一种超声响应型聚合物、其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及生物医药技术领域，具体涉及一种超声响应型聚合物、其制备方法和应用。

背景技术

自毁聚合物的概念由Doron Shabat在2008年首次提出，是指用特定响应性保护基团封端使聚合物具有触发-降解效应，响应性基团被外界条件触发后，分子主链发生电子重排导致主链结构被破坏，因此聚合物发生从头(H)到尾(T)的程序性降解。这种自毁分子在药物递送、分子探针、信号放大以及超分子化学等领域具有很广阔的应用前景。

目前，用于生物医药领域的自毁或自降解聚合物，采用的大多数降解方式为紫外光响应降解、过氧化氢响应降解或还原响应降解。然而，紫外光照射在生物治疗中存在穿透距离短的缺点，而且紫外光对生物体本身有一定危害。过氧化氢响应型聚合物与还原响应型聚合物在生物体内的降解依赖于生物体内产生的过氧化氢和还原性物质，在复杂的生物体环境内降解行为不稳定。超声波作为一种能量传递方法与上述方法相比，可以通过生物体外部的定点超声刺激在生物体内部发生定点降解，具有损伤小、能量传递效率高以及可通过复杂介质传递的优点，更加稳定高效，且对生物体本身危害较低。因此超声响应型(Ultrasound-Responsive)材料得到了众多学者的广泛关注。

目前研究中涉及的超声响应性材料主要是通过超声波的空化、微流、散射或声辐射力等作用使高分子链发生摆动、撕扯等现象继而导致高分子链发生断裂。由于通过物理作用使分子链发生断裂所需的超声功率较大，易对机体造成损伤，因此后续研究者们一般在高分子链中间引入二硫键、二硒键、氢键等弱共价键或者弱分子间作用力，通过超声波产生的能量传递到分子链上使分子链发生断裂。但目前含弱键的超声响应性高分子材料分子链仅含一个弱键，断裂效率较低，无法在短时间内实现高分子的降解，导致药物等无法准确、可控地释放。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超声响应型聚合物、其制备方法和应用。本发明提供的超声响应型聚合物中含有多个弱键(苄醇的碳氧键)，在超声波刺激下多个弱键同时断裂可以使分子链快速解体，可以在低超声功率下短时间内实现高分子的降解。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种超声响应型聚合物，具有式I所示的结构：

其中，n为1～3的整数；

initiator的结构式如式A所示：

PG为R-O-CO-，R选自取代或未取代的C

dPEG的结构式如式B所示：

R

优选地，所述R选自取代或未取代的C

优选地，所述m和v独立地选自1～6的整数。

优选地，所述PG选自

优选地，所述R

第二方面，本发明提供一种上述超声响应型聚合物的制备方法，包括以下步骤：

将具有式II结构所示的分子与HOCH

优选地，所述反应的溶剂选自2-甲基四氢呋喃和/或N-甲基吡咯烷酮。

优选地，所述反应的催化剂选自三乙胺。

优选地，所述反应在氮气气氛下进行。

优选地，所述反应的温度为75～90℃。

第三方面，本发明提供一种自组装分子，由上述技术方案涉及的超声响应型聚合物在溶剂中自组装得到。

优选地，所述超声响应型聚合物在进行自组装时的溶剂包括水。

第四方面，本发明提供一种药物递送系统，包括上述自组装分子。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供了一种超声响应型聚合物，其包括疏水的氨基甲酸酯部分和亲水的聚乙二醇部分，在水中可以形成自组装分子，将药物或探针包裹在疏水端内部，且所述超声响应型聚合物中含有多个弱键，在超声波刺激下多个弱键同时断裂可以使分子链快速解体，可以在低超声功率下短时间内实现降解，实现药物或探针的递送和可控释放；

(2)所述超声响应型聚合物的一端为被保护的羟基基团，保护基团脱除后暴露的羟基可以和药物分子反应，用于合成共价连接的药物递送平台；另一端为被保护的氨基基团，保护基团脱除后暴露的氨基可以用于引发氨基酸聚合，合成具有超声响应性的聚多肽，所述聚多肽疏水，与亲水的聚乙二醇部分同样可以在水中形成自组装分子，作为药物递送载体。

附图说明

图1为本发明涉及的超声响应型聚合物在超声条件下的降解示意图；

图2为实施例1中initiator-CON

图3为实施例1中initiator-COOH的核磁共振氢谱图；

图4为实施例1中initiator-CON

图5为实施例2中initiator-00-CON

图6为实施例2中HOCH

图7为实施例2中initiator-00-CON

图8为实施例3中initiator-00-dPEG的合成路线图；

图9为实施例3中的dPEG-CH

图10为实施例3中initiator-00-dPEG的MALDI TOF质谱图；

图11为实施例4中initiator-00-dPEG的降解机理图；

图12为initiator-00-dPEG超声降解在不同时间取样的MALDI TOF质谱分析结果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术中超声响应性高分子材料断裂效率低，无法在短时间内实现高分子的降解的问题，本发明提供了一种超声响应型聚合物，具有式I所示的结构：

其中，n为1～3的整数；

initiator为被保护的苄胺基团，脱除保护后可以作为引发剂，其结构式如式A所示：

所述PG为氨基保护基团，分子式为R-O-CO-，所述R选自取代或未取代的C

所述dPEG为亲水性树枝状聚乙二醇末端，其结构式如式B所示：

所述R

在本发明中，上述R优选自取代或未取代的C

本发明利用氨基甲酸酯的疏水性和聚乙二醇的亲水性，在水中能够形成自组装分子，可以将药物包裹在疏水端内部，作为药物递送载体。同时，所述超声响应型聚合物的一端为被保护的羟基基团，保护基团脱除后暴露的羟基可以和药物分子反应，用于合成共价连接的药物递送平台；另一端为被保护的氨基基团，保护基团脱除后暴露的氨基可以用于引发氨基酸聚合，合成具有超声响应性的聚多肽，所述聚多肽疏水，与亲水的聚乙二醇部分同样可以在水中形成自组装分子，作为药物递送载体。另外，所述超声响应型聚合物具有多个苯环，形成的自组装分子对药物的包覆效率较高。

在本发明中，所有的

在本发明的一个实施方案中，所述initiator具有式A所示的结构，所述PG具体选自

在本发明的一个实施方案中，所述dPEG具有式B所示的结构，所述R

在本发明中，所述超声响应型聚合物具体选自以下结构式：

/>

与现有技术中的超声响应材料仅具有一个弱键相比，上述超声响应型聚合物中含有多个弱键(苄醇中的碳氧键)，在超声波刺激下，诱导多个弱键同时断裂，聚合物中的苯环发生1，6-消除以及后续的脱羧反应，主链发生电子重排，从而分子链快速降解，其降解过程如图1所示。经研究发现，所述聚合物可以在低超声功率下短时间(5～10min)内实现降解，实现药物递送和可控释放。

本发明还提供一种上述超声响应型聚合物的制备方法，包括以下步骤：

将具有式II结构所示的分子与HOCH

在本发明中，所述具有式II结构所示的分子中的酰基叠氮基团在75℃-90℃加热后转化-NCO基团，为与HOCH

在本发明中，所述具有式II结构所示的分子具体为：

在本发明中，所述具有式III结构所示的分子具体为：

在本发明中，所述具有式III结构所示的分子与dPEG-CH

本发明还提供一种自组装分子，由上述技术方案所述的超声响应型聚合物在溶剂中自组装得到。所述溶剂为水，由于所述聚合物具有亲水和疏水基团，因此可以在水体系中自组装形成具有疏水的内核和亲水的外壳的胶束结构。其中，疏水性内核可以包覆疏水性的药物或分子探针，在药物递送和分子探针领域具有广阔的应用前景。

本发明还提供一种上述超声响应型聚合物在药物递送或分子探针领域中的应用。通过将所述超声响应型聚合物与疏水性药物分子(或分子探针)溶于特定溶剂，便可以将药物分子包覆在聚合物的疏水内核中，随后在后续的超声波刺激下，自组装分子发生快速降解，便可实现药物分子的可控释放。

基于此，本发明还提供一种药物递送系统，包括所述的自组装分子。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例中所用的实验原料均可从市场上购买或者按照本领域技术人员熟知的常规制备方法制备得到。

实施例1

本实施例提供一种initiator-CON

1)于干燥圆底烧瓶中加入20g(1eq)4-氨甲基苯甲酸，35g(1.2eq)二碳酸二叔丁酯，加入100mL去离子水以及300mL四氢呋喃，搅拌均匀。加入NaHCO

2)于干燥圆底烧瓶中加入10g(1eq)initiator-COOH，取100mL无水四氢呋喃使其溶解，在冰浴下取4.43g(1.1eq)无水三乙胺加入烧瓶中。称量12g(1.1eq)DPPA，在0℃下缓慢加入反应体系中，20℃下反应5h。反应结束后，通过旋转蒸发仪除去体系中的四氢呋喃，加入乙酸乙酯使产物溶解，使用饱和食盐水洗涤三次，分液取乙酸乙酯相，加入无水硫酸钠干燥，通过旋转蒸发仪除去乙酸乙酯得粗产物，粗产物通过硅胶柱层析分离(展开剂∶石油醚∶乙酸乙酯＝3∶1)，得产物initiator-CON3 9.5g(产率86％)，所得产物得核磁共振氢谱如图4所示(其中，a代表苯环上的氢，b代表苄基上的氢，c代表叔丁基上的氢)。

实施例2

本实施例提供一种initiator-00-CON

1)于干燥圆底烧瓶中加入5g(1eq)4-羟甲基苯甲酸，取50mL无水四氢呋喃使其溶解，在0℃加入3.65g(1.1eq)无水三乙胺加入烧瓶中。称量10g(1.1eq)叠氮磷酸二苯酯(DPPA)，在0℃下缓慢加入反应体系中，20℃下反应5h。反应结束后，使用旋转蒸发仪除去体系中的溶剂，加入乙酸乙酯使粗产物溶解，使用饱和食盐水洗涤三次，分液取乙酸乙酯相，加入无水硫酸钠干燥，使用旋转蒸发仪除去乙酸乙酯得粗产物，然后使用硅胶柱层析分离(展开剂∶石油醚∶乙酸乙酯＝5∶1)，得产物HOCH

2)取实施例1得到的initiator-CON

实施例3

本实施例提供一种具有式1所示的超声响应型聚合物(n＝1)，其中，

1)于圆底烧瓶中加入100mg dPEG-COOH，加入0.5mL无水四氢呋喃使其溶解。然后在冰浴下加入0.2mL LiAlH

2)于圆底烧瓶中加入40mg(1eq)initiator-00-CON

超声条件下的initiator-00-dPEG的降解测试

所述initiator-00-dPEG的降解机理如图11所示，具体步骤如下：

1)取上述合成的initiator-00-dPEG 1mg，溶于1mL二甲亚砜(DMSO)，在搅拌下以1mL/h的速度向溶液中加入9mL纯水，添加完毕后置于纯水中进行透析(透析膜截留分子量1500Da)，透析完毕后得到initiator-00-dPEG在水中的组装体溶液(浓度0.1g/L)；

2)取上述组装体溶液，在冰浴条件下使用超声探头(13mm微量探头；频率f＝20kHz；最大振幅125μm，探头尖端面积1.33em

需要说明的是，上述涉及的产率为产物的物质的量与原料的物质的量之比。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。