DE60202366T2 - Unimolekulare polymerische micelle, die einen ionisierbaren kern enthalten - Google Patents

Description

• Gebiet der Erfindung
• Diese Erfindung betrifft allgemein das Gebiet unimolekularer polymerer Micellen (UPM), insbesondere UPM und Verfahren zu ihrer Herstellung, die eine Micelle mit einem ionisierbaren Kern ergeben, und vor allem die Verwendung solcher Micellen als Träger für pharmakologische Bestandteile. Dabei wird als Antwort auf den auf den UPM induzierten Ionisierungszustand eine gesteuerte Freisetzung dieser Bestandteile erreicht.
• Hintergrund der Erfindung
• Um die spezifische Abgabe von Medikamenten mit einem niedrigen therapeutischen Index zu verbessern, hat man verschiedene Medikamententräger wie Liposomen, Mikropartikel, nanoassoziierte Verbindungen (z. B. polymere Micellen, Polyionenkomplexmicellen (PICM) und Medikamentenpolymerkonjugate studiert. In den letzten Jahren sind wasserlösliche supramolekulare Anordnungen wie polymere Micellen und PICMs als vielversprechende neue kolloidale Träger für die Abgabe hydrophober Medikamente bzw. Polyionen (z. B. Antisinnoligonucleotide) hervorgetreten.
• Auf polymere Micellen konzentriert sich schon seit einiger Zeit immer mehr wissenschaftliche Aufmerksamkeit. Sie haben sich als mögliche Träger für Medikamente mit schlechter Wasserlöslichkeit empfohlen, weil sie diese Medikamente in ihrem inneren Kern solubilisieren können und attraktive Eigenschaften aufweisen, wie eine allgemein kleine Größe (< 300 nm) und die Neigung, nicht vom mononuklearen Phagocytensystem abgefangen zu werden.
• Micellen werden oft mit in der Natur vorkommenden Trägern wie Viren oder Lipoproteinen verglichen. Alle drei dieser Träger zeigen eine ähnliche Struktur mit Kern und Hülle, die den Schutz ihres Inhalts während des Transports zur Zielzelle ermöglicht, unabhängig davon, ob es sich um DNA für Viren oder wasserunlösliche Medikamente für Lipoproteine und Micellen handelt.
• Polymere Micellen scheinen einer der vorteilhaftesten Träger für die Abgabe schlecht wasserlöslicher Medikamente zu sein. Darüber berichten Jones und Leroux, Eur. J. Pharm. Biopharm. (1999) 48, 101–111; Kwon und Okano, Adv. Drug Deliv. Rev. (1996) 21, 107–116 und Allen et al., Colloids Surf. B: Biointerf. (1999) 16, 3–27. Sie sind durch eine Struktur mit Kern und Hülle gekennzeichnet. Der hydrophobe innere Kern dient im Allgemeinen als Mikromilieu für die Solubilisierung schlecht wasserlöslicher Medikamente, während die hydrophile äußere Hülle für die Stabilität der Micelle, den Schutz gegen die Opsonisierung und die Aufnahme durch das mononukleare Phagocytensystem verantwortlich ist. Die pharmazeutische Forschung an polymeren Micellen hat sich hauptsächlich auf Copolymere mit einer AB-Zweiblockstruktur konzentriert, in der A die Komponente der hydrophilen Hülle bzw. B die Polymere mit hydrophobem Kern darstellt. Mehrblockcopolymere wie Poly(ethylenoxid)-poly(propylenoxid)-poly(ethylenoxid) (PEO-PPO-PEO) (A-B-A) können sich auch selbst zu Micellen organisieren und sind bereits als potentielle Medikamententräger beschrieben worden (siehe z. B. Kabanov et al., FEBBS Lett. (1989) 258, 343–345). Der hydrophobe Kern, der im Allgemeinen aus einem biologisch abbaubaren Polymer wie einem Poly(β-benzylaspartat) (PBLA), Poly(D,L-milchsäure) oder Poly(ε-caprolacton) besteht, dient als Reservoir für ein schlecht wasserlösliches Medikament und schützt es vor dem Kontakt mit einem wässrigen Milieu. Der Kern kann auch aus einem wasserlöslichen Polymer wie Poly(asparaginsäure) (P(Asp)) bestehen, die durch die chemische Konjugation eines hydrophoben Medikaments hydrophob gemacht oder durch Assoziation von zwei entgegengesetzt geladenen Polyionen (PICM) gebildet wird. Verschiedene Studien beschreiben auch die Verwendung schlecht oder gar nicht biologisch abbaubarer Polymere wie Polystyrol (PSt) oder Poly(methylmethacrylat) (PMMA) als Bestandteile der inneren Hülle (siehe z. B. Zhao et al., Langmuir (1990) 6, 514–516; Zhang et al., Science (1995) 268, 1728–1731; Inoue et al., J. Controlled Release (1998) 51, 221–229 und Kataoka., J. Macroml. Sci. Pure Appl. Chem. (1994) A31, 1759–1769. Der hydrophobe innere Kern kann auch aus einer stark hydrophoben kleinen Kette wie einer Alkylkette oder einem Diacyllipid (z. B. Distearoylphosphatidylethanolamin) bestehen. Die hydrophobe Kette kann entweder an einem Ende eines Polymers befestigt oder statistisch innerhalb der polymeren Struktur verteilt werden. Die Hülle besteht üblicherweise aus Ketten von hydrophilen, biologisch nicht abbaubaren, biokompatiblen Polymeren wie Poly(ethylenoxid) (PEO) (siehe Allen et al. Colloids Surf. B: Biointerf. (1999) 16, 3–27 und Kataoka et al. J. Controlled Release (2000) 64, 143–153), Poly(N-vinyl-2-pyrrolidon) (PVP) (siehe Benahmed A et al., Pharm Res (2001) 18, 323–328) oder Poly(2-ethyl-2-oxazoline) (siehe Lee et al. Macromolecules (1999) 32, 1847–1852). Die biologische Verteilung des Trägers wird hauptsächlich durch die Beschaffenheit der hydrophilen Hülle bestimmt. Andere Polymere wie Poly(N-isopropylacrylamid) und Poly(alkylacrylsäure) verleihen den Micellen Temperatur- oder pH-Sensibilität und könnten letztendlich dazu verwendet werden, einer Verbindung bioadhäsive Eigenschaften zu geben (siehe US-A-5,770,627). Auch Micellen, die funktionelle Gruppen zur Konjugation mit einer Targetingkomponente an ihrer Oberfläche aufweisen, sind bereits beschrieben worden (siehe z. B. Scholz, C. et al., Macromolecules (1995) 28, 7295–7297).
• Unimolekulare polymere Micellen (UPM) bestehen aus einem einzigen Makromolekül mit einem inneren Kern und einer äußeren Hülle, die sich in ihrem hydrophoben und hydrophilen Charakter unterscheiden (siehe Liu et al., J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. (1999) 37, 703–711; Liu et al., J. Controlled Release (2000) 65, 121–131). Bei der Abgabe von Medikamenten besitzen unimolekulare polymere Micellen im Allgemeinen einen hydrophoben Kern und eine hydrophile Corona. Im Gegensatz zu supramolekularen Anordnungen sind unimolekulare Micellen von Natur aus stabil, weil sie keine kritische Assoziationskonzentration aufweisen (CAC per se). Solche Micellen können schlecht wasserlösliche Verbindungen solubilisieren und als Träger zum Targeting von Medikamenten verwendet werden. Da unimolekulare Micellen beim Verdünnen nicht dissoziieren, werden die Verbindungen üblicherweise durch Diffusion und/oder nach der Zersetzung der Polymerhauptkette aus dem inneren Kern freigesetzt (siehe Liu et al. J. Controlled Release (2000) 68, 167–171). Bei nicht biologisch abbaubaren unimolekularen Micellen ist die Diffusion der einzige Mechanismus der Medikamentenfreisetzung.
• In Stand der Technik fehlte deshalb eine UPM, die so ausgelegt ist, dass ihr Inhalt auf elegantere Weise freigesetzt werden kann. Genauer gesagt könnte es für viele verschiedene pharmazeutische Anwendungen nützlich sein, wenn eine UPM mit einem ionisierbaren inneren Kern synthetisiert würde. Beispielsweise können Micellen, die auf oralem Weg verabreicht werden sollen, so ausgelegt sein, dass sie einen Carbonsäuregruppen tragenden Kern haben. Hydrophobe oder im Wesentlichen hydrophobe Medikamente werden unter Bedingungen in den inneren Kern eingebracht, wo letztere protoniert werden. Solche Micellen sollten ihren Inhalt in den Dünndarm freisetzen, wenn der pH ansteigt.
• Beschreibung des Standes der Technik
• US-A-5,714,166 offenbart dendtritische Polymerkonjugate, die aus mindestens einem Dendrimer zusammen mit mindestens einer Einheit eines geträgerten Materials bestehen, wobei das Trägermaterial ein Mittel zur Modifizierung der biologischen Antwort sein kann. Im Konjugat kann auch ein Targetdirektor vorhanden sind. Wenn dieser vorhanden ist, kann das geträgerte Material ein bioaktives Mittel sein. Bevorzugte dendritische Polymere sind dichte Sternpolymere, die einen Komplex mit Mitteln zur Modifizierung der biologischen Antwort bilden. Diese Konjugate und Komplexe haben aufgrund ihrer einzigartigen Charakteristiken besonders vorteilhafte Eigenschaften.
• In US-A-6,177,414 geht es um Konjugate, die an einen geplatzten Stern erinnern und aus mindestens einem Dendrimer zusammen mit mindestens einer Einheit eines geträgerten landwirtschaftlichen, pharmazeutischen oder anderen Materials zusammengesetzt sind. Diese Konjugate haben aufgrund der einzigartigen Beschaffenheit des Dendrimers besonders vorteilhafte Eigenschaften. Das geträgerte Material ist Salicylsäure, und das Dendrimerpolymer ist Polyamidoamin.
• US-A-6,130,209 betrifft ein Schlüsselmicellenmolekül, das ein Kernmolekül und eine sich daraus erstreckende Vielzahl von Verzweigungen umfasst, wobei mindestens eine dieser Verzweigungen einen daraus herausragenden Schaftteil mit einer Endgruppe an einem Ende einschließt, die eine sekundäre und tertiäre Struktur zur Verfügung stellt, die den Zugang zu einem leeren Bereich einer Riegelmicelle gestattet, so dass eine Bindung an einen komplementären Akzeptor innerhalb der leeren Region der unimolekularen Riegelmicelle ermöglicht wird.
• US-A-5,154,853 nennt ein Verfahren zur Herstellung eines Kaskadenpolymers, das folgende Schritte umfasst: Alkylieren der Zweige einer Alkylverbindung mit einem Kern mit mehreren Verzweigungen und einem endständigen Alkinbaustein, der verschiedene etherische Seitenketten aufweist und gleichzeitig das Verringern der Alkindreifachbindungen und Entschützen, um ein nur aus Alkyl bestehendes Polymer mit mehreren Verzweigungen, das Multihydroxylendgruppen hat, herzustellen.
• US-A-5,206,410 betrifft die Verbindung 4-[1-(2-Cyanoethyl)]-4-[1-(3-(4-chlorbenzyloxy))propyl]-bis-1,7-(4-chlorbenzyloxy)heptan. Diese Verbindung wird als Synthon für die Herstellung unimolekularer Micellen verwendet.
• US-A-5,788,989 betrifft eine Zusammensetzung, die mindestens ein Dendrimer und mindestens eine in diesem Dendrimer eingeschlossene aktive Substanz umfasst, wobei das Dendrimer endständige Gruppen aufweist und wobei eine ausreichende Anzahl an endständigen Gruppen mit Blockiermitteln blockiert ist, wobei aktive Substanzen in den Dendrimeren eingeschlossen sind.
• In WO 01/87227 geht es um pH-sensible polymere Micellen, die keine UPM sind.
• Leroux J-C et al. berichten im Journal of Controlled Release, Elsevier Science Publishers BV, Amsterdam, NL, Band 72, Nr. 1 bis 3, 14. Mai 2001, S. 71 bis 84, über polymere Micellen, die keine UPM sind und einen nichtionisierbaren hydrophoben Kern haben. Die Hülle ist zwar ionisierbar, der Kern aber nicht.
• Papahadjopoulos et al. beschreiben in FEBS Letters, Elsevier Science Publishers, Amsterdam, NL, Band 421, Nr. 1, 2. Januar 1998, S. 61 bis 64, das gleiche Polymer wie im vorstehenden Absatz. Der erste Absatz mit Ergebnissen und Erörterungen auf S. 62 lehrt keine UPM mit einem ionisierbaren Kern.
• In US-A-5,955,509 geht es um auf den pH reagierende Micellen, die keine UPM sind, sondern so ausgelegt sind, dass sie aufbrechen, wenn der Kern ionisiert wird.
• Keine Rede scheint im Stand der Technik von der Herstellung einer UPM mit einem ionisierbaren Kernen zu sein, mit der die Funktionalität in einer Vielzahl pharmazeutischer Anwendungen verbessert werden kann.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Die Erfindung beschreibt die Herstellung von UPM, die eine hydrophile Hülle aufweisen und einen potentiell ionisierbaren und relativ hydrophoben Kern bei einem vorher festgelegten pH-Wert haben. Der Kern wird elektrostatisch geladen, wenn sich der pH verändert. Solche Micellen können entweder aus biologisch abbaubaren oder nicht biologisch abbaubaren Polymeren hergestellt werden. Medikamente, die in diese UPM "geladen" wurden, können physikalisch in den Mi cellen zurückgehalten werden, wenn der pH des umgebenden Mediums Interaktionen mit dem Kern begünstigt. Wenn sich der pH ändert, verringert die Modifizierung im Ionisierungszustand des Kerns die Interaktionen zwischen dem Medikament und dem inneren Kern und fördert die Freisetzung des Micelleninhaltes. Beispielsweise werden hydrophobe Medikamente unter Bedingungen, wo der Kern unverändert ist, in diese Micellen geladen. Bei der Protonierung oder Deprotonierung des Kerns stellt der Anstieg der Polarität die Antriebskraft zur Freisetzung der Verbindung zur Verfügung.
• Folglich ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine unimolekulare Micellenverbindung mit einem ionisierbaren Kern zu lehren.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren für die kontrollierte Freisetzung von pharmakologischen Zusammensetzungen aus unimolekularen polymeren Micellen zur Verfügung zu stellen, wo die Freisetzung durch Veränderung des Ionisierungszustandes des Micellenkerns ausgelöst wird.
• Weitere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung zusammen mit den Begleitzeichungen hervor. Darin sind zur Veranschaulichung und als Beispiel bestimmte Ausführungsformen dieser Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen sind Teil dieser Beschreibung und enthalten beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Außerdem veranschaulichen sie bestimmte Aufgaben und Merkmale der Erfindung.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• 1 zeigt das Syntheseschema einer UPM mit einem ionisierbaren und hydrophob gemachten inneren Kern und einer nichtionischen hydrophilen äußeren Hülle.
• 2 zeigt das ¹H NMR-Spektrum des Tetrainitiators der Radikalpolymerisation durch Atomtransfer (ATRP);
• 3 sind die ¹H NMR Spektren des nichtionischen Stern-P(PEGMA1000)-b-P(EMA₅₀-co-tBMA₅₀) und des ionisierbaren Stern-P(PEGMA1000)-b-P(EMA₅₀-co-MAA₅₀);
• 4 zeigt die ¹H NMR Spektren des nichtionischen Stern-P(PEGMA200)-b-P(EMA₅₀-co-tBMA₅₀) und des ionisierbaren Stern-P(PEGMA200)-b-P(EMA₅₀-co-MAA₅₀).
• Detaillierte Beschreibung der Erfindung
• In 1 ist eine schrittweise Analyse eines Verfahrens zur Synthese einer unimolekularen polymeren Micelle mit einem hydrophoben inneren Kern und einer hydrophilen Corona veranschaulicht.
• Ohne sich durch ein spezielles Syntheseverfahren einschränken lassen zu wollen, stellen die Erfinder UPM vorzugsweise durch Radikalpolymerisation mittels Atomtransfer (ATRP) her. Jedoch kann jede beliebige Alternative wie andere Polymerisationen lebender Radikale oder die Kondensation vorgeformter funktionalisierter Polymere verwendet werden.
• UPM können auch durch einen divergenten Ansatz (siehe Ranger et al. 28th Int. Symposium on Controlled Release of Bioactive Materials (2001), CRS Meetings, im Druck) oder konvergenten Ansatz (siehe Frechet et al. US-A5,041,516; Bosman et al. Polym. Prep. (2001), ACS Meetings, im Druck) hergestellt werden. Beim divergenten Ansatz verwendet man einen multifunktionalisierten Initiator, um die molekularen Arme der UPM zu polymerisieren. In diesem Fall wird zuerst der hydrophobe Kern synthetisiert und dann die hydrophile Hülle. Der konvergente Ansatz besteht darin, zuerst ein amphiphiles Zweiblockcopolymer zu synthetisieren, wobei man mit dem hydrophilen Block beginnt und dann das äußerste Ende des hydrophoben Blocks mit einer kleinen Menge Vernetzungsmittel vernetzt.
• Zum Zweck der Veranschaulichung wird hier nur der divergente Ansatz beschrieben, um die pH-empfindliche UPM herzustellen.
• Der Radikalinitiator für die Synthese des Polymers durch ATRP kann ein di-, tri-, tetra-, penta- oder hexafunktionalisiertes Molekül sein. Dieses multifunktionalisierte Molekül setzt die Polymerisation mehrerer Ketten in Gang und ergibt Polymere mit der Form mehrerer Arme bzw. eines Sterns. Beispielsweise kann der Radikalinitiator aus Pentaerythrit, tris(Hydroxymethan)ethan oder tris(Hydroxymethan)aminomethan (TRIS) hergestellt werden. Der Initiator weist eine Halogenfunktionalität auf, die für ATRP aktiviert werden kann. Ohne sich auf einen bestimmten Substituenten einschränken zu wollen, kann diese Funktionalität mindestens eines von 2-Halogenoisobutyrylatderivaten, 2-Halogenopropionatderivaten, 2-Halogenoacetatderivaten oder 1-(Halogenomethyl)benzolderivat einschließen.
• Der Katalysator für die ATRP besteht aus einem Metallsalz und einem Liganden. Nicht einschränkende Beispiele für geeignete Salze können eine oder mehrere Verbindungen einschließen, ausgewählt aus Kupfer(I)-bromid, Kupfer(I)-chlorid oder Kupfer(I)-thiocyanat sowie Eisen(II)- und Nickel(0 oder I)-Verbindungen. Examplarische, aber nicht einschränkende Beispiele des Liganden können 2,2'-Bipyridinderivate oder bis(Dimethylamino)verbindungen (z. B. N,N,N',N',N'',N''-Pentamethyldiethylentriamin (PMDETA)) einschließen.
• Im Allgemeinen werden die UPM aus Vinylmonomeren, Vinyloligomeren oder letztendlich Vinylpolymeren synthetisiert. Diese Monomere/Oligomere/Polymere können Acrylat-, Acrylamid-, Alkylacrylat-, Alkylacrylamid-, Arylacrylat- und Arylacrylamidderivate sein, bei denen die Begriffe Alkyl und Aryl für aliphatische bzw. aromatische Komponenten stehen (z. B. Methacrylat, Methacrylamidderivate, Poly(lactid) mit endständigen Vinylgruppen oder Poly(ε-caprolacton) mit endständigen Vinylgruppen etc). Auch N-Vinylpyrrolidonderivate, Vinylacetatderivate, Allylamin- und Styrolderivate können zur Herstellung der auf den pH reagierenden UPM in Betracht gezogen werden.
• Genauer gesagt wird der innere Kern durch Polymerisieren ionisierbarer Monomere (die basische oder saure Einheiten enthalten) allein oder in Kombination mit hydrophoben Vinylverbindungen hergestellt werde. Die ionisierbaren Monomere könnten Alkylacrylsäurederivate, (Aminoalkyl)acrylat- oder (Aminoalkyl)alkylacrylatderivate sein. Die sauren oder basischen Einheiten der Polymerkette können von einem nichtionisierbaren Vorläufer (z. B. tert-Butylmethacrylat) abgeleitet sein. Die hydrophoben Vinylverbindungen könnten Acrylat-, Acrylamid-, Alkylacrylat-, Alkylacrylamidarylacrylat- und Arylacrylamidderivate sein, bei denen die Begriffe Alkyl und Aryl für aliphatische bzw. aromatische Komponenten stehen (z. B. Methacrylat, Methacrylamidderivate, Poly(lactid) mit endständigen Vinylgruppen oder Poly(ε-caprolacton) mit endständigen Vinylgruppen etc).
• Die äußere Hülle wird durch die Polymerisation hydrophiler Vinylverbindungen erhalten, wenn die Synthese des inneren Kerns abgeschlossen ist. Nicht einschränkende Beispiele für brauchbare hydrophile Vinylverbindungen können (2- Hydroxypropyl)methacrylamid (HPMA), N-Vinyl-2-pyrrolidon, Poly(ethylenglycol) mit endständigen Vinylgruppen, N-Isopropylacrylamid und ihre verwandten Derivate sein.
• UPM, die nicht parenteral verabreicht werden sollen, sollten ein Molekulargewicht von höchstens 40.000 haben, wenn sie nicht biologisch abbaubar sind. Es gibt keine Beschränkung des Molekulargewichts für biologisch abbaubare UPM oder nicht biologisch abbaubare UPM, die entweder oral oder lokal verabreicht werden, solange die UPM in Wasser löslich bleiben.
• Pharmakologische Bestandteile, die für die erfindungsgemäßen pharmazeutischen Formulierungen brauchbar sind, umfassen unter anderem verschiedene therapeutische Mittel, Medikamente, Peptide, Proteine, genetisches Material (z. B. Oligonucleotide), genetisch veränderte Bestandteile, polyionische Bestandteile und dergleichen.
• Diese Bestandteile können nach Fachleuten bekannten Techniken in die unimolekulare Micelle insertiert werden. Beispielsweise können Medikamente durch physikalisches Einschließen durch Dialyse, Emulgiertechniken, einfaches Äquilibrieren des Medikaments und der Micellen in einem wässrigen Medium oder Solubilisieren einer Feststoffdispersion aus Medikament/Polymer in Wasser in die erfindungsgemäßen polymeren Micellenzusammensetzungen inkorporiert werden.
• Micellen können auch durch Einschluss von Targeting-Liganden, z. B. monoklonalen Antikörpern, Lektinen, Zuckern, Vitaminen, Peptiden bzw. immunologisch distinkten Fragmenten davon oder ähnlichen Komponenten, die den Micellen die Fähigkeit verleihen, sich bevorzugt auf ein spezielles Zielgebiet zu konzentrieren, zielgerichtet auf spezifische Zellen gelenkt werden.
• Therapeutische Mittel, die verwendet werden können, sind alle Verbindungen, die stabil in polymeren Micellen eingeschlossen und in einer therapeutisch effektiven Dosis verabreicht werden können. Vorzugsweise sind die erfindungsgemäß verwendeten therapeutischen Mittel hydrophob oder polyionisch (z. B. DNA). Obwohl sich die Erfinder nicht auf ein spezielles Mittel beschränken lassen wollen, können geeignete Medikamente Antitumormittel wie Phthalocyanine (z. B. Aluminumchloridphthalocyanin), Anthracycline (z. B. Doxorubicin), schlecht lösliche Antimetaboliten (z. B. Methotrexat, Mitomycin, 5-Fluoruracil) und Alkylierungs mittel (z. B. Carmustin) einschließen. Micellen können auch Taxane wie Paclitaxel enthalten.
• Zusätzliche Medikamente, die ebenfalls in Micellen enthalten sein können, sind herkömmliche hydrophobe Antibiotika und pilztötende Mittel wie Amphotericin B und Itraconazol, schlecht wasserlösliche Immunmodulatoren wie Cyclosporin, schlecht wasserlösliche antivirale Medikamente wie HIV-Proteasehemmer und schlecht wasserlösliche steroidale (z. B. Dexamethason) und nichtsteroidale (z. B. Indomethacin) entzündungshemmende Medikamente.
• Für die Zwecke der Erfindung werden hydrophobe Medikamente unter Bedingungen in den inneren Kern geladen, unter denen letzterer gar nicht oder größtenteils ungeladen ist. Dauerhaft geladene oder ionisierbare Medikamente werden unter Bedingungen in den inneren Kern geladen, unter denen letzterer vollständig oder größtenteils geladen ist.
• Die folgenden Beispiele sollen die Herstellung ionisierbarer kerntragender unimolekularer polymerer Micellen mit unterschiedlichen Molekulargewichten (aus alternativ brauchbaren Vorläufermaterialien) veranschaulichen.
• Beispiele
• Synthese von Sternpoly([poly(ethylenglycol)]methacrylat)-block-poly(ethylmethacrylat-co-tert-butylmethacrylat) und Stern-poly([poly(ethylenglycol)]methacrylat)-block-poly(ethylmethacrylat-co-methacrylsäure)
• Stern-P(PEGMA200)-b-P(EMA₅₀-co-tBMA₅₀) (Vorläufer Nr. 1)
• Stern-P(PEGMA200)-b-P(EMA₅₀-co-MMA₅₀) (aus Vorläufer Nr. 1)
• Stern-P (PEGMA1000)-b-P(EMA₅₀-co-tBMA₅₀) (Vorläufer Nr. 3).
• Stern-P(PEGMA1000)-b-P(EMA₅₀-co-MAA₅₀) (aus Vorläufer Nr. 3)
• Gemäß der Methodik der Erfindung werden folgende Begriffe definiert:
• Der Begriff "Stern" bedeutet, dass diese Polymere tatsächlich Moleküle sind, die einen hervortretenden Mittelpunkt haben, der mit vielen linearen oder verzweigten polymeren Armen verbunden ist.
• Im Folgenden beschreibt das Wort "Stern" die Hülle oder Corona der UPM.
• Die hinter den Begriff "PEGMA" gestellte Zahl bedeutet das Molekulargewicht der PEG-Kette, die in der wiederkehrenden Einheit (oder im Monomer) enthalten ist.
• Der tiefgestellte Text bezeichnet den Anteil in einem polymeren Segment.
• Der Buchstabe "b" zeigt an, dass Polymere und/oder polymere Arme auf einer Zweiblock-Copolymerstruktur basieren.
• Der letzte Begriff nach dem Buchstaben "b" beschreibt den UPM-Kern.
• Materialien
• Bezogen wurden alle Produkte von Aldrich (Milwaukee, Wis.). Kupfer(I)-bromid (Qualität 99,99%), 2-Bromisobutyrylbromid, wasserfreies Triethylamin und N,N,N',N',N'',N''-Pentamethyldiethylentriamin (PMDETA) wurden ohne weitere Reinigung verwendet. Ethylmethacrylat (EMA), tert-Butylmethacrylat (tBMA) und Methyl-PEG-methacrylat (M_n des PEG-Segments: 200 und 1000) (PEGMA200 bzw. PEGMA1000) wurden als Vinylmonomere verwendet. Vor der Verwendung wurde Tetrahydrofuran (THF) unter Verwendung von Benzophenon als Trocknungsindikator über Natrium destilliert.
• Synthese des ATRP-Tetrainitiators
• Tetra(2-bromisobutyryl)pentaerythritolat:
• Zu einer Lösung von Pentaerythrit (10 g, 0,005 mol) und Triethylamin (3,0 g, 0,03 Mol) in 140 ml wasserfreiem THF, das man in einem Wasser-Eisbad leicht gekühlt hatte, gab man langsam 2-Bromisobutyrylbromid (17,2 ml, 0,14 mol). Die Lösung wurde dann auf Raumtemperatur erwärmt und 24 h gerührt. Man goss das Gemisch in Wasser und extrahierte es mit Methylenchlorid. Die organischen Extrakte wurden nacheinander mit einer Lösung von HCl 1 M und NaOH 1 M (die NaCl enthielt) gewaschen und über Magnesiumsulfat getrocknet. Das Lösungsmittel wurde unter verringertem Druck entfernt. Das Produkt wurde in Ethanol/ Diethylether umkristallisiert. Die Titelverbindung wurde durch einfaches Filtrieren gewonnen, das sich an eine Wäsche mit Diethylether anschloss.
  Ausbeute: 97% nach dem Ausfällen. Hellbraun gefärbter Kristall. 1^H NMR (δ, ppm, CDCl₃): 4,33 (s, 8H); 1,94 (s, 24H).
• In 2 ist ein ¹H NMR-Spektrum des ATRP-Tetrainitiators zu sehen. Dieser Radikalinitiator ist sehr stabil in Gegenwart von Luft oder Wasser.
• ATRP für Stern-P(PEGMA1000)-b-P(EMA₅₀-co-tBMA₅₀)
• Die ATRP Zweischritt-Polymerisation von Monomeren wurde in einer Lösung durchgeführt, wobei man Tetra(2-bromisobutyryl)pentaerythritolat verwendete. Der ATRP-Tetrainitiator (1 eq.) wurde einer Lösung zugesetzt, die PMDETA (4.1 eq.), Cu(I)Br (4,1 eq.), EMA (16 eq.) und tBMA (16 eq.) in THF (0,35 M) enthielt. Das Gemisch wurde bei Raumtemperatur 15 bis 20 Minuten mit Argon entgast und dann über Nacht auf 60°C erwärmt. Anschließend wurde das Gemisch in eine Flasche umgefüllt, die einen Überschuss des PEGMA (M_n: 1000, 32 eq.) enthielt, das zuvor mit aufeinanderfolgenden Zyklen von Vakuum/Argon entgast worden war. Der Reaktionskessel wurde 48 Stunden bei 60°C gerührt. Nach der Polymerisation wurde das Gemisch in THF gegossen, das 10% Ethanol enthielt. Die resultierenden Polymere wurden auf Kieselgel mit THF als Eluent filtriert, um das Kupferbromid zu entfernen. Schließlich unterzog man die Polymere 48 Stunden lang einer Dialyse (Spectra/Por Nr. 1, M_w-Ausschlussgrenze 50,000) gegen Wasser. Dann wurden sie gefriergetrocknet. Ausbeute: 50–65%.
• ATRP für Stern-P(PEGMA200)-b-P(EMA₅₀-co-tBMA₅₀)
• Die ATRP Zweischritt-Polymerisation von Monomeren wurde auch in Lösung durchgeführt, wobei man Tetra(2-bromisobutyryl)pentaerythritolat verwendete. Der ATRP-Tetrainitiator (1 eq.) wurde einer Lösung zugesetzt, die PMDETA (3 eq.), Cu(I)Br (2 eq.), EMA (16 eq.) und TBMA (16 eq.) in THF (0,35 M) enthielt. Das Gemisch wurde 15 bis 20 Minuten bei Raumtemperatur mit Argon entgast und dann eine Stunde lang auf 65°C erwärmt. Dann wurde zuvor mit Argon entgastes PEGMA (M_n: 200, 40 eq.) in das Gemisch umgefüllt. Der Reaktionskessel wurde 5 Stunden bei 65°C gerührt. Nach der Polymerisation wurde das Gemisch in THF gegossen, das 10% Ethanol enthielt. Die resultierenden Polymere wurden auf Kieselgel mit THF als Eluent filtriert, um das Kupferbromid zu entfernen.
• Schließlich wurden die Polymere 48 Stunden lang gegen Wasser dialysiert (Spectra/Por Nr. 1, M_w-Ausschlussgrenze 6.000–8.000) und dann gefriergetrocknet. Ausbeute: 65–75%.
• Umwandlung von tBMA zu MAA
• Diese Umwandlung von Estergruppen, die ein tert-Butyl tragen, zu Carbonsäure bestand aus einer Hydrolyse im sauren Milieu. Zu einer Lösung der Polymere mit tBMA-Einheiten (7,7 mMol) in Dioxan (2,6 M) gab man 5 Stunden lang konzentrierte HCl (32 mMol). Die Methacrylsäurederivate wurden in Diethylether ausgefällt und filtriert. Die Polymere wurden in Ethanol gelöst, gegen Wasser dialysiert und gefriergetrocknet.
• Analyseverfahren
• ¹H und ¹³C NMR-Spektren wurden auf einem Bruker AMX300 und ARX400 in deuteriertem Chloroform (CDCl₃) und Methanol (CD₃OD) (CDN Isotopes, Canada) bei 25°C aufgezeichnet. Das zahlenmittlere (M_n) und gewichtsmittlere (M_w) Molekulargewicht wurden durch Größenausschlusschromatographie (SEC) mit einer Alliance GPVC2000 (Waters, Milford, Mass.) und durch Nuklearmagnetresonanzspektroskopie (¹H-NMR) bestimmt.
• In 3 sind ¹H NMR-Spektren von nichtionischem Stern-P(PEGMA1000)-b-P(EMA₅₀-co-tBMA₅₀)(A) und ionisierbarem Stern-P(PEGMA1000)-b-P(EMA₅₀-co-MMA50)(B) sternförmiger Copolymere veranschaulicht.
• 3A zeigt das ¹H NMR-Spektrum des Stern-(PEGMA1000)-b-P(EMA₅₀-co-tBMA₅₀), das der Vorläufer des PMAA-Derivats ist. Die ¹H NMR-Analyse der vor der Reaktion mit PEGMA gesammelten Fraktion zeigte, dass jeder Arm des hydrophoben Kerns 4 Einheiten EMA und 4 Einheiten tBMA aufwies. Das Molekulargewicht (M_n) des Kerns und der Hüllen betrugen 4.800 bzw. 4.400. Als die Polymerisation angehalten wurde, besaß die auf PEGMA1000 basierende UPM ein M_n von etwa 9.000 (ermittelt durch ¹H NMR-Analyse).
• Stern-P(PEGMA200)-b-P(EMA₅₀-co-tBMA₅₀) führt zu höheren Ausbeuten bei der Synthese, weil eine kürzere, in Monomere inkorporierte PEG-Kette verwendet wird. Laut SEC-Analyse hat der Kern des Stern-P(PEGMA200)-b-P(EMA50-co- tBMA50) ein Molekulargewicht (M_n) von etwa 2.800 mit einer Polydispersität von etwa 1,2. Nach dem Inkorporieren der PEGMA-Einheiten sind diese UPM leicht wasserlöslich und weisen ein M_n von 11.800 auf.
• Die saure Spaltung der tBMA-Gruppen ergibt (Stern-P(PEGMA1000)-b-P(EMA50-co-MAA50)). Dadurch erhält man ionisierbare Einheiten des inneren Kerns, die für die pH-gesteuerten Freisetzungseigenschaften erforderlich sind.
• Wie 3B zeigt, waren mindestens 70% der tBMA-Einheiten gespalten. Im Falle von Stern-P(PEGMA200)-b-P(EMA₅₀-co-tBMA₅₀) ist die Hydrolyse von tBMA-Einheiten in Carbonsäuregruppen praktisch quantitativ (4).
• Alle in dieser Beschreibung erwähnten Patente und Veröffentlichungen sind Indikatoren für das Niveau der Fachleute auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht. Alle Patente und Veröffentlichungen werden hiermit durch Bezugnahme im gleichen Ausmaß aufgenommen, als wäre jede einzelne Veröffentlichung eigens und ausdrücklich aufgenommen worden.
• Selbstverständlich gilt, dass zwar eine bestimmte Form der Erfindung veranschaulicht wurde, diese jedoch nicht auf die spezifische Form oder Anordnung von Teilen beschränkt ist, wie sie hier gezeigt und beschrieben wurden.
• Ein Fachmann wird ohne weiteres erkennen können, dass die Erfindung gut geeignet ist, um ihre Aufgaben zu lösen und die ausdrücklich oder implizit aufgeführten Ziele und Vorteile zu erreichen. Die hier beschriebenen Verbindungen, Zusammensetzungen, biologisch verwandten Verbindungen, Verfahren und Techniken sind derzeit repräsentativ für die bevorzugten Ausführungsformen, sollen beispielhaft sein und dürfen nicht aus Einschränkung des Rahmens ausgelegt werden. Fachleute werden auf Veränderungen und andere Anwendungen kommen, die jedoch zum Charakter der Erfindung gehören und durch den Rahmen der Ansprüche definiert sind.
• Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit spezifischen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie in ihrer beanspruchten Form selbstverständlich nicht auf dies spezifischen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr fallen verschiedene Abwandlungen der beschriebenen Wege zur Durchführung der Erfindung, die für Fachleute auf der Hand liegen, in den Rahmen der folgenden Ansprüche.

Claims (14)

1. Unimolekulare polymere Micelle, umfassend einen ionisierbaren inneren Kern und eine hydrophile äußere Hülle.
2. Unimolekulare polymere Micelle nach Anspruch 1, worin der ionisierbare innere Kern ionisierbare wiederkehrende Einheiten einzeln oder in Kombination mit nichtionischen, hydrophoben wiederkehrenden Einheiten enthält.
3. Unimolekulare polymere Micelle nach Anspruch 2, worin die ionisierbaren wiederkehrenden Einheiten mindestens eine Verbindung enthalten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Alkylacrylsäurederivaten, Acrylsäurederivaten, (Aminoalkylacrylat)derivaten und (Aminoalkyl)alkylacrylatderivaten.
4. Unimolekulare polymere Micelle nach Anspruch 2, worin die hydrophoben wiederkehrenden Einheiten mindestens eine Verbindung umfassen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Acrylatderivaten, Acrylamidderivaten, Alkylacrylatderivaten, Alkylacrylamidderivaten, Arylacrylatderivaten und Arylacrylamidderivaten.
5. Unimolekulare polymere Micelle gemäß Anspruch 4, worin: die Alkyl- oder Arylverbindungen mindestens eine aliphatische oder aromatische Einheit enthalten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Acrylatderivaten, Acrylamidderivaten, Methacrylatderivaten und Methacrylamidderivaten.
6. Unimolekulare polymere Micelle nach Anspruch 1, worin die hydrophile äußere Hülle mindestens eine hydrophile Verbindung umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Vinylmonomeren, Vinyloligomeren und Vinylpolymeren.
7. Unimolekulare polymere Micelle nach Anspruch 6, worin die hydrophile Verbindung mindestens eine Verbindung umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Acrylderivaten, Acrylamidderivaten, Alkylacrylatderivaten, Alkylacrylamidderivaten und N-Vinyl-2-pyrrolidon-Derivaten.
8. Unimolekulare polymere Micelle nach Anspruch 1, worin die hydrophile Hülle sich von funktionalisierten und hydrophilen Polymeren ableitet.
9. Unimolekulare polymere Micelle nach Anspruch 8, worin die funktionalisierten und hydrophilen Polymere ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Poly(ethylenglycol) oder Poly(N-vinyl-2-pyrrolidon).
10. Pharmazeutische Formulierung, umfassend die unimolekulare polymere Micelle nach Anspruch 1 in Kombination mit einer wirksamen Menge mindestens eines pharmakologischen Bestandteils.
11. Pharmazeutische Formulierung nach Anspruch 10, worin der pharmakologische Bestandteil aus der Micelle in Antwort auf eine Änderung des pH-Wertes freigesetzt wird.
12. Pharmazeutische Formulierung nach Anspruch 10, worin der pharmakologische Anteil ein Wirkstoff ist.
13. Pharmazeutische Formulierung nach Anspruch 10, worin der pharmakologische Bestandteil ein Peptid, Protein oder genetisches Material ist.
14. Pharmazeutische Formulierung nach Anspruch 10, umfassend einen geeigneten zielrichtenden Liganden.