DE69613569T3

DE69613569T3 - Biologisch abbaubare polyacetalpolymere und bildung und verwendung

Info

Publication number: DE69613569T3
Application number: DE69613569T
Authority: DE
Inventors: Mikhail Papisov
Original assignee: General Hospital Corp
Current assignee: General Hospital Corp
Priority date: 1995-04-14
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2016-04-02
Also published as: ATE202573T1; DE69613569T2; EP0820473A1; US5811510A; US5863990A; DK0820473T4; EP0820473B1; WO1996032419A1; CA2215997C; DK0820473T3; US5958398A; EP0820473B2; AU5531296A; DE69613569D1; JP4187265B2; CA2215997A1; JPH11503481A; GR3036696T3

Description

Hintergrund der Erfindung
Polymere, die als Reaktion auf den Kontakt mit Körperfluid durch einen physikalischen oder chemischen Prozeß abgebaut werden, während sie implantiert oder injiziert sind, werden in der Regel als biologisch abbaubar betrachtet. Biologisch abbaubare Polymere sind als Materialien, die zur Bildung einer breiten Vielzahl von pharmazeutischen Präparationen und anderen biomedizinischen Produkten eingesetzt werden können, Gegenstand des zunehmenden Interesses. Beispiele für medizinische Anwendungen für biologisch abbaubare Polymere umfassen Tablettenüberzüge, Plasma-Ersatzstoffe, Gele, Kontaktlinsen, chirurgische Implantate, Systeme zur kontrollierten Arzneimittelfreisetzung, Bestandteile für Augentropfen und zirkulierende Langzeit- und zielgerichtete Arzneimittel.
Viele Polymere weisen hydrophobe Domänen auf, und folglich ist ihre Biokompatibilität begrenzt. Hydrophobe Polymere sind durch nichtspezifische Wechselwirkungen mit Proteinen und Lipiden, die auch unerwünschte Nebenwirkungen hervorrufen können, angreifbar. Außerdem weisen synthetische Polymere, wie Vinyl-, Acryl- und Methacrylsäurepolymere, typischerweise hydrophobe Hauptketten auf, die sich in vivo nicht schnell zersetzen.
Hydrophile Polymere sind in der Natur häufig. Beispielsweise sind Polysaccharide natürlich vorkommende Polymere, die in ihrer Hauptkette Hydrolyse-empfindliche Acetale einschließen. Allerdings können Polysaccharide mit Zellrezeptoren und/oder Plasma-Opsoninen Wechselwirken, was zu Nebenreaktionen und anderen unerwünschten Effekten führen kann.
Polyacetale können synthetisch gebildet werden. Allerdings enthalten die meisten synthetischen Polyacetale die Acetalgruppe nicht in der Hauptkette. Außerdem sind die bekannten synthetischen Polyacetale mit Acetalgruppen in der Hauptkette im wesentlichen hydrophob und besitzen in Wasser eine eingeschränkte Löslichkeit. Sie umfassen auch keine pharmazeutischen Substituenten.
Es besteht darum Bedarf an einem Polymeren, welches die oben erwähnten Probleme behebt oder minimiert.
Wie ausführlich im folgenden erklärt, betrifft die vorliegende Erfindung Polyacetale, die durch vollständige Oxidation von Kohlenhydraten erhalten werden, wobei cyclische Ringeinheiten der Kohlenhydrate in den Polyacetalen fehlen.
Die US-A-4 024 073 offenbart ein Hydrogel, das ein wasserlösliches Polymer, das einen an die Polymerkette gebundenen Chelatbildner enthält, und ein mehrwertiges Metallion, das die Polymermoleküle über den Chelatbildner vernetzt, enthält. Beispielhaft für das Hauptkettenpolymer sind Polysaccharide und Polypeptide; beispielhaft für die Chelatbildner sind beispielsweise Cystin und Lysin. In Beispiel 7 dieser Patentschrift wird kurz gesagt lösliche Stärke mit Natriummetaper iodat umgesetzt; nicht umgesetztes Periodat wird zerstört, und anschließend wurde Cystin zusammen mit Natriumborhydrid zugesetzt. Nach Zersetzung von nicht umgesetztem Bohrhydrid und Oxidation unter Zugabe von Cobaltionen wurde ein elastisches Cystin-Stärke-Hydrogel erhalten. Das so hergestellte Produkt kann praktisch kein vollständig oxidiertes Stärkeprodukt ergeben.
Die EP-A-0 584 034 offenbart Ligand-Kohlenhydrat-Arzneimittel-Konjugate und Verfahren zu ihrer Bildung. Das Kohlenhydrat (z. B. Gummi Arabicum oder Tragacanth) ist vorzugsweise oxidiert. Beispiel 1 lehrt die Herstellung eines Toxogenübertragenden Gummi Arabicum-araC, wobei der erste Schritt die Oxidation von Gummi Arabicum durch Natriumperiodat umfaßt. Gummi Arabicum ist ein komplexes Gemisch von Verbindungen, die Polysaccharide enthalten, wovon einige Periodatbeständig sind, und daher kann die Kohlenhydrathauptkette erwartungsgemäß nicht vollständig oxidiert und frei von cyclischen Ringeinheiten sein.
Die EP-A-0 304 183 betrifft einen pharmazeutisch verträglichen wasserlöslichen Komplex, umfassend ein wasserlösliches, kovalent an Deferoxamin gebundenes Biopolymer. Das Biopolymer ist beispielsweise ein Polysaccharid, wie Dextran oder Stärke, und das Deferoxamin kann kovalent an die Aldehydgruppen am Polysaccharid gebunden sein. Vor der Umsetzung mit dem Deferoxamin wird das Polysaccharid mit Periodat oxidiert, und nach der Umsetzung wird es mit Borhydrid reduziert. Die zur Oxidation des Polysaccharids in der EP-A-0 304 183 offenbarten Bedingungen sind so, daß keine vollständige Oxidation erfolgt.
Ein erfindungsgemäßes biologisch abbaubares biokompatibles Polyacetal und eine Zusammensetzung, die es umfaßt, ist Gegenstand der hier beigefügten Ansprüche 1 bis 17. Das Verfahren zur Herstellung dieses Polyacetals ist Gegenstand der Ansprüche 18 bis 28, während Produkte, die das Polyacetal enthalten, und Anwendungen hiervon Gegenstand der Ansprüche 29 bis 41 sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft biologisch abbaubare Polyacetale, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verfahren zur Behandlung und zum Studium von Säugern durch Verabreichung von biologisch abbaubaren Polyacetalen.
Die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale bestehen aus Verbindungen bestehend aus der folgenden chemischen Struktur:
R¹ ist eine biokompatible Gruppe und umfaßt ein Kohlenstoffatom, das kovalent an C¹ gebunden ist. R^x umfaßt ein Kohlenstoffatom, das kovalent an C² gebunden ist. "n" ist eine ganze Zahl. R², R³, R⁴ und R⁵ sind biokompatible Gruppen und aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Wasserstoff und organischen Gruppierungen. Mindestens eines von R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ ist hydrophil.
Ein Verfahren zur Bildung des erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren Polyacetals umfaßt die Kombination eines molaren Überschusses eines Glycol-spezifischen Oxidationsmittels mit einem Polysaccharid unter Bildung einer Aldehyd-Zwischenstufe. Die Aldehyd-Zwischenstufe wird anschließend unter Bildung des biologisch abbaubaren Polyacetals umgesetzt.
Ein zweites Verfahren zur Bildung der biologisch abbaubaren Polyacetale umfaßt die Kombination eines kationischen Starters mit einer Reaktante der chemischen Struktur:
Die Reaktante wird in ein Polymer bestehend aus der chemischen Struktur:
übergeführt. P¹ ist eine geschützte hydrophile Gruppe, die ein kovalent an C¹ gebundenes Kohlenstoffatom einschließt. P^x ist eine geschützte hydrophile Gruppe, die ein kovalent an C² gebundenes Kohlenstoffatom einschließt. "n" ist eine ganze Zahl. Mindestens eines von P¹, P², P³, P⁴ und P⁵ ist aus Wasserstoff und geschützten hydrophilen Gruppen ausgewählt.
Das Verfahren zur Behandlung eines Säugers umfaßt die Verabreichung des biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetals an den Säuger. Pharmazeutische Hilfsstoffe, wie biologisch wirksame Verbindungen oder diagnostische Markierungen, können in eine Lösung oder ein Gel eingearbeitet werden, das das er findungsgemäße biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal umfaßt. Gemische von pharmazeutischen Hilfsstoffen können der Lösung oder dem Gel zugesetzt werden. Pharmazeutische Hilfsstoffe können beispielsweise über eine chemische Bindung an das Polyacetal gebunden oder in der biokompatiblen biologisch abbaubaren Polyacetal-Lösung oder dem Gel dispergiert sein.
Die Erfindung besitzt viele Vorteile. Beispielsweise sind die zur Bildung der biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale eingesetzten Reaktanten leicht verfügbar. Außerdem können die resultierenden biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale unter Erhalt von Produkten mit wünschenswerten Eigenschaften modifiziert werden, wie durch Modifikation mit zusätzlichen hydrophilen Gruppierungen, biologisch aktiven Gruppen oder diagnostischen Gruppen. Ferner kann das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal pharmazeutische Hilfsstoffe einschließen. Die biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale können so gebildet werden, daß sie die engen Anforderungen der biologischen Abbaubarkeit und Hydrophilie erfüllen. Die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale unterscheiden sich von den natürlich vorkommenden Polysacchariden. Beispielsweise wird die Polysaccharid-Ringstruktur während der Synthese der biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale gespalten und fehlt in der Polymerstruktur. Außerdem besitzen die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale relativ zu den Polysacchariden, von denen sie sich ableiten, einen höheren Biokompatibilitätsgrad, da sie keine cyclischen Kohlenwasserstoffe enthalten, die potentiell Rezeptorerkennbar sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein ¹³C-NMR-Spektrum eines erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetals.
2 ist eine Auftragung der Verteilung eines erfindungsgemäßen radioaktiv-markierten biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetals 20 h nach Injektion des Polyacetals in Sprague-Dawley-DC-Ratten.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die Merkmale und andere Details der Erfindung, entweder als erfindungsgemäße Schritte oder als Kombination von Teilen der Erfindung, werden nun besonders beschrieben und in den Ansprüchen ausgeführt. Selbstverständlich sind die bestimmten Ausführungsformen der Erfindung zur Erläuterung und nicht zur Einschränkung der Erfindung angegeben. Die Hauptmerkmale der Erfindung können bei verschiedenen Ausführungsformen ohne von der Erfindung abzuweichen angewandt werden.
Die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale sind hydrophil, hydrolysierbar, enthalten Acetalgruppe in der Hauptkette und können funktionalisiert werden. Die Löslichkeit der biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale kann durch schrittweise Substitution mit zusätzlichen hydrophilen oder hydrophoben Gruppen modifiziert werden. Die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale können als Komponenten von Biomaterialien, pharmazeutischen Formulierungen, medizinischen Vorrichtungen, Implantaten eingesetzt und mit biologisch wirksamen Verbindungen und diagnostischen Markierungen kombiniert werden.
"Biologisch abbaubar", wie der Begriff hier verwendet wird, bedeutet Polymere, die als Reaktion auf den Kontakt mit Körperfluid, während sie implantiert oder injiziert sind, in vivo abgebaut werden. Beispiele für biologische Abbauprozesse umfassen Hydrolyse, enzymatische Einwirkung, Oxidation und Reduktion. Geeignete Bedingungen zur Hydrolyse umfassen beispielsweise die Exposition der biologisch abbaubaren Polyacetale gegenüber Wasser bei einer Temperatur und bei einem pH-Wert des zirkulierenden Blutes. Der biologische Abbau der erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale kann in Niedrig-pH-Regionen des Säugerkörpers, z. B. in einem entzündeten Bereich, erhöht sein.
"Biokompatibel", wie der Begriff hier verwendet wird, bedeutet, daß praktisch keine Zytotoxizität während des Kontakts mit Körperfluiden auftritt. "Biokompatibilität" umfaßt im wesentlichen auch keine Wechselwirkungen mit Erkennungsproteinen, z. B. natürlich vorkommenden Antikörpern, Zellproteinen, Zellen und anderen Komponenten von biologischen Systemen. Allerdings werden Substanzen und funktionelle Gruppen, die insbesondere zur Herbeiführung der obigen Wirkungen beabsichtigt sind, z. B. Arzneimittel und Prodrugs, als biokompatibel angesehen.
Die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetal-Verbindungen bestehen aus der folgenden chemischen Struktur:
R¹ ist biokompatible und umfaßt ein kovalent an C¹ gebundenes Kohlenstoffatom. R^x umfaßt ein kovalent an C² gebundenes Kohlenstoffatom. "n" ist eine ganze Zahl. R², R³, R⁴ und R⁵ sind biokompatibel und sind aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Wasserstoff und organischen Gruppierungen. Mindestens eines von R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ ist hydrophil. Beispiele für geeignete organische Gruppierungen sind aliphatische Gruppen mit einer Kette von Atomen im Bereich zwischen etwa 1 und 12 Atomen.
Der Begriff "hydrophil", wie er R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ betrifft, bezeichnet organische Gruppierungen, die ionisierbare, polare, oder polarisierbare Atome enthalten oder die anderweitig Wassermoleküle binden können. Beispiele für bestimmte hydrophile organische Gruppierungen, die zweckmäßig sind, umfassen Carbamate, Amide, Hydroxyle, Carbonsäuren und ihre Salze, Carbonsäureester, Amine, Sulfonsäuren und ihre Salze, Sulfonsäureester, Phosphorsäuren und ihre Salze, Phosphatester, Polyglycolether, Polyamine, Polycarboxylate, Polyester, Polythioether etc. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung umfaßt mindestens eines von R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ eine Carboxylgruppe (COOH), eine Aldehydgruppe (CHO) oder ein Methylol (CH₂OH). Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ Methylole. Bei noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind R¹ und R² Methylole, und R³, R⁴ und R⁵ sind Wasserstoffe.
Bei noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eines von R¹, R², R³, R⁴ oder R⁵ eine stickstoffhaltige Verbindung. Die stickstoffhaltige Verbindung kann ein Arzneimittel oder ein Vernetzungsmittel oder eine funktionelle Gruppe sein, die als Modifizierer des biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetal-Verhaltens in vivo geeignet ist. Beispiele für solche funktionelle Gruppen umfassen Antikörper, ihre Fragmente, Rezeptorliganden und weitere, selektiv mit biologischen Systemen wechselwirkende Verbindungen.
Alternativ kann die stickstoffhaltige Verbindung eine chemische Struktur von -C_nH_2n-NR⁶R⁷ aufweisen, wobei "n" eine ganze Zahl ist. Bei einer Ausführungsform ist "n" 1. R⁶ und R⁷ können Wasserstoff, organische oder anorganische Substituenten einschließen. Beispiele für geeignete organische oder anorganische Gruppen umfassen aliphatische Gruppen, aromatische Gruppen, Komplexe von Schwermetallen etc.
Die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale können vernetzt sein. Ein geeignetes Vernetzungsmittel besitzt die Formel X¹-(R)-X², wobei R eine Spacergruppe bedeutet und X¹ und X² reaktive Gruppen sind. Beispiele für geeignete Spacergruppen umfassen biologisch oder nicht biologisch abbaubare Gruppen, beispielsweise aliphatische Gruppen, Kohlenstoffketten, die biologisch abbaubare Einschübe enthalten, wie Disulfide, Ester etc. Der Begriff "reaktive Gruppe", wie er X¹ und X² betrifft, bedeutet funktionelle Gruppen, die über eine Reaktion in den biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetalen unter Vernetzung der biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale verbunden werden können. Geeignete reaktive Gruppen, die mit den biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetalen vernetzte Netzwerke bilden, umfassen Epo xide, Halogenide, Tosylate, Mesylate, Carboxylate, Aziridine, Cyclopropane, Ester, N-Oxysuccinimidester, Disulfide, Anhydride etc.
Bei einer der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale mit Epibromhydrin oder Epichlorhydrin vernetzt. Insbesondere ist das Epibromhydrin oder Epichlorhydrin in einer Menge im Bereich zwischen etwa 1 und 25 Gew.-% der vernetzten biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale vorhanden.
Alternativ bedeutet der Begriff "reaktive" Gruppe, wie er X¹ und X² betrifft, eine nucleophile Gruppe, die mit einer Aldehyd-Zwischenstufe der biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale unter Vernetzung der biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale umgesetzt werden kann. Geeignete reaktive Gruppen für die Aldehyd-Zwischenstufe umfassen Amine, Thiole, Polyole, Alkohole, Ketone, Aldehyde, Diazoverbindungen, Borderivate, Ylide, Isonitrile, Hydrazine und ihre Derivate und Hydroxylamine und ihre Derivate etc.
Bei einer Ausführungsform besitzen die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale ein Molekulargewicht zwischen etwa 0,5 und 500 kDa. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzen die biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale ein Molekulargewicht zwischen etwa 1 und 100 kDa.
Mindestens eines von R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ kann eine biologisch wirksame Verbindung, wie ein Arzneimittelmolekül, umfassen. Beispiele für geeignete Arzneimittelmoleküle umfassen ein biologisch wirksames funktionelles Gruppenfragment oder eine Gruppierung oder eine diagnostische Markierung. Spezielle Beispiele für geeignete Arzneimittelmoleküle umfassen Antibiotika, Analgetika, Aminosäuren, Vitamine und Chemotherapeutika. Beispiele für biologisch wirksame Verbindungen sind Chemotherapeutika, Bakterizide, antivirale Mittel, Immunmodulatoren, Hormone und ihre Analogen, Enzyme, Inhibitoren, Alkaloide, therapeutische Radionuklide etc. Geeignete chemotherapeutische Verbindungen sind beispielsweise Alkylierungsmittel, Anthracycline, Doxorubicin, Cisplatin, Carboplatin, Vincristin, Mitromycin, Dactinomycine etc. Weitere geeignete Verbindungen umfassen therapeutische Radionuklide, wie β-emittierende Isotope von Rhenium, Cäsium, Iod und Alkaloide etc. Bei einer Ausführungsform der Erfindung enthält mindestens eines von R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ Doxorubicin.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt mindestens eines von R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ eine diagnostische Markierung. Beispiele für geeignete diagnostische Markierungen umfassen diagnostische Radiopharmazeutika, Kontrastmittel zur magnetischen Resonanzbildgebung, Kontrastmittel zur Computertomographie und für weitere Verfahren der Röntgenbildgebung und Mittel für Ultraschall-Diagnoseverfahren etc. Diagnostische Radiopharmazeutika umfassen γ-Strahlen-emittierende Radionuklide, z. B. Indium-111, Technetium-99 und Iod-131 etc. Kontrastmittel für MRI (Magnetische Resonanzbildgebung) umfassen magnetische Verbindungen, z. B. paramagnetische Ionen, Eisen, Mangan, Gadolinium, Lanthaniden, organische paramagnetische Gruppierungen und superparamagnetische Verbindungen, z. B. Eisenoxid-Kolloide, Ferrit-Kolloide etc. Kontrastmittel zur Computertomographie und für andere Bildgebungsverfahren auf Röntgenstrahl-Basis umfassen Verbindungen, die Röntgenstrahlen absorbieren, z. B. Iod, Barium etc. Kontrastmittel für Verfahren auf Ultraschall-Basis umfassen Verbindungen, die Ultraschallwellen absorbieren, reflektieren und streuen können, z. B. Emulsionen, Kristalle, Gasblasen etc. Noch weitere Beispiele umfassen Substanzen, die zur Neutronenaktivierung geeignet sind, wie Bor. Es können weitere Substituenten eingesetzt werden, die Röntgenstrahlen, Ultraschall, Radiowellen, Mikrowellen und andere Strahlungen, die bei diagnostischen Verfahrensweisen geeignet sind, reflektieren, streuen oder anderweitig beeinflussen können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt mindestens eines von R¹, R² und R³ ein paramagnetisches Ion oder eine paramagnetische Gruppe.
Gegebenenfalls kann die Erfindung eine Zusammensetzung in Form eines Gels des biologisch abbaubaren biokompatiblen Acetals und einer biologisch wirksamen Verbindung, die dem Gel zugesetzt wird, sein. Alternativ oder zusätzlich kann dem Gel eine diagnostische Markierung zugesetzt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Erfindung eine Zusammensetzung in Form einer Lösung des biologisch abbaubaren biokompatiblen Acetals und einer biologisch wirksamen, in der Lösung gelösten Verbindung sein. Alternativ kann in der Lösung eine diagnostische Markierung gelöst sein.
Bei einer Ausführungsform für das Verfahren zur Bildung des erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetals wird ein geeignetes Polysaccharid mit einem molaren Überschuß eines Glycol-spezifischen Oxidationsmittels unter Bildung einer Aldehyd-Zwischenstufe kombiniert. Ein "molarer Überschuß eines Glycol-spezifischen Oxidationsmittels", wie der Begriff hier eingesetzt wird, bedeutet eine Menge des Glycol-spezifischen Oxidationsmittels, die die oxidative Öff nung sämtlicher Kohlenhydratringe des Polysaccharids bereitstellt. Die Aldehyd-Zwischenstufe wird anschließend unter Bildung eines biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetals mit einem Reduktionsmittel zusammengebracht. Die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale können lineare oder verzweigte Strukturen bilden. Das erfindungsgemäße biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal kann optisch aktiv sein. Gegebenenfalls kann das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal racemisch sein.
Struktur, Ausbeute und Molekulargewicht des resultierenden Polyaldehyds hängen von dem Ausgangspolysaccharid ab. Polysaccharide, die in Gegenwart von Glycol-spezifischen Oxidationsmitteln keine nennenswerte Depolymerisation erfahren, beispielsweise Poly(1→6)-hexosen, sind bevorzugt. Beispiele für geeignete Polysaccharide umfassen Stärke, Cellulose, Dextran etc. Ein besonders bevorzugtes Polysaccharid ist Dextran. Beispiele für geeignete Glycol-spezifische Oxidationsmittel umfassen Natriumperiodat, Bleitetraacetat etc. Beispiele für geeignete Reduktionsmittel umfassen Natriumborhydrid, Natriumcyanoborhydrid etc.
Bei einer Ausführungsform, wobei Dextran als Reaktante unter Bildung des biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetals eingesetzt wird, kann die Glycol-spezifische Oxidation bei einer Temperatur zwischen etwa 25°C und etwa 40°C für eine Dauer von etwa 8 h bei einem geeigneten pH-Wert durchgeführt werden. Temperatur, pH und Reaktionsdauer können die Reaktionsgeschwindigkeit und die Polymer-Hydrolysegeschwindigkeit beeinflussen. Die Reaktion wird vorzugsweise in Abwesenheit von Licht durchgeführt. Ein Fachmann kann die Reaktionsbedingungen unter Erhalt von Polymeren der gewünschten Zusammen setzung optimieren. Die resultierende Aldehyd-Zwischenstufe kann isoliert und mit einer Lösung eines Reduktionsmittels für die Dauer von etwa 2 h unter Bildung des biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetals nach der Isolierung kombiniert werden. Alternativ können Aldehydgruppen mit einer Vielzahl von Verbindungen konjugiert oder in andere Typen von funktionellen Gruppen übergeführt werden.
Es wird angenommen, das die Kohlenhydratringe eines geeigneten Polysaccharids durch Glycol-spezifische Reagentien unter Spaltung der Kohlenstoffbindungen zwischen den an Hydroxylgruppen gebundenen Kohlenstoffatomen oxidiert werden können. Der folgende Mechanismus, dessen Ablauf angenommen wird, ist ein Beispiel.
Dieses Verfahren kann durch die Bildung von intra- und interpolymeren Hemiacetalen kompliziert werden, die eine weitere Polysaccharid-Oxidation zeigen können. Allerdings kann die oxidative Öffnung der Polysaccharidringe durch Kontrolle der Reaktionsbedingungen kontrolliert werden. Bei der Erfindung kann gezeigt werden, daß die Polysaccharid-Oxidation und die anschließende Reduktion die Synthese von makromolekularen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetalen bewirkt.
Da angenommen wird, daß die Oxidation nicht die Konfigurationen an den C¹- und C²-Positionen beeinflußt, behalten die Zwischenstufen und das Polyacetal die Konfiguration des Stammpolysaccharids bei und werden in stereoregulären isotaktischen Formen gebildet.
Das resultierende biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal kann chemisch, beispielsweise durch Vernetzen der Polyacetale unter Bildung eines Gels, modifiziert werden. Die Vernetzungsdichte des biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetals wird in der Regel durch die Anzahl der reaktiven Gruppen in dem Polyacetal und durch die Anzahl von Vernetzungsmolekülen bestimmt und kann durch Variation des Verhältnisses von Polyacetal zur Menge an vorhandenem Vernetzungsmittel kontrolliert werden.
Beispielsweise kann das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal mit einer zweckmäßigen wäßrigen Base, wie Natriumhydroxid, kombiniert und mit Epibromhydrin vernetzt werden. Die Kontrolle der Mengen an Epibromhydrin kann den Vernetzungsgrad innerhalb des biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetalgels bestimmen. Beispielsweise können die biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale gegenüber verschiedenen Mengen von Epibromhydrin für die Dauer von etwa 8 h bei einer Temperatur von etwa 80°C unter Bildung vernetzter biologisch abbaubarer biokompatibler Polyacetal-Gele exponiert werden, die in Relation zu der an Epibromhydrin angewandten Menge in der Vernetzungsdichte variieren. Das vernetzte biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal netzte biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal-Gel kann weiter mit einem Arzneimittel umgesetzt werden.
Die Behandlung des biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetals mit einer geeigneten Base, wie Triethylamin, in Dimethylsulfoxid (DMSO) und einem Anhydrid stellt beispielsweise eine derivatisierte Polyacetal-Lösung bereit. Die Kontrolle der Menge an Anhydrid in dem biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetal kann den Derivatisierungsgrad des Polyacetals in der Lösung bestimmen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung stellt die beispielsweise Behandlung von Poly-Lysin, markiert mit DPTA (Diethylentriaminpentaessigsäure), mit dem biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetalaldehyd in Wasser und die anschließende Reduktion in Wasser eine derivatisierte Polyacetal-Lösung bereit.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bildet die Oxidation von Dextran-stabilisiertem Eisenoxid-Kolloid mit Natriumperiodat in Wasser und die anschließende Reduktion mit Natriumborhydrid in Wasser ebenfalls eine derivatisierte biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal-Lösung.
Die erfindungsgemäßen Polyacetale können eine Vielzahl von funktionellen Gruppen aufweisen. Beispielsweise können Aldehydgruppen eines Zwischenprodukts der Polysaccharid-oxidation nicht nur in Alkoholgruppen, sondern auch in Amine, Thioacetale, Carbonsäuren, Amide, Ester, Thioester etc. umgewandelt werden.
Die Endgruppen der erfindungsgemäßen Polymere können sich von R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ unterscheiden. Endgruppen können beispielsweise durch selektive Modifikation einer jeden reduzierenden und nicht reduzierenden terminalen Einheit des Vorläufer-Polysaccharids erzeugt werden. Ein Fachmann kann unter Erhalt gewünschter Produkte mit variierenden Endgruppen bekannte chemische Reaktionen anwenden. Beispielsweise kann eine Hemiacetalgruppe an dem reduzierten Ende des Polyacetals leicht und selektiv in eine Carbonsäuregruppe und weiter in eine Vielzahl von anderen funktionellen Gruppen übergeführt werden. Eine primäre Alkoholgruppe am nicht reduzierten Ende kann selektiv in eine Aldehydgruppe und weiter in eine Vielzahl von funktionellen Gruppen umgewandelt werden.
Alternativ können die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale durch Kombination eines kationischen Starters mit einer Vorläuferverbindung der chemischen Struktur
gebildet werden, welches ein Polymer mit der chemischen Struktur:
bildet. P¹ ist eine geschützte hydrophile Gruppe, die ein kovalent an C¹ gebundenes Kohlenstoffatom einschließt. P^x umfaßt ein kovalent an C² gebundenes Kohlenstoffatom. "n" ist eine ganze Zahl. Mindestens eines von P¹, P², P³, P⁴ und P⁵ ist aus Wasserstoff und geschützten hydrophilen zur Umwandlung geeigneten Gruppen ausgewählt. P¹, P², P³, P⁴ und P⁵ beeinflussen die kationische Polymerisation nicht. Außerdem sind P¹, P², P³, P⁴ und P⁵ zur Umwandlung in hydrophile Gruppen, wie vorstehend beschrieben, geeignet.
"Geschützte hydrophile Gruppe", wie der Begriff hier verwendet wird, bedeutet eine chemische Gruppe, die nicht die Decyclisierung der Vorläuferverbindung durch den kationischen Starter oder die anschließende Polymerisation beeinflußt und die bei zusätzlicher Behandlung durch ein geeignetes Mittel in eine hydrophile funktionelle Gruppe übergeführt werden kann. Beispiele für hydrophile geschützte Gruppen umfassen Ester, Ether, Thioester, Thioether, Vinylgruppen, Halogenalkylgruppen etc.
Ein Verfahren zur Behandlung von Säugern umfaßt die Verabreichung des erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetals an den Säuger. Beispielsweise kann das Polyacetal in Form von löslichen linearen Polymeren, Copolymeren, Kolloiden, Teilchen, Gelen, Feststoffen, Fasern, Filmen etc. verabreicht werden. Die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale können als Arzneimittel träger und Arzneimittelträgerkomponenten in Systemen zur kontrollierten Arzneimittelfreisetzung, in Präparationen für invasivarme chirurgische Verfahren etc. eingesetzt werden. Die pharmazeutischen Formulierungen können injizierbar, implantierbar etc. sein.
Bei einem Beispiel umfaßt ein Verfahren zur Behandlung eines Säugers die Verabreichung an den Säuger des erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetals als Packung für eine chirurgische Wunde, aus der ein Tumor oder eine Wucherung entfernt worden ist. Die biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal-Packung ersetzt während der Genesung die Tumorstelle und zersetzt und verteilt sich, während die Wunde heilt.
Bei einem weiteren Beispiel werden in das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal pharmazeutische Hilfsstoffe unter Bildung einer biologisch abbaubaren biokompatiblen Masse von Polyacetal, in die der pharmazeutische Hilfsstoff eingeschlossen ist, eingearbeitet. Dies kann z. B. erreicht werden durch Kupplung des Polyacetals mit einem pharmazeutischen Hilfsstoff. Alternativ kann der pharmazeutische Hilfsstoff durch Auflösung des pharmazeutischen Hilfsstoffs in Gegenwart des biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetals während der Entfernung eines Lösungsmittels eingeschlossen werden. Werden diese Massen in einen Säuger implantiert, tritt eine langsame Hydrolyse der biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetal-Masse unter kontinuierlicher langsamer Freisetzung des Hilfsstoffs in den Säuger an der Stelle ein, wo seine Funktion erforderlich ist.
Die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale können durch zweckmäßige Diagnoseverfahren in vivo überwacht werden. Das Diagnoseverfahren kann beispielsweise die Polyacetal-Disposition (z. B. Verteilung, Lokalisation, Dichte etc.) oder die Freisetzung von Arzneimitteln, Pro drugs, biologisch wirksamen Verbindungen oder diagnostischen Markierungen aus den biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetalen während einer Zeitdauer nachweisen. Solche diagnostischen Verfahrensweisen umfassen die kernmagnetische Resonanzbildgebung (NMR), die magnetische Resonanzbildgebung (MRI), Ultraschall, Radiowellen, Mikrowellen, Röntgenstrahlen, Szintillographie, Positronenemissionstomographie (PET) etc.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal als Grenzflächenkomponente verwendet werden. Der Begriff "Grenzflächenkomponente", wie hier verwendet, bedeutet eine Komponente, wie ein Überzug eines Objekts, wobei für das Objekt nachteilige oder zytotoxische Reaktionen praktisch durch die Komponente verhindert werden. Es sollte selbstverständlich sein, daß dieses Objekt mikroskopisch oder makroskopisch sein kann. Beispiele für mikroskopische Objekte umfassen Makromoleküle, Kolloide, Vesikel, Liposomen, Emulsionen, Gasblasen, Nanokristalle etc. Beispiele für makroskopische Objekte umfassen Oberflächen, wie Oberflächen von chirurgischen Geräten, Teströhrchen, Perfusionsröhrchen, Gegenstände, die biologische Gewebe kontaktieren etc. Es wird angenommen, daß die Grenzflächenkomponenten beispielsweise den Objektschutz durch direkte Wechselwirkungen mit Zellen und Opsoninen bereitstellen können und somit die Wechselwirkungen des Objekts mit dem biologischen System vermindern können.
Oberflächen können durch die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale beispielsweise durch Konjugation funktioneller Gruppen der biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale mit auf der zu modifizierenden Oberfläche vorhandenen funktionellen Gruppen modifiziert werden. Beispielsweise können Aldehydgruppen der biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetal-Vorläufer unter Einsatz von Reduktionsmitteln oder Isocyaniden mit Aminogruppen verknüpft werden. Alternativ können Carboxylgruppen der biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale mit Amino-, Hydroxy-, schwefelhaltigen Gruppen etc. konjugiert werden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßes biologisch abbaubares biokompatibles Polyacetal, das eine geeignete Endgruppe umfaßt, wie ein Polyalkohol mit einer terminalen Carbonsäuregruppe, synthetisiert werden. Durch Umsetzung der Endgruppe kann ein Polymer an eine Oberfläche gebunden werden. Beispiele für geeignete Polymere umfassen diejenigen, die beispielsweise durch Oxidation einer reduzierenden End-Acetalgruppe zu einer Carboxylgruppe, wie unter Verwendung von Iodid oder Bromid, gebildet werden. Der Rest des Polysaccharids wird anschließend unter Einsatz eines molaren Überschusses eines Glycol-spezifischen Oxidationsmittels unter Bildung eines Aldehyds oxidiert. Die Aldehyde können selektiv modifiziert werden, beispielsweise durch Reduktion zu Hydroxylgruppen. Das resultierende Polymer besitzt in der Regel eine endständige Carboxylgruppe, die für eine Einstellen-Modifikation eingesetzt werden kann, wie unter Einsatz eines Carbodiimids.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann ein Polysaccharid durch Umsetzung einer reduzierenden End-Aldehydgruppe des Polysaccharids und anschließende Oxidation und weitere Umwandlung des restlichen Polysaccharids mit einer Oberfläche verknüpft werden.
Es sollte selbstverständlich sein, daß die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale mit Makromolekülen, wie Enzymen, Polypeptiden, Proteinen etc. durch die vorstehend beschriebenen Verfahren zur Konjugation der biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale mit auf einer Oberfläche vorhandenen funktionellen Gruppen konjugiert werden können.
Die erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetale können auch mit einer Verbindung konjugiert werden, die physikalisch an eine Oberfläche, beispielsweise über hydrophobe Wechselwirkungen, van der Waals Wechselwirkungen und elektrostatische Wechselwirkungen, gebunden sein kann. Beispielsweise können die biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetal-Vorläufer mit Lipiden, Polyelektrolyten, Proteinen, Antikörpern, Lectinen etc. konjugiert werden.
Es wird angenommen, daß Grenzflächenkomponenten die Zirkulation von makromolekularen und kolloiden Arzneimittelträgern verlängern können. Darum können biologisch wirksame Verbindungen, diagnostische Markierungen etc., die in solche Träger eingearbeitet sind, durch den Körper zirkulieren, ohne eine immunogene Reaktion zu stimulieren und ohne nennenswerte Wechselwirkungen mit Zellrezeptoren und Erkennungsproteinen (Opsonine). Außerdem können Grenzflächenkomponenten zur Modifikation von Oberflächen von Implantaten, Kathetern etc. verwendet werden. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung können biomedizinische Präparationen des biologisch abbauba ren biokompatiblen Polyacetals in verschiedenen Formen hergestellt werden. Beispiele umfassen Implantate, Fasern, Filme etc.
Die Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele weiter und ausführlicher erklärt. Sämtliche Teile und Prozentangaben beziehen sich, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht.
Beispiele
Beispiel 1: Bildung eines aldehydhaltigen Polymeren durch Polysaccharid-Oxidation
Dextran (MW = 485 kDa), 22,5 g, wurde in 500 ml Wasser gelöst. Natriumperiodat, 57 g, wurde in 200 ml Wasser gelöst und bei 25°C mit der Dextranlösung vermischt. Nach 8 h Inkubation wurden die hochmolekularen Komponenten aus dem Reaktionsgemisch unter Verwendung einer Amicon^TM-Hohlfaserpatrone mit einer Ausschlußgrenze von 10 kDa durch Strömungsdialyse extrahiert. Das Reaktionsgemisch wurde auf 200 ml konzentriert, anschließend wurde ein zehnfaches Volumen von Wasser (2 1) hindurchgespült. Ein 40-ml-Aliquot des Reaktionsgemisches wurde unter Erhalt von 1,81 g Produkt lyophilisiert. Das resultierende Polymer war in Wasser bei neutralem und niedrigem pH-Wert langsam löslich und löste sich leicht bei pH > 7 und blieb nach pH-Einstellung auf pH < 7 löslich. 10 mg des Polymeren wurden in Deuteriumoxid gelöst, und ein Protonen-NMR wurde erhalten.
Beispiel 2: Bildung von Polyalkohol durch Reduktion von aldehydhaltigem Polymer
Natriumborhydrid, 20 g, wurde in 20 ml Wasser gelöst und mit 160 ml einer 4,5%igen Lösung des aldehydhaltigen Polymeren aus Beispiel 1 vermischt. Nach zweistündiger Inkubation wurde der pH-Wert auf 6 eingestellt. 20 min später wurden die hochmolekularen Komponenten durch Strömungsdialyse (wie in Beispiel 1 beschrieben) extrahiert und unter Verwendung einer Amicon^TM-Patrone mit einer Ausschlußgrenze von 100 kDa in zwei Fraktionen aufgetrennt. Beide Fraktionen wurden lyophilisiert. Ausbeute: niedermolekulare Fraktionen: 2,4 g; hochmolekulare Fraktion: 3,1 g. 10 mg niedermolekulares Polymer wurde in 1 ml Deutero-DMSO gelöst, und es wurde ein Protonen-NMR erhalten. 1 ist ein ¹³C-NMR des Polyacetals, gelöst in Deuteriumoxid, welches die Kohlenstoffe zeigt, die durch die Alkoholfunktionalität in dem biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetal funktionalisiert wurden.
Beispiel 3: Bildung von vernetzten Polyalkohol-Gelen
760 mg einer hochmolekularen Fraktion von in Beispiel 2 gebildetem Polyalkoholpolymer wurden in 10 ml 5 N Natriumhydroxid gelöst. 8 ml der Lösung wurden in zwei gleichen Teile auf 4 Teströhrchen aufgeteilt, 2 ml in jedes. Jedem Teströhrchen wurde Epibromhydrin in verschiedenen Mengen zugesetzt: 20 μl (Röhrchen Nr. 1), 50 μl (Röhrchen Nr. 2), 100 μl (Röhrchen Nr. 3) und 200 μl (Röhrchen Nr. 4). Die Gemische wurden zur Emulgation von Epibromhydrin mit dem Polyalkohol sorgfältig gerührt. Die Reaktionsgemische wurden 8 h bei 80°C inkubiert. Nach der Inkubation wurden die Gele aus den Teströhr chen herausgezogen und über Nacht in deionisiertem Wasser gewaschen.
Die resultierenden Gele unterschieden sich in den Quellvolumina und in der Starrheit. Gele quollen proportional zur Menge an verwendetem bifunktionellen Reagenz; d. h. Gel Nr. 1 quoll ungefähr zehnfach, wohingegen Gel Nr. 4 nicht quoll. Die Starrheit der Gele nahm mit steigenden Mengen des bifunktionellen Reagens zu. Nach anfänglichem Quellen änderten sich die Volumina der Gele während eines 7-tägigen Zeitraums nicht.
Beispiel 4: Abbaubarkeit von vernetzten Polyalkohol-Gelen
Gel Nr. 1 (1 ml) und Nr. 3 (0,5 ml) von Beispiel 3 wurden in 20 ml 0,01 M HCl gegeben und bei 25°C unter langsamem Rühren inkubiert. Nach dreistündiger Inkubation war das Gel Nr. 1 vollständig gelöst. Gel Nr. 3 war am Tag 4 vollständig gelöst.
Beispiel 5: Vernetztes aktiviertes Gel
10 mg der hochmolekularen Polyalkohol-Fraktion aus Beispiel 2 wurden offenbart. Epibromhydrin, 50 μl, wurde zugesetzt, und das Gemisch wurde unter Emulgation des Epibromhydrins gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde bei 60°C 1 h in einem Teströhrchen inkubiert. Nach der Inkubation wurde das Gel aus dem Teströhrchen extrahiert und in deionisiertem Wasser 3 h gewaschen.
Das Gel wurde in 2 ml Doxorubicinhydrochlorid-Lösung, 02 mg/ml, übergeführt, und der pH-Wert wurde auf 8,5 einge stellt. Nach 14 h Inkubation wurde das Gel in Wasser gewaschen und anschließend 3 h in 0,001 M HCl inkubiert (pH eingestellt auf 3). Nach der Inkubation blieb das Gel rot, was die Retention nennenswerter Doxorubicin-Mengen anzeigte. Analoge Experimente mit Gelen, die 8 h erhitzt wurden (Beispiel 3), zeigten keine Doxorubicin-Retention.
Beispiel 6: Polyalkohol-DTPA-Derivat
Trockener Polyalkohol (Beispiel 2), 50 mg, wurde in 0,2 ml DMSO gelöst und mit einer Lösung von 2 mg (DTPA) Diethylentriaminpentaessigsäurecycloanhydrid in 0,05 ml DMSO gemischt. 10 μl Triethylamin wurden zugesetzt, und das Reaktionsgemisch wurde 1 h inkubiert. Das resultierende Gemisch wurde mit Wasser (1 ml) verdünnt, und das Polymer wurde durch Gelchromatographie (Sephadex G 25/Wasser) abgetrennt und unter Erhalt von 46 mg lyophilisiert.
Beispiel 7: Pfropfcopolymer von Polyalkohol und Poly-L-lysin-DTPA
Ein Pfropfcopolymer wurde über DTPA-markiertes Poly-L-lysin in Verbindung mit dem Aldehydpolymeren und anschließende Borhydridreduktion hergestellt. 2 mg Poly-L-lysin (40 kDa, Hydrobromid, 85% modifiziert mit DTPA und markiert mit Rhodamin X, 0,5% Modifikation) wurden in 1 ml Wasser gelöst und mit 5 ml 4,5% Polyaldehyd-Lösung gemischt (Beispiel 1). Nach zehnminütiger Inkubation wurden 0,1 ml 10 mg/ml Natriumcyanoborhydrid-Lösung zugesetzt. 1 Stunde später wurde das Reaktionsgemisch mit 1 ml 50 mg/ml Natriumborhydrid gemischt. Nach 1 h Inkubation wurde der pH auf 6 eingestellt, und die höhermolekularen Verbindungen wurden durch Gelfiltration (Sephadex G 25/Wasser) abgetrennt. Die Polymerfraktion wurde durch Diafiltration unter Verwendung einer Amicon^TM-YM-100-Membran in zwei Fraktionen aufgetrennt. Rhodamin-Markierung und DTPA wurden nur in der hochmolekularen Fraktion gefunden, was eine Copolymer-Bildung anzeigte.
Beispiel 8: Durch Polyalkohol stabilisiertes Eisenoxid-Kolloid
Ein Dextran-stabilisiertes Eisenoxid-Kolloid (Teilchengröße 22 ± 3 nm) wurde, wie bereits beschrieben (Papisov et al., J. Magnetism and Mag. Mater. 122 (1993), 383), hergestellt. Eine Kolloid-Lösung in 10 ml Wasser (0,5 mg/ml bezogen auf Eisen) wurde mit 1 g trockenem Natriumperiodat gemischt und 1 h bei 25°C inkubiert. Natriumborhydrid, 1,47 g, in 5 ml Wasser wurde zugesetzt, und das Reaktionsgemisch wurde 1 h inkubiert. Anschließend wurde der pH-Wert auf 6,5 eingestellt. 20 min später wurde das Kolloid mit Ethanol ausgefällt und in 10 ml Wasser resuspendiert (drei Mal). Ethanol wurde durch Vakuumverdampfen entfernt, und das Kolloid wurde gegen 0,9% NaCl dialysiert. Die resultierende Präparation war stabil; die Teilchengröße war praktisch unverändert (21 ± 4 nm).
Beispiel 9: Biokinetik von ¹¹¹In-markierten Polyalkohol-DPTA-Derivaten
Polyalkohol-DPTA-Derivat (Beispiel 6), 5 mg, wurden in 1 ml 0,2 M-Natriumcitratpuffer (pH = 5,5) gelöst und mit einer Lösung von ¹¹¹InCl, 52 μCi, gemischt. Nach einer fünfminütigen Inkubationsdauer wurde das In-markierte Polymer durch Gelchromatographie (Sephadex G 25/0,9% NaCl) unter Erhalt von 49 μCi in 2 ml Eluat abgetrennt.
Radioaktiv markiertes Polymer wurde in 1,5 mg (15 μCi) jeweils zwei Sprague-Dawley-DC-Ratten (männlich, 200 und 300 g) intravenös injiziert. Die Beobachtung der radioaktiv markierten Kinetik durch dynamische Szintigraphie zeigte die Polymerzirkulation ohne Akkumulation im retikuloendothelialen System (und in anderen Geweben) mit einer Blut-Halbwertzeit von ca. 2 h. Das Studium der radioaktiv markierten Verteilung 20 h nach der Injektion bestätigte die geringe Gewebeaufnahme, was in 2 gesehen werden kann.
Beispiel 10: Vernetztes Polyaldehyd-Gel
Polyaldehyd-Polymer (Beispiel 1), 100 mg, wurde in 0,5 ml Wasser gelöst. Ethylendiamiddihydrochlorid, 5 mg, und Natriumcyanoborhydrid, 5 mg, wurden in 0,02 ml Wasser gelöst. Die Lösungen wurden gemischt. Nach 3 h Inkubation wurde das resultierende Gel mit Wasser gewaschen und mit Ethanol getrocknet.
Beispiel 11: Polyaldehyd-Polysäure
Polyaldehyd-Polymer (Beispiel 1), 20 mg, wurde in 1 ml Wasser gelöst und mit 5 ml 0,1 M Iodlösung in 0,1 M KI gemischt. 1 ml 1 M NaOH wurde in 5-μl-Aliquoten zugesetzt. Nach 1 h Inkubation wurde das Polymer unter Verwendung von Membranfilter mit einer Ausschlußgrenze von 10 kDa abgetrennt, durch Gelchromatographie (Sephadex G-25/Wasser) gereinigt und lyophilisiert.

Claims

Ein biologisch abbaubares biokompatibles Polyacetal, bestehend aus einer chemischen Struktur von:
wobei R¹ eine biokompatible Gruppe darstellt und ein kovalent an C¹ gebundenes Kohlenstoffatom enthält, R^x ein kovalent an C² gebundenes Kohlenstoffatom einschließt, n eine ganze Zahl ist, und wobei R², R³, R⁴ und R⁵ biokompatible Gruppen sind und jeweils unabhängig Wasserstoff oder eine organische Gruppierung, wie ein Alkohol, sind, und außerdem mit der Maßgabe, daß mindestens eines von R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ hydrophil ist.
Das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal nach Anspruch 1, wobei mindestens eines von R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ eine Methylolgruppe, eine Carboxylgruppe oder eine stickstoffhaltige Gruppe bedeutet.
Das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal nach Anspruch 1, wobei mindestens eines von R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ ein Arzneimittel, vorzugsweise ein Arzneimittel, das eine Aldehydgruppe einschließt, ist.
Das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal nach Anspruch 2, wobei mindestens eines von R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ eine stickstoffhaltige Gruppe, die ein Arzneimittel oder ein Vernetzungsmittel umfaßt, einschließt.
Das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal nach Anspruch 2, wobei mindestens eines von R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ eine funktionelle stickstoffhaltige Gruppe mit der chemischen Struktur -C_nH_2nNR⁶R⁷ bedeutet, wobei n eine ganze Zahl bedeutet und wobei R⁶ und R⁷ Wasserstoff, organische oder anorganische Substituenten sind.
Das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal nach Anspruch 1, wobei R² Wasserstoff bedeutet.
Das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal nach Anspruch 1, wobei das Polyacetal mit einem Vernetzungsmittel der chemischen Struktur: X¹-(R)-X² wobei R eine Spacer-Gruppe bedeutet und X¹ und X² reaktive Gruppen bedeuten, vernetzt ist.
Das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal nach Anspruch 7, wobei die reaktive Gruppe ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Epoxiden, Halogeniden, Tosylaten, Carboxylaten, Aziridinen, Cyclopropanen, Estern, N-Oxysuccinimidestern, Disulfiden und Anhydriden.
Das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal nach Anspruch 1, das vernetzt ist und wobei ein Vernetzungsmittel in einer Menge im Bereich zwischen etwa 1 und 25 Gew.-% des Polyacetals vorhanden ist.
Das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal nach Anspruch 9, wobei das Vernetzungsmittel Epibromhydrin oder Epichlorhydrin ist.
Das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal nach Anspruch 1, wobei das Polyacetal ein Molekulargewicht von mindestens 0,5 kDa, vorzugsweise zwischen 0,5 kDa und 500 kDa und mehr bevorzugt zwischen 1,0 und 100 kDa aufweist.
Das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal nach Anspruch 1, wobei mindestens eines von R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ eine biologisch wirksame Verbindung oder eine diagnostische Markierung umfaßt.
Das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal nach Anspruch 1, wobei das Polyacetal eine stereoreguläre isotaktische Verbindung ist oder racemisch ist.
Das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal nach Anspruch 1, wobei R¹ und R² Methylol und R³, R⁴ und R⁵ Wasserstoff sind.
Das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal nach Anspruch 1, das mit Makromolekülen, ausgewählt aus Enzymen, Polypeptiden und Proteinen, konjugiert ist.
Das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal nach Anspruch 1, das mit einer Verbindung konjugiert ist, die über hydrophobe Wechselwirkungen, van der Waals- und elektrostatische Wechselwirkungen zur physikalischen Bindung an eine Oberfläche in der Lage ist.
Das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal nach Anspruch 16, wobei die Verbindung aus Lipiden, Polyelektrolyten, Proteinen, Antikörpern und Lectinen ausgewählt ist.
Ein Verfahren zur Bildung eines biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetals nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: a) Kombination eines molaren Überschusses eines Glycolspezifischen Oxidationsmittels mit einem Polysaccharid unter Bildung einer Aldehyd-Zwischenstufe; und b) Umsetzung der Aldehyd-Zwischenstufe unter Bildung des biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetal-Polymeren.
Ein Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Polysaccharid aus einer Poly(1→6)hexose, Dextran, Cellulose und Stärke ausgewählt ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 18, das außerdem den Schritt der Umsetzung des Polyacetals mit einem Vernetzungsmittel einschließt.
Ein Verfahren nach Anspruch 20, wobei das biologisch abbaubare biokompatible Polyacetal mit einem Vernetzungsmittel einer chemischen Struktur von: X¹-(R)-X² vernetzt ist, wobei R eine Spacer-Gruppe bedeutet und wobei X¹ und X² reaktive Gruppen bedeuten, die vorzugs weise aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus Epoxiden, Halogeniden, Tosylaten, Carboxylaten, Aziridinen, Cyclopropanen, Estern, N-Oxysuccinimidestern, Disulfiden und Anhydriden.
Ein Verfahren nach Anspruch 18, das außerdem den Schritt der Umsetzung der Aldehyd-Zwischenstufe mit einem Vernetzungsmittel, der eine chemische Struktur hat: X¹-(R)-X² umfaßt, wobei R eine Spacer-Gruppe bedeutet und wobei X¹ und X² reaktive Gruppen bedeuten und die reaktiven Gruppen vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Aminen, Polyolen, Thiolen, Alkoholen, Ketonen, Aldehyden, Diazoverbindungen, Borderivaten, Yliden, Isonitrilen, Hydrazinen, und ihren Derivaten und Hydroxylaminen und ihren Derivaten.
Ein Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Vernetzungsmittel in einer Menge im Bereich zwischen etwa 1 und 25 Gew.-% des Polyacetals vorhanden ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Vernetzungsmittel Epibromhydrin oder Epichlorhydrin ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 18, das außerdem den Schritt der Umsetzung des biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetals mit einer biologisch aktiven Verbindung oder mit einer diagnostischen Markierung umfaßt.
Ein Verfahren zur Bildung des biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetals nach Anspruch 1, umfassend den Schritt der Kombination eines kationischen Starters Schritt der Kombination eines kationischen Starters mit einer Verbindung, die eine chemische Struktur hat:
unter Bildung eines Polymeren mit einer chemischen Struktur von:
wobei P¹ eine geschützte hydrophile Gruppe darstellt, die ein kovalent an C¹ gebundenes Kohlenstoffatom umfaßt, und wobei mindestens eines von P², P³, P⁴ und P⁵ aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Wasserstoff und geschützten hydrophilen Gruppen, n eine ganze Zahl ist und P^x ein kovalent an C² gebundenes Kohlenstoffatom einschließt.
Ein Verfahren nach Anspruch 18, das außerdem den Schritt der Umsetzung des biologisch abbaubaren biokompatiblen Polyacetals mit einem Polypeptid oder einem Lipid umfaßt.
Ein Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Polypeptid Polylysin ist.
Eine Zusammensetzung umfassend: a) ein Gel, welches eine biologisch abbaubare biokompatible Polyacetalkomponente nach Anspruch 1; und b) einen in das Gel eingebrachten pharmazeutischen Hilfsstoff umfaßt.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 29, wobei der pharmazeutische Hilfsstoff eine biologisch wirksame Verbindung oder eine diagnostische Markierung umfaßt.
Eine Grenzflächenkomponente, umfassend das Polyacetal nach Anspruch 1.
Eine Zusammensetzung, umfassend die Grenzflächenkomponente nach Anspruch 31 und, wobei an die Grenzflächenkomponente, ein Makromolekül, eine Micelle, ein Liposom oder eine Oberfläche gebunden ist.
Eine biomedizinische Präparation, umfassend das Polyacetal nach Anspruch 1.
Die biomedizinische Präparation nach Anspruch 33, wobei die biomedizinische Präparation in Form einer Faser, eines Gels oder einer Lösung vorliegt.
Eine Zusammensetzung, umfassend: a) ein gelöstes biologisch abbaubares biokompatibles Polyacetal nach Anspruch 1, und b) eine gelöste pharmazeutische Hilfsstoffkomponente.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 35, wobei der pharmazeutische Hilfsstoff eine biologisch wirksame Verbindung oder eine diagnostische Markierung ist.
Das Polyacetal nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, oder das Produkt aus dem Verfahren nach Anspruch 18, allein oder in Kombination mit einem pharmazeutischen Hilfsstoff, zur Verabreichung an einen Säuger zur Therapie oder Diagnose.
Das Polyacetal nach Anspruch 3, wobei das Arzneimittel biologisch wirksam ist, zur Verabreichung an einen Säuger zur Verwendung bei der Therapie oder Diagnose.
Das Polyacetal nach Anspruch 29 zur Verabreichung an einen Säuger zur Verwendung bei der Therapie.
Das Polyacetal nach Anspruch 3, wobei das Arzneimittel eine diagnostische Markierung zur Verabreichung an einen Säuger zur Verwendung bei der Diagnose umfaßt.
Verwendung des Polyacetals nach Anspruch 1 oder Anspruch 12 zur Herstellung eines diagnostischen Mittels zur Verabreichung an einen Säuger bei einem Diagnoseverfahren.