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肿瘤靶向喜树碱高分子复合物的合成

更新时间:2009-03-28

喜树碱(camptothecin,CPT)是从珙桐科植物喜树中分离提取的生物碱,能够遏制癌细胞DNA拓扑异构酶活性,具有显著的抗癌活性[1]。但喜树碱水溶性差,内酯环结构不稳定,在生理条件下容易开环失活,半衰期短[2-3];缺乏选择性杀死肿瘤细胞的能力,产生严重的毒副反应[4]。因此,提高喜树碱水溶性、体内稳定性、进入肿瘤细胞的靶向性,是提高喜树碱药物疗效的有效途径。

据文献[5-11]报道,在喜树碱内酯环的邻位(20位)引入大基团,可保护内酯环,延长体内半衰期,如Greenwald等[5]合成了一系列喜树碱的20位羟基酯化的喜树碱-PEG40000二酯,临床I期实验表明其体内半衰期可达到77 h。聚乙二醇(PEG)作为抗肿瘤药物载体,可使给药系统获得优良的体内药动学性质,如改善药物的溶解性,体内长循环效应,及EPR效应[6]。但是,PEG的引入也可导致药物不易被肿瘤细胞吞噬。研究发现很多肿瘤细胞表面有高表达的叶酸受体(FR),用叶酸(FA)修饰给药系统,通过受体介导的方式进入肿瘤细胞,可提高主动靶向性。此外,富勒醇具有抑制肿瘤生长和抑制肿瘤转移的优点,用量小,毒性低[12],具有优良的水溶性。本文尝试将FA修饰在PEG大分子上,且引入富勒醇,组成的喜树碱给药系统可以起到双重抗肿瘤的目的。

1 仪器与材料

1.1 仪器

Avance 500核磁共振波谱仪(瑞士Bruker 公司);Tensor 27傅里叶变换红外光谱仪(KBr 压片,德国Bruker公司);TU-1810紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司);U3000高效液相色谱仪(紫外检测器为SPD-10A型,美国戴安公司);BS110S系列电子天平(北京赛多利斯天平有限公司)。

1.2 试剂

喜树碱(CPT,天津一方科技有限公司,批号:10042017);四臂氨基聚乙二醇(PEG-NH2,5K,宁波旋光医药有限公司,批号:20150821);富勒醇(C60-OH,苏州恒球科技有限公司);二甲氨基吡啶(DMAP)、叶酸、N-羟基琥珀酰亚胺( NHS)、二环己基碳二亚胺( DCC)、二甲基亚砜(DMSO)、丁二酸酐、NaOH、乙二胺、己二胺、三氯甲烷、二氯甲烷、甲醇、异丙醇、氨水,以上试剂均为分析纯,购自中国国药上海化学试剂公司。DMSO使用前做无水处理。

2 方法

2.1 合成路线

FA-PEG- CPT的合成路线如图1,FA-PEG-C60-C2H4-CPT的合成路线如图2。

  

图1 FA-PEG-CPT的合成路线Figure 1 The synthesis of FA-PEG-CPT

  

图2 FA-PEG-C60-C2H4-CPT的合成路线Figure 2 The synthesis of FA-PEG-C60-C2H4-CPT

2.2 20-(S)-O-琥珀酰羟基喜树(CPT-COOH)的合成

将10 mg NaOH溶于5 mL水中,用此碱性溶液溶解125 mg(0.025 mmol)四臂氨基聚乙二醇盐酸盐(PEG-NH2HCl),将345 mg(0.3 mmol)富勒醇(C60-OH)用10 mL水溶解,混合2种溶液,50 ℃搅拌反应1周。在此混合溶液中再加入乙二胺3.5 mL,继续在50 ℃搅拌反应,1周后透析(截留分子质量3 500)。透析液冻干,得到棕色固体,收率90%。

2.3 CPT-NHS的合成

将100 mg(0.01 mmol) PEG-(C60-C2H4-NH2)4先溶解在10 mL水中,再加入DMSO 10 mL,形成混合溶剂的溶液。投入CPT-NHS溶液(含0.056 mol/L CPT-NHS)0.5 mL,室温搅拌反应过夜。投入0.5 mL FA-NHS溶液(含0.056 mol/L FA-NHS),室温搅拌反应过夜。反应液抽滤,得黏稠状滤渣,该滤渣用甲醇洗2遍。取出滤渣,加入少量三氯甲烷,加热,冷却后抽滤。滤渣再用甲醇洗,得棕褐色固体,干燥后得127 mg。该固体用TLC检测,无游离的FA和CPT即可,否则继续用甲醇和三氯甲烷洗。

2.4 FA-NHS的合成

将叶酸1.0 g(2.23 mmol)投入50 mL圆底烧瓶中,加干燥DMSO 40 mL,超声至完全溶解。然后再加入NHS 0.28 g(2.48 mmol)、DCC 0.56 g(2.48 mmol),充入N2保护,避光,在室温下搅拌反应过夜。抽滤除去不溶物,得到橙红色溶液,备用。

2.5 FA-PEG-CPT的合成

将200 mg(0.04 mmol)四臂氨基聚乙二醇(PEG-NH2)用2 mL二氯甲烷溶解,投入FA-NHS反应液(含0.056 mol/L FA-NHS)1 mL,室温搅拌反应过夜,TLC检测(展开剂为异丙醇-氨水-水,体积比 9∶1∶2)。再投入CPT-NHS溶液(含0.056 mol/L CPT-NHS)1 mL,室温搅拌反应过夜,TLC检测(展开剂为三氯甲烷-甲醇,体积比9∶1)。减压蒸除二氯甲烷,加乙醚,析出固体,抽滤。滤渣用DMSO溶解,装于透析袋中,用50%DMSO水溶液透析,再用重蒸水透析,最后冻干。

2.6 PEG-(C60-C2H4-NH2)4的合成

将200 mg(0.575 mmol)喜树碱、140 mg(1.15 mmol)DMAP、574 mg(5.75 mmol)丁二酸酐投入20 mL三氯甲烷中,加热至55 ℃溶解,避光搅拌反应5 d,TLC检测(展开剂为三氯甲烷-甲醇,体积比9∶1),冷却后析晶,抽滤,甲醇重结晶,干燥后得浅黄色固体,收率85%。

2.7 PEG-(C60-C6H12-NH2)4的合成

操作过程同“2.6”项,试剂乙二胺换成己二胺水溶液(690 mg己二胺溶于7 mL水中),最后得到棕色固体,收率92%。

2.8 FA-PEG-C60-C2H4-CPT的合成

将170 mg(0.38 mmol)CPT-COOH溶解于8.5 mL干燥DMSO中,加入48 mg(0.42 mmol) NHS、87 mg (0.42 mmol) DCC,TLC检测(展开剂为三氯甲烷-甲醇,体积比9∶1),避光室温搅拌反应过夜,抽滤,反应液备用。

2.9 FA-PEG-C60-C6H12-CPT的合成

方法同FA-PEG-C60-C2H4-CPT的合成。

2.10 载药量的测定[13]

2.10.1 色谱条件 色谱柱:ODS C18柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);流动相:甲醇-水(体积比60∶40);流速:1.0 mL/min;检测波长:370 nm;进样量:20 μL。

2.10.2 标准曲线的绘制 取CPT 5 mg,精密称定,置100 mL容量瓶中,加甲醇溶解并稀释至刻度,摇匀,配制成50 mg/L的储备液。吸取该储备液0.002、0.008、0.02、0.03、0.06、0.1、0.4、1.0、4.0 mL置10 mL容量瓶中,以甲醇稀释定容,配制成质量浓度为0.01、0.04、0.1、0.15、0.3、0.5、2.0、5.0、20.0 mg/L的CPT系列溶液,进样,记录色谱图。以峰面积为纵坐标,CPT质量浓度为横坐标,进行线性回归,得回归方程:y=0.082 2x+0.013 8(r=0.999 7),表明CPT的峰面积与质量浓度在0.25~20 mg/L范围内具有良好的线性关系。

2.10.3 载药量检测 精密称取复合物约10 mg,置于容量瓶中,加0.1 mol/L的NaOH溶液10 mL,超声2 h至喜树碱游离。用甲醇定容至100 mL。滤膜过滤后,用HPLC测喜树碱浓度。计算喜树碱的质量,与称取量之比即为喜树碱的质量分数。

3 结果与讨论

3.1 红外光谱分析

产物FA-PEG-C60-C6H12-CPT的核磁氢谱分析情况同FA-PEG-C60-C2H4-CPT。

从FA-PEG-CPT的红外图谱(图3E)可见,该产物在2 000~1 100 cm-1区段的特征峰有1 650、 1 607、1 510、1 454、1 352、1 252、1 102,其中1 650宽峰、1 352峰、1 252峰和1 102宽峰属于PEG的特征峰,1 607是FA特征峰,1 510、1 454是CPT-COOH结构中苯环的特征峰;同时可见,在CPT-COOH结构中,1 748羧基峰在产物FA-PEG-CPT的红外图谱中没有出现,说明羧基官能团已经发生反应。

产物FA-PEG- C60-C2H4-CPT的红外图谱(图3G)在2 000~1 100 cm-1区段的特征峰有1 694、1 605、1 512、1 450、1 384、1 348、1 100,其中1 384和1 100峰是载体PEG-(C60-C2H4-NH2)4的特征峰,1 694、1 605峰是FA特征峰,1 512和1 450峰是CPT-COOH结构中苯环的特征峰。

中间产物PEG-(C60-C2H4-NH2)4的红外图谱(图3F)在2 000~1 100 cm-1区段的特征峰有1 596、1 384、1 355、1 251、1 101,其中1 596和1 384峰是C60特征峰,1 355、1 251和1 101峰则是PEG的特征峰。

当主电源接入24 V时,高于23 V的标准工作电压,此时E1使能,控制G1产生下拉电流,Q1导通,此时V1=Vs>V2,G2产生上拉电流,Q2、Q3截止,避免产生逆向电流;当主电源接入电压低于21 V时,E2使能,控制G2产生下拉电流,Q2、Q3导通,此时V2=Vs>V1,G1产生上拉电流,Q1截止,避免产生逆向电流.

比较产物与原料的核磁氢谱共振峰,可见产物FA-PEG-CPT包含了喜树碱、叶酸和聚乙二醇结构,其中δ 8.70(s)、8.23-8.12(m)、7.87(t)、7.72(t)、5.49(s)、5.31(s)、2.42(t)、2.15(m)、1.86(m)属于CPT-COOH质子峰;δ 8.64(s)、8.23-8.12(m)、7.65(d)、6.94(m)、6.65(d)、4.48(d)、4.38-4.30(m)、2.33(t)、1.95(m)属于FA质子峰;δ 3.69-3.12(m)属于PEG质子峰。以上结果进一步佐证了红外图谱的结果。

从图3(a)、(b)可以看出ADRC和PID系统在6s已经稳定,在6s时给系统加入阶跃干扰,仿真结果如图4(c)、(d)所示:(c)是对摆杆角度的抗扰控制曲线,可以看出改进型ADRC在0.2s就对阶跃干扰作出响应,调节时间只需要1.35s;(d)是双闭环PID的抗扰曲线,对误差的响应时间为0.6s,调节时间则需要3.65s;从(c)、(d)中还可以看出改进型ADRC加入干扰调整稳定后对摆杆角度和小车位置都能达到目标位置,而双闭环PID系统小车位置稳定后存在+0.015m的误差,不能精确回到目标位置。改进型ADRC比双闭环PID对一级直线倒立摆的控制有更好的抗干扰能力。

  

A. C60-OH; B. CPT-COOH; C.FA; D.PEG; E.FA-PEG-CPT; F.PEG-(C60-C2H4-NH2)4; G.FA-PEG-C60-C2H4-CPT。

 

图3 各喜树碱复合物的红外光谱图Figure 3 IR spectra of camptothecin-polymer compounds

3.2 核磁共振氢谱分析

各喜树碱复合物的核磁共振氢谱图见表1。

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产物FA-PEG-C60-C2H4-CPT核磁氢谱共振峰有:δ 8.68(s)、8.17-8.12(m)、7.82(m)、7.72-7.64(m)、1.89(m)属于CPT-COOH的质子峰;δ 8.65(s)、7.72-7.64(m)、6.96(m)、 6.71-6.59(m)、4.48(d)、4.33(m)、2.32(t)、2.03(m)属于FA的质子峰;δ 3.64-3.17(m)属于PEG的质子峰,可见产物包含了喜树碱、叶酸和聚乙二醇结构。富勒醇的核磁共振氢谱在 δ 3.26(s)和1.07(d)附近有弱峰。虽然在图中未能得到很好显示,但是从红外图谱中可看到已包含在产物的结构中。

各喜树碱复合物的红外光谱图见图3。

3.3 差示热分析

各喜树碱复合物的差示热分析图见图4。

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可见,产物FA-PEG-CPT(E)在58 ℃有1个较大吸热峰,与FA(图4A)、PEG(图4B)的CPT-COOH(图4C)图谱有明显差别:FA在148 ℃有1个较大吸热峰,201、269 ℃有弱吸热峰;PEG在41 ℃有1个尖锐吸热峰;CPT-COOH在263、271 ℃有2个吸热峰。产物FA-PEG-C60-C2H4-CPT(图4F)在70 ℃有1个大的吸热峰,产物FA-PEG-C60-C6H12-CPT(图4G)在62 ℃有大吸热峰,与以上3种原料不相同,也不同于原料C60-OH(图4D)的峰。以上结果表明3种产物与原料非同一物质,也非原料的混合物,而是形成了共价键。

3.4 3个复合物中喜树碱的质量分数测定

FA-PEG-CPT、FA-PEG-C60-C2H4-CPT、FA-PEG-C60-C6H12-CPT 3个复合物中喜树碱的质量分数分别为7.2%、5.6%、6.5%。从结果看,FA-PEG-CPT、FA-PEG-C60-C2H4-CPT、FA-PEG-C60-C6H12-CPT中平均每个PEG高分子分别接了1.2、1.6、1.9个喜树碱分子,表明载药系统中富勒醇的引入可增加反应位点和水溶性,但是喜树碱为难溶性药物,含量的提高伴随着载药系统溶解度的下降,所以在合成过程中需要注意控制喜树碱的投料量,以及叶酸的投料量,不能只考虑载药量的提高。

 

1 各喜树碱复合物的核磁共振氢谱(溶剂为氘代DMSO)Table 1 1H NMR spectra of camptothecin-polymer compounds(in DMSO-d6)

  

化合物1H⁃NMRCPT⁃COOH8.70(s,1H,Ar⁃H),8.17(dd,2H,Ar⁃H),7.87(t,1H,Ar⁃H),7.72(t,1H,Ar⁃H),7.36(s,1H,Ar⁃H),5.44(s,2H,CH2),5.29(s,2H,CH2),2.42(t,2H,CH2),2.15(t,2H,CH2),1.88(m,3H,CH3)FA8.65(s),8.15(d),7.64(d),6.95(t),6.66(d),4.50(d),4.33(m),2.32(t),2.03(m),1.91(m)PEG3.80(t),3.69⁃3.53(m),3.42(m),3.13(t)C60⁃OH3.26(s),1.07(d)弱峰FA⁃PEG⁃CPT8.70(s),8.64(s),8.23⁃8.12(m),7.97(t),7.87(t),7.72(t),7.65(d),7.61(t),7.14(d),6.94(m),6.65(d),6.55(d),5.62(m),5.49(s),5.31(s),4.58(m),4.48(d),4.38⁃4.30(m),3.69⁃3.12(m),2.42(t),2.33(t),2.15(m),1.95(m),1.86(m),1.23(d),1.05(d),0.92(t)FA⁃PEG⁃C60⁃C2H4⁃CPT8.68(s),8.65(s),8.17⁃8.12(m),7.82(m),7.72⁃7.64(m),7.43(d),6.96(m),6.71⁃6.59(m),4.56(m),4.48(d),4.33(m),3.64⁃3.17(m),3.07(s),2.80(s),2.32(t),2.03(m),1.89(m)FA⁃PEG⁃C60⁃C6H12CPT8.68(s),8.65(s),8.17⁃8.11(m),7.82(m),7.72⁃7.64(m),7.43(d),6.96(m),6.74⁃6.60(m),4.56(m),4.48(d),4.33(m),3.64⁃3.17(m,PEG),3.04(s),2.80(s),2.33(t),2.03(m),1.89(m)

  

A.FA; B.PEG; C.CPT-COOH; D.C60-OH; E.FA-PEG-CPT;F.FA-PEG-C60-C2H4-CPT; G.FA-PEG-C60-C6H12-CPT。

 

图4 各喜树碱复合物的差示热分析(DSC)图Figure 4 DSC spectra of camptothecin-polymer compounds

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关于“自恃燃烧”,燃烧是很普遍的现象,是人类进步的里程碑,也是人们日常生活普遍和离不开的现象。人们在日常生活、生产、科研中有着深刻的认知。化学中认为:燃烧是燃料在高温条件下,发生发光、发热的化学反应,生成新物质。

当胃肠道有严重狭窄性病变时,由于普通胃镜镜身直径的限制,往往造成检查无法完整顺利的完成。我院在引进超细鼻胃镜前,在部分狭窄性病变中使用支气管镜代替胃镜[6],但由于支气管镜本身缺乏注气注水功能,需在活检管道开口处外接吸氧管,使用便捷性较差,且支气管镜的镜身比胃肠镜短,有不能达到消化道远端的可能,影响检查的完整性,具有局限性。超细鼻胃镜的引进既能够解决临床问题又操作简便,解决了消化道狭窄病变诊疗中的很多难题。

 
徐蓓华,许丽丽,胡英,吴彬彬
《广东药科大学学报》2018年第02期文献

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