和G3溶解于N，N-二甲基甲酰胺，加入五水硫酸铜和抗坏血酸钠，室温反应得mPEG-PCL-G3-(G3 )n;
[0012](2)将制得mPEG-PCL-G3- (G3) n配成水溶液，冰浴加入疏水抗癌药物的丙酮溶液，搅拌室温反应，透析冷冻干燥得mPEG-PCL-G3-(G3 )n/抗癌药物复合物；
[0013](3)将InPEG-PCL-G3-(G3)n/抗癌药物复合物配成水溶液，经过滤灭菌后，按N/P值(2-80):1与核酸溶液混合，室温条件下静置，得到!1^6-?0^3-(63)11/抗癌药物/核酸复合物溶液；
[0014](4)向步骤⑶所得的HiPEG-PCL-G3-(G3)n/抗癌药物/核酸复合物溶液中加入α-环糊精溶液，搅拌混合均匀，室温条件下静置，得到所述超分子水凝胶药物与基因双重载体材料。
[0015]所述的η表示树枝状聚赖氨酸G3的接枝数量，优选地，η为3?8的整数。
[0016]优选地，步骤a所述合成Gl过程中Boc保护的赖氨酸Lys(b0C)2与炔丙胺的摩尔比为1: (I?1.5)，所述HOBt与HBTU的摩尔比为1: (I?2);所述合成G2过程中Gl与Lys(boc)2的摩尔比为1: (1.8?2.5)，所述Lys(b0C)2与三乙胺的摩尔比为1: (2?3);所述G3合成过程中G2与Lys(boc)2的摩尔比为1: (4?5)，所述Lys(boc)2与三乙胺的摩尔比为1: (2?3);所述合成Gl、G2和G3过程中的反应时间为24?36小时。
[0017]优选地，步骤b所述聚乙二醇分子量为2000?5000，所述ε-己内酯的分子量为1000
[0018]优选地，步骤c所述聚乙二醇-聚己内酯嵌段聚合物溶解于Ν，Ν_二甲基甲酰胺形成质量体积比浓度为I?10g/mL;所述聚乙二醇-聚己内酯嵌段聚合物与叠氮乙酸的摩尔比为I: (5?10)，所述二环己基碳二亚胺与4-二甲氨基吡啶的摩尔比为(I?2):1;所述mPEG-PCL-N3与G3的摩尔比为1: (I?1.5);所述G3与五水硫酸铜的摩尔比为1: (I?2)，所述五水硫酸铜与抗坏血酸钠的摩尔比为1: (I?4);所述mPEG-PCL-G3与叠氮乙酸的摩尔比为1: (20?25)，所述叠氮乙酸与三乙胺的摩尔比为1:1;所述mPEG-PCL-G3-N3与G3摩尔比为1: (9?10)。
[0019]优选地，步骤⑵中所述mPEG-PCL-G3- (G3) n配成水溶液的质量体积溶度为I?1 %g/mL；所述疏水抗癌药物的丙酮溶液的质量体积比浓度为I?I Omg/ mL。
[0020]所述的疏水抗癌药物优选为多西紫杉醇(DTX);所述核酸是指核糖核酸(RNA)或脱氧核糖核酸(DNA)。
[0021]优选地，步骤(3)中所述静置的时间为15?30分钟;步骤(4)中所述静置的时间为6?12小时。
[0022]优选地，步骤(4)中所述的α-环糊精溶液是指质量浓度为15?20的水溶液或磷酸盐缓冲溶液。
[0023]—种超分子水凝胶药物与基因双重载体材料，通过上述方法制备得到。
[0024]本发明的原理是:聚乙二醇是亲水性高分子聚合物，具有良好的生物兼容性;而聚己内酯是疏水性聚合物，与聚乙二醇形成两亲性嵌段聚合物，亲水部分增加水溶性，疏水性部分能够通过疏水相互作用结合疏水性药物;树枝状聚赖氨酸能够与DNA通过静电相互作用结合;本发明首先利用开环聚合及点击化学合成出聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸多嵌段共聚物，此聚合物通过与药物疏水相互作用及与DNA的静电相互作用，在溶剂中形成稳定的纳米复合物;然后再通过HiPEG-PCL-G3-(G3)n*聚物与α-环糊精的主客体组装相互作用，进一步得到了原位包埋药物和基因的超分子结构水凝胶，聚合物在凝胶体系中起着药物基因负载和作为凝胶基质的双重作用。水凝胶形成的主要作用力为环糊精组装之后的结晶作用和聚己内酯链段的疏水作用力。
[0025]本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果:
[0026](I)本发明的制备方法方便快捷，可在室温下成型，条件温和，对浓度及温度要求较低；
[0027](2)本发明制备方法中，凝胶的形成过程不存在化学反应，有效地避免了化学反应及反应副产物对药物及核酸活性的影响；
[0028](3)本发明凝胶的强度和凝胶化时间可通过聚合物浓度、环糊精浓度来调控，随着聚合物或者环糊精浓度的增加，凝胶的弹性模量增加，凝胶化时间缩短；
[0029](4)本发明聚合物在体系中起着药物基因载体和凝胶基质的双重作用，可简化凝胶配方，节省成本；
[0030](5)本发明所得材料物理凝胶随着生物体中液体介质的不断冲刷溶蚀，会逐渐松散直至完全溶解，可以达到对药物和核酸的100 %的释放率；
[0031](6)本发明所得材料中作为凝胶基质的mPEG-PCL-G3-(G3 )?聚合物与疏水药物存在疏水相互作用，有利于凝胶对疏水药物的控释进行调节；
[0032 ] (7)本发明所得材料中作为凝胶基质的mPEG-PCL-G3- (G3) n聚合物与核酸存在静电作用，有利于凝胶对核酸的控释进行调节；
[0033](8)本发明所得超分子水凝胶存在温度敏感性，在32°C左右(体温以下)实现模量突变，有利于其作为可注射药物基因载体。
[0034](9)本发明所得水凝胶成分简单，生物兼容性好，能成功负载疏水抗癌药，基因转染效果明显，具备良好的剪切变稀的特性，应用方便快捷，有望作为可注射的药物基因载体广泛应用于生物医学工程材料领域。
【附图说明】
[0035]图1为实施例1所得中间产物及聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸多嵌段聚合物的红外光谱谱图；
[0036]图2为实施例1、实施例2所得超分子水凝胶药物与基因双重载体材料以及DNA进行DNA凝胶电泳迀移实验结果图；其中I为DNA，2为实施例1所得水凝胶载体材料，3为实施例1所得水凝胶载体材料；
[0037]图3为实施例1所得超分子水凝胶药物基因双重载体材料E中药物(DTX)和基因(DNA)随时间变化释放图；
[0038]图4为实施例1所得超分子水凝胶药物基因双重载体材料E在第24小时的释放液实施转染后的细胞的荧光照片图。
【具体实施方式】
[0039]下面结合实施例及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。
[0040]实施例1
[0041](I)聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸(HiPEG-PCL-G3-(G3)3?8)多嵌段聚合物的合成:
[0042]a、将双Boc(N，N’_二叔丁氧羰基)保护的赖氨酸Lys(boC)2溶解于N，N_ 二甲基甲酰胺中，加入炔丙胺;Boc保护的赖氨酸Lys(boc)2与炔丙胺的摩尔比为1:1.2;将体系置于冰水浴中并同时通入氮气保护;然后向体系中加入1-羟基苯并三唑(HOBt)和苯并三氮唑-N，N，N’，N’_四甲基脲六氟磷酸酯(HBTU)，所述1-羟基苯并三唑(HOBt)与苯并三氮唑-N，N，N’，N’-四甲基脲六氟磷酸酯(HBTU)的比为1:1;室温反24小时后，将该混合体系用200毫升乙酸乙酯稀释，然后依次用饱和碳酸氢钠、硫酸氢钠、碳酸氢钠和氯化钠洗涤;所述碳酸氢钠的用量为每100晕升有机相中加入I克;所述硫酸氢钠的用量为每100晕升有机相中加入0.1克;所述氯化钠的用量为每100毫升有机相中加入0.1克;所得有机相旋转蒸发除去溶剂，然后在流动相氯仿与甲醇条件下过柱分离;所用氯仿与甲醇的体积比为5:1;得到Boc保护的第一代Gl(boc)2，；将Gl(boc)2溶解于二氯甲烷中，在冰水浴条件下加入三氟乙酸，所述二氯甲烷与三氟乙酸的体积比为3: 2;混合物在室温条件下搅拌，然后将溶剂除去得到Gl;向所得产物Gl中加入Lys(boc)2和N，N-二甲基甲酰胺，并加入三乙胺;所述Gl与Lys(boc)2的摩尔比为1:2.2;所述Lys(boC)2与三乙胺的摩尔比为1.1:3;将体系置于冰水浴中并同时通入氮气保护;然后向体系中加入等摩尔比的1-羟基苯并三唑(HOBt)和苯并三氮唑-N，N，N’，N’_四甲基脲六氟磷酸酯(HBTU)，在室温条件下反应24小时；反应结束后，将该体系用200毫升乙酸乙酯稀释，然后在流动相氯仿与甲醇的条件下过柱分离，所用氯仿与甲醇的体积比为12:1;得到此(3保护的第二代62(130(3)2;将62(130(3)2溶解于二氯甲烷中，在冰水浴条件下加入三氟乙酸，混合物在室温条件下搅拌，然后将溶剂除去得G2;向所得产物中加入Lys(b0C)2和N，N-二甲基甲酰胺，并加入三乙胺;所述G2与Lys(boc)2的摩尔比为1:4.4;所述1^8(130(3)2与三乙胺的摩尔比为1.1:3;将体系置于冰水浴中并同时通入氮气保护;然后向体系中加入等摩尔比的1-羟基苯并三唑(HOBt)和苯并三氮唑-N，N，N’，N’_四甲基脲六氟磷酸酯(HBTU)，室温条件下反应;反应结束后，将该混合体系用200毫升乙酸乙酯稀释，然后依次用饱和碳酸氢钠、硫酸氢钠、饱和碳酸氢钠和氯化钠洗涤;所得有机相旋转蒸发除去溶剂，然后在流动相氯仿与甲醇的条件下过柱分离，所述氯仿与甲醇的体积比为18:1;得到Boc保护的第三代G3(boc)2，脱除Boc保护基团后得到G3;
[0043]b、将聚乙二醇(分子量为2000)与ε-己内酯(分子量为1000)在氮气保护下，所述聚乙二醇与ε-己内酯质量比为2:1，加入几滴辛酸亚锡做反应催化剂，通入氮气做保护10分钟，5分钟后加热至50 °C，抽真空10分钟同时加热至70°C转通入氮气10分钟，并将磁力搅拌转速100转/分钟调到250转/分钟;最后加热至120 °C继续反应12小时;反应结束后，加入二氯甲烷，所得溶液滴入冰正己烷中，继续搅拌I小时，低温沉淀，用正己烷洗涤，沉淀，弃上清，40°C真空干燥，溶于水，取上清冻干得聚乙二醇-聚己内酯嵌段聚合物(mPEG-PCL);
[0044]c、将聚乙二醇-聚己内酯嵌段聚合物溶解于30毫升N，N_二甲基甲酰胺，形成反应介质，加入叠氮乙酸，二环己基碳二亚胺作为失水剂，4-二甲氨基吡啶作为催化剂，室温反应得mPEG-PCL-N3;所述聚乙二醇-聚己内酯聚合物与叠氮乙酸的摩尔比为1:6;二环己基碳二亚胺与4-二甲氨基吡啶的摩尔比为2:l;mPEG-PCL-N3与G3溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，通过点击化学方法，依次加入已溶解的五水硫酸铜(CuSO4.5H20)和抗坏血酸钠，所述mPEG-PCL-N3与G3的摩尔比为1: 1.2;所述五水硫酸铜与抗坏血酸钠的摩尔比为1:4，在氮气保护下反应24小时。反应结束后，透析出去铜离子，冷冻干燥得mPEG-PCL-G3 ；将mPEG-PCL_G3与叠氮乙酸溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，加入1-羟基苯并三唑(HOBt)和苯并三氮唑-N，N，N’，N’-四甲基脲六氟磷酸酯(HBTU)，再加入三乙胺，所述mPEG-PCL-G3与叠氮乙酸的摩尔比为1:24；所述mPEG-PCL-G3与三乙胺的摩尔比为1:24；室温反应48小时得mPEG-PCL_G3-N3；将摩尔比为1:9.6的mPEG-PCL-G3-N3和G3溶解于N，N-二甲基甲酰胺，加入已溶解的摩尔比为1:4的五水硫酸铜和抗坏血酸钠，室温反应48小时得mPEG-PCL-G3-(G3)3?8嵌段聚合物A;(其中(G3) 3?8表示所得产物中G3的接枝数为3?8)
[0045]将本实施例得到的中间产物及聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸多嵌段聚合物(mPEG-PCL-G3-(G3)n，n = 3?8)溶于重水中进行傅里叶红外光谱表征，结果如图1所示(图中 a，mPEG-PCL ； b，mPEG_PCL-N3 ； c，mPEG-PCL_G3 ； d，mPEG-PCL-G3-N3 ； e，mPEG_PCL-G3-(G3)n)，化学位移出现在2100处的峰的变化说明对应的点击反应叠氮的峰，说明成功的合成过程。
[0046]所述叠氮乙酸按以下步骤制备得到:溴代乙酸甲酯的DMSO溶液加入叠氮化钠水溶液在氮气保护下65°C反应24小时；加入200毫升乙醚，依次用水、氯化钠、水洗涤后旋蒸；加入氢氧化钠溶液(质量体积比浓度为0.1克/毫升)室温反应3小时后，加入无水硫酸钠，离心取上清;后处理用浓盐酸调溶液PH值至O;分三次加入500毫升乙醚萃取，冰水洗涤两次后旋蒸;再加入无水硫酸钠磁力搅拌48小时，离心取上清得叠氮乙酸；
[0047](2)在室温25°C下，将步骤(I)得到的聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸多嵌段聚合物A配制成ImL质量体积百分浓度为l%(w/v)的水溶液，冰浴条件下向其中加入浓度为2mg/ml的多西紫杉醇(DTX)丙酮溶液，37°(:磁力搅拌24小时;反应结束后，用截留分子量500透析袋透析三天后过滤，冷冻干燥得mPEG-PCL-G3-(G3)3?s/DTX复合物B;将得到的mPEG-PCL-G3-(G3 )3?s/DTX的聚合物/药物复合物溶溶于甲醇中，通过高效液相色谱法(HPLC)测定11^6-?0^3-(63)3?8载药量，通过药物浓度与峰面积做线性回归，得出其载药量为1.717微克/晕升；
[0048](3)将步骤(I)得到的HiPEG-PCL-G3-(G3)3?8溶解于纯水中配制成I毫克/毫升的溶液，经0.2μπι的过滤头过滤除菌后，按Ν/Ρ值2:1-80:1与DNA溶液混合，室温条件下静置15分钟，得到mPEG-PCL-G3-(G3)3?s/DNA的聚合物/核酸复合物溶液C;将步骤(2)中的mPEG-PCL-G3-(G3)3?8/DTX复合物B溶解于纯水中配制成I毫克/毫升的溶液，经0.2μπι的过滤头过滤灭菌后，按Ν/Ρ值2:l-80:l与DNA溶液混合，室温条件下静置;得到的mPEG-PCL-G3-(G3)3?8/DTX/DNA的聚合物/药物/核酸复合物溶液D;
[0049](4)向步骤(3)所得的聚合物/药物/核酸复合物溶液D中加入1.0mL质量百分浓度为15%的α-环糊精水溶液，搅拌混合均匀，室温下静置6小时，得到超分子水凝胶药物与基因双重载体材料E。
[0050]实施例2
[0051](I)聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸(HiPEG-PCL-G3-(G3)3?8)多嵌段聚合物的合成:
[0052]a、将双Boc(N，N’_二叔丁氧羰基)保护的赖氨酸Lys(boC)2溶解于Ν，Ν_ 二甲基甲酰胺中，加入炔丙胺;Boc保护的赖氨酸Lys(boc)2与炔丙胺的摩尔比为1:1.2;将体系置于冰水浴中并同时通入氮气保护;然后向体系中加入1-羟基苯并三唑(HOBt)和苯并三氮唑-N，N，N’，N’_四甲基脲六氟磷酸酯(HBTU)，所述1-羟基苯并三唑(HOBt)与苯并三氮唑-N，N，N’，N’-四甲基脲六氟磷酸酯(HBTU)的比为1:1;室温反48小时后，将该混合体系用200毫升乙酸乙酯稀释，然后依次用饱和碳酸氢钠、硫酸氢钠、碳酸氢钠和氯化钠洗涤;所述碳酸氢钠的用量为每100晕升有机相中加入I克;所述硫酸氢钠的用量为每100晕升有机相中加入0.1克;所述氯化钠的用量为每100毫升有机相中加入0.1克;所得有机相旋转蒸发除去溶剂，然后在流动相氯仿与甲醇条件下过柱分离;所用氯仿与甲醇的体积比为5:1;得到Boc保护的第一代Gl(boc)2,;将Gl(boc)2溶解于二氯甲烷中，在冰水浴条件下加入三氟乙酸，所述二氯甲烷与三氟乙酸的体积比为I: I;混合物在室温条件下搅拌，然后将溶剂除去得到Gl;向所得产物Gl中加入Lys(boc)2和N，N-二甲基甲酰胺，并加入三乙胺;所述Gl与Lys(boc)2的摩尔比为1:2.2;所述Lys(boC)2与三乙胺的摩尔比为1.1:3;将体系置于冰水浴中并同时通入氮气保护;然后向体系中加入等摩尔比的1-羟基苯并三唑(HOBt)和苯并三氮唑-N，N，N’，N’_四甲基脲六氟磷酸酯(HBTU)，在室温条件下反应24小时；反应结束后，将该体系用200毫升乙酸乙酯稀释，然后在流动相氯仿与甲醇的条件下过柱分离，所用氯仿与甲醇的体积比为12:1;得到此(3保护的第二代62(130(3)2;将62(130(3)2溶解于二氯甲烷中，在冰水浴条件下加入三氟乙酸，混合物在室温条件下搅拌，然后将溶剂除去得G2;向所得产物中加入Lys(b0C)2和N，N-二甲基甲酰胺，并加入三乙胺;所述G2与Lys(boc)2的摩尔比为1:4.4;所述1^8(130(3)2与三乙胺的摩尔比为1.1:3;将体系置于冰水浴中并同时通入氮气保护;然后向体系中加入等摩尔比的1-羟基苯并三唑(HOBt)和苯并三氮唑-N，N，N’，N’_四甲基脲六氟磷酸酯(HBTU)，室温条件下反应;反应结束后，将该混合体系用200毫升乙酸乙酯稀释，然后依次用饱和碳酸氢钠、硫酸氢钠、饱和碳酸氢钠和氯化钠洗涤;所得有机相旋转蒸发除去溶剂，然后在流动相氯仿与甲醇的条件下过柱分离，所述氯仿与甲醇的体积比为18:1;得到Boc保护的第三代G3(boc)2，脱除Boc保护基团后得到G3;
[0053]b、将聚乙二醇(分子量为2000)与ε-己内酯(分子量为1000)在氮气保护下，所述聚乙二醇与ε-己内酯质量比为2:1，加入几滴辛酸亚锡做反应催化剂，通入氮气做保护10分钟，5分钟后加热至50 °C，抽真空10分钟同时加热至70°C转通入氮气10分钟，并将磁力搅拌转速100转/分钟调到250转/分钟;最后加热至120 °C继续反应12小时;反应结束后，加入二氯甲烷，所得溶液滴入冰正己烷中，继续搅拌I小时，低温沉淀，用正己烷洗涤，沉淀，弃上清，40°C真空干燥，溶于水，取上清冻干得聚乙二醇-聚己内酯嵌段聚合物；
[0054]C、将聚乙二醇-聚己内酯嵌段聚合物溶解于30毫升N，N_二甲基甲酰胺，形成反应介质，加入叠氮乙酸，二环己基碳二亚胺作为失水剂，4-二甲氨基吡啶作为催化剂，室温反应得mPEG-PCL-N3;所述聚乙二醇-聚己内酯聚合物与叠氮乙酸的摩尔比为1:6;二环己基碳二亚胺与4-二甲氨基吡啶的摩尔比为2:l;mPEG-PCL-N3与G3溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，通过点击化学方法，依次加入已溶解的五水硫酸铜(CuSO4.5H20)和抗坏血酸钠，所述mPEG-PCL-N3与G3的摩尔比为1: 1.2;所述五水硫酸铜与抗坏血酸钠的摩尔比为1:4，在氮气保护下反应48小时。反应结束后，透析出去铜离子，冷冻干燥得mPEG-PCL-G3 ；将mPEG-PCL_G3与叠氮乙酸溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，加入1-羟基苯并三唑(HOBt)和苯并三氮唑-N，N，N’，N’-四甲基脲六氟磷酸酯(HBTU)，再加入三乙胺，所述mPEG-PCL-G3与叠氮乙酸的摩尔比为1:24；所述mPEG-PCL-G3与三乙胺的摩尔比为1:24；室温反应48小时得mPEG-PCL_G3-N3；将摩尔比为1:9.6的mPEG-PCL-G3-N3和G3溶解于N，N-二甲基甲酰胺，加入已溶解的摩尔比为1:4的五水硫酸铜和抗坏血酸钠，室温反应48小时得mPEG-PCL-G3-(G3 )3?8嵌段聚合物；
[0055]步骤(2)?(4)的制备方法同实施例1，得到超分子水凝胶药物与基因双重载体材料。
[0056]实施例3
[0057](I)聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸(HiPEG-PCL-G3-(G3)3?8)多嵌段聚合物的合成同实施例1
[0058](2)在室温25°C下，将步骤(I)得到的聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸多嵌段聚合物A配制成ImL质量体积百分浓度为10% (w/v)的水溶液，冰浴条件下向其中加入浓度为2mg/ml的多西紫杉醇丙酮溶液，37°C磁力搅拌36小时；反应结束后，用截留分子量500透析袋透析三天后过滤，冷冻干燥得mPEG-PCL-G3-(G3)3?s/DTX复合物；
[0059](3)将步骤(I)得到的HiPEG-PCL-G3-(G3)3?8溶解于纯水中配制成I毫克/毫升的溶液，经0.2μπι的过滤头过滤除菌后，按Ν/Ρ值2:1-80:1与DNA溶液混合，室温条件下静置20分钟，得到mPEG-PCL-G3-(G3) 3?8/DNA的聚合物/核酸复合物溶液;将步骤(2)中mPEG-PCL_G3-(G3)3?8/DTX复合物溶解于纯水中配制成I毫克/毫升的溶液，经0.2μπι的过滤头过滤灭菌后，按Ν/Ρ值2:1-80:1与DNA溶液混合，室温条件下静置;得到的mPEG-PCL-G3-(G3)3?8/DTX/DNA的聚合物/药物/核酸复合物溶液；
[0060](4)向步骤(3)所得的聚合物/药物/核酸复合物溶液中加入1.0mL质量百分浓度为15%的α-环糊精水溶液，搅拌混合均匀，室温下静置6小时，得到超分子水凝胶药物与基因双重载体材料。
[0061 ] 实施例4
[0062](I)聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸(HiPEG-PCL-G3-(G3)3?8)多嵌段聚合物的合成同实施例1
[0063](2)在室温25°C下，将步骤(I)得到的聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸多嵌段聚合物A配制成ImL质量体积百分浓度为l%(w/v)的水溶液，冰浴条件下向其中加入浓度为2mg/ml的多西紫杉醇丙酮溶液，37°C磁力搅拌24小时；反应结束后，用截留分子量500透析袋透析三天后过滤，冷冻干燥得mPEG-PCL-G3-(G3)3?s/DTX复合物；
[0064](3)将步骤(I)得到的HiPEG-PCL-G3-(G3)3?8溶解于纯水中配制成I毫克/毫升的溶液，经0.2μπι的过滤头过滤除菌后，按Ν/Ρ值2:1-80:1与DNA溶液混合，室温条件下静置20分钟，得到mPEG-PCL-G3-(G3) 3?8/DNA的聚合物/核酸复合物溶液;将步骤(2)中mPEG-PCL_G3-(G3)3?8/DTX复合物溶解于纯水中配制成I毫克/毫升的溶液，经0.2μπι的过滤头过滤灭菌后，按Ν/Ρ值2:1-80:1与DNA溶液混合，室温条件下静置;得到的mPEG-PCL-G3-(G3)3?8/DTX/DNA的聚合物/药物/核酸复合物溶液；
[0065](4)向步骤(3)所得的聚合物/药物/核酸复合物溶液中加入1.0mL质量百分浓度为20%的α-环糊精水溶液，搅拌混合均匀，室温下静置12小时，得到超分子水凝胶药物与基因双重载体材料。
[0066]实施例5
[0067](I)聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸(HiPEG-PCL-G3-(G3)3?8)多嵌段聚合物的合成同实施例1
[0068](2)在室温25°C下，将步骤(I)得到的聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸多嵌段聚合物A配制成ImL质量体积百分浓度为10% (w/v)的水溶液，冰浴条件下向其中加入浓度为2mg/ml的多西紫杉醇丙酮溶液，37°C磁力搅拌36小时；反应结束后，用截留分子量500透析袋透析三天后过滤，冷冻干燥得mPEG-PCL-G3-(G3)3?s/DTX复合物；
[0069](3)将步骤(I)得到的HiPEG-PCL-G3-(G3)3?8溶解于纯水中配制成I毫克/毫升的溶液，经0.2μπι的过滤头过滤除菌后，按Ν/Ρ值2:1-80:1与DNA溶液混合，室温条件下静置15分钟，得到mPEG-PCL-G3-(G3) 3?8/DNA的聚合物/核酸复合物溶液;将步骤(2)中mPEG-PCL_G3-(G3)3?8/DTX复合物溶解于纯水中配制成I毫克/毫升的溶液，经0.2μπι的过滤头过滤灭菌后，按Ν/Ρ值2:1-80:1与DNA溶液混合，室温条件下静置;得到的mPEG-PCL-G3-(G3)3?8/DTX/DNA的聚合物/药物/核酸复合物溶液；
[0070](4)向步骤(3)所得的聚合物/药物/核酸复合物溶液中加入1.0mL质量百分浓度为20%的α-环糊精水溶液，搅拌混合均匀，室温下静置6小时，得到超分子水凝胶药物与基因双重载体材料。
[0071 ] 实施例6
[0072](I)聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸(HiPEG-PCL-G3-(G3)3?8)多嵌段聚合物的合成同实施例1
[0073](2)在室温25°C下，将步骤(I)得到的聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸多嵌段聚合物A配制成ImL质量体积百分浓度为l%(w/v)的水溶液，冰浴条件下向其中加入浓度为2mg/ml的多西紫杉醇丙酮溶液，40°C磁力搅拌24小时；反应结束后，用截留分子量500透析袋透析三天后过滤，冷冻干燥得mPEG-PCL-G3-(G3)3?s/DTX复合物；
[0074](3)将步骤(I)得到的mPEG-PCL-G3-(G3)3?8溶解于纯水中配制成10毫克/毫升的溶液，经0.2μπι的过滤头过滤除菌后，按Ν/Ρ值2:1-80:1与DNA溶液混合，室温条件下静置15分钟，得到mPEG-PCL-G3-(G3) 3?8/DNA的聚合物/核酸复合物溶液;将步骤(2)中mPEG-PCL_G3-(G3)3?8/DTX复合物溶解于纯水中配制成I毫克/毫升的溶液，经0.2μπι的过滤头过滤灭菌后，按Ν/Ρ值2:1-80:1与DNA溶液混合，室温条件下静置;得到的mPEG-PCL-G3-(G3)3?8/DTX/DNA的聚合物/药物/核酸复合物溶液；
[0075](4)向步骤(3)所得的聚合物/药物/核酸复合物溶液中加入1.0mL质量百分浓度为20%的α-环糊精水溶液，搅拌混合均匀，室温下静置12小时，得到超分子水凝胶药物与基因双重载体材料。
[0076]实施例7
[0077](I)聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸(HiPEG-PCL-G3-(G3)3?8)多嵌段聚合物的合成同实施例1
[0078](2)在室温35°C下，将步骤(I)得到的聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸多嵌段聚合物A配制成ImL质量体积百分浓度为10% (w/v)的水溶液，冰浴条件下向其中加入浓度为2mg/ml的多西紫杉醇丙酮溶液，40°C磁力搅拌36小时；反应结束后，用截留分子量500透析袋透析三天后过滤，冷冻干燥得mPEG-PCL-G3-(G3)3?s/DTX复合物；
[0079](3)将步骤(I)得到的HiPEG-PCL-G3-(G3)3?8溶解于纯水中配制成I毫克/毫升的溶液，经0.2μπι的过滤头过滤除菌后，按Ν/Ρ值2:1-80:1与DNA溶液混合，室温条件下静置15分钟，得到mPEG-PCL-G3-(G3) 3?8/DNA的聚合物/核酸复合物溶液;将步骤(2)中mPEG-PCL_G3-(G3)3?8/DTX复合物溶解于纯水中配制成I毫克/毫升的溶液，经0.2μπι的过滤头过滤灭菌后，按Ν/Ρ值2:1-80:1与DNA溶液混合，室温条件下静置;得到的mPEG-PCL-G3-(G3)3?8/DTX/DNA的聚合物/药物/核酸复合物溶液；
[0080](4)向步骤(3)所得的聚合物/药物/核酸复合物溶液中加入1.0mL质量百分浓度为15%的α-环糊精水溶液，搅拌混合均匀，室温下静置12小时，得到超分子水凝胶药物与基因双重载体材料。
[0081]性能测试:
[0082](I)实施例1所得超分子水凝胶药物与基因双重载体材料E进行流变表征，跟踪其模量随温度的变化曲线，并与步骤(I)得到的多嵌段聚合物A的质量百分浓度为12%的水溶液相对比。结果显示质量百分浓度为12%的多嵌段聚合物A水溶液在43°C左右才开始出现相转变，而且体系的模量很小，不足以达到凝胶敷料的力学强度。而组装成凝胶之后的超分子水凝胶基因载体材料E的相转变温度约为32°C，而且模量显着提高，有利于其作为可注射药物基因载体得到应用。
[0083](2)将实施例1(图中编号2)、实施例2(图中编号3)所得超分子水凝胶药物与基因双重载体材料以及DNA(图中编号I)进行DNA凝胶电泳迀移实验，结果如图2所示。结果显示，在实验条件的浓度范围内，本发明的水凝胶载体材料都能与DNA形成稳定的复合物，DNA不会从电场中迀出(见图2中的2、3);而DNA则在电场作用下迀出(见图2中的I)。
[0084](3)将实施例1所得超分子水凝胶药物基因双重载体材料E在磷酸盐缓冲溶液PBS环境下进行体外释放实验，其在第12、24和48小时释放出的聚合物/药物/基因复合物的粒径分别为181.911111、188.211111和177.2111110
[0085](4)取200微升实施例1所得超分子水凝胶药物基因双重载体材料E置于样品瓶中，向样品瓶中加入800微升磷酸盐缓冲液作为释放介质，将其置于37°C的水浴中进行体外释放实验。每隔一段时间，从上层清液中小心取出500微升释放液，然后将新鲜的500微升磷酸盐缓冲液补加到烧杯中。取出的释放液用200转/分钟的转速离心分离，除去释放液中的悬浮物。多西紫杉醇(DTX)药物的含量通过紫外-可见分光光度计测得，DNA的含量通过酶联免疫吸附试验测定(ELISA试剂盒)，释放结果如图3所示。
[0086](5)将实施例1所得的超分子水凝胶药物基因双重载体材料E在磷酸盐缓冲溶液PBS环境下进行体外释放实验，释放出的聚合物/DNA复合物定量后用于对乳腺癌细胞(MCF-7)的转染实验，超分子水凝胶基因双重载体材料E在第24小时的释放液实施转染后的细胞的荧光照片如图4所示。阳性对照组PEI/DNA表现出较高的转染效率，达到约46%;而阴性对照裸DNA的转染效率近乎为0%;超分子水凝胶基因载体材料E在第12、24和48小时释放出的聚合物/pEGFP复合物样品的转染效率分别为12 %、18 %和14%，表现出良好的转染效果。通过与新制备的聚合物/DNA复合物胶束的转染效率(18%)比较，可以确定在凝胶的制备、保存以及释放过程中，凝胶以及聚合物对PEGFP的活性起到了良好的保护作用，DNA结构的完整性和胶体稳定性得到了较好地保持。
[0087]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，其它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。
【主权项】
1.一种超分子水凝胶药物与基因双重载体材料的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤: (1)聚乙二醇-聚己内酯-树枝状聚赖氨酸多嵌段聚合物的合成: a、将双Boc保护的赖氨酸Lys(boc)2溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，加入炔丙胺;将体系置于冰水浴中并同时通入氮气保护;然后向体系中加入HOBt和HBTU，室温反应，反应产物经分离纯化，得到Boc保护的第一代Gl(boc)2，；将61(130(:)2脱除80(3保护基团得到G1，然后加入Lys(boC)2和N，N-二甲基甲酰胺，并加入三乙胺；将体系置于冰水浴中并同时通入氮气保护;然后向体系中加入HOBt和HBTU，在室温条件下反应，反应产物经分离纯化，得到Boc保护的第二代G2(boc)2;将G2(boc)2脱除Boc保护基团得到G2，然后加入Lys(boC)2和N，N-二甲基甲酰胺，并加入三乙胺;将体系置于冰水浴中并同时通入氮气保护;然后向体系中加入HOBt和HBTU，室温条件下反应，反应产物经分离纯化，得到Boc保护的第三代G3(boc)2，脱除Boc保护基团后得到G3; b、将聚乙二醇与ε-己内酯在氮气保护下，于50?120°C温度下进行反应，辛酸亚锡做反应催化剂，反应产物经分离纯化，得聚乙二醇-聚己内酯嵌段聚合物； c、将聚乙二醇-聚己内酯嵌段聚合物溶解于N，N-二甲基甲酰胺，形成反应介质，加入叠氮乙酸，二环己基碳二亚胺作为失水剂，4-二甲氨基吡啶作为催化剂，室温反应得mPEG-PCL-N3 ；将mPEG-PCL-N3与G3溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，然后依次加入已溶解的五水硫酸铜和抗坏血酸钠，在氮气保护下进行点击化学方法，反应结束后，透析除去铜离子，冷冻干燥得到聚乙二醇-聚己内酯-聚赖氨酸多嵌段聚合物mPEG-PCL-G3;将HiPEG-PCL-G3与叠氮乙酸溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，加入HOBt和HBTU，再加入三乙胺，室温反应得到mPEG-PCL-G3-N3 ；将mPEG-PCL-G3-N3和G3溶解于N，N-二甲基甲酰胺，加入五水硫酸铜和抗坏血酸钠，室温反应得 mPEG-PCL-G3-(G3 )n; (2)将制得mPEG-PCL-G3-(G3) n配成水溶液，冰浴加入疏水抗癌药物的丙酮溶液，搅拌室温反应，透析冷冻干燥得mPEG-PCL-G3-(G3 )n/抗癌药物复合物； (3)将mPEG-PCL-G3-(G3)n/抗癌药物复合物配成水溶液，经过滤灭菌后，按N/P值(2-80):1与核酸溶液混合，室温条件下静置，得到mPEG-PCL-G3-(G3)n/^t癌药物/核酸复合物溶液； (4)向步骤(3)所得的mPEG-PCL-G3-(G3) n/抗癌药物/核酸复合物溶液中加入α-环糊精溶液，搅拌混合均匀，室温条件下静置，得到所述超分子水凝胶药物与基因双重载体材料。2.根据权利要求1所述的一种超分子水凝胶药物与基因双重载体材料的制备方法，其特征在于:所述η为3?8的整数。3.根据权利要求1所述的一种超分子水凝胶药物与基因双重载体材料的制备方法，其特征在于:步骤a所述合成Gl过程中Boc保护的赖氨酸Lys(boC)2与炔丙胺的摩尔比为1: (I?1.5)，所述HOBt与HBTU的摩尔比为1: (I?2);所述合成G2过程中Gl与Lys(boc)2的摩尔比为1: (1.8?2.5)，所述Lys(boc)2与三乙胺的摩尔比为1: (2?3);所述G3合成过程中G2与1^8(1300)2的摩尔比为1: (4?5)，所述Lys(boc)2与三乙胺的摩尔比为1: (2?3);所述合成Gl、G2和G3过程中的反应时间为24?36小时。4.根据权利要求1所述的一种超分子水凝胶药物与基因双重载体材料的制备方法，其特征在于:步骤b所述聚乙二醇分子量为2000?5000，所述ε-己内酯的分子量为1000。5.根据权利要求1所述的一种超分子水凝胶药物与基因双重载体材料的制备方法，其特征在于:步骤c所述聚乙二醇-聚己内酯嵌段聚合物溶解于N，N-二甲基甲酰胺形成质量体积比浓度为I?10g/mL;所述聚乙二醇-聚己内酯嵌段聚合物与叠氮乙酸的摩尔比为1: (5?10)，所述二环己基碳二亚胺与4-二甲氨基吡啶的摩尔比为(I?2):1;所述mPEG-PCL-N3与G3的摩尔比为1: (I?1.5);所述G3与五水硫酸铜的摩尔比为1: (I?2)，所述五水硫酸铜与抗坏血酸钠的摩尔比为1: (I?4);所述mPEG-PCL-G3与叠氮乙酸的摩尔比为1: (20?25)，所述叠氮乙酸与三乙胺的摩尔比为I: I;所述mPEG-PCL-G3-N3与G3摩尔比为1: (9?10)。6.根据权利要求1所述的一种超分子水凝胶药物与基因双重载体材料的制备方法，其特征在于:步骤⑵中所述mPEG-PCL-G3-(G3 )?配成水溶液的质量体积溶度为I?1 % g/mL;所述疏水抗癌药物的丙酮溶液的质量体积比浓度为I?10mg/mL。7.根据权利要求1所述的一种超分子水凝胶药物与基因双重载体材料的制备方法，其特征在于:所述的疏水抗癌药物是指为多西紫杉醇;所述核酸是指核糖核酸或脱氧核糖核酸。8.根据权利要求1所述的一种超分子水凝胶药物与基因双重载体材料的制备方法，其特征在于:步骤(3)中所述静置的时间为15?30分钟;步骤(4)中所述静置的时间为6?12小时。9.根据权利要求1所述的一种超分子水凝胶药物与基因双重载体材料的制备方法，其特征在于:步骤(4)中所述的α-环糊精溶液是指质量浓度为15?20的水溶液或磷酸盐缓冲溶液。10.一种超分子水凝胶药物与基因双重载体材料，其特征在于:通过权利要求1?9任一项所述的方法制备得到。
【文档编号】A61K48/00GK105920614SQ201610471978
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】谭绍早, 杨雨萌, 胡家彩
【申请人】佛山市高明绿化纳新材料有限公司