CN1965802B - 一种聚乙二醇化药物的可注射性水凝胶制剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属药物制剂与生物材料技术领域，具体涉及包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂及其制备方法。PEG化药物是指PEG修饰剂通过共价反应结合到原始药物分子上形成的药物分子，包裹药物的载体为可降解聚合物与水的混合物，该可降解聚合物为由PEG为亲水段和可降解的聚酯为疏水段的两亲性嵌段共聚或及衍生物等。该水凝胶制剂在体温以下时是流动的溶液，在体温时自发物理凝胶化成为不流动的凝胶，是一种可注射性水凝胶制剂。通过一次注射可使PEG化药物缓释从数天到数月不等，是一种长效的PEG化药物的缓释制剂。

Description

一种聚乙二醇化药物的可注射性水凝胶制剂及其制备方法

技术领域

本发明属药物制剂与生物材料技术领域，具体涉及一种包裹了聚乙二醇(PEG)化药物的可注射性水凝胶制剂及其制备方法。

背景技术

近几十年来，药学研究取得了很大的发展，特别是通过有机合成或基因工程得到了许多令人注目的新的生理活性物质，这些药物为人类的健康和幸福提供了保障。但是药物都有一定的毒副作用，只有使血药浓度维持在最低有效浓度和中毒浓度之间时药物才能发挥药效。故当一种新的原料药研制成功后，紧接着要研制合适的给药途径和剂型，以便最大程度地发挥其治疗效果。

传统的药物制剂需要多次服药或注射来达到治疗效果，副作用多且不便于患者使用，这就促使人们研究开发新的药物输送系统(Drug Delivery System，简称DDS)，以满足患者的需要。DDS同传统药物制剂相比具有显著优点：(1)控制血药浓度在最低有效浓度和中毒浓度之间；(2)能够将药物直接输送到患病部位，提高药效，降低毒副作用；(3)保护生物活性物质，避免失活；(4)减少给药次数，方便患者使用。

在DDS中，作为药物载体的生物材料起着关键的作用，是药物制剂具有特定功能的最重要的因素。与传统药物制剂中起保持药物制剂成型作用的赋型剂不同，DDS中的药物载体需要起到药物缓释、靶向及其给药方便等作用，故对载体材料的要求更高。而DDS中的药物载体材料大部分为高分子材料，根据其来源不同可以分为天然高分子材料和合成高分子材料。其中合成高分子材料结构和性能可精细调控，重复性好，易于加工和工业化生产，应用最为广泛。

水凝胶具有良好的生物相容性，广泛应用于生物医疗和生物技术等领域。有一种在人体或动物体温度附近为凝胶状态，偏离人体或动物体温度时为溶液状态的水凝胶材料近年来引起了人们的注意。这种可注射性水凝胶在偏离体温时，以溶液状态存在，在此状态下可以包埋如多肽、蛋白质、细胞等生物活性物质；当注射于皮下组织、肌肉组织后，由于温度的变化，包含有活性物质的溶液迅速转变为凝胶；活性物质在扩散作用和凝胶自身降解作用双重推动下，从凝胶内平稳释放出来，达到了长效缓释的效果。在包埋过程中，由于没有涉及任何有机溶剂，不易使包埋物质的活性物质失活，这是其他固体制剂不可比拟的优点。此外水凝胶的可注射性比其他固体制剂的移植埋入使用简单易行，无需手术，创伤小。其中聚氧化乙烯(PEO)-聚氧化丙烯(PPO)的共聚物(也称为波洛沙姆，Poloxamer)已经商业化，并且在临床上被用作增溶剂等。由于其水溶液具有热可逆的凝胶化行为具有作为可注射性药物控释载体的可能性，因而被广泛研究，但是其在体内只能存在数天即被体液稀释，无法达到长期给药的效果；同时，它是不可降解的，也带来了一定的局限性。此外，只有相对分子量在8000以上的波洛沙姆在20-40％(重量)浓度下才具有温敏可逆的凝胶化性质。

不同于波洛沙姆，最近发现，聚乙二醇(PEG)与聚酯(如，聚乳酸和聚乙醇酸的共聚物PLGA)构成的温敏可逆的嵌段共聚物水凝胶具有良好的生物相容性、可降解性和可注射性；通过改变组成，如分子量和亲疏水比例，可以调节其降解速率，从而来调节释放动力学，可以一次注射后缓释药物长达数天到数月，是一种具有广泛应用前景的可注射的水凝胶材料。如在糖尿病2型鼠上一次注射载有胰岛素的可注射的PLGA-PEG-PLGA的水凝胶制剂后，可以控制血糖浓度在正常水平达两周(Choi et al，Pharm.Res.2003，20，2008-2010.)；而通过改变嵌段共聚物的组成，一次注射载有胰岛素的不同比例组成的PLGA-g-PEG/PEG-g-PLGA水凝胶制剂，可以控制糖尿病鼠的血糖浓度从5天到16天不等(Jeong et al，Biomacromolecules 2002，3，865-868.)；载有紫杉醇的可注射的PLGA-PEG-PLGA的可注射水凝胶制剂可以在体外持续释放约6周，小鼠瘤内注射后表明具有高的肿瘤抑制率和低的毒副作用(Zentner et al，J.Control.Release，2001，72，203-215)。

聚乙二醇(PEG)安全、无毒，同时溶于水和许多有机溶剂，已被FDA批准用于人体；PEG同药物通过共价连接可以得到PEG化药物。药物被PEG化以后增加了药物的水溶性，减小肾消除，降低免疫原性，延长药物半衰期，改善药动学性质，降低毒性，提高体内活性等诸多优点。药物的PEG修饰或PEG化是近30年来药学和药剂学研究的一大热点。

PEG化药物最突出的优点是长循环，即降低了被血液中免疫细胞清除的速率，增加了其血液循环过程中的停留时间，从而提高了药效。虽然PEG化药物可以导致长循环，但是本身没有直接的缓释作用。如果将温度敏感的可降解水凝胶用来包裹PEG化水凝胶，则有望实现缓释和长循环的结合，而产生显著的进步。文献中未见此报道。

发明内容

本发明的目的在于提出一种包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂及其制备方法。

本发明提出的包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂，其中，PEG化药物是指聚乙二醇修饰剂通过共价反应结合到原始药物分子上后所形成的药物分子，其中的原始药物包括小分子药物和大分子药物；包裹药物的载体材料为可降解聚合物与水的混合物。这里的可降解聚合物是由聚乙二醇(PEG)为亲水嵌段、可降解的聚酯为疏水嵌段所组成的两亲性嵌段共聚物，或上述共聚物的衍生物，以及上述不同组成嵌段共聚物之间、不同衍生物之间以及共聚物和共聚物衍生物之间的共混物，其水体系具有温敏凝胶化性质，凝胶化过程是一个可逆的物理凝胶化过程。该制剂具有温度敏感的溶胶-凝胶相转变(sol-geltransition)特性、且相转变温度低于体温，在低温时为流动的溶液，具备可注射性，体系在体温时原位自发物理凝胶化成为不流动的水凝胶。上述描述中的sol，主要指未形成凝胶的溶液状态；本发明中的凝胶为物理凝胶，即凝胶化过程不是由于化学交联所导致。上述体温指人体温度或者动物体的温度，主要指人体温度。

本发明中所述共聚物的衍生物特别包括端基接上了功能基团所组成的两亲性嵌段共聚物端基化衍生物。嵌段共聚物端基化衍生物的端基可以为电中性，也可以为阴性或阳性；可以为亲水功能端基，也可以为疏水功能端基；端基特别可以为乙酯、丙酯、羧基或氨基。

本发明中，两亲性嵌段共聚物中，聚乙二醇的亲水聚合物嵌段(记为A)的重量百分比为：15％至60％，平均分子量为500-15000，所述聚酯(记为B)的重量百分比为40％至85％，平均分子量为200至30000。

本发明中，所述聚酯选自各种聚DL-丙交酯、聚L-丙交酯、聚乙交酯、聚原酸酯、聚ε-己内酯、聚ε-烷基取代己内酯、聚δ-戊内酯、聚酰胺酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚酯中的任何一种以及上述各类聚酯的任何形式的共聚物。

本发明中，嵌段共聚物包括ABA或BAB嵌段构型的三嵌段共聚物、AB嵌段构型的二嵌段共聚物、A-g-B或B-g-A嵌段构型的接枝共聚物、(AB)_n嵌段构型的多嵌断共聚物。

本发明中，进一步含有改变包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂的凝胶化温度、改变其凝胶的强度、提高其凝胶化速度的调节剂或赋形剂。这些调节剂、赋形剂为常规的材料。

本发明中，包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂的水相为纯水，或缓冲溶液，或体液，或组织培养液，或其它不以有机溶剂为主体的溶剂介质。

本发明中，包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂，其给药方式为肠道外注射给药，主要是皮下注射和肌肉注射。

包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂的制备方法，其具体步骤为，将具备反相温度敏感性的可降解嵌段共聚物、PEG化药物与水在低于体温下混合，注射入人体或动物体，利用体温下的自发物理凝胶化实现对药物的包裹，利用药物的扩散和材料的降解实现药物的逐步释放。

所述的包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂的制备方法，其中，可降解嵌段共聚物、PEG化药物与水的混合方式为可采用如下方法之一种：

方法1，首先配制重量百分比浓度从0.5-40％不等的嵌段共聚物的水溶液，该水溶液具有温度敏感的自发形成水凝胶的特征，然后在上述嵌段共聚物的水溶液中加入0.01-10％w/w的有效量的PEG化药物(该百分比为PEG化药物同共聚物的水溶液的重量比)，充分溶解成为均一体系，其在低于体温(一般为室温或低于室温)时依然是流动的溶液，在体温时原位凝胶化成为不流动的凝胶，即得到包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂；

方法2，首先配制含有0.01-10％w/w的有效量的PEG化药物的水溶液(该百分比为PEG化药物同共聚物的水溶液的重量比)，然后在上述的水溶液中加入重量百分比浓度从0.5-40％不等的嵌段共聚物，充分溶解成为均一体系，即得到包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂；

方法3，首先混合好重量百分比浓度从0.5-40％不等的嵌断共聚物和0.01-10％w/w的有效量的PEG化药物(该百分比为PEG化药物同共聚物的水溶液的重量比)，然后加水溶液溶解成为均一体系，即得到包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂。

上述方法中，所述的PEG化药物是指聚乙二醇(PEG)衍生物修饰剂通过共价反应结合到药物分子上，包括PEG化的小分子药物和PEG化的大分子药物。

上述方法中，所述的可注射性水凝胶是由聚乙二醇(PEG)为亲水嵌段、可降解的聚酯为疏水嵌段所组成的两亲性嵌段共聚物，或者是共聚物的衍生物，或者是这两亲性嵌段共聚物的端基接上了功能基团所组成的两亲性嵌段共聚物端基化衍生物，以及不同组成的上述共聚物和衍生物之间的共混物，其水体系具有温敏凝胶化性质，凝胶化是一个可逆的物理过程。

上述方法中，聚乙二醇的亲水聚合物嵌段(A)的重量百分比为：15％至60％，平均分子量为500-15000，所述聚酯(B)的重量百分比为40％至85％，平均分子量为200至30000。

上述方法中，所述的聚酯选自各种聚DL-丙交酯、聚L-丙交酯、聚乙交酯、聚原酸酯、聚ε-己内酯、聚ε-烷基取代己内酯、聚δ-戊内酯、聚酰胺酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚酯中的任何一种以及上述各类聚酯的任何形式的共聚物。

上述方法中，所述的嵌段共聚物包括ABA或BAB嵌段构型的三嵌段共聚物、AB嵌段构型的二嵌段共聚物、A-g-B或B-g-A嵌段构型的接枝共聚物、(AB)_n嵌段构型的多嵌段共聚物。

上述方法中，所述的嵌段共聚物端基化衍生物，其端基可以为电中性，也可以为阴性或阳性；可以为亲水功能端基，也可以为疏水功能端基；端基特别可以为乙酯、丙酯、羧基、氨基。

上述方法中，进一步含有改变包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂的凝胶化温度、改变其凝胶的强度、提高其凝胶化速度的调节剂或赋形剂。

上述方法中，所述的包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂的水相为纯水；或缓冲溶液；或体液；或组织培养液；或其它不以有机溶剂为主体的溶剂介质。

本发明具有如下特点：

本发明是一种可注射性水凝胶制剂，一次注射即可被包裹和长期地释放药物，而无需有机溶剂、化学交联和开刀手术，使用十分方便。

本发明是一种长效的PEG化药物缓释制剂，PEG化药物在体内的释放速度可以通过控制水凝胶载体的种类、浓度和化学组成等因素来调节，一次注射可使PEG化药物缓释从数天到数月不等，可以大范围的调控。这样综合了缓释效果和PEG化药物的长循环效果。

本发明的水凝胶载体可降解，降解产物可以被人体吸收。

附图说明

图1.本发明实施例1中的嵌段共聚物不同浓度水溶液随着温度变化时的相图。用试管倒置法测定。下方曲线表示为sol-gel的相转变，上方表示为gel-sol的相转变；上述相转变可逆。

具体实施方式

下面通过实例进一步描述本发明，但不限于这些实施例。

实施例1

在250ml三口烧瓶中加入20g聚乙二醇(PEG，数均分子量1500)，油浴加热到150℃，搅拌下真空抽滤三个小时，以去除PEG中残留的水分，然后加入摩尔比为10∶1的丙交酯(37.7g)和乙交酯(3.0g)，真空下加热使其完全熔融之后，加入100μl辛酸亚锡，油浴升温到160℃，在氩气气氛下继续反应8个小时。反应完毕，真空抽滤两个小时以除去没有反应的单体和低沸点的产物。然后把初产物溶于冷水(5℃～8℃)中，等其完全溶解之后，溶液升温到80℃，产物发生沉淀，清除上层溶液，重复上述步骤一次，得到产物，其残余的水通过冷冻干燥除去，收率约为85％。通过¹H-NMR测定PLGA共聚物组成和嵌段的平均分子量为PLGA(10/1)₁₇₃₀-PEG₁₅₀₀-PLGA(10/1)₁₇₃₀。嵌段共聚物通过酯键的水解发生降解，最后的产物为乳酸、羟基乙酸，乙酸和聚乙二醇。

实施例2

在250ml三口烧瓶中加入20g聚乙二醇(PEG，1500)，然后加入DL-丙交酯31.2g和乙交酯6.3g，真空下加热使其完全熔融之后，加入100μl辛酸亚锡，油浴升温到160℃，在氩气气氛下继续反应8个小时。反应完毕，真空抽滤两个小时以除去没有反应的单体和低沸点的产物。然后把初产物溶于冷水(5℃～8℃)中，等其完全溶解之后，溶液升温到80℃，产物发生沉淀，清除上层溶液，重复上述步骤一次，得到产物，其残余的水通过冷冻干燥除去，收率约为85％。然后在氩气气氛下，在250ml三口瓶中加入10g的嵌段共聚物，100ml二氯甲烷溶液溶解后，加入等摩尔的丁二酸酐和无水吡啶(同嵌段共聚物摩尔比为8/1)，回流12h；反应完毕，过滤，加大量无水乙醚沉淀，得到端羧基的嵌段共聚物衍生物，产率80％左右。通过¹H-NMR测定共聚物组成和嵌段的平均分子量为PLGA(4/1)₁₅₇₀-PEG₁₅₀₀-PLGA(4/1)₁₅₇₀-diacid，并且端基化程度超过90％。

实施例3

研究了例1中的嵌段共聚物不同浓度水溶液的凝胶化行为。制备了从10％到30％的不同重量百分比浓度的共聚物水溶液，测定了其在0℃到60℃之间的粘度变化。观察试管倒置时在30秒内不发生流动来定义是否凝胶化。图1为例1中的嵌段共聚物不同浓度水溶液随着温度变化时的相图。明显可见其凝胶化过程的可逆性，同时其在人体温度下凝胶化对可注射药物缓释体系非常有用。

实施例4

氩气气氛下，在250ml三口瓶中加入10g的单端甲氧基聚乙二醇(MPEG，5000)，150ml二氯甲烷溶液溶解，然后加入等摩尔的丁二酸酐和无水吡啶(同MPEG摩尔比为4/1)，回流24小时，反应完毕，过滤，在滤液中缓慢加入无水乙醚得到沉淀，得到白色MPEG₅₀₀₀-acid固体，真空干燥48小时后计算产率为85％左右。然后在氩气气氛下，将MPEG₅₀₀₀-acid(0.5mmol)溶于50ml无水二氯甲烷中，然后把溶液温度降到0℃后加入DCC(2.5mmol)、DMAP(2.5mmol)和喜树碱(2.5mmol)，搅拌下在0℃反应2个小时，最后升温到室温继续反应16个小时。反应完毕，用0.1N盐酸水洗几次，分液，有机相用无水MgSO₄干燥过夜，过滤，减压除去溶剂得到初产物，用DMF和乙醚重结晶得到一白色的PEG化喜树碱(MPEG₅₀₀₀-CPT)固体。MPEG₅₀₀₀-CPT采用IR、¹H-NMR、MALDI-TOF等进行表征，证实喜树碱已经成功地被PEG化，并且每条PEG链上接上约0.8个CPT。

实施例5

首先配置10ml18％的PLGA(10/1)₁₇₃₀-PEG₁₅₀₀-PLGA(10/1)₁₇₃₀三嵌段共聚物水溶液，然后加入1.5％w/w的MPEG₅₀₀₀-CPT(PEG化的喜树碱)，充分溶解即可。

实施例6

首先配置10ml23％的PEG₅₅₀-PLGA(3/1)₂₈₁₀-PEG₅₅₀三嵌段共聚物PBS缓冲溶液，然后加入2.0％w/w的PEG-INTRON^TM(PEG化的干扰素)，充分溶解即可。

实施例7

首先配置10ml25％的PLGA-g-PEG(M_n～6000，EG/LA/GA～2.71/3.28/1.00，接枝个数～3)接枝共聚物水溶液，然后加入1.5％w/w的Oncaspar^TM(PEG化的天冬酰胺酶)，充分溶解即可。

实施例8

首先配置10ml20％的PEG-g-PLGA(M_n～6000，EG/LA/GA～2.98/2.35/1.00，接枝个数～3)接枝共聚物水溶液，然后加入2.5％w/w的PEG-SOD(PEG化的超氧化物歧化酶)，充分溶解即可。

实施例9

首先配置10ml25％的重量比为50/50的PEG-g-PLGA/PLGA-g-PEG接枝共聚物水溶液，然后加入1.0％w/w的PEG-insulin(PEG化的胰岛素)，充分溶解即可。

实施例10

首先配置10ml23％的PEG₅₅₀-PCL₂₁₉₀-PEG₅₅₀三嵌断共聚物水溶液，然后加入1.0％w/w的PEG-uricase(PEG化的尿素酶)，充分溶解即可。

实施例11

首先配置10ml20％的PCL₉₈₀-PEG₁₀₀₀-PCL₉₈₀三嵌断共聚物水溶液，然后加入2.5％w/w的PEG-Toxol(PEG化的紫杉醇)，充分溶解即可。

实施例12

首先配置10ml25％的PEG₆₀₀/PLLA₁₃₀₀(M_n～6700)多嵌段共聚物水溶液，然后加入2.5％w/w的ADAGEN^TM(PEG化腺苷脱氨酶)，充分溶解即可。

实施例13

首先混合好一定量的PEG₅₅₀-PCL₂₁₉₀-PEG₅₅₀三嵌断共聚物和1.5％w/w载药量的PEG-INTRON^TM(PEG化的干扰素)，然后加PBS缓冲溶液，搅拌下使它们完全溶解得到20％的嵌段共聚物载药制剂。

实施例14

首先配置10ml 2.5％w/w载药量的PEG-uricase(PEG化的尿素酶)的PBS缓冲溶液，然后加入PEG₆₀₀/PLLA₁₃₀₀(M_n～6700)多嵌段共聚物，充分溶解得到23％的嵌段共聚物载药制剂。

实施例15

首先配置10ml25％的PLGA(3/1)₁₇₅₀-PEG₁₅₀₀-PLGA(3/1)₁₇₅₀三嵌段共聚物水溶液，然后加入2.0％w/w的MPEG₅₀₀₀-CPT(PEG化的喜树碱)，充分溶解得到嵌段共聚物载药制剂。结果发现PEG化的喜树碱的加入使得共聚物溶液粘度有显著提高，原来可以用4#针头注射，载药制剂要用6#针头注射。

实施例16

例15中的嵌段共聚物载药后溶液粘度有显著提高，通过试管倒置法表明其仍然是具有可逆的sol-gel相转变行为，并且相转变温度由原来的34℃，下降到31℃。

实施例17

KM小鼠接种S180瘤24小时后随机分组，用5.5号针头注射例5中制备的可注射性水凝胶缓释制剂到小鼠的背部皮下，阳性药5-FU于肿瘤接种后1、4天静脉给药共2次。给药七天以后处死动物，称体重、瘤重，计算各组平均瘤重，求出肿瘤抑制率并进行T检验，优选出最佳治疗组。其中每组动物数：阴性对照组16只，给药组8只。

疗效评价标准：肿瘤抑制率＜40％为无效；肿瘤抑制率＞＝40，并经统计学处理p＜0.05为有效。

实验结果如表1所示，表明载体和药物具有良好的缓释和治疗效果。

表1.MPEG₅₀₀₀-CPT的可注射性水凝胶缓释制剂对小鼠S-180瘤的实验治疗作用

(a)5-FU给药2次(肿瘤接种后第1天、第4天)，每次的给药剂量为50mg/kg；(b)表示MPEG-CPT在载体中的载药量；(c)表示所载的MPEG₅₀₀₀-CPT真正的实际的CPT(MPEG-CPT/CPT＝16/1)的给药剂量。

Claims (2)

1.一种包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂，其特征在于：PEG化药物是指聚乙二醇修饰剂通过共价反应结合到喜树碱药物分子上后所形成的药物分子；包裹药物的载体材料为可降解聚合物与水的混合物；这里的可降解聚合物是由聚乙二醇为亲水嵌段、可降解的聚(乳酸-羟基乙酸)共聚物为疏水嵌段所组成的聚(乳酸-羟基乙酸)-聚乙二醇-聚(乳酸-羟基乙酸)三嵌段共聚物；

所述的三嵌段共聚物中，聚乙二醇的平均分子量为1500，聚乳酸-羟基乙酸共聚物的平均分子量为1750。

2.根据权利要求1所述的包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂的制备方法，其特征在于可降解嵌段共聚物、PEG化药物与水的采用如下方式之一种进行混合：

(1)配制重量百分比浓度从0.5-40％不等的嵌段共聚物的水溶液；然后在上述嵌段共聚物的水溶液中加入PEG化药物同共聚物的水溶液的重量比为0.01-10％w/w的有效量的PEG化药物，充分溶解成为均一体系，其在低于体温时依然是流动的溶液，在体温时原位凝胶化成为不流动的凝胶，即得到包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂；

(2)首先配制含有PEG化药物同共聚物的水溶液的重量比为0.01-10％w/w的有效量的PEG化药物的水溶液，然后在上述的水溶液中加入重量百分比浓度从0.5-40％不等的嵌段共聚物，充分溶解成为均一体系，即得到包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂；

(3)首先混合好重量百分比浓度从0.5-40％不等的嵌断共聚物和PEG化药物同共聚物的水溶液的重量比为0.01-10％w/w的有效量的PEG化药物，然后加水溶液溶解成为均一体系，即得到包裹了PEG化药物的可注射性水凝胶制剂。