一種P(LA-MAA-EG)可降解pH敏感水凝膠共聚物的製作方法

2023-07-04 13:11:51 7

專利名稱：一種P(LA-MAA-EG)可降解pH敏感水凝膠共聚物的製作方法
技術領域：
本發明涉及醫藥用高分子材料領域，具體涉及一種P(LA-MAA-EG)共聚物及其製備方法和 用途。
背景技術：
水凝膠是一種交聯的親水性多聚物的網絡結構，因為大多數的水凝膠都具有很好的生物 相容性和性能可調性，所以它是一類在生物工程和醫藥領域有著廣泛應用前景的重要生物材 料。水凝膠在維持其自身的結構時可以吸收大量的水，這一特性與軟組織非常相似。同時水 凝膠對環境條件刺激的反應性也在近年來引起了廣泛的關注。許多物理和化學的刺激被用於 誘導這一智能水凝膠系統的各種反應，其中包括溫度、電場、溶劑、光、壓力、聲音和磁場 等物理信號，也包括pH、離子和特殊分子的識別等化學和生化的刺激信號。這些環境敏感性 或環境響應性的水凝膠通常被稱為"聰明水凝膠"或者"智能水凝膠"。由於對環境刺激的 敏感性，這些水凝膠在藥物控制釋放系統、耙向藥物傳遞系統、細胞包埋和組織修復等領域 方面具有廣闊的應用前景而備受關注。目前，治療用的蛋白質和多肽類藥物主要是通過肌肉注射或者靜脈注射來使用的，因為 這些藥物在酸性的胃液或者含有多種分解蛋白質的酶的生物液(如體液)中易於被降解，使 其生物活性失去。為了增加這些蛋白質和多肽類藥物採用口服途徑的生物利用度，pH敏感的 水凝膠被用作研發新型的藥物運送系統。在酸性的胃內環境(PH=1.2)，藥物被水凝膠保護 ;而在腸內環境(pH=7.2)，藥物就可以滲透出來。聚(甲基丙烯酸-聚乙二醇)(簡寫為P (MAA-EG))共聚物在一定條件下可以形成可逆的氫鍵 結合複合體，這一絡合導致了在周圍環境PH值改變的情況下，凝膠溶脹性的改變。在酸性環 境中，聚乙二醇PEG鏈段與多PMAA鏈段通過氫鍵形成高度緊密的網絡結構。當pH增加至中性 、甚至鹼性時，這一氫鍵複合物解聚，網絡結構變得鬆散。當pH值變小時，這一氫鍵複合物 又可以形成，這種可逆的氫鍵複合物使得P(MAA-EG)共聚物在蛋白質或多肽藥物的口服傳遞 系統中具有潛在的巨大應用前景。目前NA P印pas等人已用P(MAA-EG)用於胰島素的口服釋放 ，並取得了一定的效果。但非常遺憾的是這種P(MAA-EG)水凝膠不能生物降解，因此其臨床 應用受到了極大的限制。同時，在應用這種水凝膠作為藥物運送體系，保持其形態靈活性和 生物可降解性，同時保證其他的一些必要的特性等方面仍然有很多問題。鑑於此，開發可生物降解的、pH敏感的水凝膠近年來成為一個研究熱點。

發明內容
本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種共聚物。該共聚物引入了可降解的聚 (DL-乳酸)(簡稱PLA)鏈段，它具有P(LA-MAA-EG)所示的結構。其中，上述P(LA-MAA-EG)共聚物中PMAA的重量含量佔20 70。/。， PEG重量含量佔10 400/0 ，PLA鏈段的重量含量佔20 60。/。。優選的，PMAA的重量含量佔20 60。/。， PEG大分子單體的重 量含量佔10 20%， PLA大分子單體的重量含量佔20 60。/。。其中，上述P(LA-MAA-EG)共聚物中，PEG鏈段的相對分子質量為300 10000， PLA鏈段的 相對分子質量為300 20000。進一步的，PEG鏈段的相對分子質量為300 2000; PLA鏈段的 相對分子質量為500 2000。進一步的，上述共聚物是由下述方法製備而成的以DMPA等作為引發劑，BIS作為交聯 劑，以HEMA-PLA， MAA， PEGDMA為原料，通過紫外光引發的自由基聚合反應合成 P(LA-MAA-EG)水凝膠。本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種製備上述P(LA-MAA-EG)共聚物的方法。 該方法包括下述步驟以DMPA等作為自由基聚合引發劑，BIS為交聯劑，以HEMA-PLA， MAA， PEGDMA或MPEG-MA 為原料，通過諸如紫外光引發的自由基聚合反應而合成P(LA-MAA-EG)水凝膠。其中，上述HEMA-PLA是通過HEMA (0. lmol)為起始物而引發DL-丙交酯開環聚合作用而 形成。本發明所要解決的第三個技術問題是提供上述P (LA-MAA-EG)共聚物在藥物釋放控制體系 、組織工程領域、可降解水凝膠及生物醫用高分子材料中的用途。本發明P(LA-MAA-EG)共 聚物特別適合用於pH敏感的局部釋放控制藥物體系、栓塞材料、可注射且可降解組織工程支 架材料等領域。本發明所要解決的第四個技術問題是提供一種pH敏感型藥物組合物。該pH敏感型藥物組 合物是由上述的共聚物加載藥學上可用的藥物活性成分製成的。本發明P(LA-MAA-EG)共聚物水凝膠，在pbl. 2的水溶液中的平衡溶脹率要比pb7. 2的 水溶液中的低。溶脹率隨著pH從1.2提高到7.2而大大增加，這主要是由於氫鍵結合和靜電相 互作用引起的。當環境pH值升到7.2時，羧酸基團離子化，氫鍵消失；同時靜電排斥作用使 得多聚物網絡結構擴張。由於以上各種原因的結合，隨著pH值從1.2上升到7.2，溶脹率將急 劇增加，這一凝膠溶脹行為與P (MAA-EG)水凝膠的溶脹行為非常相似。由於本發明P(LA-MAA-EG)中創造性地引入了可降解的聚乳酸鏈段PLA，從而使本發明在 保持P(MAA-EG)水凝膠的pH敏感特性的同時，還具有了反覆溶脹和可生物降解的特性。而這 些特性決定了本發明P (LA-MAA-EG)聚合物在藥物釋放控制體系、組織工程領域及生物醫用高 分子材料等應用領域具有極好的應用前景，為需要使用PH敏感特性的領域提供了一種新的選 擇。本發明方法操作簡便、產物得率高、純度高、性質可控、適合於大規模生產應用。下面通過具體實施方式
進一步描述但不限制本發明。
具體實施例方式N，N'-Methylene-bis-acrylamide (BIS)，甲叉雙丙烯醯胺； methacrylic acid (MAA)， 甲基丙烯酸；poly (ethylene glycol) dimethacrylate (PEGDMA， PEG), 聚乙二醇； 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) ， 2-羥乙基甲基丙烯酸酉g; Tin (II) 2-ethylhexa麗te， 辛酸亞錫；2， 2-Dimethoxy 2-phenyl acetophenone (證A) ; 2， 2-二甲氧基2 —苯乙酮； 均為分析純，購自美國Aldrich Company公司，其餘試劑均為市售分析純。 實施例一 本發明P(LA-MAA-EG)共聚物的合成1、 HEMA-PLA大分子單體的合成2-羥乙基甲基丙烯酸酯封端的PLA大分子單體(HEMA-PLA)通過甲基丙烯酸羥乙酉g(HEMA) (0. lmol)為起始物的DL-LA(O. 3mol)開環共聚合作用形成，其中辛酸亞錫(Tin (II) 2-ethylhexanoate， Sn (Oct) 2)用作催化劑。HEMA-PLA大分子先溶解到分析純的CH2Cl2中，然 後再從用n-hexane過濾後的濾過液中沉澱出來。然後這一混合物過濾並在25'C真空乾燥至恆 重。純化的材料在冰箱中保存。2、 P(LA-MAA-EG)水凝膠的合成P(LA-MAA-EG)水凝膠通過紫外光引發的自由基聚合作用合成，DMPA用作光引發劑，甲叉 雙丙烯醯胺(BIS， MBA)作交聯劑。典型的P(LA-MAA-EG)-40-40-20 (S-l)製備流程如下HEMA-PLA 0.4g， MAA 0. 4g， PEGDMA 0. 2g， BIS 0. 3g， DMPA佔全部單體重量的1%，以 上單體均溶解在二甲基甲醯胺DMF中，然後將溶液在氮氣保護下注入一個稱量瓶，溶液在 365nm波長的紫外燈(500w)下照射10-60min，這樣即可製得P (LA-MAA-EG) 40-40-20水凝膠 ，通過調節配方比例，採用本方法可以得到一系列P (LA-MAA-EG)水凝膠，如表1所示。表l本實例製備得到的幾種P (LA-MAA-EG)水凝姬樣品PLA: PMAA: PEGBIS(Wt%)Mn of PLAMn 。f PEGS-l40-40-200. 3500875S-220-60-200. 3500875S-360-20-200. 3500875S-4H100. 31500875S-540-40-200. 35001500S-640-40-200. 3500330根據紅外光譜和核磁共振氫譜的結果，可以看出本發明P(LA-MAA-EG)已經成功合成。 實施例二 P(LA-MAA-MPEG)水凝膠的製備與實施例一的方法基本相同，只是在此處使用一端為雙鍵，另一端為甲氧基封端為PEG ，即為MPEG-MA，以其為大分子單體可以得到P(LA-MAA-MPEG)水凝膠，由於在該水凝膠中 MPEG只有一端含雙鍵，所得水凝膠的pH響應性與P (LA-MAA-EG)水凝膠相比大大增強。實施三本發明P (LA-MAA-EG)載藥系統的製備本發明將P (LA-MAA-EG)水凝膠先在pH7. 2中溶脹，接著加入水溶性藥物如VB^或BSA等， 此時水溶性藥物將擴散進入水凝膠中，l-2小時後向體系中加入pH1.2的緩衝溶液下調體系 pH值，使水凝膠收縮，藥物將會很方便的被裝載到水凝膠內部，這樣即可得到載藥水凝膠復 合物。本發明所示的載藥方法特別適合於裝載生物活性藥物如蛋白質、多肽、或核酸藥物， 有利於保持這些藥物的生物活性。用本發明P (LA-MAA-EG)裝載藥品做成多種常規口服規格的水凝膠，分別放入人工胃液中 1 8小時，水凝膠的溶脹率很低，且藥物釋放量很少。將載藥水凝膠放入人工腸液後發現， 水凝膠很快出現溶脹，且藥物釋放速度明顯加快，這說明了藥物的釋放行為具有pH敏感性。試驗例一 本發明P(LA-MAA-EG)的pH敏感特性及生物降解性實驗1、 溶脹性對於這一可生物降解的pH敏感的水凝膠，PMAA鏈段和PEG段都是親水性的，PLA段是疏 水性的。溶脹性就取決於PMAA、 PLA、 PEG的重量含量及分子量，同時還受交聯劑BIS重量含 量的影響，同時介質的PH值對溶脹性影響至關重要。2、 對本發明P (LA-MAA-EG)水凝膠pH敏感性的影響因素63.1介質pH值的影響由於P (LA-MAA-EG)水凝膠中PMAA鏈段中羧酸基團及聚乙二醇鏈段的存在，水溶液的pH值 將極大的影響水凝膠的溶脹性。在pH4.2時，PMAA鏈段與PEG鏈段能夠複合形成氫鍵，使得 凝膠收縮，溶脹率降低。當p^7.2時，PMAA鏈段的羧基離子化，它與PEG形成的氫鍵消失， 水凝膠網絡結構隨之擴張，溶脹率增加。pH值從1.2上升到7.2時，P(LA-MAA-EG)水凝膠溶脹 率急劇增加的現象與P (MAA-EG)水凝膠的溶脹現象的趨勢完全相似。對於這一可生物降解的pH敏感水凝膠，溶脹率是由氫鍵、靜電排斥作用和大分子區段的 擴展共同決定的。在低PH值條件下，氫鍵複合物的形成導致凝膠網絡結構塌陷。pH值升高時 ，氫鍵斷裂，靜電排斥作用導致凝膠網絡結構擴張。在高pH值時水凝膠的網孔大小比在低 pH值時要大，溶脹率也大。3.2 PMAA和PLA含量的影響P (LA-MAA-EG)水凝膠的PMAA和PEG鏈段是親水性的，而PLA是疏水性的。當PEG含量不變 時，PMAA和PLA的含量對水凝膠的溶脹性有極大的影響。實驗表明，溶脹率隨著親水性PMAA鏈段的增加而增加，而隨著疏水性PLA鏈段的增加而 減小。3. 3 PEG含量的影響由於PEG鏈段是非離子性和親水性的，所以也會影響水凝膠的溶脹率。隨著PEG含量的增 加，溶脹率也增加。3. 4 PEG分子量的影響水凝膠的溶脹率隨著PEG分子量的增加有細微的增長，這可能是因為水凝膠網狀結構的 網孔大小增加了的緣故。在P(LA-MAA-EG)水凝膠中，PEGDMA兩個端基均為雙鍵，它可以被用 作大分子的交聯劑。隨著PEG分子量的增加，交聯的密度就降低，相應的樣品溶脹率就增大 。同時增加PEG的分子量可能會增強PEG與PLA鏈段，或與PMAA鏈段間的微觀分離( microphase s印aration)，這可能引起水凝膠的親水性增加，進而增加水分子的吸入。3.5 PEG分子結構的影響當用MPEG-MA代替PEGDMA時，由於只有一端含有雙鍵，其形成的水凝膠的pH響應性及pH 敏感性大大增強。這主要是由於PEGDMA相當於大分子交聯劑，它的存在同時亦會束縛水凝膠 的網絡結構。而MPEG-MA則不然。4、 本發明P (LA-MAA-EG)水凝膠溶脹/反溶脹的動態研究水凝膠溶脹/反溶脹(pH敏感性)的動態研究結果表明。所有的水凝膠在pH7.2時都溶脹，而在pH1.2時收縮。而水凝膠的收縮速率要比溶脹速率快得多。同時當水凝膠在pH為7.2和 1. 2之間轉換時，溶脹率的變化隨著PMAA含量的增加其響應速度相應加快。P (LA-MAA-EG)水凝膠的pH敏感性主要是因為PMAA鏈段上的羧酸基團及聚乙二醇鏈段所決 定。當水凝膠浸泡在pH7.2的水溶液時，羧酸基團離子化，氫鍵斷裂，連同靜電排斥作用共 同導致凝膠網絡結構的擴張，結果導致水凝膠的親水性增加，溶脹率提高。但是在pH1.2時 ，氫鍵再次形成，水凝膠收縮，水凝膠的溶脹率急劇下降。因此，P(LA-MAA-EG)水凝膠的溶 脹與去溶脹動態性主要決定於P(LA-MAA-EG)共聚物中PMAA的含量，同時也應受到PEG的影響5、本發明P (LA-MAA-EG)水凝膠的降解特性動態研究P (LA-MAA-EG)水凝膠的PLA鏈段是可生物降解的，水凝膠的重量損失主要是由PLA鏈段的 酯鍵斷裂引起。因此，PLA含量對水凝膠的降解率影響極大。隨著PLA含量增加，水凝膠的重 量損失就增加。水凝膠的降解速率不僅受PLA含量影響，還受到大分子結構的親水性影響。當PEG含量增 加時，水凝膠重量損失增加。這一現象是因為當PEG含量增加時水凝膠的溶脹率(親水性) 增加，鑑於此酯鍵將變得更容易斷裂。同時，水凝膠的重量損失率還隨著PEG分子量的增加 而增加。這同樣是因為PEG分子量增加引起水凝膠網絡結構的交聯密度減少，而溶脹率(親 水性)增加所致。本發明P (LA-MAA-EG)水凝膠和現有P (MAA-EG)的對比實驗表明，本發明P (LA-MAA-EG)水 凝膠的在模擬體液下能生物降解，而P (MAA-EG)在相同條件下基本不降解。總的來說，本發明P(LA-MAA-EG)製備的水凝膠的重量損失率主要是由PLA鏈段的含量決 定的，但是水解的速度還受到水凝膠的溶脹率和介質pH值的影響。而PEG的含量和分子量也 能改變水凝膠的溶脹率和降解行為。本發明P (LA-MAA-EG)是一種既具有pH敏感性又具有良好 生物降解性的新型功能材料。上述實例結果表明，本發明P(LA-MAA-EG)中創造性地引入了可降解的聚乳酸鏈段，使其 在保持P (MAA-EG)水凝膠的pH敏感特性的同時，還具有了可生物降解特性。而這兩種特性決 定了本發明P(LA-MAA-EG)聚合物在藥物釋放控制體系、組織工程領域、可降解水凝膠及生物 醫用高分子材料等應用領域具有極好的應用前景，尤其是為實現蛋白質或多肽藥物的口服釋 放提供了一種新的選擇。本發明方法操作簡便、產物得率高、純度高、性質可控、適合於大 規模生產應用。
權利要求
1. 一種共聚物，其特徵在於其結構式為P(LA-MAA-EG)。
2. 根據權利要求l所述的共聚物，其特徵在於所述P(LA-MAA-EG)中 ，PMAA的重量百分比為20 70。/。， PEG的重量百分比為10 40。/。， PLA的重量百分比為20 700/0
3. 根據權利要求2所述的共聚物，其特徵在於所述P(LA-MAA-EG)中 ，PMAA的重量百分比為20 60。/。， PEG的重量百分比為10 20。/。， PLA的重量百分比為20 60。/t)
4. 根據權利要求2或3所述的共聚物，其特徵在於所述 P (LA-MAA-EG)中，PEG鏈段的相對分子質量為300 10000， PLA鏈段的相對分子質量為300 20000。
5. 根據權利要求4所述的共聚物，其特徵在於所述P(LA-MAA-EG)中 ，PEG鏈段的相對分子質量為300 2000; PLA鏈段的相對分子質量為500 2000。
6. 根據權利要求1 5任一項所述的共聚物，其特徵在於是由下述 方法製備而成的以DMPA作為引發劑，BIS作為交聯劑，以HEMA-PLA， MAA， PEGDMA為原料， 通過紫外光引發的自由基聚合反應合成P(LA-MAA-EG)水凝膠。
7. 一種製備權利要求1 6任一項所述的共聚物的方法，其特徵在於 包括下述步驟以DMPA作為引發劑，BIS作為交聯劑，以HEMA-PLA， MAA， PEGDMA為原料，通過紫外光 引發的自由基聚合反應合成P(LA-MAA-EG)水凝膠。
8. 權利要求l 6任一項所述的共聚物在製備溫度pH敏感型藥物釋放 控制體系、細胞包埋材料、組織修復材料、可降解水凝膠或組織工程材料中的用途。
9. 一種pH敏感型藥物組合物，是由權利要求1 6任一項所述的共聚 物裝載藥物活性成分製備而成的。
全文摘要
本發明涉及醫藥用高分子材料領域，具體涉及一種pH敏感，並可生物降解的共聚物及其製備方法和用途。該共聚物具有P(LA-MAA-EG)的結構。實驗結果表明，本發明P(LA-MAA-EG)共聚物具有多種優良特性，為需要使用pH敏感型共聚物的領域提供了一種新的選擇。
文檔編號C08F283/00GK101255222SQ200810300758
公開日2008年9月3日 申請日期2008年3月28日 優先權日2007年3月28日
發明者霞 趙, 錢志勇, 魏於全 申請人:四川大學