DE60010072T2

DE60010072T2 - Stereokomplexe hydrogele

Info

Publication number: DE60010072T2
Application number: DE60010072T
Authority: DE
Inventors: Everhardus Wilhelmus HENNINK; Franciscus Cornelus VAN NOSTRUM; Johanna Silvia DE JONG
Original assignee: UNIVERSITEIT UTRECHT UTRECHT; Rijksuniversiteit Utrecht
Current assignee: UNIVERSITEIT UTRECHT UTRECHT; Rijksuniversiteit Utrecht
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2020-02-22
Also published as: EP1183016B1; AU2831900A; ATE264669T1; US7776359B1; US20100255098A1; DK1183016T3; WO2000048576A1; DE60010072D1; JP4865947B2; JP2002537416A; ES2220406T3; EP1183016A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Hydrogel-Zusammensetzungen, die Gemische aus wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymeren in einem wässrigen System aufweisen, wobei zumindest ein Teil der Polymere mindestens zwei Gruppen enthält, die eine Wechselwirkung ergeben können. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung solcher Hydrogele und die Verwendung oligomerer oder cooligomerer Gruppen an Polymeren für eine Gelbildung.
Die schnellen Entwicklungen auf den Gebieten der Molekularbiologie und Biotechnologie haben es möglich gemacht, eine große Anzahl pharmazeutisch interessanter Produkte in großen Mengen zu produzieren. Beispielsweise können pharmazeutisch aktive Peptide und Proteine in geeigneter Weise als Arzneimittel bei der Behandlung lebensbedrohlicher Erkrankungen, z.B. Krebs, und verschiedener Arten viraler, bakterieller und parasitärer Erkrankungen, bei der Behandlung von z.B. Diabetes, in Impfstoffen, z.B. für prophylaktische Zwecke, und für empfängnisverhütende Zwecke verwendet werden. Insbesondere die spezialisierten biologischen Aktivitäten dieser Arten von Arzneimitteln schaffen enorme Vorteile gegenüber anderen Arten von Pharmazeutika.
Um die schnellen Entwicklungen zu erläutern, wurde berichtet (siehe z.B. Soeterboek und Verheggen, Pharm Weekblad 130, S. 670-675 (1995); R.P. Evens und R.D. Sindelar, „Biotechnology products in the pipeline", in: Pharmaceutical Biotechnology (D.J.A. Crommelin und R.D. Sindelar, Hrsg.), Harword Academic Publishers, S. 337-355 (1997)), dass sich in den Vereinigten Staaten von Amerika ungefähr 275 biotechnologische Produkte in Untersuchungen der Phase IV befinden, während sich mehr als 500 Produkte in der Erforschung befinden.
Beispiele (rekombinanter) Proteine, die in pharmakologischer Hinsicht als sehr interessant gelten, sind Cytokine, wie z.B. Interleukine, Interferone, Tumornekrosefaktor (TNF), Insulin, Proteine zur Verwendung in Impfstoffen und Wachstumshormone.
Aufgrund ihrer Beschaffenheit können Proteine und proteinartige Produkte, einschließlich Peptide, wobei diese Produktgruppe nachstehend als Proteinwirkstoffe bezeichnet wird, oral zumindest nicht wirksam verabreicht werden. Diese Produkte neigen dazu, sich im Magen-Darm-Trakt insbesondere aufgrund des dortigen sauren Milieus und der Gegenwart proteolytischer Enzyme schnell abzubauen.
Außerdem können Proteinwirkstoffe aufgrund ihrer Größe und ihrer im Allgemeinen polaren Eigenschaft Endothel- und Epithelbarrieren nicht passieren.
Aus diesen Gründen müssen Proteinwirkstoffe parenteral, d.h. durch Injektion, in das System bzw. den Körper eingebracht werden. Das pharmakokinetische Profil dieser Produkte ist jedoch so, dass eine Injektion des Produkts als solches eine häufige Verabreichung erfordert. Denn es ist eine bekannte Tatsache, dass proteinartiges Material innerhalb von Minuten aus dem Blutkreislauf ausgeschieden wird.
Da, anders ausgedrückt, Proteinwirkstoffe chemisch und/oder physikalisch unstabil sind und allgemein eine kurze Halbwertszeit im menschlichen oder tierischen Körper haben, sind zahlreiche tägliche Injektionen oder kontinuierliche Infusionen erforderlich, damit der Proteinwirkstoff eine erwünschte therapeutische Wirkung ausübt. Es ist offensichtlich, dass dies unangenehm für Patienten ist, die diese Proteinwirkstoffe benötigen. Darüber hinaus erfordert diese Verabreichungsart häufig einen Krankenhausaufenthalt und hat logistische Nachteile.
Zudem scheint es so zu sein, dass zumindest bei bestimmten Klassen pharmazeutischer Proteine, wie z.B. Cytokinen, die derzeit z.B. bei Krebsbehandlungen eingesetzt werden, die therapeutische Wirksamkeit stark von einer wirksamen Abgabe, z.B. intra- oder peritumoral, abhängt. In solchen Fällen sollten die Proteinwirkstoffe an die Stellen geleitet werden, an denen ihre Aktivität während eines längeren Zeitraums benötigt wird.
Daher besteht ein Bedarf für Abgabesysteme, die die Kapazität für eine gesteuerte Freisetzung haben. Auf dem Fachgebiet wurden Abgabesysteme vorgeschlagen, die aus einer Matrix aus biologisch abbaubaren Polymeren bestehen (z.B. Poly(DL-lactid-coglycolid), siehe z.B. J.L. Cleland, „Protein delivery from biodegradable microspheres", in: Protein Delivery, Physical Systems, Pharmaceutical Biotechnology, Band 10, (L.M. Sanders und R.W. Hendren, Hrsg.), Plenum Press, S. 1-39 (1997) oder L. Brannon-Peppas „Recent advances on the use of biodegradable microparticles and nanoparticles in controlled drug delivery", Int. J. Pharm., 116, S. 1-9 (1995)), in denen Matrixproteine vorliegen, und von denen sie allmählich freigesetzt werden.
Abgabesysteme können erhalten werden, indem solche biologisch abbaubaren Polymere z.B. in Mikrokugeln verwendet werden. Jedoch hat die invitro- oder in-vivo-Anwendung solcher Systeme auf Basis von Poly(milchsäure) oder Polymilchsäure-coglycolsäure) einige inhärente Nachteile. Erstens müssen organische Lösemittel verwendet werden, um Proteine in den Mikrokugeln zu verkapseln. Zweitens werden saure Produkte während des Abbaus gebildet, die zu einer Absenkung des pH-Werts führen können. Sowohl ein niedriger pH-Wert als auch organische Lösemittel können die Proteinstabilität beeinträchtigen. Darüber hinaus scheint es schwierig zu sein, die Proteinfreisetzung aus diesen Systemen zu steuern, was zu einem Freisetzungsschub führen kann.
Ein Hydrogelsystem, das aus biologisch abbaubaren Polymeren besteht, würde solche Bedenken überwinden. Hydrogele können durch Vernetzen hydrophiler Polymere erhalten werden. Das Vernetzen kann durch Verwendung aggressiver und toxischer Vernetzungsmittel erfolgen, die mit Proteinen nicht kompatibel sind, wie z.B. bifunktionelle Mittel, z.B. Glutaraldehyd, Diisocyanate und Epichlorhydrin (siehe: Biodegradable hydrogels for drug delivery (K. Park, W.S.W. Shalaby und H. Park, Hrsg.) Technomic Publishing Co. Inc., S. 75 (1993)). Diese sind toxische Verbindungen, die aus den Gelen extrahiert werden müssen bevor diese Gele therapeutisch angewandt werden können. Darüber hinaus können diese Verbindungen auch mit z.B. Epsilon-Aminresten oder Lysin-Seitenketten des Proteins reagieren, das in der Hydrogelmatrix vorliegt. Dies ist höchst unerwünscht, weil diese Reaktionen zu einem Verlust oder einer Verminderung der biologischen Aktivität des Proteins führen können.
In WO-A-99 / 36100, einem Dokument, das nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Veröffentlichung veröffentlicht wurde, sind stereokomplexe Hydrogele beschrieben, die aus Monomeren mit entgegengesetzter Chiralität gebildet sind, die in der gleichen oder einer zweiten Polymerkette vorliegen. Die mittlere Kettenlänge des enantiomeren Segments beträgt 10 bis 5.000 pro Block-Copolymer.
In einem Artikel von de Jong, S.J. et al. in MACROMOLECULES, Band 31, Nr. 19 (22.09.1989), S. 6397-6402 sind enantiomere Polymilchsäure-Oligomere beschrieben.
In PCT/NL97/00374 ist ein Abgabesystem beschrieben, das eine Lösung für dieses Problem schafft und das die Abbaueigenschaften verbessert. Das in dieser PCT-Anmeldung beschriebene Hydrogel basiert auf biologisch abbaubaren Polymeren. Im einzelnen werden Ketten dieser biologisch abbaubaren Polymere intermolekulax durch Bindungsgruppen vernetzt und diese Bindungsgruppen, die das Hydrogel zusammenhalten, sind unter physiologischen Bedingungen hydrolysierbar, was den Abbau des Hydrogels bewirkt.
Obgleich diese hydrolysierbaren Hydrogele ein Gel mit verbesserten Freisetzungseigenschaften bereitstellt, bleiben einige Nachteile. Die Polymerisation von Dextran(-Derivaten) erfordert z.B. Peroxydisulfat und TEMED als Initiator/Beschleuniger, und diese Verbindungen sind mit einer invivo-Verabreichung im Wesentlichen nicht vereinbar. Darüber hinaus kann die Verwendung eines Initiators eine Oxidation von Proteinen zu Sulfoxiden hervorrufen. Daher ist es erforderlich, das diese Verbindungen sorgfältig entfernt werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Freisetzungs-Abgabesytem zu schaffen, das aus einem biologisch abbaubaren Hydrogel besteht, das in vitro und in vivo als Freisetzungssystem angewandt werden kann, wobei die Vernetzungen in dem Sinn nicht chemischer Natur sind, dass die Vernetzungen keine kovalenten Bindungen sind. Folglich erfordern solche Vernetzungen keine Spaltung kovalenter Bindungen.
Um eine Hydrogel-Zusammensetzung zu schaffen, welche die vorstehend dargelegten Anforderungen erfüllt, wurden verschiedene Wege zur Modifikation polymerer Ketten untersucht, und die Erfinder haben nun herausgefunden, dass wenn ein hydrophiles Polymer mit Pfropfpolymeren substituiert wird, die Elemente mit Chiralitätsunterschieden enthalten, insbesondere Elemente, die Enantiomere sind, ein Gel, d.h. eine vernetzte Struktur, erhalten wird, die hervorragende Eigenschaften für die Anwendung als Freisetzungssystem und insbesondere als gesteuertes Freisetzungssystem beispielsweise für Proteinwirkstoffe aufweist.
Ohne auf eine bestimmte Theorie eingeschränkt sein zu wollen wird angenommen, dass die Bildung dieser Gelstruktur durch die Wechselwirkung der Pfropfpolymere verursacht wird, von der angenommen wird, dass sie ähnlich der Wechselwirkung zwischen den Bestandteilen sogenannter Stereokomplexe ist. Diese Stereokomplexe sind racemische Kristallite, von denen bekannt ist, dass sie sich aus racemischen Gemischen bestimmter Polymere bilden. Beispielsweise wurde herausgefunden (siehe z.B. De Jong et al., Macromolecules, 31, S. 6397-6402, (1998)), dass die Schmelztemperatur von Stereokomplexen von Poly(milchsäure) beträchtlich höher ist als die Schmelztemperatur der beiden enantiomeren Kristallite.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die stereokomplexe Gelstruktur das Ergebnis der Wechselwirkung oligomerisierter Monomere einer Chiralität mit oligomerisierten Monomeren der entgegengesetzten Chiralität, wobei beide oligomerisierten Monomere an hydrophilen Polymeren vorliegen. Die Gruppen oligomerisierter Monomere können irgendwo an den Polymerketten vorliegen, nämlich auch an den Kopf- oder Schwanz-Positionen der Polymerketten. Bevorzugt jedoch liegen die Gruppen oligomerisierter Monomere als Verzweigungen oder Pfropfpolymere an verschiedenen Polymerketten vor, die die Gelstruktur aufbauen. Zum Zwecke der Klar heit wird angemerkt, dass in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen der Begriff „Pfropfpolymer" weder oligomerisierte Comonomere am Kopf und Schwanz einer Polymerhauptkette noch Blöcke solcher oligomerisierter Comonomere umfasst, die in eine Polymerhauptkette eingebaut sind.
Das Gel wird durch Mischen von mindestens zwei verschiedenen Systemen (A) und (B) gebildet, wobei jedes System eine Lösung oder eine Dispersion wasserlöslicher oder wasserdispergierbarer Polymere ist, die oligomere Pfropfpolymere aufweisen. Die Pfropfpolymere werden durch Polymerisation von bevorzugt einer Art von chiralem Monomer (z.B. D- oder L-Milchsäure) erhalten.
Die Hydrogel-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung weist somit ein Gemisch auf aus (A) einem wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymer in einem wässrigen System, wobei zumindest ein Teil des Polymers mindestens zwei Gruppen enthält, die Oligomere oder Cooligomere sind, die zumindest teilweise aus chiralen Monomeren gebildet sind, und (B) einem wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymer in einem wässrigen System, wobei zumindest ein Teil des Polymers mindestens zwei Gruppen enthält, die Oligomere oder Cooligomere sind, die zumindest teilweise aus chiralen Monomeren mit einer Chiralität gebildet sind, die der der Monomere im Gemisch (A) entgegengesetzt ist, sodass der chirale Teil der Oligomere oder Cooligomere im Gemisch (B) im Wesentlichen den der Gruppen des Gemisches (A) ergänzt, wobei in der Hydrogel-Zusammensetzung die Gruppen an den Polymeren aus dem Gemisch (A) zu einer physikalischen Wechselwirkung mit den Gruppen aus dem Gemisch (B) führen.
System (A) umfasst wasserlösliche oder wasserdispergierbare Polymere mit Pfropfpolymeren, die aus Monomeren einer bestimmten Chiralität gebildet sind. System (B) umfasst wasserlösliche oder wasserdispergierbare Polymere mit Gruppen, die aus Monomeren einer entgegengesetzten Chiralität, nämlich den Enantiomeren der in System (A) verwendeten Monomeren, gebildet sind.
Wahlweise liegt ein geringer Molprozentanteil eines anderen Monomers (z.B. Glycolsäure) zufällig verteilt in der Gruppe oligomerisierter Monomere vor. Die Gegenwart dieses Comonomers sollte die Fähigkeit der Gruppen, z.B. Pfropfpolymere, nicht verhindern, zu einer Wechselwirkung zu führen, um einen assoziierten Komplex mit Gruppen, z.B. Pfropfpolymeren mit entgegengesetzter Chiralität, zu bilden.
Alternativ ist das Pfropfpolymer ein Cooligomer, das eine blockartige Struktur aufweist, wie z.B. X-Y, wobei X aus nichtchiralen Monomeren (z.B. ein Polyethylenglycolblock) gebildet ist und Y aus chiralen Monomeren (z.B. ein Poly(D- oder L-milchsäure)block) gebildet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Hydrogel durch Mischen von zwei oder mehreren erfindungsgemäßen wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymeren erhalten werden, wobei das Hydrogel hervorragende Freisetzungseigenschaften aufweist, leicht mit z.B. Proteinmaterial beladen wird und ohne die Verwendung organischer Lösemittel hergestellt werden kann.
Bevorzugt sind die oligomerisierten Monomere, die nachstehend als „Pfropfpolymere" bezeichnet werden, biologisch abbaubar. Die Pfropfpolymere sind bevorzugt durch hydrolysierbare Bindungen mit dem Polymer verknüpft. Das gesamte Freisetzungssystem kann biologisch abbaubar oder biologisch verträglich sein.
Es ist auch möglich, die gewünschte Wirkung zu erhalten, nämlich die Stereokomplex-Wechselwirkung, wenn Pfropfpolymere, die aus Monomeren einer Chiralität gebildet sind, und Pfropfpolymere, die aus Monomeren einer entgegengesetzten Chiralität gebildet sind, auf derselben Polymerkette vorliegen. Wenn solche gepfropften Polymere in dem Gemisch vorliegen, können sie auch die Stereokomplex-Wechselwirkung zeigen. Bevorzugt jedoch ist jede Polymerkette mit Oligomeren gepfropft, die aus Monomeren derselben Chiralität gebildet sind. Noch bevorzugter haben die Pfropfpolymere eine monodisperse Kettenlängenverteilung, d.h. alle Pfropfpolymere haben im Wesentlichen die gleiche Länge.
Es versteht sich aus dem Vorstehenden, dass die Eigenschaften des gebildeten Gels in großem Umfang von der Art, der Anzahl und der Länge der aufgebrachten Pfropfpolymere bestimmt werden.
Bei dem Hydrogel gemäß der vorliegenden Erfindung ist die mittlere Kettenlänge der oligomeren oder cooligomeren Gruppen bevorzugt ausreichend gering, um das Polymer in Wasser löslich oder dispergierbar zu machen.
Das Hydrogel gemäß der vorliegenden Erfindung weist wasserlösliche oder wasserdispergierbare Polymere auf, in denen die mittlere Kettenlänge der Pfropfpolymergruppen bevorzugt ausreichend hoch ist, um eine physikalische Wechselwirkung zwischen den Pfropfpolymeren zu erhalten, die aus Monomeren entgegengesetzter Chiralität gebildet sind, wobei sich die physikalische Wechselwirkung von der physikalischen Wechselwirkung unterscheidet, die auftreten würde, wenn die Pfropfpolymere aus einem racemischen Gemisch der gleichen Monomere gebildet wären.
In einem Pfropfpolymer können unterschiedliche Mengen von Enantiomeren aufgebracht werden. Es versteht sich, dass die Wechselwirkung zwischen den Pfropfpolymeren am höchsten sein wird, wenn die Pfropfpolymere auf dem Polymer in einem System aus Monomeren einer Chiralität gebildet sind, während der andere Teil der Pfropfpolymere eine entgegengesetzte Chiralität aufweist. Alternativ ist es auch möglich, Pfropfpolymere zu verwenden, die mit eine Chiralität aufweisenden Monomeren angereichert sind, anstatt dass sie ausschließlich aus Monomeren einer Chiralität gebildet sind, solange die Pfropfpolymere des Polymers in dem anderen System auf eine Weise angereichert sind, dass sie im Wesentlichen entgegengesetzt zu der der ersten ist. Dies kann z.B. durch Oligomere oder Cooligomere in Form von Monomerblöcken mit der gleichen Chiralität realisiert werden.
Um das Hydrogel der vorliegenden Erfindung zu bilden, ist es erforderlich, dass eine Polymerkette, damit sie zur Kohärenz der Gelstruktur beiträgt, mit mindestens zwei Pfropfpolymeren gepfropft ist. Auf diese Weise kann ein Netzwerk gebildet werden.
Die Anzahl von Pfropfpolymeren wird durch den Substitutionsgrad (DS) des wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymers dargestellt. Ein DS von 100 bezieht sich auf ein Polymer, in dem jede Monomereinheit des Polymers durch ein Pfropfpolymer substituiert ist, wohingegen sich ein DS von 0 auf ein ungepfropftes Polymer bezieht. Damit ein Gel gebildet wird, ist ein minimaler DS erforderlich. Der DS kann durch Verändern der Synthesebedingungen, insbesondere der Bedingungen während der Verknüpfung der Pfropfpolymere mit dem Polymer, variiert werden. Dies kann beispielsweise durch Verändern des Verhältnisses von oligomeren Pfropfpolymeren zu Polymer in dem Synthesegemisch durchgeführt werden. Andere Parameter, die verwendet werden können, um den DS zu steuern, umfassen Reaktionstemperatur und Reaktionszeit. Wie vorstehend erklärt ist, sollte der minimale DS für den Teil der Polymerketten, die zur Gelstruktur beitragen, mindestens zwei Pfropfpolymeren pro Polymerkette entsprechen.
Andererseits ist es erforderlich, dass der DS nicht zu groß ist, damit der Bestandteil wasserlöslich oder wasserdispergierbar ist. Der für die gewünschte Löslichkeit oder Dispergierbarkeit erforderliche DS-Wert kann experimentell in einem Versuchsablauf erhalten werden, der als solcher für den Fachmann auf dem Gebiet Routine ist. Bevorzugt ist die Anzahl von Pfropfpolymeren pro Polymerkette größer als 2, bevorzugter liegt sie zwischen 2 und einer Zahl, die einem DS von etwa 25 entspricht. Der korrespondierende DS-Wert wird von dem Molekulargewicht des Polymers abhängen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Hydrogel-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der mittlere Substitutionsgrad des wasserdispergierbaren Polymers mit oligomeren oder cooligomeren Gruppen ausreichend hoch, um ein Netzwerk zu erhalten, in dem die Vernetzungen durch physikalische Wechselwirkung des wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymers gebildet sind.
Bevorzugt ist der mittlere Substitutionsgrad ausreichend gering, um die Polymerstruktur wasserlöslich oder wasserdispergierbar zu machen.
Die Pfropfpolymerlänge wird durch den Polymerisationsgrad (DP) repräsentiert, der die Menge von Monomeren ist, die ein Pfropfpolymer ausbil den. Der DP kann durch Verändern der Synthesebedingungen variiert werden, z.B. durch Verändern des Verhältnisses Initiator zu Pfropfmonomeren.
Der DP sollte ausreichend hoch sein, damit die Pfropfpolymere so in Wechselwirkung treten, dass ein Gel gebildet werden kann. Sind andererseits die Pfropfpolymere zu lang, wird die Wasserlöslichkeit oder Wasserdispergierbarkeit ungenügend. Typischerweise ist bei einem Poly(milchsäure)-Pfropfpolymer der mittlere DP größer als 6, bevorzugter liegt er zwischen 7 und 25, aber natürlich wird dieser Wert von der Art des Oligomers, das als Pfropfpolymer verwendet wird, sowie von der Art des Polymers abhängen.
Bei einem Hydrogel, das wasserlösliche Polymere aufweist oder daraus besteht, wie z.B. Dextran-Polymere, von denen ein Teil mit Poly(D-milchsäure) und der andere Teil mit Poly(L-milchsäure) gepfropft ist, ist der untere DS-Wert bevorzugt ein Wert, der 2 Pfropfpolymeren pro Polymerkette entspricht. Der obere Wert ist bevorzugt ungefähr 25 und ein mittlerer DP liegt zwischen 6 und 25. Bevorzugt sind die beiden Teile gleich.
Es versteht sich, dass die bevorzugten Werte für DS und DP im Wesentlichen von der Art der Pfropfpolymere und den erforderlichen Eigenschaften des resultierenden Gels abhängen, obgleich auch die Art des verwendeten Polymers und andere Bedingungen Einfluss haben können. Weisen beispielsweise die oligomeren oder cooligomeren Gruppen des einen Gemisches Poly(D-milchsäure) und die oligomeren oder cooligomeren Gruppen des anderen Gemisches der erfindungsgemäßen Hydrogel-Zusammensetzung Poly(L-milchsäure) auf, ist es bevorzugt, dass beide oligomeren oder cooligomeren Gruppen eine mittlere Kettenlänge von 7-25 Monomeren aufweisen.
Tatsächlich können die Freisetzungseigenschaften und andere Eigenschaften des resultierenden Gels, wenn es bei einer gesteuerten Freisetzung angewandt wird, für eine besondere Anwendung feineingestellt und angepasst werden, indem DP und DS variiert werden, was ein enormer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist.
Es ist auch möglich, dass die Pfropfpolymere Cooligomere verschiedener Monomere sind, solange mindestens eines der verwendeten Monomere eine Chiralität aufweist, die der von mindestens einem der Monomere entgegengesetzt ist, die in den Pfropfpolymeren des Polymers des anderen Systems verwendet wird.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Pfropfpolymere des Polymers in System (A) im Wesentlichen aus den L-Enantiomeren eines Monomers und die Pfropfpolymere des Polymers in System (B) im Wesentlichen aus D-Enantiomeren desselben Monomers gebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Hydrogels gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Oligomere oder Cooligomere der Gemische (A) oder (B) aus der Gruppe gewählt, die Homooligomere von D-Milchsäure, statistische Cooligomere von D-Lactid/ε-Caprolacton, Di- und Triblockblends von D-reicher Poly(milchsäure), Poly(D-lactid-coglycolid), Di- und Triblock-Cooligomere von Poly(ethylenglycol) / Poly(D-milchsäure), Poly(methylmethacrylat), Poly(α-methyl-α-ethyl-β-propiolacton), Poly(tertbutylethylenoxid), Poly(tert-butylethylensulfid), Poly[β,-(1,1-dichlorpropyl)β-propiolacton], Poly(α-benzylglutamat), Poly(methylbenzylmethacrylat), Poly(vinyl-N-butylpyridiniumbromid), Poly(natriumstyrolsulfonat), Poly(tert-butylthüran), Poly(α-methylbenzylmethacrylat), Poly[β-(1,1-dichlorethyl)-β-propiolacton] und deren Gemische umfasst, und die Monomere des anderen Gemisches sind aus den Enantiomeren der Monomere des ersten Gemisches gebildet.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das wasserlösliche oder wasserdispergierbare Polymer des Hydrogels der vorliegenden Erfindung aus der Gruppe gewählt, die aus Dextran, Stärke, Cellulosederivaten, Albumin, Lysozym, Poly(aminosäuren), Poly(lysin) und verwandten Copolymeren, Poly(glutaminsäure) und verwandten Copolymeren, Poly((meth)acrylaten) / ((Meth)acrylamiden), Poly(vinylalkohol), Poly(ethylenglycol), wasserlöslichen Polyphosphazenen oder dereb Gemischen besteht.
Wird es als System mit gesteuerter Freisetzung angewandt, wird der freizusetzende Wirkstoff nach der Bildung des Gels eingefügt, nämlich nach der Zusammengabe der Gemische (A) und (B).
Da das Gel der vorliegenden Erfindung in Abwesenheit organischer Lösemittel hergestellt wird, kann alternativ der freizusetzende Wirkstoff der Zusammensetzung vor der Bildung des Gels zugesetzt werden, nämlich vor der Zusammengabe von System (A) und System (B). Der Wirkstoff wird somit mit System (A) und/oder System (B) gemischt, und diese Systeme werden anschließend gemischt, wobei sich unter geeigneten Reaktionsbedingungen das Gel bilden wird.
Die Pfropfpolymergruppen können direkt oder mittels einer Bindungsgruppe an die Polymere gebunden sein in Abhängigkeit von der Reaktivität der Gruppen und des Polymers. Ein Beispiel für so eine Bindungsgruppe ist Carbonyldümidazol (CDI). Solche Bindungsgruppen werden weiter umgesetzt, wenn die Pfropfpolymere mit dem Polymer verbunden werden. Die Bindungsgruppe könnte auch angewandt werden, um die biologische Abbaubarkeit des Produkts zu erhöhen. Gemäß einer bevorzugten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung gibt es eine Bindungsgruppe zwischen dem wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymer und der oligomeren oder cooligomeren Gruppe, wobei diese Bindungsgruppe eine hydrolysierbare Gruppe aufweist.
Die Pfropfpolymere können durch Oligomerisierung der Monomere gebildet werden, was bevorzugt durch Verwendung eines Initiators ausgeführt wird. Der Initiator wird üblicherweise in das oligomere Pfropfpolymer eingebaut. Solche Initiatoren sind Verbindungen mit einer primären oder sekundären Hydroxylgruppe, z.B. Ethyllactat oder andere aliphatische oder aromatische Lactatester, Benzylalkohol, Laurylalkohol, 1,4-Butandiol, Adipinsäure, (Monomethoxy)PEG, 2-(2-Methoxyethoxy)ethanol oder deren Gemische. Es sollte darauf geachtet werden, dass die Verwendung dieser Initiatoren keine toxischen Mengen (von Reaktionsprodukten) dieser Initiatoren in dem resultierenden Gel hervorruft, wenn es in vivo angewandt wird. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, als Initiator endogene Verbindungen oder Verbindungen, die von endogenen Verbindungen abgeleitet sind, zu verwenden. Die Verwendung solcher Verbindungen als Initiator verhindert nicht akzeptable (d.h. toxische) Mengen dieser Verbindungen oder ihrer Reaktionsprodukte. Ein Beispiel für einen geeigneten Initiator ist Ethyllactat, das z.B. in Säugern leicht zu den relativ harmlosen Verbindungen Ethanol und Lactat hydrolysiert wird.
Wird ein Initiator angewandt, können die Pfropfpolymere in dem resultierenden Produkt den Initiator (einen Teil des Initiators) als Endgruppe tragen. Die Menge des Initiators im Verhältnis zu der Menge von Pfropfmonomeren kann verwendet werden, um den DP-Wert maßzuschneidern.
Die Oligomerisierung wird in der Gegenwart eines geeigneten Katalysators durchgeführt. So ein Katalysator kann ausgewählt sein aus der Gruppe aus Zinnoctoat, Aluminiumalkoxiden (z.B. Aluminiumtris(2-propanoat), Zinkpulver, CaH₂, Sn(IV)tris-2-ethylhexanoat, Tetraphenylporphinatoaluminium, Aluminiumtrüsopropoxid, chirale Schiffsche Base/Aluminiumalkoxide, Al(Acac), SALEN-Al-OCHs, t-BuOLi, Bu₃SnOCH₃, PbO, Zinkoxid, Diethylzink, Zinkchlorid, Zinnchlorid, Magnesiumsalz, Zn(Acac)₂, ZnEt₂-Al(OiPr)₃, (ZnEt₂ + AlEt₂ + nH₂O), Yttriumoxid oder deren Gemischen.
Das Pfropfen der Polymere kann durch Mischen der Pfropfpolymere mit den oder ohne die Bindungsgruppen und der Polymere in einem geeigneten Lösemittel bewirkt werden. Bevorzugt werden die Pfropfpolymere mit den Bindungsgruppen gemischt. Solche Lösemittel können ausgewählt sein aus aprotischen Lösemitteln, in Abhängigkeit von dem verwendeten Polymer, z.B. Dimethylsulfoxid für z.B. Polydextrane, wonach die Pfropfpolymerisationsreaktion unter geeigneten Bedingungen durchgeführt wird, die von einem Fachmann leicht bestimmt werden können. Danach wird das Lösemittel entfernt.
Der Substitutionsgrad kann durch Verändern der Menge an (co)oligomerem Pfropfpolymer und wasserlöslichem Polymer, z.B. dem Verhältnis von Lactiden zu Dextran, gesteuert werden.
Ein anderer Parameter, der in den Hydrogelen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist die Gegenwart von (Co)oligomeren in dem Hydrogel, die nicht auf das Polymer gepfropft sind. Solche nicht gebundenen (Co)oligomere bilden eine physikalische Wechselwirkung, die ähnlich ist wie vorstehend beschrieben. Die nicht gebundenen (Co)oligomere treten in Wechselwirkung mit den auf dem Polymer vorliegenden Pfropfpolymeren und „besetzen" somit die Pfropfpolymere und reduzieren folglich die Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Polymerketten durch die Pfropfpolymere, wodurch ein Gel gemacht wird, das weicher ist und/oder einen niedrigeren Schermodul aufweist.
Die oligomeren Gruppen können durch eine Kopplungsreaktion mit dem Polymer verknüpft werden, z.B. durch Bilden einer Carbonat- oder Esterbindung zwischen auf dem Polymer vorliegenden Hydroxylresten mit Hydroxylgruppen (Carbonatbindung) oder Carbonsäuregruppen (Esterbindung) der oligomeren Gruppen.
Einige oligomeren Gruppen, die besondere Verwendung in der vorliegenden Erfindung finden, sind bifunktionell, d.h. haben zwei funktionelle Gruppen, mit denen die Kopplung an das Polymer ausgeführt werden kann. Milchsäure-Oligomere tragen beispielsweise eine Hydroxylgruppe an einem Ende und eine Carbonsäuregruppe an dem anderen Ende der Kette. Diese Carbonsäure-Endgruppe kann in ihrer freien Form vorliegen oder kann blockiert sein, z.B. in der Form eines Esters mit einer Gruppe, die z.B. von dem Initiator stammt.
Stereokomplexe können aus einem Gemisch solcher Oligomere (d.h. den nicht gebundenen oligomeren Gruppen als solchen) gebildet werden, d.h. einem racemischen Gemisch aus Oligomeren, die aus D-Monomeren gebildet sind, und Oligomeren, die aus L-Monomeren gebildet sind, (die als „D-Oligomere" bzw. „L-Oligomere" bezeichnet werden). Es wurde herausgefunden, dass die Stereokomplex-Bildung entweder in der sogenannten parallelen oder anti-parallelen Orientierung der chiral unterschiedlichen Oligomere stattfindet.
In Stereokomplexen mit der parallelen Orientierung ist jedes D-Oligomer mit einem L-Oligomer gepaart, sodass der Anfang (α-Position) jedes D-Oligomers neben der a-Position eines L-Oligomers, mit dem es den Stereo komplex bildet, vorliegt. Ebenso sind die Endpositionen (ω-Position) der chiral unterschiedlichen Oligomere ω-ω gepaart.
In antiparallelen Stereokomplexen jedoch zeigen die D-Oligomere eine solche Vorliebe für eine Paarbildung, dass ihre a-Position neben der ω-Position (Endposition) des L-Oligomers liegt.
Ob parallele oder antiparallele Stereokomplexe gebildet werden, hängt hauptsächlich von der Art der Oligomeren ab, nämlich den Monomeren, die zur Herstellung dieser Oligomeren verwendet werden. Beispielsweise sind in einem Gemisch aus Poly(D-lactid) und Poly(L-lactid) ein Poly(Llactid)-Segment und ein Poly(D-lactid)-Segment in paralleler Weise gepackt (Okihara, T.; Tsuji, M; Kawaguchi, A.; Katayama, K.I.; Tsuji, H.; Hyon, S.H.; Ikada, Y. J. Macromol. Sci. Phys. 1991, B30 (182), 119-140).
Es wurde herausgefunden, dass diese Vorliebe für eine parallele oder antiparallele Orientierung der Oligomeren eingesetzt werden kann, um ein Hydrogel zu erhalten, das ein bestimmtes günstiges rheologisches Verhalten aufweist.
Beispielsweise kann ein Hydrogel aus einem Gemisch (A) und (B) wie vorstehend beschrieben aus Polymeren hergestellt werden, die mit Gruppen gepfropft sind, die von bifunktionellen Oligomeren stammen, die eine Vorliebe für eine parallele Orientierung zeigen. Wenn der Hauptteil der oligomeren Gruppen auf den Polymeren im Gemisch (A) mit dem Polymer durch einen Rest (z.B. den Rest an der a-Position) verbunden ist, während die Oligomeren im Gemisch (B) mit dem Polymer durch den Rest an der gegenüberliegenden Position des bifunktionellen Oligomers (d.h. den Rest an der ω-Position) verbunden sind, wird ein Gemisch erhalten, das eine verstärkte Gelbildung zeigt, nämlich stärkere Gele (höherer G'-Wert), im Vergleich zu Polymeren, die mit oligomeren Gruppen gepropft sind, die an das Polymer durch die gleiche funktionelle Gruppe in beiden Gemischen (A) und (B) gebunden ist, die den gleichen DP und DS aufweisen.
Durch Wahl unterschiedlicher Synthesebedingungen für das Pfropfpolymerisieren der Polymere in Gemisch (A) und für das Pfropfpolymerisieren der Polymere in Gemisch (B) kann ein Gel erhalten werden, in dem die parallele Orientierung der oligomeren Gruppen erleichtert ist. Ist die parallele Orientierung der korrespondierenden Oligomere bevorzugt, führt dies zu einem stärkeren Gel als wenn die gleichen oligomeren Gruppen in antiparalleler Orientierung vorliegen (wobei diese Orientierung erleichtert wird, indem die gleichen Synthesebedingungen beim Pfropfpolymerisieren in beiden Mischungen eingesetzt werden).
Werden umgekehrt Pfropfpolymere verwendet, die von Oligomeren stammen, die antiparallele Stereokomplexe bilden, wird das stärkere Gel erhalten, wenn die Synthesebedingungen für die Pfropfpolymerisation bei beiden Gemischen gleich sind.
Daher wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Hydrogel-Zusammensetzung wie vorstehend beschrieben geschaffen, in der die oligomeren Gruppen von bifunktionellen Oligomeren stammen, die parallele Stereokomplexe bilden, in denen ein wesentlicher Teil der oligomeren Gruppen durch einen chemischen Rest mit dem Polymer in Gemisch (A) verknüpft ist, der sich von dem korrespondierenden Rest unterscheidet, durch den ein wesentlicher Teil der oligomeren Gruppen mit dem Polymer in Gemisch (B) verknüpft sind.
Werden umgekehrt antiparallele oligomere Gruppen (d.h. Gruppen, die von Oligomeren stammen, die antiparallele Stereokomplexe bilden) einge setzt, werden stärkere Gele erhalten, wenn die Gruppen durch die gleiche Gruppe mit dem Polymer in den Gemischen (A) und (B) verknüpft werden. Das Verknüpfen durch verschiedene Gruppen, wie es vorstehend beschrieben ist, könnte in diesem Fall eingesetzt werden, um die Stärke (G'-Wert) der resultierenden Gele zu vermindern.
Eine Erleichterung der parallelen oder antiparallelen Orientierung der oligomeren Gruppen kann einfach durch Wahl geeigneter Synthesebedingungen erhalten werden. Werden beispielsweise Polymere mit Hydroxylgruppen in den Gemischen (A) und (B) verwendet und parallel komplexbildende Oligomere als oligomere Gruppen verwendet, wobei diese Oligomere insofern bifunktionell sind, dass sie eine Hydroxylgruppe an einem Ende und eine Carbonsäuregruppe an dem anderen Ende aufweisen, kann der Fachmann Synthesebedingungen bei Gemisch (A) wählen, die zu der Bildung einer Carbonatbindung führen. Die Carbonatbindung wird zwischen der Hydroxylgruppe der oligomeren Gruppe und der Hydroxylgruppe des Polymers gebildet. Die Synthesebedingungen bei Gemisch (B) können so gewählt werden, dass eine Esterbindung zwischen der Carbonsäuregruppe der oligomeren Gruppe und der Hydroxylgruppe des Polymers gebildet wird. Werden die zwei Gemische (A) und (B) anschließend zusammengemischt, wird die Gelbildung durch die antiparallele Orientierung der oligomeren Gruppen verstärkt.
Vor dem Mischen von (A) und (B) können die einzelnen Gemische einer Solvatisierung unterzogen werden, die das Mischen für eine bestimmte Zeitdauer umfasst.
Eine interessante mögliche Verwendung der Erfindung ist die Verwendung der Gemische (A) und (B) für die Herstellung eines Medikaments für eine in-vivo-Bildung des Hydrogels. Werden die Gemische (A) und (B) gemischt, wird das resultierende Gemisch anfangs flüssig sein, da die Bildung eines Hydrogels einige Zeit benötigen wird. Wird dieses Gemisch injiziert, bevor die Bildung eines Hydrogels abgeschlossen ist, wird das Hydrogel in vivo gebildet werden. Dies wird durchgeführt, indem die Gemische (A) und (B) ex vivo gemischt werden und dieses Gemisch in flüssiger Form injiziert wird, wonach sich das Hydrogel in vivo bildet.
Die stereokomplexen Hydrogele gemäß der vorliegenden Erfindung sind makroskopische Gele. Die Gele können in ihrer makroskopischen Form verwendet werden, angewandt z.B. für die Herstellung von Implantaten. Die stereokomplexen Hydrogele können auch für Medikamente für eine topische Anwendung verwendet werden, in denen ein Wirkstoff verabreicht werden kann, indem das mit Wirkstoff beladene Gel auf die Haut aufgebracht wird. Dies kann z.B. bei der Behandlung von Verbrennungen und Verbrühungen verwendet werden.
Alternativ können die Gele als Mikrokugeln ausgebildet sein, beispielweise durch Sprühtrocknen. Eine andere Möglichkeit zum Bilden von Mikrokugeln ist in der PCT/NL97/00625 beschrieben, die ein zweiphasiges Verfahren offenbart, in dem ein Zwei-Phasen-System aus zwei inkompatiblen wasserlöslichen Polymeren und mindestens einer freisetzbaren Verbindung gebildet wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Hydrogels in Form von Mikrokugeln die Bildung eines Zwei-Phasen-Systems, wahlweise in der Gegenwart einer freisetzbaren Verbindung, indem zwei der wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymere so gewählt werden, dass sie inkompatibel sind, wobei das Hydrogel aus diesem Zwei-Phasen-System gebildet wird.
Somit können injizierbare Mikrokugeln erhalten werden, die für eine gesteuerte Freisetzung eines Wirkstoffs geeignet sind, der bevorzugt eingebracht wird, bevor die Gelbildung stattfindet.
Eine andere interessante Anwendung des Gels der vorliegenden Erfindung besteht darin, Zellmaterial zu verkapseln, insbesondere lebende Zellen. Dies ist für die Gewebetechnologie von besonderem Interesse. Diese Verkapselung kann durch Mischen der Zellen und/oder anderer Wirkstoffe, wie z.B. Wachstumsfaktoren, in einem der Gemische (A) oder (B) bewirkt werden, wonach das andere Gemisch zugegeben wird, wodurch das Gel gebildet wird. Anstelle von Zellen können andere biologische oder nicht biologische Verbindungen als Wirkstoff verwendet werden. Beispiele sind Plasmid-DNA, virale Vektoren und kolloidale Träger, wie z.B. Liposomen, ISCOMs, Polyplexe (d.h. Kombinationen von (kationischen) Polymeren – wie z.B. organischen Polyphosphazenen oder Polyacrylaten – und DNA), Lipoplexe (d.h. Kombinationen von (kationischen) Lipiden und DNA), Nanopartikel (d.h. Kugeln auf Polymerbasis im Größenbereich von Nanometern), feste Lipidpartikel im kolloidalen Größenbereich, Emulsionen, wie z.B. intralipidartige Systeme, und deren Kombinationen. Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht können auch verkapselt werden.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Hydrogels mit den Schritten der Herstellung zweier Gemische eines substituierten wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymers, wobei die Herstellung jedes Gemisches umfasst:

1) Polymerisation eines Monomers wahlweise in Gegenwart eines geeigneten Initiators, wobei das Monomer des einen Gemisches das Enantiomer des Monomers des anderen Gemisches ist;
2) Reaktion des Produkts des vorhergehenden Schrittes mit einer geeigneten Verknüpfungsverbindung;
3) Reaktion des Produkts des vorhergehenden Schrittes mit dem wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymer und
4) Mischen der zwei Gemische.

Bevorzugt enthält der geeignete Initiator in Schritt 1) eine primäre oder sekundäre Hydroxylgruppe.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung von zwei entgegengesetzten enantiomeren Formen eines Monomers in einem Oligomer oder Cooligomer, wobei das Oligomer oder Cooligomer an Polymerketten gebunden ist, um diese Polymerketten physikalisch zu verknüpfen.
Ob ein spezifisches Gemisch gepfropfter Polymere die Bildung eines Gels hervorruft, kann wirksam beurteilt werden, indem das rheologische Verhalten des Gemisches gemessen wird. Das Vorhandensein physikalischer Wechselwirkungen (Stereokomplexe) wird zu einem elastisch(er)en Verhalten führen, wie es sich z.B. in dem Speichermodul (G'), dem Verlustmodul (G''), tan δ(= G"/G') und/oder dem Kriechverhalten wiederspiegelt, die experimentell bestimmt werden können.
Die vorliegende Erfindung wird nun in den folgenden Beispielen erläutert, die den Bereich der Erfindung nicht einschränken sollen.
BEISPIEL 1
Synthese von Dex-Lactat-((DP)_mittl. = 15, (DS)_mittl. = 10)-Hydrogelen
Eine Ringöffnungspolymerisation von Lactid (L-Lactid für System (A) und D-Lactid für System (B), jeweils 5 g) wurde durchgeführt unter Verwen dung von 2-(2-Methoxyethoxy)ethanol (MEE, 0,556 g) als Initiator und Zinnoctoat (0,093 g) als Katalysator. Die Polymerisation wurde in der Schmelze bei 130 °C für vier Stunden durchgeführt, sodass sich MEE-L-Milchsäure-Oligomer (A) und MEE-D-Milchsäure-Oligomer (B) ergaben. 1 zeigt das Reaktionsschema für die Synthese von Dex-Lactat (8), in dem DP der Polymerisationsgrad und DS der Substitutionsgrad (Anzahl von Milchsäure-Oligomeren pro 100 Glucopyranose-Einheiten) von Dextran ist.
Anschließend wurde Carbonyldümidazol (CDI, 1,122 g, 2 Äquiv., 6,92 mmol) in Tetrahydrofuran (THF) in einer Stickstoffatmosphäre gelöst. Die MME-Lactate (A) und (B) (jeweils 4 g, 3,46 mmol) aus dem vorhergehenden Schritt wurden in THF zugegeben, um getrennte CDI-Gemische zu bilden. Jedes Reaktionsgemisch wurde vier Stunden bei Raumtemperatur unter Stickstoffatmosphäre gerührt. Die Produkte wurden durch Ausfällen in Wasser gereinigt, um restliches CDI zu inaktivieren. Nach Zentrifugieren wurde das Produkt in Acetonitril gelöst und über MgSO₄ getrocknet. Nach Filtration wurde das organische Lösemittel unter reduziertem Druck entfernt, sodass sich für jedes Gemisch (A) und (B) ein viskoses Öl ergab. Beide Produkte (A) und (B) wurden in getrocknetem DMSO gelöst.
Danach wurden zwei Gemische hergestellt, in denen Dextran (5,6 g) in trockenem Dimethylsulfoxid (DMSO) gelöst wurde, bevor 4-(N,N-Dimethylamino)pyridin (DMAP, 1,06 g, 0,25 Äquiv. zu Dextran, 8,65 mmol) zugegeben wurde. Nach Auflösung von DMAP wurden die MEE-Lactat-Carbonylimidazol-Gemische (A) und (B) (jeweils 4,48 g, 3,46 mmol) des vorhergehenden Schrittes jeweils zu einem Teil gegeben, sodass sich zwei neue Gemische (A) und (B) ergaben. Diese Gemische wurden 4 Tage bei Raumtemperatur unter Stickstoffatmosphäre gerührt, wonach die Reaktion beendet wurde, indem konzentrierte HCl zugegeben wurde, um DMAP und Imidazol zu neutralisieren. Die Reaktionsgemische wurden gegen entmineralisiertes Wasser bei 4 °C dialysiert. Die rohen Dex-Lactat-Produkte wurden gefriergetrocknet, und die unverknüpften Lactat-Oligomere wurden durch Extraktion mit Dichlormethan entfernt. Nach Filtration und Verdampfung wurde das reine Produkt erhalten.
Die Produkte hatten Pfropfpolymere mit einem mittleren Polymerisationsgrad (DP)mtti. von 15, und der mittlere Substitutionsgrad (DS)mtti. des Polymers war 10.
80%ige Hydrogele wurden durch Mischen eines Gemisches aus 200 mg Produkt (A) aus dem vorhergehenden Schritt in 800 µl Acetatpuffer, pH = ungefähr 4 (um eine Hydrolyse zu minimieren) mit Produkt (B) (auch 200 mg/ 800 µl Acetatpuffer, pH = ungefähr 4) in gleichen Mengen hergestellt. Vor dem Mischen wurden die einzelnen Produkte während drei Tagen bei Raumtemperatur dispergiert.
BEISPIEL 2
Synthese von Dex-Lactat-((DP)_mittl. = 9, (DS)_mittl. = 10)-Hydrogelen
Die Vorgehensweise von Beispiel 1 wurde wiederholt, aber andere Mengen der Reaktanten wurden stattdessen verwendet: L- (oder D-) Lactid (10 g), MEE (1,85 g, 0,015 mol), Zinnoctoat (0,3 g, 0,74 mmol, 5 mol-% zu MEE).
Von dem Produkt dieses ersten Schrittes wurden 4,23 g (5,5 mmol) mit CDI (1,79 g, 2 Äquiv., 11 mmol) verwendet.
Das Dex-Lactat-MEE wurde unter Verwendung des Produkt des vorhergehenden Schrittes (5,32 g, 6,17 mmol) und DMAP (1,88 g 0,25 Äquiv., 15 mmol) erhalten.
Die Produkte hatten Pfropfpolymere mit einem mittleren Polymerisationsgrad (DP)_mittl. von 9, und der mittlere Substitutionsgrad (DS)_mittl.. des Polymers war 10.
Die übrige Vorgehensweise war ähnlich wie die in Beispiel 1.
BEISPIEL 3
Rheologisches Verhalten
Die Rheologie der Proben, die in den vorstehenden Beispielen hergestellt wurden, wurde untersucht. Die Gemische (A) und (B) aus den vorstehenden Beispielen wurden entweder solvatisiert bevor sie gemischt wurden, wobei sie für eine bestimmte Zeitdauer gerührt wurden, oder sie wurden direkt gemischt.
Beim Mischen von (A) und (B) wurde die Gelbildung mit einem Rheometer (TA Instruments AR 1000-N) unter Verwendung von Kegel/Platte aus Stahl mit 2 cm, 1 Grad und einer Lösemittelfalle, die mit Siliconöl mit 100 mPa·s gefüllt war, bei einer Frequenz von 1 Hz verfolgt. Die Messungen wurden im Modus mit gesteuerter Dehnung durchgeführt, in dem die Kraft gemessen wird, um eine Deformation von 1 % zu erhalten. Die Ergebnisse sind als Speichermodul G' ausgedrückt, welcher die elastische Speicherung von Energie in der Probe darstellt. Bei einer echten Newtonschen Flüssigkeit ist G' Null. Ein höherer G'-Wert entspricht einer Gelstruktur. Per Definition definiert tan δ = 1 den Sol-Gel-Übergang. Ein tan δ-Wert von kleiner als 1 zeigt auch eine Gelbildung an. Allgemein haben die Gele, die gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, einen tan-δ-Wert, der kleiner als 0,3 ist.
Typische Rheogramme für 20 Gew.-% Dextran-L-Lactat (mittlerer DP = 15 (2) oder 9 (3)) in Wasser sowie für ein Gemisch von 10 Gew.-% Dextran-L-Lactat (mittlerer DP = 15 (2) oder 9 (3)) und 10 Gew.-% Dextran-D-Lactat (mittlerer DP = 15 (2) oder 9 (3)) in Wasser sind dargestellt.
Das Gemisch der L- und D-Form (Gemisch (A) und (B)) zeigte einen Anstieg von G' als Funktion der Zeit, wohingegen eine enantiomere Form des Dex-Lactat-Produkts keinen solchen Anstieg zeigte. Der Anstieg von G' im Falle des Gemisches aus (A) und (B) zeigt, dass das Produkt immer elastischer wird. Dieses Phänomen wurde nicht bei einer enantiomeren Form beobachtet. Dies wird durch die Bildung von Stereokomplexen zwischen zwei enantiomeren Formen erklärt.
Tabelle 1: Speichermodule der Dex-Lactat-Produkte aus Beispiel 1und 2
Tabelle 3: Entwicklung der Speichermodule über die Zeit bei den Dex-Lactat-Produkten aus Beispiel 2 mit DP_mittl. = 9.
Die experimentellen Daten in den Tabellen 1-3 und Figuren 2 und 3 zeigen deutlich das unterschiedliche rheologische Verhalten der Hydrogele der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu den Bezugsbeispielen („L oder D" in Tabelle 1 und Versuche „b" und „d" in Tabelle 2 und 3).
Darüber hinaus zeigen die gereinigten Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung („c" in Tabelle 2 und 3) höhere Speichermodule im Vergleich zu den nicht gereinigten Beispielen gemäß der vorliegenden Erfindung („a" in Tabelle 2 und 3) .
Schließlich bewirkt eine längere Solvatationszeit die Bildung eines Gels mit einem höheren Endwert des Moduls.
BEISPIEL 4
Synthese, Charakterisierung und Eigenschaften von Dex(L)Lactat/ Dex-(D)Lactat-Gelen
Materialien
L-Lactid ((3S-cis)-3,6-Dimethyl-1,4-dioxan-2,5-dion, >99,5 %) und D-Lactid ((3R-cis)-3,6-Dimethyl-1,4-dioxan-2,5-dion, >99,5 %) wurden von Purac Biochem BV (Gorinchem, Niederlande) erhalten und ohne weitere Behandlung verwendet. Zinnoctoat (Zinn(II)-bis(2-ethylhexanoat), SnOct₂, 95 %) (Sigma Chemical Co., St Louis, MO, USA), Dichlormethan, Kaliumperoxydisulfat (KPS) (Merck, Darmstadt, Deutschland) und 2-(2-Methoxyethoxy)ethanol (Aldrich-Chemie, Steinheim, Deutschland) wurden wie erhalten verwendet. Tetrahydrofuran (THF) und Acetonitril (HPLC-S, Gradient Grade) wurden von Biosolve LTD (Valkenswaard, Niederlande) bezogen. THF wurde unmittelbar vor der Verwendung über LiAlH₄ destilliert. Dextran (von Leuconostoc mesenteroides, Mn = 15.000 Da und M_w = 32.500 Da, gemäß Bestimmung durch GPC-Analyse), Dimethylsulfoxid (DMSO, <0,01 % Wasser) Glycidylmethacrylat (GMA, (±)-2,3-Epoxypropylmethylpropenoat, 95 % durch GPC), N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin (TEMED) und Siliconöl (DC 200, 110 mPa·s) wurden von Fluka Chemie AG (Buchs, Schweiz) erhalten. 4-(N,N-Dimethylamino)pyridin (DMAP, 99 %) und N,N'-Carbonyldümidazol (CDI, 98 %) waren von Acros Chimica (Geel, Belgien). Dialyseröhrchen (Cellulose, Molkulargewichts-Ausschlußgrenze 12.000 – 14.000 (auf Basis von Proteinen)) wurden von Medicell International Ltd. (London, UK) bezogen.
Methacryliertes Dextran (Dex-MA) mit einem Substitutionsgrad (DS, die Anzahl von Methacrylat-Resten je 100 Glucopyranose-Einheiten von Dextran) von 4 wurde gemäß dem ausführlich in Van Dijk-Wolthuis, W.N.E.; Franssen, 0.; Talsma, H.; Van Streenbergen, M.J.; Kettenes-van den Bosch, J.J.; Hennink, W.E. Macromolecules 1995, 28, 6317-6322 beschriebenen Verfahren synthetisiert. Van Dijk-Wolthuis, W.N.E.; Kettenes-van den Bosch, J.J.; Van der Kerk-van Hof, A.; Hennink, W.E. Macromolecules 1997, 30, 3411-3413.
Synthese polydisperser Milchsäure-Oligomere
Milchsäureoligomere mit verschiedenen DP wurden durch eine Ringöffnungspolymerisationsreaktion von Lactid mit 2-(2-Methoxyethoxy)ethanol (MEE) und Zinnoctoat als Initiator bzw. Katalysator gemäß De Jong et al. (De Jong, S.J.; Van Dijk-Wolthuis, W.N.E.; Kettenes-van den Bosch, J.J.; Schuyl, P.J.W.; Hennink, W.E. Macromolecules 1998, 31, 6397-6402) synthetisiert. Der mittlere Polymerisationsgrad (DP_mittl.) des gebildeten MEE-Lactats wurde durch das Verhältnis MEE/Lactid gesteuert.
Herstellung monodisperser Milchsäure-Oligomere
Monodisperse Milchsäure-Oligomere wurden durch Fraktionierung von polydispersem MEE-Lactat mit präparativer HPLC (Säule: Econosphere C8, 10 Mikron, 250 x 22 mm; Alltech, Illinois, USA) mit einem ÄKTA Purifier (Pharmacia Biotech AB, Schweden) hergestellt. Polydisperses Oligomer (1 g) wurde in 1 ml Wasser/Acetonitril (50 Gew.-%) gelöst, und 500 µl dieser Lösung wurden auf die Säule injiziert. Es wurde ein Gradient von 100 % A (Wasser/Acetonitril 95:5) bis 100 % B (Acetonitril/Wasser 95:5) in 50 Minuten gefahren. Die Flussrate betrug 5,0 ml/min, UV-Detektion (λ = 195 nm). Die Chromatogramme wurden mit der Software Unicorn Analyse Module (Version 2.30) analysiert. Die einzelnen Oligomere wurden gesammelt und Fraktionen mit entsprechendem DP wurden zusammengegeben. Das Lösemittel wurde unter reduziertem Druck entfernt. Die Oligomere wurden mit HPLC, NMR und MS charakterisiert.
Synthese von aktiviertem Milchsäure-Oligomer
Um die Oligomere mit Dextran zu verknüpfen, wurde die Hydroxylgruppe des Oligomers unter Verwendung von N,N'-Carbonyldümidazol (CDI) aktiviert. Im Wesentlichen wurde die gleiche Vorgehensweise verwendet wie für die Synthese von Hydroxyethylmethacrylat-(HEMA-)Lactat-CI. Kurz gefasst wurde CDI (3,6 g, 22 mmol, 2 Äquiv.) in getrocknetem Tetrahydrofuran (THF, 100 ml) in einer Stickstoffatmosphäre gelöst. MEE-Lactat (z.B. DP_mittl. 9; 8,46 g, 11 mmol, 1 Äquiv.) wurde in THF (10 ml) gelöst und der CDI-Lösung zugegeben. Das Reaktionsgemisch wurde vier Stunden bei Raumtemperatur in einer Stickstoffatmosphäre gerührt. Danach wurde Dichlormethan (DCM, 200 ml) zugegeben, und das Reaktionsgemisch wurde mit Wasser (100 ml) gewaschen, um überschüssiges CDI zu zersetzen und das Imidazol zu entfernen. Anschließend wurde die Wasserschicht zweimal mit DCM (50 ml) extrahiert. Die organischen Schichten wurden vereinigt und über Magnesiumsulfat getrocknet. Nach einer Filtration wurde das organische Lösemittel unter reduziertem Druck entfernt, sodass sich das MME-Lactat-CI, DP_mittl. 9 ergab.
¹H NMR (CDCl₃): δ 8,16 (m, 1H, C(O)-N-CH=N), 7,44 (m, 1H, C(O)-N-CH=CH), 7,07 (m, 1H, C(O)-N-CH=CH), 5,35 (q, 1H, CH-O-C(O)-N), 5,23-5,12 (überlappendes q, CH), 4,28 (m, 2H, CH ₂-O-C(O)), 3,66 (m, 2H, CH₃-O-CH ₂), 3,60 (m, 2H, CH ₂-O), 3,51 (m, 2H, CH₂-O), 3,37 (s, 3H, CH ₃-O), 1,72 (d, CH ₃-CH-O-C(O)N), 1,63-1,50 (überlappendes d, CH-CH ₃) ¹³C NMR (CDCl₃): δ 169,5 C=O, 168,8 C(O)-N, 137,1 N-CH-N, 121,6 + 117,1 N-C=C-N, 71,7 CH₂, 71,5 (CH₃)CH-O-C(O)-N, 70,3 CH₂ 69,3-68,7 CH₃-CH + CH₂-OCH₃, 64,3 CH₂-O-C(O), 58,9 CH₃O, 25,5 CH₃-CH-O-C(O)-N, 16,6/ 16,5 CH₃
Synthese von Dex-Lactat
Dextran-Lactat (Dex-Lactat) wurde unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie für die Synthese von Dex-Lactat-HEMA synthetisiert. Kurz gefasst wurden Dextran 40.000 (10 g) und DMAP (2 g, 16,3 mmol, 0,25 Äquiv. zu Glucopyranose-Einheiten von Dextran) in getrocknetem DMSO (90 ml) gelöst. Anschließend wurde in trockenem DMSO (5 ml) gelöstes MEE-Lactat-CI (z.B. DP_mittl. 9, 5,7 g, 6,17 mmol) zugegeben. Die Lösung wurde bei Raumtemperatur 4 Tage in einer Stickstoff-Atmosphäre gerührt, wonach die Reaktion durch Zugabe konzentrierter HCl (2 ml, 1 Äquiv) beendet wurde, um DMAP und Imidazol zu neutralisieren. Das Reaktionsgemisch wurde eingehend bei 4 °C gegen Wasser (reverse Osmose) dialysiert. Das Dex-Lactat-Produkt wurde durch Gefriertrocknung gesammelt. Um Spuren unverknüpfter Milchsäure-Oligomere zu entfernen, wurde das Dex-Lactat-Produkt (10 g) mit Dichlormethan (400 ml) extrahiert. Das Produkt wurde in einem Vakuumofen bei 40 °C getrocknet, sodass sich Dex-Lactat mit DP_mittl. 9 und einem Substitutionsgrad (DS, Anzahl der Oligomere je 100 Glucopyranose-Einheiten von Dextran) von 3 ergab. Der DS wurde durch ¹H NMR als (x·100)/y berechnet, wobei x das Integral der CH₃-Gruppen des Milchsäure-Oligomers bei 1,41 ppm dividiert durch (3DP) ist, wobei DP der Polymerisationsgrad ist, und y das Integral des anomeren Protons von Dextran bei 5,14-4,95 ppm ist.
¹H NMR (12,5 % ²H₂O/DMSO-d₆): δ 5,14-4,95 (breites m, restliches OH, CH, CH-O-C(O)-N), 4,65 (breites s, anomeres Proton Dextran), 4,16 (m, 2H, CH ₂-O-C(O)), 3,84-3,18 (m, (6H) Dextran, (2H) CH₃-O-CH ₂, (4H) CH ₂-O, (3H) CH ₃-O), 1,41 (überlappendes d, CH ₃-CH-O-C(O)N, CH-CH ₃) ¹³C NMR (12,5 % ²H₂O/DMSO-d₆): δ 170,4 C(O)-O-CH₂, 169,8 C=O, 98,5 C _anomer, 73,7 C₃, 72,1 C₂, 71,6 CH₂, 70,7 C₅, 70,3 C₄, 69,9 CH₂, 69,8 (CH₃)CH-O-C(O)-O-Dex, 69,3 CH, 68,5 CH₂, 66,2 CH₂ (Dex), 64,8 CH₂, 58,5 CH, 20,6 CH₃-CH-O-C(O)-O-Dex, 16,9 CH₃
Rheologische Versuche
Für die rheologischen Versuche wurden zwei Arten von Polymerlösungen hergestellt: Eine enthält Dex-(L)Lactat und die andere Dex-(D)Lactat. Die Auflösungszeit betrug mindestens einen Tag bei Raumtemperatur. Acetat-Puffer pH 4 wurde als Lösemittel gewählt, um eine Hydrolyse des Dex-Lactats zu verhindern.
Gleiche Mengen der Dex-(L)Lactat- und Dex-(D)Lactat-Lösungen wurden gemischt, homogenisiert und schnell in das Rheometer (AR 100 Gerät von TA Instruments, Gent, Belgien) eingebracht. Für die meisten Versuche wurde eine Platte/Platte-Messgeometrie (Acryl, 4 cm Durchmesser, Spalt 1 mm) verwendet. Eine Kegel/ Platte-Messgeometrie (Stahl, 2 cm Durchmesser mit einem Winkel von 1 Grad, Spalt 31 um) wurde verwendet, wenn nur eine geringe Materialmenge verfügbar war. Die Gelbildung der Dex-Lactat-Lösungen fand zwischen dem Kegel und der Platte der Messgeometrie statt. Eine Lösemittelfalle wurde verwendet, um eine Verdunstung des Lösemittels zu verhindern. Zusätzlich wurde eine dünne Schicht Siliconöl (110 mP·s) aufgebracht, um die Dex-Lactat-Probe zu umhüllen, um dadurch eine Verdunstung zu verhindern.
Die Gelbildung des Gemisches der Dex-Lactat-Lösungen wurde durch Messung des Scher-Speichermoduls (G') sowie des Verlustmoduls (G'') bei 20 °C für 6 bis 18 Stunden überwacht. Eine Frequenz von 1 Hz und eine gesteuerte Dehnung von 1 % wurden angewandt. Die in diesen Versuchen verwendete Dehnung war so gering wie möglich, um den Einfluss der Deformation auf die Bildung des Dex-Lactat-Hydrogels zu minimieren. Am Ende der Gelbildung wurden zwei Arten rheologischer Messungen durchgeführt. Erstens wurden Kriechversuche durchgeführt, um die viskoelastischen Eigenschaften der Proben festzustellen. Daher wurde eine konstante Kraft (gleich der Kraft, die am Ende der Gelbildungsmessung angelegt wird, um 1 % Deformation zu erhalten, was im linearen viskoelastischen Bereich liegt) während 60 Sekunden angelegt, während die Dehnung überwacht wurde. Zweitens wurde die Temperatur von 20 °C auf 80 °C in 30 Minuten erhöht, während einige rheologische Parameter überwacht wurden (Frequenz 1 Hz, 1 % Dehnung). Bei 80 °C wurde wieder ein Kriechversuch durchgeführt. Eine konstante Kraft, gleich der Kraft, die bei 80 °C angelegt wurde, um 1 % Dehnung zu erhalten, wurde angelegt. Danach wurde die Probe auf 20 °C in 30 Minuten abgekühlt, während G' und G" überwacht wurden (Frequenz 1 Hz, 1 % Dehnung) und anschließend wurde wieder ein Kriechversuch durchgeführt.
Als Kontrolle wurden die gleichen rheologischen Versuche mit einer Lösung von Dex-(L)Lactat ausgeführt. Um das rheologische Verhalten physikalisch vernetzter Dex-Lactat-Hydrogele mit chemisch vernetzten Gelen zu vergleichen, wurden Messungen mit einem Hydrogel auf Basis von methacryliertem Dextran (Dex-MA) durchgeführt. Dex-MA-Hydrogele wurden durch eine radikalische Reaktion einer wässrigen Dex-MA-Lösung (DS 4, 10 Gew.-% Dex-MA in 0,01 M Phosphatpuffer pH 7) hergestellt. Lösung A wurde durch Zugeben von 50 µl TEMED (500 µl/ml, pH-Wert eingestellt auf 7) zu 450 µl einer Dex-MA-Lösung erhalten, während Lösung B ein Gemisch aus 410 µl Dex-MA-Lösung und 90 µl KPS-Lösung (50 mg/ml in 0,01 M Phosphatpuffer pH 7) war. 100 µl der Lösungen A und B wurden gemischt und direkt in die Messgeometrie des Rheometers eingebracht.
Die rheologischen Versuche wurden auf die gleiche Weise durchgeführt wie bei den Dex-Lactat-Produkten.
NMR-Spektrometrie
NMR-Spektren wurden mit einem 300 MHz Gemini-Spektrometer aufgenommen (Varian Associates Inc. NMR Instruments, Palo Alto, CA, USA). Ungefähr 30 mg Milchsäure-Oligomer wurden in 0,8 ml Deuterochloroform gelöst und 30 mg Dex-Lactat wurden in einem Gemisch aus 0,8 ml Dimethylsulfoxid-d₆ und 0,1 ml ²H₂O gelöst (alle Lösemittel wurden von Cambridge Isotope Laboratories, Andover, USA erhalten). Für die ¹H NMR wurde Chloroform (bei 7,26 ppm) als Bezugslinie verwendet, während bei DMSO-d₆ die zentrale DMSO-Linie auf 2,50 ppm eingestellt wurde. Eine Impulslänge von 4,5 µs (PW₉₀ ≈ 12 µs) wurde mit einer Relaxationsverzögerung von 15 s verwendet. Für ¹³C-NMR-Spektren wurde die Impulslänge auf 4,5 ms (PW₉₀ ≈ 12 µs) und die Relaxationsverzögerung auf 2 s eingestellt. Die zentrale Linie in dem Chloroform-Triplet bei 76,9 ppm wurde als Bezugslinie verwendet, während bei DMSO-d₆ (99,9 % ²H, Cambridge Isotope Laboratories, Andover, USA) die zentrale DMSO-Linie auf 39,5 ppm eingestellt wurde.
FTIR-Transmissionsspektroskopie und photoakustische Spektroskopie (PAS)
IR-Transmissionsspektren der Milchsäure-Oligomere wurden mit einem Biorad FTS-25 Interferometer/ Spektrometer aufgenommen. Dünne Filme von L-Milchsäure-Oligomer sowie auch vom Gemisch aus der L- und D-Form wurden aus Dichlormethan-Lösungen auf ein KBr-Plättchen gegossen. Die Interferogramme wurden bei einer spektralen Auflösung von 2 cm-1 im Rapid-Scan-Modus (5 kHz) mit einem Detektor aus deuteriertem Triglycinsulfat (DTGS) aufgenommen. 32 Scans wurden gemittelt, um ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen. Eine Fourier-Transformation ergab die IR-Transmissionsspektren, die gegen Hintergrundspektren abgeglichen wurden, die von dem reinen KBr-Plättchen bei einer identischen Parametereinstellung erhalten wurden. Photoakustische (PA) IR-Spektren von Dex-Lactat wurden mit einem Biorad FTS-6000 Step-Scan Interferometer/ Spektrometer erhalten. Nach dem rheologischen Versuch wurden ausgewählte Dex-Lactat-Produkte über Nacht bei Raumtemperatur getrocknet. Die IR-Spektren dieser Produkte wurden mit dem PA-Detektionsverfahren gemessen. Der allgemeine Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass keine weitere Aufbereitung der Probe (d.h. die Dex-Lactat-Produkte) erforderlich ist. Daher können IR-Spektren von Feststoffen direkt und ziemlich schnell erhalten werden. Die Interferogramme wurden bei einer spektralen Auflösung von 8 cm-¹ unter Verwendung eines photoakustischen Detektors MTEC-200 aufgenommen. Sie wurden im Step-Scan-Modus des Interferometers bei 800 Hz Schrittfrequenz des sich bewegenden Spiegels erhalten. Das Scannen im Step-Scan-Modus des Interferometers ergab ein viel besseres Signal-Rausch-Verhältnis. 32 Scans wurden gemittelt und einer Fourier-Transformation unterzogen, um die IR-PA-Spektren von Dex-Lactat zu ergeben. Alle IR-PA-Spektren wurden unter Verwendung der PA-Bezugsprobe Ruß abgeglichen.
Ergebnisse
Synthese der mit Lactat gepfropften Dextrane
Für die Synthese von Dex-Lactat (1) wurde im Wesentlichen die gleiche Strategie verwendet wie für die Synthese von Dex-Lactat-HEMA. Zuerst wurde das Milchsäure-Oligomer (3) über eine Ringöffnungspolymerisation von Lactid synthetisiert. Nach Aktivierung der Hydroxyl-Endgruppe mit N,N'-Carbonyldümidazol (CDI, 4) wurde das resultierende Lactat-CI (5) mit Dextran (7) verknüpft, sodass sich Dex-Lactat (8) ergab. Der Einbau der Milchsäure-Oligomere unter den Standard-Reaktionsbedingungen, 4 Tage Reaktionszeit bei Raumtemperatur, betrug ungefähr 30 %. Höhere Ein baugrade, bis zu 60 %, können durch längerer Reaktionszeiten (18-24 Tage) oder höhere Reaktionstemperaturen (80 °C) erreicht werden. Eine HPLC-Analyse zeigte, dass unter den gewählten Reaktionsbedingungen keine Umesterung auftrat.
Gelbildung von Dex-Lactat-Lösungen
4 zeigt die rheologischen Eigenschaften als Funktion der Zeit von Dex-(L)Lactat-Lösung und einem Gemisch aus Dex-(L)Lactat- und Dex-(D)Lactat-Lösung. G' und tan δ von Dex-(L)Lactat veränderten sich nicht mit der Zeit. Im Gegensatz dazu zeigte das Gemisch aus Dex-(L)Lactat und Dex-(D)Lactat eine Erhöhung von G' (sogar nach 18 Stunden war noch kein wirklicher Plateau-Wert erreicht) und einen dramatischen Abfall von tan δ (von 1,2 auf 0,1) mit der Zeit. Die Netzwerkbildung kann einer Assoziation der enantiomeren Milchsäureketten (Stereokomplexbildung) zugeordnet werden. Die Tatsache, dass kein wirklicher Plateau-Wert von G' erreicht wurde, wird oft bei physikalisch vernetzten Netzwerken beobachtet, wie z.B. Gelatine, siehe beispielsweise Bot, A.; Van Amerongen, I.A.; Groot, R.D.; Hoekstra, N.L.; Agterof, W.G.M. Polymer Gels and Networks 1996, 4, 189-227.
5 zeigt die Ergebnisse der Kriechversuche mit den Proben aus 4 nach ungefähr 18 Stunden. Das Verzögerungsprofil zeigt ein vollständig viskoses Verhalten für Dex-(L)Lactat (5A), was im Übereinstimmung mit dem hohen für tan δ beobachteten Wert ist (4). Bei dem Dex(L)Lactat-Gemisch wurde in Übereinstimmung mit dem niedrigen Wert für tan δ (4) ein elastisches Verhalten in dem Kriechversuch beobachtet (5B).
Thermoreversibilität
Die rheologischen Eigenschaften eines chemisch vernetzten methacrylierten Dextran-Gels wurden als Funktion der Temperatur überwacht. 6 zeigt, dass G' proportional mit der Temperatur anstieg, was in Übereinstimmung mit der Gummi-Elastizitätstheorie von Flory steht. Bei 80 °C blieb das Dex-MA-Hydrogel vollständig elastisch, wie bei einem Kriechversuch beobachtet wurde (Ergebnis nicht dargestellt). Während des Kühlens wurde das umgekehrte G'-Profil beobachtet und G' bei 20 °C war gleich G' vor dem Erwärmen.
Im Gegensatz dazu zeigten die Dex-Lactat-Gele eine vollkommen andere Temperaturabhängigkeit. Beim Erwärmen der Dex-Lactat-Hydrogele sank G' (6). Das Verlustmodul (G'')des Gemisches bei 80 °C war beinahe gleich dem G" eines einzelnen Isomers von Dex-Lactat (nicht dargestellt), was anzeigt, dass keine Vernetzungen in dem Gemisch geblieben waren. Kriechversuche an beiden Systemen bei dieser Temperatur zeigten ein viskoses Verhalten wie in 5A. 6 zeigt, dass sich G' beim Kühlen erhöhte und schließlich den ursprünglichen Wert von G' bei 20 °C erreichte, dargestellt durch den vertikalen Pfeil. Ein Kriechversuch zeigte das gleiche Muster wie in 5B, was die vollständig thermoreversiblen Eigenschaften des Gemisches beider Isomere und die physikalische Beschaffenheit der Vernetzungen beweist.
Elastische Eigenschaften als Funktion der Frequenz. In 7 wird ein G'-Profil eines Dex-Lactat-Hydrogels mit einem chemisch vernetzten methacrylierten Dextran-Hydrogel als Funktion der Frequenz verglichen. G' des Dex-Methacrylat-Hydrogels war unabhängig von der angewandten Frequenz, was wieder die Existenz eines echten Gumminetzwerks zeigte, das bei Hydrogelen mit dauerhaften (chemischen) Vernetzungen erwartet wird. (Siehe z.B. De Smedt, S.C.; Lauwers, A.; Demeester, J.; Van Steenbergen, M.J.; Hennink, W.E.; Roefs, S.P.F.M. Macromolecules 1995, 28, 5082-5088). Jedoch sank G' des Dex-Lactat-Gels erheblich mit fallender Frequenz. Dies zeigt wieder die physikalische, d.h. reversible (vorübergehende) Beschaffenheit der Vernetzungen (7). Bei niedrigen Frequen zen brechen die Vernetzungen auf und bilden sich in langen Zeitspannen zurück (Netzwerk-Relaxationsprozess), während bei hohen Frequenzen die Zeitspanne geringer wird und sich die Vernetzungen so verhalten, als wären sie dauerhaft, was zu einem steigenden G' führt.
Einfluss von DP, DS und Wassergehalt auf die Gelbildung
Die in 4 dargestellten G'-Profile wurden unter Verwendung einer Dex-Lactat-Probe mit DP_mittl. 9 und DS 3 erhalten. Wurden Dex-Lactate mit einem höheren DP und einem höheren DS verwendet, zeigten die Dex-(L)Lactat(oder Dex-(D)Lactat-) Lösungen ein viskoelastisches Verhalten. Dies wird wahrscheinlich verursacht durch die Assoziation der längeren Milchsäureketten mit Oligomeren derselben Chiralität, was auch zu einer schlechteren Wasserlöslichkeit führt. Jedoch wurde in dieser Probe keine Gelbildung als Funktion der Zeit beobachtet. Im Gegensatz dazu gelierte das Dex-Lactat-Gemisch deutlich, wie aus einem Anstieg von G' beobachtet wurde (8A). Die Bildung eines Gels wurde durch Kriechversuche bestätigt: Das Dex-Lactat-Gemisch zeigte ein beinahe elastisches Verhalten, während das Dex-(L)Lactat-System ein typisches viskoelastisches Material ist (8B).
9 zeigt den Einfluss des Polymerisationsgrades (A), des Wassergehalts und des Substitutionsgrades (B) auf G' 18 Stunden nach Mischen der Dex-(L)Lactat- mit der Dex-(D)Lactat-Lösung. Das Mischen der Dex(L)Lactat-Lösung, DP_mittl. 5, mit der Dex-(D)Lactat-Lösung, DP_mittl. 5, ergab eine leichte Erhöhung von G' im Vergleich zu dem G'-Wert des entsprechenden Dex-(L)Lactat-Systems. Dies zeigt, dass ein schwaches Hydrogel gebildet wurde als Ergebnis der Tatsache, dass die Oligomere keine ausreichende Länge haben, um sich aneinander zu lagern. Das Mischen von Dex-Lactaten mit höheren Polymerisationsgraden ergab die Bildung eines Gels, wie sich durch einen wesentlich höheren G'-Wert des Gemisches im Vergleich zu dem G'-Wert eines der Isomere wiederspiegelt (vergleiche offene und geschlossene Symbole, 9A). Wie 9B zeigt, wurden stärkere Gele erhalten, indem der Substitutionsgrad erhöht und der Wassergehalt des Systems erniedrigt wurde.
Auf Detran gepfropfte, monodisperse Milchsäure-Oligomere
Rheologie
Monodisperse Milchsäure-Oligomere mit einem Polymerisationsgrad im Bereich von 8 bis 12 wurden mit Dextran verknüpft, um die Wirkung der Kettenlänge der Milchsäure auf die Gelbildung zu untersuchen. Gemische aus Dex-(L)Lactat und Dex-(D)Lactat mit dem gleichen Polymerisationsgrad der Milchsäure-Oligomere wurden auf ihre Fähigkeit zur Gelbildung untersucht (Tabelle 4). Aus diesen Daten ist ersichtlich, dass Gemische aus Dex-(L)Lactat und Dex-(D)Lactat mit einem DP unter 11 überwiegend viskos sind, sogar wenn ein hoher Substitutionsgrad (DS 17) oder ein geringer Wassergehalt (70 %) verwendet wurde. Andererseits wurde für Dex-Lactat DP 11 oder 12 eine Steigerung von G' beim Mischen des Dex-(L)Lactat- und Dex-(D)Lactat-Produkts beobachtet, und es wurde ein Hydrogel gebildet. Die Gelbildung wurde durch einen Kriechversuch bestätigt, der ein beinahe elastisches Verhalten des Gemisches zeigte. Ein Gel wurde auch mit Dex-(L)Lactat DP 12 und DS 17 erhalten.
Tabelle 4: Rheologie- und PAS-Daten der Gemische aus monodispersem Dex-(L)Lactat und Dex-(D)Lactat.
FTIR-Transmissionsspektrometrie und photoakustische Spektrometrie
Infrarot-Spektroskopie wurde eingesetzt, um die mögliche Stereokomplexbildung in den monodispersen Dex-Lactat-Gelen zu untersuchen. Von Vert et al. (Kister, G.; Cassanas, G.; Vert, M. Polymer 1995, 39, 267-273) wurde gezeigt, dass IR-Spektroskopie verwendet werden kann, um zwischen 10₃- und 3₁-helikalen Konformationen des kristallinen Homopolymers von Poly(lactid) (PLA) bzw. dem PLA-Stereokomplex zu unterscheiden. Da scharfe IR-Bandenformen für die monodispersen Produkte beobachtet wurden, wurden sie zu Zwecken der Interpretation verwendet. Es wurden FTIR-Transmissionsspektren des freien monodispersen Milchsäure-Oligomers (DP 8) und seines korrespondierenden Gemisches, die beim Mischen Stereokomplexe bilden, aufgenommen (10). In dem Stereokomplex war der ausgeprägteste Unterschied das Verschwinden des Ab sorptionspeaks bei 1270 cm^-1 (δCH₃, vCOC, gezeigt durch die gepunktete Linie).
Nach der rheologischen Messung wurden die (monodispersen) Dex-Lactat-Produkte bei Umgebungstemperatur getrocknet. Anschließend wurden die IR-Spektren dieser getrockneten Produkte mit dem PA-Detektionsverfahren aufgenommen, das sich als qualitativ vergleichbar mit dem FTIR-Transmissionsverfahren herausstellte. 11 zeigt, dass ähnliche IR-Spektren für das Dex-(L)Lactat mit DP 8 und DP 11 sowie für das Dex-Lactat-Gemisch mit DP 8, in dem weniger oder keine Gelbildung auftrat, erhalten wurden (Tabelle 4). Interessanterweise wurden für das Dex-Lactat-Gemisch mit DP 11 (rheologische Versuche zeigten die Bildung eines Gels, Tabelle 4) einige deutliche IR-Frequenz-Verschiebungen in dem IR-Spektrum beobachtet. Die beobachtete Verschiebung von 1270 zu 1260 cm-1 (11B) kann wahrscheinlich der Bildung von Stereokomplexen in dem Dex-Lactat-Gemisch zugeschrieben werden. In Tabelle 4 ist die Anwesenheit von Stereokomplexen, wie durch IR-PA ermittelt wurde, bei verschiedenen Dex-Lactat-Gemischen angegeben. Bei Systemen mit DP 11 und 12 war eine Gelbildung (auf rheologischer Basis) deutlich mit der Anwesenheit von Stereokomplexen verbunden.
Die Dex-Lactat-Gemische mit DP 10 (DS 6 und DS 15) und einem Wassergehalt von 70 % zeigten ebenfalls die gleiche IR-Frequenz-Verschiebung (von 1270 zu 1260 cm-1), obwohl die rheologischen Daten für diese Gemische ein überwiegend viskoses Verhalten anzeigten. Dies zeigt, dass Stereokomplexe in dem Dex-Lactat-Gemisch mit DP 10 und einem Wassergehalt von 70 % gebildet werden. Jedoch können nur wenige physikalische Wechselwirkungen (Stereokomplexe) vorliegen, die nicht ausreichen, um ein vollständig elastisches Netzwerk zu bilden. Bei diesen freien Milchsäure-Oligomeren ist ein minimaler DP von 7 für die Stereokomplexbildung erforderlich. Bei Dex-Lactaten sind längere Milchsäureketten erforderlich, um die parallele Orientierung von mindestens 7 Milchsäure-Einheiten entgegengesetzter Chiralität zu erhalten, die für die Bildung von Stereokomplexen notwendig ist.
BEISPIEL 5
Proteinfreisetzung aus durch Stereokomplexbildung vernetzten Dextrangelen
Gele mit einem anfänglichen Wassergehalt von 80 % wurden wie folgt hergestellt. Ungefähr 400 mg (genau abgewogen) Dex-(L)Lactat (DP_mittl. 9, DS 12) wurden 1,6 ml einer wässrigen Lösung von Lysozym oder IgG (30 mg/ml in 100 mM Phosphatpuffer pH 7,2) zugegeben. Das Lysozym und das IgG wurden als Modell für Wirkstoffe verwendet. In einem anderen Gläschen wurden 400 mg Dex-(D)Lactat (DP_mittl. 9, DS 14) 1,6 ml einer wässrigen Lysozym- oder IgG-Lösung (30 mg/ml in 100 mM Phosphatpuffer pH 7,2) zugegeben. Man ließ das modifizierte Dextran 48 Stunden bei 4 °C solubilisieren. Danach wurden 900 ml von beiden Lösungen gut gemischt, und man ließ sie in einem Kunststoffröhrchen (Durchmesser 1,0 cm, Länge 2,0 cm) 72 Stunden bei 4 °C gelatinieren.
Gele mit einem anfänglichen Wassergehalt von 60 % wurden durch Einstellen der Menge von Dex-Lactat-MEE, das der Proteinlösung zugegeben wurde, hergestellt. Die Gele wurden aus den Kunststoffröhrchen entnommen, gewogen, 20 ml einer wässrigen Phosphatpufferlösung (100 mM, pH 7,2) zugegeben und bei 37 °C inkubiert. Zu regelmäßigen Zeitpunkten wurden Proben von 2 ml entnommen und durch frischen Puffer ersetzt.
Die Proteinkonzentration in den verschiedenen Proben wurde mit dem BCA-Assay (K. Smith, R.I. Krohn, G.T. Hermanson, A.K. Mallia, F.H.
Provenza, E.K. Fujimoto, N.M. Goeke, B.J. Olson, D.C. Klenk Anal. Biochem., Band 150, S. 76-85, 1985) bestimmt und verwendet, um die kumulative Menge freigesetzten Proteins zu berechnen. Die 12A und 12B zeigen die Ergebnisse.
Aus diesen Ergebnissen folgt, dass die Freisetzung von der hydrodynamischen Größe des Proteins und dem anfänglichen Wassergehalt des Gels abhängt.
BEISPIEL 6
Synthese von Lactat-Oligomer mit freien Carbonsäure-Endgruppen
In dem Stereokomplex von Poly(L-Lactid) und Poly(D-Lactid) sind ein Poly(L-Lactid)-Segment und ein Poly(D-Lactid)-Segment in paralleler Weise gepackt bzw. angeordnet (Okihara, T.; Tsuji, M.; Kawaguchi, A.; Katayama, K. I.; Tsuji, H.; Hyon, S. H.; Ikada, Y. J. Macromol. Sci. Phys. 1991, B30(1&2), 119-140). Es wurde untersucht, ob eine Stereokomplexbildung zwischen auf Dextran gepfropften Oligomeren verstärkt war, sobald eines der Oligomere über seine endständige Hydroxylgruppe mit Dextran verknüpft war und das andere über die Carbonsäure. Zu diesem Zweck wurde ein Oligomer über seine endständige Hydroxylgruppe und das Oligomer mit entgegengesetzter Chiralität über seine Carbonsäuregruppe an Dextran gekoppelt.
Ein Milchsäure-Oligomer mit einer endständigen Carboxylgruppe wurde wie folgt synthetisiert. Ein Gemisch aus L-Lactid (5 g, 35 mmol) und Benzylalkohol (0,85 g, 7,8 mmol) wurde auf 120 °C erwärmt. Zinnoctoat (Zinn(II) bis(2-ethylhexanoat), SnOct₂, 70 mg, 0,17 mmol) wurde zugegeben, und das Gemisch wurde 2 Std. bei 120 °C gerührt. Um die endständige Hydroxylgruppe zu schützen, wurde Essigsäureanhydrid (0,875 g, 8,6 mmol) zugegeben, und das Erwärmen wurde 3 Std. fortgeführt. Die gebildete Essigsäure und überschüssiges Essigsäureanhydrid wurden durch Anlegen eines Vakuums entfernt, bevor das Reaktionsgemisch abgekühlt wurde. Eine viskose, durchsichtige Paste wurde in einer quantitativen Ausbeute erhalten. ¹H NMR (CDCl₃): δ (ppm) 7,34 (m, 5H, ArH), 5,02-5,23 (m, 11H, CH-OC=O und ArCH₂O), 2,12 (s, 3H, CH₃=O), 1,47-1,62 (m, 27 H, CH₃ Lactat).
Das erhaltene Benzyllactat₉acetat wurde in 30 ml Ethylacetat gelöst. Stickstoff wurde durch die Lösung geperlt und 30 mg Pd/C wurden zugegeben. Das Gemisch wurde mit einem mit Wasserstoff gefüllten Ballon verbunden und 24 Std. bei Raumtemperatur gerührt. Das Gemisch wurde über Celite filtriert, und das Lösemittel wurde durch Rotationsverdampfung entfernt. Die letzten Spuren von Ethylacetat wurden unter hohem Vakuum entfernt. Eine viskose, durchsichtige Flüssigkeit wurde in quantitativer Ausbeute erhalten (α-Carboxyl(lactat₉)acetat). ¹H NMR (CDCl₃): δ (ppm) 7,34 (m, 5H, ArH), 5,02-5,23 (m, 11H, CH-OC=O und ArCH₂O), 2,12 (s, 3H, CH₃=O), 1,47-1,68 (m, 27 H, CH₃ Lactat).
Synthese von Dextran-(Lactat₉)acetat
Glasgeräte wurden in einem Ofen bei 150 °C für mindestens eine Stunde lang getrocknet. Dextran wurde in einem Vakuumofen bei 40 °C getrocknet. Ein heißer 10 ml Kolben wurde mit 100 mg LiCl beladen und zum Trocknen des Salzes evakuiert. Nach Kühlen auf Raumtemperatur wurden 535 mg trockenes Dextran 40.000 zugegeben, und der Kolben wurde dreimal evakuiert und mit Stickstoff gefüllt. Der Kolben wurde dann mit einem Septum verschlossen und 5 ml trockenes DMF wurden mit einer trockenen Spritze zugegeben. Das Gemisch wurde auf 100 °C erwärmt, um das Dextran zu lösen, und dann auf Raumtemperatur abgekühlt.
Ein anderer trockener 10 ml Kolben wurde mit α-Carboxyl(lactat₉)acetat (235 mg, 0,33 mmol), 4-(Dimethylamino)pyridinium-4-toluolsulfonat (16 mg, 0,05 mmol) und Dicyclohexylcarbodümid (100 mg, 0,50 mmol) beladen. Der Kolben wurde dreimal evakuiert und mit Stickstoff gefüllt, während er mit einem Fön leicht erwärmt wurde. Der Kolben wurde dann mit einem Septum verschlossen, und die Dextranlösung wurde mit Hilfe einer Nadel in den Kolben überführt. Das Gemisch wurde 24 Stunden bei Raumtemperatur gerührt.
Das Reaktionsgemisch wurde mit 20 ml Wasser verdünnt und gegen Wasser (5 L) bei 4 °C während einer Nacht dialysiert. Das Produkt wurde gefriergetrocknet und dann mit 50 ml CH₂Cl₂ eine Stunde lang gerührt, filtriert und im Vakuum getrocknet.
Ausbeute: 82 % eines weißen Pulvers. Der DS betrug 9,7 (NMR-Analyse). Produkte mit anderen Substitutionsgraden wurden durch Einstellen des Verhältnisses von Dextran zu Oligomer synthetisiert.
Rheologische Bewertung
Für die rheologischen Versuche wurden zwei Arten von Polymerlösungen hergestellt: Eine enthält Dex-(L)Lactat und die andere Dex-(D)Lactat. Die Auflösungszeit betrug mindestens einen Tag bei Raumtemperatur. Acetatpuffer pH 4 wurde als Lösemittel gewählt, um eine Hydrolyse des Dex-Lactats zu verhindern.
Gleiche Mengen der Dex-(L)Lactat- und Dex-(D)Lactat-Lösungen wurden gemischt, homogenisiert und schnell auf das Rheometer (AR 100 Gerät von TA Instruments, Gent, Belgien) aufgebracht. Eine Kegel/Platte-Messgeometrie (Stahl, 2 cm Durchmesser mit einem Winkel von 1 Grad, Spalt 31 um) wurde verwendet, wenn nur eine kleine Materialmenge verfügbar war. Die Gelbildung der Dex-Lactat-Lösungen fand statt zwischen dem Kegel und der Platte der Messgeometrie. Eine Lösemittelfalle wurde verwendet, um ein Verdunsten des Lösemittels zu verhindern. Zusätzlich wurde eine dünne Schicht Siliconöl (110 mPa·s) aufgebracht, um die Dex-Lactat-Probe zu umhüllen, wodurch ein Verdunsten verhindert wurde.
Die Gelbildung des Gemisches der Dex-Lactat-Lösungen wurde durch Messen des Scher-Speichermoduls (G') sowie des Verlustmoduls (G'') bei 20 °C für 18 Stunden überwacht. Eine Frequenz von 1 Hz und eine gesteuerte Dehnung von 1 % wurden angewandt. Die in diesen Versuchen verwendete Dehnung war so gering wie möglich, um den Einfluss der Deformation auf die Bildung der Dex-Lactat-Hydrogele zu minimieren. Die rheologioschen Eigenschaften zweier Systeme wurden verglichen.
In System I sind sowohl das L-Milchsäure-Oligomer als auch das D-Milchsäure-Oligomer über ihre endständigen Hydroxylgruppen mit Dextran im Wesentlichen wie in Beispiel 1-4 beschrieben verknüpft (Dex-Lactat-MEE). In System II ist das L-Milchsäure-Oligomer über seine endständige Carboxylgruppe verknüpft (Dex-Lactat-Acetat), wie in dem vorliegenden Beispiel vorstehend beschrieben ist. Das D-Oligomer wurde über seine endständige Hydroxylgruppe verknüpft (Dex-Lactat-MEE), wie im Wesentlichen in Beispiel 1-4 beschrieben ist. Tabelle 5 fasst die Ergebnisse zusammen.
Tabelle 5 zeigt deutlich, dass durch Verknüpfen eines Oligomers über seine Hydroxylgruppe und des anderen Oligomers mit entgegengesetzter Chiralität über seine Carbonsäuregruppe stärkere bzw. festere Gele erhalten wurden im Vergleich zu Gelen, in denen beide Oligomere über ihre Hydroxylgruppen verknüpft waren (vergleiche G'-Werte für System II mit denen der korrespondierenden Gele für System I).
Es ist daher vorteilhaft, ein Oligomer über seine endständige Hydroxylgruppe mit Dextran zu verknüpfen und das Oligomer mit der entgegengesetzten Chiralität über seine Carbonsäuregruppe.

Claims

Hydrogel-Zusammensetzung, die aus einem Gemisch aus (A) wasserlöslichem oder wasserdispergierbarem Polymer in einem wässrigen System, wobei zumindest ein Teil des polymers mindestens zwei Gruppen enthält, die Oligomere oder Cooligomere sind, die zumindest teilweise aus chiralen Monomeren gebildet sind; und (B) wasserlöslichem oder wasserdispergierbarem Polymer in einem wässrigen System, wobei zumindest ein Teil des Polymars mindestens zwei Gruppen enthält, die Oligomere oder Cooligomere sind, die zumindest teilweise aus chiralen Monomeren mit einer Chiralität gebildet sind, die der der Monomere im Gemisch (A) entgegengesetzt ist, sodass der chirale Tell der Oligomere oder Cooligomere im Gemisch (B) im Wesentlichen den der Gruppen des Gemisches (A) ergänzt, besteht, wobei in der Hydrogel-Zusammensetzung die Gruppen an den Polymeren aus dem Gemisch (A) zu einer physikalischen Wechselwirkung mit den Gruppen aus dem Gemisch (B) führen.
Hydrogel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ollgomere oder Cooligomere dar Gemischs (A) oder (B) aus der Gruppe aus Homooligameren von D-Milchsäure, statistischen Cooligomeren von D-Lactid/ε-Caprolacton, Di- und Triblockblends von D-reicher Poly(milchsäure), Poly(D-lactidcoglycolid), Di- und Triblock-Cooligomeren von Poly(ethylenglycol)/Poly(D-Milchsäure), Poly(methylmethacrylat), Poly(α-methyl-α-ethyl-β-propiolacton), Poly(tert-butylethylenoxid), Poly(tert-butylethylensulfid), Poly[β,- (1,1-dichlorpropyl)β-propiolacton], Poly(α-benzylglutamat), Poly(methylbenzylmethacrylat), Poly(vinyi-N-butylpyridiumbromid), Poly(natriumstyrensulfonat), Poly(tert butylthiiran), Poly(α-Msthylbsnzylmethacrylat), Poly[β-((1,1-dichlorethyl)-β-propiolacton und Gemischen daraus gewählt sind und die Monomere des anderen Gemisches durch die Enantiomere der Monomere des ersten Gemisches gebildet sind.
Hydrogel-Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen des Gemisches (A) mit dem Polymer des Gemisches (A) durch einen Teil verbunden sind, der sich van dem entsprechenden Verbindungsteil an den Gruppen des Gemisches (B) chemisch unterscheidet.
Hydrogel-Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet; dass einer der Teile im Gemisch (A) oder (ß) eine Hydroxylgruppe ist und der Teil in der anderen Gruppe eine Carbonsäure ist.
Hydrogel-Zusammensetzung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die oligomeren Gruppen von bifunktionellen Oligomeren, die parallele Stereokomplexe bilden, abgeleitet sind.
Hydrogel-Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wasseilösliche oder wasseidispeigierbare Polymer aus der Gruppe aus Dextran, Stärke, Cellulosederivaten, Albumin, Lysorym, Poly(aminosäuren), poly(lysin) und verwandten Copolyrrieren, Poly(glutaminsäure) und verwandtan Copolymeren, Poly((meth)acrylaten)/((Meth)acrylamiden), Poly(vinylalkohol), Poly(ethylenglycol), wasserlöslichen Polyphosphazenen oder Gemischen daraus gewählt ist.
Hydrogel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Bindungsgruppe zwischen dem wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymer und der oligomeren oder cooligameren Gruppe gibt, wobei die Bindungsgruppe eine hydrolysierbare Gruppe aufweist.
Hydrogel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oligomeren oder cooligomeren Gruppen. aus Poly(milchsäure) bestehen, wobei die mittlere Kettenlänge der oligomeren oder cooligomaren Gruppen zwischen 7 und 25 liegt, um das Polymer in Wasser löslich oder dispergierbar zu machen.
Hydrogel-Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Anspreche, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Grad der Substitution des wasserlöslichan oder wasserdispergierbaren Polymere mit oligomeren oder cooligomeren Poly(milchsäure)gruppen 2 bis 25 Pfropfpolymere je Palymerkette beträgt, um ein Netzwerk zu erhalten, in dem die Vernetzungsstellen durch physikalische Wechselwirkung der wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymere entstehen.
Hydragel-Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Grad der Substitution des wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymere mit oligomeren oder cooligomeren Poly(milchsäure)gruppen zwischen 2 und 25 liegt, um die Polymerstruktur in Wasser löslich oder disperglerbar zu machen.
Hydrogel-Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Substitutionsgrad 3 bis 26 beträgt.
Hydrogel-Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oligomeren oder cooligomeren Gruppen des einen Gemisches Poly(Q-Milchsäure) aufweisen und die oligomeren oder cooligomeren Gruppen des anderen Gemisches Poly(L-Milchsäure) aufweisen, wobei die mittlere Kettenlänge jeweils 7 bis 15 Monomere beträgt.
Hydrogel-Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Anspreche, dadurch gekennzeichnet, dass alle oligomeren oder cooligomeren Gruppen die gleiche Länge haben.
Hydrogel-Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oligomeren oder cooligomeren Gruppen Pfropfpolymere sind.
Verfahren zur Herstellung eines Hydrogels mit den Schritten der Herstellung zweier Gemische eines substituierten wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymere, wobei die Herstellung jedes Gemisches umfasst: a) Polymerisation eines Monomers wahlweise In Gegenwart eines geeigneten Initiators, wobei das Monomer des einen Gemisches das Enantiomer des Monomers des anderen Gemisches ist; b) Reaktion des Produkts des vorhergehenden Schritts mit einer geeigneten Verknüpfungsverbindung; c) Reaktion des Produkts des vorhergehenden Schrille mit dem wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymer und d) Mischen der zwei Gemische.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der geeignete Initiator eine primäre oder sekundäre Hydroxylgruppe enthalt.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder in Schritt c) ein Wirkstoff zugegeben wird.
Verwendung eines Hydrogels, das in einem der Ansprüche 1 bis 17 definiert ist, zur Herstellung von Implantaten.
Verwendung des Gemisches (A) und des Gemisches (B) wie in einem der Anspreche 1 bis 17 definiert, bei der Herstellung eines ex-vivo-Gemisches, das geeignet ist, ein in einem der Anspreche 1 bis 17 definiertes Hydrogel in vivo zu bilden.
Verfahren zur Herstellung eines in einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 19 definierten Hydrogels in Form von Mikrokugeln, das die Bildung eines Zwei-Phasen-Systems, wahlweise in Gegenwart einer freisetzbaren Verbindung, umfasst, indem zwei der wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Polymere so gewählt werden, dass sie inkompatibel sind, wobei das Hydrogel aus dem Zwei-Phasen-System gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines in einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 19 definierten Hydrogels in Form v on Mikrokugeln, das das Sprühtrocknen mindestens eines wasserlöslichen Polymers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wahlweise in Gegenwart einer freisetzbaren Verbindung, umfasst.
Mit dem Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 herstellbare Mikrokugeln, die injizierbar sind.