[发明专利]一种生物可降解的聚合物及其制备方法以及核酸药物运输载体

说明书

技术领域

本发明涉及以一种生物可降解的聚合物及其制备方法以及相关的核酸药物运输载体，属于生命医学领域。

背景技术

核酸类药物因其独有的高效性、特异性，已逐渐被发展成为新型的治疗遗传性或获得性疾病包括病毒感染和癌症等的基因治疗手段，此外，其在基因功能研究方面也发挥着重要作用。但由于核酸类药物巨大的分子量及自身所携带的大量负电荷使其不能自主穿越细胞膜进入细胞发挥作用，在系统运输时易引起非特异性的脱靶效应和免疫应答，同时还面临被核酸酶降解等障碍，所以核酸类药物的转染问题成为限制其应用的主要瓶颈。设计和合成安全有效的核酸药物载体已经成为目前核酸药物研发的重要方向。虽然病毒载体具有较高的转染效率，但其潜在的安全性问题及高成本等缺点，使其应用受到极大的限制。所以安全性高、副作用小、生产成本低的非病毒载体越来越受到人们的青睐。目前用于核酸药物非病毒载体递送的手段主要有以下两种：化学修饰法和合成载体法。第一，对其进行化学修饰，如：核糖2位甲基化、用磷硫酰键连接链的3末端和5末端、用氟原子取代核糖的2位羟基等；或链接一些功能性基团如：胆固醇、脂质体、细胞敏感多肽(CPP)等改善其转染效果。第二是化学合成一些转染试剂作为载体与核酸药物自组装形成纳米颗粒从而提高其转染效果。

合成型的转染试剂主要包括两大类。第一类是脂质体和类脂，如稳定的核酸脂肪微滴(SNALP)、Oligofectamine、脂醇和脂醇98N12-5(1)，其运输效果已得到证实。虽然脂质体和某些阳离子类脂在体内和体外的安全性和毒性已有报道，但将脂质体用于临床还是很有希望，因为FDA已经批准将聚乙二醇修饰的脂质体用于阿霉素和两性霉素B的运输。第二类是阳离子聚合物。阳离子聚合物因能与大量的核酸分子自组装成稳定的纳米粒子而成为有效的转染试剂。简而言之，负载核酸药物分子的纳米粒子通过核酸分子磷酸基团的负电荷与阳离子聚合物的正电荷之间的静电相互作用结合形成聚合电解质络合物，然后该络合物通过刺激非特异性的细胞内吞和“质子海绵”效应介导的内涵体逃逸而发挥作用。

目前用于自组装的材料如：聚乙烯亚胺(PEI)、聚左旋赖氨酸(PLL)、树状分子，壳聚糖等，他们形成的聚合物类型主要有以下几种：聚合物丛(Polyplexes)、聚合物胶束(Polymer micelles)、纳米丛(Nanoplexes)、纳米胶囊(Nanocapsules)、藻酸盐纳米粒子(Alginate nanogels)、水凝胶(hydrogel)。聚合物丛是由核酸药物与一些合成和天然的聚合物阳离子(如：聚乙烯亚胺、壳聚糖、胶原、环糊精等)自组装形成，虽然其对核酸药物有较高的负载率，高转染效率，但也有较高的细胞毒性。聚合物胶束是由两嵌段(AB)或三嵌段(ABC或ABA)的共聚物组成，其中A部分是阳离子聚合物，如：聚乙烯亚胺、聚赖氨酸等；B部分是高亲水聚合物，如：聚乙二醇、葡聚糖、或聚氮-(2-羟丙基)异丁烯酰胺(PHPMA)等。这些胶束的内核能提供不同的环境，如胶状的、非晶的和晶状的；此外，他们的这种核壳结构和尺寸与天然病毒的非常相似，又因其尺寸比聚合物丛的小而比聚合物丛更稳定。但它仍摆脱不了由阳离子聚合物带来的潜在毒性，所以其应用仍受到限制。纳米丛是由相关单体通过乳液聚合、阴离子聚合、或自由基聚合反应，然后经表面活性剂(如：溴代十六烷基三甲基铵硝酸盐DTAB、CTAB)或壳聚糖等改变其表面电荷形成(如：聚烷基氰酸丙烯酸酯PACA)；或是用戊二醛将去溶剂化处理的明胶纳米粒子网状化，然后再用乙醇胺等季胺分子锚定在其表面形成，最后通过离子之间相互作用或抗生素与生物素相互作用与核酸分子结合；由于戊二醛及阳离子聚合物带来的毒性，要将该类型载体应用于临床还必须开发新型的网状化试剂并减少阳离子聚合物的使用。纳米胶囊作为一种囊泡状聚合物载体是由一层薄的阳离子聚合物外膜包裹一个水溶性的内核形成。核酸药物被包入内核中直到外膜降解后才释放出来，因此这种方式能较好的保护核酸药物抵抗机体的代谢，但因共包封的阳离子聚合物的毒性及其制备过程中需使用有毒的氯化试剂，而且制备困难，大大限制了该类载体的临床运用。藻酸盐纳米胶是新近出现的一种，它是在藻酸盐水溶液中用氯化钙(CaCl₂)使多糖链之间发生离子交联而凝胶化形成的。尽管藻酸盐具有较多负电荷、低毒、低致免役性，藻酸盐纳米胶对核酸药物具有较高的负载率，但这类载体因其在与核酸分子结合过程中涉及到阳离子聚合物(如：聚赖氨酸等)的使用而使其临床应用仍受限制。水凝胶是新近报道的一种运载工具，它是一种可注射、可生物降解的生物聚合物结构，可实现核酸药物的可控递送，允许长期抑制特定位点基因的表达，而且核酸药物被释放6天后仍能保持其生物活性并具有较强的干扰效应；又因其可注射，使得其可以最低限度侵害机体的方式给药；而且由于它的高亲水性及高气体通透性可以把多种细胞掺合其中，从而可实现它递送核酸药物和细胞移植的双重功能。尽管针对核酸药物的载体研究取得了一定的突破和进展，但要使核酸药物成功应用于生物体内，并成为常规途径，仍有一些关键性问题需要解决，如：毒性、特异性、靶向性、免疫刺激、转染效率低等。由此，具有较好生物相容性、快速去质子化能力的可生物降解的高分子载体因具有靶向传递的潜能、具有更好的稳定性、能增强细胞对运输分子的吸收、能提高核酸药物对生理环境的耐受性并能使核酸药物有效释放，实现治疗目的，而使得这类载体在核酸药物给药中具有更好的优势和应用前景。