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CN108309936A - 载番茄红素自组装纳米胶束及其制备方法 - Google Patents

载番茄红素自组装纳米胶束及其制备方法 Download PDF

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CN108309936A CN201810282307.3A CN201810282307A CN108309936A CN 108309936 A CN108309936 A CN 108309936A CN 201810282307 A CN201810282307 A CN 201810282307A CN 108309936 A CN108309936 A CN 108309936A
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Abstract

本发明公开了一种包载脂溶性番茄红素的自组装纳米胶束制剂，由重量百分比1%~40%的番茄红素，60%~99%的聚乙二醇单甲醚‑聚乳酸嵌段共聚物（mPEG‑PLA），1%~20%的乳化剂组成，得到的番茄红素自组装纳米胶束粒径分布均匀，包封率高，生物相容性好，且可提高番茄红素的稳定性，增加番茄红素的水溶性并提高番茄红素的生物利用度。本发明还公开了一种包载脂溶性番茄红素的自组装纳米胶束制剂的制备方法，制备工艺简单可控，包括：将番茄红素、mPEG‑PLA、乳化剂用有机溶剂溶解，与水溶液混合，用高速剪切机乳化，转移至旋转蒸发仪中，30~35℃旋转蒸发除尽有机溶剂，经0.2μm的微孔滤膜过滤除去未包封的游离番茄红素，即得番茄红素自组装纳米胶束。

Description

载番茄红素自组装纳米胶束及其制备方法
技术领域
本发明涉及用于包载疏水性药物的胶束制剂及其制备领域，具体涉及一种包载番茄红素的自组装纳米胶束制剂及其制备方法。
背景技术
番茄红素(lycopene)是一种脂溶性的非环状多不饱和烯烃，分子式C40H56，相对分子质量为536.85，据估计番茄红素异构体约有72种，天然来源的番茄红素主要以最稳定的全反式结构存在(图1)。番茄红素不溶于水，难溶于甲醇等极性有机溶剂，可溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮，易溶于氯仿、二氯甲烷、二硫化碳、苯、油脂等，番茄红素样品越纯，溶解越困难。人类自身不能合成番茄红素，只能通过膳食等补充，番茄红素吸收后可广泛分布于血液、肾上腺、肝脏、睾丸、前列腺、乳腺、卵巢、消化道等组织器官中，其中血液、肾上腺和睾丸番茄红素含量较高。番茄红素是自然界中最强的抗氧化剂，其抗氧化作用是维生素E的100倍，具有淬灭活性氧、消除人体自由基、预防心脏病、减缓动脉粥样硬化、预防多种癌症、保护心血管、抗老化、保护皮肤等生理功能。
因分子中含有11个共轭及2个非共轭双键，使得番茄红素稳定性很差，容易发生顺反异构化和氧化降解，尤其是高纯度番茄红素由于缺少其他物质的保护，极不稳定，易被氧化破坏。光、氧气、金属离子、温度、pH等均会对番茄红素的稳定性产生影响。由于番茄红素不溶于水、稳定性差、生物利用度低等因素给它的研究应用带来了很多困难。目前市场上多将番茄红素制备成软胶囊、纳米乳、脂质体等剂型，以克服番茄红素的以上缺点，但此类制剂在制备过程中所添加的大量植物油、表面活性剂都可能引发副作用，并引起人体的过敏反应，且软胶囊、乳剂、脂质体都存在易分层及易氧化变质等问题，从而限制了其应用。
近年来的研究表明高分子自组装纳米胶束显示出许多独特的优点：高分子胶束是由两亲性高分子在水中经自组装形成的载药胶束，制备方法简单；胶束具有核壳状结构，中间疏水核用于装载疏水性药物，外周亲水链起到空间稳定作用，可防止网状内皮系统(RES)的吞噬，延长载体在血液中的循环时间；高分子胶束的临界胶束浓度(CMC)可降低至0.0005％，CMC越低说明胶束越稳定，受血液稀释作用的影响就越小。
本发明以可生物降解的两亲性二嵌段共聚物聚乙二醇单甲醚-聚乳酸(mPEG-PLA)为载体材料，将脂溶性的番茄红素包载于mPEG-PLA载体材料中，在水中经自组装形成水溶性的纳米胶束。其优点是：以可生物降解的两亲性嵌段共聚物为载体材料构成自组装胶束的主体，胶束的性质，如CMC值、疏水区及亲水壳大小、亲疏水性等，可方便地由亲水基团和疏水基团的性质决定和控制；其中高分子材料PLA为美国FDA批准的可生物降解的高分子材料之一；亲水链PEG可增强纳米胶束的生物相容性，避免药物被网状内皮系统(RES)吞噬，有效维持番茄红素在体内的循环时间；将脂溶性番茄红素包载于两亲性mPEG-PLA载体材料中，可提高番茄红素的稳定性，增加番茄红素的水溶性并提高其生物利用度。由于高分子载药胶束的研究涉及高分子、药剂、药理、病理、分子生物学等多个学科的内容，目前国内外尚未见到有关载番茄红素自组装纳米胶束的报道。
发明内容
本发明的目的之一是提供了一种包载脂溶性番茄红素的自组装纳米胶束制剂，通过引入可生物降解的两亲性二嵌段共聚物聚乙二醇单甲醚-聚乳酸(mPEG-PLA)载体材料，将脂溶性的番茄红素包载于mPEG-PLA载体材料的疏水内核中，在水中经自组装形成水溶性的纳米胶束，得到的番茄红素胶束的性质可方便地由mPEG-PLA的亲水基团和疏水基团的性质决定和控制，生物相容性好，能有效维持番茄红素在体内的循环时间，且可提高番茄红素的稳定性，增加番茄红素的水溶性并提高番茄红素的生物利用度。
本发明的目的之二是提供一种上述包载脂溶性番茄红素的自组装纳米胶束制剂的制备方法，以氯仿或二氯甲烷作为溶解番茄红素、mPEG-PLA、乳化剂的溶剂，将乳化法、溶剂挥发法的优势相结合制备番茄红素自组装纳米胶束，制备工艺简单可控，制备条件温和，得到的番茄红素自组装纳米胶束具有粒径分布均匀、包封率高、稳定性好的特点。
为实现上述目的，本发明提供一种包载番茄红素的自组装纳米胶束制剂，由以下重量百分比的组分组成：
番茄红素 1％～40％
聚乙二醇单甲醚-聚乳酸嵌段共聚物(mPEG-PLA) 60％～99％
乳化剂 1％～20％
所述聚乙二醇单甲醚-聚乳酸嵌段共聚物(mPEG-PLA)的数均分子量为0.3万～2万，其中，聚乳酸与聚乙二醇单甲醚的质量比为30:70～70:30，聚乙二醇单甲醚的数均分子量为2000～6000。
所述的乳化剂为卵磷脂、吐温80、司盘80中的一种或两种以上。
所述纳米胶束制剂的胶束粒径为50-200nm，优选100-150nm。
所述纳米胶束制剂中番茄红素的包封率为70-90％。
本发明还提供一种上述包载番茄红素的自组装纳米胶束制剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将番茄红素、聚乙二醇单甲醚-聚乳酸嵌段共聚物(mPEG-PLA)、乳化剂用有机溶剂溶解；
(2)将步骤(1)中得到的有机溶液与水溶液混合，用高速剪切机乳化，得到水包油型或油包水型乳液；
(3)将步骤(2)中得到的乳液转移至旋转蒸发仪中，30～35℃旋转蒸发除尽有机溶剂，经0.2μm的微孔滤膜过滤除去未包封的游离番茄红素，制得番茄红素自组装纳米胶束；
其中，步骤(1)中所述的有机溶剂为氯仿或二氯甲烷；
其中，步骤(1)中所述的聚乙二醇单甲醚-聚乳酸嵌段共聚物的制备方法为：采用开环聚合法，以辛酸亚锡[Sn(Oct)2]为催化剂，用聚乙二醇单甲醚(mPEG)引发消旋乳酸(D,L-LA)开环聚合。
其中，步骤(2)中所述有机溶液与水溶液的体积比为1:3～10或3～10:1，所述的水溶液为蒸馏水、生理盐水、磷酸盐缓冲液中的一种。
本发明的有益效果：
以可生物降解的两亲性二嵌段共聚物聚乙二醇单甲醚-聚乳酸(mPEG-PLA)作为载体材料，得到的胶束的性质，如CMC值、疏水区及亲水壳大小、亲疏水性等，都可方便地由载体材料亲水基团和疏水基团的性质决定和控制，其中高分子材料PLA为美国FDA批准的可生物降解的高分子材料之一，亲水链PEG可增强纳米胶束的生物相容性，避免药物被网状内皮系统(RES)吞噬，有效维持番茄红素在体内的循环时间。
将脂溶性番茄红素包载于两亲性mPEG-PLA载体材料的疏水内核中，不仅显著提高番茄红素的稳定性，还增加了番茄红素的水溶性并提高其生物利用度。
选择既能溶解番茄红素又能溶解载体材料mPEG-PLA及乳化剂的有机溶剂氯仿或二氯甲烷作为溶剂，并将乳化法、溶剂挥发法的优势相结合制备番茄红素自组装纳米胶束，制备工艺简单可控，制备条件温和，得到的番茄红素自组装纳米胶束粒径分布均匀、包封率高、稳定性好。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1，番茄红素全反式异构体的分子结构；
图2，包载番茄红素自组装纳米胶束示意图；
图3，mPEG-PLA的合成路线；
图4，mPEG-PLA的核磁图；
图5，不同条件下番茄红素原料(左列)与番茄红素胶束(右列)稳定性对比研究结果
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同方面的应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
一、包封率和胶束粒径的测定方法
载番茄红素自组装纳米胶束包封率(EE)的测定
精密量取番茄红素胶束150μL于10mL容量瓶中，加1mL氯仿充分摇匀，用甲醇定容到10mL，摇匀，用紫外-可见分光光度仪在472nm处有最大吸收测定吸光度，采用标准曲线法计算番茄红素胶束中番茄红素的含量。按以下公式计算药物的EE。
载番茄红素自组装纳米胶束粒径的测定：
将番茄红素胶束用超纯水配制成含共聚物浓度约为1.0mg/mL的水溶液，用动态光散射纳米粒径测定仪测定其粒径及粒径分布(PDI)，测试温度为25℃。
二、聚乙二醇单甲醚-聚乳酸嵌段共聚物(mPEG-PLA)的合成：
采用开环聚合法，以辛酸亚锡[Sn(Oct)2]为催化剂，用聚乙二醇单甲醚(mPEG)引发消旋乳酸(D,L-LA)开环聚合，得到一系列不同亲/疏水链段比例的mPEG-PLA共聚物。通过1H NMR进行mPEG-PLA共聚物结构表征，将合成得到的聚合物溶于氘代氯仿(CDCl3)中，用核磁共振仪测定mPEG-PLA共聚物的氢谱，计算材料的分子量，mPEG-PLA的核磁图如图4所示。
三、番茄红素自组装纳米胶束制剂的制备
实施例1
称取聚乙二醇单甲醚-聚乳酸嵌段共聚物(mPEG-PLA，聚乙二醇5000单甲醚与聚乳酸的质量比为45:55)30mg、番茄红素1.5mg、卵磷脂5mg溶于2mL二氯甲烷中，加入6mL磷酸盐缓冲液(pH7.4)，用高速剪切机13000rpm乳化1min，形成水包油型乳液，将乳液转移至旋转蒸发仪中，30℃旋转蒸发除尽有机溶剂，经0.2μm的微孔滤膜过滤除去未包封的游离番茄红素，制得番茄红素自组装纳米胶束制剂，胶束粒径为113nm，粒径分布(PDI)为0.220，包封率为80％。
实施例2
称取mPEG-PLA(聚乙二醇5000单甲醚与聚乳酸的质量比为30:70)40mg、番茄红素2mg及5mg吐温80溶于2mL氯仿中，与8mL生理盐水混合，用高速剪切机13000rpm乳化1min，形成水包油型乳液，将乳液转移至旋转蒸发仪中，35℃旋转蒸发除尽有机溶剂，经0.2μm的微孔滤膜过滤除去未包封的游离番茄红素，制得番茄红素自组装纳米胶束制剂，胶束粒径为130nm，粒径分布(PDI)为0.246，包封率为75％。
实施例3
称取mPEG-PLA(聚乙二醇5000单甲醚与聚乳酸的质量比为40:60)40mg、番茄红素3mg及10mg司盘80溶于10mL二氯甲烷中，与2mL蒸馏水混合，用高速剪切机13000rpm乳化1min，形成油包水型乳液，将乳液转移至旋转蒸发仪中，30℃旋转蒸发除尽有机溶剂，经0.2μm的微孔滤膜过滤除去未包封的游离番茄红素，制得番茄红素自组装纳米胶束制剂，胶束粒径为120nm，粒径分布(PDI)为0.231，包封率为67％。
实施例4
称取聚乙二醇单甲醚-聚乳酸嵌段共聚物(mPEG-PLA，聚乙二醇5000单甲醚与聚乳酸的质量比为70:30)50mg、番茄红素2mg、2.8mg吐温80及2.5mg司盘80溶于2mL氯仿中，加入10mL蒸馏水，用高速剪切机13000rpm乳化1min，形成水包油型乳液，将乳液转移至旋转蒸发仪中，35℃旋转蒸发除尽有机溶剂，经0.2μm的微孔滤膜过滤除去未包封的游离番茄红素，制得番茄红素自组装纳米胶束制剂，胶束粒径为150nm，粒径分布(PDI)为0.254，包封率为78％。
实施例5
称取mPEG-PLA(聚乙二醇5000单甲醚与聚乳酸的质量比为50:50)40mg、番茄红素2mg、2.6mg吐温80及2.7mg司盘80溶于10mL氯仿中，与2mL磷酸盐缓冲液(pH7.4)混合，用高速剪切机13000rpm乳化1min，形成油包水型乳液，将乳液转移至旋转蒸发仪中，35℃旋转蒸发除尽有机溶剂，经0.2μm的微孔滤膜过滤除去未包封的游离番茄红素，制得番茄红素自组装纳米胶束制剂，胶束粒径为120nm，粒径分布(PDI)为0.238，包封率为82％。
实施例6
称取聚乙二醇单甲醚-聚乳酸嵌段共聚物(mPEG-PLA，聚乙二醇5000单甲醚与聚乳酸的质量比为70:30)45mg、番茄红素3mg、卵磷脂7mg溶于8mL氯仿中，加入2mL生理盐水，用高速剪切机13000rpm乳化1min，形成油包水型乳液，将乳液转移至旋转蒸发仪中，35℃旋转蒸发除尽有机溶剂，经0.2μm的微孔滤膜过滤除去未包封的游离番茄红素，制得番茄红素自组装纳米胶束制剂，胶束粒径为105nm，粒径分布(PDI)为0.196，包封率为85％。
实施例7
称取mPEG-PLA(聚乙二醇5000单甲醚与聚乳酸的质量比为60:40)30mg、番茄红素3mg、3.1mg吐温80及2.2mg司盘80溶于6mL二氯甲烷中，与2mL蒸馏水混合，用高速剪切机13000rpm乳化1min，形成油包水型乳液，将乳液转移至旋转蒸发仪中，30℃旋转蒸发除尽有机溶剂，经0.2μm的微孔滤膜过滤除去未包封的游离番茄红素，制得番茄红素自组装纳米胶束制剂，胶束粒径为140nm，粒径分布(PDI)为0.248，包封率为71％。
实施例8
称取聚乙二醇单甲醚-聚乳酸嵌段共聚物(mPEG-PLA，聚乙二醇5000单甲醚与聚乳酸的质量比为55:45)50mg、番茄红素2.5mg、卵磷脂8mg溶于2mL二氯甲烷中，加入10mL蒸馏水，用高速剪切机13000rpm乳化1min，形成水包油型乳液，将乳液转移至旋转蒸发仪中，30℃旋转蒸发除尽有机溶剂，经0.2μm的微孔滤膜过滤除去未包封的游离番茄红素，制得番茄红素自组装纳米胶束制剂，胶束粒径为103nm，粒径分布(PDI)为0.201，包封率为86％。
四、载番茄红素自组装纳米胶束与番茄红素原料稳定性的对比研究：
番茄红素原料贮备液
精密称取番茄红素原料适量，置于50mL量瓶中，用氯仿溶解，定容，配制成1mL中约含番茄红素200μg的溶液，摇匀，即得。
番茄红素胶束制备
称取聚乙二醇单甲醚-聚乳酸嵌段共聚物(mPEG-PLA，聚乙二醇5000单甲醚与聚乳酸的质量比为45:55)50mg，番茄红素1.5mg，卵磷脂5mg，溶于2mL二氯甲烷中，加入6mL蒸馏水，用高速剪切机13000rpm乳化1min，将乳液转移至旋转蒸发仪中，35℃旋转蒸发除尽有机溶剂，经0.2μm的微孔滤膜过滤除去未包封的游离番茄红素，制得番茄红素胶束。
番茄红素胶束中番茄红素含量测定
精密量取番茄红素胶束溶液150μL，置于10mL量瓶中，加入1mL氯仿充分振摇以提取胶束中的番茄红素，用甲醇破乳定容，摇匀，即得。在472nm处测定吸光度，带入标准曲线中计算得到胶束中番茄红素的含量约为200μg·mL-1。
番茄红素原料药的稳定性研究
精密量取番茄红素原料贮备液5mL，置于50mL容量瓶中，用甲醇定容，摇匀。分别在不同温度(25℃、40℃、60℃避光)，光照[避光暗处、日光、紫外光、强光(4500±500Lux)]，金属阳离子(Fe3+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+)，酸(0.1％HCl、0.5％HCl、1.0％HCl)，碱(0.1％NaOH、0.5％NaOH、1.0％NaOH)，氧化剂(0.1％H2O2、0.5％H2O2、1.0％H2O2)，还原剂(0.1％维生素C、0.5％维生素C、1.0％维生素C)条件下放置(为排除温度及光照的干扰，除温度、光照条件外，其他条件均在避光4℃冷藏条件下进行)，于0h、2h、4h、6h、8h、24h取样，用甲醇稀释10倍后，在472nm处测定吸光度，按以下公式计算番茄红素
的保存率。所有实验同时做三份平行样，结果用表示。
A0——样品溶液的初始(即0h时)的吸光度值
A——放置一定时间后的吸光度值
番茄红素胶束的稳定性研究
精密量取番茄红素胶束溶液5mL，置于50mL容量瓶中，用蒸馏水定容，摇匀。分别在不同温度(25℃、40℃、60℃避光)，光照[避光暗处、日光、紫外光、强光(4500±500Lux)]，金属阳离子(Fe3+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+)，酸(0.1％HCl、0.5％HCl、1.0％HCl)，碱(0.1％NaOH、0.5％NaOH、1.0％NaOH)，氧化剂(0.1％H2O2、0.5％H2O2、1.0％H2O2)，还原剂(0.1％维生素C、0.5％维生素C、1.0％维生素C)条件下放置(为排除温度及光照的干扰，除温度、光照条件外，其他条件均在避光4℃冷藏条件下进行)，于0h、2h、4h、6h、8h、24h取样1mL，置于10mL量瓶中，加入2mL氯仿充分振摇以提取胶束中的番茄红素，用甲醇破乳定容，摇匀，在472nm处测定吸光度，计算番茄红素的保存率(计算公式同上)。所有实验同时做三份平行样，结果用表示。
番茄红素胶束与番茄红素原料稳定性对比研究结果
由于光、氧气、金属离子、温度、pH等均会对番茄红素的稳定性产生影响，本发明将脂溶性的番茄红素包载于生物可降解的mPEG-PLA载体材料中制成番茄红素胶束，并对比研究了光照、温度、金属离子、酸、碱、氧化剂、还原剂等因素对番茄红素原料及胶束中番茄红素稳定性的影响。结果如图5所示，除Fe3+外，在光照、温度、酸、碱、氧化剂、还原剂及其他金属离子等条件下，番茄红素胶束的稳定性均明显优于番茄红素原料。光照、Fe3+、温度、酸、氧化剂对番茄红素胶束的稳定性影响较大，尤其是在Fe3+和紫外光条件下放置24h，番茄红素胶束中番茄红素的保存率便降至30％以下；碱、还原剂及除Fe3+以外的其他金属离子对番茄红素胶束的稳定性影响较小；以上各因素对番茄红素原料稳定性的影响趋势与番茄红素胶束基本一致。结果表明，将番茄红素包载于聚合物胶束中，不仅可增加番茄红素的水溶性，还可显著提高番茄红素的稳定性。同时要注意在制备和储存番茄红素胶束的过程中，应避免使用含铁的金属容器，并低温(2～8℃)避光保存。

Claims (9)

1.一种包载番茄红素的自组装纳米胶束制剂，由以下重量百分比的组分组成：
番茄红素 1%~40%
聚乙二醇单甲醚-聚乳酸嵌段共聚物（mPEG-PLA） 60%~99%
乳化剂 1%~20%。
2.根据权利要求1所述的包载番茄红素的自组装纳米胶束制剂，其特征在于，所述的聚乙二醇单甲醚-聚乳酸嵌段共聚物（mPEG-PLA）的数均分子量为0.3万~2万，其中，聚乳酸与聚乙二醇单甲醚的质量比为30:70～70:30，聚乙二醇单甲醚的数均分子量为2000~6000。
3.根据权利要求1-2任一项所述的包载番茄红素的自组装纳米胶束制剂，其特征在于，所述的乳化剂为卵磷脂、吐温80、司盘80中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1-2任一项所述的包载番茄红素的自组装纳米胶束制剂，其特征在于，所述纳米胶束制剂的胶束粒径为50-200nm，优选100-150nm。
5.根据权利要求1-2任一项所述的包载番茄红素的自组装纳米胶束制剂，其特征在于，所述纳米胶束制剂中番茄红素的包封率为70-90%。
6.根据权利要求1-5任一项所述的包载番茄红素的自组装纳米胶束制剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取番茄红素、聚乙二醇单甲醚-聚乳酸嵌段共聚物和乳化剂，将番茄红素、聚乙二醇单甲醚-聚乳酸嵌段共聚物（mPEG-PLA）、乳化剂用有机溶剂溶解；
（2）将步骤（1）中得到的有机溶液与水溶液混合，有机溶液与水溶液的体积比为1:3~10或3~10:1，用高速剪切机乳化，得到水包油型或油包水型乳液；
（3）将步骤（2）中得到的乳液转移至旋转蒸发仪中，30~35℃旋转蒸发除尽有机溶剂，经0.2μm的微孔滤膜过滤除去未包封的游离番茄红素，制得番茄红素自组装纳米胶束。
7.根据权利要求6所述的包载番茄红素的自组装纳米胶束制剂的制备方法，其中步骤（1）中所述的有机溶剂为氯仿或二氯甲烷。
8.根据权利要求6-7任一项所述的包载番茄红素的自组装纳米胶束制剂的制备方法，其中，步骤（2）中所述的水溶液为蒸馏水、生理盐水、磷酸盐缓冲液中的一种。
9.根据权利要求6-8任一项所述的包载番茄红素的自组装纳米胶束制剂的制备方法，其中，所述的聚乙二醇单甲醚-聚乳酸嵌段共聚物采用开环聚合法，以辛酸亚锡[Sn(Oct)2]为催化剂，用聚乙二醇单甲醚（mPEG）引发消旋乳酸（D,L-LA）开环聚合制备得到。
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