DE112005003334T5

DE112005003334T5 - PH-Empfindliches Blockcopolymer, Polymermicelle und deren Verwendung

Info

Publication number: DE112005003334T5
Application number: DE112005003334T
Authority: DE
Inventors: Doo-sung Suwon Lee; Min-sang Suwon Kim; Su-jong Suwon Hwang; Jong-kwon Suwon Han; Bong-sup Suwon Kim
Original assignee: Sungkyunkwan University Foundation for Corporate Collaboration
Current assignee: Sungkyunkwan University Foundation for Corporate Collaboration
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-10-31
Also published as: JP4824032B2; WO2006098547A1; KR100732013B1; JP2008520798A; US20070218120A1; US8318204B2; KR20060101202A

Abstract

pH-Empfindliches Blockcopolymer, erhalten durch die Copolymerisation von:
(a) einer Polyethylenglycolverbindung (A) und
(b) mindestens einer Poly(aminosäure)-Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Poly(β-aminoester) und einem Poly(amidoamin) oder einem Copolymer davon (B) besteht.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein biologisch abbaubares Blockcopolymer, das für pH-empfindliche Arzneimittelträger nützlich ist, ein Verfahren zu dessen Herstellung und eine Polymermicellen-Arzneimittelzusammensetzung, die das Blockcopolymer umfasst. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Blockcopolymer, das aus einer Poly(β-aminoester)-Verbindung mit einer von pH-Werten abhängigen Wasserlöslichkeit (Ionisationsgrad), die aber durch den so genannten Selbstanordnungsmechanismus keine Micellen bilden kann, und einer hydrophilen Polyethylenglycolverbindung abgeleitet ist. Das erfindungsgemäße pH-empfindliche Blockcopolymer ist in der Lage, durch den Selbstanordnungsmechanismus nanometergroße Polymermicellen (Partikel) zu bilden, und kann somit als Arzneimittelträger verwendet werden. Außerdem kann das erfindungsgemäße pH-empfindliche Blockcopolymer Micellen bilden, die zur zielgerichteten Arzneimittelabgabe in Abhängigkeit von pH-Schwankungen im Körper in der Lage sind und eine kontrollierbare biologische Abbaugeschwindigkeit aufweisen, indem ein Poly(amidoamin), das eine Amidgruppe an Stelle einer Estergruppe in seinem Grundgerüst enthält und eine biologische Abbaugeschwindigkeit aufweist, die niedriger ist als die eines Poly(β-aminoesters), eingeführt wird, um die biologische Abbaugeschwindigkeit im Körper zu steuern. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des pH-empfindlichen Blockcopolymers.
Hintergrund
Micelle bezieht sich im Allgemeinen auf eine thermisch stabile und einheitliche kugelförmige Struktur, die aus amphiphilen Materialien mit geringem Molekulargewicht (z.B. Materialien mit geringem Molekulargewicht, die hydrophile Gruppen sowie hydrophobe Gruppen aufweisen) gebildet wurde. Wenn ein wasserunlösliches Arzneimittel gelöst und in eine Verbindung eingebracht wird, die eine derartige Micellenstruktur aufweist, ist das Arzneimittel im Innern der Micelle vorhanden, und die auf diese Weise gebildete Micelle ist empfänglich für Temperatur- oder pH-Schwankungen im Körper und kann so eine zielgerichtete Arznei mittelabgabe erfüllen. Deshalb haben derartige Micellenverbindungen eine bedeutende Eignung als Träger für die Arzneimittelabgabe.
Die Koreanische Patentanmeldung 2001-0035265 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Micellen, das Polyethylenglycol und ein biologisch abbaubares Polymer verwendet. Beide Materialien, die bei dem vorstehenden Verfahren verwendet werden, sind vorteilhaft, weil sie eine biologische Abbaubarkeit und eine biologische Affinität aufweisen. Sie weisen jedoch Schwierigkeiten bei der Arzneimittelabgabe an die gewünschte Stelle auf, da sie nicht empfindlich auf Schwankungen bei einem bestimmten Faktor, wie z.B. dem pH, reagieren.
Mittlerweile liegt der pH im menschlichen Körper zwischen 7,2 und 7,4. Es ist jedoch bekannt, dass der pH in der Nähe von anormalen Zellen, wie z.B. Krebszellen, ein schwach saurer pH ist, der zwischen 6,0 und 7,2 liegt. Folglich wurden unlängst viele Versuche unternommen, um eine Arzneimittelabgabe zu erreichen, die für Krebszellen spezifisch ist, indem ein technisches Mittel zum Ausführen der Arzneimittelabgabe bei einem pH von 7,2 oder niedriger entwickelt wurde.
Das US-Patent 6 103 865 beschreibt ein Polymer, das eine pH-empfindliche Verbindung, Sulfonamid, verwendet. Das Sulfonamid, das im Stand der Technik verwendet wird, wird bei einem pH von 7,4 oder niedriger unlöslich und wird bei einem pH von 7,4 oder höher ionisiert und zeigt Acidität. Die pH-empfindliche Verbindung zeigt eine pH-Empfindlichkeit, die einer Zielkrebszelle entgegengesetzt ist. Deshalb wird eine basische Verbindung zum Zielen auf Krebszellen benötigt.
Die US-Patentanmeldung 2004/0071654 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Poly(β-aminoester)-Verbindung, die eine Basizität zeigt. Der Poly(β-aminoester) ist eine Art Poly(β-aminosäure) und weist eine Estergruppe und eine tertiäre Aminogruppe in dessen Grundgerüst auf. Er zeigt somit vorteilhafte Ionisierungscharakteristika, einschließlich einer Änderung der Wasserlöslichkeit in Abhängigkeit von pH-Werten.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Das Vorhergehende und weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlicher, wenn sie zusammen mit der Zeichnung betrachtet werden, in der:
1 ein Schaubild ist, das die Ergebnisse der Steuerung des Molekulargewichts von jedem der pH-empfindlichen Blockcopolymere zeigt, die aus Polyethylenglycolmethyletheracrylat (MPEG-A) mit einem Molekulargewicht von 2.000 und einem Poly(β-aminoester) gemäß den Beispielen 1 bis 3, durch Variieren des molaren Verhältnisses von MPEG-A (Mn = 2.000), hergestellt wurden;
2 ein Schaubild ist, das die Ergebnisse der Steuerung des Molekulargewichts von jedem der pH-empfindlichen Blockcopolymere zeigt, die aus MPEG-A mit einem Molekulargewicht von 5.000 und einem Poly(β-aminoester) gemäß den Beispielen 4 und 5, durch Variieren des molaren Verhältnisses von MPEG-A (Mn = 5.000), hergestellt wurden;
3 ein Schaubild ist, das die Ergebnisse der Steuerung des Molekulargewichts von jedem der pH-empfindlichen Blockcopolymere gemäß den Beispielen 4, 6 und 9, durch Variieren des molaren Verhältnisses des Diamins, zeigt;
4 ein Schaubild ist, das das Verhalten von Micellen des Blockcopolymers gemäß den Beispielen 1 bis 3 in Abhängigkeit von pH-Änderungen zeigt;
5 ein Schaubild ist, das das Verhalten von Micellen des Blockcopolymers, das durch Verwenden von Piperazin und 4,4'-Trimethylendipiperidin gemäß Beispiel 4 bzw. Beispiel 10 hergestellt wurde, in Abhängigkeit von pH-Änderungen zeigt;
6 ein Schaubild ist, das eine Änderung der CMC (kritischen Micellenkonzentration) des Blockcopolymers gemäß Beispiel 4 in Abhängigkeit von pH-Änderungen zeigt;
7 ein Schaubild ist, das eine Änderung der Micellengröße des Blockcopolymers gemäß Beispiel 4 in Abhängigkeit von pH-Änderungen, und insbesondere die Micellengröße bei pH 8,01 zeigt;
8 ein Schaubild ist, das eine Änderung der Micellengröße des Blockcopolymers gemäß Beispiel 4 in Abhängigkeit von pH-Änderungen, und insbesondere die Micellengröße bei pH 7,42 zeigt;
9 ein Schaubild ist, das eine Änderung der Micellengröße des Blockcopolymers gemäß Beispiel 4 in Abhängigkeit von pH-Änderungen, und insbesondere die Micellengröße bei pH 7,23 zeigt;
10 ein Schaubild ist, das eine Änderung der Micellengröße des Blockcopolymers gemäß Beispiel 4 in einem pH-Bereich von 6,3 bis 8,0 zeigt;
11 ein Schaubild ist, das eine Änderung des Molekulargewichts von jedem der Blockcopolymere gemäß den Beispielen 4 und 11 in Abhängigkeit von der Zeit bei pH 7,4 zeigt;
12 ein Schaubild ist, das eine Änderung des Molekulargewichts von jedem der Blockcopolymere gemäß den Beispielen 11 bis 15 in Abhängigkeit von der Zeit bei pH 7,4 zeigt; und
13 ein Schaubild ist, das eine Änderung des Molekulargewichts von jedem der Blockcopolymere gemäß den Beispielen 16 bis 20 in Abhängigkeit von der Zeit bei pH 7,4 zeigt.
Offenbarung der Erfindung
Wir haben erkannt, dass wenn eine Poly(β-aminoester)- oder eine Poly(amidoamin)-Verbindung, die eine Art Poly(β-aminosäure) ist, alleine verwendet wird, sie eine pH-Abhängigkeit zeigt, aber durch den Selbstorganisationsmechanismus keine Micellen bilden kann. Durch die vorstehende Erkenntnis haben wir gefunden, dass wenn eine Poly(β-aminoester)-Verbindung oder ihr Gemisch mit einer Poly(amidoamin)-Verbindung mit einer hydrophilen Polyethylenglycolverbindung unter Bildung eines Blockcopolymers copolymerisiert wird, das resultierende Blockcopolymer Micellenstrukturen bilden kann, die zur Arzneimittelabgabe in einem speziellen pH-Bereich in der Lage sind, und somit als Träger mit einer gesteuerten biologischen Abbaugeschwindigkeit zur Arzneimittelabgabe mit kontrollierter Freisetzung verwendet werden kann. Die vorliegende Erfindung basiert auf dieser Erkenntnis. Außerdem haben wir intensiv an einem Verfahren zur Steuerung der biologischen Abbaugeschwindigkeit des Blockcopolymers geforscht, um das Problem der hohen biologischen Abbaugeschwindigkeit einer Poly(β-aminoester)-Verbindung, die die Wirkung des Blockcopolymers als Arzneimittelträger stört, zu lösen. Schließlich gelang die Steuerung der biologischen Abbaugeschwindigkeit und die Beibehaltung einer gewünschten biologischen Abbaugeschwindigkeit, indem mit einem Poly(amidoamin) (das eine Art Poly(β-aminosäure) ist), das eine Amidgruppe an Stelle einer Estergruppe in seinem Grundgerüst aufweist und somit eine relativ langsame biologische Abbaugeschwindigkeit zeigt, copolymerisiert wurde.
Folglich ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Blockcopolymers, das durch Polymerisation eines Poly(β-aminoesters) (PAE), eines Poly(amidoamins) (PAA) oder eines Copolymers davon (PAEA) mit einer Polyethylenglycolverbindung (MPEGA) erhalten wurde, ein Verfahren zur Herstellung des Blockcopolymers und eine Micellen-Arzneimittelzusammensetzung, die das Blockcopolymer umfasst.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein pH-empfindliches Blockcopolymer bereitgestellt, das erhalten wurde durch Copolymerisation von:

(a) einer Polyethylenglycolverbindung (A), und (b) mindestens einer Poly(aminosäure)-Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Poly(β-aminoester) und einem Poly(amidoamin) oder einem Copolymer davon
(B) besteht. Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung von Polymermicellen unter Verwendung des Blockcopolymers bereitgestellt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Polymermicellen-Arzneimittelzusammensetzung bereitgestellt, die das genannte pH-empfindliche Blockcopolymer und eine physiologisch wirksame Substanz umfasst, die mit dem Blockcopolymer eingekapselt werden kann.
Im Folgenden wird die Erfindung ausführlicher erläutert.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine pH-empfindliche Poly(aminosäure)-Verbindung, z.B. ein Poly(β-aminoester), ein Poly(amidoamin) oder ein Copolymer davon, mit einer hydrophilen Polyethylenglycolverbindung copolymerisiert wird, um ein Blockcopolymer bereitzustellen, das auf pH-Änderungen im Körper empfindlich reagiert, das Micellenstrukturen in einem speziellen pH-Bereich bildet und eine kontrollierte biologische Abbaugeschwindigkeit im Körper aufweist.
Die erfindungsgemäße pH-empfindliche Micelle behält in einem speziellen pH-Bereich, z.B. pH 7,2 ~ 7,4 (d.h. der pH-Bereich von normalen Zellen im Körper), eine stabile Micellenstruktur bei. Die pH-empfindliche Micellenstruktur zerfällt jedoch bei einem pH von 7,2 oder niedriger, wie er in anormalen Zellen, wie z.B. Krebszellen, gefunden werden kann. Deshalb kann die pH-empfindliche Micelle als Träger für die zielgerichtete Arzneimittelabgabe an Krebszellen verwendet werden. Insbesondere wird PAE (oder PAA, PAEA) völlig wasserlöslich und kann somit keine Micellen bilden, weil tertiäre Aminogruppen, die in der Poly(aminosäure), d.h. in dem Poly(β-aminoester) (PAE), dem Poly(amidoamin) (PAA) oder einem Copolymer davon (PAEA) vorhanden sind, einen erhöhten Ionisationsgrad bei einem niedrigen pH (pH 7,0 oder niedriger) zeigen. Andererseits kann PAE (oder PAA; PAEA) durch den Selbstanordnungsmechanismus Micellen bilden, da PAE (oder PAA; PAEA) einen verminderten Ionisationsgrad bei pH 7,4 aufweist und Hydrophobie zeigt.
Zusätzlich zu der Abgabe von Genen und Arzneimitteln kann das Blockcopolymer, das zur Bildung der vorstehend beschriebenen pH-empfindlichen Micellen in der Lage ist, eine diagnostische Substanz zu den anormalen Zellen liefern und somit auch auf dem Gebiet der Diagnose angewendet werden, einschließlich der diagnostischen Abbildung.
Die Micelle gemäß einem Aspekt der Erfindung ist als auf Krebszellen gerichtete Micelle gestaltet, die in einem pH-Bereich von 7,2 ~ 7,4, der derselbe pH ist wie unter den normalen Körperbedingen, eine Micelle bildet, und die ein Zerfallen der Micellenstruktur bei einem pH-Bereich von 7,2 oder niedriger unter anormalen Bedingungen, wie z.B. Krebszellenbedingungen, erfährt. Zusätzlich zu den auf Krebszellen gerichteten Micellen ist es jedoch möglich zielgerichtete Micellen zur Verwendung auf dem Gebiet von genetischen Veränderungen, usw. zu gestalten, indem die Bauelemente des Blockcopolymers, das molare Verhältnis und das Molekulargewicht von jedem Bauelement und/oder funktionellen Gruppe in den Blöcken modifiziert wird.
Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, die biologische Abbaugeschwindigkeit von pH-empfindlichen Blockcopolymermicellen mühelos zu steuern, indem die Bildungsbedingungen des pH-empfindlichen Blockcopolymers, einschließlich der Komponenten des Blockcopolymers, des molaren Verhältnisses und des Molekulargewichts von jeder Komponente und/oder funktionellen Gruppe in dem Block, auf verschiedene Arten gesteuert werden. Indem man dies macht, ist es möglich, eine zielgerichtete Arzneimittelabgabe an eine geeignete Stelle, wo eine Arzneimittelabgabe benötigt wird, zu erreichen.
Ein Bauelement, das die erfindungsgemäße pH-empfindliche Micelle bildet, ist eine hydrophile biologisch abbaubare Verbindung, die gegenwärtig im Stand der Technik verwendet wird, und die dem Fachmann allgemein bekannt ist. Obwohl es keine spezielle Beschränkung bezüglich der Auswahl derartiger hydrophiler, biologisch kompatibler Verbindungen gibt, wird es bevorzugt, eine Polyethylenglycolverbindung zu verwenden. Bevorzugter wird eine monofunktionelle Polyethylenglycolverbindung mit einer terminalen funktionellen Gruppe, wie z.B. Acrylat oder Methacrylat, verwendet. Eine Verbindung, die mit einer endständigen Acrylatgruppe versehen ist, wie durch die folgende Formel 1 dargestellt, kann beispielsweise verwendet werden: [Formel 1]
worin R ein Wasserstoffatom oder eine C1-C6-Alkylgruppe und x eine natürliche Zahl von 1 bis 10.000 ist.
Die Alkylgruppe bedeutet eine lineare oder verzweigte gesättigte, aliphatische niedere Kohlenwasserstoffgruppe, und bestimmte Beispiele davon schließen Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, sec-Butyl, Isobutyl, tert-Butyl und n-Pentyl ein.
Obwohl es keine spezielle Beschränkung bezüglich des Molekulargewichts (Mn) der Polyethylenglycolverbindung gibt, weist die Polyethylenglycolverbindung vorzugsweise ein Molekulargewicht von 500 bis 5.000 auf. Wenn die Polyethylenglycolverbindung ein Molekulargewicht jenseits des vorstehenden Bereichs aufweist (z.B. ein Molekulargewicht von weniger als 500 oder von mehr als 5.000), ist es schwierig, das Molekulargewicht eines zum Schluss gebildeten Blockcopolymers zu steuern und durch Verwenden des Blockcopolymers Micel len zu bilden. Insbesondere wenn das Molekulargewicht weniger als 500 beträgt, ist der hydrophile Block zu kurz, um bei einem speziellen pH durch das Hydrophilie/Hydrophobie-Gleichgewicht eine Selbstanordnung zu bewirken. Folglich ist es schwer, Micellen zu bilden. Selbst wenn Micellen gebildet werden, werden die Micellen in Wasser gelöst und zerfallen leicht. Andererseits wird, wenn das Molekulargewicht größer als 5.000 ist, ist der hydrophile Block zu lang, verglichen mit dem Molekulargewicht einer hydrophoben Poly(aminosäure), was zu einem Ungleichgewicht der Hydrophilie/Hydrophobie führt. Folglich werden bei einem speziellen pH keine Micellen gebildet, sondern ausgefällt.
Ein weiteres Bauelement, das die erfindungsgemäßen pH-empfindlichen Micellen bildet, ist eine Poly(aminosäure), die gleichzeitig Hydrophobie und eine pH-Empfindlichkeit aufweist. Spezielle, nichtbeschränkende Beispiele derartiger Poly(aminosäure)-Verbindungen schließen Poly(β-aminoester) (PAE), Poly(amidoamin) (PAA) oder ein Copolymer davon (PAEA) ein.
Die vorstehenden Poly(aminosäure)-Verbindungen, d.h. PAE, PAA und PAEA, weisen eine Ionisationseigenschaft auf, die durch Wasserlöslichkeit, die mit dem pH aufgrund der Anwesenheit einer tertiären Aminogruppe variiert, gekennzeichnet ist. Deshalb können die Poly(aminosäure)-Verbindungen eine Micellenstruktur in Abhängigkeit von den pH-Änderungen im Körper bilden/aufbrechen. Die vorstehenden Verbindungen können durch ein Verfahren hergestellt werden, das dem Fachmann bekannt ist. Bei einer Ausführungsform derartiger Verfahren wird eine Bisacrylat- oder Bisacrylamidverbindung, die eine Doppelbindung aufweist, mit einer Aminverbindung unter Bildung einer Poly(aminosäure)-Verbindung über den Michael-Reaktionsmechanismus polymerisiert.
Die Bisacrylatverbindung, die bei dem vorstehenden Verfahren verwendet wird, kann durch die folgende Formel 2 dargestellt werden, und nichtbeschränkende Beispiele derartiger Bisacrylatverbindungen schließen Ethylenglycoldiacrylat, 1,4-Butandioldiacrylat, 1,3-Butandioldiacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat, 1,6-Hexandiolethoxylatdiacrylat, 1,6-Hexandiolpropoxylatdiacrylat, 3-Hydroxy-2,2-dimethylpropyl-3-hydroxy-2,2-dimethylpropionsäurediacrylat, 1,7-Heptandioldiacrylat, 1,8-Octandioldiacrylat, 1,9-Nonandioldiacrylat, 1,10-Decandioldiacrylat und Gemische davon ein. [Formel 2]
worin R₃ eine C1-C30-Alkylgruppe ist.
Die Bisacrylamidverbindung, die bei dem vorstehenden Verfahren verwendet wird, kann durch die folgende Formel 3 dargestellt werden, und nichtbeschränkende Beispiele derartiger Bisacrylamidverbindungen schließen N,N'-Methylenbisacrylamid (MDA), N,N'-Ethylenbisacrylamid und Gemische davon ein. Die Bisacrylamidverbindung wird mit einer Aminverbindung, wie z.B. 4-Aminomethylpiperidin (AMPD), N-Methylethylendiamin (MEDA) oder 1-(2-Aminoethyl)piperidin (AEPZ), durch einen gewöhnlichen Reaktionsmechanismus, wie z.B. der Michael-Reaktionsmechanismus, unter Bildung einer Poly(aminosäure)-Verbindung umgesetzt. [Formel 3]
worin R eine C1-C20-Alkylgruppe ist.
Außerdem gibt es keine spezielle Beschränkung bezüglich der Auswahl der Aminverbindung, solange die Aminverbindung eine Amingruppe aufweist. Vorzugsweise werden ein primäres Amin, das durch die folgende Formel 4 dargestellt ist, und eine ein sekundäres Amin enthaltende Diaminverbindung, die durch die folgende Formel 5 dargestellt ist, usw. verwendet.
[Formel 4]

H₂N-R₁ [Formel 5]
worin jeder Rest R₁ und R₂ eine C1-C20-Alkylgruppe ist.

Nichtbeschränkende Beispiele derartiger primärer Aminverbindungen schließen 3-Methyl-4-(3-methylphenyl)piperazin, 3-Methylpiperazin, 4-(Bis-(fluorphenyl)methyl)piperazin, 4-(Ethoxycarbonylmethyl)piperazin, 4-(Phenylmethyl)piperazin, 4-(1-Phenylethyl)piperazin, 4-(1,1-Dimethoxycarbonyl)piperazin, 4-(2-(Bis-(2-propenyl)amino)ethyl)piperazin, Methylamin, Ethylamin, Butylamin, Hexylamin, 2-Ethylhexylamin, 2-Piperidin-1-ethylamine, C-Aziridin-1-yl-methylamin, 1-(2-Aminoethyl)piperazin, 4-(Aminomethyl)piperazin, N-Methylethylendiamin, N-Ethylethylendiamin, N-Hexylethylendiamin, Pycoliamin, Adenin, usw. ein. Nichtbeschränkende Beispiele derartiger, ein sekundäres Amin enthaltender Diaminverbindungen schließen Piperazin, Piperidin, Pyrrolidin, 3,3-Dimethylpiperidin, 4,4'-Trimethylendipiperidin, N,N'-Dimethylethylendiamin, N,N'-Diethylethylendiamin, Imidazolidin, Diazepin, usw. ein.
Wenn eine pH-empfindliche Poly(aminosäure), d.h. PAE, PAA und PAEA, hergestellt wird, wird die Bisacrylat- oder die Bisacrylamidverbindung mit der Aminverbindung vorzugsweise in einem molaren Verhältnis von 1 : 0,5 ~ 2,0 umgesetzt. Wenn das molare Verhältnis der Aminverbindung weniger als 0,5 oder größer als 2,0 ist, wird es schwierig Micellen zu bilden, da das resultierende Polymer ein Molekulargewicht von weniger als 1.000 aufweist.
Das pH-empfindliche Blockcopolymer, das durch erfindungsgemäßes Copolymerisieren der hydrophilen Polyethylenglycolverbindung mit der Poly(aminosäure) gebildet wurde, kann durch die folgende Formel 6, 7 oder 8 dargestellt werden: [Formel 6]
[Formel 7]
[Formel 8]
worin R ein Wasserstoffatom oder eine C1-C6-Alkylgruppe und x eine natürliche Zahl von 1 bis 10.000 ist, jeder Rest R₁ und R₂ eine C1-C20-Alkylgruppe ist, R₃ eine C1-C30-Alkylgruppe ist, R₄ eine C1-C20-Alkylgruppe ist, und y eine natürliche Zahl von 1 bis 10.000 ist.
Das Blockcopolymer, das durch die vorstehende Formel 6, 7 oder 8 dargestellt ist, kann in Abhängigkeit von pH-Änderungen auf Grund seiner amphiphilen Eigenschaft und pH-Empfindlichkeit Micellen bilden oder aufbrechen. Das Blockcopolymer bildet vorzugsweise Micellen in einem pH-Bereich von 7,0 bis 7,4, und die auf diese Weise gebildeten Micellen zerfallen in einem pH-Bereich von 6,5 bis 7,0. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Blockcopolymer vorteilhaft, weil es eine ausgezeichnete Empfindlichkeit innerhalb eines pH-Bereichs von ± 0,2 aufweist. Deshalb kann das erfindungsgemäße Blockcopolymer zufriedenstellend bei verschiedenen Anwendungen verwendet werden, die eine Empfindlichkeit erfordern, die von pH-Änderungen im Körper abhängt (z.B. Träger für die Arzneimittelabgabe oder Diagnostika).
Zusätzlich zu der vorstehenden hydrophilen Polyethylenglycolverbindung und der Poly(aminosäure)-Verbindung kann das erfindungsgemäße Blockcopolymer ferner andere Einheiten umfassen, die dem Fachmann auf dem Gebiet allgemein bekannt sind, und die im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen, solange das Blockcopolymer eine pH-Empfindlichkeit und Micellen bildende Eigenschaften beibehält.
Obwohl es keine spezielle Beschränkung bezüglich des Molekulargewichts des Blockcopolymers gibt, wird bevorzugt, dass das Blockcopolymer ein Molekulargewicht von 1.000 bis 20.000 aufweist. Wenn das Blockcopolymer ein Molekulargewicht von weniger als 1.000 aufweist, wird es schwierig bei einem speziellen pH-Wert Micellen zu bilden, und die Micellen, wenn sie überhaupt gebildet werden, werden leicht in Wasser gelöst und folglich aufgebrochen. Andererseits kann das Blockcopolymer bei einem Molekulargewicht von mehr als 20.000 und bei einem speziellen pH-Wert keine Micellen bilden und fällt auf Grund eines Versagens des Hydrophilie/Hydrophobie-Gleichgewichts aus.
Obwohl es keine spezielle Beschränkung bezüglich des Gehalts des auf Polyethylenglycol basierenden Blocks (A) in dem erfindungsgemäßen pH-empfindlichen Blockcopolymer gibt, ist der auf Polyethylenglycol basierende Block vorzugsweise in einer Menge von 5 bis 95 Gewichtsteilen, bevorzugter von 10 bis 40 Gewichtsteilen, vorhanden. Wenn der auf Polyethylenglycol basierende Block in einer Menge von weniger als 5 Gewichtsteilen verwendet wird, bildet das Blockcopolymer keine Micellen, sondern fällt aus. Wenn der auf Polyethylenglycol basierende Block in einer Menge von mehr als 95 Gewichtsteilen verwendet wird, ist der Blockgehalt, der zur Bildung der inneren Teile der Micelle in der Lage ist, zu niedrig, um aus dem Blockcopolymer Micellen zu bilden, und deshalb ist das Blockcopolymer in einem gelösten Zustand vorhanden. Zusätzlich ist es möglich, verschiedene Blockcopolymertypen zu bilden, einschließlich Diblockcopolymere vom Typ AB, Triblockcopolymere vom Typ ABA oder BAB oder höhere Blockcopolymere, indem das molare Reaktionsverhältnis der Polyethylenglycolverbindung zu der Poly(aminosäure)-Verbindung (z.B. PAE, PAA oder PAEA) gesteuert wird.
Das erfindungsgemäße pH-empfindliche Blockcopolymer kann durch ein herkömmliches Verfahren, das dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, hergestellt werden. Das erfindungsgemäße pH-empfindliche Blockcopolymer kann beispielsweise über das folgende Reaktionsschema 1, 2 oder 3 hergestellt werden.
[Reaktionsschema 1]
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem vorstehenden Reaktionsschema 1 werden Polyethylenglycol mit einer Acrylatendgruppe (MPEG-A), ein primäres Amin und ein Bisacrylat einem herkömmlichen Copolymerisationsverfahren, das dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, unterzogen. Hier bilden das primäre Amin und das Bisacrylat über die Michael-Additionsreaktion einen Poly(β-aminoester), und der resultierende Poly(β-aminoester) wird mit einer Polyethylenglycolverbindung, die an den Enden mit einer funktionelle Acrylatgruppe versehen ist, unter Bildung eines Blockcopolymers, das durch die vorstehende Formel 6 dargestellt ist, copolymerisiert. [Reaktionsschema 2]
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem vorstehenden Reaktionsschema 2 wird ein Blockcopolymer, das durch vorstehende Formel 7 dargestellt ist, aus Polyethylenglycol mit einer Acrylatendgruppe (MPEG-A), einer ein sekundäres Amin enthaltenden Diaminverbindung und einem Bisacrylat in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels, wie z.B. Chloroform, Tetrahydrofuran, Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid, Methylenchlorid, usw., erhalten.
[Reaktionsschema 3]
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem vorstehenden Reaktionsschema 3 werden Polyethylenglycol mit einer Acrylatendgruppe (MPEG-A), ein primäres oder ein sekundäres Amin und ein Bisacrylamid einem herkömmlichen Copolymerisationsverfahren, das dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, unterzogen. Hier bilden das primäre oder das sekundäre Amin und das Bisacrylamid über die Michael-Additionsreaktion einen Poly(aminoester), der auch als Poly(amidoamin) bezeichnet wird, und das resultierende Poly(amidoamin) wird mit einer Polyethylenglycolverbindung, die an den Enden mit einer funktionelle Acrylatgruppe versehen ist, unter Bildung eines Blockcopolymers, das durch die vorstehende Formel 8 dargestellt ist, copolymerisiert.
Unterdessen wurde GPC (Gelpermeationschromatographie) zur Messung des Molekulargewichts des Blockcopolymers, das wie vorstehend beschrieben erhalten wurde, verwendet. Es wurden ebenfalls Fluoreszenzspektrometrie und DLS (dynamische Lichtstreuung) zur Messung der Micellenkonzentration und zur Messung der Größe in Abhängigkeit vom pH-Wert verwendet. In der Tat konnte die Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen pH-empfindlichen Micellen durch die vorstehenden analytischen Mittel gezeigt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Polymermicellen-Arzneimittelzusammensetzung bereitgestellt, die umfasst: (a) das vorstehend beschriebene Blockcopolymer, das zur Bildung von Micellen in Abhängigkeit vom pH-Wert in der Lage ist, und (b) eine physiologisch wirksame Substanz, die in dem Blockcopolymer eingekapselt werden kann.
Die erfindungsgemäße Polymermicellen-Arzneimittelzusammensetzung bildet Micellen, wenn sie in den Körper injiziert wird. Dann, wenn die Polymermicellen-Arzneimittelzusammensetzung eine lokale Stelle mit niedrigem pH erreicht, zer fallen die Micellen und der eingekapselte Wirkstoff wird zur Erreichung einer zielgerichteten Arzneimittelabgabe freigesetzt.
Jede physiologisch wirksame Substanz kann ohne spezielle Beschränkung verwendet und mit dem erfindungsgemäßen Polymermicellen-Blockcopolymer eingekapselt werden. Nichtbeschränkende Beispiele derartiger Wirkstoffe schließen Antitumormittel, antibakterielle Mittel, Steroide, entzündungshemmende Schmerzmittel, Sexualhormone, Immunosuppressiva, antivirale Mittel, Betäubungsmittel, Antiemetika, Antihistaminika, usw., ein. Zusätzlich zu den vorstehenden Wirkstoffen kann die erfindungsgemäße Polymermicellen-Arzneimittelzusammensetzung ferner herkömmliche Additive, wie z.B. Träger, Stabilisatoren, pH regulierende Mittel, Antioxidantien, Konservierungsmittel, Bindemittel und Desintegratoren umfassen.
Die erfindungsgemäßen Polymermicellen können durch ein herkömmliches Verfahren hergestellt werden, wie z.B. durch ein Lösungsmittelverdampfungsverfahren, das eine Rühr-, Erwärm-, Ultraschallbehandlung und Emulgierschritte einschließt, durch ein Matrixbildungsverfahren oder durch ein Dialyseverfahren, das ein organisches Lösungsmittel verwendet.
Obwohl es keine spezielle Beschränkung bezüglich des Durchmessers der Polymermicelle gibt, weist die Polymermicelle vorzugsweise einen Durchmesser von 10 ~ 1.000 nm auf. Außerdem kann die Polymermicellen-Arzneimittelzusammensetzung als orale Formulierung oder parenterale Formulierung bereitgestellt werden. Insbesondere kann die Polymermicellen-Arzneimittelzusammensetzung für eine intravenöse, eine intramuskuläre oder eine subkutane Injektion bereitgestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung des pH-empfindlichen Blockcopolymers als Träger zur Arzneimittelabgabe oder zur medizinischen Diagnose bereitgestellt. Hier sind alle Materialien in dem Blockcopolymer eingekapselt, solange sie zur Behandlung, Vorbeugung oder Diagnose von Krankheiten bestimmt sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines pH-empfindlichen Blockcopolymers, das zur Bildung von Micellen in der Lage ist, bereitgestellt, das das Copolymerisieren umfasst von: (a) mindestens einer Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Verbindung, die eine Estergruppe und eine tertiäre Aminogruppe enthält, und einer Verbindung, die eine Amidgruppe und eine tertiäre Aminogruppe enthält, oder einem Copolymer davon besteht, und (b) einer hydrophilen oder amphiphilen Verbindung.
Beste Art zur Ausführung der Erfindung
Nun werden die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben. Es versteht sich, dass die folgenden Beispiele nur der Veranschaulichung dienen, und dass die Erfindung darauf nicht beschränkt ist.
[Beispiele 1-15. Herstellung von pH-empfindlichen Blockcopolymeren]
Beispiel 1. Herstellung von Polyethylenglycol-Poly(β-aminoester)-Blockcopolymer (PAE)
Polyethylenglycolmethylether (MPEG2000; Mn = 2.000) und Acryloylchlorid wurden in der Gegenwart von Methylenchlorid enthaltendem Triethylamin (TEA), das dazu zugegeben wurde, umgesetzt. Dann wurde das Reaktionsgemisch mit verdünnter wässriger Salzsäurelösung extrahiert und mit n-Hexan ausgefällt, um Polyethylenglycolmethyletheracrylat (MPEG2000-A, Mn = 2.000) als Niederschlag zu erhalten. 0,1 Mol MPEG2000-A wurden zusammen mit 1 Mol 4,4'-Trimethylendipiperidin (als Diaminkomponente) und 1 Mol 1,6-Hexandioldiacrylat in einen Zweihalsrundkolben eingebracht. Als nächstes wurde der Reaktionskolben evakuiert und mit Stickstoff gespült. Chloroform wurde als Lösungsmittel verwendet, und die Reaktion wurde 48 Stunden lang bei 50°C durchgeführt, um Polyethylenglycol-Poly(β-aminoester)-Blockcopolymer (MPEGA-PAE) mit einem Molekulargewicht (Mp) von 7.700 zu erhalten.
Beispiel 2
Beispiel 1 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAE-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 4.800 zu erhalten, außer dass Polyethylenglycolmethyletheracrylat (MPEG2000-A) in einer Menge von 0,2 Mol an Stelle von 0,1 Mol verwendet wurde.
Beispiel 3
Beispiel 1 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAE-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 4.400 zu erhalten, außer dass Polyethylenglycolmethyletheracrylat (MPEG2000-A) in einer Menge von 0,3 Mol an Stelle von 0,1 Mol verwendet wurde.
Beispiel 4
Beispiel 1 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAE-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 13.500 zu erhalten, außer dass 0,1 Mol MPEG5000-A, das durch Verwenden von MPEG5000 an Stelle von MPEG2000 hergestellt wurde, verwendet wurden.
Beispiel 5
Beispiel 1 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAE-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 12.500 zu erhalten, außer dass 0,4 Mol MPEG5000-A, das durch Verwenden von MPEG5000 an Stelle von MPEG2000 hergestellt wurde, verwendet wurden.
Beispiel 6
Beispiel 1 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAE-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 8.800 zu erhalten, außer dass 0,1 Mol MPEG5000-A, das durch Verwenden von MPEG5000 an Stelle von MPEG2000 hergestellt wurde, und 0,8 Mol 4,4'-Trimethylendipiperidin verwendet wurden.
Beispiel 7
Beispiel 1 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAE-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 20.000 zu erhalten, außer dass 0,1 Mol MPEG5000-A, das durch Verwenden von MPEG5000 an Stelle von MPEG2000 hergestellt wurde, und 1,1 Mol 4,4'-Trimethylendipiperidin verwendet wurden.
Beispiel 8
Beispiel 1 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAE-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 7.900 zu erhalten, außer dass 0,1 Mol MPEG5000-A, das durch Verwenden von MPEG5000 an Stelle von MPEG2000 hergestellt wurde, und 1,3 Mol 4,4'-Trimethylendipiperidin verwendet wurden.
Beispiel 9
Beispiel 1 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAE-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 6.900 zu erhalten, außer dass 0,1 Mol MPEG5000-A, das durch Verwenden von MPEG5000 an Stelle von MPEG2000 hergestellt wurde, und 1,5 Mol 4,4'-Trimethylendipiperidin verwendet wurden.
Beispiel 10
Beispiel 1 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAE-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 6.200 zu erhalten, außer dass 0,1 Mol MPEG5000-A, das durch Verwenden von MPEG5000 an Stelle von MPEG2000 hergestellt wurde, verwendet wurden, und dass 4,4'-Trimethylendipiperidin durch Piperazin ersetzt wurde.
Beispiel 11
0,1 Mol MPEG5000-A, das durch Verwenden von MPEG5000 erhalten wurde, wurden verwendet, um die biologische Abbaugeschwindigkeit des MPEG-PAE Blockcopolymers zu steuern. 0,2 Mol N,N'-Methylenbisacrylamid, das als Diacrylamid zur Steuerung der biologischen Abbaugeschwindigkeit dient, wurden einzeln zu 1 Mol Piperazin (Aminverbindung) und 0,8 Mol 1,6-Hexandioldiacrylat zugegeben. Das vorstehende Reaktionsgemisch wurde einer Polymerisation unterzogen, um ein MPEGA-PAEA-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht von 13.200 zu erhalten.
Beispiel 12
Beispiel 11 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAEA-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 13.700 zu erhalten, außer dass 0,4 Mol N,N'-Methylenbisacrylamid, das als Diacrylamid zur Steuerung der biologischen Abbaugeschwindigkeit dient, zu 0,6 Mol 1,6-Hexandioldiacrylat zugegeben wurden.
Beispiel 13
Beispiel 11 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAEA-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 13.400 zu erhalten, außer dass 0,6 Mol N,N'-Methylenbisacrylamid, das als Diacrylamid zur Steuerung der biologischen Abbaugeschwindigkeit dient, zu 0,4 Mol 1,6-Hexandioldiacrylat zugegeben wurden.
Beispiel 14
Beispiel 11 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAEA-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 13.300 zu erhalten, außer dass 0,8 Mol N,N'-Methylenbisacrylamid, das als Diacrylamid zur Steuerung der biologischen Abbaugeschwindigkeit dient, zu 0,2 Mol 1,6-Hexandioldiacrylat zugegeben wurden.
Beispiel 15
0,1 Mol MPEG5000-A, das durch Verwenden von MPEG5000 hergestellt wurde, 1 Mol Piperazin als die Aminverbindung und 1 Mol N,N'-Methylenbisacrylamid als die Diacrylamidverbindung wurden verwendet, um ein MPEGA-PAA-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht von 13.800 zu erhalten.
Beispiel 16
Beispiel 11 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAEA-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 10.200 zu erhalten, außer dass 0,1 Mol MPEG2000-A, das aus MPEG2000 hergestellt wurde, an Stelle von 0,1 Mol MPEG5000-A verwendet wurden.
Beispiel 17
Beispiel 11 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAEA-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 10.400 zu erhalten, außer dass 0,1 Mol MPEG2000-A, das aus MPEG2000 hergestellt wurde, verwendet wurden, und dass 0,4 Mol N,N'-Methylenbisacrylamid, das als Diacrylamid zur Steuerung der biologischen Abbaugeschwindigkeit dient, zu 0,6 Mol 1,6-Hexandioldiacrylat zugegeben wurden.
Beispiel 18
Beispiel 11 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAEA-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 10.700 zu erhalten, außer dass 0,1 Mol MPEG2000-A, das aus MPEG2000 hergestellt wurde, verwendet wurden, und dass 0,6 Mol N,N'-Methylenbisacrylamid, das als Diacrylamid zur Steuerung der biologischen Abbaugeschwindigkeit dient, zu 0,4 Mol 1,6-Hexandioldiacrylat zugegeben wurden.
Beispiel 19
Beispiel 16 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAEA-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 10.300 zu erhalten, außer dass 0,1 Mol MPEG2000-A, das aus MPEG2000 hergestellt wurde, verwendet wurden, und dass 0,8 Mol N,N'-Methylenbisacrylamid, das als Diacrylamid zur Steuerung der biologischen Abbaugeschwindigkeit dient, zu 0,2 Mol 1,6-Hexandioldiacrylat zugegeben wurden.
Beispiel 20
0,1 Mol MPEG2000-A, das aus MPEG2000 hergestellt wurde, 1 Mol Piperazin als die Aminverbindung und 1 Mol N,N'-Methylenbisacrylamid als die Diacrylamidverbindung wurden verwendet, um ein MPEGA-PAEA-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 10.600 zu erhalten.
[Vergleichsbeispiele 1 und 2]
Vergleichsbeispiel 1
Beispiel 1 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAE-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 8.000 zu erhalten, außer dass 0,1 Mol MPEG500-A, das aus MPEG400 hergestellt wurde, anstelle von MPEG2000 verwendet wurden.
Das MPEGA-PAE-Blockcopolymer wurde auf sein Verhalten in Abhängigkeit von pH-Änderungen beobachtet. Der Beobachtung nach konnte das Blockcopolymer keine Micellen bilden. Dies deutet darauf hin, dass das Blockcopolymer, dessen hydrophiler Block zu kurz ist, keine Selbstanordnung durch das Hydrophilie/Hydrophobie-Gleichgewicht bei einem speziellen pH zulässt. Demgemäß kann das Blockcopolymer keine Micellen bilden. Selbst wenn Micellen gebildet werden, werden sie in Wasser gelöst und zerfallen.
Vergleichsbeispiel 2
Beispiel 1 wurde wiederholt, um ein MPEGA-PAE-Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht (Mp) von 14.500 zu erhalten, außer dass 0,1 Mol MPEG6000-A, das aus MPEG6000 hergestellt wurde, an Stelle von MPEG2000 verwendet wurden.
Das MPEGA-PAE-Blockcopolymer wurde auf sein Verhalten in Abhängigkeit von pH-Änderungen beobachtet. Der Beobachtung nach konnte das Blockcopolymer keine Micellen bilden, wie das Blockcopolymer gemäß Vergleichsbeispiel 1. Dies deutet darauf hin, dass der hydrophile Block zu lang ist, verglichen mit dem Molekulargewicht der hydrophoben Poly(aminosäure), was ein Ungleichgewicht der Hydrophilie/Hydrophobie zur Folge hat. Demgemäß bildet das Blockcopolymer bei einem speziellen pH keine Micellen sondern wird ausgefällt.
Versuchsbeispiel 1. Bestimmung des Molekulargewichts des pH-empfindlichen Blockcopolymers
Das folgende analytische Verfahren wurde zur Messung des Molekulargewichts eines erfindungsgemäßen pH-empfindlichen Blockcopolymers durchgeführt.
Die MPEGA-PAE-, MPEGA-PAA- oder MPEGA-PAEA-Blockcopolymere gemäß den vorstehenden Beispielen 1-15 wurden verwendet und einem analytischen GPC (Gelpermeationschromatographie)-Meßgerät (erhältlich von Waters Co.) ausgesetzt, um ihre Molekulargewichtssteuerbarkeit zu überprüfen.
Die MPEGA-PAE-Blockcopolymere gemäß den vorstehenden Beispielen 1-5 wurden zuerst auf ihr Molekulargewicht hin analysiert. Es zeigte sich, dass MPEG2000-A zur Steuerung des Molekulargewichts eines zum Schluss gebildeten Copolymers verwendet werden konnte (siehe 1). Es war jedoch schwierig das Molekulargewicht eines zum Schluss gebildeten Copolymers durch Verwenden von MPEG5000-A zu steuern (siehe 2).
Um die Molekulargewichtssteuerbarkeit des Copolymers, das aus MPEG5000-A erhalten wurde, vorzuführen, wurden die MPEGA-PAE-Blockcopolymere gemäß den Beispielen 4, 6 und 9, die jeweils eine verschiedene Menge an Diamin bei derselbe Menge an MPEG-A und Bisacrylat verwenden, auf ihre Molekulargewichte hin analysiert. Nach der Analyse war ersichtlich, dass die Steuerung des Molekulargewichts eines zum Schluss gebildeten Copolymers sowie die Steuerung der Struktur eines zum Schluss gebildeten Copolymers zu einer Diblock- oder Triblockstruktur hin möglich war, selbst wenn MPEG5000-A verwendet wurde (siehe 3). Tatsächlich wurde, wenn 1 Mol Diamin zugegeben wurde, ein Copolymer mit einem Molekulargewicht von etwa 13.000 erhalten. Es wurde angenommen, dass das resultierende Copolymer ein Diblockcopolymer war, das aus MPEG mit einem Molekulargewicht von 5.000 und aus PAE mit einem Molekulargewicht von 8.000 gebildet wurde. Ferner, wenn der Diamingehalt auf 1,1 Mol erhöht wurde, erhöhte sich das Molekulargewicht des resultierenden Copolymers auf etwa 19.000, entgegen der allgemeinen Erwartung, dass ein derartig unausgeglichenes molares Verhältnis einen Rückgang des Molekulargewichts zur Folge hat. Dies deutet darauf hin, dass sich ein Triblockcopolymer, das aus MPEG-A, PAE und MPEG-A gebildet wurde, erhalten wurde. Wenn der Diamingehalt jedoch weiter auf 1,3 Mol und 1,5 Mol erhöht wurde, nahm das Molekulargewicht des resultierenden Blockcopolymers eher ab als zu. Man glaubt, dass sich dies aus der Tatsache ergibt, dass ein derartig merklich unausgeglichenes molares Verhältnis den Polymerisationsgrad beeinflusst.
Versuchsbeispiel 2. Bestimmung des Micellenverhaltens in Abhängigkeit von pH-Änderungen
Der folgende Versuch wurde zur Beobachtung des Verhaltens des erfindungsgemäßen Blockcopolymers in Abhängigkeit von pH-Änderungen durchgeführt.
Die Blockcopolymere mit verschiedenen Molekulargewichten gemäß den vorstehenden Beispielen 1-4 und 10 wurden verwendet und einem Fluoreszenzspektrometer ausgesetzt. Da es nicht möglich war, das Micellenverhalten direkt mit einem Fluoreszenzspektrometer zu beobachten, wurde Pyren, ein hydrophobes lumineszierendes Material, verwendet.
Nachdem eine Pufferlösung (pH 6,0), die 10^–6 M Pyren enthält, hergestellt wurde, wurde jedes Copolymer, das aus den vorstehenden Beispielen 1-4 und 10 erhalten wurde, darin mit einer Konzentration von 1 mg/ml gelöst, und die resultierende Lösung wurde auf pH 8,0 eingestellt. Dann wurde der pH durch tropfenweise Zugabe von wässriger 5M Salzsäurelösung zu der Lösung in einem Bereich von 5,5-8,0 variiert, während Änderungen der Energie, die auf Grund einer Konzentrationsänderung der Micellen emittiert wurde, durch das Fluoreszenzspektrometer gemessen wurden.
Zuerst wurden die Blockcopolymere, die Polyethylenglycol mit einem Molekulargewicht von 2.000 gemäß den Beispielen 1, 2 und 3 verwenden, auf ihr Verhalten in Abhängigkeit vom pH beobachtet. Es war ersichtlich, dass sowie sich das Molekulargewicht von einem Poly(β-aminoester)-Blockcopolymer erhöht, es eine leichte Änderung im pH-Bereich gab, bei dem Micellen zerfallen (siehe 4). Dies deutet darauf hin, dass eine derartige Änderung des molaren Verhältnisses des hydrophoben Poly(β-aminoester)-Blocks und des hydrophilen Polyethylenglycol-Blocks in dem endgültigen Blockcopolymer eine leichte Änderung des Ionistionsgrads in Abhängigkeit vom pH bewirkt, was eine Änderung im Micellenverhalten zur Folge hat.
Außerdem war nach dem Beobachten der Copolymermicellen, die verschiedene Diaminverbindungen gemäß den Beispielen 4-10 verwenden, ersichtlich, dass das Copolymer gemäß Beispiel 4 ein Zerfallen der Micellen in einem engeren pH-Bereich erfuhr, verglichen mit den anderen (siehe 5). Man denkt, dass das vorstehende Phänomen aus einem Unterschied der Ionisationsneigung zwischen Piperazin und 4,4'-Trimethylendipiperidin resultiert. Folglich ist es möglich, ein Blockcopolymer zu erhalten, das empfindlicher gegenüber pH-Änderungen ist, da im Fall von 4,4'-Trimethylendipiperidin die Micellen in einem relativ engeren pH-Bereich zerfallen.
Versuchsbeispiel 3. Bestimmung des Micellenverhaltens von Blockcopolymeren in Abhängigkeit von pH-Änderungen
Der folgende Versuch wurde zur Beobachtung von Änderungen beim Micellenverhalten des erfindungsgemäßen pH-empfindlichen Blockcopolymers bei einem bestimmten pH-Wert durchgeführt.
3-1. Messung der CMC (Kritischen Micellenkonzentration)
Das Copolymer gemäß Beispiel 4 wurde auf seine CMC hin bei pH 7,01, pH 7,24 und pH 7,4 gemessen.
Nach der Messung war ersichtlich, dass das erfindungsgemäße Copolymer bei pH 7,4 stabile Micellen gebildet hat und bei pH 7,0 keine Micellen bilden konnte (siehe 6): Dies deutet darauf hin, dass das Blockcopolymer bei einem niedrigen pH (pH 7,0 oder niedriger) keine Micellen bilden kann, da die tertiären Aminogruppen, die im Poly(β-aminoester) vorhanden sind, einen erhöhten Ionisationsgrad aufweisen, und das PAE wird vollständig in eine wasserlösliche Substanz übergeführt, so dass das resultierende Blockcopolymer keine Micellen bilden kann. Außerdem kann das Blockcopolymer, wie aus den vorstehenden Ergebnissen ersichtlich ist, durch den Selbstanordnungsmechanismus Micellen bilden, weil das PAE einen verminderten Ionisationsgrad bei pH 7,4 aufweist und hydrophob wird.
3-2. Messung der Micellengröße
Das Copolymer gemäß Beispiel 4 wurde mittels eines DLC (dynamisches Lichtstreuung)-Meßgeräts bei pH 8,01, pH 7,42, pH 7,23, pH 6,68 und pH 6,30 auf seine Micellengröße hin untersucht.
Es war ersichtlich, dass Micellen mit einer bestimmten Größe bei pH 7,0 oder höher vorhanden waren (siehe 7, 8 und 9), während bei einem pH von weniger als 7,0 auf Grund der vollständigen Ionisation von Poly(β-aminoester) keine Micellen gebildet wurden (siehe 10).
Wie aus den vorstehenden Versuchsergebnissen ersichtlich ist, kann das erfindungsgemäße pH-empfindliche Blockcopolymer auf Grund der Amphiphilie des Copolymers selbst und durch den reversiblen Selbstanordnungsmechanismus, der vom pH abhängt, Polymermicellen bilden und aufbrechen.
Versuchsbeispiel 4. Auswertung der biologischen Abbaugeschwindigkeit der Blockcopolymermicellen in Abhängigkeit von pH-Änderungen
Der folgende Versuch wurde zur Beobachtung von Änderungen des Micellenverhaltens des erfindungsgemäßen pH-empfindlichen Blockcopolymers bei einem bestimmten pH-Wert durchgeführt.
Das Copolymer gemäß Beispiel 4, das einen Poly(β-aminoester) verwendet und eine relativ hohe biologische Abbaugeschwindigkeit auf Grund von Estergruppen, die im Grundgerüst vorhanden sind, aufweist, und das Copolymer gemäß Beispiel 11, das ein Poly(amidoamin) verwendet und eine relativ niedrige biologische Abbaugeschwindigkeit auf Grund von Amidgruppen, die im Grundgerüst vorhanden sind, aufweist, wurden zur Durchführung des Versuchs verwendet. Außerdem wurden Blockcopolymere gemäß den Beispielen 11-20, die durch Steuerung der Menge und der Anteile der Komponenten hergestellt wurden, die das Blockcopolymer gemäß Beispiel 11 (z.B. die Aminverbindung und Poly(amidoamin) als ein Mittel zur Steuerung der biologischen Abbaugeschwindigkeit) bilden, ebenfalls bei dem Versuch verwendet.
Jedes Blockcopolymer wurde auf sein Molekulargewicht hin in Abhängigkeit von der Zeit bei pH 7,4 gemessen. Nach der Messung war ersichtlich, dass die Blockcopolymermicellen gemäß Beispiel 4 ein Molekulargewicht zeigten, das nach 30 Stunden um mindestens 50% gegenüber dem ursprünglichen Molekulargewicht verringert war. Dies deutet darauf hin, dass die Micellen eine relativ hohe biologische Abbaugeschwindigkeit aufweisen. Andererseits zeigten die Blockcopolymermicellen gemäß Beispiel 11 eine relativ niedrige biologische Abbaugeschwindigkeit (siehe 11). Außerdem war nach der Messung der Blockcopolymermicellen gemäß den Beispielen 11-20 ersichtlich, dass eine Steuerung der biologischen Abbaugeschwindigkeit der Micellen mühelos durch Steuerung der Menge und des molaren Verhältnisses jeder Komponente, die die Blockcopolymermicellen bildet, möglich war (siehe 12). Deshalb zeigen die vorstehenden Ergebnisse, dass das erfindungsgemäße pH-empfindliche Blockcopolymer mühelos so gesteuert werden kann, dass es eine gewünschte biologische Abbaugeschwindigkeit aufweist, und dass es so gestaltet sein kann, dass es eine gewünschte biologische Abbaugeschwindigkeit beibehalten kann, indem ein Copolymer mit Poly(amidoamin), das eine relativ niedrige biologische Abbaugeschwindigkeit im Körper aufweist, als eine Art Poly(β-aminosäure) verwendet wird.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich ist, wird das erfindungsgemäße pH-empfindliche Blockcopolymer durch Polymerisation einer hydrophilen Poly ethylenglycolverbindung mit einer Poly(aminosäure)-Verbindung, die wasserlösliche Eigenschaften in Abhängigkeit vom pH-Wert aufweist, aber durch den Selbstanordnungsmechanismus keine Micellen bilden kann (z.B. eine Poly(β-aminoester)- oder eine Poly(amidoamin)-Verbindung), erhalten. Deshalb weist das erfindungsgemäße pH-empfindliche Blockcopolymer eine ausgezeichnete pH-Empfindlichkeit auf und kann durch den Selbstanordnungsmechanismus reversibel Micellen bilden. Es kann daher als Arzneimittelträger für die zielgerichtete Arzneimittelabgabe in Abhängigkeit von pH-Änderungen im Körper und als diagnostisches Material verwendet werden.
Wenn auch diese Erfindung in Zusammenhag mit der am praktischsten anwendbaren und der am meisten bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform und die Zeichnung beschränkt ist. Im Gegenteil, es ist beabsichtigt verschiedene Modifikationen und Variationen im Sinn und innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche abzudecken.
Zusammenfassung
pH-Empfindliches Blockcopolymer, Polymermicelle und deren Verwendung Es wird ein pH-empfindliches Blockcopolymer offenbart, das erhalten wurde durch Copolymerisation von: (a) einer Polyethylenglycolverbindung (A), und (b) mindestens einer Poly(aminosäure)-Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Poly(β-aminoester) und einem Poly(amidoamin) oder einem Copolymer davon (B) besteht. Ein Verfahren zur Herstellung des Blockcopolymers und eine Polymermicellen-Arzneimittelzusammensetzung, die das pH-empfindliche Blockcopolymer und eine physiologisch wirksame Substanz umfasst, die mit dem Blockcopolymer eingekapselt werden kann, werden ebenfalls offenbart. Das pH-empfindliche Blockcopolymer wird durch Polymerisation einer hydrophilen Polyethylenglycolverbindung mit einer pH-empfindlichen, biologisch abbaubaren Poly(aminosäure)-Verbindung erhalten. Deshalb kann das pH-empfindliche Blockcopolymer auf Grund seiner Amphiphilie und seiner Ionisationscharakteristika in Abhängigkeit vom pH-Wert eine Micellenstruktur bilden und kann somit als Arzneimittelträger zur zielgerichteten Arzneimittelabgabe in Abhängigkeit von den pH-Änderungen im Körper verwendet werden.

Claims

pH-Empfindliches Blockcopolymer, erhalten durch die Copolymerisation von: (a) einer Polyethylenglycolverbindung (A) und (b) mindestens einer Poly(aminosäure)-Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Poly(β-aminoester) und einem Poly(amidoamin) oder einem Copolymer davon (B) besteht.
pH-Empfindliches Blockcopolymer nach Anspruch 1, bei dem die Poly(aminosäure)-Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Poly(β-aminoester) und einem Poly(amidoamin) oder einem Copolymer davon besteht, eine tertiäre Aminogruppe umfasst, die bei einem pH-Wert von 7,0 oder niedriger ionisiert wurde.
pH-Empfindliches Blockcopolymer nach Anspruch 1, das bei einem pH-Wert von 7,2 bis 7,4 Micellen bildet, die bei einem pH-Wert von 6,5 bis 7,0 zerfallen.
pH-Empfindliches Blockcopolymer nach Anspruch 1, das eine Verbindung einer der folgenden Formeln 6, 7 oder 8 ist: [Formel 6]
[Formel 7]
[Formel 8]
worin R ein Wasserstoffatom oder eine C1-C6-Alkylgruppe und x eine natürliche Zahl von 1 bis 10.000 ist, jeder Rest R₁ und R₂ eine C1-C20-Alkylgruppe ist, R₃ eine C1-C30-Alkylgruppe ist, R₄ eine C1-C20-Alkylgruppe ist, und y eine natürliche Zahl von 1 bis 10.000 ist.
pH-Empfindliches Blockcopolymer nach Anspruch 1, das ein Molekulargewicht von 1.000 bis 20.000 aufweist.
pH-Empfindliches Blockcopolymer nach Anspruch 1, das den auf Polyethylenglycol basierenden Block (A) und den pH-empfindlichen Block in einem Verhältnis von 5-95 Gew.-% : 95-5 Gew.-% umfasst.
pH-Empfindliches Blockcopolymer nach Anspruch 1, bei dem die Polyethylenglycolverbindung eine funktionelle Gruppe umfasst, die aus der aus Acrylat und Methacrylat bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
pH-Empfindliches Blockcopolymer nach Anspruch 1, bei dem die Polyethylenglycolverbindung ein Molekulargewicht von 500 ~ 5.000 aufweist.
pH-Empfindliches Blockcopolymer nach Anspruch 1, bei dem die Poly(aminosäure)-Verbindung gebildet wird durch die Polymerisation von: (a) einer Bisacrylat- oder Bisacrylamidverbindung und (b) einer Aminverbindung.
pH-Empfindliches Blockcopolymer nach Anspruch 9, bei dem die Bisacrylatverbindung mindestens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ethylenglycoldiacrylat, 1,4-Butandioldiacrylat, 1,3-Butandioldiacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat, 1,6-Hexandiolethoxylatdiacrylat, 1,6-Hexandiolpropoxylatdiacrylat, 3-Hydroxy-2,2-dimethylpropyl-3-hydroxy-2,2-dimethylpropionsäurediacrylat, 1,7-Heptandioldiacrylat, 1,8-Octandioldiacrylat, 1,9-Nonandioldiacrylat und 1,10-Decandioldiacrylat besteht.
pH-Empfindliches Blockcopolymer nach Anspruch 9, bei dem die Bisacrylamidverbindung mindestens eine Verbindung ist, die aus der aus N,N'-Methylenbisacrylamid und N,N'-Ethylenbisacrylamid bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
pH-Empfindliches Blockcopolymer nach Anspruch 9, bei dem die Aminverbindung eine primäre Aminverbindung oder eine ein sekundäres Amin enthaltende Diaminverbindung ist.
pH-Empfindliches Blockcopolymer nach Anspruch 12, bei dem die primäre Aminverbindung mindestens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus 3-Methyl-4-(3-methylphenyl)piperazin, 3-Methylpiperazin, 4-(Bis-(fluorphenyl)methyl)piperazin, 4-(Ethoxycarbonylmethyl)piperazin, 4-(Phenylmethyl)piperazin, 4-(1-Phenylethyl)piperazin, 4-(1,1-Dimethoxycarbonyl)piperazin, 4-(2-(Bis-(2-propenyl)amino)ethyl)piperazin, Methylamin, Ethylamin, Butylamin, Hexylamin, 2-Ethylhexylamin, 2-Piperidin-1-ethylamin, C-Aziridin-1-yl-methylamin, 1-(2-Aminoethyl)piperazin, 4-(Aminomethyl)piperazin, N-Methylethylendiamin, N-Ethylethylendiamin, N-Hexylethylendiamin, Pycoliamin und Adenin besteht.
pH-Empfindliches Blockcopolymer nach Anspruch 12, bei dem die ein sekundäres Amin enthaltende Diaminverbindung mindestens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Piperazin, Piperidin, Pyrrolidin, 3,3-Dimethylpiperidin, 4,4'-Trimethylendipiperidin, N,N'-Dimethylethylendiamin, N,N'-Diethylethylendiamin, Imidazolidin und Diazepin besteht.
pH-Empfindliches Blockcopolymer nach Anspruch 9, bei dem die Bisacrylat- oder Bisacrylamidverbindung und die Aminverbindung in einem molaren Verhältnis von 1 : 0,5 ~ 2,0 verwendet werden.
Polymermicellen-Arzneimittelzusammensetzung, umfassend: (a) ein Blockcopolymer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, und (b) eine physiologisch wirksame Substanz, die in dem Blockcopolymer eingekapselt werden kann.
Polymermicellen-Arzneimittelzusammensetzung nach Anspruch 16, bei der die Polymermicelle einen Durchmesser von 10 ~ 1.000 nm aufweist.
Verwendung des Blockcopolymers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 als Träger zur Arzneimittelabgabe oder als Träger zur Diagnose von Krankheiten.
Verfahren zur Herstellung eines pH-empfindlichen Blockcopolymers, das einen Schritt einschließt, der durch das folgende Reaktionsschema 1 dargestellt ist: [Reaktionsschema 1]
worin R ein Wasserstoffatom oder eine C1-C5-Alkylgruppe und x eine natürliche Zahl von 1 bis 10.000 ist, R₁ eine C1-C20-Alkylgruppe ist, R₃ eine C1-C30-Alkylgruppe ist, und y eine natürliche Zahl von 1 bis 10.000 ist.
Verfahren zur Herstellung eines pH-empfindlichen Blockcopolymers, das einen Schritt einschließt, der durch das folgende Reaktionsschema 2 dargestellt ist: [Reaktionsschema 2]
worin R ein Wasserstoffatom oder eine C1-C5-Alkylgruppe und x eine natürliche Zahl von 1 bis 10.000 ist, jeder Rest R₁ und R₂ eine C1-C20-Alkylgruppe ist, R₃ eine C1-C30-Alkylgruppe ist, und y eine natürliche Zahl von 1 bis 10.000 ist.
Verfahren zur Herstellung eines pH-empfindlichen Blockcopolymers, das einen Schritt einschließt, der durch das folgende Reaktionsschema 3 dargestellt ist: [Reaktionsschema 3]
worin R ein Wasserstoffatom oder eine C1-C5-Alkylgruppe und x eine natürliche Zahl von 1 bis 10.000 ist, jeder Rest R₁ und R₂ eine C1-C20-Alkylgruppe ist, R₄ eine C1-C20-Alkylgruppe ist, und y eine natürliche Zahl von 1 bis 10.000 ist.
Verfahren zur Herstellung eines pH-empfindlichen Blockcopolymers, das zur Bildung von Micellen in der Lage ist, umfassend das Copolymerisieren von: (a) mindestens einer Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Verbindung, die eine Estergruppe und eine tertiäre Aminogruppe enthält, und einer Verbindung, die eine Amidgruppe und eine tertiäre Aminogruppe enthält, oder einem Copolymer davon besteht, und (b) einer hydrophilen oder amphiphilen Verbindung.