EP2066305A2 - Polymermatrix, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung - Google Patents

Polymermatrix, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung

Info

Publication number
EP2066305A2
EP2066305A2 EP07802049A EP07802049A EP2066305A2 EP 2066305 A2 EP2066305 A2 EP 2066305A2 EP 07802049 A EP07802049 A EP 07802049A EP 07802049 A EP07802049 A EP 07802049A EP 2066305 A2 EP2066305 A2 EP 2066305A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polymer matrix
matrix according
poly
polymer
cells
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP07802049A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ute Steinfeld
Barbara Palm
Hyeck Hee Lee
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Korea Institute of Science and Technology Europe Forschungs GmbH
Original Assignee
Korea Institute of Science and Technology Europe Forschungs GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Korea Institute of Science and Technology Europe Forschungs GmbH filed Critical Korea Institute of Science and Technology Europe Forschungs GmbH
Publication of EP2066305A2 publication Critical patent/EP2066305A2/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/14—Particulate form, e.g. powders, Processes for size reducing of pure drugs or the resulting products, Pure drug nanoparticles
    • A61K9/16—Agglomerates; Granulates; Microbeadlets ; Microspheres; Pellets; Solid products obtained by spray drying, spray freeze drying, spray congealing,(multiple) emulsion solvent evaporation or extraction
    • A61K9/1605—Excipients; Inactive ingredients
    • A61K9/1629—Organic macromolecular compounds
    • A61K9/1641—Organic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. polyethylene glycol, poloxamers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
    • A61K47/50—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates
    • A61K47/69—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the conjugate being characterised by physical or galenical forms, e.g. emulsion, particle, inclusion complex, stent or kit
    • A61K47/6903—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the conjugate being characterised by physical or galenical forms, e.g. emulsion, particle, inclusion complex, stent or kit the form being semi-solid, e.g. an ointment, a gel, a hydrogel or a solidifying gel
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
    • A61K47/50—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates
    • A61K47/69—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the conjugate being characterised by physical or galenical forms, e.g. emulsion, particle, inclusion complex, stent or kit
    • A61K47/6921—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the conjugate being characterised by physical or galenical forms, e.g. emulsion, particle, inclusion complex, stent or kit the form being a particulate, a powder, an adsorbate, a bead or a sphere
    • A61K47/6927—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the conjugate being characterised by physical or galenical forms, e.g. emulsion, particle, inclusion complex, stent or kit the form being a particulate, a powder, an adsorbate, a bead or a sphere the form being a solid microparticle having no hollow or gas-filled cores
    • A61K47/6929—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the conjugate being characterised by physical or galenical forms, e.g. emulsion, particle, inclusion complex, stent or kit the form being a particulate, a powder, an adsorbate, a bead or a sphere the form being a solid microparticle having no hollow or gas-filled cores the form being a nanoparticle, e.g. an immuno-nanoparticle
    • A61K47/6931—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the conjugate being characterised by physical or galenical forms, e.g. emulsion, particle, inclusion complex, stent or kit the form being a particulate, a powder, an adsorbate, a bead or a sphere the form being a solid microparticle having no hollow or gas-filled cores the form being a nanoparticle, e.g. an immuno-nanoparticle the material constituting the nanoparticle being a polymer
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/14—Particulate form, e.g. powders, Processes for size reducing of pure drugs or the resulting products, Pure drug nanoparticles
    • A61K9/16—Agglomerates; Granulates; Microbeadlets ; Microspheres; Pellets; Solid products obtained by spray drying, spray freeze drying, spray congealing,(multiple) emulsion solvent evaporation or extraction
    • A61K9/167—Agglomerates; Granulates; Microbeadlets ; Microspheres; Pellets; Solid products obtained by spray drying, spray freeze drying, spray congealing,(multiple) emulsion solvent evaporation or extraction with an outer layer or coating comprising drug; with chemically bound drugs or non-active substances on their surface
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
    • A61K9/50—Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals
    • A61K9/51—Nanocapsules; Nanoparticles
    • A61K9/5107—Excipients; Inactive ingredients
    • A61K9/513—Organic macromolecular compounds; Dendrimers
    • A61K9/5138—Organic macromolecular compounds; Dendrimers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. polyvinyl pyrrolidone, poly(meth)acrylates
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P43/00—Drugs for specific purposes, not provided for in groups A61P1/00-A61P41/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y5/00—Nanobiotechnology or nanomedicine, e.g. protein engineering or drug delivery

Definitions

  • the invention relates to a polymer matrix for the specific attachment of surface epitopes or
  • Receptors of cells wherein the polymer matrix has been pretreated by molecular imprinting.
  • the invention likewise relates to a process for producing such a polymer matrix.
  • the polymer matrices according to the invention are used for therapeutic as well as diagnostic applications and also for the isolation of cells.
  • a targeted delivery of drugs in the body is nowadays a variety of systems that are characterized by being able to absorb much drug per particle to have a biocompatible shell and thus have low toxicity. Furthermore, the rate of delivery and effect can be adjusted. There are many different ones Varieties of particles, such as micelles, inside which the drug is trapped. The shell can be chemically modified so that early degradation in the bloodstream is avoided.
  • liposomes, dendrimers, hydrogels and the like are used for the transport of medicaments, whereby the medicament, depending on the type of particles, can be distributed both in the core and evenly distributed over the entire particle.
  • the shell can be modified by its construction or the attachment of specific binding sites such that e.g. Cancer cells can be targeted by the particles, where they then release the drug by dissolving the particle or by chemical or physicochemical follow-up reactions.
  • pH or temperature changes called.
  • uptake of the particles into the target cells is possible, where they are then e.g. be resolved by enzymatic processes by the conditions prevailing in the cell. Due to the versatile possibilities of particle assembly, the particles can be precisely adapted to the specific requirements of the system to be treated.
  • MIP Molecular Imprinted Polymers
  • the polymer in the presence of the enantiomer or of a diastereomer of the medicament (in the case of chiral active substances) or else of structural analogues.
  • the active substance itself has thus a slightly lower affinity for the polymer, whereby the release of the active ingredient is facilitated.
  • Another variant is conceivable in which the polymer is embossed with a substance present at the target site which has structural similarities with the active substance; The active ingredient is thus less firmly bound in the polymer and displaced by the imprinting substance at the destination. The release of the drug may be due to diffusion,
  • a polymer matrix for the specific binding of surface epitopes or receptors of cells, the polymer matrix having molecularly imprinted binding cations and epitopes or receptors specific for these surfaces.
  • the present invention makes it possible to use the method of molecular imprinting to produce polymer matrices, in particular polymer particles, on which receptors, antibodies or bispecific zifische antibodies are replaced. Since many tumor-associated antigens or other epitopes or receptors that are involved in diseases or may play a role in the therapy known.
  • the method according to the invention thus replaces the previous procedure known from the prior art for embossing particle surfaces in the presence of such structures, for example antigens, epitopes or receptors, or altered or reduced segments thereof.
  • polymer matrices can be prepared which simulate bispecific antibodies by tailoring and attaching to specific epitopes of a transport cell prior to their introduction into the bloodstream.
  • a second molecularly imprinted binding site facilitates recognition and binding to other cells, e.g. Tumor cells. This can reduce the circulation time and increase the rate of uptake at the target site if the transporting cells are chosen to respond to the affected tissue.
  • the binding cavities are for immune cells, in particular T-lymphocytes, monocytes or of
  • Monocyte-derived macrophages and antigen-presenting cells may be for stem cells.
  • the polymer matrix preferably consists of a biocompatible and / or natural polymer.
  • the biocompatible polymer is preferably selected from the group consisting of poly (meth) acrylic acid, poly (2-hydroxyethyl methacrylate), polyacrylamides, polylactides, polyglycosides, polyphosphazenes, polythioesters, polyanhydrides, poly (N-vinylpyrrolidone), Poly (hydroxyalkanoates), polyurethanes, polysiloxanes, poly (ethylene oxide), poly (vinyl alcohol), poly (ethylene), poly (methyl methacrylate), poly (ethylene glycol), polyglycolides and copolymers, blends, and mixtures thereof.
  • the natural polymers are preferably selected from the group consisting of starch, cellulose, chitosan and copolymers, blends and mixtures thereof. It is also possible to use inorganic materials, for example silicon dioxide materials, in particular porous hollow particles thereof, titanium and alloys thereof; Aluminum, calcium, titanium and cobalt oxides, - hydroxyapatites, fluorapatites and other calcium phosphates, - aluminates, selenates and antimi- ates.
  • the specific binding cavities may preferably be generated by the incorporation of specific epitopes, receptors or portions thereof, and subsequently removed again from the polymer matrix. This distance may be e.g. be induced by the use of hydrolytic enzymes, by heating or appropriate chemicals. It is likewise possible to generate the specific binding cavities by incorporating specific proteins, polysaccharides, fats and / or nucleic acids into the polymer matrix and subsequently hydrolyzing them by isosomal enzymes, which makes it possible to dissolve the external structure, ie the rule of the shell, comes.
  • the preferred form of the polymer matrix is a particle, in which case the particle surface has the binding cavities.
  • Such particles preferably have a particle size in the range of 10 to 1000 nm.
  • the polymer matrix contains a magnetic or magnetizable material, for example iron-containing material such as magnetite, maghemite or hematite.
  • Such particles make it possible to heat selective areas in the body to which the particles bind due to the molecularly embossed surface structuring. The heating takes place by exciting the particles with radio waves or microwaves. Depending on the extent of the induced increase in temperature, this can be used, for example, to release active substances from temperature-sensitive particles or to heat the target tissue in order to kill the corresponding cells.
  • Such magnetic nanoparticles can either be obtained by known synthesis processes or are coated with a biocompatible and biodegradable polymer of, for example, lactic acid, urethane anhydrides, siloxane, vinyl alcohols, acrylamide, ethylene, ethyl 2-cyanoacrylate, gelatin, dextran or mixtures thereof.
  • a biocompatible and biodegradable polymer of, for example, lactic acid, urethane anhydrides, siloxane, vinyl alcohols, acrylamide, ethylene, ethyl 2-cyanoacrylate, gelatin, dextran or mixtures thereof.
  • Another variant for the preparation provides that the magnetic material is incorporated into the polymer matrix during the polymerization.
  • the polymer matrix contains at least one active substance.
  • the effect of eg T cells at the site of action can be enhanced by release of the active ingredient.
  • cytostatic agents e.g. cytostatic agents.
  • Such drug-loaded polymer matrices which may be in the form of particles, for example, can either be injected into the bloodstream or linked ex vivo to cells, eg T lymphocytes or monocytes, before these complexes are then injected into the bloodstream.
  • the active ingredients are no restrictions, so both a load on the inside and on the surface is possible.
  • the outer embossed surface is designed to be either time-dependent or by binding to the target epitope by a changed pH in the target tissue or in certain compartments, or by exocytosis of the acidic, cytolytic content of the target. Lysosomes after binding to the cell to be treated via the T-cell receptor becomes permeable to the drug or dissolves. A classic field of application for this is cancer therapy.
  • the release of the active ingredient may generally be by diffusion, by (biological) degradation of the support material, and by swelling or swelling followed by diffusion or all together.
  • the active ingredient can be released both time-controlled, by desorption, pH-dependent, by lysosomal hydrolysis and / or by magnetic interaction. In this case, a sustained release may be preferred.
  • the network When using pH-sensitive protein units, the network is split at these sites, in the other microgels there is a reversible swelling or shrinking of the network, whereby the solvent contained in the microgel is released with the drug.
  • the release takes place in simple core-shell particles by the slow dissolution of the medically loaded shell or, in the case of core-loaded particles, by the dissolution of the barrier shell. 4) pH dependent (enhanced by chain reaction)
  • pH-sensitive particles leads to the desorption of the particle / T cell unit and subsequent re-coupling to other epitopes of the
  • An alternating magnetic field leads to heating of the particles and the destruction of the polymer structure and thus to the release of the drug.
  • the temperature threshold is chosen high enough to avoid premature delivery of the drug.
  • the magnetic particles can be localized by magnetic detection (SQUID) in the body and allow a targeted reaction start with sufficient accumulation in the affected tissue.
  • SQUID magnetic detection
  • An applied magnetic field can also lead to a change in the pores in the gel, an electric field to a change in the charge in the membrane and a migration of a charged drug. In both cases, a change in the swelling behavior and thus a release of the active ingredient is effected.
  • an increase in temperature and thus a release of the active substance can also be caused by ultrasound.
  • the binding of the active substance to the polymer matrix there are no restrictions with regard to the binding of the active substance to the polymer matrix.
  • the interactions are based on physisorption or chemisorption with the surface of the polymer matrix.
  • the active ingredient is incorporated in the polymer matrix.
  • hydrogels preferably have a particle size in the order of 100 to 1000 nm.
  • a crosslinker for example tetraethylene glycol dimethacrylate (EDGMA) or pentaerythritol tetraacrylate (PETEA)
  • a crosslinking agent for example functional groups such as acrylamide units which can be attached to the amide nitrogen via aliphatic, aromatic or heteroaromatic spacers are dissolved in a mixture of water and an organic solvent such as ethanol.
  • hydrogels In the production of such hydrogels according to the invention, it is also possible by the incorporation of specific protein or polysaccharide chains, fats or nucleic acids into the polymer to form functional segments which can be hydrolyzed by lysosomal enzymes and lead to the dissolution of the microgel.
  • pH-sensitive protein units can be used.
  • free radical initiators for the preparation of the hydrogels are preferably 4, 4 'azobis (4-cyanopentanoic acid) or 2, 2' azobis (isobutyronitrile) is used.
  • a photolytic radical start by means of UV light is possible.
  • Another preferred variant provides temperature-sensitive hydrogels, for example Poly (N-alkylacrylamides) can be prepared. Their thermosensitivity can be achieved by the variation of crosslinker used and its concentration or by the addition of co-monomers. Due to the presence of magnetite or
  • Maghemite during the synthesis can also produce magnetic particles that can also react to external fields.
  • monomers, crosslinking agents and solvents used for the polymer matrix reference is made to claims 20 to 22.
  • the cells For the production of specific cavities for the detection of certain cell types, eg T-lymphocytes, monocytes, the cells, their epitopes or regions of the epitopes are bound to a supported biopolymer surface such as gelatin or dextran.
  • a supported biopolymer surface such as gelatin or dextran.
  • their previously modified antibodies can be used by binding sulfhydryl or else other functional groups to the biopolymer and the abovementioned cell types via avidin-biotin complexation by means of NeutrAvidin to the functional groups.
  • By modifying the antibodies, eg biotinylation it is ensured that the antibody binds to the biopolymer layer in the desired orientation.
  • the biopolymer is bound on one side of a polymer stamp as a thin layer, thereby forming capillaries with a diameter of only a few micrometers.
  • characteristic markers or epitopes such as the tumor marker EpCAM are fixed.
  • EpCAM epitopes
  • the targeted arrangement of both components on the particle can thus be achieved via the spatial arrangement during the synthesis by now in the capillaries, the molecular imprinting is done.
  • the specific cavities are formed on the standing shell in the presence of the drug-loaded particles on opposite sides. By separating the polymer halves and washing with solvents, the finished particles can be extracted.
  • a further preferred variant envisages that the surface epitope which produces the binding cavity in the polymer matrix is bound to a sterically demanding molecule, e.g. a polymer, or a sufficiently large particle, e.g. Gelatin particles, colloids or liposomes.
  • a sterically demanding molecule e.g. a polymer
  • a sufficiently large particle e.g. Gelatin particles, colloids or liposomes.
  • the mutual obstruction of the epitope particles can also be produced by a high ionic charge of the epitope particles, which leads to repulsion.
  • a deliberately low loading of carrier particles, even with several cavities per polymer particle can be achieved by a low concentration of carriers during the subsequent loading, provided that the number of cavities during the polymerisation of the polymer matrix is kept sufficiently low by the said methods.
  • magnetically active colloids are used as epitope carriers, they can be brought to one side of the polymerization vessel or polymerization channel, ie when using the flow-through method, by applying a magnetic field.
  • the cavities are formed on the opposite side of the target molecule accordingly.
  • the arrangement of the cavities is non-specific.
  • the antibodies of the T cells are bound to gelatin particles with sizes of more than 500 nm in order to prevent imprinting of the antibody-carrying particles.
  • a further preferred variant provides that nanoscale embossed polymers are prepared in the first step, with short oligopeptide sections as freely movable or immobilized templates which are selected from the amino acids of the proteins of the epitope which are specific for the N- or C-terminal ends consist.
  • These peptide-imprinted polymers which can recognize the N- or C-terminal oligopeptides and thus the target epitope with high specificity and affinity, are then intended to serve as a template for a stable prepolymerization complex with suitable functional monomers in a second step.
  • these are then polymerized to more or less strongly cross-linked chains (alternatively, the functional monomers are already incorporated in chains), which are held together by the non-covalent interactions between the copolymerized functional monomers and the peptide-imprinted polymer templated and In the case of binding of the peptide-imprinted polymers to the target epitope, the polymer structure is loosened, resulting in a release of the active substance (s).
  • This described system may also be additionally coupled with a MIP specific for immune cell epitopes.
  • the polymer matrix according to the invention can be present in different forms depending on the production process. Which includes:
  • Monomers bind to activated surfaces, e.g. Silicon or glass surfaces, and give after washing defined embossed structures.
  • some advantageous fields of application should be enumerated here by way of example. These include, for example, targeting, covalent or non-covalent binding to the target, and controlled release of drugs into target tissues, which is an essential aspect of modern therapies because it can dramatically reduce drug concentrations.
  • the cancer therapy in which the inhibition of receptors, e.g. epidermal growth receptor (EGFR) is an important target to suppress signal transduction.
  • EGFR epidermal growth receptor
  • Biler are immunogenic and more expensive to produce.
  • Another advantage of the polymer matrix according to the invention over monoclonal antibodies is the significantly cheaper production.
  • Another use relates to the use in diagnostics by the particles are marked with fluorescent dyes or contrast agents.
  • the corresponding molecular imprinting of the surface allows interaction with specific target cells, e.g. in the body directly or in a blood sample.
  • a compound of the polymer matrix according to the invention for cell isolation can also be carried out.
  • the use of particles with a magnetic core and an outer molecular-imprinted surface layer thus enables isolation of the bound cells in the magnetic field.
  • hollow silica nanoparticles are prepared as carrier material for the selected active ingredient and its controlled release
  • the sodium silicate component Na 2 SiO 3 .9 H 2 O
  • Calciumcarbo- natsuspension particle size 90 nm
  • Oligopeptides contained in the N- or C-terminal sequences of the respective target epitopes and specific for the selected epitopes are contained in the N- or C-terminal sequences of the respective target epitopes and specific for the selected epitopes.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Polymermatrix für die spezifische Anbindung von Oberf lächenepitopen oder Rezeptoren von Zellen, wobei die Polymermatrix durch molekulares Prägen vorbehandelt wurde. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Polymermatrix. Verwendung finden die erfindungsgemäßen Polymermatrizes bei therapeutischen wie diagnostischen Anwendungen und ebenso zur Isolierung von Zellen.

Description

Polymermatrix, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung
Die Erfindung betrifft eine Polymermatrix für die spezifische Anbindung von Oberflächenepitopen oder
Rezeptoren von Zellen, wobei die Polymermatrix durch molekulares Prägen vorbehandelt wurde. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Polymermatrix. Verwendung finden die erfindungsgemäßen Polymermatrizes bei therapeutischen wie diagnostischen Anwendungen und ebenso zur Isolierung von Zellen.
Eine gezielte Bereitstellung von Medikamenten im Kör- per erfolgt heutzutage über eine Vielzahl von Systemen, die sich dadurch auszeichnen, viel Medikament pro Partikel aufnehmen zu können, eine biokompatible Hülle zu besitzen und somit geringe Toxizität aufzuweisen. Ferner lassen sich Abgaberate und Wirkungs- statte einstellen. Hierbei gibt es verschiedenste Sorten an Partikeln, wie z.B. Mizellen, in deren Innerem das Medikament eingeschlossen ist. Die Hülle kann hierbei chemisch so modifiziert werden, dass ein frühzeitiger Abbau im Blutstrom vermieden wird.
Auch Liposome, Dendrimere, Hydrogele u.a. Partikel mit oben genannten Vorteilen dienen zur Medikamentenbeförderung, wobei das Medikament je nach Art der Partikel sowohl im Kern als auch gleichmäßig über den gesamten Partikel verteilt vorliegen kann. Die Hülle lässt sich durch deren Aufbau oder das Anbringen spezifischer Bindungsstellen so modifizieren, dass z.B. Krebszellen gezielt von den Partikeln angesteuert werden können, wo sie dann das Medikament durch Auf- lösen des Partikels oder auch durch chemische oder physikochemische Folgereaktionen freigesetzt werden. Hier seien pH- oder Temperaturänderungen genannt. Auch eine Aufnahme der Partikel in die Zielzellen ist möglich, wo sie dann z.B. durch die in der Zelle vor- herrschenden Bedingungen durch enzymatische Prozesse aufgelöst werden. Durch die vielseitigen Möglichkeiten des Aufbaus der Partikel lassen sich die Partikel den spezifischen Anforderungen, die das zu behandelnde System vorgibt, exakt anpassen.
Eine neuere Form der Medikamentenbereitstellung erfolgt über Molecular Imprinted Polymers (MIP) . Hier erfolgt eine Polymerisation von funktionellen und vernetzenden Polymeren zu Nanopartikeln in Anwesen- heit des zu transportierenden Medikaments. Das Medikament dient hier als Templat, das in einem weiteren Schritt aus den gebildeten Polymeren ausgewaschen wird und Kavitäten hinterlässt, die die spezifische Anordnung und Größe für das Templat besitzen und so- mit spezifisch hierauf reagieren können, wobei sich der Grad der Spezifität wählen lässt. Die großen Vor- teile von MIPs liegen somit in der hohen Affinität und Spezifität für die Zielmoleküle, die denen natürlicher Rezeptoren entsprechen, weiterhin ihrer erhöhten Stabilität gegenüber ihren biologischen Vertre- tern sowie ihre einfache Synthese und Anpassung an die Anwendungsbedingungen .
Es ist aber auch möglich, das Polymer in Anwesenheit des Enantiomeren oder eines Diastereomeren des Medi- kaments (bei chiralen Wirkstoffen ) oder auch Strukturanalogen herzustellen. Der betreffende Wirkstoff selbst besitzt so eine etwas geringere Affinität zu dem Polymer, wodurch die Freisetzung des Wirkstoffs erleichtert wird. Eine weitere Variante ist denkbar, bei der das Polymer mit einer am Zielort vorhandenen Substanz geprägt wird, die strukturelle Ähnlichkeiten mit dem Wirkstoff aufweist; der Wirkstoff wird dadurch ebenfalls weniger fest im Polymer gebunden und durch die Prägesubstanz am Zielort verdrängt. Die Freisetzung des Medikaments kann durch Diffusion,
Verdrängung, (biologischen) Abbau des Trägermaterials oder ein Zusammenspielen von allen erfolgen.
Bestehende MIP-Systeme sind hierbei oft so gewählt, dass sie neben dem zu transportierenden Medikament
Rezeptoren oder Antikörper zur Erkennung spezifischer Epitope auf der Zielzelle tragen, um hier ihre Fracht abzugeben. Sie zirkulieren durch den Blutkreislauf, bis sie nach und nach an den Zielzellen aufgenommen werden. Dabei dient der Blutström als direktes Transportmittel. Derartige Systeme sind aus folgenden Druckschriften bekannt:
0. Kotrotsiou, K. Kotti, E. Dini, 0. Kammona und C. Kiparissides ; Journal of Physics: Conference Series 10 (2005) 281-284, Alexandridou S. und Kiparissides C, Proc . Of the EC- NSF Workshop on Nanotechnology-Revolutionary Opportu- nities and Societal Implications (Lecce, Italy, Janu- ary 31-February 1, 2002),
Byrne M.E., Park K. und Peppas N. A. , 2002 Adv. Drug Delivery Rev. 54, 149-61 und
Majeti N. V., Ravi Kuraar, J. Pharm. Pharmaceut . Sei. 3 (2) : 234-258 (2000) .
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfach zu handhabendes Verfahren be- reitzustellen, mit dem Oberflächenepitope oder Rezeptoren von Zellen selektiv erkannt oder gebunden werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Polymermatrix mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. In den Ansprüchen 24 bis 27 werden erfindungsgemäße Verwendungen aufgezählt. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
Erfindungsgemäß wird eine Polymermatrix für die spezifische Anbindung von Oberflächenepitopen oder Rezeptoren von Zellen bereitgestellt, wobei die Polymermatrix molekular geprägte und für diese Oberflä- chen Epitope oder Rezeptoren spezifische Bindungska- vitäten aufweist.
Durch die vorliegende Erfindung wird es ermöglicht, das Verfahren des molekularen Prägens einzusetzen, um Polymermatrizes, insbesondere Polymerpartikel, herzustellen, auf denen Rezeptoren, Antikörper oder bispe- zifische Antikörper ersetzt sind. Da viele Tumorassoziierte Antigene oder auch andere Epitope oder Rezeptoren, die in Krankheiten einbezogen sind bzw. bei der Therapie eine Rolle spielen können, bekannt. Das erfindungsgemäße Verfahren ersetzt somit die bisherige aus dem Stand der Technik bekannte Verfahrensweise, Partikeloberflächen in Gegenwart solcher Strukturen, z.B. Antigene, Epitope oder Rezeptoren, oder veränderten bzw. verkleinerten Segmenten hiervon zu prägen.
Erfindungsgemäß können Polymermatrizes hergestellt werden, die bispezifische Antikörper simulieren, indem sie für spezifische Epitope einer Transportzelle zugeschnitten sind und an diese angebunden werden können, bevor sie in den Blutstrom gegeben werden. Eine zweite molekular geprägte Bindungsstelle erleichtert die Erkennung und Bindung an anderen Zellen, z.B. Tumorzellen. Dies kann die Zirkulationszeit verringern und die Aufnahmerate am Zielort erhöhen, wenn die transportierenden Zellen so gewählt sind, dass sie auf das befallene Gewebe reagieren.
Vorzugsweise sind die Bindungskavitäten für Immunzel- len, insbesondere T-Lymphozyten, Monozyten oder von
Monozyten abgeleitete Makrophagen und Antigen präsentierende Zellen. Ebenso können diese Bindungskavitäten für Stammzellen sein.
Die Polymermatrix besteht vorzugsweise aus einem biokompatiblen und/oder natürlichen Polymer. Das biokompatible Polymer ist dabei vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus PoIy (meth) acrylsäure, PoIy- (2-hydroxyethylmethacrylat) , Polyacrylamiden, PoIy- lactiden, Polyglycosiden, Polyphosphazenen, Polyor- thoestern, Polyanhydriden, PoIy (N-Vinylpyrrolidon) , PoIy (hydroxyalkanoate) , Polyurethanen, Polysiloxanen PoIy (ethylenoxid) , PoIy (vinylalkohol) , PoIy (ethylen) , PoIy (methyl-methacrylat) , PoIy (ethylenglykol) , Po- lyglycoliden und Copolymeren, Blends und Mischungen hiervon. Die natürlichen Polymere sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stärke, CeI- lulose, Chitosan und Copolymeren, Blends und Mischungen hiervon. Es können auch anorganische Materialien zum Einsatz kommen, zum Beispiel Siliciumdioxid-Mate- rialien, vor allem poröse Hohlpartikel hiervon,- Titan und Legierungen hiervon; Aluminium-, Calcium-, Titan- und Cobaltoxide,- Hydroxyapatite, Fluorapatite und andere Calciumphosphate,- Aluminate, Selenate und Anti- monate .
Die spezifischen Bindungskavitäten können vorzugsweise durch den Einbau spezifischer Epitope, Rezeptoren oder Teile davon erzeugt werden, um anschließend wieder aus der Polymermatrix entfernt zu werden. Diese Entfernung kann dabei z.B. durch den Einsatz von hydrolytischen Enzymen, durch Erhitzen oder entsprechende Chemikalien herbeigeführt werden. Ebenso ist es möglich, die spezifischen Bindungskavitäten dadurch zu erzeugen, dass spezifische Proteine, PoIy- saccharide, Fette und/oder Nukleinsäuren in die Polymermatrix eingebaut werden und anschließend durch Iy- sosomale Enzyme hydrolysiert werden, wodurch es zur Auflösung der äußeren Struktur, also in der Regel der Schale, kommt.
Die bevorzugte Form der Polymermatrix stellt ein Partikel dar, wobei dann die Partikeloberfläche die Bindungskavitäten aufweist. Derartige Partikel haben vorzugsweise eine Korngröße im Bereich von 10 bis 1000 nm. Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass die Polymermatrix ein magnetisches oder magnetisierbares Material, z.B. eisenhaltiges Material wie Magnetit, Maghemit oder Hämatit, enthält. Derartige Partikel ermöglichen es, selektive Bereiche im Körper aufzuheizen, an die die Partikel aufgrund der molekular geprägten Oberflächenstrukturierung binden. Das Aufheizen erfolgt dabei durch Anregen der Partikel mit Radiowellen oder Mikrowellen. Je nach Ausmaß der in- duzierten Temperaturerhöhung kann diese z.B. dazu benutzt werden, Wirkstoffe aus temperatursensitiven Partikeln freizusetzen oder das Zielgewebe aufzuheizen, um die entsprechenden Zellen abzutöten. Derartige magnetische Nanopartikel lassen sich entweder durch bekannte Syntheseverfahren erhalten oder werden mit einem biokompatiblen und bioabbaubaren Polymer aus z.B. Milchsäure, Urethananhydriden, Siloxan, Vi- nylalkoholen, Acrylamid, Ethylen, Ethyl-2- Cyanoacrylat , Gelatine, Dextran oder Mischungen hier- von umhüllt. Eine andere Variante für die Herstellung sieht vor, dass das magnetische Material während der Polymerisation in die Polymermatrix eingebaut wird.
Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass die Polymermatrix mindestens einen Wirkstoff enthält. Dies ermöglicht es, dass die Wirkung von z.B. T- Zellen am Wirkort durch Freisetzung des Wirkstoffes verstärkt werden kann. So ist es möglich, durch Beladung mit Cytostatika eine gezielte Wirkstofffreiset- zung am Tumorort zu realisieren. Solche mit Wirkstoffen beladenen Polymermatrizes, die z.B. in Form von Partikeln vorliegen können, können entweder in die Blutbahn injiziert werden oder ex vivo mit Zellen, z.B. T-Lymphozyten oder Monozyten verbunden werden, bevor diese Komplexe dann in die Blutbahn injiziert werden. Hinsichtlich der Beladung der Partikel mit den Wirkstoffen bestehen keinerlei Beschränkungen, so ist sowohl eine Beladung im Inneren als auch an der Oberfläche möglich. Im ersten Fall ist die äußere geprägte Oberfläche so gestaltet, dass sie entweder zeitabhängig oder durch den Bindevorgang an das Ziel- epitop durch einen geänderten pH-Wert im Zielgewebe oder in bestimmten Kompartimenten oder durch Exozyto- se des sauren, cytolytischen Inhalts des von T- Lysosomen nach Bindung an die zu therapierende Zelle über den T-Zell-Rezeptor durchlässig für das Medikament wird oder sich auflöst. Ein klassisches Anwendungsfeld hierfür ist die Krebstherapie.
Die Freisetzung des Wirkstoffs kann allgemein durch Diffusion, durch (biologischen) Abbau des Trägermaterials und durch Anschwellen oder Aufquellen mit nachfolgender Diffusion oder einem Zusammenspielen von allen erfolgen. Der Wirkstoff kann dabei sowohl zeitgesteuert, durch Desorption, pH-abhängig, durch lyso- somale Hydrolyse und/oder durch magnetische Wechselwirkung freigesetzt werden. Hierbei kann eine retardierende Freisetzung bevorzugt sein.
Auf Polymermatrixsysteme, die in der Lage sind, ihre Größe durch Anschwellen oder Schrumpfen zu verändern, können darüber hinaus auch noch folgende Umgebungsparameter eine Wirkstofffreisetzung bewirken: Temperatur; Ionenstärke; von den Zielzellen ausgeschüttete geladene Verbindungen, die an funktionelle Gruppen im System binden und durch die resultierende elektrostatische Abstoßung ein Anschwellen des Systems bewirken; sowie Elektronendonorverbindungen, die mit den Systemen charge-transfer-Komplexe eingehen können. Hinsichtlich der verschiedenen Freisetzungsmechanismen sollen kurz die verschiedenen Varianten nochmals beschrieben werden.
1) pH-abhängig
Das Einbringen der MlP-umhüllten Partikel in den Blutkreislauf führt zu einer Anbindung an T- Leukozyten und dem Transport an die Zielstelle. Durch die Reaktion der T-Zelle auf die Krebszelle kommt es zur Lysosomenausschüttung mit verbundener pH- Absenkung. Diese führt bei den pH- sensitiven Mikrogelen zur Ausschüttung des Medikaments.
Bei Verwendung pH-empfindlicher Proteineinheiten wird das Netzwerk an diesen Stellen gespalten, bei den anderen Mikrogelen kommt es zu einem reversiblen An- bzw. Abschwellen des Netzwerkes, wodurch das im Mikrogel enthaltene Lösemittel mit dem Medikament ausgeschüttet wird.
2) lysosomai
Bei den Polymereinheiten, die mit enzymsensiblen Ab- schnitten funktionalisiert wurden, führt die lysoso- male Hydrolyse zur Spaltung des Polymernetzwerkes.
3) zeitgesteuert
Die Freigabe erfolgt bei einfachen Kern-Schale- Partikeln durch das langsame Auflösen der medikamen- tenbeladenen Schale oder bei kernbeladenen Partikeln durch das Auflösen der als Barriere wirkenden Schale. 4) pH-abhängig (verstärkt durch Kettenreaktion)
Der Einsatz pH-sensitiver Partikel führt nach der De- sorption der Partikel/T-Zellen-Einheit und anschlie- ßender erneuter Ankopplung an weitere Epitope der
Krebszelle zu weiterer Lysosomenausschüttung. Somit wird der pH-Wert in der Umgebung nach und nach abgesenkt, was letztenendes zur kompletten Auflösung des Partikels führt.
5) magnetische Wechselwirkung
Ein magnetisches Wechselfeld führt zum Erhitzen der Partikel und der Zerstörung der Polymerstruktur und somit zur Ausschüttung des Medikaments. Bei den temperaturempfindlichen Mikrogelen kommt es zu einer Kontraktion des Polymers und einem Auspressen der in den Zwischenräumen enthaltenen Lösemittel . Hierbei wird die Temperaturschwelle genügend hoch gewählt, um eine vorzeitige Abgabe des Medikaments zu vermeiden.
Die magnetischen Partikel können durch magnetische Detektion (SQUID) im Körper lokalisiert werden und erlauben einen gezielten Reaktionsstart bei genügender Ansammlung im betroffenen Gewebe.
Ein angelegtes magnetisches Feld kann außerdem zu einer Änderung der Poren im Gel führen, ein elektrisches Feld zu einer Änderung der Ladung in der Membran und einer Wanderung eines geladenen Wirkstoffs. In beiden Fällen wird eine Änderung im Aufquellverhalten und damit eine Freisetzung des Wirkstoffs bewirkt .
Ferner kann ein Temperaturanstieg und somit eine Freisetzung des Wirkstoffs auch durch Ultraschall hervorgerufen werden. Hinsichtlich der Anbindung des Wirkstoffs an die Polymermatrix bestehen grundsätzlich keinerlei Beschränkungen. Vorzugsweise basieren die Wechselwir- kungen auf Physi- oder Chemisorption mit der Oberfläche der Polymermatrix. Ebenso ist es aber auch möglich, dass der Wirkstoff in die Polymermatrix eingebaut ist.
Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Polymermatrix sieht vor, dass diese in Form eines Hydrogels vorliegt. Derartige Hydrogele haben vorzugsweise eine Partikelgröße in der Größenordnung von 100 bis 1000 nm. Zur Herstellung wird eine Lösung bestehend aus den entsprechenden Monomereinheiten mit einem Vernetzer, z.B. Tetraethylen-Glycoldimethacrylat (EDGMA) oder Pentaerythritoltetraacrylat (PETEA) sowie mit einem Quervernetzer, der z.B. funktionelle Gruppen wie Acrylamideinheiten, die an den Amidstickstoff über aliphatische, aromatische oder heteroaromatische Spacer gebunden werden können, enthalten, werden in einem Gemisch aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel wie Ethanol gelöst. Auch bei der Herstellung derartiger erfindungsgemäßer Hydrogele lassen sich durch den Einbau bestimmter Protein- oder PoIy- saccharidketten, Fette oder Nukleinsäuren in das Polymer funktionelle Abschnitte ausbilden, die durch lysosomale Enzyme hydrolysiert werden können und zur Auflösung des Mikrogels führen. Ebenfalls sind pH- empfindliche Proteineinheiten einsetzbar. Als Radikalstarter für die Herstellung der Hydrogele werden vorzugsweise 4 , 4 ' -Azobis- (4-cyanopentansäure) oder 2 , 2 ' -Azobis- (isobutyronitril) verwendet. Ebenso ist aber auch ein photolytischer Radikalstart mittels UV- Licht möglich. Eine weitere bevorzugte Variante sieht temperaturempfindliche Hydrogele vor, die z.B. aus PoIy (N-alkylacrylamiden) hergestellt werden können. Deren Thermosensitivität kann durch die Variation von eingesetztem Vernetzer sowie dessen Konzentration oder auch durch den Zusatz von Co-Monomeren erreicht werden. Durch die Anwesenheit durch Magnetit oder
Maghemit während der Synthese lassen sich auch magnetische Partikel herstellen, die auch auf äußere Felder reagieren können. Hinsichtlich der für die Polymermatrix eingesetzten Monomere, Quervernetzer und Lösungsmittel wird auf die Ansprüche 20 bis 22 verwiesen.
Für die Herstellung spezifischer Kavitäten zur Erkennung bestimmter Zellarten, z.B. T-Lymphocyten, Mono- cyten, werden die Zellen, deren Epitope oder Bereiche der Epitope, an eine auf einem Träger befindliche Biopolymer-Oberfläche wie Gelatine oder Dextran gebunden. Hierzu lassen sich deren zuvor modifizierte Antikörper verwenden, indem man Sulfhydryl- oder auch andere funktionelle Gruppen an das Biopolymer und die oben genannten Zellarten über eine Avidin-Biotin- Komplexierung mittels NeutrAvidin an die funktionellen Gruppen bindet. Durch die Modifizierung der Antikörper, z.B. Biotinylierung, wird gewährleistet, dass sich der Antikörper auf der Biopolymerschicht in der gewünschten Orientierung anbindet. Das Biopolymer ist dabei auf einer Seite eines Polymerstempels als dünne Schicht gebunden, wodurch sich Kapillare mit wenigen Mirkometern Durchmesser bilden. Auf der gegenüberlie- genden Seite der gebundenen Zellen sind charakteristische Marker bzw. Epitope wie der Tumormarker EpCAM fixiert. Die gezielte Anordnung beider Komponenten auf dem Partikel kann somit über die räumliche Anordnung während der Synthese erreicht werden, indem nun in den Kapillaren das Molecular Imprinting erfolgt. Die spezifischen Kavitäten bilden sich auf der ent- stehenden Schale bei Anwesenheit der medikamentenbe- ladenen Partikel auf gegenüberliegenden Seiten. Durch Trennen der Polymerhälften und Waschen mit Lösungsmitteln lassen sich die fertigen Partikel extrahie- ren.
Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass das Oberflächenepitop, welches die Bindungskavität in der Polymermatrix erzeugt, an ein genügend sterisch an- spruchsvolles Molekül, z.B. ein Polymer, bzw. ein genügend großer Partikel, z.B. Gelatinepartikel, Kolloide oder Liposome, bindet. Hierdurch wird sich nicht nur eine sehr kleine Anzahl von Kavitäten für die Transportzelle ausbilden. Die gegenseitige Behin- derung der Epitoppartikel kann auch durch eine hohe ionische Ladung der Epitoppartikel erzeugt werden, wodurch es zur Abstoßung kommt. Ebenso kann eine gezielt geringe Beladung mit Trägerteilchen selbst bei mehreren Kavitäten pro Polymerpartikel durch eine ge- ringe Konzentration an Trägern während der späteren Beladung erzielt werden, sofern die Zahl der Kavitäten während der Polymerisation der Polymermatrix durch die genannten Verfahren ausreichend niedrig gehalten wird.
Werden magnetisch aktive Kolloide als Epitopträger verwendet, lassen sich diese durch Anlegen eines Magnetfeldes gezielt auf eine Seite des Polymerisations- behälters oder Polymerisationskanals, d.h. bei Ver- wendung der Durchflussmethode, bringen. Bei gleichzeitiger Polymerisation der Polymermatrix mit dem gegenüber gebundenen zweiten Epitop des Zielmoleküls entstehen die Kavitäten entsprechend auf der abgewandten Seite vom Zielmolekül. Bei Anwendung des obigen Verfahrens ohne Anwesenheit der Polymerstempel erfolgt die Anordnung der Kavitä- ten unspezifisch. Hierbei sind die Antikörper der T-Zellen auf Gelatinepartikeln mit Größen von über 500 nm gebunden, um ein Imprinting der antikörpertragenden Partikel zu verhindern.
Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass im ersten Schritt nanoskalige geprägte Polymere herge- stellt werden, mit kurzen Oligopeptid-Teilstücken als frei bewegliche oder immobilisierte Template, die aus den für die N- oder C-terminalen Enden spezifischen Aminosäuren der Proteine des gewählten Epitops bestehen. Diese peptidgeprägten Polymere, die die N- oder C-terminalen Oligopeptide und damit das Zielepitop mit hoher Spezifität und Affinität erkennen können, sollen dann in einem zweiten Schritt selbst als Templat für einen stabilen Präpolymerisationskomplex mit geeigneten funktionellen Monomeren dienen. In einem dritten Schritt werden diese dann zu mehr oder weniger stark vernetzten Ketten polymerisiert (alternativ sind die funktionellen Monomere bereits in Ketten eingebunden) , die durch die nicht-kovalenten Wechselwirkungen zwischen den einpolymerisierten funktionellen Monomeren und den peptidgeprägten PoIy- mer-Templaten zusammengehalten werden und so als Träger für Wirkstoffe dienen können, Bei Bindung der peptidgeprägten Polymere an das Zielepitop erfolgt eine Lockerung der Polymerstruktur, die in einer Freisetzung des/der Wirkstoffs/e resultiert. Dieses beschriebene System kann auch noch zusätzlich mit einem für Immunzellenepitope spezifischen MIP gekoppelt sein. Die erfindungsgemäße Polymermatrix kann in Abhängigkeit von dem Herstellungsprozess in unterschiedlichen Formen vorliegen. Hierzu zählen:
• Herstellung von Polymermonolithen und nachfolgende Fragmentierung
• Aufpfropfen des geprägten Polymers auf vorgeformte Partikel
• Herstellung von Polymerkügelchen aus Suspensions- , Emulsions- oder Dispersionspolymerisation
• Polymerpartikel, die an Dünnschichten oder Polymermembranen gebunden sind
• Polymermembranen
• Oberflächengeprägte Polymerphasen: Die gebildeten Komplexe der Templatmoleküle mit den funktionellen
Monomeren binden an aktivierte Oberflächen, wie z.B. Silizium- oder Glasoberflächen, und ergeben nach dem Auswaschen definierte geprägte Strukturen.
Hinsichtlich der Verwendungsmöglichkeiten sollen hierbei beispielhaft einige vorteilhafte Anwendungsfelder aufgezählt werden. Hierzu zählt beispielsweise das zielspezifische Auffinden, die kovalente oder nicht-kovalente Bindung am Target und die kontrollierte Freisetzung von Wirkstoffen in Zielgeweben, was einen wesentlichen Aspekt moderner Therapien darstellt, da auf diese Weise die Wirkstoffkonzentratio- nen drastisch gesenkt werden können. Als Anwendungs- bereich ist hier beispielsweise die Krebstherapie zu nennen, bei der die Hemmung von Rezeptoren, z.B. des epidermalen Wachstums-Rezeptors (EGFR) ein wichtiges Ziel ist, um die Signalweiterleitung zu unterdrücken. Die bislang eingesetzten monoklonalen Antikörper wei- sen hierbei gegenüber den neuen erfindungsgemäßen
Systemen den Nachteil auf, dass sie wesentlich insta- biler sind, immunogen und aufwendiger herzustellen sind. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Polymermatrix gegenüber monoklonalen Antikörper ist die deutlich kostengünstigere Herstellung.
Eine weitere Verwendung betrifft den Einsatz in der Diagnostik, indem die Partikel mit fluoreszierenden Farbstoffen oder Kontrastmitteln markiert werden. Die entsprechende molekulare Prägung der Oberfläche er- laubt eine Wechselwirkung mit spezifischen Zielzellen, z.B. im Körper direkt oder auch in einer Blutprobe .
Weiterhin kann auch eine Verbindung der erfindungsge- mäßen Polymermatrix zur Zellisolierung erfolgen. Der Einsatz von Partikeln mit magnetischem Kern und einer äußeren molekular geprägten Oberflächenschicht ermöglicht so eine Isolierung der gebundenen Zellen im magnetischen Feld.
Anhand des nachfolgenden Beispiels soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier dargestellte spezielle Ausführungsform einschränken zu wollen.
Beispiel 1
Analog der Vorschrift von Chen et al . (Jian-Feng Chen, Hao-Min Ding, Jie-Xin Wang, Lei Shao; Biomate- rials 25 (2004) 723-727 ) werden Hohlsilica-Nanopar- tikel als Trägermaterial für den gewählten Wirkstoff und dessen kontrollierte Freisetzung hergestellt, dabei wird jedoch die Natriumsilikatkomponente (Na2SiO3.9 H2O) über einen längeren Zeitraum (5—10 Ta- ge) mittels einer Peristaltikpumpe zur Calciumcarbo- natsuspension (Partikelgröße 90 nm) zugetropft. In die so erhaltenen Hohlsilica-Nanopartikel können nun nach der Vorschrift von Seilegren et al . (Bärbel Rü- ckert, Andrew J. Hall and Börje Sellergren, J. Mater. Chem., 2002, 12, 2275-2280) p- (Chlormethyl) phenyl- Gruppen eingeführt und an die Diethyldithiocarbamat- Gruppen als Radikalstarter gekoppelt werden. Die car- bamatderivatisierten Stellen dienen nun als Ausgangspunkte für das UV-gesteuerte Aufpfropfen von molekular geprägten poly (methacrylsäure-co-ethylenglycoldi- methacrylat) -Copolymeren,- als Template dienen dabei
Oligopeptide, die in den N- oder C-terminalen Sequenzen der jeweiligen Zielepitope enthalten und für die gewählten Epitope spezifisch sind.

Claims

Patentansprüche
1. Polymermatrix für die spezifische Anbindung von Oberflächenepitopen oder Rezeptoren von Zellen, wobei die Polymermatrix molekular geprägte und für diese Oberflächenepitope oder Rezeptoren spezifische Bindungskavitäten aufweist.
2. Polymermatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix molekular geprägte Bindungskavitäten für mindestens eine Immunzelle, insbesondere T- Lymphozyten, Monozyten oder von Monozyten abge- leitete Makrophagen, Antigen präsentierende Zellen oder für mindestens eine Stammzelle aufweisen.
3. Polymermatrix nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix aus einem biokompatiblen und/oder natürlichen Polymer gebildet ist.
4. Polymermatrix nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die biokompatiblen
Polymere ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus PoIy (meth) acrylsäure, PoIy- (2-hydroxy- ethylmethacrylat) , Polyacrylamiden, Polylacti- den, Polyglycosiden, Polyphosphazenen, Polyor- thoestern, Polyanhydriden, PoIy (N-Vinylpyrrol- idon) , PoIy (hydroxyalkanoate) , Polyurethanen, Polysiloxanen, PoIy (ethylenoxid) , Poly(vinyl- alkohol) , PoIy (ethylen) , PoIy (methyl-methacry- lat) , PoIy (ethylenglykol) , Polyglycoliden und Copolymeren, Blends und Mischungen hiervon sowie die natürlichen Polymere ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Stärke, Cellulose, Chitosan und Copolymeren, Blends und Mischungen hiervon.
5. Polymermatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifischen Bindungskavitäten durch den Einbau spezifischer Epitope, Rezeptoren oder Teile davon erzeugt wurden und anschließend wieder aus der Polymermatrix entfernt werden, z.B. durch den Einsatz von hydrolytischen Enzymen, erhitzen oder entsprechende Chemikalien.
6. Polymermatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Bindungskavitäten durch Einbau spezifischer Pro- teine, Polysaccharide, Fette und/oder Nuclein- säuren mit anschließender Hydrolyse durch lyso- somale Enzyme erzeugt wurden.
7. Polymermatrix nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix ein magnetisches oder magnetisierbares Material, insbesondere eisenhaltiges Material wie Magnetit, Maghemit oder Hematit, enthält.
8. Polymermatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix mindestens einen Wirkstoff enthält.
9. Polymermatrix nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkstoff zeit- gesteuert, temperaturgesteuert, durch Desorpti- on, durch die Ionenstärke gesteuert, pH-abhängig, durch lysosomale Hydrolyse, durch von den Zellen ausgeschüttete Verbindungen initiiert, durch Elektrodonorverbindungen initiiert und/oder durch magnetische Wechselwirkung freisetzbar ist.
10. Polymermatrix nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkstoff re- tardiert freisetzbar ist.
11. Polymermatrix nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wirkstoff durch Physi- oder Chemisorption oberflächlich an die Polymermatrix gebunden und/oder in die Polymermatrix eingebaut ist.
12. Polymermatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix mindestens ein Kontrastmittel und/oder mindestens einen Farbstoff enthält.
13. Polymermatrix nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix in Form eines Partikels vorliegt und die Parti- keloberflache die Bindungskavitäten aufweist.
14. Polymermatrix nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel eine Korngröße im Bereich von 10 bis 1000 nm aufweisen.
15. Polymermatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix in Form eines Hydrogels vorliegt.
16. Polymermatrix nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkstofffrei- Setzung durch die pH-Sensitivität des Hydrogels erfolgt .
17. Polymermatrix nach dem Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkstofffrei- Setzung durch die Temperaturempfindlichkeit des
Hydrogels erfolgt.
18. Verfahren zur Herstellung einer Polymermatrix mit Bindungskavitäten für Oberflächenepitope oder Rezeptoren von Zellen, bei dem eine Polymermatrix durch Vernetzung erzeugt und durch Physi- und/oder Chemisorption spezifische Proteine, Polysaccharide, Fette und/oder Nucleinsäu- ren an der Matrix oberflächlich angebunden und/oder in die Matrix eingebaut werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix aus mindestens einem Monomeren und mindestens einem Quervernetzer in Gegenwart eines Radikal- Starters in einem Lösungsmittel hergestellt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix aus Monomeren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Carbonsäuren (insbesondere (Meth) acrylsäure, Trifluormethacrylsäure, Vinyl- benzoesäure, Itaconsäure) sowie deren Amide, Sulfonsäuren (insbesondere Acrylamidomethylpro- pansulfonsäure) , heteroaromatische Basen (insbesondere Vinylpyridine, Vinylimidazole, Vinylpy- rimidine, Vinylpurine) , aliphatische und aromatische Vinylverbindungen mit chelatbildenden Gruppen (insbesondere Iminoessigsäure, Ethylen- diamintetraessigsäure) sowie Mischungen dieser
Monomere hergestellt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Quervernetzer Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Divinylbenzol-Vernetzer, (Meth) acrylsäure- Vernetzer, Tri- und Tetrafunktionale Vernetzer, Acrylamid-Vernetzer und Mischungen hiervon.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel bei der Polymerisation aliphatische oder alicyc- lische Kohlenwasserstoffe, insbesondere Hexan, Heptan oder Cyclohexan, aromatische Kohlenwas- serstoffe, insbesondere Toluol, halogenierte Kohlenwasserstoffe, insbesondere Chloroform, Dichlormethan oder 1, 2-Dichlorethan, Alkohole, insbesondere, Methanol, Ethanol oder Propanol, Ether, Acetonitril, Tetrahydrofuran, Ethylace- tat, Aceton, Dimethylformamid, Dioxan, Dimethyl- sulfoxid sowie deren Mischungen untereinander und mit Wasser eingesetzt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass als Initiator für die Polymerisation Radikalstarter, insbesondere 2, 2'-Azobis-isobutyronitril oder 2,2'-Azobis- (2 , 4 , dimethylvaleronitril) und/oder UV-Strahlung eingesetzt wird.
24. Verwendung der Polymermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Hemmung von Rezeptoren zu therapeutischen Zwecken.
25. Verwendung der Polymermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zum zielorientierten Transport und der Freisetzung von Wirkstoffen.
26. Verwendung der Polymermatrix nach dem Anspruch 12 zur Diagnostik von z.B. Krankheitserregern.
27. Verwendung der Polymermatrix nach Anspruch 7 zur Isolierung von Zellen im magnetischen Feld.
EP07802049A 2006-08-31 2007-08-31 Polymermatrix, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung Ceased EP2066305A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006040772A DE102006040772A1 (de) 2006-08-31 2006-08-31 Polymermatrix, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung
PCT/EP2007/007632 WO2008025563A2 (de) 2006-08-31 2007-08-31 Polymermatrix, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2066305A2 true EP2066305A2 (de) 2009-06-10

Family

ID=39003987

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP07802049A Ceased EP2066305A2 (de) 2006-08-31 2007-08-31 Polymermatrix, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20090311324A1 (de)
EP (1) EP2066305A2 (de)
DE (1) DE102006040772A1 (de)
WO (1) WO2008025563A2 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009042036B4 (de) * 2009-09-17 2016-09-01 Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V. Verwendung einer lichthärtenden, biokompatiblen und biologisch abbaubaren Polymermischung
US8877907B2 (en) 2010-06-07 2014-11-04 The Johns Hopkins University Molecularly imprinted polymers
US9410949B2 (en) * 2010-12-03 2016-08-09 Washington University In St. Louis Label-free detection of renal cancer
BR112017000813B1 (pt) 2014-07-17 2021-03-16 The Regents Of The University Of California sistemas de gel microporoso, usos de uma pluralidade de partículas de microgel em uma solução aquosa e um agente de recozimento, de camadas de sequestrantes covalentemente estabilizados de partículas de microgel, e de um sequestrante covalentemente estabilizado de partículas de microgel com espaços intersticiais, bem como método para a preparação de partículas de microgel
CN104479072B (zh) * 2014-11-24 2016-11-09 常州大学 一种制备磁性分子印迹吸附剂的方法
US11931480B2 (en) 2016-02-16 2024-03-19 The Regents Of The University Of California Microporous annealed particle gels and methods of use
AU2017394923B2 (en) 2016-12-29 2022-07-14 Tempo Therapeutics, Inc. Methods and systems for treating a site of a medical implant
US20230270679A1 (en) * 2020-10-15 2023-08-31 Devid MANIGLIO Method for the production of biocompatible nanomaterials with selective recognition capabilities and uses thereof
CN114796153B (zh) * 2022-03-16 2023-04-14 齐齐哈尔大学 一种载药型可降解分子印迹聚合物纳米粒子的制备方法
CN116162210B (zh) * 2023-02-22 2024-06-04 广东海洋大学 一种Fe3O4表面接枝羧甲基壳聚糖红景天苷分子印迹缓释剂的制备方法及应用

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE8900130L (sv) * 1989-01-16 1990-07-17 Klaus Mosbach Konceptet att med hjaelp av molekylavtrycksmetoden framstaella konstgjorda antikroppar genom imprinting av t ex antigener samt att framstaella konstgjorda entzymer genom imprintning med transition state analoger
SE9400450A0 (en) * 1994-02-10 1995-08-11 Klaus Mosbach Preparation and application of artificial anti-idiotypic antibodies obtained by molecular imprinting
US5756717A (en) * 1995-05-24 1998-05-26 Perseptive Biosystems, Inc Protein imaging
US5728296A (en) * 1996-03-20 1998-03-17 Bio-Rad Laboratories, Inc. Selective recognition of solutes in chromatographic media by artificially created affinity
GB9925056D0 (en) * 1999-10-23 1999-12-22 Univ Cranfield Preparation of biologically-active molecules by template polymerization
SE9903958D0 (sv) * 1999-11-02 1999-11-02 Boerje Sellergren Porous materials for selective binding or transport of molecular guests
SE0001877D0 (sv) * 2000-05-22 2000-05-22 Klaus Mosbach Molecular imprinting
US6582971B1 (en) * 2000-08-21 2003-06-24 Lynntech, Inc. Imprinting large molecular weight compounds in polymer composites
US6660176B2 (en) * 2001-01-24 2003-12-09 Virginia Commonwealth University Molecular imprinting of small particles, and production of small particles from solid state reactants

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2008025563A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006040772A1 (de) 2008-03-20
WO2008025563A2 (de) 2008-03-06
US20090311324A1 (en) 2009-12-17
WO2008025563A3 (de) 2008-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2066305A2 (de) Polymermatrix, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung
Sharifi et al. Fiber based approaches as medicine delivery systems
Smeets et al. Designing responsive microgels for drug delivery applications
Mout et al. Surface functionalization of nanoparticles for nanomedicine
DE60026742T2 (de) Amphiphile polymere vesikel
Bajpai et al. Responsive polymers in biology and technology
Thevenot et al. Magnetic responsive polymer composite materials
Eivazzadeh-Keihan et al. The latest advances in biomedical applications of chitosan hydrogel as a powerful natural structure with eye-catching biological properties
EP1796649B1 (de) Nanotransportsystem mit dendritischer architektur
WO2005089727A1 (de) Verfahren zur herstellung von cs-partikeln und mikrokapseln unter verwendung poröser template, cs-partikel und mikrokapseln sowie deren verwendung
Pinelli et al. A perspective on the applications of functionalized nanogels: promises and challenges
Cegłowski et al. Application of paclitaxel-imprinted microparticles obtained using two different cross-linkers for prolonged drug delivery
Lu et al. Controlled drug loading and release of a stimuli-responsive lipogel consisting of poly (N-isopropylacrylamide) particles and lipids
Yuksel et al. Molecularly imprinted polymers: preparation, characterisation, and application in drug delivery systems
Bayat et al. Injectable microgel–hydrogel composites “plum pudding gels”: New system for prolonged drug delivery
Mishra et al. Direct intranuclear anticancer drug delivery via polydimethylsiloxane nanoparticles: in vitro and in vivo xenograft studies
WO2009079688A1 (en) Porous silica shell-mediated assembly of macromolecular capsules
Yavuz et al. Therapeutic protein and drug imprinted nanostructures as controlled delivery tools
Gagliardi Design and development of molecularly imprinted biodegradable polymers for nanomedicine
Akgönüllü et al. Molecularly imprinted polymeric carriers for controlled drug release
US10894020B2 (en) Hybrid nanoparticles containing boron-doped graphene quantum dots and applications thereof
DE19624990A1 (de) Verfahren zur chemischen kontrollierten Modifizierung von Oberflächen sowie von Acyl- und/oder Hydroxyl-Gruppen tragenden Polymeren
EP1799268A2 (de) Magnetische partikel zur verwendung in therapie und diagnostik
Metaxa et al. Synthesis of colloidal delivery vehicles based on modified polysaccharides for biomedical applications
Abel et al. Weaving the next generation of (bio) materials: Semi-interpenetrated and interpenetrated polymeric networks for biomedical applications

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20090330

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK RS

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20110914

APBK Appeal reference recorded

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNREFNE

APBN Date of receipt of notice of appeal recorded

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNNOA2E

APBR Date of receipt of statement of grounds of appeal recorded

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNNOA3E

APAF Appeal reference modified

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSCREFNE

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R003

APBT Appeal procedure closed

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNNOA9E

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN REFUSED

18R Application refused

Effective date: 20190301