治療骨疾病的溫度敏感性組合物的製作方法

2023-08-13 23:30:56 1

專利名稱：治療骨疾病的溫度敏感性組合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種溫度敏感性組合物，特別所示涉及一種治療骨疾病的溫度敏感性組合物。
背景技術：
身體組織常因病變而損壞，若需要回復原先的功能，除非是原組織具有很強的癒合再生的能力，否則在大多數情況下都需要利用替代品。使用組織器官移殖(transplant) 方法產生的替代，由於來源與排斥性的問題，限制較多。但如果能利用生醫材料，即以一合成或天然的基材(matrix)作為載體，配合組織細胞或幹細胞的植覆(cell seeding)，移入損傷的部位，則此生醫材料便能成為組織修復再生的橋梁。根據醫學統計，於組織修復中，骨組織的修復佔約百分之三十。而骨組織內的硬組織與軟組織的修復為近年來生醫材料的發展重點之一。其中硬組織修復手術中，關節面骨折或粉碎性骨折的骨碎片固定，是骨科手術最大的挑戰，目前可使用的方式有K-Pin^jvf 釘或鋼索固定，其缺點為在使用這些骨材時，常需要剝離附著在骨碎片上的軟組織，造成血液循環不良，增加骨癒合不全的機率，且可能在手術過程中使得碎片或斷端被破壞得更粉碎。現今產品雖有骨水泥(bone cement，成分為polymethylmethacrate)，可作為骨折碎片的黏聚物或骨空洞的填充物。骨水泥的特點為具有生物惰性，因此極少造成過敏反應，但缺點為無法吸收，尤其對於骨質疏鬆病人而言。故經由骨水泥所黏合的骨折碎片，不能形成永久的骨癒合，因此骨水泥不適合應用在外傷性造成的骨折。甚至，填入骨水泥等具有機械強度之填充物，反而會傷害其它部位的骨骼，造成其它部位骨骼斷裂。此外，有2-5%的病患並無法在正常的時間周期中完成骨頭的癒合，這一些就會被歸類到骨頭癒合不全的病患。如果病患已經具有骨頭癒合不全的情況，就必須要使用外科手術進行骨移植或者其它外力的介入以進行相關的治療，使得骨頭能夠癒合。特別是骨頭癒合不全的病患中，有一類萎縮性骨折癒合不全的病患在傷口部位缺乏輸送養分的血管， 這類病患需要進行骨移植的手術，骨頭填入物效果最好的乃是使用自體骨移植，病患必須承受二次手術，從身體他處取出自體骨並進行傷口部位的移植及固定等。因此，使用有效誘導骨再生縮短骨頭癒合時間的醫藥組合物來取代自體骨的移植，將是協助骨頭癒合不全的病患的最好方法。此外，關於股骨頭缺血性壞死的修復，例如在髖關節組織重建部分，其中 AVN(avascular necrosis，缺血性壞死)多發於青壯年，現雖可施人工髖關節置換，但早期治療，約有75% AVN患者可以治癒，現治療方式髓芯減壓術(core decompression)為從股骨頭測邊鑽洞到股骨頭前端，或植入充滿血管的自體骨材，使血液流通到血管無法留通區域，以加速骨頭再生，但會遇到需取得充滿血管自體骨，因此病患多挨刀外，也會往後延長復原時間。在此利用生物黏膠與藥物結合，植入置放於股骨位置，利用生物黏膠降解與同時藥物釋放，以刺激股骨頭與血管再生。此外，生物活性因子(如藥物、細胞、生長因子等)的傳輸在疾病藥物治療、細胞治
4療、及組織工程等生物醫學應用相當重要，因此包含傳輸載體的組合物其需要具備生物兼容性及生物可降解性，以便作為植入體內應用。且該醫藥組合在體外最好能夠輕易的流動， 以透過導管或內視鏡將該醫藥組合注射進體內，進入體內後能夠迅速改變形態，成為類似膠體的物質，以便將生物活性因子固定在需要的組織區塊，然後慢慢釋放出來，達到治療的效果。基於上述，發展出新穎的可降解的溫度敏感性醫藥組合物，來對各種骨疾病進行治療(作為骨折碎片或骨折斷端的的黏聚物，進而促進骨修復及癒合)，是當前骨科醫師期盼的產品。

發明內容
本發明提供一種治療骨疾病的溫度敏感性組合物。該治療骨疾病的溫度敏感性組合物，主要包含生物活性因子及生物可降解共聚物。該生物可降解共聚物可為水膠材料。該共聚物可具有A嵌段高分子和B嵌段高分子，且符合下列式(I)所示結構A-B-BOX-B-A式(I)其中，A嵌段高分子為親水性聚乙二醇聚合物(hydrophilic polyethylene glycol polymer) ；B嵌段高分子為疏水性聚酉旨聚合物(hydrophobic polyester polymer)； 以及BOX為2，2'-雙(2-噁唑啉)(2，2' -Bis Q-oxazoline))的雙官能基單體，用以交聯雙團聯A-B。根據本發明另一實施例，該生物可降解共聚物水膠材料可具有A嵌段高分子和B 嵌段高分子，且符合下列式(II)所示結構B-A-B- (BOX-B-A-B) η-Β0Χ-Β_Α-Β式(II)其中，A嵌段高分子為親水性聚乙二醇聚合物(hydrophilic polyethylene glycol polymer) ；B嵌段高分子為疏水性聚酉旨聚合物(hydrophobic polyester polymer)； BOX為2，2'-雙0-噁唑啉)0，2' -BisQ-oxazoline))的雙官能基單體，用以交聯該三團聯B-A-B ；以及η為整數，且η彡0。


圖1，分別為正常大鼠(Sham)、在股骨頭注射生理鹽(NQ水的大鼠、在股骨頭注射共聚物水膠(HG)的大鼠、及在股骨頭注射本發明所述治療骨疾病的組合物(HG+BMP》的大鼠的軟骨層面積比較表。圖2，分別為正常大鼠(Sham)、在股骨頭注射生理鹽(NQ水的大鼠、在股骨頭注射共聚物水膠(HG)的大鼠、及在股骨頭注射本發明所述治療骨疾病的組合物(HG+BMP》的大鼠的骨小梁區域面積比較表。圖3，分別為正常大鼠(Sham)、在股骨頭注射生理鹽(NQ水的大鼠、在股骨頭注射共聚物水膠(HG)的大鼠、及在股骨頭注射本發明所述治療骨疾病之組合物(HG+BMP》的大鼠的骨小梁數目比較表。圖4，為實施例9所述之分別在股骨頭施以(a組)假手術組_注入PBS緩衝液；
5(b組)施以膠原蛋白海綿(collagen sponge)與PBS緩衝液；(c組)施以膠原蛋白海綿 (collagen sponge)與實施例1所述之水膠材料(A) ； (d組)施以膠原蛋白海綿(collagen sponge)與 8 μ gBMP-2 ； (e 組)施以膠原蛋白海綿(collagen sponge)、8 μ gBMP-2、與實施例1所述之水膠材料(A)的大鼠的骨小梁數目比較表。圖5-8，為一系列大鼠的股骨頭切片圖。圖9-11，分別為大鼠骨缺損部位X光片圖、以及犧牲後取出之組織圖和 CT(computed tomography)圖。圖12，為實施例9所述a組至e組之缺損部位X光片圖。圖13，為實施例9所述a組至c組的CT (computed tomography)圖。圖 14，為實施例 9 所述 d 組的 CT (computed tomography)圖。圖 15，為實施例 9 所述 e 組的 CT (computed tomography)圖。發明詳述本發明開發一種治療骨疾病的溫度敏感性組合物，除了包含生物活性因子外，使用生物可降解共聚物水膠材料作為載體。該治療骨疾病的溫度敏感性組合物，具有溫度敏感性，因此該組合物在體外(接觸室溫)作為藥劑形式時為可流動的液體，可直接施與患部 (例如以注射方式)，接觸身體後(因體溫致使其黏度劇增)，該組合物可轉變成含水膠體， 此膠體的形態可維持一段時間，藉由此特性，可將所包含的骨活性因子固定在需要的組織區塊，然後慢慢釋放出來，達到治療的效果。該治療骨疾病的溫度敏感性組合物同樣具有生物可降解性，所使用的生物可降解共聚物水膠材料成份可以被水解，水解後剩餘的部分可溶解於水中，然後排出體外，且降解後的產物不具有細胞毒性。本發明所述的治療骨疾病的溫度敏感性組合物可有效誘導骨再生縮短，骨頭癒合時間，使用型態可為注射型針劑、錠、 粉劑、膠體、或口服液，可應用於骨骼相關疾病，例如股骨頭缺血性壞死的修復(髖關節組織重建部分)、以注射方式對骨折之處施加局部治療或作為骨填充基材、或是用於修復骨質疏鬆所導致的骨折。本發明所述的治療骨疾病的溫度敏感性組合物，主要包含骨生長因子及生物可降解共聚物。其中，該生物活性因子包含骨生長因子、磷酸三鈣粉末(TCP)、羥基磷灰石粉末(HAP)、礦物化骨間質(DBM)、或其組合。該骨生長因子可為骨形態發生蛋白 (bone morphogenetic protein)、TGF-β (transforming growth factor- β )蛋白質、 FGF(fibroblast growth factor)、IGF(insulin-like growth factor) > VEGF(vascular endothelial growth facctor)、或其組合,若是使用骨形態發生蛋白(bone morphogenetic protein)，則可為 BMP-I、BMP-2、BMP-3、BMP-4、BMP-5、BMP-6、BMP-7、BMP-8、BMP-9、BMP-10, BMP-11、BMP-12, BMP-13, BMP-14、BMP-15, BMP-16、BMP-17, BMP-18、BMP-19、BMP-20、或 BMP-21等骨形態發生蛋白。該生物可降解共聚物為水膠材料，主要是以2，2'-雙(2-噁唑啉)與雙團聯或三團聯高分子進行交聯，形成兩相(two-phase)團鏈共聚物(block copolymer)系統，其結構為A-B-Box-B-A與B-A-B-Box-B-A-B兩種型式，其中A為親水性鏈段，例如聚乙二醇 (poly (ethylene glycol))、B為疏水性鏈段，例如生物可降解的聚酯poly (lactone)、BOX 為2，2'-雙(2-噁唑啉)的雙官能基單體，以及A-B (雙團聯)與B-A-B (三團聯)兩種型式共聚合系統為聚乙二醇與聚酯類所形成的共聚物。
該共聚物可具有A嵌段高分子和B嵌段高分子，且符合下列式(I)所示結構A-B-BOX-B-A式(I)其中，A嵌段高分子為親水性聚乙二醇聚合物(hydrophilic polyethylene glycol polymer) ；B嵌段高分子為疏水性聚酉旨聚合物(hydrophobic polyester polymer)； 以及BOX為2，2'-雙(2-噁唑啉)(2，2' -BisQ-oxazoline))的雙官能基單體，用以交聯雙團聯A-B。根據本發明另一實施例，該生物可降解共聚物水膠材料可具有A嵌段高分子和B 嵌段高分子，且符合下列式(II)所示結構B-A-B- (BOX-B-A-B) η-Β0Χ-Β_Α-Β式(II)其中，A嵌段高分子為親水性聚乙二醇聚合物(hydrophilic polyethylene glycol polymer) ；B嵌段高分子為疏水性聚酉旨聚合物(hydrophobic polyester polymer)； BOX為2，2'-雙0-嚙唑啉)0，2' -BisQ-oxazoline))的雙官能基單體，用以交聯該三團聯B-A-B ；以及η為整數，且η彡0。本發明所述的親水性聚乙二醇聚合物除了可為聚乙二醇(poly (ethylene glycol)、PEG)外，亦可包含甲氧基聚乙二醇(methoxy-poly (ethylene glycol)、mPEG)， 該親水性聚乙二醇聚合物的分子量可介於300 1000之間。另外，該疏水性聚酯聚合物可為 D，L-丙交酯(D，L-Lactide)、D-丙交酯(D-Lactide)、L-丙交酯(L-Lactide)、 D, L-乳酸(D, L-Lactic acid)、D-乳酸(D-Lactic acid)、L-乳酸(L-Lactic acid)、乙交酉旨(glycolide)、β _ 丙內酉旨(β -propiolactone)、δ _ 戊內酉旨(δ -valerolactone)、 ε-己內酯(ε-caprolactone)等單體的聚合或共聚產物，亦可為上述單體任意混合所得之聚合產物，例如為聚(丙交酯-共聚-乙交酯(polydactide-co-glycolide)、 PLGA)、聚(丙酸-共聚-乳酸)(poly(propionic-co-lactic、PPLA)、聚(戊酸-共聚-乳酸)(poly (valeric-co-lactic)、PVLA)、或聚(己酸-共聚-乳酸) ((polykaproic-co-lactic)、PCLA)，其中該疏水性聚酯聚合物的分子量介於500 5000。舉例來說，該疏水性聚酯聚合物可為聚乳酸(poly (lactic acid)、PLA)及聚乙醇酸(poly (glycolide acid)、PGA)共聚而成的聚(丙交酯-共聚-乙交酯 (poly(lactide-co-glycolide)、PLGA)，其中該聚乳酸所佔的摩爾百分比為50mol % ~ 90mOl%，而該聚甘醇酸所佔的摩爾百分比為10mOl% 50mOl%，以該聚乳酸及聚甘醇酸的總摩爾數為基準。根據本發明一實施例，該疏水性聚酯聚合物(hydrophobic polyester polymer) 未與A嵌段高分子連結的一端具有末端改質官能基(end capping/coupling functional group)，其中該疏水性聚酯聚合物利用該末端改質官能基與BOX連結。該末端改質官能基為由末端改質劑(end capping/coupling agent)所衍生而得的基團，其中該末端改質劑包含酸酐(anhydride)，例如琥珀酸酐(succinic anhydride)、馬來酸酐(maleic anhydride)、鄰苯二甲酸酐(phthalic anhydride)、癸二酸酐(seB-Acic anhydride)或其它酸酐。該治療骨疾病的溫度敏感性組合物可溶解於水中，在低濃度時在水溶液中會形成高分子微胞現象，而在高濃度時(大於10wt% )，水溶液具有可逆的溫度敏感性，相轉移溫度(LCST)約10°C-90°C，優選為20-45°C，低於此溫度為可流動的低黏度液體，升高溫度，黏度急速上升，即進行相轉變成為膠體或半固體狀態，此相變化行為為可逆的，此外，該組合物，水解後剩餘部分對人體是無害的，在長時間降解後，仍具有大於5. 0的pH值，不具有生物毒性。該治療骨疾病的溫度敏感性組合物在實際製備上，可先在低溫如5-10°C下均勻混合水、生物可降解共聚物、與骨生長因子，形成溶液態的組合物。當使用時，可直接將組合物施入骨骼患部，在患者體溫下即可膠化上述組合物以固定於患部。膠化的治療骨疾病的溫度敏感性組合物將會隨時間降解，同時釋放骨生長因子以加速骨修復或癒合。此外，本發明所述的治療骨疾病的溫度敏感性組合物，可進一步包含陶瓷、高分子、或金屬，填入骨缺損部位，扮演植入載體填充物的角色，除了可代替自體骨且達到藥物釋放的目的。此外，該治療骨疾病的溫度敏感性組合物，可為任何形式(注射型針劑、錠、粉劑、膠體、或口服液)的藥物組合物。以下藉由數個實施例並配合所附圖式，以更進一步說明本發明的方法、特徵及優點，但並非用來限制本發明的範圍，本發明的範圍應以所附的權利要求為準。
實施例生物可降解共聚物水膠材料的製備實施例1將反應器連結冷凝管(condenser)、加熱器及溫控器，以加熱帶包裹冷凝管，並把反應過程中經冷凝管析出的單體回熔。反應器為250ml的柱狀玻璃器(8cmX8cmX 10cm)， 使用機械攪伴進行聚合反應，聚合前先升溫至110°C，並通氮氣30分鐘，以除去雜質、水氣。首先，依次將 10. 04g mPEG (methoxy poly (ethylene glycol)(分子量 550g/ mole)、20g丙交酯(Lactide)及5. 64g乙交酯(Glycolide)依次加入反應器中，緩慢升高溫度，直至完全溶解。溫度繼續升高至160°C，此時加入觸媒2-乙基己酸亞錫(Marmous 2-ethyl-Hexanoate)14.0y 1，反應8小時(丙交酯及乙交酯聚合成聚(丙交酯-共聚-乙交酯(poly(lactide-co-glycolide)、PLGA))。反應完成後，加 1. 84g 琥珀酸酐(Succinic anhydride、SA)(分子量100. 07g/mole)。接著，反應四小時後，再加入1. ^g 2,2'-雙 (2-噁唑啉 M2，2' -Bis Q-oxazoline)、BOX)(分子量 140. 14g/mole)，待其完全熔融後，加入催化劑辛酸亞錫(stannous octoate)，繼續反應四小時。所得產物以乙醚/己烷 (Diethyl ether/n-hexane)(體積比為1 9)沉澱，為半透光膠質，重複清洗殘留單體3 次，在40°C的溫度下，真空乾燥M小時，得到以BOX交聯的雙團聯(mPEG-PLGA)生物可降解共聚物水膠材料(A)，上述反應的流程如反應式(I)所示
權利要求
1.一種治療骨疾病的溫度敏感性組合物，包含生物活性因子，其中該生物活性因子包含骨生長因子、磷酸三鈣粉末(TCP)、羥基磷灰石粉末(HAP)、礦物化骨間質(DBM)、或其組合；以及生物可降解共聚物，其中該共聚物具有A嵌段高分子和B嵌段高分子，且符合下列式 ⑴或(II)所示結構A-B-BOX-B-A B-A-B- (BOX-B-A-B) η-Β0Χ-Β_Α-Β式(I) 式(II)其中，A嵌段高分子為親水性聚乙二醇聚合物(hydrophilic polyethylene glycol polymer)；B嵌段高分子為疏水性聚酯聚合物(hydrophobic polyester polymer)；以及BOX為2，2'-雙(2-嵊唑啉M2，2' -Bis Q-oxazoline))的雙官能基單體，用以交聯雙團聯A-B或三團聯B-A-B ；以及η為整數，且η彡0。
2.如權利要求1所述的治療骨疾病的溫度敏感性組合物，其中該疏水性聚酯聚合物 (hydrophobic polyester polymer)未與A嵌段高分子連結之一端具有末端改質官能基 (end capping/coupling functional group)。
3.如權利要求2所述的治療骨疾病的溫度敏感性組合物，其中該疏水性聚酯聚合物利用該末端改質官能基與BOX連結。
4.如權利要求2所述的治療骨疾病的溫度敏感性組合物，其中該末端改質官能基為由末端改質劑(end capping/coupling agent)所衍生而得的基團，其中該末端改質劑包含酸酐(anhydride)。
5.如權利要求4所述的治療骨疾病的溫度敏感性組合物，其中該末端改質劑包含琥珀酸酐(succinic anhydride)、馬來酸酐(maleic anhydride)、鄰苯二甲酸酐(phthalic anhydride)、或癸二酸 If (seB-Acic anhydride)。
6.如權利要求1所述的治療骨疾病的溫度敏感性組合物，其中該親水性聚乙二醇聚合物包含甲氧基聚乙二醇(methoxy-poly (ethylene glycol)、mPEG)。
7.如權利要求1所述的治療骨疾病的溫度敏感性組合物，其中該疏水性聚酯聚合物為 D，L-丙交酯(D，L-Lactide)、D-丙交酯(D-Lactide)、L-丙交酯(L-Lactide)、D, L-乳酸(D，L-Lactic acid)、D-乳酸(D-Lactic acid)、L-乳酸(L-Lactic acid)、乙交酯 (glycolide)、β —丙內酉旨(β -propiolactone)、δ —戊內酉旨(δ -valerolactone)、ε —己內酯(ε -caprolactone)、或上述單體的混合的聚合產物。
8.如權利要求1所述的治療骨疾病的溫度敏感性組合物，其中該疏水性聚酯聚合物為聚(丙交酯-共聚-乙交酯(poly(lactide-co-glycolide), PLGA) (丙酸-共聚-乳酸)(poly (propionic-co-lactic, PPLA)、聚(戊酸-共聚-乳酸)(poly (valeric-co -lactic)，PVLA)、聚(己酸-共聚-乳酸)((poly (caproic-co-lactic)，PCLA)。
9.如權利要求1所述的治療骨疾病的溫度敏感性組合物，其中該骨生長因子包含骨形態發生蛋白(bone morphogenetic protein)、TGF-β (transforming growth factor-β ) 蛋白、FGF(fibroblast growth factor)、IGF(insulin-like growth factor)、VEGF (vascular endothelial growth factor)、或其組合。
10.如權利要求9所述的治療骨疾病的溫度敏感性組合物，其中該骨形態發生蛋白包含BMP-1、BMP-2、BMP-3、BMP-4、BMP-5、BMP-6、BMP-7、BMP-8、BMP-9、BMP-10, BMP-IU BMP-12、BMP-13、BMP-14、BMP-15、BMP-16、BMP-17、BMP-18、BMP-19、BMP-20、BMP-21、或其組
11.如權利要求1所述的治療骨疾病的溫度敏感性組合物，其中該磷酸三鈣粉末(TCP) 及羥基磷灰石粉末(HAP)的比例介於7 3至5 5之間。
12.如權利要求1所述的治療骨疾病的溫度敏感性組合物，其中該治療骨疾病的溫度敏感性組合物為注射型針劑、錠、粉劑、膠體、或口服液。
全文摘要
本發明提供一種治療骨疾病的溫度敏感性組合物，包含生物活性因子；以及生物可降解共聚物，其中該共聚物具有A嵌段高分子和B嵌段高分子，且符合下列式(I)或(II)所示結構A-B-BOX-B-A B-A-B-(BOX-B-A-B)n-BOX-B-A-B式(I) 式(II)其中，A嵌段高分子為親水性聚乙二醇聚合物(hydrophilic polyethylene glycol polymer)；B嵌段高分子為疏水性聚酯聚合物(hydrophobic polyester polymer)；以及BOX為2，2′-雙(2-唑啉)[2，2′-Bis(2-oxazoline)]之雙官能基單體，用以交聯雙團聯A-B或三團聯B-A-B；以及n為整數，且n≥0。
文檔編號A61L27/52GK102309779SQ20111018236
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月30日 優先權日2010年6月30日
發明者餘惟琳, 孫瑞升, 張至宏, 彭申樺, 李佩珊, 楊良友, 林才佑, 林溢泓, 沈欣欣, 謝孟佑, 賴伯亮 申請人:財團法人工業技術研究院