本發(fā)明涉及一種自催毀嵌段聚合物及其制備方法，屬高分子化學(xué)合成及嵌段聚合物自組裝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

化療藥物的有效輸送和攝取是克服腫瘤耐藥性、提高化療效果的關(guān)鍵，聚合物作為藥物載體有著潛在的應(yīng)用前景，但要實(shí)現(xiàn)其多功能化，要進(jìn)行必要的化學(xué)修飾。此外，為能應(yīng)用于體內(nèi)甚至臨床研究，還要兼顧載體的體內(nèi)穩(wěn)定性和有效可控釋放。氧化還原響應(yīng)聚合物納米載體輸送系統(tǒng)一直以來是是納米載體用于癌癥治療領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，但仍然存在一些問題，如聚合物主鏈斷裂不完全，包載藥物釋放不徹底等缺點(diǎn)。此外，由于降解過程缺乏可控性，降解中間體的不溶性會(huì)導(dǎo)致不規(guī)則聚集的形成，從而阻礙藥物的有效釋放和載體片段的體內(nèi)代謝。而自摧毀聚合物恰恰可以解決這一問題。目前，關(guān)于具有自催毀降解特性的聚合物膠束研究并不多見，在藥物載體釋放領(lǐng)域的應(yīng)用更是少之又少。

本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)出一種新型的可自催毀的氧化還原響應(yīng)的聚合物納米載體來彌補(bǔ)單純的氧化還原納米載體存在的缺陷。我們希望基于這種聚合物的納米載體在腫瘤微環(huán)境下響應(yīng)于氧化還原刺激,完全斷裂成小分子化合物，使載帶藥物快速有效釋放出來，提高藥物利用率，也提高納米載體的生物降解性，有利于納米載體的體內(nèi)代謝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種可自催毀降解的嵌段聚合物。

本發(fā)明的目的之二在于提供該聚合物的制備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的聚合反應(yīng)機(jī)理請(qǐng)參見圖1(a)和圖1(b)。

根據(jù)上述反應(yīng)機(jī)理，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種可自催毀的嵌段聚合物，其特征在于該聚合物的結(jié)構(gòu)式為：

三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG(作例，本發(fā)明詳細(xì)介紹)的結(jié)構(gòu)式為：

二嵌段聚合物PEG-PCN(合成及表征方法同三嵌段聚合物)的結(jié)構(gòu)式為：

一種可自催毀的嵌段聚合物，其特征在于該聚合物的結(jié)構(gòu)式為下列之一：

a.三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG，其結(jié)構(gòu)式為：

b.二嵌段聚合物PEG-PCN，其結(jié)構(gòu)式為：

其中m＝10～340，n＝12～24。

一種制備上述的可自催毀的嵌段聚合物的方法，其特征在于該方法的具體步驟為：

a.在惰性氣氛保護(hù)下，將2,2′—二硫代二乙醇基二(p-硝基苯基碳酸酯)DTDE-PNC和甲氧基聚乙二醇胺mPEG-NH₂溶于二氯甲烷與甲醇混合溶劑中，該混合溶劑中二氯甲烷與甲醇的體積比為9：1；室溫?cái)嚢璺磻?yīng)2～3小時(shí)，再加入1,3-二(4-哌啶基)丙烷(CN)；所述的mPEG-NH₂與CN和DTDE-PNC的摩爾比為2:15:16～2:31:32；室溫下反應(yīng)2～3天；

b.在步驟a所得反應(yīng)物中入甲氧基聚乙二醇胺或1,3-二(4-哌啶基)丙烷，其用量為步驟a中添加的1,3-二(4-哌啶基)丙烷的用量的10％，室溫下反應(yīng)2～3天；

c.將步驟b所得反應(yīng)液逐滴加入到去離子水中，室溫下攪拌2小時(shí)后，進(jìn)行透析；

d.將步驟c所得透析產(chǎn)物放入-80℃超低溫冷凍箱中2小時(shí)，然后進(jìn)行干燥，最終得到目標(biāo)聚合物三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG或者二嵌段聚合物PEG-PCN。

一種上述的可自催毀的嵌段聚合物的膠束的制備方法，其特征在于該方法的具體步驟為：將三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG或者二嵌段聚合物溶于二甲亞砜DMSO中，配制成濃度為100mg/mL，室溫下攪拌過夜，然后攪拌下將其逐滴滴入10倍體積量的去離子水中,攪拌2小時(shí)后，進(jìn)行透析，以去除DMSO，最終得到含有三嵌段聚合物膠束PEG-PCN-PEG或者二嵌段聚合物膠束PEG-PCN的透析液。

本發(fā)明中膠束的制備是采用透析法，將所得到的嵌段聚合物溶于DMSO溶液中，氮?dú)獗Ｗo(hù)，室溫下攪拌過夜，然后將其逐滴滴入去離子水中,邊滴加邊攪拌，然后裝入透析袋中(根據(jù)不同聚合物分子量的選擇合適的截留分子量)，在去離子水中透析一段時(shí)間，定期更換去離子水，以便能充分去除DMSO,最終得到含有聚合物膠束的透析液。制備得到的聚合物膠束溶液在室溫下可長期保存，能廣泛應(yīng)用于藥物在戴河輸送等生物醫(yī)學(xué)的診斷和治療。

本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)如下所述：

(1)自催毀嵌段聚合物合成過程簡單，可一鍋法制備得到，反應(yīng)條件溫和，可控性強(qiáng)等特點(diǎn)；

(2)該新型自催毀嵌段聚合物可在水溶液中進(jìn)行自組裝成親水外殼-疏水內(nèi)核的球形膠束；

(3)該聚合物膠束在氧化還原刺激下，通過自摧毀反應(yīng)完全裂解成小分子化合物，提高材料的生物可降解性。

附圖說明

圖1(a)為本發(fā)明中自催毀二嵌段聚合物PEG-PCN合成路線圖；

圖1(b)為本發(fā)明中自催毀三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG的合成路線圖；

圖2為本發(fā)明中PEG，PEG-PCN和PEG-PCN-PEG的GPC譜圖；

圖3為本發(fā)明中自催毀嵌段聚合物PEG-PCN和PEG-PCN-PEG的臨界膠束濃度圖；

圖4為本發(fā)明中自催毀三嵌段聚合物膠束PEG-PCN-PEG粒徑尺寸表征圖；

圖5為本發(fā)明中自催毀三嵌段聚合物膠束PEG-PCN-PEG在有無DTT的條件下粒徑變化；

圖6為本發(fā)明中自催毀三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG自摧毀降解示意圖；

圖7為本發(fā)明中自催毀三嵌段聚合物膠束PEG-CN-PEG經(jīng)DTT處理后的HPLC-MS圖；

具體實(shí)施方式

現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。

實(shí)施例：本實(shí)施例中的過程和步驟如下所述：

1.自催毀三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG的制備

稱取1.0g 2,2′—二硫代二乙醇基二(p-硝基苯基碳酸酯)(簡稱DTDE-PNC)(2.070mmol)，放入圓底燒瓶中，向其中加入2mL二氯甲烷與甲醇的混合液(體積比為9：1)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加入轉(zhuǎn)子攪拌直至化合物完全溶解；稱取甲氧基聚乙二醇胺664.9mg(0.129mmolmPEG-NH₂)溶解在2mL二氯甲烷與甲醇的混合液(體積比為9：1)中，逐滴加入到上述燒瓶內(nèi)，氮?dú)獗Ｗo(hù)下室溫?cái)嚢璺磻?yīng)2小時(shí)；稱取434.8mg 1,3-二(4-哌啶基)丙烷(2.005mmol)溶于200μL混合液(二氯甲烷與甲醇的體積比為9：1)中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下室溫下反應(yīng)3天；最后在反應(yīng)物中加入1067.0mg甲氧基聚乙二醇胺(0.207mmol)，室溫下反應(yīng)2天。

將上述反應(yīng)液逐滴加入到100mL去離子水(pH＝7.4)中，室溫下攪拌2小時(shí)后，放入MWCO10000透析袋中(根據(jù)分子量的不同擇需選擇透析袋，此處目標(biāo)聚合物分子量為15000，所以用10000的透析袋)，在5000mL的去離子水(pH＝7.4)中透析3天，每隔8小時(shí)換水一次。將透析產(chǎn)物放入-80℃超低溫冷凍箱中2小時(shí)，然后放入真空冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行干燥，得到目標(biāo)聚合物PEG-PCN-PEG。

2.自催毀三嵌段聚合物膠束PEG-PCN-PEG的制備

本發(fā)明中膠束的制備是采用透析法，稱取三嵌段聚合物(PEG-PCN-PEG)200mg溶于2.0mL的DMSO溶液中，室溫下攪拌過夜(轉(zhuǎn)速為680r/min)，然后將其逐滴滴入2.0mL的去離子水中(pH＝7.4),邊滴加邊攪拌(轉(zhuǎn)速為820r/min)，攪拌2小時(shí)后，裝入透析袋中(根據(jù)不同聚合物分子量的選擇合適的截留分子量，此處是PEG-PCN-PEG分子量為15000，所以用截留分子量為10000的透析袋)，在5000mL的去離子水中(pH＝7.4)透析72小時(shí)，每隔8小時(shí)換水一次，以便能充分去除DMSO,得到含有PEG-PCN-PEG膠束的溶液。

三嵌段聚合物PEG-PCN的制備方法與三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG相似，所不同的是將最終加入的甲氧基聚乙二醇胺改為1,3-二(4-哌啶基)丙烷。

3.結(jié)論：

圖2為反應(yīng)前聚合物PEG以及反應(yīng)后嵌段聚合物PEG-PCN及PEG-PCN-PEG的GPC譜圖。由圖可見，聚合物均為單一峰，峰形對(duì)稱，PEG-PCN的流出時(shí)間比PEG要小，說明PEG-PCN的分子量比PEG要大，說明PCN成功連接到PEG上；此外PEG-PCN-PEG比PEG-PCN的流出時(shí)間要小，說明PEG-PCN-PEG的分子量比PEG-PCN要大，因?yàn)镻EG-PCN-PEG比PEG-PCN多出一個(gè)嵌段PEG，綜合說明根據(jù)投入的封裝端基不同可以得到不同嵌段的聚合物。

圖3為制備得到2種聚合物均能在較低的濃度下(8.5～30.2μg/mL)形成膠束，通過改變聚合物的組分和疏水部分聚氨酯(polyurethane，PU)質(zhì)量百分比(即：疏水嵌段的嵌段數(shù))可以調(diào)節(jié)其CMC。例如：同樣疏水嵌段分子量相同時(shí)，三嵌段聚合物PEG-PCN-PEG的CMC高于其對(duì)應(yīng)的兩嵌段聚合物PEG-PCN。我們可以發(fā)現(xiàn)聚合物的疏水部分聚氨酯質(zhì)量百分比越大，結(jié)構(gòu)基團(tuán)親水性越小，聚合物的CMC越低，更適用于作為載體用于藥物載帶。

圖4利用DLS和TEM測(cè)定和觀察膠束的粒徑大小和形貌。以PEG-PNN-PEG膠束為例，三嵌段聚合物粒子呈均勻的球形外貌結(jié)構(gòu)，尺寸較為均一，在80-100nm左右；而DLS測(cè)量得到膠束的水合粒徑直徑(R_h)為76.1nm，與TEM得到的數(shù)據(jù)較為一致。

圖5為了測(cè)定聚合物膠束在不同環(huán)境中的穩(wěn)定性，我們用含有10mM DTT的溶液來處理三嵌段聚合物膠束PEG-PCN-PEG，觀察膠束隨時(shí)間的粒徑大小變化，沒有10mM DTT的溶液培養(yǎng)的膠束作為空白對(duì)照。由圖5(a)可見，PEG-PCN-PEG膠束在10mM的DTT溶液中，膠束粒徑隨著時(shí)間的增加而逐漸變大，DLS顯示在2小時(shí)的時(shí)候，膠束的DLS曲線出現(xiàn)了兩個(gè)鼓包，說明一部分膠束粒徑已經(jīng)發(fā)生變化，由原來的76nm增大到450nm，這是因?yàn)榫酆衔镌谘趸€原條件下發(fā)生了降解，裂解后的膠束發(fā)生溶脹，導(dǎo)致粒徑尺寸變大。6小時(shí)后，更多的膠束發(fā)生降解，原有的親水-親油平衡被進(jìn)一步打破，降解后的聚合物片段重新自組裝團(tuán)聚，形成了200nm尺寸的膠束；12小時(shí)后，重新自組裝形成的膠束進(jìn)一步降解和溶脹，膠束粒徑變?yōu)?00nm左右。而與在PBS中的空白對(duì)照組相比，由圖5(b)可見，僅有很少一部分PEG-PCN-PEG膠束發(fā)生溶脹，大部分膠束粒徑在24h內(nèi)沒有發(fā)生明顯的變化。

圖7為了進(jìn)一步證實(shí)氧化還原引發(fā)的聚合物降解是一個(gè)自摧毀的過程，我們用液-質(zhì)聯(lián)用色譜分離檢測(cè)產(chǎn)物。如圖7所示，降解產(chǎn)物經(jīng)HPLC得到良好的分離，我們將含量最多的分離產(chǎn)物進(jìn)行質(zhì)譜分析，測(cè)定得到產(chǎn)物的分子量為211，表明聚合物的降解產(chǎn)物中含有原來用于縮聚反應(yīng)的單體CN，證明該P(yáng)EG-CN-PEG聚合物膠束的降解過程是一個(gè)自摧毀的過程(示意圖6)。