CN101821300A - 将反应性仲胺侧链引入可用于二醇二氮烯鎓反应的聚合物主链的方法 - Google Patents

将反应性仲胺侧链引入可用于二醇二氮烯鎓反应的聚合物主链的方法 Download PDF

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Abstract

揭示了适合二醇二氮烯鎓反应的聚合物主链具有至少一个仲胺的生物相容性聚合物。具体说，揭示了使用环氧化物开环反应提供含仲胺的聚合物的方法。更具体说，揭示了用这些聚合物制备的释放一氧化氮的医疗装置。

Description

将反应性仲胺侧链引入可用于二醇二氮烯鎓反应的聚合物主链的方法
发明领域
本发明涉及用于制造和涂覆医疗装置的环氧化物-衍生的供给一氧化氮(NO)的聚合物。
发明背景
一氧化氮(NO)是一种简单的二原子分子，在细胞生理过程中发挥多样而复杂的作用。不到25年前，主要将NO视作与空气混合的化石燃料燃烧过程中形成的烟雾组分。然而，根据Ferid Murad等的先驱性工作，现在已知NO是在包括内皮细胞、神经细胞和巨噬细胞在内的几乎所有组织中存在的有效的信号转导性化合物和细胞毒试剂/细胞生长抑制剂。哺乳动物细胞采用两步酶法合成NO，将L-精氨酸氧化成N-ω-羟基-L-精氨酸，然后再转化为L-瓜氨酸和不带电的NO自由基。三种不同的一氧化氮合酶调节NO的产生。神经元一氧化氮合酶(NOSl，或nNOS)在神经元组织内形成，在神经传递过程中发挥必要作用；内皮一氧化氮合酶(NOS3或eNOS)由内皮细胞分泌，可诱导血管舒张；诱导性一氧化氮合酶(NOS2或iNOS)主要存在于巨噬细胞、肝细胞和软骨细胞中，与免疫细胞毒性有关。
神经元NOS和eNOS是组成性酶，调节少量NO的快速、短期释放。这种微量的NO激活鸟苷酸环化酶，提高环磷酸鸟苷(cGMP)的浓度，进而提高胞内Ca2+水平。胞内Ca2+浓度的升高导致平滑肌松弛，产生NO的血管舒张作用。诱导性NOS负责较大量NO的持续释放，由胞外因子如内毒素和细胞因子活化。这些较高的NO水平在细胞免疫过程中发挥关键作用。
医学研究在于快速发现NO的治疗应用，包括血管外科和介入性心脏学领域。用于清除阻塞动脉的手术如经皮冠状动脉腔内成形术(PTCA)(也称为球囊血管成形术)和经皮腔内斑块旋切术和/或支架植入术可导致球囊扩张或支架设置部位的血管壁损伤。响应这种损伤，发生称为再狭窄的复杂多因素过程，原先被打开血管内腔变窄而变得再次阻塞。当凝血细胞(血小板)迁移到损伤部位，在受损内皮中释放促细胞分裂剂时，启动了再狭窄过程。凝血细胞开始聚集或粘附于损伤部位，启动血栓形成或血块形成过程。结果，由于凝血细胞和纤维蛋白在血管壁上聚集，先前打开的内腔开始变窄。在一种更常见的再狭窄机制中，治愈过程中粘附于血管壁的凝血细胞分泌的促细胞分裂剂刺激血管平滑肌细胞过度增殖，再次限制或阻塞受损的血管内腔。产生的新内膜增生是支架再狭窄的主要原因。
近来，已证明NO能显著减少凝血细胞聚集和粘附；联合NO的直接细胞毒/细胞生长抑制性质可显著减少血管平滑肌细胞增殖并有助于防止再显狭窄。最初血管攻击后几分钟内发生凝血细胞的聚集，一旦启动导致再狭窄的事件级联，将导致不能补救的损伤。而且，血栓形成和再狭窄的风险持续存在，一直到血管内皮处的内皮细胞得到修复。因此，NO或任何抗-再狭窄试剂必需立即到达损伤部位。
在损伤部位提供治疗水平的NO的一种方法是预防性地提高全身NO水平。这可通过刺激内源性NO的产生或使用外源性NO来实现。调节内源性NO释放的方法主要聚焦在使用过量NO前体如L-精氨酸激活合成途径，或者利用基因治疗增加一氧化氮合酶(NOS)的表达。美国专利(USPN)5,945,452，5,891,459和5,428,070描述了使用口服给予的L-精氨酸和/或L-赖氨酸实现的NO持续升高。然而，尚未证明这些方法能有效防止再狭窄过程。利用基因治疗技术来调节内源性NO的表达仍然是高度实验性的，尚未证明安全有效。美国专利5,268,465，5,468,630和5,658,565阐述了各种基因治疗方法。
外源性NO来源如纯的NO气体高度毒性，寿命短并且在生理溶液中相对不溶解。因此，全身递送外源性NO通常采用有机硝酸酯前药如硝基甘油片、静脉内混悬剂、喷雾剂和透皮贴片来实现。人体将硝基甘油快速转化为NO；然而，激活前药所需的酶含量和辅因子快速耗竭，导致耐药性。而且，全身给予NO具有破坏性的副作用，包括高血压和自由基细胞损伤。因此，采用有机硝酸酯前药来维持全身抗-再狭窄治疗血浓目前是不可能的。
因此，大量关注集中在局部或位点特异性的NO递送，以减轻全身预防相关的缺点。已经评价了可植入医疗装置和/或局部基因治疗技术，包括用NO释放性化合物涂覆的医疗装置，或将递送NOS基因递送至靶细胞的载体。与其全身给药相似，局部NO递送的基因治疗技术尚未证明安全有效。在位点特异性NOS基因递送成为现实之前还需要克服许多技术障碍和安全性考虑。
然而，在外源性NO局部应用领域已经实现了显著的进步。为了有效防止再狭窄，抑制性治疗剂如NO必需在有效水平下在持续的时间内给予。因此，任何用于治疗再狭窄的释放NO的医疗装置必需适合植入。理想的候选装置是血管支架。因此，在精确部位安全提供治疗有效量的NO的支架将代表再狭窄治疗和预防领域的显著进步。
许多研究已经开发了适合体内应用的释放一氧化氮的化合物。早在1960年，已经证明NO气体能够与胺(例如二乙胺)反应，形成具有以下通式R--R′N--N(O)NO的释放NO的阴离子。这些化合物的盐在溶液中自发分解并释放NO。
可用作治疗剂的在体温下具有足够稳定性的释放一氧化氮的化合物最终由Keefer等开发，在USPN4,954,526、5,039,705、5,155,137、5,212,204、5,250,550、5,366,997、5,405,919、5,525,357和5,650,447中阐述，所有这些专利的内容被纳入本文作为参考。
然而，NO的体内半衰期有限，导致将NO递送至指定区域过程中的困难。因此，需要能够实现NO的延长释放的释放NO的化合物。为此开发了一些示例性的释放NO的化合物，包括例如供给NO的阿司匹林衍生物、亚硝酸异戊酯和硝酸异山梨酯。此外，也报道了具有NO加合物的生物相容性聚合物(参见例如，美国专利公开2006/0008529和2004/0037836)，以受控方式释放NO。
仲胺能够结合两摩尔的NO并在水性环境中释放它们。通式1显示了能够结合两个NO分子的示例性的仲胺的共同结构，在后文中成为二醇二氮烯鎓，(式中M是抗衡离子，可以是具有适当电荷的金属，或质子，R1和R2是有机和无机化学基团的通称)。高压下仲胺接触碱性条件，同时加入NO气体导致二醇二氮烯鎓的产生。
式1
发明概述
本发明提供了适用于制造和涂覆医疗装置的供给一氧化氮(NO)的聚合物。更具体说，本发明提供了包含至少一个仲胺的环氧化物衍生的聚合物，所述仲胺可以在生理学环境中发生二醇二氮烯鎓反应而受控释放或供给NO。而且，还描述了一种由环氧化物合成包含仲胺的聚合物的方法。
在本发明的一个实施方式中，描述了一种形成具有至少一个反应性仲胺的聚合物的方法，该方法包括：(a)提供具有环氧化物侧链基团的聚合物；(b)在形成仲胺的条件下使该聚合物与通式R2-NH2的化合物反应；式中R2选自C1-C20直链烷基、C3-C20环烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C2-C14杂原子取代的烷基、C2-C14杂原子取代的环烷基、含多个胺的C1-C10烃、C4-C10取代的芳基和C4-C10取代的杂原子取代的杂芳基；和(c)使所述仲胺与NO在压力下反应形成相应的二醇二氮烯鎓(diazeniumdiolate)。
在本发明另一实施方式中，描述了一种提供具有至少一个反应性仲胺的单体的方法，该方法包括：(a)提供具有式2所示结构的可聚合的第一单体：
Figure GPA00001009044800042
式2
式中R1是选自下组的可聚合部分：丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、内酯、C2-C20烯基和C2-C20炔基；(b)使所述第一单体与式R2-NH2的化合物在形成具有式3所示结构的具有反应性仲胺的单体的条件下反应；式中R2选自C1-C20直链烷基、C3-C20环烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C2-C14杂原子取代的烷基、C2-C14杂原子取代的环烷基、含多个胺的C1-C10烃、C4-C10取代的芳基和C4-C10取代的杂原子取代的杂芳基。
Figure GPA00001009044800043
式3
在本发明另一实施方式中，反应步骤(b)还包括选自下组的催化剂：LiClO4、无机酸、布郎斯台德酸(Bronsted acid)、离子交换树脂、沸石、亲氧(oxophilic)金属、质子海绵(proton sponge)、缓冲液、碱金属(alkaliearth metal)、碱土金属(alkaline earth metal)、过渡金属和有机金属化合物。
在另一实施方式中，C1-C10含多个胺的烃选自：N-甲基乙二胺、N-甲基丙二胺、N-甲基丁二胺、N-乙基乙二胺、N-乙基丙二胺、N-乙基丁二胺、N-苄基乙二胺、N-苄基丙二胺、N-苄基丁二胺、N-丙基乙二胺、N-丙基丙二胺、N-丙基丁二胺、乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺和五亚乙基六胺。
在提供具有反应性仲胺的聚合物的方法的另一个实施方式中，所述聚合物选自：聚醚，乙烯基聚合物如聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯和聚氯乙烯，聚碳酸酯，聚氨酯和聚酯。在另一实施方式中，聚合物由选自下组的单体组成：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸庚酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸十二烷基酯、2-(乙氧基甲基丙烯酸乙酯)、甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸庚酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸十二烷基酯、2-乙氧基丙烯酸乙酯、丙烯酸缩水甘油酯、聚(乙二醇)丙烯酸酯、ε-己内酯、聚乙二醇(PEG)、碳酸丙二醇酯(trimethylenecarbonate)、丙交酯、乙交酯、N-乙酰基4-氮杂己内酯、环己基己内酯、4-叔丁基己内酯和式4的己内酯。
在本发明的一个实施方式中，描述了一种提供供给NO的聚合物的方法，该方法包括(a)提供包括具有至少一个反应性仲胺的单体的聚合物；和(b)使所述仲胺与NO在压力下反应形成相应的二醇二氮烯鎓。
在本发明另一实施方式中，提供一种包括根据本发明方法制备的聚合物的医疗装置。在另一实施方式中，所述医疗装置包括血管支架。
在本发明另一实施方式中，提供一种包括聚合物涂层的医疗装置，所述聚合物是根据本发明方法制备的。在另一实施方式中，所述医疗装置包括血管支架。
在本发明另一实施方式中，聚合物还包含至少一种选自下组的药物：FKBP-12结合剂、雌激素、侣伴蛋白抑制剂、蛋白酶抑制剂、蛋白质-酪氨酸激酶抑制剂、来普霉素B、过氧化物酶体增殖子激活受体γ配体(PPARγ)、海博霉素(hypothemycin)、NO、二膦酸盐、表皮生长因子抑制剂、抗体、蛋白酶体抑制剂、抗生素、抗炎药、反义核苷酸和转化核酸。在另一实施方式中，所述药物包括至少一种选自下组的化合物：西罗莫司(雷帕霉素)、他克莫司(FK506)、依维莫司(Certican)、坦西莫司(CCI-779)和佐他莫司(ABT-578)。在又一实施方式中，所述药物是佐他莫司。
术语定义
丙交酯：如本文所用，丙交酯表示3，6-二甲基-1，4-二噁烷-2，5-二酮。更常见地，丙交酯也表示R和S形式的乳酸的异源二聚体，S型乳酸的同型二聚体和R型乳酸的同型二聚体。乳酸和丙交酯在本文中可互换使用。术语二聚体是本领域普通技术人员众所周知的。
Figure GPA00001009044800061
丙交酯
乙交酯：如本文所用，乙交酯表示具有以下结构的分子：
Figure GPA00001009044800062
乙交酯
4-叔丁基己内酯：如本文所述，4-叔丁基己内酯表示具有以下结构的分子：
Figure GPA00001009044800063
4-叔丁基己内酯
N-乙酰基4-氮杂-己内酯：如本文所述，N-乙酰基4-氮杂-己内酯表示具有以下结构的分子：
Figure GPA00001009044800071
N-乙酰基己内酯
主链：本文所用术语“主链”表示本发明聚合物或共聚物的主链。本文所用术语“聚酯主链”表示包括酯连接键的可生物降解的聚合物的主链。
生物活性剂：如本文所述“生物活性剂”应包括在动物中具有治疗效果的任何药物、药用化合物或分子。示例性但非限制性的例子包括抗-增殖剂，包括但不限于大环内酯抗生素，包括FKBP12结合化合物、雌激素、侣伴蛋白抑制剂、蛋白酶抑制剂、蛋白质-酪氨酸激酶抑制剂、来普霉素B、过氧化物酶体增殖子激活受体γ配体(PPARγ)、海博霉素、NO、二膦酸盐、表皮生长因子抑制剂、抗体、蛋白酶体抑制剂、抗生素、抗炎药、反义核苷酸和转化核酸。生物活性剂也可包括细胞生长抑制性化合物、化疗药、镇痛药、他汀类、核酸、多肽、生长因子，递送载体包括但不限于：重组微生物和脂质体。
示例性的FKBP 12结合化合物包括：西罗莫司(雷帕霉素)、他克莫司(FK506)、依维莫司(Certican或RAD-001)、坦西莫司(CCI-779或无定形雷帕霉素与3-羟基-2-(羟甲基)-2-甲基丙酸的2-酯)和佐他莫司(ABT-578)。此外，可将其他雷帕霉素羟基酯与本发明的聚合物联用。
生物相容性：本文所用术语“生物相容性”表示当置于与动物组织紧密接触时不会导致动物损伤或死亡或者诱导动物副反应的任何材料。副反应包括：炎症、感染、形成纤维化组织、细胞死亡或血栓形成。
共聚物：本文所用术语“共聚物”是由两种或更多种不相似单元如单体同时链加成聚合产生的大分子。共聚物包括二聚物(两种不相似的单元)、三聚物(三种不相似的单元)等。
控释：本文所用术语“控释”表示生物活性化合物以预定速率从医疗装置释放。控释预示着除非另有具体说明，否则生物活性化合物不会在接触生物环境后以不可预测的方式从医疗装置表面自发释放并且不会发生装置的“突释”(在这里也称为一级动力学)。然而，本文所用术语“控释”并不排除与膨开相关的“突释现象”。在本发明的一些实施方式中，可能希望在初始的药物突释后是更加缓和的释放。释放速率可以是稳态(通常称为“定时释放”或零级动力学)，即药物在预定的时间内以相等的量释放(有或没有初始的突释相)，或者可以是梯度释放。梯度释放预示着，从装置表面释放的药物浓度随时间变化。
二醇二氮烯鎓：如本文所述，“二醇二氮烯鎓”表示一类供给一氧化氮的分子，也称为NO亲核复合体(NONoates)(1-取代的二氮烯-1-鎓-1，2-二醇盐)，是携带[N(O)NO]-官能团并在生理学条件下以可预测的速率释放一氧化氮(NO)分子的化学物质。而且，“二醇二氮烯鎓化”或“二醇二氮烯鎓反应(diazeniumdiolation)”表示具有二醇二氮烯鎓基团的分子或将这种基团添加到聚合物中的过程。
玻璃化转变温度(T g )：本文所用术语“玻璃化转变温度”或“Tg”表示聚合物结构从弹性易弯曲状态转变为刚性脆性状态的温度。
甲基丙烯酸缩水甘油酯：如本文所述，甲基丙烯酸缩水甘油酯表示具有以下结构的分子：
Figure GPA00001009044800081
甲基丙烯酸缩水甘油酯
M n ：如本文所用，Mn表示数均分子量。数学上由以下公式表示：
Mn＝∑iNiMi/∑iNi，其中Ni是重量为Mi的摩尔数。
M w ：如本文所用，Mw表示重均分子量，即给定聚合物可能具有的平均重量。数学上由以下公式表示：
Figure GPA00001009044800082
其中Ni是重量为Mi的分子数。
发明详述
合成其中包含具有一氧化氮(NO)分子的仲胺的聚合物并形成二醇二氮烯鎓。增加聚合物中伯胺的数量可提高NO负载，促进二醇二氮烯鎓更稳定并增强具有更高程度微调控释的前景。申请人发现，基于环氧化物与伯胺的开环反应的生物相容性聚合物可提供适用于制造和涂覆医疗装置的供给NO的聚合物。
本发明提供了适用于制造和涂覆医疗装置的环氧化物衍生的供给NO的聚合物。更具体说，本发明提供了包含具有至少一个环氧化物衍生的仲胺侧链的聚合物，所述仲胺可以在生理学环境中发生二醇二氮烯鎓反应而受控释放或给出NO。而且，还描述了一种由环氧化物合成包含仲胺的环氧化物衍生的聚合物的方法。
本发明聚合物包括均聚物和共聚物。均聚物由每条侧链上包含至少一个仲胺的单体单元组成。本发明聚合物包括但不限于：聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚醚、聚氨酯和其他生物稳定性和生物降解性聚合物。
适用于本发明方法的单体包括具有式2所示结构的单体
式2
式中，R1是可聚合的部分，包括但不限于甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、内酯、C2-C20烯基、C2-C20炔基和C2-C14杂原子取代的烷基。
适用于本发明方法的主链包括选自下组的主链：聚醚，乙烯基聚合物如聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯和聚氯乙烯，聚碳酸酯，聚氨酯、聚酯以及它们的衍生物。
丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物包括丙烯酸或甲基丙烯酸单体，这些单体包括但不限于：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸酯己酯、甲基丙烯酸庚酯、甲基丙烯酸酯辛酯、甲基丙烯酸酯十二烷基酯、2-(乙氧基乙基甲基丙烯酸酯)、甲基丙烯酸酯缩水甘油酯、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸庚酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸十二烷基酯、2-乙氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸缩水甘油酯、聚(乙二醇)丙烯酸酯。在一个实施方式中，甲基丙烯酸酯是具有环氧化物侧链的甲基丙烯酸酯缩水甘油酯。本发明非丙烯酸酯的单体包括但不限于：ε-己内酯、聚乙二醇(PEG)、碳酸丙二醇酯、丙交酯、乙交酯、N-乙酰基4-氮杂-己内酯、环己基己内酯、4-叔丁基己内酯、式4的己内酯以及它们的衍生物。
本发明的聚合物包含侧链，其中一个或多个侧链还包含至少一个仲胺基团。在单体聚合之前(方案1中的反应1，产生式3)或者之后(方案1中反应2)引入仲胺基团。在一个实施方式中，仲胺可通过单体或聚合物上亲核或亲电子的环氧化物开环反应而引入。方案1中给出了一般反应，其中R1是可聚合的部分，包括但不限于丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、内酯、C2-C20烯基和C2-C20炔基，R2是C1-C10直链烷基、C3-C8环烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C2-C14杂原子取代的烷基、C2-C14杂原子取代的环烷基、C1-C10含多个胺的烃、C4-C10取代的芳基或C4-C10取代的杂原子取代的杂芳基。R1和R2可相同或不同。示例性的C1-C10含多个胺的烃包括但不限于：N-甲基乙二胺、N-甲基丙二胺、N-甲基丁二胺、N-乙基乙二胺、N-乙基丙二胺、N-乙基丁二胺、N-苄基乙二胺、N-苄基丙二胺、N-苄基丁二胺、N-丙基乙二胺、N-丙基丙二胺和N-丙基丁二胺、乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺和五亚乙基六胺。
方案1
Figure GPA00001009044800101
Figure GPA00001009044800102
＝代表示例性的聚合物主链
聚合物侧链中的环氧化物是通过包括脱水反应、烯烃氧化和闭环反应等反应合成的。示例性的具有含环氧化物的侧链的单体是甲基丙烯酸酯缩水甘油酯。本发明还包括在单体上合成环氧化物侧链以制备用于聚合反应的单体的方法。在一个实施方式中，用二甲基二环氧乙烷处理含烯烃的可聚合的单体以形成含环氧化物的侧链。在另一实施方式中，含烯烃的单体是2-烯丙基己内酯(式4)。在单体聚合反应之前或者聚合物反应之后进行含烯烃的单体的环氧化。
Figure GPA00001009044800111
式4
含烯烃的单体可均聚化或用不同的单体共聚。在一个实施方式中，使2-烯丙基己内酯(式4)与其他内酯共聚，所示内酯包括但不限于：乙交酯、丙交酯和其他生物相容性内酯。然后，使产生的聚合物环氧化。可采用许多试剂进行含烯烃的单体或含烯烃的聚合物上的环氧化反应，这些试剂包括但不限于：二甲基二环氧乙烷、mCPBA、金属氧化物、过氧化物、过酸、环状过氧化物以及它们的衍生物。在另一实施方式中，使2-烯丙基己内酯(式4)均聚，然后使所得聚合物环氧化。一旦合成了具有含环氧化物侧链的聚合物，用伯胺处理后形成具有仲胺侧链的聚合物(如方案1所示)。反应2的产物中(方案1)所描绘了产生的具有仲胺侧链的聚合物也可视作氨基醇。
本发明聚合物中每个带有胺的单体单元包含至少一个仲胺。通过亲核攻击单体单元亲电子部分上的胺而引入仲胺。任选地催化通过亲核攻击引入胺的反应。适用于合成本发明聚合物的催化剂包括但不限于：LiClO4、无机酸、布郎斯台德酸、离子交换树脂、沸石、亲氧(oxophilic)金属、质子海绵、缓冲液、碱金属、碱土金属、过渡金属和有机金属化合物。在式5所示本发明的一个实施方式中，通过亲核攻击环氧化物而将胺引入衍生自甲基丙烯酸缩水甘油酯(亚单位a)和甲基丙烯酸酯(亚单位b)的聚合物中。在式5和6中，R3是C1-C20直链烷基、C5-C10环烷基、烷氧基取代的C2-C10烷基或杂原子取代的C2-C10烷基或聚乙二醇(PEG)(反应3)。在式6中，R2是C1-C10直链烷基、C3-C8环烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C2-C14杂原子取代的烷基、C2-C14杂原子取代的环烷基、C1-C10含多个胺的烃、C4-C10取代的芳基或C4-C10取代的杂原子取代的杂芳基。
Figure GPA00001009044800121
在本发明的一个实施方式中，式5和6的a和b单元分别是1-20,000的整数。在另外的实施方式中，a是10-20,000；50-15,000100-10,000；200-5,000；500-4,000；700-3,000；或1000-2000的整数。在另外的实施方式中，b是10-20,000；50-15,000；100-10,000；200-5,000；500-4,000；700-3,000；或1000-2000的整数。
通过选择用于亲核攻击前体聚合物的适当的胺来微调合成侧链以提供NO的控释。
本发明的非丙烯酸酯聚合物包括：聚酯、聚碳酸酯、聚醚、聚氨酯和其他生物稳定性或生物降解性聚合物。在本发明的一个实施方式中，供给NO的聚合物是式9的聚酯，其中n是0-4的整数，m是1-20,000的整数。通过与伯胺的标准开环反应，从式8的环氧化物合成式9的聚酯。在式9中，R2是C1-C10直链烷基、C3-C8环烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C2-C14杂原子取代的烷基、C2-C14杂原子取代的环烷基、C1-C10含多个胺的烃、C4-C10取代的芳基或C4-C10取代的杂原子取代的杂芳基。
Figure GPA00001009044800131
式7            式8
Figure GPA00001009044800132
式8            式9
在本发明式7、8和9的一个实施方式中，m是1-20,000的整数。在另外的实施方式中，m是10-19,000、200-17,000、400-15,000、500-14,000、600-13,000、700-12,000、800-11,000、900-12,000、1,000-11,000、1,100-10,000、1,200-9,000、1,300-8,000、1,400-7,000、1,500-6,000、1,600-5,000、1,600-4,000、1,700-3,000、1,800-2,000或1,900-1,950的整数。在本发明式7、8和9的另一实施方式中，n是0-4的整数。在另外的实施方式中，n为2或3。
本发明的非丙烯酸聚合物并不限于均聚物。在本发明的一个实施方式中，根据式10合成聚醚和聚酯的共聚物，通过上述反应形成式11的环氧化物。然后用伯胺处理式11的环氧化物以形成式12的聚合物。在式12中，R2是C1-C10直链烷基、C3-C8环烷基、C1-C10含多个胺的烃、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C2-C14杂原子取代的烷基、C2-C14杂原子取代的环烷基、C4-C10取代的芳基或C4-C10取代的杂原子取代的杂芳基。在式12中，n是0-4的整数，m是1-20,000的整数，f是1-20,000的整数。
Figure GPA00001009044800133
在本发明式10、11和12的一个实施方式中，m和f分别是1-20,000的整数。在另外的实施方式中，m是10-19,000、200-17,000、400-15,000、500-14,000、600-13,000、700-12,000、800-11,000、900-12,000、1,000-11,000、1,100-10,000、1,200-9,000、1,300-8,000、1,400-7,000、1,500-6,000、1,600-5,000、1,600-4,000、1,700-3,000、1,800-2,000或1,900-1,950的整数。在另外的实施方式中，f是10-19,000、200-17,000、400-15,000、500-14,000、600-13,000、700-12,000、800-11,000、900-12,000、1,000-11,000、1,100-10,000、1,200-9,000、1,300-8,000、1,400-7,000、1,500-6,000、1,600-5,000、1,600-4,000、1,700-3,000、1,800-2,000或1,900-1,950的整数。在本发明式10，11和12的另一实施方式中，n是1-4的整数。在另外的实施方式中，n是2或3。
可微调本发明聚合物的物理性质，使得聚合物较佳地执行其指定用途。能够微调的性质包括但不限于：Tg、分子量(Mn和Mw)、多分散性指数(PDI、Mw/Mn的商)以及弹性度和两亲性程度。在本发明的一个实施方式中，聚合物的Tg约为-10℃到约85℃。在本发明的又一个实施方式中，聚合物的PDI约为1.3-4.0。在本发明的另一实施方式中，聚合物的Tg约为0℃到约40℃。在本发明的又一个实施方式中，聚合物的PDI约为1.5-2.5。
适合用本发明环氧化物衍生的供给NO的聚合物涂覆的可植入医疗装置包括但不限于：血管支架、支架移植物、尿道支架、胆管支架、导管、引导线、起搏器导联、骨螺钉、缝线和人造心脏瓣膜。本发明聚合物适用于制造可植入医疗装置。可以用本发明环氧化物衍生的供给NO的聚合物制造的医疗装置包括但不限于：血管支架、支架移植物、尿道支架、胆管支架、导管、引导线、起搏器导联、骨螺钉、缝线和人造心脏瓣膜。
本发明聚合物涂层适用于设置到血液动力学环境中并具有优异粘附性的医疗装置。即，该涂覆必需稳定连接于医疗装置的表面。可采用许多不同的材料来制造可植入医疗装置，包括但不限于：不锈钢、镍钛合金、铝、铬、钛、金、钴、陶瓷以及各种合成聚合物和天然材料，包括但不限于胶原、纤维蛋白和植物纤维。根据本发明的内容，所有这些材料均可用聚合物涂层制备。而且，本发明聚合物可用于制造整个医疗装置。
存在许多试图解释或有助于解释聚合物如何粘附于表面的理解的理论。最重要的力包括静电和氢键。然而，包括润湿性、吸收性和弹性等其他因素也决定了聚合物如何很好地粘附于不同的表面。因此，常常使用聚合物基底涂层或底涂层来产生更均一的涂覆表面。
本发明环氧化物衍生的供给NO的聚合物涂层可通过本领域技术人员已知的任何方式应用于底涂覆或裸露的医疗装置表面。与本发明相容的施加方法包括但不限于：喷涂、浸涂、刷涂、真空沉积、静电喷涂、等离子涂覆、旋涂、电化学涂覆等。而且，本发明环氧化物衍生的供给NO的聚合物涂层可采用盖涂层。盖涂层在这里表示施加在其他涂层上的最外层涂层。将供给NO的聚合体涂层施加底涂层上。然后，将聚合物盖涂层施加到环氧化物衍生的供给NO的聚合物涂层上。盖涂层可任选地用作扩散阻挡层以控释NO的释放。盖涂层可以仅仅是施加在支架表面用于保护支架的生物相容性聚合物，对NO释放速率没有影响。
本发明环氧化物衍生的供给NO的聚合物也可用于药物的递送和控释。适合从本发明聚合物释放的药物包括但不限于：抗增殖性化合物、细胞生长抑制性化合物、毒性化合物、抗炎化合物、化疗药、镇痛药、抗生素、蛋白酶抑制剂、他汀类、核酸、多肽、生长因子和递送载体，包括重组微生物、脂质体等。
在本发明的一个实施方式中，从受控释放的药物包括但不限于大环内酯抗生素，包括FKBP-12结合剂。示例性的该类药物包括：西罗莫司(雷帕霉素)(式2)、他克莫司(FK506)、依维莫司(Certican或RAD-001)、坦西莫司(CCI-779或无定形雷帕霉素与42-3-羟基-2-(羟甲基)-2-甲基丙酸的酯，如USPASN 10/930,487所述)和佐他莫司(zolimus)(ABT-578，参见USPN6,015,815和6,329,386)(式1)。此外，本发明的聚合物可联合使用USPN5,362,718中描述的其他雷帕霉素羟基酯。所有前述专利和专利申请的完整内容参考包括在此，它们都涉及FKBP-12结合化合物和衍生物。
实施例
以下非限制性实施例提供了根据本发明内容合成示例性聚合物的方法。
实施例1
合成甲基丙烯酸酯缩水甘油酯/甲基丙烯酸酯己酯共聚物
Figure GPA00001009044800161
将甲基丙烯酸缩水甘油酯(9.02克)、甲基丙烯酸酯正己酯(21.03克)，1，4-二噁烷(59.98克)和AIBN(240毫克)在120毫升的反应瓶中混合，反应瓶密封并用氮气吹扫30分钟。在油浴中搅拌的同时将反应瓶在60℃加热3小时。聚合物从二氯甲烷溶液重复沉淀(3X)到甲醇中进行纯化。真空箱中45℃干燥过夜，根据1H NMR获得甲基丙烯酸正己酯(56摩尔％)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(44摩尔％)的共聚物。聚合物的重均分子量为232240，根据GPC(THF，35C和聚苯乙烯标准)，PDI为2.0。以第二次加热时的加热速率20℃/分钟，用DSC测定，聚合物的Tg为28.8℃。
实施例2
将侧链中的环氧化物基团转化为仲胺。
Figure GPA00001009044800171
在该实施例中，在反应瓶中将1.0克实施例1的聚合物溶解于3毫升THF中。然后加入14.5毫升1-己胺。反应瓶密封并在油浴中50℃加热过夜。NMR表明环氧化物被消耗。所得聚合物从THF溶液重复沉淀(3X)到己烷/乙酸乙酯(体积比80/20)中进行纯化。聚合物在室温下真空干燥过夜。
实施例3
将仲胺官能聚合物转化为二醇二氮烯鎓化聚合物
由THF溶液将约1毫克实施例2的聚合物(N27)浸涂到1/4英寸的不锈钢试样(coupon)上。试样真空干燥，涂覆的聚合物在80psi NO下进行3天的二醇二氮烯鎓化反应。将试样在PBS(pH 7.4)缓冲液试管中孵育，用一氧化氮分析仪(GE分析装置280i)检测释放的一氧化氮。二醇二氮烯鎓化聚合物的初始一氧化氮释放速率为5.78皮摩尔/分钟/毫克，18.5小时内释放1.49纳摩尔/毫克。
实施例4
将侧链中的环氧化物基团转化为多个仲胺基团
Figure GPA00001009044800181
类似于实施例1所述制备甲基丙烯酸酯己酯(64摩尔％)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(36摩尔％)的共聚物。在该实施例中，将2.03克前体聚合物溶解于4毫升THF中并在反应瓶中与19.2毫升N-甲基乙二胺混合。反应瓶密封并在油浴中60℃加热22小时。聚合物从THF溶液重复沉淀(3X)到己烷中进行纯化。聚合物在室温下真空干燥过夜。
实施例5
由THF溶液将约1毫克实施例2的聚合物(N47)浸涂到1/4英寸的不锈钢试样(coupon)上。试样真空干燥，涂覆的聚合物在80psi NO下进行3天的二醇二氮烯鎓化反应。将试样在PBS(pH 7.4)缓冲液试管中孵育，用一氧化氮分析仪(GE分析装置280i)检测释放的一氧化氮。二醇二氮烯鎓化聚合物的初始一氧化氮释放速率为401皮摩尔/分钟/毫克，23.5小时内释放110纳摩尔/毫克。
实施例6
将侧链中的环氧化物基团转化为多个胺基团
Figure GPA00001009044800191
称取2.0克实施例3的前体聚合物，将其溶解于8毫升THF中。将23.9毫升二亚乙基三胺与12毫升THF混合，另外制备另一种溶液。搅拌的同时将聚合物溶液逐滴加入二亚乙基三胺溶液中。混合物在50℃的油浴中加热3天。所得聚合物从THF溶液沉淀到去离子水中进行纯化。d4-甲醇中的1HNMR谱表明，环氧化物官能团消失，在约2.7ppm处呈现对应于NCH2基团的峰。
实施例7
由THF溶液将约1毫克实施例6的聚合物(N59)浸涂到1/4英寸的不锈钢试样(coupon)上并在80psi NO的压力下进行3天的二醇二氮烯鎓化反应。将试样在PBS(pH 7.4)缓冲液试管中孵育，用NO分析仪(GE分析装置280i)检测释放的NO。如以下一氧化氮释放曲线所示，二醇二氮烯鎓化聚合物的初始NO释放速率为635皮摩尔/分钟/毫克，122.1小时内释放141纳摩尔/毫克。
Figure GPA00001009044800201
实施例8
由环氧化物衍生的供给NO的聚合物制造支架
例如但非限制性地，描述了已知血管支架。在注塑机的圆桶中加热生物降解性供给NO的聚合物直到熔融，并在压力下加压形成支架模型。模塑聚合物(现在相似支架)冷却后，从模具中取出固化的支架。在本发明的一个实施方式中，支架是管状成形元件，具有第一和第二端以及所述第一和第二端之间设置的壁表面。壁由挤出的聚合物单纤丝编织而成，形成编织型实施方式。在第二个实施方式中，支架为注塑或挤压成形的。开窗法是在导管壁中进行塑造、激光切割、冲切或机械加工。在编织的支架实施方式中，由经过团粒化然后干燥的聚合物材料制造单纤丝。然后挤出经过干燥的聚合物团粒，形成骤冷的粗单纤丝。然后将挤出、骤冷的粗单纤丝牵拉形成平均直径约0.01-0.6毫米，优选约0.05-0.15毫米的最终单纤丝。然后将大约10-50根最终的单纤丝在大小适合应用的编织心轴上以编织方式进行织造，编织角约为90-170度。然后从编织心轴上取下经编织的支架并置于外径等于或小于编织心轴直径的退火心轴上，在大约聚合物Tg和聚合物掺混物熔点之间的温度下，在空气中、惰性气氛中或真空下退火约5分钟到大约18小时。然后冷却支架并进行切割。
除非另有说明，本说明书和权利要求书所用的表示各成分含量、诸如分子量等性质、反应条件等等的所有数值应理解为在所有情况下均被术语“约”修饰。因此，除非另有说明，在本说明书和权利要求书中所用是数值参数是约数，可根据本发明希望实现的理想性质而变化。最低限度，但不是为了将本发明的范围限制在相等学说的应用，每个数值参数至少应根据所记录的有效数字并采用一般约数技术进行解释。虽然限定本发明广泛范围的数值范围和参数设置是约数，具体实施例中的数值尽可能准确地记录。然而，任何数值必然含有由其各自的测定过程中发现的标准差造成的某些误差。
描述本发明的内容时使用的术语“一”、“一个”、“这个”等类似表达(尤其的权利要求书的内容中)应解释为涵盖单数和复数，除非另有说明或者清楚指出相反。本文中对数值范围的引用仅仅是一种速记方法，单独表示落在该范围内的各个独立的值。除非另有说明，各个独立的值包括在说明书范围内，如同它们被单独引用。所有本文所述的方法可以任何合适的顺序进行，除非另有说明或者清楚指出相反。本文涉及的任何和所有实施例，或者示例性的语言(例如，“例如”)的使用仅仅是为了更好地阐述本发明，而不是对本发明范围的限制。说明书中的所有语言都不应解释为指示对本发明实践所必需的非要求的元素。
本文所述本发明可选的元素或实施方式的分组不应解释为限制性的。各组成员分别单独表示或要求，或者与本文所述的其他组成员或其他元素形成任意组合。预计出于便利和/或专利性的原因，组中可以包括或者删除一个或多个组的成员。在发生任何这种包括或者删除时，认为说明书包括经修饰的组，因而满足所附权利要求书中使用的所有马库什组(Markush group)的书写描述。
本文描述了本发明的某些实施方式，包括实施本发明所需本发明人已知的最佳模式。当然，阅读以上说明书内，所述实施方式的变型将是本领域普通技术人员所明白的。本发明人预期，有经验的技术人员将适当地利用这些变型，本发明人旨在使本发明在本文具体描述之外以其他方式进行实施。因此，根据申请原则，本发明包括所附权利要求书所涉及主题的所有改进和等价形式。而且，所有可能的变型中上述元素的任意组合物包括在本发明范围内，除非另有说明或者清楚指出相反。
而且，整篇说明书可参考专利和印刷出版物等数字参考文献。上述参考文献和印刷出版物各自的内容分别包括在此作为参考。
最后，应该理解，本文所述本发明的实施方式仅仅是对本发明原理的举例。可采用的其他改进也包括在本发明的范围内。因此，举例而非限制性地，根据本文内容可采用本发明的可选构型。因此，本发明并不限于具体所示和所述的内容。

Claims (18)

1.一种提供具有至少一个反应性仲胺的聚合物的方法，该方法包括：
(a)提供具有环氧化物侧链基团的聚合物；
(b)在形成仲胺的条件下使所述聚合物与通式R2-NH2的化合物反应，其中R2选自C1-C20直链烷基、C3-C8环烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C2-C14杂原子取代的烷基、C2-C14杂原子取代的环烷基、含多个胺的C1-C10烃、C4-C10取代的芳基和C4-C10取代的杂原子取代的杂芳基；和
(c)在压力下使所述仲胺与NO反应以形成二醇二氮烯鎓。
2.一种提供具有至少一个反应性仲胺的单体的方法，该方法包括：
(a)提供具有通式2的可聚合的第一单体：
式中R1是选自下组的可聚合的部分：丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、内酯、C2-C20烯基和C2-C20炔基；
(b)在形成通式3的具有反应性仲胺的单体的条件下使所述第一单体与R2-NH2的化合物反应，其中R2选自C1-C20直链烷基、C3-C8环烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C2-C14杂原子取代的烷基、C2-C14杂原子取代的环烷基、含多个胺的C1-C10烃、C4-C10取代的芳基和C4-C10取代的杂原子取代的杂芳基
Figure FPA00001009044700012
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述反应性步骤(b)还包含催化剂。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述催化剂选自：LiClO4、无机酸、布郎斯台德酸、离子交换树脂、沸石、亲氧金属、质子海绵、缓冲液、碱金属、碱土金属、过渡金属和有机金属化合物。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述含多个胺的C1-C10烃选自：N-甲基乙二胺、N-甲基丙二胺、N-甲基丁二胺、N-乙基乙二胺、N-乙基丙二胺、N-乙基丁二胺、N-苄基乙二胺、N-苄基丙二胺、N-苄基丁二胺、N-丙基乙二胺、N-丙基丙二胺、N-丙基丁二胺、乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺和五亚乙基六胺。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物选自：聚醚，聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯和聚氯乙烯的乙烯基聚合物，聚碳酸酯，聚氨酯和聚酯。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述聚合物由选自下组的单体组成：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸庚酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸十二烷基酯、2-(乙氧基甲基丙烯酸乙酯)、甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸庚酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸十二烷基酯、2-乙氧基丙烯酸乙酯、丙烯酸缩水甘油酯、聚(乙二醇)丙烯酸酯、ε-己内酯、聚乙二醇(PEG)、碳酸丙二醇酯、丙交酯、乙交酯、N-乙酰基4-氮杂己内酯、环己基己内酯、4-叔丁基己内酯和式4所示的己内酯。
8.一种提供供给一氧化氮的聚合物的方法，该方法包括：
(a)提供如权利要求2所述的包含具有至少一个反应性仲胺的单体的聚合物；和
(b)在压力下使所述仲胺与NO反应以形成二醇二氮烯鎓。
9.一种医疗装置，其包含根据如权利要求1或8所述方法制备的聚合物。
10.如权利要求9所述的医疗装置，其特征在于，所述医疗装置包括血管支架。
11.如权利要求9所述的医疗装置，其特征在于，所述聚合物还包含至少一种选自下组的药物：FKBP-12结合剂、雌激素、侣伴蛋白抑制剂、蛋白酶抑制剂、蛋白质-酪氨酸激酶抑制剂、来普霉素B、过氧化物酶体增殖子激活受体γ配体(PPARγ)、海博霉素、一氧化氮、二膦酸盐、表皮生长因子抑制剂、抗体、蛋白酶体抑制剂、抗生素、抗炎药、反义核苷酸和转化核酸。
12.如权利要求11所述的医疗装置，其特征在于，所述药物包括至少一种选自下组的化合物：西罗莫司(雷帕霉素)、他克莫司(FK506)、依维莫司(Certican)、坦西莫司(CCI-779)和佐他莫司(ABT-578)。
13.如权利要求12所述的医疗装置，其特征在于，所述药物包括佐他莫司。
14.一种包含聚合物涂层的医疗装置，其中，所述聚合物是根据权利要求1或8所述方法制备的。
15.如权利要求14所述的医疗装置，其特征在于，所述医疗装置包括血管支架。
16.如权利要求14所述的医疗装置，其特征在于，所述聚合物还包含至少一种选自下组的药物：FKBP-12结合剂、雌激素、侣伴蛋白抑制剂、蛋白酶抑制剂、蛋白质-酪氨酸激酶抑制剂、来普霉素B、过氧化物酶体增殖子激活受体γ配体(PPARγ)、海博霉素、一氧化氮、二膦酸盐、表皮生长因子抑制剂、抗体、蛋白酶体抑制剂、抗生素、抗炎药、反义核苷酸和转化核酸。
17.如权利要求16所述的医疗装置，其特征在于，所述药物包括至少一种选自下组的化合物：西罗莫司(雷帕霉素)、他克莫司(FK506)、依维莫司(Certican)、坦西莫司(CCI-779)和佐他莫司(ABT-578)。
18.如权利要求17所述的医疗装置，其特征在于，所述药物包括佐他莫司。
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