CS217739B1 - Alternující blokové kopolymery synthetických polypetidů s lineární strukturou - Google Patents

Abstract

Předmětem vynálezu jsou alternující blokové kopolymery synthetických polypeptidů s lineární strukturou typu (A—B)n, kda n š a 2 a kde A je polypeptidový segment a B je stejný nebo různý segment synthetického polyéteru, polyurethanu nebo polyamidu, kde molekulová hmotnost pclypetidových sěgmentů se pohybuje v rozmezí 500 až 10 000. Alternující blokové kopolymery peptidů podle vynálezu je možno použít v obalové technice, u spotřebního zboží a v neposlední řadě i pro polymerní lékařské pomůcky, protézy, implantáty apod. Přítomnost peptidických jednotek s prostorovou konfigurací L — je základní podmínkou pro to, aby daný materiál byl citlivý k bicdegradacl účinkem rostlinných a živočišných organismů.

Description

Vynález se týká alternujících blokových kopolymerů synthetických polypeptidů β lineární strukturou.

Synthetické polypeptidy jsou materiálem, který jak svým složením, tak i vlastnostmi stojí nejblíže přírodním materiálům, jako je vlna, hedvábí anebo kolagen. Dnes jsou získávány polymerací N-karboxyanhydridů a-aminokyselin a v některých zemích jsou vyráběny pro komerční i výzkumné účely. Vlastnosti synthetických polypeptidů z různých aminokyselin jsou podrobně prozkoumány a některé z nich jsou velmi dobrými materiály pro výrobu kvalitních vláken, filmů a umělé kůže.

Synthetické pepity, obsahující jako monomem! jednotky L-isomery «-aminokyselin, mají kromě různých vhodných technických vlastností jednu specifickou vlastnost, která chybí u ostatních technických polymerů. Je to bíodegradabilita, zaručená přítomností jednotek selektivně štěpitelných enzymovým aparátem živých organismů. Z toho plyne velká potenciální možnost aplikace v medicíně, farmakologii a tam, kde jde o znečištění prostředí plastickými hmotami.

V patentové a vědecké literatuře nalézáme řadu aplikací synthetických polypeptidů z N-karboxyanhydridů aminokyselin (dále NCA), kdy jsou známé polymery modifikovány kopolymerací s N-karboxyanhydridy. Takovým způsobem se modifikují např. polyurethany, resp. póly étery a póly epoxidy, jak uvádí literatura: Fujimoto Y.,Masumura I., Tatsukawa K., Koshimoto S. a Doiuchi T.: Ger. Offen. 2, 117, 982/28. 10. 1971; Fujimoto Y., Teranishi M.: Ger. Offen. 2, 124, 042 (2. 12. 1971, Kyowa Fermentation. Industrial Co.]; Tojima H., Hasegawa Y., Minami T.: Japan. Kokai 72 42,991 (28. 12. 1972, Toycba Co.); Kajiyama S., Nakanishi T., Kusushita T.: Japan. 74 41,118 (2t5. 8. 1970, Matsushita Electric Industrial Co.); Hoshizumi S., Nakagoe Y.: Japan 73 23,882 (17. 7. 1973, Honey Chemicals), s cílem získat materiály s kožovitými vlastnostmi, vhodným omakem a voďopropustností. Takto byly modifikovány i jiné materiály, např. vinylické polymery, přičemž polypeptidy byly připojeny chemickou vazbou jako rouby [Kinoshita N.: Japan Koka! 75 12,189 (7. 2. 1975 Mitsubishi Monsanto Chem. Co); Ebihara S., Akata A.: Japan Kokal 76 26,997) 5. 5. 1976, Agency of Ind. Sciences). Synthetické polypeptidy byly aplikovány i ve formě kopolymerů, a význačným typem jsou kopolymery blokové. Dosud známé blokové kopolymery peptidů byly připraveny polymerizací N-karboxyanhydridů aminokyselin v přítomnosti makroiniciátorů nesoucích jednu koncovou aminoskupinu (Perly A,, Douy A., Gallot B.: Makromol. Chem. 1.976, 177, 2569; Douý A., Gallot B.: Polym. Enig. Sci. 1977, 17, 523; Vlasov G. P., Rudkovskaya G. D., Ovsjannikova L. A., Baranovskaja I. A., Sokolova T. A., Uljanova

N. N., Šestova N. V.: Vysokomol. Soed. 1980,

2l2B, 216) případně i zčásti dvě koncové aminoskupiny (Nakajima A., Hayashl T., Kugo K., Shínoda K.: Macromolecules 1979, 12, 84)0; Nakajima A., Kugo K., Hayashi T.: Macromolecules '1979, 12, 844; Nakajima A., Kugo K., Hayashi T., Sáto H.: Biomedical Polymers, Academie Press 1980, 243 až 274). Zejména posledně uvedené práce míří k bioaplikaci synthetických blokových kopolymerů peptidů. Existuje řada prací o chování synthetických polypeptidů implantovaných do živého organismu a výsledky se jeví nadějně z hlediska snášenlivosti i postupného nahrazení tkání. (Je třeba zdůraznit, že m,akroiniciátory obohacené částicemi nesoucími dvě aminoskupiny, které uvádí ve výše zmíněných pracech A. Nakajima a spolupracovníci, nebyly kvantitativně analyzovány na poměr monofunkčních a dvojfunkčních částic. Připravit čistě dvojfunkční polypeptidový makroiniciátor pouhou polymerací N-karboxyanhydridů α-amimokysetin je nemožné, protože vždy vznikají též jiné koncové skupiny — viz H. Sek.iguchi: Pure and Applied Chemistry 53, 1689 až 1714 /1981/).

Známé kopolymery peptidů jsou typu A—B nebo A—B—A, kde A je polypeptidový segment, a jen velmi zřídka po pracné laboratorní separaci byly získány blokové kopolymery peptidů, které by byly jednotného typu.

Předmětem vynálezu jsou alternující blokové kopolymery synthetických polypeptidů s lineární strukturou typu (A—B)„, kde n g s 2 a kde A je polypeptidový segment a B je segment synthetického polyéteru, polyurethanu nebo polyamidu, kde molekulová hmot. polypeptidových segmentů se pohybuje v rozmezí 660 až 10 000.

Význakem vynálezu je dále lo, že jednotlivé segmenty B v kopolymerních řetězcích jsou zvoleny ze skupiny zahrnující segmenty více druhů.

U blokových kopolymerů podle vynálezu je jeden zo segmentů A a B tvořen řetězcem α-amlnokyselín, které mohou, být buď přírodní nebo synthetické. Druhý ze segmentů by mohl být složen též z aminokyselinových jednotek, a jeho odlišnost od segmentu pravého by mohla spočívat v jiném druhu aminokyselin, ale i v jejich počtu a sekvenci. Struktura bloků A a B nemusí být totiž jednotná, nýbrž mohou být tvořeny kopolymery, a to jak statistickými, tak i alternujícími, resp. i blokovými. Významný případ však nastane tehdy, když druhý z bloků není polypeptid, ale jiný polymerní nebo i oligomerní blok jiného synthetického polymeru.

Podobný typ alternujících kopolymerů s polypeptidovou složkou byl dosud neznám.

Alternující blokové kopolymery synthetických peptidů podle vynálezu lze připravit z telechelických polypeptidů, jejichž způsoh přípravy je předmětem čs. autorského osvědčení č. 217 238,

Předmětem citovaného československého autorského* osvědčení číslo 217 238 jsou lechelické polypeptidy a kopolypeptidy, to je dvojřunkční peptidové polymery s koncovými reaktivními skupinami, v daném případě zakončeny primárními anebo sekundárními aminoskupinami, to znamená jsou např. typu HzN — NH?, kde vlnovka znázorňuje oligo- nebo polypeptidový řetězec.

Telechelické polypeptidy, připravené podle čs. autorského* osvědčení č. 217 238 je možno s výhodou využít k přípravě blokových kopolymerů alternujícího typu, např. polyadidieí s jinými dvoj,funkčními prepolymery zakončenými vhodnými koncovými skupinami, schopnými reagovat a aminoskupinami podle schémat n HzN ~~ NH? + η X—X -> n H?N *— NH—X—X n HzN —- NH—X — X -> H (HN — NH—X — Xj„ přičemž výsledný produkt je kopolymerem typu (A—B)_n, (Poznámka: v uvedeném schématu je vodíkový atom* na původně koncové aminoskupině telechelického polypeptidu vázán v segmentu X—X, za předpokladu polyaddiční reakce. Proto není ve schématu po reakci vyznačen).

Složení druhého bloku souvisí s možností přípravy rozpustných nebo s výhodou kapalných polymerů se skupinami, které reagují rychle a pokud možno* do vysokého stupně konvers© s aminoskupinami za vzniku kovalentní chemické vazby. Takovou podmínku splňují například polyethory a jiné kondenzační polymery, do nichž je možno zavést isoikyanátové koncové skupiny, a které se běžně užívají v technologii polyurethanů a polymočovin. Takovou podmínku však splňují 1 jiné polymery připravené polykondenzací. Příkladem mohou být polyamidy. S výhodou lze při jejich přípravě využít roztokové nebo mezifázové kondenzace dikarboxylových kyselin, jako například kyseliny aidipové, s diaminy, jako je např. hexamethylendiamin. Při takové polykondenzaci jsou již přítomny koncové acylchloridové skupiny, vhodné pro ukotvení polyamidového bloku. Provede-li se příprava polyamidového „prepolymeru“ přímo* „in sítu“ v přítomnosti telechelického polypetidu, dojde současně i k tvorbě blokového kopolymerů.

Jiným nárokovaným typem blokového alternujícího kopolymerů peptidů jsou takové kopolymery, kde struktura druhého bloku není jednotná a pravidelná, jak znázorňuje příklad pro polyurethan s pepidovou složkou.

Alternující blokové kopolymery paptidů je možno podle jejich primární struktury považovat za řetězce synthetických polymerů, pravidelně přerušované peptickýmí můstky. Tento *spe*cifický rys jejich struktury má význam z hlediska aplikace synthetických 'polymerů v obalové technice, u spotřebního zboží a v neposlední řadě 1 pro polymerní lékařské pomůcky, protézy, implantáty a podobně. Přítomnost peptidických jednotek s prostorovou konfigurací L — je základní podmínkou pro to, aby daný materiál byl citlivý k biedegradaci účinkem rostlinných a živočišných organismů. Tento druh 'degradace se vyznačuje vysokou selektivitou i rychlostí a je podmíněn účinkem enzymů. Technickým syntheticikým polymerům selektivní štěpit,elnost chybí a výrobky z nich jsou po opotřebení často obtížným balastem, který zamořuje přírodu. Alternující blokové kopolymery polypeptidů definované struktury a obsahující aminokyseliny s L-konfigurací mohou tedy významně přispět k řešení ekologických problémů. Pro dosažení významného efektu v tomto smyslu může být dostačující i malý hmotnostní podíl polypeptidu v bldkovém kopolymerů, čehož se lehce dosáhne tím, že molekulová hmotnost druhé složky kopolymerů je vyšší nežli u složky polypeptidové.

.Limitní viskozitní číslo (vnitřní viskozita) [yj] je v následujících příkladech udáváno v dl/g.

Přikladl (Blokový kopolymer polypeptidového „prepolymeru“ s poly(oxyethylenovým) „prepolymerem“.

0,40 g kopolymerů D,L-fenylalaninu s L-leucinem [— NIH2] = 2,558 mol/kg a 0,495 gramu póly (oxyethylenu), [obsahujícího 2,065 mol/kg isoíkyanátových koncových skupin připraveného z póly (oxyethylenu j (běžně nazývaného též: polyethylenglykolj m. hmotnosti 600 a hexamethylendiisokyanátu při molárním poměru [—NCO]/[—OH] 2:1 a 60 °C po dobu 40 hodin; [η] = 0,13 dichloroctová kyselina (DCAj, 25 °C] bylo vysušeno 16 hod. při tlaku 0,07 Pa . s při 25 °C a rozpuštěno v 14 ml chloroformu zbaveného kyselých nečistot a stop vody. Po 6 hodinách reakce v přítomnosti 0,66 μΐ dibutylciniďilaurátu při 25 °C za vyloučení vzdušné vlhkosti byl čirý roztok zfiltrován a volně odpařen *na skleněné misce po dobu 48 hodin, odparek extrahován 3krát 4 hodiny při 40 °C cyklohexanem a vysušen při 50 °C ve vakuu do konstantní hmotnosti.

Takto získaný vzorek byl extrahován vodou 3k*rát 2 hodiny při 40 °C a nerozpuštěný podíl ve formě pevné ohebné fólie vážil 0,891 g a obsahoval 44,8 hmot. procent polypeptidové složky. Vnitřní viskozita [η] tohoto alternujícího blokového kopolymerů činila 6,89 (DCA, 25 °C). Péi rovnovážném nabotnání obsahoval vzorek 12,1 hmot. °/o vody (25 °Cj.

Příklad 2

Blokový kopolymer z telechelického poly(D,L-f-enylaninu- co-L-leucinu) s polyfoxyethylenemj

0,379 g peptidovéhoi kopolymerů, [—NH2] =

217 = 2,558 mol/kg, a 2,647 g poly(oxyethylenového) „prepolymeru“ s isokyanátovými skupinami (připraveného v poly(oxyethylenu] m. hmotnosti 4000 reakcí s hexamethylendlisoikyanátem při výchozím molárním poměru —NCO a —OH skupin 2:1 při 60 °C/ /40 hodin a obsahujícího 0,353 mol NCO/kg [η = 0,42] bylo rozpuštěno v 32 ml chloroformu. Reakce při 25 °Ό po dobu 72 hodiny byla provedena v uzavřené nádobě pod dusíkem. Hustý a čirý reakční roztok byl zpracován stejně jako reakční směs v příkladu 1 a bylo získáno 3,020 g blokového kopolymerů, který je rozpustný ve vodě a má vnitřní viskozitu 4,93 (DCA, 25 °C).

Příklad 3

Polyurethan z telechelického poly(L-alaninu- co-y-benzyl-L-glutamátu). 8,74 g poly(oxytetramethylenu j s koncovými —OH skupinami o mol. hmotnosti 1000, vnitřní viskozity 0,10 (DCA, 25 °Cj, bylo zahříváno na 80 °C v atmosféře dusíku za přídavku 2,97 gramu hexamethylendiisokyanátu po dobu 5 hodin. Po ochladnutí bylo přidáno 30 g dichlormethanu, 3 g 3,6-dioxa-l,8-oktandiolu a 2 g telechelického kopolymerů L-alaninu a χ-benzyl-L-glutamátu, [—NHž] = = 0,332 mol/kg, a směs byla homogenizována a nalita na skleněnou desku potaženou vrstvou želatiny. Po 12 hodinách reakce při 80 °C byla fólie sejmuta, vyextrahována vodou a vysušena. Hmotnost kopolymerů polyurethanového typu činila 16,50 g, vnitřní viskozita 4,20 (DCA, 25 °C).

Příklad 4

Blokový kopolymer obsahující poly(D,L-fenylalanin-co-L-leucin] a polyfhexamethylenadpamiid). Roztok 1 g telechelického, .prepolymeru“ z D,L-fenylalaninu a L-leucinu (obsah — ΝΗ2 skupin: 2,558 mol/kg, —COOH skupin: 0,0140 mol/kg [η] = 0,12 (25 °C, DCA) v 50 ml chloroformu prostého kyselých nečistot se přikape během 2 hodin za intenzivního míchání k roztoku 3,5 g čerstvě destilovaného adipoylchlcridu v 50 ml chloroformu. Po 2 hodinách při pokojové teplotě se reakční roztok přileje v mixéru k roztoku 6,6 g hexamethylendiaminu ve vodě (70 g vody a 30 g ledu). Po 20 minutách se produkt odfiltruje, promyje horkým ethanolem (309 ml) a vysuší při 0,13 Pa . s a 70 °C. Získá se 6,6 g bílého prášku, [η] = = 1,8 (25 °C, DCA).

Claims (2)

1. Alternující blokové kopolymery synthetických polypeptiidů s lineární strukturou typu (A—B)_n> kde n g 2a kde A je polypeptldový segment a B je segment synthetického polyéteru, polyurethanu nebo polyamidu, kde molekulová hmotnost polypeptidových segmentů se pohybuje v rozmezí 600 až 10 000.

2. Alternující blokové kopolymery podle bodu 1, kde jednotlivé segmenty B v kopolymerních řetězcích jsou libovolně zvoleny ze skupiny zahrnující segmenty více druhů.

Severografia, n. p., zívod 7 Most