CN110945058A - 可生物降解的聚合物微粒的制备方法和由此制备的可生物降解的聚合物微粒 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可生物降解的聚合物微粒、特别是可生物降解的聚合物的多孔微粒的制备方法，以及由此制备的一种可生物降解的聚合物微粒，特别是可生物降解的聚合物的多孔微粒。

Description

可生物降解的聚合物微粒的制备方法和由此制备的可生物降 解的聚合物微粒
技术领域
本发明涉及一种可生物降解的聚合物微粒的制备，更具体地，涉及一种可生物降解的聚合物微粒、特别是可生物降解的聚合物的多孔微粒的制备方法，以及由此制备的一种可生物降解的聚合物微粒，特别是可生物降解的聚合物的多孔微粒。
背景技术
可生物降解的聚合物微粒具有在体内分解的特性，利用该特性，其广泛用于整形用填充物等体内植入物或药物递送系统(Drug Delivery System，DDS)领域中的用于递送药物的载体。近年来，在整形填充物市场中作为第四代填充物的可生物降解的聚合物填充物备受关注。将聚乳酸或聚己内酯等可生物降解的聚合物制成微粒并用作组织修复用材料，通过可生物降解的聚合物分解时产生的胶原蛋白来修复皱纹。
用作可生物降解的聚合物填充物的原料的微粒优选具有至少20μm的直径。这是为了避免体内存在的巨噬细胞的吞噬作用，微粒的直径小于20μm时，微粒被巨噬细胞吞噬，在生成胶原蛋白之前分解。微粒的直径为20μm以上时，可以避免巨噬细胞的吞噬作用，并且诱导体内的异物反应以促进胶原蛋白的生成。但是，微粒的直径大于50μm时，微粒无法通过注射针，发生注射针堵塞的现象。此外，如果微粒的形状是无定形，微粒会发生凝聚，可能导致注射针的堵塞。因此，用作整形填充物的原料的可生物降解的聚合物微粒的形状优选为球形且尺寸为20～50μm。目前市面上的可生物降解的聚合物填充物的微粒均为非多孔型，并且与用于保持微粒分散的载体混合并以小瓶或预灌封注射器的形式出售。与透明质酸填充物不同，可生物降解的聚合物填充物具有以下缺点，即在手术后，载体在短时间内被吸收，仅留下一同注入的可生物降解的聚合物的体积，因而使得体积减小。
韩国授权专利第1142234号涉及一种易于通过注射注入的多孔微粒填充物系统。但是，由于其特征在于制备的微粒的尺寸为100～5000μm的范围，因此不能用作面部整形用填充物，并且微粒的表面不光滑。韩国授权专利第1685312号公开了一种含有多孔微粒状的组织修复用可生物降解的聚合物的整形填充物用注射剂组合物的制备方法和装置。但是，制备的颗粒的尺寸不均匀，并且颗粒的形状为无定形，而不是球形。
在制备可生物降解的聚合物微粒的方法中，通常制备W/O/W和O/W/O乳液并利用其物理化学性质，正在持续开发均质器(homogenizer)或微流控(microfluidic)等乳化装置。但是，使用均质器时，虽然生产工艺简单，但颗粒尺寸分布宽，并且对于多孔微粒，孔的尺寸不均匀，形成大量大于10μm的孔。使用微流控时，虽然颗粒尺寸分布窄，但是难以大规模生产，因此难以应用于工业。
已知有通过使用日本开发的Shirasu多孔玻璃膜(Shirasu Porous Glassmembrane，SPG membrane)制备微粒的方法。该方法可以制备具有均匀粒度的微粒，并且可以实现微粒的大规模生产，因此已知该方法可以应用于工业。韩国授权专利第1302902号中通过使用SPG膜制备金属纳米颗粒，韩国授权专利第1369952号中通过使用SPG膜制备调色剂颗粒。但是，其中使用金属或碳黑、蜡等单体，而不是可生物降解的聚合物，因此不能用作组织修复用材料或药物递送载体。
因此，需要一种制备微粒的技术，该微粒是可用作组织修复用材料或药物递送载体的可生物降解的聚合物材料，并且可以大规模工业化生产。
发明内容
要解决的技术问题
本发明的第一目的在于提供一种微粒的制备方法，所述微粒是可以用作组织修复用材料或药物递送载体的可生物降解的聚合物材料，并且可以大规模工业化生产。
本发明的第二目的在于提供一种通过所述微粒的制备方法制备的可生物降解的聚合物微粒。
本发明的第三目的在于提供一种利用所述微粒制备聚合物填充物的方法。
本发明的第四目的在于提供一种包含所述微粒的聚合物填充物。
技术方案
本发明的第一方面涉及一种可生物降解的聚合物微粒的制备方法，其包括以下步骤：1)将可生物降解的聚合物溶解在有机溶剂中以形成分散相；2)向步骤1)中形成的分散相施加压力，以使分散相通过Shirasu多孔玻璃膜(SPG膜)的孔，从而在包含表面活性剂的连续相中形成乳液；以及3)从步骤2)中形成的乳液中去除有机溶剂以形成微粒。
本发明的第二方面涉及一种通过所述微粒的制备方法制备的可生物降解的聚合物微粒。
本发明的第三方面涉及一种聚合物填充物的制备方法，其包括以下步骤：通过所述方法制备可生物降解的聚合物微粒；以及将可生物降解的聚合物微粒与一种以上的生物相容性载体进行混合。
本发明的第四方面涉及一种聚合物填充物，所述聚合物填充物包含所述可生物降解的聚合物微粒和一种以上的生物相容性载体。
有益效果
根据本发明，可以提供一种制备微粒的技术，所述微粒是可以用作组织修复用材料或药物递送载体的可生物降解的聚合物材料，并且可以大规模工业化生产。特别地，能够给现有的可生物降解的聚合物微粒赋予多孔性，并且能够稳定地生产颗粒尺寸小且颗粒尺寸分布窄的微粒，即具有均匀尺寸的微粒。
附图说明
图1是实施例1中制备的可生物降解的聚合物多孔微粒的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图2是比较例1中制备的可生物降解的聚合物多孔微粒的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图3是示出实施例1中制备的可生物降解的聚合物多孔微粒的颗粒尺寸和分布的图。
图4是示出比较例1中制备的可生物降解的聚合物多孔微粒的颗粒尺寸和分布的图。
图5是根据实施例1使用SPG膜制备多孔微粒的装置的示意图。
图6是实施例1中使用的SPG膜的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图7是向小鼠注射本发明的实施例4中制备的聚合物填充物和比较例2的填充物后用数码单反(Digital Single Lens Reflex，DSLR)相机拍摄的注射部位的照片。
图8是向小鼠注射本发明的实施例4中制备的聚合物填充物和比较例2的填充物后拍摄的注射部位的三维照片。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细的说明。
本发明的具体实施方案中，可生物降解的聚合物微粒可以满足以下特性i)和ii)：
i)球形(spherical)；
ii)粒径为10～200μm。
优选地，所述聚合物微粒的颗粒尺寸小于所使用的注射针的直径，以便可以通过注射注入，并且颗粒的形状实质上为球形，以免给患者带来疼痛，并且不会通过碰触感觉到。一个具体实施方案中，所述可生物降解的聚合物微粒的颗粒尺寸(直径)通常可以为200μm以下，优选具有10μm以上的直径，以免在生物体组织中被巨噬细胞吞噬。优选的具体实施方案中，微粒可以具有10μm至小于100μm的直径，更优选可以具有10～80μm的直径，进一步优选可以具有10～50μm的直径，最优选可以具有20～40μm的直径。
本发明的具体实施方案中，分散相可以进一步包含致孔剂(porogen)以形成多孔微粒。优选的具体实施方案中，溶解在有机溶剂中的致孔剂的浓度可以为1～10重量％的范围。致孔剂的浓度低于1重量％时，无法充分形成孔，致孔剂的浓度高于10重量％时，由于形成的孔过多，多孔微粒自身的物理力变弱，可能会发生细胞渗透到孔中的现象。
优选的具体实施方案中，多孔微粒具有韩国专利申请第2016-0169309号中记载的特性，韩国专利申请第2016-0169309号的全文通过引用作为参考并入本说明书中。例如，多孔微粒可以满足以下特性i)至iv)：
i)球形；
ii)粒径为10～200μm；
iii)孔径为0.1～20μm；
iv)多孔率为10～50％。
一个具体实施方案中，可生物降解的聚合物的多孔微粒的d10大于20μm，d90小于100μm，优选地，d10大于20μm，d90小于60μm，更优选地，d10大于25μm，d90小于40μm，所述d10和d90是粒度分布的标准。
此外，一个具体实施方案中，可生物降解的聚合物的多孔微粒的跨度(span)值应小于1，优选小于0.8，更优选小于0.6，所述跨度值表示颗粒的均匀分布。颗粒的分布度越宽，则跨度值越大，颗粒的分布度越窄，则跨度值越接近于0。跨度值通过下式计算。
Figure BDA0002378696480000051
[D10、D50、D90的定义：对应于颗粒的累积分布中的最大值的10％、50％、90％的尺寸值，表示测量并绘制粒度分布曲线并将该曲线分成10个部分时分别对应于粒度分布曲线的1/10、5/10、9/10的粒径，所述粒度分布曲线按照粒径示出相对累积量。]
根据多孔率，本发明的具体实施方案的多孔微粒相比于相同质量可以具有更大的体积。一个具体实施方案中，所述可生物降解的聚合物的多孔微粒的多孔率可以为5～50％，优选可以为10～50％，更优选可以为10～30％。
本发明中，“多孔率”通过下式获得。
多孔率＝(多孔聚合物微粒的体积-非多孔聚合物微粒的体积)/多孔聚合物微粒的体积×100
本发明的可生物降解的聚合物的多孔微粒的孔尺寸(直径)可以为0.1～20μm，优选可以为0.1～10μm，更优选可以为1～10μm。
本发明的一个具体实施方案的特征在于，通过使用SPG膜乳化法制备可生物降解的聚合物的微粒，特别是多孔微粒。图5中示出根据本发明的实施例通过使用SPG膜制备多孔微粒的装置的示意图，但本发明的范围并不限定于此。
本发明的具体实施方案中，优选地，溶解在有机溶剂中的可生物降解的聚合物的浓度为5～20重量％，优选为10～20重量％，更优选为10～15重量％的范围。可生物降解的聚合物的浓度低于5重量％时，分散相的浓度变低，粘度降低，通过SPG膜时，难以生成具有均匀尺寸的乳液。可生物降解的聚合物的浓度高于20重量％时，分散相的浓度变高，粘度变高，通过SPG膜时，不会形成具有均匀尺寸的乳液，而是会形成线状的聚合物。
本发明的具体实施方案中，SPG膜可以具有10～30μm范围的孔，优选可以具有10～20μm范围的孔，更优选可以具有15～20μm范围的孔。SPG膜的孔尺寸小于10μm时，形成的多孔微粒的平均尺寸小于20μm，因此会被巨噬细胞吞噬。SPG膜的孔尺寸大于30μm时，形成的多孔微粒的平均尺寸大于50μm，因此会发生使注射器的针头堵塞的现象。图6是本发明的实施例中使用的SPG膜的扫描电子显微镜照片，但本发明的范围并不限定于此。
本发明的具体实施方案中，向分散相施加的压力可以为0.1～10kPa，优选可以为1～10kPa，更优选可以为2～7kPa的范围。压力小于0.1kPa时，分散相无法通过SPG膜，因此无法生成乳液，压力大于10kPa时，分散相过快地通过SPG膜，因此不会形成具有均匀尺寸的乳液，而是会形成线状的聚合物。
本发明的具体实施方案中，表面活性剂可以具有0.5～5重量％范围的浓度，优选可以具有0.5～3重量％范围的浓度，更优选可以具有1～3重量％范围的浓度。表面活性剂的浓度低于0.5重量％时，形成的多孔微粒的颗粒尺寸不均匀，表面活性剂的浓度高于5重量％时，制得的多孔微粒的孔尺寸不均匀。一个具体实施方案中，表面活性剂可以使用选自聚乙烯醇、十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate)、聚山梨醇酯、聚乙二醇及它们的组合中的表面活性剂，优选可以使用聚乙烯醇。
本发明的具体实施方案中，连续相可以以100～500rpm范围的速度搅拌，优选可以以100～300rpm范围的速度搅拌，更优选可以以100～250rpm范围的速度搅拌。搅拌速度小于100rpm时，粘在SPG膜上的乳液无法滴落而继续变大，从而会制得平均尺寸大于50μm的多孔微粒。搅拌速度大于500rpm时，粘在SPG膜上的乳液过快地滴落，从而会制得平均尺寸小于20μm的多孔微粒。
优选的具体实施方案中，可以使用如上所述的特定范围的可生物降解的聚合物的浓度、SPG膜的孔尺寸、向分散相施加的压力和连续相中的表面活性剂的浓度中的两种以上的组合，特别是可以使用它们全部的组合，并且还可以使用与连续相的搅拌速度的组合。
本发明的具体实施方案中，可生物降解的聚合物可以是选自聚乳酸、聚乙醇酸、聚二噁烷酮、聚己内酯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚二噁烷酮-己内酯共聚物、聚乳酸-己内酯共聚物、它们的衍生物及它们的共聚物中的一种以上。优选地，可生物降解的聚合物为聚乳酸或聚己内酯，特别优选为聚己内酯。
本发明的具体实施方案中，可生物降解的聚合物的数均分子量(Mn)可以为10000～1000000g/mol。更优选地，可生物降解的聚合物的数均分子量(Mn)可以为10000～100000g/mol的范围。
根据本发明的具体实施方案，以100重量％的聚合物填充物为基准，聚合物填充物中包含的可生物降解的聚合物的多孔微粒的量通常可以为10～50重量％，更具体可以为10～30重量％，并且可以根据所需注射部位的所需体积效果进行调节。
本发明的具体实施方案的聚合物填充物还可以包含一种以上的生物相容性载体。这种载体通常在注射后的1天至6个月以内被体内吸收。
一个具体实施方案中，所述生物相容性载体可以使用选自羧甲基纤维素(Carboxymethyl cellulose)、透明质酸(hyaluronic acid)、葡聚糖(Dextran)、胶原蛋白(Collagen)及它们的组合中的载体。
以100重量％的聚合物填充物为基准，本发明的聚合物填充物中包含的生物相容性载体的量通常可以为50～90重量％，更具体可以为70～90重量％。
除了上述成分之外，所述生物相容性载体中还可以包含通常包含在注射制剂中的添加剂成分，例如甘油等润滑剂、磷酸缓冲液等。
本发明的具体实施方案的聚合物填充物优选可以是注射制剂。本发明的具体实施方案的聚合物填充物的注射制剂可以装在灭菌的注射器或灭菌的小瓶中提供，由于无需进行预处理，使用便利性高，由于在注射后的预定时间内100％生物降解，在生物体组织中不会残留异物，因此安全，并且由于完全不包含源自动物的物质，因此不会引起过敏。
此外，与现有的聚合物产品(例如，聚合物比例为30％)相比，本发明的具体实施方案的聚合物填充物可以用相同量的聚合物实现更大的体积效果，即使载体被吸收也能够保持体积效果。因此，本发明的具体实施方案的聚合物填充物可以优选用于改善皱纹、面部整形或身体整形。
以下，根据实施例对本发明进行更详细的说明。但是，以下实施例仅用于举例说明本发明，而不应解释为本发明的范围受限于这些实施例。
[实施例]
实施例1
作为分散相，将5g的数均分子量为45000的聚己内酯(PCL)和1g的十四烷溶解在100g的二氯甲烷中。将具有15μm的孔的SPG膜(参考图6)组合到SPG膜乳化装置。施加2kPa的氮气压力，将制备的分散相通过SPG膜注入连续相中，所述连续相为2重量％的聚乙烯醇水溶液。此时，以250rpm的速度搅拌聚乙烯醇水溶液，完成注入后继续搅拌24小时(参考图5)。将制备的多孔PCL微粒在500ml的蒸馏水中搅拌2小时以洗去残留的聚乙烯醇，并通过离心机回收微粒，用500ml的乙醇洗涤2小时以去除残留的十四烷和二氯甲烷。将完成洗涤的多孔PCL微粒在真空干燥机中干燥48小时以去除残留的乙醇。
实施例2
作为分散相，将1g的数均分子量为50000的聚己内酯(PCL)和0.2g的十四烷溶解在20g的二氯甲烷中。将具有15μm的孔的SPG膜(参考图6)组合到SPG膜乳化装置。施加2kPa的氮气压力，将制备的分散相通过SPG膜注入连续相中，所述连续相为2重量％的聚乙烯醇水溶液。此时，以250rpm的速度搅拌聚乙烯醇水溶液，完成注入后继续搅拌24小时(参考图5)。将制备的多孔PCL微粒(多孔率：10％)在500ml的蒸馏水中搅拌2小时以洗去残留的聚乙烯醇，并通过离心机回收微粒，用500ml的乙醇洗涤2小时以去除残留的十四烷和二氯甲烷。将完成洗涤的多孔PCL微粒在真空干燥机中干燥48小时以去除残留的乙醇。
实施例3
作为分散相，将1g的数均分子量为50000的聚己内酯(PCL)和0.3g的十四烷溶解在20g的二氯甲烷中。将具有15μm的孔的SPG膜(参考图6)组合到SPG膜乳化装置。施加2kPa的氮气压力，将制备的分散相通过SPG膜注入连续相中，所述连续相为2重量％的聚乙烯醇水溶液。此时，以250rpm的速度搅拌聚乙烯醇水溶液，完成注入后继续搅拌24小时(参考图5)。将制备的多孔PCL微粒(多孔率：20％)在500ml的蒸馏水中搅拌2小时以洗去残留的聚乙烯醇，并通过离心机回收微粒，用500ml的乙醇洗涤2小时以去除残留的十四烷和二氯甲烷。将完成洗涤的多孔PCL微粒在真空干燥机中干燥48小时以去除残留的乙醇。
比较例1
除了使用均质器(Homogenizer)以4000rpm的速度搅拌的同时将分散相快速加入到2重量％的聚乙烯醇水溶液中并搅拌1分钟后以250rpm的速度搅拌24小时之外，通过与实施例1实质上相同的过程制备多孔PCL微粒。
实验例1
通过电子显微镜确认实施例1中获得的PCL多孔微粒和比较例1中获得的PCL多孔微粒的颗粒形状，其结果分别示于图1和图2中。从这些图可以确认，与利用均质器时相比，利用本发明的SPG膜乳化法时，可以获得颗粒尺寸小且颗粒尺寸分布窄的多孔微粒，即具有均匀尺寸的多孔微粒。
实验例2
利用粒度分析仪确认实施例1中获得的PCL多孔微粒和比较例1中获得的PCL多孔微粒的粒度分布，其结果分别示于图3和图4中。可知与比较例1中获得的PCL多孔微粒相比，实施例1中获得的PCL多孔微粒具有显著窄的粒度分布，具有均匀的颗粒尺寸。粒度分布的分析结果示于表1中。
[表1]
D<sub>10</sub> D<sub>50</sub> D<sub>90</sub> C.V.<sup>1)</sup> 跨度
实施例1 25.35μm 30.17μm 37.57μm 22.2％ 0.41
比较例1 14.17μm 31.37μm 63.81μm 50.9％ 1.58
1)变异系数(coefficient of variation，C.V.)：等于标准偏差除以平均值，其是用于测量相对分散程度的尺度，计算出的值越接近0，表示颗粒集中于平均值且分散程度小。
实施例4至实施例6
将所述实施例1至实施例3中分别制备的可生物降解的聚合物的多孔微粒与载体进行混合，分别制备实施例4至实施例6的聚合物填充物制剂，其中所述载体由3重量％的羧甲基纤维素、27重量％的甘油及70重量％的磷酸缓冲液制备。此时，以100重量％的混合物为基准，混合比例为30重量％的多孔微粒和70重量％的载体。
比较例2和比较例3
作为比较例2，购买市售的以PCL为原料的面部用填充物
Figure BDA0002378696480000111
并使用，作为比较例3，购买市售的以聚乳酸(PLA)为原料的面部用填充物
Figure BDA0002378696480000112
并使用。
实验例3
将实施例4至实施例6以及比较例2和比较例3的制剂填充到注射器中，然后在无毛小鼠的背部注射200μl。测量注射部位的尺寸，并以一定时间为周期持续测量尺寸的变化。其结果示于表2中。此外，向小鼠注射实施例4的聚合物填充物和比较例2的聚合物填充物，将在两周期间用数码单反(Digital Single Lens Reflex，DSLR)相机拍摄的注射部位的照片示于图7中，将拍摄的注射部位的三维照片示于图8中。
如表2所示，对于包含本发明的可生物降解的聚合物的多孔微粒的填充物制剂而言，可以确认手术后初期的体积减小显著改善。
[表2]
实施例4 实施例5 实施例6 比较例2 比较例3
手术后立即测得的体积 100％ 100％ 100％ 100％ 100％
3个月后的体积 100％ 100％ 100％ 80％ 60％
6个月后的体积 80％ 80％ 85％ 40％ 20％

Claims (16)

1.一种可生物降解的聚合物微粒的制备方法，包括以下步骤：
1)将可生物降解的聚合物溶解在有机溶剂中以形成分散相；
2)向步骤1)中形成的分散相施加压力，以使分散相通过Shirasu多孔玻璃(SPG)膜的孔，从而在包含表面活性剂的连续相中形成乳液；以及，
3)从步骤2)中形成的乳液中去除有机溶剂以形成微粒。
2.根据权利要求1所述的可生物降解的聚合物微粒的制备方法，其中，所述微粒满足以下特性i)和ii)：
i)球形；
ii)粒径为10～200μm。
3.根据权利要求1所述的可生物降解的聚合物微粒的制备方法，其中，所述分散相进一步包含致孔剂以形成多孔微粒。
4.根据权利要求3所述的可生物降解的聚合物微粒的制备方法，其中，所述多孔微粒满足以下特性i)至iv)：
i)球形；
ii)粒径为10～200μm；
iii)孔径为0.1～20μm；
iv)多孔率为10～50％。
5.根据权利要求1所述的可生物降解的聚合物微粒的制备方法，其中，所述微粒的d10大于20μm，d90小于100μm。
6.根据权利要求1所述的可生物降解的聚合物微粒的制备方法，其中，所述微粒的跨度值小于1。
7.根据权利要求1所述的可生物降解的聚合物微粒的制备方法，其中，所述SPG膜具有10～30μm范围的孔。
8.根据权利要求1所述的可生物降解的聚合物微粒的制备方法，其中，向所述分散相施加的压力为0.1～10kPa的范围。
9.根据权利要求1所述的可生物降解的聚合物微粒的制备方法，其中，所述表面活性剂具有0.5～5重量％范围的浓度。
10.根据权利要求1所述的可生物降解的聚合物微粒的制备方法，其中，溶解在分散相中的可生物降解的聚合物的浓度为5～20重量％的范围。
11.根据权利要求1所述的可生物降解的聚合物微粒的制备方法，其中，以100～500rpm范围的速度搅拌所述连续相。
12.根据权利要求1所述的可生物降解的聚合物微粒的制备方法，其中，所述可生物降解的聚合物为选自聚乳酸、聚乙醇酸、聚二噁烷酮、聚己内酯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚二噁烷酮-己内酯共聚物、聚乳酸-己内酯共聚物、它们的衍生物及它们的共聚物中的一种以上。
13.根据权利要求1所述的可生物降解的聚合物微粒的制备方法，其中，所述可生物降解的聚合物的数均分子量(Mn)为10000～1000000g/mol。
14.一种可生物降解的聚合物微粒，其通过权利要求1至13中任一项所述的方法制备。
15.一种聚合物填充物的制备方法，包括以下步骤：
通过权利要求1至13中任一项所述的方法制备可生物降解的聚合物微粒；以及
将所述可生物降解的聚合物微粒与一种以上的生物相容性载体进行混合。
16.一种聚合物填充物，包含：
权利要求14所述的可生物降解的聚合物微粒；以及
一种以上的生物相容性载体。
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