能触发药物释放的基于可降解的两亲性多臂超支化共聚物的单分子胶束外文翻译资料

 2022-06-20 11:06

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能触发药物释放的基于可降解的两亲性多臂超支化共聚物的单分子胶束

PANG Yan1, LIU JinYao1, SU Yue1, ZHU BangShang2, HUANG Wei1,

ZHOU YongFeng1, ZHU XinYuan1,2* amp; YAN DeYue1*

1化学与化学工程学院，金属基复合材料国家重点实验室，

上海交通大学，上海200240

2上海交通大学仪器分析中心，上海200240

2010年月18收到，2010年月22接受。

摘要：一种新型的可降解的两亲性多臂超支化共聚物(H40-star-PLA-SS-PEG)发展成单分子胶束，用于抑制药物的释放，它是以Boltornreg;H40为核心、在疏水和亲水结构之间以二硫键连接聚L-丙交酯(PLA)内壳和聚乙二醇(PEG)外壳为基础。采用核磁共振(NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、凝胶渗透色谱(GPC)、差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TGA)等手段对H40-star-PLA-SS-PEG进行了详细的表征。透射电子显微镜(TEM)和动态光散射(DLS)分析表明，H40-star-PLA-SS-PEG在水溶液中形成稳定的单分子胶束，平均粒径为19 nm。令人感兴趣的是，这些胶束在10毫米二硫苏糖醇(DTT)的反应下迅速聚集成大颗粒，这很可能是由于亲水性PEG外壳通过还原裂解二硫键而脱落。作为一种疏水抗癌药物，阿霉素(DOX)被包裹在这些还原性单分子胶束中。体外释放研究表明，在还原刺激作用下，PEG外壳在DOX负载胶束中的脱膜导致药物的快速释放。流式细胞术和共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)检测表明，这些DOX负载的胶束容易被活细胞内化。四甲基偶氮唑蓝(MTT)实验表明，与游离DOX相比，DOX负载H40-star-PLA-SS-PEG胶束的药效明显增强。所有这些结果表明，这些可降解的单分子胶束是一种很有前途的载体，可在细胞内引发疏水抗癌药物的释放。

关键词：超支化聚合物，单分子胶束，药物投递

  1. 引言

在过去的几十年中，自组装胶束已成为最有希望的纳米载体系统之一，用于控制各种疏

水治疗化合物[1-3]的释放。在水环境中，共聚物的疏水组分分离到胶束的核心，而亲水组分形成电晕。疏水胶束核是疏水药物通过非共价包封形成的微环境，而电晕则是疏水核与外部介质的稳定界面[4-6]。这些胶束通常有几个独特的优点，如大大提高药物在水中的溶解度，延长循环时间，通过增强通透性和保留效应(EPR)被动靶向肿瘤组织，减少副作用，提高药物生物利用度[7，8]然而，当在血液中的两亲性线性共聚物的浓度低于临界胶束浓度(CMC)时，其在体内的胶束往往不稳定[9]。由此产生的胶束的解体可能导致药物的爆裂释放，这可能会由于药物浓度的潜在大幅波动而引起严重的毒性问题[10]。

利用独特的共价核-壳结构，多臂超支化共聚物被发展成单分子胶束，以克服经典胶束[11-14]的不稳定性。单分子胶束结构在稀溶剂中不分解，对体内环境变化稳定。多臂超支化共聚物除了具有良好的稳定性外，其高支化结构也为药物包封提供了许多纳米保持物。因此，大量的双亲水或两亲性多臂超支化共聚物被作为单分子胶束用于细胞内药物释放[15-23]。然而，由于胶束中药物向细胞质释放的效率低下，细胞内的活性药物浓度往往不足。在胶束到达细胞质后实现药物的快速释放是一种理想的方法，可以提高药物的治疗效果，降低细胞内的耐药概率。

在过去几年中，由于需要迅速释放药物以响应适当的刺激，合成了几种对温度、pH和氧化还原有反应的多臂刺激反应的超支共聚物，其中一些还被用作智能药物载体[24-31]。这些给药系统一旦到达靶细胞，就会被刺激而迅速释放药物，从而在细胞内诱导侵袭性活动，从而产生最大的治疗效果，副作用相对较低[32，33]。这些刺激响应型结构中，含有稳固二硫键的功能的多臂超支化共聚物在细胞内药物输送特别有趣，因为轻度氧化的细胞外环境和细胞内液[ 34 ]还原的氧化还原电位之间存在较大高度差。在还原剂如谷胱甘肽(GSH)的存在下，二硫键可以发生断裂，谷胱甘肽(GSH)是在人的血浆中发现的，而在细胞液中约为10mmol。有趣的是，一些肿瘤细胞中的细胞内谷胱甘肽浓度比正常细胞高出好几倍。因此，基于二硫键的单分子胶束可以促进非共价药物的胞内释放。尽管近年来，从两亲性线性共聚物中分离出的各种自组装胶束已经被用于建立对还原敏感的药物传递系统[37-41]，但据我们所知，基于两亲性多臂超支化共聚物的单分子胶束在细胞内给药方面还未见报道。

Boltornreg;H40(H40)是一种超支化脂肪族聚酯，由于其生物降解性、生物相容性、球形结构和末端基团功能，在设计单分子胶束方面受到了广泛的关注。为了提高胶束稳定性和载药量[42，43]，一些以H40为核心的两亲性多臂超支化共聚物被制备出来。为了构建还原引发药物释放的单分子胶束体系，设计并合成了一种基于以H40为核、在疏水和亲水结构之间以二硫键连接聚L-丙交酯(PLA)内壳和聚乙二醇(PEG)外壳的新型可降解两亲性多臂超支化共聚物(H40-star-PLA-SS-PEG)。H40核和PLA内壳均为脂肪族生物降解聚酯。由于聚L-丙交酯和聚乙二醇的分子量可以在合成过程中得到控制，该聚合物的分子尺寸可以很容易地调整，从而可以调节所得胶束的载药量和释药曲线。此外，PEG外壳可以保护胶束在生物介质中不受攻击，从而提高胶束的稳定性，延长胶束在体内的循环时间。此外，这些胶束的亲水性外壳可以在不受还原刺激的情况下分离，从而导致药物迅速释放，从而破坏胶束结构。药物载药胶束的体外研究表明，H40-star-PLA-SS-PEG作为智能药物载体具有很大的应用潜力。

  1. 实验

2.1材料

  1. N-二甲基甲酰胺(DMF)经氢化钙干燥后，经真空蒸馏纯化。甲苯在氮气中与新鲜二苯甲酮钠配合物回流干燥，并在使用前蒸馏。二氯甲烷(CH2Cl2)与氢化钙回流，在使用前蒸馏。L-丙交酯(LA)是从Sigma购买，再用乙酸乙酯再结晶。Boltornreg;H40(H40)是从瑞典的Perstorp多元醇AB中获得的。从Sigma购买辛酸锡(Sn(OCT)2)、3，3′-二硫代二丙酸、DL-1，4-二硫苏糖醇(DTT)、4-二甲基-氨基吡啶(DMAP)、3-(4，5-二甲基-噻唑-2-基)-2，5-二苯基四氮唑(MTT)和N，N-二环-己基碳二亚胺(DCC)。以氟卡为原料，在甲苯干燥的条件下，采用共沸精馏法制备了Mn=1000 g/mol的聚乙二醇单体乙氧基聚乙二醇(MPEG)。盐酸阿霉素(DOX·HCl)是从北京华丰联合科技有限公司购买的，并按收到的方式使用。从康宁协星培养皿中分离得到了12孔和96孔的聚苯乙烯组织培养物。所有其他试剂和溶剂都是从国内供应商购买的，并按收到的方式使用。

2.2测量

以氘代氯仿(CDCl 3)为溶剂，在瓦里安汞 400 MHz谱仪上记录了核磁共振分析。采用凝胶渗透色谱法（GPC）测定了分子量平均（Mn）、重均分子量和多分散指数（PDI）。GPC是每形成在珀金埃尔默系列200系统（10毫米7.5毫米300times;PL凝胶mixed-b和mixed-c柱，线性聚苯乙烯校准）配备的折射率（RI）探测器。DMF是以0.01 mol/L溴化锂溶液为流动相，在70°C的流速为1毫升/分钟。用KBR样品保持法在1000标准仪器上记录了傅里叶变换红外光谱(FTIR)。采用差示扫描量热法(DSC)对在氮气中的Perkin-Elmer Pyris 1进行了研究。在锌和锌标准中都使用了温度和焓值校准。首先，所有样品（约5毫克的重量）从室温被加热到150°C，在这个温度下保持3分钟，以除去的热历史，淬火至-80°C。然后所有样品再次以10°C /分钟的速度从-80°C加热至150°C，以确定其玻璃化转变温度（Tg）或熔化温度（T M）。采用Perkin-Elmer热重分析法(TGA-7)研究了以20°C/min的速度升温至800°C且在氮气气氛下(10 mg左右)样品的热稳定性。显微镜照片用Leica DM 4500 B显微镜拍摄。

2.3分步沉淀纯化H40

用25 mL丙酮溶解2.5g市售H40。在强搅拌条件下，将25 mL乙醚缓慢加入到聚合物溶液中。过滤12h后，用丙酮/乙醚混合物(v/v，1：1)洗涤两次，最后真空干燥。得到了纯化的H40，收率为42.5%。

2.4 H40-star-PLA-OH的合成

以H40为大分子引发剂，Sn(OCT)2为催化剂，通过开环聚合(ROP)制备了H40-star-PLA-OH.在一个典型的聚合过程中，将H40(250 mg，5.65mmol羟基)加入50 mL瓶中，在100℃真空干燥1h，然后将LA(5.70g，39.6mmol)和Sn(Oct)2(16.2mg，0.040 mmol)加入到手套箱中，含水量小于0.1ppm。将反应混合物置于125℃的油浴中搅拌20h，用四氢呋喃(THF)稀释H40-star-PLA-OH，在冷乙醚中沉淀出白色粉末。然后在THF中溶解、经中性氧化铝柱浓缩、二乙醚沉淀、真空干燥，收率86.4%。Mn,GPC = 10.5 times; 104 g/mol, Mw/Mn = 1.6. 1H NMR (CDCl3, ppm): 5.15 (CCH(CH3)O), 4.34 (CCH(CH3)OH), 4.24 (C(CH3)CH2O), 1.56 (CCH-(CH3)O), 1.24 (C(CH 3)CH2O).

2.5二硫键羧基mPEG(mPEG-SS-COOH)的合成

将3，3lsquo;-二硫代二丙酸与MPEG偶联制备了mPEG-SS-COOH。3，3lsquo;-二硫代二丙酸(2.10g，10.0 mmol)加入到20 mL无水DMF中，在氮气中溶解15 min。在10 mL DMF中加入DCC(2.06 g，10.0 mmol)，搅拌30 min。加入0.611 g，5 mmol的DMAP和5.00g，5 mmol的Cor响应的MPEG，在室温下搅拌8h。实验完成后，对反应混合物进行过滤去除二环己基脲，滤液在真空下浓缩到30°C。残渣沉淀成冷乙醚。粗品过滤后经CH2Cl2溶解，经中性氧化铝柱浓缩，在冷乙醚中沉淀，真空干燥，收率为51.4%。1H NMR (CDCl3, ppm):

4.24 (COOCH2), 3.62 (OCH2CH2O), 3.35 (OCH3), 2.91 (CH2CH2SSCH 2CH2), 2.73 (CH2CH2SSCH2CH2).

2.6 H40-star-PLA-SS-PEG的合成

将mPEG-SS-COOH与H40-star-PLA-OH偶联制备了H40-star-PLA-SS-PEG.采用典型的方法：H40-star-PLA-OH(820 mg，0.304 mmol羟基)，mPEG-SS-COOH(544 mg，0.456 mmol)，DCC(93.9mg，0.406 mmol)和DMAP(37.1mg，0.304 mmol)溶于30 mL干CH2Cl2中，在室温下剧烈搅拌16h。反应完成后，对反应混合物进行过滤，去除二环己基脲，滤液在真空中浓缩。残渣被沉淀成二乙醚。过滤后，粗品经二甲基亚砜(DMSO)溶解，再与二甲基亚砜(DMSO)透析3h(MWCO=15000)，再经水透析48h，适当间隔换水，冷冻后制得H40-star-PLA-SS-PEG，收率为88.5%。Mn,GPC = 14.3 times; 104 g/mol, Mw/Mn = 1.3. 1H NMR (CDCl3, ppm): 5.15(CCH(CH3)O), 4.24 (COOCH2), 3.62 (OCH2CH2O), 3.

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