一种加载海藻糖的聚合物纳米颗粒及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及纳米材料技术领域，具体公开了一种加载海藻糖的聚合物纳米颗粒及其制备方法与应用。本发明专利技术提供了一种制备加载海藻糖的聚合物纳米颗粒的方法，其以带正电的第一聚合物作为核层，在其外包裹壳层，加载海藻糖后，再包裹膜层；所述壳层为具有温度负膨胀特性的嵌段共聚物，所述膜层在形成时，先加入带负电的第二聚合物，再加入带正电的第三聚合物。本发明专利技术通过调整聚合物纳米颗粒的制备方法进而提升了海藻糖在纳米颗粒中的加载量，解决了以往传统纳米颗粒中海藻糖加载效率低的问题，有望应用在纳米海藻糖介导的细胞冷冻保存中。应用在纳米海藻糖介导的细胞冷冻保存中。

【技术实现步骤摘要】
一种加载海藻糖的聚合物纳米颗粒及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料
，具体地说，涉及一种加载海藻糖的聚合物纳米颗粒及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]低温冷冻保存技术是目前唯一可行的长期保存生物材料的方法，通过将生物材料冷却至低温(一般为液氮温度，也就是
‑
196℃)，使用时恢复至正常温度，不损害生物材料的活性。绝大多数细胞的保存已经可以利用低温冷冻的方法来实现，包括医疗急救中常用的血液细胞以及精子和卵子等生殖细胞。
[0003]干细胞作为一类可以形成哺乳动物各组织器官的原始细胞，由于其具备多向分化潜能和自我复制能力，在组织工程、再生医学，细胞移植等领域具有广阔的应用前景。然而，干细胞的低温保存仍面临两个难题：一是干细胞冻存后存活率低，二是冷冻保护剂诱导干细胞分化使冷冻后的干细胞失去多向分化的能力。这些问题降低了干细胞在经过冷冻保存后的可利用率和有效性，制约了以干细胞为治疗主体的生物医学的发展，因此有必要发展一种高保护性无毒且能避免干细胞分化的冷冻保护剂。
[0004]海藻糖作为非渗透性的冷冻保护剂，其优异的冷冻保护特性吸引了国内外科学家的关注。海藻糖的羟基可以与水分子作用形成氢键，促进生物大分子的水合作用。在降温过程中，可以增加细胞外溶液的粘度和渗透压，促进细胞脱水，从而减少致命的细胞内冰晶的形成。研究表明海藻糖的加入不会影响细胞正常的核型和干细胞的多能性，将海藻糖和二甲基亚砜(一种常用的细胞冷冻保护剂)联用可以有效地降低有毒的保护剂的使用并且提升冷冻保存效果，但是效果有限，无法满足现实需求。
[0005]在细胞冷冻保存过程中，海藻糖同时存在于细胞内外才可以实现最佳的保护效果。近年来，不少的低温生物学家转而研究海藻糖的胞内转运方法。目前，国内外发展的一系列海藻糖胞内运输的方法主要有：微注射、电穿孔、穿膜肽、流体相内吞等。然而，这些方法或面临着海藻糖运输量不足或对细胞创伤太大等问题。
[0006]目前，国内外存在一种纳米颗粒运载海藻糖的技术。纳米颗粒运载海藻糖，相较于传统方式，聚合物纳米颗粒具有稳定性好、无明显细胞毒性、生物相容好、不破坏细胞膜的优势；同时操作相对简单，仅需将载有海藻糖的纳米颗粒稀释于培养液与细胞共孵育一段时间。已有研究证明，使用普朗尼克F127纳米颗粒运载的胞内海藻糖介导的人脂肪干细胞的慢速冷冻，并在冷冻培养基中添加低浓度的自由海藻糖，通过细胞内外海藻糖的共同作用获得了与二甲基亚砜相当的冷冻保护功效。
[0007]随着纳米技术研究的不断蓬勃发展，为了满足在不同应用场景下的性能要求，研究人员开发了越来越多的纳米颗粒，陆续也有诸多性能奇特的新材料被应用于纳米颗粒的制备。高分子聚合物是一类可降解、无毒的药物载体材料。目前生物医用领域应用较为广泛的材料为聚乳酸(PLA)，聚乳酸羟基乙酸共聚物(PLGA)、嵌段共聚物聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯(PEO
‑
PPO
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PEO，普朗尼克F127即为其中一种)等。
[0008]普朗尼克F127常被用作纳米颗粒制备的原料是因为它具有独特的温度敏感性，当处于低温水溶液(4℃)中颗粒的体积溶胀，在高温水溶液(37℃)颗粒的体积缩小，形成一种体积可调节壳核结构。利用其这个特点可以实现药物的加载。根据文章(Rao W,Huang H.S.et.al.，ACS Applied Materials&Interfaces.2015,7(8):5017
–
5028.)，之前的研究人员曾经研究使用京尼平/壳聚糖修饰的Pluronic F127共聚物纳米颗粒，这种颗粒的特点是生物相容性好，毒性低，但是由于脂肪族聚酯为疏水性分子，对于亲水药物的包封效果不理想，因此海藻糖加载效率不高。当海藻糖与纳米载体的比例为1：10时，海藻糖的加载效率仅为40.6
±
5.8％，加载量为4.6
±
0.4％。因此，急需进一步发展载药量高，生物相容性好的海藻糖纳米加载体系。

技术实现思路

[0009]针对现有技术中存在的，海藻糖在纳米载体中的低载药量限制了纳米运载介导的冷冻方法的推广的问题，本专利技术的目的在于提供一种可提升海藻糖加载量的聚合物纳米颗粒及其制备方法。
[0010]为了实现本专利技术的目的，本专利技术的技术方案如下：
[0011]一种制备加载海藻糖的聚合物纳米颗粒的方法，其以带正电的第一聚合物作为核层，在其外包裹壳层，加载海藻糖后，再包裹膜层；所述壳层为具有温度负膨胀特性的嵌段共聚物，所述膜层在形成时，先加入带负电的第二聚合物，再加入带正电的第三聚合物。
[0012]其中，所述第一聚合物为端氨基聚乳酸，所述嵌段共聚物为聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯，所述第二聚合物为γ
‑
聚谷氨酸，所述第三聚合物为壳聚糖。
[0013]所述端氨基聚乳酸的分子量为14000
‑
16000Da，所述聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯为普朗尼克F127，分子量为12000
‑
14000Da，所述γ
‑
聚谷氨酸的分子量为>700000Da，所述壳聚糖的分子量为3000
‑
6000Da。
[0014]本专利技术方法制备得到的聚合物纳米颗粒由内至外依次包括核层、壳层和膜层，海藻糖被加载在所述核层和膜层之间。该纳米颗粒是以两端修饰了氨基的聚乳酸为核心，壳层是具有温度负膨胀特性的普朗尼克F
‑
127，膜层是由γ
‑
聚谷氨酸和壳聚糖交联形成的一层离子凝胶膜。
[0015]本专利技术制备的过程中两次利用了材料之间的静电相互作用，第一次作用为：以端氨基聚乳酸为核层材料、γ
‑
聚谷氨酸为第一次表面修饰的膜层材料，可将γ
‑
聚谷氨酸溶液滴注到负载海藻糖的端氨基聚乳酸
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普朗尼克F127纳米颗粒的溶液中，进行搅拌，在静电力的作用下，壳核结构的纳米颗粒表面被一层γ
‑
聚谷氨酸膜包裹，静电相互作用限制了海藻糖分子的布朗运动，将海藻糖分子控制在纳米载体中。在第一次静电作用之后，本专利技术方法还包括第二次静电作用，所述第二次静电作用为：在包裹γ
‑
聚谷氨酸的纳米颗粒中，再加入壳聚糖作为第二次表面修饰的膜层材料，可将壳聚糖溶液滴注到经过γ
‑
聚谷氨酸修饰的纳米颗粒溶液中，通过带负电的γ
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聚谷氨酸和带正电的壳聚糖作用形成一层稳定的纳米粒子凝胶以完成对载有海藻糖的纳米颗粒的第二次静电相互作用，实现更好的海藻糖包封效果。
[0016]本专利技术的方法包括：
[0017](1)将端氨基聚乳酸与普朗尼克F127混合，获得端氨基聚乳酸
‑
普朗尼克F127纳米
颗粒；
[0018](2)将所述端氨基聚乳酸
‑
普朗尼克F127纳米颗粒与海藻糖混合，进行海藻糖本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备加载海藻糖的聚合物纳米颗粒的方法，其特征在于，以带正电的第一聚合物作为核层，在其外包裹壳层，加载海藻糖后，再包裹膜层；所述壳层为具有温度负膨胀特性的嵌段共聚物，所述膜层在形成时，先加入带负电的第二聚合物，再加入带正电的第三聚合物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一聚合物为端氨基聚乳酸，所述嵌段共聚物为聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯，所述第二聚合物为γ
‑
聚谷氨酸，所述第三聚合物为壳聚糖。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述端氨基聚乳酸的分子量为14000
‑
16000Da，所述聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯为普朗尼克F127，分子量为12000
‑
14000Da，所述γ
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聚谷氨酸的分子量为>700000Da，所述壳聚糖的分子量为3000
‑
6000Da。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，包括：(1)将端氨基聚乳酸与普朗尼克F127混合，获得端氨基聚乳酸
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普朗尼克F127纳米颗粒；(2)将所述端氨基聚乳酸
‑
普朗尼克F127纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚思远，饶伟，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：