CN102302782B - 一种肝癌细胞靶向的聚酰胺胺树状大分子载体的制备方法 - Google Patents
一种肝癌细胞靶向的聚酰胺胺树状大分子载体的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种肝癌细胞靶向的聚酰胺胺树状大分子载体的制备方法，包括：(1)用异硫氰酸荧光素修饰聚酰胺胺树状大分子，得到G5.NH2-FI；(2)将上述G5.NH2-FI部分乙酰化，得到树状大分子表面氨基部分乙酰化的产物G5-FI-Ac-NH2；(3)用乳糖酸修饰上述的G5-FI-Ac-NH2，得到具有肝癌细胞靶向与荧光示踪功能的G5-FI-Ac-La。本发明的制备方法简单，反应条件温和，且所用的聚合物为环境友好的高分子材料，具有产业化实施的前景；本发明制备的功能化树状大分子材料具有良好的生物相容性，并且能够特异性地靶向结合到肝癌细胞上，可用于药物、基因或诊断分子探针的负载与靶向输送。
Description
技术领域
本发明属高分子靶向纳米载体的制备领域，特别是涉及一种肝癌细胞靶向的聚酰胺胺树状大分子载体的制备方法。
背景技术
化学药物治疗作为癌症治疗的重要手段之一，长期以来一直受到高度关注。然而，许多抗肿瘤药物所存在的临床疗效低下、毒副作用大等问题已成为癌症药物治疗中的瓶颈。尤其是在肝癌治疗中，由于无法控制抗肿瘤药物集中于肝脏的病灶部位，将导致病人的正常组织和器官受到不必要的伤害，甚至威胁到患者的生命。近年来，发展一种肝靶向纳米载体，实现药物特异性输送到肝脏的病变部位，提高治疗效果的同时减轻对其他脏器的伤害，已成为研究的热点与重点。目前已有多项专利公开了以甘草次酸为靶向分子的肝靶向纳米药物载体的制备方法，如公开号为CN101549158、CN101254308、CN101249266、CN101642573的专利。
肝细胞膜表面特异性表达的去唾液酸糖蛋白受体(asialoglycoprotein receptor，ASGPR)能够专一性识别分子末端带有半乳糖残基的糖蛋白并与之结合。研究表明：将半乳糖残基修饰到纳米载体的表面，不仅能够引导纳米载体与肝癌细胞特异性的结合，还有望通过受体介导的胞吞过程将纳米载体上连接的药物、酶、基因或示踪分子定向于肝细胞，从而降低对其他脏器的毒副作用，提高治疗效果，并可能实现肝癌的早期诊断。中国专利CN101129342合成了带有半乳糖残基的乙烯酯单体，并与不饱和阳离子或阴离子单体共聚得到了肝靶向聚电解质。这种靶向材料的合成方法较为复杂，并且只能通过层层自组装的方法用于抗肿瘤药物的负载与输送，因此在使用和推广中仍有一定的局限性。
检索国内外有关肝癌细胞靶向载体的文献和专利结果表明：以乳糖酸对聚酰胺胺树状大分子进行功能化修饰，并用作肝癌细胞诊断或治疗的靶向载体的研究未见相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种肝癌细胞靶向的聚酰胺胺树状大分子载体的制备方法，该制备方法简单，反应条件温和，易于操作，原料环保；所得的功能化树状大分子材料具有良好的生物相容性，并且能够特异性地靶向结合到肝癌细胞上。
本发明的一种肝癌细胞靶向的聚酰胺胺树状大分子载体的制备方法，包括：
(1)聚酰胺胺树状大分子的异硫氰酸荧光素(FITC)修饰：
在8-12mL含有15-25mg端基为氨基的第5代聚酰胺胺树状大分子G5.NH2的无水DMSO溶液中逐滴加入5-15mL有异硫氰酸荧光素FITC的DMSO溶液，室温下搅拌24小时，然后经透析纯化，最后冷冻干燥得到G5.NH2-FI；
(2)聚酰胺胺树状大分子的部分乙酰化修饰：
将上述G5.NH2-FI溶解在8-13mL的DMSO溶液中，加入三乙胺混合均匀后，逐滴加入3-8mL含醋酸酐的DMSO溶液，搅拌反应24小时，然后经透析纯化和冷冻干燥得到树状大分子表面氨基部分乙酰化的产物G5-FI-Ac-NH2；
(3)聚酰胺胺树状大分子的乳糖酸(La)修饰：
将乳糖酸(La)、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)溶解在3-8mL磷酸盐缓冲溶液中，室温搅拌反应2-5小时，然后滴加到上述G5-FI-Ac-NH2的10-15mL水溶液中，室温搅拌2-5天，最后经透析纯化和冷冻干燥后得到G5-FI-Ac-La。
步骤(1)中所述的异硫氰酸荧光素FITC与树状大分子G5.NH2的摩尔比为3∶1～10∶1。
步骤(2)中所述的醋酸酐与三乙胺的摩尔比为1∶1～1∶12。
步骤(2)中所述的醋酸酐与树状大分子G5.NH2的摩尔比为80∶1～100∶1。
步骤(3)中所述乳糖酸与树状大分子G5.NH2的摩尔比为3∶1～20∶1。
步骤(3)中所述的乳糖酸与1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐的摩尔比1∶3～1∶10；1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为2∶1～1∶1。
步骤(3)中所述的磷酸盐缓冲溶液的pH值为6.0。
步骤(1)～(3)中所述的透析为用截留分子量为10000的纤维素透析膜逐次在PBS缓冲溶液4L×3和超纯水4L×3中透析3天。
聚酰胺胺(PAMAM)树状大分子是一种高度支化的单分散大分子，它具有良好的尺寸可控性和水溶性，在使用剂量下没有细胞毒性和免疫原性，因此受到了广泛关注。它具有规整精细的结构：内部呈疏水性空腔，可以为疏水性药物以及无机探针分子的负载提供场所；表面有大量可控功能基团，可以化学连接或吸附一些靶向基团、抗体或药物分子等。
乳糖酸(La)是一种含有半乳糖残基的小分子，能够修饰在纳米载体或高分子材料的表面以提高其对肝细胞结合能力。因此，如果将乳糖酸修饰在树状大分子表面，则有望制备一种具有肝癌细胞靶向功能的纳米载体，实现药物、基因或诊断分子探针的负载与靶向输送。
本发明以端基为氨基的第5代聚酰胺胺(PAMAM)树状大分子为原料，在其表面接枝5个异硫氰酸荧光素(FITC)分子赋予载体荧光示踪功能，将树状大分子表面的部分端氨基进行乙酰化反应使其表面电荷呈中性以提高生物相容性，再将10个乳糖酸分子连接在树状大分子表面，最终得到了具有肝癌细胞靶向功能的G5-FI-Ac-La纳米载体。
本发明使用核磁共振谱(NMR)与介质辅助的激光脱附离子化飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)的方法表征制备的肝癌细胞靶向的树状大分子载体，并用MTT法、流式细胞术分析和激光共聚焦显微镜来检验功能化的载体对人体肝癌细胞系HepG2细胞的毒性和特异性结合。结果表明依据本发明制备的树状大分子载体在浓度达到2000 nM时对肝癌细胞不具有细胞毒性，而且能够显著地特异结合肝癌细胞，而对照的不含乳糖酸的树状大分子则不显示对肝癌细胞的特异结合，因此本发明制备的修饰乳糖酸的树状大分子能够作为载体用于针对肝癌细胞的化疗药物、基因以及造影剂等的靶向输送。
有益效果
(1)本发明的制备方法简单，易于操作，反应条件温和，对设备的要求低，且所用的聚合物为环境友好的高分子材料，具有产业化实施的前景；
(2)本发明制备的功能化树状大分子材料具有良好的生物相容性，并且能够特异性地靶向结合到肝癌细胞上，可用于药物、基因或诊断分子探针的负载与靶向输送。
附图说明
图1为对比例1所得的G5-FI-Ac(a)与实施例1所得的G5-FI-Ac-La(b)的核磁共振谱图；
图2为对比例1所得的G5-FI-Ac与实施例1所得的G5-FI-Ac-La的MALDI-TOF谱图；
图3为MTT法测试的HepG2细胞经过对比例1所得的G5-FI-Ac与实施例1所得的G5-FI-Ac-La(浓度范围在0-2000nM)分别处理24小时后的细胞活力；
图4为对比例1所得的G5-FI-Ac与实施例1所得的G5-FI-Ac-La两种材料在不同浓度下与HepG2细胞共培养2h后的流式细胞术分析结果；
图5为经过PBS缓冲液(a，d)、对比例1所得的G5-FI-Ac(b，e)和实施例1所得的G5-FI-Ac-La(c，f)处理2h后的HepG2细胞和MCF-7细胞的激光共聚焦显微镜图片；
图6为本发明的反应方程式。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)聚酰胺胺树状大分子的异硫氰酸荧光素FITC修饰：
在含有20mg端基为氨基的第5代聚酰胺胺树状大分子G5.NH2的10mL无水二甲亚砜(DMSO)溶液中逐滴加入含有1.5mg FITC的10mL DMSO溶液，室温下强磁力搅拌24小时，随后将反应产物用截留分子量为10000的纤维素透析膜逐次在PBS缓冲溶液4L×3和超纯水4L×3中透析3天，最后经冷冻干燥得到产物G5.NH2-FI。
(2)聚酰胺胺树状大分子的部分乙酰化修饰：
将G5.NH2-FI溶解在10mL的DMSO溶液中，与9.6μL三乙胺充分混合后，逐滴加入含7.1mg醋酸酐的DMSO溶液5mL，强磁力搅拌下反应24小时，经透析纯化和冷冻干燥得到树状大分子表面氨基部分乙酰化的产物G5-FI-Ac-NH2。
(3)聚酰胺胺树状大分子的乳糖酸(La)修饰：
2.76mg乳糖酸(La)，5.9mg 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)与3.6mg N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)溶解在5mL磷酸盐缓冲溶液中(pH6.0)，室温条件下磁力搅拌反应3小时，将反应后的溶液逐渐滴加到G5-FI-Ac-NH2的水溶液中，室温条件下强磁力搅拌3天。反应产物经透析纯化和冷冻干燥后得到G5-FI-Ac-La。
对得到的产品G5-FI-Ac-La进行核磁表征，结果见附图1b：在1.87ppm处有一个明显的质子峰，对应着乙酰基上甲基的特征峰；在6.47-7.07ppm处的质子峰归属于树状大分子表面修饰的荧光分子FITC中苯环上的特征峰；在3.40-4.10ppm处的质子峰，对应于乳糖酸分子上的特征峰。对各个峰进行积分计算可知：树状大分子载体表面修饰了5个FITC分子，90个乙酰基和7.7个乳糖酸分子。因此，已成功制备了设计合成的功能化的树状大分子G5-FI-Ac-La。
实施例2
根据实施例1和对比例1的方法合成两种材料G5-FI-Ac-La与G5-FI-Ac，进行介质辅助的激光脱附离子化飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)测试，结果如附图2所示。结果表明：修饰了乳糖酸的化合物G5-FI-Ac-La的分子量较未修饰乳糖酸的化合物G5-FI-Ac的分子量有显著增加。通过计算发现G5-FI-Ac-La表面修饰有4个乳糖酸分子。虽然这一测试结果与NMR结果有一定差异，但是考虑到MALDI-TOF MS的测试结果不能反映材料的平均分子量，只能给出一个宽泛的分子量分布范围，因此这一结果仍能很好的证明乳糖酸已成功修饰在树状大分子表面，制备得到了G5-FI-Ac-La纳米载体。
实施例3
以人肝癌细胞HepG2为模型细胞来检验实施例1和对比例1合成的两种材料G5-FI-Ac-La与G5-FI-Ac的细胞毒性。将模型细胞分别在不同浓度的含有G5-FI-Ac-La、G5-FI-Ac的培养液中培养24小时后，用MTT法来测试模型细胞的存活情况，结果见附图3。结果分析表明，浓度范围在0-2000nM时，HepG2细胞经G5-FI-Ac-La与G5-FI-Ac处理24小时后，MTT法测试的细胞的存活率仍高于95％以上，证明依据本发明合成的载体材料具有良好的生物相容性，在一定浓度范围内没有体外细胞毒性。
实施例4
以具有较强ASGPR表达的人肝癌细胞HepG2为模型细胞来检验实施例1和对比例1合成的两种材料G5-FI-Ac-La与G5-FI-Ac对肝癌细胞的靶向效果。将模型细胞分别在含有不同浓度的G5-FI-Ac-La和G5-FI-Ac的培养液中培养2小时后，用流式细胞术测定模型细胞的荧光强度，结果见附图4。测试结果显示：在选定浓度范围内，与G5-FI-Ac-La共培养的HepG2细胞均具有比与G5-FI-Ac共培养的细胞更强的荧光信号。在500nM浓度时，与G5-FI-Ac-La共培养的HepG2细胞的荧光强度是与G5-FI-Ac共培养的细胞的5倍以上，这表明G5-FI-Ac-La可以特异性地与HepG2细胞结合，而未修饰乳糖酸的树状大分子对HepG2细胞没有结合或只存在少量的非特异性吸附。
实施例5
分别以具有较强ASGPR表达的人肝癌细胞HepG2和低ASGPR表达的人乳腺癌细胞MCF-7为模型细胞，用浓度各为500nM的实施例1所得的G5-FI-Ac-La和对比例1所得的G5-FI-Ac材料处理2小时后进行激光共聚焦显微镜观察，结果见附图5。对于具有较强ASGPR表达的HepG2细胞，与乳糖酸修饰的材料G5-FI-Ac-La共培养后，细胞具有较强的荧光信号；而与未修饰乳糖酸的材料G5-FI-Ac培养后，细胞几乎没有荧光信号，与PBS缓冲液对照组相似。这一结果证明：只有乳糖酸修饰的G5-FI-Ac-La对肝癌细胞具有特异性的靶向和结合，未修饰的材料对肝癌细胞没有靶向效果。对于低ASGPR表达的人乳腺癌细胞MCF-7，与G5-FI-Ac-La共培养后的细胞与G5-FI-Ac、PBS对照组的相似，都几乎没有荧光信号。这也证明了乳糖酸修饰的G5-FI-Ac-La仅对具有高ASGPR表达的肝癌细胞有特异性的靶向效果，对其它细胞没有靶向效果。
对比例1
(1)聚酰胺胺树状大分子的异硫氰酸荧光素FITC修饰：
在含有20mg聚酰胺胺树状大分子G5.NH2的10mL的DMSO溶液中逐滴加入含有1.5mg FITC的10mL DMSO溶液，室温下强磁力搅拌24小时，随后将反应产物用截留分子量为10000的纤维素透析膜逐次在PBS缓冲溶液4L×3和超纯水4L×3中透析3天，最后经冷冻干燥得到产物G5.NH2-FI。
(2)聚酰胺胺树状大分子的完全乙酰化处理：
将G5.NH2-FI溶解在10mL的DMSO溶液中，与12.8μL三乙胺充分混合后，逐滴加入含9.5mg醋酸酐的DMSO溶液5mL，强磁力搅拌下反应24小时，经透析纯化和冷冻干燥得到树状大分子表面氨基完全乙酰化的产物G5-FI-Ac。
对得到的产品G5-FI-Ac进行核磁表征，结果见附图1a。核磁结果表明G5-FI-Ac树状大分子表面修饰了5个FITC分子，剩余氨基被全部乙酰化。
Claims (5)
1.一种肝癌细胞靶向的聚酰胺胺树状大分子载体的制备方法，包括：
（1）在8-12mL含有15-25mg端基为氨基的第5代聚酰胺胺树状大分子G5.NH2的无水DMSO溶液中逐滴加入5-15mL异硫氰酸荧光素FITC的DMSO溶液，室温下搅拌24小时，然后经透析纯化，最后冷冻干燥得到G5.NH2-FI；
（2）将上述G5.NH2-FI溶解在8-13mL的DMSO溶液中，加入三乙胺混合均匀后，逐滴加入3-8mL含醋酸酐的DMSO溶液，搅拌反应24小时，然后经透析纯化和冷冻干燥得到树状大分子表面氨基部分乙酰化的产物G5-FI-Ac-NH2；
（3）将乳糖酸、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺溶解在3-8mL磷酸盐缓冲溶液中，室温搅拌反应2-5小时，然后滴加到上述G5-FI-Ac-NH2的10-15mL水溶液中，室温搅拌2-5天，最后经透析纯化和冷冻干燥后得到G5-FI-Ac-La；步骤（1）中所述的异硫氰酸荧光素FITC与树状大分子G5.NH2的摩尔比为3:1～10:1；步骤（2）中所述的醋酸酐与树状大分子G5.NH2的摩尔比为80:1～100:1；步骤（3）中所述乳糖酸与树状大分子G5.NH2的摩尔比为3:1～20:1。
2.根据权利要求1所述的一种肝癌细胞靶向的聚酰胺胺树状大分子载体的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的醋酸酐与三乙胺的摩尔比为1:1～1:1.2。
3.根据权利要求1所述的一种肝癌细胞靶向的聚酰胺胺树状大分子载体的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的乳糖酸与1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐的摩尔比1:3～1:10；1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为2:1～1:1。
4.根据权利要求1所述的一种肝癌细胞靶向的聚酰胺胺树状大分子载体的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的磷酸盐缓冲溶液的pH值为6.0。
5.根据权利要求1所述的一种肝癌细胞靶向的聚酰胺胺树状大分子载体的制备方法，其特征在于：步骤（1）～（3）所述的透析为用截留分子量为10000的纤维素透析膜逐次在PBS缓冲溶液4L×3和超纯水4L×3中透析3天。
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