專利名稱：一種可降解的溫敏性物理水凝膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有功能端基的可逆溫敏性、可降解的物理水凝膠及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于DNA重組技術(shù)以及其他技術(shù)的發(fā)展，促進了多肽和蛋白質(zhì)藥物的商業(yè)化。然而，多肽和蛋白質(zhì)藥物在腸胃環(huán)境中容易被降解，并且其半衰期很短，這些都限制了多肽和蛋白質(zhì)藥物的應(yīng)用。此外，多肽和蛋白質(zhì)藥物的溶解性及其在水中穩(wěn)定性也是多肽和蛋白質(zhì)藥物面臨的困難。針對這些原因，長期緩釋制劑可以使活性成分緩慢的釋放出來，并可提供高效性、安全性、病人的方便性和依從性。
藥用高分子載體和制劑已經(jīng)發(fā)展多年，此類材料的一大特點是其可以降解，即伴隨藥物的釋放而降解，或在藥物釋放完畢后降解。近來，以聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)以及它們的共聚物(PLGA)為代表的固態(tài)聚合物被用作可降解的可移植的緩釋載體。由于材料本身的疏水性，使得載藥過程和載體構(gòu)建中不可避免地用到例如氯仿、二甲基甲酰胺等有毒的有機溶劑，同時這些聚合物固體裝置在其移植過程中必然會帶來手術(shù)創(chuàng)傷。
水凝膠具有良好的生物相容性，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)療和生物技術(shù)等領(lǐng)域。適當?shù)乃z制備方法能夠預(yù)先將未成為凝膠的高分子物質(zhì)與藥物或細胞混合，然后注入人體或動物體內(nèi)之后形成凝膠，自然地將藥物或細胞固定，因而被稱為可注射水凝膠。此類凝膠不使用有機溶劑，注射過程創(chuàng)傷小，因而在組織工程、藥物控釋等領(lǐng)域得到廣泛的重視。Sawhney等(Macromolecules，1993，26，581，[美])制備了聚乙二醇(PEG)的大單體，通過紫外或可見光引發(fā)聚合，形成化學(xué)交聯(lián)的水凝膠，并進一步討論了作為可注射性藥物控釋載體的可能性。但是對于較大的凝膠，由于光照穿透能力的局限性，無法使其交聯(lián)做到均勻。聚氧化乙烯-聚氧化丙烯的縮合物(也稱為波洛沙姆，Poloxamer)水溶液具有可逆的sol-gel相轉(zhuǎn)變行為，也被用于研究作為可注射性藥物控釋載體的可能性。被研究的藥物包括絲裂霉素C(Miyazaki，et al，Chem.Pharm.Bull，1992.40，2224-2226)、白細胞介素(Johnston，et al，Pharm Res，1992，9，425-434)、尿素酶(Fults，et al，J.Parenter.Sci.Technol.1990，44，58-65)等。雖然波洛沙姆可以通過注射給藥，但是其在體內(nèi)只能存在數(shù)天即被體液稀釋，無法達到長期給藥的效果，同時它們對身體器官具有或多或少的毒性并且是生物不可降解的。此外，只有相對分子量在8000以上的波洛沙姆在20-40％(重量)濃度下才具有溫敏可逆的凝膠化性質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種具有良好生物相容性和可逆溫敏凝膠化性質(zhì)的可注射的可降解水凝膠材料及其制備方法。
本發(fā)明提供的可注射、可降解物理水凝膠，是由聚乙二醇(PEG)為親水嵌段、可降解的聚酯為疏水嵌段、端基接有功能基團，所組成的聚合物組合物，通過物理交聯(lián)構(gòu)成。物理交聯(lián)水凝膠中的水相為純水、生理鹽水或緩沖溶液，或動植物或人體的體液，或組織培養(yǎng)液等。
所謂物理交聯(lián)或物理凝膠，指不通過化學(xué)反應(yīng)而自動得到凝膠化的現(xiàn)象；由于未采用化學(xué)交聯(lián)，該凝膠化過程是可逆的，例如低溫下為溶液，升溫后形成凝膠，再降溫后還可以再形成水凝膠，如此反復(fù)進行。導(dǎo)致凝膠化的操作簡單實用。
本發(fā)明中，聚合物組合物為具有功能端基的嵌段共聚物衍生物，或者具有功能端基的嵌段共聚物衍生物同本身嵌段共聚物的共混物，或者具有功能端基的嵌段共聚物衍生物相互之間的共混物。
本發(fā)明中，聚合物組合物可以為具有功能端基的嵌段共聚物衍生物與其它物質(zhì)的共混物和反應(yīng)物。
本發(fā)明中，聚合物組合物進一步含有可改變所述組合物的凝膠化溫度、改變凝膠的強度、提高其凝膠化速度的賦形劑。
本發(fā)明中，具有功能端基的嵌段共聚物衍生物中，其本身嵌段共聚物包括15％至60％(重量)的的親水聚合物嵌段(A)和40％至85％(重量)的疏水聚合物嵌段(B)；而其功能端基為親水的端基或疏水的端基。
本發(fā)明中，親水聚合物嵌段(A)為具有500至15000的平均分子量的聚乙二醇。
本發(fā)明中，疏水聚合物嵌段(B)為具有200至30000的平均分子量的聚酯。
本發(fā)明中，聚酯選自各種聚DL-丙交酯、聚L-丙交酯、聚乙交酯、聚原酸酯、聚ε-己內(nèi)酯、聚ε-烷基取代己內(nèi)酯、聚δ-戊內(nèi)酯、聚酰胺酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚酯中的任何一種以及上述各類聚酯的任何形式的共聚物。
本發(fā)明中，嵌段共聚物為BAB或BA嵌段構(gòu)型的三嵌段共聚物或二嵌段共聚物。
本發(fā)明中，端基既可以為電中性，也可以為陰性或陽性，端基特別可以為乙酯(中性)、丙酯(中性)、羧基(中性水環(huán)境中荷負電)、氨基(中性水環(huán)境中荷正電)。
具有上述特征的嵌段共聚物可以通過熱縮合或開環(huán)聚合得到。
上述方法中，開環(huán)聚合采用的催化劑為異辛酸亞錫、氫化鈣或鋅粉。
上述方法中，親水的端基選自各種羧基、醛基、氰基、硝基、氨基、酰胺基中的任何一種及其它們的衍生物、類似物、共軛物、水解物、電離物；疏水的端基選自各種烷基、芳香基、芳雜環(huán)基、酰胺酯基、鹵素原子、三氯甲基、三氟甲基、酯基、巰基中的任何一種及其它們的衍生物、類似物、共軛物、水解物、電離物。
上述方法中，親水端基和疏水端基可以通過化學(xué)或物理改性形式來完成。
上述方法中，親水端基和疏水端基通過化學(xué)改性形式選自酯化反應(yīng)、鹵化反應(yīng)(羥基被鹵原子取代的反應(yīng))、氧化反應(yīng)、脫氫反應(yīng)、脫水反應(yīng)、醚化反應(yīng)、偶聯(lián)反應(yīng)中的任何一種及其它們的任何組合反應(yīng)；親水端基和疏水端基通過物理改性形式選自電離、輻射、超聲波、微波中的任何一種及其它們的任何組合反應(yīng)。
本發(fā)明具有如下特點本發(fā)明提出的水凝膠具有可逆的溫敏性，其聚合物組合物能夠在常溫或低于常溫時具有水溶性，在生理條件下(即在pH值為7.0和37℃下)能夠快速地凝膠化，是一種很有應(yīng)用前景的可注射的水凝膠材料。
本發(fā)明提出的水凝膠中，其嵌段共聚物衍生物中具有功能端基，具有多種用途。
本發(fā)明提出的水凝膠在體內(nèi)的降解速度可以通過控制共聚聚酯種類和化學(xué)組成不同及其聚酯鏈段的長短等因素來調(diào)節(jié)。
本發(fā)明提出的水凝膠中，其聚合物組合物反應(yīng)技術(shù)成熟，后處理簡單，有利于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。
本發(fā)明提出的水凝膠具有良好的吸水性、通透性、生物相容性，是一類新型的人工合成的高分子水凝膠材料；操作簡單方便，具有廣泛的生物醫(yī)學(xué)和其它方面的用途。


圖1.本發(fā)明實施例1中的嵌段共聚物不同濃度水溶液隨著溫度變化時的相圖。用小管倒置法測定。實心正方形表示為sol-gel的相轉(zhuǎn)變，實心圓球表示為gel-sol的相轉(zhuǎn)變；上述相轉(zhuǎn)變可逆。
具體實施例方式
下面通過實例進一步描述本發(fā)明，但不限于這些實施例。
實施例1在250ml三口燒瓶中加入10g聚乙二醇(1500)，然后加入DL-丙交酯15.6g和乙交酯3.13g，真空下加熱使其完全熔融之后，加入20mg異辛酸亞錫，油浴升溫到160℃反應(yīng)24小時。反應(yīng)完畢，把初產(chǎn)物溶于二氯甲烷溶液中，甲醇沉淀，產(chǎn)率約為85％。然后在氬氣氣氛下，在250ml三口瓶中加入10g的嵌段共聚物，100ml二氯甲烷溶液溶解后，加入與乙酰氯等摩爾的無水吡啶，攪拌均勻；然后冰水浴中由恒壓漏斗滴加乙酰氯(同嵌段共聚物摩爾比為4/1)與二氯甲烷混合溶液30ml，幾小時內(nèi)滴加完畢；撤去冰水浴在室溫下繼續(xù)反應(yīng)8小時。最后過濾，用大量無水甲醇沉淀，得到乙酯端基的嵌段共聚物衍生物，產(chǎn)率75％以上。通過1H-NMR和13C-NMR測定共聚物組成和嵌段的相對分子量；通過凝膠滲透色譜儀(GPC)(采用聚苯乙烯作為標樣)測定所述BAB型嵌段共聚物的數(shù)均與重均分子量(Mn、Mw)分別為5058和6042，分子量分布系數(shù)(Mw/Mn)為1.19。
實施例2在250ml三口燒瓶中加入10g聚乙二醇(1000)，然后加入DL-丙交酯10.22g和乙交酯4.84g，真空下加熱使其完全熔融之后，加入20mg異辛酸亞錫，油浴升溫到160℃反應(yīng)24小時。反應(yīng)完畢，把初產(chǎn)物溶于二氯甲烷溶液中，甲醇沉淀，產(chǎn)率約為81％。然后在氬氣氣氛下，在250ml三口瓶中加入10g的嵌段共聚物，100ml二氯甲烷溶液溶解后，加入與丙酰氯等摩爾的無水吡啶，攪拌均勻；然后冰水浴中由恒壓漏斗滴加丙酰氯(同嵌段共聚物摩爾比為4/1)與二氯甲烷混合溶液30ml，幾小時內(nèi)滴加完畢；撤去冰水浴在室溫下繼續(xù)反應(yīng)8小時。最后過濾，用大量無水甲醇沉淀，得到丙酯端基的嵌段共聚物衍生物，產(chǎn)率84％以上。通過1H-NMR和13C-NMR測定共聚物組成和嵌段的相對分子量；通過凝膠滲透色譜儀(GPC)(采用聚苯乙烯作為標樣)測定所述BAB型嵌段共聚物的數(shù)均與重均分子量(Mn，Mw)分別為3389和3897，分子量分布系數(shù)(Mw/Mn)為1.15。
實施例3在250ml三口燒瓶中加入10g單端甲氧基聚乙二醇(5000)，然后加入ε-己內(nèi)酯18.94g，真空下加熱使其完全熔融之后，加入20mg異辛酸亞錫，油浴升溫到160℃反應(yīng)24小時。反應(yīng)完畢，把初產(chǎn)物溶于二氯甲烷溶液中，甲醇沉淀，產(chǎn)率約為82％。然后在氬氣氣氛下，在250ml三口瓶中加入10g的嵌段共聚物，100ml二氯甲烷溶液溶解后，加入等摩爾的丁二酸酐和無水吡啶(同嵌段共聚物摩爾比為4/1)，回流12h；反應(yīng)完畢，過濾，加大量無水甲醇沉淀，得到端羧基的嵌段共聚物衍生物，產(chǎn)率80％左右。通過1H-NMR和13C-NMR測定共聚物組成和嵌段的相對分子量；通過凝膠滲透色譜儀(GPC)(采用聚苯乙烯作為標樣)測定所述BA型嵌段共聚物的數(shù)均與重均分子量(Mn，Mw)分別為15280和20020，分子量分布系數(shù)(Mw/Mn)為1.31。
實施例4在250ml三口燒瓶中加入10g聚乙二醇(2000)和23g聚L-乳酸(Mn4580，Mw5970)的混合物，真空下加熱使其完全熔融之后，油浴升溫到160℃縮合反應(yīng)18小時。反應(yīng)完畢，把初產(chǎn)物溶于二氯甲烷溶液中，用大量甲醇沉淀，產(chǎn)率約為85％。然后在氬氣氣氛下，在250ml三口瓶中加入10g的嵌段共聚物，100ml二氯甲烷溶液溶解后，加入等摩爾的對硝基苯甲酸，N，N`-二環(huán)己基碳化二亞胺(DCC)和二乙基氨基吡啶(DMAP)(均同嵌段共聚物摩爾比為4/1)攪拌均勻；然后冰水浴中反應(yīng)2小時，撤去冰水浴在室溫下繼續(xù)反應(yīng)8小時。過濾，用大量無水甲醇沉淀，得到端硝基的嵌段共聚物衍生物，產(chǎn)率75％以上。通過1H-NMR和13C-NMR測定共聚物組成和嵌段的相對分子量；通過凝膠滲透色譜儀(GPC)(采用聚苯乙烯作為標樣)測定所述BAB嵌段共聚物的數(shù)均與重均分子量(Mn，Mw)分別為6924和8793，分子量分布系數(shù)(Mw/Mn)為1.27。
實施例5在250ml三口燒瓶中加入10g聚乙二醇(6000)，然后加入ε-己內(nèi)酯10g和L-丙交酯8.58g，真空下加熱使其完全熔融之后，加入3.2g氫化鈣，油浴升溫到160℃反應(yīng)48小時。反應(yīng)完畢，把初產(chǎn)物溶于二氯甲烷溶液中，甲醇沉淀，產(chǎn)率約為80％。然后在氬氣氣氛下，在50ml支口瓶中加入10g的嵌段共聚物，其與過量的二氯亞砜回流16h；反應(yīng)完畢，除去二氯亞砜，在60℃繼續(xù)同過量的30％氨水反應(yīng)四天；最后冷凍干燥得到端氨基的嵌段共聚物衍生物。通過1H-NMR和13C-NMR測定共聚物組成和嵌段的相對分子量；通過凝膠滲透色譜儀(GPC)(采用聚苯乙烯作為標樣)測定所述BAB嵌段共聚物的數(shù)均與重均分子量(Mn，Mw)分別為17500和22000，分子量分布系數(shù)(Mw/Mn)為1.26。
實施例6在氬氣氣氛下，在250ml三口瓶中加入聚乙二醇(4000)10g、L-丙交酯5.6g、1，4-二氧六環(huán)-2-酮(PDO)4.4g及異辛酸亞錫20mg，100ml無水甲苯溶液溶解，攪拌下于120℃反應(yīng)24小時。反應(yīng)完畢，減壓除去甲苯，初產(chǎn)物溶于二氯甲烷溶液中，甲醇沉淀，產(chǎn)率約為85％。然后在裝有分水器和回流冷凝管的250ml三口瓶中加入10g嵌段共聚物，100ml無水甲苯溶液溶解后，加入同嵌段共聚物摩爾比為8/1的巰基乙酸和催化量的濃硫酸，回流分水24小時。反應(yīng)完畢，濃縮溶液到30ml，用大量無水甲醇沉淀，得到端巰基的嵌段共聚物衍生物，產(chǎn)率80％以上。通過1H-NMR和13C-NMR測定共聚物組成和嵌段的相對分子量；通過凝膠滲透色譜儀(GPC)(采用聚苯乙烯作為標樣)測定所述BAB嵌段共聚物的數(shù)均與重均分子量(Mn，Mw)分別為4215和5100，分子量分布系數(shù)(Mw/Mn)為1.21。
實施例7研究了例1中的嵌段共聚物不同濃度水溶液的凝膠化行為。制備了從10％到30％的不同重量百分比濃度的共聚物水溶液，測定了其在0℃到60℃之間的粘度變化。觀察試管倒置時在20秒內(nèi)不發(fā)生流動來定義是否凝膠化。圖1為例1中的嵌段共聚物不同濃度水溶液隨著溫度變化時的相圖。明顯可見其凝膠化過程的可逆性，同時其在人體溫度下凝膠化對可注射藥物緩釋體系非常有用。
實施例8在pH為7.4的PBS中測定了例1中的嵌段共聚物百分比濃度為25％水溶液或凝膠(1ml)在37℃時體外降解情況。其通過酯鍵的水解發(fā)生降解，其降解周期約為10周，最后的產(chǎn)物為乳酸、羥基乙酸，乙酸和聚乙二醇。
權(quán)利要求
1.一種具有可逆溫敏敏性的可注射、可降解水凝膠，其特征為由聚乙二醇為親水嵌段、可降解的聚酯為疏水嵌段、端基接有功能基團所組成的聚合物組合物，通過物理交聯(lián)構(gòu)成，其中，水相為純水、生理鹽水或緩沖液，或動植物或人體的體液，或組織培養(yǎng)液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水凝膠，其特征在于所說的聚合物組合物為具有功能端基的嵌段共聚物衍生物，或者具有功能端基的嵌段共聚物衍生物同本身嵌段共聚物的共混物，或者具有功能端基的嵌段共聚物衍生物相互之間的共混物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水凝膠，其特征在于所述具有功能端基的嵌段共聚物包括(a)15％至60％重量的含有具有500至15000的平均分子量的聚乙二醇的親水聚合物嵌段(A)；(b)40％至85％重量的疏水聚合物嵌段(B)；(c)親水或疏水的功能端基；其中，親水聚合物嵌段(A)為有500-15000平均分子量的聚乙二醇，疏水聚合物嵌段(B)為具有200至30000的平均分子量的聚酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水凝膠，其特征在于所述的聚酯選自聚DL-丙交酯、聚L-丙交酯、聚乙交酯、聚原酸酯、聚ε-己內(nèi)酯、聚ε-烷基取代己內(nèi)酯、聚δ-戊內(nèi)酯、聚酰胺酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚酯中的任何一種以及上述各類聚酯的任何形式的共聚物。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水凝膠，其特征在于所述聚合物組合物，其中的嵌段共聚物為BAB嵌段構(gòu)型的三嵌段共聚物或BA嵌段構(gòu)型的二嵌段共聚物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水凝膠，其特征在于嵌段共聚物端基化衍生物，其端基為電中性，或者為陰性或陽性，特別為乙酯、丙酯、羧基或氨基。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水凝膠，其特征在于所述聚合物組合物進一步可含有改變所述組合物的凝膠化溫度和凝膠強度、提高其凝膠化速度的賦形劑。
8.一種如權(quán)利要求1所述的水凝膠的制備方法，其特征在于其中所述嵌段共聚物通過熱縮合或開環(huán)聚合得到。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于所述開環(huán)聚合采用的催化劑為異辛酸亞錫、氫化鈣或鋅粉。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于所述親水的端基選自羧基、醛基、氰基、硝基、氨基、酰胺基中的任何一種及其它們的衍生物、類似物、共軛物、水解物、電離物。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于所述疏水的端基選自各種烷基、芳香基、芳雜環(huán)基、酰胺酯基、鹵素原子、三氯甲基、三氟甲基、酯基、巰基中的任何一種及其它們的衍生物、類似物、共軛物、水解物、電離物。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于所述親水端基和疏水端基通過化學(xué)或物理改性形式來完成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制備方法，其特征在于所述化學(xué)改性形式選自酯化反應(yīng)、鹵化反應(yīng)、氧化反應(yīng)、脫氫反應(yīng)、脫水反應(yīng)、醚化反應(yīng)、偶聯(lián)反應(yīng)中的如何一種及其它們的任何組合反應(yīng)；所述物理改性形式選自電離、輻射、超聲波、微波中的如何一種及其它們的任何組合反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明屬高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及具有功能端基的可逆溫敏性的可注射、可降解的物理交聯(lián)水凝膠及其制備方法。由聚乙二醇(PEG)為親水嵌段，可降解的聚酯為疏水嵌段，端基接有功能基團所組成的聚合物組合物經(jīng)物理交聯(lián)構(gòu)成，可廣泛作為可注射、可降解的凝膠類緩釋載體材料。
文檔編號A61K47/34GK1823726SQ20051011240
公開日2006年8月30日 申請日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者丁建東, 俞麟 申請人:復(fù)旦大學(xué)