DE112015003925T5

DE112015003925T5 - Wasserlösliche Polycarbonate für medizinische Anwendungen

Info

Publication number: DE112015003925T5
Application number: DE112015003925.2T
Authority: DE
Inventors: Amanda Catherine Engler; Daniel Joseph Coady; James Hedrick; Yi Yan Yang; Xiyu Ke
Original assignee: Agency for Science Technology and Research Singapore; International Business Machines Corp
Current assignee: Agency for Science Technology and Research Singapore; International Business Machines Corp
Priority date: 2014-10-06
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2035-09-02
Also published as: EP3204441A4; CN107001603B; CN107001603A; GB2543222B; EP3204441A1; SG11201703673WA; US20160095933A1; US9469726B2; GB201701185D0; JP2017535633A; EP3204441B1; GB2543222A; WO2016055880A1; JP6720154B2; DE112015003925B4

Abstract

Wasserlösliche, biologisch abbaubare Polymere wurden durch eine Organosäurekatalysierte Ringöffnungspolymerisation (ROP) eines cyclischen Carbonatmonomers, das eine aktive Esterseitenkette trägt, hergestellt. Das Anfangspolymer, das eine aktive Esterseitenkette aufwies, wurde mit einem Aminoalkohol behandelt, der die aktiven Estergruppen in N-substituierte Amidgruppen, die Monohydroxyalkylgruppen und/oder Dihydroxyalkylgruppen trugen, umgewandelt, um die wasserlöslichen Polymere zu bilden. Die wasserlöslichen Polymere sind nichttoxisch und zeigen Eigenschaften von Verdeckung in gepufferter Serumlösung.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft wasserlösliche Polycarbonate für medizinische Anwendungen, insbesondere wasserlösliche Polycarbonate für die kontrollierte Abgabe von therapeutischen Mitteln, wie z. B. Arzneimitteln.
Poly(ethylenglycol) (PEG), das die Struktur
aufweist, ist der Standard für synthetische wasserlösliche Polymere, die für die therapeutische Abgabe verwendet werden. PEG wird durch eine Ringöffnungspolymerisation von Ethylenoxid synthetisiert. Im Allgemeinen kann PEG einen weiten Bereich von Molekulargewichten und einen engen Polydispersitätsindex (PDI) aufweisen. PEG ist in einem weiten Bereich von organischen Lösungsmitteln und in Wasser löslich. Ferner können reaktionsfähige Funktionalitäten einfach in PEG-Makromoleküle eingeführt werden, wodurch es zu einem ausgezeichneten Kandidaten für die Funktionalisierung biologisch wichtiger Materialien wird.
Hierin weisen Materialien „Eigenschaften von Verdeckung” auf, wenn sie eine geringe Neigung zur Wechselwirkung mit biologischen Materialien (z. B. Opsoninen) der physiologischen Umgebung (z. B. Blutstrom) zeigen. Wenn PEG in dem Blutstrom vorhanden ist, werden die PEG-Ketten von einer schützenden Hülle von Wasserstoffbrücken-gebundenen Wassermolekülen umgeben. Die hydratisierten PEG-Ketten können ausgezeichnete Eigenschaften von Verdeckung zeigen. Beispielsweise wurden PEG-stabilisierte Arzneimittelzusammensetzungen so charakterisiert, dass sie verringerten enzymatischen Abbau, verringerte Aufnahme durch das retikuloendotheliale System und verringerte Nierenfiltration aufweisen, die ihrerseits zu einer erhöhten Halbwertszeit im Blutkreislauf und Bioverfügbarkeit führen. Ferner kann Befestigen von PEG an ein therapeutisch verwendbares Material (z. B. Arzneimittel) die Toxizität des Materials erheblich verringern.
Hierin bedeutet der Begriff „PEGyliert” das Aufweisen einer PEG-Polymerkette. Das PEG kann kovalent und/oder nichtkovalent gebunden sein. PEGylierte Produkte sind seit etwa 20 Jahren auf dem Markt.
Ein Nachteil von PEG ist seine fehlende Bioabbaubarkeit. Das für die Nierenausscheidung erforderliche Molekulargewicht ist schwer zu bestimmen. Im Aligemeinen kann PEG, das ein anzahlgemitteltes Molekulargewicht von unter etwa 20 kDa aufweist, in Urin exkretiert werden. PEG, das ein anzahlgemitteltes Molekulargewicht (Mn) von über 40 bis 60 kDa aufweist, neigt zu Akkumulation in der Leber. PEG mit höherem Molekulargewicht kann durch Mechanismen, die unbekannt sind, auch an anderen Orten des Körpers akkumulieren. Die Akkumulation von PEG ist bei Kurzzeitverwendung kein großes Problem, bei wiederholter Verabreichung, wie z. B. bei Behandlung chronischer Erkrankungen, ist die Verwendung von PEG mit hohem Molekulargewicht aber bedenklich. Für die PEGylierung von biologisch aktiven Molekülen wird gewöhnlich PEG mit einem anzahlgemittelten Molekulargewicht (Mn) von etwa 40 kDa verwendet.
Zusätzlich dazu, dass PEG nicht biologisch abbaubar ist, sind die Nebenprodukte (z. B. 1,4-Dioxan), die bei der PEG-Synthese entstehen, und das restliche nichtreagierte Ethylenoxidmonomer toxisch. Diese Nebenprodukte sind bekannte Karzinogene und sind für PEG mit pharmazeutischer Qualität reglementiert.
Ferner sind mit PEG immunologische Antworten in Verbindung gebracht worden. Obwohl PEG ein verdecktes Polymer ist, induziert PEG in manchen Formulierungen bei intravenöser, oraler und/oder dermaler Verabreichung eine Immunantwort.
Die mit PEG verbundenen Nachteile führen zu der Motivation zur Entwicklung alternativer Polymere für die therapeutische Abgabe therapeutischer Mittel (z. B. hydrophober Arzneimittel). Obwohl auf diesem Gebiet eingehende Forschung durchgeführt worden ist, gibt es nur wenige synthetische Alternativen, die die gleichen Eigenschaften von Verdeckung bieten und die auf dem gleichen Niveau der synthetischen Steuerung hergestellt werden können. Ein wünschenswerter Ersatz für PEG wäre biologisch zu nichttoxischen Nebenprodukten abbaubar. Schema 1 zeigt Beispiele einiger aktueller biologisch abbaubarer PEG-Ersatzstoffe auf der Grundlage von Poly(aminosäuren), wobei jeder Index m unabhängig eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist. Von den drei gezeigten Polymeren ist nur Poly(L-glutaminsäure) von der U. S. Food and Drug Administration (FDA) zugelassen. Schema 1.
Auch andere nicht biologisch abbaubare Polymere sind als PEG-Alternativen von Interesse (Schema 2, wobei jeder Index m unabhängig eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist). Viele dieser Polymere sind als PEG-Alternativen für Anwendungen erfolgversprechend, bei denen nur Polymere mit niedrigem Molekulargewicht benötigt werden. Bei hohen Molekulargewichten kann Bioakkumulation zu einem Problem werden. Poly(N-(2-hydroxypropyl)methacrylamid) und Poly(glycerol) haben klinische Versuche erreicht. Schema 2.
Einige wenige biologisch abbaubare, wasserlösliche Polycarbonate wurden als Alternativen zu PEG hergestellt. Sie werden in Schema 3 gezeigt, wobei in jedem Fall der Index m unabhängig eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist. Schema 3.
Die Zucker-enthaltenden Polymere sind beschränkt, da Rezeptoren des Körpers an Zucker binden können. Beispielsweise kann Galactose zum Anzielen von Leberzellen verwendet werden. Die Polycarbonate, die die kurzen PEG-Seitengruppen enthalten, können als Alternative für PEG verwendet werden; allerdings ist die synthetische Arbeit mit ihnen aufgrund eines Ring-Kette-Gleichgewichts schwierig. Je sperriger die Seitenkette ist, umso schwieriger ist es, einen hohen Polymerisationsgrad zu erzielen. Die verbleibenden Polycarbonate sind negativ geladen, wodurch ihre Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln beschränkt wird.
Somit bleibt Bedarf an hydrophilen Polymeren, die für die Abgabe von therapeutischen Mitteln für medizinische Behandlungen geeignet sind. Die hydrophilen Polymere sollten biologisch abbaubar, nichttoxisch und in organischen Lösungsmitteln und in Wasser löslich sein. Die hydrophilen Polymere sollten keine unerwünschte Immunantwort induzieren. Die hydrophilen Polymere sollten in einem Bereich an Molekulargewichten mit schmalen PDIs erhältlich sein und sie sollten zu nichttoxischen Nebenprodukten abgebaut werden.
KURZDARSTELLUNG
Demgemäß wird ein Polymer offenbart, das eine Carbonat-Wiederholungseinheit der Formel (1) aufweist:
wobei
R' ein einwertiger Rest ist, der 2 bis 4 Kohlenstoffe und 1 bis 2 Hydroxygruppen aufweist,
R'' ein einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist,
das Polymer ungeladen ist und
das Polymer in Wasser löslich ist.
Ferner wird eine Zusammensetzung offenbart, die aufweist:
ein vorstehend beschriebenes Polymer; und
ein therapeutisches Mittel für eine medizinische Behandlung, wobei das therapeutische Mittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Genen, Proteinen, Peptiden, Arzneimitteln und Kombinationen davon;
wobei
das Polymer und das therapeutische Mittel durch nichtkovalente Wechselwirkungen gebunden sind,
die Zusammensetzung als Partikel mit einem mittleren Kreisdurchmesser von etwa 10 nm bis etwa 500 nm in Wasser dispergierbar ist und
ein wässriges Gemisch der Zusammensetzung für die intravenöse Injektion geeignet ist.
Ferner wird ein Verfahren offenbart, das aufweist:
Bilden eines ersten Gemischs, das Wasser und ein Polymer, das eine erste Carbonat-Wiederholungseinheit der Formel (1) aufweist, aufweist:
wobei i) R' ein einwertiger Rest ist, der 2 bis 4 Kohlenstoffe und 1 bis 2 Hydroxygruppen aufweist, ii) R'' ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl und iii) das Polymer in dem Wasser löslich ist;
Bilden eines zweiten Gemischs, das i) ein Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Lösungsmitteln, Wasser und Kombinationen davon und ii) ein therapeutisches Mittel für eine medizinische Behandlung aufweist, wobei das therapeutische Mittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Genen, Proteinen, Peptiden, Arzneimitteln und Kombinationen davon;
Kombinieren des ersten Gemischs und des zweiten Gemischs, um ein drittes Gemisch zu bilden; und
Entfernen von organischem Lösungsmittel aus dem dritten Gemisch, um ein Partikel zu bilden, das das Polymer und das therapeutische Mittel durch nichtkovalente Wechselwirkungen gebunden aufweist, wobei das Partikel in Wasser dispergierbar ist und ein wässriges Gemisch des Partikels für die intravenöse Injektion geeignet ist.
Die vorstehend beschriebenen und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden von dem Fachmann aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung, den Zeichnungen und den anhängenden Ansprüchen ersichtlich und verständlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Nun werden nur als Beispiele Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 ist ein ¹H-NMR-Spektrum von P-1, hergestellt in Beispiel 1.
2 ist ein ¹H-NMR-Spektrum von A-3, hergestellt in Beispiel 7.
3 zeigt eine Reihe von Gelpermeations-chromatographischen (GPC) Spuren von P-1, A-1 bis A-3 und A-5 von Tabelle 8 in Dimethylformamid (DMF) mit 0,5% LiBr.
4 ist ein Balkendiagramm, das die Zellviabilität von HEK293-Zellen nach 48 Stunden Inkubation mit A-1 zeigt.
5 ist ein Balkendiagramm, das die Zellviabilität von HEK293-Zellen nach 48 Stunden Inkubation mit A-2 zeigt.
6 ist ein Balkendiagramm, das die Zellviabilität von HEK293-Zellen nach 48 Stunden Inkubation mit A-3 zeigt.
7 ist ein Balkendiagramm, das die Zellviabilität von HEK293-Zellen nach 48 Stunden Inkubation mit A-5 zeigt.
8 ist ein Balkendiagramm, das die Zellviabilität von HEK293-Zellen nach 48 Stunden Inkubation mit A-4 zeigt.
9 ist ein Balkendiagramm, das die Zellviabilität von HEK293-Zellen nach 48 Stunden Inkubation mit A-6 zeigt.
10 ist ein Balkendiagramm, das die Zellviabilität von HEK293-Zellen nach 48 Stunden Inkubation mit PEG 5 kDa zeigt.
11 ist ein Balkendiagramm, das die Zellviabilität von HEK293-Zellen nach 48 Stunden Inkubation mit PEG 10 kDa zeigt.
12 ist ein Schaubild, das das Partikelgrößenverhalten von 10% fötalem Rinderserum (FBS), das die Polymere A-7, A-8, A-9, A-10 bzw. A-11 von Tabelle 10 enthält, als Funktion der Zeit zeigt. PEG 2 kDa und 10% Serum wurden als Kontrollen verwendet,
13 ist ein Schaubild, das das Partikelgrößenverhalten (gemessen durch dynamische Lichtstreuung) von 10% FBS, das die Diblock-Polymere D-3 (abgeleitet von 3-Aminopropanol, m = 50, n = 20), D-4 (abgeleitet von 3-Aminopropanol, m = 50, n = 10), D-5 (abgeleitet von 1-Amino-2-propanol, m 50, n = 20), D-7 (abgeleitet von Serinol, m = 50, n = 20) bzw. D-8 (abgeleitet von Serinol, m = 50, n = 10) von Tabelle 9 enthält, als Funktion der Zeit zeigt.
14 ist ein Schaubild, das das Partikelgrößenverhalten (gemessen durch dynamische Lichtstreuung) von 10% FBS, das die Diblock-Polymere D-1 (abgeleitet von 2-Aminoethanol, m = 50, n = 20), D-2 (abgeleitet von 2-Aminoethanol, m = 50, n = 10), D-6 (abgeleitet von 1-Amino-2-propanol, m = 50, n = 20), D-9 (abgeleitet von (±)-3-Amino-1,2-propandiol, m = 50, n = 20) bzw. D-10 (abgeleitet von (±)-3-Amino-1,2-propandiol, m = 50, n = 10) von Tabelle 9 enthält, als Funktion der Zeit zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die offenbarten hydrophilen Polymere weisen eine Carbonat-Wiederholungseinheit der Formel (1) auf:
wobei
R' ein einwertiger Rest ist, der 2 bis 4 Kohlenstoffe und 1 bis 2 Hydroxygruppen aufweist, und
R'' ein einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist.
Hierin stellt eine Bindung mit Sternchen einen Befestigungspunkt, nicht eine Methylgruppe, dar.
Die hydrophilen Polymere können im Wesentlichen aus ungeladenen Wiederholungseinheiten bestehen. Die hydrophilen Polymere induzieren vorzugsweise wenig oder keine Ausflockung einer Serumlösung über einen Zeitraum von 48 Stunden. Ein phosphatgepuffertes Serumgemisch, das ein hydrophiles Polymer enthält, kann nach 48 Stunden im Vergleich zu dem Anfangs-Serumgemisch eine mittlere Partikelgröße (auf der Grundlage eines durch dynamische Lichtstreuung bestimmten mittleren Kreisdurchmessers) in dem Bereich von etwa 10 nm bis etwa 500 nm, spezifischer etwa 10 nm bis etwa 150 nm und noch spezifischer etwa 10 nm bis etwa 60 nm aufweisen.
Die hydrophilen Polymere können einen oder zwei Polymerzweige aufweisen. Jeder Polymerzweig kann eine Polycarbonat-Hauptkette (d. h. aus Carbonat-Wiederholungseinheiten zusammengesetzt) oder eine Polyestercarbonat-Hauptkette (d. h. aus Ester-Wiederholungseinheiten und Carbonat-Wiederholungseinheiten zusammengesetzt) aufweisen. Jeder Polymerzweig kann ein Homopolymer, ein statistisches Copolymer oder ein Blockcopolymer sein, das die Carbonat-Wiederholungseinheit der Formel (1) aufweist.
Spezifischere hydrophile Homopolymere weisen eine Struktur gemäß Formel (1a) auf:
wobei
m eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist,
I' ein einwertiger Rest ist, der 1 bis 20 Kohlenstoffe aufweist,
jedes R'' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist und
jedes R' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
Das hydrophile Polymer der Formel (1a) weist einen Polymerzweig auf, der von einer Polymerketten-Endgruppe I'-O-* ausgeht, wobei der Polymerzweig ein Homopolymer der gezeigten Carbonat-Wiederholungseinheiten ist. Bei einer Ausführungsform ist das Fragment I'-O-* ein Rest eines Monol-Initiators für die Ringöffnungspolymerisation (ROP), der zum Herstellen des hydrophilen Polymers verwendet wird.
Spezifischere hydrophile statistische Copolymere weisen eine Struktur gemäß Formel (2) auf:
wobei
m eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist,
n eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist,
jedes T' ein unabhängiger einwertiger Rest ist, der 1 bis 6 Kohlenstoffe aufweist,
jedes T'' ein unabhängiger einwertiger Rest unabhängig ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylgruppen, die 1 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, und Arylgruppen, die 6 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, ist,
jedes R'' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist,
I' eine einwertige Gruppe ist, die 1 bis 20 Kohlenstoffe aufweist, und
jedes R' ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
Die senkrechte Stapelung der Wiederholungseinheiten in der eckigen Klammer bedeutet eine statistische Verteilung der beiden gezeigten Carbonat-Wiederholungseinheiten. Die erste Carbonat-Wiederholungseinheit ist von Formel (1) mit einer hydrophilen Amidseitenkette *-(C=O)-NH-R'. Die zweite Carbonat-Wiederholungseinheit weist eine ungeladene hydrophobe Esterseitenkette *-(C=O)-O-T' auf. In diesem Fall weist das hydrophile Polymer einen Polymerzweig auf, der von einer Polymerketten-Endgruppe I'-O-* ausgeht, wobei der Polymerzweig ein statistisches Copolymer der beiden gezeigten Wiederholungseinheiten ist. Jede Wiederholungseinheit der Formel (3) kann mit der Endgruppe I'-O-* verknüpft sein, und jede Wiederholungseinheit kann eine endständige Wiederholungseinheit an dem gegenüberliegenden Ende der Polymerkette sein. In diesem Fall weist die Polymerkette eine endständige Hydroxygruppe auf, die fähig ist, eine ROP zu initiieren. Die Indizes m und n stellen die jeweilige mittlere Zahl der entsprechenden Wiederholungseinheiten in der Copolymerkette dar.
Spezifischere hydrophile Diblock-Polymere weisen eine Struktur gemäß Formel (3) auf:
wobei
m eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist,
n eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist,
I' ein einwertiger Rest ist, der 1 bis 20 Kohlenstoffe aufweist,
jedes R'' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist,
jedes T'' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist,
jedes T' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylgruppen, die 1 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, und Arylgruppen, die 6 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, ist und
jedes R' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
Das hydrophile Polymer der Formel (3) weist einen Polymerzweig auf, der von einer Polymerketten-Endgruppe I'-O-* ausgeht, wobei der Polymerzweig ein Diblock-Copolymer der beiden gezeigten Carbonat-Wiederholungseinheiten ist. Die erste Carbonat-Wiederholungseinheit ist von Formel (1) mit einer hydrophilen Amidseitenkette *-(C=O)-NH-R'. Die zweite Carbonat-Wiederholungseinheit weist eine ungeladene hydrophobe Esterseitenkette *-(C=O)-O-T' auf. Ein erster Block weist ein Homopolymer der ersten Carbonat-Wiederholungseinhelt auf und ein zweiter Block weist ein Homopolymer der zweiten Carbonat-Wiederholungseinheit auf. Bei einer Ausführungsform ist das Fragment I'-O-* ein Rest eines Monol-Initiators für die Ringöffnungspolymerisation (ROP), der zum Herstellen des hydrophilen Polymers verwendet wird.
Andere spezifischere hydrophile Polymere weisen zwei Polymerzweige auf, wobei jeder der Polymerzweige wie in Strukturen der Formel (4) mit einer zweiwertigen Verknüpfungsgruppe *-O-I''-O-* verknüpft ist:
wobei
m eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist,
I'' eine zweiwertige Verknüpfungsgruppe ist, die 2 bis 20 Kohlenstoffe aufweist,
jedes R'' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist und
jedes R' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
Das hydrophile Polymer der Formel (4) weist 2 Polymerzweige auf, die von einem zentralen Fragment *-O-I''-O-* ausgehen, wobei jeder der Polymerzweige ein Homopolymer der Carbonat-Wiederholungseinheit der Formel (1) ist. Bei einer Ausführungsform ist das Fragment *-O-I''-O-* ein Rest eines Diol-Initiators für eine Ringöffnungspolymerisation (ROP), der zum Herstellen des hydrophilen Polymers verwendet wird. Bei einer weiteren Ausführungsform weist m einen Mittelwert von etwa 10 bis etwa 100 auf. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Seitenkette *-C=O(NH-R') ein Amid von 2-Amino-1,3-propandiol (Serinol), wobei R':
Vorzugsweise weist bei den vorstehenden Strukturen m einen Mittelwert von etwa 10 bis etwa 100 auf, und weist n, falls vorhanden, einen Mittelwert von etwa 0,20 m bis etwa 0,4 m auf.
In manchen Fällen zeigen die hydrophilen Polymere keine kritische Micellenkonzentration (CMC) unter 500 mg/l in Wasser.
Die hydrophilen Polymere können biologisch abbaubar und/oder biokompatibel sein. Der Begriff „biologisch abbaubar” wird von der American Society for Testing and Materials als Abbau definiert, der von biologischer Aktivität verursacht wird, insbesondere durch enzymatische Wirkung, und zu einer wesentlichen Veränderung der chemischen Struktur des Materials führt. Für Zwecke hierin ist ein Material „biologisch abbaubar”, wenn es gemäß ASTM D6400 60% biologischen Abbau innerhalb von 180 Tagen erfährt. Hierin ist ein Material „enzymatisch biologisch abbaubar”, wenn das Material durch eine von einem Enzym katalysierte Reaktion abgebaut (z. B. depolymerisiert) werden kann.
Ein „biokompatibles” Material ist hierin als ein Material definiert, das fähig ist, bei einer spezifischen Anwendung mit einer geeigneten Wirtsantwort zu funktionieren.
Hierin schließen „beschränkte Metalle” ionische und nichtionische Formen von Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Radium, Aluminium, Gallium, Indium, Thallium, Germanium, Zinn, Blei, Arsen, Antimon, Bismut, Tellur, Polonium und Metalle der Gruppen 3 bis 12 des Periodensystems ein. Metalle der Gruppen 3 bis 12 des Periodensystems schließen Scandium, Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Yttrium, Zirkon, Mob, Molybdän, Technetium, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Silber, Cadmium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Halmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Hafnium, Tantal, Wolfram, Rhenium, Osmium, Iridium, Platin, Gold, Quecksilber, Actinium, Thorium, Protactinium, Uran, Neptunium, Plutonium, Americium, Curium, Berkelium, Californium, Einsteinium, Fermium, Mendelevium, Nobelium, Lawrencium, Rutherfordium, Dubnium, Seaborgium, Bohrium, Hassium, Meitnerium, Darmstadtium, Roentgenium und Copernicium ein. Jedes der vorstehend genannten beschränkten Metalle kann in dem hydrophilen Polymer eine Konzentration von 0 Teilen bis 100 ppm (Parts per Million), 0 Teilen bis 100 ppb (Parts per Billion) oder 0 Teilen bis 100 ppt (Parts per Trillion) aufweisen. Vorzugsweise weist jedes der vorstehend genannten beschränkten Metalle in dem hydrophilen Polymer eine Konzentration von 0 Teilen auf (d. h. die Konzentration liegt unter der Nachweisgrenze). Bei einer Ausführungsform enthalten die chemischen Formeln der bei der Ringöffnungspolymerisation (ROP) verwendeten Komponenten, einschließlich der cyclischen Monomere, des ROP-Initiators, des Katalysators für die Ringöffnungspolymerisation, des Lösungsmittels und jedes Basenbeschleunigers, keines der vorstehenden beschränkten Metalle. Das therapeutische Mittel kann ein beschränktes Metall aufweisen.
Für die Konzentrationen von Bor, Silicium und jedem einzelnen Alkalimetall gelten in dem offenbarten Polymer und/oder Zusammensetzungen davon keine Beschränkungen.
Die hydrophilen Polymere können nichttoxisch sein. Vorzugsweise zeigen die Polymere einen intravenösen LD50-Wert von 500 mg/kg oder mehr. Hierin bezeichnet die intravenöse LD50 eines Stoffs die mediane letale intravenöse Dosierung in Milligramm des Stoffs pro Kilogramm Körpermasse eines Versuchssäugers (z. B. Maus), die 50% der Population von Versuchssäugern in einem spezifizierten Zeitraum tötet.
Verfahren zum Herstellen von hydrophilen Polymeren
In der nachstehenden Beschreibung schließt der Begriff „cyclisches Carbonylmonomer” cyclische Carbonatmonomere, cyclische Estermonomere und Kombinationen davon ein, die bei einer Ringöffnungspolymerisation polymerisiert werden können.
Die hydrophilen Polymere werden vorzugsweise durch eine organokatalysierte Ringöffnungspolymerisation (ROP) hergestellt. Zwei oder mehr ROPs können aufeinanderfolgend durchgeführt werden, um Blockcopolymere herzustellen.
Das ROP-Reaktionsgemisch enthält ein erstes cyclisches Carbonatmonomer, das eine anhängende aktive Esterseitenkette aufweist. Nichtbeschränkende Beispiele von aktiven Estern schließen Pentafluorphenylester (PFP), Pentachlorphenylester, para-Nitrophenylester und N-Hydroxysuccinimidylester ein. Vorzugsweise weist das erste cyclische Carbonatmonomer eine anhängende Pentafluorphenylester(PFP)-Gruppe auf. Die ROP-Reaktion bildet ein lebendes Anfangspolymer, das eine Vielzahl von Wiederholungseinheiten enthält, die eine anhängende aktive Estergruppe aufweisen. Das Anfangspolymer weist eine lebende Endgruppe (Hydroxygruppe) auf, die fähig ist, eine weitere ROP zu initiieren, und die gegebenenfalls endverkappt werden kann. Behandlung des Anfangspolymers oder des endverkappten Anfangspolymers mit einer Aminoalkoholverbindung liefert das offenbarte hydrophile Polymer, das die Carbonat-Wiederholungseinheit der Formel (1) aufweist. Der aktive Ester reagiert vorzugsweise selektiv mit der Amingruppe des Aminoalkohols, ohne wesentliche Aminolyse der Hauptkette des Anfangspolymers zu verursachen.
Ein nichtbeschränkendes Beispiel eines ersten cyclischen Carbonatmonomers, das eine aktive Estergruppe aufweist, ist MTC-C6F5, das eine anhängende Pentafluorphenylester(PFP)-Gruppe aufweist.
Cyclische Carbonatmonomere, die aktive Esterseitenketten aufweisen, können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
ROP-Katalysator
Das ROP-Reaktionsgemisch enthält einen Organokatalysator, dessen chemische Struktur vorzugsweise keines der vorstehend beschriebenen beschränkten Metalle enthält.
Der Organokatalysator ist vorzugsweise eine organische Säure. Beispiele von organischen Säuren schließen Diphenylphosphat, Schwefelsäure, p-Toluolsulfonsäure, Methansulfonsäure und Trifluormethansulfonsäure (Triflinsäure) ein. Bei einer Ausführungsform ist der Organokatalysator Trifluormethansulfonsäure.
Andere Organokatalysatoren für Ringöffnungspolymerisationen schließen tertiäre Amine, wie z. B. Triallylamin, Triethylamin, Tri-n-octylamin und Benzyldimethylamin, 4-Dimethylaminopyridin, Phosphine, N-heterocyclische Carbene (NHC), bifunktionelle Aminothioharnstoffe, Phosphazene, Amidine und Guanidine ein.
Ein spezifischerer Organokatalysator ist N-Bis(3,5-trifluormethyl)phenyl-N'-cyclohexylthioharnstoff (TU):
Andere ROP-Organokatalysatoren enthalten wenigstens eine 1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan-2-ol-2-yl(HFP)-Gruppe. Einfachdonator-Wasserstoffbrücken-Katalysatoren weisen die Formel (5) auf: R²-C(CF₃)₂OH (5), wobei R² einen Wasserstoff oder einen einwertigen Rest mit 1 bis 20 Kohlenstoffen darstellt, beispielsweise eine Alkylgruppe, substituierte Alkylgruppe, Cycloalkylgruppe, substituierte Cycloalkylgruppe, Heterocycloalkylgruppe, substituierte Heterocycloalkylgruppe, Arylgruppe, substituierte Arylgruppe oder eine Kombination davon. Beispiele von Einfachdonator-Wasserstoffbrücken-Katalysatoren sind in Tabelle 1 aufgelistet. Tabelle 1.
Zweifachdonator-Wasserstoffbrücken-Katalysatoren, dargestellt durch Formel (6), weisen zwei HFP-Gruppen auf:
wobei R³ eine zweiwertige Rest-Verbrückungsgruppe ist, die 1 bis 20 Kohlenstoffe aufweist, wie z. B. eine Alkylengruppe, eine substituierte Alkylengruppe, eine Cycloalkylengruppe, eine substituierte Cycloalkylengruppe, eine Heterocycloalkylengruppe, eine substituierte Heterocycloalkylengruppe, eine Arylengruppe, eine substituierte Arylengruppe oder eine Kombination davon. Repräsentative Zweifachdonator-Wasserstoffbrücken-Katalysatoren der Formel (6) schließen die in Tabelle 2 aufgelisteten ein. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist R² ein Arylen oder eine substituierte Arylengruppe und die HFP-Gruppen besetzen Positionen, die meta zueinander an dem aromatischen Ring angeordnet sind. Tabelle 2.
Bei einer Ausführungsform ist der Katalysator ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 4-HFA-St, 4-HFA-Tol, HFTB, NFTB, HPIP, 3,5-HFA-MA, 3,5-HFA-St, 1,3-HFAB, 1,4-HFAB und Kombinationen davon.
Ferner werden Katalysatoren in Betracht gezogen, die HFP-enthaltende Gruppen aufweisen, die an einen Träger gebunden sind. Bei einer Ausführungsform weist der Träger ein Polymer, ein vernetztes Polymerkügelchen, ein anorganisches Partikel oder ein metallisches Partikel auf. HFP-enthaltende Polymere können durch bekannte Verfahren hergestellt werden, einschließlich direkter Polymerisation eines HFP-enthaltenden Monomers (beispielsweise des Methacrylatmonomers 3,5-HFA-MA oder des Styrylmonomers 3,5-HFA-St). Funktionelle Gruppen in HFP-enthaltenden Monomeren, die direkte Polymerisation erfahren können (oder Polymerisation mit einem Comonomer), schließen Acrylat, Methacrylat, alpha,alpha,alpha-Trifluormethacrylat, alpha-Halogenmethacrylat, Acrylamido, Methacrylamido, Norbornen, Vinyl, Vinylether und andere auf dem Fachgebiet bekannte Gruppen ein. Beispiele von Verknüpfungsgruppen schließen C₁-C₁₂-Alkyl, C₁-C₁₂-Heteroalkyl, Ethergruppe, Thioethergruppe, Aminogruppe, Estergruppe, Amidgruppe und eine Kombination davon ein. Ferner werden Katalysatoren in Betracht gezogen, die geladene HFP-enthaltende Gruppen aufweisen, die durch ionische Anlagerung an entgegengesetzt geladenen Stellen an einem Polymer oder einer Trägeroberfläche gebunden sind.
Das ROP-Reaktionsgemisch enthält wenigstens einen Organokatalysator, gegebenenfalls mehrere Organokatalysatoren gemeinsam. Der ROP-Katalysator kann in einem Anteil von 1/20 bis 1/40.000 mol bezogen auf die cyclischen Carbonylmonomere, vorzugsweise in einem Anteil von 1/1.000 bis 1/20.000 mol bezogen auf die cyclischen Carbonylmonomere, zugegeben werden.
ROP-Initiatoren
Das ROP-Reaktionsgemisch enthält einen Initiator. Der ROP-Initiator kann 1 oder mehr nukleophile Gruppen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen, Aminen, Thiolen und Kombinationen davon aufweisen. Höchst bevorzugt ist der ROP-Initiator ein Monol- und/oder Diol-Initiator, der 1 bis 20 Kohlenstoffe aufweist. Der Initiator kann weitere funktionelle Gruppen aufweisen, wie z. B. ein Halogenid, einen Ester, ein Amid, einen Ether, Harnstoff und/oder geschützte nukleophile Gruppen, wie z. B. geschützte Thiole, geschützte Amine und geschützte Alkohole.
Beispiele von mononukleophilen Initiatoren schließen Monoalkohole, wie z. B. Methanol, Ethanol, Propanol, Propargylalkohol, Butanol, 3-Butin-1-ol, 2-Hydroxyethylacrylat, Pentanol, Amylalkohol, Caprylalkohol, Nonylalkohol, Decylalkohol, Undecylalkohol, Laurylalkohol, Tridecylalkohol, Myristylalkohol, Pentadecylalkohol, Cetylalkohol, Heptadecylalkohol, Stearylalkohol, Nonadecylalkohol, Pyrenbutanol und andere aliphatische gesättigte Alkohole, Cyclopentanol, Cyclohexanol, Cycloheptanol, Cyclooctanol und andere aliphatische cyclische Alkohole; Phenol, substituierte Phenole, Benzylalkohol, substituierte Benzylalkohole und dergleichen ein.
Beispiele von dinukleophilen Initiatoren schließen Benzoldimethanal, Hydrochinon, Resorcinol, Propylenglycol, Ethylenglycol, Diethylenglycol und Triethylenglycol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol und 1,6-Hexandiol ein. Ein spezifischerer dinukleophiler Initiator ist BnMPA, ein bei der Herstellung von cyclischen Carbonatmonomeren verwendeter Vorläufer:
Bei der Herstellung mit einem Monol-Initiator wird der Initiator zu dem Fragment I'-O*, wie in der vorstehend gezeigten Formel (2). Bei der Herstellung mit einem Diol-Initiator wird der Initiator zu dem Fragment *-O-I'-O-*, wie in der vorstehend gezeigten Formel (3).
Verdünnende Monomere
Das ROP-Reaktionsgemisch kann ein zweites, hydrophobes cyclisches Carbonylmonomer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus cyclischen Carbonaten, cyclischen Estern und Kombinationen davon enthalten, das Ringöffnung erfahren kann, um eine hydrophobe, zweite Carbonat- und/oder Ester-Wiederholungseinheit zu bilden. Die zweiten Wiederholungseinheiten können als Verdünnungsmittel zum Einstellen des hydrophil/hydrophob-Gleichgewichts der hydrophilen Polymere wirken. Das bedeutet, dass die amphiphilen Eigenschaften der hydrophilen Polymere durch Einstellen der Menge und Struktur des ersten cyclischen Carbonatmonomers und/oder der Menge und Struktur eines verdünnenden zweiten cyclischen Carbonylmonomers gesteuert werden können.
Spezifischere verdünnende cyclische Carbonatmonomere weisen eine Struktur gemäß Formel (7) auf:
wobei jedes Q² ein einwertiger Rest unabhängig ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff und Alkylgruppen, die 1 bis 5 Kohlenstoffe aufweisen, ist und R³ ein einwertiger Rest unabhängig ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylgruppen, die 1 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, und Arylgruppen, die 6 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, ist.
Die zweite Wiederholungseinheit, die durch Ringöffnungspolymerisation des verdünnenden Monomers der Formel (7) gebildet wird, weist die Formel (8) auf:
wobei Q² und R³ wie vorstehend definiert sind und Hauptketten-Kohlenstoffe und -Sauerstoffe wie gezeigt nummeriert sind. Diese zweite Wiederholungseinheit weist eine Hauptketten-Carbonatgruppe auf. Bei einer Ausführungsform ist R³ eine Gruppe, die 1 bis 6 Kohlenstoffe aufweist, und ist Q² Methyl oder Ethyl.
Andere spezifischere Beispiele von verdünnenden cyclischen Carbonatmonomeren sind in Tabelle 3 aufgelistet. Tabelle 3.
Beispiele von cyclischen Estermonomeren (z. B. Lactonen) schließen Verbindungen der Formel (9) ein:
wobei v eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, jedes Q³ ein einwertiger Rest unabhängig ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkylgruppen, die 1 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, und Arylgruppen, die 6 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, ist. Der cyclische Esterring kann gegebenenfalls eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung aufweisen; d. h. gegebenenfalls kann eine
der Formel (9) unabhängig eine
darstellen. Der cyclische Esterring kann auch ein Heteroatom, wie z. B. Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel oder eine Kombination davon aufweisen; d. h. gegebenenfalls kann eine
der Formel (9) unabhängig eine *-O-*, *-S-*, *-N(H)-* oder eine *-N(R¹)-*-Gruppe darstellen, wobei R¹ ein einwertiger Rest unabhängig ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylgruppen, die 1 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, und Arylgruppen, die 6 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, ist. Cyclische Estermonomere der Formel (9) können stereospezifisch oder nicht stereospezifisch sein.
Die zweite Wiederholungseinheit, die durch Ringöffnungspolymerisation des verdünnenden Monomers der Formel (9) gebildet wird, weist die Formel (10) auf:
wobei Q³ und v wie vorstehend für Formel (9) definiert sind. Die zweite Wiederholungseinheit weist eine Hauptketten-Estergruppe auf.
Andere nichtbeschränkende Beispiele von verdünnenden cyclischen Estermonomeren schließen die Verbindungen von Tabelle 4 und, sofern möglich, stereospezifische Versionen davon ein. Tabelle 4.
Andere verdünnende cyclische Estermonomere sind Dioxandicarbonylmonomere der Formel (11):
wobei w und w' unabhängige ganze Zahlen mit einem Wert von 1 bis 3 sind und jedes Q⁴ und jedes Q⁵ ein einwertiger Rest unabhängig ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkylgruppen, die 1 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, und Arylgruppen, die 6 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, ist. Verbindungen der Formel (11) können stereospezifisch oder nicht stereospezifisch sein. Bei einer Ausführungsform sind w und w' jeweils 1, ist jedes Q⁴ Wasserstoff und ist jedes Q⁵ eine Alkylgruppe, die 1 bis 6 Kohlenstoffe aufweist. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das verdünnende Monomer D-Lactid oder L-Lactid.
Die zweite Wiederholungseinheit, die durch Ringöffnungspolymerisation des verdünnenden Monomers der Formel (11) gebildet wird, weist die Formel (12) auf:
wobei Q⁴, Q⁵, w und w' wie vorstehend für Formel (11) definiert sind und Hauptketten-Kohlenstoffe und -Sauerstoffe wie gezeigt nummeriert sind. Diese zweite Wiederholungseinheit weist zwei Hauptketten-Estergruppen auf.
Beispiele von verdünnenden Monomeren der Formel (11) schließen die Verbindungen von Tabelle 5 ein. Tabelle 5.
Die vorstehenden cyclischen Carbonylmonomere können durch Rekristallisation aus einem Lösungsmittel, wie z. B. Ethylacetat, oder durch andere bekannte Reinigungsverfahren gereinigt werden, wobei besondere Aufmerksamkeit darauf gerichtet wird, möglichst viel Wasser aus dem Monomer zu entfernen. Der Feuchtegehalt des Monomers kann einen Wert von 1 bis 10.000 ppm, 1 bis 1.000 ppm, 1 bis 500 ppm und höchst spezifisch 1 bis 100 ppm bezogen auf das Gewicht des Monomers aufweisen.
Die bei der ROP verwendeten cyclischen Carbonylmonomere, die ersten Wiederholungseinheiten und/oder die zweiten Wiederholungseinheiten können stereospezifisch oder nicht stereospezifisch sein. Ein stereospezifisches Monomer und/oder eine stereospezifische Wiederholungseinheit i) weist ein nicht überlagerbares Spiegelbild auf und ii) weist einen oder mehrere asymmetrische vierwertige Kohlenstoffe auf (d. h. tetraedrische sp³-Kohlenstoffe). Jedem asymmetrischen vierwertigen Kohlenstoff ist eine R- oder S-Symmetrie auf der Grundlage der Cahn-Ingold-Prelog(CIP)-Symmetrieregeln zugeordnet. Wenn beispielsweise eine stereospezifische Wiederholungseinheit einen asymmetrischen vierwertigen Kohlenstoff aufweist, kann die stereospezifische Wiederholungseinheit als im Wesentlichen das R-Stereoisomer oder als im Wesentlichen das S-Stereoisomer vorliegen, was bedeutet, dass das Stereoisomer mit einer Stereoisomerenreinheit von 90% bis 100%, 94% oder mehr oder insbesondere 98% bis 100% vorliegt. Wenn bei einem weiteren Bespiel die stereospezifische Wiederholungseinheit zwei asymmetrische vierwertige Kohlenstoffe aufweist, kann die stereospezifische Wiederholungseinheit als im Wesentlichen das R,R-Stereoisomer, als im Wesentlichen das R,S-Stereoisomer, als im Wesentlichen das S,S-Stereoisomer oder als im Wesentlichen das S,R-Stereoisomer vorliegen.
ROP-Beschleuniger
Die ROP-Polymerisation kann in Gegenwart eines optionalen Beschleunigers, insbesondere einer Stickstoffbase, durchgeführt werden. Beispiele von Stickstoffbase-Beschleunigern sind nachstehend aufgelistet und schließen Pyridin (Py), N,N-Dimethylaminocyclohexan (Me₂NCy), 4-N,N-Dimethylaminopyridin (DMAP), trans-1,2-Bis(dimethylamino)cyclohexan (TMCHD), 1,8-Diazabicyclo[5,4.0]undec-7-en (DBU), 1,5,7-Triazabicyclo[4.4.0]dec-5-en (TBD), 7-Methyl-1,5,7-triazabicyclo[4.4.0]dec-5-en (MTBD), (–)-Spartein (Sp), 1,3-Bis(2-propyl)-4,5-dimethylimidazo1-2-yliden (Im-1), 1,3-Bis(2,4,6-trimethylphenyl)imidazol-2-yliden (Im-2), 1,3-Bis(2,6-di-i-propylphenyl)imidazol-2-yliden (Im-3), 1,3-Bis(1-adamantyl)imidazol-2-yliden (Im-4), 1,3-Di-i-propylimidazol-2-yliden (Im-5), 1,3-Di-t-butylimidazol-2-yliden (Im-6), 1,3-Bis(2,4,6-trimethylphenyl)-4,5-dihydroimidazol-2-yliden (Im-7), 1,3-Bis(2,6-di-i-propylphenyl)-4,5-dihydroimidazol-2-yliden, 1,3-Bis(2,6-di-i-propylphenyl)-4,5-dihydroimidazol-2-yliden (Im-8), wie in Tabelle 6 gezeigt, oder eine Kombination davon ein. Tabelle 6.
Bei einer Ausführungsform weist der Beschleuniger zwei oder drei Stickstoffe auf, die jeweils fähig sind, als Lewis-Base zu wirken, wie z. B. in der Struktur von (–)-Spartein. Stärkere Basen verbessern im Allgemeinen die Polymerisationsrate.
ROP-Bedingungen
Die Ringöffnungspolymerisation wird vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 15°C bis etwa 50°C durchgeführt, noch spezifischer 20°C bis 30°C. Die Reaktionszeiten variieren mit dem Lösungsmittel, der Temperatur, der Rührgeschwindigkeit, dem Druck und der Vorrichtung. Im Allgemeinen sind die Polymerisationen innerhalb von 1 bis 100 Stunden abgeschlossen.
Die ROP-Reaktion wird vorzugsweise mit einem Lösungsmittel durchgeführt. Beispiele von Lösungsmitteln schließen Dichlormethan, Chloroform, Benzol, Toluol, Xylol, Chlorbenzol, Dichlorbenzol, Benzotrifluorid, Petroleumether, Acetonitril, Pentan, Hexan, Heptan, 2,2,4-Trimethylpentan, Cyclohexan, Diethylether, t-Butylmethylether, Diisopropylether, Dioxan, Tetrahydrofuran oder eine Kombination, die eines der genannten Lösungsmittel aufweist, ein. Eine geeignete Monomerkonzentration beträgt etwa 0,1 bis 5 mol pro Liter, insbesondere etwa 0,2 bis 4 mol pro Liter.
Die ROP-Polymerisationen werden unter Verwendung einer trockenen, inerten Atmosphäre, wie z. B. Stickstoff oder Argon, und bei einem Druck von 100 MPa bis 500 MPa (1 atm bis 5 atm), typischer bei einem Druck von 100 MPa bis 200 MPa (1 atm bis 2 atm), durchgeführt. Nach dem Abschluss der Reaktion kann das Lösungsmittel unter Verwendung von Unterdruck entfernt werden.
Der Katalysator und der Beschleuniger können das gleiche Material sein. Beispielsweise können manche Ringöffnungspolymerisationen unter Verwendung von 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en (DBU) allein ohne Vorhandensein eines weiteren Katalysators oder Beschleunigers durchgeführt werden.
Der Katalysator ist vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,2 bis 20 mol-%, 0,5 bis 10 mol-%, 1 bis 5 mol-% oder 1 bis 2,5 mol-%, bezogen auf die gesamten Mol an cyclischem Carbonylmonomer, vorhanden.
Falls verwendet, ist der Stickstoffbase-Beschleuniger vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 5,0 mol-%, 0,1 bis 2,5 mol-%, 0,1 bis 1,0 mol-% oder 0,2 bis 0,5 mol-%, bezogen auf die gesamten Mol an cyclischem Carbonylmonomer, vorhanden. Wie vorstehend angemerkt, können in manchen Fällen der Katalysator und der Stickstoffbase-Beschleuniger abhängig von dem speziellen cyclischen Carbonylmonomer die gleiche Verbindung sein.
Die Menge an Initiator wird auf der Grundlage des äquivalenten Molekulargewichts pro nukleophiler Initiatorgruppe berechnet. Die Initiatorgruppen sind vorzugsweise in einer Menge von 0,001 bis 10,0 mol-%, 0,1 bis 2,5 mol-%, 0,1 bis 1,0 mol-% und 0,2 bis 0,5 mol-%, bezogen auf die gesamten Mol an cyclischem Carbonylmonomer, vorhanden. Wenn beispielsweise das Molekulargewicht des Initiators 100 g/mol beträgt und der Initiator 2 Hydroxygruppen aufweist, beträgt das äquivalente Molekulargewicht pro Hydroxygruppe 50 g/mol. Wenn für die Polymerisation 5 mol-% Hydroxygruppen pro mol cyclisches Carbonylmonomer erforderlich sind, beträgt die Menge an Initiator 0,05 × 50 = 2,5 g pro mol cyclisches Carbonylmonomer.
Die Katalysatoren können durch selektive Präzipitation oder im Fall von festen, getragenen Katalysatoren einfach durch Filtration entfernt werden. Das Blockcopolymer kann Restkatalysator in einer Menge von größer als oder gleich 0 Gew.-% (Gewichtsprozent) bezogen auf das Gesamtgewicht des hydrophilen Polymers und des Restkatalysators enthalten.
Aminoalkohole
Das durch die ROP gebildete Anfangspolymer oder das endverkappte Anfangspolymer wird mit einem Aminoalkohol behandelt, um ein hydrophiles Polymer zu bilden. Der Aminoalkohol weist 1 bis 4 Kohlenstoffe und 1 oder mehr Hydroxygruppen auf. Besonders bevorzugte Aminoalkohole schließen ein:
Die Aminoalkohole können stereospezifisch oder nicht stereospezifisch sein. Die Aminoalkohole können einzeln oder in Kombination verwendet werden. Bei einer Ausführungsform ist der Aminoalkohol Serinol (2-Amino-1,3-propandiol).
Mittleres Molekulargewicht
Die hydrophilen Polymere weisen vorzugsweise ein anzahlgemitteltes Molekulargewicht Mn von etwa 1.500 oder mehr, bevorzugter etwa 1.500 bis etwa 50.000 und höchst bevorzugt etwa 5.000 bis etwa 20.000 auf. Bei einer Ausführungsform weist das hydrophile Polymer ein anzahlgemitteltes Molekulargewicht Mn von etwa 5.000 bis etwa 10.000 auf.
Die hydrophilen Polymere können einen Polydispersitätsindex (PDI) von 1,01 bis 2,0, bevorzugter 1,01 bis 1,30 und noch bevorzugter 1,01 bis 1,25 aufweisen.
Endverkappungsmittel
Das Anfangspolymer und/oder das hydrophile Polymer können mit einem Endverkappungsmittel weiterbehandelt werden, um weiteres Kettenwachstum zu verhindern und die reaktionsfähigen Endgruppen gegen unerwünschte Nebenreaktionen, wie z. B. Kettenspaltung, zu stabilisieren. Endverkappungsmittel schließen beispielsweise Materialien zum Umwandeln von endständigen Hydroxygruppen in Ester, wie z. B. Carbonsäureanhydride, Carbonsäurechloride, oder reaktionsfähige Ester (z. B. p-Nitrophenylester), ein. Bei einer Ausführungsform ist das Endverkappungsmittel Essigsäureanhydrid, das reaktionsfähige Hydroxy-Endgruppen in Acetatestergruppen umwandelt. Das Endverkappungsmittel kann auch eine biologisch aktive Einheit aufweisen, die an die endständige Endgruppe der ringgeöffneten Polymerkette gebunden wird.
Bei einer Ausführungsform weist das hydrophile Polymer eine lebende (d. h. nicht endverkappte) Endgruppe auf, die fähig ist, eine Ringöffnungspolymerisation zu initiieren.
Zytotoxität
Die hydrophilen Polymere allein sind im Allgemeinen nicht zytotoxisch. Beispielsweise kann die Zellviabilität von menschlichen embryonischen Nierenzellen HEK293 bei Polymerkonzentrationen bis zu 200 mg/l in einem Bereich von 80% bis 100% liegen.
Beladene Polymere
Ferner werden hierin Zusammensetzungen (hierin auch als „beladene Polymere” bezeichnet) für eine medizinische Behandlung offenbart, die ein offenbartes Polymer und ein therapeutisches Mittel aufweisen. Das hydrophile Polymer kann als Träger für ein therapeutisches Mittel dienen, das durch nichtkovalente Wechselwirkungen (z. B. Wasserstoffbrücken, hydrophobe Wechselwirkungen) und/oder kovalente Bindungen an das hydrophile Polymer gebunden sein kann. Das hydrophile Polymer kann als Dispergierungshilfe für das therapeutische Mittel in einem wässrigen Gemisch dienen.
Die Zusammensetzungen können das therapeutische Mittel in den Blutstrom und/oder in einer Zelle freigeben.
Die Zusammensetzungen können in der Form von wasserdispergierbaren Partikeln vorliegen. Die Partikel können eine mittlere Partikelgröße, wie durch dynamische Lichtstreuung gemessen, von etwa 10 nm bis etwa 500 nm, bevorzugter 10 nm bis etwa 200 nm, aufweisen. Die Partikel können ferner Wasser enthalten.
Die Zusammensetzungen können das therapeutische Mittel in einer Menge von größer als 0 Gewichtsprozent (Gew.-%), insbesondere in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamt-Trockengewicht der Zusammensetzungen aufweisen.
Das therapeutische Mittel kann jedes geeignete therapeutische Mittel sein, das fähig ist, einen reversiblen Komplex (d. h. durch nichtkovalente Wechselwirkungen) und/oder ein Addukt (d. h. durch kovalente Wechselwirkungen) mit einem offenbarten hydrophilen Polymer zu bilden, wobei der Komplex und/oder das Addukt zum kontrollierten Freigeben des therapeutischen Mittels fähig ist. Nichtbeschränkende therapeutische Mittel schließen DNA, Gene, Peptide, Proteine, Enzyme, Lipide, Phospholipide und Nukleotide, natürliche oder synthetische organische Verbindungen (z. B. Arzneimittel, Farbstoffe, synthetische Polymere, Oligomere und Aminosäuren), anorganische Materialien (z. B. Metalle und Metalloxide), radioaktive Varianten der Genannten und Kombinationen der Genannten ein. Bei einer Ausführungsform ist das therapeutische Mittel ein Arzneimittel und/oder ein Gen.
Das therapeutische Mittel ist wirksam, eine wünschenswerte medizinische Antwort zu induzieren. Nichtbeschränkende wünschenswerte medizinische Antworten schließen selektive Veränderung der chemischen Struktur und/oder Aktivität eines Zelltyps gegenüber einem anderen Zelltyp ein. Als Beispiel kann eine wünschenswerte Veränderung einer chemischen Struktur das Einverleiben eines Gens in die DNA einer Zelle sein. Eine wünschenswerte Veränderung einer Aktivität kann die Expression des transfektierten Gens durch die Zelle sein. Eine weitere wünschenswerte Veränderung einer Zellaktivität kann die induzierte Produktion eines gewünschten Hormons oder Enzyms sein. Alternativ dazu kann eine wünschenswerte Veränderung einer Aktivität der selektive Tod eines Zelltyps gegenüber einem anderen Zelltyp sein. Beispielsweise kann das therapeutische Mittel selektiv ein Bakterium töten, ein Virus inaktivieren und/oder Tumorzellen töten. Für die relative Veränderung einer zellulären Aktivität, die von dem therapeutischen Mittel bewirkt wird, gibt es keine Beschränkung, vorausgesetzt, dass die Veränderung wünschenswert und nützlich ist. Ferner gibt es keine Beschränkung für das therapeutische Mittel, vorausgesetzt, dass das therapeutische Mittel eine medizinisch nützliche Antwort induziert.
Nichtbeschränkende Beispiele von im Handel erhältlichen Arzneimitteln schließen 13-cis-Retinolsäure, 2-CdA, 2-Chlordesoxyadenosin, 5-Azacitidin, 5-Fluoruracil, 5-FU, 6-Mercaptopurin, 6-MP, 6-TG, 6-Thioguanin, Abraxan, Accutane^®, Actinomycin-D, Adriamycin^®, Adrucil^®, Afinitor^®, Agrylin^®, Ala-Cort^® Aldesleukin, Alemtuzumab, ALIMTA, Alitretinoin, Alkaban-AQ^®, Alkeran^®, all-trans-Retinosäure, alpha-Interferon, Altretamin, Amethopterin, Amifostin, Aminoglutethimid, Anagrelid, Anandron^®, Anastrozol, Arabinosylcytosin, Ara-C, Aranesp^®, Aredia^®, Arimidex^®, Aromasin^®, Arranon^®, Arsentrioxid, Asparaginase, ATRA, Avastin^®, Azacitidin, BCG, BCNU, Bendamustin, Bevacizumab, Bexaroten, BEXXAR^®, Bicalutamid, BiCNU, Blenoxane^®, Bleomycin, Bortezomib, Busulfan, Busulfex^®, C225, Calcium-Leucovorin, Campath^®, Camptosar^®, Camptothecin-11, Capecitabin, Carac^TM, Carboplatin, Carmustin, Carmustin-Wafer, Casodex^®, CC-5913, CCI-779, CCNU, CDDP, CeeNU, Cerubidine^®, Cetuximab, Chlorambucil, Cisplatin, Citrovorumfaktor, Cladribin, Cortison, Cosmegen^®, CPT-11, Cyclophosphamid, Cyclosporin (ein immunsuppressives Mittel, das gewöhnlich Patienten zum Leben lange nach einer Organtransplantation gegeben wird), Cytadren^®, Cytarabin, liposomales Cytarabin, Cytosar-U^®, Cytoxan^®, Dacarbazin, Dacogen, Dactinomycin, Darbepoetin-alpha, Dasatinib, Daunomycin, Daunorubicin, Daunorubicinhydrochlorid, liposomales Daunorubicin, DaunoXome^®, Decadron, Decitabin, delta-Cortef^®, Deltasone^®, Denileukin, Diftitox, DepoCyt^TM, Dexamethason, Dexamethasonacetat, Dexamethason-Natriumphosphat, Dexason, Dexrazoxan, DHAD, DIC, Diodex, Docetaxel, Doxil^®, Doxorubicin, liposomales Doxorubicin, Droxia^TM, DTIC, DTIC-Dome^®, Duralone^®, Efudex^®, Eligard^TM, Ellence^TM, Eloxatin^TM, Elspar^®, Emcyt^®, Epirubicin, Epoetin-alpha, Erbitux, Erlotinib, Erwinia-L-Asparaginase, Estramustin, Ethyol, Etopophos^®, Etoposid, Etoposidphosphat, Eulexin^®, Everolimus, Evista^® Exemestan, Fareston^®, Faslodex^®, Femara^®, Filgrastim, Finasterid (für das Haarwachstum), Floxuridin, Fludara^®, Fludarabin, Fluoroplex^®, Fluoruracil, Fluoruracil (Creme), Fluoxymesteron, Flutamid, Folinsäure, FUDR^®, Fulvestrant, G-CSF, Gefitinib, Gemcitabin, Gemtuzumab-Ozogamicin, Gemzar, Gleevec^TM, Gliadel^®Wafer, GM-CSF, Goserelin, Granulozyten-Kolonie-stimulierenden Faktor, Granulozyten-Makrophagen-Kolonie-stimulierenden Faktor, Halotestin^®, Herceptin^®, Hexadrol, Hexalen^®, Hexamethylmelamin, HMM, Hycamtin^®, Hydrea^®, Hydrocort Acetate^®, Hydrocortison, Hydrocortison-Natriumphosphat, Hydrocortison-Natriumsuccinat, Hydrocortonphosphat, Hydroxyharnstoff, Ibritumomab, Ibritumomab-Tiuxetan, Idamycin^®, Idarubicin, Ifex^®, IFN-alpha, Ifosfamid, IL-11, IL-2, Imatinibmesylat, Imidazolcarboxamid, Interferon-alpha, Interferon-alpha-2b (PEG-Konjugat), Interleukin-2, Interleukin-11, Intron A^® (Interferon-alpha-2b), Iressa^®, Irinotecan, Isotretinoin, Ixabepilon, Ixempra^TM, K-Kidrolase (t), Lanacort^®, Lapatinib, L-Asparaginas, LCR, Lenalidomid, Letrozol, Leucovorin, Leukeran, Leukine^TM, Leuprolid, Leurocristin, Leustatin^TM, liposomales Ara-C, Flüssig-Pred^®, Lomustin, L-PAM, L-Sarcolysin, Lupron^®, Lupron Depot^®, Matulane^®, Maxidex, Mechlorethamin, Mechlorethaminhydrochlorid, Medralone^®, Medrol^®, Megace^®, Megestrol, Megestrolacetat, Melphalan, Mercaptopurin, Mesna, Mesnex^TM, Methotrexat, Methotrexat-Natrium, Methylprednisolon, Meticorten^®, Mitomycin, Mitomycin-C, Mitoxantron, M-Prednisol^®, MTC, MTX, Mustargen^®, Mustin, Mutamycin^®, Myleran^®, Mylocel^TM, Mylotarg^®, Navelbine^®, Nelarabin, Neosar^®, Neulasta^TM, Neumega^®, Neupogen^®, Nexavar^®, Nilandron^®, Nilutamid, Nipent^®, Stickstofflost, Novaldex^®, Novantrone^®, Octreotid, Octreotidacetat, Oncospar^®, Oncovin^®, Ontak^®, Onxal^TM, Oprevelkin, Orapred^®, Orasone^®, Oxaliplatin, Paclitaxel, proteingebundenes Paclitaxel, Pamidronat, Panitumumab, Panretin^®, Paraplatin^®, Pediapred^®, PEG-Interferon, Pegaspargase, Pegfilgrastim, PEG-INTRON^TM, PEG-L-Asparaginase, PEMETREXED, Pentostatin, Phenylalanin-Lost, Platinol^®, Platinol-AQ^®, Prednisolon, Prednison, Prelone^®, Procarbazin, PROCRIT^®, Proleukin^®, Prolifeprospan 20 mit Carmustin-Implantat, Purinethol^®, Raloxifen, Revlimid^®, Rheumatrex^®, Rituxan^®, Rituximab, Roferon-A^® (Interferon-alpha-2a), Rubex^®, Rubidomycinhydrochlorid, Sandostatin^®, Sandostatin LAR^®, Sargramostim, Solu-Cortef^®, Solu-Medrol^®, Sorafenib, SPRYCEL^TM, Spironolacton, STI-571, Streptozocin, SU11248, Sunitinib, Sutent^®, Tamoxifen, Tarceva^®, Targretin^®, Taxol^®, Taxotere^®, Temodar^®, Temozolomid, Temsirolimus, Teniposid, TESPA, Thalidomid, Thalomid^®, TheraCys^®, Thioguanin, Thioguanin Tabloid^®, Thiophosphoamid, Thioplex^®, Thiotepa, TICE^®, Toposar^®, Topotecan, Toremifen, Torisel^®, Tositumomab, Trastuzumab, Treanda^®, Tretinoin, Trexall^TM, Trisenox^®, TSPA, TYKERB^®, VCR, Vectibix^TM, Velban^®, Velcade^®, VePesid^®, Vesanoid^®, Viadur^TM, Vidaza^®, Vinblastin, Vinblastinsulfat, Vincasar Pfs^®, Vincristin, Vinorelbin, Vinorelbintartrat, VLB, VM-26, Vorinostat, VP-16, Vumon^®, Xeloda^®, Zanosar^®, Zevalin^TM, Zinecard^®, Zoladex^®, Zoledronsäure, Zolinza und Zometa ein.
Nichtbeschränkende Beispiele von starren hydrophoben Arzneimitteln (mit der gezeigten Stereochemie) schließen das Antitumor-Arzneimittel Paclitaxel (PTX):
das Antitumor-Arzneimittel Doxorubicin (DOX):
das immunsuppressive Arzneimittel Cyclosporin A (CYC):
und das Haarwachstums-Arzneimittel Spironolacton (SPL):
Die therapeutischen Mittel können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen eines beladenen Polymers bereitgestellt, aufweisend i) Bilden eines ersten Gemischs, das Wasser und ein offenbartes hydrophiles Polymer enthält, ii) Bilden eines zweiten Gemischs, das ein therapeutisches Mittel und ein Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Lösungsmitteln, Wasser und Gemischen davon enthält, iii) Kombinieren des ersten Gemischs und des zweiten Gemischs, um ein drittes Gemisch zu bilden, und iv) Entfernen des organischen Lösungsmittels aus dem dritten Gemisch, um das beladene Polymer als dispergiertes Partikel zu bilden, das das hydrophile Polymer und das durch nichtkovalente und/oder kovalente Wechselwirkungen gebundene therapeutische Mittel enthält.
Das dritte Gemisch kann unter Verwendung eines Dialysemembransystems gegen entionisiertes Wasser dialysiert werden, um das organische Lösungsmittel zu entfernen.
Beispiele von organischen Lösungsmitteln schließen Methanol, Ethanol, Propanol, 2-Propanol, 1-Butanol, 2-Butanol, t-Butylalkohol, Aceton, 2-Butanon, Dimethoxyethan, Diglyme, Diethylether, Methyl-t-butylether, Methylenchlorid, Ethylacetat, Ethylenglycol, Glycerin, Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid, Essigsäure, Tetrahydrofuran (THF) und Dioxan ein.
Das beladene Polymer kann das hydrophile Polymer in einer Menge von etwa 50,0 Gew.-% bis etwa 99,9 Gew.-% und das therapeutische Mittel in einer Menge von etwa 50,0 Gew.-% bis etwa 0,1 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamt-Trockengewicht des beladenen Polymers, enthalten.
Partikel des beladenen Polymers können eine mittlere Partikelgröße (kreisförmiger Querschnittsdurchmesser) von 10 nm bis 500 nm, bevorzugter 10 nm bis 250 nm und höchst bevorzugt 25 nm bis 200 nm, wie gemessen durch dynamische Lichtstreuung, aufweisen. Für die genannten Partikelgrößen kann die wässrige Lösung einen pH-Wert von 4,5 bis 8,0, insbesondere 5,0 bis 8,0, besonders 7,0 bis 8,0, aufweisen.
Industrielle Anwendbarkeit
Beladene Polymerzusammensetzungen, die ein offenbartes hydrophiles Polymer und ein therapeutisches Mittel enthalten, können für menschliche und/oder nicht-menschliche medizinische Behandlungen verwendet werden. Die Zusammensetzungen können in der Form eines Pulvers, einer Pille, einer flüssigen Lösung, einer Paste und/oder eines Gels verabreicht werden. Die Zusammensetzungen können als Arzneimittel verwendet werden. Die Zusammensetzungen können topisch, oral, als Zäpfchen und/oder durch Injektion, einschließlich Intravenöser Injektionen, verabreicht werden. Die Zusammensetzungen können ferner Wasser enthalten und die Form einer stabilen wässrigen Dispersion aufweisen.
Ein Verfahren weist Inkontaktbringen einer Zelle mit einem beladenen Polymer auf, um die Zelle abzutöten. Bei einer Ausführungsform ist die Zelle eine Mikrobe. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Zelle eine Krebszelle.
Eine antimikrobielle Zusammensetzung enthält ein beladenes Polymer, das ein offenbartes hydrophiles Polymer und ein antimikrobielles Mittel aufweist. Die antimikrobielle Zusammensetzung kann an ein menschliches und/oder nicht-menschliches Tiergewebe angewendet werden, einschließlich Säuger- und/oder Nichtsäuger-Tiergewebe. Der allgemeine Begriff „Tiergewebe” schließt Wundgewebe, Verbrennungsgewebe, Haut, Gewebe innerer Organe, Blut, Knochen, Knorpel, Zähne, Haar, Augen, Nasenoberflächen, Mundoberflächen, Oberflächen anderer Körperhöhlen und beliebige Zellmembran-Oberflächen ein. Bei einer Ausführungsform weist ein Verfahren Inkontaktbringen eines Tiergewebes mit dem beladenen Polymer auf, um ein Bakterium zu töten. Das Bakterium kann ein Grampositives Bakterium, ein Gram-negatives Bakterium, Hefe und/oder Pilz sein.
Die antimikrobielle Zusammensetzung kann in der Form eines Pulvers, einer Pille und/oder eines wässrigen Gemischs, das als frei fließende Flüssigkeit, Spray, Creme, injizierbares Gemisch und/oder Gel angewendet wird, verwendet werden. Verwendungen schließen Desinfektionsmittel für Hände, Haut, Haar, Knochen, Ohren, Augen, Nase, Rachen, innere Gewebe, Wunde und Zähne (z. B. als Mundspülung) ein. Weitere Verwendungen schließen Desinfektionsmittel für Gegenstände, wie z. B. medizinische Vorrichtungen, ein. Medizinische Vorrichtungen schließen Tupfer, Katheter, Nahtfäden, Stents, Bettpfannen, Handschuhe, Gesichtsmasken, absorbierende Kissen, absorbierende Kleidungsstücke, innere absorbierende Vorrichtungen und einführbare mechanische Vorrichtungen ein.
Die antimikrobiellen Zusammensetzungen sind auch zum Desinfizieren von Oberflächen von Wohnungen, Geschäftsräumen und insbesondere Krankenhäusern, die mit Tiergewebe und/oder Tierfluiden in Kontakt kommen, interessant. Beispiele von Wohn- und Gewerbegebäudeoberflächen schließen Fußböden, Türoberflächen, Bettoberflächen, Klimaanlagenoberflächen, Badezimmeroberflächen, Geländeroberflächen, Küchenoberflächen und Wandoberflächen ein. Andere Gegenstände schließen medizinische Vorrichtungen, Stoffe, Kleidungsstücke und nichtmedizinische Vorrichtungen ein. Oberflächen von Gegenständen können Materialien wie Holz, Papier, Metall, Stoff, Kunststoff, Gummi, Glas, Anstrichfarbe, Leder oder Kombinationen davon aufweisen. Bei einer Ausführungsform weist ein Verfahren Inkontaktbringen einer Oberfläche eines Gegenstands mit der beladenen Polymerzusammensetzung auf, um die Oberfläche zu desinfizieren. Bei einer weiteren Ausführungsform weist ein Verfahren Inkontaktbringen einer Oberfläche eines Gegenstands mit einem wässrigen Gemisch der Zusammensetzung auf.
Die folgenden Beispiele beschreiben die Herstellung der hydrophilen Polymere.
BEISPIELE

In den nachstehenden Beispielen verwendete Materialien werden in Tabelle 7 aufgelistet. Tabelle 7.

ABKÜRZUNG	BESCHREIBUNG	ANBIETER
PEG 10 kDa	Poly(ethylenglycol), Mn 10.000	Sigma-Aldrich
PEG 5 kDa	Poly(ethylenglycol), Mn 5.000	Sigma-Aldrich
PEG 2 kDa	Poly(ethylenglycol), Mn 2.000	Sigma-Aldrich
RPMI-1640	Roswell-Park-Memorial-Institute-Medium, Bicarbonatpuffer, pH 8	Sigma-Aldrich
	2-Aminoethanol	Sigma-Aldrich
	3-Amino-1-propanol	Sigma-Aldrich
	Serinol(2-Amino-1,3-propandiol)	Sigma-Aldrich
	(±)-3-Amino-1,2-propandiol	Sigma-Aldrich
	Propargylalkohol	Sigma-Aldrich
	1-Amino-2-propanol (racemisch)	Sigma-Aldrich
	2-Amino-1-butanol	Sigma-Aldrich
FBS	Fötales Rinderserum	Invitrogen (USA)
PBS	Phosphatgepufferte Kochsalzlösung	1^st BASE (Singapur)
	HEK293-Zellen	ATTC (USA)
MTT	3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazoliumbromid	Sigma-Aldrich
DMSO	Dimethylsulfoxid	Sigma-Aldrich
Triflinsäure	Trifluormethansulfonsäure	Sigma-Aldrich
TMA	Trimethylamin	Sigma-Aldrich
DCM	Dichlormethan	Sigma-Aldrich
	3-Butin-1-ol	Sigma-Aldrich

Hierin ist Mn das anzahlgemittelte Molekulargewicht, Mw ist das gewichtsgemittelte Molekulargewicht und MW ist das Molekulargewicht eines einzelnen Moleküls.
Monomersynthese
MTC-C6F5 weist die folgende Struktur auf:
MTC-C6F5 wurde unter Verwendung des von Sanders, et al., „A Simple and Efficient Synthesis of Functionalized Cyclic Carbonate Monomers Using a Versatile Pentafluorophenyl Ester Intermediate”, Journal of the American Chemical Society, 2010, 132, Seiten 14724–14726, beschriebenen Verfahrens hergestellt.
BnMPA weist die folgende Struktur auf:
BnMPA und andere cyclische Carbonatmonomere können gemäß Schema 4 aus 2,2-Bis(methylol)propionsäure (BisMPA) hergestellt werden. Schema 4.
BisMPA kann unter Verwendung bekannter Verfahren in den Benzylester BnMPA umgewandelt werden (i). Die Reaktion von BnMPA mit Triphosgen (ii) liefert das cyclische Carbonylmonomer MTCOBn. Debenzylierung von MTCOBn (iii) liefert 5-Methyl-5-carboxy-1,3-dioxan-2-on (MTCOH). Es werden zwei Wege zum Herstellen eines Esters aus MTCOH gezeigt. Bei dem ersten Weg (iv) wird MTCOH mit einem geeigneten Carboxy-aktivierenden Mittel, wie z. B. Dicyclohexylcarbodiimid (DCC), behandelt, das mit ROH reagiert, um in einem einzigen Schritt MTCOR zu bilden. Alternativ dazu kann MTCOH zuerst (v) in das Säurechlorid MTCCI umgewandelt werden, gefolgt von Behandlung (vi) von MTCCI mit ROH in Gegenwart einer Base, um MTCOR zu bilden. Beide Wege sind veranschaulichend und sollen nicht beschränkend sein. Folgende Bedingungen sind für die in Schema 4 gezeigten Reaktionen typisch: (i) Benzylbromid (BnBr), KOH, DMF, 100°C, 15 Stunden, 62% Ausbeute von BnMPA; (ii) Triphosgen, Pyridin, CH₂Cl₂, –78°C bis 0°C, 95% Ausbeute von MTCOBn; (iii) Pd/C (10%), H₂ (3 atm), EtOAc, Raumtemperatur, 24 Stunden, 99% Ausbeute von MTCOH; (iv) ROH, DCC, THF, Raumtemperatur, 1 bis 24 Stunden; (v) (COCl)₂, THF, Raumtemperatur, 1 Stunde, 99% Ausbeute von MTCCI; (vi) ROH, NEt₃, Raumtemperatur, 3 Stunden, liefert MTCOR.
MTCOEt (MW 188,2) weist folgende Struktur auf.
MTCOEt
Unter Verwendung des vorstehenden Schema 4 wurde MTCCI mit Ethanol behandelt, um MTCOEt zu bilden. MTCOEt wurde als nichtfunktionelles Gegenstück für Verdünnungseffekte und zum Einführen von hydrophoben Blöcken in die Blockpolymere verwendet. Polymerisationen Beispiel 1. Herstellung des Pentafluorphenylester-Polymers P-1 unter Verwendung des Diol-Initiators BnMPA.
In einem stickstoffgefüllten Handschuhkasten wurden Benzyl-2,2-bis(methylol)propionat-Initiator (BnMPA, 0,0204 g, 0,91 mmol) und MTC-C₆F₅-Monomer (0,59 g, 1,82 mmol) in Dichlormethan (12 ml) gelöst. Der Katalysator Triflinsäure (0,069 g, 0,46 mmol) wurde zugegeben und das Reaktionsgemisch wurde über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Die rohe Polymerlösung wurde in Hexan präzipitiert, um einen weißen Feststoff zu ergeben. Nach GPC unter Verwendung von THF als Eluens waren Mn = 6200, PDI = 1,15, Polymerisationsgrad (DP) = 20 (m = 20 bei der vorstehenden Reaktion). 1 ist ein ¹H-NMR-Spektrum von P-1. Das Benzyl-Maximum (nicht gezeigt) des Initiatorfragments liegt bei diesen Materialien in dem gleichen Bereich wie das CDCl₃-Maximum. ¹H-NMR (400 MHz, CDCl₃): delta 4,48 (s, 4H, CH₂), 1,51 (3H, CH₃).
P-1 weist zwei Polymerzweige auf, die von einem von dem Diol-Initiator (Initiatorfragment) abgeleiteten Kettenfragment ausgehen. Jeder der Polymerzweige besteht im Wesentlichen aus einer Homopolymerkette aus Wiederholungseinheiten, die durch ROP von MTC-C6F5 gebildet sind. Eine erste endständige Wiederholungseinheit jeder Homopolymerkette ist mit dem Initiatorfragment verknüpft. Eine zweite endständige Wiederholungseinheit jeder Homopolymerkette weist eine Hydroxygruppe auf, die zum Initiieren einer weiteren ROP fähig ist. Beispiel 2. Herstellung des Diblock-Pentafluorphenylester-Polymers P-3 aus dem Monol-Initiator 3-Butin-1-ol
Diese Reaktion wurde in einem einzigen Gefäß durchgeführt. In einem stickstoffgefüllten Handschuhkasten wurden 3-Butin-1-ol-Initiator (0,085 g, 0,12 mmol) und MTC-C6F5-Monomer (1,98 g, 6,06 mmol) in Dichlormethan (8 ml) gelöst. Der Katalysator Triflinsäure (0,045 g, 0,30 mmol) wurde zugegeben und das Reaktionsgemisch wurde über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Die Reaktionslösung durch ¹H-NMR geprüft und es wurde beinahe vollständige Umwandlung gefunden. MTCOEt-Monomer (0,57 g, 3,03 mmol) wurde zu der Reaktion zugegeben. Die Reaktion wurde bei Raumtemperatur gerührt und bei 73% Umwandlung beendet. Das rohe Polymer wurde in Hexan präzipitiert, um einen weißen Feststoff P-3 zu ergeben. ¹H-NMR (400 MHz, CDCl₃): delta 4,48 (s, CH₂Poly(MTC-OC₆F₅), 4H), 4,26 (m, CH₂Poly(MTC-OEthyl), 4H), 4,20 (m, CH₂CH₃Poly(MTC-OEthyl), 2H), 1,51 (s, CH₃, 3H)Poly(MTC-OC₆F₅), 1,26 (m, CH₃Poly(MTC-OEthyl), 3H), 1,26 (m, CH₂CH₃Poly(MTC-OEthyl), 3H).
Das nicht isolierte Zwischenprodukt-Polymer P-2 weist einen Polymerzweig auf, der an ein von dem Monol-Initiator 3-Butin-1-ol abgeleitetes Initiatorfragment gebunden ist. Der Polymerzweig besteht im Wesentlichen aus einer Homopolymerkette aus Wiederholungseinheiten, die durch ROP von MTC-C6F5 gebildet sind. Eine erste endständige Wiederholungseinheit der Homopolymerkette ist mit dem Initiatorfragment verknüpft. Eine zweite endständige Wiederholungseinheit der Homopolymerkette weist eine Hydroxygruppe auf, die zum initiieren einer weiteren ROP fähig ist. Das Initiatorfragment ist auch eine Polymerzweig-Endgruppe.
Das isolierte Polymer P-3 weist ebenfalls einen Polymerzweig auf, der an ein von dem Monol-Initiator 3-Butin-1-ol abgeleitetes Initiatorfragment gebunden ist. Das Initiatorfragment ist auch eine Endgruppe des Polymerzweigs. Der Polymerzweig besteht im Wesentlichen aus einer Diblock-Copolymerkette, die durch eine erste ROP von MTC-C6F5, gefolgt von einer zweiten ROP von MTCOEt, gebildet ist. Die Diblock-Copolymerkette enthält einen ersten hydrophilen Block, der von MTC-C6F5 abgeleitet ist, und einen hydrophoben zweiten Block, der von MTCOEt abgeleitet ist. Eine erste endständige Wiederholungseinheit des ersten Blocks ist an das Initiatorfragment gebunden. Eine zweite endständige Wiederholungseinheit des ersten Blocks ist an eine erste endständige Wiederholungseinheit des zweiten Blocks gebunden. Eine zweite endständige Wiederholungseinheit des zweiten Blocks enthält eine Hydroxygruppe, die zum Initiieren einer weiteren ROP fähig ist. Beispiel 3. Herstellung des Diblock-Pentafluorphenylester-Polymers P-4.
P-4 wurde nach dem Verfahren von Beispiel 2 hergestellt, mit unterschiedlicher Größe des aus MTCOEt abgeleiteten Blocks. Die verwendeten Mengen waren folgende: 3-Butin-1-ol-Initiator (0,0085 g, 0,12 mmol) und MTC-C6F5-Monomer (1,98 g, 6,06 mmol) wurden in Dichlormethan (8 ml) gelöst, der Katalysator war Triflinsäure (0,046 g, 0,30 mmol), und MTC-OEt-Monomer (0,34 g, 1,82 mmol) wurde in Dichlormethan (12 ml) gelöst. Die MTC-OEt-Polymerisation wurde bei 66,5% Umwandlung beendet. ¹H-NMR (400 MHz, CDCl₃): delta 4,48 (s, CH₂Poly(MTC-OC₆F₅), 4H), 4,26 (m, CH₂Poly(MTC-OEthyl), 4H), 4,20 (m, CH₂CH3Poly(MTC-OEthyl), 2H), 1,51 (s, CH₃, 3H)Poly(MTC-OC₆F₅), 1,26 (m, CH₃Poly(MTC-OEthyl), 3H), 1,26 (m, CH₂CH₃Poly(MTC-OEthyl), 3H). Beispiel 4. Herstellung des Pentafluorphenylester-Homopolymers P-5 unter Verwendung des Monol-Initiators Benzylalkohol.
In einem stickstoffgefüllten Handschuhkasten wurden Benzylalkohol (0,05 g, 0,46 mmol) und MTC-C6F5-Monomer (3,02 g, 9,25 mmol) in Dichlormethan (12 ml) gelöst. Der Katalysator Triflinsäure (0,069 g, 0,46 mmol) wurde zugegeben und das Reaktionsgemisch wurde über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Die rohe Polymerlösung wurde in Hexan präzipitiert, um einen weißen Feststoff P-5 zu ergeben. Nach GPC unter Verwendung von THF als Eluens waren Mn = 6200, PDI = 1,15, DP = 20 (m = 20 bei der vorstehenden Reaktion). ¹H-NMR (400 MHz, CDCl₃): delta 4,48 (s, 4H, CH₂), 1,51 (3H, CH₃). Amidfunktionalisierung Beispiel 5. Herstellung des Amidpolymers A-1.
P-1 (200 mg, 0,6132 mmol Wiederholungseinheiten) wurde in Acetonitril (1 ml) gelöst. 2-Aminoethanol (0,0393 g, 0,6438 mmol) und Triethylamin (0,0651 g, 0,6438 mmol) wurden in Acetonitril (1 ml) gelöst und tropfenweise zu der Polymerlösung zugegeben. Es begann die Entstehung eines weißen Präzipitats. DMF (1 ml) wurde zugegeben, um eine klare Lösung zu erzeugen. Die Reaktion wurde weitere zwei Stunden gerührt und das rohe A-1 wurde in Diethylether präzipitiert. Ein weißer Feststoff wurde gewonnen und durch GPC unter Verwendung von DMF als Eluens analysiert (siehe die nachstehende Tabelle 8). ¹H-NMR (400 MHz, D₂O): delta 4,23 (s, 4H, CH₂), 3,53 (2H, CH₂OH), 3,26 (t, 2H, NHCH₂), 1,19 (s, 3H, CH₃).
Beispiele 6 bis 10. Herstellung der Amidpolymere A-2 bis A-6. Diese Polymere wurden nach dem allgemeinen Verfahren von Beispiel 5 und mit den in der nachstehenden Tabelle 8 aufgelisteten Aminoalkoholen aus P-1 hergestellt. 2 ist ein ¹H-NMR-Spektrum von A-3 (Beispiel 7). Es folgen Zuordnungen von 400-MHz-¹H-NMR-Maxima der erhaltenen Beispiele 6 bis 9 in D₂O:
Beispiel 6: delta 4,20 (s, 4H, CH₂), 3,51 (t, 2H, CH₂OH), 3,20 (t, 2H, NHCH₂), 1,62 (t, 2H, CH₂CH₂CH₂), 1,18 (s, 3H, CH₃);
Beispiel 7: delta 4,22 (s, 4H, CH₂), 3,8 (q, 1H, CHOH), 3,15 (d, 2H, NHCH₂), 1,19 (s, 3H, CH₃), 1,03 (1, 2H, CHCH₃);
Beispiel 8: delta 4,57 (m, 1H, NHCH), 4,19 (s, 4H, CH₂), 3,64, 3,23 (m, 2H, CH₂OH), 1,58, 1,28 (m, 2H, CH₂CH₃), 1,19 (s, 3H, CH₃), 1,03 (t, 2H, CHCH₃); und
Beispiel 9: delta 4,23 (s, 4H, CH₂), 3,94 (d, 1H, NHCH), 3,56 (t, 2H, CH₂OH), 1,21 (s, 3H, CH₃).
In Tabelle 8 sind die Strukturen und Eigenschaften des Pentafluorphenylester-Polymers P-1 und der Amidpolymere A-1 bis A-6 zusammengefasst. Die R'-Gruppen in Tabelle 8 entsprechen dem R' der nachstehenden Struktur der Formel (13):
Die mit Sternchen gekennzeichneten Bindungen der R'-Gruppen in Tabelle 8 sind mit einem Amid-Stickstoff verknüpft. In Tabelle 8 ist auch der Polymerisationsgrad m aufgeführt. Tabelle 8.
Das Polymer P-1 und die amidhaltigen Polymere A-1 bis A-3 und A-5 von Tabelle 8 wurden auch durch Gelpermeationschromatographie (GPC) analysiert, um zu bestimmen, ob während der Amidbildung ein Abbau der Hauptkette erfolgt ist. Wie an den DMF-GPC-Spuren in 3 zu sehen ist, erfolgte keine Verbreiterung des Maximums und keine wesentliche Abnahme des Molekulargewichts des Polymers.
Um die Wasserlöslichkeit des Polymers zu bestimmen, wurde gereinigtes Polymer in ein kleines Fläschchen gegeben und Wasser wurde zugegeben, um das amidhaltige Polymer zu lösen. A-4 (Beispiel 7), hergestellt mit 2-Aminobutanol, zeigte beschränkte Wasserlöslichkeit, während alle anderen amidhaltigen Polymere (A-1, A-2, A-3, A-5 und A-6) vollständig wasserlöslich waren.
Beispiele 11 bis 20. Herstellung der Diblock-Polymere D-1 bis D-10. Diese Polymere wurden nach dem allgemeinen Verfahren von Beispiel 4 und mit den in der nachstehenden Tabelle 9 aufgelisteten Aminoalkoholen aus P-3 (Beispiel 2) oder P-4 (Beispiel 3) hergestellt.
In Tabelle 9 sind die Eigenschaften der Diblock-Copolymere D-1 bis D-10 und der Vorläuferpolymere P-3 und P-4 zusammengefasst. Die Indizes m und n in Tabelle 9 und die R'-Gruppen in Tabelle 9 entsprechen m, n bzw. R' der Struktur der Formel (14):
Die mit Sternchen gekennzeichneten Bindungen der R'-Gruppen in Tabelle 9 sind mit einem Amid-Stickstoff verknüpft. Table 9.

^a GPC in THF gelaufen, alle anderen in DMF gelaufen
ND = nicht bestimmt
Beispiele 21 bis 25. Beispiele von Amid-Homopolymeren A-7 bis A-11. Diese Polymere wurden nach dem allgemeinen Verfahren von Beispiel 5 und mit den in der nachstehenden Tabelle 10 aufgelisteten Aminoalkoholen aus P-5 hergestellt. Es folgen Zuordnungen von 400-MHz-¹H-NMR-Maxima der erhaltenen Beispiele 21 bis 25 in D₂O:
Beispiel 21: delta 4,23 (s, 4H, CH₂), 3,53 (2H, CH₂OH), 3,26 (t, 2H, NHCH₂), 1,19 (s, 3H, CH₃);
Beispiel 22: delta 4,20 (s, 4H, CH₂), 3,51 (t, 2H, CH₂OH), 3,20 (t, 2H, NHCH₂), 1,62 (t, 2H, CH₂CH₂CH₂), 1,18 (s, 3H, CH₃);
Beispiel 23: delta 4,22 (s, 4H, CH₂), 3,8 (q, 1H, CHOH), 3,15 (d, 2H, NHCH₂), 1,19 (s, 3H, CH₃), 1,03 (t, 2H, CHCH₃);
Beispiel 24: delta 4,23 (s, 4H, CH₂), 3,94 (d, 1H, NHCH), 3,56 (t, 2H, CH₂OH), 1,21 (s, 3H, CH₃); und
Beispiel 25: delta 4,19 (m, 4H, CH₂), 3,66 (m, 1H, CHOH), 3,37 (dm, 2H, NHCH₂), 1,19 (s, 3H, CH₃), 1,03 (t, 2H, CHCH₃).
In Tabelle 10 sind die Strukturen und Eigenschaften des Pentafluorphenylesterpolymers P-5 und der Amidpolymere A-7 bis A-11 zusammengefasst. Die R'-Gruppen in Tabelle 10 entsprechen den R'-Gruppen von Formel (15):
Die mit Sternchen gekennzeichnete Bindung der R'-Gruppe in Tabelle 10 ist mit einem Amid-Stickstoff verknüpft. In Tabelle 10 ist auch der Polymerisationsgrad m aufgeführt. Tabelle 10.
^a GPC in THF gelaufen, alle anderen in DMF gelaufen
ND = nicht bestimmt
Zellviabilität
Zellviabilitätsstudien wurden unter Verwendung der amidhaltigen Polymere von Tabelle 8 und von HEK293-Zellen durchgeführt. Zwei PEG-Homopolymere mit 5.000 Da und 10.000 Da wurden als Kontrollen verwendet.
HEK293-Zellen wurden in RPMI-1640, ergänzt mit 10% fötalem Rinderserum (FBS) und 1% Penicillin-Streptomycin, kultiviert. HEK293-Zellen wurden mit einer Dichte von 10.000 Zellen/Kammer auf 96-Well-Platten ausgesät. Die Zellen wurden bei 37°C und 5% CO₂ inkubiert. Nach 24 Stunden wurde das Medium durch frisches Medium ersetzt, das Polymer mit verschiedenen Konzentrationen enthielt. Nach 48 Stunden Inkubation wurden 100 Mikroliter frisches Medium und 20 Mikroliter 5 mg/ml MTT-Lösung verwendet, um das Probenmedium zu ersetzen. Nach 4 Stunden Inkubation wurde das Medium entfernt und zu jeder Kammer wurde DMSO (150 Mikroliter) zugegeben, um die Formazankristalle aufzulösen. Die Absorbanz jeder Kammer wurde mit einer Mikroplatten-Lesevorrichtung (Power-Wave X, Bio-tek Instruments, U.S.A.) als jene bei 550 nm abzüglich jener bei 690 nm gemessen. Die Ergebnisse wurden als prozentuelle Absorbanz bezogen auf die Leerkontrolle dargestellt.
Wie in 4 bis 9 (für A-1, A-3, A-2, A-4, A-5 bzw. A-6) gezeigt, zeigte nur das mit 2-Amino-1-butanol substituierte Polymer (A-4) eine Abnahme der Zellviabilität unter 80%. Alle anderen Polymere waren nichttoxisch und zeigten Toxizitätsprofile, die jenen von PEG 5 kDa (10) und PEG 10 kDa (11) vergleichbar sind.
Intravenöse Maus-LD50-Studien
Weibliche Balb/c-Mäuse (19 bis 21 g) wurden wahllos ausgewählt und wenigstens 5 Tage in Käfigen gehalten, um Eingewöhnung an die Laborbedingungen zu erlauben. Vor der Prüfung wurden die Mäuse 12 Stunden fasten gelassen. Die Dosis des Polymers betrug 500 mg/kg. Das Polymer wurde zur Injektion auf eine Konzentration von 50 mg/ml in sterilisierter Kochsalzlösung gelöst und durch intravenöse Injektion verabreicht. Zuerst wurde einer Maus Polymerlösung gegeben. Wenn die erste Maus nach 48 Stunden überlebt hatte, wurden zwei weitere Mäuse für die Prüfung verwendet. Nach der Injektion wurden alle Tiere für insgesamt 14 Tage während der ersten 4 Stunden alle 30 Minuten und anschließend täglich für insgesamt 14 Tage beobachtet.
Vorläufige Tierdaten für das amidhaltige Polymer A-5 (Beispiel 8) von Tabelle 8, substituiert mit Serinol, weisen darauf hin, dass das Polymer bei Konzentrationen von > 500 mg/kg nichttoxisch war.
Polymer-Verdeckung
Ein Verfahren zur Bestimmung, ob ein Polymersystem Eigenschaften von Verdeckung aufweist, ist die Beobachtung der Stabilität einer Serumlösung, die das Polymer enthält. Unter Verwendung von dynamischer Lichtstreuung kann die Größe von in dem Serum gebildeten Partikeln im Zeitverlauf gemessen werden. Wenn die Anfangs-Partikelgröße im Zeitverlauf konstant bleibt (d. h. die Serumlösung keine unannehmbare Ausflockung mit der Zeit zeigt), kann angenommen werden, dass das Polymer Eigenschaften von Verdeckung aufweist. Das synthetische Polymer und/oder die Serumkomponenten können ausflocken.
Die amidhaltigen Polymere von Tabelle 8 und Tabelle 9 wurden in phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS), die 10% FBS enthielt, gelöst. Die Konzentration jedes Polymers betrug 500 mg/l. Die zeitabhängigen Partikelgrößen der Serumlösungen wurden durch dynamische Lichtstreuung unter Verwendung eines Zetasizer 3000 HAS (Malvern Instrument Ltd., Malvern, UK), ausgestattet mit einem He-Ne-Laserstrahl mit 658 nm (Streuwinkel: 90°), über einen Zeitraum von 24 Stunden oder einen Zeitraum von 48 Stunden analysiert. Jede Probe wurde 3-mal ausgemessen und es wurde eine mittlere Partikelgröße erhalten. Die Partikelgröße wird als mittlerer Kreisdurchmesser in Nanometer angegeben.
12 ist ein Schaubild, das das Partikelgrößenverhalten mehrerer Polymere von Tabelle 10 in PBS/10% FBS als Funktion der Zeit zeigt. PEG 2 kDa und 10% Serum wurden als Kontrollen verwendet. Für jede Probe bleibt die Partikelgröße über einen Zeitraum von 24 Stunden konstant, ein Hinweis darauf, dass von den Polymeren A-7, A-8, A-9, A-10 und A-11 keine Ausflockung verursacht wurde. Die mittlere beobachtete Partikelgröße lag für jede Probe in einem Bereich von 10 nm bis 15 nm.
13 ist ein Schaubild, das das Partikelgrößenverhalten der folgenden Diblock-Polymere von Tabelle 9 als Funktion der Zeit in PBS/10% FBS zeigt: D-3 (abgeleitet von 3-Aminopropanol, m = 50, n = 20), D-4 (abgeleitet von 3-Aminopropanol, m = 50, n = 10), D-5 (abgeleitet von 1-Amino-2-propanol, m = 50, n = 20), D-7 (abgeleitet von Serinol, m = 50, n = 20) und D-8 (abgeleitet von Serinol, m = 50, n = 10). Für diese Polymere wurde keine wesentliche Ausflockung unter 8 Stunden beobachtet. Die mit D-3 und D-7 erhaltene mittlere Partikelgröße lag für die ersten 24 Stunden in dem Bereich von etwa 10 nm bis 20 nm und stieg anschließend auf etwa 110 nm bzw. etwa 30 nm nach 48 Stunden an. Die mit D-8 erhaltene mittlere Partikelgröße lag 8 Stunden lang in dem Bereich von etwa 10 nm bis 20 nm und stieg anschließend auf etwa 170 nm nach 48 Stunden an. Die mit D-4 erhaltene mittlere Partikelgröße fluktuierte in den ersten 24 Stunden zwischen 75 nm und etwa 30 nm und stieg anschließend auf etwa 130 nm nach 48 Stunden an. Die mit D-5 erhaltene mittlere Partikelgröße fluktuierte in den ersten 3 Stunden zwischen 70 nm und etwa 20 nm und blieb anschließend bis 48 Stunden bei weniger als 30 nm.
14 ist ein Schaubild, das das Partikelgrößenverhalten der folgenden Diblock-Polymere von Tabelle 9 als Funktion der Zeit in PBS/10% FBS zeigt: D-1 (abgeleitet von 2-Aminoethanol, m = 50, n = 20), D-2 (abgeleitet von 2-Aminoethanol, m = 50, n = 10), D-6 (abgeleitet von 1-Amino-2-propanol, m = 50, n = 20), D-9 (abgeleitet von (±)-3-Amino-1,2-propandiol, m = 50, n = 20) und D-10 (abgeleitet von (±)-3-Amino-1,2-propandiol, m = 50, n = 10). Die mit D-1 erhaltene mittlere Partikelgröße stieg in den ersten 3 Stunden auf ein Plateau von etwa 100 nm, das sich bis 48 Stunden fortsetzte. Die mit D-2 erhaltene mittlere Partikelgröße stieg auf ein Maximum von etwa 175 nm, das nach 48 Stunden auf etwa 150 nm abfiel. Die mit D-6 erhaltene mittlere Partikelgröße stieg auf ein Maximum von etwa 325 nm bei 1 Stunde, das anschließend nach 48 Stunden auf etwa 20 nm abnahm. Die mit D-9 erhaltene mittlere Partikelgröße stieg in den ersten 3 Stunden auf ein Plateau von etwa 120 nm, das sich bis 48 Stunden erstreckte. Die mit D-10 erhaltene mittlere Partikelgröße stieg in den ersten 2 Stunden auf ein Maximum von etwa 150 nm, das nach 48 Stunden auf etwa 130 nm abfiel.
Die Partikelgrößendaten für die Reihe von Polymeren in Tabelle 8 zeigen, dass Polycarbonate, die einen Großteil von ungeladenen hydrophilen Wiederholungseinheiten aufweisen, die eine oder zwei Hydroxygruppen tragen, nichttoxisch sind und Eigenschaften von Verdeckung in Serum aufweisen, wodurch diese Polymere als Dispergiermittel für hydrophobe therapeutische Mittel interessant werden. Ein Monol, Diol oder ein Gemisch davon kann als Initiator für die Ringöffnungspolymerisation eingesetzt werden. Jede der hydrophilen Carbonat-Wiederholungseinheiten weist eine Amidseitenkette auf, wobei das Amid-Carbonyl an die Polymer-Hauptkette gebunden ist. Die Amidseitennkette kann 3 bis 5 Kohlenstoffe, 1 Amidgruppe und 1 bis 2 Hydroxygruppen aufweisen. Vorzugsweise weist die Amidseitenkette 2 Hydroxymethylengruppen (*-CH₂-OH) auf.
Die Partikelgrößendaten für die Reihe von Polymeren in Tabelle 9, die einen ungeladenen hydrophoben zweiten Polymerblock aufweisen, zeigen, dass auch diese Polymere Eigenschaften von Verdeckung gegenüber Serumkomponenten aufweisen können. Für D-7 und D-8 wurde weniger Ausflockung als für D-9 und D-10 beobachtet, ein Hinweis darauf, dass eine Seitenkette, die zwei Hydroxymethylengruppen enthält, mit Serumkomponenten besser verträglich als eine Diolseitenkette sein kann, die eine Hydroxymethylengruppe und eine Hydroxymethingruppe:
enthält.
Daher sind die Polymere in Tabelle 9 ebenfalls als Dispergiermittel für hydrophobe therapeutische Mittel (z. B. Gene, Proteine, Peptide, Arzneimittel und Kombinationen davon) interessant. Die hydrophilen Wiederholungseinheiten können in Kombination verwendet werden. Die hydrophoben Wiederholungseinheiten können ebenfalls in Kombination verwendet werden.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein”, „eine” und „der/die/das” auch die Pluralformen einschließen, sofern es der Zusammenhang nicht eindeutig anders verlangt. Ferner ist zu beachten, dass die Begriffe „aufweisen” und/oder „aufweisend” bei Verwendung in der vorliegenden Beschreibung das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsvorgängen, Elementen und/oder Komponenten bedeuten, nicht aber das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines/einer oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließt. Wenn ein Bereich verwendet wird, um einen möglichen Wert unter Verwendung von zwei numerischen Grenzen X und Y auszudrücken (z. B. eine Konzentration von X ppm bis Y ppm), kann der Wert, sofern nicht anders angegeben, X, Y oder jede Zahl zwischen X und Y sein.
Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und der Beschreibung gegeben und ist nicht als umfassend oder auf die Erfindung in der offenbarten Form beschränkt vorgesehen. Dem Fachmann werden zahlreiche Modifikationen und Variationen naheliegen, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Grundgedanken der Erfindung und ihre praktische Anwendung am besten zu erklären und andern Fachleuten das Verstehen der Erfindung zu ermöglichen.

Claims

Polymer, aufweisend eine Carbonat-Wiederholungseinheit der Formel (1):
wobei R' ein einwertiger Rest ist, der 2 bis 4 Kohlenstoffe und 1 bis 2 Hydroxygruppen aufweist, R'' ein einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist, das Polymer ungeladen ist und das Polymer in Wasser löslich ist.
Polymer nach Anspruch 1, wobei R' ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
Polymer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Polymer ein anzahlgemitteltes Molekulargewicht (Mn) von etwa 1.500 oder mehr aufweist.
Polymer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Polymer einen intravenösen Maus-LD50-Wert von höher als 500 mg/kg aufweist.
Polymer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Polymer biologisch abbaubar gemäß ASTM D6400 ist.
Polymer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Polymer einen Polymerzweig aufweist, der durch eine endständige Wiederholungseinheit an eine Polymer-Endgruppe mit der Struktur I'-O-* gebunden ist, wobei der Polymerzweig ein Homopolymer der Carbonat-Wiederholungseinheit ist und I' 1 bis 20 Kohlenstoffe aufweist.
Polymer nach Anspruch 6, wobei das Polymer eine Struktur gemäß Formel (1a) aufweist:
wobei m eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist, I' ein einwertiger Rest ist, der 1 bis 20 Kohlenstoffe aufweist, jedes R'' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist und jedes R' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
Polymer nach Anspruch 1, wobei das Polymer einen Polymerzweig aufweist, der durch eine endständige Wiederholungseinheit an eine Polymer-Endgruppe mit der Struktur I'-O-* gebunden ist, wobei der Polymerzweig ein statistisches Copolymer der Carbonat-Wiederholungseinheit und einer ungeladenen hydrophoben zweiten Wiederholungseinheit ist und I' 1 bis 20 Kohlenstoffe aufweist.
Polymer nach Anspruch 8, wobei das Polymer ein statistisches Copolymer mit einer Struktur gemäß Formel (2) ist:
wobei m eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist, n eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist, jedes T' ein unabhängiger einwertiger Rest ist, der 1 bis 6 Kohlenstoffe aufweist, jedes T'' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylgruppen, die 1 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, und Arylgruppen, die 6 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, ist, jedes R'' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist, I' eine einwertige Gruppe ist, die 1 bis 20 Kohlenstoffe aufweist, und jedes R' ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
Polymer nach Anspruch 1, wobei das Polymer einen Polymerzweig aufweist, der durch eine endständige Wiederholungseinheit an eine Polymer-Endgruppe mit der Struktur I'-O-* gebunden ist, wobei der Polymerzweig ein Diblock-Copolymer ist, das einen ersten Block aufweist, der an einen zweiten Block gebunden ist, wobei der erste Block die Carbonat-Wiederholungseinheit aufweist und der zweite Block eine ungeladene hydrophobe zweite Wiederholungseinheit aufweist.
Polymer nach Anspruch 10, wobei das Polymer ein Diblock-Copolymer mit einer Struktur gemäß Formel (3) ist:
wobei m eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist, n eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist, I' ein einwertiger Rest ist, der 1 bis 20 Kohlenstoffe aufweist, jedes R'' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist, jedes T'' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist, jedes T' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylgruppen, die 1 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, und Arylgruppen, die 6 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, ist und jedes R' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
Polymer nach Anspruch 1, wobei das Polymer zwei Polymerzweige aufweist, wobei die beiden Polymerzweige durch jeweilige endständige Wiederholungseinheiten an eine zweiwertige Verknüpfungsgruppe mit einer Struktur *-O-I''-O-* gebunden sind, I'' 2 bis 20 Kohlenstoffe aufweist und jeder der beiden Polymerzweige die Wiederholungseinheit aufweist.
Polymer nach Anspruch 12, wobei das Polymer eine Struktur gemäß Formel (4) aufweist:
wobei m eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist, I'' eine zweiwertige Verknüpfungsgruppe ist, die 2 bis 20 Kohlenstoffe aufweist, und jedes R'' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist und jedes R' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
Polymer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei R'' Methyl ist.
Polymer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Carbonat-Wiederholungseinheit stereospezifisch ist.
Zusammensetzung, aufweisend: das Polymer nach Anspruch 1; und ein therapeutisches Mittel für eine medizinische Behandlung, wobei das therapeutische Mittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Genen, Proteinen, Peptiden, Arzneimitteln und Kombinationen davon; wobei das Polymer und das therapeutische Mittel durch nichtkovalente Wechselwirkungen gebunden sind, die Zusammensetzung als Partikel mit einem mittleren Kreisdurchmesser von etwa 10 nm bis etwa 500 nm in Wasser dispergierbar ist und ein wässriges Gemisch der Zusammensetzung für die intravenöse Injektion geeignet ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 16, wobei das Polymer eine Struktur gemäß Formel (4) aufweist:
wobei m eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist, I'' eine zweiwertige Verknüpfungsgruppe ist, die 2 bis 20 Kohlenstoffe aufweist, und jedes R'' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist, und jedes R' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
das Polymer in Wasser löslich ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 17, wobei m einen Mittelwert von etwa 20 bis etwa 50 aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 16, wobei das Polymer ein anzahlgemitteltes Molekulargewicht (Mn) von etwa 5.000 bis etwa 10.000 aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 16, wobei das Polymer ein Diblock-Copolymer mit einer Struktur gemäß Formel (3) ist:
wobei m eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist, n eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist, I' ein einwertiger Rest ist, der 1 bis 20 Kohlenstoffe aufweist, jedes R'' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist, jedes T'' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist, jedes T' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylgruppen, die 1 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, und Arylgruppen, die 6 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, ist und jedes R' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
Verfahren, aufweisend: Bilden eines ersten Gemischs, das Wasser und ein Polymer, das eine erste Carbonat-Wiederholungseinheit der Formel (1) aufweist, aufweist:
wobei i) R' ein einwertiger Rest ist, der 2 bis 4 Kohlenstoffe und 1 bis 2 Hydroxygruppen aufweist, ii) R'' ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl und iii) das Polymer in dem Wasser löslich ist; Bilden eines zweiten Gemischs, das i) ein Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Lösungsmitteln, Wasser und Kombinationen davon und ii) ein therapeutisches Mittel für eine medizinische Behandlung aufweist, wobei das therapeutische Mittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Genen, Proteinen, Peptiden, Arzneimitteln und Kombinationen davon; Kombinieren des ersten Gemischs und des zweiten Gemischs, um ein drittes Gemisch zu bilden; und Entfernen von organischem Lösungsmittel aus dem dritten Gemisch, um ein Partikel zu bilden, das das Polymer und das therapeutische Mittel durch nichtkovalente Wechselwirkungen gebunden aufweist, wobei das Partikel in Wasser dispergierbar ist und ein wässriges Gemisch des Partikels für die intravenöse Injektion geeignet ist.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei R'
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Polymer eine Struktur gemäß Formel (4) aufweist:
wobei m eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist, I'' eine zweiwertige Verknüpfungsgruppe ist, die 2 bis 20 Kohlenstoffe aufweist, jedes R'' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist und jedes R' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Polymer ein Diblock-Polymer mit einer Struktur gemäß Formel (3) ist:
wobei m eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist, n eine Zahl mit einem Mittelwert von größer als 1 ist, I' ein einwertiger Rest ist, der 1 bis 20 Kohlenstoffe aufweist, jedes R'' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist, jedes R' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl ist, jedes T'' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylgruppen, die 1 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, und Arylgruppen, die 6 bis 30 Kohlenstoffe aufweisen, ist und jedes T' ein unabhängiger einwertiger Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: