CN102105191A - 可生物降解的金属螯合聚合物和疫苗 - Google Patents

可生物降解的金属螯合聚合物和疫苗 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种金属螯合聚(醚酰胺)聚合物，其可用于制备用于运送各种负载分子诸如生物活性试剂的聚合物组合物。在溶液中，金属离子和含有金属亲和氨基酸的负载分子(例如疫苗表位)可以负载到聚合物组合物中，并保持在非共价络合物中。上述聚合物组合物的纳米粒子还可以由上述溶液直接制备。

Description

可生物降解的金属螯合聚合物和疫苗
多氨基羧酸在活性生物体的净化过程中常被用作络合剂或螯合剂，并且近年来已被建议作为清洁剂中磷酸盐的替代品。已知这些化合物与各种金属离子形成络合物，最常见与三价镧系元素形成络合物。多氨基羧酸诸如EDTA(乙二胺四乙酸)和DTPA(二亚乙基三胺-五乙酸)还常用于将诊断片段和治疗片段螯合到活体内运送组合物上。
还已经合成了具有络合性质的聚合物。已经报道了大分子钆(Gd)络合物作为MRI造影剂的临场应用。例如，Gd螯合物已被缀合到生物医学聚合物上，包括多(氨基酸)、多糖、蛋白质和各种树状物上。还已经报道了DTPA酸酐和二胺的共聚合以及与Gd(III)的络合。然而，由典型的可生物降解聚合物(诸如右旋糖苷、多熔素等)制备的这样的大分子体系的临床应用受Gd[III]络合物的缓慢排泄以及由此造成的有毒Gd离子的长期组织积累的限制。因此，尽管本领域中的这些进展，但是仍需要更多、更好的可生物降解大分子体系，以避免缓慢排泄的问题。
发明内容
本发明提供了一种含有至少一种聚合物或其盐的组合物，所述聚合物或其盐选自如下：
具有通式(I)所示化学式的PEA聚合物，
Figure BPA00001290565400011
式(I)
式(I)中，n在约15至约150的范围内；
R1独立地是-CH2-N(CH2CO2H)-R6-N(CH2CO2H)-CH2-或式(II)结构，及其组合；其中R6独立地选自由如下组成的组：(C2-C12)亚烷基、对-C6H4、(C2-C4)烷基氧(C2-C4)亚烷基、和CH2CH2N(CH2CO2H)CH2CH2；并且其中式(II)中的R7选自氢、(C1-C12)烷基和保护基；
Figure BPA00001290565400021
式(II)
n单元中的各个R3独立地选自由如下组成的组：氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基、-(CH2)2SCH3、CH2OH、CH(OH)CH3、(CH2)4NH3 +、(CH2)3NHC(＝NH2 +)NH2、4-亚甲基咪唑啉鎓(imidazolinium)、CH2COO-、(CH2)2COO-及其组合；
R4独立地选自由如下组成的组：(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、(C2-C6)烷基氧(C2-C12)亚烷基、CH2CH(OH)CH2、CH2CH(CH2OH)、结构式(III)的1，4：3，6-二脱水己糖醇的双环片段、1，4-脱水赤藻糖醇的片段及其组合；
Figure BPA00001290565400022
式(III)
或具有通式(IV)所示化学式的PEA聚合物，
式(IV)
式(IV)中，n在约15至约150的范围内，m在约0.1至0.9的范围内；p在约0.9至0.1的范围内；并且
R1独立地是-CH2-N(CH2CO2H)-R6-N(CH2CO2H)-CH2-，其中R6独立地选自由如下组成的组：(C2-C12)亚烷基、对-C6H4、(C2-C4)烷基氧(C2-C4)亚烷基、CH2CH2N(CH2CO2H)CH2CH2和式(II)的结构，其中R7选自氢、(C1-C12)烷基和、保护基及其组合；
Figure BPA00001290565400031
式(II)
R2独立地选自由氢、(C1-C12)烷基或(C6-C10)芳基和保护基组成的组；
n单元中的各个R3独立地选自由如下组成的组：氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基、-(CH2)2SCH3、CH2OH、CH(OH)CH3、(CH2)4NH3 +、(CH2)3NHC(＝NH2 +)NH2、4-亚甲基咪唑啉鎓、CH2COO-、(CH2)2COO-及其组合；R4独立地选自由如下组成的组：(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、(C2-C6)烷基氧(C2-C12)亚烷基、CH2CH(OH)CH2、CH2CH(CH2OH)、结构式(III)的1，4：3，6-二脱水己糖醇的双环片段、1，4-脱水赤藻糖醇的片段及其组合；R5独立地选自由(C2-C4)烷基组成的组。
在另一实施方式中，本发明提供了通过如下制造纳米粒子的方法：使至少一种溶解在水性溶液中的具有式(I)或(IV)所示化学结构的聚合物1)与金属离子2)在一起接触，所述金属离子选自由Ca2+，Mg2+，Mn2+，Co2+，Fe2+和Fe3+，Zn2+，Ni2+组成的组，从而形成含有所述聚合物和所述过渡金属离子的非共价络合物的纳米粒子。
在另一实施方式中，本发明提供了一种通过如下向研究对象运送负载分子(cargo molecule)的方法：向所述研究对象施与本发明的组合物。
在另一实施方式中，本发明提供了一种通过如下制备纳米粒子的方法：
a)在水性溶液中在缩聚条件下使1)本发明的式(I)或(IV)螯合聚合物；2)金属离子，所述金属离子选自由Ca2+，Mg2+，Mn2+，Co2+，Fe2+和Fe3+，Zn2+，Ni2+组成的组，和3)非质子极性溶剂一起接触；
b)在所述溶液中形成含有所述聚合物和所述过渡金属阳离子的非共价络合物的纳米粒子；以及
c)通过尺寸排斥分离法从所述溶液中得到所述纳米粒子。
附图说明
图1表示聚合物PEA EDTA-Leu(6)，(式Ia)的1H-NMR谱图。
图2是表示经免疫的小鼠在被流感病毒感染后的存活曲线图。图中的◇＝仅被缓冲液免疫的动物；▲＝被病毒腹膜内免疫的动物，阳性对照；星形＝被HAPR8胞外域和NPPR8二者(与PEA EDTA-Leu(6)-Zn和Poly I:C一起配制)一次性鼻内免疫的动物；■＝被HAPR8胞外域和NPPR8(与PEA EDTA-Leu(6)-Zn一起配制)鼻内免疫的小鼠。
图3表示经免疫的小鼠在被流感病毒感染后的重量变化图。○＝仅被缓冲液免疫的动物；星形＝被病毒腹膜内免疫的动物，阳性对照；▲＝被HAPR8胞外域和NPPR8(与PEA EDTA-Leu(6)-Zn和Poly I:C一起配制)一次性鼻内免疫动物的平均重量变化；■＝被HAPR8胞外域和NPPR8(与PEA EDTA-Leu(6)-Zn一起配制)鼻内免疫的小鼠；◇＝被HAPR8胞外域(与PEA EDTA-Leu(6)-Zn一起配制)鼻内免疫的动物。
图4表示经免疫的小鼠在被流感病毒感染后平均重量变化百分率的图。■＝被在配制缓冲液中的PEA EDTA-Leu(6)聚合物免疫的动物的重量变化(所有小鼠在病毒感染7天后死亡)；○＝被病毒腹膜内免疫的小鼠，阳性对照；▲＝鼻内施与HAPR8-3和NPPR8以及PEA EDTA-Leu(6)-Zn和Poly I:C粒子的动物的平均重量变化(一只小鼠，8天后死亡，未产生对HA蛋白的可测抗体响应)；△＝被HAPR8-3和NPPR8以及PEAEDTA-Leu(6)-Zn和Poly I:C粒子皮下免疫的小鼠(除了一只外所有小鼠8天后死亡)。
图5表示来自流感毒株A/PR/8/34(Mount Sinai)的His标记核蛋白的氨基酸序列(SEQ ID NO：1)：
图6表示来自流感毒株A/PR/8/34(Mount Sinai)的HARP8胞外域抗原的氨基酸序列(SEQ ID NO：2)：
图7表示来自流感毒株A/PR/8/34(Mount Sinai)的HA蛋白的HAPR8-2 His标记亚片段的氨基酸序列。下划线部分是附加的用于细菌表达的信号序列，但未出现在由细菌产生的氨基酸序列中。(SEQ IDNO：3)
图8表示来自流感毒株A/PR/8/34(Mount Sinai)的HA蛋白的HAPR8 3 His标记亚片段抗原的氨基酸序列。下划线部分是附加的用于细菌表达的信号序列，但未出现在由细菌产生的氨基酸序列中。(SEQ IDNO：4)
图9表示来自流感毒株A/VN/1203/2004的His标记核蛋白抗原的氨基酸序列(SEQ ID NO：5)
图10表示来自流感毒株A/VN/1203/2004的HAVN胞外域抗原的氨基酸序列(SEQ ID NO：6)
图11表示来自流感毒株A/VN/1203/2004的HA蛋白的HAVN-2His标记亚片段的氨基酸序列。下划线部分是附加的用于细菌表达的信号序列，但未出现在由细菌产生的氨基酸序列中。(SEQ ID NO：7)
图12表示来自流感毒株A/VN/1203/2004的HA蛋白的HAVN-3His标记亚片段抗原的氨基酸序列。下划线部分是附加的用于细菌表达的信号序列，但未出现在由细菌产生的氨基酸序列中。(SEQ ID NO：8)
具体实施方式
本发明基于如下发现：可生物降解的金属螯合聚合物可以通过将多氨基羧酸结合到聚(酯酰胺)PEA的骨架上获得。上述可生物降解的金属-螯合聚合物可以螯合金属阳离子，而无需结合单独的金属亲和配体。
本发明的可生物降解金属-螯合聚合物在结构上与已知聚(酯酰胺)PEA相关，但不同之处在于：在已知PEA的溶液缩聚中使用的二酸构建单元在本发明中已被EDTA型(即多氨基乙酸)的多酸替代。由在本发明聚合物的合成中使用的这种类型的多氨基酸制成的单体是等价二酸酐，其在用于溶液缩合的条件下与二胺相互作用，从而与双(α-氨基酰基)-二醇二酯单体形成酰胺键。因此，在聚合期间，多氨基乙酸中的两个羧酸基团负责聚合物骨架的形成，沿该聚合物骨架具有亚胺乙酸基团。聚合物中多氨基乙酸的线内残基中的剩余未经结合羧酸基团可自由地螯合溶液中的金属阳离子。
因此，在一个实施方式中，本发明提供了一种含有至少一种聚合物或其盐的组合物，所述聚合物或其盐选自如下：
具有通式(I)所示化学式的PEA聚合物，
Figure BPA00001290565400061
式(I)
式(I)中，n在约15至约150的范围内；
R1独立地是-CH2-N(CH2CO2H)-R6-N(CH2CO2H)-CH2-，其中R6独立地选自由如下组成的组：(C2-C12)亚烷基、对-C6H4、(C2-C4)烷基氧(C2-C4)亚烷基、和CH2CH2N(CH2CO2H)CH2CH2；或式(II)的结构，其中R7选自氢、(C1-C12)烷基和保护基；及其组合；
Figure BPA00001290565400062
式(II)
n单元中的各个R3独立地选自由如下组成的组：氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基、-(CH2)2SCH3、CH2OH、CH(OH)CH3、(CH2)4NH3 +、(CH2)3NHC(＝NH2 +)NH2、4-亚甲基咪唑啉鎓、CH2COO-、(CH2)2COO-及其组合；
R4独立地选自由如下组成的组：(C2-C6)烷基氧(C2-C12)亚烷基、(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、CH2CH(OH)CH2、CH2CH(CH2OH)、结构式(III)的1，4：3，6-二脱水己糖醇的双环片段、1，4-脱水赤藻糖醇的片段及其组合；
Figure BPA00001290565400063
式(III)
或具有通式(IV)所示化学式的PEA聚合物，
Figure BPA00001290565400071
式(IV)
式(IV)中，n在约15至约150的范围内，m在约0.1至0.9的范围内；p在约0.9至0.1的范围内；并且
R1独立地是-CH2-N(CH2CO2H)-R6-N(CH2CO2H)-CH2-，其中R6独立地选自由如下组成的组：(C2-C12)亚烷基、对-C6H4、(C2-C4)烷基氧(C2-C4)亚烷基、CH2CH2N(CH2CO2H)CH2CH2，和式(II)的结构，其中R7选自氢、(C1-C12)烷基和、保护基，及其组合；
式(II)
R2独立地选自由氢、(C1-C12)烷基或(C6-C10)芳基和保护基组成的组；
n单元中的各个R3独立地选自由如下组成的组：氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基、-(CH2)2SCH3、CH2OH、CH(OH)CH3、(CH2)4NH3 +、(CH2)3NHC(＝NH2 +)NH2、4-亚甲基咪唑啉鎓、CH2COO-、(CH2)2COO-及其组合；
R4独立地选自由如下组成的组：(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、(C2-C6)烷基氧(C2-C12)亚烷基、CH2CH(OH)CH2、CH2CH(CH2OH)、结构式(III)的1，4：3，6-二脱水己糖醇的双环片段、1，4-脱水赤藻糖醇的片段及其组合；和
R5独立地选自由(C2-C4)烷基组成的组。
本发明的金属螯合聚合物是可生物降解的、可水溶的。本发明的金属螯合聚合物可以具有与其缔合的反离子，例如Na和K反离子，以形成盐。
此外，当利用亚胺二琥珀酸(式II)合成该聚合物时，作为多胺酸(polyamic acid)的脱水环化作用的产物，本发明的式(I)或(IV)金属螯合聚合物可以含有酰亚胺单元。由此，本发明的聚合物将包含式(V)所示的化学结构：
Figure BPA00001290565400081
式(V)
本发明的金属螯合聚合物可选与选自由钠和钾组成的组的反离子缔合。例如，该聚合物可以与钠离子缔合以增加聚合物或含有本发明金属螯合聚合物的组合物的水溶解性。本发明的聚合物可以以游离酸形式或者以金属盐(例如碱金属盐)形式储存。亚胺乙酸基中的质子可以部分或全部被Na或K离子替代，从而形成盐。
本文使用的术语“芳基”指在本文中表示苯基团或具有约9至10个环原子的邻位稠合双环碳环基团(其中至少一个环是芳族的)的结构式。在某些实施方式中，环原子中的一个或多个可以被硝基、氰基、卤素、三氟甲基或三氟甲氧基中的一个或多个取代。芳基的实例包括但不限于，苯基、萘基和硝苯基。本文使用的术语“亚烯基”指在本文中表示主链或侧链中含有至少一个不饱和键的二价支化或非支化烃链的结构式。
本文使用的术语“烯基”指含有一个或多个碳碳双键的直链或支链烃基。
本文使用的“炔基”指具有至少一个碳碳三键的直链或支链烃基。
本文使用的“芳基”指具有6至14个碳原子的芳族基团。
本发明组合物中的使用的金属螯合聚合物是缩聚物。在这些缩聚聚合物的描述中，式(IV和V)中的m和p的比值被定义为无理数。此外，因为“m”和“p”各自在任意缩聚物中具有一定范围，所以这个范围不能用一对整数定义。每个聚合物链是通过如下规则连接在一起的一串单体残基：所有双氨基酰基二醇-二酯(i)与定向氨基酸(例如赖氨酸)单体残基(ii)通过多氨基酸单体残基(iii)将它们自己连接在一起或者彼此连接在一起。因此，仅形成i-iii-i；i-iii-ii(或ii-iii-i)和ii-iii-ii的线性组合。依次，这些组合中的每一个通过PEA的二酸单体残基(iii)将它们自己连接在一起或者彼此连接在一起。因此，每个聚合物链是统计的、但非随机的一串由整数个单体i、ii和iii构成的单体残基。然而，一般来说，对于具有任意实际平均分子量(即充分平均长度，sufficient mean length)的聚合物链来说，式(IV)中单体残基“m”和“p”的比值将不是整数(有理整数)。此外，对于所有多分散的共聚物链的缩合物而言，在所有链上平均的单体i、ii和iii的个数(即标准化至平均链长)将不是整数。它遵循比值仅可以为无理数值(即有理数值以外的任意实际数值)的规定。正如本文中使用的术语，无理数得自不具有形式n/j(其中n和j是整数)的比值。
本文使用的术语“氨基酸”和“α-氨基酸”指含有氨基、羧基和悬垂R基(诸如本文所定义的R3基团)的化合物。本文使用的术语“生物学α-氨基酸”指，用在合成中的氨基酸选自苯丙氨酸、亮氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸或其混合物。本文使用的术语“定向氨基酸”(adirectional amino acid)指由α-氨基酸得到的聚合物链中的化学片段，结果R基(例如式(IV)中的R5)插入聚合物骨架中。
本发明的金属螯合聚合物可以以多氨基乙酸衍生的双酸酐与二胺的溶液缩聚产物(特别是双(α-氨基酰基)-二醇二酯)的形式在非质子溶剂中制备。双(α-氨基酰基)-二酯单体及其衍生聚合物中固有的酯键可以通过生物酶水解，从而形成无毒的降解产物。
在一个替代实施方式中，在本发明的金属螯合聚合物的构建中使用的α-氨基酸中的至少一种是生物学α-氨基酸。例如，当R3是CH2Ph时，合成中使用的生物学α-氨基酸是L-苯丙氨酸。在R3是CH2CH(CH3)2的替代实施方式中，聚合物包含生物学α-氨基酸L-亮氨酸。通过变换本文所述单体中的R3，还可以使用其他生物学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)CH2CH3时)、苯丙氨酸(当R3是CH2C6H5时)、或蛋氨酸(当R3是-(CH2)2SCH3时)及其组合。在另一替代实施方式中，在制造本发明OEG基聚合物运送组合物中使用的聚合物所含有的各种α-氨基酸中的全部都是本文所述的生物学α-氨基酸。
在另一实施方式中，本发明提供了一种向研究对象体内的位点运送一种或多种负载试剂的方法。在这个实施方式中，本发明的方法涉及：向研究对象体内的活体内位点注射已被配制成聚合物纳米粒子的分散体形式的本发明组合物，该组合物中，至少一个负载分子保持在其中具有金属离子的配位络合物中。被注射的纳米粒子缓慢释放经络合的负载分子。本发明纳米粒子的分散体可以以胃肠外方式(例如皮下、肌肉)注射或者被注射到体内位点(诸如器官)中。可生物降解纳米粒子起到至少一种(例如两种)不同的负载分子的载体的作用，进入靶向和定时释放的全身循环。具有约10nm至约500nm尺寸范围的本发明聚合物粒子将直接进入循环用于上述目的。
可以设计在本发明组合物中使用的可生物降解聚合物，以设计聚合物的生物降解速率，从而导致负载分子在所选定的时间段内连续运送，这取决于对本发明组合物中所包含的聚合物的构建单元、金属阳离子、特别是多氨基酸的选择。
适用于PEA金属螯合聚合物的保护基团包括甲苯磺酸盐(例如Tos-OH)或者本领域已知的其他基团。具有通式(III)的适当1，4：3，6-二脱水己糖醇包括衍生自糖醇诸如D-葡萄糖醇、D-甘露糖醇或L-艾杜糖醇的那些。二脱水山梨糖醇是目前优选的在本发明OEG基聚合物输送组合物的构建中使用的1，4：3，6-二脱水己糖醇的双环片段。
在一个替代方式中，R3是CH2Ph，并且合成中使用的α-氨基酸是L-苯丙氨酸。在R3是CH2-CH(CH3)2的替代方式中，聚合物包含α-氨基酸，亮氨酸。通过变换R3，还可以使用其他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)CH2CH3时)、苯丙氨酸(当R3是CH2C6H5时)、赖氨酸(当R3是-(CH2)4-NH2时)、或蛋氨酸(当R3是-(CH2)2SCH3时)。
对在双(L-亮氨酸)-1，6-己二醇二酯单体(被称为Leu(6))的构建中使用的线内α-氨基酸(通过选择R3)和二醇的选择以及对本发明聚合物中的线内多乙酸残基的选择有助于确定本发明金属螯合聚合物的电子性质。例如，在本文中被称为Leu(6)-EDTA的聚合物由交替的疏水段(即Leu(6))和强带电段(即线内EDTA)构成。所得聚合物是水溶性的。以1∶1摩尔比(金属：线内EDTA)的金属螯合中和了线内EDTA基团，因此金属化的聚合物变成一串交替的疏水段和中性极性段。利用本发明的方法，所得金属化的聚合物容易缩合成粒子(像这样俘获任意预先混合的具有金属结合性质的负载分子)。
除了赋予生物降解性和生物相容性以外，可以选择本发明聚合物的双(α-氨基酸)-二醇二酯段中的氨基酸残基以使金属结合的、以其他方式中和的极性聚合物具有不同的生物物理性和生物化学性质。例如，通过用Arg或Lys替代先前实例中的Leu以形成Arg(6)-或Lys(6)EDTA，则本发明的聚合物由交替的带正电段和带负电段构成，因此总体是电中性、极性的。这种聚合物将与本身具有强负电性的多(核酸)发生强烈的相互作用。然而，在金属-螯合过程中，带负电的线内EDTA段被中和，从而得到阳离子聚合物，该聚合物将经由带正电的Arg(6)段与带负电的多(核酸)的Culombic相互作用以及经由金属化的线内EDTA段和多(核酸)的金属介导的离子键二者与多(核酸)发生强烈地相互作用。由此，在这个实例中，用Arg或Lys取代上述本发明聚合物中的Leu足以使带负电的极性负载分子的负载更稳定(如果需要)。
相反地，用Asp或Glu取代以上Leu(6)-EDTA实例中的Leu使得本发明的聚合物最适于负载阳离子的极性负载分子。用Ser、Thr、Asn、Gln及其组合取代以上Leu(6)-EDTA实例中的Leu使得本发明金属化的聚合物最适于负载中性的、极性的或多(羟基化的)负载分子，诸如糖和重度糖基化的蛋白质。
除了根据特定负载分子的性质来选择线内α-氨基酸残基以设计本发明金属化的聚合物以外，可以选择双-AA(二醇)段中的二醇以获得不同的聚合物链柔韧性(Tg)、由此获得不同的粒子机械性质以及不同的聚合物链溶解性。例如，刚性的双环二脱水己糖醇二醇(异山梨酯isosorbide，DAS)导致水不溶性聚合物(式Ib)，而更短的脂族二醇或亲水性1，4-脱水赤藻糖醇使聚合物(式Ic)具有亲水性和水溶性。
因此可以构成这样的共聚物X-Y-X-Z，其中Y和Z在统计学上是可交换的，X是线内螯合段，Y和Z是不同的双-AA(二醇)段，从而对于一种或多种负载分子细微地调节聚合物。
可用在本发明金属-螯合聚合物的构建中的多氨基酸的非限制实例包括，二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)、次氮基三乙酸(NTA)、亚乙基二胺四乙酸(EDTA)、乙二醇-双(2-氨基乙基醚)-N，N，N′，N′-四乙酸(EGTA)、亚氨基二乙酸(IDA)，等。上述多氨基酸的二酸酐残基的合成在本文的实例中给出。DTPA和EDTA的二酸酐是可商购的。
非质子极性溶剂诸如N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基亚砜(DMSO)和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)用在由二酸酐与二胺的溶液缩聚形成本发明的金属螯合聚合物中。根据在缩聚期间使用的二胺和二酸酐的分子结构和疏水性，所得聚合物可溶在水性溶液中，或者是疏水性的(因此不溶)。
由于沿着聚合物骨架的亚胺乙酸基团，所以本发明的聚合物可以与各种金属阳离子形成配位络合物。可用于与本发明的金属-结合聚合物(用于形成本发明的“金属化”聚合物)形成金属配位络合物的过渡金属阳离子包括但不限于Ca，Mg，Mn，Ni，Co，Fe(2+和3+)和Zn的阳离子。在非放射性和非成像金属中，考虑到生物安全性最重要的是Zn，然后是Ni。可用在放射性或成像金属化聚合物的制备中的金属离子包括放射性金属同位素，诸如铼、铱和钇。在一个实施方式中，在诊断应用中目前优选用于成像的与本发明聚合物结合的过渡金属阳离子是Gd(III)，且在本发明金属螯合聚合物的构建中使用的多氨基酸是DTPA。
因为游离亚氨乙酸基沿着本发明组合物和方法中使用的柔性聚合物链定位，所以金属离子可以相对于负载分子表面上的结合位点以最佳位置排列。结果，负载分子可以经由所形成的金属亲和络合物非共价结合到聚合物上。在其他实施方式中，聚合物分子的游离-NH2端可被酰化，以确保负载分子仅经由金属亲和络合物连接，但未连接到聚合物的游离端。
在配位络合物中结合到本发明金属螯合聚合物的亚氨乙酸基上的过渡金属阳离子形成在本文中被称为“金属化聚合物”的组合物中，在该组合物中，螯合的金属中的至少一个游离价可用于结合对金属阳离子具有亲和性的治疗负载分子。正如以下更充分描述地，聚合物骨架中的氨基酸进一步有利于使负载分子在金属化的聚合物组合物中以及在这种组合物的纳米粒子中稳定的电作用力(electrical force)的总和。
可以通过本发明的金属化聚合物络合的适当负载分子包括极性生物活性试剂，诸如药物；“生物制剂”；和“His标记的分子”。本文使用的术语“生物制剂”涵盖了天然生成的和人工制造的蛋白质、多肽、多氨基酸、熔合蛋白质、和多核酸，包括疫苗抗原，诸如在本文中被描述为SEQID NOS：1-8的那些。本文使用的术语“大分子生物制剂”包括这样的生物制剂，该生物制剂的生物活性取决于该分子的独一无二的三维折叠结构，诸如为蛋白质、多肽和多核酸。还已经揭示了，疫苗抗原的生物活性还取决于对于具有天然三维折叠结构的分子的疫苗制剂的保存，因为该生物活性出现在亲本病原体(parent pathogen)中。业已揭示了，本发明的金属化聚合物中的电作用力可由水性溶液中俘获、并且可以稳定生物制剂和大分子生物制剂以及含有负极性微区的亲脂性负载分子，如下述更充分地描述的。
在生物负载分子(例如蛋白质、多肽抗原或具有His标签的融合结构)中存在至少一种组氨酸残基是一种有助于被负载的生物制剂对聚合物的结合的重要因素。在被负载的生物制剂的氨基端或羧基端的His导致负载分子对金属亲和络合物中的金属离子的结合的特异性改善。因此，在一个实施方式中，将至少1至约10个相邻His残基例如约6个His残基(即“六-His标签”)结合到氨基端和羧基端之一或二者作为标签，以确保结合效率。如果添加His标签，那么允许His标签和金属螯合物(例如Ni或Zn-金属螯合物)保留在最终组合物中，例如纳米粒子中。
因为对结合有利的组氨酸基团的pK值处于中性范围内，所以可以预期被负载的生物分子对聚合物的结合在约7的pH值下发生。然而，各个氨基酸的实际pK值可以强烈变化，这取决于临近氨基酸残基的影响。各种实验已经表明，根据蛋白质的结构，氨基酸的pK值可能偏离理论pK值至1个pH单位。因此，pH值为约8的反应溶液通常导致结合改善。
存在于被负载的生物分子中的其他金属结合氨基酸(诸如半胱氨酸和色氨基酸)也有助于金属结合。而且，为了用作本发明组合物和方法中的生物负载分子，生物制剂不必属于确定的金属结合蛋白质的类别。检晶仪(Crystallographers)在结构研究中通常使用经过渡金属结合的蛋白质的类似物作为结构求解过程的必要部分。这个过程被称为“同晶置换法”，其发现所有蛋白质和多核酸至少较弱地结合过渡金属，而无论金属结合位点是生物功能的还是不在分子中(M Babor等人的Proteins(2008)70：208-217以及在网址interscience.wiley.com/jpages/0887-3585/suppmat/中找到的补充材料，和N Valls等人的J.Biol Inorg Chem(2005)10：476-482)。
在本发明中，已经发现，所有生物制剂(包括大分子生物制剂)与本发明组合物中的过渡金属和骨架氨基酸的弱亲和性足以俘获并保持本发明金属化聚合物中的以及利用本发明的缩聚方法制成的纳米粒子中的负载分子。由本发明的金属化聚合物提供的亲合力(avidity)使负载的粒子稳定。令人惊讶地发现，甚至某些大分子形式的亲脂性生物活性分子可以通过本发明的金属化聚合物螯合。这种生物活性大分子具有如下特征：cLogP在约2.0至6.0的范围内，并且存在的负极性微区由1)不饱和区(包括芳族基团)和2)在含O-、S-和N-基团中的孤对电子构成。还可以将具有络合的上述亲脂性负载分子的本发明金属化聚合物利用本发明用于缩聚纳米粒子的方法配制成纳米粒子。这种目前优选用于通过本发明的金属化聚合物络合的大分子亲脂性药物化合物的实例包括但不限于，紫杉烷类，如紫杉醇(Paclitaxel)和多西紫杉醇(Docetaxel，)，和莫司类，如西罗莫司(Sirolimus)、依维莫司(Everolimus)和白奥莫司(Biolimus)。
更具体地，紫杉醇具有约3.5的cLogP，所以它具有水溶解度非常低的高度亲脂性药物的性质。然而，以原子水平对其表面的研究表明，尽管该分子在大分子水平上是疏水性的，但是存在由芳族基团和氧原子提供的极性微区。在疏水性分子的表面上发现的这些极性微区有助于紫杉醇对其目标蛋白质(β-微管蛋白)中的空穴的结合，其中这些蛋白质顺着极性侧链以及顺着亲水性氨基酸侧链排列。据称，这些化合物对本发明金属化聚合物中的弱结合游离配位位点的亲合力(即微亲合力的总和)导致亲脂性负载分子在本发明金属化聚合物的纳米粒子中稳定。
作为另一实例，雷帕霉素(西罗莫司)，目前使用的最疏水性药物之一，具有约5.5的cLogP，因而其比紫杉醇更疏水100倍。然而，雷帕霉素具有若干不饱和键(类似于紫杉醇上的芳族区域)或具有围绕氧原子的孤对电子(如紫杉醇那样)的微区。据称，这些微电区域在分子水平上对于指引雷帕霉素对其蛋白质、生物标靶、mTOR亲和性的特异性很重要。因为它们代表具有强、多价离子键的浓缩源，所以金属离子十分理想地适于探索并锁定要在甚至最疏水的临床可用化合物(例如在活体内以特异方式结合到较大标靶蛋白质的配体位点上的化合物)中找到的微极性区域。
适于在本发明金属化聚合物中负载的负载分子的另一实例是血清白蛋白(SA)，其可商购并且是本领域公认的。SA具有如下使其特别适于包涵在金属螯合聚合物涂层、植入物或粒子(如本文实例5所述)中的化学性质和生物性质：1)固有的高亲和性金属结合位点；2)对于肿瘤周围的血管性血管的偶发靶向性(incidental targeting property)和高血液相容性(形成SA负载的粒子可被用于静脉内运送的势能)。
由于SA的高血液相容性，所以当其被在本发明的组合物中作为负载分子时，可以具有如下若干治疗用途：1)作为金属的解毒剂；2)作为亲脂性(因而细胞渗透的)毒素(例如植物防御分子，如紫杉醇)的解毒剂；3)作为固有疏水性分子(脂肪酸、类固醇)的血浆输送剂；或者4)作为用于维持血液的渗透压的试剂(对于调节与其他体液交换的血液量至关重要)。
适于与本发明金属化聚合物螯合的被负载的生物活性试剂的其他具体例子包括，但不限于，治疗生物制剂，诸如胰岛素、人生长激素和降血钙素；治疗和靶向抗体，及其活性片段；已知的治疗血液因子，诸如凝血因子；以及蛋白质和糖蛋白抗原，诸如适于包含在亚单位疫苗中的那些。此外，多肽(包括含有亚单位疫苗的病原表位(pathogenic epitopes)的那些)可以掺入本发明金属化的聚合物组合物中。具体地，含有病原表位的氨基酸序列可以掺入亚单位疫苗制剂中的本发明的金属化聚合物组合物中，在其中，保持所述表位的独一无二的三维折叠结构。上述抗原氨基酸序列的非限制性实例包括在本文的图5-12中以SEQ ID NOS：1-8中描述的那些序列。
负载有负载分子的金属化聚合物的剂型是多种多样的，包括植入物、涂层和纳米粒子，诸如疫苗制剂。例如，在一个实施方式中，本发明提供了一种利用溶液缩聚技术将本发明的金属化聚合物配制成纳米粒子的方法，该方法避免了对配制聚合物粒子常用的乳液技术的需要。本发明的金属化聚合物无论是否额外地与一个或多个负载分子络合，其都能在金属化聚合物的缩聚中作为最终步骤被配制成纳米粒子，如本文的实施例4和5所示。此外，本发明的缩聚方法导致粒子较之基于更疏水的第一代PEA的粒子更加分散在水性环境中，其中制造中使用的二醇是脂族二缩酸，如Chu CC，Katsarava R，US 6,503,538 B1中所公开的。
简言之，用于制备负载有负载分子的金属化聚合物的纳米粒子的本发明方法包括如下步骤：a)制备负载分子和本发明聚合物的水性溶液的均匀混合物；b)通过将水性金属盐丸剂添加到搅动着的负载分子的溶液中来制备负载分子/过渡金属盐的溶液；并且c)在室温下，将a)的溶液滴加到搅动着的b)中，以产生纳米粒子。通过尺寸排斥过滤、透析或离心以及洗涤技术将纳米粒子从反应溶液中回收，例如如本领域所公知的以及如实施例4和5在本文所述的。
或者，可以利用本领域已知的各种技术(诸如喷涂、浸涂等)将具有螯合负载分子的本发明的金属化聚合物以粘性液体涂层状涂覆到各种类型的粒子的外部。为了作为涂层的应用，包涵在本发明中的负载分子选自，但不限于，血液因子，包括血清白蛋白、铁传递蛋白、抗体及其活性片段；以及His标记的上述负载分子的熔合结构。上述涂层还可以涂覆到医疗中使用的各种类型的固体物体的至少一部分外部上，如本领域所公知的。上述涂层可用于增强其上涂覆有涂层的粒子或医疗器械的血液或组织相容性。
在另一实施方式中，为了金属解毒和/或伤口护理，可以将本发明的金属螯合聚合物(不具有螯合着的金属阳离子)施与研究对象，其被配制成单独的或者作为伴随治疗生物活性试剂的佐剂以植入物形式或以粒子形式施与。
在另一实施方式中，本发明的金属化聚合物可被配制成涂层、植入物或粒子，以用于呈现和/或运送治疗药物和生物制剂。例如，本发明的金属化聚合物可以与药物和生物配体(诸如抗体或者靶向细胞表面标记的其他配体、特异性受体或蛋白质对接位点)一起共负载，其中生物配体被配用于将组合物和螯合的药物运送到目标细胞或细胞型(cell type)，诸如癌细胞型。可以选择药物以杀灭、阻断固有配体分子的对接、或防止分子在目标组织或癌细胞中的复制。
在本发明的另一实施方式中，本发明聚合物的粒子与被负载的顺磁性或铁磁性金属(如本文所述)和生物配体一起共负载。顺磁性或铁磁性金属一旦以非肠道方式注射就被用于使生物配体将组合物运送到其中的目标器官、组织或细胞诊断成像。使用这种诊断组合物的方法是本领域公知的。
在另一实施方式中，放射性金属(如本文所述)通过本发明的金属螯合聚合物螯合，并且第二分子(本领域已知并且在本文中描述的靶向配体)被用于组织或细胞靶向。例如，放射性金属可以通过结合配体诸如特异性地结合到其上细胞表面标记的抗体(例如特异性地结合到CD20的抗体)靶向癌瘤中的干细胞，从而杀灭干细胞。
在本发明的另一实施方式中，用于诊断成像的纳米粒子与本文所述的诊断金属离子(例如Gd3+)和特异性地结合到目标细胞、器官或组织的配体共负载。用于进行Gd成像的方法是本领域公知的，其包括但不限于，活体内核磁共振成像(MRI)，其中，将诊断组合物以非肠道方式注射以诊断成像，并且靶向配体(如本领域已知的和本文所述的)被用于组织或细胞靶向。
因此，在一个实施方式中，本发明的金属螯合聚合物与诊断金属螯合，从而形成可以在活体内施用以用于所需目标细胞、器官或组织成像的诊断组合物，而该聚合物组合物可以轻易地降解和排泄。因此，利用本发明的金属螯合聚合物制成的本发明的诊断组合物避免了螯合的有毒离子的长期组织积累，并且可以利用本文所述的缩聚方法配制成纳米粒子。
在其他的实施方式中，本发明的聚合物经由聚合物端基缀合到生物活性试剂上，或者端基缀合被用于获得ABA型嵌段体系，其中B是式(I)或式(IV)的聚合物，A段选自这样的化合物，如PEG(低聚或聚合乙二醇)、多糖、脂质、生物大分子(诸如多肽和聚(核酸))和活性试剂。在这两种情况下，优选的是，B段聚合物宏观链(macrochain)具有相等数量或个数的活性端基，或是氨基或是酸酐基(其他缀合位点将是沿着宏观链的悬垂羧基)。
掺入ABA嵌段螯合聚合物中并且具有相同数量或个数的同类端基的B段的合成通过利用不均衡技术来实现，在该技术中，在聚合开始时，以预先计算的过量量引入在本发明螯合聚合物(如本文所述)的缩聚中使用的一种双官能单体(即二胺或活化的多酸)。当过量使用酸酐端基时，该过程变得复杂，这是因为通过Maldi-TOF色谱监测产生了大量聚合环(大环)。然而，已经发现，引入无机碱(例如K2CO3)会显著降低反应速率，并且允许更好地控制所得线性ABA嵌段聚合物的Mw。
本发明的螯合聚合物分子可以具有经由端基缀合(可选经由连接基连接)到其上的生物活性试剂。例如，在一个实施方式中，螯合聚合物包含在具有结构式VIII的聚合物-生物活性试剂端基缀合物中：
Figure BPA00001290565400181
式(VIII)
其中，n、R1、R3和R4如上所述，R8选自由-O-，-S-，和NR10组成的组，其中R10是H或(C1-C8)烷基，R9是本文所述的生物活性试剂。
为了获得疫苗制剂，在一个实施方式中，将含有至少一个病原表位(维持其固有构象)的氨基酸序列经由本发明聚合物中的多氨基乙酸的线内残基的未经结合羧酸基团连接到本发明的螯合聚合物(即在本发明螯合聚合物或金属化聚合物中的R3上)。或者，在疫苗制剂中，在本发明聚合物中的多氨基乙酸的线内残基的未经结合羧酸基团没有螯合溶液中的金属阳离子以形成金属化的聚合物。金属阳离子促进病原表位中的金属结合氨基酸的进一步连接。金属化聚合物疫苗制剂中的纳米粒子容易由含聚合物的溶液直接获得，而不需要配制聚合物粒子通常使用的乳液技术。利用本发明的螯合(例如金属化的)聚合物以纳米粒子进行疫苗配制的方法在本文的实施例8和9中进行描述。
在其他的实施方式(如下详细描述)中，式(VIII)中的缀合R9端基是生物活性试剂，诸如各种免疫刺激佐剂中的一种或多种。
免疫刺激佐剂包括药物，诸如咪喹莫特(Imiquimod)；脂质，诸如QS-21；核酸，诸如dsRNA类似物PolyI:PolyC；或免疫刺激蛋白质，诸如GM-CSF。如下表6中以类型方式列举了特别优选的免疫刺激佐剂，这些佐剂可用于向本发明聚合物的端基缀合，从而增强以疫苗组合物形式配制的本发明螯合聚合物的效力。
表6
Figure BPA00001290565400191
Figure BPA00001290565400201
Figure BPA00001290565400211
在疫苗制剂的纳米粒子的制备中用于端基缀合免疫刺激佐剂的方法实例明示在本文的实施例10中。
或者，如以下结构式(IX)所示，连接基(-X-Y-)可以插入R8和生物活性试剂R9之间，在结构式(I)和(IV)分子中，其中X选自由如下组成的组：(C1-C18)亚烷基、(C2-C8)烷基氧(C2-C20)亚烷基、被取代的亚烷基、(C3-C8)亚环烷基、被取代的亚环烷基、含有1至3个杂原子(选自O、N和S的组)的5-6元杂环系、被取代的杂环、(C2-C18)烯基、被取代的烯基、炔基、被取代的炔基、C6和C10芳基、被取代的芳基、杂芳基、被取代的杂芳基、烷芳基、被取代的烷芳基、芳炔基、被取代的芳炔基、芳烯基、被取代的芳烯基，并且其中，所述取代基选自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(R11R12)]、-NH[(C＝O)(C1-C6)烷基]、-NH(C＝O)N(R11R12)、-N(R11R12)；其中R11和R12独立地是H或(C1-C6)烷基；Y选自由如下组成的组：-O-、-S-、-S-S-、-S(O)-、-S(O2)-、-NR10-、-C(＝O)-、-OC(＝O)-、-C(＝O)O-、-OC(＝O)NH-、-NR10C(＝O)-、-C(＝O)NR10-、-NR10C(＝O)NR10-、-NR10C(＝O)NR10-和-NR10C(＝S)NR10-。
Figure BPA00001290565400212
式(IX)
在另一实施方式中，本发明的螯合聚合物可用在ABA型嵌段体系的设计中，其中B是式(I)或(IV)的聚合物，A段选自这样的化合物，如PEG(低聚或聚合乙二醇)、多糖、脂质、生物大分子(诸如多肽和聚(核酸))和活性试剂。本发明的ABA嵌段聚合物通过本文实施例10中所述的端基缀合技术形成。
在利用本发明的螯合或金属化聚合物制备本发明的ABA嵌段聚合物的方法中以及在利用上述聚合物的全端基缀合过程中，优选的是，B聚合物的宏观链具有等同的活性端基：氨基或酸酐基(其他缀合位点将是沿着该宏观链的悬垂羧基)。
含有相同数量或个数的活性端基的本发明螯合聚合物的合成被用在端基缀合中，不论是用在生物活性试剂(如上所述)的简单端基缀合中，还是用在本发明ABA嵌段聚合物的形成中。对着这两种过程(非均衡技术)，在聚合开始时，以预先计算的过量量引入在本发明螯合聚合物(如本文所述)的缩聚中使用的一种双官能单体(即二胺或活化的多酸)。当过量使用酸酐端基时，该过程变得复杂，这是因为通过Maldi-TOF色谱监测产生了大量聚合环(大环)。然而，已经发现，引入无机碱(例如K2CO3)会显著降低反应速率，并且允许更好地控制所得线性ABA嵌段聚合物的Mw。
在一个实施方式中，PEG被引入ABA嵌段聚合物中作为A段以增加高度不溶的负载药物的溶解性，这些负载药物通过金属化聚合物保持在配位络合物中。带有不溶负载药物的金属化聚合物形成B段，其位于作为A段的溶解度增强PEG分子的两侧。令人惊讶地发现，在本发明的这个实施方式中，由ABA嵌段聚合物形成的纳米粒子的尺寸与利用本发明的其他实施方式配制的纳米粒子的尺寸相比大大降低了。例如，已经获得的这种ABA嵌段聚合物的纳米粒子在约50nm至约100nm的范围内，例如约68nm。
通过如下非限制性实施例进一步阐述本发明。
实施例1
原料试剂：二亚乙基三胺五乙酸二酸酐(DTPA-DA，98％)，亚乙基二胺四乙酸二酸酐(EDTA-DA，98％)，乙二醇-双(2-氨基乙基醚)-N，N，N′，N′，-四乙酸(EGTA，IDRANALTM IV)，所有这些都来自Sigma-Aldrich，直接使用。其他二酸酐(例如EGTA二酸酐)可以通过将母体四酸在吡啶中进行乙酸酐脱水来制备，如Geigy，J.R.A.-G在法国专利1,548,888(Cl.C07d)；Chem.Abstr.(1969)71：81380q中所报道的。
亚氨基二琥珀酸(IDS)二钠盐(Baypure CX100 G，77％)是获赠自Obermeier GmbH & Co，Bad Berleburg，Germany的样品。氨基酸L-亮氨酸、L-苯丙氨酸、甘氨酸、L-精氨酸、L-甜菜碱；和二醇1，3-丙二醇和1，6-己二醇都得自Sigma-Aldrich。
无水溶剂：二甲基甲酰胺(EMD Chemicals，Inc，NJ)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)和其他溶剂丙酮、2-丙醇、甲醇、甲苯(Spectrum Chemicals，CA)都来自商业供应。
材料表征：单体和聚合物的化学结构通过标准化学方法表征。通过Bruker AMX-500光谱仪(Numega R.Labs Inc.San Diego，CA)记录NMR光谱，该光谱仪在500MHz下用于1H NMR光谱操作。使用溶剂CDCl3或DMSO-d6(Cambridge Isotope Laboratories，Inc.，Andover，MA)，其中四甲基硅烷(TMS)作为内标。
在自动Mettler-Toledo FP62熔点仪(Columbus，OH)上测定合成单体的熔点。在差示扫描量热仪(DSC)(Mettler-Toledo DSC 822e)上表征合成单体和聚合物的热性质。将样品放置在铝盘上。在10℃/min的扫描速率、氮气流下实施测量。
通过型号515凝胶渗透色谱仪(Waters Associates Inc.Milford，MA)测定合成聚合物的数均分子量和重均分子量(Mw和Mn)以及分子量分布(Mw/Mn)，该色谱仪上安装有高压液体色谱泵、Waters 2414折射指数探测仪。所用的洗脱液是0.1％的在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)中LiCl溶液(1.0mL/min)。两根
Figure BPA00001290565400231
HR 5E DMF型柱子(Waters)被连接，并且被聚苯乙烯标样校准。
单体合成：本发明可生物降解的含多氨基羧酸的聚合物的合成包括两个基本步骤：1)合成两亲试剂：双(α氨基酰基)-二醇-二酯的二-对-甲苯磺酸盐(式VI的化合物)；2)步骤1)得到的单体与四羧酸二酸酐的溶液缩聚。
式(VI)
双(α-氨基酸)二酯的酸盐(通式VI)的合成
利用已知过程制备结构式(VI)的二酯：将α-氨基酸(0.1mol)、对甲苯磺酸一水合物(0.11mol)和二醇(0.05mol)在150mL甲苯中的悬浮液在Dean-Stark冷凝器中进行搅拌、回流，直到除水3.6mL(0.2mol)(12-24小时)。将非均相的反应混合物冷却至室温，然后将固体产物过滤，用甲苯洗涤，并在减压下干燥。利用这个过程合成的二-对-甲苯磺酸盐形式的单体在本文中指如下：
双-(L-亮氨酰基)-1，6-己二醇二酯(L-Leu(6)-2TosOH)；
双-(L-苯丙氨酰基)-1，4：3，6-二脱水山梨糖醇二酯(L-Phe(DAS)-2TosOH)；
双-(甘氨酸)-1，4-脱水赤藻糖醇二酯(Gly(THF)-2TosOH)。
产量和熔点(Mp)与公开的数据相同。(Katsarava等人J.Polym.Sci.Part A：Polym.Chem.(1999)37：391-407；Z.Gomurashvili等人J.Macromol.Sci.-Pure.Appl.Chem.(2000)A37：215-227；ZD Gomurashvili等人US20070282011)
式(VII)的双(L-精氨酰基)-1，6-己烷二酯四甲苯磺酸盐(Arg(6)-4TosOH)的合成
式(VII)
按照与以上所述相同的过程合成式(VII)单体，不同之处在于：使用0.22mol的对甲苯磺酸一水合物。为了单体纯化，将5g的粗制单体溶解在30mL的热2-丙醇中，并过滤通过滤纸，以除去过量的精氨酸。在冰箱中储存后，分离粘性的单体层。这个过程重复两次，并且将最终产物在真空下干燥过夜。然后，将产物再次溶解在1g/ml水中，并冻干。收集mp＝264-268℃(DSC，5℃/min)的易湿的白色材料，产率为75.9％。元素分析：C46H70N8O16S4(1119.35)。计算结果为C 49.36，H 6.30，N 10.01；测试结果为C 49.72，H 6.53，N 9.96。
双-L-亮氨酸-PEG200-二酯的二-对-甲苯磺酸盐的合成，式(VI)，其中R3＝CH2-CH(CH3)2，R4＝PEG200：
Figure BPA00001290565400251
式VI
将L-亮氨酸(17.46g)(0.133mole)、26.53g(0.14mole)对甲苯磺酸一水合物和11.25mL(63.4mmole)的PEG-200(Aldrich)悬浮在190mL无水甲苯中，并且利用顶部搅拌器搅拌。在Dean-Stark冷凝器中将溶液加热至回流约8小时，并除水(4.8mL)。在室温下静置后，分离棕黄色的油层。然后倾倒出溶剂，将产物溶解在50mL的2-丙醇中，并在50mL己烷中以油状沉淀出来。所收集的棕橘色粗制油状产物的产量为42g。将10g的材料再次溶解在150mL热苯中，然后在4℃下粉碎成油过夜。倾倒出溶剂，然后将产物在真空烘箱中60℃下干燥24小时。
双L-亮氨酸-PEG200-二酯的二-对-甲苯磺酸盐：500MHz 1H NMR(DMSO-d6，ppm，δ)：0.89[d，12H，CH-(CH3)2]，1.60[m，4H，-CH-CH2-CH-]，1.74[m，2H，-CH-(CH3)2]，2.29[s，6H，-Ph-CH3]，3.50[s，4H，-OCO-CH2-CH2-O-]，3.53-3.64[m，m～10H，-O-CH2-CH2-O-]4.00[s，2H，+H3N-CH-]，4.23-4.34[m，m，4H，-OCO-CH2-]，7.14-7.49[d，d，8H，Ph]，8.33[s，6H，+H3N-]。
聚合物的合成
1.缩聚反应条件的研究
研究ETDA-DA与二胺单体L-Leu(6).2TosOH的缩合，以优化反应参数并提高产物的Mw。
1.1碱的影响
三乙胺(TEA)作为碱/催化剂。EDTA-DA与2摩尔当量的碱(每个L-Leu(6)共单体的甲苯磺酸根使用1eq)的反应与4摩尔当量的反应(1eq用于每个甲苯磺酸根，1eq用于由EDTA形成的每个所得游离羧酸根)进行对比。如下表1的结果表明了，当EDTA的羧酸被计入时，碱的摩尔当量增加两倍将使聚合物在Mw方面的尺寸增加两倍以上。
表1
碱的用量对聚合物分子量(Mw)的影响
Figure BPA00001290565400261
溶剂：DMF；反应时间：24hrs；温度：20℃；[酸酐]＝[二胺]＝0.9M
1.2.温度对聚合物Mw的影响
在原始PEA EDTA-Leu(6)反应(其在60℃下实施)期间，注意到：反应混合物的颜色变得明显更深(由浅黄色变化至深琥珀色)，也变得不太粘。为了比较温度对颜色变化的影响以及试图实现更高的Mw，反应在60℃下、40℃下、20℃下和0℃下实施。结果列在本文的表2中。
随着反应温度降低，反应混合物的颜色变化不太显著，得到了更高Mw的产物。这个结果暗示了，酸酐容易与二胺共单体甚至在低温下反应，而且在较高温度下出现未预见的副反应(这个结果终止了或者抑制了扩链)。
表2
反应温度对Mw的影响
Figure BPA00001290565400271
溶剂：DMF；反应时间：24hrs；[酸酐]＝[二胺]＝0.9M
3.1.3.动力学
由上述缩聚实验可见，聚合物在第一个小时内达到分子量最大。对于EDTA-二胺缩合反应(见如下表3)来说，最佳温度被认为在0℃至20℃的范围内。
表3
反应时间对Mw的影响
溶剂：DMF；反应时间：24hrs；[酸酐]＝[二胺]＝0.9M
3.1.4.溶剂选择
比较非质子极性溶剂DMSO、DMF和DMAc对于进行缩聚反应的适用性。DMSO是首选的溶剂，因为EDTA-二酸酐容易溶解在其中。然而，随着缩聚反应进行，所形成的聚合物在所有这三种反应溶剂中变得悬浮。在三种反应溶剂的每一个中所得到的聚合物的Mw表示在表4中。
DMSO和DMF使聚合物变色，使用DMSO引起明显的硫磺味。当在DMAc中进行该反应时，未观察到缺陷：聚合物和悬浮液为无味的灰白色。由表4的数据可见，在DMF和DMAc中形成的聚合物的Mw相当，而是用DMSO导致聚合物具有明显更低的Mw。
表4
溶剂对Mw的影响
Figure BPA00001290565400281
温度：0℃；反应时间：8hrs；[酸酐]＝[二胺]＝0.9M
PEA EDTA-Leu(6)聚合物(式Ia)的合成：
Figure BPA00001290565400282
式Ia
为了缩合，在氮气下，将双-(L-亮氨酰基)-1，6-己二醇二酯二甲苯磺酸盐(8.32mmol，5.734g)和EDTA-DA(8.32mmol，2.133g)混合到一起，然后添加4.69mL的无水N，N-二甲基乙酰胺(DMF)和4.69mL的无水三乙胺(TEA)。将反应在0℃(冰浴)下搅拌8小时，然后通过添加5mol％过量的EDTA-DA(0.42mmol，0.107g)淬火。继续在室温下搅拌额外16小时，将聚合物在1L丙酮中沉淀(粗聚合物Mw＝144,000g/mol，GPC，DMAc，PS)。倾倒出上层清液；将聚合物用丙酮冲洗，空气干燥，然后再次悬浮于甲醇中，并在酸性水pH＝2(HCl)中沉淀出来。将上层清液倾倒出来，并用去离子(DI)水彻底洗涤。然后，将收集的聚合物在真空、室温下干燥至恒重。回收的产物(式Ia)产率为约60％。在酸处理后，最终产物的Mw＝50,700g/mol(GPC，DMAc，PS)，玻璃转化温度Tg＝77℃。
为了实现更高的水溶解性，通过如下将这样制成的聚合物转化成PEAEDTA-Leu(6)钠盐：将5g聚合物溶解在100mL的饱和NaHCO3溶液中，并用DI水透析(MWCO＝3.5KDa)。以约50％的产率回收白色绒毛粉末状的冻干聚合物，并用1H-NMR对其进行表征(图1)。元素分析：C28H46N4Na2O10(644.67)；计算结果为C 49.03，H 7.83，N 8.27。测试结果为C 52.17，H 7.19，N 8.69。Mw＝106,000g/mol，Mw/Mn＝1.42(尺寸排斥色谱(SEC)10mM PBS，pH 8.4，OEG标准)；Tg＝146℃。
PEA DTPA-Phe(DAS)(式Ib)的聚合物合成
Figure BPA00001290565400291
式Ib
为了溶液缩聚，在氩气下，将L-Phe(DAS).2TosOH(18.80mmol，14.757g)和EDTA-DA(18.80mmol，6.718g)混合到一起，然后添加15.67mL的无水DMSO和11.0mL的无水三乙胺(TEA)。将反应在室温下搅拌24小时，然后将聚合物产物在2.5L丙酮中沉淀。倾倒出上层清液；将聚合物用丙酮冲洗，空气干燥。将聚合物式Ib再次悬浮于DMSO中，用1∶1 v/v DI水稀释，转移到透析袋(MWCO＝3.5K)中并在DI水中透析。将透析过的样品冻干，从而得到约90％产率的白色聚合物粉末。重均Mw＝24,500(g/mol)(GPC)，Tg＝122℃。
PEA DTPA-Gly(THF)(式Ic)的聚合物合成
Figure BPA00001290565400301
式Ic
为了缩聚反应，在氩气下，将Gly(THF)-2TosOH单体(26.06mmol，14.664g)和DTPA-DA(26.06mmol，9.313g)在室温下混合到21.72mL的无水二甲基亚砜(DMSO)中，然后添加15.26mL的三乙胺(TEA)。缩聚反应持续26小时，然后将聚合物产物在2.5L的丙酮中沉淀出来。倾倒出上层清液；将聚合物用丙酮冲洗，空气干燥。将聚合物再次悬浮于蒸馏H2O中，然后将溶液转移到透析袋(MWCO＝3.5K)中并在蒸馏H2O中透析3天(DI水)，接着冻干，从而得到约50％产率的白色粉末状材料。然后，通过1H-NMR和SEC表征产物式Ic。Mw＝14,400g/mol，Mw/Mn＝1.62(SEC，10mM PBS，pH 8.4，OEG标准)。
PEA EDTA-Arg(6)，(式Id)的聚合物合成
Figure BPA00001290565400302
式Id
与式Ia、Ib和Ic的制备类似地，缩聚反应在45℃下进行1小时。然后，将温度升至65℃再进行1小时以使反应物完全溶解，然后在45℃下继续搅拌另外6小时。将聚合物在丙酮中沉淀，过滤通过滤纸，并在真空烘箱中干燥过夜。将聚合物与NaHCO3一起再次溶解在水中(每5g聚合物0.5g碳酸氢盐)，在DI水中透析3天，并在冷冻干燥机中干燥。在聚合物式Id的1H-NMR分析中未探测到对-甲苯磺酸反离子。元素分析C28H52N10O10(688.77)；计算结果为：C 48.83，H 7.61，N 20.34。测试结果为：C 44.95，H 7.79，N 18.76.Mw＝17,800g/mol.(SEC).
尺寸排斥色谱(SEC)用于表征聚合物的Mw。该仪器具有Waters600LC泵、Waters 717 plus自动取样器和Waters 410折射指数探测仪，以及30℃的内温设定装置。将50μL量的样品溶液注射到Waters，
Figure BPA00001290565400311
500，7.8×300mm柱子上，该柱子被保持在30℃下，并且以0.6mL/min采用pH4.8的100mM乙酸铵缓冲溶液洗脱。将PEA-EDTA-Arg(6)聚合物的2.0mg/mL样品溶解在pH 4.8的100mM乙酸铵缓冲液中。聚合物的保留时间与由蛋白质标样(Phenomonex，Aqueous SEC1)获得的保留时间进行比较，所述蛋白质标样含有人甲状腺球蛋白(660kDa)、胎牛γ-球蛋白(158kDa)、卵白蛋白(45kDa)、肌球素(17.8kDa)和尿苷(0.48kDa)的混合物。
PEA EDTA Leu(PEG200)式Ie的合成
Figure BPA00001290565400312
式Ie
在氮气下，将双-(L-亮氨酰基)-PEG200-二酯二甲苯磺酸盐(L-Leu(PEG200).2TosOH)(3.177g)和EDTA-DA(1.0321g)混合到一起，然后添加2.12mL的无水N，N-二甲基乙酰胺(DMF)和1.24mL的无水三乙胺(TEA)。将反应在0℃(冰浴)下搅拌6小时，在室温下搅拌额外18小时，然后通过添加EDTA-DA(0.26g)淬火。继续在室温下搅拌额外16小时，将聚合物在1L丙酮中沉淀。将聚合物再次用丙酮冲洗，空气干燥，然后再次溶解在10mL的饱和NaHCO3中，用20mL去离子水稀释，并用DI水透析(MWCO＝3.5KDa)。以2g的产量回收白色绒毛粉末状的冻干聚合物，并用1H-NMR对其进行表征D2O，ppm，δ)：0.89[d，d 12H，-CH-(CH3)2]，1.60[m，4H，-CH-CH2-CH-(CH3)2]，1.74[m，2H，-CH-(CH3)2]，2.86[s，4H，-N-CH2-CH2-N-]，3.28[s，4H，-NH-CO-CH2-N＜]，3.43[s，4H，＞N-CH2-COOH)，3.70-3.78[m，～14H，-O-CH2-CH2-O-]，4.26-4.33[m，m，4H，-OCO-CH2-CH2-O-]，4.47[m，2H，-HN-CH＜].Mw＝33,000g/mol，Mw/Mn＝1.04；(SEC，10mM PBS pH 8.4，+20％v/v MeOH，OEG标准)。
制备聚合物金属缀合物并且测定结合能力
水溶性的聚合物PEA-DTPA-Leu(6)与Gd(III)的络合：将300mg的PEA-DTPA-Leu(6)-Na盐(Mw 13,100g/mol，GPC，DMAc，PS)溶解在约8mL的DI水中。然后，在搅拌的同时，将等摩尔量的GdCl3.6H2O水溶液滴加到该溶液中。通过添加0.1M NaOH将pH保持在5.8。继续搅拌1天。对溶液进行透析，直到在溶液中不再检测到游离Gd离子(Barge，A.等人所述的二甲苯酚橘测试，Contrast Med.Mol.Imaging(2006)1：184-188)，然后对样品进行冷冻干燥。观察到络合后聚合物的表观分子量数值下降(Mw＝8,700g/mol)，这个结果应当归因于当结合金属时DTPA聚合物中的电荷的中和。金属结合进一步导致流体力学数值变化。每个DTPA笼的Gd(III)结合量＞90％，如ICP-MS测试结果所确定的。
实施例2
EGTA基PEA的合成[CO-EGTA]：一锅反应(示意图1)
Figure BPA00001290565400321
示意图1
将30mL的无水二氯甲烷(DCM)和5g(13.1mmol)的乙二醇-双(2-氨基乙基醚)-N，N，N′，N′-四乙酸(EGTA)加入250mL的三口圆底烧瓶中，在冰浴中冷却，并覆盖氮气氛。然后，添加4.55mL(33mmol)的三氟乙酸酐并搅拌，直到白色固体完全转化成透明的、灰黄色的EGTA二酸酐粘性层(约4小时)。然后，用甲醇/干冰浴替代冰浴，并将反应混合物冷却至-40℃至-30℃。单独地，将16.5mL(0.118mol)的三乙胺(TEA)在20mL的无水DMF中稀释，并在1小时内滴加到反应混合物中，接着在约-30℃下继续搅拌30分钟。然后，添加9.048g(13.1mmol)的二胺单体双-(L-亮氨酸)-1，6-己二醇二酯的二-对-甲苯磺酸盐，并将其在室温下搅拌过夜。粗聚合物溶液具有Mw＝36kg/mol，Mw/Mn＝1.462，(GPC，DMAc，PS)。对反应溶液进行旋转蒸发以去除挥发性DCM，用20mL水稀释，并用DI水进行透析。在冷冻干燥后，收集5.94g Mw＝30kg/mol，(SEC，PEO)的聚合物。该聚合物通过甲醇/乙酸乙酯再沉淀进行进一步纯化。通过在D2O中的1HNMR分析确认本发明聚合物的结构。
实施例3
PEA.EDTA.Leu(6).镍[紫杉醇]纳米粒子的配制
进行这个实验以表明：将本发明金属-螯合聚合物配制成用于运送非水溶性生物活性试剂紫杉醇的纳米粒子的过程。
制备水性聚合物原料液(A)：将120mg量的本发明聚合物PEA.EDTA.Leu(6)(Mw＝24kg/mol，Mw/Mn＝1.68，式I，其中R1＝-CH2-N(CH2CO2H)(CH2)2N(CH2CO2H)-CH2-；R3＝CH2CH(CH3)2，R4＝(CH2)6)在室温下溶解在3mL的1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并以1mL/min的速率滴加到17mL的pH＝7.0的水性25mM N-(2-羟乙基)哌嗪-N′-(2-乙磺酸)(HEPES)缓冲液中。将缓冲溶液在室温下剧烈搅拌，从而获得具有6mg/mL浓度的均匀聚合物溶液。继续搅拌15分钟，然后将该溶液用2L的25mM HEPES缓冲液(含有150mM NaCl)在pH＝7.0下进行透析。透析膜是分子量截断(MWCO)为12-14kDa的混合纤维素(SpectroporeTM)。透析后的最终聚合物回收率为82％，这通过氨基酸分析评估。通过将聚合物在惰性气氛下在6N盐酸中水解来进行氨基酸分析。然后，将水解产物用荧光团6-氨基喹啉基-N-羟基琥珀酰亚胺基氨基甲酸酯衍生，并通过反相HPLC分析。
制备紫杉醇/NiCl2原料液(B)：将2mg的紫杉醇(PTX，LC Labs)在0.95mL的NMP的溶液在室温下通过漩涡搅拌制备。在单独的小瓶中，将5.16mg的NiCl2(Sigma)溶解在0.2mL的去离子水中。通过如下形成PTX/NiCl2的原料液，含有2mg/mL PTX和1.29mg/mL NiCl2(95％v/v NMP，和5％v/v H2O)：将0.05mL的水性NiCl2溶液以丸剂添加方式添加到0.95mL的PTX溶液中。将混合物经由涡流搅拌，并将其称为相(C)。
3.1用于制备PEA.EDTA.Leu(6)Ni[PTX]纳米粒子的本发明方法：将0.5mL的PEA.EDTA.Leu(6)原料液(A)用2.5mL的25mM HEPES稀释，从而产生0.1％的水性聚合物溶液，其被称为相(D)。在室温下，搅拌的同时，以0.25mL/min的添加速率将0.25mL的相(C)滴加到3mL的相(D)的过程中，产生了PEA.EDTA.Leu(6)Ni[PTX]纳米粒子。将混合物搅拌额外5分钟，并采用2L的25mM HEPES，pH＝7.0透析过夜。透析膜是MWCO为12-14kDa的混合纤维素(SpectroporeTM)。所形成的纳米粒子分散体具有151.1nm的单模(singal modal)Z均直径(通过动态光散射(Malvern Zetasizer)测定)并且具有-45.5mV的zeta电位平均值。纳米粒子中最终的PTX回收率为56.5μg/mL，这通过HPLC(ACN/H2O USP方法)测定，并且最终的聚合物回收率为54％，这通过氨基酸分析测定。
3.2用于PEA.EDTA.Leu(6)Ni[PTX]纳米粒子形成的对照工艺  不包括PEA原料液：为了比较的目的，重复上述用于形成产物纳米粒子的2.1节中所述的过程，不同之处在于，通过仅添加500微升的25mm HEPES来替代0.5mL的PEA原料液。使用这个过程，形成了尺寸为3至300μm的结晶聚集体，这利用血球计通过光学显微镜测定。
3.3用于PEA.EDTA.Leu(6)Ni[PTX]纳米粒子形成的对照工艺，不包括NiCl2：重复上述用于形成产物纳米粒子的2.1节中所述的过程，不同之处在于，替代使用0.5μL的NiCl2原料液，将50μL的去离子H2O添加到0.95mL的在NMP中的PTX中。透析后的结果是：形成了尺寸为10至500μm的结晶聚集体。
实施例4
配制PEA.EDTA.Leu(6).镍[PTX]-[6-组氨酸标记的-绿色荧光蛋白]纳米粒子
进行这个实验以表明：将本发明镍-螯合聚合物配制成用于同时运送疏水性生物活性试剂和His标记的靶向蛋白质(诸如抗体)或其他已知蛋白质靶向配体的水溶性靶向纳米粒子的过程。6His-标记的GFP(其为蛋白质，不是多肽)被用于模拟将His-标记的靶向蛋白质螯合到用于运送紫杉醇(高度疏水性药物)的本发明金属螯合聚合物的过程。
制备水性聚合物原料液(A)：在pH＝11.2下，利用超声浴将40mg游离形式的PEA EDTA-Leu(6)，(Mw＝25kDa，Mw/Mn＝1.59，GPC，PS)溶解在4mL的25mM HEPES缓冲液中。完全解离后的pH为7.4。指定的PEA浓度为10mg/mL，其中最终聚合物的回收率为92％，这通过氨基酸分析确定。
制备紫杉醇/NiCl2原料液(B)：在室温下，将0.68mg的PTX溶解在0.95μL的NMP中。在单独的小瓶中，在室温下利用涡流搅拌和超声浴将5.16mg的NiCl2(Sigma)溶解在0.2mL的去离子水中。通过如下形成PTX/NiCl2的原料液(B)：将33μL的水性NiCl2溶液以丸剂添加方式添加到967μL的PTX溶液中。将混合物经由涡流搅拌，最终的原料液含有0.68mg/mL紫杉醇和0.85mg/mL的NiCl2(97％v/v NMP，和3％v/v H2O)，其被称为相(C)。
用于制备PEA.EDTA.Leu(6).Ni[PTX]-[6-组氨酸标记的-绿色荧光蛋白(6His-GFP)]纳米粒子的本发明方法：将0.1mL的PEA.EDTA.Leu(6)原料液(A)用3.4mL的25mM HEPES pH＝7.0进行稀释。以丸剂形式，添加1mg的在0.5mL的Tris缓冲盐水(TBS)，pH＝7.0中的6His-GFP。将形成的被称为相(D)的均相混合物在室温下搅拌额外15分钟。在室温下，搅拌的同时，以0.25mL/min的添加速率将0.25mL的相(C)滴加到相(D)的过程中，产生了PEA.EDTA.Leu(6)Ni[PTX]-[6His-GFP]纳米粒子。继续搅拌额外5分钟，并将混合物用500mL的25mM HEPES，pH＝7.0在MWCO为12-14kDa的混合纤维素(SpectroporeTM)膜中透析过夜。透析后的纳米粒子分散体具有86nm的Z均直径(通过动态光散射(MalvernZetasizer)测定)并且具有-37.4mV的zeta电位平均值。纳米粒子中最终的PTX回收率为56.5μg/mL，这通过HPLC(ACN/H2O USP方法)测定，并且最终的聚合物回收率为96％，这通过氨基酸分析测定。纳米粒子中最终的6His-GFP回收率为49％，这通过485激发、520发射的GFP荧光(FluostarOptima)测定。
实施例5
配制PEA.EDTA.Leu(6).镍[PTX]-[胎牛血清白蛋白(BSA)]纳米粒子
进行这个实验以表明：将本发明镍-螯合聚合物配制成通过常见血蛋白(胎牛血清白蛋白)来靶向运送生物活性试剂(紫杉醇)的纳米粒子的过程。
制备水性聚合物原料液(A)：在pH＝11.15下，利用超声浴将150mg游离酸形式的PEA EDTA-Leu(6)，(Mw＝25kDa，Mw/Mn＝1.59，GPC，PS)溶解在15mL的25mM HEPES缓冲液中。完全解离后的溶液(被称为溶液A)最终pH为7.4。PEA浓度为10mg/mL，其中最终聚合物的回收率为83％，这通过氨基酸分析确定。
制备PEA.EDTA.Leu(6).Ni[PTX]-[胎牛血清白蛋白(BSA)]纳米粒子：将0.1mL的PEA.EDTA.Leu(6)原料液(A)用3.8mL的25mM HEPESpH＝7.0进行稀释，并与1mg的在0.1mL的25mM HEPES、pH＝7.0溶液中的BSA(Fraction V，Sigma)混合。将所形成的被称为相(B)均相混合物在室温下搅拌5分钟。然后，在室温下，搅拌的同时，以0.25mL/min的添加速率将250微升的相(C)(根据如上实施例4中所述制备)滴加到相(B)的过程中，产生了PEA.EDTA.Leu(6)Ni[PTX]-[BSA]纳米粒子的分散体。将分散体用0.5L的25mM HEPES，pH＝7.0在MWCO为12-14kDa的混合纤维素(SpectroporeTM)膜中透析过夜。透析后的分散体具有65.7nm的单模Z均直径(通过动态光散射(Malvern Zetasizer)测定)并且具有-29.2mV的zeta电位平均值。纳米粒子中最终的紫杉醇回收率为19.6μg/mL，这通过HPLC(ACN/H2O USP方法)测定，并且最终的聚合物回收率为736％，这通过氨基酸分析测定。纳米粒子中最终的BAS回收率为73％，这通过氨基酸分析测定。
实施例6
配制PEA.EDTA.Leu(6).锌[PTX]-[6-组氨酸标记的-绿色荧光蛋白]纳米粒子
进行这个实验以表明：将锌-螯合聚合物配制成结合His-标记蛋白质的纳米粒子的过程。
制备水性聚合物原料液(A)：在pH＝7.0下，利用超声浴将22.6mg游离酸形式的PEA EDTA-Leu(6)，(Mw＝34kDa，Mw/Mn＝1.67，GPC，PS)溶解在2.26mL的25mM HEPES缓冲液中。最终溶液pH为7.10。PEA的端浓度为10mg/mL，其被称为原料液(A)。
制备ZnCl2原料液(B)：在pH7下，将100mg的ZnCl2溶解在50mL的25mM HEPES缓冲液中。ZnCl2原料液的浓度为2mg/mL。当将1.06mL的ZnCl2原料液(B)添加到3.94mL的HEPES，pH 7.0时，得到了端浓度为0.423mg/mL的ZnCl2，其被称为溶液(B)。
6.1制备PEA.EDTA.Leu(6)Zn-[6His-GFP]纳米粒子(C)：制备850μL的PEA.EDTA.Leu(6)原料液(A)在7.65mL的25mM HEPES，pH＝7.0中的稀释液，以实现1mg/mL的聚合物浓度。以丸剂形式，将1mg在1mL的Tris缓冲盐水(TBS)，pH＝7.0中的6His-GFP添加到2mL经稀释的PEA原料液(A)中，然后将均相混合物在室温下搅拌5分钟。在室温下，磁力搅拌的同时，以0.25mL/min的添加速率滴加1mL的ZnCl2溶液(B)，产生了PEA.EDTA.Leu(6)Zn-[6His-GFP]的纳米粒子。将混合物搅拌额外30分钟。在分散体6.1中形成的纳米粒子具有31nm的Z均直径(通过动态光散射(Malvern Zetasizer)测定)。纳米粒子中最终的6His-GFP回收率为84％，这通过485激发、520发射的GFP荧光(Fluostar Optima)测定。
62制备无PEA的PEA.EDTA.Leu(6)Zn-[6His-GFP]对照制剂：重复上述用于制备制剂(6.1)的过程，不同之处在于：省略2mL的PEA溶液(A)，并用2mL的25mM HEPES pH 7.0代之。测定所得制剂含有结晶聚集体，但没有纳米粒子。这个实验表明了，本发明金属螯合聚合物的存在对于利用缩聚方法获得纳米粒子来说是必要的。
6.3制备无ZnCl2的PEA.EDTA.Leu(6)Zn-[6His-GFP]对照制剂：重复上述用于制备制剂(6.1)的过程，不同之处在于：省略1mL的ZnCl2溶液(A)，并用1mL的25mM HEPES pH 7.0代之。所得分散体(6.3)的粒子尺寸(直径)在9至500纳米的范围内。这个实验表明了，在缩聚过程中存在金属离子有助于形成利用本发明缩聚方法制成的纳米粒子。
实施例7
配制PEA.EDTA.Leu(6).镍[PTX]-[胎牛血清白蛋白(BSA)]纳米粒子
制备水性聚合物原料液(A)：在pH＝7.0下，通过涡流搅拌，将87mg钠盐形式的PEA EDTA-Leu(6)，(Mw＝82kDa，Mw/Mn＝1.23，SEC)溶解在8.7mL的25mM HEPES缓冲液中。解离后，将样品过滤通过0.45μmGHP(亲水性聚丙烯)圆盘过滤器(Pall Life Sciences)。过滤后的最终pH为7.54。最终聚合物的回收率为79.8％，这通过氨基酸分析确定。
制备PTX/NiCl2原料液(B)：在室温下，将7.5mg的PTX溶解在750μL的NMP中。在单独的小瓶中，在室温下利用涡流搅拌和超声浴将4.02mg的NiCl2(Sigma)溶解在0.25mL的去离子水中。通过如下形成PTX/NiCl2的原料液(B)：将250μL的水性NiCl2溶液以丸剂添加方式添加到750μL的PTX溶液中。将混合物经由涡流搅拌，最终的原料液含有7.5mg/mL紫杉醇和4.02mg/mL的NiCl2(75％v/v NMP，和25％v/vH2O)，其被称为相(C)。
制备PEA.EDTA.Leu(6).Ni[PTX]-[胎牛血清白蛋白(BSA)]纳米粒子：将2.0mL的PEA.EDTA.Leu(6)原料液(A)用6mL的25mM HEPES pH＝7.0进行稀释，并与20mg的在1.0mL的25mM HEPES溶液pH＝7.0中的BSA(Fraction V，Sigma)混合。将所形成的被称为相(D)均相混合物在室温下搅拌5分钟。然后，在室温下，搅拌的同时，以0.25mL/min的添加速率将1000μL的相(C)滴加到9mL的相(D)的过程中，产生了PEA.EDTA.Leu(6)Ni[PTX]-[BSA]纳米粒子。将纳米粒子的分散体用0.5L的25mM HEPES，pH＝7.0在MWCO为12-14kDa的混合纤维素(SpectroporeTM)膜中透析过夜(16小时)。透析后的分散体中的纳米粒子具有118.3nm的Z均直径(通过动态光散射(Malvern Zetasizer)测定)并且具有-17mV的zeta电位平均值。粒子中最终的紫杉醇回收率为668μg/mL，这通过HPLC(ACN/H2O USP方法)测定，并且最终的聚合物回收率67％，这通过氨基酸分析测定。最终的BAS回收率为74％，这通过氨基酸分析测定。这些结果汇总在表5中。
表5
实施例7中紫杉醇与BSA的摩尔-摩尔比
紫杉醇MW＝853.9g/mol
BSA MW＝66,430g/mol
BSA的理论质量                    20.0mg
BSA的理论摩尔量：                0.301μmol
BSA的实验质量(通过AAA)：         14.8mg
BSA的实验摩尔量(由AAA质量)：     0.223μmol
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紫杉醇的理论质量：               7.5mg
紫杉醇的理论摩尔量：             8.78μmol
紫杉醇的实验质量(通过HPLC)：     6.68mg
紫杉醇的实验摩尔量(由HPLC质量)： 7.82μmol
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理论的紫杉醇∶BSA摩尔比：(8.78μmol/0.301μmol)＝29.2的紫杉醇与BSA的摩尔比
实验的紫杉醇∶BSA摩尔比：(7.82μmol/0.223μmol)＝35的紫杉醇与BSA的摩尔比
实施例8
本发明的螯合聚合物如PEA EDTA-Leu(6)(式Ia)可溶于水性溶液中，因而为配制敏感的、另外在有机介质中结构不稳定的生物分子提高了良好的环境，上述敏感的生物分子包括核酸(包括RNA)、抗体片段、蛋白质域和全蛋白。这种聚合物使用金属以引起缩合的能力允许俘获纳米粒子或微米粒子中的制剂组分，以及在粒子表面上展示的蛋白质。这后一特征可用于配制用于测试的假定疫苗抗原。重组技术可被用于将多(组氨酸)片段(His-标签)添加到上述蛋白质抗原序列上。上述His-标记的蛋白质促进了抗原经由金属离子向螯合聚合物的锚定，并且在制剂以疫苗形式施用时允许天生折叠的抗原位点对免疫系统展开。
与本发明的螯合聚合物诸如PEA EDTA-Leu(6)一起用于配制的His标记多肽可由任何已知的表达体系产生，诸如由哺乳动物组织基、被杆状病毒感染的昆虫细胞、酵母和细菌。典型的蛋白质纯化包括：采用微流化进行细胞裂解，然后进行离子交换色谱和固定金属亲和色谱分离(IMAC)。作为传染疾病(诸如流感)的疫苗而制备的蛋白质应当保持天然折叠的蛋白质域，从而可以通过接受该疫苗的研究对象的免疫系统而产生体液免疫(humoral immunity)和细胞免疫(cellular immunity)二者。利用本发明的螯合聚合物和方法制备的His标记蛋白质的各种制剂可被制成向聚合物粒子中掺入一个或多个蛋白质，然后可以将这些制剂混合，或者疫苗粒子可以单独地施用，其可与其他添加剂(诸如羧基或靶向片段)一起或者不与其他添加剂一起。
因为流感病毒红血球凝聚素(HA)的天生存在的构象状态对于有力保护的B细胞响应是重要的，并且该保护可由对这个病毒蛋白的所有部分的抗体来提供，所以具有部分流感病毒HA蛋白(其天然暴露在病毒表面(胞外域)上)的PEA EDTA-Leu(6)的金属缩合制剂在杆状病毒感染的SF9细胞中生成。pBac-HAPR8杆状病毒在感染复数1(MOI＝1)下使用，从而以1.5×106个细胞每毫升的密度感染在500mL的Sf900 II-SFM介质(Invitrogen，San Diego，CA)中的SF9细胞。被感染的细胞生长48至72小时，然后通过离心收割。细胞蛋白通过悬浮溶解在含有0.1％Triton X-100和蛋白酶抑制剂的PBS缓冲液中，然后通过固定金属亲和色谱(IMAC)利用Ni负载的鳌合琼脂糖(GE)纯化。经纯化的蛋白质用50体积的25mM Tris，pH 8.0、150mM NaCl进行透析，换两次，并过滤通过2微米过滤器。因为红细胞凝聚素抗原需要保持其天然折叠状以有效，所以通过红细胞凝聚试验根据标准方案(即，Webster，R；Cox，N and Stohr，K，WHOAnimal Influenza Manual，World Health Organization，WHO/CDS/NCS/2002.5)测定重组生产的HA胞外域的硅铝酸(sialicacid)结合功能。鸡红血细胞被用在红细胞凝聚试验中，其中A/PuertoRico/8/34流感病毒作为对照。
来自流感A/Puerto Rico/8/34(NPPR8，SEQ ID NO：1)的DNA序列编码核蛋白(NP)被设计来编码带有6-His标签的氨基酸1至498(Genebankaccession number NP 040982)。来自A型流感/Vietnam/1203/2004(NPVN，SEQ ID NO：5)的DNA序列编码核蛋白编码带有6His-标签的氨基酸1至495(Genebank accession number AAW80720)。羧基封端的6组氨酸被包含在表达这些病毒NP序列中每一个的基因盒中，以协助纯化和聚合物负载。
流感核蛋白(NP)基因盒由重叠的寡核苷酸和PCR以合成方式制备，并且亚克隆成pET26b(Novagen)。NPPR8和NPVN表达载体转换成BL21-DE3。细菌在选择性TB介质(Genessee Scientific)中生长至饱和，然后用新鲜、冰冷的介质稀释两倍。在室温下，采用200μM IPTG在这些培养基中诱导蛋白质表达。诱导4至6小时后，对细菌进行离心，然后冷冻所得小丸。NP蛋白通过IMAC纯化。使细菌小丸在磷酸盐缓冲盐水，pH7.4(PBS)中溶解，并通过声波裂解。将细菌裂解物在23,000xg下离心，然后将上层清液调节至25mM咪唑，然后通过预负载Ni的螯合琼脂糖柱(GE Healthcare)。将负载的柱子先后采用如下洗涤：15柱体积的冰冷洗涤缓冲液3(50mM咪唑、150mM NaCl、0.1％Triton X-114、25mM磷酸钠，pH 7.5)和20柱体积的洗涤缓冲液4(50mM咪唑，150mM NaCl，25mM磷酸钠，pH 7.5)。将柱结合的HA蛋白用在PBS中的500mM咪唑洗脱。将洗脱的NP蛋白用100体积的PBS进行透析，换两次。采用发色的鲎阿米巴样细胞裂解物(LAL)试剂盒(Cambrex)常规测试经纯化的重组NPPR8和NPVN的内毒素含量，然后利用已知方法(Reichelt，P.，C.Schwarz，and M.Donzeau，“Single step protocol to purify recombinant proteinswith low endotoxin contents.”Protein Expr Purif(2006)46(2)：483-8)采用额外的IMAC循环的Triton X-114洗涤液对重组NPPR8和NPVN进行再次纯化，直到蛋白质溶液包含小于1内毒素单位/mL。
如下制备具有His-标记的纯化重组流感蛋白质的PEA EDTA-Leu(6)的制剂。将乙酸Zn在柠檬酸盐水缓冲液pH 7中的溶液缓缓滴加到搅动着的在25mM Tris，150mM NaCl，pH 8中的6-His标记HAPR8胞外域(SEQ IDNO：2)和在25mM HEPES中的PEA-EDTA-Leu(6)的混合物，从而得到1mg/mL His-标记HAPR8胞外域(SEQ ID NO：2)、1.5mg/mL PEA-EDTA-Leu(6)和0.367mg/mL乙酸Zn的最终浓度。采用相同的过程制备His-标记NPPR8(SEQ ID NO：1)制剂，不同之处在于，NPPR8蛋白被引入25mM柠檬酸钠，150mM NaCl，pH 7中。NPPR8-Zn-EDTA-Leu(6)制剂含有0.465mg/mL His-标记NPPR8(SEQ ID NO：1)、0.233mg/mL PEA-EDTA-Leu(6)、和0.057mg/mL乙酸Zn的最终浓度。金属离子与PEA螯合聚合物和流感抗原的缩合物常规储存在4℃下，直到施用。
通过对B6/C3 F1小鼠进行施用来进行PEA EDTA-Leu(6)-Zn-流感蛋白抗原的测试。通过如下采用定量ELISA来评估在这些动物中对HA和NP两种抗原的体液响应：评价在血清和bronchiol-aveolar灌洗中产生的抗体。经由ELISPOT通过测定干扰素γ来评估T细胞响应。由免疫小鼠中分离出的脾细胞来评估干扰素γ的生成，其中免疫小鼠已被来自HA或NP的多肽再次刺激了。图2和3表示由如下实验得到的数据，在实验中，小鼠被以鼻内方式施用了1剂量的含有25μg的HAPR8-3和9μg的NPPR8的PEA-EDTA-Leu(6)制剂。在第14天对这些小鼠进行抽血，并且在第21天用10LD50的传染性病毒以鼻内方式对其进行攻击。接下来三周，监测动物的发病率和死亡率。在图2中，数据表明，施用了单一剂量的与锌和PEA EDTA-Leu(6)一起配制的流感蛋白的动物没有存活的，除非这个制剂还包含佐剂Poly I:C。尽管在这些存活的动物中具有显著的体重损失(Fig.II)，但是接受含Poly I:C佐剂的制剂的小鼠在仅一次使用本发明的疫苗后幸免于病毒攻击。这种存活与ELISA数据相关，这表明以100ng/mL水平或更高的抗-HA IgG2a抗体仅在接受了腹膜内病毒使用的组中产生以及在接受了与PEA EDTA-Leu(6)-Zn以及Poly I:C佐剂一起配制的HAPR8胞外域和NPPR8的制剂的组中产生。所有接受了含配制NPPR8蛋白的制剂的动物都产生了高水平的抗-NP抗体。
实施例9
在这项研究中，使用由杆状病毒产生的和细菌产生的、具有粘着能力的红血球凝聚素(HA)域作为假定的流感抗原。上述红血球凝聚试验与粘着抑制试验结合使用以评价候选制剂。如果所测试的HA蛋白或蛋白子域在配制成本发明的疫苗以前具有目标结合活性，那么与阳离子(诸如Zn2+，Mn2+或Ni2+)一起配制的His-标记HA还必须具有红血球凝聚活性。实例流感红血球凝聚素抗原片段(SEQ ID NOS：2，3，4，6，7，8)或来自其它流感HA蛋白的类似序列片段可以与细菌信号序列(在SEQ ID NOS：3，4，7，和8中的划线部分)一起或不与其一起表达，这取决于用于生产的生物体。通过这项红血球凝聚测试的纯化蛋白质起到良好流感抗原的作用。
还对流感疫苗进行了如下测试，其中成功疫苗PEA-EDTA-Leu(6)-Zn制剂中的所有蛋白组分由细菌中纯化得到。在如下所示的免疫实验中，用Poly I:C作为佐剂来补充制剂，并且被当做先前实例所述候选疫苗的制剂中含有附加的NPPR8。此外，这项研究测试了基础-加强方案(prime-boost regimen)以尽可能减少接种后的动物在感染后的发病率。
如实施例8所述，制备PEA EDTA-Leu(6)(式Ia)和细菌表达的His-标记HA多肽例如HAPR8-3(SEQ ID NO：4)或HAVN-3(SEQ ID NO：8)的制剂，不同之处在于，每个序列中包含细菌信号序列。将乙酸Zn在柠檬酸盐盐水缓冲液pH 7中的溶液缓缓滴加到搅动着的在tris盐水缓冲液pH 8中的His-标记HA多肽和在柠檬酸盐盐水缓冲液pH 7中的PEA EDTA-Leu(6)的混合物，从而足以实现1.1mg/mL的His-标记HA多肽、0.55mg/mL PEA-EDTA-Leu(6)和0.120mg/mL乙酸Zn的最终浓度。如实施例8所述，制备与细菌表达的His-标记HA多肽制剂一起使用的NPPR8(SEQ ID NO：1)制剂，不同之处在于，最终浓度为1.1mg/mL NPPR8(SEQID NO：1)、0.55mg/mL PEA EDTA-Leu(6)和0.12mg/mL乙酸Zn。
为了测试PEA-EDTA-Leu(6)和细菌表达的His-标记流感抗原的粒子制剂的不同施用方式的影响，将制剂以皮下方式或以鼻内方式施与10Balb/c小鼠的组中。然后比较两种使用方式的效力。
动物采用含有25μg of HAPR8-3和25μg of NPPR8的50μl剂量制剂进行基础免疫。每种制剂被配制成含有5μg的Poly I:C的PEA EDTA-Leu(6)-Zn粒子。首次施用后两周，对每组中的小鼠进行第二剂量的同种混合物的强化免疫。三周后，所有小鼠被10 LD50的传染性A/PuertoRico/8/34病毒以鼻内方式感染。这些实验的结果表明了这些颗粒制剂的施用途径的重要性。对于以鼻内方式使用了与Zn和PEA EDTA-Leu(6)一起配制的HAPR8-3和NPPR8蛋白的小鼠，10只小鼠中有9只免于感染攻击。与此对照，在以皮下方式使用相同制剂的动物中，10只中仅有一只存活。给予鼻内疫苗的小鼠还显示降低的发病率，图4所示的响应于病毒感染的体重损耗度反应了这一点。这些结果表明，在相同疫苗和剂量下，以鼻内方式接种的小鼠比以皮下方式施用疫苗的那些小鼠具有远远更佳的免疫响应。
实施例10
如下缀合方案详细描述了用于端基缀合，如以下示意图2和3所述。
在端基缀合的第一个实例中，合成胺端基占大多数的本发明的PEA螯合聚合物，然后采用单活化的PEG例如mPEG-SVA(mPEG-琥珀酰亚胺基戊酸酯，得自LaysanBio Inc，Arab，AL)对其进行缀合。这些反应在非质子有机溶剂(DMSO，NMP)中根据如下示意图2实施。
Figure BPA00001290565400441
示意图2
所用B聚合物中的酸酐端基还允许经由氨基或羟基进一步缀合大分子或活性药物，从而得到如下示意图3所示的的酰胺连接或酯连接。
Figure BPA00001290565400451
示意图3
具有二酸酐端基的PEA EDTA-Leu(6)的合成以及为形成ABA嵌段聚合物用mPEG NH2的进一步缀合
将5.218g(7.6mmol，0.91eq)的L-Leu(6)-2TosOH、2.1326g(8.3mol，1.00eq)的EDTA-DA悬浮在2.3mL的无水二甲基亚砜(DMSO)，并在悬浮液上覆盖氩气。然后，添加4.64mL(33mmol)的三乙胺，并在室温下继续搅拌3小时。(粗产物的Mw通过GPC分析(DMAc，PS)，得到Mw＝51,500g/mol)。然后添加2.01g的mPEG-胺(MW 5000，LaysanBio Inc，Arab，AL)和4mL DMSO，并在50℃下继续搅拌过夜。将聚合物沉淀在500mL的丙酮中，并再次溶解在100mL DI水中。为了使聚合物完全解离，添加15mg的NaHCO3，并将溶液在MWCO＝12-14KDa透析袋中用DI水透析。以2.2g的产量回收白色绒毛粉末状的冻干聚合物，并用1H-NMR(MeOD)确认缀合PEG的存在。Mw＝36,000g/mol，Mw/Mn＝1.38；(SEC，10mM PBS pH 8.4，+20％v/v MeOH，OEG标准)。
海带多糖对PEA EDTA-Leu(6)-二酸酐端基聚合物的缀合
在进一步的示例中，多糖佐剂(诸如葡聚糖)被端基缀合到本发明的螯合聚合物上。在这个实例中，海带多糖(葡聚糖的商品代表)作为可用在疫苗制剂中的代表性多糖佐剂。根据如下示意图4完成佐剂的缀合。
Figure BPA00001290565400461
示意图4
更具体地，将4.283g(6.2mmol，0.84eq)的L-Leu(6)-2TosOH和1.8926g(7.4mol，1.00eq)的EDTA-DA悬浮在7.95mL无水N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，并在其上覆盖氩气。然后，添加1.9mL(14mmol)的三乙胺，并在室温下继续搅拌16小时。(粗产物的Mw通过GPC分析(DMAc，PS)，得到Mw＝51,000g/mol)。单独地，将1g的海带多糖(Aldrich，Mw＝5,000g/mol)溶解在7.5mL的NMP中，并添加2mL的聚合物反应溶液(约2mL)，然后添加额外13.9μL的TEA，并将溶液在60℃下搅拌另外16小时。将溶液用100mL DI水稀释，转移到12-14KDa MWCO透析袋中，并用DI水透析。以1.18g的产量回收白色绒毛粉末状的冻干聚合物。经缀合的聚合物在茚三酮测试中测试显阴性。用1H-NMR(DMSO-d6)确认缀合海带多糖的存在量为37％w/w负载量。Mw＝70,000g/mol，Mw/Mn＝1.2；(SEC，10mM PBS pH 8.4，+20％v/v MeOH，OEG标准)。
所有出版物、专利和专利文献通过引用插入本文，与通过引用单独插入本文一样。已经参照各种具体的和优选的实施方式和技术对本发明进行了描述。但是，应当理解到：可以在本发明的精神和范围内进行一些变化和修正。
尽管已经参照上述实施例对本发明进行了描述，但是将理解到：可以在本发明的精神和范围内进行一些变化和修正。
因此，本发明仅受权利要求书的限制。
Figure IPA00001290564800011
Figure IPA00001290564800021
Figure IPA00001290564800031
Figure IPA00001290564800041
Figure IPA00001290564800051
Figure IPA00001290564800061
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Figure IPA00001290564800091
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Figure IPA00001290564800141
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Figure IPA00001290564800171
Figure IPA00001290564800181
Figure IPA00001290564800191
Figure IPA00001290564800201
Figure IPA00001290564800211

Claims (20)

1.一种含有至少一种如下聚合物或其盐的组合物：
具有通式(I)所示化学式的PEA聚合物，
式(I)
式(I)中，n在约15至约150的范围内；
R1独立地是-CH2-N(CH2CO2H)-R6-N(CH2CO2H)-CH2-，其中R6独立地选自由如下组成的组：(C2-C12)亚烷基、对-C6H4、(C2-C4)烷基氧(C2-C4)亚烷基、CH2CH2N(CH2CO2H)CH2CH2，和具有式(II)的化学结构，式(II)中R7选自氢、(C1-C12)烷基和保护基，及其组合，
式(II)
n单元中的各个R3独立地选自由如下组成的组：氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基、-(CH2)2SCH3、CH2OH、CH(OH)CH3、(CH2)4NH3 +、(CH2)3NHC(＝NH2 +)NH2、4-亚甲基咪唑啉鎓、CH2COO-、(CH2)2COO-及其组合；
R4独立地选自由如下组成的组：(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、(C2-C6)烷基氧(C2-C12)亚烷基、CH2CH(OH)CH2、CH2CH(CH2OH)、结构式(III)的1，4：3，6-二脱水己糖醇的双环片段、1，4-脱水赤藻糖醇的片段及其组合；
式(III)
或者；
具有结构式(IV)所示化学式的PEA聚合物，
Figure FPA00001290565300021
式(IV)
式(IV)中，n在约15至约150的范围内，m在约0.1至0.9的范围内；p在约0.9至0.1的范围内；并且
R1是-CH2-N(CH2CO2H)-R6-N(CH2CO2H)-CH2-，其中R6独立地选自由如下组成的组：(C2-C12)亚烷基、对-C6H4、(C2-C4)烷基氧(C2-C4)亚烷基、CH2CH2N(CH2CO2H)CH2CH2，和具有式(II)的化学结构，式(II)中R7选自氢、(C1-C12)烷基、保护基及其组合；
Figure FPA00001290565300022
式(II)
R2独立地选自由氢、(C1-C12)烷基或(C6-C10)芳基和保护基组成的组；
n单元中的各个R3独立地选自由如下组成的组：氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基、-(CH2)2SCH3、CH2OH、CH(OH)CH3、(CH2)4NH3 +、(CH2)3NHC(＝NH2 +)NH2、4-亚甲基咪唑啉鎓、CH2COO-、(CH2)2COO-及其组合；
R4独立地选自由如下组成的组：(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、(C2-C6)烷基氧(C2-C12)亚烷基、CH2CH(OH)CH2、CH2CH(CH2OH)、结构式(III)的1，4：3，6-二脱水己糖醇的双环片段、1，4-脱水赤藻糖醇的片段及其组合；
R5独立地选自由(C1-C4)烷基组成的组。
2.如权利要求1的组合物，其中，R1是-CH2-N(CH2CO2H)-R6-N(CH2CO2H)-CH2-，其中R6具有结构式(II)所示的化学结构，式(II)中R7选自氢、(C1-C12)烷基和保护基。
3.如权利要求1的组合物，还包含在带有所述聚合物的络合物中的金属离子，所述金属离子选自由Ca2+，Mg2+，Mn2+，Co2+，Fe2+，Fe3+，Zn2+，Ni2+及其组合组成的组。
4.如权利要求2的组合物，还包含在所述络合物中的至少一个负载分子，所述负载分子选自由如下组成的组：极性分子、His-标记的分子、生物分子和具有负极性微区的亲脂性治疗分子，所述负极性微区由不饱和区和/或在含O-，S-或N-基团中的孤对电子及其组合组成。
5.如权利要求4的组合物，其中，所述至少一种负载分子选自由紫杉醇、西罗莫司、依维莫司、多西紫杉醇和白奥莫司组成的组。
6.如权利要求4的组合物，其中，所述至少一种负载分子包含血清白蛋白。
7.如权利要求4的组合物，其中，所述至少一种负载分子包含特异性结合到目标细胞、器官或组织上的配体。
8.如权利要求4的组合物，其中，所述至少一种负载分子对目标细胞、器官或组织是有毒的，或者特异性结合到目标细胞、器官或组织上。
9.如权利要求1的组合物，还包含在带有所述聚合物的络合物中的金属，所述金属选自由Gd(III)的那些金属和Rh，Ir，Yt的放射性同位素组成的组，并且其中，所述组合物是诊断组合物。
10.如权利要求9的组合物，其中，R1是-N(CH2CO2H)-R6-N(CH2CO2H)-，其中，R6是CH2CH2N(CH2CO2H)CH2CH2，所述金属是Gd(III)。
11.如权利要求7的组合物，还包含至少一种细胞杀灭或靶向负载分子，所述负载分子选自由如下组成的组：极性分子、生物分子、His-标记的分子、生物分子和具有负极性微区的亲脂性分子，所述负极性微区由不饱和区和/或在含O-，S-或N-基团中的孤对电子组成。
12.一种用于制造纳米粒子的方法，所述方法包括：
a)在水性溶液中在缩聚条件下使如下组分一起接触
1)权利要求1的所述至少一种聚合物；
2)金属离子，所述金属离子选自由Ca2+，Mg2+，Mn2+，Co2+，Fe2+和Fe3+，Zn2+，Ni2+和Gd3+组成的组，和
3)非质子极性溶剂；
b)在所述溶液中形成含有所述聚合物和所述金属阳离子的非共价络合物的纳米粒子；以及
c)通过尺寸排斥分离法从所述溶液中得到所述纳米粒子。
13.如权利要求12的方法，其中，所述溶液还包含至少一种负载分子，所述负载分子选自由如下组成的组：极性分子、生物分子、His-标记的分子、生物分子和具有负极性微区的亲脂性分子，所述负极性微区由不饱和区和/或在含O-，S-或N-基团中的孤对电子组成；并且其中，在所形成的纳米粒子中的所述络合物还包含所述至少一种负载分子。
14.如权利要求12的方法，其中，所述溶液还包含氨基酸序列SEQ.ID NO：1，2，3，4，5，6，7或8。
15.如权利要求12的方法，其中，所述His-标记的分子包含含有病原表位的氨基酸序列。
16.如权利要求15的方法，其中，所述His-标记的分子以重组方式表达到所述溶液中。
17.如权利要求15的方法，其中，所述His-标记的分子以重组方式在细菌中表达。
18.一种组合物，包含：
a)生物活性试剂，选自由如下组成的组：低聚乙二醇或聚乙二醇、多糖、脂质、生物大分子和水不溶性药物，
b)权利要求1的聚合物，
其中所述组合物是其两侧都具有所述生物活性试剂的线性聚合物。
19.如权利要求18的组合物，其中，所述生物活性试剂是聚合型免疫刺激佐剂。
20.如权利要求19的组合物，还包含：
c)金属离子，所述金属离子选自由Ca2+，Mg2+，Mn2+，Co2+，Fe2+和Fe3+，Zn2+，Ni2+组成的组，并且所述金属离子保持在d)含有病原表位的氨基酸序列中，
其中，所述金属离子和所述氨基酸序列经由与所述聚合物的R1的非共价络合物连接到所述聚合物上。
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