可用于治疗诊断学的聚合纳米颗粒制造技术

描述了用于受控药物递送的基于淀粉的pH-响应性纳米颗粒的合成和表征。通过新的一锅法合成了具有不同的淀粉与MAA摩尔比的聚甲基丙烯酸接枝的淀粉(PMAA-g-St)纳米颗粒，所述一锅法能够同时在水性介质中实现PMAA的接枝和纳米颗粒形成。NMR数据表明，聚山梨醇酯80聚合成接枝聚合物。纳米颗粒是相对球形的，具有狭窄的尺寸分布和多孔的表面形态，且在生理pH范围表现出pH依赖性膨胀。颗粒尺寸和体积相变的量级依赖于PMAA含量和制剂参数，诸如表面活性剂水平、交联剂量和总单体浓度。结果表明，新的pH-响应性纳米颗粒具有对受控药物递送有用的性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可用于治疗诊断学的聚合纳米颗粒
本专利技术涉及可用于递送治疗剂和/或诊断剂的聚合纳米颗粒。
技术介绍
许多天然的多糖（诸如淀粉和海藻酸盐）存在于食品中或被用作食品成分。淀 粉是在自然界中存在的最丰富的多糖之一。该生物聚合物具有（C 6HltlO5)J]分子式，其中 η的范围为300-1000[1]。淀粉由2种被称作直链淀粉和支链淀粉的聚合物的混合物组成 [1，2]。直链淀粉分子由通过α-1，4缩醛键连接的a-D-吡喃葡萄糖单元组成。支链淀粉 分子大得多且高度支化。所述分子含有α -1，4直链键，且通过α -1，6键支化[1，2]。大多 数在工业中使用的淀粉经常含有20-30%直链淀粉，余量为支链淀粉（70-80% )和诸如脂 质和蛋白的次要组分（小于1 % ) [3]。 淀粉会提供独特的优势。淀粉是相对安全的，具有十分适用于体内应用的生物相 容性和生物可降解谱。在胶体系统的情形下，淀粉具有稳定性能，从而使它成为生物分子开 发的有用候选物。淀粉含有许多羟基，所述羟基能够发生醇特有的各种化学反应。这可以 将多种药物、靶向部分、金属螯合剂、荧光探针等与基于淀粉的材料结合。基于淀粉的材料 还可以是非常有成本效益的。尽管具有这些优势，但淀粉作为生物材料和在药物递送应用 中具有有限的应用。天然淀粉由于它的较差机械和化学性能而具有有限的应用；但是，可以 做出各种修饰来改善淀粉的性能和拓宽它的应用。最常见的化学修饰是接枝、氧化、酯化、 醚化和水解。由于淀粉的可生物降解性能和稳定性能与丙烯酸聚合物的PH响应特性的组 合，用基于丙烯酸的单体接枝淀粉可以产生具有潜在药物递送和生物医学应用的材料。 已经合成淀粉-黄原胶水凝胶用于通过由三偏磷酸钠交联淀粉和黄原胶进行受 控药物递送[4]。已经使用辐射、光解或催化剂和引发剂如金属离子、过氧化物或过硫酸盐 [5-12]通过不同乙烯基单体的接枝聚合来修饰淀粉[5]。乙烯基单体在淀粉上的接枝通常 通过自由基引发来实现。已经将淀粉接枝共聚物用作水凝胶、絮凝剂、离子交换剂、超级吸 收剂等[13-18]。 亲水丙烯酸单体可以形成具有可调节的膨胀动力学的水凝胶，且已经用于药物递 送和其它生物医学应用，诸如改善成骨细胞粘附[19-21]。淀粉的可生物降解性能与基于 丙烯酸的聚合物的PH响应特性的组合可以导致在生物医学和药物递送中具有潜力的受关 注的水凝胶。以前公开的工作已经证实，过硫酸钾能够引发甲基丙烯酸向淀粉上的接枝；但 是，形成大量的同聚物[22]。通过使用过硫酸钾/硫代硫酸钠氧化还原引发系统,Hebeish 等人能够有效地将聚甲基丙烯酸接枝到淀粉上，同时使同聚物形成最小化[6, 7]。 在许多应用中，响应于环境刺激（诸如pH)的快速相变是受期望的。但是，大尺寸 的大块水凝胶通常经历缓慢的尺寸变化，因为聚合网络中的构象变化以及溶质和水穿过所 述网络的扩散需要时间。由于响应时间与扩散距离的平方成比例，通过调节水凝胶尺寸可 以控制相变速率[23]。通常，纳米尺寸的聚合物会经历膨胀平衡和微秒级的相变。因此，刺 激响应性纳米颗粒可以潜在地用在刺激响应性药物递送中，且可以因为它们对刺激的极快 响应而充当传感器或微开关。 尽管存在关于乙烯基单体的接枝聚合的众多出版物，但关于基于纳米尺寸淀粉 的PH敏感颗粒的开发和表征的公开数据非常有限。Saboktakin等人最近已经描述了聚 甲基丙烯酸向羧甲基淀粉上的接枝以产生本体聚合物[24]。该作者随后使用冷冻干燥法 来生产纳米粉末；但是，他们的方法没有产生纳米颗粒在水性介质中的稳定胶体分散体。 Saboktakin等人还已经描述了聚甲基丙烯酸向作为紫杉醇的递送系统的壳聚糖纳米颗粒 上的接枝[24(a)]。Hirosue等人已经在国际专利公开WO 2010/084060中描述了具有淀粉 骨架的聚合物，在所述淀粉骨架上，在用连接物（诸如2-溴异丁酰基溴）修饰骨架以后通 过原子转移自由基聚合（ATRP)来接枝甲基丙烯酸酯单体。通过乳剂扩散法用所述淀粉聚 合物配制纳米颗粒。
技术实现思路
本文描述的专利技术包括用于合成纳米颗粒的方法。 本专利技术的纳米颗粒包括聚合物骨架，其具有接枝在其上的含有羧基或氨基的聚合 链。在纳米颗粒外表面上存在的聚乙氧基化物部分共价连接以作为纳米颗粒的一部分。 本专利技术的纳米颗粒特别可用作例如治疗剂和/或信号分子的载体。 优选地，在一锅合成过程中在水溶液中形成本专利技术的纳米颗粒，其中单体接枝 聚合在骨架聚合物上，并且聚乙氧基化物部分参与所述聚合以共价地合并为纳米颗粒的一 部分。 在公开的实施方案中，所述聚合物骨架由淀粉提供，所述单体是甲基丙烯酸 (MAA)、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯（DEAEM)，且所述聚乙氧基化部分由聚山梨醇酯80(吐 温? 80)提供。 本专利技术的纳米颗粒特别可用作载体纳米颗粒。所述载体的货物（cargo)或净荷 (playload)可以是治疗剂，诸如药物、信号分子如荧光团（例如荧光素胺）、钆等。 可以在纳米颗粒形成之后，向纳米颗粒加载治疗剂。可替换地，且特别是在颗粒货 物包括当在患者中存在时不希望从载体颗粒逐出的信号分子或其它分子的情况下，可以在 纳米颗粒产生之前通过与聚合物共价连接而用所述分子将所述聚合物官能化。在公开的实 例中，将有机螯合剂二亚乙基三胺五乙酸二酸酐（DTPA二酸酐）与纳米颗粒共价连接。在 一个实例中，在纳米颗粒产生之前，将DTPA与多糖聚合物骨架共价连接；在另一个实例中， 将DTPA与已经形成的纳米颗粒连接。将Gd+ 3加载入作为纳米颗粒的一部分预安装的螯合 剂中。 在另一个实例中，将已知为水溶性的药物盐酸多柔比星加载入本专利技术的纳米颗粒 中，并表征体内行为。 可能得到具有相对低的多分散性指数（PDI)的本专利技术的纳米颗粒。提供了单分散 体的一个实例，即其中纳米颗粒具有小于〇. 12的TOI的组合物。 本专利技术的纳米颗粒（其中存在多个羧基或氨基）是pH敏感的，并且提供了解释毫 秒级相变的实例。在一个方面，已经检查了例示的颗粒的尺寸，其依赖于各种加工参数和 pH。在本文中例示了其中平均直径从IOOnm变化至超过300nm的纳米颗粒组合物。 在抗癌药物多柔比星的情况下，一个实例示出加载药物的纳米颗粒，其提供在药 物抗性细胞系中的IC50下降，观察到多达19倍的下降。因此，载体纳米颗粒的潜在应用是 用于治疗药物抗性乳腺癌的多柔比星受控递送。 加载Gd+3的纳米颗粒可以用在磁共振成像（MRI)造影剂中，并且在本文中例示了 该用途。 还通过荧光素胺异构体I例示了具有与所述颗粒共价连接的有机荧光探针的纳 米颗粒的用途。 本专利技术的纳米颗粒具有体外和体内应用。例如，本文描述的体外研究指示癌细胞 对所述颗粒的细胞摄取和针对肝细胞的微小细胞毒性，从而表明可用于药物递送和诊断应 用。 例示的颗粒的NMR研究指示，聚山梨醇酯80 (PS80)被聚合入聚甲基丙烯酸接枝的 淀粉纳米颗粒且存在于颗粒表面上。使聚乙氧基化的聚山梨醇酯（已知其表现出表面活性 剂性能）与纳米颗粒共价结合，会向所述载体提供在生物系统中的稳定性。此外，已知PS本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产纳米颗粒的方法，所述方法包括下述步骤：(a)将聚合物溶解在液体溶液中；(b)提供包含羧酸侧基的可聚合单体；(c)将所述单体接枝聚合以在溶解的聚合物上形成聚合链，(d)提供乙氧基化分子，其具有可与形成的链反应的官能团，其中：步骤(c)在所述乙氧基化分子的存在下进行，以使所述乙氧基化分子与所述聚合链共价连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.02 US 61/605,9951. 生产纳米颗粒的方法，所述方法包括下述步骤： (a)将聚合物溶解在液体溶液中； 化）提供包含駿酸侧基的可聚合单体； (C)将所述单体接枝聚合W在溶解的聚合物上形成聚合链， (d)提供己氧基化分子，其具有可与形成的链反应的官能团，其中： 步骤（C)在所述己氧基化分子的存在下进行，W使所述己氧基化分子与所述聚合链共 价连接。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述液体溶液包含轻基溶剂。3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述轻基溶剂包含水。4. 根据权利要求1、2或3所述的方法，其中所述聚合物是具有0. 05-3取代度/聚合物 单元的多轻基聚合物，所述单体包含帰基，且所述接枝聚合步骤在交联剂的存在下进行。5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述多轻基聚合物具有0. 5-3的取代度。6. 根据权利要求4所述的方法，其中所述多轻基聚合物具有2-3的取代度。7. 根据权利要求4所述的方法，其中所述多轻基聚合物包括取代度为0. 5-3的多糖。8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述多轻基聚合物包括葡萄糖。9. 根据权利要求7所述的方法，其中所述多糖包括淀粉。10. 根据权利要求4、5或6所述的方法，其中所述步骤（C)的单体W所述交联剂的量的 1-20倍（mol/mol)的量存在。11. 根据权利要求10所述的方法，其中所述步骤（C)的单体W所述交联剂的量的3-6 倍的量存在。12. 根据权利要求4-11中任一项所述的方法，其中所述聚合步骤是在自由基引发剂的 存在下进行的自由基接枝聚合。13. 根据权利要求4-12中任一项所述的方法，其中所述引发剂基本上不含有过渡金 属。14. 根据权利要求4-12中任一项所述的方法，其中所述引发剂是过硫酸盐或其功能等 效物。15. 根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中所述己氧基化分子的己氧基化物基 团由游离轻基封端。16. 根据权利要求1-15中任一项所述的方法，其中所述己氧基化分子包括帰基，所述 帰基进行化学反应W将表面活性剂分子共价连接至所述聚合链。17. 根据权利要求16所述的方法，其中所述己氧基化分子是具有R(C9-C31)-C(0) 0-基团的聚己氧基化脱水山梨糖醇，其中在所述聚合步骤中，将脱水山梨糖醇通过 R(C9-C31)-C(0)0-基团的C-C共价键与第二聚合物连接。18. 根据权利要求17所述的方法，其中所述脱水山梨糖醇是聚山梨醇醋，其中氧基亚 己基单元的总数是至少10。19. 根据权利要求15所述的方法，其中所述氧基亚己基单元的总数是10、12、14、16、 18、20、22、24、26、28、30 或 32。20. 根据权利要求17、18或19所述的方法，其中所述R (C9-C31) -C做0-基团含有至少 一个C-C不饱和性，所述C-C不饱和性在所述聚合步骤中反应W形成C-C共价键。21. 根据权利要求20所述的方法，其中所述聚己氧基化分子是聚山梨醇醋80。22. 根据权利要求1-21中任一项所述的方法，其中选择所述聚合物的量和所述步骤 (C)的单体的量W产生纳米颗粒，其中所述聚合链中的单体单元与所述聚合物的单体单元 的摩尔比是0. 1-10。23. 根据权利要求22所述的方法，其中选择所述聚合物的量和所述步骤（C)的单体 的量W产生纳米颗粒，其中所述聚合链中的单体单元与所述聚合物的单体单元的摩尔比是 0? 3_7. 0。24. 根据权利要求22所述的方法，其中选择所述聚合物的量和所述步骤（C)的单体 的量W产生纳米颗粒，其中所述聚合链中的单体单元与所述聚合物的单体单元的摩尔比是 1-5. 0。25. 根据权利要求1-24中任一项所述的方法，其中选择所述己氧基化物分子的量 和步骤（C)中的单体的量W产生纳米颗粒，其中己氧基化物分子与单体单元的摩尔比是 0.0005-1。26. 根据权利要求25所述的方法，其中选择所述己氧基化物分子的量和步骤（C)中的 单体的量W产生纳米颗粒，其中己氧基化物分子与单体单元的摩尔比是0. 003-0. 01。27. 根据权利要求1-26中任一项所述的方法，其中所述聚合步骤在表面活性剂的存在 下进行。28. 根据权利要求27所述的方法，其中所述表面活性剂是阴离子表面活性剂。29. 生产用于递送生物试剂的纳米颗粒的方法，所述方法包括：权利要求1-28中任一 项所述的方法，其中将所述试剂共价连接至步骤（a)的聚合物。30. 根据权利要求29所述的方法，其中所述聚合物是多轻基化聚合物，并将所述试剂 通过所述聚合物的轻基氨原子的取代而共价连接至所述聚合物。31. 根据权利要求29所述的方法，其中所述试剂包含能够络合金属的有机部分。32. 根据权利要求31所述的方法，其还包括形成金属-有机部分络合物。33. 根据权利要求31或32所述的方法，其中选择所述金属W在磁共振成像中提供信 号。34. 根据权利要求33所述的方法，其中所述金属是Gd 。35. 根据权利要求1-34中任一项所述的方法，其中所述步骤（C)的单体的量足够高，W 使在抑7.4和lOmM的离子强度测量的所产生的纳米颗粒的水溶液的^电位的绝对值是 至少15mV。36. 生产用于递送生物试剂的纳米颗粒的方法，所述方法包括；将所述试剂和通过权 利要求1-35中任一项所述的方法获得的纳米颗粒分散在液体介质中，W将所述试剂并入 所述纳米颗粒中。37. 生产用于递送生物试剂的纳米颗粒的方法，所述方法包括；共价连接至通过权利 要求1-35中任一项所述的方法生产的纳米颗粒和将所述试剂共价连接至所述纳米颗粒的 聚合链的駿酸基团。38. 生产载体纳米颗粒的方法，所述方法包括下述步骤： (i) 将聚合物溶解在水溶液中； (ii) 提供包含駿酸侧基的可聚合单体； (iii) 将所述单体接枝聚合w在溶解的聚合物上形成聚合链， (iv) 提供聚己氧基化分子，其具有可与形成的链反应的官能团，其中： 聚合步骤（ii)在聚己氧基化分子的存在下进行，W将所述聚己氧基化分子与形成的 链共价连接，且聚合的产物形成所述纳米颗粒，其中聚己氧基化部分在所述纳米颗粒的外 部上。39. 纳米颗粒，其包含： -第一聚合物； -与所述第一聚合物接枝的第二聚合物；和 -与所述第二聚合物共价结合的聚己氧基化部分。40. 根据权利要求39所述的纳米颗粒，其中所述第二聚合物包含聚合的己帰基，所述 第二聚合物的骨架的每2个碳具有约1个駿基。41. 根据权利要求39所述的纳米颗粒，其中所述第二聚合物是聚帰基聚合物。42. 根据权利要求41所述的纳米颗粒，其中所述聚帰基聚合物是聚丙帰酸。43. 根据权利要求42所述的纳米颗粒，其中所述聚丙帰酸是聚甲基丙帰酸。44. 根据权利要求39-43中任一项所述的纳米颗粒，其中所述聚己氧基化部分是具有 R(C9-C31)-C(0)0-基团的脱水山梨糖醇，其中所述脱水山梨糖醇通过R-基团的C-C共价键 与所述第二聚合物连接。45. 根据权利要求39-44中任一项所述的纳米颗粒，其中所述第一聚合物包括多轻基 聚合物。46. 根据权利要求45所述的纳米颗粒，其中所述多轻基聚合物包括取代度为0. 05-3的 多糖。47. 根据权利要求46所述的纳米颗粒，其中所述多糖包括淀粉。48. 根据权利要求47所述的纳米颗粒，其中所述第二聚合物是交联的。49. 组合物，其包含多个权利要求39-48中任一项所述的纳米颗粒，还包含药学活性 剂。50. 根据权利要求49所述的组合物，其中将所述试剂吸附至所述纳米颗粒。51. 组合物，其包含多个权利要求39-48中任一项所述的纳米颗粒，还包含信号分子。52. 根据权利要求51所述的组合物，其中所述信号分子是通过有机部分馨合的金属， 其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓渔，艾利莱扎·莎尔维利，蔡平，
申请(专利权)人：多伦多大学董事局，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA