高廣闊，張璐璐，趙 耀，康 鑫，于 浩，張鳳鳴

(哈爾濱理工大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，哈爾濱 150040)

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聚卟啉咪唑藥物載體的制備及性能研究

高廣闊，張璐璐，趙 耀，康 鑫，于 浩，張鳳鳴*

(哈爾濱理工大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，哈爾濱 150040)

藥物傳遞體能夠起到藥物緩釋、提高藥物生物利用率、降低藥物高濃度帶來副作用的功效。制備了粒徑80 nm以下的卟啉聚合物藥物載體，利用紅外光譜(IR)、X-射線粉末衍射(XRD)確定了聚合物的結(jié)構(gòu)，利用掃描電子顯微鏡(SEM)確定了材料的形貌和粒徑，并利用N2和CO2吸附測(cè)試確定了材料的比表面積和孔徑大小，表明材料具有良好的孔結(jié)構(gòu)。進(jìn)而對(duì)該材料裝載和釋放抗癌藥物5-氟尿嘧啶性能進(jìn)行了研究。

藥物傳遞；納米材料；聚合物；卟啉

隨著納米技術(shù)的高速發(fā)展，納米藥物載體相對(duì)于傳統(tǒng)材料顯示了明顯的優(yōu)勢(shì)。研究表明，納米藥物傳遞體能夠延長(zhǎng)藥物在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間，提高藥物生物利用率，降低藥物高濃度帶來的副作用等功效。對(duì)于抗腫瘤藥物而言，目前可用于治療腫瘤的納米藥物傳遞體種類豐富，如樹枝狀高分子、脂質(zhì)體、聚合物納米粒、膠束、蛋白質(zhì)納米粒、金屬納米粒等[1]。

卟啉是卟吩環(huán)碳上的氫原子部分或全部被取代后形成的化合物。目前卟啉及其衍生物已被廣泛用于醫(yī)學(xué)、分析化學(xué)、配位化學(xué)、仿生學(xué)、催化等領(lǐng)域，與之有關(guān)的交叉學(xué)科也正在逐步形成，特別是在腫瘤醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用發(fā)展迅速[2]。 卟啉類化合物對(duì)癌細(xì)胞有選擇性親和并滯留其中，同時(shí)卟啉是一種良好的光敏劑，在有氧的情況下，卟啉經(jīng)一定波長(zhǎng)的光照后可吸收能量并激發(fā)出單線態(tài)氧而殺死細(xì)胞。利用此特性，當(dāng)卟啉聚集在癌變部位時(shí)，用某種波段的光或激光照射病灶，便可殺死癌細(xì)胞，從而達(dá)到治療的目的。因此，以卟啉為結(jié)構(gòu)單元構(gòu)筑的藥物傳遞體具備主動(dòng)腫瘤細(xì)胞處富集，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)腫瘤靶向藥物傳遞，同時(shí)藥物傳遞體本身具備光治療腫瘤的應(yīng)用潛力[3]?；谝陨纤悸罚疚脑O(shè)計(jì)制備了一個(gè)卟啉聚物藥物載體，對(duì)聚合物的合成條件進(jìn)行了探索，表征確定了聚合物的結(jié)構(gòu)和形貌，并對(duì)其傳遞抗腫瘤藥物5-氟尿嘧啶的性能進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

1,2,4,5-四氨基苯鹽酸鹽(國(guó)藥集團(tuán))；甲烷磺酸(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)；5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉(濟(jì)南恒華科技有限公司)。

X-射線衍射儀(日本理學(xué)公司，D/max-rC)；紫外-可見分光光度儀(北京普析通用儀器有限公司，TU-1800PC)；場(chǎng)發(fā)射電子掃描顯微鏡(日本電子公司，JSM-5610LV)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

100 mL三頸瓶通氮?dú)?0 min除去瓶?jī)?nèi)空氣，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下快速將五氧化二磷(3 g)，甲烷磺(20 mL)加入到燒瓶中。攪拌并升溫至45 ℃，保持30 min左右直至P2O5溶解。然后加入1,2,4,5-四氨基苯鹽酸鹽(0.44 g)，攪拌至均勻分散，加入5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)(0.5 g)，此時(shí)溶液呈藍(lán)黑色。保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，慢慢升溫至80 ℃保持1 h，90 ℃保持1 h。然后升溫至120 ℃，約1.5 h之后當(dāng)溶液稍變粘稠時(shí)即停止反應(yīng)，溶液呈棕褐色，移出油浴，在室溫冷卻至100 ℃以下，倒入裝有200 mL的蒸餾水的燒杯中，攪拌過夜。溶液在14 000 rpm轉(zhuǎn)速下離心20 min，用N,N′-二甲基甲酰胺(DMF)，蒸餾水，無水乙醇各洗5遍，用凍干機(jī)凍干，得到0.5 g藍(lán)黑色固體，產(chǎn)率53.2%。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成與表征

卟啉咪唑聚合物的合成路線見圖1。五氧化二磷甲烷磺酸溶液又稱為伊頓試劑[4](Eaton’s reagent)，該試劑作為合成苯并咪唑類聚合物溶劑具有反應(yīng)體系粘度低、加熱溫度低、反應(yīng)時(shí)間短和催化效率高的優(yōu)點(diǎn)。1,2,4,5-四氨基苯與TCPP在五氧化二磷甲烷磺酸溶液反應(yīng)介質(zhì)中通過程序控溫在幾小時(shí)內(nèi)就能完成反應(yīng)。得到的藍(lán)黑色的產(chǎn)物，該聚合物在常規(guī)的溶劑中如二氯甲烷、醇、水、DMF、二甲基亞砜以及酸堿溶液中均不溶解。

圖1 卟啉咪唑聚合物的合成路線Fig.1 Synthetic method of porphyrin imidazole polymer

聚合物的FTIR譜如圖2所示，在聚合物中，原TCPP的羧酸基團(tuán)在1 691 cm-1處的吸收峰消失，表明羧酸與氨基發(fā)生反應(yīng)。聚合物在1 608，1 400和1 236 cm-1的強(qiáng)吸收峰歸因于芳香環(huán)的骨架震動(dòng)。位于3 400 cm-1左右的峰歸屬于N-H伸縮振動(dòng)的特征峰。聚合物XRD圖譜(圖3)，在10～35度較大區(qū)間出現(xiàn)聚合物特征的“包峰”，表明合成產(chǎn)物是無定型聚合形態(tài)。

圖2 聚卟啉咪唑的FTIR光譜Fig.2 FTIR spectra of polyporphyrin imidazole

圖3 聚卟啉咪唑的XRD衍射圖譜Fig.3 XRD patterns of poly (phthalazinone)imidazoles

為了研究聚合物的粒徑大小和形貌，對(duì)其進(jìn)行了掃描電子顯微(SEM)分析(圖4)。由圖4可見，聚合物呈顆粒狀，顆粒大小均勻，單獨(dú)分散的顆粒為納米級(jí)別，為30～40 nm。作為納米藥物傳遞體粒徑大小的控制十分必要，其大小要滿足小于200 nm才能有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該聚合物納米粒粒徑大小和均勻程度表明該聚合物納米粒在粒徑大小上已充分符合作為藥物載體的要求。

圖4 聚卟啉咪唑的SEM圖，標(biāo)尺為100 nmFig.4 SEM images of polyporphyrin imidazole with standard scale 100 nm

2.2 氣體吸脫附分析

為了研究聚合物是否具有孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了N2和CO2吸附測(cè)試。聚合物經(jīng)過甲醇和二氯甲烷浸泡后，在60 ℃真空干燥箱中干燥12 h，在120 ℃下脫氣12 h，77 K條件下對(duì)聚合物測(cè)得的N2吸脫附曲線見圖5。由圖5可見，在相對(duì)壓力P/P0= 1時(shí)氮?dú)馕搅吭?10 cm3/g，最大孔徑為19.49 nm，比表面積BET為122.8 m2/g。根據(jù)國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)對(duì)物理吸附等溫線的分類，此種聚合物的吸附等溫線為Ⅲ型[5]。表明聚合物與N2分子間的作用力較弱。聚合物在298 K下CO2吸脫附等溫線和77 K下H2吸脫附等溫線見圖6，在相對(duì)壓力P/P0= 1時(shí)二氧化碳吸附量在22 cm3/g左右，氫氣吸附量在68 cm3/g左右。不同氣體的吸附數(shù)據(jù)表明聚合物具有孔結(jié)構(gòu)特征，孔徑較大，從孔結(jié)構(gòu)上具備作為藥物載體的潛力。

圖5 聚卟啉咪唑在77 K下N2吸附等溫線(左)與孔徑分布圖(右)Fig.5 N2 adsorption isotherm and pore size distribution of polymer at 77 K

圖6 聚卟啉咪唑在298 K下CO2吸脫附等溫線(左)及77K下H2吸脫附等溫線(右)Fig.6 Adsorption-desorption isotherm of CO2 for the polymer at 298 K (left),and H2 adsorption-desorption isotherm at 77 K (right)

3 藥物傳遞性能測(cè)試

本論文利用聚合物材料負(fù)載藥物5-氟尿嘧啶，先通過紫外吸收光譜確定5-氟尿嘧啶在乙醇中的最大吸收波長(zhǎng)，然后根據(jù)最大吸收波長(zhǎng)測(cè)量不同濃度的吸光度，制作其標(biāo)準(zhǔn)曲線，由標(biāo)準(zhǔn)曲線可算出載藥量和釋放量[6]。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

5-氟尿嘧啶在乙醇溶液中的紫外吸收光譜見圖7。由圖7可見，5-氟尿嘧啶在乙醇溶液最大吸收波長(zhǎng)為261 nm。而5-氟尿嘧啶在乙醇溶液中的檢測(cè)濃度為0.2～100 μg[7],吸光度(A)與濃度(c)有良好的線性關(guān)系。由此可作出不同濃度下的5-氟尿嘧啶在乙醇溶液中的標(biāo)準(zhǔn)曲線，回歸方程為y=0.066x-0.009(R2=0.997 5)見圖8。

圖7 5-氟尿嘧啶的紫外吸收光譜Fig.7 UV absorption spectra of 5-fluorouracil

圖8 5-氟尿嘧啶的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.8 5-fluorouracil standard curve

3.2 卟啉咪唑聚合物材料的載藥性能測(cè)試

本實(shí)驗(yàn)所采用聚合物與5-氟尿嘧啶質(zhì)量比為1∶4的條件下進(jìn)行載藥性能測(cè)試，操作步驟如下：先將20 mg 5-氟尿嘧啶溶于20 mL的乙醇溶液中，攪拌使其全部溶解，之后向溶液中加入5 mg的聚合物材料。使其進(jìn)行負(fù)載。每隔1 h測(cè)一次樣品的紫外吸光率，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算其濃度和載藥量。載藥量隨時(shí)間的變化圖見圖9。由圖9可見，當(dāng)時(shí)間超過18 h，聚合物基本載藥完成了，當(dāng)25 h后載藥量有一些減小，可能是因?yàn)樵谌軇┲械慕荩瑢?dǎo)致部分藥物脫落下來，隨后載藥量基本趨于穩(wěn)定[8]。最高載藥量可達(dá)1.940 g/g。

3.3 卟啉咪唑聚合物材料的藥物體外釋放性測(cè)試

將裝載藥物的聚合物進(jìn)行離心，干燥后使其溶解在20 mL的乙醇溶液中，在8 000 r/min的離心機(jī)下離心15 min，起始每隔1 h監(jiān)測(cè)其紫外吸收情況，10 h后，延長(zhǎng)測(cè)定時(shí)間。并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線算出藥物的釋放量。藥物的釋放量隨時(shí)間的變化見圖10。由圖10可見,當(dāng)在84 h后基本不再釋放藥物，這表明藥物已經(jīng)從聚合物的孔洞中緩釋出來[9]。而且藥物的釋放性也比較高，可達(dá)到1.919 g/g。

圖9 載藥量與時(shí)間的關(guān)系Fig.9 Relationship between drug loading with time

圖10 藥物釋放量與時(shí)間的關(guān)系Fig.10 Relationship between drug release with time

4 結(jié) 論

本文合成了一種新型卟啉咪唑聚合物，該聚合物具有80 nm的粒徑，氣體吸附測(cè)試表明該聚合物具有多孔的結(jié)構(gòu)。對(duì)聚合物進(jìn)行藥物裝載和釋放實(shí)驗(yàn)表明，該聚合物藥物載體可較高的裝載5-氟嘧啶抗癌藥物，并且藥物持續(xù)釋放時(shí)間可達(dá)84 h，具有較好的藥物傳遞能力。下一步工作將集中在藥物載體主動(dòng)腫瘤靶向性和載體同時(shí)光治療癌癥的研究，本研究工作將為抗腫瘤藥物載體的發(fā)展特別是藥物載體同時(shí)具備光治療腫瘤的研究提供新思路。

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Synthesis and properties of porphyrin-imidazole polymer as drug carrier

GAO Guang-Kuo,ZHANG Lu-Lu,ZHAO Yao,KANG Xin,YU Hao,ZHANG Feng-Ming*

(CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering,HarbinUniversityofScienceandTechnology,Harbin150040,China)

Drug delivery system can play a key role on including a drug slow release,improving drug bioavailability,reducing the high concentration of drugs and other side effects.A polyporphyrin drug carrier with a two-dimensional structure of less than 80 nm was prepared.The structure of the polymer was characterize by IR and XRD.The morphology and particle size were determined by scanning electron microscopy (SEM).The adsorption capacity,specific surface area and pore size of the material were determined by N2and CO2adsorption to be tested,which indicated that the material had good pore structure.Loading and release of 5-fluorouracil experiments showed that the drug delivery body could be loaded with drugs,and controlled time for drug release.

drug delivery; nanomaterials; polymer; porphyrin.

10.13524/j.2095-008x.2016.04.056

2016-11-07

黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(201510214005);國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(21501036)

高廣闊(1995-)，男，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生,研究方向：多孔材料制備與性能研究，E-mail：g619654711@163.com;*通訊作者：張鳳鳴(1980-)，男，黑龍江哈爾濱人，副教授，博士，研究方向：多孔材料制備與性能研究,E-mail：zhangfm80@163.com。

O626.23

A

2095-008X(2016)04-0041-06