作為抗癌劑的自組裝的兩親性聚合物的制作方法
【專利說明】作為抗癌劑的自組裝的兩親性聚合物
[0001] 本申請是以下申請的分案申請：申請日：2007年7月19日；【申請?zhí)枴?007800538370 (PCT/US2007/073880);發(fā)明名稱："作為抗癌劑的自組裝的兩親性聚合物"。 發(fā)明領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及兩親性聚合物的領(lǐng)域，尤其是生物相容的形成膠束的梳型聚合物的領(lǐng) 域。本發(fā)明還涉及靶向的藥物遞送和抗癌劑的領(lǐng)域。
[0003] 背景
[0004] 近些年，含有疏水嵌段和親水嵌段的兩親性嵌段共聚物由于當(dāng)周圍溶劑變化時它 們的自組裝為各種納米結(jié)構(gòu)的能力而被充分研究。參見Cameron等人Can . J . Chem. / Rev. Can. Chim. 77:1311-1326(1999)。在水性溶液中，兩親性聚合物的疏水段有為了避免與 水接觸并將體系的界面自由能最小化而自組裝的趨勢。同時，親水嵌段在水性環(huán)境中形成 水合的"暈(corona)"并且因此聚集體保持熱動力學(xué)上穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。所得的是具有疏水核和 親水暈的聚合物聚集體顆粒的穩(wěn)定的、乳膠狀的膠體懸浮液。
[0005] 梳型兩親性共聚物與嵌段共聚物不同在于其主鏈主要是疏水的或親水的，具有從 主鏈懸垂而不是并入主鏈的相反極性的聚合物鏈。已經(jīng)用疏水主鏈和親水支鏈制備了梳型 共聚物(Mayes等人，美國專利第6，399，700號），并且也用親水主鏈和疏水支鏈制備了梳型 共聚物(Watterson等人，美國專利第6,521，736號；1]^1叫1311等人，美國申請公開第2006/ 0148982號）。前者被用于提供對細胞表面受體的配體的多價展示，而后者被用于使藥物增 溶并將它們遞送至細胞。
[0006] 已經(jīng)將兩親性聚合物聚集體作為用于增溶不溶性藥物的載體，靶向的藥物遞送載 體，和siRNA或基因遞送系統(tǒng)進行研究。由于鏈纏結(jié)和/或內(nèi)部疏水區(qū)域的結(jié)晶性，它們具有 比常規(guī)低分子量膠束更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。載體的聚合性質(zhì)使得聚集體對一般的脂質(zhì)體在被稀釋 至它們的臨界膠束濃度時會經(jīng)受的崩解相對免疫。雙層膜的缺少使得它們更容易與細胞膜 融合并且將它們的有效載荷直接遞送至細胞。聚集體的兩親性質(zhì)還提供了類洗滌劑的活性 并且適當(dāng)?shù)匕邢虻木奂w表現(xiàn)為能夠與病毒外殼蛋白融合并干擾病毒外殼蛋白。
[0007] 由于聚（乙二醇）（PEG)的良好的生物相容性以及PEG包被的"隱形"顆粒避開網(wǎng)狀 內(nèi)皮組織系統(tǒng)的顯著能力，并有PEG的膠束、脂質(zhì)體和聚合物作為用于藥物遞送系統(tǒng)的材料 已經(jīng)得到廣泛認同。有許多將PEG作為PEG-脂質(zhì)（形成脂質(zhì)體和膠束）的親水成分的使用的 報道；參見例如Krishnadas等人，Pharm.Res . 20: 297-302(2003)。已將自組裝為更堅固的 "聚合物組裝聚集體(polymersomes)"的自組裝的兩親性嵌段共聚物作為用于藥物增溶和 遞送的載體來研究。參見例如Jones和Leroux，Eur ? J ? Pharm? Biopharm.48:101-111 (1999); Photos 等人，J. Controlled Release，90:323-334(2003); Kataoka 等人，Ad v. Drug Deliv.Rev.47:113-131 (2001);以及Torchjlin，J.Controlled Rel. 73:137-172(2001)。
[0008] 還參見Gref等人，Int ? Symp ? Controlled Release Mater ? 20:131 (1993) ;Kwon等 人，Langmuir，9:945(1993) ;Kabanov等人，J.Controlled Release，22:141(1992) ;Allen等 人，J. Control led Re lease，63:275 (2000); Inoue等人，J. Controlled Re lease，51:221 (1998) ;Yu和Eisenberg，Macromolecules，29:6359(1996) ;Discher等人，Science，284:113 (1999) ;燈111等人，美國專利第6,322,805號；36〇等人，美國專利第6,616,941和7,217,770 號；Seo等人，歐洲專利第EP 0583955號。已經(jīng)報道了具有這種能力的聚（乙烯亞胺）（PEI)的 使用，重點在于寡核苷酸的遞送(Nam等人，美國專利第6,569,528號;Wagner等人，美國專利 申請公開第20040248842號）。類似地，Luo等人，在Macromolecules 35:3456(2002)中描述 了適用于遞送多核苷酸的PEG輒合的聚酰胺型胺類("PAMAM")樹枝狀大分子。
[0009] 除了對增溶、分配和遞送藥物的需求，還有對于對靶細胞類型、組織、腫瘤或器官 特異性定向的靶向的藥物遞送系統(tǒng)的需求。這往往通過連接對靶位點處的細胞壁具有特異 性親和力的抗體或其他配體來實現(xiàn)。然而除了在聚合物鏈的末端以外PEG缺乏官能團，并且 在嵌段共聚物中，大部分的末端基團不可避免地被與其他嵌段共聚物部分的連接鍵所占 據(jù)。出于這一原因，靶向部分例如抗體或細胞粘附分子與PEG嵌段共聚物的連接通常被限制 于非PEG嵌段，遺憾地非PEG嵌段不是共聚物通常以自組裝聚集體的暈暴露的部分。
[0010] 導(dǎo)致嵌段共聚物自組裝為聚合物聚集體的相分離現(xiàn)象是容易可逆的，并且已經(jīng)進 行了通過交聯(lián)疏水核增加聚集體的穩(wěn)定性的嘗試(參見歐洲專利第EP 0552802號）。還嘗試 了藥物對嵌段共聚物的疏水部分的共價連接(Park和Yoo，美國專利第6，623，729號;歐洲專 利第EP 0397307號）。
[0011] 樹枝狀聚合物容易與靶向部分輒合并且具有體內(nèi)靶向特異細胞（Singh等人 (1994)C1 in. Chem. 40:1845)以及阻礙病毒和細菌病原體對生物學(xué)基底粘附的潛能。已經(jīng)評 價了與多個唾液酸輒合的梳型支鏈和支化接枝(dendrigraft)聚合物的抑制病毒血細胞凝 集和體外阻礙哺乳動物細胞的感染的能力（Reuter等人（1999)Biocon jugate Chem. 10 : 271)。最有效的病毒抑制劑是梳型支鏈和支化接枝的大分子，其顯示出50，000倍增加的抗 這些病毒的活性。
[0012] 近來，藥物公司Starpharma宣布成功開發(fā)了通過與病毒表面上的受體結(jié)合而預(yù)防 HIV感染的樹枝狀大分子基礎(chǔ)的殺生物劑(VivaGel?)(Halford(2005)Chem.&Eng.News 83 (24):30)。Chen等人（2000) (Biomacromolecules ? 1:473)已經(jīng)報道了季銨官能化的聚（丙稀 亞胺)樹枝狀大分子是非常強效的殺生物劑。
[0013]殺死癌細胞而不損害患者的幾乎相同的健康細胞是非常困難的有待解決的問題。 即便用最成功的化學(xué)治療劑，僅僅部分實現(xiàn)了對癌細胞的機制基礎(chǔ)的選擇性毒性。出于這 一原因，癌療法是尤其需要靶向遞送的一類劑，并且已經(jīng)對開發(fā)癌特異性細胞表面標記的 配體進行了大量的努力（Delgado和Francis，Drug Targeting: Strategies，Principles and Applications(藥物革巴向：策略、原則和應(yīng)用），Humana Press，2000)。
[0014]例如，在卵巢、腎、肺、乳腺、腦和子宮內(nèi)膜的癌以及造血來源的骨髓細胞中葉酸的 細胞表面受體常常升高。由于葉酸的受體在正常細胞中通常很少見，但卻在癌細胞表面上 顯示，因此它已經(jīng)常常被利用為受體定向的癌療法的革El(Lu和Low，J Control Release.91 ： 17-29(2003))。報道的應(yīng)用中葉酸與抗腫瘤藥物、抗體(美國專利第5，547,668號）、脂質(zhì)體 (Liu和Lee，Drug Design Reviews 0nline，2:547_552(2005))和其他納米粒子藥物遞送結(jié) 構(gòu)（Torchilin，Adv.Drug Delivery Rev.58:1532-1555(2006))直接輒合。由葉酸輒合的兩 親性嵌段共聚物形成的膠束已經(jīng)顯示出將紫杉醇選擇性地遞送至腫瘤細胞(Park等人， J.Controlled Release 109:158-168(2005))。
[0015]相似地，表皮生長因子受體(ErbBl，EGFR)在廣譜的上皮起源的人類腫瘤中過量表 達，所述腫瘤包括乳腺、頭頸、胃、結(jié)腸直腸、食道、前列腺、膀胱、腎臟、胰腺和卵巢癌，以及 非小細胞性肺癌。這些發(fā)現(xiàn)已經(jīng)將EGFR確立為受體介導(dǎo)的遞送系統(tǒng)的另一個重要的靶。EGF 本身顯示出強的促有絲分裂和血管生成活性，這使得它不適合作為靶向部分，但是已經(jīng)為 了這一目的開發(fā)了 EGFR的多種非激動劑配體。
[0016]已經(jīng)成功地將直接抗細胞特異或腫瘤特異的表位的抗體用作靶向療法，單獨地 (活化患者的補體系統(tǒng))或遞送放射性同位素或毒素。例如，托西莫單抗、抗CD20 B淋巴細胞 抗原的鼠 IgG2aA單克隆抗體可被放射性碘標記并被用于將碘-131選擇性地遞送至淋巴細 胞。這已經(jīng)作為用于非霍奇金淋巴瘤的治療成功地在臨床上得到證實，并且已經(jīng)以商品名 品化用于這一適應(yīng)癥。相似地，另一種抗CD20的單克隆抗體伊莫單抗 (Zevalin?)，已經(jīng)被用以遞送用于非霍奇金淋巴瘤的免疫放射療法的釔-90。
[0017 ]其他臨床上成功的靶向癌的抗體包括用于慢性淋巴細胞性白血病的阿倫單抗(抗 CD 5 2，Campa th?)，用于結(jié)腸癌和肺癌的貝伐單抗(抗VEGF，Ava s t i n?)，用于結(jié)腸、頭頸癌的 西妥昔單抗(抗EGFR，Erbitux?)和帕尼單抗(抗EGFR，VeCtibi X?)，用于急性髓性白血病的 吉妥單抗(抗⑶33，Mylotarg?)，用于非霍奇金淋巴瘤的利妥昔單抗(抗-CD20，Rituxan?) 和依帕珠單抗（抗CD22，Lymphocide?)，以及用于乳腺癌的曲妥珠單抗（抗HER-2， Herceptin?)。具有特異的相關(guān)性的是免疫毒素Mylotarg?，其中抗CD33抗體與一種細胞毒 性的抗腫瘤藥物卡奇霉素輒合。
[0018]仍然有對于穩(wěn)定的、生物相容性的、易于連接各種靶向部分并且有效地將藥物的 大致有效載荷遞送至所期望的腫瘤細胞靶的藥物遞送系統(tǒng)的需求。還有對于類似地穩(wěn)定 的、高效的并且生物相容性的靶向的抗癌劑的需求。
[0019] 發(fā)明概述
[0020] 本發(fā)明提供了生物相容性的梳型聚合物分子，其含有具有支化點部分的親水主鏈 和在這些支化點部分處連接的疏水支鏈。支化點部分進一步以反應(yīng)性官能團的形式提供連 接點，腫瘤細胞特異性的靶向部分可與其連接。本發(fā)明提供了由這些聚合物形成的聚合物 聚集體的水性懸浮液，并且提供了通過將抗腫瘤劑包封進聚合物聚集體的疏水核中來增溶 這些抗腫瘤劑的方法。用于包封藥物的方法基本上包括將藥物物質(zhì)與本發(fā)明的聚合物在水 性溶劑或混合的水性溶劑中接觸。所得到的藥物有效載荷當(dāng)在水性環(huán)境中懸浮時，在由梳 型聚合物形成的大分子聚合物聚集體的疏水核內(nèi)被保持在增溶(solublized)狀態(tài)。在優(yōu)選 的實施方案中，聚合物聚集體及其包封的藥物有效載荷通過靶向部分被選擇性地遞送至所 靶向的癌細胞。
[0021] 本發(fā)明還提供了殺死癌細胞或抑制癌細胞的生長或復(fù)制，或者治療哺乳動物中癌 的方法，所述方法包括將所述癌細胞與包封在梳型聚合物內(nèi)的抗癌藥物接觸或?qū)λ霾溉?動物施用包封在梳型聚合物內(nèi)的抗癌藥物，所述梳型聚合物主要由下列結(jié)構(gòu)組成：
[0022]
[0023] 該結(jié)構(gòu)包括由交替的支化點部分B和親水的、水溶性的聚合物嵌段A形成的主鏈。 疏水側(cè)鏈C以及任選地靶向部分Z被連接到支化點部分。應(yīng)當(dāng)理解的是聚合物鏈具有末端基 團，通常為位于末端B部分處的H或聚合物嵌段A，以及通常位于末端A聚合物嵌段處的0H，但 是本發(fā)明包括所有常規(guī)的鏈末端。優(yōu)選地，側(cè)鏈C是任選地由一個或多個親水的取代基取代 的直鏈或支鏈的烴，或任選地由一個或多個親水取代基取代的C 6-C3Q環(huán)烴或多環(huán)烴。側(cè)鏈C 還可以是疏水的氨基酸、肽或聚合物。對側(cè)鏈C來說適合的親水取代基是羥基、羧基和氨基 基團，以及酰胺、磺酰胺、亞砜和砜基團。優(yōu)選的親水取代基是極性的質(zhì)子惰性的基團，例如 叔酰胺、亞諷和諷。
[0024] 任選的靶向部分Z是對癌細胞表面具有特異性結(jié)合親和力的配體或抗體。在本發(fā) 明的一些實施方案中，兩種或更多種不同的部分Z存在于給定的支化點或聚合物分子上，以 便作為增加特異性的方法而可以靶向多種細胞表面受體和抗原。"特異性結(jié)合親和力"意指 配體或抗體在待治療的哺乳動物的體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的許多其他細胞的表面和大分子存在的情況 下能夠在體內(nèi)與癌細胞表面結(jié)合。親和力可以是單獨對癌細胞特異性的，或者可以是對患 者內(nèi)是癌性的細胞類型特異性的。例如，在B-細胞淋巴瘤中，配體可以是所有B-細胞上存在 的CD-20受體的抗體。特異性的程度不需要非常高，但是必須足以比單獨的被增溶的藥物有 效載荷更有效地治療癌。由"s"表示的部分是鍵或者間隔基部分，并且當(dāng)s是間隔基時每個 8 可帶有1至4個基團Z。!!的值在1至約100的范圍內(nèi)；p的平均值在從1至2的范圍內(nèi)，并且在一 些實施方案中r可是零。在r為非零的那些實施方案中，r的平均值在1至4的范圍內(nèi)。
[0025] 支化點部分B是具有與兩個聚合物嵌段A的鍵、與1-2個側(cè)鏈C(平均）的鍵、以及當(dāng)r 為非零時與間隔基"s"和/或配體Z的一個或多個鍵的多價部分。在特定的實施方案中，與B 和8和/或Z的鍵是經(jīng)由多個能夠作為連接點的反應(yīng)性官能團建立的。在特定的優(yōu)選的實施 方案中，將靶向部分與本發(fā)明的聚合物的支化點部分共價連接，并且將藥物并入到聚集體 的核中，以便形成靶向的藥物絡(luò)合物。在其他的實施方案中，如果靶向部分是細胞表面受體 的激動劑或拮抗劑，那么靶向的聚合物或聚合物聚集體可表現(xiàn)出類似藥物的作用，甚至是 在缺少所包封的抗癌藥物的情況下。
[0026] 本發(fā)明進一步提供了用于制備本文所描述的梳型聚合物、聚集體、和靶向的聚合 物聚集體和藥物絡(luò)合物的方法。本發(fā)明的聚合物自組裝為聚合物聚集體，該聚合物聚集體 足以體內(nèi)增溶、分配和遞送藥物;是無毒性的、生物相容性的并且穩(wěn)定的；以及能夠在它們 的外表面上