一种肿瘤放射治疗增敏聚合物及其制备方法、胶束纳米粒子及其应用技术

本发明专利技术提供了一种肿瘤放射治疗增敏聚合物及其制备方法、胶束纳米粒子及其应用，肿瘤放射治疗增敏聚合物具有式I结构。该聚合物为甲硝唑接枝的聚乙二醇‑b‑聚谷氨酸，其在水溶液中自组装成胶束纳米粒子，表面是亲水性的聚乙二醇结构，纳米粒子作为肿瘤放疗增敏剂的应用时具有较好的增敏效果。该聚合物的生物安全性较高，具有很大的临床应用潜力。胶束纳米粒子的平均粒径为55nm，该尺寸便于纳米粒子在肿瘤组织部位富集；聚合物的半波电势为‑0.475mV；胶束纳米粒子的增敏比为2.18；21天后，纳米粒子照射组(HMs)的肿瘤相比于照射之前，其体积大小明显缩小(降低至原来的75％)。

Tumor radiotherapy sensitizing polymer and preparation method, micellar nanoparticles and its application

The invention provides a tumor radiotherapy sensitizing polymer, a preparation method thereof, micelle nanoparticles and their application. The tumor radiotherapy sensitizing polymer has a formula I structure. The polymer is a metronidazole-grafted polyethylene glycol-b-polyglutamic acid. It self-assembles into micelle nanoparticles in aqueous solution. The surface of the polymer is hydrophilic polyethylene glycol structure. The nanoparticles have good sensitization effect when used as tumor radiosensitizer. The biosafety of the polymer is high and has great potential for clinical application. The average particle size of micelle nanoparticles is 55 nm, which facilitates the enrichment of nanoparticles in tumor tissues; the half-wave potential of polymer is 0.475 mV; the sensitization ratio of micelle nanoparticles is 2.18; 21 days later, the volume of tumor in the nanoparticle irradiation group (HMs) is significantly smaller than that before irradiation (reduced to 75.5 mV). %).

【技术实现步骤摘要】
一种肿瘤放射治疗增敏聚合物及其制备方法、胶束纳米粒子及其应用
本专利技术属于高分子合成
，尤其涉及一种肿瘤放射治疗增敏聚合物及其制备方法、胶束纳米粒子及其应用。
技术介绍
放疗已被广泛用作癌症的主要治疗方法之一，电离辐射方法杀死癌细胞的机制是通过辐射粒子与一系列生物分子，如DNA的相互作用来杀死癌细胞。在放疗增敏方面，氧气分子可以作为一种有效的化学放射增敏剂，用来增加放疗效果，在整个放疗过程中，起着非常重要的作用。然而，体积较大的肿瘤组织中的缺氧微环境限制了放射治疗的最终疗效，导致放疗效果减弱。除了通过改善低氧肿瘤中氧的浓度策略来调节肿瘤微环境外，放射增敏剂也经常用于增强肿瘤组织对放射治疗的放射敏感性。开发高效放射增敏剂，一直是有效改善放射疗效的最重要方法之一。一般而言，放射增敏剂可以分为两类：一是通过高Z纳米粒子吸收辐射并将能量沉积在肿瘤内，最终达到增强辐射强度的作用；二是小分子化合物，通过抑制内源放射保护性物质，辐射分解产生的细胞毒性化合物来抑制细胞修复(细胞DNA中的胸腺嘧啶结构)，模拟氧气的亲电子作用等机理杀死肿瘤细胞。在临床应用中，由于长期毒性问题，不使用高Z纳米颗粒。在小分子化学放射敏感剂中，电子亲和性的化合物最具前景，因为通过选择性地与固定辐射后DNA损伤的DNA自由基反应形成较高的生物安全性，例如，尼莫拉唑和甘氨双唑钠，其已被批准用于临床应用。然而，由于生物利用度有限，特别是在肿瘤组织的乏氧区域，小分子的治疗效率仍然需要改善。具有肿瘤放疗增敏活性的小分子放疗增敏剂有很多种，但是目前获得临床应用的却很少。目前在临床中获得应用或者在临床实验阶段的，主要是硝基咪唑类化合物，它们可以将放射治疗时射线对肿瘤乏氧细胞造成的DNA损伤固定并抑制其DNA的修复。其中，2-硝基咪唑类化合物虽然增敏活性较高，但是也具有较高的神经毒性，因而未能获得广泛应用。5-硝基咪唑类化合物也被证明具有较好放射增敏的性能，并且目前唯一获得临床批准的，作为肿瘤放疗增敏剂的甘氨双唑钠已经上市销售，它可以提高实体肿瘤组织内乏氧细胞对射线的敏感性且对正常组织无明显影响。但是甘氨双唑钠在水溶液中的稳定性极差，而且在肿瘤组织中的富集效果不理想。这些缺陷将导致甘氨双唑钠进入机体后，在短时间内就被代谢完全。这些缺点限制了其广泛应用。目前，纳米载体的化学放射疗法近年来引起了高度重视。优化的纳米载体通过被动或主动靶向促进药物递送到肿瘤组织中，实现在肿瘤部位富集，增强放射治疗的疗效。制备高生物相容性的两亲性嵌段聚合物放疗增敏剂，在水溶液中自组装得到胶束纳米粒子，静脉注射后可延长血液循环，增加肿瘤富集，该方法为更加高效的肿瘤发射治疗提供了可能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种肿瘤放射治疗增敏聚合物及其制备方法、胶束纳米粒子及其应用，该聚合物具有优异的增敏效果。本专利技术提供了一种肿瘤放射治疗增敏聚合物，具有式I结构：式I中，40≤m≤226；30≤n≤100；0.2≤x≤1；0≤y≤0.8。优选地，所述60≤m≤150；45≤n≤80；0.5≤x≤0.8；0.2≤y≤0.5。优选地，所述m＝113，x＝0.64，y＝0.36，n＝50。本专利技术提供了一种上述技术方案所述肿瘤放射治疗增敏聚合物的制备方法，包括以下步骤：将聚乙二醇-b-聚谷氨酸与甲硝唑，在缩合剂作用下，进行酯化反应，得到具有式I结构的聚乙二醇-b-(聚谷氨酸-g-甲硝唑)嵌段聚合物：式I中，40≤m≤226；30≤n≤100；0.2≤x≤1；0≤y≤0.8。优选地，所述酯化反应的温度为45～55℃；酯化反应的时间为90～100h。优选地，所述聚乙二醇-b-聚谷氨酸和甲硝唑的物质的量比为0.018～0.022:1。本专利技术提供了一种胶束纳米粒子，由上述技术方案或上述技术方案所述制备方法制备的肿瘤放射治疗增敏聚合物在水溶液中自组装，得到胶束纳米粒子。优选地，所述肿瘤放射治疗增敏聚合物的临界胶束浓度为8.8×10-3mg/mL。本专利技术提供了一种上述技术方案所述胶束纳米粒子作为肿瘤放疗增敏剂的应用。本专利技术提供了一种肿瘤放射治疗增敏聚合物，具有式I结构。该聚合物为甲硝唑接枝的聚乙二醇-b-聚谷氨酸，其在水溶液中自组装成胶束纳米粒子，表面是亲水性的聚乙二醇结构，纳米粒子作为肿瘤放疗增敏剂的应用时具有较好的增敏效果。该聚合物的生物安全性较高，具有很大的临床应用潜力。实验结果表明：胶束纳米粒子的平均粒径为55nm，该尺寸便于纳米粒子在肿瘤组织部位富集；聚合物的半波电势为-0.475mV；胶束纳米粒子的增敏比为2.18；21天后，纳米粒子照射组(HMs)的肿瘤相比于照射之前，其体积大小明显缩小(降低至原来的75％)。附图说明图1为本专利技术嵌段聚合物聚乙二醇-b-聚(谷氨酸-g-甲硝唑)的合成路线图；图2为本专利技术实施例3制备的嵌段聚合物聚乙二醇113-b-聚(谷氨酸0.36-g-甲硝唑0.64)50的1HNMR谱图；图3为本专利技术实施例3制备的聚合物浓度对激发光光谱中波长在339nm和332nm处的强度的比值作图；图4为本专利技术实施例3制备的纳米胶束粒子的动态光散射表征图；图5为聚合物粒子与小分子抗癌药物阿霉素在小鼠体内长时间循环表征图；图6为聚合物粒子在小鼠体72h内随时间变化的富集表征图；图7为本专利技术实施例3制备的聚乙二醇-b-聚(谷氨酸-g-甲硝唑)、甘氨双唑钠、甲硝唑的半波电位(E1/2)表征图；图8为聚乙二醇-b-聚(谷氨酸-g-甲硝唑)嵌段聚合物纳米粒子(HMs)，甘氨双唑钠(GS)和甲硝唑(MN)在无、有辐射剂量(4Gy)条件下对小鼠乳腺癌4T1细胞的毒性评价；图9为磷酸盐缓冲溶液(PBS)，聚乙二醇-b-聚(谷氨酸-g-甲硝唑)嵌段聚合物纳米粒子(HMs)，甘氨双唑钠(GS)和甲硝唑(MN)在乏氧和常氧条件下，细胞存活分数对电子束辐射剂量依赖性表征图；图10为磷酸盐缓冲溶液(PBS)组、聚乙二醇-b-聚(谷氨酸-g-甲硝唑)(HMs)聚合物组以及小分子增敏剂甘氨双唑钠(GS)和甲硝唑(MN)组对小鼠乳腺癌4T1细胞彗星试验图；图11为磷酸盐缓冲溶液(PBS)，聚乙二醇-b-聚(谷氨酸-g-甲硝唑)嵌段聚合物纳米粒子(HMs)，甘氨双唑钠(GS)和甲硝唑(MN)H22肿瘤生长曲线图；图12为治疗后第21天时，切下的肿瘤的照片。具体实施方式本专利技术提供了一种肿瘤放射治疗增敏聚合物，具有式I结构：式I中，40≤m≤226；30≤n≤100；0.2≤x≤1；0≤y≤0.8。在本专利技术中，所述m为聚合度，40≤m≤226；优选地，60≤m≤150。所述n为聚合度，30≤n≤100；优选地，45≤n≤80。所述x为与甲硝唑(MN)反应的PLG的数目，0.2≤x≤1；优选地，0.5≤x≤0.8。所述y为未与甲硝唑(MN)反应的PLG的数目，0≤y≤0.8；优选地，0.2≤y≤0.5。在本专利技术具体实施例中，所述肿瘤放射治疗增敏聚合物具体为聚乙二醇113-b-聚(谷氨酸0.36-g-甲硝唑0.64)50；即m＝113，x＝0.64，y＝0.36，n＝50。本专利技术提供了一种上述技术方案所述肿瘤放射治疗增敏聚合物的制备方法，包括以下步骤：将聚乙二醇-b-聚谷氨酸与甲硝唑，在缩合剂作用下，进行酯化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种肿瘤放射治疗增敏聚合物，具有式I结构：

【技术特征摘要】
1.一种肿瘤放射治疗增敏聚合物，具有式I结构：式I中，40≤m≤226；30≤n≤100；0.2≤x≤1；0≤y≤0.8。2.根据权利要求1所述的肿瘤放射治疗增敏聚合物，其特征在于，所述60≤m≤150；45≤n≤80；0.5≤x≤0.8；0.2≤y≤0.5。3.根据权利要求1所述的肿瘤放射治疗增敏聚合物，其特征在于，所述m＝113，x＝0.64，y＝0.36，n＝50。4.一种权利要求1～3任一项所述肿瘤放射治疗增敏聚合物的制备方法，包括以下步骤：将聚乙二醇-b-聚谷氨酸与甲硝唑，在缩合剂作用下，进行酯化反应，得到具有式I结构的聚乙二醇-b-(聚谷氨酸-g-甲硝唑)嵌段聚合物：式I中，40≤m≤226；3...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛治伸，尹伟，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34