CN111617314B - 适用作玻璃体替代物的材料和相关的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种包含多嵌段热凝胶聚合物的材料，所述多嵌段热凝胶聚合物包含亲水性聚合物嵌段、热敏性聚合物嵌段和疏水性聚合物嵌段，其中亲水性聚合物嵌段、热敏性聚合物嵌段和疏水性聚合物嵌段通过氨基甲酸酯(urethane)/氨基甲酸酯(carbamate)、碳酸酯、酯键或其组合中的至少一种化学偶联在一起，和其中该材料适用作玻璃体替代物。还提供了制备所述材料的方法和包含所述材料的合成玻璃体或其部分。

Description

适用作玻璃体替代物的材料和相关的方法
技术领域
本发明广泛地涉及适合用作玻璃体(vitredou humour)替代物的材料和相关方法。本发明还涉及合成的玻璃体替代物。
背景技术
玻璃体是占据玻璃体腔的透明凝胶状物质。由98-99wt％的水组成，玻璃体是一种天然的聚合物水凝胶，其主要由胶原纤维和透明质酸构成。除了维持正常的眼眶膨大以定位视网膜外，玻璃体还在代谢物和营养物循环中具有重要的生理功能。老化和玻璃体退化会增加玻璃体的液化，这可能导致玻璃体-视网膜牵引力增加，并导致视力受损，例如视网膜脱落。
在视网膜脱落修复期间，进行玻璃体切除术(从眼中移出玻璃体)以减轻玻璃体牵引力。由于玻璃体不能重新再生，在手术期间和之后空腔必须用替代物填充。理想地，这种替代物在结构和功能上都应与天然玻璃体非常相似。术后，其必须充当内填充剂，以促进分离的神经感觉视网膜重新粘附于下面的视网膜色素上皮。然而，寻找合适的玻璃体替代物仍然具有挑战性。事实上，目前使用的替代物具有一些局限性，并且远非理想的。这在下面进一步阐述。
在当前的临床实践中，所用的材料包括用作术中临时填塞的全氟碳液体，以及分别用于中长期填塞的可膨胀气体和硅油。然而，与它们使用相关存在许多缺点，如表1所示。例如，气态替代物在手术后数周(由于浮力的作用)需要面朝下放置，并且患者无法乘飞机旅行。硅油替代物需要进行其他切除手术，可能会导致并发症，包括眼压升高、暂时性视力丧失、白内障形成和长期视网膜毒性。
表1.目前玻璃体填塞局限性的概述
尽管已经提出和测试了许多材料，但是理想的玻璃替代物仍然难以捉摸。
尽管聚合物水凝胶(例如当前可获得的水凝胶)(包括明胶、聚(1-乙烯基-2-吡咯烷酮)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺(PAA)、四臂聚(乙二醇)(四-PEG))、交接的透明质酸或自组装肽凝胶是潜在的玻璃体替代品，因为它们类似于天然的玻璃体，但都存在一些局限性使其无法用作玻璃体填塞物。它们的局限性包括：(i)通过小口径针头注射后，预制的聚合物水凝胶无法保持其拉伸强度；(ii)快速的可生物降解性(即短的停留时间)，可防止在视网膜泪液周围形成脉络膜-视网膜粘连，以及(iii)生物相容性差，导致严重的眼内炎症和长期毒性。通常，尚未评估或已经发现缺乏它们在整个视网膜断裂上施加足够的表面张力的能力，例如，一些可商购的水凝胶已经表明它们倾向于在视网膜撕裂下漂移，从而导致视网膜重新分离。
鉴于上述情况，需要解决或至少改善上述问题。特别地，需要适合用作玻璃替代物的材料，制备该材料的方法和合成玻璃体，其解决或至少改善了上述问题。
发明内容
在一个方面，提供了一种包含多嵌段热凝胶聚合物的材料，所述多嵌段热凝胶聚合物包含亲水性聚合物嵌段、热敏性聚合物嵌段和疏水性聚合物嵌段，其中亲水性聚合物嵌段、热敏性聚合物嵌段和疏水性聚合物嵌段通过氨基甲酸酯(尤其是氨基甲酸乙酯，urethane)/氨基甲酸酯(carbamate)、碳酸酯、酯键或其组合中的至少一种化学偶联在一起，和其中该材料适用作玻璃体替代物。
在一个实施方案中，亲水性聚合物嵌段和热敏性聚合物嵌段各自包含聚(亚烷基二醇)。
在一个实施方案中，亲水性聚合物嵌段的聚(亚烷基二醇)与热敏性聚合物嵌段的聚(亚烷基二醇)不同。
在一个实施方案中，亲水性聚合物嵌段包含聚(乙二醇)和热敏性聚合物嵌段包含聚(丙二醇)。
在一个实施方案中，疏水性聚合物嵌段包含聚酯。
在一个实施方案中，疏水性聚合物嵌段包含聚(己内酯)。
在一个实施方案中，亲水性聚合物嵌段与热敏性聚合物嵌段的摩尔比为1:1至10:1。
在一个实施方案中，疏水性聚合物嵌段为多嵌段热凝胶聚合物1wt％至10wt％的量。
在一个实施方案中，该材料包含在水性介质中1％至30％w/v的多嵌段热凝胶聚合物。
在一个实施方案中，该材料具有超过60wt％的高水含量。
在一个实施方案中，该材料具有7.1-7.7的pH值。
在一个实施方案中，该材料在20℃至30℃范围的温度下是可流动状态和在36℃至40℃范围的温度下是不可流动的凝胶状态。
在一个实施方案中，该材料基本上是透明的。
在一个实施方案中，该材料具有落入1.20-1.48范围的折射率。
在一个实施方案中，该生物材料基本上不含金属。
在一个方面，提供了制备本文公开的材料的方法，该方法包括：将一种或多种亲水性聚合物、一种或多种热敏感性聚合物和一种或多种疏水性聚合物偶联在一起使得亲水性聚合物嵌段、热敏性聚合物嵌段和疏水性聚合物嵌段通过氨基甲酸酯(urethane)/氨基甲酸酯(carbamate)、碳酸酯、酯键或其组合中的至少一种化学偶联在一起以形成多嵌段聚合物。
在一个实施方案中，将一种或多种亲水性嵌段、一种或多种热敏感性嵌段和一种或多种疏水性嵌段以1-10:1:0.01-1.5的摩尔比混合。
在一个实施方案中，混合步骤在70-150℃的高温下进行。
在一个实施方案中，混合步骤进行至少12小时。
在一个实施方案中，偶联步骤在偶联剂的存在下进行并且所述偶联剂包含含有至少两个异氰酸酯官能团的异氰酸酯单体。
在一个实施方案中，偶联剂为选自六亚甲基二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯、亚十二烷基二异氰酸酯、亚苄基-2,4-二异氰酸酯和亚苄基-2,6-二异氰酸酯的二异氰酸酯。
在一个实施方案中，偶联步骤在无水溶剂的存在下进行，所述无水溶剂选自甲苯、苯和二甲苯。
在一个实施方案中，偶联步骤在锡催化剂的存在下进行，该锡催化剂选自烷基锡化合物、芳基锡化合物和二烷基锡二酯。
在一个实施方案中，该方法进一步包括：除去多嵌段聚合物的污染物；和将多嵌段聚合物溶解在水性介质中以形成多嵌段热凝胶聚合物。
在一个方面，提供了包含本文中公开的材料的合成玻璃体或其部件。
定义
术语“生物材料”广义上是指经过设计可与生物体系相互作用的物质，无论是作为单独体系还是作为复杂体系的一部分。生物材料均可用于医疗目的，例如治疗性的(治疗、增强、修复或替代身体的组织功能)或诊断性的。生物材料可以是天然的或合成的，活的或无生命的，并且可以由多种组分制成。
当在本文中用来描述物体时，术语“基本上透明”应被广义地解释为意指垂直于物体表面的入射光的50％或更多可以透射穿过物体。在一些实例中，基本上透光的物体允许垂直于物体表面的入射光的60％或更多，65％或更多，70％或更多，80％或更多，85％或更多，90％或更多或95％或更多透过。在一个实例中，基本上对光透明的物体允许垂直于物体表面的入射光的70％以上被透射。
除非另有说明，否则本说明书中所使用的术语“偶联”或“连接”旨在涵盖直接连接或通过一种或多种中间方式进行连接。
当提及两个要素时，本文使用的术语“与...关联”是指两个要素之间的广泛关系。该关系包括但不限于物理、化学或生物学关系。例如，当要素A与要素B关联时，要素A和B可以直接或间接彼此连接，或者要素A可以含有要素B，或反之亦然。
当提及两个要素时，本文使用的术语“邻近”是指一个要素与另一要素非常接近，并且可以是但不限于彼此接触的要素，或者可以进一步包括由一种或多种在它们之间布置的其他要素分离的要素。
术语“和/或”，例如“X和/或Y”被理解为是指“X和Y”或“X或Y”，并且应该为两种含义或任一含义提供明确的支持。
此外，在本文的说明书中，词语“基本上”每当使用时应理解为包括但不限于“全部”或“完全”等。另外，术语例如“包含”、“包括”等在使用时旨在是非限制性的描述性语言，因为除了未明确叙述的其他组分之外，它们广泛地包括在这些术语之后叙述的要素/组分。例如，当使用“包含”时，对“一个”特征的引用也旨在是对该特征的“至少一种”的引用。在适当的上下文中，诸如“由……组成(consisting)”，“由……组成(consist)”之类的术语可以被认为是诸如“包含”、“包括”之类的术语的子集。因此，在本文所公开的使用诸如“包含”、“包括”等术语的实施方案中，应当理解的是，这些实施方案提供了针对诸如使用“由……组成(consisting)”，“由……组成(consist)”等术语的相应实施方案的教导。此外，术语“约”、“大约”等在使用时通常表示合理的变化，例如所公开值的+/-5％的变化，或所公开值的4％的变化，或公开值的3％的变化，公开值的2％的变化或公开值的1％的变化。
此外，在本文的描述中，可以在一定范围内公开某些值。显示范围端点的值旨在说明优选范围。只要描述了一个范围，就意在该范围覆盖并教导所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。也就是说，范围的端点不应解释为不灵活的限制。例如，对1％至5％的范围的描述旨在具有1％至2％，1％至3％，1％至4％，2％至3％等具体公开的子范围，以及在该范围内的各个值，例如1％，2％，3％，4％和5％。以上具体公开内容的意图适用于范围的任何深度/宽度。
另外，当描述一些实施方案时，本发明可能已经公开了作为步骤的特定顺序的方法和/或工艺。然而，除非另有要求，否则将认识到，该方法或工艺不应限于所公开的步骤的特定顺序。步骤的其他顺序是可能的。本文公开的步骤的特定顺序不应被解释为不适当的限制。除非另有要求，否则本文公开的方法和/或工艺不应限于以书面顺序执行的步骤。步骤的顺序可以改变，并且仍然在本发明的范围内。
此外，应当理解尽管本发明提供了具有本文讨论的特征或特性的一个或多个的实施方案，但是这些特征/特性的一个或多个也可以在其他替代实施方案中放弃，并且本发明对此类放弃以及这些相关的替代实施方案提供支持。
实施方案的描述
以下公开了适合用作玻璃体替代物的材料的示例性非限制性的实施方案，制备该材料的方法，合成玻璃体和相关的方法。
提供了一种包含多嵌段聚合物的材料。该材料可以是生物材料。在各种实施方案中，该材料包括可生物降解的水基生物材料。有利地，在各种实施方案中，该材料可以适合于和/或满足用作玻璃体替代物/替代品、仿生/合成玻璃体、和/或填塞剂，以及用于治疗眼疾的方法的临床要求。例如，该材料可以用作手术辅助剂以治疗眼科疾病并替代眼睛的玻璃体。在各种实施方案中，该材料克服或至少改善了一个或多个如上所述的常规预制水凝胶的固有问题。
在各种实施方案中，多嵌段聚合物为多嵌段共聚物。在一些实施方案中,该多嵌段聚合物是三组分多嵌段聚合物。例如，多嵌段聚合物可以具有三个不同的聚合物嵌段或由三个不同的聚合物嵌段组成。在一些实施方案中，多嵌段共聚物包含多于三个聚合物嵌段。该多嵌段聚合物可以是热敏感性、热凝胶和/或热可逆的聚合物。在各种实施方案中，多嵌段聚合物起到用作玻璃体替代物水凝胶的作用。
在各种实施方案中，多嵌段聚合物为不交联或非交联/未交联/不可交联的聚合物。有利地，在各种实施方案中，本文公开的材料/聚合物/凝胶的制备/形成不需要使用任何另外的交联剂。通过诸如使用天然来源的聚(羟基丁酸酯)(PHB)的那些的已知方法无法获得这种有利效果。将理解的是，在这样已知的方法中，开环合成在热力学上是挑战性的并且是分子不可接近的。
在各种实施方案中，材料或多嵌段聚合物是无定型态/非晶态。这与通过使用例如聚(羟基丁酸酯)的已知方法合成的聚合物(其由于结晶作用而包含物理交联)相反。
在各种实施方案中，多嵌段聚合物包含亲水性聚合物嵌段、热敏性聚合物嵌段和疏水性聚合物嵌段。该多嵌段聚合物可具有以下结构顺序A-B-C的至少一个单元，其中A包含亲水性聚合物嵌段，B包含热敏性聚合物嵌段和C包含疏水性聚合物嵌段。可以理解，在一些实施方案中，A、B和C的位置可以在它们之间互换。在各种实施方案中，多嵌段聚合物可包括多个亲水性聚合物嵌段、多个热敏性聚合物嵌段和/或多个疏水性聚合物嵌段。在各种实施方案中，多嵌段共聚物包含超过3个聚合物嵌段。该嵌段可以在聚合物内随机分布/排列。
在各种实施方案中，亲水性聚合物嵌段、热敏性聚合物嵌段和疏水性聚合物嵌段通过氨基甲酸酯/氨基甲酸酯、碳酸酯、酯键或它们的组合中的至少一种化学偶联在一起。例如，亲水性聚合物嵌段、热敏性聚合物嵌段和疏水性聚合物嵌段的每一个通过氨基甲酸酯/氨基甲酸酯、碳酸酯、酯键或它们的组合中的至少一种连接至它们各自邻近的嵌段上。
在各种实施方案中，亲水性聚合物嵌段和热敏性聚合物嵌段各自包含聚(亚烷基二醇)。在各种实施方案中，亲水性聚合物嵌段的聚(亚烷基二醇)与热敏性聚合物嵌段的聚(亚烷基二醇)不同。例如，亲水性聚合物嵌段可以包含聚(乙二醇)，而热敏性聚合物嵌段可以包含聚(丙二醇)。
在各种实施方案中，疏水性聚合物嵌段包含聚酯，例如聚(己内酯)(例如聚(ε-己内酯))。有利地，在各种实施方案中，聚己内酯(PCL)的使用实现了在本发明的聚合物的合成中的灵活性。例如，在本发明的多嵌段聚合物的合成中使用聚己内酯允许在PCL的初始聚合步骤期间掺入具有羟基把手/官能度的分子。
在各种实施方案中，亲水性聚合物嵌段与热敏性聚合物嵌段的摩尔比为约1:1至约10:1。亲水性聚合物嵌段与热敏性聚合物嵌段的摩尔比可以为约1:1，约2:1，约3:1，约4:1，约5:1，约6:1，约7:1，约8:1，约9:1或约10:1。在各种实施方案中，疏水性聚合物嵌段为多嵌段聚合物约1wt％至约10wt％的量/浓度。疏水性聚合物嵌段可以为多嵌段聚合物约1wt％，约2wt％，约3wt％，约4wt％，约5wt％，约6wt％，约7wt％，约8wt％，约9wt％或约10wt％的量/浓度。在一些实施方案中，多嵌段聚合物含有约1wt％的聚(己内酯)。在各种实施方案中，在聚合物中亲水性嵌段与热敏感性嵌段与疏水性嵌段的摩尔比为约1-10:约1:约0.01-1.5的范围。
在各种实施方案中，该材料包含/基本上由以下组成/由以下组成：本文公开的多嵌段聚合物和水/水性介质/水性缓冲剂。因此，该材料可以作为组合物或制剂存在。在各种实施方案中，该材料在水性介质中包含约1％至约30％w/v的多嵌段热凝胶聚合物。水性介质可以是平衡盐溶液。在各种实施方案中，平衡盐溶液是具有生理pH和等渗盐浓度的溶液。在各种实施方案中，平衡盐溶液包含钠盐，钾盐，钙盐和镁盐的至少一种，例如氯化钙、氯化钾、氯化镁、乙酸钠、柠檬酸钠和氯化钠。在各种实施方案中，该材料在水/水性溶液/缓冲溶液中包含高达约30％w/v的聚合物，或在水/水性溶液/缓冲溶液中约1％w/v，约2％w/v，约3％w/v，约4％w/v，约5％w/v，约6％w/v，约7％w/v，约8％w/v，约9％w/v，约10％w/v，约11％w/v，约12％w/v，约13％w/v，约14％w/v，约15％w/v，约16％w/v，约17％w/v，约18％w/v，约19％w/v，约20％w/v，约21％w/v，约22％w/v，约23％w/v，约24％w/v，约25％w/v，约26％w/v，约27％w/v，约28％w/v，约29％w/v或约30％w/v的聚合物。在各种实施方案中，该材料在水/水性溶液/缓冲溶液中包含高达约30wt％的聚合物，或在水/水性溶液/缓冲溶液中包含约1wt％，约2wt％，约3wt％，约4wt％，约5wt％，约6wt％，约7wt％，约8wt％，约9wt％，约10wt％，约11wt％，约12wt％，约13wt％，约14wt％，约15wt％，约16wt％，约17wt％，约18wt％，约19wt％，约20wt％，约21wt％，约22wt％，约23wt％，约24wt％，约25wt％，约26wt％，约27wt％，约28wt％，约29wt％或约30wt％的聚合物。在一些实施方案中，该材料具有约7至约10％分子量的比浓度。有利地，据信在根据本文公开的各种实施方案中控制聚合物的比浓度获得了对细胞具有低毒性(通常，如果比浓度极低，毒性将是一个问题)和在眼睛中高眼内压低风险(如果比浓度过高，通常会发生高眼内压的风险)的热凝胶。
该材料可以具有超过以重量计约60％，约65％，约70％，约75％，约80％，约85％，约90％，约95％，约96％，约97％，约98％或约99％的高水含量。因此，该材料可以是基于水的聚合物。
在各种实施方案中，该组合物的pH值基本上类似于生理pH值，其范围为约pH 7.1至约pH 7.7，约pH 7.2至约pH 7.6，约pH 7.3至约pH 7.5或约pH 7.4。
在各种实施方案中，该材料的临界胶凝温度/热可逆溶胶-凝胶转变温度/从液体/可流动状态转变为不可流动/凝胶状的状态的温度不小于约33℃，不小于约34℃，不小于约35℃，不小于约36℃，不小于约36.5℃，不小于约37℃，不小于约37.5℃，不小于约38℃，不小于约38.5℃，不小于约39.0℃，不小于约39.5℃，不小于约40℃，最高达约40℃或与人体活体温度大致相似的温度，约36.5℃至约37.5℃，或约37℃。例如，该材料在环境室温下(例如约20℃至约30℃)可以处于液体/可流动状态，和/或在人体的活体温度下(例如约36℃至约40℃)处于不可流动/凝胶状的状态。因此，在一些实施方案中，该材料在落入20℃至30℃的温度范围内处于可流动状态，并且在落入36℃至40℃的温度范围内处于不可流动的凝胶状。有利地，在各种实施方案中，该材料可作为25℃(约1Pa·s的粘度)的液体和在约37℃(约8Pa·s至约110Pa·s的粘度范围)的凝胶输送。甚至更有利地，可以通过以液体形式注射将材料引入眼中以在眼中形成凝胶用以代替手术后的玻璃体。也就是说，在各种实施方案中，在注射时可以是液体的材料可以在例如37℃下快速形成与眼内腔接触的凝胶以保持眼的形状，并且提供内部填塞效果。
在各种实施方案中，在约30℃至约40℃的温度下，该材料的临界凝胶浓度高达约30wt％，约1wt％，约2wt％，约3wt％，约4wt％，约5wt％，约6wt％，约7wt％，约8wt％，约9wt％，约10wt％，约11wt％，约12wt％，约13wt％，约14wt％，约15wt％，约16wt％，约17wt％，约18wt％，约19wt％，约20wt％，约21wt％，约22wt％，约23wt％，约24wt％，约25wt％，约26wt％，约27wt％，约28wt％，约29wt％或约30wt％。
在一些实施方案中，从液体/可流动状态到凝胶状状态的转化是可逆的，例如通过施加外力将凝胶状状态转变回液体/可流动状态。例如，在各种实施方案中，凝胶可以变形为液态，在去除外力后，凝胶即刻由其转变回原来的状态。有利地，这允许通过窄孔针不费力地快速注射，同时保持其结构和拉伸强度，而不损害粘度或表面张力性能，并且允许在注射后原位重新形成凝胶。
在各种实施方案中，该材料基本上是透明的和/或表现出高度的光学清晰度和/或折射率基本上类似于天然玻璃体的折射率(例如在体温下)，例如约1.20至约1.48，约1.21至约1.47，约1.22至约1.46，约1.23至约1.45，约1.24至约1.44，约1.25至约1.43，约1.26至约1.42，约1.27至约1.41，约1.28至约1.40，约1.29至约1.39，约1.30至约1.38，约1.31至约1.37，约1.32至约1.36，约1.33至约1.35，约1.339至大约1.349，约1.338至大约1.348，约1.337至大约1.347，约1.336至大约1.346，约1.335至大约1.345，或约1.334至大约1.344。有利地，这确保良好的术后即时视野
在一些实施方案中，该材料基本上不含全氟碳液体(PFCL)和/或可膨胀气体和/或硅油。在一些实施方案中，该材料基本上不含未反应的聚合物和/或有机溶剂和/或金属。
在各种实施方案中，该材料或多嵌段聚合物均基本不含重金属。例如，该材料或多嵌段聚合物可能基本上不含锑和/或砷和/或镉和/或钴和/或铜和/或铅和/或锂和/或汞和/或镍和/或钒。
在各种实施方案中，该材料或多嵌段聚合物基本上不含溶剂污染物。例如，该材料或多嵌段聚合物可以基本上不含苯和/或四氯化碳和/或1,2-二氯乙烷和/或1,1-二氯乙烯和/或1,1,1-三氯乙烷和/或乙腈和/或氯苯和/或氯仿和/或环己烷和/或1,2-二氯乙烯和/或二氯甲烷和/或1,2-二甲氧基乙烷和/或N,N-二甲基乙酰胺和/或N,N-二甲基甲酰胺和/或1,4-二烷和/或2-乙氧基乙醇和/或乙二醇和/或甲酰胺和/或己烷和/或甲醇和/或2-甲氧基乙醇和/或甲基丁基酮和/或甲基环己烷和/或N-甲基吡咯烷酮和/或硝基甲烷和/或吡啶和/或环丁砜和/或四氢呋喃和/或四氢化萘和/或甲苯和/或1,1,2-三氯乙烯和/或二甲苯(间-，对-，邻-异构体)和/或乙酸和/或丙酮和/或苯甲醚和/或1-丁醇和/或2-丁醇和/或乙酸丁酯和/或叔丁基甲基醚和/或枯烯和/或二甲基亚砜和/或乙醇和/或乙酸乙酯和/或乙醚和/或甲酸乙酯和/或甲酸和/或庚烷和/或乙酸异丁酯和/或乙酸异丙酯和/或乙酸甲酯和/或3-甲基-1-丁醇和/或甲基乙基酮和/或甲基异丁基酮和/或2-甲基-1-丙醇和/或戊烷和/或1-戊醇和/或1-丙醇和/或2-丙醇和/或乙酸丙酯。
在各种实施方案中，整个多嵌段聚合物或聚合物或材料中至少一种或多种嵌段是可生物降解的和/或可以自然分解。在一些实例中，所有的聚合物嵌段都是可生物降解的。有利地，在各种实施方案中，由于该材料或多嵌段聚合物是可生物降解的，当在手术中将其作为玻璃体替代物插入患者体内时，患者不需要第二次手术来去除该材料或多嵌段聚合物。
在各种实施方案中，该材料具有短的停留时间和/或能够在约6个月内，约5个月内，约4个月内，约3个月内或约2个月内在动物体内自然降解。在一些实施方案中，该材料具有短的停留时间和/或能够在约2个月至约6个月的时间段内在动物体内自然降解。
在各种实施方案中，该材料是生物相容的和/或无毒的和/或不会在动物或人的体内，特别是在动物或人的眼睛中引起炎症或不良的免疫反应。
该材料可以能够在动物或人体中保留至少约1个月，至少约2个月，至少约3个月，至少约4个月，至少约5个月，至少约6个月或高达约6个月的同时保持其所需的机械/光学性能。在一些实施方案中，只要材料/多嵌段聚合物或组合物保留在动物或人体中，该材料/多嵌段聚合物或组合物就能保持其所需的机械/光学性能。
在各种实施方案中，即使在承受三个数量级以上的应力(例如，应力大小在至少约101Pa，至少约102Pa或至少约103Pa范围内)之后，该材料也能够保持其拉伸强度/机械可行性。在一些实例中，在通过具有至少约20，至少约21，至少约22，至少约23，至少约24，至少约25，至少约26，至少约27，至少约28，至少约29，至少约30或大于约30的规格尺寸的小口径针注射后，该材料在高应变下不会宏观塌陷/剪切。
在各种实施方案中，该材料能够在整个视网膜断裂处施加表面张力，例如约25mN/m至约275mN/m，约30mN/m至约270mN/m，约35mN/m至约265mN/m，约40mN/m至约260mN/m，约45mN/m至约255mN/m，约50mN/m至约250mN/m，约55mN/m至约245mN/m，约60mN/m至约240mN/m，约65mN/m至约235mN/m，约70mN/m至约230mN/m，约75mN/m至约225mN/m，约80mN/m至约220mN/m，约85mN/m至约215mN/m，约90mN/m至约210mN/m，约95mN/m至约205mN/m，约100mN/m至约200mN/m，约110mN/m至约190mN/m，约120mN/m至约180mN/m，约130mN/m至约170mN/m，约140mN/m至约160mN/m或约150mN/m以当该材料用作玻璃体替代物时，足以提供必要的支持以减轻和/或防止视网膜脱落。
在各种实施方案中，该材料在环境室温下(例如，约20℃至约30℃)的粘度不超过约5Pa·s和/或在人活体温度下(例如，约36℃至约40℃)的粘度为约5Pa·s至约120Pa·s。在一些实施方案中，该材料在约20℃至约40℃的温度范围内的粘度为约1Pa.s至约1000Pa.s，约10Pa.s至约990Pa.s，约20Pa.s至约980Pa.s，约30Pa.s至约970Pa.s，约40Pa.s至约960Pa.s，约50Pa.s至约950Pa.s，约60Pa.s至约940Pa.s，约70Pa.s至约930Pa.s，约80Pa.s至约920Pa.s，约90Pa.s至约910Pa.s，约100Pa.s至约900Pa.s，约200Pa.s至约800Pa.s，约300Pa.s至约700Pa.s，约400Pa.s至约600Pa.s，或约500Pa.s。
在各种实施方案中，该材料在环境室温下(例如约20℃至约30℃)的电导率为约7mS/cm至约13mS/cm，约8mS/cm至约12mS/cm，约9mS/cm至约11mS/cm，或约10mS/cm，和/或在人活体体温度下(例如约36℃至约40℃)的电导率为约10mS/cm至约15mS/cm，从约11mS/cm至约14mS/cm，或从约12mS/cm至约13mS/cm。
还提供了制备本文公开的材料的方法，该方法包括：将一种或多种亲水性聚合物、一种或多种热敏感性聚合物和一种或多种疏水性聚合物偶联在一起使得亲水性聚合物嵌段、热敏性聚合物嵌段和疏水性聚合物嵌段通过氨基甲酸酯/氨基甲酸酯、碳酸酯、酯键或其组合的至少一种化学偶联在一起以形成多嵌段聚合物。
在各种实施方案中，偶联步骤包括：将一种或多种亲水性聚合物、一种或多种热敏感性聚合物和一种或多种疏水性聚合物与偶联剂在金属催化剂和合适的溶剂的存在下混合以形成包含亲水性聚合物嵌段、热敏性聚合物嵌段、和疏水性聚合物嵌段的多嵌段聚合物，其中亲水性聚合物嵌段、热敏性聚合物嵌段和疏水性聚合物嵌段通过氨基甲酸酯/氨基甲酸酯、碳酸酯、酯键或其组合的至少一种化学偶联在一起。
在各种实施方案中，用于制备该材料或多嵌段聚合物的原料为医用级原料。
在各种实施方案中，一种或多种亲水性嵌段、一种或多种热敏感性嵌段和一种或多种疏水性嵌段以约1-10:1:0.01-1.5的摩尔比混合。例如，亲水性嵌段与热敏感性嵌段的摩尔比可以为约1:1，约2:1，约3:1，约4:1，约5:1，约6:1，约7:1，约8:1，约9:1或约10:1。热敏感性嵌段与疏水性嵌段的摩尔比可以为约1:0.01、约1:0.02、约1:0.03、约1:0.04、约1:0.05、约1:0.06、约1:0.07、约1:0.08、约1:0.09、约1:0.1、约1:0.2、约1:0.3、约1:0.4、约1:0.5、约1:0.6、约1:0.7、约1:0.8、约1:0.9、约1:1、约1:1.1、约1:1.2、约1:1.3、约1:1.4、或约1:1.5。有利地，在各种实施方案中，本文公开的聚合物嵌段的特定摩尔比赋予整体多嵌段聚合物或材料生物相容性的整体性质。
在一些实施方案中，所添加的偶联剂的量等于组合物中反应性基团的数量。
在各种实施方案中，偶联和/或混合步骤在升高的温度下进行，即约70℃至约150℃，约72℃至约148℃,约74℃至约146℃，约76℃至约144℃，约78℃至约142℃，约80℃至约140℃，约82℃至约138℃，约84℃至约136℃，约86℃至约134℃，约88℃至约132℃，约90℃至约130℃，约92℃至约128℃，约94℃至约126℃，或约96℃至约124℃，约98℃至约122℃，约100℃至约120℃，约102℃至约118℃，约104℃至约116℃，约106℃至约114℃，约108℃至约112℃，或约110℃。
在各种实施方案中，偶联和/或混合步骤进行至少约12小时，至少约14小时，至少约16小时，至少约18小时，至少约20小时，至少约22小时，至少约24小时，至少约26小时，至少约28小时，至少约30小时，至少约32小时，至少约34小时，至少约36小时，至少约38小时，至少约40小时，至少约42小时，至少约44小时，至少约46小时或至少约48小时。
在各种实施方案中，偶联和/或混合步骤在不含空气和/或水/水分下和/或在惰性气体例如氮气的存在下进行。
在各种实施方案中，偶联剂包含含有至少两个(两个或更多个)异氰酸酯官能团的异氰酸酯单体。偶联剂可以是选自六亚甲基二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯、亚十二烷基二异氰酸酯、亚苄基-2,4-二异氰酸酯和亚苄基-2,6-二异氰酸酯的二异氰酸酯。
在各种实施方案中，溶剂包含无水溶剂，其选自甲苯、苯和二甲苯。
在各种实施方案中，金属催化剂包含锡催化剂，其选自烷基锡化合物、芳基锡化合物和二烷基锡二酯，例如二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、二辛酸二丁基锡和二硬脂酸二丁基锡。
在各种实施方案中，该方法进一步包括：
在各种实施方案中，移除多嵌段聚合物的污染物/从嵌段聚合物中移除污染物；和将多嵌段聚合物溶解在水性介质中以形成多嵌段热凝胶聚合物。移除多嵌段聚合物的污染物/从嵌段聚合物中移除污染物的步骤可以包括纯化和/或洗涤多嵌段聚合物。将多嵌段聚合物溶解在水性介质中的步骤可以包括将聚合物(即最终聚合物粉末)再溶解在平衡盐溶液中(BSS)。在各种实施方案中，BSS是基于水的。
在各种实施方案中，移除多嵌段聚合物的污染物/从嵌段聚合物中移除污染物的步骤包括渗析以除去未反应的反应物、溶剂和催化剂(例如广泛渗析以除去未反应的PEG、溶剂和金属催化剂等)。
该方法还可以进一步包括：例如通过高压灭菌方法或技术对材料进行灭菌。
还提供了包含本文公开的材料的合成玻璃体或其部件。
还提供了一种仿生/合成玻璃体/填塞剂，其包含本文公开的以可流动/可注射的组合物/制剂形式的材料，其适用作玻璃体替代物。
还提供了本文公开的材料、聚合物或可流动/可注射的组合物/制剂或用于药物的包含所述聚合物/组合物/制剂的仿生/合成玻璃体/填塞剂。
还提供了本文公开的材料、聚合物或可流动/可注射的组合物/制剂或仿生/合成玻璃体/填塞剂，其用于眼内药物递送、眼干细胞移植、用于预防(prevention)/预防(prophylaxis)复发性视网膜脱落，例如由于增生性玻璃体视网膜病变或用于预防或治疗眼科疾病/眼部退化如视网膜脱落、玻璃体出血、视网膜前膜和黄斑裂孔。
还提供了本文公开的材料、聚合物或可流动/可注射的组合物/制剂或仿生/合成玻璃体/填塞剂在制造用于眼内药物递送，干细胞移植的药物中的用途，或在制造用于预防(prevention)/预防(prophylaxis)复发性视网膜脱落，例如由于增生性玻璃体视网膜病变或用于预防或治疗眼科疾病/眼部退化如视网膜脱落、玻璃体出血、视网膜前膜和黄斑裂孔的药物中的用途。
还提供了预防或治疗眼科疾病/眼部退化如视网膜脱落、玻璃体出血、视网膜前膜和黄斑裂孔的方法，该方法包括给有需要的患者施用/注射/灌注/递送治疗有效量的本文所公开的材料、聚合物或可流动/可注射的组合物/制剂或仿生/合成玻璃体/填塞剂。
还提供了治疗眼科疾病/眼部退化的方法，该方法包括给有需要的主体/患者施用/注射/灌注/递送治疗有效量的本文所公开的材料、聚合物或可流动/可注射的组合物/制剂或仿生/合成玻璃体/填塞剂，其中所述组合物/聚合物能够驻留在眼睛中并为视网膜提供支撑直到治疗完成。有利地，在各种实施方案中，由于该材料或多嵌段聚合物能够良好注射，因此在外科手术期间(例如玻璃体切除术以治疗眼睛的眼科疾病)使用该材料或多嵌段聚合物相对容易，并且通过小口径针头(23-25G)注入后，基本上没有剪切。甚至更有利地，使用该材料或多嵌段聚合物能够提供良好的即时术后视觉，因为它提供了光学清晰度，并且具有与天然产生的/天然玻璃体相似的折射率。
在各种实施方案中，本文公开的预防或治疗眼科疾病/眼部退化的方法没有使用气体浮力来支撑视网膜，和/或没有随后由眼移除材料、聚合物或可流动/可注射的组合物/制剂或仿生/合成玻璃体/填塞剂的部分，和/或随后使患者/主体面朝下放置的步骤。有利地，在各种实施方案中，因为使用该材料或多嵌段聚合物作为玻璃体替代物不依赖于浮力以支撑视网膜，因此术后无需笨拙地面朝下放置患者。
在各种实施方案中，本文公开的材料或多嵌段聚合物具有一个或多个以下性能：(1)在体温(37℃)下良好的透明度；(2)由于水分含量高(>90％)，因此折射率为1.339至1.344(类似于天然玻璃体-1.337)；(3)可以在25℃处于溶胶-凝胶转变状态时轻松注射，并在37℃下在玻璃体腔内迅速原位形成凝胶；(4)具有足够的表面张力和溶胀反作用力，以产生足够的表面张力，以桥接视网膜断裂部位，并通过施加溶胀反作用力帮助脱离的视网膜重新沉积(即类似于硅油，这是用于长期填塞临床的黄金标准)，并无需术后面朝下放置；(5)在正常眼内压，维持晶状体透明性以及正常视网膜结构和功能的兔玻璃体切除模型中，生物相容性长达6个月；(6)在非人类灵长类动物模型中，在视网膜修复手术后能够维持视网膜附着；(7)充当玻璃体体内修复的可生物降解的支架，其省去了二次切除手术的需要。
附图说明
图1是用于阐明根据本文公开的示例性实施方案的聚合物在视网膜脱落的临床修复中作为玻璃体替代物的应用的示意图100。
图2是显示从对根据本文公开的各种实施方案设计的示例性水凝胶进行的振荡应力扫描测量实验获得的结果的图。
图3是显示了在不同温度和聚合物浓度下根据本文公开的各种实施方案设计的示例性水凝胶的粘度变化的图。符号(■)至(◆)表示在平衡盐溶液(BSS)中EPC聚合物的不同浓度，范围为7wt％至2wt％。EPC代表PEG-PPG-PCL三嵌段聚合物。对于EPC样品，PEG：PPG的比为4:1和PCL的浓度为聚合物的1wt％。符号(○)表示EPE，其代表PEG-PPG-PEG三嵌段聚合物。
图4是根据本文公开的各种实施方案设计的示例性水凝胶的质量损失(以％计)的变化的图，其在平衡盐溶液(BSS)中pH为7.4和37℃下测量。叉子(×)表示EPC3％，方块(■)表示EPC7％，三角(▲)表示EPC12％。
图5是显示分别在24℃和37℃的特定温度下测量的在水中具有3％(w/v)，5％(w/v)和7％(w/v)凝胶的热凝胶溶液的表面张力的图。在热凝胶溶液中，PEG:PPG的比例为4:1和PCL的浓度为聚合物的1wt％。
图6是显示了在剪切速率＝1.25s-1和温度升温速率＝3℃/min下测量的不同温度下在水中具有3％(w/v)，5％(w/v)和7％(w/v)凝胶的热凝胶溶液的粘度的变化的图。在热凝胶水溶液中，PEG:PPG的比为4:1和PCL的浓度为聚合物的1wt％。
图7是显示了分别在24℃和37℃的特定温度下，在pH调整后(7.2-7.3)分别测量的在水中具有3％(w/v)，5％(w/v)和7％(w/v)凝胶的热凝胶溶液的导电率的图。Endosol缓冲液的pH为7.6。在热凝胶溶液中，PEG:PPG的比为4:1和PCL的浓度为聚合物的1wt％。
图8是显示了稀释的凝胶溶液的细胞活力(％)的图。用于体外研究的凝胶溶液为在水中5％(w/v)的PEG/PPG/PCL共聚物凝胶，在水中5％(w/v)的PEG/PPG/PHB共聚物凝胶和在水中20％(w/v)的PEG/PPG共聚物凝胶。凝胶溶液用BBS溶液稀释，稀释比分别为1:1、1:2、1:4、1:10和1:20。
图9是显示了显示在手术28天后热凝胶，即PEG/PPG/PCL共聚物(1)，PEG/PPG/PHB共聚物(2)和PEG/PPG共聚物(3)获得的眼内压(IOP)测量结果的图。BBS用作对照(4)。
图10显示了在裂隙灯评价期间用未调节pH的水凝胶注入的兔眼拍摄的照片。照片在手术后1天、7天和14天拍摄。白色箭头指出眼底图像上的视网膜脱落。
图11显示了注射正常BSS、未调节pH的PVA、调节pH的热凝胶和未调节pH的热凝胶的兔眼的光谱域光学相干断层扫描(SD-OCT)图像(白色箭头表示视网膜坏死区域)。该图像在手术后1个月拍摄。
图12显示了用正常BSS、PEG/PPG/PCL聚合物、PEG/PPG/PHB共聚物注入的兔眼的光谱域光学相干断层扫描(SD-OCT)图像和组织学。
图13显示了注射了PEG/PPG/PCL共聚物以及未操作对照的兔眼的暗视和明视视网膜电图。在手术后第28天、第56天和第72天记录视网膜电图。
图14是用于阐明证明根据本文公开的各种实施方案设计的聚合物的生物相容性/无毒性的实验装置的示意流程图200。
图15A、15B和15C为在应变＝1％，频率＝1Hz和温度升温速率＝3℃/min时测量的具有3-12wt％浓度范围的EPC热凝胶溶液的温度梯度。在热凝胶水溶液中，PEG:PPG的比为4:1和PCL的浓度为聚合物的1wt％。G'和G”的交叉点为溶胶-凝胶转变出现的点。
图15D是显示了在振荡温度扫描实验中确定的溶液的复数粘度的图。为了清楚起见，y轴以对数刻度放置。使用可商购的有机硅油(1300，Bausch&Lomb，USA)作为对照。
图15E是显示了在特定温度下使用DuNouy环用张力计进行的溶液的表面张力的图。
图15F是显示了溶液的溶胀反作用力(N)的图，如在10至50℃的温度范围内展示的扫描实验确定。
图16显示了分别在25和37℃下由0.1-100％应变下具有3wt％、7wt％和12wt％浓度的热凝胶溶液的应变幅度扫描。
图17显示了分别在25和37℃下由0.1-100Hz下具有3wt％、7wt％和12wt％浓度的热凝胶溶液的频率扫描。
图18显示了在术后第7天对植入了不同水凝胶的兔子进行实时体内成像期间捕获的光谱域光学相干断层扫描(SD-OCT)图像。比例尺表示B4，C4，D4和E4的200μm。
图19显示了EPC凝胶植入后3个月时兔的体内成像和离体视网膜分析。比例尺表示A3、B3、D3中的200μm。比例尺表示A4，B4，D4，A5，B5和D5中的50μm。
图20显示了视网膜电图(ERG)对兔视网膜的功能评价。兔眼植入7wt％的EPC，并在1个月(本文中称为“1M”)，2个月(本文中称为“2M”)和3个月(本文中称为“3M”)进行监测。
图21显示了植入EPC热凝胶后的眼内压(IOP)。(A)兔子的眼内压追踪。将所有组中的数据绘制为平均值±s.e.m。(B)IOP在两个NHP中进行跟进。
图22A显示了视网膜脱落手术后拍摄的眼科图像。图像A1至A6是在视网膜脱落手术后3个月拍摄的。图像B1至B6是在视网膜脱落手术后12个月拍摄的。
图22B(1)显示了EPC-7％凝胶填充眼的图案ERG。图22B(2)显示了对EPC-7％填充眼的黄斑的H&E分析。图22B(3-1)和22B(3-2)显示了黄斑结构的概况，比例尺＝50μm。
图23显示了视网膜脱落手术后视网膜的自发荧光图像和SD-OCT图像(白色箭头指出了密封的视网膜切开术部位)。
图24显示了EPC重新形成的类玻璃体(A)的蛋白质组图，植入了7％EPC凝胶，植入后三个月的兔眼大体解剖：观察到与天然玻璃体(B)稠度相似的类玻璃体。
图25显示了术后3个月EPC 7％热凝胶的质谱(MS)分析。(A)天然玻璃体(B)用EPC-7％聚合物作为阳性对照掺入天然玻璃体。(C)术后3个月从手术对照组玻璃体腔取样的液体。(D)在术后3个月来自填充EPC-7％的玻璃体腔的玻璃状体样品，表明不存在可检测的EPC-7％的聚合物。
图26显示了术后2个月和3个月来自兔眼的EPC-7％重新形成的玻璃状体样品的1HNMR光谱(在CDCl3中，25℃下)(A)纯的EPC-7％热凝胶充当对照，峰“a至d”指出存在所有PCL、PEG、PPG链段和异氰酸酯基团。(B)在术后两个月时EPC-7％玻璃状体，表明EPC凝胶仍然存在，如通过存在所有热凝胶链段所示(即PCL、PEG、PPG和异氰酸酯基团)。(C)在术后三个月时EPC-7％玻璃状体，表明完全未检测到EPC7％凝胶(如通过不存在对应于“a、b、c或d”的任何峰所示)。*溶剂杂质(丙酮)。
图27显示了基于天然蛋白、EPC重组蛋白和BSS对照蛋白质组中无标签定量(LFQ)强度从最高到最低排名的蛋白质丰度的比较。插图代表根据蛋白质强度在每组中排名前10位的蛋白质。
图28显示了与天然玻璃体和手术对照相比，EPC重新形成的玻璃状体中已知玻璃体结构组分的表达的热图。
具体实施方式
实施例
通过下面的实施例、表格以及如果适用的话，结合附图，将更好地理解本发明的示例性实施方式，并且对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行与结构和化学变化有关的其他修改。示例性的实施方案不一定相互排斥，因为一些实施方案可以与一个或多个实施方案组合以形成新的示例性实施方案。示例性的实施方案不应被解释为限制本发明的范围。
实施例1:聚合物的设计和应用
根据本文公开的各种实施方案设计的示例性聚合物的化学结构在方案1中显示。该聚合物是三组分多嵌段热凝胶聚合物，其由亲水性聚(乙二醇)(PEG)、热敏感性聚(丙二醇)(PPG)和疏水性可生物降解的聚酯(例如但不限于经由氨基甲酸酯键连接在一起的可生物降解的聚(ε-己内酯)(PCL)链段)组成。
方案1.示例性聚合物的化学结构和聚合步骤
聚合物的合成
制备根据本文公开的多种实施方案的聚合物的一般步骤包括：将一种或多种亲水性聚合物、一种或多种疏水性聚合物和一种或多种热敏感性聚合物与偶联剂(在以下实施例中，使用1,6-二异氰酸酯基己烷)在金属催化剂(在以下实施例中，使用二月桂酸二丁基锡)和合适的溶剂(在以下实施例中，使用甲苯)的存在下混合，如在方案1中所示。
制备根据本文中公开的各个实施方案设计的聚合物的实例如下更详细地描述。
使用1,6-二异氰酸酯基己烷作为偶联剂由PEG、PPG和PCL-二醇合成聚(PEG/PPG/PCL氨基甲酸酯)。所添加的1,6-二异氰酸酯基己烷的量等于溶液中反应性羟基基团。通常，将0.25g PCL-二醇(Mn＝2040,1.23×10-4mol)，5g PEG(Mn＝1890,2.65×10-3mol)和5gPPG(Mn＝1880,2.66×10-3mol)在250-mL两口烧瓶中于50℃在高真空下干燥过夜。然后，向烧瓶中加入200mL无水1,2-甲苯，并通过共沸蒸馏除去体系中的任何痕量水，烧瓶中仅残留40mL甲苯。当将烧瓶冷却至75℃时，依次加入0.912g 1,6-二异氰酸基己烷(5.43×10-3mol)和两滴二月桂酸二丁基锡(～8×10-3g)。将反应混合物在氮气氛下在60-110℃下搅拌24-48小时。从二乙基醚中沉淀出所得的共聚物，并且通过再溶解于氯仿中进一步纯化，然后在甲醇和二乙基醚的混合物中沉淀。分离和纯化后，收率为85％。
有利地，根据本文公开的各种实施方案设计的聚合物在37℃下与眼内腔接触时迅速形成凝胶。甚至更有利地，当本文公开的聚合物的实施方案在眼睛内部(或在玻璃体腔内)凝胶化时，可以将聚合物引入眼玻璃体腔中，以用作用于治疗眼科疾病并替代玻璃体的手术辅助剂。因此，本文公开的聚合物的实施方案可用作保持眼睛形状的玻璃体替代物，并提供内部的填塞效果。它们可以用作玻璃体切除术的玻璃体替代物，以治疗眼科眼科疾病，例如但不限于视网膜脱落、玻璃体出血、视网膜前膜、黄斑裂孔和干细胞移植。另外，聚合物的实施方案能够在生物降解之前保持在眼中长期的时间(即3-6个月)。此外，聚合物的实施方案是透明的并且具有与玻璃体相同的折射率。本文公开的聚合物的实施方案能够为视网膜提供物理支撑，并充当内部填塞物。
重要地，如将在以下实施例中所示，本文公开的聚合物/凝胶的实施方案客服了现有技术中常规预制水凝胶的固有问题。
聚合物作为玻璃体替代物的应用
图1是用于阐明根据本文公开的示例性实施方案的聚合物在视网膜脱落的临床修复中作为玻璃体替代物的应用的示意图100。
图1的(A1)显示了伴有视网膜撕裂的视网膜脱落。玻璃体附着在引起牵引力的视网膜撕裂的前唇上。天然玻璃体由附图标记102表示。图1的(A2)显示了玻璃体切除术(玻璃体切除)。图1的(A3)显示了气体-流体交换之后视网膜泪液周围的眼内激光。填充空气的玻璃体腔通过附图标记104指出。图1的(A4)显示了在眼中注射热凝胶106以提供内部填塞。图1的(A5)显示热凝胶106支撑视网膜并且允许脉络膜视-网膜粘附发生在视网膜激光部位。图1的(A6)显示了在生物降解后热凝胶被玻璃状体108替代。
将凝胶作为液体(通过注射)引入眼内，然后在平坦部玻璃体切割术去除残留的玻璃体以及视网膜牵引带后，使其在玻璃体腔内凝胶化。视网膜通过常规方式重新连接。玻璃流体最初将被空气(流体空气交换)代替，然后注入凝胶。这些凝胶是可生物降解的，并且因此不需要二次手术将其在手术后期去除。由于凝胶的稠度及其柔软性，它们为视网膜结构提供了温和的支撑，并防止了流体、细胞的积聚和随后的膜形成，这在使用硅油或其他液体材料时经常会见到(由于这些材料和视网膜之间留有死角)。
实施例2:聚合物开发和表征
开发并表征了根据本文公开的各种实施方案设计的水凝胶。从表征研究获得的结果提供如下。
i)振荡应力扫描测量
在根据本文公开的各种实施方案设计的示例性水凝胶上进行了振荡应力扫描测量实验，并且结果在图2中提供。如所示的，水凝胶的机械活力(viability)可以维持在3个数量级的应力之上。
ii)粘度与温度和聚合物浓度的关系
图3显示了具有变化的温度和聚合物浓度的根据本文公开的各种实施方案设计的示例性的水凝胶的粘度的变化。如所示的，粘度可以通过(1)变化各个组分比率或(2)改变溶液中聚合物浓度调节。
iii)在pH 7.4和37℃下测量的水凝胶的质量损失(％)(在BSS中)
图4显示了根据本文公开的各种实施方案设计的示例性水凝胶的质量损失(以％计)的变化，在平衡盐溶液(BSS)中在pH 7.4和37℃下测量。降解时间可以变化以适应任何特定的临床应用。例如，水凝胶可以设计和开发为短期、中期或长期视网膜脱落(RD)修复的填塞。
iv)热凝胶溶液的表面张力
在水中具有3％(w/v)，5％(w/v)和7％(w/v)凝胶的热凝胶溶液的表面张力分别用装配有DuNouy环的张力计分别在24℃和37℃的特定温度下测量。在热凝胶溶液中，PEG:PPG的比为4:1，和PCL的浓度为聚合物的1wt％。结果在图5中示出。
v)粘度温度斜坡
图6显示了在剪切速率＝1.25s-1和温度升温速率＝3℃/min下测量的不同温度下在水中具有3％(w/v)，5％(w/v)和7％(w/v)凝胶的热凝胶溶液的粘度的变化。在热凝胶水溶液中，PEG:PPG的比为4:1，和PCL的浓度为聚合物的1wt％。
如所示的，在37℃下3％(w/v)热凝胶溶液的粘度为8.3Pa.s，在37℃下5％(w/v)热凝胶溶液的粘度为38.8Pa.s，和在37℃下7％(w/v)热凝胶溶液的粘度为107Pa.s。
vi)热凝胶溶液的导电性
在水中具有3％(w/v)，5％(w/v)和7％(w/v)凝胶的热凝胶溶液的导电性分别在调整pH(7.2-7.3)之后，分别在24℃和37℃的特定温度下测量。Endosol缓冲液的pH为7.6。在热凝胶溶液中，PEG:PPG的比为4:1，和PCL的浓度为聚合物的1wt％。结果示于图7。
vii)温度斜坡
在水中具有3％(w/v)，5％(w/v)和7％(w/v)凝胶的热凝胶溶液的温度依赖性在应变＝1％，频率＝1Hz和温度升温速率＝3℃/min时测量。在热凝胶水溶液中，PEG:PPG的比为4:1，和PCL的浓度为聚合物的1wt％。
对于3％(w/v)聚合物，模量交叉模为约3.018Pa，温度为约27.7℃和在37℃下G'为8.2Pa。对于5％(w/v)聚合物，模量交叉模为约11.64Pa，温度为约18.8℃和在37℃下G'为184Pa。对于7％(w/v)聚合物，模量交叉模为约14.79Pa，温度为约16.3℃和在37℃下G'为448Pa。如可以看出，在37℃下在溶液中增加聚合物的浓度导致更高的凝胶储能模量。
viii)应变幅度扫描
应变幅度扫描实验分别在25℃和37℃的特定温度下在水中具有3％(w/v),5％(w/v)和7％(w/v)的凝胶的热凝胶溶液中进行。在热凝胶水溶液中，PEG:PPG的比为4:1，和PCL的浓度为聚合物的1wt％。
即使在10％-100％的大振幅振荡中，不同浓度的热凝胶溶液也不受应变变化的影响，因此表明根据本文公开的各个实施方案设计的水凝胶是稳定的凝胶，而在高应变下无宏观塌陷。
ix)频率扫描
频率扫描实验分别在25℃和37℃的特定温度下在水中具有3％(w/v),5％(w/v)和7％(w/v)的凝胶的热凝胶溶液中进行。在热凝胶水溶液中，PEG:PPG的比为4:1，和PCL的浓度为聚合物的1wt％。
x)使用电感耦合等离子体质谱仪的元素分析
将10wt％的聚合物样品送入PSB Pte.Ltd.用于电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析。将样品溶解在水中，随后使用ICP-MS进行元素分析。表2显示了提供的ICP-MS结果。
表2. 10wt％聚合物的元素分析结果
a方法检测限为0.0001ppm(1μg/g＝1ppm).
b在整个药品公司中每天摄入量不超过10克的药品所允许的元素浓度极限
注意：参考FDA Q3D工业元素杂质指南，选择可浸出测试的元素进行肠胃外评估。
结果表明在根据本文公开的各种实施方案开发的聚合物中缺乏重金属。
xi)有机残留溶剂测试
将10wt％的聚合物样品送入PSB Pte.Ltd.用于有机残留溶剂测试。将约1克样品密封在20毫升玻璃小瓶中，并在90℃下加热20分钟，然后通过带有火焰电离检测器(GC-FID)的顶空-气相色谱仪进行分析。表3显示了/>提供的GC-FID结果。
表3. 10wt％聚合物的分析结果
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*残留溶剂(级别1，级别2和级别3)是基于USP 467有机溶剂残留物。
a方法检测极限为2ppm(1μg/g＝1ppm)。
b方法检测极限为5ppm(1μg/g＝1ppm)。
c方法检测极限为10ppm(1μg/g＝1ppm)。
结果表明在根据本文公开的各种实施方案开发的聚合物中缺乏溶剂污染物。
实施例3:聚合物的生物相容性
进行体外和体内研究以评价根据本文公开的各个实施方案设计的聚合物的生物相容性。如将在以下实施例中所示，水凝胶是生物相容性的(在眼中)，并且因此适用于眼科使用。
i)体外研究：在ARPE-19细胞上的细胞活力测试
将稀释的凝胶溶液施加于96孔板上的融合视网膜色素上皮ARPE-19细胞(人细胞系)中，并培育24小时。细胞活力通过MTT测定法进行。简而言之，在MTT测定之前，用新鲜培养基代替培养物。将10μl MTT溶液(5mg/ml)加入到每个孔中，并在37℃下培育4小时。除去MTT溶液后，在每个孔中加入100μlDMSO以溶解甲臜晶体。将该板在室温下保持黑暗10分钟，然后使用分光光度计在570nm处读取吸光度。用于体外研究的凝胶溶液为(1)在水中5％(w/v)的PEG/PPG/PCL共聚物凝胶(2)在水中5％(w/v)的PEG/PPG/PHB共聚物凝胶和(3)在水中20％(w/v)的PEG/PPG共聚物凝胶。凝胶溶液用BSS溶液稀释，稀释比分别为1:1、1:2、1:4、1:10和1:20。结果在图8中显示。
如所示的，凝胶组之间的细胞活力没有差异。所有组中的平均比率为80.87±12.61％。
ii)体内研究
对于体内研究，使用了22只白化兔。玻璃体切除术和(0.5-1.0ml)热凝胶被注入实验眼睛。玻璃体切除术和填充平衡盐溶液(BSS)的眼睛作为对照。进行了三个月的后续体内研究，其包括进行成像，如裂隙灯，光谱域光学相干断层扫描(SD-OCT)，彩色眼底；和功能测试，如视网膜电图(ERG)和眼内压(IOP)。
(a)眼内压(IOP)测量
用于IOP测量的热凝胶为(1)PEG/PPG/PCL共聚物(2)PEG/PPG/PHB共聚物和(3)PEG/PPG。BSS被用作对照。在28天内进行了测量，结果如图9所示。
如所示的，IOP测量保持在正常范围(8.4-13.9mm Hg之间)。平均值为11.2±2.6mmHg。
(b)无pH调整的水凝胶生物相容性：
图10中提供了在裂隙灯评估过程中在兔子上拍摄的图像。其显示了术后一周后发生视网膜脱落。
术后第1天:
·没有炎症迹象
·热凝胶光学透明
·眼底附在视网膜上，术后第一天。
术后第7天:
·视网膜自发脱落(图10中的白色箭头指示)。
术后第14天:
·视网膜脱落扩大(图10中的白色箭头指示)
(c)pH调整的水凝胶的生物相容性(pH 7.2-7.4)
术后一个月时的SD-OCT
图11提供了手术后1个月拍摄的兔眼的光谱域光学相干断层扫描(SD-OCT)图像。图12提供了SD-OCT图像和组织学。
SD-OCT图像显示正常反射带，涉及BSS对照和热凝胶填充眼中的视网膜层。苏木精和曙红染色(H&E染色)后，组织学显示正常的视网膜结构。
暗视网膜电图(ERG)
兔眼的暗视网膜电图在图13中提供。术后视网膜电图(ERG)上观察到b波减少，直到3个月才缓慢恢复。玻璃体切除术并且用热凝胶替换后3个月兔子的暗视和明视ERG波形，并用热凝胶替代，显示出正常的视网膜结构和视网膜功能。
实施例4:EPC热凝胶的生物相容性的证明
图14用于阐明证明根据本文公开的各种实施方案设计的聚合物的生物相容性/无毒性的实验装置的示意流程图200。在步骤202，在温度从25℃改变到37℃时发生溶胶-凝胶转变。处于溶胶状态210的聚合物在37℃下迅速形成热凝胶212，在冷却至25℃时其可转变回到其原始状态210。在步骤204，将热凝胶212施加到视网膜色素上皮(RPE)细胞上，并对所述细胞214进行细胞活力测试。在步骤206，在玻璃体切割手术期间将热凝胶212注射到兔眼216中。在步骤208，对兔眼进行至少6个月的术后随访。
EPC热凝胶
在以下实施例4、5和6中，开发的共聚物热凝胶由经由氨基甲酸酯键连接在一起的亲水PEG、热敏感性聚(丙二醇)(PPG)和疏水性可生物降解的聚(ε-己内酯)(PCL)组成(本文称为“EPC”)。PEG:PPG的比为4:1和PCL的浓度为EPC聚合物的1wt％。
EPC热凝胶的流变特性
通过流变学分析表征了不同浓度的热凝胶(3wt％，7wt％，12wt％)的溶胶-凝胶转变特性。
如图15A至15C所示，存储和损耗模量(G'和G”)是在10℃至70℃测定的。在3％至12wt％的EPC浓度范围内，胶凝温度从27.7℃降至12.3℃。
在振荡温度扫描实验中确定溶液的复数粘度(图15D)。在凝胶状态下，EPC热凝胶的复数粘度高于硅油的复数粘度。
溶液的表面张力是使用DuNouy环在特定温度下使用张力计进行的(图15E)。EPC-12％对于测试而言太粘。数据代表10-30个数据点的平均值±SD。使用学生的t-测试进行统计分析：#p<0.05，相比于24℃下的Endosol缓冲液。*p<0.05，相比于37℃下的Endosol缓冲液。
在10至50℃的温度下，显示了通过扫描实验测定的溶液的膨胀反作用力(N)(图15F)。溶胀反作用力通常随温度而增加，在37℃时EPC12％(2.031N)>EPC 7％(0.843N)>EPC3％(-0.066N)，硅油(-0.023N)。
还进行了振荡频率扫描和振荡幅度扫描实验(图16和图17)。图16显示了分别在25和37℃从0.1至100％应变下浓度为3wt％、7wt％和12wt％的热凝胶溶液的应变幅度扫描。图17显示了分别在25和37℃下从0.1到100Hz浓度为3wt％、7wt％和12wt％的热凝胶溶液的频率扫描。
EPC热凝胶的体内生物相容性
EPC热凝胶的体内生物相容性已在新西兰白兔(NZW)中使用眼科手术模型中得到证实。在NZW兔中进行了23规范核-玻璃体切除术，并向25只眼注射了溶胶态EPC热凝胶。在玻璃体-视网膜手术期间，观察到所有EPC热凝胶都在玻璃体内原位形成凝胶。这些兔子术后进行了长达6个月的随访，以发现潜在的并发症。
在填充凝胶的眼睛中，检查时，可见透明的角膜和晶状体，以及正常的视网膜外观和正常的眼内压(IOP)。另外，苏木精和曙红(H&E)染色后保留正常的视网膜结构。
图18显示了术后第7天植入不同水凝胶的兔子的实时体内图像。裂隙灯图片显示前房的炎症微不足道(见B1至E1栏)，无白内障形成(见B2至E2栏)，以及玻璃体腔内有光学透明的水凝胶。视盘和视网膜血管结构看起来正常(参见B3至E3栏)。白线表示拍摄SD-OCT图像的位置(距离该视盘1-2个视盘距离)。如在SD-OCT图像中观察到，植入了全部三种浓度(3wt％、7wt％和12wt％)的EPC水凝胶的兔子具有正常的视网膜结构(请参见D4，E4栏)。
图19显示了EPC凝胶植入后3个月时兔子的体内成像和离体视网膜分析。在第一栏(A1，B1和D1)中，未手术兔子、手术BSS对照和EPC 7％热凝胶的裂隙灯图像未显示明显的炎症和白内障形成。在第二栏(A2，B2和D2)中，眼底图像显示所有组中正常视盘外观和血管形态。在第三栏(A3，B3和D3)中，所有三个组均获得了正常的光学相干断层扫描(OCT)图像。苏木精和曙红(H&E)组织学分析在所有3个组中进行，其是正常的，如第4栏(A4，B4和D4)所示。
通过视网膜电图(ERG)进行视网膜的体内功能评估，其显示1个月时暗视b波轻度丢失和明视30Hz闪烁响应，和到3个月时完全恢复，并维持6个月(图20)。植入EPC-7％凝胶的兔眼，在1个月时暗视b波振幅和30Hz闪烁ERG振幅仅出现轻度损失，但在3个月时与正常相比完全恢复。
实施例5:作为填塞剂的适用性和有效性的确认
作为内部填塞剂的适用性和有效性在外科非人类灵长类动物(NHP)视网膜脱落模型中得到证实。
简而言之，在2个NHP中诱导视网膜脱落，然后进行视网膜脱落修复，并向玻璃体腔中完全注满凝胶(约1.5至2.0ml)。
图21提供了植入EPC热凝胶后的眼内压(IOP)。图21A显示了兔子的IOP随访情况。非手术兔眼的平均IOP为14.3±1.8mmHg(范围为10.6至16.4mmHg)。植入3％和7％EPC热凝胶的兔子的平均IOP在正常范围内(13.5±2.6mmHg，范围从7.6至18mmHg)。图21B显示了两个NHP中的IOP随访情况。两个EPC-7％植入眼的IOP均维持在正常范围内(范围为12至17mmHg)。
非人类灵长类动物(NHP)外科手术视网膜脱落模型表明EPC-7％热凝胶是有效的内填塞剂。如图22A所示，在视网膜脱落术后3个月(参见图A1至A6)和12个月(参见图B1至B6)拍摄眼科图像。EPC-7％充满眼的彩色眼底图像显示透明的玻璃体，附着的视网膜以及在医源性视网膜泪液周围形成脉络膜-视网膜粘连(由A1和B1中的白色箭头指示)。荧光素血管造影图像显示正常的视网膜脉管系统而无任何渗漏(注射荧光素后30秒内拍摄A2和B2，而10分钟后拍摄A3和B3)。自发荧光图像(使用SLO在视网膜色素上皮(RPE)水平上将脂褐素自发荧光成像为蓝色激光)显示正常视网膜围绕视网膜泪液的激光区域(用白色箭头表示，在A4和B4)。在视网膜撕裂部位获得的SD-OCT扫描(在A4和B4中用白线表示)证明足够的脉络膜视网膜粘连，并且在3个月(A5)和12个月(B5)是周围平坦的视网膜(重新附着)。黄斑的SD-OCT扫描(在A4和B4中用白线表示)显示在3个月(A6)和12个月(B6)时的正常中央凹轮廓和视网膜结构。术后1个月，全视野ERG显示了轻度视锥而不是视杆功能障碍，在3个月时基本恢复，在12个月时完全恢复。在图22B(1)中，在12个月时，与基线时相比，ERP-7％凝胶填充的眼睛中模式ERG显示正常波形，与正常的黄斑功能一致。在图22B(2)中，与图22B(3-2)所示的对照相比，EPC-7％填充的眼的黄斑的H&E分析(图22B(3-1)是正常的。图22B(3-1)和图22B(3-2)中的插入物显示了黄斑结构的概述，比例尺＝50μm。
图23A显示，术后1个月视网膜平坦，水凝胶完整。图23B中的SD-OCT图像确认视网膜已重新附着。
术后三个月，玻璃体腔保持光学透明。没有证据表明前段发炎或白内障形成。重要的是，IOP保持在12-17mmHg的正常范围内(图21B)。此外，视网膜在12个月时仍保持附着状态，这是在没有严格俯卧位的情况下实现的，其在NHP中无法执行。这证明了目前公开的凝胶通过表面张力和溶胀反作用力而作为有效的内部填塞物的功能的能力，而无需像气体或油那样依赖浮力。
在3个月和12个月时，对黄斑的实时体内OCT成像显示视网膜结构正常，视网膜切开处愈合。术后1个月，在ERG上，尽管全视野ERG出现轻度的视锥和视杆功能障碍，但3个月时出现了明显的恢复，而12个月时完全恢复了。模式ERG在12个月时显示正常波形，与正常黄斑功能相符。苏木精和曙红(H&E)染色组织的组织学分析显示，与对照组相比，凝胶填充的眼睛具有正常的黄斑结构。
实施例6:EPC热凝胶的可生物降解性的证明
在手术后3个月解剖去核的兔眼球后，形成了类似玻璃体，其稠度让人联想到天然玻璃体(图24)。为了显示该凝胶在3个月内不再存在，与其可生物降解性相一致，在3个月时，该凝胶聚合物不再通过质谱(MS)分析(图25)或核磁共振(NMR)(图26)检测到。
进行了基于质谱的蛋白质组学分析，以表征这种玻璃体状材料。在天然玻璃体中鉴定出的1177种蛋白质中，在植入后6个月的凝胶诱导的类玻璃体中也鉴定出924种蛋白质，表明它们之间具有高度的相似性。
图27提供了基于天然、EPC重组和BSS对照蛋白质组的无标记定量(LFQ)强度从最高到最低排名的蛋白质丰度的比较。仅显示了三个重复样本中可靠定量的蛋白质。插图代表根据蛋白质丰度在每组中排名前10位的蛋白质。
图28提供了一个热图，显示了与天然玻璃体和手术对照相比EPC重整的类玻璃体中已知玻璃体结构组分的表达。
本领域技术人员将认识到，在不脱离如广泛描述的本公开内容的精神或范围的情况下，可以对本文公开的实施方案进行其他变化和/或修改。例如，在本文的说明书中，不同示例性实施方案的特征可以跨不同示例性实施方案中混合、组合、互换、并入、采用、修改、包括等。因此，本实施方案在所有方面都应被认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种包含多嵌段热凝胶聚合物的玻璃体替代物材料，所述多嵌段热凝胶聚合物由聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)和聚己内酯(PCL)组成，
其中PEG、PPG和PCL通过至少一个氨基甲酸酯键化学偶联在一起，
其中PEG对PPG的摩尔比为2：1至6：1，
其中PCL衍生自PCL-二醇。
2.权利要求1的材料，其中PEG对PPG的摩尔比为4：1。
3.权利要求1的材料，其中PCL为多嵌段热凝胶聚合物的1wt％至10wt％的量。
4.权利要求1的材料，其中所述材料包含在水性介质中1％至30％w/v的多嵌段热凝胶聚合物。
5.权利要求1的材料，其中所述材料具有超过60wt％的高水含量。
6.权利要求1的材料，其中所述材料具有7.1-7.7的pH值。
7.权利要求1的材料，其中所述材料在20℃至30℃范围的温度下是可流动状态和在36℃至40℃范围的温度下是不可流动的凝胶状态。
8.权利要求1的材料，其中所述材料基本上是透明的。
9.权利要求1的材料，其中所述材料具有1.20-1.48范围的折射率。
10.权利要求1的材料，其中所述材料基本上不含金属。
11.制备权利要求1-10任一项的玻璃体替代物材料的方法，该方法包括：
将PEG、PPG以及PCL偶联在一起使得PEG、PPG和PCL通过至少一个氨基甲酸酯键化学偶联在一起以形成多嵌段聚合物。
12.根据权利要求11的方法，其中所述PEG、PPG以及PCL以2-6:1:0.01-1.5的摩尔比混合。
13.根据权利要求12的方法，其中混合步骤在70-150℃的高温下进行。
14.根据权利要求12的方法，其中混合步骤进行至少12小时。
15.根据权利要求11的方法，其中偶联步骤在偶联剂的存在下进行并且所述偶联剂包含含有至少两个异氰酸酯官能团的异氰酸酯单体。
16.根据权利要求15的方法，其中所述偶联剂为选自六亚甲基二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯、亚十二烷基二异氰酸酯、亚苄基-2,4-二异氰酸酯和亚苄基-2,6-二异氰酸酯的二异氰酸酯。
17.根据权利要求11的方法，其中偶联步骤在无水溶剂的存在下进行，所述无水溶剂选自甲苯、苯和二甲苯。
18.根据权利要求11的方法，其中偶联步骤在锡催化剂的存在下进行，所述锡催化剂选自烷基锡化合物、芳基锡化合物和二烷基锡二酯。
19.根据权利要求11的方法，该方法进一步包括
除去多嵌段聚合物的污染物；和
将多嵌段聚合物溶解在水性介质中以形成多嵌段热凝胶聚合物。
20.合成玻璃体或其部件，包含权利要求1-10任一项的材料。
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