DE112006000685T5

DE112006000685T5 - Temperatur- und pH-empfindliches Blockcopolymer und daraus hergestellte Polymerhydrogele

Info

Publication number: DE112006000685T5
Application number: DE112006000685T
Authority: DE
Inventors: Doo-sung Suwon Lee; Min-sang Suwon Kim; Je-Sun Suwon You; Huynh Dai Suwon Phu; Bong-sup Suwon Kim; Minh Khanh Suwon Nguyen
Original assignee: Sungkyunkwan University Foundation for Corporate Collaboration
Current assignee: Sungkyunkwan University Foundation for Corporate Collaboration
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2026-04-01
Also published as: DE112006000685B4; WO2006109945A1

Abstract

Blockcopolymer, das durch Koppeln der nachfolgenden Komponenten miteinander gebildet wird:
(a) einem Copolymer (A) aus einer Verbindung vom Polyethylenglycol-Typ und einem biologisch abbaubaren Polymer und
(b) mindestens einem Oligomer (B), ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(β-aminoester) und Poly(amidoamin).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein biologisch abbaubares, für temperatur- und pH-empfindliche Arzneimittelträger nützliches Blockcopolymer, ein Verfahren zu dessen Herstellung und eine Arzneimittelzusammensetzung vom Polymerhydrogel-Typ, die das zuvor genannte Blockcopolymer umfasst. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein von einem temperatur-empfindlichen Blockcopolymer abgeleitetes Multiblockcopolymer aus einer Verbindung vom Polyethylenglycol-Typ und einer biologisch abbaubaren Polyesterpolymerverbindung sowie einer Poly(β-aminoester)-Verbindung und/oder einer Poly(amidoamin)-Verbindung, deren Ionisierungseigenschaften vom pH-Wert abhängen. Das erfindungsgemäße Multiblockcopolymer ermöglicht einen zielgenauen Arzneimitteltransport entsprechend den Temperatur- und pH-Schwankungen im Körper. Die vorliegende Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Polymerhydrogel, das das obige Multiblockcopolymer umfasst.
Stand der Technik
In letzter Zeit wurde auf dem Gebiet der medizinischen Industrie und Arzneimitteltransportsysteme intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeit betrieben, um einen zielgenauen Arzneimittelträger zu entwickeln, der ein Sol-Gel-Übergangsphänomen eines aus einem amphiphilen Polymer mit einer hydrophoben Gruppe und einer hydrophilen Gruppe hergestellten Hydrogels nutzt.
Das US-Patent Nr. 4,942,035 offenbart den Einsatz eines Copolymers aus Polyalkylenglycol als hydrophilem Polymer und Polylactid, Polyglycolid oder Polycaprolacton als biologisch abbaubarem Polyesterpolymer zur Verbesserung des Problems der Nichtabbaubarkeit eines sogenannten Pluronic-Gels (Blockcopolymer aus Polyethylenglycol und Polyethylenoxid/Polypropylenoxid/Polyethylenoxid) im Körper.
Darüber hinaus offenbart das US-Patent Nr. 5,476,909 ein Triblockcopolymer vom A-B-A-Typ als biologisch abbaubares Polyesterpolymer, wobei der hydrophobe Block (A) auf Polylactid (PLA), Polyglycolid (PGA) und Copolymere davon beschränkt ist und der hydrophile Block (B) auf Polyethylenglycol (PEG) und dessen Derivate beschränkt ist.
In der Zwischenzeit offenbart das koreanische offengelegte Patent Nr. 2000-0012970 ein pH-empfindliches, eine Sulfonamidgruppe enthaltendes Polymer sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere offenbart das koreanische Patent Schwankungen der Löslichkeit eines durch statistische Copolymerisation eines Sulfonamidmonomers mit Dimethylacrylamid oder Isopropylacrylamid gebildeten linearen Polymers oder des Quellungsgrads des daraus gebildeten vernetzten Polymers.
Der zuvor genannte Stand der Technik nutzt ein Blockcopolymer aus einem hydrophoben, biologisch abbaubaren Polymer und einem hydrophilen Polymer, das je nach Temperatur ein Sol-Gel-Übergangsphänomen aufweist. Das Blockcopolymer unterliegt insbesondere dann, wenn es in Form einer wässrigen Lösung im Solzustand in den Körper injiziert wird, einem Übergang in einen Gelzustand, so dass es als Arzneimittelträger mit Depotwirkung, das ein Arzneimittel stabil im Körper transportiert und allmählich freisetzt, verwendet werden kann. Bei Einsatz solcher temperatur-empfindlichen Blockcopolymere mit Sol-Gel-Übergangseigenschaften besteht jedoch das Problem, dass die Blockcopolymere ein Gelieren bewirken können, bevor sie vollständig in den Körper injiziert werden, da die Injektion der Blockcopolymere in den Körper aufgrund der Körpertemperatur einen Wärmegleichgewichtszustand zwischen der Temperatur der Injektionsnadel und der Körpertemperatur erzeugt. Darüber hinaus wird zwar berichtet, dass der hydrophobe Teil aus PLA, PLGA oder PCL pH-empfindlich ist, die tatsächliche pH-Empfindlichkeit des hydrophoben Teils ist jedoch nicht so hoch, dass sie auf den pH-Zustand im Körper angewendet werden könnte. Daher eignen sich die Blockcopolymere aus dem Stand der Technik nicht für die Anwendung bei Arzneimitteltransportsystemen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die zuvor genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden noch deutlicher durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 ein Diagramm ist, das das Sol-Gel-Übergangsverhalten des Triblockcopolymers von Beispiel 1 entsprechend den Temperatur- und pH-Schwankungen darstellt, wobei das Triblockcopolymer eine pH-empfindliche Verbindung vom Polyethylenglycol-Typ, eine biologisch abbaubare Polycaprolactonverbindung und eine pH-empfindliche, biologisch abbaubare Poly(β-aminoester)-Verbindung umfasst;
2 ein Diagramm ist, das das Sol-Gel-Übergangsverhalten des Pentablockcopolymers von Beispiel 2 entsprechend den Temperatur- und pH-Schwankungen darstellt, wobei das Pentablockcopolymer eine Verbindung vom Polyethylenglycol-Typ, eine Polycaprolactonverbindung, eine Polymilchsäureverbindung und eine Poly(β-aminoester)-Verbindung umfasst;
3 ein Diagramm ist, das das Sol-Gel-Übergangsverhalten des Pentablockcopolymers von Beispiel 4 entsprechend den pH-Schwankungen darstellt, wobei das Pentablockcopolymer eine Verbindung vom Polyethylenglycol-Typ, eine Polycaprolactonverbindung, eine Polymilchsäureverbindung sowie – gemischt in einem Gewichtsverhältnis von 60:40 – Poly(β-aminoester) und Poly(amidoamin) umfasst; und
4 ein Diagramm ist, das Schwankungen des Molekulargewichts der einzelnen Blockcopolymere als Funktion der Zeit bei einem pH-Wert von 7,4 gemäß den Beispielen 2 bis 7 darstellt.
Offenbarung der Erfindung
Wir haben festgestellt, dass bei alleiniger Verwendung eines temperaturempfindlichen Blockcopolymerhydrogels aus einer Verbindung vom Polyethylenglycol-Typ und einer biologisch abbaubaren Polyesterpolymerverbindung das Problem auftritt, dass die Injektion des Hydrogels in den Körper aufgrund der Wärmeübertragung infolge der Körpertemperatur zu einer Gelierung vor der vollständigen Injektion in den Körper führen kann, was in einem Verstopfen der Injektionsnadel resultiert. Aufgrund dieser Erkenntnis haben wir intensive Studien durchgeführt, um mittels einer Kopplungsreaktion des zuvor genannten temperatur-empfindlichen Blockcopolymers mit Poly(β-aminoester) (PAE), Poly (amidoamin) (PAA) oder einer Kombination daraus (PAEA) ein temperatur- und pH- empfindliches Blockcopolymer zu entwickeln, das durch Veränderung des Ionisierungsgrades je nach dem pH-Wert im Körper eine pH-Empfindlichkeit aufweist.
De facto haben wir festgestellt, dass das erfindungsgemäße Blockcopolymerhydrogel ein pH- und temperatur-empfindliches Sol-Gel-Übergangsverhalten aufweist. Das erfindungsgemäße Hydrogel weist z.B. ein Sol-Gel-Übergangsverhalten auf, bei dem es bei einem pH-Wert im Bereich von 7 bis 7,4 (ähnlich dem pH-Wert im Körper) geliert, bei einem niedrigeren pH-Wert aber in ein Sol umgewandelt wird. Das erfindungsgemäße Blockcopolymerhydrogel bildet also stabil ein Gel, ohne dass die Injektionsnadel verstopft, was bei dem herkömmlichen temperatur-empfindlichen Hydrogel der Fall ist. Wir haben außerdem festgestellt, dass der entstandene Block als Träger zur Verwendung beim Arzneimitteltransport mit Depotwirkung eingesetzt werden kann, der ein Arzneimittel bei einer speziellen Temperatur und einem speziellen pH-Wert im Körper stabil transportiert und allmählich freisetzt.
Darüber hinaus haben wir Studien zur Steuerung der biologischen Abbaurate eines pH-empfindlichen Polymers im menschlichen Körper durchgeführt. Schließlich gelang es uns, die biologische Abbaurate wie gewünscht im menschlichen Körper zu steuern, indem wir eine geeignete Menge eines Poly(amidoamins) mit einer Amidbindung anstelle einer Esterbindung im Grundgerüst und damit einer relativ langsamen biologischen Abbaurate mit dem pH-empfindlichen Poly(β-aminoester) mit einer Esterbindung im Grundgerüst und damit einer relativ hohen biologischen Abbaurate mischten.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges temperatur- und pH-empfindliches Multiblockcopolymer, ein Verfahren zu dessen Herstellung und eine Polymerhydrogelzusammensetzung aus diesem Multiblockcopolymer bereitzustellen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Blockcopolymer bereitgestellt, das durch Kopplung der folgenden Komponenten miteinander entsteht: (a) einem Copolymer (A) aus einer Polyethylenglycol (PEG)-Verbindung und einem biologisch abbaubaren Polymer und (b) mindestens einem Oligomer (B) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(β-aminoester) und Poly (amidoamin). Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung des Blockcopolymers bereitgestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Arzneimittelzusammensetzung vom Polymerhydrogel-Typ aus dem zuvor genannten temperatur- und pH-empfindlichen Blockcopolymer und einem physiologischen Wirkstoff, der in dem Blockcopolymer verkapselt sein kann, bereitgestellt.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung näher erläutert.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein mittels Copolymerisation einer Verbindung vom Polyethylenglycol-Typ und einer biologisch abbaubaren Polymerverbindung gebildetes temperatur-empfindliches Blockcopolymer mit Poly(β-aminoester), Poly(amidoamin) oder einer Kombination daraus (PAEA), deren Ionisierungsgrad sich je nach pH-Wert verändert, gekoppelt wird, so dass ein temperatur- und pH-empfindliches Multiblockcopolymer, das für pH- und Temperaturschwankungen im Körper empfindlich ist, sowie ein das Multiblockcopolymer umfassendes Polymerhydrogel entstehen.
Das erfindungsgemäße Blockcopolymer mit den zuvor genannten Eigenschaften kann folgende Wirkungen erzielen:

(1) Das herkömmliche Blockcopolymer aus einem hydrophilen Polymer wie z.B. Polyethylenglycol und einem biologisch abbaubaren, hydrophoben Polymer weist infolge einer Veränderung der physikalischen Eigenschaften des hydrophilen Blocks und des hydrophoben Blocks ein Sol-Gel-Übergangsverhalten auf. Aufgrund der geringen Empfindlichkeit bezüglich Temperaturschwankungen und Nebenwirkungen im Körper infolge des Wärmegleichgewichts des Übertragungsmediums war es jedoch schwierig, solche herkömmlichen Blockcopolymere in einem konkreten Arzneimitteltransportsystem einzusetzen.

Im Gegensatz dazu wird das temperatur-empfindliche Blockcopolymer aus dem hydrophilen Polymer und dem biologisch abbaubaren Polymer erfindungsgemäß mit einer Verbindung wie z.B. Poly(β-aminoester) (PAE), Poly(amidoamin) (PAA) oder einer Kombination daraus (PAEA), deren Ionisierungsgrad je nach pH-Wert variiert, gekoppelt. Daher besitzt das entstandene Blockcopolymer eine pH- und Temperaturempfindlichkeit und kann so das zuvor genannte Problem im Zusammenhang mit dem herkömmlichen temperatur-empfindlichen Hydrogel lösen und ein stabileres Hydrogel bilden.
Insbesondere bildet das erfindungsgemäße temperatur- und pH-empfindliche Blockcopolymer ein physikalisch und chemisch stabiles Hydrogel in einem spezifischen pH-Bereich und unterliegt in den anderen pH-Bereichen einem Übergang in einen Solzustand. Kurz gesagt kann das erfindungsgemäße Blockcopolymer ein reversibles Sol-Gel-Übergangsverhalten aufweisen. Mit anderen Worten weist die tertiäre Amingruppe in dem Poly(β-aminoester) (PAE) in einem niedrigen pH-Bereich (z.B. pH < 7,0) einen erhöhten Ionisierungsgrad auf, so dass das gesamte PAE in eine wasserlösliche Verbindung umgewandelt wird, die kein Hydrogel bilden kann. Andererseits weist PAE in einem hohen pH-Bereich (z.B. pH > 7,2) einen reduzierten Ionisierungsgrad mit Hydrophobie auf und kann so ein Hydrogel bilden.

(2) Darüber hinaus ist das temperatur- und pH-empfindliche Blockcopolymer im menschlichen Körper unbedenklich und kann daher als Arzneimittelträger mit Depotwirkung auf medizinischem Gebiet, beim Gentransfer und bei Arzneimitteltransportsystemen, insbesondere als Arzneimittelträger und Arzneimittelfreisetzungssubstanz eingesetzt werden. Außerdem kann das Blockcopolymer bei einem Träger für den Zelltransfer als injizierbares Gerüst dienen.
(3) Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, die das Blockcopolymer formenden und seine physikalischen Eigenschaften wie z.B. Zusammensetzung, Molverhältnis, Molekulargewicht und/oder funktionelle Gruppen in den Blöcken bestimmenden Bauelemente zu modifizieren, um so das reversible Sol-Gel-Übergangsverhalten des Blockcopolymers auf verschiedene Weise zu entwickeln. Daher kann das erfindungsgemäße Blockcopolymer voraussichtlich für verschiedene Anwendungszwecke eingesetzt werden, z.B. zur Mutation von Krebszellen, zur Genmutation usw.

Ein Bauelement des erfindungsgemäßen temperatur- und pH-empfindlichen Blockcopolymers ist ein Copolymer (A) aus einer Verbindung vom PEG-Typ und einer biologisch abbaubaren Verbindung. Das Copolymer (A) ermöglicht einen Sol-Gel-Übergang entsprechend den Temperaturschwankungen, da die hydrophile Verbindung vom PEG-Typ und das hydrophobe, biologisch abbaubare Polymer in demselben Molekül vorliegen.
Die das Copolymer (A) bildende Verbindung vom PEG-Typ ist eine dem Fachmann bekannte allgemeine PEG-Verbindung. Zwar ist die Auwahl der PEG- Verbindung nicht speziell beschränkt, doch es wird vorzugsweise eine Verbindung vom PEG-Typ der nachfolgenden Formel 1 eingesetzt. [Formel 1]
worin R ein Wasserstoffatom oder eine C_1-5-Alkylgruppe ist und n eine natürliche Zahl von 11 bis 45 ist.
Zwar ist das Molekulargewicht (Mn) der Verbindung vom Polyethylenglycol-Typ nicht speziell beschränkt, doch die Verbindung vom Polyethylenglycol-Typ besitzt vorzugsweise ein Molekulargewicht von 500 bis 5000. Insbesondere im Fall von Polyethylenglycol (PEG), worin R ein Wasserstoffatom ist, besitzt das Polyethylenglycol vorzugsweise ein Molekulargewicht von 1000 bis 2000. Im Fall von Methoxypolyethylenglycol (MPEG), worin R eine Methylgruppe ist, besitzt das Methoxypolyethylenglycol vorzugsweise ein Molekulargewicht von 500 bis 5000. Besitzt die Verbindung vom Polyethylenglycol-Typ ein Molekulargewicht (Mn) außerhalb des zuvor genannten Bereiches (z.B. ein Molekulargewicht von weniger als 500 oder mehr als 5000), ist die Gelbildung schwierig. Selbst wenn aus dem Blockcopolymer ein Gel entsteht, weist das entstandene Gel eine schlechte Gelfestigkeit auf, so dass es nicht als Träger für den Arzneimitteltransport eingesetzt werden kann.
Das Copolymer (A) bildende, biologisch abbaubare Polymer ist ein dem Fachmann bekanntes herkömmliches, biologisch abbaubares Polymer. Vorzugsweise ist das biologisch abbaubare Polymer ein biologisch abbaubares aliphatisches Polyesterpolymer; nicht-beschränkende Beispiele hierfür sind Caprolacton (CL), Glycolid (GA), Lactid (LA) oder ein Copolymer daraus. Neben den zuvor genannten Polymeren können im Umfang der vorliegenden Erfindung alle biologisch abbaubaren Polymere eingesetzt werden, die ein Copolymer mit der Verbindung vom PEG-Typ bilden können.
Das durch Polymerisation der Verbindung vom Polyethylen-Typ und dem biologisch abbaubaren Polymer gebildete Copolymer (A) ist nicht speziell beschränkt, so lange das Copolymer die zuvor genannten Komponenten umfasst.
Das Copolymer besitzt jedoch vorzugsweise mindestens einen Substituenten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer primären Amingruppe, einer sekundären Amingruppe und einer Doppelbindung, die mit einem Poly(β-aminoester)- und/oder Poly(amidoamin)-Block reagieren können. Nichtbeschränkende Beispiele für das Copolymer (A) sind Polylactid (PLA), Polyglycolid (PGA), Polycaprolacton (PCL), statistisches Poly(caprolactonlactid)-Copolymer (PCLA), statistisches Poly(caprolactonglycolid)-Copolymer (PCGA), statistisches Poly(lactidglycolid)-Copolymer (PLGA) oder dergleichen.
Zwar ist das Molekulargewichtsverhältnis der Verbindung vom PEG-Typ und des biologisch abbaubaren Polymers in dem Copolymer (A) nicht speziell beschränkt, doch das Verhältnis beträgt vorzugsweise 1:1-3. Beträgt das Verhältnis weniger als 1:1, kann kein Gel gebildet werden. Ist das Verhältnis größer als 1:3, nimmt die Hydrophobie unerwünscht zu, so dass das entstandene Blockcopolymer nicht in Wasser gelöst werden kann.
Darüber hinaus kann die Temperatur- und pH-Empfindlichkeit dann, wenn das das Copolymer bildende biologisch abbaubare Polymer PCLA, PCGA oder PLGA ist, durch Steuerung des Molverhältnisses verbessert werden.
Ein weiteres Bauelement des erfindungsgemäßen temperatur- und pH-empfindlichen Blockcopolymers kann jede Verbindung sein, deren Ionisierungsgrad je nach pH-Wert ohne spezielle Beschränkung variiert. Insbesondere ist die Verbindung ein Oligomer (B) aus einer Verbindung vom Poly(β-aminoester)- und/oder Poly(amidoamin)-Typ, das hydrophob und gleichzeitig pH-empfindlich ist.
Das Oligomer (PAEA) auf Poly(β-aminoester)- und Poly(amidoamin)-Basis aus Poly(β-aminoester) (PAE), Poly(amidoamin) (PAA) oder einem Gemisch, das diese in einem angemessenen Verhältnis enthält, besitzt aufgrund des Vorliegens einer bei pH 7,2 oder weniger ionisierten tertiären Aminogruppe Ionisierungseigenschaften, die durch eine je nach pH-Wert variierende Wasserlöslichkeit gekennzeichnet sind. Daher kann das Oligomer durch Bildung eines Hydrogels oder durch Beibehaltung eines Solzustandes entsprechend den pH-Schwankungen im Körper eine pH-Empfindlichkeit besitzen.
Die zuvor genannten Verbindungen lassen sich nach einem dem Fachmann bekannten Verfahren herstellen. In einer Ausführungsform solcher Verfahren wird eine Bisacrylatverbindung und/oder eine Bisacrylamidverbindung mit einer Doppelbindung mit Hilfe des Michael-Reaktionsmechanismus mit einer Aminverbindung zu Poly(β-aminoester) (PAE), Poly(amidoamin) (PAA) oder einem gemischten Oligomer, das diese in einem angemessenen Verhältnis enthält, polymerisiert.
Die in dem zuvor genannten Verfahren eingesetzte Bisacrylatverbindung kann durch die nachfolgende Formel 2 dargestellt werden; nicht-beschränkende Beispiele für solche Bisacrylatverbindungen sind 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-dimethylpropionatdiacrylat, 1,7-Heptandioldiacrylat, 1,8-Octandioldiacrylat, 1,9-Nonandioldiacrylat, 1,10-Decandioldiacrylat, Verbindungen vom Dioldiacrylat-Typ (CH₂=CH-CO-R-CO-CH=CH₂) wie z.B. Derivate der zuvor genannten Verbindungen und Mischungen davon. [Formel 2]
worin R₃ eine C_1-30-Alkylgruppe ist.
Die in dem zuvor genannten Verfahren eingesetzte Bisacrylamidverbindung kann durch die nachfolgende Formel 3 dargestellt werden; nicht-beschränkende Beispiele für solche Bisacrylamidverbindungen sind N,N'-Methylenbisacrylamid (MDA), N,N'-Ethylenbisacrylamid und Mischungen davon. Die Bisacrylamidverbindung lässt man mit Hilfe eines herkömmlichen Reaktionsmechanismus wie z.B. des Michael-Reaktionsmechanismus mit einer Aminverbindung wie z.B. 4-Aminomethylpiperidin (AMPD), N-Methylethylendiamin (MEDA) oder 1-(2-Aminoethyl)piperidin (AEPZ) reagieren. [Formel 3]
worin R eine C_1-20-Alkylgruppe ist.
Zur Bereitstellung des pH-empfindlichen Poly(β-aminoesters) und/oder Poly(amidoamins) kann die Bisacrylatverbindung und/oder die Bisacrylamidverbindung alleine oder in Kombination verwendet werden. Im Falle eines Gemisches aus mindestens einer Verbindung kann das Gewichtsverhältnis der das Gemisch bildenden Verbindungen in einem Bereich von 100:0 bis 0:100 frei gesteuert werden.
Darüber hinaus ist die Wahl der Aminverbindung nicht speziell beschränkt, so lange die Aminverbindung eine Amingruppe besitzt. Vorzugsweise wird ein durch die nachfolgende Formel 4 dargestelltes primäres Amin, eine durch die nachfolgende Formel 5 dargestellte, ein sekundäres Amin enthaltende Diaminverbindung oder eine Mischung davon verwendet.
[Formel 4]

H₂N-R₁ [Formel 5]
worin R₁ und R₂ jeweils eine C_1-20-Alkylgruppe sind.

Nicht-beschrankende Beispiele für solche primären Aminverbindungen sind 3-Methyl-4-(3-methylphenyl)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-yl-ethylamin, C-Aziridin-1-yl-ethylamin, 1-(2-Aminoethyl)piperazin, 4-(Aminomethyl)piperazin, N-Methylethylendiamin, N-Ethylethylendiamin, N-Hexylethylendiamin, Pycoliamin, Adenin usw. Nicht-beschränkende Beispiele für die ein sekundäres Amin enthaltenden Diaminverbindungen sind Piperazin, Piperidin, Pyrrolidin, 3,3-Dimethylpiperidin, 4,4'-Trimethylendipiperidin, N,N'-Dimethylethylendiamin, N,N'-Diethylethylendiamin, Imidazolidin, Diazepin usw.
Bei der Herstellung eines pH-empfindlichen Poly(β-aminoesters) und/oder Poly(amidoamins) lässt man die Bisacrylat- oder Bisacrylamidverbindung mit der Aminverbindung vorzugsweise in einem Molverhältnis von 1:0,5-2,0 reagieren. Beträgt das Molverhältnis der Aminverbindung weniger als 0,5 oder mehr als 2,0, weist das entstandene Polymer eine breite Molekulargewichtsverteilung und eine schlechte pH-Empfindlichkeit auf und die Steuerung der Länge eines Blocks in dem entstandenen Blockcopolymer ist schwierig.
Zwar ist das Molekulargewicht des Oligomers aus mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(β-aminoester) und Poly(amidoamin), nicht speziell beschränkt, doch das Oligomer besitzt vorzugsweise ein Molekulargewicht von 500 bis 20.000. Beträgt das Molekulargewicht weniger als 500, kann das entstandene Blockcopolymer kein Sol-Gel-Übergangsverhalten entsprechend den pH-Schwankungen aufweisen. Andererseits kann das Blockcopolymer dann, wenn das Molekulargewicht größer ist als 20.000, keine Temperaturempfindlichkeit aufweisen.
Das durch Kopplung des Copolymers (A) aus einer Verbindung vom PEG-Typ und einem biologisch abbaubaren Polymer mit dem Poly(β-aminoester)- und/oder Poly(amidoamin)-Oligomer (B) gebildete erfindungsgemäße Blockcopolymer ist vorzugsweise ein Tri- oder höheres Blockcopolymer, noch bevorzugter ein Triblock- oder Pentablockcopolymer. Insbesondere kann das Blockcopolymer durch eine der nachfolgenden Formeln 6 bis 11 dargestellt werden: [Formel 6]
[Formel 7]

[Formel 6] [Formel 9]
[Formel 10]
[Formel 11]
worin x, y, z und n jeweils eine natürliche Zahl von 1 bis 10.000 sind.
Das durch eine der zuvor genannten Formeln 6 bis 11 dargestellte Blockcopolymer kann aufgrund seiner amphiphilen Beschaffenheit und pH-Empfindlichkeit entsprechend den pH-Schwankungen ein Hydrogel bilden oder einen Solzustand beibehalten. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Blockcopolymer zufriedenstellend für verschiedene Anwendungszwecke eingesetzt werden, die eine Empfindlichkeit in Abhängigkeit von pH-Schwankungen im Körper erfordern (z.B. Träger für den Arzneimitteltransport mit Depotwirkung).
Hierin besitzt das durch Formel 9 dargestellte Blockcopolymer nur an einem Ende des Copolymers (MPEG-PCLA) aus einer Verbindung vom PEG-Typ und einem biologisch abbaubaren Polyesterpolymer eine Hydroxygruppe. Daher kann die Hydroxygruppe mit einer Acrylatgruppe substituiert sein, so dass das entstandene Blockcopolymer eine Blockstruktur mit einem β-Aminoester auf einer Seite aufweist.
Zwar ist das Molekulargewicht des Blockcopolymers nicht speziell beschränkt, doch das Blockcopolymer besitzt vorzugsweise ein Molekulargewicht von 5000 bis 30.000. Liegt das Molekulargewicht des Blockcopolymers außerhalb des zuvor genannten Bereiches, ist die Gelbildung aufgrund des fehlenden Gleichgewichts zwischen Hydrophilie und Hydrophobie schwierig.
Neben den zuvor genannten Bauelementen kann das erfindungsgemäße temperatur- und pH-empfindliche Blockcopolymer auch andere, derzeit im Stand der Technik verwendete Komponenten oder Zusatzstoffe umfassen.
Zur Bereitstellung des erfindungsgemäßen temperatur- und pH-empfindlichen Blockcopolymers mittels Verwendung von Copolymer (A) aus einer Verbindung vom PEG-Typ und einem biologisch abbaubaren Polymer und einem Oligomer vom Poly(β-aminoester)- und/oder Poly(amidoamin)-Typ können alle dem Fachmann bekannten Polymerisationsverfahren wie z. B. Michael-Reaktion, Radikalpolymerisation, Kationenpolymerisation, Anionenpolymerisation, Polykondensation oder dergleichen eingesetzt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen temperatur- und pH-empfindlichen Blockcopolymers umfasst das Verfahren folgende Schritte: (a) Polymerisation einer Verbindung vom PEG-Typ mit einem biologisch abbaubaren Polymer zu einem Copolymer (A), (b) Einbau einer Acrylatgruppe in das Copolymer (A) aus dem PEG und dem biologisch abbaubaren Polymer und (c) Kopplung des entstandenen Copolymers (A) mit mindestens einem Oligomer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(β-aminoester) und Poly(amidoamin).
Zunächst wird eine Verbindung vom PEG-Typ mit einem biologisch abbaubaren Polyesterpolymer zu einem Copolymer polymerisiert; die Reaktion kann durch das nachfolgende Reaktionsschema 1 dargestellt werden: [Reaktionsschema 1]
Die Copolymerisation einer Verbindung vom PEG-Typ mit einem biologisch abbaubaren Polyesterpolymer erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer Ringöffnungspolymerisationsreaktion. Hierin kann die Polymerisationstemperatur und -dauer in einem dem Fachmann bekannten Bereich gesteuert werden und die Polymerisation erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 130 bis 150 °C über 12 bis 48 Stunden. Darüber hinaus kann ein Katalysator zur Beschleunigung der Reaktion eingesetzt werden; spezielle Beispiele für den einsetzbaren Katalysator sind Zinn(II)-octoat, Zinn(II)-chlorid, Metalloxide (GeO₂, Sb₃O₂, SnO₂ usw.), Aluminiumtriisopropoxid, CaH₂, Zn, Lithiumchlorid, Tris(2,6-di-tert-butylphenolat) oder dergleichen. Weiterhin können das Molekulargewicht und die Art des biologisch abbaubaren Polymers gesteuert werden, um die Hydrophobie zu verändern.
Der Schritt des Einbaus einer Acrylatgruppe in das mittels Ringbildungspoly merisation des PEG gebildete Copolymer erfolgt vorzugsweise durch Reaktion der endständigen Hydroxygruppe (-OH) des Coplymers aus Polyethylenglycol und dem biologisch abbaubaren Polyester mit dem Halogen eines Acryloylchlorids. Die Reaktion kann durch das nachfolgende Reaktionsschema 2 dargestellt werden: [Reaktionsschema 2]
Das temperatur- und pH-empfindliche Multiblockcopolymer lässt sich durch Kopplung einer Amingruppe (-NH oder -NH₂) mit einer Acrylatgruppe (-CH=CH₂) aus dem Copolymer (A) aus PEG und dem biologisch abbaubaren Polyesterpolymer, in das eine Acrylatgruppe eingebaut ist, gewinnen. Die Kopplungsreaktion kann durch das nachfolgende Reaktionsschema 3 dargestellt werden:
[Reaktionsschema 3]
Die Reaktionstemperatur und -dauer des zuvor genannten Schrittes sind nicht speziell beschränkt und das Blockcopolymer kann auf eine dem Fachmann bekannte herkömmliche Weise gewonnen werden.
Eine primäre Aminverbindung und eine ein sekundäres Amin enthaltende Diaminverbindung, die zur Herstellung eines Poly(β-aminoester)-Oligomers verwendet werden, sowie eine Verbindung vom Dioldiacrylat-Typ, die mit der zuvor genannten Aminverbindung zu einem β-Aminoesterblock reagiert, können wie zuvor beschrieben demselben Verfahren unterzogen werden.
Das wie zuvor beschrieben gewonnene Multiblockcopolymer ist eine Kombination aus einem hydrophilen Block, einem hydrophoben Block und einem Poly(β-aminoester)- und/oder Poly(amidoamin)-Oligomer, dessen Ionisierungsgrad je nach pH-Wert variiert, so dass das Multiblockcopolymer temperatur- und gleichzeitig pH-empfindlich sein kann.
De facto konnte das erfindungsgemäße Blockcopolymer mittels FT-IR und ¹H-NMR ermittelt werden, z. B. Methoxypolyethylenglycol-Polycaprolacton-β-Aminoester (MPEG-PCL-β-Aminoester) für den Einbau der funktionellen Gruppen und die Reaktion der endständigen Gruppen. Mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) konnte anhand der Erhöhung des Molekulargewichts des Blockcopolymers auch ermittelt werden, dass das erfindungsgemäße Blockcopolymer eine Struktur besitzt, die durch Kopplung eines Copolymers aus einer Verbindung vom PEG-Typ und einem biologisch abbaubaren Polymer mit einem β-Aminoester-Oligomer entsteht.
Zwischenzeitlich konnten auch Reaktionsgrad, Molekulargewicht und Blocklänge des Blockcopolymers aus Methoxypolyethylenglycol-Polycaprolacton-Amidoamin (MPEG-PCL-Amidoamin), das Poly(amidoamin) allein als pH-empfindliche Verbindung anstelle von Poly(β-aminoester) verwendet, und des gemischten Blockcopolymers, d.h. des Copolymers aus Methoxypolyethylenglycol-Polycaprolacton-β-Aminoester-Amidoamin (MPEG-PCL-β-Aminoester-Amidoamin), das ein Gemisch aus Poly(β-aminoester) und Poly(amidoamin) mit einer pH-Empfindlichkeit und einer unterschiedlichen biologischen Abbaurate zur Steuerung der biologischen Abbaurate im menschlichen Körper mittels FT-IR, ¹H-NMR und GPC ermittelt werden. Darüber hinaus wurden zur Ermittlung der pH-Empfindlichkeit des Blockcopolymers die Sol-Gel-Übergangseigenschaften des Blockco polymers durch Variation des pH-Wertes bei einer bestimmten Temperatur gemessen. Die Messung ergab, dass das erfindungsgemäße Multiblockcopolymer eine pH-Empfindlichkeit besitzt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Arzneimittelzusammensetzung vom Polymerhydrogel-Typ bereitgestellt, die Folgendes umfasst: (a) das temperatur- und pH-empfindliche Blockcopolymer und (b) einen physiologischen Wirkstoff, der in dem Blockcopolymer verkapselt sein kann.
Es kann jeder physiologische Wirkstoff verwendet und in dem erfindungsgemäßen Blockpolymer vom Polymerhydrogel-Typ ohne spezielle Beschränkung verkapselt werden. Nicht-beschränkende Beispiele für solche Wirkstoffe sind Antikrebsmittel, antibakterielle Substanzen, Steroide, Antiphlogistika, Analgetika, Sexualhormone, Immunsuppressiva, antivirale Substanzen, Anästhetika, Antiemetika, Antihistaminika usw. Neben den zuvor genannten Wirkstoffen kann die erfindungsgemäße Arzneimittelzusammensetzung weiterhin herkömmliche Zusatzstoffe wie z.B. Vehikel, Stabilisatoren, Substanzen zur Einstellung des pH-Wertes, Antioxidantien, Konservierungsstoffe, Bindemittel und Aufschlussmittel umfassen. Die Zusammensetzung kann weiterhin andere herkömmliche Zusatzstoffe, Lösungsmittel oder dergleichen umfassen.
Darüber hinaus kann die Arzneimittelzusammensetzung vom Polymerhydrogel-Typ als orale oder parenterale Formulierung bereitgestellt werden. Insbesondere kann die Arzneimittelzusammensetzung vom Polymerhydrogel-Typ zur intravenösen, intramuskulären oder subkutanen Injektion bereitgestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Träger für den Arzneimitteltransport oder die medizinische Diagnose bereitgestellt, der das temperatur- und pH-empfindliche Blockcopolymer umfasst. Hierin kann jedes Material in dem Blockcopolymer verkapselt sein, solange es der Behandlung, Prävention oder Diagnose von Krankheiten dient.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung eines Copolymers aus (a) mindestens einem hydrophilen Block, (b) mindestens einem biologisch abbaubaren Block mit je nach Temperatur variierender Hydrophobie und (c) mindestens einer Einheit, deren Ionisierungsgrad je nach pH-Wert variiert, als Träger für den Arzneimitteltransport oder die medizinische Diagnose bereitgestellt.
Hierin kann die Einheit (c), deren Ionisierungsgrad je nach pH-Wert variiert, mindestens ein Oligomer (B) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(β-aminoester) und Poly(amidoamin) sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Darüber hinaus entsprechen der hydrophile Block (a) und der biologisch abbaubare Block (b) mit unterschiedlicher Hydrophobie gemäß den Temperaturschwankungen der obigen Definition. Es können auch andere, dem Fachmann bekannte hydrophile und/oder hydrophobe Materialien eingesetzt werden.
Beste Art zur Durchführung der Erfindung
Im Folgenden wird im Detail auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen. Es ist davon auszugehen, dass die nachfolgenden Beispiele lediglich illustrativ sind und die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
[Beispiele 1 bis 6. Herstellung des temperatur- und pH-empfindlichen Blockcopolymers].
Beispiel 1. Herstellung eines Triblockcopolymers (PAE) aus Polyethylenglycol, biologisch abbaubarem Polyesterpolymer (Polycaprolacton) und Poly(β-aminoester)
Zunächst wurden 10 g Polyethylenglycolmethylether (MPEG, Mn = 2000, 5000) und 0,2 g Zinn(II)-octoat (Katalysator) in einen Reaktor gefüllt und das Reaktionsgemisch unter Vakuum bei 110 °C 4 Stunden lang getrocknet, um das Wasser zu entfernen. Nach dem Abkühlen wurde das getrocknete Reaktionsgemisch unter einer Stickstoffatmosphäre mit 6,0 g (5,576 ml) ε-Caprolacton als biologisch abbaubarem Polyesterpolymer versetzt und das entstandene Reaktionsgemisch anschließend unter einer Stickstoffatmosphäre allmählich auf 135 °C erwärmt und 24 Stunden lang polymerisiert. Durch Steuerung der MPEG-Menge und der Menge des zugesetzten ε-Caprolactons zur Steuerung des Molekulargewichts konnte ein MPEG-PCL-Blockcopolymer eines gewünschten Molekulargewichts gewonnen werden. Zinn(II)-octoat wurde in einer Menge von 0,5 Gew.-%, basierend auf der MPEG-Menge, verwendet. Nach Abschluss der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur abgekühlt und mit einer kleinen Menge Methylenchlorid versetzt, um die Reaktanten zu lösen. Das Reakti onsgemisch wurde einem Überschuss an Ethylether zugesetzt und darin ausgefällt, um nicht umgesetzte Materialien zu entfernen. Dann wurde das Produkt, aus dem nicht umgesetzte Materialien entfernt worden waren, unter Vakuum 48 Stunden lang bei 40 °C getrocknet. Dabei wurde ein Blockcopolymer (MPEG-PCL) aus Polyethylenglycol und ε-Caprolacton (biologisch abbaubare Polyesterpolymerverbindung) in einer Ausbeute von 85% oder mehr erhalten.
Als nächstes wurden 4 g des wie zuvor beschrieben gewonnenen MPEG-PCL-Blockcopolymers in einen Reaktor gefüllt und bei 85 °C unter Vakuum getrocknet, um das Wasser zu entfernen. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches auf Raumtemperatur wurde es unter einer Stickstoffatmosphäre mit Methylenchlorid versetzt, um das Blockcopolymer zu lösen. Dann wurde das Reaktionsgemisch mit Triethylamin in einem Molverhältnis von 1,5:1, basierend auf der Menge des MPEG-PCL-Blockcopolymers, versetzt, um HCl als Nebenprodukt zu entfernen, und das gelöste Produkt auf 10 °C abgekühlt. Danach wurde dem gekühlten Produkt tropfenweise Acryloylchlorid in einem Molverhältnis von 1,5:1 zugesetzt, so dass ein Blockcopolymer mit einer Doppelbindung entstand. Die obige Reaktion erfolgte in einem Eisbad unter einer Stickstoffatmosphäre über 24 Stunden. Nach Abschluss der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch in Ethylether ausgefällt, um nicht umgesetzte Materialien zu entfernen, filtriert und unter Vakuum bei Raumtemperatur getrocknet, so dass ein Blockcopolymer (MPEG-PCL-A) aus Polyethylenglycol-Polycaprolacton-Acrylat mit einer Doppelbindung an der endständigen Gruppe in einer Ausbeute von 80% oder mehr entstand.
Das wie zuvor beschrieben gewonnene Blockcopolymer (MPEG-PCL-A) mit einer Doppelbindung wurde bei Raumtemperatur in einen Reaktor gefüllt und mit Chloroform versetzt, um das Blockcopolymer zu lösen. Zur Bildung eines β-Aminoesterblocks wurden Piperazin und 1,6-Hexandioldiacrylat bei Raumtemperatur zugesetzt und gelöst. Dann ließ man das Reaktionsgemisch bei 50 °C 48 Stunden lang reagieren. Nach Einstellung des Molverhältnisses von Piperazin/1,6-Hexandioldiacrylat auf 1:1 wurde das Äquivalentverhältnis von MPEG-PCL-Blockcopolymer/Piperazin/1,6-Hexandioldiacrylat gesteuert, so dass ein Triblockcopolymer eines gewünschten Molekulargewichts entstand. Nach Abschluss der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch in einem Überschuss an Ethylether ausgefällt, um nicht umgesetzte Materialien zu entfernen, und das Produkt anschließend filtriert, so dass ein MPEG-PCL-Poly(β-aminoester)-Tri blockcopolymer in einer Ausbeute von 70% oder mehr entstand.
Beispiel 2. Temperatur- und pH-empfindliches Pentablockcopolymer
Beispiel 1 wurde wiederholt, so dass Triblockcopolymere (PCLA-PEG-PCLA) aus ε-Caprolacton, D,L-Lactid und Polyethylenglycol mit unterschiedlichem Molekulargewicht entstanden, mit der Ausnahme, dass Polyethylenglycol (PEG, Mn = 1500, 1750, 2000) anstelle von Polyethylenglycolether verwendet und D,L-Lactid zusätzlich zu ε-Caprolacton zugesetzt wurde. Die Produkte wurden jeweils in einer Ausbeute von 91% oder mehr gewonnen.
Das wie zuvor beschrieben gewonnene PCLA-PEG-PCLA-Blockcopolymer wurde in einen Reaktor gefüllt und bei 85 °C unter Vakuum getrocknet, um das Wasser zu entfernen. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches auf Raumtemperatur wurde es unter einer Stickstoffatmosphäre mit Methylenchlorid versetzt, um das Blockcopolymer zu lösen. Dann wurde dem Reaktionsgemisch Triethylamin in einem Molverhältnis von 3:1, basierend auf der Menge des Blockcopolymers, zugesetzt, um HCl als Nebenprodukt zu entfernen, und das gelöste Produkt auf 10 °C abgekühlt. Danach wurde das gekühlte Produkt tropfenweise mit Acryloylchlorid in einem Molverhältnis von 3:1 versetzt, so dass ein Blockcopolymer mit einer Doppelbindung entstand. Die obige Reaktion erfolgte in einem Eisbad unter einer Stickstoffatmosphäre über 24 Stunden. Nach Abschluss der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch in Ethylether ausgefällt, um nicht umgesetzte Materialien zu entfernen, filtriert und unter Vakuum bei Raumtemperatur getrocknet, so dass ein Blockcopolymer aus Poly(ε-caprolacton)/D,L-Lactid-Polyethylenglycol-Poly(ε-caprolacton)/D,L-Lactid-Acrylat (acryliertes PCLA-PEG-PCLA) mit einer Doppelbindung an der endständigen Gruppe in einer Ausbeute von 80% oder mehr entstand.
Das wie zuvor beschrieben gewonnene Blockcopolymer (acryliertes PCLA-PEG-PCLA) mit einer Doppelbindung wurde bei Raumtemperatur in einen Reaktor gefüllt und mit Chloroform versetzt, um das Blockcopolymer zu lösen. Zur Bildung eines β-Aminoesterblocks wurden 4,4'-Trimethylendipiperazin und 1,4-Butandioldiacrylat bei Raumtemperatur zugesetzt und gelöst. Dann ließ man das Reaktionsgemisch bei 50 °C 48 Stunden lang reagieren. Nach Einstellung des Molverhältnisses von 4,4'-Trimethylendipiperazin/1,4-Butandioldiacrylat auf 1:1 wurde das Äquivalentverhältnis von Triblockcopolymer/4,4'-Trimethylendipipe razin/1,4-Butandioldiacrylat gesteuert, so dass ein Pentablockcopolymer eines gewünschten Molekulargewichts entstand. Nach Abschluss der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch in einem Überschuss an Ethylether ausgefällt, um nicht umgesetzte Materialien zu entfernen, und das Produkt anschließend filtriert, so dass ein Pentablockcopolymer aus Poly(β-aminoester)-PCLA-PEG-PCLA-Poly(β-aminoester) in einer Ausbeute von 70% oder mehr entstand.

Zwischenzeitlich wurden das Molekulargewicht von MPEG, das Molekulargewicht des biologisch abbaubaren Polymers (PCLA), das Molverhältnis von MPEG zu dem biologisch abbaubaren Polymer und das Molekulargewicht von Poly(β-aminoester) wie in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt variiert, so dass Triblockcopolymere (PCLA-PEG-PCLA) und Pentablockcopolymere (Poly(β-aminoester)-PCLA-PEG-PCLA-Poly(β-aminoester)) mit unterschiedlichem Molekulargewicht entstanden. Das Molekulargewicht der einzelnen Blockcopolymere ist in Tabelle 1 dargestellt. In Tabelle 1 bezieht sich PDI auf einen mittels GPC gemessenen Polydispersitätsindex, mit dessen Hilfe ermittelt wird, ob das Blockcopolymer eine einheitliche Molekulargewichtsverteilung aufweist. Mit sinkendem PDI eines Blockcopolymers wird die Molekulargewichtsverteilung des Blockcopolymers einheitlicher. Andererseits wird die Molekulargewichtsverteilung des Blockcopolymers bei Zunahme des PDI eines Blockcopolymers weniger einheitlich. [Tabelle 1]

	PCLA-PEG-PCLA (Mn^a)	PEG/PCLA (Gewichtsverhältnis)	PEG (Mn)	PAE^b	PDI
C1	1530-1500-1530	1/2,04	1500	1335	1,40
C2	1636-1500-1636	1/2,2	1500	1383	1,43
C3	1885-1500-1885	1/2,5	1500	1340	1,44
C4	1885-1500-1885	1/2,5	1500	820	1,32
C5	1885-1500-1885	1/2,5	1500	1764	1,45
C6	1885-1500-1885	1/2,5	1500	2018	1,48
C7	1885-1500-1885	1/2,5	1500	2566	1,52
C8	1726-1750-1726	1/2,0	1750	1297	1,40
C9	2050-2000-2050	1/2,05	2000	1299	1,42
a) Vom Händler ermittelt, b) ¹H-NMR, c) GPC

Beispiel 3
Beispiel 2 wurde wiederholt, so dass ein Pentablockcopolymer aus Poly(β-aminoester-Amidoamin)-PCLA-PEG-PCLA-Poly(β-aminoester-Amidoamin) mit einem Molekulargewicht von 6800 entstand, mit der Ausnahme, dass 1,6-Hexandioldiacrylat und N,N'-Methylenbisacrylamid in einem Gewichtsverhältnis von 80:20 anstelle von 1,4-Butandioldiacrylat verwendet wurden.
Beispiel 4
Beispiel 2 wurde wiederholt, so dass ein Pentablockcopolymer aus Poly(β-aminoester-Amidoamin)-PCLA-PEG-PCLA-Poly(β-aminoester-Amidoamin) mit einem Molekulargewicht von 6500 entstand, mit der Ausnahme, dass 1,6-Hexandioldiacrylat und N,N'-Methylenbisacrylamid in einem Gewichtsverhältnis von 60:40 anstelle von 1,4-Butandioldiacrylat verwendet wurden.
Beispiel 5
Beispiel 2 wurde wiederholt, so dass ein Pentablockcopolymer aus Poly(β-aminoester-Amidoamin)-PCLA-PEG-PCLA-Poly(β-aminoester-Amidoamin) mit einem Molekulargewicht von 6500 entstand, mit der Ausnahme, dass 1,6-Hexandioldiacrylat und N,N'-Methylenbisacrylamid in einem Gewichtsverhältnis von 40:60 anstelle von 1,4-Butandioldiacrylat verwendet wurden.
Beispiel 6
Beispiel 2 wurde wiederholt, so dass ein Pentablockcopolymer aus Poly(β-aminoester-Amidoamin)-PCLA-PEG-PCLA-Poly(β-aminoester-Amidoamin) mit einem Molekulargewicht von 6500 entstand, mit der Ausnahme, dass 1,6-Hexandioldiacrylat und N,N'-Methylenbisacrylamid in einem Gewichtsverhältnis von 20:80 anstelle von 1,4-Butandioldiacrylat verwendet wurden.
Beispiel 7
Beispiel 2 wurde wiederholt, so dass ein Pentablockcopolymer aus Poly(amidoamin)-PCLA-PEG-PCLA-Poly(amidoamin) mit einem Molekulargewicht von 6500 entstand, mit der Ausnahme, dass 1,6-Hexandioldiacrylat und N,N'-Methylenbisacrylamid in einem Gewichtsverhältnis von 0:100 anstelle von 1,4-Butandioldiacrylat verwendet wurden.
[Vergleichsbeispiele 1 bis 3]
Vergleichsbeispiel 1
Beispiel 2 wurde wiederholt, so dass ein Pentablockcopolymer aus Poly(amidoamin)-PCLA-PEG-PCLA-Poly(amidoamin) mit einem Molekulargewicht von 5000 entstand, mit der Ausnahme, dass das aus Poly(amidoamin) gebildete Oligomer ein Molekulargewicht von weniger als 500 besaß. Das Copolymer zeigte jedoch unter Körpertemperaturbedingungen (37 °C, pH 7,4) kein Sol-Gel-Übergangsverhalten.
Vergleichsbeispiel 2
Beispiel 2 wurde wiederholt, so dass ein Pentablockcopolymer aus Poly(amidoamin)-PCLA-PEG-PCLA-Poly(amidoamin) mit einem Molekulargewicht von 25.500 entstand, mit der Ausnahme, dass das aus Poly(amidoamin) gebildete Oligomer ein Molekulargewicht von 21.000 besaß. Das Copolymer zeigte jedoch unter Körpertemperaturbedingungen (37 °C, pH 7,4) kein Sol-Gel-Übergangsverhalten.
Vergleichsbeispiel 3
Beispiel 2 wurde wiederholt, so dass ein Pentablockcopolymer aus Poly(β-aminoester-Amidoamin)-PCLA-PEG-PCLA-Poly(β-aminoester-Amidoamin) mit einem Molekulargewicht von 5000 entstand, mit der Ausnahme, dass MPEG4000 anstelle von MPEG2000 verwendet wurde. Das Copolymer zeigte jedoch unter Körpertemperaturbedingungen (37 °C, pH 7,4) kein Sol-Gel-Übergangsverhalten.
Vergleichsbeispiel 4
Beispiel 2 wurde wiederholt, so dass ein Pentablockcopolymer aus Poly(β-aminoester-Amidoamin)-PCLA-PEG-PCLA-Poly(β-aminoester-Amidoamin) mit einem Molekulargewicht von 7700 entstand, mit der Ausnahme, dass MPEG6000 anstelle von MPEG5000 verwendet wurde. Die Bildung eines Gels aus dem Copolymer war jedoch schwierig, da das Copolymer unausgewogene hydrophile/hydrophobe Blöcke besaß und aufgrund der Verwendung eines MPEG mit einem hohen Molekulargewicht keinen Sol-Gel-Übergang erlaubte.
Versuchsbeispiel 1. Evaluierung des Sol-Gel-Übergangsverhaltens entsprechend den pH-Schwankungen (1)
Das folgende Experiment wurde zur Beurteilung des Sol-Gel-Übergangsverhaltens des erfindungsgemäßen Blockcopolymers entsprechend den Temperatur- und pH-Schwankungen durchgeführt.
Das Triblockcopolymer (MPEG-PCL-β-Aminoester) von Beispiel 1, das Pentablockcopolymer von Beispiel 2 und das Pentablockcopolymer von Beispiel 4 wurden in einer Menge von 30, 20 bzw. 30 Gew.-% einer Pufferlösung zugesetzt, um die Blockcopolymere zu lösen. Dann wurden die einzelnen Blockcopolymerlösungen mit NaOH-Lösung auf einen pH-Wert von 5,5, 6,0, 6,5, 7,0 und 7,5 titriert. Nachdem die Blockcopolymerlösungen – jeweils mit einem anderen pH-Wert – jeweils um 2 °C erwärmt worden waren, so dass sich die Lösungen bei konstanter Temperatur 10 Minuten lang in einem Gleichgewichtszustand befanden, wurden die Lösungen schräggestellt, um das Sol-Gel-Übergangsverhalten der einzelnen Blockcopolymere zu ermitteln. Die 1 bis 3 zeigen das Sol-Gel-Übergangsverhalten der einzelnen Blockcopolymere in Abhängigkeit von den Temperatur- und pH-Schwankungen.
Die Evaluierung ergab, dass das erfindungsgemäße Blockcopolymer aufgrund einer Veränderung des Ionisierungsgrades des Oligomers vom Poly(β-aminoester)-Typ entsprechend den pH-Schwankungen und einer Veränderung der Hydrophobie des biologisch abbaubaren Polymers entsprechend den Temperaturschwankungen ein reversibles Sol-Gel-Übergangsverhalten in Abhängigkeit von den pH- und Temperaturschwankungen erlaubt (siehe 1 bis 3). Insbesondere zeigt das erfindungsgemäße Blockcopolymer ein reversibles Sol-Gel-Übergangsverhalten unter denselben Bedingungen wie im menschlichen Körper (37 °C, pH 7,4). Daher besitzt das erfindungsgemäße Blockcopolymer voraussichtlich eine industrielle Anwendbarkeit als Arzneimittelträger.
Versuchsbeispiel 2. Evaluierung des Sol-Gel-Übergangsverhaltens entsprechend den pH-Schwankungen (2)
Das erfindungsgemäße Blockcopolymer wurde unter unterschiedlichen Bedingungen hergestellt, um verschiedene Arten von Blockcopolymeren zu erzeugen. Dann wurden die Blockcopolymere bezüglich ihres Sol-Gel-Übergangsver haltens entsprechend den Temperatur- und pH-Schwankungen evaluiert.
Das Triblockcopolymer (MPEG-PCL-PAE) von Beispiel 1 wurde durch Variation des Molekulargewichts des MPEG und des Molverhältnisses von MPEG zu PCL wie in Tabelle 2 dargestellt modifiziert, so dass Triblockcopolymere mit unterschiedlichem Molekulargewicht entstanden. Dann wurden die einzelnen Triblockcopolymere bezüglich ihres Sol-Gel-Übergangsverhaltens evaluiert. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 2 dargestellt.
Das Experiment ergab, dass A1 und A4 kein Sol-Gel-Übergangsverhalten aufweisen. Der Grund hierfür ist das unausgewogene Molekülgewichtsverhältnis von MPEG-PCL-PAE. Mit anderen Worten denkt man, dass A1 aufgrund des geringen Molekulargewichts von PCL auch dann noch einen Solzustand aufweist, wenn die Temperatur und der pH-Wert variieren. Im Gegensatz dazu denkt man, dass A4 kein Sol-Gel-Übergangsverhalten aufweisen kann, da sein Molekulargewicht für ein Lösen in Wasser zu hoch ist. Bei der Bereitstellung eines temperatur- und pH-empfindlichen Blockcopolymers, das ein reversibles Sol-Gel-Übergangsverhalten unter Körpertemperatur- und -pH-Bedingungen aufweist, sollten zusätzlich zu dem Molekulargewichtsverhältnis und dem Blockverhältnis von MPEG-PCL die Temperatur- und pH-Abhängigkeit eines pH-empfindlichen Blocks und das Molekulargewicht eines hydrophilen MPEG-Blocks berücksichtigt werden.

Daher geht aus den obigen Ergebnissen hervor, dass das erfindungsgemäße temperatur- und pH-empfindliche Blockcopolymerhydrogel nicht durch einfache Kombination eines hydrophilen Blocks, eines hydrophoben Blocks und eines pH-empfindlichen Blocks gewonnen werden kann, sondern durch Steuerung des Molekulargewichts der einzelnen Bauelemente, des Molverhältnisses der Bauelemente und des Molverhältnisses der Blöcke zur Schaffung optimaler Bedingungen. Darüber hinaus können durch eine solche Steuertechnik ein medizinischer Arzneimittelträger, der unterschiedliche Bedingungen erfordert, entwickelt und ein im Handel erhältlicher Arzneimittelträger gewonnen werden. [Tabelle 2]

Beispiel 1	MPEG_a)	MPEG-PCL_b)	MPEG-PCL-PAE_c)	PDI_c)	Sol-Gel-Phasen-übergang
A1	2000	2898	3495	1,2	X
A2		3124	3751	1,2	O
A3		3467	3991	1,3	O
A4		3893	4451	1,3	X
B1	5000	6328	7175	1,3	O
a) Vom Händler ermittelt, b) ¹H-NMR, c) GPC

Versuchsbeispiel 3. Evaluierung der biologischen Abbaurate von Blockcopolymeren entsprechend den pH-Schwankungen
Das folgende Experiment erfolgte zur Beobachtung von Schwankungen des Molekulargewichts des erfindungsgemäßen pH-empfindlichen Blockcopolymerhydrogels nach seinem biologischen Abbau bei einem spezifischen pH-Wert.
Es wurden das Molekulargewicht des Copolymers von Beispiel 2 mit Poly(β-aminoester), das aufgrund von Estergruppen im Grundgerüst eine relativ hohe biologische Abbaurate aufweist, und das Molekulargewicht der Copolyme der Beispiele 3 bis 7 mit Poly(amidoamin), das aufgrund von Amidgruppen im Grundgerüst eine relativ geringe biologische Abbaurate aufweist, im Verlauf der Zeit bei pH 7,4 gemessen. Die Messung ergab, dass das Blockcopolymer von Beispiel 2 – gemäß dem innerhalb eines kurzen Zeitraums von 30 Stunden oder weniger auf die Hälfte des ursprünglichen Wertes reduzierten Molekulargewicht – eine relativ hohe biologische Abbaurate aufweist. Im Gegensatz dazu wiesen die Blockcopolymerhydrogele der Beispiele 3 bis 7 eine relativ geringe biologische Abbaurate auf (siehe 4).
Darüber hinaus ergab die Messung des Molekulargewichts der einzelnen Blockcopolymerhydrogele der Beispiele 4 bis 6 im Verlauf der Zeit bei einem spezifischen pH-Wert, dass die biologische Abbaurate des Hydrogels im Körper durch Steuerung der Menge des Poly(β-aminoesters) und des Poly(amidoamins), die das Blockcopolymerhydrogel bilden, und ihres Molverhältnisses gesteuert werden konnte (siehe 4).
Daher geht aus den obigen Versuchsergebnissen hervor, dass das erfindungsgemäße temperatur- und pH-empfindliche Blockcopolymer durch Verwendung eines Copolymers mit Poly(amidoamin) als Poly(β-aminosäure) mit einer relativ geringen biologischen Abbaurate im Körper so entwickelt werden konnte, dass es eine gewünschte biologische Abbaurate aufweist und kontinuierlich beibehält.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, weist das erfindungsgemäße Blockcopolymer eine pH- und Temperaturempfindlichkeit auf und kann daher die Probleme bei herkömmlichen temperatur-empfindlichen Blockcopolymeren aus dem Stand der Technik lösen. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Blockcopolymer stabilere Hydrogele bei angemessener Temperatur und angemessenem pH-Wert bilden und das Problem bezüglich der in vivo-Stabilität lösen. Daher kann das erfindungsgemäße Blockcopolymer für verschiedene Anwendungszwecke auf medizinischem Gebiet, insbesondere als Arzneimittelträger für den Arzneimitteltransport eingesetzt werden.
Zwar wurde die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben, die derzeit als die praktischste und bevorzugteste gilt, doch es ist davon auszugehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform und die Zeichnungen beschränkt ist. Sie soll im Gegenteil verschiedene Modifikationen und Variationen innerhalb des Geistes und des Umfangs der beigefügten Ansprüche abdecken.
Zusammenfassung
Es wird ein Blockcopolymer offenbart, das durch Kopplung der folgenden Komponenten miteinander gebildet wird: (a) einem Copolymer (A) aus einer Verbindung vom Polyethylenglycol (PEG)-Typ und einem biologisch abbaubaren Polymer und (b) mindestens einem Oligomer (B), ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(β-aminoester) und Poly(amidoamin). Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung des Blockcopolymers und einer Arzneimittelzusammensetzung vom Polymerhydrogel-Typ aus dem temperatur- und pH-empfindlichen Blockcopolymer und einem physiologischen Wirkstoff, der in dem Blockcopolymer verkapselt sein kann, offenbart. Man erhält das Multiblockcopolymer durch Copolymerisation eines pH-empfindlichen Oligomers vom Poly(β-aminoester)- und/oder Poly(amidoamin)-Typ, einer hydrophilen und temperaturempfindlichen Verbindung vom Polyethylenglycol-Typ und einem hydrophoben und biologisch abbaubaren Polymer. Daher kann das Blockcopolymer aufgrund seiner Amphiphilie infolge der Kombination aus einer hydrophilen Gruppe und einer hydrophoben Gruppe in dem Copolymer und der Ionisierungseigenschaften entsprechend den pH-Schwankungen eine Polymerhydrogelstruktur bilden und so als Arzneimittelträger für einen zielgenauen Arzneimitteltransport entsprechend den pH-Schwankungen im Körper eingesetzt werden.

Claims

Blockcopolymer, das durch Koppeln der nachfolgenden Komponenten miteinander gebildet wird: (a) einem Copolymer (A) aus einer Verbindung vom Polyethylenglycol-Typ und einem biologisch abbaubaren Polymer und (b) mindestens einem Oligomer (B), ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(β-aminoester) und Poly(amidoamin).
Blockcopolymer nach Anspruch 1, das temperatur- und pH-empfindlich ist.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, das bei einem pH-Wert im Bereich von 7,2 bis 7,4 ein Gel bildet und bei einem pH-Wert im Bereich von 6,0 bis 7,2 einen Solzustand beibehält.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, bei dem die Verbindung vom Polyethylenglycol (PEG)-Typ eine durch die nachfolgende Formel 1 dargestellte Verbindung ist: [Formel 1]
worin R ein Wasserstoffatom oder eine C_1-5-Alkylgruppe ist und n eine natürliche Zahl von 11 bis 45 ist.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, bei dem die Verbindung vom Polyethylenglycol-Typ ein Molekulargewicht von 500 bis 5000 besitzt.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, bei dem das biologisch abbaubare Polymer ein biologisch abbaubares aliphatisches Polyesterpolymer ist.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, bei dem das biologisch abbaubare Polymer mindestens ein Polymer, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polylactid (PLA), Polyglycolid (PGA), Polycaprolacton (PCL), statistischem Poly(caprolactonlactid)-Copolymer (PCLA), statistischem Poly(caprolactonglycolid)-Copolymer (PCGA) und statistischem Poly(lactidglycolid)-Copolymer (PLGA), ist.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, bei dem die Verbindung vom PEG-Typ und das biologisch abbaubare Polymer ein Molekulargewichtsverhältnis von 1:1-3 aufweisen.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, bei dem das Copolymer (A) aus der Verbindung vom Polyethylenglycol-Typ und dem biologisch abbaubaren Polymer mindestens einen Substituenten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer primären Amingruppe, einer sekundären Amingruppe und einer Doppelbindung, aufweist, wobei der Substituent mit mindestens einem Oligomer (B), ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(β-aminoester) und Poly(amidoamin), reagieren kann.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, bei dem mindestens ein Oligomer (B), ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(β-aminoester) und Poly(amidoamin), eine tertiäre Amingruppe enthält, die bei einem pH-Wert von 7,2 oder weniger ionisiert wird.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, bei dem mindestens ein Oligomer, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(β-aminoester) und Poly (amidoamin), durch Polymerisation der folgenden Substanzen gebildet wird: (a) einer Bisacrylat- oder Bisacrylamidverbindung und (b) einer Aminverbindung.
Blockcopolymer nach Anspruch 11, bei dem die Bisacrylatverbindung mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend 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-dimethylpropionatdiacrylat, 1,7-Heptandioldiacrylat, 1,8-Octandioldiacrylat, 1,9-Nonandioldiacrylat und 1,10-Decandioldiacrylat, ist und die Bisacrylamidverbindung mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus N,N'-Methylenbisacrylamid und N,N'-Ethylenbisacrylamid, ist.
Blockcopolymer nach Anspruch 11, bei dem die Aminverbindung eine primäre Aminverbindung oder eine ein sekundäres Amin enthaltende Diaminverbindung ist.
Blockcopolymer nach Anspruch 13, bei dem die primäre Aminverbindung mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 3-Methyl-4-(3-methylphenyl)piperazin, 3-Methylpiperazin, 4-(Bis)piperazin, 4-(Phenylmethyl)piperazin, 4-(1-Phenylethyl)piperazin, 4-(1,1-Dimethoxycarbonyl)piperazin, 4-(2-(Bis-(2-pro-penyl)amino)ethyl)piperazin, Methylamin, Ethylamin, Butylamin, Hexylamin, 2-Ethylhexylamin, 2-Piperidin-1-yl-ethylamin, C-Aziridin-1-yl-ethylamin, 1-(2-Aminoethyl)piperazin, 4-(Aminomethyl)piperazin, N-Methylethylendiamin, N-Ethylethylendiamin, N-Hexylethylendiamin, Pycoliamin und Adenin, ist und die das sekundäre Amin enthaltende Diaminverbindung mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Piperazin, Piperidin, Pyrrolidin, 3,3-Dimethylpiperidin, 4,4'-Trimethylendipiperidin, N,N'-Dimethylethylendiamin, N,N'-Diethylethylendiamin, Imidazolidin und Diazepin, ist.
Blockcopolymer nach Anspruch 11, bei dem die Bisacrylat- oder Bisacrylamidverbindung (a) und die Aminverbindung (b) in einem Molverhältnis von 1:0,5-2,0 eingesetzt werden.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, bei dem mindestens ein Oligomer (B), ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(β-aminoester) und Poly(amidoamin), ein Molekulargewicht von 500 bis 20.000 besitzt.
Blockcopolymer nach Anspruch 11, bei dem mindestens ein Oligomer (B), ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(β-aminoester) und Poly(amidoamin), 1,6-Hexandioldiacrylat und N,N'-Methylenbisacrylamid – gemischt in einem Gewichtsverhältnis von 100:0 bis 0:100 – für eine steuerbare biologische Abbaurate im menschlichen Körper umfasst.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, das ein Triblockcopolymer oder ein höheres Blockcopolymer ist.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, das ein Triblockcopolymer oder ein Pentablockcopolymer ist.
Blockcopolymer nach Anspruch 1, das ausgewählt ist aus den durch die nachfolgenden Formeln 6-11 dargestellten Verbindungen: [Formel 6]
[Formel 7]
[Formel 8]
[Formel 9]
[Formel 10]
[Formel 11]
worin x, y, z und n eine natürliche Zahl von 1 bis 10.000 sind.
Arzneimittelzusammensetzung vom Polymerhydrogel-Typ, umfassend: (a) ein Blockcopolymer, wie in einem der Ansprüche 1 bis 20 definiert, und (b) einen physiologischen Wirkstoff, der in dem Blockcopolymer verkapselt sein kann.
Träger für den Arzneimitteltransport oder die Krankheitsdiagnose, der das Blockcopolymer, wie in einem der Ansprüche 1 bis 20 definiert, umfasst.
Verwendung eines Copolymers, das (a) mindestens einen hydrophilen Block, (b) mindestens einen biologisch abbaubaren Block mit je nach Temperatur variierender Hydrophobie und (c) mindestens eine Einheit, deren Ionisierungsgrad mit dem pH-Wert variiert, als Träger für den Arzneimitteltransport oder als Träger für die Krankheitsdiagnose umfasst.
Verwendung nach Anspruch 23, wobei die Einheit (c), deren Ionisierungsgrad mit dem pH-Wert variiert, mindestens ein Oligomer (B), ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(β-aminoester) und Poly(amidoamin), ist.