溫度敏感型嵌段共聚物及其水凝膠和其用途的製作方法

2023-12-09 05:37:51 1

專利名稱：溫度敏感型嵌段共聚物及其水凝膠和其用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及溫度敏感型嵌段共聚物及其水凝膠和其用途。
背景技術：
某些高分子材料的水溶液隨溫度的升高而發生相轉變，由室溫下自由流動的液體狀態轉變為較高溫度(如生理溫度)下不流動的固體或半固體狀態，形成所謂的高分子水凝膠一一溫度敏感原位凝膠。近年來，由於其良好的生物相容性、與用藥部位尤其是黏膜組織親和力強、滯留時間長、良好的控制釋藥性能，溫敏型凝膠在生物、醫學、藥學領域備受關注。凝膠化過程不涉及任何有機溶劑，且固化成型不受病患部位幾何形狀的限制，溫敏型高分子水凝膠是理想的藥物控制釋放系統和組織工程支架材料。目前專利和文獻資料報導的溫敏型凝膠的高分子材料主要有兩類一類為泊洛沙姆，即聚氧乙烯(PEO)-聚氧炳烯(PPO)-聚氧乙烯(PEO)三嵌段共聚物PE0-PP0-PE0，主要是泊洛沙姆407，如CN1230108A、 CN101444477A、CN101185650A、CN1377706A、CN02109503. 5、CN100422268C、CN101342142A、CN1593386A。雖然泊洛沙姆具有良好的生物相容性、安全性和無刺激過敏性，但其不可生物降解，且用量很大，成本高。另一類是以聚乙二醇為親水鏈段、可降解聚酯為疏水鏈段的兩親性嵌段共聚物，如 US5702717、US6004573、US6117949、US6201072、US200276431 和US2006034889公開了聚酯-聚乙二醇-聚酯、聚乙二醇-聚酯-聚乙二醇，它們具有溫敏性質，可形成溫敏原位凝膠。而以聚(2-烷基-2-噁唑啉)(PAOz)，例如聚(2-乙基-2-噁唑啉)(PEOz)為親水鏈段的嵌段共聚物溫敏原位凝膠材料尚未見報導。

發明內容
一方面，本發明的目的是提供一種具有溫敏性質的可生物降解的嵌段共聚物。該共聚物具有良好的生物相容性，其製備方法簡單，具有隨溫度變化從溶液到凝膠轉變的特性。該嵌段共聚物是由聚(2-烷基-2-噁唑啉)(PAOz)嵌段B與聚酯(PE)嵌段A組成的BAB,ABA型的嵌段共聚物或包含BAB、ABA型嵌段的共聚物。其中，所述的PAOz嵌段的數均分子量為300 20000 ；PE嵌段的數均分子量為500 10000 ；PE嵌段的數均分子量與PAOz嵌段的數均分質量的比值為0. 3 2. 5。優選PAOz嵌段的數均分子量為500 15000 ;PE嵌段的數均分子量為800 8000 ；PE嵌段的數均分子量與PAOz嵌段的數均分子量的比值為0. 8 2。更優選PAOz嵌段的數均分子量為800 5000 ；PE嵌段的數均分子量為1000 5000 ；PE嵌段的數均分子量與PAOz嵌段的數均分子量的比值為I I. 6。所述的聚(2-烷基-2-噁唑啉)(PAOz)嵌段中的烷基包括含有1-6個碳原子的烷基，例如甲基、乙基、正丙基、正丁基，優選甲基、乙基、正丙基，更優選甲基、乙基。所述的PE嵌段包括聚乳酸、聚己內酯、聚丁內酯、聚戊內酯、聚丙交脂乙交酯。另一方面，本發明的目的是提供上述的PA0z-PE-PA0z三嵌段(BAB)共聚物的製備方法，其特徵在於包括以下過程(I)將2-烷基-2-噁唑啉、乙腈、對甲苯磺酸甲酯依次加入到預先乾燥並充氮氣的反應瓶中。然後置於80°C油浴中，攪拌反應30h。冷卻後，向反應瓶中加入KOH的甲醇溶液後，繼續反應4h。通過旋轉蒸發除去溶劑，殘餘物用THF溶解，過矽膠柱以除去對甲苯磺酸鹽。流出液倒入過量的冷乙醚中沉澱、抽濾，然後真空乾燥12h，得到PAOz-OH粉末。(2)將(I)得到的PAOz-OH溶於精製的氯苯中，在氮氣氛下加入聚酯的單體，加入辛酸亞錫，在140°C溫度下反應24h。將反應液倒入過量的乙醚中沉澱、過濾，在室溫下真空乾燥12h，得到二嵌段共聚物PA0z-PE。(3)將⑵得到的PAOz-PE和4- 二甲氨基吡啶溶於二氯甲烷中，並用冰水混合物冷卻至o°c，然後將交聯劑(如己二醯氯，二異氰酸酯，等等)的二氯甲烷溶液滴入上述溶液中，回流反應48h ;反應後的溶液用水洗滌兩次， 無水硫酸鎂乾燥，乙醚中沉澱，真空乾燥即得本發明的三嵌段共聚物PAOz-PE-PAOz。另一方面，本發明的目的是提供上述的PE-PAOz-PE三嵌段(ABA)共聚物的製備方法，其特徵在於包括以下過程(I)將2-烷基-2-噁唑啉和引發劑I，4- 二溴-2- 丁烯溶於乾燥的丙酮中，在氮氣氛下於100°C攪拌回流20h。冷卻至室溫後，向反應瓶中加入KOH的甲醇溶液後，繼續反應4h。過矽膠柱，流出液倒入過量的冷乙醚中沉澱、抽濾，真空乾燥24h，得到HO-PAOz-OH粉末。(2)將(I)得到的HO-PAOz-OH溶於精製的氯苯中，在氮氣氛下加入聚酯的單體，力口入辛酸亞錫，在140°C溫度下反應24h。將反應液倒入過量的乙醚中沉澱、過濾，在室溫下真空乾燥12h，得到本發明的三嵌段共聚物PE-PAOz-PE。另一方面，本發明的目的是提供溫敏型嵌段共聚物在藥物輸送系統、組織工程領域、可降解水凝膠以及生物醫用高分子材料中的用途。其特徵是所述嵌段共聚物溶液與藥物、酶、細胞組合形成液體狀態組合物，通過溫度變化形成凝膠，用於控制藥物、酶、及所含物質的釋放，或細胞、酶的固定、細胞培養、組織(如角膜、骨、皮膚等)缺損的修復，或用於栓塞，或用於食品、保健品。另一方面，本發明的目的是提供一種藥物組合物。該藥物組合物是上述的嵌段共聚物包載藥物活性成分製備而成的。其中所述藥物為蛋白質、多肽或多糖類藥物以及小分子藥物。本發明的共聚物在常規條件是固體或粘稠液體，能溶於水形成水溶液。本發明的三嵌段共聚物的水溶液在20 80°C的溫度範圍內隨溫度變化具有溶液-凝膠相互轉變的性質，其中三嵌段共聚物的含量為5 80%。可通過改變親水鏈段和疏水鏈段的分子量、共聚物溶液的濃度，實現溶液-凝膠相轉變溫度的可控性。上述的溫敏型三嵌段共聚物的水凝膠體系是將共聚物均勻分散或溶解到水介質中，形成自由流動的水狀液體系，再通過溫度變化形成不流動的凝膠狀態。所述的水介質是含水的液態體系，如純水、生理鹽水、磷酸鹽緩衝液、細胞培養液、有機或無機物的水溶液、水乳液或水分散液、組織液、血液、動物或人的體液。本發明中的「溫敏型共聚物」，其「溫敏」是指共聚物的水溶液具有隨溫度變化發生溶液-凝膠轉變的性質。本發明中的「原位凝膠」指具有隨溫度變化發生溶液-凝膠轉變性質的聚合物水溶液或水狀液，所述的溶液代表可流動的液體。
本發明中的「水凝膠體系」是指含有共聚物和水的體系，可以是液體或凝膠狀態，該體系具有隨溫度變化發生溶液-凝膠或凝膠-溶液相互轉變的性質，即至少存在一個臨界溶液-凝膠轉變溫度。該水凝膠中除了共聚物和水之外，還可以含有其他物質，如鹽、藥物、酶、細胞等。上述的共聚物水凝膠體系，其特徵是在不同溫度下分別以可流動的液體狀態和凝膠狀態存在，隨體系或環境溫度的變化發生由液態到凝膠態或由凝膠態到液態的轉變。上述水凝膠的製備是首先把共聚物均勻分散或溶解到水介質中，形成自由流動的水狀液體系，再通過溫度變化形成不流動的凝膠狀態。本發明中，共聚物溫敏水凝膠體系的溶液-凝膠轉變溫度及凝膠性質與嵌段共聚物的分子結構、分子量、濃度及水凝膠體系中所含的其它物質如鹽、藥物、大分子物質等有關。可以通過調節共聚物的上述結構因素、濃度和水介質組成調節水凝膠體系的溶液-凝膠轉變溫度和凝膠強度。較大分子質量的共聚物在較低含量下就具有溶液-凝膠轉變性 質，但凝膠強度較弱。一般地，濃度越大、分子量越高，越易形成凝膠且強度較大。本發明中，嵌段共聚物在體內的降解速度可以通過聚酯或聚酸酐的種類和化學組成以及鏈段的長短等因素來調節。本發明中所述的嵌段共聚物可以與其它原位凝膠材料如泊洛沙姆、聚乙二醇與聚乳酸嵌段共聚物、聚乙二醇與聚乙交酯丙交酯共聚物、聚乙二醇與殼聚糖的共聚物等混合使用，或與其它高分子材料如羥丙基甲級纖維素、羧甲基纖維素鈉、殼聚糖、卡泊姆、明膠等混合使用，或與表面活性劑如吐溫20、吐溫40、吐溫60、吐溫80等混合使用，或與醇如丙二醇、甘油、山梨醇、木糖醇、甘露醇等混合使用，製備組合聚合物原位凝膠，以調節藥物的釋放速率、凝膠溫度和凝膠強度。本發明中的嵌段共聚物能夠在體內生物降解，降解產物無毒無害，其水凝膠具有吸水性、通透性和生物相容性，是一類新型的合成高分子溫敏水凝膠材料，具有廣泛的生物、醫學、藥學和其它方面的應用。可為定位注射製劑和藥物的控制釋放提供適宜的給藥系統，也可為酶固定、細胞培養、組織工程等提供凝膠基質和有效手段，以及為食品、保健品等領域的各種水溶液或水狀液體系的凝膠化提供適宜的材料和技術。本發明方法操作簡便，產物收率高、純度高、性質可控，適於大規模生產應用。


圖I為實施例I所製得的共聚物的核磁氫譜。圖2為實施例I所製得的共聚物的溶液-凝膠轉變相圖。圖3為實施例I所製得的共聚物的凝膠的體外釋放曲線。圖4為實施例I所製得的共聚物的凝膠對成纖維細胞的增殖作用。
具體實施例方式以下實施例用於進一步詳細說明本發明，但絕對不是對本發明範圍的限制。實施例I :聚(2-乙基-2-噁唑啉)-聚乳酸-聚(2-乙基-2-噁唑啉)(PEOz 1000-PLA2300-PE0z 1000)的合成在裝有攪拌器的三口燒瓶中，加入2-乙基-2-噁唑啉(10g，150mmOl)、乙腈(40mL)、對甲苯磺酸甲酯(0. 47g),在80°C的油浴溫度下、氮氣氛攪拌反應30h。冷卻後,力口A KOH的甲醇溶液後，繼續反應4h。除去溶劑，殘餘物用THF溶解，過矽膠柱，流出液倒入過量的冷乙醚中沉澱、抽濾，真空乾燥12h。將得到PEOz-OH粉末(4g)溶於氯苯(SOmL)，在氮氣氛下加入D，L-丙交酯￠. 3g)和辛酸亞錫(0.63g)，在140°C溫度下反應24h。將反應液倒入過量的乙醚中沉澱、過濾，在室溫下真空乾燥12h。將得到的PEOz-PLA(0. 47g)和4-二甲氨基吡啶(0.47g)溶於二氯甲烷中，並用冰水混合物冷卻至0°C，然後將交聯劑己二醯氯(0.47g)的二氯甲烷溶液滴入上述溶液中，回流反應48h ;反應後的溶液用水洗滌兩次，無水硫酸鎂乾燥，乙醚中沉澱，真空乾燥即得本發明的三嵌段共聚物PEOz 1000-PLA1600-PE0z 1000 圖I為共聚物的核磁氫譜圖。實施例2 :聚(2-甲基-2-噁唑啉)-聚己內酯-聚(2-甲基_2_噁唑啉)(PMOz 1200-PCL2000-PM0z 1200)的合成在裝有攪拌器的三口燒瓶中，加入2-甲基-2-噁唑啉(15g)、乙腈(40mL)、對甲苯 磺酸甲酯(0. 47g),在80°C的油浴溫度下、氮氣氛攪拌反應30h。冷卻後,加入KOH的甲醇溶液後，繼續反應4h。除去溶劑，殘餘物用THF溶解，過矽膠柱，流出液倒入過量的冷乙醚中沉澱、抽濾，真空乾燥12h。將得到PMOz-OH粉末(0. 47g)溶於氯苯(40mL)，在氮氣氛下加入己內酯(0. 47g)和辛酸亞錫(0. 47g)，在140°C溫度下反應24h。將反應液倒入過量的乙醚中沉澱、過濾，在室溫下真空乾燥12h。將得到的PEOz-PLA(0.47g)和4-二甲氨基吡啶(0. 47g)溶於二氯甲烷中，並用冰水混合物冷卻至(TC，然後將交聯劑1，6_己二異氰酸酯(0. 47g)的二氯甲烷溶液滴入上述溶液中，回流反應48h;反應後的溶液用水洗滌兩次，無水硫酸鎂乾燥，乙醚中沉澱，真空乾燥即得本發明的三嵌段共聚物PMOz 1200-PCL2000-PM0Z1200。此外，交聯劑二異氰酸酯還包括甲苯二異氰酸酯、異氟爾酮二異氰酸酯、二苯基甲烷-4』，4_ 二異氰酸酯，等等。實施例3 :聚乳酸-聚(2-乙基-2-噁唑啉)-聚乳酸(PLA900-PE0z3000-PLA900)的合成將2-乙基-2-噁唑啉(9. 9g)和I，4_ 二溴-2- 丁烯(420mg)溶於丙酮(40mL)，在氮氣氛下於100°c (攪拌回流20h。冷卻至室溫後，向反應瓶中加入0. lmol/L KOH的甲醇溶液(40mL)後，繼續反應4h。過矽膠柱，流出液倒入過量的冷乙醚中沉澱、抽濾，真空乾燥24h。將得到HO-PEOz-OH粉末(2g)溶於氯苯(20mL)，在氮氣氛下加入D，L-丙交酯(0. 58g)和辛酸亞錫(30mg)，在140°C溫度下反應24h。將反應液倒入過量的乙醚中沉澱、過濾，在室溫下真空乾燥12h，得到本發明的三嵌段共聚物PLA900-PE0z3000-PLA900。實施例4 :聚丙交脂乙交酯-聚(2-乙基-2-噁唑啉)-聚丙交脂乙交酯(PLGA900-PE0z3000-PLGA900)的合成將2-乙基-2-噁唑啉(9. 9g)和I，4_ 二溴_2_ 丁烯(0. 47g)溶於丙酮(40mL)，在氮氣氛下於100°c攪拌回流20h。冷卻至室溫後，向反應瓶中加入0. lmol/L KOH的甲醇溶液(40mL)後，繼續反應4h。過矽膠柱，流出液倒入過量的冷乙醚中沉澱、抽濾，真空乾燥24h。將得到HO-PEOz-OH粉末(2g)溶於氯苯(20mL)，在氮氣氛下加入D，L-丙交酯(I. 26g)、乙交酯(0. 51g)和辛酸亞錫(30mg)，在140°C溫度下反應24h。將反應液倒入過量的乙醚中沉澱、過濾，在室溫下真空乾燥12h，得到本發明的三嵌段共聚物PLGA900-PE0z3000-PLGA900。實施例5 :溶液-凝膠相互轉變相圖的製備
採用試管翻轉法。當體系處於流動狀態時，稱為溶液態；當體系處於不流動的半固體或固體狀態時，稱為凝膠態。將實施例I中得到的聚合物配製5% 24%的系列濃度的水溶液，每升高I °C觀察溶液的膠凝情況，並在每個具體溫度時，樣品保持20min。當聚合物的水溶液在試管翻轉時Imin內保持不流動的狀態，則認為形成凝膠。圖2為共聚物的不同濃度的溶液-凝膠轉變相圖。實施例6 :含藥凝膠的製備和體外釋放行為在室溫下將實施例I制 得的共聚物與藥物(降鈣素)溶於生理鹽水中，配製共聚物的濃度為15mg/100ml的水溶液，將Iml的上述溶液置於IOml的試管中，於37°C的恆溫水浴中溫育30min,使其完全膠凝。然後向試管中加入4ml磷酸鹽緩衝液(pH7. 4)作為釋放介質，並置於37°C、100rpm的的恆溫振蕩器中。在預定的時間點取樣1ml，並補充相同體積的新鮮釋放介質。將取出的釋放介質以0. 45 y m的微孔濾膜過濾，續濾液用高效液相色譜法測定藥物的含量，計算累積釋藥百分數，釋放曲線見圖3。降鈣素在最初的I小時內以較快的速率從凝膠中釋放出來，累積釋放百分數達到42%。隨後，釋放速率降低。7天的累積釋放百分數為82%。結果表明，本發明的共聚物的水凝膠呈現緩慢釋藥的特徵。實施例7 :本發明的共聚物凝膠對成纖維細胞生長的影響實驗組用含15 %的實施例I製得的共聚物和10 % FBS的DMEM培養液培養，對照組為用不加實施例I製得的共聚物，僅含10% FBS的DMEM培養液培養，每組6孔。取生長良好的第6-10代人皮膚成纖維細胞HSFCs，調整細胞濃度至2 X IO4個/mL，接種於96孔板，每孔接種IOOii L細胞懸液。另設調零孔，僅加IOOii L培養液。在37°C、5% CO2培養箱中培養。分別於第1、3、5、7天以MTT法觀察其增殖情況。每孔加MTT溶液20 ii L，標準條件下孵育4h，吸棄孔內液體，每孔加三聯液(100ml溶液含IOg SDS，5mL異丁醇，0. ImL IOM的HCl) 100 u L，混勻後37°C放置過夜，用酶標儀在540nm波長測吸光度值(0D值)，計算細胞相對存活率。圖4為實施例I所製得的共聚物的凝膠對成纖維細胞的增殖作用。結果表明，本發明的共聚物的水凝膠對HSFCs的生長具有明顯的促進作用。雖然已利用上述具體的實施方案對本發明進行了描述，但應認識到，本領域的技術人員還可進行各種的改進或改變，而且它們也應在如權利要求書限定的本發明的範圍之內。
權利要求
1.一種溫敏型嵌段共聚物，其特徵是該嵌段共聚物由聚(2-烷基-2-噁唑啉)(PAOz)嵌段B和聚酯(PE)嵌段A組成的BAB或ABA型的三嵌段共聚物或包含該三嵌段的共聚物。
2.如權利要求I所述的嵌段共聚物，其特徵是所述的PAOz嵌段的數均分子量為300 20000 ；PE嵌段的數均分子量為500 10000 ；PE嵌段的數均分子量與PAOz嵌段的數均分子量的比值為0. 3 2. 5 ;優選PAOz嵌段的數均分子量為500 15000 ；PE嵌段的數均分子量為800 8000 ；PE嵌段的數均分子量與PAOz嵌段的數均分子量的比值為0. 8 2 ;更優選PAOz嵌段的數均分子量為800 5000 ；PE嵌段的數均分子量為1000 5000 ；PE嵌段的數均分子量與PAOz嵌段的數均分子量的比值為I I. 6。
3.如權利要求1-2任一項所述的嵌段共聚物，其特徵是所述的聚(2-烷基-2-噁唑啉)(PAOz)嵌段中的烷基選自C1-6烷基，例如甲基、乙基、正丙基和正丁基，優選選自甲基、乙基和正丙基，更優選選自甲基和乙基。
4.如權利要求1-3任一項所述的嵌段共聚物，其特徵是所述的PE嵌段選自聚乳酸、聚己內酯、聚丁內酯、聚戊內酯和聚丙交脂乙交酯。
5.一種水凝膠，包含基於水凝膠總重量計含量為5 80重量％的如權利要求1-4任一項所述的嵌段共聚物，其特徵是該水凝膠在20 80°C的溫度範圍內隨溫度變化具有溶液-凝膠相互轉變的性質。
6.如權利要求5的水凝膠，其還含有其它原位凝膠材料，例如選自泊洛沙姆、聚乙二醇與聚乳酸嵌段共聚物、聚乙二醇與聚乙交酯丙交酯共聚物和聚乙二醇與殼聚糖的共聚物，和/或其它高分子材料，例如選自羥丙基甲級纖維素、羧甲基纖維素鈉、殼聚糖、卡泊姆和明膠，和/或表面活性劑，例如選自吐溫20、吐溫40、吐溫60和吐溫80，和/或醇類，例如選自丙二醇、甘油、山梨醇、木糖醇和甘露醇。
7.如權利要求5或6所述的水凝膠的製備方法，其特徵是將所述嵌段共聚物和任選其它的原位凝膠材料均勻分散或溶解到水介質中，形成自由流動的水狀液體，再通過溫度變化形成不流動的凝膠狀態。
8.如權利要求7的製備方法，其特徵是所述的水介質是含水的液態體系，如純水、生理鹽水、磷酸鹽緩衝液、細胞培養液、有機或無機物的水溶液、水乳液或水分散液、組織液、血液、動物或人的體液。
9.如權利要求5或6所述的水凝膠用於控制藥物、酶、或所含物質的釋放，或細胞、酶的固定、細胞培養、組織的修復，或用於栓塞，或用於食品、保健品的應用。
10.權利要求9的應用，其中所述藥物為蛋白質、多肽或多糖類藥物或為小分子藥物。
全文摘要
本發明涉及一種嵌段共聚物及其水凝膠和其用途。本發明的嵌段共聚物為溫度敏感的具有溶液-凝膠轉變特性的嵌段共聚物。具體為，本發明的嵌段共聚物為由聚(2-烷基-2-噁唑啉)(PAOz)嵌段B與聚酯(PE)嵌段A組成的BAB、ABA型的三嵌段共聚物或包含該三嵌段的共聚物，其水溶液隨著溫度的升高發生溶液-凝膠相轉變，相轉變溫度為20～80℃，具有良好的生物相容性和生物可降解性。本發明共聚物可為定位注射製劑和藥物的控制釋放提供適宜的給藥系統，也可為酶固定、細胞培養、組織工程、血管栓塞等提供凝膠基質和有效手段，以及為食品、保健品等領域的各種水溶液或水狀液體系的凝膠化提供適宜的材料和技術。本發明方法操作簡便，產物收率高、純度高、性質可控，適於大規模生產應用。
文檔編號C08G81/00GK102731791SQ20111009139
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月13日 優先權日2011年4月13日
發明者劉豔, 周豔霞, 李馨儒, 王小寧 申請人:北京大學