CN1304423A - 聚乙二醇－聚原酸酯、聚乙二醇－聚原酸酯－聚乙二醇、及聚原酸酯－聚乙二醇－聚原酸酯嵌段共聚物 - Google Patents

聚乙二醇－聚原酸酯、聚乙二醇－聚原酸酯－聚乙二醇、及聚原酸酯－聚乙二醇－聚原酸酯嵌段共聚物 Download PDF

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Abstract

PEG－POE,PEG－POE－PEG,和POE－PEG－POE嵌段共聚物具有亲水和憎水两种链段,它们在水溶液中形成胶粒,使它们适于包裹或溶解憎水或不溶于水物质,同时它们还形成用于持续释放活性制剂的生物蚀解性基质,当POE链段含有至少一单元具有一个α－羟基酸时尤其如此。

Description

聚乙二醇-聚原酸酯、聚乙二醇-聚原酸酯-聚乙二醇、及 聚原酸酯-聚乙二醇-聚原酸酯嵌段共聚物
发明背景
发明领域
本发明与聚(乙二醇)-聚(原酸酯)，聚(乙二醇)-聚(原酸酯)-聚(乙二醇)，和聚(原酸酯)-聚(乙二醇)-聚(原酸酯)嵌段共聚物有关。
发明背景
1．靶向肿瘤的微胶粒体系
癌症治疗中的一个主要问题，是难于使肿瘤中的抗癌药物达到足够的浓度，这是由于此类药物具有较大毒性，有时是剧毒，严重限制了它们的用量。然而，在癌症化学疗法中有一个重要发现，称之为EPR(增强渗透和保持)效应。EPR效应是基于这样的观测结果，对于肿瘤脉管系统来说，由于是新形成的脉管系统，具有未完全形成的上皮，大分子较易通过，相比之下，大分子基本不能通过较老的脉管系统。另一方面，肿瘤中的淋巴引流功能很弱，有利于输送到肿瘤中的抗癌药物的保持。
EPR效应可应用于对癌的靶向作用，通过采用这样一种含有抗癌药物的给药系统，使之对于普通脉管系统来说太大而不能通过，但对于肿瘤脉管系统来说足够小而可以通过。目前已有了两种方法，一种方法是采用一种水溶性聚合物，所含抗癌药物通过可水解的不稳定化学键连接在聚合物上。将这种药物-聚合物构成的复合物通过静脉注射，积聚于肿瘤中，在那里通过细胞内吞作用被细胞内化，并且通过酶裂解作用，分裂连接药物和聚合物的不稳定化学键，使药物在细胞中的溶酶体部位释放。这种方法的两个缺点是：第一，使用了不可降解的水溶性聚合物，而这需要对聚合物进行麻烦的分级，以使聚合物的分子量低于肾排放限度。第二，药物必须与聚合物进行化学连接，实际上形成了一种新药物结构，随之而来的是必须克服药性调整障碍。聚合物的复合物在癌症诊断和治疗中的应用在R.Duncan等所著《聚合物的复合物在诊断和治疗癌症中的作用》(“The role of polymer conjugatesin the diagnosis and treatment of cancer”),S.T.P.PharmaSciences,6(4),237-263(1996)中有详细讨论。而在A1-Shamkhani等的美国专利No.5,622,718中，给出了一个藻酸盐-生物活性制剂复合物的实例。
另外一种方法前面已叙述过。在这一方法中，制备了一种AB或ABA嵌段共聚物，其中B链段是憎水的而A链段是亲水的。当这种材料放入水中时，它将自己组合成亲水外壳包裹憎水内核的微胶粒。这种微胶粒的直径约为100nm，将其进行静脉注射，微胶粒不能离开普通脉管系统，但其又小到足以离开肿瘤内的脉管系统。另外，100nm直径对于网状内皮组织系统来说太小，因而不能进行识别，这就增加了血液内微胶粒的寿命。还有，当亲水链段是聚乙二醇时，我们注意到循环时间又进一步延长，就象观察到的“秘密”脂质体一样。应用嵌段共聚物微胶粒的论述见G.S.Kwon等著《嵌段共聚物微胶粒作为长期循环给药载体》(“Blockcopolymer micelles as long-circulating drug delivery vehicles”),Adv.Drug Delivery Rev.,16,295-309(1995)。
Sakurai等的美国专利No.5,412,072和No.5,693,751，以及Yokoyama等的美国专利No.5,449,513和No.5,510,103叙述了有效用于微胶粒给药系统的嵌段共聚物，其中亲水链段是聚乙二醇，而憎水链段是聚天冬氨酸、聚谷氨酸和聚赖氨酸的各种衍生物。美国专利No.5,412,072和No.5,693,751描述了一种将药物与憎水链段进行化学连接的方法，而美国专利No.5,449,513和No.5,510,103描述了一种将憎水性药物物理捕集到微胶粒憎水部分的方法。显然后一种方法更为理想，因为不再需要对药物进行化学改性。
2．控制给药的生物蚀解性嵌段共聚物基质
在由亲水链段A和憎水链段B构成的AB、ABA或BAB嵌段共聚物中，A和B链段是不相容的，并且在微观尺度上是相分离的。这种析相作用使材料具有独特而有用的热性能。
在研制由聚乙二醇和生物蚀解性憎水链段如聚L-乳酸，L-乳酸-乙醇酸共聚物和聚ε-己内酯构成的嵌段共聚物时，已有大量现有技术，并有关于应用其作给药制剂的讨论。例如：见W.N.E.Wolthuis等所著《聚乙二醇和聚-L-丙交酯嵌段共聚物的合成和性能》(“Synthesis and characterization of poly(ethylene glycol)poly-L-lactide block copolymers”)，第三届欧洲关于控制给药专题研讨会，271-276(1994),L.Youxin等著《可生物降解的ABA三嵌段共聚物的合成和特性》(“Synthesis and properties of biodegradableABA triblock copolymers...”),J.控制释放(ControlledRelease),27,247-257(1993)，和Bezwada等的美国专利No.5,133,739。
聚原酸酯是已知的可能用于持续释放给药的媒介物。例如：见J.Heller的《聚原酸酯》[Poly(Ortho Ester)],Adv.Polymer Sci.,107,41-92(1993)，和其中提到的文献Heller等的美国专利No.4,304,767、No.4,946,931和No.4,957,998以及PCT国际出版物No.WO97/25366。
这些披露和本申请提到的其它资料在这里共同作为参考文献。
但是，以前没有关于此类嵌段共聚物体系的叙述，即其中憎水、生物蚀解性链段是一种聚原酸酯。
发明概要
第一，本发明提供如下结构的嵌段共聚物，结构式Ⅰ：
Figure A9980696500091
结构式Ⅱ：
或结构式Ⅲ：
Figure A9980696500093
其中：
m和n是各自独立的5-500的整数；
p和q是各自独立的5-100的整数；
R1和R2是各自独立的C1-C4烷基；
R3是H或C1-C4烷基；而
A是-O-R4-,-O-R5-，或它们的混合物；这里：
R4选自
Figure A9980696500101
这里t是从1到12的整数，
R6是C1-C4烷基；而
R7是H或C1-C4烷基；而
R5是
其中：
x是从1到10的整数，而
R8是H或C1-C6烷基。
第二，本发明提供具有结构式Ⅰ、结构式Ⅱ或结构式Ⅲ的嵌段共聚物的制备方法，具体说明见“发明详述”。
第三，本发明提供一种用来输送憎水或不溶于水的活性制剂的微胶粒药用组分，该组成活性制剂是以物理方法捕集于药物载体中，而非以共价键方式与之结合。所述的药物载体是具有结构式Ⅰ、结构式Ⅱ、或结构式Ⅲ的嵌段共聚物，或者它们的混合物。
第四，本发明提供一种持续释放活性制剂的组分，其组成的活性制剂分散于一种基质中，所述的基质是由具有结构式Ⅰ、结构式Ⅱ或结构式Ⅲ的嵌段共聚物，或者它们的混合物构成。
附图说明
附图给出了本发明所述的嵌段共聚物在水溶液中的重量损失速率。
发明详述
定义
除非本说明书中另有定义，这里使用的所有技术和科学术语都基于其通常的定义，并且那些熟悉合成和药物化学技术的人都能理解。
“活性制剂”包括任何产生有益或有用结果的化合物或化合物的混合物。活性制剂与下述组分是有区别的：媒介物、载体、稀释剂、润滑剂、粘结剂和其它配方助剂，以及封装或其它保护性组分。活性制剂的例子有药用、农用或化妆品用制剂。相应的药用制剂包括：抗原、抗体、疫苗、激素类(例如雌激素、孕激素、雄性激素、肾上腺皮质类固醇、胰岛素、红细胞生成素等等)、维生素、酶、蛋白质、自然产物或生物工程产物、抗感染药物(包括抗菌素、抗病毒素、杀菌剂、杀疥螨药或灭虱药)、抗紧张药(例如吩噻嗪类，包括氯丙嗪、三氟丙嗪、美索达嗪、哌西他嗪和硫利达嗪；噻吨类包括氯普噻吨；如此等等)、抗焦虑药(例如苯并双氮杂类，包括地西泮、阿普唑仑、氯硝西泮、奥沙西泮；及巴比妥类)、抗抑郁药(包括三环抗抑郁药、单胺氧化酶抑制剂、5-羟色胺重吸收抑制剂，以及其它，包括丙咪嗪、阿米替林、多塞平、去甲替林、阿莫沙平、反苯环丙胺、苯乙肼，等等)、兴奋剂(例如哌醋甲酯、多沙普仑、尼可刹米，等等)、麻醉剂(例如吗啡、度冷丁、可待因，等等)、止痛-退热药和抗炎症药(例如阿司匹林、布洛芬、萘普生，等等)、局部麻醉剂(例如普鲁卡因、利多卡因、丁卡因，等等)、生育控制药、抗癌药(包括蒽环类抗生素如阿霉素、柔红霉素、表柔比星、丝裂霉素C、放线菌素D、他莫昔芬、paclitaxel及其模拟物如docetaxol、铂模拟物如顺铂和卡铂，抗癌蛋白质如新制癌菌素和L-天冬酰胺酶，用于荧光疗法的光敏剂、烷基化药剂如环磷酰胺、氮芥、美法仑、苯丁酸氮芥、卡莫司汀和洛莫司汀，抗代谢药如氨甲蝶呤，生物碱如长春花碱、长春新碱、和长春碱酰胺，5-氟尿嘧啶、巯基鸟嘌呤、链脲佐菌素、争光酶素，等等)，心血管和抗高血压药(例如普鲁卡因酰胺、亚硝酸戊酯、硝化甘油、普萘洛尔、美托洛尔、哌唑嗪、吩妥拉明、咪噻芬、卡托普利、依那普利，等等)、用于治疗肺功能紊乱的药物、抗癫痫药(苯妥英、乙基苯妥英，等等)、止痒药、收敛剂、止汗药、角质溶解药、角膜促生剂(keratoplastic agents)、发红剂、防晒剂、色素形成药剂或润肤剂。术语“活性制剂”还包括生物杀伤剂如杀真菌剂、农药和除草剂、植物生长促进剂或抑制剂、防腐剂、消毒剂、空气纯净剂和营养素。
“生物蚀解性”、“生物可降解”、以及类似术语，表示聚合物通过生物体环境的作用，包括生命有机体的作用，导致的降解、解离或消化，并且在生理PH值和温度下非常明显。本发明所述共聚物的生物蚀解性主要机理是，共聚物的POE嵌段两端和内部的连接键的水解。
“CDM”表示环己烷二甲醇。
“控制释放”、“持续释放”及类似术语表示这样一种活性制剂输送模式，当活性制剂从媒介物或载体释放时，具有可确定和可控制的速率，其释放会经过一段时间，而不是立刻分散被吸收或起作用。控制或持续释放可延续数小时、数天或数月，并且可能由于各种因素的作用而发生变化。在本发明中，输送速率的重要决定因素是共聚物两端和内部的连接键的水解速率。水解速率的控制可依次通过控制共聚物的组成和共聚物中可水解键的数量来实现。其它因素包括粒子尺寸、粒子结构、粒子水化作用、介质酸度(基质内和基质外)、活性制剂在基质中的溶解性和分子量以及活性制剂的充填密度。
“DETOSU”表示3,9-二乙叉-2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一烷。
“基质”表示共聚物的物理结构。固态基质实际上以避免释放制剂的方式保持活性制剂，在共聚物蚀解或分解时才予以释放。
“PEG”表示聚乙二醇，H-[OCH2CH2]m-OH，具有一个数字后缀以指明其标称数均分子量Mn。除非文中另有说明，“PEG”也包括聚乙二醇C1-C4烷基醚，R2-[OCH2CH2]m-OH，有时也称为“RPEG”。
“POE”表示聚原酸酯。
“PTSA”表示对甲苯磺酸。
“螯合作用”表示活性制剂在共聚物基质内部空间的密封或保存。活性制剂在基质中的螯合作用可以限制制剂毒性的影响，以可控制的方式延长制制剂的作用时间，在有机体中精确限定的部位允许制剂释放，或保护不稳定制剂，使其免受环境影响。
“THF”表示四氢呋喃。
“媒介物”和“载体”，表示一种如药物或化妆品制备组分中所包括的，没有治疗或生物作用的配料。媒介物和载体提供的功能包括将活性制剂传送到所需部位，通过螯合作用或其它手段控制活性制剂的利用或释放，并且在需要其活性的区域便于使用。本发明的共聚物可以起到持续释放活性制剂的媒介物的作用。
除非特别规定，给出的温度、时间、量值等范围，应认为是近似值。
原料名称取自《国际化妆品组分手册》第三版1995(International Cosmetic Ingredient Handbook,3rd edition,1995)
本发明的嵌段共聚物
本发明的嵌段共聚物的结构式Ⅰ：
Figure A9980696500151
结构式Ⅱ：
Figure A9980696500152
结构式Ⅲ：
Figure A9980696500153
其中：
m和n是各自独立的5-500的整数；
p和q是各自独立的5-100的整数；
R1和R2是各自独立的C1-C4烷基；
R3是H或C1-C4烷基；而
A是-O-R4-,-O-R5-，或它们的混合物；这里：
R4选自
Figure A9980696500161
这里t是从1到12的整数，
R6是C1-C4烷基；而
R7是H或C1-C4烷基；而
R5是
Figure A9980696500162
其中：
x是从1到10的整数，而
R8是H或C1-C6烷基。
所述的共聚物是AB(结构式Ⅰ)、ABA(结构式Ⅱ)、和BAB(结构式Ⅲ)型嵌段共聚物，其中A链段是亲水的聚乙二醇，而B链段是憎水的聚原酸酯。在这一结构中，聚原酸酯链段是由二乙烯酮缩二醇和二醇反应转变后的残基构成的。
共聚物的性质，包括机械物理性质和生物蚀解性质，取决于所述共聚物的类型(AB两段型、ABA三段型、或BAB三段型)、PEG和POE链段的链长以及POE链段中使用的二醇(尤其是POE链段中使用的通式为HO-R5-OH的二醇的比例)。
推荐的聚合物，其中：
m和n是各自独立的50-250的整数，特别是当m和n相同时；
p和q是各自独立的10-50的整数，特别是当p和q相同时；
R1是乙基；
R2是甲基；
R3是氢或甲基，特别是甲基；
R4是CDM；
-O-R5-基团在分子中的比例是从0％-10％；而
在每个R5基团中x是1或2并且R8是氢或甲基。
当所述嵌段共聚物具有任一如上面所列的选择时，都比没有该选择的嵌段共聚物值得推荐。嵌段共聚物所符合选择项目越多，该嵌段共聚物越值得推荐。
由于这些分子的聚合物特性，链段内重复单元的数目，m、n、p和q，必然代表平均值而非精确数；而在特定情况下，当m和n或p和q被称作相同时，这表明m和n、或p和q的平均值，应该是接近相同的。
原料
许多来源的各种不同链长(分子量)的聚乙二醇和聚乙二醇低级烷基醚都可使用，来源包括Aldrich化学公司，Milwaukee,Wisconsin，和Shearwater Polymers,Huntsville,Alabama.
结构式为Ⅳ的二乙烯酮缩二醇可采用诸如在J.Heller的″Poly(Ortho Ester)″,Adv.Polymer Sci.,107,41-92(1993)，及其中提到的文献，或Helwing的美国专利No 4,532,335中描述的方法制备。DETOSU的的制备在后面的制备1中叙述。
结构式为HO-R4-OH的二醇通常可通过商业渠道获得，供应商如：Aldrich化学公司，Milwaukee,Wisconsin及其他有机化学原料供应者。反式环己烷二甲醇可由新泽西的Cros-Organics购得。含有结构式HO-R5-OH的α-羟基酸的二醇，可通过结构式为HO-R4-OH的二醇与0.5到5当量的α-羟基酸环内酯如L-丙交酯或乙交酯反应来制备。适宜的反应条件是温度100℃到200℃，时间是1到60小时，主要是从12到48小时。反应可以在无溶剂条件下，或在非质子传递溶剂如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亚砜、乙腈等中进行。一些代表性的含有α-羟基酸的二醇的制备在后面的制备2中叙述。另一种制备结构式为HO-R5-OH的二醇的技术，如用结构式为HO-R4-OH的二醇与(选择性保护的)α-羟基酸进行部分酯化反应，对于注意这一披露的原来熟悉技术的人是显而易见的。
所述的嵌段共聚物的制备
结构式为Ⅰ的两嵌段共聚物是通过两步合成制备的。
在第一步中，结构式为Ru-[OCH2CH2]m-OH，其中R2是C1-C4烷基(一种RPEG)的PEG低级烷基醚，与过量的结构式为Ⅳ的二乙烯酮缩二醇反应
反应形成结构式为Ⅴ的中间体
在第二步中，结构式为HO-R4-OH、或HO-R5-OH的二醇、或它们的混合物与第一步的溶液(含有结构式为Ⅳ的中间体和剩余的二乙烯酮缩二醇)反应以提供POE链段，从而形成结构式为Ⅰ的两嵌段共聚物。
由于二乙烯酮缩二醇和二醇按1∶1的比例反应形成两嵌段共聚物的POE链段，因此选择RPEG、二乙烯酮缩二醇、和二醇的用量，使二乙烯酮缩二醇的摩尔数等于RPEG和二醇的摩尔数之和。
在PEG链段中的m值，即PEG链段的链长，取决于选择的RPEG。
在POE链段中的n值，即POE链段的链长，取决于二醇摩尔数与RPEG摩尔数的比例。二醇的摩尔数越大(假定二乙烯酮缩二醇至少以等摩尔数存在)，POE链段越长。
结构式为Ⅱ的三嵌段共聚物也是通过两步合成的。
在第一步中，过量的结构式为Ⅳ的二乙烯酮缩二醇与结构式为HO-R4-OH、或HO-R5-OH的二醇、或它们的混合物反应，形成每一端都以二乙烯酮缩二醇单元终止的POE链段，得到结构式为Ⅵ的中间体。
其中r是p-2。
在第二步中，结构式为Ⅵ的中间体与两当量的PEG或一种RPEG反应形成结构式为Ⅱ的三嵌段共聚物。
因为二乙烯酮缩二醇与二醇基本上以1∶1的比例反应形成所述的三嵌段共聚物的POE链段，但我们希望POE链段的端基是二乙烯酮缩二醇，所以选择二乙烯酮缩二醇和二醇的用量，以使二乙烯酮缩二醇的摩尔数稍大于二醇的摩尔数。PEG/RPEG对POE链段的摩尔比应大致是2∶1，但可以使用过量的PEG/RPEG，因为反应完成后很容易将其从聚合物中分离出来。
PEG链段中m和n的值取决于选择的PEG/RPEG，当只用一种PEG/RPEG时，一般m和n是相同的。但如果使用两种或更多不同链长的PEG/RPEG，将会得到PEG链段链长各不相同的共聚物的混合物。如果需要，可通过采用分子量分级技术，如凝胶渗透色谱法分离这些混合物。
POE链段的p值主要取决于用来形成POE的二乙烯酮缩二醇和二醇的比例。
结构式为Ⅲ的三嵌段共聚物也是通过两步合成的。
在第一步中，结构式为H-[OCH2CH2]m-OH的PEG与过量的结构式为Ⅳ的二乙烯酮缩二醇反应形成结构式为Ⅶ的中间体。
在第二步中，结构式为HO-R4-OH、或HO-R5-OH的二醇、或它们的混合物与第一步的溶液(含有结构式为Ⅶ的中间体和剩余的二乙烯酮缩二醇)反应以提供POE链段，从而形成结构式为Ⅲ的三嵌段共聚物。
由于二乙烯酮缩二醇和二醇按1∶1的比例反应形成三嵌段共聚物的POE链段，因此选择PEG、二乙烯酮缩二醇、和二醇的用量使二乙烯酮缩二醇的摩尔数等于PEG和二醇的摩尔数之和。
PEG链段的m值取决于选择的PEG。
POE链段的p和q值取决于二醇摩尔数与PEG摩尔数的比例。二醇的摩尔数越大(假定二乙烯酮缩二醇至少以等摩尔数存在)，POE链段越长。一般POE链段的平均值是等长的。
另一种合成结构式为Ⅲ的三嵌段共聚物的方法是，先制备出以二乙烯酮缩二醇单元终止的POE链段(结构式为Ⅵ的中间体)，再与0.5当量的PEG反应使PEG的每一端都以POE链段终止。
在任何合成中共聚物都可能含有未反应的二乙烯酮缩二醇端基，可将共聚物与含羟基的化合物如C1-C4醇反应，用烷氧基终断共聚物，并且这种烷氧基终断的共聚物包括在发明的范围内。含羟基化合物，特别是C1-C4醇，可以过量使用，其未反应的剩余部分在聚合物提纯时容易分离。
形成共聚物的适宜反应条件就是我们熟知的形成原酸酯的那些条件，如WO97/25366和在发明背景中提供的其它资料所描述的。一般地，反应在极性非质子传递溶剂中进行，如前面提到的用于制备含有α-羟基酸的二醇的那些溶剂，以及醚特别是THF。如有必要，可使用催化剂，可以在已知的合成原酸酯所用的催化剂中进行选择。适宜的催化剂包括碘/吡啶，强酸如对甲苯磺酸，路易斯酸如三氯化硼醚合物、三氟化硼醚合物、二氯氧化锡、三氯氧化磷、氯化锌、五氟化磷、五氟化锑、四氯化锡等等，以及质子酸如多磷酸、聚苯乙烯磺酸等等。特别合适的催化剂是PTSA，虽然催化剂的用量在二乙烯酮缩二醇的重量的0.005％到2％之间都可以，但一般用量是0.2％。
适宜的反应温度是从室温到所用溶剂的沸点，例如在20℃和70℃之间；而适宜的反应时间是在几分钟到48小时之间，一般是在30分钟到24小时之间。
一旦嵌段共聚物的形成完成，共聚物可通过在非极性非质子传递溶剂如己烷中的沉淀作用进行分离。一般是将含有共聚物的反应混合物(在加入之前可以冷却)，在室温下缓慢加入到快速搅拌的十倍体积的溶剂中。沉淀出的嵌段共聚物可用过滤、倾析或其它合适的方法收集，洗涤除去未反应单体或其它杂质，然后干燥，一般是在低于其熔点的温度下在真空烘箱中干燥。
本发明的嵌段共聚物的生物蚀解性取决于两个因素：第一，在含水介质中共聚物溶解/成为悬浮体的程度，共聚物的溶解性。第二，共聚物，或更准确地说是POE链段，在其暴露的环境中降解的程度。在含水环境中共聚物的POE链段的降解速度取决于共聚物的亲水性和链段中是否存在α-羟基酸酯基团及其比例。用于形成POE链段的二醇混合物中包含较大比例的结构式为HO-R5-OH的二醇，则可获得较大的生物蚀解性。
本发明所述的嵌段共聚物的应用
本发明的嵌段共聚物能在任何需要生物降解聚合物的方面得到应用，诸如用作持续释放活性制剂的媒介物、整形外科用植入物、可降解缝合线，等等。同时在应用中也发现了其作为嵌段共聚物具有憎水和亲水两种链段而带来特别益处的独特用途。并且对这些用途将提出更详细的建议，因此原来熟悉技术的人将熟知生物降解聚合物的用途，并且由于注意到工艺技术和这一披露，将会在使本发明的嵌段共聚物适应这些用途时毫无困难。
1．靶向肿瘤的微胶粒体系
用于微胶粒给药系统的聚合物，可制成由亲水的聚乙二醇A链段和憎水的聚原酸酯B链段组成的两段AB、或三段ABA或BAB嵌段共聚物形式。
当这种嵌段共聚物放入水中时，聚乙二醇链段是可溶的而聚原酸酯链段是不溶的，嵌段共聚物分子链将自发地自聚集形成胶粒结构。这种胶粒的水化直径可用动态光散射法测定，其范围在10-30nm之间。当用静态光散射法测定时，这种胶粒含有数百聚合物链。胶粒可进行二次可逆缔合，得到平均直径约为100nm的微粒。这种胶粒太大因而不能由肾排泄，单个嵌段共聚物分子则不是这样。接下来由于聚原酸酯链段可被生物降解，这样就可由肾排泄了。
这种微胶粒体系的主要用途在于其在憎水内核可捕集和增溶憎水药剂的能力。这种捕集有很多易于进行的方法。例如，药剂可以加到含有微胶粒的水溶液中，并通过简单搅拌、加热到适当的温度、或超声破碎进行混合。微胶粒是各种憎水或不溶于水活性制剂的有效载体，而且特别适合用作抗癌药剂的载体，通过细胞内吞作用(endocytotic)过程积聚于肿瘤。
对憎水药物的有效捕集需要有高度憎水的内核，使用AB、ABA、或BAB嵌段共聚物，其憎水的B链段形成生物可降解、高度憎水的聚原酸酯内核，与其它生物降解链段如L-乳酸-乙醇酸共聚物相比，捕集效率明显增强。
任何能够形成胶粒复合物的抗癌药剂都适合于这一用途。特别适于靶向肿瘤的抗癌药剂胶粒体系，是那些水溶性低或芳烃含量高的药剂，如蒽环类抗生素(如阿霉素、柔红霉素和表柔比星)、丝裂霉素C、paclitaxel及其模拟物(如docetaxol)、铂模拟物(如顺铂和卡铂)等等。其它药剂可包括抗癌蛋白质如新制癌菌素、L-天冬酰胺酶等等、和用于荧光疗法的光敏剂。
2．控制给药的生物蚀解性基质
在本发明的嵌段共聚物中，存在连续的A相中形成B链段区域或完全相反的相分离现象。这种相分离材料具有独特而有用的热性能。特别值得说明的是，与在加热时逐渐软化的聚原酸酯内含有短链节PEG的聚原酸酯不同，PEG/POE AB、ABA、或BAB嵌段共聚物具有比较明显的熔点。另外，低软化温度的含有短链节聚乙二醇的聚原酸酯机械性能很差，而本发明的共聚物尽管熔点很低，仍能保持适于用作植入物的机械性能。
共聚物用作持续释放媒介物，活性制剂必须混合到共聚物基质中或密封在共聚物中形成聚合物胶囊(或“小胶囊”或“极小胶囊”，作为有时使用的术语)。使用生物降解聚合物制备持续释放配药的方法，其技术是众所周知的，在本申请的“发明背景”一节中提到的文献，以及熟悉相关技术的人熟悉的其他文献中都有讨论；因此，由于注意到那些技术和这一披露，熟悉相关技术的人，在使用本发明所述的共聚物制备持续释放成分时毫无困难。适宜的活性制剂包括治疗药剂，如药物或药理学活性制剂，例如药物和药剂，还有预防性药剂、诊断药剂，以及其它用于预防或治疗疾病的化学品或材料。本发明的成分对人类和其它哺乳动物的治疗处理特别有用，但也可用于其它动物。另外，本发明的持续释放部分也可应用于化妆品和农用制剂，或杀生物制剂的释放，例如，用于希望向环境中延期释放杀真菌剂或其它杀虫剂。
在形成基质的条件下，共聚物首先与活性制剂混合。在加热软化的状态下使聚合物与活性制剂混合，可获得高均质性，然后降低温度使该混合物硬化。另一种方法，先将共聚物溶于适当的溶剂如四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿或乙酸乙酯中，然后将活性制剂分散或溶解在共聚物溶液中，再蒸发去除前述溶剂获得最终的成分。此外，还可将固体共聚物材料磨成粉末，然后与粉末状活性制剂混合。如果活性制剂在聚合条件下稳定并且不干扰聚合反应，还可在聚合之前将其混入单体混合物中。
如果活性药剂在升温时(如高于40℃)、或在有机溶剂或有机溶剂/水的混合物中不稳定，如一种蛋白质，那就需要特殊的制备技术，使活性制剂在对其有破坏作用的条件下的暴露程度降到最低。例如美国专利No.5,620,697(Trml等，授权给Orion-Yhtyma Oy和Leiras Oy)，披露了用超声波熔和法制备基质型药用组份的方法；No.5,518,730(Fuisz，授权给Fuisz技术公司)，披露了熔体纺丝法，此两项专利都披露了将聚合物及活性制剂在升高温度下，使其暴露程度降至最低的技术。其它方法披露于本申请所引述的其它文件。
混合和释放敏感性治疗药剂的另一种方法，是选用生物蚀解性共聚物，且其具有为这种混合所需的物理性能的。例如，可以选用半固态并具有类似软膏的稠度的共聚物，而非全固态共聚物。例如可以选用在37℃正常体温下具有很高粘度的共聚物，以使在此温度下即使发生变形，其变形也很小。但是，共聚物的粘度在不高于45℃，最好不高于40℃条件下应可以充分降低，因而可以在活性制剂保持其活性的温度下注射这种材料。
上述任一方法得到的合成物容易加工成各种适于植入、嵌入或置于躯体上或体腔或通道内的形状或样式。例如所述的共聚物合成物可以注压、挤压或压制成薄片，或制成各种几何形状或样式，如平板形、方形、圆柱形、管状、圆盘形、环形等等。棒状或粒状部件可通过套管针植入，如众所周知的Norplant植入，并且这些或其它形状可通过小型外科手术过程植入。另一种方法，在大外科手术后，如治疗癌症的肿瘤切除手术后，可进行植入术。例如，在Brem等的美国专利No.5,626,862和No.5,651,986及其提供的文献中，叙述了含有抗癌药剂的聚合物片的植入过程。本发明的共聚物可在这些用途中得到应用。
当所述聚合物合成物为0.1μm到1000μm，较为理想的是0.5μm到200μm，最好是1μm到150μm的粒子时，即可在能用于配药的注射基中悬浮，从而可用注射器进行皮下或肌肉注射。用来作前述注射基的的液体媒介物，包括等渗压盐水或油类(如玉米油、棉子油、花生油和芝麻油)，如果需要，其中可含其它辅药。
另一种可注射配药形式，是由活性药剂混合到本发明的具有类似软膏稠度的共聚物中来制备。这种配药形式既可采取有溶剂方式，也可采取无溶剂方式注射。
无论通过注射还是植入，引入机体中的共聚物成分都可在躯体中进行生物蚀解，转变为无毒或惰性物质。通过控制聚合物中的可水解键数量，可控制活性制剂的释放速率。所述共聚物制成的植入物，其中共聚物构成含有活性制剂的基质，由于该共聚物的生物蚀解性，因而具有不需移除的优点。
在某些情况下，以不同厚度的所述共聚物涂层包裹纯活性制剂内核的颗粒，用于活性制剂的持续释放更为理想。活性制剂单个粒子的涂覆或包胶，可用熟悉技术的人都熟知的通用方法完成。例如，将细碎的药物颗粒悬浮于含有溶解的共聚物和其它赋形剂的溶剂体系(药物在其中是不溶的)，然后进行喷雾干燥。另一种方法，药物粒子放到转盘或流化床干燥器中，将溶于载体溶剂中的共聚物喷到药物粒子表面，直到在粒子上涂层达到希望的厚度。也可通过将药物粒子悬浮于含有溶解共聚物的溶剂体系中，然后在悬浮液中加入非溶剂，使共聚物析出并在药物粒子表面形成涂层。
对于持续释放成分，由于活性制剂的释放贯穿控制期间，给药量通常大于普通单一剂量。活性药剂和共聚物的相对比例随治疗药剂和期望效果的不同会在很宽的范围内(例如重量百分比0.1％到50％)变化。
对于化妆品和农用制剂的持续释放，也可应用本发明所述共聚物，采用前述的任一方法制备。
所述的固态共聚物也应用于整形外科。例如，可用作修复软骨损伤、韧带和腱重造及骨骼代用品。另外，应用本共聚物允许同时选择所希望的机械物理状态和所要求的生物蚀解性能，这一事实，也使其在用作再生组织移植前体外培养细胞的接枝或支架方面很有吸引力。可用这种方法再生的组织，包括但不限于骨骼、腱、软骨、韧带、肝、肠、输尿管和皮肤组织。例如，所述共聚物可用于烧伤或皮肤溃疡患者的皮肤再生。软骨的修复是先分离患者(或捐赠人)的软骨组织，让其在用所述共聚物制备的支架上增育，然后把细胞移植回患者身上。
共聚物支架或移植物可含有其它生物活性物质或合成无机材料，如增进支架或移植物机械物理性能的加强填料(例如偏磷酸钙钠纤维)、抗菌素、或骨骼生长因子以诱发或促进矫形修复和组织再生。
制备过程和实例
制备1：结构式为Ⅳ的二乙烯酮缩二醇的制备
3,9-二乙叉-2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一烷(DETOSU)
Figure A9980696500281
装有机械搅拌器、氩入口管、温度计、和橡胶塞的3升三颈瓶中，加入1.2升1,2-乙二胺。将瓶用冰水冷却并将内部物质在氩气氛下保持在大约8℃。用一个小时的时间，通过穿过橡胶塞的不锈钢U形管，使用小心控制的氩压力，加入130克(2摩尔n-BuLi)正丁基锂的己烷溶液。下一步，向三颈瓶中加入冷却到8℃的530克(2.5摩尔)3,9-二乙叉-2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一烷(可从Aldrich Chemical,inc.,Milwaukee,Wisconsin,USA得到)和0.5升1,2-乙二胺的混合物。在8℃下搅拌3小时后，反应混合物倒入3升冰水中进行强烈搅拌。含水混合物用1升己烷分开萃取两次。己烷萃取物合并后用1升水分开洗涤三次，用无水硫酸镁干燥并抽滤。滤液在旋转蒸发器上蒸干，得到含90％DETOSU的粗产品(413克，78％)。
将DETOSU粗产品溶于含有10毫升三乙胺的2升己烷中，并将溶液放入4升吸滤瓶中，密封，然后在-20℃的冰箱中保存两天。如此产生的晶体在-5℃和氩气氛下用篮式离心法收集。通过12英寸维格罗分馏柱减压蒸馏得到带褐色的产品313克(61％收率)DETOSU，它是无色液体，沸点82℃(0.1托)，在室温下结晶，熔点30℃，红外特征吸收带在1700cm-1。
制备2．结构式为Ⅲ(a)、Ⅲ(b)、Ⅲ(c)的二醇的制备
P2(a)
Figure A9980696500291
在无水条件下，称取14.42克(100毫摩尔)CDM和11.6克(100毫摩尔)乙交酯放入100毫升圆底烧瓶中，用橡胶塞塞住烧瓶，然后在油浴中180℃下加热24小时，得到的上式所示产品，是一种粘稠油状物。
P2(b)
CDM 2.88克(20毫摩尔)和6.96克(60毫摩尔)乙交酯，
按照P2(a)的方法，产生的上式所示产品是一种低熔点固体。
下述另两种二醇是用类似的方法合成的：
P2(c)
Figure A9980696500301
P2(d)
Figure A9980696500302
其它的二醇是用类似的方法合成的。
实例1：结构式为Ⅰ的两嵌段共聚物的制备
E1(a)
在手套箱中，称取4克(2毫摩尔)PEG2000甲基醚，加入100毫升烧瓶中，并用25毫升THF溶解，然后加入4.372克(20.6毫摩尔)DETOSU。在溶液中加入三滴浓度为25毫克/毫升的PTSA的THF溶液，然后用橡胶塞塞住烧瓶，并用油浴在70℃加热30分钟。再加入三滴PTSA溶液，将溶液继续加热30分钟。加入2.596克(18毫摩尔)CDM，搅拌溶液直到所有CDM溶解，此时加入另外三滴PTSA溶液。搅拌30分钟后，将溶液转移到滴液漏斗中并滴入大约1升强烈搅拌的己烷中，使两嵌段共聚物析出，过滤并在真空烘相中干燥。析出的共聚物的数均分子量Mn为12240，说明在分子中平均存在31个原酸酯单元，n=31，并且含有大约36.5％的PEG。共聚物熔点为34.1℃，玻璃化温度Tg为27.5℃。
E1(b)
用10克(2毫摩尔)PEG5000甲基醚进行相似的反应，得到的两嵌段共聚物Mn为14820,PEG含量为58.9％，熔点为51.2℃。
E1(c)
用7克(1.4毫摩尔)PEG5000甲基醚和2.682克(18.6毫摩尔)CDM进行相似的反应得到的两嵌段共聚物Mn为19150,PEG含量为49.8％，熔点为48.2℃,Tg为32.7℃。
E1(d)
用20克(4毫摩尔)PEG5000甲基醚和2.307克(16毫摩尔)CDM进行相似的反应得到两嵌段共聚物。
实例2：为Ⅱ的三嵌段共聚物的制备
在手套箱中，称取4.372克(20.6毫摩尔)DETOSU和2.307克(16毫摩尔)CDM，加入100毫升烧瓶中，用25毫升THF溶解。加入一滴浓度为25毫克/毫升的PTSA的THF溶液引发反应。当反应混合物冷却到室温后，加入8克(4毫摩尔)PEG2000。缓慢加热溶液直到所有PEG完全溶解，然后加入三滴PTSA溶液。用橡胶塞塞住烧瓶并用油浴在70℃加热30分钟。再加入三滴PTSA溶液，并将烧瓶继续加热30分钟。在冷却到室温后，溶液在搅拌下滴加到1升己烷中使三嵌段共聚物析出。共聚物在真空烘箱中干燥。
实例3：共聚物的溶解性
E1(d)的共聚物100毫克溶于2毫升丙酮，加入20毫升pH7.4的磷酸盐缓冲盐水，观察不到共聚物沉淀。在室温下将溶液抽真空除去丙酮，共聚物保留在溶液中。
结构式为Ⅰ和结构式为Ⅱ的其它共聚物表现出相似的溶解性。
实例4：憎水/不溶于水活性制剂的增溶作用
E1(d)的共聚物100毫克溶于2毫升丙酮，此溶液加到7.7毫克氢化可的松的2毫升丙酮溶液中。混合丙酮溶液加到5毫升pH7.4的磷酸盐缓冲盐水中，真空除去丙酮，然后将该溶液用0.45μm滤网过滤。发现该溶液含有浓度为1.1毫克/毫升的氢化可的松，大约是氢化可的松在水中的溶解度0.28毫克/毫升的四倍，表明了共聚物对氢化可的松的胶粒密封和增溶作用。
结构式为Ⅰ和结构式为Ⅱ的其它共聚物表现出相似的对憎水/不溶于水活性制剂的增溶作用。
实例5：共聚物的生物蚀解性能
E1(c)的共聚物在48℃和1000大气压下压制成0.6毫米厚的平板，然后将此板切割成大约6毫米×6毫米的片状试样。将片状试样称重，然后放入pH7.4的磷酸盐缓冲盐水中，温度为37℃；将片状试样的重量损失作为时间的函数进行测量。结果如图1。
结构式为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的其它共聚物表现出相似的生物蚀解性能。
尽管本发明是结合特定的具体设备和实例叙述的，显然对于注意到这一披露的熟悉技术的人来说，特别披露的材料和技术的等效物也可应用于本发明；因而这些等效物也被规定为包含在下述权利要求范围之内。

Claims (20)

1．一种结构式为Ⅰ的嵌段共聚物
Figure A9980696500021
结构式为Ⅱ
结构式为Ⅲ
Figure A9980696500023
其中：
m和n是各自独立的5-500的整数；
p和q是各自独立的5-100的整数；
R1和R2是各自独立的C1-C4烷基；
R3是H或C1-C4烷基；而
A是-O-R4-,-O-R5-，或它们的混合物；这里：
R4选自
这里t是从1到12的整数，
R6是C1-C4烷基；而
R7是H或C1-C4烷基；而
R5是
其中：
x是从1到10的整数，而
R8是H或C1-C6烷基。
2．根据权利要求1所述的共聚物中结构式为Ⅰ的化合物。
3．根据权利要求2所述的共聚物，其中所述m是从50到250的整数，并且p是从10到50的整数。
4．根据权利要求2所述的共聚物，其中所述R1是乙基而R2是甲基。
5．根据权利要求2所述的共聚物，其中所述A是-O-R4-而HO-R4-OH是环己烷二甲醇。
6．根据权利要求1所述的共聚物中结构式为Ⅱ的化合物。
7．根据权利要求6所述的共聚物，其中所述m和n是各自独立的从50到250的整数，并且p是从10到50的整数。
9．根据权利要求6所述的共聚物，其中所述R1是乙基而R3是氢或甲基。
9．根据权利要求6所述的共聚物，其中所述A是-O-R4-而HO-R4-OH是环己烷二甲醇。
10．根据权利要求1所述的共聚物中结构式为Ⅲ的化合物。
11．根据权利要求10所述的共聚物，其中所述n是从50到250的整数，并且p和q是各自独立的从10到50的整数。
12．根据权利要求10所述的共聚物，其中所述R1是乙基。
13．根据权利要求10所述的共聚物，其中所述A是-O-R4-而HO-R4-OH是环己烷二甲醇。
14．一种用于输送憎水或不溶于水的活性制剂的胶粒药用组分，所述活性制剂是由物理捕集，而非共价键键合在由权利要求1的嵌段共聚物构成的药物载体中。
15．一种用于输送憎水或不溶于水的活性制剂的胶粒药用组分，所述活性制剂是由物理捕集，而非共价键键合在由权利要求2的嵌段共聚物构成的药物载体中。
16．根据权利要求15所述的组分，其中所述活性制剂是一种抗癌药剂。
17．一种用于持续释放活性制剂的组分，其组成是活性制剂分散于由权利要求1的嵌段共聚物构成的基质中。
18．根据权利要求17所述的成分，其中所述活性制剂是一种抗癌药剂。
19．一种用于持续释放活性制剂的组分，其组成是活性制剂分散于由权利要求2的嵌段共聚物构成的基质中。
20．根据权利要求19所述的组分，其中所述活性制剂是一种抗癌药剂。
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