CN1829763A - 热敏性聚有机磷腈及其制备方法以及使用该聚磷腈的可注射热敏性聚磷腈水凝胶 - Google Patents
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Abstract
公开了随温度变化表现溶胶-凝胶行为的由式(1)表示的聚磷腈及其制备方法以及使用该聚磷腈的可注射热敏性聚磷腈水凝胶。
Description
技术领域
本发明是关于一种在水溶液中随温度变化表现溶胶-凝胶行为的可生物降解性磷腈聚合物及其制备方法以及使用该聚磷腈的可注射热敏性聚磷腈水凝胶。
背景技术
一般地,水凝胶是指由水溶液中的聚合物形成的三维网状结构。水凝胶通过在分子之间形成共价键的化学交联或分子之间的物理交联形成。
通过物理交联形成的网状结构与通过化学交联形成的网状结构不同,因为通过物理交联形成的网状结构是通过物理结合区(physical junction zone)形成的,而不是通过像共价键中的交联点形成的。聚合物对诸如温度、pH、电等外部刺激很敏感。随温度变化显示剧烈相变的聚合物称为热敏性聚合物。根据水溶液的温度变化,热敏性聚合物表现相变行为,并且根据温度变化,从溶胶到凝胶和从凝胶到溶胶的相变是可逆的。特别是,对于中性聚合物,则认为物理网状结构是通过疏水性相互作用形成的,这种疏水性相互作用可以在具有如脂肪链、氟链、芳香链为侧链的聚合物的水溶液中观察到。
通过物理交联形成的水凝胶不使用对人体有害的化学交联剂,因此由于可以作为药物输送物质而引起人们的注意。通过温度变化表现溶胶-凝胶特性的聚合物包括聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷(PEO-PPO-PEO)和聚环氧乙烷-聚乳酸羟基乙酸-聚环氧乙烷(PEO-PLGA-PEO)等,关于将这些聚合物用作可注射药物输送物质的研究目前正积极进行中(Advanced Drug Delivery Reviews,54,37(2002),Journalof Controlled Release,80,9(2002))。
然而,聚(N-异丙基丙烯酰胺)的缺点是有细胞毒性且在体内不溶。PEO-PPO-PEO(Poloxamer或Fluronic)F127在浓度不低于约20重量%时,随温度变化也表现溶胶-凝胶行为,但长期使用时,F127不仅增加血浆中胆固醇和甘油三酯的浓度,而且F127在体内也不溶。
PEO-PLGA-PEO(Regel)在生理条件下可溶,并在接近体温的温度下成为凝胶状态,因此正作为抗癌药物的局部给药制剂进行研究。然而,据报道,该聚合物仅仅在高于约16重量%的高浓度下表现凝胶-溶胶特性(Journalof Controlled Release,62,109(1999))。
本发明人曾经报道过,通过用甲氧基聚乙二醇和氨基酸酯取代聚二氯磷腈得到的磷腈聚合物在预定温度下溶于水中,但当温度缓慢上升至高于一定的温度时表现相变行为,且在水溶液中缓慢水解(Macromolecules 32,2188(1999),Macromolecules 32,7820(1999),Macromolecules 35,3876(2002),韩国专利259367、315630和美国专利6319984等)。
然而,在上述文献或专利中公开的磷腈聚合物的相变行为主要是溶胶-沉淀。即使聚合物表现溶胶-凝胶行为,在生理学条件下的凝胶强度也很低,或者也会发生凝胶收缩现象,因此用作药物输送物质仍受限制。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种随温度变化表现可生物降解溶胶-凝胶行为、在接近体温的温度下表现优良的凝胶特性、适合用作可注射药物输送系统物质的磷腈聚合物及其制备方法以及使用该聚合物的可注射热敏性可生物降解水凝胶。
本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将结合附图通过下述具体
实施方式变得更清楚。
附图说明
下述附图一并作为说明书的一部分,用于提供对本发明的进一步理解,并与具体文字描述一起用于阐述本发明的实施方式和解释本发明的原理,
图1为示出了根据本发明实施例4的聚磷腈的溶胶-凝胶行为的照片;
图2示出了聚合物的粘度随温度的变化(10重量%PBS溶液,pH值为7.4);
图3示出了聚磷腈水凝胶模型药物(异硫氰酸荧光素-葡聚糖,FITC-dextran)的释放实验的模型;
图4示出了聚磷腈水凝胶模型药物(异硫氰酸荧光素-葡聚糖FITC-dextran)的释放实验的实验结果。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例的方式对本发明的优选实施方式进行详细的描述。
本发明是关于一种由式1表示的磷腈聚合物及其制备方法、以及使用该聚合物的可注射热敏性聚磷腈水凝胶。
【式1】
其中,R表示CH2CH(CH3)2、CH(CH3)C2H5或C7H7,R’表示CH2COOC2H5或CH(CH3)COOC2H5,R”表示OC2H5、NHCH2COOC2H5、NHCH2COOC7H7、NHCH(CH2CH(CH3)2)COOC2H5或NHCH(CH(CH3)C2H5)COOC2H5;
a、b、c和d表示取代度,其中a和b分别为0.1-1.9,c和d分别表示0-1.9,a+b+c+d=2.0;
n表示聚磷腈的聚合度,其值为10-10000;
m表示氨基甲氧基聚乙二醇取代基重复单元的数目,其值为10-50。
本发明解决了Macromolecules 32,2188(1999),Macromolecules 32,7820(1999),Macromolecules 35,3876(2002),韩国专利259367、315630和美国专利6319984中所述的磷腈聚合物具有相变、但没有适合用作药物输送物质的溶胶-凝胶特性的问题。本发明人发现,磷腈聚合物的胶凝温度和凝胶粘度随氨基酸酯的类型以及氨基甲氧基聚乙二醇的分子量以及它们各自的含量而发生很大的变化,而且磷腈聚合物的凝胶特性可以通过使用所述特性来控制,由此完成了本发明。
因此,本发明的磷腈聚合物具有作为取代基的聚乙二醇,所述聚乙二醇的分子量大于上述文献公开的磷腈聚合物的取代基的分子量,并且磷腈聚合物中存在的亲水性取代基和疏水性取代基的比例也得到了控制,以使聚合物即使在接近体温的温度下也具有优良的凝胶特性,因此具有适合用作可注射药物输送物质的物理特性。
在本发明中,亲水性取代基为分子量至少为550优选为550-2500的氨基甲氧基聚乙二醇;疏水性取代基为选自由亮氨酸乙酯、异亮氨酸乙酯、苯基丙氨酸乙酯、甘氨酸乙酯、甘氨酰甘氨酸苯酯、甘氨酰甘氨酸乙酯、甘氨酰亮氨酸乙酯和甘氨酰异亮氨酸乙酯组成的组中的一种氨基酸酯。同时,选自由乙基-2-(O甘氨酰)甘醇酸酯和乙基-2-(O-甘氨酰)乳酸酯组成的组中的一种酯肽(depsipeptide)是用于控制分解速率的取代基。
接下来说明由式1表示的磷腈聚合物的制备方法。
在本发明中,下述式3所示的平均分子量为103-105的二氯磷腈线性聚合物通过下述式2所示的磷腈三聚体的热聚合得到,所述磷腈三聚体如Y.S.Sohn在Macromolecules,28,7566(1995)中所述,并用作起始原料。
【式2】
【式3】
根据本发明,式1所示磷腈聚合物的制备方法包括下述步骤:
(1)将式3所示化合物与由式4表示的氨基酸乙酯或其盐反应;
【式4】
H2NCH(R)COOCH2CH3
(2)将步骤(1)的反应产物与由式5表示的酯肽或其盐反应,或者与由式6表示的氨基酸酯或其盐反应;
【式5】
H2NCH2COOR′
【式6】
H2NCH2COR″
(3)将步骤(2)所得反应产物与由式7表示的氨基甲氧基聚乙二醇或其盐反应,得到式1所示磷腈聚合物。
【式7】
如果经过步骤(1)-(3)的所有反应,则可以获得式1所示c或d不为0的磷腈聚合物;如果以步骤(1)的产物作为步骤(3)的起始原料而不经历步骤(2),则可以获得式1所示c和d均为0的磷腈聚合物。
下述反应图解1示出了本发明所述磷腈聚合物大概的制备方法。
【反应图解1】
在所述式3-7和反应图解1中,R、R’、R”、a、b、c、d、n和m与式1中的定义相同。
下面将更详细地描述反应图解1中所示的根据本发明的磷腈聚合物的制备方法。
在步骤(1)中,在四当量三乙胺存在下,基于所述一当量由式3表示的化合物和由式4表示的化合物或其盐,由式1表示的化合物与0.1-1.9当量的氨基酸乙酯反应。由式4表示的氨基酸乙酯的盐优选为盐酸盐。反应溶剂包括四氢呋喃(THF)、二氧杂环乙烷、二甲基甲酰胺(DMF)、氯仿或甲苯,反应在-60至50℃下进行12-72小时。
在步骤(2)中,在0-4当量三乙胺存在下,步骤(1)的产物与0-1.9当量的式5的酯肽酯(depsipeptide ester)或其盐反应,或者与氨基酸酯、式6的二肽酯(dipeptide ester)或其盐反应。由式5或式6表示的化合物的盐优选为草酸盐或盐酸盐。作为非限制性例子,可以使用乙腈作为反应溶剂。反应温度优选为0-45℃,反应时间为约12-72小时。
用作步骤(3)反应原料的由式7表示的氨基甲氧基聚乙二醇通过下述方法制备。
首先,一当量的干甲氧基聚乙二醇与一当量的对甲苯磺酰氯在两当量三乙胺存在下以氯仿作为溶剂反应12小时。然后将两当量叠氮化钠加入反应混合物中并在二甲基甲酰胺或乙腈为溶剂、在70-80℃下反应12-24小时,由此得到甲氧基聚乙二醇氮化物。接着,通过使用两当量三苯基磷和十当量水将甲氧基聚乙二醇氮化物转变成氨基甲氧基聚乙二醇。然后将200毫升苯加入到200克上述得到的氨基甲氧基聚乙二醇中,并在70-80℃下蒸馏除去过量的水。之后将混合物置入80-90℃油浴中,并在真空条件下干燥3天。然后以充足的量过3分子筛并用干燥氮气填充。用注射器吸取必须的量用于步骤(3)的反应中。
在步骤(3)中,以剩余的氯计,步骤(2)的产物与两当量由式6表示的氨基甲氧基聚乙二醇在四当量三乙胺存在下反应,因此氨基甲氧基乙二醇取代步骤(2)产物中残留的所有氯。此时,优选但不限于使用四氢呋喃、二氧杂环乙烷、氯仿或甲苯作反应溶剂。反应温度为40-50℃,反应时间为约48-72小时。
在步骤(1)-(3)中,每一步的反应产物无需提纯可以直接用于下一步,所需的纯的产物可以通过下述方法从步骤(3)的反应混合物中得到。
首先,离心分离或过滤分离反应混合物以将反应混合物中的沉淀(例如氯化三乙铵、草酸三乙铵盐等)除去,滤液减压浓缩直至剩余少量溶剂。然后,将浓缩液溶于四氢呋喃中,并加入过量的己烷以使产物沉淀,然后过滤,重复上述操作2-3次,以将未反应的氨基甲氧基聚乙二醇、氨基酸酯和酯肽移除。通过上述步骤得到的固体溶于少量甲醇中,接着用甲醇和蒸馏水渗析并在低温下干燥,得到纯的由式1表示的化合物产物。
本发明还关于含有式1磷腈聚合物且具有随温度变化表现明显的溶胶-凝胶特性的可注射药物输送物质的热敏性水凝胶。
在本发明中,所述水凝胶为以2-30重量%优选7-15重量%浓度溶于缓冲溶液、酸溶液、碱溶液、盐溶液或水中的由式1所示的磷腈聚合物。
实施例
下面参照优选实施例的方式对本发明进行更详细的描述。然而,本发明并不限于所述优选实施例。在下述实施例中,采用Characteristic Analysis Lab.of Korea Institute of Science and Technology的Perkin-Elmer C、H、N分析仪对产物进行C、H、N元素分析。同时,采用Varian Gemini-300测试1HNMR和31PNMR谱图,采用Du Pont 1090差示热分析仪测定玻璃化温度(Tg),采用Waters 1515泵和2410微分折射计(differential refractormeter)凝胶渗透色谱(gel transmission chromatography)测定平均分子量(MW)。
聚合物的粘度通过将聚合物以10重量%的浓度溶于pH为7.4的PBS水溶液中并将聚合物溶液放入带有自动控温浴(TC-501)的粘度计仓(Brookfield DV-III+Rheometer)中进行测定,其中升温速度为每分钟0.04℃,剪切速度为0.1-1.7。
实施例1
聚[聚(氨基甲氧基乙二醇550)(异亮氨酸乙酯)(乙基-2-(O-甘氨酰)乳酸酯)],[NP(AMPEG550)0.78(lleOEt)1.18(GlyLacOEt)0.04]的制备
将聚(二氯磷腈)(2.00克,17.26毫摩尔)溶于四氢呋喃中,然后放入干冰-丙酮(dry ice-aceton)浴中,然后依次加入三乙胺(8.38克,82.84毫摩尔)和异亮氨酸乙酯盐酸盐(4.05克,20.71毫摩尔)并在室温下反应48小时。
将乙基-2-(O-甘氨酰)乳酸草酸铵盐(0.152克,0.69毫摩尔)和三乙胺(0.35克,3.45毫摩尔)的乙腈(50毫升)溶液加入到上述反应液中,并在冰浴下反应19小时。
然后,加入分子量为550的聚(氨基甲氧基乙二醇)(14.24克,25.89毫摩尔)和三乙胺(5.24克,51.78毫摩尔),并在50℃下反应48小时。
将反应液离心或过滤除去过量的沉淀(Et3N-HCl),滤液在减压下浓缩至剩余少量溶剂。然后将浓缩液溶于四氢呋喃中,并加入过量己烷,使产物沉淀析出并过滤,重复上述操作2-3次。然后将通过上述操作得到的固体溶于少量甲醇中,依次用甲醇和蒸馏水分别渗析5次,之后在低温下干燥,由此得到6.7克(收率58%)最终产物[NP(AMPEG550)0.78(lleOEt)1.18(GlyLacOEt)0.04]。
化学式:C38H76N4O17P
元素分析:C,49.52;H,8.89;N,6.79
理论值:C,49.80;H,8.64;N,6.45
1HNMR谱图(CDCl3,ppm)
δ0.8-1.0 (b,6H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.1-1.3 (b,3H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3,
-NHCH2COOCH(CH3)COOCH2CH3),
δ1.4-1.6 (b,2H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3,
-NHCH2COOCH(CH3)COOCH2CH3),
δ1.6-1.9 (b,1H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ2.9-3.2 (b,2H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)10CH3),
δ3.4· (s,3H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)16CH3),
δ3.5-3.9 (b,95H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)10CH3,
-NHCH2COOCH(CH3)COOCH2CH3,
-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ4.0-4.4 (b,4H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3,
-NHCH2COOCH(CH3)COOCH2CH3),
δ5.0-5.1 (b,1H,-NHCH2COOCH(CH3)COOCH2CH3)
31PNMR谱图(CDCl3,ppm):δ17.9
平均分子量(MW):27000
最大凝胶粘度(Vmax):312.8帕斯卡·秒
最大胶凝温度(Tmax):43℃
实施例2
聚[聚(氨基甲氧基乙二醇550)(异亮氨酸乙酯)(甘氨酰甘氨酸乙酯)磷腈],[NP(AMPEG550)0.70(lleOEt)1.20(GlyGlyOEt)0.10]的制备
用与实施例1相同的方法制备[NP(AMPEG550)0.70(lleOEt)1.20(GlyGlyOEt)0.10],不同的是在第一步中采用聚(二氯磷腈)(2.00克,17.26毫摩尔)、三乙胺(4.19克,41.42毫摩尔)和异亮氨酸乙酯盐酸盐(4.05克,20.71毫摩尔),在第二步中采用甘氨酰甘氨酸乙酯盐酸盐(0.34克,1.73毫摩尔)和三乙胺(0.70克,6.92毫摩尔),在第三步中采用分子量为550的聚(氨基甲氧基乙二醇)(13.29克,24.16毫摩尔)和三乙胺(4.89克,48.32毫摩尔),得到8.2克(收率70%)最终产物[NP(AMPEG550)0.70(lleOEt)1.20(GlyGlyOEt)0.10]。
化学式:C37H75N4O16P
元素分析:C,50.01;H,8.59;N,6.90
理论值:C,49.80;H,8.56;N,6.84
1HNMR谱图(CDCl3,ppm)
δ0.8-1.0 (b,6H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.1-1.3 (b,6H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3,
-NHCH2CONHCH2COOCH2CH3),
δ1.4-1.6 (b,2H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.6-1.9 (b,1H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ2.9-3.2 (b,2H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)10CH3),
δ3.4 (s,3H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)10CH3),
δ3.5-3.9 (b,95H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)10CH3,
-NHCH2CONHCH2COOCH2CH3,
-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3)
δ4.0-4.4 (b,4H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3,
-NHCH2CONHCH2COOCH2CH3,
-NHCH2CONHCH2COOCH2CH3),
31PNMR谱图(CDCl3,ppm):δ18.1
平均分子量(MW):41000
最大凝胶粘度(Vmax):550.0帕斯卡·秒
最大胶凝温度(Tmax):39℃
实施例3
聚[聚(氨基甲氧基乙二醇550)(异亮氨酸乙酯)磷腈],[NP(AMPEG550)0.80(lleOEt)1.20]的制备
将聚(二氯磷腈)(2.00克,17.26毫摩尔)溶于四氢呋喃中并放入干冰-丙酮浴中,然后依次加入异亮氨酸乙酯盐酸盐(4.05克,20.71毫摩尔)和三乙胺(8.38克,82.84毫摩尔)并在室温下反应48小时。然后加入分子量为550的聚(氨基甲氧基乙二醇)(15.19克,27.62毫摩尔)和三乙胺(5.59克,55.24毫摩尔)并在50℃下反应48小时。
用与实施例1相同的方法从反应液中得到产物,由此得到7.2克(收率62%)最终产物[NP(AMPEG550)0.80(lleOEt)1.20]。
化学式:C31H64N3O13P
元素分析:C,50.45;H,8.90;N,6.38
理论值:C,49.95;H,8.62;N,6.24
1HNMR谱图(CDCl3,ppm)
δ0.8-1.0 (b,6H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.1-1.3 (b,3H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.4-1.6 (b,2H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.6-1.9 (b,1H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ2.9-3.2 (b,2H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)10CH3),
δ3.4 (s,3H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)16CH3),
δ3.5-3.9 (b,95H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)10CH3,
-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ4.0-4.4 (b,4H,-NHCH(CH2CH(CH5)2COOCH2CH3)
31PNMR谱图(CDCl3,ppm):δ19.1
平均分子量(MW):42000
最大凝胶粘度(Vmax):400.0帕斯卡·秒
最大胶凝温度(Tmax):40℃
实施例4
聚[聚(氨基甲氧基乙二醇750)(异亮氨酸乙酯)磷腈],[NP(AMPEG750)0.65(lleOEt)1.35]的制备
用与实施例3相同的方法制备[NP(AMPEG750)0.65(lleOEt)1.35],不同的是聚(二氯磷腈)(2.00克,17.26毫摩尔)和异亮氨酸乙酯盐酸盐(4.73克,24.16毫摩尔)在三乙胺(9.78克,96.64毫摩尔)存在下反应,然后与分子量为750的聚(氨基甲氧基乙二醇)(15.53克,20.71毫摩尔)在三乙胺(4.19克,41.42毫摩尔)存在下反应,得到9.0克(收率70%)最终产物[NP(AMPEG750)0.65(lleOEt)1.35]。
化学式:C41H84N3O18P
元素分析:C,51.32;H,8.96;N,5.21
理论值:C,52.01;H,8.91;N,5.64
1HNMR谱图(CDCl3,ppm)
δ0.8-1.0 (b,6H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.1-1.3 (b,3H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.4-1.6 (b,2H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.6-1.9 (b,1H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ2.9-3.2 (b,2H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)16CH3),
δ3.4 (s,3H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)16CH3),
δ3.5-3.9 (b,95H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)16CH3,
-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ4.0-4.4 (b,4H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3)
31PNMR谱图(CDCl3,ppm):δ17.9
平均分子量(MW):22000
最大凝胶粘度(Vmax):680.0帕斯卡·秒
最大胶凝温度(Tmax):47℃
实施例5
聚[聚(氨基甲氧基乙二醇750)(异亮氨酸乙酯)(甘氨酸乙酯)磷腈],[NP(AMPEG750)0.46(lleOEt)1.36(GlyOEt)0.18]的制备
用与实施例1相同的方法制备[NP(AMPEG750)0.46(lleOEt)1.36(GlyOEt)0.18],不同的是在第一步中采用聚(二氯磷腈)(2.00克,17.26毫摩尔)、三乙胺(9.78克,96.64毫摩尔)和异亮氨酸乙酯盐酸盐(4.73克,24.16毫摩尔),在第二步中采用三乙胺(1.40克,13.80毫摩尔)、甘氨酸乙酯盐酸盐(0.48克,3.45毫摩尔),在第三步中采用分子量为750的聚(氨基甲氧基乙二醇)(12.95克,17.26毫摩尔)和三乙胺(3.49克,34.52毫摩尔),得到8.2克(收率76%)最终产物[NP(AMPEG750)0.46(lleOEt)1..36(GlyOEt)0.18]。
化学式:C45H92N4O20P
元素分析:C,52.01;H,8.91;N,6.86
理论值:C,51.66;H,8.82;N,6.75
1HNMR谱图(CDCl3,ppm)
δ0.8-1.0 (b,6H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.1-1.3 (b,3H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3,
-NHCH2COOCH2CH3),
δ1.4-1.6 (b,2H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.6-1.9 (b,1H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ2.9-3.2 (b,2H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)16CH3),
δ3.4 (s,3H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)16CH3),
δ3.5-3.9 (b,95H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)16CH3,
-NHCH2COOCH2CH3,
-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ4.0-4.4 (b,4H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3,
-NHCH2COOCH2CH3)
31PNMR谱图(CDCl3,ppm):δ17.9
平均分子量(MW):24000
最大凝胶粘度(Vmax):1021.2帕斯卡·秒
最大胶凝温度(Tmax):48℃
实施例6
聚[聚(氨基甲氧基乙二醇750)(异亮氨酸乙酯)(乙基-2-(O-甘氨酰基)甘氨酸酯)磷腈],[NP(AMPEG750)0.64(lleOEt)1.23(GlyGlycOEt)0.13]的制备
用与实施例1相同的方法制备[NP(AMPEG750)X(lleOEt)1.23(GlyGlycOEt)0.13],不同的是在第一步中采用聚(二氯磷腈)(2.00克,17.26毫摩尔)、三乙胺(9.10克,82.84毫摩尔)和异亮氨酸乙酯盐酸盐(4.39克,22.44毫摩尔),在第二步中采用三乙胺(0.35克,3.45毫摩尔)和乙基-2-(O-甘氨酰)甘醇酸酯草酸铵盐(0.19克,0.86毫摩尔),在第三步中采用分子量为750的聚(氨基甲氧基乙二醇)(18.12克,24.16毫摩尔)和三乙胺(4.89克,48.32毫摩尔),得到7.4克(收率62%)最终产物[NP(AMPEG750)0.64(lleOEt)1.23(GlyGlycOEt)0.13]。
化学式:C47H94N4O22P
元素分析:C,51.00;H,8.52;N,6.90
理论值:C,50.34;H,8.44;N,6.77
1HNMR谱图(CDCl3,ppm)
δ0.8-1.0 (b,6H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.1-1.3 (b,3H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3,
-NHCH2COOCH2COOCH2CH3),
δ1.4-1.6 (b,2H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.6-1.9 (b,1H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ2.9-3.2 (b,2H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)15CH3),
δ3.4 (s,3H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)15CH3),
δ3.5-3.9 (b,95H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)15CH3,
-NHCH2COOCH2COOCH2CH3,
-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ4.0-4.4 (b,4H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3,
-NHCH2COOCH2COOCH2CH3),
δ4.5-4.7 (b,2H,-NHCH2COOCH2COOCH2CH3),
31PNMR谱图(CDCl3,ppm):δ19.1
平均分子量(MW):10000
最大凝胶粘度(Vmax):670.0帕斯卡·秒
最大胶凝温度(Tmax):53℃
实施例7
聚[聚(氨基甲氧基乙二醇1100)(异亮氨酸乙酯)磷腈],[NP(AMPEG 1100)0.84(lleOEt)1.16]的制备
用与实施例3相同的方法制备[NP(AMPEG1100)0.84(lleOEt)1.16],不同的是聚(二氯磷腈)(2.00克,17.26毫摩尔)和异亮氨酸乙酯盐酸盐(4.05克,20.71毫摩尔)在三乙胺(4.19克,41.42毫摩尔)存在下反应,然后在三乙胺(5.59克,55.24毫摩尔)存在下与分子量为1100的聚(氨基甲氧基乙二醇)(30.38克,27.62毫摩尔)反应,得到8.3克(收率50%)最终产物[NP(AMPEG1100)0.84(lleOEt)1.16]。
化学式:C57H116N3O26P
元素分析:C,52.21;H,9.01;N,4.30
理论值:C,52.44;H,8.94;N,4.10
1HNMR谱图(CDCl3,ppm)
δ0.8-1.0 (b,6H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.1-1.3 (b,3H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.4-1.6 (b,2H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.6-1.9 (b,1H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ2.9-3.2 (b,2H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)23CH3),
δ3.4 (s,3H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)23CH3),
δ3.5-3.9 (b,95H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)23CH3,
-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ4.0-4.4 (b,4H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3)
31PNMR谱图(CDCl3,ppm):δ18.07
平均分子量(MW):39000
实施例8
聚[聚(氨基甲氧基乙二醇550)(异亮氨酸乙酯)(甘氨酰甘氨酸苯酯)磷腈],[NP(AMPEG550)0.72(lleOEt)1.19(GlyGlyOBz)0.09]的制备
用与实施例1相同的方法制备[NP(AMPEG550)0.72(lleOEt)1.19(GlyGlyOBz)0.09],不同的是在第一步中采用聚(二氯磷腈)(2.00克,17.26毫摩尔)、三乙胺(4.19克,41.42毫摩尔)和异亮氨酸乙酯盐酸盐(4.05克,20.71毫摩尔),在第二步中采用甘氨酰甘氨酸苯酯盐酸盐(0.44克,1.72毫摩尔)和三乙胺(0.70克,6.88毫摩尔),在第三步中采用分子量为550的聚(氨基甲氧基乙二醇)(13.29克,24.16毫摩尔)和三乙胺(4.89克,48.32毫摩尔),得到7.8克(收率70%)最终产物[NP(AMPEG550)0.72(lleOEt)1.19(GlyGlyOBz)0.09]。
化学式:C42H77N4O16P
元素分析:C,51.01;H,8.61;N,6.79
理论值:C,50.20;H,8.52;N,6.68
1HNMR谱图(CDCl3,ppm)
δ0.8-1.0 (b,6H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.1-1.3 (b,3H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.4-1.6 (b,2H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ1.6-1.9 (b,1H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ2.9-3.2 (b,2H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)10CH3),
δ3.4 (s,3H,NHCH2CH2O(CH2CH2O)10CH3),
δ3.5-3.9 (b,95H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)10CH3,
-NHCH2CONHCH2COOCH2C6H5,
-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ4.0-4.4 (b,4H,-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3,
-NHCH2CONHCH2COOCH2C6H5),
δ5.3-5.4 (b,2H,-NHCH2CONHCH2COOCH2C6H5),
δ7.0-7.3 (b,5H,-NHCH2CONHCH2COOCH2C6H5),
31PNMR谱图(CDCl3,ppm):δ17.9
平均分子量(MW):47000
最大凝胶粘度(Vmax):309帕斯卡·秒
最大胶凝温度(Tmax):29℃
实施例9
聚[聚(氨基甲氧基乙二醇750)(苯基丙氨酸乙酯)磷腈],[NP(AMPEG750)0.73(PheOEt)1.27]的制备
用与实施例3相同的方法制备[NP(AMPEG750)0.73(PheOEt)1.27],不同的是聚(二氯磷腈)(2.00克,17.26毫摩尔)和苯基丙氨酸乙酯盐酸盐(5.15克,22.44毫摩尔)在三乙胺(9.08克,89.76毫摩尔)存在下反应,然后在三乙胺(4.89克,48.33毫摩尔)存在下与分子量为750的聚(氨基甲氧基乙二醇)(18.12克,24.16毫摩尔)反应,得到9.4克(收率65%)最终产物[NP(AMPEG750)0.73(PheOEt)1.27]。
化学式:C44H82N3O18P
元素分析:C,55.00;H,8.24;N,5.31
理论值:C,54.74;H,8.14;N,5.03
1HNMR谱图(CDCl3,ppm)
δ0.8-1.05 (b,3H,-NHCH(CH2C6H5)COOCH2CH3),
δ2.9-3.2 (b,4H,-NHCH(CH2C6H5)COOCH2CH3),
-NHCH2CH2O(CH2CH2O)15CH3),
δ3.4 (s,3H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)15CH3),
δ3.5-3.9 (b,95H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)15CH3,
-NHCH(CH2C6H6)COOCH2CH3),
δ4.0-4.4 (b,2H,-NHCH(CH2C6H5)COOCH2CH3),
δ7.0-7.3 (b,5H,-NHCH(CH2C6H5)COOCH2CH3),
31PNMR谱图(CDCl3,ppm):δ17.6
平均分子量(MW):255000
实施例10
聚[聚(氨基甲氧基乙二醇550)(亮氨酸乙酯)磷腈],[NP(AMPEG550)0.69(LeuOEt)1.31]的制备
用与实施例3相同的方法制备[NP(AMPEG550)0.69(LeuOEt)1.31],不同的是聚(二氯磷腈)(2.00克,17.26毫摩尔)和亮氨酸乙酯盐酸盐(4.56克,23.30毫摩尔)在三乙胺(9.43克,93.20毫摩尔)存在下反应,然后在三乙胺(4.54克,44.88毫摩尔)存在下与分子量为550的聚(氨基甲氧基乙二醇)(12.34克,22.44毫摩尔)反应,得到8.2克(收率75%)最终产物[NP(AMPEG550)0.69(LeuOEt)1.31]。
化学式:C31H64N3O13P
元素分析:C,50.45;H,8.79;N,6.91
理论值:C,50.21;H,8.65;N,6.67
1HNMR谱图(CDCl3,ppm)
δ0.8-1.0 (s,6H,-NHCH(CH2CH(CH3)2)COOCH2CH3),
δ1.1-1.3 (s,6H,-NHCH(CH2CH(CH3)2)COOCH2CH3),
δ1.4-1.6 (b,2H,-NHCH(CH2CH(CH3)2)COOCH2CH3),
δ1.6-1.9 (b,1H,-NHCH(CH2CH(CH3)2)COOCH2CH3),
δ2.9-3.2 (b,2H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)10CH3),
δ3.4 (s,3H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)10CH3),
δ3.5-3.9 (b,29H,-NHCH2CH2O(CH2CH2O)10CH3,
-NHCH(CH2CH(CH3)2COOCH2CH3),
δ4.0-4.4 (b,4H,-NHCH(CH2CH(CH3)2)COOCH2CH3),
31PNMR谱图(CDCl3,ppm):δ17.9
平均分子量(MW):143000
最大胶粘度(Vmax):6.2帕斯卡·秒
最大胶凝温度(Tmax):44℃
实施例11
观察聚磷腈的溶胶-凝胶变化
将根据本发明实施例制得的磷腈聚合物和Macromolecules 35,3876(2002)中公开的磷腈聚合物分别溶于pH值为7.4的PBS溶液中,得到浓度为10重量%的溶液,观察随温度变化的溶胶-凝胶现象。
图1为示出了根据本发明的磷腈聚合物随温度变化的溶胶-凝胶行为的照片。如图1所示,该聚合物在低于30℃温度下为溶液状态,但在接近体温(37℃)温度下变成凝胶状态。
下表1示出了在Macromolecules 35,3876(2002)中公开的磷腈聚合物(聚合物1和2)和根据本发明实施例1-4制备的磷腈聚合物随温度变化的凝胶特性的实验结果。
表1
聚合物 | 结构 | 起始胶凝温度(℃) | 最大胶凝温度(℃) | 最大凝胶强度(帕斯卡·秒) | MW(×10-4)e |
1 | [(NP(lleOEt)0.94(AMPEG350)1.06]n | 5 | 29 | 37.2 | 3.9 |
2 | [(NP(lleOEt)1.24(AMPEG550)0.76]n | 26 | 52 | 6.7 | 2.1 |
实施例1 | [(NP(lleOEt)1.18(AMPEG550)0.78(GlyLacOEt)0.04]n | 25 | 43 | 312.8 | 2.7 |
实施例2 | [(NP(lleOEt)1.20(AMPEG550)0.70(GlyLacOEt)0.10]n | 21 | 39 | 550.0 | 4.1 |
实施例3 | [(NP(lleOEt)1.20(AMPEG550)0.80]n | 27 | 40 | 400.0 | 4.2 |
实施例4 | [(NP(lleOEt)1.35(AMPEG750)0.65]n | 13 | 47 | 680.0 | 2.2 |
在表1中,“起始胶凝温度”表示聚合物水溶液(10重量%PBS溶液,pH值为7.4)的粘度开始急剧增加时的温度,“最大胶凝温度”表示聚合物水溶液(10重量%PBS溶液,pH值为7.4)粘度达最大点的温度,“最大凝胶强度”表示聚合物水溶液(10重量%PBS溶液,pH值为7.4)的粘度达到最大点时的粘度。
图2示出了表1中所示聚合物1和2的磷腈聚合物和本发明实施例1-3制得的磷腈聚合物由于温度变化而引起的粘度变化。
如表1和图2所示,如果是聚合物1,最大胶凝温度为29℃,在温度达到37℃前凝胶已经开始收缩;如果是聚合物2,虽然最大胶凝温度为52℃,但凝胶强度很差。因此,可以看出聚合物1和聚合物2不适合用作药物输送物质。
与此相反,本发明实施例1-4制得的磷腈聚合物不仅在37℃附近保持透明凝胶特性,而且具有足够用作药物输送物质所需的凝胶强度。
实施例12聚磷腈凝胶聚合物药物释放行为实验
按照下述方法对表1中所示聚合物1磷腈聚合物和本发明实施例2-4的磷腈聚合物进行药物释放行为实验。异硫氰酸荧光素-葡聚糖(FETC-dextran,MW71600)用作磷腈聚合物体外释放行为实验的模型药物。首先,将实验目标聚合物在4℃下以10重量%浓度溶于PBS溶液中。接着,以0.1重量%浓度加入模型药物,然后在低温下搅拌得到均一的溶液。当0.5毫升所述溶液一加入维持在37℃的容器中时,上述溶液立即成为凝胶状态。将2.5毫升pH值为7.4的PBS溶液加入到所得物质中,进行药物释放实验。
在一定的时间间隔下从溶液中取样测定荧光强度,由此计算药物的释放量。结果如图4所示,从图4中可以看出,在大部分凝胶中,药物缓慢释放15天以上。
然而,对于聚合物1,70%以上的药物在第一天释放,该数值远远大于本发明聚合物的释放量。药物的初始释放量大的原因是因为由聚合物1形成的凝胶在37℃、pH值为7.4的PBS水溶液中收缩。
与此相反,对于本发明实施例2-4制得的聚合物,药物初始释放量小得多(40%以内),且药物缓慢释放15天以上。原因是因为凝胶即使在37℃下也不收缩,且凝胶强度保持不变。同时还表明,实施例2和3的聚合物具有比实施例4聚合物更小的初始释放量,原因是因为实施例2和3的最大胶凝温度接近37℃,而实施例4的聚合物的最大胶凝温度为47℃。也就是说,实施例4的聚合物的亲水性大于实施例2和实施例3的聚合物,因而在水中的溶解性更好,由此导致药物的释放速度更快。
本发明提供了具有热敏性水凝胶特性即在低温下保持溶胶状态在接近体温温度下转变成凝胶状态、适合用作药物输送物质的磷腈聚合物及其制备方法以及使用该聚合物的可注射热敏性水凝胶。
根据本发明的磷腈聚合物在水中不但具有热敏特性和可生物降解特性,而且还具有用作可注射药物输送物质所需的合适特性,如胶凝温度、凝胶强度、分解速度和药物释放行为等。因此,本发明的聚合物可用作可注射药物输送物质,并可用于与组织工程相关的各种工业领域中。
虽然通过不背离本发明精神或基本特征的几种方式对本发明进行了描述,但应该理解的是,除非特别说明,上述实施方式并不限于上述描述的任何细节,而是应该最大程度地解释为在权利要求定义的精神和范围内,因此落在本发明权利要求范围和界限内的任何改变和变化或者等价替换都包含在本发明权利要求范围内。
Claims (10)
1、一种由式1表示的磷腈聚合物,
【式1】
其中,R表示CH2CH(CH3)2、CH(CH3)C2H5或C7H7,R’表示CH2COOC2H5或CH(CH3)COOC2H5,R”表示OC2H5、NHCH2COOC2H5、NHCH2COOC7H7、NHCH(CH2CH(CH3)2)COOC2H5或NHCH(CH(CH3)C2H5)COOC2H5;
a和b分别独立地为0.1-1.9,c和d分别独立地为0-1.9,且a+b+c+d=2.0;
n为10-10000的整数;
m为10-50的整数。
2、一种由式1表示的磷腈聚合物的制备方法,该方法包括下述步骤:
(1)将由式3表示的聚二氯磷腈与由式4表示的氨基酸乙酯以摩尔比1∶0.1-1.9的比例反应;
(2)将步骤(1)所得反应产物与0-1.9当量的由式5或6表示的化合物反应;
(3)基于剩余的氯基团,将步骤(2)所得反应产物与两当量的由式7表示的氨基甲氧基聚乙二醇反应;
【式1】
【式3】
【式4】
H2NCH(R)COOCH2CH3
【式5】
H2NCH2COOR′
【式6】
H2NCH2COR″
【式7】
其中,R表示CH2CH(CH3)2、CH(CH3)C2H5或C7H7,R’表示CH2COOC2H5或CH(CH3)COOC2H5,R”表示OC2H5、NHCH2COOC2H5、NHCH2COOC7H7、NHCH(CH2CH(CH3)2)COOC2H5或NHCH(CH(CH3)C2H5)COOC2H5;
a和b分别独立地为0.1-1.9,c和d分别独立地为0-1.9,且a+b+c+d=2.0;
n为10-10000的整数;
m为10-50的整数。
3、根据权利要求2所述的方法,其中,所述各个步骤的反应混合物无需提纯直接用于下一步反应。
4、根据权利要求2或3所述的方法,其中,选自由四氢呋喃、二氧杂环乙烷、二甲基甲酰胺、氯仿和甲苯组成的组的溶剂用作步骤(1)和步骤(3)的反应溶剂,乙腈用作步骤(2)的反应溶剂。
5、根据权利要求2或3所述的方法,其中,所述氨基甲氧基聚乙二醇的分子量为550-2500。
6、根据权利要求2或3所述的方法,其中,该方法还包括在步骤(3)完成后将乙醚或己烷加入到的反应混合物中,形成沉淀,然后将过滤混合物得到的固体溶于甲醇中,并用甲醇和蒸馏水分别渗析3-10天,之后在低温下干燥,由此得到纯的由式1表示的化合物。
7、根据权利要求2所述的方法,其中,由式4表示的氨基酸乙酯化合物以盐酸盐的形式使用。
8、根据权利要求2所述的方法,其中,由式6或7表示的化合物以其草酸盐或盐酸盐的形式使用。
9、根据权利要求7或8所述的方法,其中,反应在三乙胺存在下进行。
10、一种具有随温度变化表现溶胶-凝胶特性的用于输送药物的可注射热敏性水凝胶,其中,水凝胶为以2-30重量%浓度溶于缓冲溶液、酸溶液、碱溶液或水中的权利要求1所述的磷腈聚合物。
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