一种多臂聚乙二醇-聚（L-谷氨酸酯）嵌段共聚物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种多臂聚乙二醇‑聚(L‑谷氨酸酯)嵌段共聚物及其制备方法和应用，其中，所述共聚物包含具有式(I)结构的第一嵌段和/或式(II)结构的第二嵌段与具有式(III)结构的第三嵌段，使得本发明专利技术提供的多臂嵌段共聚物可以随温度变化发生可逆的溶胶‑凝胶‑沉淀(脱水)转变。此外，本申请通过选择特定的第一嵌段和/或第二嵌段、第三嵌段以及第三嵌段的长度可以实现聚合物相转变温度的调节和高的透明度，使得本发明专利技术提供的多臂嵌段共聚物可以很好的应用于生物医学方面，尤其是作为三维细胞培养材料和药物载体的使用。

A Dobby Polyethylene Glycol-Poly(L-Glutamate) Block Copolymer and Its Preparation and Application

The invention provides a polyarm polyethylene glycol poly (L glutamate) block copolymer and a preparation method and application thereof, wherein the copolymer comprises a second block and a third block with a (III) structure with a first (I) structure and a III block structure, so that the polyarm block copolymer provided by the present invention can react with temperature to produce reversible sol gel. Precipitation (dehydration) transformation. In addition, by selecting the length of specific first and/or second, third and third blocks, the application can realize the regulation of polymer phase transition temperature and high transparency, so that the multi-arm block copolymer provided by the invention can be well applied in biomedicine, especially as a three-dimensional cell culture material and drug carrier.

【技术实现步骤摘要】
一种多臂聚乙二醇-聚(L-谷氨酸酯)嵌段共聚物及其制备方法和应用
本专利技术涉及高分子材料领域，尤其涉及一种多臂聚乙二醇-聚(L-谷氨酸酯)嵌段共聚物及其制备方法和应用。
技术介绍
2016年美国塔夫茨大学药物发展研究中心发布的一项关于药物研发成功率的统计数据显示，平均仅有9.6％(n＝9,985)进入临床试验的药物能成功获得FDA批准，考虑到折现率，每种创新药物最终获FDA批准的平均费用高达25.58亿美元，对于肿瘤类药物的平均通过率仅有5.1％。这种药物研发的低通过率主要是药物进入临床试验后会缺乏药效、有不良反应及药代动力学不能满足要求。产生这些现象的根源在于实验室阶段用于药物及疾病研究的二维细胞培养基与体内环境存在很大差异，因此，二维培养材料已经不能满足生物医学研究的要求，开发更接近体内环境的三维细胞培养材料已经成为生物医学研究的必要课题。三维细胞培养材料与二维培养材料相比，有如下几个方面的优势：a.二维培养的细胞形态学上为单层片状的扁平拉伸细胞，而三维培养形成球体等自然形状；b.二维培养的细胞增殖速度更快，而三维的则相对较慢，且取决于细胞类型和三维模型；c.由于二维培养为单层细胞，他们同等暴露于培养液与药物中，因此多处于细胞周期的同一阶段，但三维培养中，营养物质和药物无法到达球形体的中心，且细胞可处于增殖，静止，缺氧和坏死细胞的各个阶段；d.二维培养的细胞为了适应外界环境，通常会有基因及蛋白的差异表达，而三维培养更接近体内；e.二维培养的细胞经常屈服于治疗，似乎更有效，或产生抗药性，但三维培养的细胞则对药物更具抗性，可以实现对体内药物反应的更好预测。目前，常用的三维细胞培养材料可分为需要支架和无需支架两大类，不需要支架的三维细胞培养仍使用液体培养基，虽然能形成球形体，但是无法模拟体内的组织强度、细胞-ECM相互作用，因此与体内真实环境还存在一定差别。需要支架的细胞培养如多孔材料、纳米纤维、微孔板和微流控技术等分别因为孔隙过大、强度不够和造价昂贵无法大量使用的原因受到了限制。而水凝胶材料可以允许营养物质及细胞因子等分布，很好的模拟了细胞-细胞相互作用及细胞-ECM相互作用，且凝胶强度可以调节，从而得到了广泛的应用。目前常用的细胞培养水凝胶多为Martigel、胶原水凝胶和纤维凝胶，这类生物来源的水凝胶虽然能使细胞保持接近体内状态的形貌，实现可控的增殖与分化，但是由于生物来源材料的批次差异，造成了实验重现性差，影响了药理学规律的探究。化学交联法合成的PEG水凝胶，虽然可以用于培养材料，但需要使用酶来收集材料，因此对细胞有一定的伤害。可回复水凝胶(Macromolecules2001，34：3710～3715)，实现了温度调节的溶胶-凝胶转变，有利于细胞收集，从而得到了很多应用，但聚(N-异丙基丙烯酰)除了无法降解，使用的单体有毒性外，用于细胞培养时的聚合物浓度达到10％。此外，这种材料限制了成纤维细胞的生长，使得成纤维细胞不能像体内环境一样对肿瘤生长产生促进或抑制的作用，偏离了体内真实情况。近几年来，有一些热可逆的水凝胶陆续出现，但他们几乎全部是基于聚(N-异丙基丙烯酰)材料的温敏性设计的，如YunfengLi等人设计的聚(N-异丙基丙烯酰胺)接枝的纤维素纳米晶体水凝胶(AngewandteChemie-InternationalEdition2016，56：6083-6087)虽然降低了材料的成胶浓度，但其在体温下仍然不透明，无法使用明场显微镜和荧光显微镜直接观察细胞，且由于材料的不可降解性限制了体内应用。本课题组制备了一种聚乙二醇-聚氨基酸嵌段共聚物水凝胶(CN201610016424.6)，同样具有热可逆行为，有利于细胞收集，同时聚氨基酸可降解，降解不产生酸性环境，生物相容性好，单体无毒性，但是，该材料在透明度上仍然存在一定缺陷，不利于细胞观察。因此，开发更优异的三维细胞培养材料迫在眉睫。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种多臂聚乙二醇-聚(L-谷氨酸酯)嵌段共聚物及其制备方法和应用，本专利技术提供的聚合物形成的水凝胶具有良好的热可逆性能和可调节的透明度，有利于热可逆水凝胶用于三维细胞的培养、观察、收集与体内注射。本专利技术提供了一种多臂聚乙二醇-聚(L-谷氨酸酯)嵌段共聚物，包含具有式(I)结构的第一嵌段和/或式(II)结构的第二嵌段与具有式(III)结构的第三嵌段：其中，m为聚合度，3≤m≤56；n为聚合度，26≤n≤55；q为聚合度，1≤q≤41；所述第三嵌段占所述多臂嵌段共聚物总数均分子量的40％～90％。优选的，所述m为6≤m≤50。优选的，所述q为2≤q≤35。本专利技术还提供了一种多臂聚乙二醇-聚(L-谷氨酸酯)嵌段共聚物的制备方法，包括：具有式(IV)结构的端氨基化的四臂聚乙二醇和/或具有式(V)结构的端氨基化的八臂聚乙二醇中的一种与γ-乙氧基二乙二醇-L-谷氨酸酯-N-羧酸内酸酐发生聚合反应，得到权利要求1所述的多臂聚乙二醇-聚(L-谷氨酸酯)嵌段共聚物；其中，m为聚合度，3≤m≤56；n为聚合度，26≤n≤55。优选的，所述端氨基化的四臂聚乙二醇或端氨基化的八臂聚乙二醇与γ-乙氧基二乙二醇-L-谷氨酸酯-N-羧酸内酸酐的摩尔比为1∶(4～164)；所述端氨基化的四臂聚乙二醇和端氨基化的八臂聚乙二醇的总摩尔数与γ-乙氧基二乙二醇-L-谷氨酸酯-N-羧酸内酸酐的摩尔数之比为1∶(4～164)。优选的，所述γ-乙氧基二乙二醇-L-谷氨酸酯-N-羧酸内酸酐按照以下方法制备：1)将L-谷氨酸和二乙二醇乙醚混合反应，得到γ-乙氧基二乙二醇-L-谷氨酸酯；2)将所述γ-乙氧基二乙二醇-L-谷氨酸酯与双(三氯甲基)碳酸酯混合反应，得到γ-乙氧基二乙二醇-L-谷氨酸酯-N-羧酸内酸酐。本专利技术还提供了一种水凝胶，包含本专利技术所述的多臂聚乙二醇-聚(L-谷氨酸酯)嵌段共聚物和溶剂。优选的，所述水凝胶中多臂聚乙二醇-聚(L-谷氨酸酯)嵌段共聚物的含量为2wt％～30wt％。本专利技术还提供了一种三维细胞培养材料，包括本专利技术所述的多臂聚乙二醇-聚(L-谷氨酸酯)嵌段共聚物。本专利技术还提供了一种本专利技术所述的多臂聚乙二醇-聚(L-谷氨酸酯)嵌段共聚物在制备药物载体中的应用。与现有技术相比，本专利技术提供了一种多臂聚乙二醇-聚(L-谷氨酸酯)嵌段共聚物，包含具有式(I)结构的第一嵌段和/或式(II)结构的第二嵌段与具有式(III)结构的第三嵌段，通过实验发现，低温下，多臂嵌段共聚物亲水性较强，在溶剂中为分散的胶束，温度升高时，多臂嵌段共聚物发生疏水堆积形成凝胶网络，温度继续升高，凝胶转变成为沉淀状态或发生脱水，即本专利技术提供的多臂嵌段共聚物可以随温度变化发生可逆的溶胶-凝胶-沉淀(脱水)转变。此外，本申请通过选择特定的第一嵌段和/或第二嵌段、第三嵌段以及第三嵌段的长度可以实现聚合物相转变温度的调节和高的透明度，使得本专利技术提供的多臂嵌段共聚物可以很好的应用于生物医学方面，尤其是作为三维细胞培养材料和药物载体的使用。附图说明图1为本专利技术实施例3制备的多臂嵌段共聚物的核磁共振氢谱图；图2为本专利技术实施例8制备的多臂嵌段共聚物的核磁共振氢谱图；图3为本专利技术实施例14制备的多臂嵌段共聚物的核磁共振氢谱图；图4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多臂聚乙二醇‑聚(L‑谷氨酸酯)嵌段共聚物，包含具有式(I)结构的第一嵌段和/或式(II)结构的第二嵌段与具有式(III)结构的第三嵌段：

【技术特征摘要】
1.一种多臂聚乙二醇-聚(L-谷氨酸酯)嵌段共聚物，包含具有式(I)结构的第一嵌段和/或式(II)结构的第二嵌段与具有式(III)结构的第三嵌段：其中，m为聚合度，3≤m≤56；n为聚合度，26≤n≤55；q为聚合度，1≤q≤41；所述第三嵌段占所述多臂嵌段共聚物总数均分子量的40％～90％。2.根据权利要求1所述的嵌段共聚物，其特征在于，所述m为6≤m≤50。3.根据权利要求1所述的嵌段共聚物，其特征在于，所述q为2≤q≤35。4.一种权利要求1所述的多臂聚乙二醇-聚(L-谷氨酸酯)嵌段共聚物的制备方法，包括：具有式(IV)结构的端氨基化的四臂聚乙二醇和/或具有式(V)结构的端氨基化的八臂聚乙二醇中的一种与γ-乙氧基二乙二醇-L-谷氨酸酯-N-羧酸内酸酐发生聚合反应，得到权利要求1所述的多臂聚乙二醇-聚(L-谷氨酸酯)嵌段共聚物；其中，m为聚合度，3≤m≤56；n为聚合度，26≤n≤55。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述端氨基化的四臂聚乙二醇或端氨基化的八臂聚乙二醇与γ-乙氧基二乙二醇-L-谷氨酸酯-N-羧酸内酸酐的摩尔比为1∶(4～164)；所述端氨基化的四臂聚乙二醇和端氨基化的八臂聚乙二醇的总摩尔数与γ-乙氧基二乙二醇-L-谷...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺超良，赵丹，李冬，陈学思，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22