CN101426530B - 创伤愈合聚合物组合物及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供生物活性聚合物组合物,通过调整该组合物的各种组分,其可以被配制为在控制的速率下释放创伤愈合剂。该组合物可以被用在外伤敷料中,作为聚合物植入物,用于将创伤愈合剂递送至体内部位,或者作为可植入手术器械表面的涂层而递送创伤愈合剂,该创伤愈合剂共价连接生物相容的、可生物降解的聚合物和/或被包埋在水凝胶内。也提供了使用本发明生物活性聚合物组合物,促进伤口自然愈合的方法,特别是慢性创伤。用于形成血液相容的亲水层或涂层的生物可降解共聚物聚酯的实例包括共聚聚酰胺酯、共聚聚酯型氨基甲酸酯、乙交酯-丙交酯共聚物、乙交酯-己内酯共聚物、聚-3-羟基丁酸酯戊酸酯共聚物以及环二酯单体、3(S)[(烷氧基羰基)甲基]-1,4-二噁烷-2,5-二酮与L-丙交酯的共聚物。乙交酯-丙交酯共聚物包括采用单体摩尔比范围为5∶95至95∶5的乙醇酸与L-丙醇酸而形成的聚(乙交酯-L-丙交酯)共聚物,优选地,乙醇酸与L-丙醇酸的单体摩尔比范围为45∶65至95∶5。乙交酯-己内酯共聚物包括乙交酯和ε-己内酯嵌段共聚物,例如单乔(Monocryl)或聚卡普隆(Poliglecaprone)。
Description
相关申请
本申请在35 U.S.C.119(e)下,依赖于2004年5月12日提出的美国临时申请第60/570,668号和2004年8月27日提出的第60/605,381号的优先权,它们中的每一篇的内容在此被全部引入作为参考。
发明领域
本发明一般涉及用于创伤愈合的组合物,具体而言,涉及促进伤口部位愈合的可生物降解的聚合物组合物。
背景技术
覆盖血管内层的正常内皮与血液独特地和完全地相容。内皮细胞引发代谢过程,如分泌前列环素和内皮细胞舒血管因子(endothelium-derived relaxing factor(EDRF)),这有效地阻碍血小板在血管壁沉积和血管壁的血栓形成。然而,血管系统中的受损动脉表面对血栓形成高度敏感。在已经发生了内皮、中层和外膜损伤的血管中,导致血栓形成的异常的血小板沉积更有可能发生。虽然全身性药物已经被用于防止凝血和抑制血小板聚集,但是还存在着对可以直接处理受损血管以防止血栓形成和随后的内膜平滑肌细胞增殖的方法的需求。
目前针对狭窄或闭塞血管的治疗方案包括机械介入。然而,这些技术也能加重损伤,促使新的平滑肌细胞增殖和新内膜生长。例如,通常应用球囊血管成形术来处理狭窄的动脉,这涉及用可膨胀导管对血管进行机械扩张。此方法的有效性在一些患者中受到限制,因为该处理本身损伤血管,从而诱导平滑肌细胞的增殖和血管的再闭塞或再狭窄。已经估算,经球囊血管成形术和/或支架治疗的患者中的大约30%至40%在所述操作的1年内可能经历再狭窄。
为了克服这些问题,已经采取了许多方法来提供可用于修复受损血管的支架。在一个方面,支架本身通过提供较大的腔以机械方式降低再狭窄。例如,一些支架随时间逐渐扩大。为了防止植入支架期间对腔壁的损伤,许多支架以安装在球囊导管部分扩张的球囊上的收缩形式被植入,随后在原位被扩张以便和腔壁接触。美国专利号5,059,211公开了用于支撑冠状动脉内壁的可扩张支架,其中的支架主体由多孔的可生物吸收材料制成。为了有助于在植入这种支架期间避免对血管的损伤,美国专利号5,662,960公开了混合水凝胶(commingledhydrogel)制成的减少摩擦涂层,其适用于可以被施加在支架表面的聚合塑料、橡胶或金属基材上。
影响细胞增殖的许多药剂(agent)已经作为对狭窄和再狭窄的药物治疗而被测试,目的是减缓或抑制平滑肌细胞增殖。这些药剂包括肝素、香豆素、乙酰水杨酸、鱼油、钙拮抗剂、类固醇、前列环素、紫外线照射和其它组分。这些药剂可以被全身性应用,或者可以应用药物输送导管或药物洗脱支架基于更加局部的方式被输送。特别地,可以将带有药物的生物可降解聚合物基质在治疗部位植入。随着聚合物的降解,药物在治疗部位直接被释放出来。药物被输送的速率取决于聚合物基质被机体再吸收的速率。授予Kaplan的美国专利号5,342,348和授予Norciso的美国专利号5,419,760是这种技术的示例。美国专利号5,766,710公开了由不同熔融温度的复合的生物可降解聚合物形成的支架。
由多孔聚合物或烧结金属颗粒或纤维形成的多孔支架也已被用于在受损血管中释放治疗药物,如美国专利号5,843,172所公开。然而,围绕多孔支架的组织趋向于渗入孔中。在一些用途中,认为促进组织向内生长的孔是起反作用的,因为新内膜的生长可以闭塞被放置了支架的动脉或其它体腔。
通过应用网格血管内支架(latticed intravascular stent),药物向受损动脉壁部分的输送也得以研究,所述血管内支架已经被种植(beseed with)了经人工改造以分泌治疗性蛋白质如t-PA的绵羊内皮细胞(D.A.Dichek等,Circulation,80:1347-1353,1989)。然而,已知内皮能够促进凝血和血栓形成。
控制受损动脉或静脉的愈合的另一种方法是诱导新内膜细胞中的编程性细胞死亡,以减少狭窄损害的尺寸。授予Gibbons等的美国专利第5,776,905号描述了通过给予反义寡核苷酸而诱导编程性细胞死亡,反义寡核苷酸对抗抗凋亡基因,bcl-x,该基因由新内膜细胞在高水平下表达。这些反义寡核苷酸意图阻碍抗凋亡基因bcl-x的表达,使得新内膜细胞被诱导经历编程性细胞死亡。
在某些条件下,身体自然地产生另一种药物,一氧化氮,在其很多的作用中,其对编程性细胞死亡有影响。如在授予Amin等的美国专利第5,759,836号中所解释,一氧化氮(NO)是通过诱导酶即一氧化氮合酶产生的,该诱导酶属于对动脉内环境稳定有益的蛋白质家族。
然而,一氧化氮在编程性细胞死亡的调节中的作用是复杂的。促凋亡效应(pro-apoptotic effect)看起来与其中大量NO是通过诱导性一氧化氮合酶而产生的病理生理条件(pathophysiological conditions)有关联。对比而言,抗凋亡效应(anti-apoptotic affect)是由内皮NO的连续性低水平释放产生的,这抑制了编程性细胞死亡,并且据认为有助于NO的抗动脉粥样功能。Dimmeler在“Nitric Oxide and apoptsis:Another Paradigm for the Double-Edged Role of Nitric Oxide”(NitricOxide 1(4):275-281,1997)中讨论了一氧化氮的促凋亡和抗凋亡效应。
为了防止导致狭窄或再狭窄的新内膜增殖,授予Edelman等人的美国专利号5,766,584公开了一种抑制内皮细胞层损伤后血管平滑肌细胞增殖的方法,通过创建一种含内皮细胞的基质和通过外科方法将该基质包封在外膜周围来实施。所述基质,特别是连接于基质的内皮细胞,分泌出扩散入周围组织的产物,但是不迁移至受损血管的内皮细胞层。
在健康个体中,响应于内皮损伤,血管内皮参与许多代谢机制,所述机制对于正常的伤口愈合、血管紧张度的调节和血栓形成的防止具有重要意义。这些功能的主要介质是内皮细胞舒血管因子(EDRF)。其由Furchgott和Zawadzki在1980年首次描述(Furchgott andZawadzki,Nature(Lond.)288:373-376,1980),EDRF是一氧化氮(Moncada等,Pharmacol Rev.43:109-142,1991.)(NO)或密切相关的含NO的分子(Myers等,Nature(Lond.),345:161-163,1990)。
内皮细胞的去除或损伤是新内膜增殖的有效刺激物,新内膜增殖是球囊血管成形术后动脉粥样硬化血管再狭窄的常见机制(Liu等,Circulation,79:1374-1387,1989);(Ferns等,Science,253:1129-1132,1991)。支架诱导的再狭窄是由动脉管腔壁的局部损伤引起的。进一步地,再狭窄是慢性刺激的创伤愈合周期的结果。
创伤愈合的自然过程涉及两阶段周期(two-phase cycle):创伤部位的血液凝固和发炎。在健康个体中,这两个周期是抗衡的,每一周期包括防止过度兴奋的天然负反馈机制。例如,在凝血酶通路中,凝血酶因子Xa作用于因子VII以控制血栓形成,同时刺激PARs(蛋白酶活化受体)由促炎性单核细胞和巨噬细胞产生。内皮细胞内源生成的一氧化氮调节促炎性单核细胞和巨噬细胞的侵入。在动脉腔中,此两阶段周期使得愈合细胞穿过内皮的中断处进入和增殖。由此天然两阶段抗衡过程引起的血管平滑肌细胞群的稳定是防止导致再狭窄的新内膜增殖所必需的。认为在血管中,由于对内皮层的损伤而引起的内源生成的一氧化氮的缺失或不足对血管平滑肌细胞的增殖负责。这种情况导致血管损伤后的再狭窄,例如,在血管成形术后的再狭窄。
一氧化氮舒张血管(Vallance等,Lancet,2:997-1000,1989),抑制血小板活化和黏附(Radomski等,Br.J Pharmacol,92:181-187,1987)并且在体外,一氧化氮限制血管平滑肌细胞的增殖(Garg等,J.Clin.Invest.83:1774-1777,1986)。同样地,在动物模型中,一氧化氮对血小板来源的有丝分裂原的抑制降低了内膜增殖(Fems等,Science,253:1129-1132,1991)。内皮源性一氧化氮在损伤后动脉重构的控制中的潜在重要性进一步得到近来在人类中的初步报道的支持,所述报道表明,全身性NO供体降低球囊血管成形术后6个月的血管造影再狭窄(The ACCORD Study Investigators,J.Am.Coll Cardiol.23:59A.(Abstr.),1994)。
对血管内皮和中层的损害,例如经常发生在球囊血管形成术和支架步骤的过程中,已经被发现刺激新内膜增殖,这导致动脉粥样管的再狭窄。
对动脉中内皮的功能的最早理解是,其起到高度活化的造血物质和动脉内膜之间的屏障的作用。当血小板、单核细胞和中性粒细胞浸润内膜时,动脉壁中的许多生物活动被产生。这些反应由于活化因子如ATP和PDGF从血小板的释放以及IL-I、IL-6、TNFα和bFGF从单核细胞及中性粒细胞的释放而引起。释放这些活化因子的一个重要后果是平滑肌细胞的细胞结构的变化,这引起细胞从静止变为迁移。这种细胞变化在血管医学中是特别重要的,因为动脉中的静止平滑肌细胞的活化可以引起不受控制的增殖,导致动脉堵塞或狭窄,其被称为狭窄或再狭窄。
对堵塞动脉的非外科治疗的护理标准是,用血管成形术球囊重新打开堵塞处,随后通常放置被称为支架的金属结构丝以维持动脉中的开口。该过程的一个不利后果是,由于血管成形术球囊的扩张,内皮层几乎完全破坏,以及促成针对支架的异体性炎症反应。因此,在去除了血管成形术中应用的球囊导管之后,动脉迅速地被暴露于流入的活化因子。由于机械介入时常破坏天然的血液/动脉屏障,结果是,平滑肌细胞发生不受控制的局部增殖反应,引起再狭窄。
其他类型的伤口经历类似的过程。一般而言,伤口可以被分为两类:急性的和慢性的。在伤口最初未进行手术闭合的情况(延迟的初步闭合),伤口保持开放一段时间,该时间足以使得炎症过程和血管生成在手术闭合之前开始。通过二级愈合(secondary intention)的创伤愈合通常不顺应手术闭合。结果是,使伤口成为粒状,并且从创伤层和边缘形成上皮。在过去几年中开发了很多敷料产品,以促进此种类型的愈合过程。
对于这些类型的急性伤口,与暴露于空气的伤口相比,通过提供最佳愈合环境——该环境使伤口连续地暴露于蛋白酶、趋化因子、补体和生长因子的周围流体,封闭敷料使上皮再形成速率增加30%至50%,使胶原合成增加20%至60%。可以刺激成纤维细胞和内皮细胞迁移的电梯度(electrical gradient)被保持。使用非黏附敷料阻止新形成的上皮层的剥离。
封闭敷料一般被分为水合层(抗生素软膏或矿脂)、非黏附接触层、吸收层和垫承层(纱布)和防护层(带或包裹)。封闭敷料一般在受伤2小时内被施用,并且被留置在其上至少24小时,很少长达48小时,用于急性创伤的最佳愈合。最初的创伤低氧对于成纤维细胞增殖和血管生成是重要的;然而,在创伤部位的连续的低氧延迟创伤愈合。因此,如果封闭敷料被施用于缺血性创伤,愈合被严重地损害。
慢性创伤被定义为在3个月之后不能愈合的创伤。静脉停滞性溃疡(venous stasis ulcers)、糖尿病性溃疡、压疮(pressure ulcers)和缺血性溃疡(ischemic ulcers)是最常见的慢性创伤。很多企图治愈静脉停滞性溃疡的敷料选择是对标准的糊压绷带(paste compression bandage),Unna′s boot的改变。这些创伤有时具有大量的需要经常清创的渗出液。在这种情况下可以使用藻酸盐、泡沫和其他吸收剂。因为慢性创伤通过与急性创伤稍微不同的机理愈合,因此正研究生长因子的试验。Regranex和Procuren(Curative Health Services,Inc.,Hauppauge,纽约)是经美国食品与药品管理局(FDA)批准的唯一药物。
因此,在本领域中对新的和更好的方法和装置存在需求,该方法和装置用于恢复受损动脉和其他血管中的创伤愈合以及其他类型的急性和慢性伤口的愈合中的自然过程。
发明概述
在一个实施方式中,本发明提供了创伤愈合组合物,其含有可生物降解的、生物相容的聚合物,以及分散在该聚合物中的至少一种创伤愈合剂。所述生物可降解聚合物是PEA(poly(ester-amide)聚(酰胺酯)),其具有结构式(I)所述的结构式,
并且,其中n在大约5至大约150之间,m在大约0.1至大约0.9之间,p在大约0.9至大约0.1之间;其中R1选自(C2-C20)亚烷基或(C2-C20)亚烯基;R2是氢或(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基或保护基;R3选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基和(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基;和R4选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基或烷氧基以及通式(II)的1,4:3,6-双无水己糖醇(dianhydrohexitol)的双环部分:
只不过对于具有结构式(I)的化学结构的不饱和聚合物而言,R1和R4选自(C2-C20)亚烷基和(C2-C20)亚烯基;其中R1和R4的至少一个是(C2-C20)亚烯基;n是大约5至大约150;每一个R2独立为氢或(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基;以及每一个R3独立为氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基或(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基;
或者所述生物可降解聚合物是PEUR,其具有通用结构式(III)所述的化学式,
并且,其中n在大约5至大约150之间,m在大约0.1至大约0.9之间,p在大约0.9至大约0.1之间;其中R2是氢或(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基或保护基;R3选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基和(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基;R4选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基或烷氧基和通式(II)的1,4:3,6-双无水己糖醇的双环部分;和R6独立选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基或烷氧基和通式(II)的1,4:3,6-双无水己糖醇的双环部分。
在另一个实施方式中,本发明提供了通过使创伤与本发明创伤愈合组合物在适合促进创伤自然愈合的条件下接触而促进创伤自然愈合的方法。
在又一个实施方式中,本发明提供了多层生物活性创伤敷料,其包括含有生物可降解水凝胶的非粘性层;覆在所述非粘性层之上的生物可降解聚合物的支撑层,该聚合物具有式(I)或(III)所述的化学结构;和至少一种创伤愈合剂,其在原位产生创伤愈合效应,分散在所述聚合物、水凝胶或二者之中。
附图简述
图1是本发明的多层聚合物涂层支架的示意性横截面图。
图2是图解用于本发明支架(见表1)中的各种生物剂对生长在凝胶涂敷表面上的内皮细胞(ECs)的黏附和增殖的影响的图。对照=零浓度生物活性剂。
图3是图解用于本发明支架(见表1)中的各种生物剂对生长在凝胶涂敷表面上的平滑肌细胞(SMCs)的黏附和增殖的影响的图。对照=零浓度生物活性剂。
图4是用ECs和SMCs进行的黏附试验方案的流程图。
图5是根据ATP标准曲线,总结代表性黏附试验定量结果的图。在黏附试验的每一时间点,进行ATP试验,确定黏附细胞数目。
图6显示了丹酰(dansyl)的化学结构,dansyl是与PEA连接的活性荧光染料5二甲基氨基-1-萘磺酰(5 dimethylamino-1naphathalenesulfonyl)的首字母缩写。
图7A和B是概括表面化学优化方案的流程图。图7A示出了用于将肽结合到酸形式聚合物(PEA-H)的表面化学的流程图。图B示出了用于将肽表面结合到PEA聚合物的混合物的方案的流程图。
发明详述
本发明基于这样的发现:生物可降解聚合物、水凝胶或两者可以被用于产生适合用在创伤敷料、植入物和手术器械涂层中的组合物,其促进创伤部位的内源愈合过程。所述聚合物随时间生物降解,释放在伤口例如慢性创伤中建立或重建自然愈合过程的创伤愈合剂。释放的创伤愈合剂可以被吸收到创伤中的靶细胞中,在那里它在胞内起作用,或在聚伞状(cymosely)内、在核内或在二者内,或者,创伤愈合剂可以结合细胞表面受体分子,以在不进入细胞的情况下引起细胞反应。可选地,分散在聚合物或水凝胶母体中的创伤愈合剂通过与创伤敷料、植入物或手术器械被放置的环境接触而促进创伤部位的内源愈合过程。取决于聚合物、水凝胶母体或涂层的生物降解速率,本发明创伤愈合组合物的愈合性质甚至可以在聚合物或水凝胶的生物降解之前发生。
本发明描述了可以被制作到创伤敷料、植入物和手术器械涂层中的创伤愈合组合物,该创伤愈合组合物包括:(a)可生物降解的、生物相容的聚合物、水凝胶或二者,其作为载体,在其中,分散、混合、溶解、匀化或共价结合(“分散”)有(b)至少一种创伤愈合剂。任选地,附加的生物活性剂可以被分散在聚合物、水凝胶或二者中。
术语“创伤愈合剂(wound healing agent)”,如此处所用,意指在数天、数周或数月之内对促进自然创伤愈合过程有效的生物活性剂。本发明创伤愈合组合物可以以药物传输创伤敷料、植入物和覆盖至少部分手术器械的涂层的形式来制备,并且可以是任何适当的形式,聚合物或水凝胶或二者,包括创伤愈合剂以及任选的附加生物活性剂,可以用如本领域中已知以及如本文所述的聚合物和水凝胶技术处理方法来形成于其中。
在一个实施方式中,本发明创伤愈合组合物被用于制作被设计用于植入到体内部位的聚合物植入物,其中,所述聚合物植入物包括如本文所述的可生物降解的、生物相容的聚合物,从该聚合物中,分散的创伤愈合剂在相当长的一段时间例如在3个月至大约12个月的时期内被释放。由于聚合物载体的生物降解,创伤愈合剂在原位被释放。如本文所述的交联聚(酰胺酯)、聚己酸内酯、或聚酯型氨基甲酸酯可以被用于此目的,使得聚合物植入物是完全生物可降解的。由式(I)和(III)所述的含有众多不饱和部分的PEA和PEUR聚合物对产生此类交联聚合物是特别有用的。在这种情况下,随着时间,聚合物植入物将被身体通过自然酶促作用再吸收,这允许重建内皮细胞层,以恢复其自然功能。
在另一个实施方式中,本发明创伤愈合组合物被用在创伤敷料中,其包括上述可生物降解的、生物相容的聚合物载体,作为载体,其中至少一种创伤愈合剂分散在该聚合物中。可选地,创伤敷料也可以包含生物可降解的水凝胶,如本文所述的,作为载体,其中至少一种创伤愈合剂分散在该水凝胶中。仍然可选地,本发明创伤敷料可以包括可生物降解生物相容的聚合物和水凝胶的单独部分,例如单独的层,其中创伤愈合剂分散在聚合物部分中,或者分散在两者中。仍然可选地,如本文所述的两种不同的创伤愈合剂可以分散在创伤敷料的单独部分中。任选地,如本文所述的附加生物活性剂可以被分散在聚合物部分、水凝胶部分或两者中。
在另一个实施方式中,本发明提供生物活性可植入支架,其包括具有可生物降解的生物活性聚合物表面涂层的支架结构,其中所述聚合物包括至少一种分散在所述聚合物中的生物活性剂,和其中所述至少一种治疗生物活性剂由于聚合物的生物降解而在原位产生。
本发明提供支架和它们的使用方法,其被设计用于重建与在受损动脉中放置支架同时发生的血液/动脉屏障。本发明支架包括包封支架结构的可生物降解的、生物相容的聚合物外壳(sheath)或涂层。在本发明方法的一个优选实施方案中,支架在血管成形术或损伤动脉内皮的其它医疗过程结束时被放置,而不允许耽搁足以使炎症因子从血流浸润入动脉壁的时间。在此方法中,支架被放置在损害部位,并且优选地立刻覆盖和保护受损内皮区域,以便防止炎症因子从血流渗透到动脉壁,从而限制平滑肌细胞的增殖和随之发生的再狭窄。
换言之,本发明的支架行使人工内皮层的功能,同时促进天然内皮愈合过程,如本文所述。聚合物外壳可以具有有助于动脉愈合的附加特性。在一个实施方案中,本发明的外壳或覆盖物包括多层,每一层都可以在重建稳定损伤和帮助受损动脉壁愈合中行使不同的功能。
图1显示了具有支架支柱10和多层鞘(sheath)或覆盖物的本发明支架11的实例的示意性横截面。当多层支架被植入时,支架鞘的外层16直接贴近动脉壁放置。扩散阻挡层(diffusion barrier layer)14位于其间,并与外层16和内层12接触。
外层包括装载有生物活性剂和/或附加生物活性剂或其组合的聚合物层,特别地,包括那些如本文所述的限制细胞增殖或减少炎症的物质。这些细胞增殖限制和/或减少炎症的药物和生物活性剂可以被溶解在聚合物固相中,并因此优选地不与外层的聚合物结合,但是被装载到聚合物中并被隔离在那里(分散在其中),直到支架被放置在位置上。一旦植入,在外层16中的活性剂扩散进入动脉壁中。
用于结合到本发明多层支架的外层中的优选的附加生物活性剂包括抗增殖药、雷帕霉素及其任何类似物或衍生物、帕尼特西或其任何类似物或衍生物、依维莫司(everolimus)、西罗莫司、他克莫司、或其任何莫司命名的药物家族,以及他汀类,如辛伐他汀、阿托伐他汀、氟伐他汀、普伐他汀、洛伐他汀、罗苏伐他汀;格尔德霉素,例如17AAG(17-烯丙氨基-17-脱甲氧基格尔德霉素);埃博霉素D(Epothilone D)和其他埃博霉素类,17-二甲氨基乙氨基-17-脱甲氧基-格尔德霉素和热休克蛋白90(Hsp90)的其他聚酮化合物抑制剂、西洛他唑及类似物。在多层支架的外层中,非共价结合生物活性剂和/或附加生物活性剂可以被分散(例如混合或“装载到”)任何生物相容生物可降解聚合物中,如在本领域中已知,因为在本发明的此种实施方式中的外层主要仅在支架的边缘处与血液进行接触。
沿着覆盖物的外层的内表面平放并将其覆盖的是生物可降解聚合物的扩散阻挡层12,其担当包含在外层中的药物或生物剂的扩散屏障。该扩散屏障的目的是引导在内层中的生物活性剂洗脱进入动脉壁,以防止平滑肌细胞的增殖,同时限制或阻止药物/生物剂通过进入内层。扩散阻挡层12可以通过与生物活性剂在聚合物固相中的溶解度有关的疏水/亲水相互作用而实现其分隔药物的目的。例如,如果在外层中的生物活性剂或附加生物活性剂是疏水的,则聚合物阻挡层被选择为比所述剂(一种或多种)较不疏水,而如果在外层中的生物活性剂或附加生物活性剂是亲水的,则阻挡层被选择为是疏水的。例如,阻挡层可以从诸如聚酯、聚氨基酸、聚(酰胺酯)、聚酯型氨基甲酸酯、聚氨酯、聚内酯、聚酯醚或其共聚物的聚合物中选择。
为制作本发明多层支架的内层12,该内层暴露于具有其内皮祖细胞的循环血液,使用了具有式I或III所述化学结构的本文具体描述的聚合物类型。使用在此所述的技术,一种或多种参与内皮形成(endothelialization)的自然过程的创伤愈合剂被分散在内层中的聚合物中。为实现此目标,用在多层支架的内层中的生物活性剂被选择为,活化和吸引循环内皮祖细胞至多孔支架结构上的鞘管或涂层的内层,从而开始重建自然内皮细胞层的过程。
在一个实施方式中,用于制造本发明多层支架的支架结构是由具有足够强度和硬度的生物可降解材料制成的,以取代常规支架,例如不锈钢或金属丝网支架结构(wire mesh stent structure)。在此所述的交联聚(酰胺酯)、聚己酸内酯或聚酯型氨基甲酸酯可以被用于该目的,使得支架是完全可生物降解且生物相容的。在这种情况下,随时间,每一个层以及支架结构将通过自然酶促作用被身体再吸收,使得重建的内皮细胞层通过一氧化氮的产生而重新开始其作为血液/动脉屏障及在动脉壁内提供胞内基质的自然控制和稳定的双重功能。
如此处所用,“可生物降解的(biodegradable)”指的是聚合物或水凝胶——无论是以手术器械例如支架上的涂层的形式、以创伤敷料的形式或者以聚合物植入物的形式——能够被分解为正常身体机能中的无害的生物相容产物。在一个实施方式中,整个涂敷的器械是可生物降解的。生物可降解聚合物具有可水解的酯键,其提供了生物降解性,并且一般是以羧基基团封端的链。
如此处所用,“分散的(dispersed)”意指生物活性剂,即创伤愈合剂或创伤愈合剂与附加生物活性剂的混合物被分散、混合、溶解、匀化或(“分散”)在聚合物或水凝胶内、或者两者内,如本文所述,或者与生物可降解聚合物共价结合,如本文所述。
适合用在本发明的实践中的聚合物具有允许生物活性剂与聚合物容易共价连接的官能度。例如,具有羧基的聚合物可以容易地与具有氨基部分的生物活性剂反应,从而通过所形成的酰胺基团而使生物活性剂与聚合物共价结合。如将在本文所述,生物可降解聚合物和生物活性剂可以含有很多互补官能团,其可以被用于将生物活性剂共价连接到生物可降解聚合物。
如此处所用,“生物活性(bioactive)”指剂通过在包含在本文中的聚合物、水凝胶或两者的生物降解期间释放药物或生物活性剂而在创伤部位的内源治愈过程中起着活性作用。考虑分散于聚合物、水凝胶或两者之内的创伤愈合剂,当在其生物降解过程中自聚合物或水凝胶中释放或洗脱时,增强了治疗性自然创伤愈合剂例如一氧化氮的内源产生,其是通过内皮细胞内源产生的。可选地,在降解期间自组合物中释放的生物活性剂(一种或多种)可以通过内皮细胞直接在促进自然创伤愈合过程中起作用。这些创伤愈合剂可以是任何生物活性剂,其供给、转移或释放一氧化氮,提高一氧化氮的内源水平,刺激一氧化氮的内源合成,或者作为一氧化氮合酶的底物,或者抑制平滑肌细胞的增殖。
这样的创伤愈合剂例如包括氨基氧类(aminoxyls)、呋咱类(furoxans)、亚硝基硫醇、硝酸盐和花色素苷;核苷,诸如腺苷;和核苷酸,如腺苷二磷酸(ADP)和腺苷三磷酸(ATP);神经递质/神经调节物,诸如乙酰胆碱和5-羟色胺(血清素/5-HT);组胺和儿茶酚胺,诸如肾上腺素和去甲肾上腺素;脂类分子,诸如鞘氨醇-1-磷酸酯和溶血磷脂酸;氨基酸,诸如精氨酸和赖氨酸;肽诸如缓激肽、P物质和钙基因相关肽(calcium gene-related peptide)(CGRP),以及蛋白质,诸如胰岛素、血管内皮生长因子(VEGF)和凝血酶。术语“释放一氧化氮的化合物(nitric oxide-releasing compound)”指与释放一氧化氮的官能团结合的任何化合物(例如聚合物)。合适的释放一氧化氮的化合物是牛或人血清白蛋白的S-亚硝基硫醇衍生物(加合物)以及如在美国专利第5,650,447号中所公开的。例如参见“Inhibition of neointimal proliferation in rabbitsafter vascular injury by a single treatment with a protein adduct of nitricoxide”;David Marks等.J Clin.lnvest.(1995)96:2630-2638。
另外,用于捕获PECs的创伤愈合剂的实例是针对已知PEC表面标志物的单克隆抗体。已经被报告装饰内皮细胞表面的互补决定子(complementary determinants(CDs))包括CD31、CD34+、CD34-、CD102、CD 105、CD 106、CD 109、CDw 130、CD 141、CD 142、CD 143、CD 144、CDw 145、CD 146、CD 147和CD 166。这些细胞表面标志可以具有变化的特异性,并且针对特定细胞/发育类型/阶段的特异性程度在很多情况中没有被完全表征。另外,这些细胞标志分子,针对它们而业已形成过抗体,将特别与相同谱系的细胞上的CDs重叠(就抗体识别而言):在内皮细胞情况中的单核细胞。循环内皮祖细胞是沿着发育路径从(骨髓)单核细胞到成熟内皮细胞的一些途径。CDs 106、142和144已经被报告标记具有一些特异性的成熟内皮细胞。目前已知CD34对祖内皮细胞是特异的,因此目前被优选为从创伤愈合组合物被植入部位的循环血液中捕获祖内皮细胞。此类抗体的实例包括单链抗体、嵌合抗体、单克隆抗体、多克隆抗体、抗体片段、Fab片段、IgA、IgG、IgM、IgD、IgE和人源化抗体,如在本领域中已知的。
已知可结合从而捕获此类抗体分子的小蛋白质基序(motif),例如细菌A蛋白的B域和G蛋白的功能等价区,可以被共价连接至聚合物,并且将担当通过Fc区从患者血流捕获抗体的配体。因此,利用A蛋白或G蛋白功能区可以被连接至聚合物或聚合物涂层的抗体类型是那些含有Fc区的抗体。捕获抗体再在聚合物表面附近结合并容纳捕获的祖内皮细胞,而其他激活因子例如缓激肽活化祖内皮细胞。
然而,对于本发明创伤愈合组合物被配制为创伤敷料和聚合物植入物的的实施方式而言,应当注意,创伤愈合组合物与循环血液的接近将是最小限度的,特别是在慢性创伤的处理中。因此,下列药物和生物活性剂将对在制作本发明创伤敷料中所使用的聚合物、水凝胶或两者内的分散特别有效,无论是分散在时间释放生物可降解水凝胶内,如本文所述,或者分散在具有本文的结构I和III所述的化学结构的生物可降解的相容聚合物中。
对于创伤愈合,在创伤敷料和器械涂层中被并入本发明组合物中的生物活性剂并不限于,但是包括,各种种类的化合物,当其以时间释放方式呈现于创伤表面时,有助于创伤愈合。这样的创伤愈合剂包括创伤愈合细胞,其通过本发明创伤敷料中的生物可降解聚合物(一种或多种)、水凝胶或两者被保护、养育和传输。可以被用在本发明的实践中的创伤愈合细胞例如包括外膜细胞和内皮细胞,包括祖先内皮细胞。
创伤愈合细胞的另外种类是炎性愈合细胞。为将这样的细胞召集到创伤床,组合物可以包括此类细胞的配体,例如抗体和更小的分子配体,无论是生物或合成的,其特定地结合此类“细胞黏着分子(cellular adhesion molecules)”(CAMs)。创伤愈合细胞的示例性配体包括那些特定结合胞间黏着分子(ICAMs)的配体,例如ICAM-I(CD54抗原);ICAM-2(CD 102抗原);ICAM-3(CD50抗原);ICAM-4(CD242抗原);和ICAM-5;血管细胞黏着分子(VCAMs),例如VCAM-I(CD106抗原)];神经细胞黏着分子(NCAMs),例如NCAM-1(CD56抗原);或NCAM-2;血小板内皮细胞黏着分子PECAMs,例如PECAM-1(CD31抗原);白细胞-内皮细胞黏着分子(ELAMs),例如LECAM-1;或LECAM-2(CD62E抗原)以及类似物。
例如,创伤愈合细胞可以被分散在装载有合适的细胞生长培养基的水凝胶内。合成的组织移植物,诸如Apligraf(Novartis),其可以特定地被配制为用于治愈糖尿病慢性创伤,可以通过连接于本发明创伤敷料中的聚合物层而被支撑。
在另一方面,创伤愈合剂包括胞外基质蛋白质,其可以是可被分散在本发明创伤愈合组合物中的聚合物、水凝胶或两者中的大分子。用于该目的的有用的胞外基质蛋白质的实例例如包括通常与蛋白质(蛋白聚糖(proteoglycans))连接的糖胺聚糖和纤维状蛋白质(例如胶原蛋白;弹性蛋白;纤连蛋白和层粘连蛋白)。也可以利用胞外蛋白质的仿生学。这些通常是非人的但是生物相容的糖蛋白,例如藻酸盐和壳多糖的衍生物。也可以使用是此类胞外基质蛋白质或它们的仿生学的特定片段的创伤愈合肽。
蛋白质生长因子是另外的创伤愈合剂种类,其适合结合到用在本文所述的创伤敷料、植入物和手术器械涂层中的各种本发明创伤愈合组合物中。例如,血小板衍生生长因子-BB(PDGF-BB)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、表皮生长因子(EGF)、角质形成细胞生长因子(KGF)、胸腺素B4;和各种血管生成因子,诸如血管内皮生长因子(VEGFs)、成纤维细胞生长因子(FGFs)、肿瘤坏死因子-β(TNF-β)以及胰岛素样生长因子-1(IGF-I)。这些蛋白质生长因子中的很多是商业可得的,或者可以使用本领域中熟知的技术而重组生产。可选地,包含载体特别是腺病毒载体的表达系统——其结合基因编码此类蛋白质生长因子——可以被分散在本发明创伤愈合组合物中,用于将生长因子给予创伤床。
能够治愈的药物是另外的创伤愈合剂种类,其适合分散到用在本文所述的创伤敷料、植入物和器械涂层中的各种本发明创伤愈合组合物中。这样的能够治愈的药物例如包括抗微生物剂和抗炎剂以及某些治愈促进剂,例如,诸如维生素A和脂质过氧化的合成抑制剂。
很多抗生素也可以被分散在本发明创伤愈合组合物中,以便通过预防或控制感染而间接地促进自然愈合过程。合适的抗生素包括很多种类,诸如氨基糖苷抗生素或喹诺酮类(quinolones)或β-内酰胺,诸如头孢孢菌素(cefalosporines),如环丙沙星、庆大霉素、妥布霉素、红霉素、万古霉素、苯唑西林、邻氯青霉素、二甲氧苯青霉素、林可霉素、氨苄西林和粘菌素。合适的抗生素已经在文献中进行了描述。
合适的抗微生物剂包括例如Adriamycin PFS/RDF(Pharmacia and Upjohn)、Blenoxane(Bristol-Myers SquibbOncology/Immunology)、Cerubidine(Bedford)、Cosmegcn(Merck)、DaunoXome(NeXstar)、Doxil(Sequus)、Doxorubicin Hydrochloride(Astra)、IdamycinPFS(Pharmacia and Upjohn)、Mithracin(Bayer)、Mitamycin(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Nipen(SuperGen)、Novantrone(Immunex)和Rubex(Bristol-Myers SquibbOncology/Immunology)。
在一个实施方式中,肽可以是糖肽。“糖肽(glycopeptide)”指的是寡肽(例如七肽(heptapeptide))抗生素,特征为任选用糖基团取代的多环肽核,例如万古霉素。包括在本类别抗微生物剂中的糖肽的实例可以在由Raymond C.Rao and Louise W.Crandall所著的“Glycopeptides Classification,Occurrence,and Discovery,”(″Bioactiveagents and the Pharmaceutical Sciences″Volume 63,由RamakrishnanNagarajan编辑,由Marcal Dekker,Inc.出版)中找到。糖肽另外的例子被公开在美国专利第4,639,433;4,643,987;4,497,802;4,698,327;5,591,714;5,840,684;和5,843,889号中;在EP 0 802 199;EP 0 801 075;EP 0 667 353;WO 97/28812;WO 97/38702;WO 98/52589;WO 98/52592中;以及在J.Amer.Chem.Soc,1996,118,13107-13108;J.Amer.Chem.Soc,1997,119,12041-12047;和J.Amer.Chem.Soc.,1994,116,4573-4590中。代表性糖肽包括那些被鉴定为A477、A35512、A40926、A41030、A42867、A47934、A80407、A82846、A83850、A84575、AB-65、放线游菌素、类放线菌素、阿达星、阿沃霉素、远青霉素、Balhimyein、Chloroorientiein、Chloropolysporin、Decaplanin、去甲基万古霉素、Eremomycin、Galacardin、Helvecardin、伊肽霉素、凯勃孢囊菌素、LL-AM374、甘露糖肽素、MM45289、MM47756、MM47761、MM49721、MM47766、MM55260、MM55266、MM55270、MM56597、MM56598、OA-7653、Orenticin、寡子菌素、瑞斯托菌素、瑞斯脱霉素、Synmonicin、游壁菌素、UK-68597、UD-69542、UK-72051、万古霉素以及类似物的糖肽。如此处所用的术语“糖肽(glycopeptide)”或“糖肽抗生素(glycopeptide antibiotic)”也意欲包括上面所公开的糖肽的一般类别,在该糖肽上糖部分是不存在的,即糖肽的糖苷配基系列。例如通过温和水解而去除万古霉素上的连接于酚的二糖产生了万古霉素糖苷配基。同样包括在术语“糖肽抗生素”范围内的是上面所公开的糖肽的一般类别的合成衍生物,包括烷基化和酰基化衍生物。另外,在本术语的范围内的是按照与万古霉素类似的方式,已经被进一步添加另外的糖残基的糖肽,特别是氨基糖苷。
如此处所用的术语“脂质化糖肽(lipidated glycopeptide)”特别指的是那些已经被合成修饰为含有脂质取代基的糖肽抗生素。如此处所用,术语“脂质取代基(lipid substituent)”指的是含有5或更多碳原子,优选为10至40个碳原子的任何取代基。脂质取代基可任选含有1至6个选自卤素、氧、氮、硫和磷的杂原子。脂质化糖肽抗生素在本领域是熟知的。例如参见美国专利号5,840,684、5,843,889、5,916,873、5,919,756、5,952,310、5,977,062、5,977,063、EP 667,353、WO 98/52589、WO 99/56760、WO 00/04044和WO 00/39156。
取决于待治疗的身体部位,用于分散在本发明创伤愈合组合物中所使用的聚合物和水凝胶中的抗炎剂包括例如,镇痛剂(例如,NSAIDS和水杨酸盐类)、抗风湿药、胃肠药、痛风制剂、激素(糖皮质激素)、鼻制剂、限制剂、耳制剂(例如,抗生素和类固醇的组合)、呼吸系统药物和皮肤及粘膜药物。参见Physician′s Desk Reference,2005版。具体地,抗炎剂可以包括地塞米松,其被化学命名为(110,16I)-9-氟-11,17,21-三羟基-16-甲基孕甾-1,4-二烯-3,20-二酮。可选地,抗炎剂可以包括西罗莫司(雷帕霉素),它是从吸水链霉菌(Streptomyceshygroscopicus)分离的三烯大环内酯抗生素。
在本发明的某些实施方式中,生物活性剂与用在本发明创伤敷料、植入物和器械涂层中的聚合物共价结合。下面的例子阐明了某些种类的生物活性剂可以被引入本发明聚合物中的容易程度。被考虑用作生物活性剂的氨基氧类具有如下结构:
示例性氨基氧类包括下面的化合物:
2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧(1);2,2,5,5-四甲基吡咯烷-1-氧(2);和2,2,5,5-四甲基吡咯啉-1-氧-3-羰基(3)。考虑使用的另外的氨基氧类包括4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧(TEMPAMINE);4-(N,N-二甲基-N-十六烷基)铵-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧,碘化物(CAT16);4-(N,N-二甲基-N-(2-羟乙基))铵-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧(TEMPO胆碱);4-(N,N-二甲基-N-(3-磺基丙基)铵-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧;N-(4-(碘乙酰)氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧(TEMPO 1A);N-(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧-4-基)马来酰亚胺(TEMPO马来酰亚胺,MAL-6);和4-三甲铵-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧,碘化物(CAT 1);3-氨基-2,2,5,5-四甲基吡咯烷-1-氧;和N-(3-(碘乙酰)氨基)-2,2,5,5-四甲基吡咯烷-1-氧(PROXYL 1A);琥珀酰亚胺基2,2,5,5-四甲基-3-吡咯啉-1-氧-3-羧酸酯和2,2,5,5-四甲基-3-吡咯啉-1-氧-3-羧酸以及类似物。
考虑用作生物活性剂的呋咱类具有下面的结构:
示例性的呋咱是4-苯基-3-呋咱腈(furoxancarbonitrile),如下所示:
亚硝基硫醇包括具有-S-N=O部分的化合物,例如如下所述的示例性亚硝基硫醇:
花色素苷也被考虑用作生物活性剂。花色素苷是糖基化花色素并具有下面的结构:
其中糖被连接到3-羟基位置。也已知花色素苷刺激NO在体内生成,从而适于作为本发明实践中的创伤愈合剂而应用。
在进一步的实施方式中,创伤愈合剂是连接到或捕获漂浮在血管内的血流中的祖内皮细胞的配体。在一个实施方式中,配体是“粘性”肽或多肽,例如A蛋白和G蛋白。A蛋白是结合特定抗体或免疫球蛋白分子的Fc区的葡萄球菌A细菌的构成部分,并且被广泛用于鉴定和分离这些分子。例如,A蛋白配体可以是或者含有氨基酸序列:
MTPAVTTYKLVINGKTLKGETTTKAVDAETAEKAFKQYANDNGVDGVWTYDDATKTFTVTE(SEQ ID NO:1)
或者其功能等价的肽衍生物,例如,举例而言,具有下列氨基酸序列的功能等价肽:
TYKL1LNGKTLKGETTTEAVDAATAEKVFKQYANDNGVDGEWTYDDATKTFTVTE(SEQ ID NO:2)
G蛋白是G组链球菌细菌的构成部分,并且展示了与A蛋白类似的活性,即结合特定抗体或免疫球蛋白分子的Fc区。例如,G蛋白配体可以是或含有具有下列氨基酸序列的G蛋白:
MTPAVTTYKLVINGKTLKGETTTKAVDAETAEKAFKQYANDNGVDGVWTYDDATKTFTVTE(SEQ ID NO:3)
或者其功能等价的肽衍生物,例如,举例而言,具有下列氨基酸序列的功能等价肽:
TYKLILNGKTLKGETTTEAVDAATAEKVFKQYANDNGVDGEWTYDDATKTFTVTE(SEQ 1D NO:4)
其他考虑作为创伤愈合剂而分散在本发明组合物的聚合物和水凝胶中的创伤愈合肽包括缓激肽,所述组合物用于制作创伤敷料、植入物和手术器械涂层。缓激肽是通过激肽原上蛋白酶的作用而形成的血管活性九肽,以产生十肽血管舒张素(KRPPGFSPFR)(SEQ IDNO:5),其可以经历进一步的C端蛋白酶剪切而产生缓激肽1九肽:(KRPPGFSPF)(SEQ ID NO:6),或N端蛋白酶剪切而产生缓激肽2九肽:(RPPGFSPFR)(SEQ ID NO:7)。缓激肽1和2分别作为特定缓激肽细胞表面受体B1和B2的激动剂是功能不同的:血管舒张素和缓激肽2都是B2受体的自然配体,而它们的C端代谢物(分别是缓激肽1和八肽RPPGFSPF(SEQ ID NO:8))是B1受体的配体。一部分循环缓激肽可以进行进一步的翻译后修饰:在序列中的第二个脯氨酸残基的羟化(在缓激肽2氨基酸编号中从Pro3至Hyp3)。缓激肽是强有力的血管舒张剂,其增加了毛细血管后微动脉的透性,并对内皮细胞起作用,以便活化钙调蛋白,从而活化一氧化氮合酶。
通过连接在肽的一端,缓激肽被合并到本发明创伤愈合组合物所使用的聚合物中。缓激肽的未连接端从聚合物自由地延伸而接触内皮细胞。例如,当缓激肽被分散于用于涂布支架的本发明创伤愈合组合物中时,缓激肽与血管壁中的内皮细胞接触,以及与漂浮在植入支架的血管中的祖先内皮细胞接触,以便活化所接触的内皮细胞。以此种方式所激活的内皮细胞活化它们所接触的进一步的祖内皮细胞,从而在受伤部位引起连串的内皮细胞活化,导致一氧化氮的内源产生。
在又一个方面中,创伤愈合剂可以是核苷,诸如腺苷,其也已知为内皮细胞的有力的活化剂,以便内源地产生一氧化氮。
考虑用在本发明创伤愈合组合物中的生物可降解聚合物包括聚酯、聚(氨基酸)、聚酰胺酯、聚氨酯或它们的共聚物。具体而言,生物可降解聚酯的实例包括聚(α-羟基C1-C5烷基羧酸),例如聚乙醇酸(polyglycolic acid)、聚-L-交酯和聚-D,L-交酯;聚-3-羟基丁酸酯;聚羟基戊酸酯;聚己酸内酯,例如聚(ε-己酸内酯);和修饰的聚(α-羟基酸)均聚物,例如环二酯单体、3-(S)[烷氧基羰基)甲基]-1,4-二噁烷-2,5-二酮的均聚物,3-(S)[烷氧基羰基)甲基]-1,4-二噁烷-2,5-二酮具有式4,其中R是低碳烷基,在Kimura,Y,″Biocompatible Polymers″in BiomedicalApplications of Polymeric Materials,Tsuruta,T.等,eds.,CRC Press,1993第179页中予以描述。
在一个实施方式中,本发明提供了聚合物创伤愈合组合物,其含有可生物降解的、生物相容的聚合物和分散在该聚合物中的创伤愈合剂,其中所述可生物降解聚合物是具有由结构式(I)所述的化学式的PEA,
并且,其中n在大约5至大约150之间,m在大约0.1至大约0.9之间,p在大约0.9至大约0.1之间;其中R1选自(C2-C20)亚烷基或(C2-C20)亚烯基;R2是氢或(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基或保护基如叔丁基。另外的保护基在本领域中是熟知的。R3选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基和(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基;和R4选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基或烷氧基以及通式(II)的1,4:3,6-双无水己糖醇的双环部分:
只不过对于具有结构式(I)的化学结构的不饱和聚合物而言,R1和R4选自(C2-C20)亚烷基和(C2-C20)亚烯基;其中R1和R4的至少一个是(C2-C20)亚烯基;n是大约5至大约150;每一个R2独立为氢或(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基;以及每一个R3独立为氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基或(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基;
或者所述生物可降解聚合物是PEUR,其具有通用结构式(III)所述的化学式,
并且,其中n在大约5至大约150之间,m在大约0.1至大约0.9之间,p在大约0.9至大约0.1之间;其中R2是氢或(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基或保护基如叔丁基;R3选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基和(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基;R4选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基或烷氧基和通式(II)的1,4:3,6-双无水己糖醇的双环部分;和R6独立选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基或烷氧基和通式(II)的1,4:3,6-双无水己糖醇的双环部分。这样的双无水己糖醇的双环片段可以衍生自糖醇,例如D-葡萄糖醇、D-甘露糖醇和L-艾杜糖醇。
在一个选择中,R3是CH2Ph,并且在合成中所使用的α-氨基酸是L-苯丙氨酸。在R3是CH2-CH(CH3)2的可选方案中,聚合物含有α-氨基酸亮氨酸。通过改变R3,也可以使用其他α-氨基酸,例如甘氨酸(当R3是H时)、丙氨酸(当R3是CH3时)、缬氨酸(当R3是CH(CH3)2时)、异亮氨酸(当R3是CH(CH3)-CH2-CH3时)、苯丙氨酸(当R3是CH2-C6H5时)或赖氨酸(当R3=(CH2)4-NH2时)。
聚合物分子也可以具有通过接头与其连接的生物活性剂,或者被并入分子之间的交联剂中的生物活性剂。例如,在一个实施方式中,聚合物被包含在具有结构式(IV)的聚合物-生物活性剂结合物中:
其中n、m、p、R1、R3和R4如上,R5选自-O-、-S-和-NR8-,其中R8是H或(C1-C8)烷基;而R7是生物活性剂。
在又一个实施方式中,结构式(IV)的聚合物的两个分子可以被交联,以提供-R5-R7-R5-结合物。在另一个实施方式中,如在下面的结构式V中所示,生物活性剂与结构式IV的单个聚合物分子的两部分通过-R5-R7-R5-结合物共价键接,并且R5独立地选自-O-、-S-和-NR8-,其中R8是H或(C1-C8)烷基;而R7是生物活性剂。
仍然可选地,如在下面的结构式(VI)中所示,接头-X-Y-可以被插入结构式(IV)分子中的R5和生物活性剂R7之间,其中X选自(C1-C18)亚烷基、取代亚烷基、(C3-C8)环亚烷基、取代环亚烷基、含有1-3个选自O、N和S的杂原子的5-6元杂环体系、取代杂环、(C2-C18)烯基、取代烯基、炔基、取代炔基、C6和C10芳基、取代芳基、杂芳基、取代杂芳基、烷基芳基、取代烷基芳基、芳基炔基、取代芳基炔基、芳基烯基、取代芳基烯基、芳基炔基、取代芳基炔基,其中取代基选自H、F、Cl、Br、I、(C1-C6)烷基、-CN、-NO2、-OH、-O(C1-C4)烷基)、-S(C1-C6)烷基)、-S[(=O)(C1-C6)烷基)]、-S[(O2)(C1-C6)烷基]、-C[(=O)(C1-C6)烷基]、CF3、-O[(CO)-(C1-C6)烷基)]、-S(O2)[N(R9R10)、-NH[(C=O)(C1-C6)烷基]、-NH(C=O)N(R9R10)、-N(R9R10);其中R9和R10独立地为H或(C1-C6)烷基;以及Y选自-O-、-S-、-S-S-、-S(O)-、-S(O2)-、-NR8-、-C(O)-、-OC(=O)-、-C(=O)O-、-OC(=O)NH-、-NR8C(O)-、-C(O)NR8-、-NR8C(O)NR8-、-NR8C(=O)NR8-和-NR8C(=S)NR8-。
在另一个实施方式中,结构式(IV)的单个大分子的两部分通过-R5-R7-Y-X-R5-桥与生物活性剂共价连接(式VII):
其中,X选自(C1-C18)亚烷基、取代亚烷基、(C3-C8)环亚烷基、取代环亚烷基、含有1-3个选自O、N和S的杂原子的5-6元杂环体系、取代杂环、(C2-C18)烯基、取代烯基、炔基、取代炔基、(C6-C10)芳基、取代芳基、杂芳基、取代杂芳基、烷基芳基、取代烷基芳基、芳基炔基、取代芳基炔基、芳基烯基、取代芳基烯基、芳基炔基、取代芳基炔基,其中取代基选自H、F、Cl、Br、I、(C1-C6)烷基、-CN、-NO2、-OH、-O(C1-C6)烷基)、-S(C1-C6)烷基)、-S[(=O)(C1-C6)烷基)]、-S[(O2)(C1-C6)烷基]、-C[(=O)(C1-C6)烷基]、CF3、-O[(CO)-(C1-C6)烷基)]、-S(O2)[N(R9R10)、-NH[(C=O)(C1-C6)烷基]、-NH(C=O)N(R9R10);其中R9和R10独立地为H或(C1-C6)烷基和-N(R11R12),其中R11和R12独立地选自(C2-C20)亚烷基和(C2-C20)亚烯基。
在又一个实施方式中,聚合物含有结构式(IV)聚合物的四个分子,只是四分子中仅有两个省略了R7,并且被交联,以便提供单个-R5-X-R5-结合物,其中X选自(C1-C18)亚烷基、取代亚烷基、(C3-C8)环亚烷基、取代环亚烷基、含有1-3个选自O、N和S的杂原子的5-6元杂环体系、取代杂环、(C2-C18)烯基、取代烯基、炔基、取代炔基、C6和C10芳基、取代芳基、杂芳基、取代杂芳基、烷基芳基、取代烷基芳基、芳基炔基、取代芳基炔基、芳基烯基、取代芳基烯基、芳基炔基、取代芳基炔基,其中取代基选自H、F、Cl、Br、I、(C1-C6)烷基、-CN、-NO2、-OH、-O(C1-C4)烷基)、-S(C1-C6)烷基)、-S[(=O)(C1-C6)烷基)]、-S[(O2)(C1-C6)烷基]、-C[(=O)(C1-C6)烷基]、-CF3、-O[(CO)-(C1-C6)烷基)]、-S(O2)[N(R9R10)、-NH[(C=O)(C1-C6)烷基]、-NH(C=O)N(R9R10)和-N(R9R10);其中R9和R10独立地为H或(C1-C6)烷基。
仍然在另一个实施方式中,结构式III聚合物的四个分子可以通过省略两个分子上的附加生物活性剂R7并代替形成单个-R5-X-R5-结合物而被部分交联,其中X、R5和R7如上所述。
考虑用在本发明实践中的PEA和PEUR聚合物的例子和合成方法包括在美国专利第5,516,881;5,610,241;6,338,047;6,476,204;6,503,538号和在美国申请第10/096,435;10/101,408;10/143,572;10/194,965和10/362,848号中所列举的那些。
这些生物可降解聚合物和共聚物优选具有范围在10,000至125,000的重均分子量;这些聚合物和共聚物一般具有的比浓对数粘度在25℃下、通过标准粘度测量方法测定在0.3至4.0的范围内,优选在0.5至3.5的范围内。
提及本文的结构式时,术语“芳基(aryl)”被用于指苯基或具有大约9至10个环原子的单边稠合的双环碳环基团,其中至少一个环是芳香环。在某些实施方式中,一个或多个环原子可以用一个或多个硝基、氰基、卤素、三氟甲基或三氟甲氧基取代。芳基的例子包括但不限于,苯基、萘基和硝基苯基。
提及本文的结构式时,术语“亚烯基(alkenylene)”用于指在主链或侧链中含有至少一个不饱和键的二价支链或无支链烃链。
本文的分子量和多分散性是通过凝胶渗透色谱(gelpermeation chromatography(GPC)),使用聚乙烯标准品而测定的。更具体地,测定了数均分子量和重均分子量(Mn和Mw),例如,使用Model510凝胶渗透色谱(Water Associates,Inc.,Milford,MA),其配备有高压液相色谱泵(high-pressure liquid chromatographic pump)、Waters 486UV检测器和Waters 2410示差折光率检测器。使用四氢呋喃(THF)作为洗脱液(1.0mL/min)。聚乙烯标准品具有窄分子量分布。
制备在通式中含有α-氨基酸的式(I)和(III)的聚合物的方法在本领域是熟知的。例如,对于式(I)的聚合物的实施方式,其中α-氨基酸例如可以通过α-氨基酸与二醇HO-R4-OH的缩合而被转化为双(α-氨基酸)二酯单体。因此,酯键得以形成。然后,双(α-氨基酸)二酯加入与二酸如癸二酸的缩聚反应,以获得具有酯键和酰胺键的最终聚合物。可选地,代替二酸,可以使用活化的二酸衍生物作为化学结构(I)和(II)的聚合物的活化二酸,所述活化二酸衍生物例如二对硝基苯二酯。另外,二碳酸酯如二(对硝基苯基)二碳酸酯可以被用作活化种类,以获得结构(III)的聚合物。在(III)的情况下,获得具有酯键和氨基甲酸酯键的最终聚合物。
更具体而言,用作如上所述结构(I)的生物可降解聚合物的不饱和聚(酰胺酯)类(unsaturated poly(ester-amide)s(UPEAs))的合成将被描述:
其中
和/或(b)R4是-CH2-CH=CH-CH2-。在存在(a)而(b)不存在的情况下,(I)中的R4是-C4H8-或-C6H12-。在(a)不存在而(b)存在的情况下,(I)中的R1是-C4H8-或-C8H16-。
UPEAs可以通过下述的溶液缩聚而制备:(1)不饱和二醇的二(α-氨基酸)二酯的二对甲苯磺酸盐与饱和二羧酸的二对硝基苯酯的溶液缩聚,或者(2)饱和二醇的二(α-氨基酸)二酯的二对甲苯磺酸盐与不饱和二羧酸的二硝基苯酯的溶液缩聚,或者(3)不饱和二醇的二(α-氨基酸)二酯的二对甲苯磺酸盐与不饱和二羧酸的二硝基苯酯的溶液缩聚。
已知对甲苯磺酸的盐用于合成含有氨基酸残基的聚合物。用芳基磺酸盐替代游离碱,原因在于二(α-氨基酸)二酯的芳基磺酸盐易通过重结晶进行纯化,并且在整个操作中使氨基基团为惰性的甲苯磺酸铵。在缩聚反应中,亲核氨基通过有机碱如三乙胺的加入而容易显露,因此聚合物产物以高收率获得。
对于结构(1)的聚合物,不饱和二羧酸的二对硝基苯酯可以从对硝基苯基和不饱和二羧酸氯化物(dicarboxylic acid chloride)合成,例如通过将三乙胺和对硝基苯酚溶解在丙酮中,在-78℃伴随搅拌逐滴加入不饱和二羧酸氯化物,并倒入水中,沉淀出产物。合适的酰基氯(acid chlorides)包括延胡索酸、马来酸、中康酸、柠康酸、戊烯二酸、衣康酸、乙烯基-丁烷双酸和2-丙烯基-丁烷双酸的氯化物。对于结构(III)的聚合物,饱和或不饱和二醇的二对硝基苯基二碳酸酯被用作活性单体。通式(IX)的二碳酸酯单体被用于结构(III)的聚合物:
其中,每一个R5独立地为任选用硝基、氰基、卤素、三氟甲基或三氟甲氧基中的一个或多个取代的(C6-C10)芳基;和R6独立为(C2-C20)亚烷基或(C2-C20)烷氧基或(C2-C20)亚烯基。
α-氨基酸与不饱和二醇的二酯的二芳基磺酸盐可以如此制备:在甲苯中掺合α-氨基酸例如对芳基磺酸一水合物与饱和或不饱和二醇,加热至回流温度,直到水放出达到最小,然后冷却。不饱和二醇例如包括2-丁烯-1,3-二醇和1,18-十八碳-9-烯-二醇。
二羧酸的饱和二对硝基苯酯和二-α氨基酸酯的饱和二对甲苯磺酸盐可以按美国专利第6,503,538B1号所述制备。
用作如上所述结构(I)的生物可降解聚合物的不饱和聚(酰胺酯)类(UPEAs)的合成现在将被描述。可以以与美国专利第6,503,538B1号的化合物(VII)类似的方式制备具有结构(I)的化合物,只是6,503,538的(III)的R4和/或6,503,538的(V)的R1是如上所述的C2-C20亚烯基。反应如下进行:例如,将干燥三乙胺在室温下加入6,503,538的所述(III)和(IV)和6,503,538的所述(V)在干燥N,N-二甲基乙酰胺中的混合物中,然后升温至80℃并搅拌16小时,然后将反应溶液冷却至室温,用乙醇稀释,倒入水中,分离聚合物,用水洗涤分离的聚合物,在减压下干燥至大约30℃,并随后纯化至对于对硝基苯基和对甲苯磺酸呈阴性试验(negative test)。6,503,538的优选反应物(IV)是苄酯的对甲苯磺酸盐,苄酯保护基被优选从(II)去除,以赋予生物降解性,但是它不应当如在美国专利第6,503,538的实施例22中通过氢解去除,原因在于氢解会饱和期望的双键;相反,应当通过保持不饱和的方法将苄酯基转化为酸基,例如通过用氟乙酸或气态HF进行处理。可选地,6,503,538的赖氨酸反应物(IV)可以通过不同于苄基的保护基保护,该保护基可以容易地在成品中去除,同时保持不饱和,例如,赖氨酸反应物可以用叔丁基保护(即反应物可以是赖氨酸的叔丁酯),并且通过用酸处理产物(II),叔丁基可以被转化为H,同时保持不饱和。
通过用二(L-苯丙氨酸)2-丁烯-1,4-二酯的对甲苯磺酸盐代替6,503,538实施例1中的(III),或者通过用反丁烯二酸二对硝基苯酯代替6,503,538实施例1中的(V),或者通过用二(L-苯丙氨酸)2-丁烯-1,4-二酯的对甲苯磺酸盐代替6,503,538实施例1中的III以及也用反丁烯二酸二对硝基苯酯代替6,503,538实施例1中的(V),提供了具有结构式(I)的化合物的工作实例。
在具有结构式(I)的不饱和化合物中,具有下列:利用碳酰二咪唑作为缩合剂,可以连接具有氨基取代的氨基氧(N-氧化物)基的基团,例如4-氨基TEMPO。如本文所述的创伤愈合剂和附加生物活性剂以及类似物可以通过双键官能度而被连接。通过结合至聚乙二醇二丙烯酸酯可以赋予亲水性。
生物可降解聚合物和共聚物优选具有范围在10,000至300,000之间的数均分子量;这些聚合物和共聚物一般具有的比浓对数粘度在25℃下、通过标准粘度测量方法测定在0.3至4.0的范围内,优选在0.5至3.5的范围内。
考虑用在本发明的实践中的聚合物可以通过本领域熟知的多种方法来合成。例如,三丁基锡(IV)催化剂一般被用于形成聚酯,诸如聚己酸内酯、聚乙交酯、聚丙交酯以及类似物。然而,应当理解,很多催化剂可以被用于形成适合用于本发明实践中的聚合物。
考虑使用的这种聚己酸内酯具有如下的示例性结构式(VIII):
考虑使用的聚乙交酯具有如下的示例性结构式(IX):
考虑使用的聚丙交酯具有如下的示例性结构式(X):
合适的包括氨基氧(aminoxyl)部分的丙交酯/ε-己酸内酯共聚物的示例性合成如下所述。第一步包括丙交酯和ε-己酸内酯在苄醇存在下、以辛酸亚锡作催化剂的共聚合,以形成结构式(XI)的聚合物。
然后羟基封端的聚合物链可以用马来酐封端,以形成具有结构式(XII)的聚合物链:
在这点上,4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧可以与羧酸端基反应,以便通过4-氨基和羧酸端基之间的反应产生的酰胺键,将氨基氧部分共价连接到共聚物。可选地,顺丁烯二酸封端的共聚物可以用聚丙烯酸接枝,以提供另外的羧酸部分,用于更多氨基氧基团的随后连接。
在某些实施方式中,生物活性剂可以通过很多合适的官能团与生物可降解聚合物共价结合。例如,当生物可降解聚合物是聚酯时,羧基链末端可以用于与生物活性剂上的互补部分反应,例如羟基、氨基、硫代以及类似部分。很多合适的试剂和反应条件被公开在例如Advanced Organic Chemistry,Reactions,Mechanisms,and Structure,第五版(2001);和Comprehensive Organic Transformations,第二版,Larock(1999)中。
在其他实施方式中,生物活性剂通过“装载”到聚合物上可以被分散到聚合物中,而不形成化学键,或者生物活性剂可以被连接至聚合物中的任何官能团上,例如酰胺、酯、醚、氨基、酮、硫醚、亚磺酰、磺酰、二硫化物以及类似物,以形成直接的键。可以利用本领域已知的合成步骤,从适当官能化的原料形成这样的键。
例如,本发明的聚合物可以通过聚合物的羧基(例如COOH)与生物活性剂连接。具体地,结构(I)-(VI)的化合物可以与生物活性剂的氨基官能团或者与生物活性剂的羟基官能团反应,以提供具有分别通过酰胺键或羧酸酯键而连接的生物活性剂的可生物降解的、生物相容的聚合物。在另一个实施方式中,聚合物的羧基可以被转化为酰卤、酰基酸酐/“混合的”酸酐或活性酯。
可选地,生物活性剂可以通过接头连接至聚合物。的确,为改善生物可降解聚合物的表面疏水性,为改善生物可降解聚合物对酶活化的可及性,以及为改善生物可降解聚合物的释放曲线(releaseprofile),可利用接头,间接地将生物活性剂连接到生物可降解聚合物。在某些实施方式中,接头化合物包括聚乙二醇,其具有的分子量(MW)为大约44至大约10,000,优选地从44至2000;氨基酸,例如丝氨酸;具有1至100重复单元的多肽;和任何其他合适的低分子量聚合物。接头一般将生物活性剂与聚合物分隔大约5埃至大约200埃。
仍在进一步的实施方式中,接头是式W-A-Q的二价基,其中A是(C1-C24)烷基、(C2-C24)烯基、(C2-C24)炔基、(C3-C8)环烷基或(C6-C10)芳基,而W和Q每一个独立为-N(R)C(=O)-、-C(=O)N(R)-、-OC(=O)-、-C(=O)O、-O-、-S-、-S(O)、-S(O)2-、-S-S-、-N(R)-、-C(=O)-,其中每一个R独立为H或(C1-C6)烷基。
如此处所用,术语“烷基(alkyl)”指的是直链或支链烃基,包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正己基以及类似物。
如此处所用,“烯基(alkenyl)”指的是具有一个或多个碳-碳双键的直链或直链烃基。
如此处所用,“炔基(alkynyl)”指的是具有至少一个碳-碳三键的直链或支链烃基。
如此处所用,“芳基(aryl)”指的是具有6至14个碳原子的芳香基团。
在某些实施方式中,接头可以是具有大约2个至大约25个氨基酸的多肽。考虑使用的合适的肽包括聚-L-赖氨酸、聚-L-谷氨酸、聚L-天冬氨酸、聚-L-组氨酸、聚-L-鸟氨酸、聚-L-苏氨酸、聚-L-酪氨酸、聚-L-亮氨酸、聚-L-赖氨酸-L-苯丙氨酸、聚-L-精氨酸、聚-L-赖氨酸-L-酪氨酸以及类似物。
接头可以首先连接至聚合物或生物活性剂。在含有通过接头而间接连接的生物活性剂的聚合物的合成期间,接头可以处于未保护形式或者利用本领域普通技术人员熟知的众多保护基而处于被保护形式。
在保护接头的情况下,接头的未保护端可以首先连接至聚合物或生物活性剂。然后,利用Pd/H2氢解、温和酸或碱水解或者本领域已知的任何其他常规去保护方法,保护基可以被去保护。然后,去保护接头可以连接至生物活性剂。利用聚乙二醇作接头的例子示于方案1中。
方案1
聚乙二醇被用作聚合物与生物活性剂或附加生物活性剂之间的接头。
R可以是药物或生物活性剂;和
N可以在1至200之间;优选从1至50。
按照本发明的可生物降解的、生物相容的聚合物的示例性合成(其中生物活性剂是氨基氧)阐述如下。聚酯可以与具有氨基取代的氨基氧(N-氧化物)基的基团例如4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧,在N,N′-碳酰二咪唑存在下反应,以便用含有氨基取代的氨基氧(N-氧化物)基的基团替换聚酯链末端上的羧基中的羟基部分,使得氨基部分与羧基的羰基残基的碳共价结合而形成酰胺键。N,N′-碳酰二咪唑或合适的碳二亚胺将聚酯链末端上的羧基中的羟基部分转化为与氨基氧例如4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧反应的中间产物部分。一般按反应物与聚酯的摩尔比范围为1∶1至100∶1,使用氨基氧反应物。N,N′-碳酰二咪唑与氨基氧的摩尔比优选为大约1∶1。
典型反应如下。将聚酯溶解在反应溶剂中,并在用于溶解的温度下容易地进行反应。反应溶剂可以是聚酯将溶解在其中的任何溶剂;该信息通常来自聚酯的制造商。当聚酯为聚乙醇酸或聚(乙交酯-L-丙交酯)(具有50∶50以上的乙醇酸与L-乳酸的单体摩尔比)时,高度精制的(99.9+%纯度)二甲亚砜在115℃至130℃下或六氟异丙醇在室温下适于溶解聚酯。当聚酯是聚-L-乳酸时,聚-DL-乳酸或聚(乙交酯-L-丙交酯)(具有50∶50或小于50∶50的乙醇酸与L-乳酸的单体摩尔比)时,四氢呋喃、二氯甲烷和氯仿在室温至50℃适于溶解聚酯。
在30分钟至5小时内,反应一般进行至基本完成。当来自富乙二醇的单体混合物的聚乙醇酸或聚(乙交酯-L-丙交酯)构成聚酯时,2至3小时的反应时间是优选的。聚-L-乳酸是聚酯时,反应容易在室温下在1小时内进行至基本完成。优选在干燥氮吹洗的惰性气氛中进行反应,以便促使反应完成。
通过加入产物的冷的非溶剂,可以将产物自反应混合物中沉淀。例如,通过加入冷的甲醇或冷的丙酮/甲醇混合物,可从热的二甲亚砜中容易地沉淀出由富乙醇酸的单体混合物形成的含氨基氧的聚乙醇酸和含氨基氧的聚(乙交酯-L-丙交酯),然后例如通过过滤进行回收。当产物通过加入产物的冷的非溶剂而不易沉淀时,可以通过真空技术分离产物和溶剂。例如,含氨基氧的聚-L-乳酸以此种方法可被有利地从溶剂分离。通过用不溶解产物的溶剂洗去水和副产品(如脲),回收的产物容易被进一步纯化,所述溶剂例如在本文中的修饰聚乙醇酸、聚乳酸和聚(乙交酯-L-丙交酯)产物的情况下的甲醇。来自这种洗涤过程的残留溶剂可以利用真空干燥被去除。
本文所述的聚合物可以以很多方法被涂布到如本文所述的手术器械的表面上,例如浸涂、喷涂、离子沉积作用以及类似方法,如在本领域是熟知的。在涂布外科器械的多孔表面时,必须要留心不使孔闭塞,这是允许细胞、因子以及类似物从器械表面到器械内部的进入和迁移所必需的,例如参与创伤愈合的自然生物过程的内皮细胞和其他血液因子。
手术器械可以由任何合适的物质形成,例如本领域中已知的,其至少一部分表面被涂敷有其中分散有生物活性剂的生物可降解聚合物(一种或多种)。例如,手术器械可以由生物相容的金属形成,例如不锈钢、钽、镍钛金属互化物、埃尔基洛伊耐蚀游丝合金(elgiloy)以及类似物及其合适的组合。对于多孔手术器械,如支架,生物相容材料被选择为被模制、压印或编织(woven)等,以含有本文所述的多孔表面特征。例如,手术器械本身可以是基本可生物降解的,由可交联的“星形结构聚合物(star structure polymers)”或树枝状大分子制成,这对于本领域普通技术人员而言是熟知的。在一个方面,手术器械是由如本文所述的可生物降解的交联聚(酰胺酯)、聚己酸内酯或聚酯型氨基甲酸酯形成的。
聚合物/生物活性剂连接
在一个实施方式中,用于制作如本文所述的创伤敷料和器械覆盖物的聚合物具有一个或多个生物活性剂,其促进了与聚合物直接连接的血管的自然内皮再生(re-endothelialization)。聚合物的残基可以与所述一个或多个生物活性剂的残基连接。例如,聚合物的一个残基可以直接连接生物活性剂的一个残基。聚合物和生物活性剂每一个可以具有一个开放化合价(open valence)。可选地,促进血管的自然内皮再生的一个以上的生物活性剂或者生物活性剂的混合物可以与聚合物直接连接。然而,因为每一个生物活性剂的残基可以与聚合物的相应残基连接,所述一个或多个生物活性剂的残基的数目可以对应于聚合物残基上的开放化合价的数目。
如此处所用,“聚合物的残基(residue of a polymer)”指的是具有一个或多个开放化合价的聚合物的基团。本发明的聚合物的任何合成可行的原子、多个原子或官能团(例如在聚合物骨架或侧基上)可以被去除,以提供开放化合价,条件是当基团被连接于生物活性剂的残基时生物活性基本被保留。另外,任何合成可行的官能团(例如羧基)可以在聚合物上(例如在聚合物骨架或侧基上)形成,以提供开放化合价,条件是当基团被连接于生物活性剂的残基时,生物活性基本被保留。基于所需的连接,本领域普通技术人员可以选择适当官能化的原料,原料可以用本领域已知的方法由本发明的聚合物得到。如此处所用,“式(*)的化合物的残基(residue of a compound of structural formula(*))”指的是具有一个或多个开放化合价的式(I-VI)化合物的基团。式(I-VI)化合物的任何合成可行的原子、多个原子或官能团(例如在聚合物骨架或侧基上)可以被去除,以提供开放化合价,前提是当基团被连接于生物活性剂的残基时,生物活性基本被保留。另外,任何合成可行的官能团(例如羧基)可以在式(I-VI)化合物上(例如在聚合物骨架或侧基上)形成,以提供开放化合价,前提是当基团被连接于生物活性剂的残基时,生物活性基本被保留。基于所需的连接,本领域普通技术人员可以选择适当官能化的原料,原料可以用本领域已知的方法由式(I-VI)化合物得到。
生物活性剂的残基可以通过酰胺(例如-N(R)C(=O)-或-C(O)N(R)-)、酯(例如-OC(=O)-或-C(=O)O-)、醚(例如-O-)、氨基(例如-N(R)-)、酮(例如-C(=O)-)、硫醚(例如-S-)、亚磺酰(例如-S(O)-)、磺酰(例如-S(O)2-)、二硫化物(例如-S-S-)或直接(例如C-C键)键而与式(I)-(VI)化合物的残基连接,其中每一个R独立为H或(C1-C6)烷基。利用本领域已知的合成步骤,这样的键可以从适当官能化的原料形成。基于期望的键,本领域普通技术人员可以选择适当官能化的原料,利用本领域已知的方法,原料可以来源于式(I)-(VI)化合物的残基以及生物活性剂的给定残基。生物活性剂的残基可以直接连接至式(I)-(VI)化合物的残基上的任何合成可行的位置。另外,本发明也提供了具有与式(I)-(VI)化合物直接连接的生物活性剂或多个生物活性剂的一个以上残基的化合物。
一个或多个生物活性剂可以直接与聚合物连接。具体地,每一个生物活性剂的残基可以每一个与聚合物的残基直接连接。任何合适数目的生物活性剂(即其残基)可以直接与聚合物(即其残基)连接,或者通过官能团或者通过双键或三键。可以直接与聚合物连接的生物活性剂的数目一般取决于聚合物的分子量及其自由官能团和双键或三键的数目。例如,对于式(I)的饱和化合物,其中n为大约50至大约150,通过使生物活性剂与聚合物的端基反应,可达大约300个的生物活性剂(即其残基)可以与聚合物(即其残基)直接连接。形成这样的连接的合适的试剂和反应条件例如公开在Advanced Organic Chemistiy,Part B:Reactions and Synthesis,第二版,Carey和Sundberg(1983);AdvancedOrganic Chemistry,Reactions,Mechanisms,and Structure,第二版,March(1977);和Comprehensive Organic Transformations,第二版,Larock(1999)中。
在本发明的一个实施方式中,聚合物(即其残基)通过聚合物的羧基基团(例如COOR2)可以与生物活性剂(即其残基)连接。具体地,其中R2独立为氢或(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基的式(I)化合物可以与生物活性剂的氨基官能团或者生物活性剂的羟基官能团反应,以分别提供具有酰胺键的聚合物/生物活性剂或具有羧酸酯键的聚合物/生物活性剂。在另一个实施方式中,聚合物的羧基基团可以被转化为酰卤或酰基酸酐。
用在创伤愈合中的水凝胶
用在本发明创伤愈合敷料和可植入药物传输组合物中的非粘性创伤愈合敷料和非粘性层包含生物可降解的水凝胶。尽管可以装载创伤愈合药物或药剂用于原位传输的、本领域已知的任何生物可降解水凝胶可以用于该目的,但优选的水凝胶具有疏水和亲水组分,并且通过自由基聚合形成单相交联聚合物网状结构。此类水凝胶有效地容纳疏水性药物(以及亲水性药物),并且相比于完全亲水基水凝胶,具有疏水和亲水组分的水凝胶具有维持结构完整性相对较长时间期间以及具有增加的机械强度的优势。由于其非粘性性质,水凝胶层可以被直接放置到创伤床中,以便在原位传输其荷载的至少一种创伤愈合生物活性剂(即产生创伤愈合效应的生物活性剂),并且可在不损害创伤床中正发育的创伤愈合结构的情况下被去除。
在一个方面,这样的水凝胶由形成水凝胶的体系形成,所述体系包括按重量计0.01%至99.99%,例如按重量计95%至5%的(A),其中(A)是具有不饱和基团封端的疏水大分子单体;和按重量计99.99%至0.01%,例如按重量计5%至95%的(B),其中(B)是含有与疏水大分子单体的不饱和基团反应的羟基的亲水多糖。(A)和(B)的百分比总计为100%。疏水大分子单体是生物可降解的,并且通过使二醇——通过将聚(乳酸)末端羧酸基团的羟基转化为酰氨基乙醇基团而获得——与引入不饱和基团的化合物反应而容易地制备。例如,引入不饱和基团的化合物可以含有羧酸,其可以与聚合物的末端二醇反应而形成与不饱和基团连接的酯键。
例如,亲水聚合物可以是葡聚糖,其中在该葡聚糖的葡萄糖单位中的一个或多个羟基与引入不饱和基团的化合物反应。在一种情况下,亲水聚合物可以是葡聚糖-顺丁烯二酸单酯,如在PCT/US99/18818中所述,其在此被引入作为参考。
如本文所述的创伤愈合生物活性剂或药物可以通过很多方法被装载到(即分散在)水凝胶中,这取决于剂或药物的分子量。例如,重均分子量在200至1,000范围内的药物,如吲哚美辛所示范,可以被包封在三维交联聚合物网络中,以从那里控制释放。可选地,重均分子量在1,000至10,000范围内的水溶性大分子例如多肽,如胰岛素示范,可以被包封在三维交联聚合物网络中,以从那里控制释放。仍在另一个实例中,例如重均分子量在10,000至100,000范围内的合成或天然聚合物可以被包封在三维交联聚合物网络中,以从那里控制释放。
术语“水凝胶(hydrogel)”在此被用于指表现出吸收水并将大部分水保留在其结构中而不溶解的能力的高分子材料。
如本文所使用的术语,“生物可降解水凝胶(biodegradablehydrogel)”是从含有至少一种生物可降解组分的形成水凝胶的体系而形成的水凝胶,生物可降解组分即被水和/或被在哺乳动物患者如人的伤口中发现的酶所降解的组分。本发明创伤敷料也适合用于多种哺乳动物患者中的伤口的兽医治疗,例如宠物(如猫、狗、兔、雪貂)、农场动物(例如猪、马、螺、奶牛和肉牛)以及赛马。
术语“交联聚合物网状结构(crosslinked polymer networkstructure)”在此被用于指互连的结构,其中交联形成于疏水分子之间、亲水分子之间和疏水分子与亲水分子之间。
术语“光致交联(photocrosslinking)”在此被用于指通过应用适当的辐射能,新的碳碳键从两个种类的乙烯基键形成,或者从两个种类的不饱和部分形成。通过在施加合适的辐射能之后提供活性自由基引发交联,光敏引发剂可以被用于开始光致交联过程,这在本领域是熟知的。
术语“大分子单体(macromer)”在此被用于指具有的重均分子量在500至80,000范围内的单体。
术语“引入不饱和基团的化合物(unsaturatedgroup-introducing compound)”在此关于水凝胶而被使用,并且被用于指与羟基反应并提供含不饱和基团的侧基或端基,例如在其末端具有乙烯基基团的侧基的化合物。
本文的重均分子量和数均分子量是通过凝胶渗透色谱测定的。
此类生物可降解水凝胶以及它们的制备方法的详细描述在美国专利第6,476,204、6,388,047、6,583,219、6,716,445号中;在美国临时申请第60/098,571号中;以及在美国申请第09/531,451、10/096,435、10/143,572、10/362,848和10/369,676号中得以描述。
用作疏水大分子单体(A)、用在生物可降解水凝胶的制备中的合适的化合物可容易地如下获得:如果羟基并非已经作为端基存在,将原料大分子单体的端基转化为具有末端羟基的基团,即,提供二醇,并且使末端羟基与引入不饱和基团的化合物反应,以便在大分子单体上提供末端的不饱和基团,例如乙烯基基团。原料大分子单体优选具有在500至20,000范围内的重均分子量,例如脂族聚酯聚(乳酸),其具有重均分子量在600至8,000范围内,例如在600至1,000或6,500至8,000范围内,例如聚-D-,L-乳酸(有时表示为PDLLA)。聚-D,L-乳酸已被广泛用作生物可降解疏水高分子材料,原因在于其结合了生物降解性、生物相容性和足够的机械强度。聚-D,L-乳酸在体内的降解被充分了解,并且降解产物是可容易地被人体排泄的天然代谢物。可以被使用的其他原料大分子单体例如包括其他脂族聚酯,例如聚(乙醇酸)、聚(ε-己酸内酯)、乙交酯/丙交酯共聚物、聚(丙交酯-ε-己酸内酯)、聚己酸内酯二醇(例如具有等于530、1250或2000的Mn)、聚己酸内酯三醇(具有等于300或900的Mn),或者任何合成的生物可降解大分子单体,其具有一个羧基端基和一个羟基端基、在其两端具有羧基基团或者在其两端具有羟基基团。
二醇与引入不饱和基团化合物的反应提供了具有不饱和端基的疏水聚合物。引入不饱和基团的化合物例如可以是烯丙酰氯、异丁烯酰氯(methacryloyl chloride)、丙烯酸、甲基丙烯酸,或者是在分子的一端具有不饱和基团例如乙烯基的异氰酸酯,例如异氰酸烯丙酯或甲基丙烯酸异氰酸乙酯(isocyanatoethyl methacrylate)。乙烯基封端的疏水大分子单体A可以从具有8至120个单体的聚-D,L-乳酸制备。
亲水聚合物(B)是多糖衍生物。用于制备(B)的合适的多糖具有羟基功能侧基,并且例如包括葡聚糖、菊淀粉、淀粉、纤维素、普鲁蓝(pullan)、果聚糖、甘露聚糖、壳多糖、木聚糖、果胶、葡糖醛(glucuronan)、昆布多糖、半乳甘露聚糖、直链淀粉、支链淀粉和葡萄糖缩合物(phytoglucans)。这些多糖具有多个允许产生三维网络的羟基官能团。指定的多糖是便宜的。葡聚糖为优选的多糖原料,是最丰富的天然出现的生物可降解聚合物之一。它在体内易于酶促消化,并且主要由具有大约5-10%的(1→3)α-连接分支的(1→6)α-D-糖苷键组成。它每个葡萄糖重复单元含有三个羟基,因此调节交联聚合物网络的形成。优选地,葡聚糖原料具有的重均分子量在40,000至80,000范围内。
使多糖羟基基团与引入不饱和基团的化合物反应。用于制备生物可降解水凝胶的合适的引入不饱和基团的化合物例如包括烯丙酰氯、异丁烯酰氯、丙烯酸、甲基丙烯酸,或者是在分子的一端具有不饱和基团例如乙烯基的异氰酸酯,例如异氰酸烯丙酯或甲基丙烯酸异氰酸乙酯。
(A)和(B)的百分比、疏水大分子单体的分子量、亲水聚合物的分子量以及亲水聚合物中的取代程度是影响由本文所述的形成水凝胶的体系的水凝胶的疏水性/亲水性、机械性能、溶胀比(swelling ratio)和生物降解性质的变量。“溶胀比”是这样测定的:将已知重量的干燥水凝胶浸入含有15ml液体的小瓶中,在有规律的时间间隔,从液体中移走膨胀的水凝胶,擦拭表面水并称重,直到达到平衡。
减少(B)的百分比和增加(A)的百分比增加了疏水性(以及与疏水剂和环境的相容性)且减小了溶胀比(当将(B)的百分比从80%减至60%以及将(A)的百分比从20%增至40%时,发现在膨胀比上具有最大的百分比减少)。增加(B)的百分比及减少(A)的百分比增加了水凝胶与亲水剂和环境的亲水性和相容性。增加(A)的百分比改善了由形成水凝胶体系形成的水凝胶中的机械性能。增加(A)的分子量在所形成的水凝胶中增加了疏水性和增强了机械性能,增强了A或B百分比高时的溶胀比,并引起生物降解时间的增加。增加(B)的分子量在所形成的水凝胶中减小了疏水性,减小了溶胀比,增强了机械性能,并且当(B)是葡聚糖衍生物时增加了利用葡聚糖酶降解的时间。在亲水聚合物中取代程度的增加在所形成的水凝胶中减小了亲水性和溶胀比(在较高重量百分比葡聚糖衍生物组合物中),增强了机械性能以及增加了降解时间。
本文所形成的水凝胶可以化学结合创伤愈合生物活性剂,其与形成水凝胶体系的任一组分或两种组分反应;这可以通过使生物活性剂与此处的形成水凝胶体系的一种或两种组分反应来实现。
与本文的形成水凝胶体系的组分不起反应的创伤愈合剂可以被物理包埋在水凝胶内,或者通过将它们包含在经历光致交联的反应混合物中而物理包封在水凝胶内,以便光致交联引起形成具有包埋其中或由其胶囊化的生物活性剂的水凝胶。
通过改变上面所讨论的参数,为改变机械性能、疏水性/亲水性、溶胀比和生物降解性能,在此所述的形成水凝胶体系可以被调节,以生产用于药物控制释放装置、用于伤口覆盖物、用于涂布手术植入物(例如用于涂布人造胰腺)的水凝胶。如上所述,较高的溶胀比提供较快的药物释放,并且与高亲水性有关,高亲水性对于伤口清洗效果(wound cleaning utilities)是重要的,且提供对于卫生目的而言更好的吸收。此处本发明的水凝胶例如可用于低分子量药物、水溶性高分子和蛋白质以及组织工程的支架结构的控制释放。
可以被引入生物可降解水凝胶中的合成或天然聚合物例如包括蛋白质、肽、多糖和黏多糖(polymucosaccharides)。该可选方案的蛋白质例如包括溶菌酶、白细胞介素-1和碱性成纤维细胞生长因子。该可选方案为合成或天然高分子药物的控制释放施用提供了优良的方法。
通过形成组分(A)和(B)的溶液,以提供在溶液中的(A)和(B)总计为30至50%(w/v)的浓度,加入光敏引发剂,然后例如加入0.5至3%(w/w,基于(A)和(B)的总重)的待包埋的剂,然后进行自由基聚合,被包埋的创伤愈合剂容易地被结合到生物可降解水凝胶中。溶剂应当是(A)和(B)以及待包埋的剂在其中溶解的溶剂,并被用在实施例中。(A)和(B)可溶解在其中的这样的溶剂一般例如包括N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲亚砜(DMSO),并且在(A)和(B)可溶解在其中的溶剂中进行选择,以获得也溶解待包埋的剂的溶剂。
附加生物活性剂
如此处所用,术语“附加生物活性剂(additional bioactiveagent)”指的是除上述“创伤愈合剂”之外的治疗剂、镇静剂或诊断剂。这样的附加生物活性剂也可以被分散在水凝胶或聚合物母体中,或者涂敷在具有不同治疗目的的可插入或可植入的手术器械表面上,如本领域中已知的,其中附加生物活性剂通过生物降解从水凝胶或聚合物涂层中释放是期望的,例如,通过与治疗表面或造血细胞或因子接触。
如此处所用,术语“生物活性剂(bioactive agent)”是用于指以及包括创伤愈合剂和附加生物活性剂的通用术语,如本文所使用的那些术语,其可以被掺入到用在本发明组合物中的聚合物和/或水凝胶中。
具体而言,此类附加生物活性剂可以包括,但不限于下列物质中的一种或多种:多核苷酸、多肽、寡核苷酸、核苷酸类似物、核苷类似物、多核酸诱杀剂(polynucleic acid decoys)、治疗性抗体、阿昔单抗(abciximab)、血液调节剂(blood modifiers)、抗血小板剂、抗凝血剂、免疫抑制剂、抗肿瘤剂、抗癌剂、抗细胞增殖剂和一氧化氮释放剂。
多核苷酸可以包括脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、双链DNA、双链RNA、双链体DNA/RNA、反义多核苷酸、功能RNA或它们的组合。在一个实施方式中,多核苷酸可以是RNA。在另一个实施方式中,多核苷酸可以是DNA。在另一实施方案中,多核苷酸可以是反义多核苷酸。在另一实施方案中,多核苷酸可以是正义多核苷酸。在另一实施方案中,多核苷酸可以包括至少一种核苷酸类似物。在另一实施方案中,多核苷酸可以包括磷酸二酯连接的3′-5′和5′-3′多核苷酸骨架。可选地,多核苷酸可以包括非磷酸二酯键,如硫代磷酸酯类型、氨基磷酸酯(phosphoramidate)和肽-核苷酸骨架。在另一实施方案中,多个部分可以被连接到多核苷酸的骨架糖。产生这种连接的方法是本领域技术人员已知的。
多核苷酸可以是单链多核苷酸或双链多核苷酸。多核苷酸可以具有任何合适长度。特别地,多核苷酸可以是约2至约5,000个核苷酸长度,包括2和5,000个;约2至约1000个核苷酸长度,包括2和1000个;约2至约100个核苷酸长度,包括2和100个;或者约2至10个核苷酸长度,包括2和10个。
反义多核苷酸典型地是与编码靶蛋白的mRNA互补的多核苷酸。例如,mRNA可以编码促癌蛋白(cancer promoting protein)即癌基因的产物。反义多核苷酸与单链mRNA互补并且会形成双链体并从而抑制靶基因的表达,即,会抑制癌基因的表达。本发明的反义多核苷酸可以形成带有编码靶蛋白的mRNA的双链体并且将不允许靶蛋白的表达。
“功能RNA(functional RNA)”是指核酶RNA或不被翻译的其它RNA。
“多核酸诱杀剂(polynucleic acid decoy)”是在细胞因子与多核酸诱杀剂结合之后抑制该细胞因子活性的多核酸。多核酸诱杀剂含有细胞因子的结合位点。细胞因子的例子包括但不限于转录因子、聚合酶和核糖体。用作转录因子诱杀剂的多核酸诱杀剂的一个例子将是含有转录因子结合位点的双链多核酸。可选地,转录因子的多核酸诱杀剂可以是单链核酸,其与其本身杂交形成含有靶转录因子结合位点的折返双链体。转录因子诱杀剂的一个例子是E2F诱杀剂。E2F在参与细胞周期调节和引起细胞增殖的基因的转录中有作用。控制E2F使得能够调节细胞增殖。例如,损伤后(例如,血管成形术、手术、支架术),平滑肌细胞响应于损伤而增殖。增殖可以引起治疗区域的再狭窄(通过细胞增殖闭合动脉)。因此,对E2F活性的调节使得能够控制细胞增殖,并且可以用其减轻增殖和避免动脉闭合。其它这样的多核酸诱杀剂和靶蛋白的例子包括但不限于,用于抑制聚合酶的增强子序列和用于抑制核糖体的核糖体结合序列。应该理解,本发明包括被构想为抑制任何靶细胞因子的多核酸诱杀剂。
“基因治疗剂(gene therapy agent)”是指,通过将基因导入靶细胞、随后进行引起基因的表达,引起基因产物在靶细胞中表达的药剂。这样的基因治疗剂的例子将是导入到细胞时引起蛋白质如胰岛素表达的遗传构建体。可选地,基因治疗剂可以降低基因在靶细胞中的表达。这样的基因治疗剂的一个例子将是将多核苷酸片段导入细胞,所述片段将整合入靶基因并干扰该基因的表达。这种药剂的例子包括能够通过同源重组干扰基因的病毒和多核苷酸。导入和干扰细胞内基因的方法是本领域技术人员熟知的。
本发明的寡核苷酸可以具有任何适当长度。具体而言,寡核苷酸可以是约2至约100个核苷酸长度,包括端点;达到约20个核苷酸长度,包括端点;或者约15至约30个核苷酸长度,包括端点。寡核苷酸可以是单链或双链的。在一个实施方案中,寡核苷酸可以是单链的。寡核苷酸可以是DNA或RNA。在一个实施方案中,寡核苷酸可以是DNA。在一个实施方案中,寡核苷酸可以根据普遍已知的化学方法被合成。在另一实施方案中,寡核苷酸可以从商业供应商得到。寡核苷酸可以包括但不限于,至少一种核苷酸类似物,如溴衍生物、叠氮衍生物、荧光衍生物或它们的组合。核苷酸类似物是本领域技术人员公知的。寡核苷酸可以包括链终止子。寡核苷酸也可以被用作,例如,交联剂或荧光标签。可以应用许多普通的连接将寡核苷酸偶联于另一部分,例如,磷酸酯、羟基等。此外,可以通过掺入寡核苷酸的核苷酸类似物而将部分与寡核苷酸连接。在另一实施方案中,寡核苷酸可以包括磷酸二酯连接的3′-5′和5′-3′寡核苷酸骨架。可选地,寡核苷酸可以包括非磷酸二酯键,如硫代硫酸酯类型、氨基磷酸酯和肽-核苷酸骨架。在另一实施方案中,多个部分可以被连接到寡核苷酸的骨架糖。创建这种连接的方法是本领域技术人员已知的。
核苷酸和核苷类似物是本领域公知的。这种核苷类似物的例子包括但不限于Cytovene(Roche Laboratories)、Epivir(GlaxoWellcome)、Gemzar(Lilly)、Hivid(Roche Laboratories)、Rebetron(Schering)、Videx(Bristol-Myers Squibb)、Zerit(Bristol-Myers Squibb)和Zovirax(Glaxo Wellcome)。参见Physician′s Desk Reference,2005版。
作为分散在本发明创伤敷料、植入物和其他可植入手术器械上涂层中聚合物内的附加生物活性剂的多肽可以具有任何合适的长度。具体而言,多肽可以是约2至约5,000个氨基酸长度,包括端点;约2至约2,000个氨基酸长度,包括端点;约2至约1,000个氨基酸长度,包括端点;或者约2至约100个氨基酸长度,包括端点。
多肽也可以包括“肽模拟体(peptide mimetics)”。肽类似物一般在制药行业中用作非肽生物活性剂,其性质类似于模板肽(template peptide)。这些类型的非肽化合物被称为“肽模拟(peptidemimetics)”或“模拟肽(peptidomimetics)”。Fauchere,J.(1986)Adv.Bioactive Agent Res.,15:29;Veber和Freidinger(1985)TINS p.392;和Evans等(1987)J.Med.Chem.,30:1229;并且通常借助计算机化分子模型化而开发。一般而言,模拟肽结构上类似于典型多肽(paradigmpolypeptide)(即具有生化性质或药理活性的多肽),但是具有一个或多个通过本领域已知的方法被选自下列的键任选替换的肽键:--CH2NH--、--CH2S--、CH2-CH2--、--CH=CH--(顺式和反式)、--COCH2--、--CH(OH)CH2--和--CH2SO--,在下列参考文献中被进一步描述:Spatola,A.F.在″Chemistry and Biochemistry of Amino Acids,Peptides,andProteins,″B.Weinstein编辑,Marcel Dekker,New York,p.267(1983)中;Spatola,A.F.,Vega Data(1983年3月),Vol.1,Issue 3,″Peptide BackboneModifications″(综述);Morley,J.S.,Trends.Pharm.Sci.,(1980)p.463-468(综述);Hudson,D.等,Int.J.Pept.Prot.Res.,(1979)14:177-185(--CH2NH--、CH2CH2--);Spatola,A.F.等,Life Sci.,(1986)38:1243-1249(-CH2-S-);Harm,M.M.,J.Chem.Soc.Perkin Trans I(1982)307-314(--CH=CH-,顺式和反式);Almquist,R.G.等,J.Med.Chem.,(1980)23:2533(-COCH2-);Jennings-Whie,C.等,Tetrahedron Lett.,(1982)23:2533(-COCH2-);Szelke,M.等,European Appln.,EP 45665(1982)(-CH(OH)CH2-);Holladay,M.W.等,Tetrahedron Lett.,(1983)24:4401-4404(-C(OH)CH2-);和Hruby,V.J.,Life Sci.,(1982)31:189-199(-CH2-S-)。此类肽模拟可以具有优于多肽实施方案的显著优势,例如包括:更经济的生产、更大的化学稳定性、增强的药理性质(半寿期、吸收、效价、功效等)、改变的特异性(例如广谱的生物活性)、减少的抗原性以及其他。
另外,用D-赖氨酸代替L-赖氨酸的多肽内的一个或多个氨基酸的取代可以被用于产生更稳定的多肽和抗内源性蛋白酶的多肽。
在一个实施方案中,分散在本发明创伤敷料、植入物和其他可植入手术器械上的涂层中所使用的聚合物或水凝胶中的附加生物活性剂可以是抗体。在一个实施方案中,抗体可以与细胞黏附分子如钙粘着蛋白、整联蛋白或选择蛋白结合。在另一实施方案中,抗体可以与细胞外基质分子如胶原蛋白、弹性蛋白、纤连蛋白或层粘连蛋白结合。在又一实施方案中,抗体可以与受体如肾上腺素能受体、B细胞受体、补体受体、胆碱能受体、雌激素受体、胰岛素受体、低密度脂蛋白受体、生长因子受体或T细胞受体结合。与聚合物连接的抗体(直接连接或通过接头连接)也可以和血小板聚集因子(例如,纤维蛋白原)、细胞增殖因子(例如,生长因子和细胞因子)和凝血因子(例如纤维蛋白原)结合。在另一实施方案中,抗体可以被结合于活性物质,诸如毒素。在另一实施方案中,抗体可以是阿昔单抗(ReoProR)。阿昔单抗是与β(3)整联蛋白结合的嵌合抗体的Fab片段。阿昔单抗对例如在血细胞上的血小板糖蛋白IIb/IIIa受体具有特异性。人动脉平滑肌细胞表达其表面的α(v)β(3)整联蛋白。处理β(3)表达平滑肌细胞可以抑制其它细胞的黏附并降低细胞迁移或增殖。阿昔单抗也抑制血小板的聚集。
可以被使用的有用的抗血小板剂或抗凝血剂包括,例如Coumadin(DuPont)、Fragmin(Pharmacia & Upjohn)、Heparin(Wyeth-Ayerst)、LovenoxNormifloOrgaran(Organon)、Aggrastat(Merck)、Agrylin(Roberts)、Ecotrin(Smithkline Beecham)、Flolan(Glaxo Wellcome)、Halfprin(Kramer)、Integrillin(COR Therapeutics)、Integrillin(Key)、Persantine(Boehringer Ingelheim)、Plavix(Bristol-Myers Squibb)、ReoPro(Centecor)、Ticlid(Roche)、Abbokinase(Abbott)、Activase(Genentech)、Eminase(Roberts)和Strepase(Astra)。参见,Physician′s Desk Reference,2005版。特别地,抗血小板剂或抗凝血剂可以包括曲匹地尔(avantrin)、西洛他唑、肝素、水蛭素或依洛前列素(ilprost)。
曲匹地尔在化学上被命名为N,N-二甲基-5-甲基-[1,2,4]三唑[1,-5-a]嘧啶-7-胺。
西洛他唑在化学上被命名为6-[4-(1-环己基-1H-四唑-5-基)-丁氧基]-3,4-二氢-2(1H)-喹啉酮。
肝素是具有抗凝活性的粘多糖;是由D-葡糖胺和L-艾杜糖酸或D-葡萄糖酸重复单元组成的不定磺化的多糖链的异质混合物。
水蛭素是从水蛭例如,药用水蛭(Hirudo medicinalis)提取的抗凝蛋白。
依洛前列素在化学上被命名为5-[六氢-5-羟基-4-(3-羟基-4-甲基-1-辛烯-6-炔基)-2(1H)-并环戊二烯亚基]戊酸。
免疫抑制剂可以包括,例如,Azathioprine(Roxane)、BayRho-D(Bayer Biological)、CellCept(Roche Laboratories)、Imuran(Glaxo Wellcome)、MiCRhoGAM(Ortho-ClinicalDiagnostics)、Neoran(Novartis)、Orthoclone OKT3(Ortho Biotech)、Prograf(Fujisawa)、PhoGAM(Ortho-Clinical Diagnostics)、Sandimmune(Novartis)、Simulect(Novartis)和Zenapax(RocheLaboratories)。
特别地,免疫抑制剂可以包括雷帕霉素或沙利度胺。雷帕霉素是从吸水链霉菌(Streptomyces hygroscopicus)分离的三烯大环内酯。
沙利度胺在化学上被命名为2-(2,6-二氧代-3-哌啶基)-1H-异-吲哚-1,3(2H)-二酮。
可以被掺入作为本发明创伤敷料、植入物和器械涂层中的附加生物活性剂的抗癌剂或抗细胞增殖剂包括,例如,核苷酸和核苷类似物,如2-氯-脱氧腺苷、辅助抗肿瘤剂、烷化剂、氮芥、亚硝基脲、抗生素、抗代谢物、激素激动剂/拮抗剂、雄激素、抗雄激素、抗雌激素、雌激素和氮芥的组合、促性腺激素释放激素(GNRH)类似物、孕激素、免疫调节剂、多种抗肿瘤剂、光敏剂及皮肤和粘膜剂。参见,Physician′s Desk Reference,2005版。
合适的辅助抗肿瘤剂(adjunct antineoplastic agents)包括Anzemet(Hoeschst Marion Roussel)、Aredia(Novartis)、Didronel(MGI)、Diflucan(Pfizer)、Epogen(Amgen)、Ergamisol(Janssen)、Ethyol(Alza)、Kytril(SmithKline Beecham)、Leucovorin(Immunex)、Leucovorin(Glaxo Wellcome)、Leucovorin(Astra)、Leukine(Immunex)、Marinol(Roxane)、Mesnex(Bristol-MyersSquibb Oncology/Immunology)、Neupogen(Amgen)、Procrit(OrthoBiotech)、Salagen(MGl)、Sandostatin(Novartis)、Zinecard(Pharmacia and Upjohn)、Zofran(Glaxo Wellcome)和Zyloprim(GlaxoWellcome)。
合适的各种烷化剂包括Myleran(Glaxo Wellcome)、Paraplatin(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Platinol(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)和Thioplex(Immunex)。
合适的氮芥包括Alkeran(Glaxo Wellcome)、Cytoxan(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Ifex(Bristol-MyersSquibb Oncology/Immunology)、Leukeran(Glaxo Wellcome)和Mustargen(Merck)。
合适的亚硝基脲包括BiCNU(Bristol-Myers SquibbOncology/Immunology)、CeeNU(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Gliadel(Rhone-Poulenc Rover)和Zanosar(Pharmaciaand Upjohn)。
合适的抗代谢物包括Cytostar-U(Pharmacia and Upjohn)、Fludara(Berlex)、Sterile FUDR(Roche Laboratories)、Leustatin(Ortho Biotech)、Methotrexate(Immunex)、Parinethol(GlaxoWellcome)、Thioguanine(Glaxo Wellcome)和Xcloda(RocheLaboratories)。
合适的各种抗肿瘤剂包括Camptosar(Pharmacia andUpjohn)、Celestone(Schering)、DTIC-Dome(Bayer)、Elspar(Merck)、Etopophos(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Etopoxide(Astra)、Gemzar(Lilly)、Hexalen(U.S.Bioscience)、Hycantin(SmithKline Beecham)、Hydrea(Bristol-Myers SquibbOncology/Immunology)、Hydroxyurea(Roxane)、Intron A(Schering)、Lysodren(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Navelbine(Glaxo Wellcome)、Oncaspar(Rhone-Poulenc Rover)、Oncovin(Lilly)、Proleukin(Chiron Corporation)、Rituxan(IDEC)、Rituxan(Genentech)、Roferon-A(Roche Laboratories)、Taxol(paclitaxol/paclitaxel,Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Taxotere(Rhone-Poulenc Rover)、TheraCys(Pasteur MerieuxConnaught)、Tice BCG(Organon)、Velban(Lilly)、VePesid(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Vesanoid(RocheLaboratories)和Vumon(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)。
特别地,有用的抗癌剂或抗细胞增殖剂可以包括Taxol(紫杉醇),其为释放一氧化氮的化合物,或者NicOX(NCX-4016)。Taxol(紫杉醇)在化学上被命名为5β,20-环氧-1,2α4,7β,10β,13α-六羟基紫杉烷-11-烯-9-酮4,10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13-酯,带有(2R,3S)-N-苯甲酰-3-苯基异丝氨酸。NCX-4016在化学上被命名为2-乙酸基-苯甲酸酯2-(硝酰甲基)-苯酯,并且是抗血栓形成剂。
用于分散进入在本发明创伤愈合组合物如创伤敷料、植入物和手术器械涂层中所使用的生物可降解聚合物并从该生物可降解聚合物中释放的优选创伤愈合剂包括抗增殖剂,例如雷帕霉素及其任何类似物或衍生物;帕尼特西或其任何紫杉烯(taxene)类似物或衍生物;依维莫司(everolimus)、西罗莫司(sirolimus)(血管中平滑肌细胞生长的有力抑制剂)、依维莫司(阻碍造血细胞和非造血细胞的生长因子介导增殖的免疫抑制剂)、他克莫司(例如用于阻止肝移植物排斥反应,用在克罗恩病和溃疡性龈炎中,以及用于治疗极小湿疹(atomic eczema))或其以莫司(limus)命名的家族的任何药物。同样优选的是他汀家族的成员,例如辛伐他汀、阿托伐他汀、氟伐他汀、普伐他汀、洛伐他汀、罗苏伐他汀;格尔德霉素(geldanamycins),如17AAG(17-烯丙氨基-17-脱甲氧格尔德霉素);埃博霉素D和其它埃博霉素、17-二甲氨基乙氨基-17-脱甲氧基-格尔德霉素和其它热休克蛋白90(Hsp90)的聚酮化合物抑制物(polyketide inhibitors);西洛他唑和类似物质。此类抗增殖剂生物活性剂例如可以被分散在PEA或PEUR聚合物的片中,并用作手术包裹物。例如,这样的手术包裹物可以被施用于吻合处的外部、支架植入物的位置或者动静脉移植或瘘管,以减少疤痕组织的再狭窄和发育。
应当理解,本领域技术人员知道,本发明中有用的生物活性剂是在上面公开的任何生物活性剂或附加生物活性剂中存在的生物活性物质。例如,Taxol典型地作为可注射的浅黄色粘性溶液被利用。然而,生物活性剂是结晶粉末,化学名是5β,20-环氧-1,2α,4,7β,10β,13α-六羟基紫杉烷-11-烯-9-酮4,10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13-酯,带有(2R,3S)-N-苯甲酰-3-苯基异丝氨酸。Physician′s Desk Reference(PDR),Medical Economics Company(Montvale,NJ),(53rd Ed.),pp.1059-1067。
如本文所用,“生物活性剂的残基(residue of a bioactiveagent)”或“附加生物活性剂的残基(residue of an additional bioactiveagent)”是如本文所述的具有一个或多个开放化合价的这样的生物活性剂的基团。任何在合成上可行的生物活性剂的原子或多个原子都可以被去除,以便提供开放化合价,前提是当基团被连接到化合物(I)-(VI)的残基时,生物活性基本上被保留。根据所需的连接,本领域技术人员可以选择适当官能化的原料,该原料可以用本领域已知方法从生物活性剂得到。
生物活性剂的残基可以用任何合适的试剂和反应条件而形成。合适的试剂和反应条件被公开例如在Advanced Organic Chemistry,PartB:Reactions and Synthesis,第二版,Carey和Sundberg(1983);Advanced Organic Chemistry,Reactions,Mechanisms and Structure,第二版,March(1977);和Comprehensive Organic Transformations,第二版,Larock(1999)中。
在某些实施方案中,聚合物/生物活性剂连接降解,得到合适的和有效量的游离生物活性剂。如本领域技术人员所理解,根据生物活性剂的化学性质和治疗性质,在某些其他实施方案中,与聚合物连接的生物活性剂在仍然与聚合物连接时行使其治疗效应,如“粘性”多肽A蛋白和G蛋白以及缓激肽和抗体的情况,A蛋白和G蛋白在本文中称为“配体”,其在与聚合物连接时起使靶分子保持接近聚合物的作用,缓激肽和抗体通过接触(即,碰撞)靶分子上的受体起作用。任何合适的和有效量的生物活性剂都可以从创伤敷料中被释放,并且将典型地取决于,例如,特定聚合物、生物活性剂的类型和分散的特定模式,例如所选择的聚合物/生物活性剂连接的类型。典型地,通过聚合物的降解,多达约100%的生物活性剂可以从聚合物中被释放。特别地,多达约90%、多达约75%、多达约50%或者多达约25%的生物活性剂可以从聚合物中被释放。典型地影响从聚合物释放的生物活性剂量的因素是聚合物/生物活性剂连接的类型和组合物中存在的其它物质的性质和数量。
根据被治疗的创伤的类型,聚合物/生物活性剂连接可以被选择为经过期望的一段时间降解,以定时释放合适的和有效量的生物活性剂。通过明智的选择生物活性剂与聚合物连接的化学性质,任何合适的和有效的时间段都可以被选择。典型地,合适的和有效量的生物活性剂可以在选自约24小时、约7天、约30天、约90天或者约120天的时间内被释放。较长的时间跨度特别适合可植入创伤敷料和器械涂层。典型地影响生物活性剂从聚合物释放的时间长度的因素包括,例如,聚合物的性质和量、生物活性剂的性质和量以及组合物中存在的其它物质的性质和量。
聚合物/接头/生物活性剂连接
除了被直接连接到式(I)-(VI)的化合物的残基之外,生物活性剂的残基也可以通过合适的接头而与式(I)-(VI)的化合物的残基连接。接头的结构并不是决定性的,前提是所形成的本发明的化合物作为生物活性剂具有有效的治疗指数。
合适的接头包括将式(I)-(VI)化合物的残基与生物活性剂的残基分开大约5埃至大约200埃距离的接头,包括5埃和200埃。其他合适的接头包括将式(I)-(VI)化合物的残基与生物活性剂的残基分开大约5埃至大约100埃距离的接头,包括5埃和100埃,以及包括将式(I)-(VI)化合物的残基与生物活性剂的残基分开大约5埃至大约50埃距离的接头,或者分开大约5埃至大约25埃,包括范围端点。
接头可以被连接至式(I)-(VI)化合物的残基上的任何合成可行的位置上。基于期望的连接,本领域普通技术人员可以选择适当官能化的原料,该原料用本领域已知的方法可以从式(I)-(VI)的化合物和生物活性剂得到。
通过下列基团,接头可以方便地与式(I)-(VI)的化合物的残基连接,或者与生物活性剂的残基连接:酰胺(例如-N(R)C(=O)-或-C(=O)N(R)-)、酯(例如-OC(=O)-或-C(-O)O-)、醚(例如-O-)、酮(例如-C(=O)-)、硫醚(例如-S-)、亚磺酰(例如-S(O)-)、磺酰(例如-S(O)2-)、二硫化物(例如-S-S-)、氨基(例如-N(R)-)或直接(例如C-C)连接,其中每一个R独立为H或(C1-C6)烷基。利用本领域已知的合成方法,这样的连接可以由适当官能化的原料形成。基于期望的连接,本领域普通技术人员可以选择适当官能化的原料,该原料可以用本领域已知的方法从式(I)-(VI)的化合物的残基、生物活性剂的残基和特定接头得到。
特别地,接头可以是式W-A-Q的二价基,其中A是(C1-C24)烷基、(C2-C24)烯基、(C2-C24)炔基、(C3-C8)环烷基、或(C6-C10)芳基;其中W和Q各自独立地是-N(R)C(=O)-、-C(=O)N(R)-、-OC(=O)-、-C(=O)O、-O-、-S-、-S(O)、-S(O)2-、-S-S-、-N(R)-、-C(=O)或直接键(即W和/或Q不存在);其中每一R独立地是H或(C1-C6)烷基。
特别地,接头可以是式W-(CH2)n-Q的二价基,其中n从大约1至大约20的,从大约1至大约15,从大约2至大约10,从大约2至大约6,或从大约4至大约6;其中W和Q每一个独立地为-N(R)C(=O)-、-C(=O)N(R)-、-OC(=O)-、-C(=O)O-、-O-、-S-、-S(O)-、-S(O)2-、-S-S-、-C(=O)-、-N(R)-或直接键(即W和/或Q不存在);其中每一个R独立为H或(C1-C6)烷基。
特别地,W和Q每一个可以独立为-N(R)C(=O)-、-C(=O)N(R)-、-OC(=O)-、-N(R)-、-C(=O)O-、-O-或直接键(即W和/或Q不存在)。
特别们,接头可以是由糖形成的二价基。
特别地,接头可以是由环糊精形成的二价基。
特别地,接头可以是二价基,即从肽或氨基酸形成的二价基。肽可以包括2至大约25个氨基酸,2至大约15个氨基酸,或者2至大约12个氨基酸。
特别地,肽可以是聚-L-赖氨酸(即[-NHCH[(CH2)4NH2]CO-]m-Q,其中Q是H、(C1-C14)烷基或合适的羧基保护基;以及其中m为大约2至大约25。聚-L-赖氨酸可以含有大约5至大约15个残基(即m为从大约5至大约15)。例如,聚-L-赖氨酸可以含有大约8至大约11个残基(即m为从大约8至大约11)。
特别地,肽也可以是聚-L-谷氨酸、聚-L-天冬氨酸、聚-L-组氨酸、聚-L-鸟氨酸、聚-L-丝氨酸、聚-L-苏氨酸、聚-L-酪氨酸、聚-L-亮氨酸、聚-L-赖氨酸-L-苯丙氨酸、聚-L-精氨酸或聚-L-赖氨酸-L-酪氨酸。
特别地,接头可以从1,6-二氨基己烷H2N(CH2)6NH2、1,5-二氨基戊烷H2N(CH2)5NH2、1,4-二氨基丁烷H2N(CH2)4NH2或1,3-二氨基丙烷H2N(CH2)3NH2制备。
一个或多个生物活性剂可以通过接头被连接至聚合物。特别地,每一个生物活性剂的残基可以每一个通过接头被连接至聚合物的残基。任何合适数目的生物活性剂(即其残基)可以通过接头而与聚合物(即其残基)连接。可以通过接头与聚合物连接的生物活性剂的数目一般可以取决于聚合物的分子量。例如,对于式(VI)的化合物,其中n为大约50至大约150,可达大约450个生物活性剂(即其残基)可以通过接头与聚合物(即其残基)连接,可达大约300个生物活性剂(即其残基)可以通过接头与聚合物(即其残基)连接,或者可达大约150个生物活性剂(即其残基)可以通过接头与聚合物(即其残基)连接。同样,对于式(II)的化合物,其中n为大约50至大约150,可达大于10至大约450个生物活性剂(即其残基)可以通过接头与聚合物(即其残基)连接,可达大约300个生物活性剂(即其残基)可以通过接头与聚合物(即其残基)连接,或者可达大约150个生物活性剂(即其残基)可以通过接头与聚合物(即其残基)连接。
在本发明的一个实施方式中,如本文所公开的聚合物(即其残基)可以通过聚合物的羧基(例如COOR2)与接头连接。
例如,式(II)的化合物,其中R2独立为氢、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基,可以与接头的氨基官能团或接头的羟基官能团反应,以便分别提供具有酰胺键的聚合物/接头或者具有羧基酯键的聚合物/接头。在另一个实施方式中,羧基可以被转化为酰卤或酰基酸酐。
在本发明的一个实施方式中,生物活性剂(即其残基)可以通过接头的羧基(例如COOR,其中R是氢、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基或(C1-C6)烷基)与接头连接。特别地,生物活性剂的氨基官能团或生物活性剂的羟基官能团可以与接头的羧基反应,以分别提供具有酰胺键的接头/生物活性剂或者具有羧基酯键的接头/生物活性剂。在另一个实施方式中,接头的羧基可以被转化为酰卤或酰基酸酐。
聚合物/接头/生物活性剂连接可以降解,得到合适的和有效量的生物活性剂。任何合适的和有效量的生物活性剂都可以被释放,并且将典型地取决于,例如,特定聚合物、生物活性剂、接头以及所选择的聚合物/接头/生物活性剂连接。典型地,多达约100%的生物活性剂可以从聚合物/接头/生物活性剂中被释放。特别地,多达约90%、多达约75%、多达约50%或者多达约25%的生物活性剂可以从聚合物/接头/生物活性剂中被释放。典型地影响从具有连接的生物活性剂的聚合物中释放的生物活性剂量的因素包括,例如,聚合物的性质和量、生物活性剂的性质和量、接头的性质和量、聚合物/接头/生物活性剂连接的性质以及组合物中存在的其它物质的性质和数量。
聚合物/接头/生物活性剂连接可以在一段时间降解,以便得到合适和有效量的生物活性剂。任何合适和有效的时间段都可以选择。典型地,合适和有效量的生物活性剂可以在约24小时内、约7天内、约30天内、约90天内、或者约120天内被释放。典型地影响生物活性剂从聚合物/接头/生物活性剂释放的时间长度的因素包括,例如,聚合物的性质和量、生物活性剂的性质和量、接头的性质、聚合物/接头/生物活性剂连接的性质以及组合物中存在的其它物质的性质和数量。与创伤愈合剂或附加生物活性剂混合的聚合物
除了直接或通过接头与一种或多种创伤愈合剂连接之外,在此所述的本发明创伤愈合组合物中的聚合物可以与一种或多种创伤愈合剂或附加生物活性剂物理混合,以提供本发明组合物。
如本文所用,“混合的(intermixed)”指的是与生物活性剂物理混合的本文所述的聚合物,或者与生物活性剂物理接触的本文所述的聚合物。如此形成的组合物可以具有一种或多种存在于聚合物的表面上、部分埋入聚合物中或者完全埋入聚合物中的生物活性剂。另外,该组合物可以包括本文所述的聚合物和均匀组成形式的生物活性剂(即均相组合物)。
聚合物和生物活性剂的任何合适量都可以被应用,以提供组合物。聚合物存可以组合物的约0.1wt.%至约99.9wt.%存在。典型地,聚合物可以以组合物的约25wt.%以上存在;以组合物的约50wt.%以上;组合物的约75wt.%以上;或者组合物的约90wt.%以上存在。同样地,生物活性剂可以以组合物的约0.1wt.%至约99.9wt.%存在。典型地,生物活性剂可以以组合物的约5wt.%以上、组合物的约10wt.%以上、组合物的约15wt.%以上、或者组合物的约20wt.%以上存在。
在本发明聚合物/生物活性剂的又一实施方案中,如本文所述的聚合物/接头/生物活性剂、组合物或其组合可以作为聚合物膜而被施用到手术器械(例如支架结构)的至少部分表面上。手术器械的表面可以被涂敷聚合物膜。聚合物膜在手术器械上可以具有任何合适的厚度。例如,手术器械上的聚合物膜的厚度可以是约1至约50微米厚或者约5至约20微米厚。在本发明支架和多层支架中,每一层可以是0.1微米至50微米厚,例如,厚度是0.5微米至5微米。
聚合物膜可以有效地用作手术器械如支架结构、矫形植入物及其类似物上的生物活性剂洗脱聚合物涂层。这种生物活性剂洗脱聚合物涂层可以通过任何合适的涂覆方法在手术器械上产生,例如,在手术器械上浸涂、真空沉积或者喷涂聚合物膜,以产生一种局部生物活性剂输送系统。
创伤愈合剂洗脱聚合物可以与例如基于水凝胶的生物活性剂输送系统联合应用。例如,在一个实施方案中,所述组合被用在多层创伤敷料中,其中上述聚合物呈编织或非晶态纤维的片或垫的形式。所述片或垫的至少一个表面任选地用附加的组合物层涂敷,成为夹层型结构,以便向毛细血管中输送促进自然内皮再生过程的创伤愈合剂。这样的附加组合物层可以包含水凝胶,如本文所述,所述水凝胶包括分散在该水凝胶中的至少一种生物活性剂或附加生物活性剂。水凝胶层可以任选地提供与创伤敷料的聚合物片或垫不同的洗脱速率。任选地,多层创伤敷料可以进一步包括封闭层(occlusive layer),例如被放置于创伤的外部,以基本阻止流体渗透——液体或气体——通过创伤敷料。
可以使用任何合适尺寸的聚合物和生物活性剂,以提供本发明创伤愈合组合物。例如聚合物可以具有约1×10-4米以下、约1×10-5米以下、约1×10-6米以下、约1×10-7米以下、约1×10-8米以下、或者约1×10-9米以下的尺寸。
组合物可以降解,以释放合适和有效量的创伤愈合剂和任选的附加生物活性剂。任何合适和有效量的此类生物活性剂都可以被释放,并且将典型地取决于,例如,所选择的特定组合物。典型地,多达约100%的生物活性剂(一种或多种)可以从组合物中被释放。特别地,多达约90%、多达约75%、多达约50%或者多达约25%的生物活性剂(一种或多种)可以从组合物中被释放。典型地影响从组合物释放的生物活性剂的量的因素包括,例如,聚合物的性质和量、生物活性剂的性质和量以及组合物中存在的其它物质的性质和量。
组合物可以经一段时间降解,以便得到合适和有效量的生物活性剂。任何合适和有效的时间段都可以被选择。例如,聚合物可以被选择为在约24小时内、在约2天内、在约7天内、约90天内、或者约120天内释放生物活性剂,当需要可植入创伤敷料时,后者特别有用。典型地影响生物活性剂从组合物释放的时间长度的因素包括,例如,聚合物的性质和量、生物活性剂的性质和量以及组合物中存在的其它物质的性质和量。
在另一个实施方案中,本发明提供了本发明组合物(例如用在创伤敷料中),该组合物包括与一种或多种生物活性剂物理混合的如本文所述的聚合物。组合物中存在的聚合物也可以直接地或通过接头与一个或多个(例如,1、2、3或4个)生物活性剂连接。同样,聚合物可以与一个或多个(例如,1、2、3或4个)生物活性剂混合,并且可以直接地或通过接头与一个或多个(例如,1、2、3或4个)生物活性剂连接。
在一个实施方案中,聚合物与至少一个生物活性剂物理混合。在另一实施方案中,聚合物直接地或通过接头与至少一个生物活性剂连接。在另一实施方案中,聚合物直接地或通过接头与一个或多个生物活性剂连接,并且也可以将形成的聚合物与一个或多个生物活性剂物理混合。
在又一个实施方案中,本发明提供用于促进伤口自然愈合的方法,包括使伤口与本发明创伤敷料在适合促进伤口自然愈合的条件下接触。该自然愈合过程包括创伤床的内皮再生(例如伤口的闭合)。
最后,在处理慢性创伤时,创伤敷料的聚合物可以被放置接触创伤床,并且可以使聚合物生物降解,将生物活性剂释放到聚合物同时被吸收其中的创伤床中。可选地,在慢性创伤的处理中所使用的创伤敷料将包括生物可降解的水凝胶层(即非粘性层),其可以接触创伤床而放置。使水凝胶生物降解,将生物活性剂释放到创伤床中。聚合物层和水凝胶层的组成可以被选择为在不同速率下释放它们各自的生物活性剂。本发明方法被有益地用在慢性创伤如静脉停滞性溃疡、糖尿病性溃疡、压疮或缺血性溃疡的治疗中。
本发明将通过参照下列实施例被进一步理解,它们仅仅是示范性的,不应该被看作是对权利要求描述的本发明真实范围的限制。
实施例
实施例1
酰胺键的形成 本实施例阐述了聚合物的羧基与生物活性剂的氨基官能团的偶联,或者等同地,生物活性剂的羧基和聚合物的氨基官能团的偶联。
通过预先形成的活性酯偶联;碳二亚胺介导的偶联——4-氨基-Tempo与聚合物结合。首先将游离羧酸形式的PEA聚合物转变为其活性琥珀酰亚胺酯(PEA-OSu)或苯并三唑酯(PEA-OBt)。这种转变可以通过使干燥的PEA-H聚合物(即具有游离侧羧酸的PEA)与N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)或1-羟基苯并三唑(HOBt)和合适的偶联剂如二环己基碳二亚胺(DCC)在无水CH2Cl2中室温反应16小时而完成。过滤掉沉淀的二环己基脲(DCU)之后,PEA-OSu产物可以通过沉淀被分离,或者不经进一步纯化被应用,在这种情况下,PEA-OSu溶液被转移到圆底烧瓶中,稀释为所需浓度并冷却至0℃。随后,含游离胺的生物活性剂的溶液在0℃被一次性加入。4-氨基TEMPO的亲核体特别是在位置4取代的游离胺。等同地,通过用位阻碱,优选地是叔胺如三乙胺或二异丙基乙胺,在合适的非质子溶剂如二氯甲烷(DCM)中处理生物活性剂的铵盐,生物活性剂的亲核体可以在原位被暴露。通过用TLC追踪游离胺的消耗来监测反应,如茚三酮染色所表明。对聚合物的操作涉及通常将反应溶液沉淀到非溶剂混合物如己烷/乙酸乙酯中。随后倒去溶剂,将剩余聚合物重悬浮于合适的溶剂中、过滤、经旋转蒸发浓缩、浇铸在干净的聚四氟乙烯盘中、并在真空下干燥,得到PEA-生物活性剂结合物,具体地,得到PEA-4-氨基-Tempo。
铵盐/脲盐(Uronium Salt)和鏻盐介导的偶联。用于此类偶联的两种有效催化剂包括:HBTU,O-(苯并三唑-1-基)-1,1,3,3-四甲基脲六氟磷酸盐和BOP,苯并三唑-1-氧代三(二甲氨基)磷六氟磷酸盐(Castro′s Reagent)。这些试剂在等摩尔量的聚合物羧基和生物活性剂的氨基官能团(中性或作为铵盐)存在的情况下,与叔胺如二异丙基乙胺、N-甲基吗啉或二甲氨基取代的吡啶(DMAP)一起,在溶剂如DMF、THF或DCM中被应用。
实施例2
酯键形成 本实施例阐述了聚合物的羧基和生物活性剂的羟基官能团的偶联,或者等同地,生物活性剂的羧基和聚合物的羟基官能团的偶联。
碳二亚胺介导的酯化 为了进行结合作用,将含羧基聚合物的样品溶解在DCM中。向此略粘性溶液中加入含羟基药物/生物材料和DMAP在DCM中的溶液。随后将烧瓶置于冰浴中并冷却至0℃。随后,加入溶于DCM的1,3-二异丙基碳二亚胺(DIPC)溶液,去除冰浴,使反应温暖至室温。室温下搅拌结合反应(conjugation reaction)16小时,其间,定期进行TLC以监测生物活性剂的羟基官能团的消耗。指定时间之后,沉淀反应混合物,如上面的实施例1所述分离聚合物-生物活性剂结合物。
实施例3
本实施例阐述了不同浓度的生物活性剂对明胶涂敷表面上的上皮细胞(EC)和平滑肌细胞(SMC)的黏附和增殖的影响。
用含有一种生物活性剂的EC特殊培养基共培养铺在明胶涂敷培养平板上的人冠状动脉内皮细胞(EC),所述生物活性剂以所示的不同浓度显示在表1中。
表1
生物剂 | 100μM | 10μM | 1μM | 100nm | |
A | 缓激肽[Hyp3] | 372 | 37.23 | 3.72 | 0.372 |
B | 缓激肽 | 322.8 | 32.28 | 3.228 | 0.3228 |
C | 腺苷 | 80.16 | 8.016 | 0.816 | 0.0816 |
D | 鞘氨醇1-磷酸酯(S1P) | 113.85 | 11.385 | 1.1385 | 0.11385 |
E | 溶血磷脂酸(LPA) | 137.55 | 13.755 | 1.375 | 0.1376 |
F | 对照 | 无添加物 |
在没有添加生物剂的相似条件下培养的细胞被看作“对照”。
24小时之后,显微观察细胞,用锥虫蓝染色并计数。在下面的表2中总结了在所检测的生物剂存在下,培养EC的细胞形态学和汇合(confluency)的显微镜观察结果。不同生物剂对EC黏附和增殖的影响被图示于图2中。
表2
在生物剂存在下对EC形态学和汇合的显微镜观察
生物剂 | 100nm | 1μM | 10μM | 100μM |
缓激肽[Hyp3] | 正常的细胞形态和增殖。比对照汇合少 | 正常的细胞形态和增殖。比对照汇合少 | 正常的细胞形态和增殖。比对照汇合少 | 正常的细胞形态和增殖。比对照汇合少 |
缓激肽 | 正常的细胞形态和增殖。比对照汇合多 | 正常的细胞形态和增殖。比对照汇合多 | 正常的细胞形态和增殖。比对照汇合少 | 正常的细胞形态和增殖。比对照汇合少 |
腺苷 | 正常的细胞形态和增殖。比对照汇合多 | 正常的细胞形态和增殖。比对照汇合多 | 正常的细胞形态和增殖。比对照汇合多 | 正常的细胞形态和增殖。比对照汇合多 |
S1P | ~70%黏附细胞具有正常形态和增殖 | ~50%黏附细胞具有正常形态和增殖 | 25%黏附细胞具有正常形态和增殖。很多死细胞漂浮 | 95%的细胞表现出变形形态。无增殖细胞死细胞聚集体漂浮 |
LPA | 70%的细胞黏附并表现出正常形态。死细胞漂浮 | 50%的细胞黏附并表现出正常形态。死细胞漂浮 | 30%的细胞黏附并表现出正常形态。死细胞的聚集体漂浮 | 10%的细胞黏附并表现出正常形态。大的死细胞聚集体漂浮 |
对照 | 正常形态,以及>85%的汇合 | 正常形态,以及>85%的汇合 | 正常形态,以及>85%的汇合 | 正常形态,以及>85%的汇合 |
使用人主动脉平滑肌细胞(SMC),在与关于EC所述的类似条件下,同样对在上面表1中所列举的不同浓度的生物剂的影响进行了试验。生物剂对铺在明胶涂敷培养平板上的SMC的黏附和增殖的结果总结在下面的表3中,并图示在图3中。
表3
在生物剂存在下对SMC形态学和汇合的显微镜观察
生物剂 | 100nm | 1μM | 10μM | 100Mm |
缓激肽[Hyp3] | 正常的细胞形态和增殖。 | 正常的细胞形态和增殖。 | 正常的细胞形态和增殖。 | 正常的细胞形态和增殖。 |
缓激肽 | 正常的细胞形态和增殖。>70%汇合 | 正常的细胞形态和增殖。70%汇合 | 正常的细胞形态和增殖。50%汇合 | 变形细胞形态 |
腺苷 | 正常的细胞形态和增殖。 | 变形细胞形态 | 50%变形细胞形态 | >50%变形细胞形态 |
S1P | 正常形态 | ~50%黏附细胞具有正常形态 | 70%存活细胞具有变形形态 | 100%细胞死亡 |
LPA | 70%的细胞黏附并表现出正常形态。 | 50%的细胞黏附并表现出正常形态。很多死细胞漂浮 | <50%的细胞黏附并表现出正常形态。 | <10%的细胞黏附并表现出正常形态学。大的死细胞聚集体漂浮 |
对照 | 正常形态,以及>85%汇合 | 正常形态,以及>85%汇合 | 正常形态,以及>85%汇合 | 正常形态,以及>85%汇合 |
实施例4
本实施例报告了涂敷有TEMPO聚合物的Blue Medical冠状动脉支架不锈钢支架结构(Blue Medical Devices,BV,Helmund,theNetherlands)的临床前动物模型评价,分三个阶段:1)对植入后损伤和炎症反应的评价,2)对支架内新内膜超常增生(in-stent neointimalhyperplasia)的评价,和3)对TEMPO涂敷支架与未涂敷之间的比较。
支架植入 重量为20-25kg的两种性别的驯养杂交猪用于本研究。用标准天然谷类食物喂养猪,在整个研究中无脂类或胆固醇补充。按照比利时国家健康指导研究所(the Belgium National Institute ofHealth Guide)关于试验动物的护理和使用,处理和护理所有动物。
急性研究 在急性研究中,2个未涂敷支架和2个具有不同剂量涂层的5种类型的涂布支架中的每一个(0%TEMPO Gamma、50%TEMPO Gamma、0%TEMPO ETO、50%TEMPO ETO、100%TEMPO+上层ETO)被随机植入6头猪的冠状动脉中。5天之后杀死猪,以评价由支架的植入引起的炎症反应和血栓形成。TEMPO=用与聚合物结合的4-氨基Tempo涂敷的支架;Gamma=用γ射线灭菌的支架;和ETO=用环氧乙烷灭菌的支架。
慢性研究 在本研究中,8个未涂敷支架和8个涂敷TEMPO的支架——4个支架具有50%TEMPO和4个支架具有100%TEMPO——被随机植入所选猪的冠状动脉中。在6周之后杀死猪,以便评价支架周围炎症(peri-strut inflammation)和新内膜的超常增生。按照De Scheerder等的Atherosclerosis.(1995)114:105—114和CoronArtery Dis.(1996)7:161-166所述的方法进行手术方法和在冠状动脉中的支架植入。
在支架植入之前,球囊导管被用作扩张支架的参比,以得到10%至20%的动脉超过规定尺寸(over-sizing),从而引起对内皮的损伤。
定量冠状动脉造影 (Quantitative Coronary Angiography)在进行支架前、进行支架后即刻以及在继续使用先前由De Scheerder等所述的Polytron 1000-系统时,进行被支架的血管段的血管造影分析。在支架植入前和在支架植入之后即刻以及植入后随后6周时,测量该血管段的直径。超过规定尺寸的程度被表达为所测得的最大球囊尺寸减去所选择动脉的直径除以所选择动脉的直径。
组织病理学和形态计量学 认真解剖冠状节段,留下1cm最小血管长度,其连接于支架的近端和远端。将这些节段固定在10%福尔马林溶液中。每一个节段被切成距离支架近、中和远的段,用于进行组织形态计量学分析(histomorphometric analysis)。将组织样品包埋在冷聚树脂中(Technovit 7100,Heraus Kulzer GmbH,Wehrheim,Germany)。用配备有硬金属刀的旋转重型切片机(HM 360,Microm,Walldorf,Germany)切割5微米厚片段,并用苏木精-伊红弹性染料和磷钨酸苏木精染料染色。使用光学显微镜,由富有经验的病理学家进行检查,该病理学家不了解所检查的支架的类型。对每一个支架丝(stentfilament),评价由于支架张开(stent deployment)引起的动脉壁损伤(以及由聚合物导致的最终炎症),并如Schwartz等(J Am CoIl Cardiol1992;19(2):267-74)所述进行分级。
0级=内弹性膜完整无缺,中膜被压迫但是未撕裂;
1级=内弹性膜被撕裂;
2级=中膜可见撕裂;外弹性膜被压迫但完整无损;
3级=中膜大的撕裂延伸通过外弹性膜或支架丝留在外膜中。认真检查在每一个支架丝处的炎症反应,搜索炎症细胞,并如下进行评分:
1=在支架丝周围稀疏地分布组织淋巴细胞;
2=更密集分布组织淋巴细胞,覆在支架丝上,但是未发现淋巴颗粒瘤和/或巨大细胞形成;
3=分散地分布组织淋巴细胞、淋巴颗粒瘤和/或巨大细胞,也侵入中膜中。
通过合计每一个丝的分数并除以所存在的丝的数目,计算每一个支架的平均分。
使用计算机化形态测量学程序(Leitz CBA 8000),对所收获的冠状节段进行形态计量学分析。对管腔面积(lumen area)、内弹性膜内的管腔面积和外弹性膜内的管腔进行测量。另外,计算狭窄和新内膜超常增生的面积。
统计学 为进行不同组之间的比较,使用了非配对(non-paired)t-检验。数据被呈现为平均值±SD。<0.05的p值被认为是统计上有意义的。
结果
定量冠状动脉造影 因为用于急性研究的支架的数目被限制,所以将急性研究支架与来自慢性研究的支架分组,以便评价所发生的超过规定尺寸的程度。血管造影术测量显示,TEMPO涂敷组的所选动脉节段和回缩率(recoil rate)与裸对照组的那些类型(下面表4)相似。0%TEMPO Gamma、50%TEMPO ETO和100%TEMPO+上层ETO组的球囊尺寸显著小于裸支架组的球囊尺寸。然而,与裸支架组对比,在不同组中,在超过规定尺寸上没有观察到显著的差异。
表4
定量冠状动脉造影
N | 支架前(mm) | 球囊尺寸(mm) | 支架后(mm) | 回缩率** | 超过规定尺寸(%) | |
裸支架 | 9 | 2.63±0.30 | 3.17±0.26 | 3.09±0.28 | 2.51±2.34 | 21.26±9.00 |
0%TEMPO Gamma | 10 | 2.59±0.13 | 2.96±0.06* | 2.88±0.09 | 2.91±2.05 | 14.60±4.73 |
50%TEMPO Gamma | 9 | 2.66±0.23 | 3.02±0.1 | 12.92±0.14 | 3.37±1.83 | 14.31±6.91 |
0%TEMPO ETO | 9 | 2.47±0.16 | 2.97±0.07 | 2.86±0.06* | 3.76±1.89 | 20.43±2.65 |
50%TEMPO ETO | 8 | 2.52±0.14 | 2.95±0.12* | 2.84±0.14* | 3.87±3.56 | 17.22±3.72 |
100%TEMPO+上层ETO | 9 | 2.42±0.12 | 2.93±0.10* | 2.84±0.10* | 3.02±2.32 | 21.02±5.72 |
*与裸支架组比较,P<0.05
**回缩率=(1-植入后即刻的最小管腔直径/最大球囊直径)×100(%)
组织病理学 在继续5天时,检查支架丝周围的残留聚合物。所有TEMPO涂敷支架和裸支架的炎症反应是低的:与裸支架(1.03±0.07)比较,0%TEMPO Gamma,1.00±0.00;50%TEMPO Gamma,1.00±0.00;0%TEMPO ETO,1.00±0.10;50%TEMPO ETO,1.00±0.00;和100%TEMPO+上层ETO,1.00±0.10。在邻近支架丝处看见少许炎症细胞。具有中等炎症反应的支架支柱是少见的。观察到覆在支架丝上面的薄血栓形成网(thrombotic meshwork)。内弹性薄膜位于支架丝的下面,并且中膜被适度压迫。由支架张开引起的动脉损伤对于各组是低且相同的(0%TEMPO Gamma,0.24±0.10;50%TEMPO Gamma,0.32±0.18;0%TEMPO ETO,0.28±0.01;50%TEMPO ETO,0.25±0.01;100%TEMPO+上层ETO,0.13±0.08;和裸支架,0.19±0.13)。
在继续6周时,在裸支架组中经常可见内弹性膜的破坏。在一些片段中,少数支架撕裂了外弹性膜,甚至渗入外膜中。在TEMPO涂敷支架组中,支架压迫动脉中层。一些内弹性膜被撕裂。仅有少许片段显示动脉中膜和/或外弹性膜的破坏。与裸支架组比较,TEMPO涂敷支架组的平均损伤分数减小(表2)。此外,TEMPO涂敷支架组仅显示轻微的炎症反应。在支架周围观察到少量炎症细胞。几个支架显示了中等炎症反应。没有发现炎症细胞渗透到中膜中。0%TEMPOGamma、50%TEMPO Gamma和50%TEMPO ETO组的平均炎症分数显著低于裸支架组的分数。
形态计量学
在继续6周时(如下面表5中所示),100%TEMPO+上层ETO的管腔面积是组中最小的。然而,与裸支架组的管腔面积相比,观察到无显著的差异(4.29±2.28对3.60±0.99,P>0.05)。所有TEMPO组的新内膜超常增生和区域狭窄低于裸支架组的情况,但是仅有0%TEMPO Gamma和50%TEMPO Gamma组在新内膜超常增生和区域狭窄上显示了显著的减少。50%TEMPO Gamma组的新内膜超常增生是最低的。
表5
在继续6周时安装支架的血管节段的组织形态计量学分析
与裸支架相比,*=P<0.05,**=P<0.01
与裸支架相比,*=P<0.05,**=P<0.01
结论
TEMPO涂敷支架和裸支架在继续5天时引起类似的组织反应。在该时刻,对于TEMPO涂敷支架,没有观察到另外的炎症反应或增加的血栓形成。在继续6周时,由TEMPO涂敷支架组导致的新血管内膜形成低于裸支架组的情况。0%TEMPO Gamma和50%TEMPO Gamma-涂敷支架的区域狭窄和新内膜超常增生显著低于裸支架组的情况。另外,与裸支架组相比,观察到0%TEMPO Gamma、50%TEMPO Gamma和50%TEMPO ETO-涂敷支架的显著减少的支架周围炎症。总之,TEMPO涂层不导致增加的组织反应。用γ辐射灭菌的TEMPO涂敷支架在继续6周时对新血管内膜形成显示出有益的影响,特别是在50%TEMPO组中。增加TEMPO载荷浓度或/和加入去保护聚酰胺酯聚合物-PEA(H)的上层未显示一致的对新内膜超常增生和区域狭窄的抑制效应。
实施例5
Noblesse临床试验
研究设计
在人患者身上进行Noblesse(Nitric Oxide throughBiodegradable Layer Elective Study for Satety and Efficacy(通过生物可降解层选择研究一氧化氮的安全和功效))临床试验,以测定在没有药物存在时,在人身上植入官能化聚合物涂层对冠状动脉支架的影响。所使用的支架是Genie不锈钢支架结构(Blue Medical Devices,BV,Helmund,the Netherlands),其涂敷有PEA-Tempo、(聚(酰胺酯)-4胺Tempo)官能化聚合物(MediVas LLC,San Diego,CA)。
该临床试验是55个患者的多中心、预期性、非随机研究,其包括4个月时的血管造影术后继行动和12个月时的血管造影术和IVUS后继行动。该研究在三个地方进行:阿根廷的Cordoba、巴西的Curitiba以及荷兰的Eindhoven。
在本研究中登记之前,所有患者都被提供以书面通知承诺。要求患者具有稳定型或不稳定型心绞痛或运动试验阳性(positiveexercise test)、至少18周岁、在天生冠状动脉中具有单个的从头靶损害、具有目测估计为2.75mm以上和3.50mm以下直径的参考血管、具有50%以上和100%以下的靶损害狭窄以及具有长度为15mm以下的靶损害。
本研究的第一点是在支架放置之后4个月和12个月时腔面积的晚期丢失。第二点是30天、60天、120天和12个月MACE(主冠状动脉事件(major arterial coronary event))、死亡、复发心肌梗塞或靶损害再血管化(需要重新放置支架)。
在植入步骤之前,每一个患者在放置支架前接受至少100mg阿司匹林以及在PTCA之前口服300mg氯吡格雷。在基线血管造影术之前、在支架展开后以及在最后的后扩张血管造影术后,每一个患者冠状动脉内接受50-200μg的硝酸甘油。每一个患者也接受足够的肝素,以维持250-300秒的ACT。在该程序之后的28天中,每一个患者接受75mg/d氯吡格雷。
患者人口统计学 在55名患者中,31人(69%)为男性。患者的年龄在38至83岁之间,平均年龄为62岁。22名患者在巴西报名,18名在阿根廷报名,5名在荷兰报名。
损害特征 在患者的治疗的心脏中的血管
右冠状动脉 40.0%
左前降支动脉 7.5%
左冠状动脉旋支 22.5%
AHA/ACC级别a
A: 14.3%
B1: 61.9%
B2: 23.8%
TIMI 3(血流测量)b 100%
成角(Angulation)>45%c 19.1%
中等血管弯曲d 23.8%
平均参考血管直径:e 2.98±0.32mm
放置支架前平均最小腔直径:f 1.05±0.34mm
放置支架后4个月的平均最小腔直径:g 2.74±0.26mm
放置支架前的狭窄平均直径:h 64.69±11.59%
放置支架后4个月的狭窄平均直径:i 8.70±4.52%
平均急性获得(Acute Gain)j 1.69±0.42mm
所有患者在该程序后24小时解雇,无并发症。
心脏死亡 0
Q-波MI(如心电图读数)k 0
非Q-波MI 0
需要的CABGl 0
TLR* 0
在12个月后继行动时患者结果如下:
心脏死亡 0
Q-波MI(如心电图读数) 0
非Q-波MI 0
需要的冠状动脉旁路手术 0
TLRm 1
放置支架后12个月时平均最小腔直径: 2.87±0.31mm
aAHA/ACC种类指的是美国心脏协会/美国心脏病学院(American Heart Association/American College of Cardiology)的阻塞严重性的分级系统。严重性从轻微(A1)到中等(B1)至严重(B2)。全阻塞是C。
bTIMI 3指的是在心肌梗塞中的血栓溶解。这些是血液流动能力的分级,从1至3,其中3为最为流动(或具有血栓症的可能性最小)。T1MI 4是全阻塞。
c成角>45%指在靶损害中具有45%或更大弯曲的靶动脉的百分比。
d中等血管弯曲(载波片(slide)5)是干涉者(interventionalist)关于动脉的“扭曲(twistiness)”程度的客观评价。
e参考血管直径是最接近靶损害的天生动脉尺寸。
fMLD前指“最小腔直径”,并描述了支架放置前在损害部位处动脉的最小横截面。
gMDL后指“最小腔直径”,并描述了支架放置后在损害部位处动脉的最小横截面。
h前狭窄直径是通过从参考血管直径减去MLD前并除以参考血管直径计算的。
i后狭窄直径是通过从参考血管直径减去MLD后并除以参考血管直径计算的。
j急性获得是后狭窄直径减前狭窄直径。
kQ-波MI和非Q-波MI是如由心电图所示的两种形式的心肌梗塞(心脏病)。
lCABG是冠状动脉旁路图,并且指的是旁路手术。
mTLR是总损害再血管化,以及指的是放置第二个支架以纠正第一个支架的失败。
结论 PEA-4胺Tempo聚合物显示为生物可降解的、生物相容的聚合物的安全形式,并且该单独的聚合物,不添加药物,展示了保护以及甚至增强本发明支架在冠状动脉中的有益效应的独特能力,如通过支架放置后12个月在经治疗的心脏动脉中的平均最小腔直径的增加所测量的。
实施例6
细胞向生物活性剂的募集 为了选择在创伤愈合支架应用中用作募集因子的合适的生物配体,进行体外黏附试验。本试验可以区分内皮细胞(ECs)和平滑肌细胞(SMCs),以帮助选择潜在的附着因子。用于这些试验的ECs和SMCs均购自Cambrex(Baltimore,MD)(HASMC=人主动脉平滑肌细胞,HCAEC=人冠状动脉内皮细胞)。
图4显示了本试验遵循的方案的流程图。将磷酸缓冲盐(PBS)溶液中的附着因子包被在非组织培养皿中,使其于4℃吸收过夜。第二天用热失活的0.2%牛血清白蛋白(BSA)溶液(在PBS中),将平板室温封闭1小时,防止非特异性附着。随后进行定时黏附试验。试验包括仅用PBS包被的阴性对照孔和用纤连蛋白包被的附性对照孔。迄今,所检测的黏附因子均不超过纤连蛋白诱导的细胞黏附和细胞铺展。除了黏附,铺展在确定基底(substrate)适宜性中也是重要的考虑事项。如果细胞不能铺展,细胞将不可能在该表面上增殖。
最初的努力集中于具有低亲和力但是以高密度存在的潜在募集因子。检测了许多潜在募集因子,包括:
1.Sialyl Lewis X,在内皮上发现的选择蛋白受体的配体;
2.CS5,其氨基酸序列是Gly-Glu-Glu-Ile-Gln-Ile-Gly-His-Ile-Pro-Ars-Glu-Asp-Val-Asp-Tyr-His-Leu-Tyr-Pro(SEQ ID NO:9)。CS5发现于纤连蛋白的III型连接部分,纤连蛋白是细胞外基质蛋白,已知其结合许多不同的细胞,包括ECs。CS5肽的序列包括氨基酸序列REDVDY(下划线表示)(SEQ ID NO:10);和
3.GREDVDY (SEQ ID NO:11),其包括位于REDVDY序列上的G接头。
在迄今检测的生物配体中,CS5和GREDVDY给出了最有希望的黏附数据,具有与用于制造本发明支架的聚合物结合的最佳部位。尽管这些肽序列在细胞黏附或铺展方面均比不上大分子纤连蛋白,但出人意料地,两种肽序列对ECs表现出比对SMCs更好的特异性,并且这些小肽序列可以容易地被合成,以及结合到制造本发明支架和可植入医疗器械覆盖物所用的聚合物中的聚合物上。
除了显微镜观察之外,用ATP试验对细胞黏附进行定量。通过ATP标准曲线得到的代表性黏附试验定量数据显示在图5的图中,其说明了试验2、4和6小时得到的比较结果。该试验可以鉴定与特定基底黏附的细胞数目;然而,它没有考虑细胞铺展。显微镜观察中确定的细胞铺展可以表明,细胞铺展可以增加细胞黏附的整体程度,因为铺展更好的细胞比未在表面铺展的黏附细胞占据更大的空间,这归因于数据点的时间选取或所用基底的适合性。ATP数据对于支持黏附试验的观察结果是有用的,但是不能替代黏附试验。
实施例7
细胞向生物活性剂-聚合物结合物的募集 根据黏附试验得到的有希望的结果,下一步是将最有效的已经鉴定的募集因子与支架聚合物结合,以评估对这些潜在募集因子诱导的对聚合物的增加黏附。第一个结合针对聚合物的PEA-H形式(酸性)进行,因为此聚合物具有用于结合的合适部位。肽可以通过许多合适的官能团被共价结合到此聚合物。例如,当生物可降解聚合物是含赖氨酸残基的聚酯酰胺(PEA)时,可以用来自赖氨酸残基的羧基与肽上的互补部分反应,如羟基、氨基、含硫部分和类似部分(5)。特别地,带有游离COOH的PEA-H聚合物与水溶性碳二亚胺(WSC)和N-羟基琥珀酰亚胺(HOSu)反应,生成活化的酯,所述的酯又和肽的氨基官能团反应,产生酰胺键(图7B)。通过应用荧光丹酰-赖氨酸(图6),活化和结合的最佳反应条件得以确定(图7A)。
随后用相同的方案进行CS5和GREDVDY肽与聚合物的结合(图7B)。黏附试验表明,肽的结合不改变它们与细胞结合的能力;并且进一步地,ECs与SMCs相比时,ECs对结合肽比对未结合PEA-H聚合物明显黏附得更好。
用相似的方案(参见流程图图7B),分别将带有含乙酰化末端和卞基化COOH基团的结构(I)的PEA聚合物的酸性聚合物(PEA-AcBz)和PEA-TEMPO(50/50和10/90)的组合结合起来。通过将可结合的酸性形式与其它聚合物组合,可以确定聚合物上的募集肽的存在在EC募集中是否带来益处。
从两个代表性黏附试验中,在2h、4h和6h从两份重复孔(duplicate wells)得到的显微镜观察结果总结在下面的表6中。
表6
聚合物上结合肽的试验的总结
涂层/结合物 | 50/50H/Bz2a&2b50/50H/T3a&3b | 50/50H/Bz2a&2b50/50H/T3a&3b | 10/90H/Bz2a&2b10/90H/T3a&3b | 10/90H/Bz2a&2b10/90H/T3a&3b | 塑料 | 塑料 |
2h | 试验1 | 试验2 | 试验1 | 试验2 | 试验1 | 试验2 |
2A | ||||||
PBS | 20%r | 20-30%r/s | 30%r/s | 30%r/s | 20%r/s | 20-30%r/s/sp |
结合的CS5 | 20%r | 20-30%r | 30%r/s | 30%r/s | ||
2B | ||||||
PBS | 20% | 30%r/s | 30%r | 30%r/s | 20-30%r | 30%r/s |
结合的REDV | 20-30%r | 30-40%r/s/sp | 30%r/s | 30%r/s/sp | ||
3A | ||||||
PBS | 30%r | 20-30%r/s | 30%r/s | 30%r/s | 20-30%r | 20-30%r/s |
结合的CS5 | 20-30%r/s | 30%r/s | 30%r/s | 30%r/s/sp | ||
3B | ||||||
PBS | 20-30%r | 30%r/s/sp | 20-30%r/s | 30%r/s/sp | 20-30%r | 20-30%r/s |
结合的REDV | 20-30%r | 30%r/s/sp | 30%r/s | 30%r/s/sp | ||
4h | ||||||
2A | ||||||
PBS | 30%r | 20-30%r | 40%r/s | 30%r/s/sp | 30%r/s | |
结合的CS5 | 30%r | 30%r/s/sp | 40%r/sp | 30%s/sp | ||
2B | ||||||
PBS | 30%r | 30-40%r | 30%r/s | 30-40%r/s/sp | 20%r | 30%s/sp |
结合的REDV | 20-30%s/sp | 30-40%s/sp | 30-40%r/s/sp | 30-40%s/sp | ||
3A | ||||||
PBS | 30%r | 30%r/s | 30%r/s | 30%s/sp | 30%r | 30%r/s |
结合的CS5 | 30%r | 30-40%r/s/sp | 30%r/s/sp | 30-40%s/sp | ||
3B | ||||||
涂层/结合物 | 50/50H/Bz2a&2b50/50H/T3a&3b | 50/50H/Bz2a&2b50/50H/T3a&3b | 10/90H/Bz2a&2b10/90H/T3a&3b | 10/90H/Bz2a&2b10/90H/T3a&3b | 塑料 | 塑料 |
PBS | 30%r | 30%r/s/sp | 30%r/s/sp | 30%s/sp | 30%r | 20-30%r/s/sp |
结合的REDV | 30% | 30%r/s/sp | 30-40%s/sp | 40%s/sp | ||
6h | ||||||
2A | ||||||
PBS | 20%r | 20%r/s | 30%r/s | 30%r/s/sp | 20%r/s | 30%r/s/sp |
结合的CS5 | 20%r | 30%r/s | 30-40%s/sp | 30%r/s/sp | ||
2B | ||||||
PBS | 20%r | 30%r/s/sp | 30%r/s/sp | 30-40%r/s/sp | 20%r | 30%r/s/sp |
结合的REDV | 20%r/s | 30-40%r/s/sp | 30%s/sp | 30-40%r/s/sp | ||
3A | ||||||
PBS | 20%r | 30%r/s | 30%r/s/sp | 30-40%r/s/sp | 20%r | 30-40%r/s |
结合的CS5 | 20%r | 30%r/s | 30-40%r/s/sp | 30%r/s/sp | ||
3B | ||||||
PBS | 20%r | 30%r/s | 30%r | 30%s/sp | 20%r | 30%r/s |
结合的REDV | 20%r | 30-40%s/sp | 30-40%r/s/sp | 40%s/sp |
r=圆形,s=纺锤形,sp=铺展;50/50H/Bz=50%PEA-H和50%PEA-Ac-Bz;10/90H/Bz=10%PEA-H和90%PEA-Ac-Bz;50/50H/T=50%PEA-H和50%PEA-Ac-TEMPO;10/90H/T=10%PEA-H和90%PEA-Ac-TEMPO。
对聚合物上结合肽的试验的全部评价(表2)表明,聚合物上募集肽的存在有益处。在试验1和试验2中(早期和晚期时间点),下列结合于GREDVDY肽的聚合物组合均导致比基础水平增加的黏附。50/50PEA-H/PEA-Ac-Bz(H/Bz)和10/90PEA-H/PEA-TEMPO(H/T)结合于GREDVDY——在中间和晚期时间点。出乎意料地,在细胞募集方面,较短的肽(7聚体(7mer))被证实比较长的(20聚体)CS5肽更加强有力。
所有的出版物、专利和专利文献并入本文作为参考,如同它们单独地并入本文作为参考。本发明参照多种具体的和优选的实施方案和技术进行描述。然而,应该理解,可以进行许多变化和修改而仍保持在本发明的精神和范围内。
尽管参照上面的实施例描述了本发明,但应该理解,修改和变化包含在本发明的精神和范围内。因此,本发明仅由所附权利要求限制。
Claims (21)
2.权利要求1所述的组合物,其中R3是CH2Ph。
3.权利要求1所述的组合物,其中R1是-CH=CH-。
4.权利要求3所述的组合物,其中R4选自-CH2-CH=CH-CH2-、-(CH2)4-和-(CH2)6-。
5.权利要求4所述的组合物,其中R4是-CH2-CH=CH-CH2-。
6.权利要求1所述的组合物,其中所述至少一种创伤愈合剂与所述聚合物共价结合。
7.权利要求1所述的组合物,其中所述创伤愈合剂是选自外膜细胞、内皮细胞、祖内皮细胞或它们的组合的创伤愈合细胞。
8.权利要求1所述的组合物,其中所述创伤愈合剂是特异性结合分子的抗体或分子配体,所述分子选自胞间黏着分子;血管细胞黏着分子、神经细胞黏着分子;血小板内皮细胞黏着分子;或白细胞-内皮细胞黏着分子。
9.权利要求1所述的组合物,其中所述创伤愈合剂是选自血小板衍生生长因子-BB、肿瘤坏死因子-α、表皮生长因子、角质形成细胞生长因子、胸腺素B4以及它们的组合的蛋白质生长因子。
10.权利要求1所述的组合物,其中所述创伤愈合剂是选自血管内皮生长因子、成纤维细胞生长因子、肿瘤坏死因子-β和胰岛素样生长因子的蛋白质生长因子。
11.权利要求1所述的组合物,其中所述创伤愈合剂是抗增殖剂。
12.权利要求11所述的组合物,其中所述抗增殖剂选自雷帕霉素、帕尼特西、西罗莫司、依维莫司或他克莫司。
13.权利要求1所述的组合物,其中所述聚合物是片、垫或席的形式。
14.权利要求1所述的组合物,其中所述聚合物是在至少部分可植入手术器械上的涂层的形式。
15.权利要求14所述的组合物,其中所述可植入手术器械是可植入的心血管器械或矫形器械。
16.权利要求15所述的组合物,其中所述手术器械是多孔心血管支架。
17.权利要求16所述的组合物,其中所述至少一种创伤愈合剂是促进内皮细胞内皮再生的配体。
18.一种生物活性可植入支架,其包括多孔支架结构;和包封所述支架结构的多层管状涂层,所述多层管状涂层包括:
外部药物洗脱生物可降解聚合物层,其隔离未结合的药物;
权利要求1-17任一项所述的创伤愈合组合物内层;和
生物可降解阻挡层,其位于所述外部层与内层之间,并与所述外部层和内层接触,并且所述阻挡层不能渗透所述未结合的药物。
19.权利要求18所述的支架,还包括附加生物活性剂,其中所述附加生物活性剂是雷帕霉素、帕尼特西、依维莫司或他汀。
20.权利要求19所述的支架,其中所述聚合物阻挡层包括聚酯、聚氨基酸、聚(酰胺酯)、聚氨酯、聚内酯、聚酯醚或其共聚物。
21.权利要求19所述的支架,其中所述聚合物阻挡层包括聚酯型氨基甲酸酯。
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