超分子結構的生物降解性醫藥高分子聚集體的製作方法

2023-07-29 15:02:11

專利名稱：超分子結構的生物降解性醫藥高分子聚集體的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種超分子結構的生物降解性醫藥高分子聚集體，這種高分子聚集體的結合可以被生物體內存在的酶分解。
過去使用的生物降解性高分子，已知已研究的有那些通過共價鍵或離子鍵載帶藥物而將藥物有效地搬運到細胞或組織中的親水性及水溶性高分子，及那些將藥物溶解或分散在材料中，通過材料的生物降解而緩慢釋放藥物的疏水性高分子材料。
但是，在前者的情況下，在向生物體內給藥時，是通過靶細胞或組織中的酶降解等使結合在高分子鏈上的藥物分別脫離。這種設計尚須解決提高高分子的藥物載帶率、改善藥物的穩定性、獲得藥物的靶區指向性等課題。另外，如果使藥物結合量增加，則導致高分子鏈自身的溶解性降低，酶向分解性基團的接近因立體障礙而受阻，生物降解性實際上下降。因此，藥物與高分子鏈的結合，必須選擇一種在合成上容易且藥物活性不被破壞的方法，而且這種結合方法還必須有適當的生物降解性。因此，在高分子醫藥品中，在如何選擇藥物和高分子的結合方法上還存在許多設計上的問題。
在後者的情況下，是通過聚合物材料自身的降解，材料中的溶解部分將分散的藥物釋放出來。此時，為了獲得按一定速率分解的藥物釋放性，必須控制材料中的藥物擴散，避免非降解時的藥物漏出，同時還要控制材料的生物降解性，並將材料的水解限制在表面上。
通常，材料的生物降解是通過酶或非酶水解進行的，因此從控制水向材料的侵入速度和水解速度的觀點出發，這種材料必須是疏水性的，這樣在限制了水的侵入速度的同時不得不提高生物降解性基團的水解性從而提高分解速度。但這樣會導致其製劑的保存穩定性降低及材料的生物適合性的降低，還引起製品化及適用部位受限制的問題。
這樣，在現有技術中要想將藥物和高分子鏈之間的結合的分解及解離性或從材料的藥物釋放性只控制在必須的時間、必須的部位及必須的量在事實上是不可能的。在這種背景下，迫切期待開發一種可以作為廣範圍適用的新型藥物載體的、能任意擬定藥物載帶量和藥物釋放特性的水溶性高分子，以及對患病時特異的生物降解應答而釋放藥物的水凝膠(hydrogel)。
本發明的目的在於提供一種超分子結構的生物降解性醫藥高分子聚集體，可以解決過去的生物降解性大分子存在的問題，這種高分子聚集體可以高效穩定地搬運大量藥物至釋放部位，可以在患病時非線性(pulse型)地在細胞內或組織內釋放藥物。
本發明中的高分子聚集體和過去的藥物結合高分子或藥物釋放材料不同，藥物不是結合在高分子鏈上或溶解分散在材料中，其特徵在於通過高分子聚集體的形成來保持藥物。
即通過一種超分子結構的生物降解性醫藥高分子聚集體來完成該目的，該超分子結構的生物降解性醫藥高分子聚集體是由藥物與α、β、γ-環糊精結合形成的多個藥物結合環狀化合物及、貫穿該環狀化合物的空洞的直鏈高分子化合物及、結合於該直鏈高分子化合物兩末端的生物降解性部位構成的。
作為使藥物與α、β、γ-環糊精結合形成的多個藥物結合環狀化合物，例如有絲裂黴素C-環糊精結合物、分子量較小的肽類藥物與環糊精的結合物等。
另外，關於和醫藥品形成結合物的α、β或γ-環糊精與貫穿這些環糊精的空洞的聚合物之間的關係，根據大阪大學原田博士的研究(表面談話會.「Colloid」懇話會，1994年Vol.32 No.2)，可知以下幾種聚合物有貫穿可能，1)α-環糊精的情況聚乙二醇2)β-環糊精的情況聚乙二醇、聚丙二醇、聚異丁烯3)γ-環糊精的情況聚乙二醇、聚丙二醇、聚異丁烯、聚甲基乙烯基醚另外，如果聚合物末端結合有龐大基團例如2，4-二硝基苯基、3，6-二硝基苯甲醯基時則不能貫穿，因此使用在末端結合有甲基、甲氧基、胺基等小官能基團的物質。
另外，聚乙二醇、聚丙二醇、聚異丁烯或它們的嵌段共聚物的平均分子量為200-5000，優選400-2000。
作為在直鏈狀高分子化合物兩端部上結合的生物降解性部們，優選具有低聚肽鏈或低聚糖鏈的部位，其中的低聚肽鏈是含有1-5個重複單元的由作為組成胺基酸的丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸、脯氨酸、色氨酸、天冬氨酸、穀氨酸、甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸、半醯氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸中的任意一種或幾種構成，其中的低聚糖鏈是含有1-5個重複單元的由作為組成多糖的葡聚糖、透明質酸、殼多糖、脫乙醯殼多糖、藻酸、硫酸軟骨素、澱粉、支鏈澱粉(pullulan)組成。
被結合在環糊精上的藥物，優選由因為立體障礙而難以被酶分解的單鏈的酯鍵或尿烷鍵構成。
被結合在環糊精上的藥物，有肽類藥物、絲裂黴素C等。
本發明的生物降解性醫藥高分子聚集體的特徵在於，藥物不是結合在高分子鏈上或溶解、分散於材料中，而是通過高分子聚集體的形成來保持藥物。因此，本發明的生物降解性醫藥高分子聚集體的藥物釋放不是通過藥物-高分子結合的各個分解而進行的，而是通過生物降解性醫藥高分子聚集體的一個部位的生物降解而導致聚集體全體的解離，由此來控制藥物釋放。即，被載帶的藥物與高分子鏈沒有任何結合，因此通過聚集體降解性部位的降解，可以使藥物在短時間內釋放出來，也可以只在患病時使藥物集中釋放出來。而且，還可通過控制生物降解性部位的降解速度及藥物部位從聚集體的脫離速度及每個聚集體的藥物載帶量而使藥物具有非線性(pulse型)的釋放特性。
本發明的高分子聚集體還具有能分別獨自地解決由藥物的結合導致的高分子鏈的溶解性降低的問題、藥物結合方式的選擇問題、生物降解部位的設計問題的優點。另外，本發明涉及的生物降解性醫藥高分子聚集體末端的生物降解部位，可通過適當的交聯劑等使其交聯，形成水凝膠(hydrogel)，避免無降解時的藥物漏出，從而只在應答真正的降解時釋放藥物。
附圖簡單說明

圖1是表示超分子結構的生物降解性高分子的凝膠滲透色譜分析結果圖。圖2是表示從超分子結構的生物降解性高分子釋放的α-環狀糊精結合體與時間的關係圖。圖3是表示藥物如何從超分子結構的生物降解性高分子釋放出來的模式圖。
以下通過實施例對本發明進行詳細說明。
實施例1經過以下所示的工序A-D，完成了本發明的實施例。
A)旋型環(rotaxane)的製備在藥物(絲裂黴素C)與α-環糊精形成的結合體的飽和水溶液中，滴加兩末端為氨基的聚乙二醇(PEG-BA，Mn＝1200)水溶液(10wt％)，攪拌，得到白色沉澱物(旋型環)。
B)在旋型環兩末端導入L-phe將過量的N末端保護L-苯丙氨酸(Z-L-phe)(3.38mmol)溶於N，N-二甲基甲醯胺-(DMF)中，加入三乙胺(3.73mmol)、鹽酸-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳化二亞胺(3.73mmol)，在0℃下攪拌6小時。然後加入旋型環·二甲基甲醛的懸浮液(0.169mmol)，在室溫下反應2天。
C)從Z-L-phe旋型環除去保護基(Z基)為了除去合成物兩末端的Z基，向N，N-二甲基甲醯胺(DMF)中加入反應混合物(2mmol)和鈀-碳(10wt％)，在氫氣環境中進行催化還原。反應在Ba(OH)2的混濁消失時停止。
D)精製L-phe-旋型環以二甲亞碸作為溶劑，用葡聚糖凝膠G-25(Shephadex G-25)作為載體，將得到的合成物用凝膠滲透色譜法(GPC)進行精製。
E-1)確認結構通過用紅外分光分析(IR)及核磁共振(13C和1H)(NMR)測定得到的精製物的結構，進行確認。
E-2)結果和討論在精製的生物降解性醫藥高分子聚合物的GPC中，在作為原料的聚乙二醇-BA、以及藥物與α-環糊精的結合體(以下稱為α-CD)的高分子量一側出現了分子量比它們更高的新的峰(參照圖1)。
通過紅外線分光分析(IR)及核磁共振(13C和』H)(NMR)測定結構可確認合成了如上設計的超分子結構高分子(L-phe-旋型環)。
F-1)分析生物降解性將精製的L-phe-旋型環溶解於木瓜蛋白酶緩衝液(5mM檸檬酸、58mM的Na2HPO4、2mM EDTA、10mM的巰基乙醇、PH7.1)(20Unit/ml)中(20wt％)，在37℃(相當於體溫)下攪拌。由木瓜蛋白酶引起的旋型環末端肽基的酶分解通過GPC進行解析，藥物-α-環糊精結合體的釋放性通過1-苯胺基-8-萘磺酸(ANS)的螢光強度測定(Ex＝350.0nm、Em＝500.0nm)進行解析。
F-2)結果及討論下面對由酶引起的該L-phe-旋型環末端肽基的分解及同時進行的α-CD釋放進行研究，發現木瓜蛋白酶開始分解10小時後，GPC的L-phe-旋型環的峰向低分子量側移動。此時通過ANS的螢光強度變化來測定解離的α-CD的濃度，發現在開始分解5小時後α-CD的濃度幾乎穩定在一定水平。因此確認了α-CD從超分子結構高分子的釋放(圖2)。
在木瓜蛋白酶不存在的條件下，又進行了其他條件相同的實驗，此時沒有發現ANS螢光(圖2)。從這些情況可以推斷出合成的生物降解性醫藥高分子聚集體通過其特有的超分子結構保持α-CD，通過木瓜蛋白酶(酶)使末端L-phe基降解，由此使貫穿於聚乙二醇(PEG)的α-CD脫離釋放出來。
實施例2在生物體內(消化系統)的各部位存在如下的分解酶。
a)口腔α-澱粉酶、舌脂肪酶b)胃胃蛋白酶、胃澱粉酶、胃脂肪酶c)小腸1)胰液糜蛋白酶、胰蛋白酶、胰彈性蛋白酶、羧基肽酶A、羧基肽酶B、α-澱粉酶、胰脂肪酶、膽固醇脂酶、磷脂酶A2。
2)刷狀緣面(Brush border bound)α-極限糊精酶、麥芽糖酶、乳糖酶、蔗糖酶、氨基寡肽酶、氨基肽酶、脫肽酶I、脫肽酶III、脫肽基氨基肽酶IV。
3)黏膜細胞質二肽酶、氨基三肽酶、蛋白質二肽酶d)結腸β-葡糖苷酸酶、β-半乳糖苷酶、葡糖苷酶、葡聚糖酶、脲酶、偶氮還原酶、Cholanoyl glycine水解酶、羥基甾類、hydroxycholanoyl-dihydroxylase、氧化還原酶。
研究發現，作為可被這些酶中的任何一種分解而且在末端可以和聚乙二醇結合的部位，可以是包含1-5個重複單元的由丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異高氨酸、蛋氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、天冬氨酸、穀氨酸、甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸等組成胺基酸中的任何一種或幾種構成的低聚肽鏈，或者是含1-5個重複單元的由葡聚糖、透明質酸、殼多糖、脫乙醯殼多糖、藻酸、硫酸軟骨素、澱粉、支鏈澱粉(pullulan)中的任何一種或幾種構成的低聚糖鏈。
根據對上述實施例的深入研究，通過以下方法可製造出合適材料合適部位的超分子結構的生物降解性醫藥高分子聚集體。
(1)選擇能和藥物形成結合物的環糊精的種類(α、β、γ)。
(2)選擇貫穿該環糊精結合物空洞的直鏈高分子以及(3)選擇末端部位，該末端部位可以被需要治療的生物體內存在的酶分解，同時還能防止前面使用的環糊精結合物從直鏈高分子脫離。
如上所述，本發明涉及的超分子結構生物降解性聚集體，通過體內存在的不同種類的酶，在醫藥高分子聚集體到達目的部位時可以非線性(pulse型)地釋放藥物。因此，本發明通過材料設計，可以實現利用先有技術不能完成的藥物給藥方案。
即，給藥時不僅要預先考慮病人的患病程度，也要考慮機體對藥物的敏感性周期等體內變化，在考慮這些情況的基礎上，控制必須的給藥量，可以實施所謂的時辰藥理學的藥物活療方法。
其結果，對於糖尿病、哮喘、類風溼性關節炎等期待具有更好的治療效果的各種慢性疾病，利用本發明可以提供有效的藥物治療。
權利要求
1.一種超分子結構的生物降解性醫藥高分子聚集體，它是由藥物和α、β、γ-環糊精結合形成的多個藥物結合環狀化合物及、貫穿於該環狀化合物空洞的直鏈高分子化合物及、結合於該直鏈高分子化合物兩末端的生物降解性部位構成。
2.如權利要求1中記載的超分子結構的生物降解性醫藥高分子聚集體，其特徵在於，貫穿於環狀化合物的空洞的直鏈高分子化合物是由聚乙二醇、聚丙二醇、聚異丁烯或它們的嵌段共聚物構成。
3.權利要求1中記載的超分子結構的生物降解性醫藥高分子聚集體，其結合於直鏈高分子化合物的兩末端的生物降解性部位是含有1-5個重複單元的由丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、天冬氨酸、穀氨酸、甘氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸中的任何一種或幾種組成胺基酸構成的低聚肽鏈、或者是含有1-5個重複單元的由葡聚糖、透明質酸、殼多糖、脫乙醯殼多糖、藻酸、硫酸軟骨素、澱粉、支鏈澱粉(pullulan)中的任何一種或幾種構成的低聚糖鏈。
4.權利要求2中記載的超分子結構的生物降解性醫藥高分子聚集體，其中聚乙二醇、聚丙二醇、聚異丁烯或它們的嵌段共聚物的平均分子量為200-5000，優選400-2000。
5.權利要求1中記載的超分子結構的生物降解性醫藥高分子聚集體，其特徵在於，藥物與環糊精之間的結合是因立體障礙而難以被酶分解的單鏈的酯鍵或尿烷鍵。
6.權利要求1中記載的超分子結構的生物降解性醫藥高分子聚集體，其中結合於環糊精的藥物是肽類藥物。
全文摘要
作為能廣範圍應用的新型藥物載體，本發明提供了一種能任意擬定藥物載帶量和藥物釋放特性的水溶性高分子，以及在患病時應管特異的生物降解而釋放藥物的超分子結構的生物降解性醫藥高分子聚集體，該聚集體由藥物與α、β或γ-環糊精結合形成的多個藥物結合環狀化合物及、貫穿於該環狀化合物空洞的直鏈高分子化合物、以及結合於該直鏈高分子化合物兩末端的生物降解性部位構成。
文檔編號A61K38/00GK1135720SQ95190936
公開日1996年11月13日 申請日期1995年5月12日 優先權日1994年9月24日
發明者由井伸彥 申請人:由井伸彥