抗微生物聚合物及其組合物的製作方法

2023-07-04 06:17:36

專利名稱：抗微生物聚合物及其組合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及抗微生物聚合物及其組合物。這些聚合物衍生自丙烯醛和/或其縮醛 與羥基烴酸的水基鹼性催化聚合，且可選在抗壞血酸和/或抗氧化劑和/或烷醇存在的情 況下進行。本發明部分旨在這些化合物的製造、以及由此衍生的組合物在活體內或外的使 用，尤其是在人類或動物的胃腸道內用作抗微生物劑。
背景技術：
「純」聚合物固有地為由不同分子構成的混合物。這些分子具有不同的分子量，且 通常具有不同的構型，這取決於由聚合物單體生成聚合物的聚合條件。由此，由單體聚合 模式決定化學結構，並因而決定聚合物的所有性能。假設由一種單體製得的所有聚合物要 麼相同、要麼以相同的方式反應是毫無根據的，且在大多情況下是錯誤的。特別是丙烯醛 (2-丙烯-1-醛)具有交替的反應區域，且每個「聚丙烯醛」是不同的。在本發明中，描述了一種用於由丙烯醛和/或其縮醛與羥基烴酸製得一系列新穎 有用的聚合物的聚合作用，以製得具有不同和需要的物理、化學和抗微生物性能的獨特聚 合物。在1843年首次報導了丙烯醛的聚合作用S由該聚合作用製得了一種不溶於所有 普通溶劑中且無重要用途的固體。許多年後，梅爾羅斯(Melrose)等2在1987年首次描述了作為抗微生物劑的 一系列丙烯醛聚合物的製造、組合物和用途。通過論證所述聚合物與化學殺菌劑戊二醛 (pentane-l,5-dial)之間的結構相似性，羰基被確定為在所述聚合物內的抗微生物區域。 由於水是幾乎所有微生物的生長域，所以水溶性或至少分散能力對於對抗這些微生物所需 的抗微生物活性是必需的。因此，所述聚合物通常也包含親水性共聚用單體，以使所述聚合 物更具有水溶性。但由於所述聚合物具有高含量的共聚用單體，而高含量共聚用單體只有 助於親水性，所以所述聚合物的抗微生物活性仍保持很低。為盡力避開這一限制性的水不溶性，後來的技術3_7始終要求第一，只有丙烯醛單 體具有陰離子均聚合，以製得不溶性聚丙烯醛；因此隨後第二，對得到的水不溶性聚合物進 行過濾；然後第三，將聚合物在幾天中在空氣或氧氣中加熱，使其進行長期自然氧化，以制 得含量為0. 1至5摩爾(親水性)羧基/公斤聚合物的丙烯醛聚合物聚(2-丙烯醛、2-丙 烯酸)，從而獲得水溶性，雖然該反應只4在pH大於5. 5時進行；第四，在既弱鹼性又隨後酸 性的條件範圍內，可使用聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)對自然氧化聚合物進行處 理，以製得具有增強親水性的丙烯醛聚合物、以及由與聚乙二醇反應衍生的縮醛基。然而， 由於眾所周知丙烯醛聚合物易於在過濾期間恢復為不溶性膠質物，尤其是在被加熱時(該 性能已阻抑其使用長達一百年以上8)，所以這種順序合成方法的自然氧化步驟既耗時又煩 瑣，從而使該順序合成方法大體上受到限制。作為這些缺點的直接結果是，不能以定期方式 成功重複這一工藝。因此，本發明的一個(第一)目的是通過實際合成路線製得一種新穎的具有抗微
4生物性和水溶性的丙烯醛聚合物，這樣做的目的尤其是為了要避免進行聚合物的自然氧化步驟。在人類的胃腸道內，細菌幽門螺桿菌1(1會藏匿在牙垢中；它也會被包圍在保護性 的天然聚合物中，且存在於全球約50 %的人的胃內。在人體內，它明確地與胃和十二指腸潰 瘍以及癌有關；值得注意的是，細菌在胃的酸性PH中生長旺盛。對感染病人的治療必然包 括使用一系列不同的抗生素，因為該治療正日益受挫於對已知抗生素具有抗性的幽門螺杆 菌菌株。在動物中，其他螺桿菌也已與胃腸疾病有關，不過不太確定。可溶性丙烯醛聚合物始終已顯示出範圍格外寬的抗微生物活性，甚至可抗耐抗生 素細菌，這一點可通過聚合物的羰基含量得以說明，這些羰基可與始終存在於所有微生物 外膜中的蛋白質發生破壞性的非選擇性反應。特別是梅爾羅斯(Melrose)等7已報導丙烯 醛聚合物、聚(2-丙烯醛、2-丙烯酸)在試管中在pH 4或pH 7下對抗幽門螺桿菌的抗微生 物活性，但所述聚合物的水溶性和抗微生物活性在與胃含量有關的較低PH下(即pH小於 4)大幅降低。的確，如果進行測試，每種可溶於水溶劑中的丙烯醛聚合物已顯示出抗微生物活 性。然而，本發明的中心觀點是對於所有丙烯醛聚合物的這種潛在抗菌性能，始終存在一種 複雜的折衷它是可溶的。特別是缺少可溶性會減弱所述聚合物在水中的低pH範圍內所顯 示出的高且廣泛的抗微生物性能。因此，本發明的第二個目的是提供一種由丙烯醛製得的新穎聚合物，且該聚合物 在人類胃內所發現的低pH範圍內是可溶的，且尤其與幽門螺桿菌的生長有關。眾所周知3_7』9，丙烯醛可以是人類或動物的極度刺激源。通常認為任何分子量小於 800的分子可適度地自由通過天然薄膜(皮膚或腸)。因此，刺激性丙烯醛單體以及丙烯醛 或其縮醛的低分子量低聚物易於穿透人類或動物體內的保護性薄膜，進入血管系統，從而 引起刺激。因此，本發明的第三個目的是提供一種由丙烯醛製得的聚合物，該聚合物在所有 PH下均是新穎的和水溶性的，且具有抗微生物性，同時還具有較不易橫向遷移通過薄膜的 結構。說明書W0 2005/044874描述了一種用於製備所謂可溶的、微生物活性的和穩定 的丙烯醛聚合物的方法。重要的是，所述聚合物不是由丙烯醛直接衍生的，且受與衍生丙烯 醛初濾有關的已知問題的影響，因而受到乳狀液和膠質物形成的限制。這些問題已在現有 技術4中凸顯出來。由這種方法製得的聚合物不具有明顯的抗微生物性，且在本說明書中 公開的最低致死濃度(minimum kill concentration, MKC)已知包括24小時的暴露時間。 除剛剛上文所指出的以外，所述製造方法還包括若干限制。這些包括在65°C及以上溫度 下的自然氧化/劇烈加熱條件(這些條件被描述為必要條件)；在酸性條件下的衍生反應； 要求隨後使用鹼對所述聚合物進行處理，以獲得穩定性；所述聚合物的顯著降解(可由其 褐色證實)。以這種方式衍生的聚合物是另外的聚縮醛，且包含相當多的羧基，這可從以下 現象明顯看出，即由於羧基的中和作用，所述聚合物在碳酸鈉溶液中(通常約PH 11)的分 解只得到pH 8。對技術背景的這一討論不過是想有助於對本發明的理解。該討論並非承認或許可 任何提到的材料在本申請的優先權日現在是或過去是常識的一部分。
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在本說明書中(a)除非明確指明，否則「烷醇」始終是指任何含有一或多個羥基的化合物，包括烷 烴、烯烴、炔、芳香族化合物、雜環、糖、天然或合成聚合物的羥基衍生物；(b)除非明確指明，否則「羥基烴酸」或「含羧基的烷醇」始終包括與烷烴、烯烴、 炔、芳香族化合物、雜環、糖、天然或合成聚合物有關的羥基羧酸類似物，以及是指具有一或 兩個這些官能團的單官能化合物，也可包括實質上不幹擾羥基或羧基的官能性的化合物， 如含有超過一個羥基和/或超過一個羧基和/或其他基團的化合物；(c)除非明確指明，否則「縮醛始終可描述單縮醛和/或雙縮醛；(d)除非明確指明，否則「聚合」始終可描述均聚合和/或共聚合；(e)除非明確指明，否則「含有羧基的烯單體」始終可描述在任何離子化狀態下均 能聚合且含有一或多個羧基的烯烴單體；(f)除非明確指明，否則「丙烯醛」不僅始終可描述和/或包括游離的丙烯醛單體， 而且可在同一上下文中描述和/或包括在聚合物內的丙烯醛殘餘物；(g)當在此特別討論幽門螺桿菌時，本發明也可適用於其他螺桿菌或其他微生物， 尤其其中包括細菌、真菌、酵母、病毒和/或原生動物；(h)當根據丙烯醛描述本發明時，不應將其理解為僅限於此，而應包括丙烯醛的衍生物(例如甲基丙烯醛)。在本說明書和權利要求中，除非上下文另有要求，否則單詞「包括」或諸如「包含」 或「含有」的其他變體形式將被理解為意指包括一定的整數或整數組，但並不排除任何其他 整數或整數組。

發明內容
根據本發明，提供一種直接由丙烯醛單體衍生的聚合物，這些聚合物大體上可溶 於水和/或水介質中。優選本發明的聚合物在pH約小於4時可溶。再優選在本發明聚合物的製備過程中不使用中間自然氧化步驟。又優選本發明的聚合物大體上是抗微生物性的。又再優選本發明聚合物的平均分子量大於約1000道爾頓。由於因含有羧基而具 有高度的極性和/或親水性，該聚合物的製備可使其更不易遷移通過薄膜，且這些羧基或 者在作為縮醛基附於所述聚合物上的羥基烴酸內，或者在所述聚合物內的單體殘留物內。 由此這些平均分子量大於1000道爾頓的聚合物大體上被阻抑通過薄膜，這些薄膜設計上 可使所有分子量最高達1000道爾頓的分子通過。可另外或進一步製備本發明的聚合物，以使其更不易遷移通過薄膜，這是由於該 聚合物具有某種結構，該結構源於烷醇(和/或其離子)與在聚合物內的丙烯醛殘餘物中 離羰基最近的碳之間的反應。由此這些平均分子量大於1000道爾頓的聚合物大體上被阻 抑通過薄膜，這些薄膜設計上可使所有分子量最高達1000道爾頓的分子通過。優選本發明聚合物的羧基含量約在0. 1-25摩爾/公斤聚合物之間。根據本發明，還提供一種組合物，該組合物為某物質的溶液、凝膠體、乳狀液或懸 浮液，且該物質至少部分包含上述聚合物。
根據本發明，還再提供一種在活體內和/或在活體外的抗微生物組合物，該組合 物至少部分包含上述聚合物。根據本發明，還又提供一種合成上述聚合物的方法；通過由該方法製備所述聚合 物，可將由丙烯醛(單體或殘餘物)與羥基烴酸(和/或其離子)之間的反應生成的縮醛 結構引入到所述聚合物內，或將由烷醇(和/或其離子)與在丙烯醛殘餘物中離羰基最近 的碳之間的反應生成的結構引入到所述聚合物內。該方法還可包括與羥基烴酸的聚合，該聚合發生在有鹼性催化劑存在的鹼性水溶 液中，該鹼性催化劑為丙烯醛、和/或丙烯醛+烷醇、和/或其他有機親核試劑、和/或丙烯 醛縮醛；可選地，該聚合可發生在含有其他單體、和/或抗壞血酸(和/或其離子)、和/或 其他抗氧化物、和/或其他酸的溶液中。優選鹼性水介質為pH在9至14之間的水合氫氧化鈉，再優選該pH在10至13之間。優選羥基烴酸為酒石酸和/或抗壞血酸。優選縮醛由酸催化作用生成，再優選使 用稀硫酸。優選烷醇為聚烷撐二醇。優選聚烷撐二醇為聚乙二醇。優選聚乙二醇的平均分子量為200至10，000道爾頓。優選聚乙二醇丙烯醛(或 結合為其縮醛的丙烯醛)的比值大於1 lv/v(體積比)，且優選大於4 lv/v(體積比)。優選單體是丙烯酸，再優選丙烯酸丙烯醛(或結合為其縮醛的丙烯醛)的比值 在0.05至0.10 lw/w(重量比)的範圍內。優選有機親核試劑為羧酸。優選抗壞血酸 丙烯醛(或結合為其縮醛的丙烯醛)的比值約在0.01至10 l.OOw/w(重量比)的範圍 內。再優選抗壞血酸丙烯醛(或結合為其縮醛的丙烯醛)的比值在0.1至2.0 l.Ow/ w(重量比)的範圍內，且優選為0.6 1.0w/w(重量比)。根據本發明，還再提供一些治療癌、凝血功能紊亂和/或炎症紊亂的方法，每種方 法均包括給受治療者服用在藥理上可接受劑量的上述聚合物或含有上述聚合物的組合物。根據本發明，還又將上述聚合物用於製備醫藥，以治療一種或多種癌、凝血功能紊 亂和/或炎症紊亂或發炎狀況。在此假設可使用一種或二、三種方法的組合阻抑或避免由丙烯醛單體現有聚合方 式得到的聚合物3_7的遍在性和完全不溶性(以及顯示出的抗微生物性能)。首先，假設不 溶性完全只與聚合物內的分子間交聯一致。方法1 由於這種交聯發生在鹼性pH範圍內，因而認為快速形成的交聯不會是縮 醛，因為這些交聯只在酸性條件下「形成；因此，造成不溶性的交聯有可能源於基團，且可 在聚合之中或之後由抗壞血酸阻抑(抗壞血酸具有水溶性抗氧化劑以及酸的性能)。因此，根據本發明的目的一和目的二，已將使用抗壞血酸和/或其離子的這第一 種方法(參見下文中的例5(a))成功地用於製備聚合物(無自然氧化步驟)，且這些聚合物 在所有PH下均具有新穎性、抗微生物性和水溶性。值得注意的是，由現有技術衍生的所有三種「聚丙烯醛」(參見下文中的實施例1) 和在抗壞血酸存在時由丙烯醛的上述聚合衍生的聚合物(參見實施例5(a))是很不同的 顯然，由兩種合成方法中的任何一種得到的最終聚合物是由不同前體衍生的，即由第二中 間聚合物(實施例1)製得現有聚合物、以及直接由單體(實施例5(a))製得本發明的聚合 物；此外，現有聚合物在低於PH 4時是不溶的，羰基含量為380%，且明顯帶有顏色，表明在分子內大體上共軛，而本發明的聚合物在低於PH 4時是可溶的，羰基含量僅為40%，且無 明顯的顏色或無明顯的共軛。在現有技術中，第一中間聚合物完全不可溶，且顯然是一種不 同的「聚丙烯醛」。然而，被稱為第二中間聚合物(由第一中間聚合物的自然氧化衍生製得) 的現有「聚丙烯醛」大體上是抗微生物性的(只需少量即可阻抑微生物的生長)，且比本發 明聚合物最初的抗微生物性能強八倍；使用鹼和聚乙二醇對這種由現有技術製得的第二中 間聚合物進行處理，可使阻抑所需的聚合物量增加兩倍(實施例1)；對由本發明製得的聚 丙烯醛進行相似的處理會產生相反的效果，可使阻抑所需的聚合物量降低四十倍(實施例 5)；此外，這種第二中間聚合物在此也明顯不同於完全可溶的聚合物，不同之處在於它在低 於pH 5. 5時不可溶。方法2 如果在使用鹼性有機親核試劑進行離子聚合期間，尤其當包括烷醇時，假 設可由分離的分子間的位阻阻抑形成造成聚合物不溶性的分子間鍵，由於由麥可反應"A 得到的烷醇或其離子鍵活化(就失去附著氫的活性傾向而言)在聚合物內離羰基最近的 碳，因而在單獨的聚合物分子中形成龐大的側基團，該側基團可阻抑交聯和不溶性。因此，根據本發明的目的一和目的二，已將使用烷醇的這第二種方法(參見下文 中的實施例6和7)成功地用於製備聚合物(無自然氧化步驟)，且這些聚合物在所有pH下 均具有新穎性、抗微生物性和水溶性。最初未預料到會成功阻抑交聯以及由此造成的丙烯 醛聚合物的不溶性(實施例6和7)，原因是以前由丙烯醛與烷醇之間的聚合始終製得不溶 性聚合物9。此外，如果在現有技術4中聚合物會即刻沉積，還會料想不到的是，在此在聚合 期間由烷醇引起的反應很快，可避免任何沉積甚至發渾。在由這種方式衍生的聚合物(實 施例7)與由現有技術5製得的聚合物(也使用烷醇)(實施例1)之間存在有明顯的差異 第一，本發明的聚合物(前者)盲接由丙烯酵單體合成，而現有技術的聚合物(後者)由聚 (2-丙烯醛、2-丙烯酸)合成；第二，前者完全在鹼性條件下製備，不能具有縮醛結構11B，而 在包括酸處理在內的條件下製備的後者可使用烷醇獲得縮醛結構；第三，前者在PH低於4 時是可溶的，而後者不是；第四，前者是無色的，而後者是深紅色的，表明在分子內存在相當 大的不飽和性；第五，前者的羰基含量為20%，而後者為380% ；第六，前者的抗微生物活性 強許多倍，可阻抑lOOppm的混合微生物，並在3分鐘內殺死106的大腸桿菌，而對於後者， 這些參數分別為500ppm和3小時。另外，本發明的聚合物(實施例6)具有與現有技術的聚合物類似的不同(實施例 1)。總而言之，本發明的聚合物不僅在抗微生物性能方面比現有技術5的「超級活化」 聚合物強許多倍，而且在大的pH範圍內具有水溶性，而現有技術的聚合物不是。方法3 如果在聚合之前使用羥基烴酸至少使一部分丙烯醛轉化為其縮醛衍生 物，由於在本發明聚合物分子內的離子化羧基之間存在分子間斥力，假設可阻抑形成造成 不溶性的分子間鍵，尤其在鹼性條件下。因此，可根據本發明的目的一和目的二，提供第三種方法(無自然氧化步驟)，用 於製備聚合物，這些聚合物在所有pH下都具有新穎性、抗微生物性和水溶性，且由丙烯醛、 其衍生物和/或其縮醛與羥基烴酸的聚合衍生製得(參見下文實施例3)。可選地，另外在 抗壞血酸存在的條件下使用該方法也可給出高產率的聚合物，這些聚合物在所有PH下均 具有水溶性以及抗微生物性(參見下文實施例4)。
此外，由所有三種方法製得的新穎的丙烯醛抗微生物聚合物在胃內的模擬pH下 和滯留時間內具有實用程度的穩定性。通過在此的設計，使用羥基烴酸生成縮醛的另一重要優點是它使聚合物更具有親 水性，使聚合物不易在活的有機體內橫向遷移通過生物膜；在現有技術中眾所周知，親水性 增強會減慢遷移。因此，根據本發明的第三個目的，提供丙烯醛聚合物，該聚合物具有新穎性和抗微 生物性，在所有PH下可溶，且不易橫向遷移通過生物膜。根據本發明，由縮醛共聚衍生的聚合物的羧基含量約為0. 1至15摩爾/公斤聚合物，優選約5至10摩爾羧基/公斤聚合物。即新穎聚合物通常比現有技 術的聚合物具有更高的羧基含量，且更不易橫向遷移通過生物膜。在滲析時，這些聚合物被阻抑從薄膜通過，該薄膜設計上對所有分子量最高達 10，000道爾頓的分子是可透膜。在此，為估計抗微生物活性，選擇對阻抑微生物在牛奶中的 生長進行化驗，由於牛奶含有廣泛的不同微生物，且含有蛋白質類材料，這些蛋白質類材料 通常容易與丙烯醛聚合物鍵合，並降低丙烯醛聚合物的活化。下文提供的實施例顯示本發 明可在這些苛刻條件下提供大體上抗微生物的聚合物。同時，人們估計這些聚合物可抗致 腹瀉細菌，即大腸桿菌。下文實施例4和7中的聚合物是本發明的兩種優選聚合物，兩者均在無自然氧化 步驟的條件下製得，且均在所有PH下可溶，且其結構的設計旨在使其相對於現有技術的丙 烯醛聚合物可最小程度地橫向遷移通過薄膜。此外，由對這些聚合物的估計可看出，最好的 現有聚合物(實施例1)也在此顯示可提供比任何現有丙烯醛聚合物明顯更具有抗微生物 性的聚合物。表1 聚合物抗微生物性比較(欲詳細了解方法，請參見「實施例」部分)實施例最低致死量(ppm)殺死大腸桿菌所需時間(分鐘)425018075031500180
具體實施例方式本發明的方法按時間順序包括下列概要步驟1.可選地，在使用酸催化劑的條件下，使用羥基烴酸將丙烯醛單體部分轉化為其 縮醛衍生物；2.在鹼性水溶液中聚合，且在該鹼性水溶液中具有鹼性催化劑，該鹼性催化劑為 丙烯醛、和/或丙烯醛加烷醇、和/或其他有機親核試劑(和/或其離子)、和/或由上述 步驟1製得的產物；可選地，所述聚合發生在具有其他單體、和/或抗壞血酸(和/或其離 子)、和/或其他抗氧化物、和/或其他酸的溶液中；以及3.使用酸將所得溶液調至pH 7。另外，在開始步驟3時(在調至pH 7之前)，顯而易見的是，本發明的所有製備均 受阻水滲析的影響；尤其是這可完全除去任何低分子量部分，這些低分子量部分可穿透在 活的有機體內的薄膜。然而，當將該技術應用到聚合物時(參見下文實施例4)，觀察到有一
9部分抗微生物活性喪失；可選地，可通過阻酒石酸鈉溶液滲析避免這一現象的發生，該酒石 酸鈉溶液被調至PH 6。隨著使用這一選項和抗微生物活性的恢復，羰基含量降低；建議該 縮醛聚合物具有不同於羰基的可引發抗微生物活性的不同區域。在下文討論的實施例8中的方法組合(下文中的實施例4和7)是本發明的另一 優選方法，可製得具有顯著抗微生物活性的聚合物。然而，實施例4和6中方法的類似組合 製得一種只具有微小抗微生物活性的聚合物(參見下文實施例9)。實施例8和9的共同元 素是由二者製得的聚合物的羰基由於縮醛的生成(包括實施例4中生成縮醛的通常方法) 受到阻礙。造成其不同的原因在以下情形下是顯而易見的當認為實施例7中聚合物的抗 微生物活性區域位於其餘活性碳原子處，且聚乙二醇與這些碳原子反應；而在實施例6的 聚合物中，所有活性碳均與聚乙二醇反應，且羰基獨有地保持為抗微生物活性的唯一區域。 (在實施例4中衍生的聚合物的選擇性滲析條件後，得到的具有更高抗微生物活性的聚合 物具有更低的羰基含量；這也表明對於羰基的選擇性活性區域。)因此，顯然本發明的方法 的另一優點是可提供具有兩個不同抗微生物區域的聚合物，例如分別由實施例4或7、或實 施例6可看出。特別是這提供一種克服細菌抗微生物抗性進化的選擇性保護。在步驟1中， 通常對羥基烴酸使用理想配比過剩的丙烯醛，從而在步驟2中在丙烯醛的縮醛與剩餘過量 的丙烯醛之間發生共聚合。在步驟1中，羥基烴酸例如可以是酒石酸、乳酸、甘油酸、乙醇酸、檸檬酸或2-羥 基-丁酸，或概念上由以下物質的選擇性氧化衍生的其他羥基羧酸，即二醇、烷烴二醇、多 元醇、聚(氧化烯烴)、糖、或其他諸如乙烷-1，2- 二醇、丙三醇或聚乙二醇的含有多個羥基 的分子。也可使用諸如穀胱甘肽的羥基烴酸的硫醇類似物。在步驟1中，其中縮醛的生成是通過將無縮醛聚合物(實施例1和5(a))的性能 與含縮醛聚合物(分別參見實施例3和4)的性能作對比得到確認的。當其使用丙烯醛生成環狀縮醛時(這種方式相比線狀縮醛在其平衡形成反應13中 更有利)，優選羥基烴酸為酒石酸或抗壞血酸，尤其是前者。在實際限度內以及在聚合物中， 酒石酸縮醛在37°C和pH 2時可處於穩定狀態達4小時，該條件與食物在胃內滯留的時間長 短有關。在步驟2中，優選鹼是pH在10至13之間的水合氫氧化鈉溶液。在步驟2中，優選有機親核試劑是烷醇，雖然可使用羧酸；更優選烷醇是聚烷撐二 醇，尤其是聚乙二醇；優選聚乙二醇的分子量在200-2000道爾頓的範圍內。對於給定的烷 醇與丙烯醛間的重量比，烷醇的分子量越高，越具有阻礙性，聚合物更不易遷移通過薄膜； 相反，可優選較低分子量的烷醇，以使丙烯醛聚合物穿透環繞在靶細菌周圍的天然聚合物。 優選聚乙二醇丙烯醛(或其縮醛)的比值大於1 重量比)，更優選大於4 lw/ w(重量比)。在步驟2中，與上述討論一致，羥基與聚乙二醇的相對低的化學計量比(由高分子 量和/或低濃度的聚乙二醇造成)將使未反應的活性碳留在製得的聚合物內，且使有利的 抗微生物活性位於聚合物內的這一區域。這種逆反將有利於在聚合物內羰基處的抗微生物 活性。在步驟2中，如果既使用酒石酸又使用聚乙二醇(後者為MW2000)，很優選不加熱 (參見下文實施例8)。
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在步驟2中，優選抗壞血酸(和/或其離子)；可使用在現有技術以外的那些水溶 性抗氧化劑。當未通過增加烷醇以避免不溶性時，抗壞血酸(用鹼中和，以避免生成縮醛) 的使用量應大於約0. 15重量份(相對於每1. 00份的丙烯醛(或結合為其縮醛的丙烯醛))。 抗壞血酸可作為抗氧化劑、烷醇或羧酸，有助於阻抑在聚合物之間的交聯。在步驟2中，選擇性的共聚用單體(如果使用)通常為含有羧基的烯單體；優選丙 烯酸的使用量為約0. 05至0. 10重量份(相對於每1. 00份的丙烯醛(或結合為其縮醛的 丙烯醛))。同時，共聚用單體的羧基含量可超過一個，例如馬來酸。含有單體的通常目的是 提供在聚合期間在分子(或其離子)間的斥力、和/或在產品聚合物中的親水性。本發明的聚合物已作為其水溶液(參見實施例2、5、8)，或在滲析後被分離為幹液 態聚合物(參見實施例4、6、7)。本發明的聚合物具有物理和抗微生物穩定性，這使其對於其旨在用途具有實用價 值，尤其在胃中的模擬滯留時間條件下(pH 2/37°C/4小時)。與現有技術相反，無耗時的 自然氧化步驟；現提供水溶性和大體上抗微生物性的聚合物的合成，該合成受大幅改善的 連續流生產經濟(現有技術要求批量生產)的影響。顯然，在此的實施例包括實驗室方法。這些實施例在工業上將被顯著改變，且這 些改變方式對於本領域技術人員是顯而易見的，所以它們仍被涵蓋在本發明的精神和範圍 內。在本發明的描述中，在所有方法中，溶劑是含水的或完全是水。然而，製備會受諸 如乳狀液、分散液或懸浮液技術的不同技術的影響。也顯而易見的是，由於游離丙烯醛單體 和/或其衍生物，尤其由於羥基烴酸，在此描述的反應可受在聚合物內與固定丙烯醛殘餘 物的相同反應的影響。對於本領域技術人員顯而易見的是，本發明的聚合物可在受控釋放的組合物中和 /或與諸如固體、溶液、乳狀液、懸浮液或凝膠體的其他材料一起，被配製成適用於人類或動 物保健的組合物，尤其適用於胃腸道內。
具體實施例方式實施例1 現有技術5 聚(2-丙烯醛、2-丙烯酸)的製備在室溫下持續攪拌，按時間順序1.將新蒸餾且不含阻抑劑的丙烯醛(15g)加入到水(180g)中；以及2.通過加入水合氫氧化鈉(ca 5ml 0.8% w/w(重量比))，將pH調至10. 5。在30分鐘後，過濾掉第一中間聚合物的不溶性沉澱物(在第一分鐘內已生成)。 然後通過以下方式風乾首先在室溫下保持1天(乾重7. 62g ；聚合產率為50%;在80°C左 右變軟)，然後在2天中連續加熱升溫至75°C，接著在85°C下加熱1天。這種得到的第二中 間聚合物可溶於鹼性水溶劑中，得到深紅色溶液，但在pH低於6時析出；微生物鑑定顯示最 低在聚合物濃度為250ppm時發生阻抑。通過在65°C下攪拌和加熱這種自然氧化的第二中間聚合物(5g)樣品，可使該樣 品部分溶於聚乙二醇中(60g;麗ca 200)，然後溶於水合碳酸氫鈉中(30g;l%w/w(重量 比))。將製得的深紅色溶液(PH 8)在100°C下加熱4小時，得到要求的(第三)丙烯醛聚
11合物溶液(最終PH為6)，即聚(2-丙烯醛、2-丙烯酸)。微生物鑑定(參見下文中的所有方法)表明，最低在聚合物500ppm時阻抑，且在 180分鐘後殺死大腸桿菌；由羰基化驗表明在聚合物內有380%的氧化產物；聚合物在低於 PH 4時從溶液中析出。由下列實施例論證本發明，但不應將這些實施例視為限制本發明的保護範圍抗微牛物活件估計(a)微生物鑑定阻抑微生物在水溶液(5ml)中通過連續50%稀釋配製出平行 雙樣，並將每個樣本加入到單獨的用塞子塞住的試管中，這些試管中裝有溶有蔗糖(3g)的 巴氏滅菌全脂奶(20ml)。在試管中的每個製得的樣本被置於32°C-38°C水浴中達20-24小 時；準備「陽性」試管，該試管中含有水(5ml)，而不是樣本溶液(5ml)。在這些方案之前和之 後測量每個內容物的pH。當測試內容物與「陽性」物之間的pH差值超過0.5時，可注意到 發生「阻抑」；測試結果以聚合物的ppm w/w形式給出(假設已在100%產率下進行聚合)。本質上，該化驗可測量阻抑大範圍微生物的抗微生物能力，且被設計為在體溫時 在存在食物成分條件下與抗微生物環境相關。化驗準確度被認為在1個稀釋度內。(b)殺死大腸桿菌將平行雙樣溶於水合碳酸氫鈉中，得到聚合物溶液 (0. 125% w/w(重量比)的聚合物，且假設100%聚合)。將溶液樣本(20ml)與0. lmllOXE6 的存活溶血性大腸桿菌(血清型0149，K88)混合。按0、3、10、30和180分鐘的時間間隔， 將等量樣本(兩份)置於血瓊脂平皿上，並對數量作半定量估計。羰基估計該估計是在由史密斯(Smith)14確立的方法的基礎上進行的。對含水樣本(lg)秤 重至0. Olg的準確度，加入水(9g)，然後以適當方式加入0. 01M鹽酸或0. 01M水合氫氧化 鈉，將樣本溶液調至PH 6.00。使用0.01M水合氫氧化鈉將鹽酸羥胺(50ml)溶液調至 pH 6. 00。將上述樣本溶液和試劑溶液混合，並在室溫下維持達30分鐘；使用0. 01M水合氫 氧化鈉(V ml)將反應物回滴定至pH 6.00。然後，最初樣本(W g)的羰基含量(估計為丙 烯醛；w/w (重量比)％ )等於(VX 0. 10 X 5. 6) / (WX f)，其中f是聚合物在含水樣本中的重 量分數(以十進位形式表示)(假設在此實際聚合產率為60%，且所得的聚合物中羰基含量 可與現有技術相比和相似)。對兩份確定結果進行平均。通過滲析對聚合物溶液定量分析在磁性攪拌、單側微滲析室內(SIGMA-ALDRICH)對一式兩份聚合物(1. 00g) 水溶液進行阻水(1L)滲析達4至5小時，適當時可使用低鍵合醋酸纖維素薄膜 (SIGMA-ALDRICH)，其上限分子量滲透性為1，000道爾頓或10，000道爾頓。在室溫下將滲 析液乾燥至恆量，以恢復聚合物分數。在試管中樽擬胃內酸件滯留條件將兩份含水樣本(1. 00g)溶於水(9g)中，然後加入10%鹽酸，使pH為2 ；此外，對 用於空白對照的兩份樣本作同樣處理，但用相同體積的水代替鹽酸。全部在37°C被加熱達4小時，然後在分析它們的物理、化學或微生物性能之前，將 pH 調至 6. 00。實施例2在室溫下持續攪拌，按時間順序
1.將新蒸餾的丙烯醛(5g ；使用0.重量比)對苯二酚阻抑)緩慢加入到 在水(33g)中的抗壞血酸(8.25g)水溶液中，該水溶液含有的硫酸(0.25ml)；2.在2小時後，將溶液在30分鐘內緩慢加入到水(100ml)中，並逐漸加入10%水 合氫氧化鈉，將其維持在pH ca. 11 ；以及3.再過30分鐘後，使用10%鹽酸將透明的聚合物溶液的pH調至7。微生物鑑定顯示最低在聚合物濃度為250ppm時發生阻抑。實施例3在室溫下持續攪拌，按時間順序1.將新蒸餾的丙烯醛(5g ；使用0.重量比)對苯二酚阻抑)緩慢加入到 在水(33g)中的酒石酸(7g)水溶液中，該水溶液含有硫酸(0.25ml)；2.在2小時後，將溶液在30分鐘內緩慢加入到水(100ml)中，並逐漸加入10%水 合氫氧化鈉，將其維持在pH ca. 11 ；以及3.再過30分鐘後，使用10%鹽酸將pH調至7，且使用少量水過濾和清洗聚合物的 微小沉澱物，並乾燥(1.75g;聚合物在低於125°C時不變軟)；大部分聚合物保留在溶液中； 其最低阻抑量為250ppm聚合物。實施例4在室溫下持續攪拌，按時間順序1.將新蒸餾的丙烯醛(5g ；使用0.重量比)對苯二酚阻抑)緩慢加入到 在水(30ml)中的酒石酸(7g)水溶液中，該水溶液含有硫酸(0.25ml)；2.在2小時後，將溶液在30分鐘內緩慢加入到在水(30ml)中的抗壞血酸(5g) 中，並逐漸加入10%水合氫氧化鈉，將其調至並隨後維持在pH ca. 11 ；以及3.再過30分鐘後，使用10%鹽酸調節pH，得到透明且幾乎無色的pH 7. 5溶液。當向下測試至pH 1時，聚合物保持可溶。微生物鑑定顯示最低在250ppm聚合物 時阻抑，且在儲存於7°C達6個月後不變。在180分鐘後可殺死所有大腸桿菌(參見上文中 的方法)。使用1，000道爾頓或10，000道爾頓的薄膜滲析聚合物溶液，以分離出乾燥的液 態聚合物(聚合產率為60% )，該液態聚合物在500ppm時被阻抑。可選地，在pH2/37°C /4 小時下暴露於胃內的模擬滯留條件後，樣本在500ppm-1000ppm的範圍內被阻抑。在pH 2/37°C /4小時下暴露於胃內的模擬滯留條件之前和之後，在聚合物內的羰 基含量均為25%。聚合物的羰基含量是55%，且其在阻水(pH 6)滲析後最低在2000ppm 時被阻抑；在阻水合酒石酸鈉溶液(16% w/w(重量比)pH 6)滲析後，聚合物的羰基含量是 5%，且微生物鑑定2.在30分鐘後，將水(10ml)加入到透明無色的溶液中，並使用幾滴10%鹽酸將 pH調至7。當向下測試至pH 1時，聚合物保持可溶。微生物鑑定顯示，最低在50ppm聚合物 時發生阻抑。在聚合物溶液滲析後使用1.000道爾頓薄膜回收幹液態殘餘物，所得重量表 明聚乙二醇丙烯醛殘餘物的比值為1 1。實施例7在室溫下持續攪拌，按時間順序1.將新蒸餾的丙烯醛(5g ；89mMole ；使用0.重量比)對苯二酚阻抑)緩慢加入到水(30ml) +聚乙二醇(30g ； 15mMole ；MW 2000)中；通過加入10%水合氫氧化鈉(2 滴)，使PH為12至13 ；以及2.在60分鐘後，使用幾滴10%鹽酸將透明溶液的pH調至7。當向下測試至pH 1時，聚合物保持可溶。微生物鑑定顯示，最低在lOOppm聚合物 時發生阻抑，且在儲存後在7。C /6個月時再生。在3分鐘後殺死所有大腸桿菌(參見上文 中的方法)。在pH 2/37°C/4小時下的模擬處理後(參見上文)，聚合物的阻抑是250ppm。 使用10，000道爾頓的薄膜進行聚合物溶液的滲析，然後回收，得到乾燥的液態聚合物，所 得重量表明聚合產率為60%，且在聚合物內聚乙二醇丙烯醛的比值約為1 6。聚合物 的滲析殘餘物表明，在250ppm時發生微生物阻抑；羰基含量被確定為20%。顯示聚合物最低在500ppm時被阻抑。實施例5持續攪拌，按時間順序(a)將新蒸餾的丙烯醛(5g ；使用0. 1% w/w(重量比)對苯二酚阻抑)緩慢加入 到在水(19ml)+10%水合氫氧化鈉(12ml)中的pH 11抗壞血酸(5g)水溶液中；加入另外 的氫氧化鈉溶液(1ml)等量樣本，以在加入期間將pH維持在11 ；在作微生物鑑定測試時， 直到聚合物達2000ppm，少量等量樣本的透明淡金色溶液才開始阻抑；以及(b)在15分鐘後，加入聚乙二醇200 (60ml)，並隨後將透明溶液在1小時內在50°C 至60°C加熱。然後使用10%鹽酸將pH調至8。當低至pH 1時，小部分透明溶液未沉降/發渾；微生物鑑定顯示，最低在50ppm聚 合物時發生阻抑；聚合物內的羰基含量為40%。實施例6在室溫下持續攪拌，按時間順序1.將新蒸餾的丙烯醛(5g ；89mMole ；使用0.重量比)對苯二酚阻抑)緩 慢加入到水(20ml) +聚乙二醇(60ml ；330mMole ；MW 200)中；通過加入10%水合氫氧化鈉 (2滴)，使pH為12至13 ；以及實施例8在室溫下持續攪拌，按時間順序1.將新蒸餾的丙烯醛(5g ；89mMole ；使用0.重量比)對苯二酚阻抑)緩 慢加入到在水(25ml)中的酒石酸(2.5g)水溶液中，該水溶液含有硫酸(0.25ml)；2.在2小時後，將上述溶液在15分鐘內緩慢加入到在水(30ml)中的抗壞血酸 (lg) +聚乙二醇(30g;15mMole ；MW 2000)中(預先被調至pH 12)；然後在加入期間將反應 維持在PH 12至13(通過另外加入10%水合氫氧化鈉溶液)；以及3.在30分鐘後，使用10%鹽酸將聚合物的透明淡金色溶液的pH調至7。微生物鑑定(參見上文)表明，最低阻抑量在250ppm聚合物。聚合物在稀釋的pH 1鹽酸中保持可溶。聚合物溶液的阻水(PH 2)滲析使溶液具有最低阻抑量，即500ppm聚合 物；由幹聚合物回收得到的重量表明，在聚合物內聚乙二醇丙烯醛的比值為1 11。實施例9在室溫下持續攪拌，按時間順序1.將新蒸餾的丙烯醛(5g ；89mMole)；使用0.重量比)對苯二酚阻抑)
14緩慢加入到在水(25ml)中的酒石酸(2.5g)水溶液中，該水溶液含有硫酸(0.25ml)；2.在2小時後，將上述溶液在15分鐘內緩慢加入到在水(30ml)中的抗壞血酸 (lg) +聚乙二醇(30g ;300mMole ；麗200)中(預先被調至pH 12)；然後在加入期間將反應 維持在PH 12至13(通過另外加入10%水合氫氧化鈉溶液)；以及3.在30分鐘後，使用10%鹽酸將聚合物的透明金色溶液的pH調至7。微生物鑑定(參見上文)不表明最低阻抑量為2000ppm聚合物。該聚合物在稀釋 的pH 1鹽酸中保持可溶。在阻水(pH 7)滲析後進行聚合物回收，所得重量表明聚乙二醇 丙烯醛的比值為1 3。由上文對本發明聚合物性能的證明，可設想本發明的聚合物將在對癌、凝血功能 紊亂和炎症的治療中證明是有效的。由此，可設想按藥物可接受劑量將本發明的聚合物用 於抗癌藥、抗凝劑和抗炎組合物中將被證明是有用的和有效的。諸如對於本領域技術人員顯而易見的修正和改變將被視為在其保護範圍內。參考文獻1. J. Redtenbacher, Ann.，47，113(1843).2. G. J. H. Melrose, C. M. Kleppe, J. ff. Langley, J. M. Stewart and J. VanDyk,國際 專利公開文獻WO 88/04671.3. G. J. H. Melrose,國際專利公開文獻 WO 96/38186.4. G. J. H. Melrose and A. J. Huxham,國際專利公開文獻 W0 00/03723.5. G. J. H. Melrose, G. Daly and A. J. Huxham,國際專利公開文獻 W0 01/60874A1.6. J. A. Staton and G. J. H. Melrose,國際專利公開文獻 W0 02/26211A1.7. G. J. H. Melrose, A. J. Huxham, D. M. G. Tilbrook and V. L ffycoco,國際專利公開 文獻 W0 03/061672A1.8. R. F. Fischerin C. ff. Smith, " Acrolein"，John Wiley and Sons, Inc.，1962， 第14章，225頁.9. P. fferle, H. P. Krimmer, M. Trageser and F. R. Kunz，美國專利 6，060，571.10. C. Liu and J. M. Crawford in V. Kumar, A. K. Abbas and N. Fausto, " Robbins and Cotran Pathologic Bases of Disease" , Elsevier Inc.第 7 片反(國際)2005，第 17
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權利要求
一種可直接由丙烯醛單體衍生且大體上可溶於水和/或水介質中的聚合物。
2.根據權利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物在PH約小於4時可溶。
3.根據權利要求1或2所述的聚合物，其中在其製備過程中未使用中間自然氧化步驟。
4.根據前述權利要求中的任何一個所述的聚合物，其中所述聚合物大體上是抗微生物 性的。
5.根據前述權利要求中的任何一個所述的聚合物，其中所述聚合物的平均分子量大於 約1000道爾頓。
6.根據前述權利要求中的任何一個所述的聚合物，其中由於因含有羧基而具有高度的 極性和/或親水性，所述聚合物更不易遷移通過薄膜，且這些羧基或者在作為縮醛基附於 所述聚合物上的羥基烴酸內，或者在所述聚合物的單體殘餘物內。
7.根據權利要求6所述的聚合物，其中所述聚合物的平均分子量大於1000道爾頓，且 大體上被阻抑通過薄膜，這些薄膜設計上可使所有分子量最高達1000道爾頓的分子通過。
8.根據權利要求1至5中的任何一個所述的聚合物，其中所述聚合物由於具有某些結 構而呈現為較不易遷移通過薄膜，這些結構源於烷醇(和/或其離子)與在所述聚合物內 的丙烯醛殘餘物中離所述羰基最近的碳之間的反應。
9.根據權利要求8所述的聚合物，其中所述聚合物的平均分子量大於1000道爾頓，且 大體上被阻抑通過薄膜，這些薄膜設計上可使所有分子量最高達1000道爾頓的分子通過。
10.根據前述權利要求中的任何一個所述的聚合物，其中所述聚合物的羧基含量約在 0. 1-25摩爾/公斤聚合物之間。
11.一種至少部分包含前述權利要求中的任何一個所述的聚合物的組合物，該組合物 為物質的溶液、凝膠體、乳狀液或懸浮液。
12.—種在活體內和/或在活體外的抗微生物組合物，至少部分包含前述權利要求中 的任何一個所述的聚合物。
13.根據權利要求1至10中的任何一個所述的聚合物合成方法，其中通過由該方法制 備所述聚合物，可將由丙烯醛(單體或殘餘物)與羥基烴酸(和/或其離子)之間的反應 生成的縮醛結構引入到所述聚合物內，或將由烷醇(和/或其離子)與在丙烯醛殘餘物中 離羰基最近的碳之間的反應生成的結構引入到所述聚合物內。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述方法還包括與羥基烴酸的所述聚合，所述 聚合發生在有鹼性催化劑存在的鹼性水溶液中，該鹼性催化劑為丙烯醛、和/或丙烯醛+烷 醇、和/或其他有機親核試劑、和/或丙烯醛縮醛；可選地，所述聚合可發生在含有其他單 體、和/或抗壞血酸(和/或其離子)、和/或其他抗氧化物、和/或其他酸的溶液中。
15.根據權利要求14所述的方法，其中優選所述鹼性水溶液為pH約在9至14之間的 水合氫氧化鈉，再優選該PH在10至13之間。
16.根據權利要求14或15所述的方法，其中所述羥基烴酸為酒石酸和/或抗壞血酸。
17.根據權利要求14至16中的任何一個所述的方法，其中所述縮醛由酸催化作用生成。
18.根據權利要求17所述的方法，其中所述酸催化作用使用稀硫酸。
19.根據權利要求14至18中的任何一個所述的方法，其中所述烷醇是聚烷撐二醇。
20.根據權利要求19所述的方法，其中所述聚烷撐二醇是聚乙二醇。
21.根據權利要求20所述的方法，其中所述聚乙二醇的平均分子量約為200至10，000道爾頓。
22.根據權利要求20或21所述的方法，其中聚乙二醇丙烯醛(或結合為其縮醛的丙 烯醛)的比值大於1 重量比)。
23.根據權利要求20、21或22所述的方法，其中聚乙二醇丙烯醛(或結合為其縮醛 的丙烯醛)的比值大於4 lw/w(重量比)。
24.根據權利要求13至23中的任何一個所述的方法，其中所述單體是丙烯酸。
25.根據權利要求24所述的方法，其中丙烯酸丙烯醛(或結合為其縮醛的丙烯醛) 的比值約在0.05至0. 10 lw/w(重量比)的範圍內。
26.根據權利要求14至25中的任何一個所述的方法，其中所述有機親核試劑是羧酸。
27.根據權利要求14至26中的任何一個所述的方法，其中抗壞血酸丙烯醛(或結合 為其縮醛的丙烯醛)的比值約在0.01至10 l.OOw/w(重量比)的範圍內。
28.根據權利要求14至27中的任何一個所述的方法，其中抗壞血酸丙烯醛(或結合 為其縮醛的丙烯醛)的比值約在0.1至2.0 l.Ow/w(重量比)的範圍內。
29.根據權利要求14至28中的任何一個所述的方法，其中抗壞血酸丙烯醛(或結合 為其縮醛的丙烯醛)的比值約在0.6 l.Ow/w(重量比)的範圍內。
30.一種用於治療癌症的方法，包括給受治療者服用在藥理上可接受劑量的權利要求 1至10中的任何一個所述的聚合物或含有上述聚合物的組合物。
31.一種用於治療凝血功能紊亂的方法，包括給受治療者服用在藥理上可接受劑量的 權利要求1至10中的任何一個所述的聚合物或含有上述聚合物的組合物。
32.一種用於治療炎症紊亂的方法，包括給受治療者服用在藥理上可接受劑量的權利 要求1至10中的任何一個所述的聚合物或含有上述聚合物的組合物。
33.將權利要求1至10中的任何一個所述的聚合物用於製備治療癌症的醫藥。
34.將權利要求1至10中的任何一個所述的聚合物用於製備治療凝血功能障礙性疾病 的藥物。
35.將權利要求1至10中的任何一個所述的聚合物用於製備治療炎症紊亂或發炎狀況 的藥物。
36.一種在上文中大體上參考實施例6或7描述的聚合物。
37.一種用於合成在上文中大體上參考實施例6或7描述的聚合物的方法。
全文摘要
本發明公開了一種可直接由丙烯醛單體衍生且大體上可溶於水和/或水介質中的聚合物、以及一些用於製備所述聚合物和組合物的方法，所述聚合物和所述組合物例如可用作抗微生物藥、抗癌藥、抗炎藥和/或抗凝劑。
文檔編號A61P35/00GK101977945SQ200880124515
公開日2011年2月16日 申請日期2008年8月6日 優先權日2007年11月7日
發明者格雷厄姆·J·H·梅爾羅斯 申請人:瑞克私人有限公司