[发明专利]双聚合物脂-肽缀合物及其纳米颗粒

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年4月10日递交的美国临时专利申请第61/622,330号、2012年7月6日递交的美国临时专利申请第61/668,923号的优先权，以上申请的全部均通过引用整体并入本文。

关于在联邦政府资助研发项目下完成的发明的权利声明

本发明基于由美国国防部陆军办公室授予的基金编号W91NF-09-1-0374、由美国能源部科学办公室的基础能源科学办公室授予的资金编号DE-AC02-05CH11231，在政府资助下完成。政府拥有本发明的某些权利。

发明背景

据估计～40％的现有小分子药物具有较差的水溶解性和较短的循环半衰期，并且需要研制有效的药物制剂来改善其药代动力学、生物分布、毒性特征和效力。当经静脉给药时，通过由在实体瘤中常见的血管渗漏和较差的淋巴引流确定的增强的渗透和滞留(EPR)效应，纳米级载体提供了在肿瘤组织中聚集的额外优势。研究显示，随着渗出物进入肿瘤间隙，药物或药物包封载体应当能够运输远离肿瘤血管达100μm，以便到达肿瘤内所有的细胞。持续增加的证据表明药物在肿瘤内的有限渗透和分布，使得不能充分去除恶性细胞，这可能归因于治疗后肿瘤的重新填充。目前FDA批准了Doxil(阿霉素脂质体)(～100nm)和Abraxane(紫杉醇纳米制剂)(～130nm)，尽管具有很高的前景，其仅提供了中等的存活益处。这归因于化学治疗药物至肿瘤的低效运输，这是由于在血液循环期间它们具有相对较大的尺寸和药物渗漏。生理学因素，包括肿瘤位点的血管密度和异质性、间隙的流体压力和肿瘤间隙中的载体运输，影响纳米载体渗出进入肿瘤的程度。而且，纳米载体需要低于某个尺寸以实现有效的渗透，其中用于有效的肿瘤渗透的纳米载体直径范围取决于载体的形状、硬度和体系结构。最近采用小鼠中的人黑素瘤异种移植模型的研究表明，相比60nm的纳米颗粒，更小的颗粒即10-12nm量子点能够更有效地渗透由异常肿瘤血管和稠密间隙基质施加的生理屏障。采用树状聚合物，在恶性实体瘤微血管的血液-肿瘤屏障中，孔径大小的生理上限约为12nm。基于弹性蛋白样肽的～25nm大小的有机纳米颗粒，在鼠类癌症模型中产生了几乎完全的肿瘤消退。

药物载体的有效性还取决于其稳定性和药物在体内的滞留。为确保改善药物的毒性，药物需要滞留在胶束内直至到达靶标位点。除了增强的货运(cargo)稳定性和肿瘤渗透，对于有效的纳米载体一个同样重要的要求是稳定的循环和纳米载体清除之间的平衡。纳米载体最初必需大于6nm以获得延长的循环寿命，且随后需要分解为小于～6nm或50K Da的分子量的物质，以便通过肾脏中肾小球的过滤而从循环系统中被去除。产生大小范围为10-30nm，且结合了长循环半衰期、有效的肿瘤组织渗透、最小的货运渗漏和有效的亚基去除的有机纳米载体，依然是个巨大的挑战。

在热力学上，颗粒大小取决于颗粒表面和局部媒介物以及储存在所述颗粒中的粘附能量之间界面相互作用间的平衡。表面积与体积的比例和颗粒大小成反比。当颗粒大小降低至纳米级时，颗粒表面的低表面张力和/或纳米颗粒内部的高粘附能量密度是稳定单个纳米颗粒所需要的。根据与纳米颗粒形成和稳定有关的化学能的量，可将目前的有机纳米颗粒分为两类。在包括树状聚合物的一类纳米颗粒中，亚基通过共价键结合在一起，通常具有每摩尔几十千卡的能量。第二类有机纳米颗粒通过非共价键来稳定，通常具有每摩尔几千卡的能量。由于储存在颗粒中的能量相对较低，这些纳米颗粒通常具有很低的界面相互作用。

有机纳米颗粒的动力学稳定性决定了其在体内的稳定性、循环半衰期和清除途径。共价的纳米颗粒通常在常见生物条件下是稳定的，直至通过外来刺激如pH、温度、光和酶而发生共价键的化学降解。然而，对于非共价的纳米颗粒，亚基能够与局部的媒介物或在颗粒之间发生交换。当胶束大小降低时，尤其是当大小低于20nm时，所述交换的动能屏障降低。小胶束通常是流动的动态组装物，其中亚基两亲化合物与周围媒介物并与其他胶束持续交换。体内存在的稳定单个两亲化合物的化学阱(chemical trap)还降低了胶束的稳定性，并导致不期望的货运泄漏和分解。使头基进行化学交联和/或改造头基之间的多对分子间相互作用可有效地获得稳定的胶束。然而，生物分布研究显示了在肝脏和脾脏中的积累并引起了与可能的长期毒性有关的担忧。

因此，存在对小的(即级别为几十纳米大小)、稳定的、可从便利的材料组装而来并用于体内递送药物和其他货运物的胶束的未被满足的需求。出人意料的是，本发明解决了该需求和其他需求。

发明概述