包載脂質體的核殼納米纖維的制作方法

包載脂質體的核殼納米纖維的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種核層包載脂質體的核殼納米纖維及其制備方法和用途，其特征在于：所述核殼納米纖維的殼層為生物相容性聚合物，核層為天然聚電解質，脂質體包載于纖維的核層中，脂質體內裝載有活性物質。所述核殼納米纖維的直徑介于100-800nm。所述核殼納米纖維可以控制其中的脂質體內裝載的活性物質在8-14天內緩慢釋放至平衡。本發明制備的核殼納米纖維材料生物相容性好，可控制釋放生長因子、抗菌肽和各類活性藥物，性能穩定且易于保存，應用前景廣闊。
【專利說明】包載脂質體的核殼納米纖維
【技術領域】
[0001]本發明屬于核殼納米纖維的制備領域，具體來說本發明涉及一種核層包含脂質體的核殼納米纖維、其制備方法及其用途。
【背景技術】
[0002]靜電紡絲技術是指聚合物溶液在高壓靜電場作用下形成纖維的過程。該技術簡單方便，所制備的纖維直徑介于大約0.05?5μηι,比表面積介于大約l_100m2/g,膜孔隙率高達約90%以及孔徑低于約lOOnm。這些特性使得靜電紡絲纖維膜可以應用于織物、濾膜、復合材料增強體，傷口敷料、組織工程支架、傳感器、光電子器件以及催化等領域。
[0003]靜電紡絲纖維膜包覆傷口時具有透氣阻菌、不粘附傷口以及促進細胞遷移增殖的性質，因而可以作為較理想的傷口敷料材料。為了進一步保護傷口并促進傷口愈合，靜電紡絲纖維還可以包載生長因子、生物酶以及抗菌消炎藥物。通常，這些活性物質先與聚合物形成混合溶液，然后通過靜電紡絲獲得包載活性物質的納米纖維膜。但是通過混合靜電紡絲方法制備的納米纖維在進行體外釋放實驗的第I小時內釋放活性物質的速率較快。雖然內容物的快速釋放對緩解傷口疼痛、抑制傷口感染及促進傷口愈合有積極的作用，但相對于約8-12周的傷口愈合周期來說，所希望的是藥物能夠在更長的時間范圍內緩慢釋放，以便很好地長期保護傷口并減少敷料更換次數，進而減輕病人在傷口處理過程中的疼痛和醫務工作人員的工作量。
[0004]隨著靜電紡絲技術的發展，人們利用同軸靜電紡絲技術制備了其核層包載活性物質的核殼納米纖維。雖然不含活性物質的殼層在體外釋放實驗中可以適度延緩活性物質的突釋，但纖維中的內容物達到釋放平衡的時間最長也只有約24小時。
[0005]已知脂質體具有良好的生物相容性和內容物控釋能力。但是當采用脂質體與聚合物的混合溶液直接進行單軸靜電紡絲時，脂質體由于受到聚合物溶液施加的高剪切力而易于發生破裂，其包載的內容物也因此容易發生泄漏，這對于內容物的控制釋放是不利的。
[0006]針對以上問題，本發明提供了一種其中包載脂質體的核殼納米纖維。所述纖維結合了核殼纖維與脂質體的優點。其中，核殼結構既可以控制未包載入脂質體的內容物的釋放，又可以防止脂質體在靜電紡絲過程因受到較大剪切力而發生破裂；而包含于核層的脂質體可以控制其內容物的釋放，達到藥物的長期控制釋放。本發明的方法操作簡單，原料價格低廉，反應條件溫和，具有極好的應用前景。

【發明內容】

[0007]本發明的目的是提供一種包載脂質體的核殼納米纖維，其特征在于所述核殼納米纖維的殼層為生物相容性聚合物，核層為天然聚電解質，脂質體包載于纖維的核層中，脂質體內裝載有活性物質。所述核殼納米纖維的直徑介于大約100-800nm，優選其直徑為大約200-500nm,更優選為大約300_400nm。所述核殼納米纖維可以控制其中的脂質體內裝載的活性物質在8-14天內，優選在10-12天內緩慢釋放至平衡。[0008]所述生物相容性聚合物可以選自合成聚合物和天然大分子，其中所述合成聚合物包括聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚己內酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚羥基乙酸(PGA)和聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA);所述天然大分子包括醋酸纖維素(CA)、乙基纖維素(EC)、羥丙基纖維素(HPC)、羥丙甲基纖維素(HPMC)、殼聚糖和蠶絲蛋白。
[0009]所述天然聚電解質為透明質酸鈉、殼聚糖、海藻酸鈉中的一種或幾種。
[0010]所述脂質體包括不帶電荷的中性脂質體，例如由卵磷脂構成的脂質體；帶正電荷脂質體，例如膜層包含硬脂酰胺(SA)的脂質體；以及帶負電荷脂質體，例如膜層包含心磷脂(CL)的脂質體，其粒徑介于約20-500nm，優選其粒徑為約50-150nm。所述脂質體特別優選為中性脂質體。
[0011]所述活性物質可以是染料分子、生物活性因子。
[0012]所述染料分子例如是羅丹明B和異硫氰酸熒光素。
[0013]所述生物活性因子包括生長因子、抗菌肽和活性藥物，其中所述生長因子包括堿性纖維細胞生長因子(bFGF)、表皮細胞生長因子(EGF)、組織轉化生長因子(TGF-β)、血小板衍生生長因子(TOGF)和胰島素樣生長因子(IGF);所述的抗菌肽包括微生物源抗菌肽、植物源抗菌肽、動物源抗菌肽以及基因工程來源的抗菌肽；所述的活性藥物包括消炎藥和抗生素。
[0014]所述消炎藥例如有萘普生、阿司匹林、對乙酰氨基酚、雙氯芬酸、吲哚美辛、舒林酸、布洛芬和芬布芬。所述抗生素例如是青霉素類、頭孢菌素類、大環內酯類、氨基糖苷類、四環素類、氯霉素類、喹諾酮類、磺胺類和萬古霉素類。
[0015]本發明進一步涉及制備本發明的核殼納米纖維方法，包括:
[0016](I)通過脂質膜水化法制備裝載活性物質的脂質體懸液:將一定質量比的磷脂、膽固醇和活性物質溶解到適量的溶劑中；待完全溶解后，使用例如旋轉蒸發儀在大約30°C條件下將溶劑蒸干得脂質膜；
[0017]向上述脂質膜中加入與上述有機溶劑等體積的緩沖液；再次使用例如旋轉蒸發儀在保護氣體氣氛下例如在氮氣環境中于大約30°C條件下進行蒸發，直至脂質膜完全脫落并分散到水中，得到乳白色的懸液；將該懸液靜置約4-6小時以完成脂質體的膨脹；然后再向懸液中注入保護性氣體例如氬氣并進行水浴超聲處理，得到粒徑均勻的脂質體懸液；
[0018](2)向步驟(I)的脂質體懸液中加入一定比例的天然聚電解質水溶液以穩定脂質體，得到的混合溶液作為同軸靜電紡絲的核層溶液；所述天然聚電解質水溶液的濃度為約1-3%，與脂質體懸液的混合比例為約1:1-1:2;
[0019](3)使用易于靜電紡絲的生物相容性聚合物的溶液作為殼層溶液，進行同軸靜電紡絲，得到核層包含載有活性物質的脂質體的核殼納米纖維。
[0020]在本發明的方法中，所述磷脂可以選自卵磷脂、鞘磷脂、磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰肌醇、磷脂酰絲氨酸、硬脂酰胺和心磷脂。
[0021]在步驟(I)中所加入的膽固醇的量以磷脂質量為基礎計為大約0-100%，優選為約10-50% ;膽固醇的作用是穩定所制備的脂質體；根據脂水分配系數及目標裝載量的不同，活性物質的質量以磷脂和膽固醇質量之和為基礎計可以為約1-100%，優選為大約10-50%。[0022]步驟(I)中所述活性物質根據其脂水分配系數的不同，可以在開始時與磷脂、膽固醇一起直接加入，也可以溶解于緩沖液中后與緩沖液一起加入。
[0023]步驟(I)中的溶劑為氯仿或氯仿/甲醇混合溶液，要求加入的溶劑的量既能夠完全溶解所加入的磷脂、膽固醇和活性物質，但又不超過圓底燒瓶體積的I / 25。氯仿/甲醇混合液中甲醇的體積含量介于大約0-50%，優選為大約20-40%。
[0024]所述緩沖液可以是超純水或pH=6.4的磷酸緩沖液。
[0025]步驟(I)中的脂質體懸液中脂質體的粒徑為大約50_150nm。本方法中經過超聲處理所制備的脂質體主要為單壁脂質體，包括小單壁脂質體和大單壁脂質體。
[0026]在步驟(3)中，所述同軸靜電紡絲所使用的同軸噴絲頭內孔內徑為約
0.4-0.8mm，外孔內徑為約1.0-1.4mm ;所述同軸靜電紡絲的溶液推進速率:核層溶液為約
0.05-0.25mL / h，殼層溶液為約0.35-1.0mL / h ;所述同軸靜電紡絲的工藝參數為:電壓為10-20kV，噴絲頭與接收板之間的距離為約10-20cm，環境溫度為約20_30°C，濕度為約20-40%。
[0027]將根據本發明的方法所得到的納米纖維置于pH為大約4.0-7.4，優選為大約5-6.5的磷酸緩沖液中進行體外藥物釋放實驗，研究纖維中脂質體對活性物質的控制釋放。
[0028]本發明進一步涉及根據本發明的核殼納米纖維在整形外科材料、傷口敷料、手術支架、組織工程支架及藥物輸送等領域的應用。
[0029]本發明的核層包載脂質體的核殼納米纖維具有良好的生物相容性，制備方法簡單，反應條件溫和，實驗原料價格低廉，脂質體在核殼納米纖維核層穩定分散。該核殼納米纖維同時可攜載并緩釋生長因子、抗菌肽及其它活性藥物等活性物質，從而在傷口敷料、手術支架等生物醫學、組織再生領域具有很好的應用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0030]圖1是實施例1中包載萘普生的脂質體的透射電子顯微鏡(TEM)圖片，其中(a)圖標尺為lOOnm，(b)圖標尺為200nm ;由圖可知其粒徑介于50-150nm，屬于中等大小單層脂質體。
[0031]圖2中圖片(a)是實施例1中同軸靜電紡絲制備的核殼納米纖維的掃描電子顯微鏡(SEM)圖，由圖可以看出纖維表面均勻光滑，脂質體包含入纖維內部；圖片(b)是纖維直徑統計結果，得到纖維的平均直徑為359.4±126.2nm。
[0032]圖3是實施例1中同軸靜電紡絲制備的核殼納米纖維的能量彌散X射線譜(EDS)結果。其中右側(a)圖是左側(a)點的測試結果，右側(b)圖是左側(b)點的測試結果；由圖中結果可知，纖維表層只含有C和O元素(來自于醋酸纖維素)，不包含Na元素(來自于透明質酸鈉)和P元素(來自于卵磷脂)；這表明纖維表層為醋酸纖維素，在同軸靜電紡絲過程中核液與殼液沒有發生融合，而且脂質體沒有發生破裂。
[0033]圖4是實施例1中同軸靜電紡絲制備的核殼納米纖維的透射電子顯微鏡(TEM)圖片，圖(a)中樣品未經處理，圖(b)中樣品經2%磷鎢酸水溶液處理；圓圈中標出的是包含于核殼納米纖維核層的脂質體；由圖可以看出，纖維具有明顯的核殼結構，且脂質體在纖維核層離散分布。
[0034]圖5是實施例1中同軸靜電紡絲制備的核殼納米纖維的體外藥物釋放結果，由圖可以看出，纖維中藥物分兩階段釋放，未包載入脂質體的萘普生在8小時內快速釋放，而包載入脂質體的萘普生緩慢釋放至12天達到釋放平衡。
[0035]圖6是實施例2中同軸靜電紡絲制備的核層包載脂質體的核殼納米纖維的激光共聚焦顯微鏡(LSCM)圖片，其中(a)圖是熒光圖像，其中離散的熒光點是包載于纖維的脂質體；(b)圖是明場圖像；由圖可以看出，包載有羅丹明B的脂質體在纖維內部穩定且離散分布。
[0036]圖7是對比實施例1中靜電紡絲制備的納米纖維的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片(a)及其直徑統計結果(b);由圖可以看出，所制備的纖維表面均勻光滑，萘普生包載入纖維內部。
[0037]圖8是對比實施例1中靜電紡絲制備的納米纖維的體外藥物釋放結果，由結果可以看出，纖維中萘普生釋放較快，在I天內達到釋放平衡。
[0038]圖9是對比實施例2中同軸靜電紡絲制備的核殼納米纖維的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片(a)及其直徑統計結果(b);由圖可以看出，所制備的纖維表面均勻光滑，萘普生包載入纖維內部。
[0039]圖10是對比實施例2中同軸靜電紡絲制備的核殼納米纖維的透射電子顯微鏡(TEM)圖片；由圖可以看出，所制備的纖維為核殼結構，萘普生在纖維中均勻分散。
[0040]圖11是對比實施例2中靜電紡絲制備的核殼納米纖維的體外藥物釋放結果，由結果可知，纖維中萘普生釋放較快，在I天內即達到釋放平衡。
【具體實施方式】:
[0041]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應當理解的是，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0042]實施例1:脂質體包載萘普生的透明質酸鈉/醋酸纖維素核殼納米纖維的制備及其體外藥物釋放測定
[0043](I)采用脂質膜水化法制備載藥脂質體:將卵磷脂(購于阿拉丁，提取自大豆，純度>98% )160mg、膽固醇(購于Alfa Aesar，貨號A11470，純度95% )20mg和萘普生(購于Alfa Aesar)90mg加入250mL的圓底燒瓶中，然后加入5mL氯仿/甲醇混合溶劑(V /v=2 / I)，待充分溶解后，使用旋轉蒸發儀在大約30°C恒溫水浴和60rpm的轉速下將溶劑蒸干得脂質膜；
[0044](2)向上述脂質膜中加入5mL超純水和0.5g玻璃珠。再次使用旋轉蒸發儀在氮氣環境中于大約30°C恒溫水浴和60rpm的轉速下旋轉30min，得到乳白色的懸液。在室溫下密閉放置4小時完成膨脹過程后，再注入氬氣并水浴超聲處理I小時，得到粒徑介于50-150nm的脂質體懸液；
[0045](3)將上述脂質體懸液與3% (w / v)透明質酸鈉(購于阿拉丁，提取自雞冠，分子量大于106kDa)水溶液按2: I (V / V)的比例混合后作為同軸靜電紡絲的核層溶液，同時使用17% (w / V)醋酸纖維素(購于Sigma Aldrich,分子量為2.9 X 104kDa) /丙酮/N，N-二甲基乙酰胺溶液(2: 1，V / V)作為殼層溶液進行同軸靜電紡絲，紡絲條件為:同軸噴絲頭內徑0.5 / 1.2mm，工作電壓15kV，噴絲頭與接收板之間距離15cm，核/殼溶液推進速率0.05 / 0.37mL / h，溫度20°C，濕度20-30% ;得到平均直徑為359.4±126.2nm的核殼納米纖維。
[0046](4)將上述方法制備的納米纖維置于pH=6.4左右的磷酸緩沖液中進行體外藥物釋放實驗。萘普生隨時間釋放入緩沖液中的量通過紫外-可見光度計測定，所選吸收波長為262nm。測定結果顯示:萘普生前8小時釋放較快，然后緩慢釋放至12天達到平衡。
[0047]實施例2:脂質體包載羅丹明B的透明質酸鈉/聚乙烯基吡咯烷酮核殼納米纖維的制備
[0048](I)采用脂質膜水化法制備載熒光染料脂質體:將卵磷脂(購于Alfa Aesar,提取自大豆，貨號36486)80mg、膽固醇(購于Alfa Aesar，貨號A11470，純度95% ) IOmg加入250mL的圓底燒瓶中，然后加入5mL氯仿/甲醇混合溶劑(v / v=2 / I)，待充分溶解后，使用旋轉蒸發儀在30°C恒溫水浴和60rpm的轉速下將溶劑蒸干得脂質膜；
[0049](2)向上述脂質膜中加入預制的濃度為3mg / mL的羅丹明B (購于SigmaAldrich)水溶液5mL,再次使用旋轉蒸發儀在氮氣環境中于大約30°C恒溫水浴和60rpm的轉速下旋轉30min，得到懸濁液。在室溫下密閉放置大約4小時完成膨脹過程后，再注入氬氣并水浴超聲處理大約I小時，得到粒徑介于20-80nm的脂質體懸液。懸液再經過超純水透析以便除去沒有包載入脂質體的羅丹明B。
[0050](3)將上述脂質體懸液與3% (w / v)透明質酸鈉(購于阿拉丁，提取自雞冠，分子量大于106kDa))水溶液按2: l(v / V)的比例混合后作為同軸靜電紡絲的核層溶液，同時使用7% (w / V)聚乙烯吡咯烷酮(購于Alfa Aesar，分子量為1.6X106kDa) /乙醇溶液作為殼層溶液進行同軸靜電紡絲。紡絲條件為:同軸噴絲頭內徑0.6 / 1.4mm，工作電壓10kV，噴絲頭與接收板之間距離10cm，核/殼溶液推進速率0.05 / 0.37mL / h，溫度20°C，濕度20-30% ο得到平均直徑為118.5 + 54.5nm的纖維。
[0051]對比實施例1:包載萘普生的醋酸纖維素納米纖維的制備及其體外藥物釋放的測定
[0052](I)將570mg醋酸纖維素(購于Sigma Aldrich,分子量為2.9 X 104kDa)加入3mL丙酮/ N，N-二甲基乙酰胺混合液(2: l，v / V)，制備濃度為19% (w / v)的醋酸纖維素溶液；然后加入57mg萘普生(購于Alfa Aesar)，得到混合溶液。
[0053](2)將上述混合溶液直接進行靜電紡絲。紡絲條件為:噴絲頭內徑1.0mm，工作電壓12kV，噴絲頭與接收板之間距離15cm，溶液推進速率0.5mL / h，溫度20°C，濕度20-30%。
[0054](3)將上述方法制備的納米纖維置于pH=6.4的磷酸緩沖液中進行體外藥物釋放實驗。萘普生隨時間釋放入緩沖液中的量通過紫外-可見光度計測定，所選吸收波長為262nm。觀察到萘普生釋放較快，I天即達到釋放平衡。
[0055]對比實施例2:核層包載萘普生的醋酸纖維素/醋酸纖維素核殼納米纖維的制備及其體外藥物釋放的測定
[0056]I)將570mg醋酸纖維素(購于Sigma Aldrich,分子量為2.9X 104kDa)加入3mL丙酮/ N，N-二甲基乙酰胺混合液(2: l，v / V)，制備兩份濃度均為19% (w / v)的醋酸纖維素溶液；然后向其中一份中加入57mg萘普生(購于Alfa Aesar)，得到混合溶液。[0057](2)將上述萘普生與醋酸纖維素的混合溶液作為同軸靜電紡絲的核層溶液，同時使用19%的醋酸纖維素溶液作為殼層溶液進行同軸靜電紡絲。紡絲條件為:同軸噴絲頭內徑0.7 / 1.4mm，工作電壓15kV，噴絲頭與接收板之間距離15cm，核/殼溶液推進速率
0.5 / 0.5mL / h，溫度 20°C，濕度 20-30%。
[0058](3)將上述方法制備的納米纖維置于pH=6.4的磷酸緩沖液中進行體外藥物釋放實驗。萘普生隨時間釋放入緩沖液中的量通過紫外-可見光度計測定，所選吸收波長為262nm。觀察到萘普生釋放較快，I天即達到釋放平衡。
【權利要求】
1.一種核殼納米纖維，其特征在于:所述核殼納米纖維的殼層為生物相容性聚合物，核層為天然聚電解質，所述纖維的核層包載有脂質體，脂質體內裝載有活性物質。
2.根據權利要求1所述的核殼納米纖維，其中所述的生物相容性聚合物選自合成聚合物和天然大分子。
3.根據權利要求2所述的核殼納米纖維，其中所述的合成聚合物包括聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚己內酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚羥基乙酸(PGA)和聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)，所述的天然大分子包括醋酸纖維素(CA)、乙基纖維素(EC)、羥丙基纖維素(HPC)、羥丙甲基纖維素(HPMC)、殼聚糖和蠶絲蛋白。
4.根據權利要求1所述的核殼納米纖維，其中所述的天然聚電解質為透明質酸酸鈉、殼聚糖、海藻酸鈉中的一種或多種。
5.根據權利要求1所述的核殼納米纖維，其中所述的脂質體選自中性脂質體、帶正電荷脂質體和帶負電荷脂質體。
6.根據權利要求1所述的核殼納米纖維，其中所述的活性物質可以選自染料分子和生物活性因子，所述的生物活性因子為生長因子、抗菌肽和活性藥物。
7.制備如前述權利要求1-6任一項所述的核殼納米纖維方法，包括: (1)通過脂質膜水化法制備裝載活性物質的脂質體懸液:將一定質量比的磷脂、膽固醇和活性物質溶解到適量的溶劑中；完全溶解后，蒸干溶劑得脂質膜； 向上述脂質膜中加入與上述溶劑等體積的緩沖液；再次在保護氣體氣氛下進行旋轉，直至脂質膜完全脫落，分散于水中，得到乳白色的懸液；靜置使得脂質體膨脹，然后向懸濁液中注入保護氣體并進行超聲處理，得到粒徑均勻的脂質體懸液； (2)向步驟(I)的脂質體懸液中加入與脂質體懸液的比例為1: 1-1: 2的濃度為1-3%的天然聚電解質水溶液，得到的混合溶液作為同軸靜電紡絲的核層溶液； (3)使用易于靜電紡絲的生物相容性聚合物的溶液作為殼層溶液，進行同軸靜電紡絲，得到核層包含裝載有活性物質的脂質體的核殼納米纖維。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述磷脂可以選自卵磷脂、鞘磷脂、磷脂酸、磷脂酰甘油、磷脂酰肌醇、磷脂酰絲氨酸、硬脂酰胺和心磷脂；所述溶劑是甲醇含量0-50%的氯仿/甲醇混合溶劑；所述緩沖液可以是超純水或pH=7.4的磷酸緩沖液。
9.根據權利要求7所述的方法，其中在步驟(I)中，所述活性物質根據其脂水分配系數的不同，也可以溶解于緩沖液中后與其一起加入；根據脂水分配系數及目標裝載量的不同，活性物質的質量以磷脂和膽固醇質量之和為基礎計可以為1-100% ;加入的膽固醇的質量以磷脂質量為基礎計為0-100%;在步驟(3)中，所述同軸靜電紡絲所使用的同軸噴絲頭內孔內徑為0.4-0.8mm，外孔內徑為1.0-1.4mm ;所述同軸靜電紡絲的溶液推進速率:核層溶液為0.05-0.25mL / h，殼層溶液為0.35-1.0mL / h ;所述同軸靜電紡絲的電壓為10_20kV，噴絲頭與接收板之間的距離為10-20cm，環境溫度為20-30°C，濕度為20-40%。
10.根據權利要求1-6所述的核殼納米纖維在整形外科材料、傷口敷料、手術支架、組織工程支架及藥物輸送等領域的應用。
【文檔編號】D01F8/00GK103757743SQ201310722766
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月25日 優先權日:2013年12月25日
【發明者】劉瑞剛, 李狀, 康宏亮, 黃勇 申請人:中國科學院化學研究所