一种球棍状脂质纳米颗粒的制备及应用

本发明涉及材料领域。具体地说，本发明涉及器官靶向性脂质纳米载体材料，特别是球棍状结构的脾脏靶向性的阳离子脂质纳米颗粒及高效靶向脾脏的转染性应用。

背景技术：

1、在疾病预防和治疗领域，核酸药物显示出了巨大潜力。近些年加速了核酸药物尤其是mrna疫苗的研发。然而，游离的mrna容易被血浆中的核酸酶消化，在进入细胞内部极易被机体清除。为了克服上述弊端，通常是通过脂质纳米颗粒(lipid nanoparticle，lnp)技术，将mrna包裹在lnp内部，从而阻止mrna在血浆中的降解、提高mrna在细胞中的摄取。

2、目前的非肝靶向lnp系统由于具有重大生物学意义，尤其是区域性疾病治疗方面，受到广泛关注。然而受限于组成成分、配方配比、制备方法，结构、靶向效率、转染效率等都受到很大程度的影响，包括但不限于核酸药物/lnp的粒径、分散度、表面电荷、包封效率、形貌、递送效率、内体逃逸速率、器官靶向效果等。在现有的脾脏靶向lnp技术的基础上，通过改造lnp形貌从而提高lnp系统的靶向效率和递送效率已成为可能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种球棍状脂质纳米颗粒，在通过系统全身给药之后，具有球棍状结构的纳米颗粒能够更加高效地将核酸药物靶向递送到治疗区域，减少肝脏摄取，增强脾脏表达效率，从而提高治疗效果。

2、本发明的目的还在于提供一种包含所述球棍状脂质纳米颗粒的药物组合物。

3、本发明的目的还在于提供所述球棍状脂质纳米颗粒或药物组合物在疾病治疗中的应用。

4、在第一方面，本发明提供一种具有脾脏靶向性的球棍状脂质纳米颗粒，其特征在于，所述纳米颗粒包含：

5、1) 可电离阳离子脂质；

6、2) 中性脂质；

7、3) 甾族化合物；

8、4) 聚乙二醇脂质；和

9、5) 生物活性剂；

10、所述球棍状脂质纳米颗粒由球状头部和长棍状尾部构成。

11、在具体的实施方式中，所述球棍状脂质纳米颗粒由一个球状头部和分布于其边缘的一个或多个长棍状尾部构成。

12、在具体的实施方式中，所述的可电离阳离子脂质是式(i)所示的化合物、或其药学上可接受的盐、前药、或立体异构体，

13、   (i)

14、其中：

15、g1选自下组：不存在、取代或未取代的c1-c20亚烷基、取代或未取代的c2-c20亚烯基，所述取代是指被独立选自下组的1、2或3个基团取代：f、cl或br取代；

16、r1选自下组：h、取代或未取代的c3-c8环烷基、取代或未取代的c3-c8环烯基、取代或未取代的含1、2或3个选自n、o或s的杂原子的4-8元杂环基、取代或未取代的c6-c10芳基、取代或未取代的含1、2或3个选自n、o或s的杂原子的5-10元杂芳基、取代或未取代的含1、2或3个选自n、o或s的杂原子的8-10元稠合杂环基、-nrarb、-nrarboh、-n(ra(oh))(rb(oh))、-c(o)or、-oc(o)r、-c(o)nrarb、-n(ra)c(o)rb、cn、-c(o)r、-or、-o(ch2)mor、-o(ch2)mnrarb、-s(o)xr、-s-sr、-c(o)sr、-sc(o)r、-n(ra)c(o)n(rb)2、-oc(o)nrarb、-n(ra)c(o)orb，所述取代是指被1、2或3个c1-c5烷基取代；

17、r、ra、rb各自独立地选自下组：取代或未取代的c1-c20烷基、取代或未取代的c2-c20烯基、取代或未取代的c3-c8环烷基、取代或未取代的c3-c8环烯基，所述取代是指被独立选自下组的1、2或3个基团取代：f、cl或br取代；

18、x为0-2的整数(例如0、1或2)；

19、r2选自下组：h、取代或未取代的c6-c10芳基 (优选苯基)、取代或未取代的8-14元稠合芳基 (优选萘环、蒽环)、取代或未取代的c1-c12烷基、取代或未取代的c2-c12烯基、取代或未取代的c2-c12炔基，并任选地被选自下组的1、2或3个基团取代：f、cl、br、i、rc、orc；

20、rc选自下组：c1-c5烷基、c2-c5烯基、c2-c5炔基；

21、q选自下组：n、取代或未取代的c6-c10芳基 (优选苯基)、取代或未取代的8-14元稠合芳基 (优选萘环、蒽环)、取代或未取代的c4-c8环烷基 (优选环戊基、环己基)、取代或未取代的含1、2或3个选自n、o或s的杂原子的4-8元杂环基(优选吡咯环、嘧啶环)；所述取代是指被1、2或3个独立选自下组的基团取代：c1-c5烷基、f、cl、br；

22、g2、g3、g4各自独立地选自下组：不存在、取代或未取代的c1-c10亚烷基、取代或未取代的c2-c10亚烯基，所述取代是指被1、2或3个独立选自下组的基团取代：c1-c5烷基、f、cl或br；

23、l1和l2各自独立地选自下组：不存在、-o-、-c(o)-、-oc(o)-、-c(o)o-、-o(ch2)qc(o)o-、-o(ch2)qoc(o)-、-oc(o)o-、-s-、-s-s-、-c(o)nrd-、-nrdc(o)-、-s(=o)x-、-sc(o)-、-c(o)s-；

24、r3和r4各自独立地选自下组：取代或未取代的直链或支链c1-c20烷基、取代或未取代的直链或支链c2-c20烯基、取代或未取代的直链或支链c2-c20炔基，所述取代是指被独立选自下组的1、2或3个基团取代：f、cl或br取代；

25、各rd独立地选自下组： h、c1-c20亚烷基、c2-c20亚烯基、c3-c8亚环烷基、c3-c8亚环烯基；

26、m和q各自独立为1-10的整数(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10)。

27、在具体的实施方式中，g1为c1-c20亚烷基；

28、r1选自下组：取代或未取代的c3-c8环烷基、取代或未取代的c3-c8环烯基、取代或未取代的含1、2或3个选自n、o或s的杂原子的4-8元杂环基、取代或未取代的c6-c10芳基、含1、2或3个选自n、o或s的杂原子的5-10元杂芳基、取代或未取代的含1、2或3个选自n、o或s的杂原子的8-10元稠合杂环基、-nrarb、-nrarboh、-n(ra(oh))(rb(oh))、-o(ch2)mnrarb，所述取代是指被1、2或3个选自下组的基团取代：c1-c5烷基取代；

29、r2选自下组：苯环、萘环，并任选地被选自下组的1、2或3个基团取代：f、cl、br、i、rc、orc；

30、q选自下组：n、苯环；

31、g2、g3、g4各自独立地选自下组：不存在、c1-c10亚烷基；

32、l1和l2各自独立地选自下组：不存在、-o-、-c(o)-、-oc(o)-、-c(o)o-、-o(ch2)qc(o)o-、-o(ch2)qoc(o)-、-oc(o)o-；

33、r3和r4各自独立地为直链或支链c1-c20烷基；

34、ra、rb各自独立地选自下组：c1-c20烷基、c1-c20亚烷基；

35、rc为c1-c5烷基；

36、各m和q为独立地选自下组的整数：1、2、3、4、5、6、7、8。

37、在具体的实施方式中，所述化合物为式(ia)或式(ib)所示化合物：

38、或

39、其中，环a选自下组：苯环、萘环、蒽环、环戊基、环己基、吡咯环、嘧啶环；

40、r2选自下组：苯环、萘环、蒽环、c1-c6烷基，并任选地被选自下组的1、2或3个基团取代：f、cl、br、i、rc、orc；

41、rc为c1-c5烷基。

42、在具体的实施方式中，所述化合物为式(ia’)所示化合物，

43、  (ia’)

44、其中，

45、p为选自下组的整数：2、3、4、5；

46、r1选自下组：-nrarb、-nrarboh、-n(ra(oh))(rb(oh))；

47、l1和l2各自独立地选自下组：不存在、-o-、-o(ch2)qc(o)o-、-o(ch2)qoc(o)-；

48、q为选自下组的整数：4、5、6、7、8；

49、r3和r4各自独立地为直链或支链c8-c16烷基；

50、ra、rb独立地选自下组：c1-c3烷基、c1-c3亚烷基。

51、在具体的实施方式中，所述化合物为式(ib’)所示化合物，

52、

53、其中，

54、p为选自下组的整数：2、3、4、5；

55、r1选自下组：-nrarb、-nrarboh、-n(ra(oh))(rb(oh))；

56、g2、g3、g4各自独立地为c1-c10亚烷基；

57、l1和l2各自独立地选自下组：不存在、-o-、-c(o)-、-oc(o)-、-c(o)o-、-oc(o)o-；

58、r3和r4各自独立地为直链或支链c8-c18烷基；

59、ra、rb独立地选自下组：c1-c3烷基、c1-c3亚烷基。

60、在具体的实施方式中，所述可电离阳离子脂质选自下组：

61、

62、

63、

64、

65、

66、

67、

68、

69、

70、

71、。

72、在具体的实施方式中，g1为取代或未取代的c1-c10亚烷基，优选取代或未取代的c1-c4亚烷基，更优选取代或未取代的亚乙基，所述取代是指被独立选自下组的1、2或3个基团取代：f、cl或br取代；

73、r1选自下组：-nrarb、-nrarboh、-n(ra(oh))(rb(oh))；

74、ra、rb各自独立地选自下组：取代或未取代的c1-c10烷基，优选取代或未取代的c1-c4烷基，更优选取代或未取代的亚甲基或亚乙基，所述取代是指被独立选自下组的1、2或3个基团取代：f、cl或br取代；

75、r2选自下组：取代或未取代的c6-c10芳基 (优选苯基)、取代或未取代的8-14元稠合芳基 (优选萘环)，并任选地被选自下组的1、2或3个基团取代：f、cl、br、i、rc、orc；

76、rc选自下组：c1-c5烷基；

77、q选自下组：n、取代或未取代的c6-c10芳基 (优选苯基)；所述取代是指被1、2或3个独立选自下组的基团取代：c1-c5烷基、f、cl、br；

78、g2、g3、g4各自独立地选自下组：不存在、取代或未取代的c1-c3亚烷基；

79、l1和l2各自独立地选自下组：不存在、-o-、-c(o)o-、-o(ch2)qc(o)o-；

80、r3和r4各自独立地为取代或未取代的直链或支链c1-c16烷基，所述取代是指被独立选自下组的1、2或3个基团取代：f、cl或br取代；

81、q为1-8的整数 (例如1、2、3、4、5、6、7、8)。

82、在具体的实施方式中，所述的可电离阳离子脂质选自下组：

83、

84、优选地，所述的可电离阳离子脂质选自以下化合物：

85、

86、在具体的实施方式中，所述可电离阳离子脂质的摩尔百分比为40%-70%，优选45%-55%；所述中性脂质的摩尔百分比为5%-15%，优选8%-12%；所述甾族化合物的摩尔百分比为30%-50%，优选35%-45%；所述聚乙二醇脂质的摩尔百分比为1%-5%，优选1%-3%；或者

87、所述的可电离阳离子脂质、中性脂质、甾族化合物和聚乙二醇脂质的摩尔比为(40-70): (5-15): (30-50): (1-5)；优选(45-55): (8-12): (35-45): (1-3)；更优选50:10: 38.5: 1.5。

88、在优选的实施方式中，所述中性脂质是中性辅助磷脂。

89、在优选的实施方式中，所述中性辅助磷脂为二油酰磷脂酰胆碱、棕榈酰油酰磷脂酰甘油、棕榈酰油酰磷脂胆碱、二棕榈酰磷脂酰乙醇胺、二硬脂酰磷脂酰胆碱、二硬脂酰-磷脂酰-乙醇胺、氢化大豆磷脂酰胆碱、二油酰基卵磷脂、二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱、蛋黄卵磷脂、神经鞘磷脂、二棕榈酰磷脂酰胆碱、二芥酰磷脂酰胆碱、二棕榈酰磷脂酰甘油、二硬脂酰磷脂酰甘油，蛋黄磷脂酰甘油、二油酰基磷脂酰丝氨酸、二油酰磷脂酰乙醇胺dope和二硬脂酰基磷脂酰胆碱dspc中的一种或多种；优选为二油酰磷脂酰胆碱、二硬脂酰磷脂酰胆碱、二油酰磷脂酰乙醇胺dope或二硬脂酰基磷脂酰胆碱dspc。

90、在优选的实施方式中，所述甾族化合物为胆固醇、菜油甾醇、β-谷甾醇、链甾醇、脱氢胆固醇、菜籽甾醇、豆甾醇、赤桐甾醇、岩藻甾醇、麦角固醇、去氢麦角固醇、二氢胆甾醇、菜油甾烷醇、谷甾烷醇、洛飞烯醇、环木菠萝醇的一种或多种；优选为胆固醇。

91、在优选的实施方式中，所述聚乙二醇脂质为磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000(dspe-peg2000)、二硬脂酰基磷脂酰甘油-聚乙二醇2000、二月桂酰磷脂酰甘油-聚乙二醇2000、二油脂酰基磷脂酰甘油-聚乙二醇2000、二肉豆蔻酰基磷脂酰甘油-聚乙二醇2000、二亚麻酰磷脂酰甘油-聚乙二醇2000、二芥酰磷脂酰甘油-聚乙二醇2000、1-棕榈酰-2-油酰磷脂酰甘油-聚乙二醇2000或二棕榈酰基磷脂酰甘油-聚乙二醇2000；优选为磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000(dspe-peg2000)。

92、在具体的实施方式中，所述生物活性剂为治疗剂；包括但不限于核酸、抗体、蛋白药物(包括但不限于抗体)、抗体药物偶联物、小分子化合物；优选核酸。

93、在具体的实施方式中，所述核酸为rna、信使rna(mrna)、反义寡核苷酸、dna、质粒、核糖体rna(rrna)、微rna(mirna)、转运rna(trna)、小干扰rna(sirna)和小核rna(snrna)；优选mrna。

94、在具体的实施方式中，所述纳米颗粒的粒径为100 nm至240 nm，优选105 nm至200nm，更优选110 nm至160 nm。

95、在优选的实施方式中，所述纳米颗粒的多分散系数(pdi)为0.1至0.3，优选0.1至0.24，更优选0.1至0.20。

96、在优选的实施方式中，所述纳米颗粒的zeta电势为1 mv至-5 mv，优选0 mv至-5mv，更优选-1至-4 mv。

97、在具体的实施方式中，所述可电离阳离子脂质与所述治疗剂的氮磷比为9: 1至36: 1，例如9: 1、12: 1、18: 1、24: 1、30: 1、36: 1；优选氮磷比为12: 1、18:1、24:1、30:1；更优选氮磷比为12: 1、18: 1。

98、在第二方面，本发明提供一种药物组合物，所述药物组合物包含第一方面所述的脂质纳米颗粒和药学上可接受的赋形剂。

99、在优选的实施方式中，所述药物组合物是疫苗组合物。

100、在第三方面，本发明提供第一方面所述的脂质纳米颗粒或第二方面所述的药物组合物在制备用于预防或治疗感染性疾病、肿瘤以及自身免疫病的药物中的用途。

101、在优选的实施方式中，所述药物用于将治疗剂递送至脾脏。

102、在第四方面，本发明提供第一方面所述的脂质纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：

103、s1：提供可电离阳离子脂质、任选的中性脂质、甾族化合物、聚乙二醇脂质与有机溶剂的混合液；

104、s2：提供生物活性剂的水溶液；

105、s3：通过微流控系统，以一定的流速比 (优选1: 3)和体积比 (优选1: 3)混合步骤s1和s2中混合液和水溶液，用水稀释通过微流控芯片混合后的溶液 (优选5倍)，得到中间品溶液；

106、s4：将中间品溶液进行超滤浓缩，得到浓缩液；

107、s5：将所述浓缩液通过滤膜，得到所述脂质纳米颗粒。

108、在优选的实施方式中，步骤s1中的有机溶剂为能够与水互溶的溶剂，例如乙醇、丙酮、异丙醇、甲醇等。

109、在优选的实施方式中，步骤s2的水溶液包括缓冲液，优选生理上可接受的缓冲液，例如磷酸盐缓冲液，可选pbs缓冲液。

110、在优选的实施方式中，步骤s3中，中间品溶液的制备在常温环境下进行，通过微流控芯片混合后的溶液立即用水稀释，降低乙醇浓度，防止乙醇破坏颗粒。

111、在优选的实施方式中，步骤s4中，使用超滤管超滤中间品溶液，以便去除溶液中大量存在的乙醇，同时浓缩得到较高浓度的浓缩液，方便后续配制所需目标浓度的阳离子脂质纳米颗粒溶液。

112、在优选的实施方式中，步骤s5中，利用0.22 μm的水系滤膜过滤浓缩液，以便除去体系内已经团聚的大颗粒，得到分散度更好的及尺寸大小均一的阳离子脂质纳米颗粒。

113、在第五方面，本发明提供一种预防或治疗感染性疾病、肿瘤以及自身免疫病的方法，所述方法包括将预防或治疗有效量的第一方面所述的脂质纳米颗粒或第二方面所述的药物组合物，或第一方面所述的脂质纳米颗粒或第二方面所述的药物组合物制备的药物给予需要预防或治疗感染性疾病、肿瘤以及自身免疫病的受试者的步骤。

114、应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。