阅读说明：本技术 一种甲氨蝶呤金属配位聚合物及其制备方法和应用 (Methotrexate metal coordination polymer and preparation method and application thereof ) 是由 侯振清 范仲雄 王衍戈 朱富凯 于 2019-10-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种甲氨蝶呤金属配位聚合物及其制备方法和应用,其结构式为：<Image he="693" wi="700" file="DDA0002231149490000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>其中,R为功能金属离子。本发明通过在MTX的结构中引入可MRI成像的Gd<Sup>III</Sup>和Fe<Sup>III</Sup>得到MTX-Gd<Sup>III</Sup>和MTX-Fe<Sup>III</Sup>配位聚合物,此类聚合物在主动靶向(MTX与叶酸受体具有极强的亲和力)介导下可被高效递送至叶酸受体过表达的肿瘤细胞,进而降低给药剂量,实现对肿瘤病灶的精准高效诊疗；通过在MTX的结构中引入具有免疫促进作用的Zn<Sup>II</Sup>得到MTX-Zn<Sup>II</Sup>配位聚合物,此类聚合物有望高效治疗肿瘤及免疫疾病。(The invention discloses a methotrexate metal coordination polymer and a preparation method and application thereof, and the structural formula is as follows: wherein R is functional metal ion. The invention introduces Gd capable of being imaged by MRI into the structure of MTX III And Fe III Obtaining MTX-Gd III And MTX-Fe III Coordination polymers that can be efficiently delivered to under active targeting (MTX has a very strong affinity for folate receptors) mediationThe folic acid receptor over-expressed tumor cells further reduce the administration dosage and realize accurate and efficient diagnosis and treatment of tumor lesions; by introducing Zn with immune promoting effect into the structure of MTX II Obtaining MTX-Zn II Coordination polymers, which are expected to be highly effective in treating tumors and immune diseases.)

一种甲氨蝶呤金属配位聚合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于配位化学技术领域，具体涉及一种甲氨蝶呤金属配位聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

配位化学是将金属原子或离子与有机、无机离子相互反应并以配位键结合形成配位物。随着对生命科学和疾病研究的不断深入，发现诸多生命现象包含金属离子间的相互作用。此外，基于配位化学设计新型诊疗剂也是攻克重大疾病的主要策略。因此，近年来配位化学被广泛应用于生物医药领域。有些具有诊断治疗作用的有机分子和金属因疗效差、毒副作用大、难吸收等缺点而不能直接应用于临床，但若将其改性成为配位物将有望提升疗效并降低毒副作用。例如，钆(Gd)的各类螯合物具有极低的毒副作用，是临床上广泛使用的磁共振成像(MRI)造影剂；柠檬酸铁的配合物可治疗缺铁性贫血；阿司匹林与水杨酸衍生物的铜配位物可极大提升抗风湿效果；博来霉素自身并无亲肿瘤性，与钴离子形成的配位物活性极大提升；顺式钯铂配位物具有极佳的抗肿瘤效果；许多配体能选择性地与有害金属及金属离子形成水溶性螯合物，经由肾脏排出而解毒。上述例证充分说明基于配位化学设计开发新型生物诊疗剂极具发展前景，可更好的应用于生物医药领域。

MTX(CAS号：59-05-2)是一种叶酸类抗代谢药物，可与肿瘤细胞表面的叶酸受体进行结合发挥良好的靶向作用，常用于各种恶性肿瘤治疗。此外，MTX也是治疗急性白血病、自身免疫疾病的可选药物之一。但MTX在临床应用上仍存在许多不足，如治疗脑部肿瘤时难以穿过血脑屏障(BBB)。该药物可增加肝肾功能毒性，因药物作用机理是通过对二氢叶酸还原酶的抑制而达到阻碍肿瘤细胞DNA的合成，所以对正常的生物细胞也有毒性。研究发现，经过双亲性高分子材料修饰的MTX前药具有提高药物的靶向性和生物利用度，减少药物毒副作用等优点。更为重要的是由其自组装形成的纳米药物进入体内，可有效降低被人体RES系统的吞噬。纳米药物系统到达靶向部位可控制药物释放、减少药物用量、增强药物疗效并降低药物毒性。同时，纳米药物系统可避免药物活性丧失，有利于药物的储存和递送。事实上所有纳米药物改良剂型在引入载体的同时也引入了不确定的系统毒性。为解决这一棘手问题，将亲水性和疏水性诊疗剂通过化学键合、物理相互作用力、金属配位等方法构筑形成无载体双亲性纳米诊疗体系目前也备受关注，但这类纳米诊疗体系相较于传统的有载体纳米诊疗体系而言稳定性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种甲氨蝶呤金属配位聚合物。

本发明的另一目的在于提供上述甲氨蝶呤金属配位聚合物的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述甲氨蝶呤金属配位聚合物的应用。

本发明的技术方案如下：

一种甲氨蝶呤金属配位聚合物，其结构式为：

其中，R为功能金属离子。

在本发明的一个优选实施方案中，所述R为Gd^III、Fe^III或Zn^II。

本发明的另一技术方案如下：

一种甲氨蝶呤金属配位聚合物的制备方法，包括如下步骤：

(1)将MTX与含有功能金属离子的金属盐于弱碱性溶液中混合反应得MTX金属配位聚合物混合液；

(2)去除上述MTX金属配位聚合物混合液中的杂质，冻干，即得所述甲氨蝶呤金属配位聚合物。

在本发明的一个优选实施方案中，所述功能金属离子为Gd^III、Fe^III或Zn^II。

进一步优选的，所述金属盐为氯化钆六水合物(GdCl₃·6H₂O，CAS号：13450-84-5)、氯化铁六水合物(FeCl₃·6H₂O，CAS号：10025-77-1)或氯化锌(ZnCl₂，CAS号：7646-85-7)。

本发明的再一技术方案如下：

上述甲氨蝶呤金属配位聚合物在制备肿瘤靶向诊疗药物中的应用。

在本发明的一个优选实施方案中，所述功能金属离子为Gd^III或Fe^III。

上述甲氨蝶呤金属配位聚合物在制备免疫疾病治疗药物中的应用。

在本发明的一个优选实施方案中，所述功能金属离子为Zn^II。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过在MTX的结构中引入可MRI成像的Gd^III和Fe^III得到MTX-Gd^III和MTX-Fe^III配位聚合物，此类聚合物在主动靶向(MTX与叶酸受体具有极强的亲和力)介导下可被高效递送至叶酸受体过表达的肿瘤细胞，进而降低给药剂量，实现对肿瘤病灶的精准高效诊疗；通过在MTX的结构中引入具有免疫促进作用的Zn^II得到MTX-Zn^II配位聚合物，此类聚合物有望高效***及免疫疾病。

2、本发明的合成工艺极其简单，易操作，所得产物具有极佳的水溶性，也可高效负载其他疏水性诊疗剂，易通过自组装技术制备成稳定性良好的长循环自组装纳米诊疗体系，该类体系可在主动靶向和被动靶向(肿瘤渗透增强滞留效应)的双重介导下高效递送至肿瘤病灶部位。

3、实验结果已证实，本发明所涉MTX-Gd^III和MTX-Fe^III配位聚合物具有良好的肿瘤靶向诊疗效果，特别是作为MRI造影剂弛豫增强能力佳，而且可以高选择性识别叶酸受体过表达的肿瘤细胞，不仅具有很强的靶向造影效果，同时还延长了造影剂在体内的成像时间，从而可以减少造影剂的添加剂量，具有很强的实用性。

附图说明

图1为本发明实施例1中MTX及制得的MTX-Gd^III配位聚合物的红外光谱图谱。

图2为本发明实施例1制得的MTX-Gd^III配位聚合物透射电子显微镜图。

图3为本发明实施例2中MTX及制得的MTX-Fe^III配位聚合物的红外光谱图谱。

图4为本发明实施例2制得的MTX-Fe^III配位聚合物透射电子显微镜图。

图5为本发明实施例3中MTX及制得的MTX-Zn^II配位聚合物的红外光谱图谱。

图6为本发明实施例3制得的MTX-Zn^II配位聚合物的透射电子显微镜图。

图7为本发明实施例1制得的MTX-Gd^III配位聚合物的纵向弛豫(插图：T1加权MRI图)。

图8为本发明实施例2制得的MTX-Fe^III配位聚合物的横向弛豫(插图：T2加权MRI图)。

图9为本发明实施例1制得的MTX-Gd^III配位聚合物在BALB/C裸鼠静脉注射后的肿瘤靶向MRI实验及结果图。

图10为本发明实施例2制得的MTX-Fe^III配位聚合物在BALB/C裸鼠静脉注射后的肿瘤靶向MRI实验及结果图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。

本发明最关键的构思在于：MTX与Gd^III、Fe^III、Zn^II分别通过配位反应螯合成MTX-Gd^III、MTX-Fe^III、MTX-Zn^II三种金属配位聚合物。

请参照图1至10，本发明提供了MTX-Gd^III、MTX-Fe^III、MTX-Zn^II三种配位聚合物，其反应式如下：

本发明的原理是：以MTX作为适配体(所含羧基和氨基可给出孤对电子)与Gd^III、Fe^III、Zn^II(易于接受孤对电子)金属离子通过配位反应合成MTX-Gd^III、MTX-Fe^III、MTX-Zn^II三配位聚合物，将三种配位聚合物用于肿瘤、免疫疾病的诊疗。

实施例1

(MTX-Gd^III配位聚合物的合成)：将0.1mmol的MTX完全溶于15mL的醋酸铵溶液中，加入0.2mmol的GdCl₃·6H₂O剧烈搅拌0.5h后用0.2M的氢氧化钠将反应体系pH调节至8.5，常温反应6h后终止反应，将MTX-Gd^III配位聚合物的粗产品转移至截留分子量为1000Da的透析袋中透析24h，冻干便可获得高纯度MTX-Gd^III配位聚合物(产率为40％)。利用本法合成的MTX-Gd^III配位聚合物的红外光谱图(图1)说明Gd^III与MTX之间可通过配位化学键连接而成，透射电子显微镜图(图2)说明MTX-Gd^III配位聚合物可自组装为直径约100nm的纳米粒子。

实施例2

(MTX-Fe^III配位聚合物的合成)：将0.1mmol的MTX完全溶于15mL的醋酸铵溶液中，加入0.2mmol的GdCl₃·6H₂O剧烈搅拌0.5h后用0.2M的氢氧化钠将反应体系pH调节至8.5，常温反应12h后终止反应，将MTX-Fe^III配位聚合物的粗产品转移至截留分子量为1000Da的透析袋中透析24h，冻干便可获得高纯度MTX-Fe^III配位聚合物(产率为50％)。利用本法合成的MTX-Fe^III配位聚合物的红外光谱图(图3)说明Fe^III与MTX之间可通过配位化学键连接而成，透射电子显微镜图(图4)说明MTX-Fe^III配位聚合物可自组装为直径约100nm的纳米粒子。

实施例3

(MTX-Zn^II配位聚合物的合成)：将0.1mmol的MTX完全溶于15mL的醋酸铵溶液中，加入0.2mmol的ZnCl₂·6H₂O剧烈搅拌0.5h后用0.2M的氢氧化钠将反应体系pH调节至8.5，常温反应6h后终止反应，将MTX-Zn^II配位聚合物的粗产品转移至截留分子量为1000Da的透析袋中透析24h，冻干便可获得高纯度MTX-Zn^II配位聚合物(产率为44％)。利用本法合成的MTX-Zn^II配位聚合物的红外光谱图(图5)说明-Zn^II与MTX之间可通过配位化学键连接而成，透射电子显微镜图(图6)说明MTX-Zn^II配位聚合物可自组装为直径约100nm的纳米粒子。

实施例4

MTX-Gd^III和MTX-Fe^III配位聚合物的体外MRI成像：①精确称取一定量的MTX-Gd^III配位聚合物，用PBS(pH7.4)将其稀释成不同Gd^III浓度(0.05、0.1、0.2、0.4、0.8mg/mL)的MTX-Gd^III配位聚合物后与0.5％的琼脂混合至均匀，再转移至微量离心管，采用7TMRI扫描仪以测试MTX-Gd^III配位聚合物的T1加权MRI图和纵向弛豫；②精确称取一定量的MTX-Fe^III配位聚合物，用PBS(pH7.4)将其稀释成不同Fe^III浓度(0.1、0.2、0.4、0.8、1.6mg/mL)的MTX-Fe^III配位聚合物后与0.5％的琼脂混合至均匀，再转移至微量离心管，采用7T MRI扫描仪以测试MTX-Fe^III配位聚合物的T2加权MRI图和横向弛豫。上述结果分别见图7和图8，结果显示MTX-Gd^III和MTX-Fe^III配位聚合物作为MRI造影剂弛豫能力佳、造影效果良好。

MTX-Gd^III和MTX-Fe^III配位聚合物的体内MRI成像：BALB/C裸鼠(鼠龄5-6周，18±2g)购买自上海实验动物研究中心。裸鼠腋下接种1×10⁶个HeLa细胞，待肿瘤体积生长至100-200mm³：①为研究MTX-Gd^III配位聚合物在动物体内的肿瘤靶向效率及T1加权MRI成像性能，将MTX-Gd^III通过尾静脉注射进入裸鼠体内，分别于不同的特定时间点利用7T MRI扫描仪进行活体MRI实时成像，结果见图9；②为研究MTX-Fe^III配位聚合物在动物体内的肿瘤靶向效率及T2加权MRI成像性能，将适量MTX-Fe^III通过尾静脉注射进入裸鼠体内，分别于不同的特定时间点利用7T MRI扫描仪进行活体MRI实时成像，结果见图10。上述结果显示，MTX-Gd^III和MTX-Fe^III两种配位聚合物不仅具有很强的靶向造影效果，同时还延长了造影剂在体内的成像时间。

综上所述，本发明提供的MTX配位聚合物、其合成方法及应用，通过在MTX的结构中配入可MRI的金属离子Gd^III和Fe^III，获得了MTX-Gd^III和MTX-Fe^III两种配位聚合物，实现了对肿瘤的靶向诊疗；通过在MTX的结构中配入对人体免疫有促进作用的Zn^II，所得MTX-Zn^II配位聚合物有望***及高效治疗免疫疾病。总之，本发明所述金属配位聚合物可为设计简单、灵活、智能的纳米药物载体材料的设计和为新型靶向MRI造影剂的开发提供新思路。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。