一種多重響應(yīng)聚合物微球藥物載體材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功能高分子材料領(lǐng)域，涉及一種多重響應(yīng)聚合物微球藥物載體材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚合物空心微球是一類具有中空結(jié)構(gòu)的聚合物球體，粒徑一般為納米或微米級(jí)。其中空核區(qū)可以包埋大量分子，具有低密度、高比表面的特性，作為一種新型功能材料有著廣闊的應(yīng)用前景。這類材料可用作催化載體、微反應(yīng)器和藥物傳遞(如酶、蛋白質(zhì))等，還可以用作涂料的填料、化妝品行業(yè)抗紫外添加劑和手感改性劑等，成為材料領(lǐng)域中備受關(guān)注的研宄方向之一。
[0003]經(jīng)典的聚合物空心微球的制備方法一般為一個(gè)先成球、然后去核的過(guò)程，工藝比較繁復(fù)，尤其是去核的過(guò)程使用高溫或者使用有機(jī)溶劑或其他的化學(xué)手段，十分不利于包裹在其中的組分保持其穩(wěn)定性。1998年Jenekhe等首次報(bào)道了柔性-剛性嵌段共聚物可在選擇溶劑中的自組裝直接形成空心微球。隨后，江明院士又進(jìn)一步發(fā)展了一系列柔性-剛性超分子組裝的聚合物空心微球。但是這類剛性-柔性體系中的剛性鏈段均為含有苯環(huán)等多共軛結(jié)構(gòu)，材料的生物相容性及降解性能較差，且自組裝過(guò)程需要在有機(jī)溶劑中進(jìn)行，限制了其在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。2010年，張晟課題組首次將環(huán)糊精的主客體包合應(yīng)用到聚合物空心微球的設(shè)計(jì)與制備中，利用環(huán)糊精與聚乙二醇自組裝體為剛性鏈段，構(gòu)筑一種新型的、生物相容性優(yōu)異的剛性-柔性聚合物體系，此體系可在水溶液中直接一步組裝成聚合物空心微球。研宄表明:這類空心微球可成功的包裹天冬酰胺酶、葡萄糖氧化酶等生物分子，不僅包裹量大，還很好的起到了穩(wěn)定和保護(hù)被包裹酶分子的作用。但遺憾的是，目前這種聚合物空心微球體系尚不能很好的響應(yīng)外界環(huán)境的刺激，控制性的釋放被包裹分子，沒(méi)有達(dá)到藥物緩釋等領(lǐng)域更高的智能化要求。
[0004]近年來(lái)，具有刺激響應(yīng)性的聚合物微球因其能夠在特定刺激下經(jīng)歷一個(gè)可逆的物理或化學(xué)變化、并釋放出包埋分子，使材料宏觀性能轉(zhuǎn)變成與外界條件相適應(yīng)的新的狀態(tài)，從而在藥物的控制釋放、基因傳遞等生物醫(yī)用領(lǐng)域展現(xiàn)了誘人的應(yīng)用前景，吸引了廣大相關(guān)方面科學(xué)家的巨大興趣。
[0005]目前來(lái)說(shuō)，制備具有刺激響應(yīng)性的聚合物膠束的方法主要分為兩類。第一類是通過(guò)共價(jià)鍵將特定的刺激響應(yīng)官能團(tuán)引入到共聚物中來(lái)實(shí)現(xiàn)微球的刺激響應(yīng)。第二類是O’ Reilly和Week’ s課題組提出了一種名叫“blockcopolymer-free”的方法來(lái)構(gòu)筑“嵌段聚合物”。這類所謂“嵌段聚合物”由兩種或三種均聚物通過(guò)非共價(jià)鍵連接在一起。非共價(jià)鍵較容易因?yàn)橥饨绱碳ぐl(fā)生“斷裂”，從而導(dǎo)致這類所謂“嵌段聚合物”形成的聚合物微球發(fā)生瓦解。但是，目前的響應(yīng)性非共價(jià)鍵聚合物微球的一個(gè)主要不足之處在于:其響應(yīng)的因素較為單一，如對(duì)氧化劑敏感、葡萄糖敏感、電場(chǎng)敏感的空心微球體系報(bào)道的相對(duì)較少。特別是在醫(yī)療應(yīng)用中，往往要求微球體系能針對(duì)體內(nèi)的多種不同變化做出響應(yīng)、藥物釋放，而當(dāng)前的多重響應(yīng)的非共價(jià)鍵微球絕大部分僅具有溫度和pH雙重響應(yīng)性，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的多重響應(yīng)聚合物微球制備方法的研宄現(xiàn)狀和不足，本發(fā)明的目的是提供一種同時(shí)具備氧化、葡萄糖和電場(chǎng)等多重敏感性的聚合物空心微球體系。該體系制備方法極為簡(jiǎn)單，環(huán)境響應(yīng)性優(yōu)越，生物醫(yī)藥領(lǐng)域潛在應(yīng)用價(jià)值巨大。
[0007]本發(fā)明提供的多重響應(yīng)聚合物空心微球，其具體技術(shù)方法如下:
[0008]利用環(huán)糊精與二茂鐵基團(tuán)間的特殊的響應(yīng)式識(shí)別功能，構(gòu)筑了如圖1所示的響應(yīng)性聚合物微球體系。首先聚合物微球的外殼是由帶環(huán)糊精的親水性聚合物構(gòu)成的，內(nèi)核部分是由二茂鐵修飾的長(zhǎng)鏈聚醚與α-環(huán)糊精構(gòu)成的隧道狀剛性結(jié)構(gòu)自組裝體，外殼與內(nèi)核部分是通過(guò)環(huán)糊精與二茂鐵的包合實(shí)現(xiàn)的。由于環(huán)糊精與二茂鐵的包合具有電場(chǎng)、氧化劑響應(yīng)性，即在電場(chǎng)陽(yáng)極或氧化劑的作用下，可以將環(huán)糊精與二茂鐵的包合結(jié)構(gòu)打開，使得聚合物微球瓦解。同時(shí)，當(dāng)微球體系中固定入葡萄糖氧化酶時(shí)，外界環(huán)境中存在的葡萄糖可以與葡萄糖氧化酶反應(yīng)生成過(guò)氧化氫，刺激環(huán)糊精與二茂鐵包合結(jié)構(gòu)打開，微球瓦解。所以該聚合物微球同時(shí)具有電場(chǎng)、氧化劑和葡萄糖三重響應(yīng)性。
[0009]所述的聚合物分子量為5000-10000000之間的均聚物或共聚合物，可為海藻酸鈉或聚丙烯酸或聚賴氨酸或聚乳酸或殼聚糖或羥甲基化魔芋葡甘聚糖。
[0010]所述的長(zhǎng)鏈聚醚分子量為200-100000的長(zhǎng)鏈狀線性聚合物，可為PEG或F127或F610 或 Ρ65 或 Ρ123。
[0011]所述的包合物是由含有7個(gè)吡喃葡萄糖分子形成的環(huán)狀低聚糖為主體分子以及二茂鐵及其衍生物為客體分子通過(guò)非共價(jià)鍵結(jié)合在一起的。
[0012]所述的酶分子可為水溶性的葡萄糖氧化酶。
[0013]所述的多重響應(yīng)聚合物微球可以通過(guò)以下操作步驟進(jìn)行制備:
[0014]將帶有環(huán)糊精的聚合物和帶有二茂鐵基團(tuán)的線性聚醚同時(shí)溶解于水溶液中，在一定濃度的溶液下攪拌l_6h，使β -環(huán)糊精與二茂鐵基團(tuán)充分包合。隨后可引入1-1Omg/ml水溶性酶分子，繼續(xù)攪拌1min使酶分子充分溶解。接著向體系中加入α -環(huán)糊精繼續(xù)攪拌3_12h，使得體系中α -環(huán)糊精與線性聚醚長(zhǎng)鏈分子充分復(fù)合形成剛性的隧道狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)，最終通過(guò)體系中的剛性結(jié)構(gòu)與柔性的聚合物形成剛性-柔性自組裝微球，體系逐漸變混濁。其中，帶有β -環(huán)糊精的聚合物在溶劑中的重量濃度為0.05% _3%，帶有二茂鐵基團(tuán)的長(zhǎng)鏈聚醚在溶劑中的重量濃度為0.05%-2%，α -環(huán)糊精的重量濃度為0.5-10% ;而β-環(huán)糊精與二茂鐵之間的摩爾量為l*10_3-0.lmmol，其兩者之間的摩爾比為1: 1_5: I。α -環(huán)糊精與長(zhǎng)鏈聚醚的質(zhì)量比為10: 1-100: 1
[0015]敏感性檢測(cè)可以通過(guò)加入氧化劑(過(guò)氧化氫、次氯酸鈉、高錳酸鉀)、通直流電(0.5-12V)、加入葡萄糖中的一個(gè)或一個(gè)以上的條件在一定時(shí)間內(nèi)都可以實(shí)現(xiàn)微球的瓦解(宏觀表現(xiàn)為體系透光性顯著變好，微觀上通過(guò)SEM、TEM、DLS等技術(shù)可以觀察到微球的瓦解
[0016]在上述基于主客體識(shí)別多重響應(yīng)聚合物微球的制備體系中，只需要在帶有環(huán)糊精的聚合物和帶有二茂鐵基團(tuán)的長(zhǎng)鏈聚醚同時(shí)溶解于水中，攪拌l_6h使得β -環(huán)糊精和二茂鐵充分包合后，加入適量的α -環(huán)糊精，隨后也可加入一定量的水溶性酶分子，繼續(xù)攪拌3-12h，體系逐漸變渾濁，即已得到基于主客體識(shí)別的響應(yīng)性聚合物微球。在進(jìn)行響應(yīng)性檢測(cè)時(shí)，也只需簡(jiǎn)單改變環(huán)境條件(如加入氧化劑、施加直流電場(chǎng)刺激、加入葡萄糖等)，就能直觀的觀察到體系逐漸由渾濁變澄清，證明微球在相應(yīng)刺激下逐漸瓦解。綜上所述，其制備方法操作步驟十分簡(jiǎn)單，同時(shí)操作工藝也十分容易掌握，其在生物醫(yī)用領(lǐng)域具備可觀的潛在應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
:
[0017]圖1是本發(fā)明聚合物微球藥物載體的制備過(guò)程；
[0018]圖中:l、Alg-0-CD，2、PEG_Fc，3、α-CD。
【具體實(shí)施方式】
[0019]在以下實(shí)施案例中，通過(guò)改變環(huán)境條件，可得到微球刺激響應(yīng)后瓦解的情況以及透光性的變化。具體發(fā)明實(shí)施案例不限于此，【具體實(shí)施方式】可根據(jù)發(fā)明的內(nèi)容設(shè)計(jì)成其它形式。
[0020]在以下實(shí)施案例中，除特別說(shuō)明外，濃度均為質(zhì)量百分比濃度。
[0021]實(shí)施案例1:
[0022]如圖1所示，稱量10mg的海藻酸鈉接枝β -環(huán)糊精(Alg- β -⑶，β -⑶接枝率為18.1% )配制成0.6%的溶液，加入相應(yīng)量的單甲醚聚乙二醇單端修飾的二茂鐵(PEG-Fc，轉(zhuǎn)化率為 95.4%)，其濃度為 0.5%。Alg-β-CD 與 PEG-Fc 兩者混合(β-CD: Fe = 1:1)。在室溫下攪拌3h，使得β -⑶與Fe充分包合。隨后加入過(guò)量α -⑶，濃度為6%，繼續(xù)攪拌12h，體系逐漸