一种酸敏感基团修饰的黏惰性纳米粒子及制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种酸敏感基团修饰的黏惰性纳米粒子及制备方法及其应用。选用介孔二氧化硅纳米粒子(MSNs

【技术实现步骤摘要】
一种酸敏感基团修饰的黏惰性纳米粒子及制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于生物医药
，涉及一种表面接枝高亲水性的两性离子聚合物并修饰酸敏感基团的介孔二氧化硅纳米粒子的合成及其应用。特别是涉及一种酸敏感基团修饰的黏惰性纳米粒子及制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]黏膜作为人体重要的免疫防线能够阻止病原微生物入侵人体，但与此同时特殊的生理位置使得它可以将诊断和治疗药物直接递送至靶组织或全身从而避免了首过效应同时增加了患者的依从性。黏膜递送成为了诊断和治疗药物进入人体的一种重要方式(Biomacromolecules,2020,21(6):2455
‑
2462)。然而，作为人体的免疫屏障黏膜会分泌黏液覆盖在其上形成黏液层。黏液层是由黏蛋白、水、无机盐、多肽、细菌以及上皮细胞碎片等物质组成的黏弹性液体(Acta Biomaterialia,2020,119:13
‑
29)。黏液层在人体内分布广泛，且普遍为弱酸性，其可以通过静电相互作用和疏水相互作用强力黏附外来粒子(European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics,2020,159(9):123
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136)从而形成人体重要的生理屏障——黏液屏障。黏液屏障的存在给黏膜的物质递送带来了巨大的困难。
[0003]为克服黏液屏障，研究提出了黏液穿透粒子(mucus
‑
penetrating particles，MPP)这一概念。MPP是一种具有亲水性和电中性表面的粒子(Advanced Therapeutics,2021,4(2))，它能够有效降低黏液层对其的静电作用力和疏水作用力从而快速穿透黏液层到达黏膜上皮细胞表面。纳米粒子由于尺寸微小能够穿透黏液层的孔隙(European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics,2020,149:45
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57)成为了重要的黏液穿透粒子。其中介孔二氧化硅纳米粒子制备简单、易功能化修饰且生物相容性良好是优良的医用纳米粒子。MPP制备的一个重要环节是亲水性材料的修饰，聚乙二醇(Polyethylene glycol，PEG)是常用的亲水性修饰材料。然而研究发现PEG会抑制细胞摄取并且可能导致免疫反应(Yakugaku Zasshi,2020,140(2):163
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169)。具有高亲水性的两性离子聚合物已被证实是一种强大的抗蛋白吸附材料。而其中具有等量阴阳离子基团的聚羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯(pCBMA)不仅具有高亲水性而且能够有效减弱黏液层对纳米粒子的静电作用力。同时它的内部基团稳定性强、易于进行多种修饰(Analytical Chemistry,2008,80(20):7894
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7901)成为了具有潜力的抗吸附修饰材料。
[0004]此外，有研究基于人体黏液层的弱酸性以及黏膜上皮细胞表面的负电性提出设计具有pH响应能力的可被细胞加速摄取的MPP(国际生物医学工程杂志,2018,41(03):197
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202+212)。这种MPP依靠黏液的弱酸性环境进行孵育，通过孵育纳米粒子表面带有大量的正电荷从而能与黏膜上皮细胞表面的负电荷相互作用加速细胞对纳米粒子的摄取。腙键、酰胺键和缩醛键等是常用的酸敏感键，2,3
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二甲基马来酸酐(Dimethylmaleic anhydride，DMMA)是含有酰胺键的一种pH响应分子。在黏液的弱酸性环境中DMMA中邻近的羧酸基团非常容易攻击酰胺的羰基，形成具有五元环的四面体中间体。此外，相较于结构类似的酸敏感
分子丁二酸酐、顺式环己烯
‑
1,2
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二甲酸酐和顺式乌头酸酐，在相同酸性pH下DMMA的响应速率最高(Polymer Chemistry,2015,6(3):397
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405)并且其易与介孔二氧化硅纳米粒子表面的氨基直接相连，是一种具有潜力的酸敏感分子。当前，用于黏液穿透的纳米粒子的制备研究多集中于亲水性修饰或pH响应促进的细胞靶向摄取，将二者结合起来制备纳米粒子的研究较少。

技术实现思路

[0005]本专利技术基于具有pH响应能力的黏液穿透粒子，创新性的提出将具有高亲水性和电中性的聚羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯接枝于介孔二氧化硅纳米粒子表面上进行黏惰性修饰并将酸敏感分子DMMA修饰于其上。DMMA能够协同pCBMA使介孔二氧化硅纳米粒子表面电势更加接近中性利于黏液穿透，同时DMMA在黏液穿透过程中形成中间体可以暴露纳米粒子表面原位的氨基提升纳米粒子表面电势促进其被黏膜上皮细胞摄取。
[0006]本专利技术选用生物相容性良好的表面氨基化的介孔二氧化硅纳米粒子(Mesoporous silica nanoparticles，MSNs
‑
NH2)作为出发粒子，在其上接枝两性离子聚合物pCBMA并修饰pH响应基团DMMA制备用于黏膜递送的具有pH响应能力的黏惰性纳米粒子MSNs
‑
pCBMA
‑
DMMA。本专利技术的制备过程简单，所得纳米粒子的生物相容性良好，具有较强的pH响应能力且能够快速的穿透黏液层被细胞摄取实现高效的黏膜递送。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种酸敏感基团修饰的黏惰性纳米粒子；其表面接枝两性离子聚合物聚羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯pCBMA并修饰酸敏感基团2,3
‑
二甲基马来酸酐DMMA；酸敏感基团修饰的黏惰性纳米粒子记为MSNs
‑
pCBMA
‑
DMMA。
[0009]本专利技术的酸敏感基团修饰的黏惰性纳米粒子的制备方法，包括如下步骤：
[0010]1)介孔二氧化硅纳米粒子MSNs
‑
NH2的溴化：用N,N
‑
二甲基甲酰胺DMF配置MSNs
‑
NH2的悬浊液5
‑
7mg/mL，按照MSNs
‑
NH2和三乙胺的质量比为1:5.6
‑
6向其中三乙胺并充分混合，将α
‑
溴异丁酰溴按照与MSNs
‑
NH2的质量比为1:1.4
‑
1.5溶解于DMF溶液中并置于恒压滴定漏斗中并逐滴加入到反应体系中，在冰水浴条件下220
‑
260rpm搅拌，反应2
‑
3h，后转移至25
‑
35℃恒温水浴中持续反应17
‑
20h，反应产物离心洗涤后得到溴化粒子记为MSNs
‑
Br；
[0011]2)pCBMA接枝于介孔MSNs
‑
Br上制备黏惰性的纳米粒子MSNs
‑
pCBMA：取MSNs
‑
Br分散于体积比为1:1
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种酸敏感基团修饰的黏惰性纳米粒子；其特征是表面接枝两性离子聚合物聚羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯pCBMA并修饰酸敏感基团2,3
‑
二甲基马来酸酐DMMA；酸敏感基团修饰的黏惰性纳米粒子记为MSNs
‑
pCBMA
‑
DMMA。2.权利要求1的酸敏感基团修饰的黏惰性纳米粒子的制备方法，其特征是包括如下步骤：1)介孔二氧化硅纳米粒子MSNs
‑
NH2的溴化：用N,N
‑
二甲基甲酰胺DMF配置MSNs
‑
NH2的悬浊液5
‑
7mg/mL，按照MSNs
‑
NH2和三乙胺的质量比为1:5.6
‑
6向其中加入三乙胺并充分混合，将α
‑
溴异丁酰溴按照与MSNs
‑
NH2的质量比为1:1.4
‑
1.5溶解于DMF溶液中并置于恒压滴定漏斗中逐滴加入到反应体系中，在冰水浴条件下220
‑
260rpm搅拌，反应2
‑
3h，后转移至25
‑
35℃恒温水浴中持续反应17
‑
20h，反应产物离心洗涤后得到溴化粒子记为MSNs
‑
Br；2)pCBMA接枝于MSNs
‑
Br上制备黏惰性的纳米粒子MSNs
‑
pCBMA：取MSNs
‑
Br分散于体积比为1:1
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1.1的DMF与水的混合溶液中，其中MSNs
‑
Br和混合溶液的质量比为1:95
‑
100，向其中加入CBMA单体、溴化铜以及2,2
’‑
联吡啶，并通入氮气除去其中的氧气，之后将溴化亚铜加入到反应体系中开始反应，继续通氮气，反应完成后停止通氮气并将反应体系暴露于空气环境中，洗涤产物MSNs
‑
pCBMA...

【专利技术属性】
技术研发人员：余林玲，刘玲，姬发，孙彦，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：