製備由生物相容性水凝膠製成的物體的方法,其在醫療領域且更特別在眼科中的用途
2023-05-31 07:36:51
製備由生物相容性水凝膠製成的物體的方法,其在醫療領域且更特別在眼科中的用途
【專利摘要】本發明涉及在由特定材料製成的模具中通過模塑聚合物溶液製造由生物相容性水凝膠製成的物體的方法，所述方法包括下列步驟：(i)通過任選在非溶劑的存在下將丙烯腈與帶有陰離子基團的烯屬不飽和共聚單體的共聚物溶解在非質子溶劑中製備聚合物溶液，(ii)使步驟(i)結束時獲得的聚合物溶液在模具中成形並開始膠凝化，所述模具由含有所述非溶劑的材料或所述非溶劑可滲透的材料構成，(iii)將來自步驟(ii)的經歷膠凝化的物體浸沒在非溶劑中。本發明還涉及由該方法獲得的由生物相容性水凝膠製成的物體，例如可植入角膜的角膜內透鏡(或微透鏡)，或可用於眼科的任何其它植入物。
【專利說明】製備由生物相容性水凝膠製成的物體的方法，其在醫療領 域且更特別在眼科中的用途
【技術領域】
[0001] 本發明涉及在由特定材料製成的模具中通過模塑聚合物溶液製造由生物相容性 水凝膠製成的物體的方法。本發明還涉及由該方法獲得的由生物相容性水凝膠製成的物 體，如可植入角膜的角膜內透鏡（intracorneal lenses)(或微透鏡，lenticules)或可用 於眼科的任何其它植入物。
【背景技術】
[0002] 在現有技術中已經描述了通過在具有合適形狀的模具中模塑聚合物溶液獲得的 用於醫療和/或手術用途的水凝膠物體的幾種製造方法。在後來者中，我們可以提到"旋 鑄"法，也稱為離心澆鑄，由wichterl e(1960)用於由催化的甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA)製造 水凝膠角膜接觸鏡，其膠凝時間尤其取決於溫度。
[0003] 製造水凝膠物體的另一方法包括通過冷卻至低於膠凝點的溫度來膠凝聚合物溶 液（專利FR 2 051 147)。該方法的主要優點在於補償了放置在模具中的聚合物溶液的體 積變化。該方法（其基於通過將溫度降低至低於膠凝點來進行的膠凝）無法由AN69(由 GAMBR0公司提供的共聚物）的陰離子共聚物溶液獲得透明水凝膠，而是獲得半透明的水凝 膠，其不可用於屈光眼科手術。
[0004] 由水凝膠製成的其它物體可以通過在室溫下用刀片、微型鋸或雷射從一塊水凝 膠上機械切割、或通過用極高壓力下的水微射流切割、或通過在極低溫度下的冷凍加工 (cryo-machining)來製得。已經測試了該方法用於由基於AN-69共聚物的水凝膠製造透 鏡，但是沒有成功。
[0005] 共聚物AN-69多年來一直用於製造血液透析膜（J. Denis等 人，Gut，1978, 19,787-793)。獲自該共聚物的水凝膠已經用於在生物人工胰腺的 開發中封裝膜島（J. Honiger 等人，The International Journal of Artificial Organs, 1994, 17, 046-052)，或以開發生物人工肝臟為目的用於封裝肝細胞（J. Honinger 等人，Biomaterials, 1995, 16, 753-759 ;R. Sarkis 等人，Transplantation, 2000，第 70 卷，58-64 ;Journal of Hepatology, 2001，35, 208-216 ;E. Baldini 等人，Transplantation Proceeding, 2009, 41 (4)，1367-1369)。在治療關節炎的研宄中，已經將小鼠細胞封裝在 AN-69 水凝膠的中空纖維中（N. Bessis 等人，Clin. Exp. Immunol.，1999, 117, 376-382) 和封裝在由相同水凝膠製成的膠囊中（N. Bessis等人，Rhumatologie, 2003, 70, 855-7)。 產生促紅細胞生成素的細胞也已經被封裝在AN-69水凝膠的中空纖維中（E.Payen等 人，Haematologica, 1999, 84, EHA-4)。由此，該共聚物AN-69已經廣泛證明了其生物相 容性和血液相容性的性質，以及其不激活補體系統的能力（J. Honinger等人，J. Biomed. Mater. Res.，1997, 37, 548-553)。獲自該共聚物的水凝膠也廣泛用於眼科領域。事實上 角膜內透鏡已經由此類共聚物製造（專利EP 0 347 267 ;L. Laroche等人，Macromol. Symp.，1995, 100, 51-55)並植入到動物體內並且已在人體內臨床評價20年。同樣的AN-69 水凝膠還已經用於研宄上皮細胞的增殖以便開發用於表層角膜鏡片術的透鏡（F. Maury等 人，Journal of Materials Science-Materials in medicine, 1997, 8, 571-576) 〇
[0006] 自20世紀80年代末期已經由J. Honiger和L. Laroche利用水凝膠盤的熱成型來 製造角膜內透鏡。這些透鏡的光學品質是完美的。在植入角膜前，該透鏡用過乙酸消毒，隨 後用消毒的等滲溶液衝洗。根據藥典的新的、更嚴格的要求可以規定對可植入物體進行殺 菌，而不再僅僅是去汙。當它們通過前述方法如溼熱、Y射線或加速電子消毒時，熱成型的 透鏡可能改變形狀，這會改變它們的光學倍率。
[0007] 由此，由上述方法獲得的角膜內植入物的弱點在於它們在消毒步驟過程中的形狀 保持能力不佳。
【發明內容】
[0008] 申請人:由此已經盡力提供透明和生物相容的水凝膠以用於製備高度可靠的用於 醫療或外科手術用途的物體，特別是用於對各種生物分子具有合適的滲透性的眼部植入 物。
[0009] 由此，本發明的第一目的是製造由生物相容性水凝膠製成的物體的方法，其包括 下列步驟：
[0010] (i)通過任選在非溶劑（nonsolvent)的存在下將丙稀腈與帶有陰離子基團的稀 屬不飽和共聚單體的共聚物溶解在非質子溶劑中製備聚合物溶液，
[0011] (ii)使步驟（i)結束時獲得的聚合物溶液在具有所需物體形狀的模具中成形並 開始膠凝化，所述模具由含有所述非溶劑的材料或所述非溶劑可滲透的材料構成，此步驟 優選在室溫下進行，
[0012] (iii)將來自步驟（ii)的經歷膠凝化的物體浸沒在非溶劑中一段充足的時間以 允許溶劑與所述非溶劑完全交換，並獲得由水凝膠製成的物體。
[0013] 申請人:相當意外地發現，使用由非溶劑構成並對所述非溶劑可滲透的特定材料制 成的模具能夠同時確保在膠凝步驟時聚合物溶液中存在的溶劑與非溶劑之間的交換，並形 成具有所需形狀的水凝膠（在非溶劑為水時的情況下）。事實上，正是在模具中存在非溶劑 導致模塑的聚合物溶液膠凝。在本發明的方法結束時獲得的由水凝膠製成的眼植入物和/ 或角膜內植入物除了其對生物細胞惰性的特性外還表現出以下特性：
[0014]-優異的光學性能：對可見光完全透明，吸收UV輻射，折射率與角膜接近，
[0015] _非常良好的理化特性：對水、對生理鹽水、對小尺寸至中等尺寸分子的高滲透 性，對溶解的氣體的滲透性，高親水性，不具有有毒基團的化學性質，
[0016]-優異的尺寸穩定性，
[0017]-特殊的生物學性質：在生理環境中是非生物可吸收的，可消毒和/或可重新消毒 的，在該環境中具有良好的耐老化性，在角膜基質中植入位點具有良好的組織耐受性（不 會造成角膜上皮和內皮的改變），對蛋白質的低親和力。
[0018] 步驟（i)中的溶解可以在攪拌下在室溫至70°C的溫度下進行，優選在大約50°C的 溫度下進行。
[0019] 本發明的方法的步驟（i)包括通過溶解製備丙烯腈/共聚單體共聚物，有利地該 丙烯腈/共聚單體共聚物具有90/10至100/0且優選95/5至99/1的摩爾比。
[0020] 根據一個有利的實施方案，該烯屬不飽和共聚單體的陰離子基團選自磺酸根、羧 酸根、磷酸根、膦酸根和硫酸根。
[0021] 該丙烯腈/共聚單體共聚物有利地是丙烯腈-甲代烯丙基磺酸鈉共聚物，如共聚 物AN-69 (供應商GAMBRO)。這些共聚物不會表現出與細胞的相互作用，因此具有極大改進 的耐受性。
[0022] 該丙烯酸酯/共聚單體共聚物溶解於其中的非質子溶劑有利地選自有機或無 機極性非質子溶劑，優選選自二甲基甲醯胺（DMF)、二甲亞碸（DMSO)、N，N-二甲基乙醯胺 (DMAC)、N-甲基吡咯烷酮（NMP)。
[0023] 該非溶劑選自水、礦物鹽的水溶液和有機鹽的水溶液。
[0024] 根據該實施方案的一種有利的配置，當該非溶劑是鹽的水溶液時，所述溶液濃度 為0. 5至5重量％，以便在聚合物溶液中獲得0. 03至1重量％、優選0. 05至1重量％的鹽 濃度。
[0025] 甚至更優選地，該礦物鹽和有機鹽是氯化鈉（生理溶液）或氯化鉀、碘酸鈉或碘酸 鉀、碳酸氫鈉或碳酸氫鉀、氯酸鈉或氯酸鉀、高碘酸鈉或高碘酸鉀、硝酸鈉或硝酸鉀、檸檬酸 鈉或檸檬酸鉀、酒石酸鈉或酒石酸鉀、抗壞血酸鈉或抗壞血酸鉀、乙酸鈉或乙酸鉀、乳酸鈉 或乳酸鉀。優選的鹽水溶液是氯化鈉溶液。
[0026] 根據一個有利的實施方案，步驟（ii)中的模具是由水凝膠製成的模具。
[0027] 從本發明的意義上來說，水凝膠是由具有親水性位點的聚合物鏈組成的材料。
[0028] 步驟（ii)中的模具可以是由水凝膠製成的模具，該水凝膠基於瓊脂糖、藻酸鹽、 聚甲基丙烯酸羥乙酯（PHEMA)、聚甲基丙烯酸羥丙酯（PHPMA)或聚丙烯酸鹽（鈉鹽或鉀 鹽）。
[0029] 有利地，步驟（ii)中的模具由以下成分構成：
[0030] -1至10重量％、優選2至6重量％的瓊脂糖或藻酸鹽，和
[0031] -90至99重量％、優選94至98重量％的水或礦物鹽的水溶液或有機鹽的水溶液。
[0032] 尤其優選地，步驟（ii)中的模具是由瓊脂糖水凝膠製成的模具。
[0033] 在本發明的方法的步驟（ii)的過程中形成水凝膠，此步驟也術語上稱為"分層 (demixing)"步驟或步驟（i)結束時獲得的均勾聚合物溶液的"相分離"步驟。
[0034] 根據三元相圖（共聚物/溶劑/非溶劑），平衡曲線將其中三種組分混溶的區域與 其中形成其它兩相（富聚合物的固相和貧聚合物的液相，或聚合物耗盡）的區域分離。在 形成水凝膠的過程中，該體系由初始的聚合物溶液演變為其中所有溶劑被替換為非溶劑的 組合物，這使凝膠轉化為水凝膠。由液體形式向膠凝形式的轉化通過使聚合物溶液與模具 中所含的非溶劑接觸來觸發，所述模具具有根據預期的後繼應用預先選擇的形狀。與含有 非溶劑的模具的表面直接接觸的聚合物溶液的表面層開始膠凝化並呈現模具的形狀。模塑 的物體的厚度越大，膠凝時間越長。
[0035] 浸沒經歷膠凝化的物體的步驟（iii)可以以兩個步驟進行：
[0036] _首先：將經歷膠凝化的物體浸沒在優選在0至10°C的溫度下的非溶劑的冷浴中， 時間可以為5至15分鐘，和
[0037] -接著：將經歷膠凝化的物體浸沒在在室溫下的非溶劑浴中15至45分鐘，優選大 約30分鐘。
[0038] 在步驟（i)至（iii)後，本發明的方法還可以包含任選的消毒步驟。有利地，該消 毒步驟通過輻射消毒來進行，例如用Y射線或用加速電子，更優選通過使用Y射線或加速 電子的福射消毒。
[0039] 本發明還涉及通過本發明的方法獲得的由生物相容性水凝膠製成的物體。
[0040] 術語"由生物相容性水凝膠製成的物體"應理解為用作醫療裝置的由非生活物質 (nonliving material)製造的物體，該醫療裝置意在與生物體系接觸並相互作用，而不會 使其變性，即不會導致細胞組織行為異常，也不會導致在人或動物體內臟器官中循環的生 物流體中毒。這種接觸（在植入物情況下是顯而易見的）必須擴展至在人或動物體的表面 處或在外部上發生的接觸，例如在血液透析情況下與血液發生的那些接觸，或在角膜接觸 鏡的情況下與角膜發生的那些接觸。
[0041] 這些物體可以是用於醫療、生物、眼科和/或眼科外（extra-ophthalmologic)用 途的膜、線、棒或植入物。
[0042] 根據另一有利的實施方案，本發明的由生物相容性水凝膠製成的物體是眼植入 物。它們可以是具有或不具有光學或折光倍率的透鏡，更特別為意在植入到角膜中以便校 正視力缺陷的角膜內透鏡。尤其優選地，本發明的眼植入物是用於校正近視、遠視、老花眼、 圓錐形角膜或LASIK後擴張（醫源性圓錐形角膜）的角膜內透鏡。在角膜中植入具有限定 形狀的微透鏡（該角膜例如用飛秒雷射切割）允許從內部改造（remodeled)因圓錐形角膜 病而變形的角膜。
[0043] 除了前述布置外，本發明包含通過下文中給出的其餘部分的描述將變得清楚的其 它布置，下文涉及驗證由本發明的方法獲得的由生物相容性水凝膠製得的物體的改進的性 質。
[0044] 實施例:根據本發明的方法製造AN-69共聚物的水凝膠角膜接觸鏡
[0045] 制各由瓊脂糖水凝膠製成的樽具:
[0046] 瓊脂糖水凝膠模具由角膜接觸鏡的聚丙烯基質（凸起部分和凹陷部分）製備，該 角膜接觸鏡由Essilor公司提供。
[0047] 通過在80°C的溫度下在等滲溶液（0. 9%的NaCl在H20中）中溶解瓊脂糖來製備 2-4%的瓊脂糖水溶液。其隨後冷卻至40-50°C的溫度，並傾入聚丙烯基質中（分別傾入該 兩個部分中）。
[0048] 在冷卻至室溫後，從模具中取出所獲得的瓊脂糖模具的兩個部分。模具的兩個部 分隨後被浸沒在生理溶液中（0. 9%的NaCl在H20中）。
[0049] 制各聚合物溶液:
[0050] 在攪拌下在60°C溫度下的水浴上製備對應於下面所示組成的聚合物溶液：
[0051]
【權利要求】
1. 製造由生物相容性水凝膠製成的物體的方法，其特徵在於其包括下列步驟： (i) 通過任選在非溶劑的存在下將丙烯腈與帶有陰離子基團的烯屬不飽和共聚單體的 共聚物溶解在非質子溶劑中製備聚合物溶液， (ii) 使步驟（i)結束時獲得的聚合物溶液在模具中成形並開始膠凝化，所述模具由含 有所述非溶劑的材料或所述非溶劑可滲透的材料構成， (iii) 將來自步驟（ii)的經歷膠凝化的物體浸沒在非溶劑中。
2. 如權利要求1所述的方法，其中該丙烯腈/共聚單體共聚物具有90/10至100/0、優 選95/5至99/1的摩爾比。
3. 如權利要求1或權利要求2所述的方法，其中該烯屬不飽和共聚單體的陰離子基團 選自磺酸根、羧酸根、磷酸根、膦酸根和硫酸根。
4. 如權利要求1至3之一所述的方法，其中該丙烯腈/共聚單體共聚物是丙烯腈-甲 代烯丙基磺酸鈉共聚物。
5. 如權利要求1至4之一所述的方法，其中該非質子溶劑選自有機或無機極性非質子 溶劑。
6. 如權利要求5所述的方法，其中該非質子溶劑選自二甲基甲醯胺（DMF)、二甲亞碸 (DMSO)、N，N-二甲基乙醯胺（DMAC)、N-甲基吡咯烷酮（NMP)。
7. 如權利要求1至6之一所述的方法，其中該非溶劑選自水、礦物鹽的水溶液和有機鹽 的水溶液。
8. 如權利要求7所述的方法，其中該非溶劑選自水或氯化鈉的水溶液。
9. 如權利要求1至8之一所述的方法，其中步驟（ii)中的模具是由水凝膠製成的模 具。
10. 如權利要求9所述的方法，其中步驟（ii)中的模具是由水凝膠製成的模具，該水凝 膠基於瓊脂糖、藻酸鹽、聚甲基丙烯酸羥乙酯（PHEM)、聚甲基丙烯酸羥丙酯（PHPM)或聚 丙烯酸鹽。
11. 如權利要求10所述的方法，其中步驟（ii)中的模具是由瓊脂糖水凝膠製成的模 具。
12. 如權利要求10或權利要求11所述的方法，其中步驟（ii)中的模具由以下成分構 成： -1至10重量％、優選2至6重量％的瓊脂糖或藻酸鹽，和 -90至99重量％、優選94至98重量％的水或礦物鹽的水溶液或有機鹽的水溶液。
13. 如權利要求1至12之一所述的方法，其中浸沒步驟（iii)以兩個步驟進行： -首先：將經歷膠凝化的物體浸沒在優選在0至l〇°C的溫度下的非溶劑的冷浴中，和 -接著：將經歷膠凝化的物體浸沒在室溫下的非溶劑浴中。
14. 一種由生物相容性水凝膠製成的物體，其特徵在於其根據權利要求1至13之一所 限定的方法獲得。
15. 如權利要求14所述的物體，其特徵在於其選自用於醫療、生物、眼科和/或眼科外 用途的膜、線、棒或植入物。
16. 如權利要求15所述的物體，其特徵在於其為眼植入物形式。
17. 如權利要求16所述的物體，其中所述眼部植入物是用於校正近視、遠視、老花眼、 圓錐形角膜或LASIK後擴張的角膜內透鏡。
【文檔編號】C08L33/20GK104520334SQ201380041368
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年6月14日 優先權日:2012年6月15日
【發明者】勞倫特·拉羅什 申請人:勞倫特·拉羅什