CN104892911B

CN104892911B - 一种聚环酯弹性体的制备方法

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Publication number: CN104892911B
Application number: CN201510248785.9A
Authority: CN
Inventors: 杨根生; 郭钫元; 张玮; 贠军贤
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2015-05-14
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2035-05-14
Also published as: CN104892911A

Abstract

本发明提供了一种聚环酯弹性体的制备方法：聚乙二醇和己内酯在辛酸亚锡的催化下聚合反应制备得到聚(ε‑己内酯‑b‑聚乙二醇‑b‑ε‑己内酯)，然后与甲基丙烯酸酐进行酯化反应制得甲基二丙烯酸酯‑聚(ε‑己内酯‑b‑聚乙二醇‑b‑ε‑己内酯)；以甘油为引发剂，己内酯和丙交酯为接枝原料，在辛酸亚锡的催化下聚合反应制备得到聚(ε‑己内酯‑co‑D,L‑丙交酯)，然后与甲基丙烯酸酐进行酯化反应制得甲基三丙烯酸酯‑聚(ε‑己内酯‑co‑D,L‑丙交酯)；甲基二丙烯酸酯‑聚(ε‑己内酯‑b‑聚乙二醇‑b‑ε‑己内酯)与甲基三丙烯酸酯‑聚(ε‑己内酯‑co‑D,L‑丙交酯)在紫外光照射下交联反应，制得聚环酯弹性体。本发明制得的聚环酯弹性体作可用于蛋白类药物的植入式缓释给药。

Description

一种聚环酯弹性体的制备方法

技术领域：

本发明涉及药物高分子载体制备技术领域，主要提出一种用于蛋白类生物药物植入给药的新型聚环酯弹性体制备方法。

背景技术：

由基因工程、抗体工程、细胞工程技术等获得的生物技术药物，以其生理活性强、免疫原性低、疗效突出和副作用小等优点，在肿瘤、心脑血管疾病、糖尿病、免疫疾病和传染病等重大疾病的治疗方面发挥重要作用，成为现代医药产品研究发展的重要方向。目前全球300多种获得批准的生物药物中，有相当数量为水溶性多肽和蛋白质类生物大分子。这些蛋白多肽类药物分子量较大，对蛋白酶敏感，在机体血浆中易被快速清除，其口服给药后，易被胃酸破坏或在肠道中被酶水解，或者难以透过肠壁被机体吸收而发挥应有的作用。

植入剂给药以其不经过胃肠降解、可稳定释放、定位给药、用药次数少、剂量小、长效缓释等优点，成为蛋白质类生物药物的重要缓释系统。近几年，可生物降解的弹性体(Biodegradable elastomers)植入剂作为安全的药物载体和组织工程支架，因其可利用渗透压控释，可实现药物或活性组分的零级或一级长效缓释，能够克服初期药物突释和不稳定释放，引起了研究者的关注。其中，基于星状聚环酯的可生物降解弹性体，是一种较新型的植入式缓释载体系统，可用于生长因子、干扰素、抗血栓多肽、前列腺素等蛋白类药物的植入式缓释给药。国外的研究学者已对其前体制备与合成方法、聚合反应条件、控释性能及生物降解特性等进行了实验研究和探索，制备成功的星状聚环酯弹性体包括三丙烯酸酯-聚(乳酸-co-D,L-丙交酯)聚环酯(TMCDLLA)、α,ω-二丙烯酸酯-聚(D,L-丙交酯-b-聚乙烯醇-b-D,L-丙交酯)聚环酯(DLPEGDLDA)、三丙烯酸酯-聚(ε-己内酯-co-D,L-丙交酯)聚环酯(ASCP)、ASCP与DLPEGDLDA共聚环酯、ASCP与聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)共聚环酯等多种。这类给药弹性体具有与机体接近的机械性能，更优良的生物和组织相容性，并能利用骨架溶蚀、渗透压驱动和扩散等综合效应实现可控释放，在蛋白类生物药物的安全缓释方面具有十分重要的应用前景，已引起国内外的重视。

发明内容：

本发明以星状“甲基三丙烯酸酯-聚(ε-己内酯-co-D,L-丙交酯)”(MASCP)(式1所示)和利用较大分子量的亲水性PEG嵌段制备的“甲基二丙烯酸酯-聚(ε-己内酯-b-聚乙二醇-b-ε-己内酯)”(CLPEGCLMA)(式2所示)为前体嵌段分子，通过光催化共聚，制备一种新的星状聚环酯弹性体“MASCP–CLPEGCLMA”聚环酯弹性体。通过合成具有亲水段的嵌段新前体CLPEGCLMA，以调节聚己内酯-丙交酯的星状聚环酯弹性体的亲水性；同时，在弹性体前体聚(ε-己内酯-co-D,L-丙交酯)(SCP)和聚(ε-己内酯-b-聚乙二醇-b-ε-己内酯)(CLPEGCL)端链引入甲基丙烯基团，得到MASCP和CLPEGCLMA，以调节弹性体光促聚合后的聚合度。弹性体前体端位丙烯酸化过程中，拟采用甲基丙烯酸酐替代已有星状聚环酯前体合成中常用的高毒单体丙烯酰氯。

本发明采用的技术方案是：

一种聚环酯弹性体的制备方法，所述方法为：聚乙二醇和己内酯在辛酸亚锡的催化下聚合反应制备得到聚(ε-己内酯-b-聚乙二醇-b-ε-己内酯)；聚(ε-己内酯-b-聚乙二醇-b-ε-己内酯)与甲基丙烯酸酐进行酯化反应制得甲基二丙烯酸酯-聚(ε-己内酯-b-聚乙二醇-b-ε-己内酯)；以甘油为引发剂，己内酯和丙交酯为接枝原料，在辛酸亚锡的催化下聚合反应制备得到聚(ε-己内酯-co-D,L-丙交酯)，聚(ε-己内酯-co-D,L-丙交酯)与甲基丙烯酸酐进行酯化反应制得甲基三丙烯酸酯-聚(ε-己内酯-co-D,L-丙交酯)；甲基二丙烯酸酯-聚(ε-己内酯-b-聚乙二醇-b-ε-己内酯)与甲基三丙烯酸酯-聚(ε-己内酯-co-D,L-丙交酯)在安息香二乙醚引发剂的作用下，紫外光照射下交联反应，制得所述聚环酯弹性体。

进一步，本发明所述方法包括以下步骤：

(1)制备CL-PEG-CL，所述CL-PEG-CL为聚(ε-己内酯-b-聚乙二醇-b-ε-己内酯)：以聚乙二醇(简称PEG)和己内酯(简称CL)为原料，辛酸亚锡为催化剂，于120～140℃溶解，混合均匀，然后通入氮气，在氮气无氧环境下，140～160℃下反应8～12h，所得反应产物a后处理制得CL-PEG-CL；

所述聚乙二醇和己内酯的物质的量之比为1:20～1:50，优选1：20～30。

所述聚乙二醇的物质的量按其平均分子量计算，优选聚乙二醇的平均分子量为3000-10000。

所述聚乙二醇、辛酸亚锡催化剂的物质的量之比为1:0.092～0.123。

所述反应产物a后处理方法为：反应结束后，反应产物a冷却至室温后，加入二氯甲烷溶解，然后滴入冰乙醚中，析出白色沉淀，抽滤，干燥，制得CL-PEG-CL。

所述二氯甲烷与冰乙醚的体积比优选1:10～15。

(2)制备SCP，所述SCP为聚(ε-己内酯-co-D,L-丙交酯)：以甘油为引发剂，己内酯和丙交酯为接枝原料，按照甘油、己内酯、丙交酯的物质的量之比为1：7.5～12.5：7.5～12.5混合，以辛酸亚锡为催化剂，120～140℃溶解，混合均匀，然后通入氮气，在氮气无氧环境下，140～160℃下反应8～12h，所得反应产物b后处理制得SCP；

所述甘油、辛酸亚锡催化剂的物质的量之比为1:0.092～0.123

所述反应产物b后处理方法为：反应结束后，反应产物b冷却至室温后，加入甲醇溶解，充分振摇后在-20℃冷冻2～5h，析出沉淀，抽滤、干燥后，制得SCP。

(3)制备CLPEGCLMA，所述CLPEGCLMA为甲基二丙烯酸酯-聚(ε-己内酯-b-聚乙二醇-b-ε-己内酯)：

将步骤(1)制备的CL-PEG-CL与甲基丙烯酸酐混合，以4-二甲氨基吡啶(DMAP)为催化剂，三乙胺(TEA)为催化剂和缚酸剂，二氯甲烷为溶剂，在40～60℃温度下(优选50～60℃)反应24～48h，所得反应产物c经纯化处理制得CLPEGCLMA；

所述CL-PEG-CL、甲基丙烯酸酐的物质的量之比为1：3～4。

CL-PEG-CL的物质的量通过平均分子量来计算，CL-PEG-CL的平均分子量可采用GPC检测得到。本发明所指的平均分子量是指数均分子量。

所述步骤(3)中，甲基丙烯酸酐、4-二甲氨基吡啶、三乙胺的物质的量之比为(3～4):0.818:(1.5～2)

所述反应产物c的纯化处理方法为：反应结束后，反应产物c滴加入冰乙醚中，析出沉淀，抽滤、干燥制得CLPEGCLMA。

所述二氯甲烷的体积用量一般以CL-PEG-CL的物质的量计为10-30mL/mmol

所述二氯甲烷与冰乙醚的体积比一般为1：20～25。

(4)制备MASCP，所述MASCP为甲基三丙烯酸酯-聚(ε-己内酯-co-D,L-丙交酯)：

将步骤(2)制备的SCP与甲基丙烯酸酐混合，以4-二甲氨基吡啶(DMAP)为催化剂，三乙胺(TEA)为催化剂和缚酸剂，二氯甲烷为溶剂，在40～60℃温度下(优选50～60℃)反应24～48h，所得反应产物d经纯化处理制得MASCP；

所述SCP、甲基丙烯酸酐的物质的量之比为1：6～8。

SCP的物质的量以其平均分子量来计算，CL-PEG-CL的平均分子量可采用GPC检测得到。本发明所指的平均分子量是指数均分子量。

所述步骤(4)中，甲基丙烯酸酐、4-二甲氨基吡啶、三乙胺的物质的量之比为(4～6):0.818:(2～3)

所述反应产物d的纯化处理方法为：反应结束后，反应产物d滴加入冰乙醚中，析出沉淀，抽滤、干燥制得MASCP。

所述二氯甲烷的体积用量一般以SCP的物质的量计为10-30mL/mmol。

所述二氯甲烷与冰乙醚的体积比一般为1：20～25。

(5)制备聚环酯弹性体

将步骤(3)制备的CLPEGCLMA和步骤(4)制备的MASCP按照质量比为1:1～9：混合，以四氢呋喃为溶剂，安息香二甲醚(DMPA)为光引发剂，在波长350-400nm的紫外光源下照射5-10min，然后干燥、制得聚环酯弹性体，本发明中简称为MASCP–CLPEGCLMA。

所述CLPEGCLMA的平均分子量一般为4900-12500，MASCP的平均分子量一般为3400-4000。

MASCP由SCP经过端位甲基丙稀酸化制得，此过程中对聚合物而言，分子量变化不大，几乎可以忽略，因此一般以SCP的平均分子量作为MASCP的平均分子量。同样的，CLPEGCLMA由CL-PEG-CL经过端位甲基丙稀酸化制得，此过程中对聚合物而言，分子量变化不大，几乎可以忽略，因此一般以CL-PEG-CL的平均分子量作为CLPEGCLMA的平均分子量。

所述照射时，反应原料与光源的距离优选2-12cm，优选2-10cm，更优选2cm。

所述紫外光源的波长优选365nm。

所述安息香二甲醚的质量用量一般为MASCP和CLPEGCLMA的总质量的0.3％-1.5％，优选1～1.5％，更优选1.5％。

所述四氢呋喃的体积用量一般以MASCP和CLPEGCLMA的总质量计为1～2mL/g。

本发明的反应式如图1、图2所示。

本发明的有益效果在于：不同疾病对血药浓度和药物释放速率有不同的要求。弹性体作为药物载体其交联密度高时(通过溶胶含量进行反应，溶胶含量越大，交联密度越小)，体内降解速率慢，释药速率稳定；弹性体交联密度低时，体内降解速率快，但药物初期释放不稳定，一般存在突释现象，血药浓度不稳定，不利于植入弹性体的临床应用。故针对不同药物临床给药需求，开发一系列具有不同交联密度弹性体具有重大临床使用价值。本发明制备的聚环酯弹性体可应用于不同蛋白类生物药物的植入式缓释给药。

附图说明

图1 CLPEGCLMA的合成方法。

图2 MASCP的合成方法。

具体实施方式

下面以具体实施例来对本发明的技术方案作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。

CL-PEG-CL合成

实施例1

将1mmol的PEG₅₂₂₈、己内酯和辛酸亚锡按摩尔比(1:30:0.123)混合后，120℃溶解后摇匀，N₂保护下，在140℃、反应12小时，产物溶于20ml DCM慢慢滴入300mL冰乙醚中(DCM、冰乙醚体积比1:15)析出沉淀，抽滤、40℃真空干燥24h，制得CL-PEG-CL。

经GPC测定数均分子量为7551，PDI 1.08，转化率79.01％，最终收率为83.45％。

分子量测定：将CL-PEG-CL溶于四氢呋喃经GPC检测其数均分子量和多分散系数(PDI)值。

GPC条件：流动相：四氢呋喃(1ml/min)；检测温度：35℃；聚合物用于GPC检测浓度为30mg/ml；进样量：50μL；柱型号：HP Phenogel guard column attached to a Phenogellinear(2)5μGPC column

实施例2

将1mmol的PEG₃₀₈₇、己内酯和辛酸亚锡按摩尔比(1:20:0.123)混合后，120℃溶解后摇匀，N₂保护下，在140℃、反应12小时，产物溶于20ml DCM慢慢滴入300mL冰乙醚中析出沉淀，抽滤、40℃真空干燥24h，制得CL-PEG-CL。

经GPC测定数均分子量为4904，PDI 1.2，转化率92.7％，最终收率为70.34％。实施例3

将1mmol的PEG₁₀₀₂₄、己内酯和辛酸亚锡按摩尔比(1:30:0.123)混合后，120℃溶解后摇匀，N₂保护下，在140℃、反应12小时，产物溶于20ml DCM慢慢滴入300mL冰乙醚中析出沉淀，抽滤、40℃真空干燥24h，制得CL-PEG-CL。

经GPC测定数均分子量为11984，PDI 1.12，转化率66.67％，最终收率为90.26％。

实施例4

将1mmol的PEG₃₀₈₇、己内酯和辛酸亚锡按摩尔比(1:30:0.123)混合后，120℃溶解后摇匀，N₂保护下，在140℃、反应12小时，产物溶于20ml DCM慢慢滴入300mL冰乙醚中析出沉淀，抽滤、40℃真空干燥24h，制得CL-PEG-CL。

经GPC测定数均分子量为5961，PDI 1.24，转化率97.76％，最终收率为76.29％。

实施例5

将1mmol的PEG₅₂₂₈、己内酯和辛酸亚锡按摩尔比(1:20:0.123)混合后，120℃溶解后摇匀，N₂保护下，在140℃、反应12小时，产物溶于20ml DCM慢慢滴入300mL冰乙醚中析出沉淀，抽滤、40℃真空干燥24h，制得CL-PEG-CL。

经GPC测定数均分子量为6849，PDI 1.12，转化率82.70％，最终收率为84.21％。

SCP合成

实施例6

甘油:己内酯:丙交酯:辛酸亚锡(摩尔比1:10:10:0.092)装入安瓿瓶，甘油为1mmol，120℃溶解后摇匀，N₂保护下，在140℃、反应8小时，产物溶于20ml甲醇，-20℃冷冻2h，析出沉淀，抽滤、45℃真空干燥24h，制得SCP。

经GPC测定数均分子量为3432，PDI 1.32，最终收率为57.69％。

分子量测定：将SCP溶于四氢呋喃经GPC检测其数均分子量和多分散系数(PDI)值。

实施例7

甘油:己内酯:丙交酯:辛酸亚锡(摩尔比1:7.5:12.5:0.092)装入安瓿瓶，甘油为1mmol，120℃溶解后摇匀，N₂保护下，在140℃、反应8小时，产物溶于20ml甲醇，-20℃冷冻2h，析出沉淀，抽滤、45℃真空干燥24h，制得SCP。

经GPC测定数均分子量为3655，PDI 1.38，最终收率为58.17％。

实施例8

甘油:己内酯:丙交酯:辛酸亚锡(摩尔比1:12.5:7.5:0.092)装入安瓿瓶，甘油为1mmol，120℃溶解后摇匀，N₂保护下，在140℃、反应8小时，产物溶于20ml甲醇，-20℃冷冻2h，析出沉淀，抽滤、45℃真空干燥24h。，制得SCP

经GPC测定数均分子量为3960，PDI 1.35，最终收率为55.44％。

实施例9 合成CLPEGCLMA

CL-PEG-CL:甲基丙烯酸酐：TEA：DMAP(摩尔比1:3:2:0.818)溶于15ml DCM装入三口烧瓶，CL-PEG-CL分别按照实施例1-5方法制备得到，CL-PEG-CL的用量为0.8mmol，分子量如表1所示，50℃反应24h，慢慢滴入300mL冰乙醚中析出沉淀，抽滤，40℃真空干燥24h，制得CLPEGCLMA备用。

¹H-NMR分析甲基丙烯酸酐接入率，结果见表1。

表1

实施例10 合成MASCP

SCP:甲基丙烯酸酐：TEA：DMAP(摩尔比1:6:3:0.818)溶于15ml DCM装入三口烧瓶，SCP分别按照实施例6-8方法制备得到，SCP的用量为0.5mmol，分子量如表2所示，50℃反应24h，慢慢滴入300mL冰乙醚中析出沉淀，抽滤，45℃真空干燥24h，制得MASCP备用。

¹H-NMR分析甲基丙烯酸酐接入率，结果见表2，结果表明，接入率均在90％以上。

表2

实施例11 制备MASCP–CLPEGCLMA星状聚环酯弹性体

取实施例9和10制备的不同分子量的MASCP和CLPEGCLMA，按表3用量投料，加入100μl含DMPA的四氢呋喃溶液(DMPA的浓度见表3)中溶解后，放置在紫外光源2-12cm处,(详见表3)在365nm波长下照射5min，45℃真空干燥24h后，制得一系列MASCP–CLPEGCLMA星状聚环酯弹性体。称量重量，记为M₀，然后加入5ml的THF，放置12小时，去除溶液后，45℃真空干燥24h，称重记为M₁，计算溶胶含量Sol Content含量，所得结果见表3。

计算公式如下：

Sol Content＝(M₀-M₁)/M₀*100

MASCP和CLPEGCLMA投料、反应条件、溶胶含量结果如表3。

表3

注：表3中Mn分别对应表示SCP和CL-PEG-CL的平均分子量。

Claims

1.一种聚环酯弹性体的制备方法，其特征在于所述方法为：聚乙二醇和己内酯在辛酸亚锡的催化下聚合反应制备得到聚(ε-己内酯-b-聚乙二醇-b-ε-己内酯)；聚(ε-己内酯-b-聚乙二醇-b-ε-己内酯)与甲基丙烯酸酐进行酯化反应制得甲基二丙烯酸酯-聚(ε-己内酯-b-聚乙二醇-b-ε-己内酯)；以甘油为引发剂，己内酯和丙交酯为接枝原料，在辛酸亚锡的催化下聚合反应制备得到聚(ε-己内酯-co-D,L-丙交酯)，聚(ε-己内酯-co-D,L-丙交酯)与甲基丙烯酸酐进行酯化反应制得甲基三丙烯酸酯-聚(ε-己内酯-co-D,L-丙交酯)；甲基二丙烯酸酯-聚(ε-己内酯-b-聚乙二醇-b-ε-己内酯)与甲基三丙烯酸酯-聚(ε-己内酯-co-D,L-丙交酯)在安息香二乙醚引发剂的作用下，紫外光照射下交联反应，制得所述聚环酯弹性体；所述方法包括以下步骤：

(1)制备CL-PEG-CL，所述CL-PEG-CL为聚(ε-己内酯-b-聚乙二醇-b-ε-己内酯)：以聚乙二醇和己内酯为原料，辛酸亚锡为催化剂，于120～140℃溶解，混合均匀，然后通入氮气，在氮气无氧环境下，140～160℃下反应8～12h，所得反应产物a后处理制得CL-PEG-CL；所述聚乙二醇和己内酯的物质的量之比为1:20～1:50；

将步骤(1)制备的CL-PEG-CL与甲基丙烯酸酐混合，以4-二甲氨基吡啶为催化剂，三乙胺为催化剂和缚酸剂，二氯甲烷为溶剂，在40～60℃温度下反应24～48h，所得反应产物c经纯化处理制得CLPEGCLMA；

所述CL-PEG-CL、甲基丙烯酸酐的物质的量之比为1：3～4；

将步骤(2)制备的SCP与甲基丙烯酸酐混合，以4-二甲氨基吡啶为催化剂，三乙胺为催化剂和缚酸剂，二氯甲烷为溶剂，在40～60℃温度下反应24～48h，所得反应产物d经纯化处理制得MASCP；

所述SCP、甲基丙烯酸酐的物质的量之比为1：6～8；

(5)制备聚环酯弹性体：

将步骤(3)制备的CLPEGCLMA和步骤(4)制备的MASCP按照质量比为1:1～9：混合，以四氢呋喃为溶剂，安息香二甲醚为光引发剂，在波长350-400nm的紫外光源下照射5-10min，然后干燥、制得聚环酯弹性体。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(1)中，所述聚乙二醇的平均分子量为3000-10000。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(1)中，所述聚乙二醇、辛酸亚锡催化剂的物质的量之比为1:0.092～0.123。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(2)中，所述甘油、辛酸亚锡催化剂的物质的量之比为1:0.092～0.123。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(3)中，所述甲基丙烯酸酐、4-二甲氨基吡啶、三乙胺的物质的量之比为(3～4):0.818:(1.5～2)。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(4)中，所述甲基丙烯酸酐、4-二甲氨基吡啶、三乙胺的物质的量之比为(4～6):0.818:(2～3)。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(5)中，所述CLPEGCLMA的平均分子量为4900-12500，MASCP的平均分子量为3400-4000。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(5)中，反应原料与光源的距离为2-12cm。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(5)中，所述安息香二甲醚的质量用量为MASCP和CLPEGCLMA的总质量的0.3％-1.5％。