JP2009510197A - ビス−（α−アミノ）−ジオール−ジエステル含有ポリ（エステルアミド）およびポリ（エステルウレタン）組成物および使用の方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、コポリマーのビルディングブロックの様々な組み合わせおよび割合の選択によって容易に調整することができる機械的特性を持つ生分解性、生体適合性のビス-(α-アミノアシル)-ジオール-ジエステル含有ポリ(エステルアミド)(PEA)およびポリ(エステルウレタン)(PEUR)コポリマー組成物を提供する。本組成物は、薬物放出性の生分解性粒子ならびにステントおよび内部固定用装置のように移植可能な外科的装置の作成における使用に適している。コポリマー組成物、粒子および外科的装置は、インビボにおいて、1つないし複数の異なるアミノ酸を含む生体適合性の分解産物に加えて、生物活性物質を制御された様式で経時的に放出するように、酵素の作用によって生分解する。

Description

発明の分野
本発明は一般に、薬物送達系および特に脂肪族系アミノ酸を生分解性ポリマーバックボーンに組み入れるポリマー送達組成物に関する。
背景情報
1970年代に最初に導入された最も初期の薬物送達系は乳酸およびグリコール酸から形成されるポリマーをベースとした。今日、ポリマー材料は、主としてそれらが加工しやすく研究者らは分子合成を介してそれらの化学的および物理的特性を容易に制御できることから、依然として研究のための最も重要な方法を提供する。基本的に、それらのサイズおよび形状から双方とも「ミクロスフェア」として公知であるポリマーの系の2つの大きなカテゴリーが研究されている：貯蔵系およびマトリックス系。前者はポリマーシェル内への薬学的製剤の内包を伴い、後者は薬物がポリマーネットワーク内に物理的に捕捉またはマトリックス化される系を示す。
ポリマー系のいずれかのカテゴリーからの医用薬の放出は伝統的に拡散制御されている。しかしながら、現在では、最新の研究は生分解性ポリマー系について調べることを目的とする。例えば、ポリヒドロキシアルカノエートなどのこれらの薬物送達系は、時に加水分解の過程を経て生物学的に許容される化合物に分解されて、それらの組み入れられた医用薬を残す。この侵食の過程は、(マトリックスが不均一に分解する)バルク内で起こることもあれば、ポリマーの表面で起こることもある(これによって、放出速度はポリマーの表面積に関連する)。分解過程自体は、これらのポリマーの乳酸およびグリコール酸への分解を伴う。これらの酸は、最終的にはクレブス回路によって二酸化炭素および水に還元されて、主要部分は容易に排出され得る。
アミノ酸をベースとする生体類似性バイオポリマー(AABB)--疎水性α-アミノ酸をベースとするポリマーの新しいファミリー--が最近開発されている。必須α-アミノ酸をベースとする直線構造を持つポリ(エステルアミド)(PEA)およびおよびポリ(エステルウレタン)(PEUR)、脂肪ジカルボン酸ならびに脂肪族ジオールは活性重縮合(APC)法を介して合成されている。APC法は主に、いかなる有毒な触媒も使用せずに、穏やかな温度下において溶液中で実施される。この方法を用いて、広範囲の物理および熱-機械的特性および生分解プロフィールを持つ様々なAABBポリマーが報告および研究されている。R. Katsarava(Macromol. Symp. (2003) 199:419-429(非特許文献1))による総評の論文および参照を参照されたい。
特に、アミノ酸をベースとするポリ(エステルアミド)(PEA)およびポリ(エステルウレタン)(PEUR)のポリマーは、酵素介在性の表面分解(G. Tsitlanadze, et al. J. Biomater. Sci. Polym. Edn. (2004) 15:1-24(非特許文献2))および低い炎症プロフィール(K. DeFife et al. Transcatheter Cardiovascular Therapeutics - TCT 2004 Conference. Poster presentation. Washington DC. (2004)(非特許文献3))が実証されている。これらの特性はPEAおよびPEURを異なる様々な医学的および薬学的適用における優れた材料としている。
APC法のもう一つの重要な利点は、生分解性プロフィールに加えてプログラムされた物理的および機械的特性を持つPEAおよびPEURは、それらの合成期間中にビルディングブロックにおける3つの成分を変化させることによって単純に達成することができる：天然のアミノ酸、従って、疎水性α-アミノ酸、無毒性脂肪性ジオールおよび脂肪性ジカルボン酸。これらの成分から次のビルディングブロックが構築されて、APC法に供される：例えば、ビス-(α-アミノ酸)-α,ω-アルキレンジエステルの求核性モノマー、および脂肪二塩基酸のビス-(p-ニトロフェニル)ジエステルのような二塩基酸の活性化エステルであるビス-求電子剤。
近年、一連の新規の不飽和生分解性PEAも報告されており、不飽和の2つの異なるタイプを主なバックボーンに導入することができる：二塩基酸成分としての天然のフマル酸または不飽和ジオールパートナーとしての2-ブテン-1,4-ジオール-ジエステル(K. Guo, et al. Synthesis and Characterization of Novel Biodegradable Unsaturated Poly(ester-amides). J. Polym. Sci：Part A：Polym. Chem. (2005) 43:1463-1477(非特許文献4))。これらの不飽和PEA、特にフマル酸をベースとするポリマーは大半の有機溶媒における低溶解性、96℃〜109℃の範囲における高いガラス転移温度、および220℃〜250℃の範囲における鋭い融解吸熱を示し、この熱プロフィールはポリマーの同時性の熱的架橋結合を示すと解釈され得る。
PEAおよびPEURの物理特性は、最近の研究(Katsarava R, et al. J. Polym. Sci：Part A：Polymer Chemistry, 37, 391-407 (1999)(非特許文献5)および米国特許第6,503,538 B1号(特許文献1))に示される通り、ポリマーバックボーンの構造に大きく依存する。例えば、バックボーン内の脂肪性ジオールの「糖-ジオール」の二環性剛性断片での置換−1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールは、PEAのガラス転移温度(Tg)を著しく高めて103℃もの高いガラス転移温度を示すことが示されており、一方、エステラーゼ介在性の分解速度はその他のPEAおよびPEURと同一の程度に留まった(Z. Gomurashvili, et al. J. Macromol. Sci. Pure Appl. Chem. (2000) A37:215-227(非特許文献6)およびM. Okada et al. J. Appl. Polym. Sci. (2001) 81:2721-2734(非特許文献7))。但し、この試験の糖-ジオール含有PEAは過度に剛性である傾向があった。
従って、当技術分野では、改善された機械的および物理的特性を与えつつ、薬物およびその他の生物活性物質のような治療用分子を治療的または対症的放出の制御された速度で送達するためのより多くの優れた様々な生体適合性ポリマー組成物および方法に関して需要がある。
米国特許第6,503,538 B1号 R. Katsarava, Macromol. Symp. (2003) 199:419-429 G. Tsitlanadze, et al., J. Biomater. Sci. Polym. Edn. (2004) 15:1-24 K. DeFife et al., Transcatheter Cardiovascular Therapeutics - TCT 2004 Conference. Poster presentation. Washington DC. (2004) K. Guo, et al., Synthesis and Characterization of Novel Biodegradable Unsaturated Poly(ester-amides). J. Polym. Sci：Part A：Polym. Chem. (2005) 43:1463-1477 Katsarava R, et al., J. Polym. Sci：Part A：Polymer Chemistry, 37, 391-407 (1999) Z. Gomurashvili, et al., J. Macromol. Sci. Pure Appl. Chem. (2000) A37:215-227 M. Okada et al., J. Appl. Polym. Sci. (2001) 81:2721-2734
発明の概要
本発明は、機械的特性において顕著な改善を伴う2つのビス-(α-アミノ酸)をベースとするビルディングブロックを含む新規のビス-(α-アミノ酸)-ジオール-ジエステルをベースとするPEAおよびPEURコポリマー組成物に基づく。ビス-(α-アミノ酸)-ジオール-ジエステルは活性型重縮合(APC)に有用なジアミンモノマーの一種であり、これは本来、2つの脂肪性エステル結合を含む。このようなエステル基は様々なエステラーゼ によって酵素的に認識されることができる。例えば、活性化二塩基酸エステルを用いたジアミンモノマーの縮合により、エステルおよびアミド結合を持つPEA巨大分子が生じる。本発明のポリマーにおける2つのビス(α-アミノ酸)をベースとするビルディングブロックの少なくとも1つにおけるジオール残基としての1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性フラグメントの組み入れは、ポリマーに高いガラス転移温度(Tg)を付与する。2つのビス-(αアミノ酸)をベースとする(例えば、PEAのビス-(α-アミノ酸)-ジオール-ジエステルコモノマー)への少なくとも2つの直線性飽和または不飽和脂肪性ジオール残基の組み入れは形成されるポリマーの伸び特性を高める。類似して、コポリマー内の二塩基酸残基の少なくとも1つが不飽和二塩基酸である場合、ポリマーそのものが架橋結合するためにTgの上昇が起こる。同様に、本発明のPEURコポリマーは、ポリマーに対して亢進された機械的特性を提供するためにPEUR EUに適したビス-(α-アミノ酸)ジエステルビルディングブロックとの重縮合に用いられるジオール残基の適切な選択に基づく。さらに、本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物は、任意で、ポリマーにさらなる柔軟性を導入して、所望ならば、生物活性物質の共有結合に適したペンダント基を与えるために、C保護された無指向性アミノ酸モノマーに基づく第三のモノマーを含むことができる。
このように、本発明は、疎水性、比較的高いガラス転移温度(Tg)、および可変性の伸びまたは柔軟性の特性の組み合わせを要求する一部の適用に適した新規のPEAおよびPEURコポリマーを提供する。さらに、理論的には、本発明のPEAおよびPEURコポリマーにおけるビス-(α-アミノ酸)-ジオール-ジエステルコモノマーは、それぞれ、各々のビス-(α-アミノ酸)ビルディングブロック内に本明細書に開示される多数のアミノ酸の異なる１つを含むことから、本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物は、例えばインビボにおいて1つから多数の異なるこのようなα-アミノ酸を産生するために分解する。
より具体的には、一つの態様において、本発明は次の少なくとも1つまたは混合物を含むコポリマー組成物を提供する：
下記の一般的構造式(I)によって記載される化学構造を持つPEA：
Figure 2009510197
式中、mは約0.01〜約0.99であり、pは約0.99〜約0.01であり、式中、nは約5〜約100である。
式中、R1は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレン、およびその組み合わせからなる群より独立して選択される；それぞれ、単一のコモノマーのmまたはpにおけるR3およびR4は水素、(C1-C6)アルキル、(C2-C6)アルケニル、(C2-C6)アルキニル、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルおよび-(CH2)2S(CH3)からなる群より独立して選択される；R5は下記構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片から選択される；かつ
Figure 2009510197
R6は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレンまたはアルキルオキシからなる群より選択される；
または、下記の一般的構造式(III)によって記載される化学構造を持つPEA：
Figure 2009510197
式中、mは約0.01〜約0.99であり、pは約0.99〜約0.01であり、qは約0.99〜0.01であり、式中、nは約5〜約100である。
式中、R1は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレン、およびそれらの組み合わせからなる群より独立して選択される；単一のコモノマーmまたはpにおけるR3およびR4はそれぞれ、水素、(C1-C6)アルキル、(C2-C6)アルケニル、(C2-C6)アルキニル、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルおよび-(CH2)2S(CH3)からなる群より独立して選択される；R5は構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片から選択される；R6は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレンまたはアルキルオキシからなる群より選択される；R7は水素、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルまたは保護基である；R8は独立して(C1-C20)アルキルまたは(C2-C20)アルケニルである；
または、下記の一般的構造式(IV)によって記載される化学構造を持つPEUR：
Figure 2009510197
式中、mは約0.01〜約0.99であり、pは約0.99〜約0.01であり、nは約5〜約100である。
また、式中、R2は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレン、および構造式(III)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片からなる群より選択される；単一のコモノマーのmまたはpにおけるR3およびR4はそれぞれ、水素、(C1-C6)アルキル、(C2-C6)アルケニル、(C2-C6)アルキニル、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキル、および-(CH2)2S(CH3)からなる群より独立して選択される；R5は(C2-C20)アルキレンおよび(C2-C20)アルケニレンまたはアルキルオキシからなる群より選択される；R6は構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片より選択される；
または、下記の一般的構造式(V)によって記載される化学構造を持つPEUR：
Figure 2009510197
式中、mは約0.01〜約0.99であり、pは約0.99〜約0.01であり、qは約0.99〜0.01であり、nは約5〜約100である。
式中、R2は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレン、および構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片からなる群より選択される；単一のコモノマーのmまたはpにおけるR3およびR4はそれぞれ、水素、(C1-C6)アルキル、(C2-C6)アルケニル、(C2-C6)アルキニル、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキル、および-(CH2)2S(CH3)からなる群より独立して選択される；R5は(C2-C20)アルキレンおよび(C2-C20)アルケニレンまたはアルキルオキシからなる群より選択される；R6は構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片より選択される；R7は水素、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルまたは保護基である；R8は独立して(C1-C20)アルキルまたは(C2-C20)アルケニルである。
もう一つの態様において、本発明は、本発明のPEAまたはPEURコポリマー組成物を用いて作成された内部固定用装置を対象の体内部位に移植することによって対象の体内部位を固定するための方法を提供する。装置は、体内部位を固定中に実質的に生体適合性の分解産物を形成するように生分解する。
さらにもう一つの態様において、本発明は、本発明のPEAまたはPEURコポリマー組成物を用いて製造される生分解性、生体適合性の外科的装置を提供する。
発明の詳細な説明
本発明は、機械的特性の顕著な改善を伴う2つのビス-(α-アミノ酸)-ジオール-ジエステル(ジエステル-ジアミン)含有コポリマーにそれぞれ基づくPEAおよびPEURコポリマーについて記載する。ビルディングブロックの各々は任意の所与のPEAまたはPEURコポリマーの特性に寄与するが、本発明では、コポリマーの機械的特性を制御するために3つの可能なモノマー単位(無指向性アミノ酸をベースとするモノマーを含む)の各々におけるジオール残基の選択が利用される。2つのジエステル-ジアミンをベースとするコモノマーの内の少なくとも1つにおけるジオール残基としての1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片の組み入れはコポリマーに比較的高いガラス転移温度(Tg)を与えると同時に、このような各コモノマーにおける飽和または不飽和アルキルの残基の導入は形成されるコポリマーの高い伸び特性を提供する(表1)。
少なくとも2つの脂肪ジカルボン酸残基の1つまたは混合物は本発明のコポリマーにおける2つのジエステル-ジアミンを連結する。任意で、本発明のコポリマーに含まれる第三の無指向性のアミノ酸をベースとするモノマーは、生物活性物質の抱合に適したペンダント基を与えると同時にコポリマーの機械的特性をさらに制御するために選択することができるさらなるジオール残基を含む。これらの新規のPEAおよびPEURコポリマーは、コポリマーが押し出されるために十分な剛性を付与して、さらに脆性を防ぐための十分な伸び特性を与えるために、疎水性、比較的高いガラス転移温度(Tg)の組み合わせを示す。本明細書に開示される通り、本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物の個々のモノマー単位のそれぞれが多数の異なるα-アミノ酸の1つをベースとしており、生分解中に分解してこれらを生じる。
その他のPEAおよびPEURポリマーのように、本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物はインビボにおいて組成物のコポリマー中に分散する1つまたは複数の生物活性物質を送達するために用いることができる。本発明の組成物は、経時的に制御された方法でコポリマーから1つまたは複数の生物活性物質を放出するように、インビボにおいてコポリマー組成物の表面での酵素作用によって生分解する。
本明細書で用いられる通り、「二塩基酸の残基」という用語は、本明細書で説明されるように、二塩基酸の2つのカルボキシル基を除くジカルボン酸の部分を意味する。本明細書で用いられる通り、「ジオールの残基」という用語は、本明細書で説明されるようにジオールの2つのヒドロキシル基を除くジオールの部分を意味する。その「残基」を含むそれぞれの二塩基酸またはジオールは、コポリマー組成物の合成に用いられる。二塩基酸またはジオールの残基は、インビボにおいて(またはpH、水性媒質などの同様の条件下において)、特性が例えば実施例など本明細書に記載される組成物を製造するために選択されるPEAまたはPEURコポリマーの特性に応じた制御された方法での生分解によってコポリマー組成物から放出されると、それぞれのジオールまたは二塩基酸に再構成される。
本明細書で用いられるように、「α-アミノ酸含有」および「α-アミノ酸」という用語は、本明細書に定義されるようにアミノ基、カルボキシル基、およびR3またはR4基を含む化合物を意味する。本明細書で用いられるように、「生物学的α-アミノ酸含有」および「生物学的αアミノ酸」という用語は、合成に用いられるα-アミノ酸が天然のL-フェニルアラニン、ロイシン、グリシン、アラニン、バリン、イソロイシン、リジン、もしくはメチオニン、またはそれらの混合物であることを意味する。本発明のコポリマーの製造に用いられるさらなる生物学的アミノ酸はリジンおよびオルニチンを含むが、アミノ酸のカルボキシル基(H以外のR7によって置換され得る)はペプチド結合に組み入れられるのではなくペンダントであるようにコポリマーのバックボーンに無指向性に(即ち、非生物学的配向で)方向付けられる。さらなる無指向性アミノ酸は、本明細書に記載されるようにR8基を変化させることによって本発明の組成物に組み入れられることができる。
本明細書で用いられる通り、「生物活性物質」という用語は、例えば、本明細書で説明されるようにヒトを含む哺乳動物において治療的、治癒的または対症的効果を持つ物質を意味する。本明細書に記載されるような生物活性物質はコポリマーバックボーンには組み入れられないが、PEAまたはPEURコポリマー内に分散される。一つの態様において、少なくとも2つの異なる生物活性物質が本発明のコポリマー組成物中に分散される。本明細書で用いられるように、生物活性物質を指すために用いられる「分散」という用語は、生物活性物質が組成物中のPEAまたはPEURコポリマーに混合、溶解もしくはホモジナイズ、および/または共有結合することを意味する。例えば、生物活性物質は、本明細書で記載されるように、組成物のPEAもしくはPEURコポリマーの官能基、または本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物を用いて作成されたコポリマー粒子もしくは外科的装置の表面に接続させることができる。
本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物を記載するために本明細書で用いられる「生分解性、生体適合性」という用語は、コポリマーが体の正常な機能において無害の産物に分解され得ることを意味する。生体適合性は、本発明のコポリマーの製造において用いられるアミノ酸が生物学的にα-アミノ酸である場合に至適化される。さらに、生物学的酵素は、生分解性を与えるために、本発明のコポリマーにおいてエステルの加水分解およびアミド結合の開裂を促進する。一般に、本発明のコポリマーは主にアミノ基を終末とする鎖である。任意で、コポリマーのアミノ末端は、有機酸、生体不活性生物製剤、その他のコポリマー、および本明細書に記載されるような生物活性物質を制限なく含むために、アセチル化することができて、そうでない場合は任意のその他の酸含有生体適合性分子への抱合によってキャップすることができる。一つの態様において、コポリマー組成物全体、および任意の粒子、または内部固定用装置などそれらを作成する外科的装置は実質的に生分解性である。
従って、一つの態様において、本発明は、一般的構造式(I)によって記載される化学構造を持つPEAおよびPEURコポリマー組成物を提供する：式中、mは約0.01〜約0.99であり、pは約0.99〜約0.01であり、式中、nは約5〜約100であり；
式中、R1は、(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレン、およびそれらの組み合わせからなる群より独立して選択され；単一のコモノマーmまたはpにおけるR3およびR4はそれぞれ、水素、(C1-C6)アルキル、(C2-C6)アルケニル、(C2-C6)アルキニル、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルおよび-(CH2)2S(CH3)からなる群より独立して選択され；R5は下記の構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片から選択され；
Figure 2009510197
R6は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレンまたはアルキルオキシからなる群より選択される；
または、下記の一般的構造式(III)によって記載される化学構造を持つPEA：
Figure 2009510197
式中、mは約0.01〜約0.99であり、pは約0.99〜約0.01であり、qは約0.99〜0.01であり、式中、nは約5〜約100であり；
式中、R1は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレン、およびそれらの組み合わせからなる群より独立して選択され；単一のコモノマーmまたはpにおけるR3およびR4はそれぞれ、水素、(C1-C6)アルキル、(C2-C6)アルケニル、(C2-C6)アルキニル、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルおよび-(CH2)2S(CH3)からなる群より独立して選択され；R5は構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片から選択され；R6は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレンまたはアルキルオキシからなる群より選択され；R7は水素、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルまたは保護基であり；R8は独立して(C1-C20)アルキルまたは(C2-C20)アルケニルであって、例えば、R8は独立して(C3-C6)アルキルまたは(C3-C6)アルケニルである；
または、下記の一般的構造式(IV)によって記載される化学構造を持つPEURコポリマー：
Figure 2009510197
式中、mは約0.01〜約0.99であり、pは約0.99〜約0.01であり、nは約5〜約100であり；
式中、R2は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレン、構造式(III)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片からなる群より選択され；単一のコモノマーのmまたはpにおけるR3およびR4はそれぞれ、水素、(C1-C6)アルキル、(C2-C6)アルケニル、(C2-C6)アルキニル、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルおよび-(CH2)2S(CH3)からなる群より独立して選択され；R5は(C2-C20)アルキレン、および(C2-C20)アルケニレンまたはアルキルオキシからなる群より選択され；R6は構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片から選択される；
または、下記の一般的構造式(V)によって記載される化学構造を持つPEUR：
Figure 2009510197
式中、mは約0.01〜約0.99であり、pは約0.99〜約0.01であり、qは約0.99〜0.01であり、nは約5〜約100であり；
式中、R2は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレン、構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片からなる群より選択され；単一のコモノマーのmまたはpにおけるR3およびR4はそれぞれ、水素、(C1-C6)アルキル、(C2-C6)アルケニル、(C2-C6)アルキニル、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルおよび-(CH2)2S(CH3)からなる群より独立して選択され；R5は(C2-C20)アルキレン、および(C2-C20)アルケニレンまたはアルキルオキシからなる群より選択され；R6は構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片から選択され；R7は水素、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルまたは保護基であり；R8は独立して(C1-C20)アルキルまたは(C2-C20)アルケニルである。
一つの態様において、R8は独立して(C3-C6)アルキルまたは(C3-C6)アルケニル、例えば、-(CH2)4-である。
一つの代替において、本発明のコポリマーの製造において用いられるα-アミノ酸の少なくとも1つは生物学的α-アミノ酸である。例えば、R3またはR4がCH2Phである場合、合成に用いられる生物学的αアミノ酸はL-フェニルアラニンである。R3またはR4がCH2-CH(CH3)2である代替において、コポリマーは生物学的αアミノ酸であるロイシンを含む。本明細書に記載されるように2つのコモノマーの変異内においてR3およびR4を独立して変化させることによって、その他の生物学的α-アミノ酸、例えば、グリシン(R3またはR4がHの場合)、アラニン(R3またはR4がCH3の場合)、バリン(R3またはR4がCH(CH3)2の場合)、イソロイシン(R3またはR4がCH(CH3)-CH2-CH3の場合)、フェニルアラニン(R3またはR4がCH2-C6H5の場合)、リジン(R3またはR4が=(CH2)4-NH2の場合)；またはメチオニン(R3またはR4が-(CH2)2S(CH3)の場合)およびそれらの混合物も使用することができる。さらにもう一つの態様において、本発明のPEAおよびPEURコポリマーに含まれる様々なα-アミノ酸のすべてが、本明細書に記載されるように、このような生物学的α-アミノ酸である。
「アリール」という用語は、本明細書において、フェニルラジカルまたは約9〜10個の環原子を持ち、その内の少なくとも1つの環が芳香環であるオルト融合した二環性炭素環ラジカルを示すために構造式に関連して用いられる。一部の態様において、環原子の1つまたは複数は1つまたは複数の窒素、シアノ、ハロ、トリフルオロメチル、またはトリフルオロメトキシで置換されることができる。アリールの例にはフェニル、ナフチルおよびニトロフェニルが含まれるが、これらに限定されるものではない。
「アルケニレン」という用語は、本明細書において、主鎖または側鎖に少なくとも1つの不飽和結合を含む二価の分枝したまたは分枝していない炭化水素鎖を意味するために構造式に関連して用いられる。
さらに、コポリマー分子は、任意で、リンカーを介して、または分子間の架橋剤に組み入れられることによってそれらに抱合した生物活性物質を持ってもよい。
さらに、本発明の実践での使用に適したPEAおよびPEURコポリマー組成物はコポリマーに対する生物活性物質の共有結合性の接続の選択肢を可能とする機能を有する。
例えば、フリーカルボキシル基を有するコポリマーはアミノ酸部分と容易に反応して、これにより生じるアミド基を介してコポリマーに対してペプチドを共有結合性に結合させることができる。本明細書に記載されるように、生分解性コポリマーおよび生物活性物質は、生物活性物質を生分解性コポリマーに共有結合性に接続するために用いることができる多くの相補的官能基を含み得る。
本発明の実践での使用に関して意図されるものに関連するPEAおよびPEURコポリマーのさらなる例ならびに合成方法は、米国特許第5,516,881号、第5,610,241号、第6,476,204号および第6,503,538号、ならびに米国特許出願第10/096,435号、第10/101,408号、第10/143,572号、第10/194,965号および第10/362,848号に示されるものを含む。
一部の態様において、本明細書に記載されるように本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物から作成されるまたはコポリマー組成物を含む粒子または外科的装置は、移植された組成物から粒子またはコポリマー分子をゆっくりと放出するための対象の内因性の過程を可能とする十分な期間にわたって、コポリマーおよび内部に分散する任意の生物活性物質をその部位に保持することによって移植または使用部位での治療過程において活発な役割を果たす。一方、対象の内因性の過程はコポリマー内に分散する生物活性物質を放出するようにコポリマーを生分解する。本発明の組成物中に分散する脆弱な生物活性物質は、例えば移植などの使用部位において局所的に生物活性物質の半減期および持続性を高めるためにより緩慢な生分解性コポリマーによって保護される。PEAおよびPEURコポリマーを用いた粒子の作成方法に関する詳細な説明は、2006年1月31日に出願されてその全体が本明細書に組み入れられる同時係属中の米国特許出願第11/344,689号に開示されている。
本発明の生分解性コポリマー組成物は好ましくは15,000〜600,000ダルトンの範囲の平均分子量を持つ；これらのコポリマーは典型的には25℃において、標準的粘度計測法によって測定される0.3〜3.5の範囲、好ましくは0.4〜2.0の範囲の固有の粘性を持つ。
本明細書において分子量および多分散性は、ポリスチレン標準を用いたゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定される。特に、数および平均分子量(MnおよびMw)は、例えば、高速液体クロマトグラフポンプ、Waters 486 UV検出器、およびWaters 2410示差屈折計を備えたモデル510ゲル浸透クロマトグラファー(Water Associates, Inc., Milford, MA)を用いて測定される。テトラヒドロフラン(THF)またはN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)が溶出剤(1.0mL/分)として用いられる。ポリスチレン標準は狭い分子量分布を持つ。
構造式内にα-アミノ酸を含むコポリマーを作成するための方法は当技術分野において周知であり、本明細書に記載される通りである。例えば、式(I)のコポリマーの態様として、α-アミノ酸は、例えば、本明細書に記載されるようにジオールを用いてα-アミノ酸を縮合することによってビス-(α-アミノ酸)ジエステルモノマーに転換されることができる。その結果、エステル結合が形成される。次に、ビス-(α-アミノ酸)ジエステルは、エステルおよびアミド結合の双方を持つ最終的なコポリマーを得るために、セバシン酸のような二塩基酸との重縮合反応に入る。または、二塩基酸の代わりに、化学構造(I)または(III)のコポリマーの場合は、活性型二塩基酸として例えばビス-(p-ニトロフェニル)ジエステルなどの活性型二塩基酸誘導体を用いることができる。
さらに、構造(IVまたはV)のコポリマーを得るためにビス-(p-ニトロフェニル)ジカーボネートのようなビス-カーボネートを活性型化学種として使用することができて、この場合、エステルおよびウレタン結合の双方を持つ最終的なコポリマーが得られる。
特に、前記の通り構造(I)または(III)の生分解性コポリマーとして有用な不飽和ポリ(エステル-アミド)(UPEA)の合成が説明されて、
式中、
Figure 2009510197
であり、例えば、および/または(b)R3またはR4は-CH2-CH=CH-CH2-である。(a)が存在して(b)が存在しない場合、R3またはR4は-C4H8-または-C6H12-である。(a)が存在しないで(b)が存在する場合は、R1または は-C4H8-または-C8H16-である。
UPEAは、(1)ジオール残基に少なくとも1つの二重結合を含むビス(αアミノ酸)ジエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩、構造式(III)のジオールを含むビス(αアミノ酸)ジエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩、および飽和ジカルボン酸のジ-p-ニトロフェニルエステル、または(2)ジオール残基に二重結合を含まないビス-(α-アミノ酸)ジエステルの2つのジ-p-トルエンスルホン酸塩、および不飽和ジカルボン酸のジ-ニトロフェニルエステル、もしくは(3)コポリマーの一般的構造式においてジオール残基の1つに少なくとも1つの二重結合を含み他方のジオール残基が構造式(II)を持つビス-(α-アミノ酸)-ジオールジエステルの2つのジ-p-トルエンスルホン酸塩および不飽和ジカルボン酸のジ-ニトロフェニルエステルのいずれかの溶液重縮合によって調製することができる。
p-トルエンスルホン酸の塩はアミノ酸残基を含むコポリマーの合成での使用に関して公知である。ビス-(α-アミノ酸)-ジオール-ジエステルのアリールスルホン酸塩は再結晶を介して容易に精製されて、ワークアップを通してアミノ基を非反応性アンモニウムトシレートとすることから、アリールスルホン酸塩はフリー塩基の代わりに使用される。重縮合反応において、求核性アミノ基はトリエチルアミンのような有機性塩基の添加を介して容易に明らかとなって、コポリマー生成物が高い収量で得られる。
構造(IまたはII)の不飽和コポリマーに関して、不飽和ジカルボン酸のジ-p-ニトロフェニルエステルは、例えば、トリエチルアミンおよびp-ニトロフェノールをアセトンに溶解して不飽和ジカルボン酸塩化物を-78℃で撹拌しながら滴下して加えて生成物を沈殿させるために水中に注ぐことによって、p-ニトロフェノールおよび不飽和ジカルボン酸塩化物から合成することができる。適切な酸塩化物には、フマル酸、マレイン酸、メサコン酸、シトラコン酸、グルタコン酸、イタコン酸、エテニル-ブタン二酸および2-プロペニル-ブタン二酸の塩化物が含まれる。構造(IVまたはV)のコポリマーに関しては、飽和または不飽和ジオールのビス-(p-ニトロフェニル)ジカーボネートが活性型モノマーとして用いられる。構造(IVおよびV)のコポリマーとして、一般的構造(VI)のジカーボネートモノマーが用いられる。
Figure 2009510197
式中、それぞれのR9は独立して(C6-C10)アリールであって、一つまたは複数のニトロ、シアノ、ハロ、トリフルオロメチル、またはトリフルオロメトキシで置換されてもよい；R6は独立して(C2-C20)アルキレンまたは(C2-C20)アルキルオキシ、(C2-C20)アルケニレンまたは構造式(II)を持つその他のジオール残基である。
飽和および不飽和ジオールのビス-(α-アミノ酸)ジエステルのジ-アリールスルホン酸塩は、α-アミノ酸、アリールスルホン酸(例えば、p-トルエンスルホン酸一水和物)および飽和または不飽和ジオールをトルエン中で混合して、水分蒸発が最小限となるまで還流温度に加熱した後、冷却することによって調製することができる。不飽和ジオールには、例えば、2-ブテン-1,4-ジオールおよび1,18-オクタデ-9-セン-ジオールが含まれる。
ジカルボン酸の飽和ビス-(p-ニトロフェニル)ジエステルおよびビス-(α-アミノ酸)ジエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩は米国特許第6,503,538 B1号に記載される通りに調製することができる。
本発明のビス-(α-アミノ酸)含有コポリマー組成物は前記の通りの成分の重縮合によって作成されるポリ(エステルアミド)(PEA)およびポリ(エステルウレタン)(PEUR)であるが、本発明では、成分はビス-(αアミノ酸)-1,4:3,6-ジアンヒドロソルビトールジエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩；ビス-(αアミノ酸)-脂肪性α,ω-ジオールジエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩およびジ-p-ニトロフェニル脂肪性(aliphatic)(脂肪(fatty))ジカルボン酸を含む。これに対して、構造式(V)のPEURコポリマーは、少なくとも2つの異なるタイプのジオールのビス-(α-アミノ酸)ジエステルであって、その内の一つは1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片の残基を含み、一つは一つまたは複数の脂肪酸のジカーボネートである少なくとも3つの成分の縮合によって作成される。
p-ニトロフェニルエステルはコポリマー生成物が高い収量で得られるように縮合反応を促進して反応式の右側に移動させることができる極めて良好な脱離基であることから、ジカルボン酸のビス-(p-ニトロフェニル)ジエステルが用いられる。さらに、ビス-(p-ニトロフェニル)ジエステルはワークアップを通して安定であり、開放性の大気中で取り扱いおよび乾燥することができる。
不飽和ジオールのビス-(α-アミノ酸)ジエステルのジ-アリールスルホン酸塩は、α-アミノ酸、p-アリールスルホン酸(例えば、p-トルエンスルホン酸一水和物)および飽和または不飽和ジオールをトルエン中で混合して、水分蒸発が最小限となるまで還流温度に加熱した後、冷却することによって調製することができる。不飽和ジオールには、例えば、2-ブテン-1,4-ジオールおよび1,18-オクタデ-9-セン-ジオールが含まれる。
米国特許第6,503,538号において、構造式(III)を持つジアミンモノマーの作業例は、米国特許第6,503,538号の実施例1において(III)のためにビス-(L-フェニルアラニン)-2-ブテン-1,4-ジエステルのp-トルエンスルホン酸塩を置換することによって、または米国特許第6,503,538号の実施例1において(V)のためにビス-(p-ニトロフェニル)フマレートを置換することによって、または米国特許第6,503,538号の実施例1においてIIIのためにビス-(L-フェニルアラニン)2-ブテン-1,4-ジエステルのp-トルエンスルホン酸塩を置換することによって、さらに米国特許第6,503,538号の実施例1において(V)のためにビス-(p-ニトロフェニル)フマレートを置換することによっても与えられる。
不飽和PEAまたはPEURでは、次が該当する：例えば、4-アミノTEMPOなどのアミノキシルラジカルはカルボニルジイミダゾールまたは適切なカルボジイミドを縮合物質として用いて接続させることができる。任意で、本明細書に記載されるように、生物活性物質は二重結合した官能基、好ましくはコポリマーバックボーンにおいて生物活性物質の残基には生じない官能基を介して接続することができる。所望ならば、ポリ(エチレングリコール)ジアクリレートへの結合によって親水性を与えることができる。
構造的に関連するPEAおよびPEURコポリマーの説明および合成の方法は、参照によりそれぞれの内容全体が本明細書に組み入れられる米国特許第5,516,881号、第6,476,204号、第6,503,538号に示されている。
本明細書に記載されるPEAおよびPEURコポリマーは15,000〜600,000ダルトンの範囲の平均分子量を持つ；これらのコポリマーは典型的には25℃において0.3〜4.0の範囲、好ましくは0.4〜2.0の範囲の、標準的粘度計測法によって測定される固有の粘性を持つ。
本明細書に記載されるPEAおよびPEURは、2つのビス-(αアミノ酸)含有単位、また任意でコポリマーのリジンをベースとするモノマーの様々な分子量および様々な相対割合において製造することができる。特定の使用のための適切な分子量は、本明細書に含まれる指針および開示される機械的特性に基づいて当業者によって容易に決定される。従って、例えば、適切な分子量は、約15,000〜約400,000、または約15,000〜約300,000など、約15,000〜約600,000ダルトンのオーダーである。
コポリマーの粒子、組成物および生分解性外科的装置において有用な本発明の生分解性、生体適合性PEAおよびPEURコポリマーは酵素作用によって表面で生分解される。従って、コポリマー、例えばその粒子は、インビボにおいてコポリマー内に分散された生物活性物質の制御された放出速度での放出を促進して、この放出速度は特異的であり長期間を通して一定である。さらに、PEAおよびPEURコポリマーはインビボにおいて酵素を介して有害な副産物の産生を伴うことなく分解することから、分解によって生物学的α-アミノ酸を産生するコポリマーのような、本発明の組成物および外科的装置におけるコポリマーは実質的に非炎症性である。
前記の通り構造(I)の生分解性コポリマーとして有用な不飽和ポリ(エステル-アミド)(UPEA)の合成について記載する。構造(II)を持つ化合物は、第6,503,538号の(III)のR4および/または6,503,538の(V)のR1が上記の通り(C2-C20)アルケニレンであることを除いて、米国特許第6,503,538 B1号の化合物(VII)と同様の方法で作成することができる。不飽和コポリマーである第6,503,538号の(III)の2つのジアミンモノマーR4の異なる送り量を含むコ-UPEAは上記の(C2-C20)アルケニレンおよび1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの残基の組み合わせを持つ。また/または第6,508,538号の(V)においてR1は(C2-C20)アルケニレンまたは送り量の異なるアルケニレンおよび脂肪酸残基の組み合わせである。反応は、例えば、室温において乾燥N,N-ジメチルアセトアミド中の第6,503,538号の該(III)および(IV)ならびに第6,503,538号の該(V)の混合物に乾燥トリエチルアミンを加えて、続いて80℃まで温度を上げて16時間撹拌することによって実施される。続いて反応溶液を室温まで冷却して、エタノールで希釈し、水中に注ぎ入れて、コポリマーを水を用いて分離して洗い、減圧下で約30℃まで乾燥した後、p-ニトロフェニルおよびp-トルエンスルホン酸の陰性検査まで精製する。第6,503,538号の好ましい反応物(IV)は、リジンベンジルエステルのp-トルエンスルホン酸塩であり、ベンジルエステル保護基は好ましくは生分解性を付与するために(I)から除去されるが、水素化分解は望ましい二重結合を飽和することから、それは米国特許第6,503,538号の実施例22のように水素化分解によって除去されるべきではない；寧ろ、ベンジルエステル基は例えばフルオロ酢酸またはガス状HFでの処理によって不飽和を保存する方法によって酸性基に転換されるべきである。または、第6,503,538号のリジン反応物(IV)は最終生成物において容易に除去されることができるベンジルとは異なる保護基によって保護され得て、例えばリジン反応物などの不飽和の保持はt-ブチルで保護され得て(即ち、反応物はリジンのt-ブチルエステルであり得る)、t-ブチルは生成物(II)の酸での処理によって不飽和を保持しながら「H」型(フリーカルボン酸)に転換されることができる。
構造式(I)または(III)を持つ不飽和化合物では、次が該当する：4-アミノTEMPOなどの基を持つアミノ置換されたアミノキシル(N-オキシド)ラジカルはカルボニルジイミダゾールまたは適切なカルボジイミドを縮合物質として用いて接続させることができる。本明細書に記載されるように、生物活性物質などは任意で二重結合した官能基を介して接続されることもできる。ポリ(エチレングリコール)ジアクリレートへの結合によって親水性を与えることができる。
本発明の実践での使用について意図されるPEAおよびPEURコポリマーならびにそれらの混合物は、当技術分野において周知の様々な方法によって合成することができる。例えば、トリブチルスズ(IV)触媒はポリ(カプロラクトン)、ポリ(グリコリド)、ポリ(ラクチド)などのようなポリエステルを形成するために広く用いられる。但し、本発明の実践での使用に適したコポリマーの形成には様々な触媒が用いられ得ることが理解される。
前記のような使用について意図されるこのようなポリ(カプロラクトン)は次のような例示的構造式(VII)を持つ：
Figure 2009510197
使用について意図されるポリ(グリコリド)は次のような例示的構造式(VIII)を持つ：
Figure 2009510197
使用について意図されるポリ(ラクチド)は次のような例示的構造式(IX)を持つ：
Figure 2009510197
アミノキシル部分を含む適切なポリ(ラクチド-コ-ε-カプロラクトン)の例示的合成を以下に示す。第一段階は、構造式(X)のコポリマーを形成するために第一スズオクトアートを触媒として用いてベンジルアルコールの存在下においてラクチドおよびε-カプロラクトンの共重合を伴う。
Figure 2009510197
続いて、構造式(XI)を持つコポリマー鎖を形成するために、コポリマー鎖の末端をなすヒドロキシはマレイン無水物でキャップすることができる：
Figure 2009510197
この時点で、4-アミノ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシは、4-アミノ基およびカルボン酸末端基の反応に起因するアミド結合を介してアミノキシル部分をコポリマーに共有結合性に接続するためにカルボキシル末端基と反応することができる。または、コポリマーをキャップするマレイン酸はさらなるアミノキシル基のその後の接続のための追加のカルボン酸部分を提供するためにポリアクリル酸を用いて移植されてもよい。
本発明の組成物において用いられるPEAおよびPEURコポリマーの多用途性のために、生分解速度に加えてコポリマーの剛性および伸び特性の相対的な量は、2つのビス-(α-アミノ酸)含有モノマー、無指向性のアミノ酸をベースとするモノマーおよびコポリマーのその他のビルディングブロックの割合を変化させることによって制御することができる。例えば、以下の表1は、構造式(I)のPEAコポリマーのTg、引張り降伏応力、伸び率、およびヤング率の差、ならびに本発明のコポリマーにおける2つのビス-(αアミノ酸)含有モノマーの相対的割合がいかに様々な特性に影響を及ぼすかを表す。例えば、以下の表1は、アジピン酸から構成されるコポリエステルアミド(コ-PEA)の特性、ならびに2つのジアミン-ジエステルモノマーであるビス-(L-ロイシン)-1,6-ヘキセンジオール-ジエステル(Leu(6))およびビス-(L-ロイシン)-1,4:3,6-ジヒアンヒドロソルビトール(Leu(DAS))の様々な送り量を示す。
Figure 2009510197
 a) Tgは、DSC測定により加熱速度 10℃/分の二番目の加熱曲線から得られた。
さらに、実施例に示す通り、構造式(II)および(V)の場合(以下の表2に示す通り)と同様に、第三のL-リジンをベースとする単位の式(I)および(IV)の任意の所与のコポリマーへの付加はコポリマーに対して伸び率(％)(「伸長性」)のもう1つの指標を提供し、L-リジンのC末端における置換基の性状に応じて変化する。一般に、例えば、本明細書の実施例など、本明細書に記載される通りに形成される本発明のPEAおよびPEURコポリマーは、次の機械的特性を持つことが期待され得る：
1．約22℃〜約120℃の範囲、例えば、約37℃〜約80℃の範囲のガラス転移温度；
2．平均厚 約0.125mmのコポリマーのフィルムは約25Mpa〜約90Mpa、例えば、約30Mpa〜約60Mpaの引張り降伏応力を持つ；
3．平均厚 約0.125mmのコポリマーのフィルムは約2％〜約400％、例えば、約65％〜約300％の伸び率を持つ；さらに
4．平均厚 約0.125mmのコポリマーのフィルムは約400Mpa〜約3000Mpa、例えば、約1000Mpa〜約2500Mpaの範囲のヤング率を持つ；
従って、3つのビルディングブロック単位の内容および相対的割合を適切に選択することによって、当業者は、生分解性および生体適合性であり、幅広い機械的特性を持つ本発明のビス-(α-アミノ酸)含有PEAまたはPEURコポリマーを得ることができる。
本明細書の表1および2ならびに実施例においてPEAおよびPEURを表示するために用いられる名称は、コポリマーの主たるおよび二次的ビス-(α-アミノ酸)含有単位の各々について次の式に従う：y-(*)AA1-x1-%-(*)AA2-x2-%。式中、yはジカルボン酸残基中のメチレン基の数であり、(*)は次のアミノ酸の配向を示し、x1はビス-(α-アミノ酸)含有単位の一つにおける1,4;3,6-ジアンヒドロヘキシトールビス-(α-アミノ酸)含有単位の二環性断片の種類を示し、x2はその他のビス-(α-アミノ酸)含有単位のジオール残基におけるメチレン基の数を示し、AA1およびAA2は2つのビス-(α-アミノ酸)含有単位におけるα-アミノ酸を示す。AA1およびAA2は同一であっても異なってもよい。例えば、フェニルアラニンの場合、AA＝Phe(R3および/またはR4＝CH2Ph)であり、ロイシンの場合はLeu(R3および/またはR4＝CH2CH(CH3)2)である；y＝4はアジピン酸を意味し、または、y＝Fumは不飽和フマル酸を示す。x＝DASは1,4;3,6-ジアンヒドロソルビトールを示す。同様に、コ-PEA 4-[L-Leu-DAS]0.75-[L-Leu-6]0.25(化合物#2、表1)は75mol％のビス-(L-ロイシン)-1,4:3,6-ジアンヒドロソルビトール-ジエステルおよび25％ビス-(L-ロイシン)-1,6-ヘキサンジオール-ジエステルを含むアジピン酸(y＝4)に基づく任意のコポリ(エステルアミド)を意味する。
一部の態様において、生物活性物質は、コポリマー溶液に混合することによって、または化学結合を形成することなくコポリマーに「負荷」することによって、コポリマー内に分散させることができる。または、生物活性物質は、直接的な連結を形成するために、アミノ、ヒドロキシル(アルコール)、チオールなどのようなコポリマーの任意のフリー官能基に連結させることができる。このような連結は、当技術分野において公知の合成手順を用いて適切に官能化された開始物質から形成することができる。
一部の態様において、生物活性物質は様々な適切な官能基を介して生分解性のコポリマーに共有結合することができる。例えば、生分解性コポリマーがポリエステルである場合、ヒドロキシ、アミノ、チオなどのような生物活性物質の相補的部分と反応するためにカルボキシル基末端を使用することができる。様々な適切な試薬および反応条件は、例えば、March's Advanced Organic Chemistry, Reactions, Mechanisms, and Structure, Fifth Edition, (2001)、およびComprehensive Organic Transformations, Second Edition, Larock (1999)に開示されている。
例えば、本発明のコポリマーはコポリマーのカルボキシル基(例えば、COOH)を介して生物活性物質に連結することができる。具体的には、構造(IおよびIII-VI)の化合物は、それぞれ、アミド結合またはエステル結合を介して生物活性物質を接続させる生分解性、生体適合性コポリマーを提供するために、生物活性物質のアミノ官能基または生物活性物質のヒドロキシル官能基と反応することができる。もう一つの態様において、R7＝Hである構造(IIIまたはVI)のコポリマーのカルボキシル基は、ハロゲン化アシル、アシル無水物/「混合」無水物、または活性エステルに変化させることができる。
または、生物活性物質はリンカーを介してコポリマーに接続され得る。実際、生分解性コポリマーの表面疎水性を向上させるために、酵素活性化に対する生分解性コポリマーの利便性を向上させるために、さらに生分解性コポリマーの放出特性を向上させるために、リンカーを使用して生物活性物質を生分解性コポリマーに間接的に接続させてもよい。一部の態様において、リンカー化合物は約44〜約10,000、好ましくは44〜2000の分子量(Mw)を持つポリ(エチレングリコール)；セリンのようなアミノ酸；1〜100の反復単位のポリペプチド；および任意のその他の適切な分子量の小さなコポリマーを含む。リンカーは、典型的には生物活性物質をコポリマーから約5オングストロームから約200オングストロームまで隔てる。
さらなる態様において、リンカーは式W-A-Qの二価のラジカルであり、式中、Aは(C1-C24)アルキル、(C2-C24)アルケニル、(C2-C24)アルキニル、(C2-C20)アルキルオキシ、(C3-C8)シクロアルキル、または(C6-C10)アリールであり、WおよびQはそれぞれ、独立して-N(R)C(=0)-、-C(=O)N(R)-、-OC(=O)-、-C(=O)O、-O-、-S-、-S(O)、-S(O)2-、-S-S-、-N(R)-、-C(=O)-であり、式中、それぞれのRは独立してHまたは(C1-C6)アルキルである。
本明細書で用いられるように、本明細書で記載されるリンカーに対して適用されるような「アルキル」という用語は、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、tert-ブチル、n-ヘキシルなどを含む直鎖または分枝鎖炭化水素基を指す。
本明細書で用いられる通り、本明細書で記載されるリンカーに対して適用される「アルケニル」は、1つまたは複数の炭素-炭素二重結合を持つ直鎖または分枝鎖炭化水素基を示す。
本明細書で用いられる通り、本明細書で記載されるリンカーに対して適用される「アルキニル」は、少なくとも1つの炭素-炭素三重結合を持つ直鎖または分枝鎖炭化水素基を示す。
本明細書で用いられる通り、本明細書で記載されるリンカーに対して適用される「アリール」は6から14個までの範囲の炭素原子を持つ芳香族基を指す。
一部の態様において、リンカーは約2個から約25個のアミノ酸を持つポリペプチドであり得る。使用に関して意図される適切なペプチドには、ポリ-L-リジン、ポリ-L-グルタミン酸、ポリ-L-アスパラギン酸、ポリ-L-ヒスチジン、ポリ-L-オルニチン、ポリ-L-スレオニン、ポリ-L-チロシン、ポリ-L-ロイシン、ポリ-L-リジン-L-フェニルアラニン、ポリ-L-アルギニン、ポリ-L-リジン-L-チロシンなどが含まれる。
リンカーは先ずコポリマーまたは生物活性物質に接続させることができる。リンカーを介して間接的に接続する生物活性物質を持つコポリマーの合成中、リンカーは当業者に周知の様々な保護基を用いて無保護型または保護型にいずれでもあることができる。
保護リンカーの場合、リンカーの無保護末端を先ずコポリマーまたは生物活性物質に接続することができる。続いて、飽和コポリマーについてはPd/H2水素化分解、不飽和コポリマーについては軽度の酸もしくは塩基加水分解、または当技術分野において公知の任意のその他の一般的な脱保護法を用いて、保護基を脱保護することができる。次に、脱保護されたリンカーは生物活性物質に接続することができる。リンカーとしてポリ(エチレングリコール)を用いた例をスキーム1に示す。
スキーム1：コポリマーおよび生物活性物質の間のリンカーとして用いられたポリ(エチレングリコール)
Figure 2009510197
式中、
Figure 2009510197
はコポリマーを表し；
Rは生物活性物質であってもよく；かつ
nは1〜200、好ましくは1〜50の範囲であり得る。
本発明に従って生分解性コポリマーに対して実施される例示的抱合体合成(コポリマーに接続すべき分子はアミノ置換されたアミノキシルN-酸化物ラジカルである)は次の通り示される。本明細書における生分解性コポリマーは、PEA、PEURもしくはUPEAのペンダントカルボン酸または記載の通りポリエステルの鎖末端のいずれかのカルボキシル基のヒドロキシル部分をアミノキシル(N-酸化物)ラジカルを含む基へのアミド結合と置き換えるために、N,N'-カルボニルジイミダゾールまたは適切なカルボジイミドの存在下において例えば4-アミノ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシのようなアミノキシルラジカル含有化合物と反応させることができる。アミノ部分はカルボニル残基の炭素と共有結合してアミド結合が形成される。N,N'-カルボニルイミダゾールまたは適切なカルボジイミドは、ポリエステルの鎖末端にあるカルボキシル基のヒドロキシル部分を、例えば4-アミノ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシの4位にあるアミンなど、アミノキシル(N酸化物)ラジカル化合物のアミノ基と反応する中程度に活性化された部分に転換する。アミノキシル反応物は、典型的にはポリエステルに対して1：1〜100：1の範囲の反応物のモル比で用いられる。N,N'-カルボニルジイミダゾールまたはカルボジイミドのアミノキシルに対するモル比は好ましくは約1：1である。
典型的な反応は次の通りである。ポリエステルを反応溶媒に溶解して、反応は溶解において用いられた温度で容易に実施される。反応溶媒はポリエステルが溶解する任意の溶媒であってよい；この情報は、通常、ポリエステルの製造業者から提供される。ポリエステルが(L-乳酸に対して50：50を上回るグリコール酸のモノマーモル比を持つ)ポリグリコール酸またはポリ(グリコリド-L-ラクチド)である場合、高度に精製された115℃〜130℃におけるジメチルスルホキシドまたは室温におけるDMSO(純度99.9＋％)はポリエステルを適切に溶解する。ポリエステルがポリ-L-乳酸、ポリ-DL-乳酸またはポリ(グリコリド-L-ラクチド)である場合(L-乳酸に対して50：50以下のグリコールのモノマーモル比を持つ)、室温ないし40〜50℃においてテトラヒドロフラン、ジクロロメタン(DCM)およびクロロホルムはポリエステルを適切に溶解する。
生成物は、生成物に関する冷却した非溶媒を加えることによって反応混合物から沈殿させることができる。例えば、グリコール酸に富むモノマー混合物から形成されるアミノキシル含有ポリグリコール酸およびアミノキシル含有ポリ(グリコリド-L-ラクチド)は、冷メタノールまたは冷アセトン/メタノール混合物を加えることによって熱ジメチルスルホキシドから容易に沈殿して、その後、濾過などによって回収される。生成物が生成物に対する冷非溶媒を加えることによって容易に沈殿しない場合、生成物および溶媒は吸引法を用いて分離してもよい。例えば、アミノキシル含有ポリ-L-乳酸はこの方法で溶媒から有利に分離される。回収された生成物は、例えば、本明細書における修正ポリグリコール酸、ポリ乳酸およびポリ(グリコリド-L-ラクチド)生成物の場合におけるメタノールなど、生成物を溶解しない溶媒を用いて水および副産物(例えば、尿素など)を洗い流すことによって、容易にさらに精製される。このような洗浄の残余溶媒は吸引乾燥を用いて除去され得る。
本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物は、様々な特性を与えるように粒子に製剤化することができる。粒子は、2006年1月31日に出願された同時係属中の米国特許出願第11/344,689号に詳細に記載される方法を用いて、異なる治療目標および投与経路に合わせるために適切な様々な大きさおよび構造を持つことができる。
ポリ(エチレングリコール)(PEG)；ホスファチジルコリン(PC)；ヘパリンを含むグリコサミノグリカン；キトサン、アルギネートおよびポリシアル酸を含む多糖類；ポリセリン、ポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸、ポリリジンおよびポリアルギニンを含むポリ(イオン化可能または極性アミノ酸)のような水溶性被覆分子；本明細書に記載されるように、抗体、抗原およびリガンドのようなターゲティング分子は、生成後に本発明のコポリマー組成物から形成される粒子または外科的装置の外面においてコポリマーに抱合することもできる生物活性物質である。このような被覆またはターゲティング分子は、それぞれ、生物活性物質によって占有されていない粒子または外科的装置の活性部位を遮断するため、または当技術分野において公知であるような特定の身体部位への粒子の送達を標的化するために用いられ得る。単一の粒子上のPEG分子の分子量は約200〜約200,000の範囲の実質的に任意の分子量であることができるので、粒子に接続する様々なPEG分子の分子量を変化させることができる。
または、生物活性物質または被覆分子は本明細書に記載されるようにリンカー分子を介して本発明のPEAおよびPEURコポリマーを用いて作成したコポリマー粒子または外科的装置に接続させることができる。リンカーは先ずコポリマーまたは生物活性物質もしくは被覆分子に接続させることができる。合成中、リンカーは、無保護型または当業者に周知の様々な保護基を用いた保護型のいずれでもあることができる。保護リンカーの場合、リンカーの無保護末端は先ずコポリマーの粒子もしくは外科的装置または生物活性物質もしくは被覆分子に接続することができる。続いて、飽和コポリマーバックボーンについてはPd/H2水素化分解、不飽和コポリマーについては軽度の酸もしくは塩基加水分解、または当技術分野において公知の任意のその他の一般的な脱保護法を用いて、保護基を脱保護することができる。次に、脱保護されたリンカーは生物活性物質もしくは被覆分子に、または粒子もしくは外科的装置のコポリマーに接続することができる。
代替となる態様において、生物活性物質はコポリマーの分子に共有結合性に架橋結合することができて、即ち、生物活性物質は分子間架橋を形成するために、1つよりも多い複数のコポリマー分子に結合する。この共有結合性の架橋結合は生物活性物質を含むリンカーを用いてまたは用いないで実施することができる。
生物活性物質の分子は、同一コポリマー分子上の2つの部位の間で共有結合性の接続によって分子間架橋に組み入れられることもできる。
直線性のコポリマー/ポリペプチド抱合体は、ポリペプチドバックボーン上の潜在的な求核基を保護して、1つの反応基のみをコポリマーまたはコポリマー/リンカー構築物に結合させることによって、作成される。脱保護は、ペプチドの脱保護に関する技術分野において周知の方法(例えば、BocおよびFmoc化学)に従って実施される。
本発明の一つの態様において、生物活性物質はレトロ-インボルサ(retro-inverso)型または部分的にレトロ-インボルサ型のペプチドとして示されるポリペプチドである。
もう一つの態様において、生物活性物質は、不飽和PEAコポリマーのような光架橋結合可能な型のコポリマーと混合して(例えば、マトリックス化など)、光誘発性ラジカル架橋結合に供され得る。架橋結合後、コポリマー組成物は、約0.1〜約10μmの範囲の平均直径を持つ粒子を形成するために分散させる(即ち、粉砕する)ことができる。
ポリマー−生物活性物質結合
一つの態様において、本明細書に記載される通りPEAおよびPEURコポリマー組成物はコポリマーに直接連結した一つまたは複数の生物活性物質を持つ。コポリマーの残基は1つまたは複数の生物活性物質の残基に連結することができる。例えば、コポリマーの1つの残基は生物活性物質の1つの残基に直接連結することができる。コポリマーおよび生物活性物質はそれぞれ1つのオープンバレンスを持つことができる。または、異なる治療的または対症的活性を持つ1つよりも多い生物活性物質、多数の生物活性物質、または生物活性物質の混合物をコポリマーに直接連結することができる。しかし、各生物活性物質の残基はコポリマーの対応する残基に連結させることができるので、1つまたは複数の生物活性物質の残基の数はコポリマーの残基上のオープンバランスの数に一致する。
本明細書で用いられる通り、「コポリマーの残基」は式(IおよびIII-V)によって表される1つまたは複数のオープンバランスを持つPEAまたはPEURコポリマーのラジカルを指す。ラジカルが生物活性物質の残基に接続する場合、(例えば、コポリマーバックボーンまたはそのペンダント基上の)コポリマーの合成的に可能な任意の原子(atom)、原子(atoms)または官能基は実質的に保持される。さらに、オープンバランスを与えるために、合成的に可能な任意の官能基(例えば、カルボキシル)をコポリマー上に(例えば、コポリマーのバックボーン上にペンダント基として、または鎖末端として)作成することができる。所望の結合に基づいて、当業者は当技術分野において公知の手法を用いて、本発明で用いられるPEAおよびPEURコポリマーを誘導するために用いることができる適切に官能化された開始物質を選択することができる。
例えば、生物活性物質の残基は、アミド(例えば、-N(R)C(=O)-もしくはC(=O)N(R)-)、エステル(例えば、-OC(=O)-または-C(=O)O-)、エーテル(例えば、-O-)、アミノ(例えば、-N(R)-)、ケトン(例えば、-C(=O)-)、チオエーテル(例えば、-S-)、スルフィニル(例えば、-S(O)-)、スルフォニル(例えば、-S(O)2-)、ジスルフィド(例えば、-S-S-)、または直接(例えば、C-C結合)の結合を介して構造式(I、II、IVおよびV)の化合物の残基に連結することができて、式中、各々のRは独立してHまたは(C1-C6)アルキルである。このような結合は、当技術分野において公知の合成手順を用いて適切に官能化された開始物質から形成することができる。所望の結合に基づいて、当業者は構造式(I、II、IVおよびV)の化合物の任意の残基を誘導するために適切に官能性の開始物質を選択して、それによって、当技術分野において公知の手法を用いて生物活性物質の所与の残基を抱合することができる。任意の生物活性物質の残基は、構造式(I、II、IVおよびV)の化合物の残基上の任意の合成的に可能な位置に連結させることができる。さらに、本発明は構造式(I、II、IVおよびV)の化合物に直接連結した生物活性物質の1つよりも多い残基を持つ化合物も提供する。
コポリマー分子に連結させることができる生物活性物質の数は、典型的にはコポリマーの分子量に依存することができる。例えば、nが約5〜約150、好ましくは約5〜約70である構造式(I)または(IV)の化合物の場合、生物活性物質をコポリマーの末端基と反応させることによって、約300までの生物活性物質分子(即ち、その残基)をコポリマー(即ち、その残基)に直接連結させることができる。一方、構造式(II)または(V)の化合物の場合は、生物活性物質をリジン含有単位のペンダント基と反応させることによって、さらに150までの生物活性物質をコポリマーに連結させることができる。不飽和コポリマーでは、さらなる生物活性物質をコポリマーの二重(または三重)結合と反応させることもできる。
従って、本発明のコポリマー組成物は、粒子もしくは外科的装置の形であろうとなかろうと、当技術分野において公知であり本明細書において前記の通りの複数の方法の任意の方法を用いて、化学的結合なしにコポリマーに分散または「負荷」するのではなく、生物活性物質に直接共有結合性に接続させることができる。生物活性物質の量は、一般に、コポリマー組成物に対して約0.1％〜約60％(w/w)の生物活性物質、より好ましくは約1％〜約25％(w/w)の生物活性物質、さらにより好ましくは約2％〜約20％(w/w)の生物活性物質である。生理化生物質のパーセントは、以下により詳細に考察される通り、所望の用量および治療しようとする状態に依存する。
インビボにおいて移植可能な粒子の形で直接投与される場合、生物活性物質のための独立型送達系としての使用に加えて、本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物は様々な種類の外科的装置の製造に使用することができる。この態様において、外科的装置が製造される組成物は、例えば、その表面に共有結合性に接続した本発明のコポリマー組成物において、コポリマー中に分散した1つまたは複数の生物活性物質の周辺組織への制御された送達に有効である。
一つの態様において、本発明のPEAまたはPEURコポリマー組成物は、縫合糸、外科的スクリュー、移植可能なプレートおよび移植可能なロッドのような内部固定用装置を含むがこれらに限定されない生分解性、生体適合性の外科的装置の形で、または血管ステントおよび透析用シャントとして製造されるために十分な剛性を持つ。押し出し成形、注入成形、鋳造または溶液加工(乾式および湿式紡糸)など、生分解性コポリマー外科的装置の製造に関する技術分野において公知の任意の方法がこの目的のために用いることができる。このような生分解性、生体適合性外科的装置はゆっくりと生物分解して、本発明の装置の生分解中、PEAまたはPEURコポリマーのために選択されたビルディングブロックの組み合わせに応じて、さらには装置の形状、厚さおよび製造様式のような要因に応じて、例えば、約2日から2・3年、例えば3年、4年または6年までの期間を通して実質的に生体適合性の分解産物を生じる。
従って、もう一つの態様において、本発明は生物活性物質を対象に送達するための方法であって、装置がゆっくりと、例えば完全に生分解するように本明細書に記載されるように本発明のPEAまたはPEURコポリマーを用いて作成された本発明の外科的装置を体内部位に移植する段階を含む方法を提供する。装置を製造するために用いられるコポリマー内に分散される生物活性物質は、例えば、そこの治癒を促進して疼痛を軽減するために、装置の生分解中に移植部位を取り巻く組織にゆっくりと放出される。外科的装置の製造に用いられるPEAまたはPEURコポリマーが全体の生分解を達成するように設計される態様において、その生分解特性のために、移植された外科的装置を除去するためのさらなる手術は要求されない。
もう一つの態様において、本発明のPEAまたはPEURコポリマー組成物は、生分解性、生体適合性の任意の所望の表面積のパッド、シート、またはラップの形で製造することができる。例えば、コポリマーは、コポリマーのナノファイバーを作成するために電気紡糸によって任意の向きの繊維の薄いシートとして織るまたは形成することができる。このようなパッド、シートおよびラップは、例えば、創傷部位における内因性の治癒過程を促進することによって、様々な状態の治療において多くの種類の包帯として用いることができる。コポリマー組成物は経時的に生分解して、吸収されるべき分散された生物活性物質を、標的細胞のサイトゾル、核内または双方のいずれかにおいて、細胞内で作用する創傷部位に放出して、または生物活性物質は細胞内に侵入することなく細胞反応を惹起するために細胞表面レセプター分子に結合することができる。または、例えば、血管ステントとして製造された場合、外科的装置から放出される生物活性物質は、外科的装置が移植される周辺部との接触によって創傷部位における内因性の治癒過程を促進する。PEAおよびPERUコポリマーを用いて作成される創傷用包帯、創傷治癒移植および外科的装置のコーティングに関する詳細な説明は、2005年5月12日に出願された同時係属中の米国特許出願第11/128,903号に記載されている。
生物活性物質
本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物において用いられるコポリマー内での分散について意図される生物活性物質には、抗増殖剤、ラパマイシンおよび任意のその類似体または誘導体、パクリタキセルまたは任意のそのタキセン類似体もしくは誘導体、エベロリウムス、シロリムス、タクロリムス、または-リムス名を持つ任意の薬物ファミリー、ならびにシンバスタチン、アトロバスタチン、フルバスタチン、プラバスタチン、ロバスタチン、ロスバスタチンのようなスタチン類、17AAG(17-アリルアミノ-17-デメトキシゲルダナマイシン)のようなゲルダナマイシン類；エポチロンDおよびその他のエポチロン類、17-ジメチルアミノエチルアミノ-17-デメトキシ-ゲルダナマイシン、ならびに熱ショックタンパク質90(Hsp90)、シロスタゾールなどのその他のポリケチド阻害剤が含まれる。
本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物ならびにそれから作成される粒子内での分散のための適切な生物活性物質は、内皮細胞によって内因性に産生される一酸化窒素のような治療的な天然の創傷治癒物質の内因性の産生を促進する物質から選択することもできる。または、分解中にコポリマーから放出される生物活性物質は内皮細胞による天然の創傷治癒過程の促進において直接的に活性であり得る。これらの生物活性物質は、一酸化窒素を供与、運搬または放出して、内因性の一酸化窒素量を増加させ、一酸化窒素の内因性の合成を刺激して、もしくは一酸化窒素シンターゼのための基質として用いられる、または平滑筋細胞の増殖を阻害する任意の物質であることができる。このような物質には、例えば、アミノキシル、フロキサン、ニトロソチオール、ナイトレートおよびアントシアニン；アデノシンのようなヌクレオシドならびにアデノシン二リン酸(ADP)およびアデノシン三リン酸(ATP)のようなヌクレオチド；アセチルコリンおよび5-ヒドロキシトリプタミン(セロトニン/5-HT)のような神経伝達物質/神経調節物質；ヒスタミンならびにアドレナリンおよびノルアドレナリンのようなカテコールアミン；スフィンゴシン一リン酸およびリゾホスファチジン酸のような脂質分子；アルギニンおよびリジンのようなアミノ酸；ブラジキニン、サブスタンスPおよびカルシウム遺伝子関連ペプチド(CGRP)のようなペプチド、ならびにインスリン、血管内皮増殖因子(VEGF)およびトロンビンのようなタンパク質が含まれる。
様々な生物活性物質、生物活性物質のためのコーティング分子およびリガンドが、本発明のPEAおよびPEURコポリマーを用いて作成されたコポリマーの粒子または外科的装置の表面に、例えば共有結合性に、接続させることができる。標的抗体、ポリペプチド(例えば、抗原)、および薬物のような生物活性物質は、コポリマー粒子または外科的装置の表面において本発明のコポリマーに共有結合性に抱合することができる。例えば、細菌性のタンパク質AのBドメインおよびタンパク質Gの機能的に同等な領域などの小さなタンパク性モチーフは抗体分子に結合して、それによってFc領域が抗体分子を捕捉することが知られている。このようなタンパク性モチーフは、本発明のコポリマーおよび組成物、特に本明細書に記載されるコポリマー粒子の表面に生物活性物質をとして接続することができる。このような分子は、例えば、標的リガンドとしての使用のために抗体に接続するための、または血流から前駆細胞もしくは捕捉細胞を保持するための抗体を捕捉するためのリガンドとして作用する。従って、タンパク質Aまたはタンパク質Gの機能性領域を用いてコポリマーコーティングに接続することができる抗体の種類はFc領域を含むものである。次いで、捕捉抗体はコポリマー表面近くの前駆細胞(progenitor cells)のような前駆細胞(precursor cells)に結合して保持し、好ましくはコポリマー内において培養媒質に含まれる前駆細胞は様々な因子を分泌して対象のその他の細胞と相互作用する。さらに、ブラジキニンのようなコポリマー粒子内に分散した1つまたは複数の生物活性物質は前駆細胞を活性化し得る。
さらに、前駆細胞に接続するための、またはコポリマー組成物を投与された対象の血流から前駆内皮細胞(PEC)を捕捉するための生物活性物質は、公知の先駆細胞表面マーカーに対して方向付けられたモノクローナル抗体である。例えば、内皮細胞の表面を装飾することが報告されている相補性決定因子(CD)にはCD31、CD34、CD102、CD105、CD106、CD109、CDw130、CD141、CD142、CD143、CD144、CDwl45、CD146、CD147およびCD166が含まれる。これらの細胞表面マーカーは様々な特異性であり得て、特定の細胞/分化の種類/段階における特異性の程度は多くの場合、それほど十分には特徴付けられていない。さらに、抗体が生じているこれらの細胞マーカー分子は(抗体認識の点で)同一細胞系譜の細胞で、内皮細胞の場合は単球においてCDと特に重複する。循環内皮前駆細胞は一応(骨髄)単球から成熟内皮細胞までの分化経路に沿っている。CD 106、142および144はある程度特異的に成熟内皮細胞をマークすることが報告されている。CD34は現在、前駆内皮細胞に特異的であることが公知であり、従って、一般に、活性物質の局所的送達のためにコポリマー粒子が移植される部位において血液から前駆内皮細胞を捕捉するために好ましいとされている。このような抗体の例には、単鎖抗体、キメラ抗体、モノクローナル抗体、ポリクローナル抗体、抗体断片、Fab断片、IgA、IgG、IgM、IgD、IgEおよびヒト化抗体、ならびにそれらの活性断片が含まれる。
次の生物活性物質および小分子薬物は、関心対象の創傷もしくは疾患、またはその症状について適切な治療的もしくは対症的効果に関して選択される場合、または細胞もしくは組織培養において、インビトロでの検査のために設計された実験、またはインビボにおいて、本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物内での分散に関して特に有効である。
一つの態様において、適切な生物活性物質は、徐放性に示される場合、創傷治癒を促進または創傷治癒に寄与する様々なクラスの化合物を含むが、これらに限定されるものではない。このような生物活性物質には特定の前駆細胞を含む創傷治癒細胞が含まれて、これらは本発明の組成物中の生分解性コポリマーによって保護および送達することができる。このような創傷治癒細胞には、例えば、周皮細胞および内皮細胞、ならびに炎症治癒細胞が含まれる。このような細胞をインビボにおいてコポリマーデポーの位置に動員するために、本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物、ならびに本発明において用いられるそれらの粒子および使用の方法は、「細胞接着分子」(CAM)に特異的に結合する、抗体および小分子リガンドのような細胞のリガンドを含むことができる。創傷治癒細胞における例示的リガンドには、ICAM-1(CD54抗原)、ICAM-2(CD102抗原)、ICAM-3(CD50抗原)、ICAM-4(CD242抗原)およびICAM-5のような細胞内接着分子(ICAM)；VCAM-1(CD106抗原)のような血管細胞接着分子(VCAM)；NCAM-1(CD56抗原)またはNCAM-2のような神経細胞接着分子(NCAM)；PECAM-1(CD31抗原)のような血小板内皮細胞接着分子PECAM；LECAM-1、またはLECAM-2(CD62E抗原)のような白血球内皮細胞接着分子(ELAM)などに特異的に結合するリガンドが含まれる。
もう一つの局面において、適切な生物活性物質は、例えば、共有結合性または非共有結合性に接続する、本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物において用いられるコポリマー粒子内に分散することができるポリマーの細胞外マトリックスタンパク質を含む。有用な細胞外マトリックスタンパク質の例には、例えば、通常タンパク質に連結するグリコサノミノグリカン(プロテオグリカン)および線維性タンパク質(例えば、コラーゲン、エラスチン、フィブロネクチンおよびラミニン)が含まれる。細胞外タンパク質の生物模倣物も用いることができる。これらは、通常、アルギネートおよびキチン誘導体など、非ヒト性ではあるが生体適合性の糖タンパク質である。このような細胞外マトリックスおよび/またはそれらの生物模倣物の特異的断片である創傷治癒ペプチドも用いることができる。
タンパク性成長因子は、本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物における分散ならびに本明細書に記載される使用の方法に適した生物活性物質のもう一つのカテゴリーである。このような生物活性物質は、例えば、血小板由来成長因子-BB(PDGF-BB)、腫瘍壊死因子α(TNF-α)、上皮成長因子(EGF)、角化細胞増殖因子(KGF)、チモシンB4；ならびに血管内皮増殖因子(VEGF)、線維芽細胞成長因子(FGF)、腫瘍壊死因子β(TNF-β)、およびインスリン様成長因子-1(IGF-1)のような様々な血管新生因子など、当技術分野において公知の通り創傷治癒およびその他の疾患状態の促進に有効である。これらのタンパク性成長因子の多くは市販されており、または当技術分野において周知の技術を用いて組換え操作によって産生することができる。
または、様々な生体分子をコードする遺伝子を組み入れたベクター、特にアデノウイルスベクターを含む発現系は、徐放性送達のために、本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物ならびにそれらの粒子中に分散することができる。このような発現系およびベクターを調製する方法は当技術分野において周知である。例えば、タンパク性の成長因子は、コポリマーデポーを形成するための大きさとした粒子を選択することによって局所送達のために所望の身体部位への、または循環に侵入する大きさの粒子を選択することによって全身性での成長因子の投与のために、本発明の生理活性組成物に分散することができる。VEGF、PDGF、FGF、NGFのような成長因子、ならびに進化的および機能的に関連する生物製剤、ならびにトロンビンのような血管新生酵素も本発明の生物活性物質として使用され得る。
小分子薬物は、本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物における分散ならびに本明細書に記載される送達のための方法に適した生物活性物質のもう一つのカテゴリーである。このような薬物には、例えば、抗菌および抗炎症物質、ならびに例えばビタミンAおよび脂質過酸化の合成阻害剤のような一部の治癒促進剤が含まれる。
感染を予防または制御することによって自然の治癒過程を間接的に促進するために、様々な抗生物質が本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物中に生物活性物質として分散することができる。適切な抗生物質には、アミノグリコシド抗生物質、キノロン、または例えばシプロフロキサシン、ゲンタマイシン、トブラマイシン、エリスロマイシン、バンコマイシン、オキサシリン、クロキサシリン、メチシリン、リンコマイシン、アンピシリンおよびコリスチンなどのセファロスポリンのようなβ-ラクタムなど、多くのクラスが含まれる。適切な抗生物質については、文献に記載されている。
適切な抗生物質には、例えば、アドリアマイシンPFS/RDF(登録商標)(Pharmacia and Upjohn)、ブレノキサン(登録商標)(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、セルビジン(登録商標)(Bedford)、コスメゲン(登録商標)(Merck)、ダウノキソーム(登録商標)(NeXstar)、ドキシル(登録商標)(Sequus)、ドキソルビシン塩酸塩(登録商標)(Astra)、イダマイシン(登録商標)PFS(Pharmacia and Upjohn)、ミトラシン(登録商標)(Bayer)、 ミタマイシン(登録商標)(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、ニペン(登録商標)(SuperGen)、ノバントロン(登録商標)(Immunex)およびルベックス(登録商標) (Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)が含まれる。一つの態様において、ペプチドは糖ペプチドであることができる。「糖ペプチド」は、任意でバンコマイシンのように糖の基で置換された多重環ペプチドコアを特徴とするオリゴペプチド(例えば、ヘプタペプチド)の抗生物質を指す。
抗菌剤のこのカテゴリーに含まれる糖ペプチドの例は、Raymond C. RaoおよびLouise W. Crandallの「Glycopeptides Classification, Occurrence, and Discovery」("Bioactive agents and the Pharmaceutical Sciences" Volume 63, edited by Ramakrishnan Nagarajan, published by Marcal Dekker, Inc.)に記載されている。糖ペプチドのさらなる例は、米国特許第4,639,433号、第4,643,987号、第4,497,802号、第4,698,327号、第5,591,714号、第5,840,684号および第5,843,889号；EP 0 802 199、EP 0 801 075、EP 0 667 353、WO 97/28812、WO 97/38702、WO 98/52589、WO 98/52592；ならびにJ. Amer. Chem. Soc.(1996) 118：13107-13108、J. Amer. Chem. Soc. (1997) 119:12041- 12047、およびJ. Amer. Chem. Soc. (1994) 116:4573-4590に開示されている。典型的な糖ペプチドには、A477、A35512、A40926、A41030、A42867、A47934、A80407、A82846、A83850、A84575、AB-65、アクタプラニン、アクチノイジン、アルダシン、アボパルシン、アズレオマイシン、バルヒミエイン(Balhimyein)、クロロオリエンチエイン(Chloroorientiein)、クロロポリスポリン、デカプラニン、-デメチルバンコマイシン、エルモマイシン、ガラカルジン、ヘルベカルジン、イズペプチン、キブデリン(Kibdelin)、LL-AM374、マンノペプチン、MM45289、MM47756、MM47761、MM49721、MM47766、MM55260、MM55266、MM55270、MM56597、MM56598、OA-7653、オレンチシン、パルボジシン、リストセチン、リストマイシン、シンモニシン、テイコプラニン、UK-68597、UD-69542、UK-72051、バンコマイシンなどが含まれる。また、本明細書で用いられるように「糖ペプチド」または「糖ペプチド抗生物質」という用語は、上記に開示されるその上に糖部分を持たない一般的なクラスの糖ペプチド、即ち、糖ペプチドの一連のアグリコンを含むことを意図する。例えば、軽度の加水分解によってバンコマイシン上のフェノールに付加した二糖部分が除去されるとバンコマイシンアグリコンが得られる。アルキル化およびアシル化誘導体を含めて、上記に開示される一般的なクラスの糖ペプチドの合成誘導体も「糖ペプチド抗生物質」という用語の範囲内に含まれる。さらに、バンコサミンと同様の方法で別の糖残基、特にアミノグリコシドがさらに付加している糖ペプチドもこの用語の範囲内である。
「脂質付加した糖ペプチド」という用語は、具体的には、脂質置換基を含むように合成的に修飾されている糖ペプチド抗生物質を指す。本明細書で用いられるように、「脂質置換基」という用語は、5つまたはそれよりも多い炭素原子、好ましくは10〜40の炭素原子を含む任意の置換基を指す。脂質置換基は、任意で、ハロ、酸素、窒素、硫黄およびリンから選択される1〜6個のヘテロ原子を含んでもよい。脂質付加した糖ペプチド抗生物質は当技術分野において周知である。例えば、参照によりそれらの全体が本明細書に組み入れられる米国特許第5,840,684号、第5,843,889号、第5,916,873号、第5,919,756号、第5,952,310号、第5,977,062号、第5,977,063号、EP 667,353、WO 98/52589、WO 99/56760、WO 00/04044、WO 00/39156を参照されたい。
抗炎症性生物活性物質も、本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物における分散ならびに本明細書に開示される送達の方法において有用である。治療しようとする身体部位および疾患に応じて、このような抗炎症性生物活性物質には、例えば、鎮痛薬(例えば、NSAIDSおよびサリチル酸塩)、ステロイド、抗リウマチ薬、消化管用物質、痛風調製物、ホルモン(糖質コルチコイド)、鼻腔用調製物、眼科用調製物、耳用調製物(例えば、抗生物質およびステロイドの組み合わせ)、呼吸器用物質、ならびに皮膚および粘膜用物質が含まれる。Physician's Desk Reference, 2005 Editionを参照されたい。具体的には、抗炎症物質は、化学的には(11θ,16I)-9-フルロ-11,17,21-トリヒドロキシ-16-メチルプレグナ-1,4-ジエン-3,20-ジオンと命名されるデキサメタゾンを含むことができる。または、抗炎症性生物活性物質はシロリムス(ラパマイシン)である、または含むことができて、これは放線菌(ストレプトミセスハイグロスコピカス)から分離されるトリエンマクロライド抗生物質である。
本発明の組成物および方法に含まれるポリペプチド生物活性物質は「ペプチド模倣物」も含み得る。本明細書で「ペプチド模倣物(peptide mimetics)」または「ペプチド模倣物(peptidomimetics)」と記載されるこのようなペプチド類似体は製薬業界で広く用いられており、鋳型ペプチドのそれと類似の特性を持ち(Fauchere, J. (1986) Adv. Bioactive agent Res., 15:29；Veber and Freidinger (1985) TINS, p. 392；およびEvans et al. (1987) J. Med. Chem., 30:1229)、通常はコンピュータ化された分子モデリングを用いて開発される。一般に、ペプチド模倣物は構造的にパラダイムポリペプチド(即ち、生化学的特性または薬理学的活性を持つポリペプチド)に類似するが、任意で当技術分野において公知であり、Spatola, A.F. in Chemistry and Biochemistry of Amino Acids, Peptides, and Proteins, B. Weinstein, eds., Marcel Dekker, New York, p. 267 (1983)；Spatola, A.F., Vega Data (March 1983), Vol. 1, Issue 3, "Peptide Backbone Modifications"(総説)；Morley, J.S., Trends. Pharm. Sci., (1980) pp. 463-468(総説)；Hudson, D. et al., Int. J. Pept. Prot. Res., (1979) 14:177-185 (--CH2NH--, CH2CH2-)；Spatola, A.F. et al., Life Sci., (1986) 38:1243-1249 (--CH2-S--)；Harm, M. M.,J. Chem. Soc. Perkin Trans I (1982) 307-314 (--CH=CH--, cis and trans)；Almquist, R.G. et al., J. Med. Chem., (1980) 23:2533 (--COCH2--)；Jennings-Whie, C. et al., Tetrahedron Lett., (1982) 23:2533 (--COCH2--)；Szelke, M. et al., European Appln., EP 45665 (1982) CA：97:39405 (1982) (--CH(OH)CH2--)；Holladay, M. W. et al., Tetrahedron Lett., (1983) 24:4401-4404 (--C(OH)CH2--)；およびHruby, V.J., Life Sci., (1982) 31:189-199 (--CH2-S--)の参照により詳しく説明されている方法によって、--CH2NH--、--CH2S--、CH2-CH2--、--CH=CH--(シスおよびトランス)、--COCH2--、--CH(OH)CH2--、および--CH2SO-からなる群より選択される結合によって置換される1つまたは複数のペプチド結合を持つ。このようなペプチド模倣物は、例えば、より経済的な産生、より大きな化学的安定性、向上した薬学的特性(半減期、吸収性、力価、薬効など)、変化した特異性(例えば、生物活性の広いスペクトル)、抗原性の低下およびその他を含めて、天然のポリペプチドの態様を上回る顕著な利点を持ち得る。
さらに、ペプチド内の1つまたは複数のアミノ酸(例えば、L-リジンの代わりにD-リジンでの)の置換は、より安定なペプチドおよび内因性ペプチダーゼに対して抵抗性のペプチドを作成するために用いられ得る。または、生分解性コポリマーに共有結合性に結合した合成ポリペプチドはD-アミノ酸からも調製することができて、逆ペプチドと呼ばれる。ペプチドが固有のペプチド配列の反対の向きに構築される場合、それはレトロペプチドと呼ばれる。一般に、D-アミノ酸から調製されるポリペプチドは酵素加水分解に対して極めて安定である。レトロ逆ポリペプチドまたは部分的なレトロ逆ポリペプチドにおいて保存された生物活性の多くの事例が報告されている(US patent, 6,261,569 B1およびその参照；B. Fromme et al, Endocrinology (2003)144:3262-3269。
適切かつ有効量の少なくとも1つの任意の生物活性物質が、生分解性の内部固定用装置、ステント、もしくは透析用シャント、またはインビボにおいて導入されたそれらの粒子から形成されたデポー中の生物活性物質を含めて、本発明の組成物から経時的に放出されることができる。生物活性物質の適切かつ有効量は、典型的には、例えば、特定のPEAまたはPEURコポリマーおよび存在するならば粒子またはコポリマー/生物活性物質結合の種類に依存する。典型的には、約100％までの生物活性物質がインビボにおいて本発明のコポリマーから放出され得る。具体的には、その約90％まで、75％まで、50％まで、または25％までがコポリマーから放出されることができる。典型的にコポリマーからの放出速度に影響を及ぼす要因は、コポリマー/生物活性物質結合の種類、ならびに製剤中に含まれるその他の物質の特徴および量である。
ヒトに加えて、本発明のPEAおよびPEURコポリマー組成物、ならびにそれらから製造される粒子および外科的装置は、ペット(例えば、ネコ、イヌ、ウサギおよびフェレット)、家畜(例えば、ブタ、ウマ、ラバ、乳牛および肉牛)、ならびに競走馬のような様々な哺乳動物の患者を含む獣医学の業務における用途にも意図される。
一つの態様において、本発明の組成物、装置および投与の方法は1つまたは複数の生物活性物質の「有効量」を放出し得る。つまり、症状を予防、軽減または排除するために十分な治療的または対症的反応を引き起こす量の生物活性物質がそれらのコポリマーに組み入れられる。必要な正確な量は、その他の要因の中でも、組成物を投与しようとする対象；対象の年齢および一般状態；対象の免疫系の能力、所望される治療的または対症的反応の程度；治療または検査しようとする状態の重症度；選択される特定の生物活性物質および組成物の投与モードに応じて変化する。適切な有効量は当業者によって容易に決定されることができる。従って、「有効量」は、定型の試験を通じて決定することのできる比較的広い範囲に収まるであろう。例えば、本発明のため、有効量は典型的には送達される生物活性物質の約1μg〜約100mg、例えば、約5μg〜約1mg、または約10μg〜約500μgの範囲である。
次の実施例は例証するために示すものであり、本発明を制限するものではない。
ビス-(α-アミノ酸)-ジオール-ジエステルに基づく本発明のコ-PEAの調製
実施例1
この実施例は、構造式(I)によって記載されるコ-ポリ-4-[Leu(DAS)0.75-Leu(6)0.25](表1の化合物#2)の調製を示し、式中、m＝0.75、p＝0.25、R1＝R2＝(CH2)4、R3＝R4＝イソ-ブチル、R5＝(CH2)6、およびR6＝式(III)である。
室温において、ビス-(L-ロイシン)-1,4:3,6-ジアンヒドロソルビトールジエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩(16.9577g、0.024mole)、ビス-(L-ロイシン)-1,6-ヘキシレンジエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩(5.4320g、0.008mole)、およびジ-p-ニトロフェニルアジペート(12.2482g、0.032mole)のジメチルホルムアミド(DMF)溶液(16.61mL)の混合物にトリエチルアミン(NEt3)(9.67mL、0.069mole)を加えた(DMFおよびNEt3の総液量は26.28mLであり、濃度はジ-p-ニトロフェニルアジペートにより1.2mol/Lである)。その後、温度を約80℃まで上昇させて、約24時間撹拌した。粘性の反応液を室温まで冷却して、DMF(123.72mL)で希釈した(DMFおよびNEt3の総液量は150mLであり、濃度は10％(w/v)である)。無水酢酸(0.567mL、0.006mole)を加えて、約16時間撹拌した。反応液を水および炭酸水素ナトリウム(1％ w/v)で十分に洗った。最終的な精製のため、得られたコポリマーをエタノール(150mL、10％ w/v)に溶解した。溶液を酢酸エチル(1.5L)中で沈殿させた。酢酸エチル中での沈殿は、p-ニトロフェノール(重縮合の副産物)についての陰性検査が得られるまで、通常1〜2回、反復実施した。
得られたコポリマーはエタノールに溶解して、濾過し、減圧下で乾固するまで約65℃にて乾燥した。収量は80〜90％であり、Mw＝211,900(N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)を用いたゲル濾過クロマトグラフィー(GPC))であった。
上記の表1および下記の表2に示す通り、機械的特性の検査のために、クロロホルム溶液から平均厚 0.125mmの亜鈴状フィルム(4×1.6cm)を回収して、クロスヘッドスピード100mm/分においてPC(Nexygen FMソフトウェア)を統合した引張り強度測定装置(Chatillon TDC200)での張力検査に供した。ガラス転移温度は示差走査熱量測定(DSC)により測定した。測定値は、加熱速度10℃/分の2回目の加熱から得られた。
実施例2
この実施例は、構造式(I)によって記載されるポリ-4-[L-Leu(DAS)0.45-L-Leu(6)0.55](表1の化合物#3)の調製を示し、式中、m＝0.45、q＝0.55、R1＝R2＝(CH2)4、R3＝R4＝イソ-ブチル、R5＝(CH2)6、およびR6＝式(III)である。
室温において、ビス-(L-ロイシン)-1,4:3,6-ジアンヒドロソルビトールジエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩(10.3574 g、0.014mole)、ビス-(L-ロイシン)-1,6-ヘキシレンジエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩(12.1651 g、0.018mole)、およびジ-p-ニトロフェニルアジペート(12.4681g、0.032mole)のDMF溶液(16.91mL)の混合物にトリエチルアミン(9.85mL、0.071mole)を加えた(DMFおよびNEt3の総液量は26.76mLであり、濃度はジ-p-ニトロフェニルアジペートにより1.2mol/Lである)。その後、温度を約80℃まで上昇させて、約24時間撹拌した。粘性の反応液を室温まで冷却して、DMF(123.24mL)で希釈した(DMFおよびNEt3の総液量は150mLであり、濃度は10％(w/v)である)。無水酢酸(0.567mL、0.006mole)を加えて、約16時間撹拌した。反応液を水および炭酸水素ナトリウム(1％ w/v)で十分に洗った。最終的な精製のため、得られたコポリマーをエタノール(150mL、10％ w/v)に溶解した。溶液を酢酸エチル(1.5L)中で沈殿させた。酢酸エチル中での沈殿は、p-ニトロフェノール(重縮合の副産物)についての陰性検査が得られるまで、通常1〜2回、反復実施した。
得られたコポリマーはエタノールに溶解して、濾過し、減圧下で乾固するまで約65℃にて乾燥した。収量は80〜90％であり、Mw＝210,200(DMAc中GPC)であった。
実施例3
この実施例は、構造式(I)によって記載されるポリ-4-[L-Leu(DAS)0.20-L-Leu(6)0.80](表1の化合物#4)の調製を示し、式中、m＝0.20、q＝0.80、R1＝R2＝(CH2)4、R3＝R4＝イソ-ブチル、R5＝(CH2)6、およびR6＝式(III)である。
室温において、ビス-(L-ロイシン)-1,4:3,6-ジアンヒドロソルビトールジエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩(4.6732g、0.007mole)、ビス-(L-ロイシン)-1,6-ヘキシレンジエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩(17.9636g、0.026mole)、およびジ-p-ニトロフェニルアジペート(12.6576g、0.033mole)のDMF溶液(17.17mL)の混合物にトリエチルアミン(9.99mL、0.072mole)を加えた(DMFおよびNEt3の総液量は27.16mLであり、濃度はジ-p-ニトロフェニルアジペートにより1.2mol/Lである)。その後、温度を約80℃まで上昇させて、約24時間撹拌した。粘性の反応液を室温まで冷却して、DMF(122.84mL)で希釈した(DMFおよびNEt3の総液量は150mLであり、濃度は10％(w/v)である)。無水酢酸(0.567mL、0.006mole)を加えて、約16時間撹拌した。反応液を水および炭酸水素ナトリウム(1％ w/v)で十分に洗った。最終的な精製のため、得られたコポリマーをエタノール(150mL、10％ w/v)に溶解した。溶液を酢酸エチル(1.5L)中で沈殿させた。酢酸エチルでの沈殿は、p-ニトロフェノール(重縮合の副産物)についての陰性検査が得られるまで、通常1〜2回、反復実施した。
得られたコポリマーはエタノールに溶解して、濾過し、減圧下で乾固するまで約65℃にて乾燥した。収量は80〜90％であり、Mw＝199,200(DMAc中GPC)であった。
実施例4
この実施例は、構造式(I)によって記載されるポリ-4-[L-Phe(DAS)0.75-L-Phe(4)0.25](表2の化合物#2)の調製を示し、式中、m＝0.20、q＝0.80、R1＝R2＝(CH2)4、R3＝R4＝CH2(C6H5)、R5＝(CH2)4、およびR6＝式(III)である。
室温において、ビス-(L-フェニルアラニン)-1,4:3,6-ジアンヒドロソルビトールジエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩(16.4557g、0.021mole)、ビス-(L-フェニルアラニン)-1,4-ブチレンジエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩(5.0937g、0.007mole)、およびジ-p-ニトロフェニルアジペート(10.8554g、0.028mole)のジメチルホルムアミド溶液(14.72mL)の混合物にトリエチルアミン(8.57mL、0.061mole)を加えた(DMFおよびNEt3の総液量は23.30mLであり、濃度はジ-p-ニトロフェニルアジペートにより1.2mol/Lである)。その後、温度を約80℃まで上昇させて、約24時間撹拌した。粘性の反応液を室温まで冷却して、DMF(126.70mL)で希釈した(DMFおよびNEt3の総液量は150mLであり、濃度は10％(w/v)である)。無水酢酸(0.567mL、0.006mole)を加えて、約16時間撹拌した。反応液を水および炭酸水素ナトリウム(1％ w/v)で十分に洗った。最終的な精製のため、得られたコポリマーをTHF(150mL、10％ w/v)に溶解した。溶液を酢酸エチル(1.5L)中で沈殿させた。酢酸エチルでの沈殿は、p-ニトロフェノール(重縮合の副産物)についての陰性検査が得られるまで、通常1〜2回、反復実施した。
得られたコポリマーはTHFに溶解して、濾過し、減圧下で乾固するまで約65℃にて乾燥した。収量は80〜90％であり、Mw＝175,200(DMAc中GPC)であった。
本発明のビス-(α-アミノ酸)をベースとするPEURの調製
実施例5
この実施例は、構造式(V)によって記載されるポリ-3-[L-Leu(DAS)0.15-L-Leu(6)0.60-(L-Lys(Bn)0.25](表2の化合物#3)の調製を示し、式中、p＝0.6、m＝0.15、q＝0.25、R8＝R9＝(CH2)3、R3＝R4＝イソ-ブチル、R8＝(CH2)6、R9＝式III、およびR7＝CH2(C6H5)である。(下記のスキーム2を参照されたい)。
Figure 2009510197
室温において、ビス-(L-ロイシン)-1,6-ヘキシレンジエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩(11.7304g、0.0202mole)、ビス-(L-ロイシン)-1,4:3,6-ジアンヒドロソルビトールジエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩(3.5843g、0.0050mole)、L-リジンベンジルエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩(4.8879g、0.0084mole)、およびプロピルバイカーボネート(13.6793g、0.0336mole)のDMF溶液(17.73mL)の混合物にトリエチルアミン(10.32mL、0.0742mole)を加えた(DMFおよびNEt3の総液量は28.05mLであり、濃度はプロピルバイカーボネートにより1.2mol/Lである)。その後、温度を約80℃まで上昇させて、約24時間撹拌した。粘性の反応液を室温まで冷却して、DMF(121.95mL)で希釈した(DMFおよびNEt3の総液量は150mLであり、濃度は10％(w/v)である)。無水酢酸(0.567mL)を加えて、約16時間撹拌した。反応液を水および炭酸水素ナトリウム(1％ w/v)で十分に洗った。
最終的な精製のため、得られたコポリマーをアセトン(150mL、10％ w/v)に溶解した。溶液をエチルエーテル(1.5L)中で沈殿させた。エチルエーテルでの沈殿は、p-ニトロフェノール(重縮合の副産物)についての陰性検査が得られるまで、通常1〜2回、反復実施した。得られたコポリマーはアセトンに溶解して、濾過し、減圧下で乾固するまで約65℃にて乾燥した。収量は80〜90％であり、Mw＝78,000(DMAc中GPC)であった。
不飽和コPEAの調製
実施例6
式(I)によって記載されるコポリ-[(8)0.75-(Fum)0.25]-「L-Leu(6)0.50-L-Leu(DAS)0.50](化合物#4、表1)の調製、式中、m＝0.50、q＝0.50、R1＝(CH2)8、R2＝(CH2)8-25％および(-CH=CH-)-25％。R3＝R4＝イソブチル、R5＝(CH2)6、R6＝式(III))。
室温において、ビス-(L-ロイシン)-1,4:3,6-ジアンヒドロソルビトールジエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩(3.5619g、4.968mmole)、ビス-(L-ロイシン)-1,6-ヘキサンジオール-ジエステルのジ-p-トルエンスルホン酸塩(3.4229g、4.968mmole)、ジ-p-ニトロフェニル-フマレート(0.8901g、2.4844mmole)およびジ-p-ニトロフェニルセバシネート(3.3124g、7.453mmole)のDMF溶液(5.44mL)の混合物にトリエチルアミン(2.84mL、20.4mmole)を加えた(DMFおよびNEt3の総液量は23.30mLであり、濃度はジ-p-ニトロフェニルアジペートにより1.2mol/Lである)。その後、温度を約52℃まで上昇させて、約8時間撹拌した。粘性の反応液を室温まで冷却して、DMF(40mL)で希釈した(DMFおよびNEt3の総液量は50mLであり、濃度は10％(w/v)である)。無水酢酸(0.25mL)を加えて、約3時間撹拌した。粘性のコポリマー溶液を水中で沈殿させて、水および炭酸水素ナトリウム(1％ w/v)溶液で十分に洗った。最終的な精製のため、得られたコポリマーをエタノール(150mL、10％ w/v)に溶解した。溶液を酢酸エチル(1.5L)中で沈殿させた。収量は65％であり、Mw＝84,000(DMAc中GPC)であった。
実施例7
次の実施例は、DAS含有コモノマーの異なる送り量に基づくPEAおよびPEURの機械的および物理化学的特性を示す。コポリマーの製造における相対的送り量および得られる特性は以下の表2に示す通りである。
Figure 2009510197
 a)GPC測定はDMAc,(PS)中で実施した。
b)Tgは、DSCにより加熱速度 10C/分にて2回目の加熱曲線から得た。
すべての刊行物、特許、および特許資料は、それぞれが参照により組み入れられるように、参照により本明細書に組み入れられる。本発明は、様々な特異的および好ましい態様および技術に関連して説明されている。但し、本発明の精神および範囲内に留まりつつ、多くの変更および修正が行われ得ることが理解されるべきである。
本発明は上記の実施例に関連して説明されているが、修正および変更は本発明の精神および範囲内に含まれることが理解されるであろう。従って、本発明は添付される特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (41)

  1. 次のコポリマーの少なくとも1つまたは混合物を含むコポリマー組成物：
    下記の一般的構造式(I)によって記載される化学構造を持つPEA：
    Figure 2009510197
    式中、mは約0.01〜約0.99であり、pは約0.99〜約0.01であり、式中、nは約5〜約100であり；
    式中、R1は、(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレン、およびそれらの組み合わせからなる群より独立して選択されて；単一のコモノマーmまたはpにおけるR3およびR4はそれぞれ、水素、(C1-C6)アルキル、(C2-C6)アルケニル、(C2-C6)アルキニル、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルおよび-(CH2)2S(CH3)からなる群より独立して選択されて；R5は下記構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片から選択されて；
    Figure 2009510197
    R6は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレンまたはアルキルオキシからなる群より選択されて；
    または、下記の一般的構造式(III)によって記載される化学構造を持つPEA：
    Figure 2009510197
    式中、mは約0.01〜約0.99であり、pは約0.99〜約0.01であり、qは約0.99〜0.01であり、式中、nは約5〜約100であり；
    式中、R1は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレン、およびそれらの組み合わせからなる群より独立して選択されて；単一のコモノマーmまたはpにおけるR3およびR4はそれぞれ、水素、(C1-C6)アルキル、(C2-C6)アルケニル、(C2-C6)アルキニル、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルおよび-(CH2)2S(CH3)からなる群より独立して選択されて；R5は構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片から選択されて；R6は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレンもしくはアルキルオキシからなる群より選択されて；R7は水素、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルもしくは保護基であり；R8は独立して(C1-C20)アルキルもしくは(C2-C20)アルケニルであり；
    または、下記の一般的構造式(IV)によって記載される化学構造を持つPEURコポリマー：
    Figure 2009510197
    式中、mは約0.01〜約0.99であり、pは約0.99〜約0.01であり、nは約5〜約100であり；
    かつ、式中、R2は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレン、および構造式(III)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片からなる群より選択されて；単一のコモノマーのmまたはpにおけるR3およびR4はそれぞれ、水素、(C1-C6)アルキル、(C2-C6)アルケニル、(C2-C6)アルキニル、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキル、および-(CH2)2S(CH3)からなる群より独立して選択されて；R5は(C2-C20)アルキレンおよび(C2-C20)アルケニレンもしくはアルキルオキシからなる群より選択されて；R6は構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片より選択されて；
    または、下記の一般的構造式(V)によって記載される化学構造を持つPEUR：
    Figure 2009510197
    式中、mは約0.01〜約0.99であり、pは約0.99〜約0.01であり、qは約0.99〜0.01であり、nは約5〜約100であり；
    かつ、式中、R2は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレン、および構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片からなる群より選択されて；単一のコモノマーのmまたはpにおけるR3およびR4はそれぞれ、水素、(C1-C6)アルキル、(C2-C6)アルケニル、(C2-C6)アルキニル、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキル、および-(CH2)2S(CH3)からなる群より独立して選択されて；R5は(C2-C20)アルキレンおよび(C2-C20)アルケニレンまたはアルキルオキシからなる群より選択されて；R6は構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片より選択されて；R7は水素、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルまたは保護基であり；R8は独立して(C1-C20)アルキルまたは(C2-C20)アルケニルである。
  2. コポリマー分子中のR3またはR4の少なくとも1つがCH2Phである、請求項1記載の組成物。
  3. R3またはR4が水素、CH2-CH(CH3)2、CH3)、CH(CH3)2)、CH(CH3)-CH2-CH3)、CH2-C6H5、(CH2)4-NH2)または(CH2)2SCH3)から選択される、請求項1記載の組成物。
  4. R3およびR4のすべてが水素、CH2-CH(CH3)2、CH3)、CH(CH3)2)、CH(CH3)-CH2-CH3)、CH2-C6H5、(CH2)4-NH2)または(CH2)2SCH3)から選択される、請求項1記載の組成物。
  5. R1およびR2の少なくとも1つが-CH2-CH=CH-CH2-、-(CH2)4-、-(CH2)6-および-(CH2)8-から選択される、請求項1記載の組成物。
  6. R5およびR6の少なくとも1つが-CH2-CH=CH-C2-である、請求項1記載の組成物。
  7. 1,4;3,6-ジアンヒドロヘキシトールがD-グルシトール、D-マンニトールまたはL-イジトールから誘導される、請求項1記載の組成物。
  8. 1,4;3,6-ジアンヒドロヘキシトールが1,4:3,6-ジアンヒドロソルビトール(DAS)である、請求項1記載の組成物。
  9. R8が独立して(C3-C6)アルキルまたは(C3-C6)アルケニルである、請求項1記載の組成物。
  10. R8が-(CH2)4-である、請求項1記載の組成物。
  11. 約2日から約6年の期間に渡って生分解する、請求項1記載の組成物。
  12. 2つから多数の異なるアミノ酸から形成されるよう生分解する、請求項1記載の組成物。
  13. コポリマーが約15,000から約300,000Daの範囲の分子量を持つ、請求項1記載の組成物。
  14. コポリマーが約22℃から約120℃の範囲のガラス転移温度(Tg)を持つ、請求項1記載の組成物。
  15. コポリマーのフィルムが約25Mpaから約90Mpaの引張り降伏応力を持つ、請求項1記載の組成物。
  16. コポリマーのフィルムが降伏点において約2％から約400％の伸び率を持つ、請求項1記載の組成物。
  17. コポリマーのフィルムが降伏点において約400Mpaから約3000Mpaの範囲のヤング率を持つ、請求項1記載の組成物。
  18. コポリマー中に分散した少なくとも1つの生物活性物質の有効量をさらに含む、請求項1記載の組成物。
  19. コポリマー分子鎖当たり約5から約150の分子の生物活性物質を含む、請求項14記載の組成物。
  20. 少なくとも1つの生物活性物質がコポリマーに共有結合されている、請求項14記載の組成物。
  21. コポリマーが約15,000Daから約400,000Daの範囲の分子量を持つ、請求項1記載の組成物。
  22. コポリマーが約15,000Daから約300,000Daの範囲の分子量を持つ、請求項1記載の組成物。
  23. コポリマーが構造式IまたはIVによって記載される化学式を持ち、かつ、mおよびpがコポリマー内にランダムに分布する、請求項1記載の組成物。
  24. コポリマーが構造式IIIまたはVによって記載される化学式を持ち、かつ、m、pおよびqがコポリマー内にランダムに分布する、請求項1記載の組成物。
  25. 生分解性、生体適合性粒子の形で製造される、請求項1記載の組成物。
  26. 請求項1記載の組成物を含む、生分解性、生体適合性の外科的装置。
  27. 完全に生分解性である、請求項26記載の装置。
  28. 組成物がコポリマー内に分散した少なくとも1つの生物活性物質をさらに含む、請求項26記載の装置。
  29. 生物活性物質が生理学的条件下において外科的装置から制御された様式で放出される、請求項28記載の装置。
  30. 生物活性物質が約2日から約6年という時間に渡って放出される、請求項28記載の装置。
  31. 完全に生分解性である、請求項28記載の装置。
  32. 外科的装置が血管ステントまたは透析用シャントである、請求項28記載の装置。
  33. 外科的装置が内部固定用装置である、請求項28記載の装置。
  34. 内部固定用装置が縫合糸である、請求項33記載の装置。
  35. 内部固定用装置が外科用スクリューである、請求項33記載の装置。
  36. 内部固定用装置が移植可能プレートである、請求項33記載の装置。
  37. 内部固定用装置が移植可能ロッドである、請求項33記載の装置。
  38. 対象の体内部位を固定するための方法であって、体内部位を固定する間に実質的に生体適合性の分解産物を生じるように装置が生分解するよう、対象の体内部位に内部固定用装置を移植する段階を含む方法であって、
    内部固定用装置が次のコポリマーの少なくとも1つまたは混合物を含む方法：
    下記の一般的構造式(I)によって記載される化学構造を持つPEA：
    Figure 2009510197
    式中、mは約0.01〜約0.99であり、pは約0.99〜約0.01であり、式中、nは約5〜約100であり；
    式中、R1は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレン、およびそれらの組み合わせからなる群より独立して選択されて；単一のコモノマーmまたはpにおけるR3およびR4はそれぞれ、水素、(C1-C6)アルキル、(C2-C6)アルケニル、(C2-C6)アルキニル、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルおよび-(CH2)2S(CH3)からなる群より独立して選択されて；R5は下記構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片から選択されて；
    Figure 2009510197
    R6は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレンもしくはアルキルオキシからなる群より選択されて；
    または、下記の一般的構造式(III)によって記載される化学構造を持つPEA：
    Figure 2009510197
    式中、mは約0.01〜約0.99であり、pは約0.99〜約0.01であり、qは約0.99〜0.01であり、式中、nは約5〜約100であり；
    式中、R1は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレン、およびそれらの組み合わせからなる群より独立して選択されて；単一のコモノマーmまたはpにおけるR3およびR4はそれぞれ、水素、(C1-C6)アルキル、(C2-C6)アルケニル、(C2-C6)アルキニル、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルおよび-(CH2)2S(CH3)からなる群より独立して選択されて；R5は構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片から選択されて；R6は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレンまたはアルキルオキシからなる群より選択されて；R7は水素、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルもしくは保護基であり；R8は独立して(C1-C20)アルキルもしくは(C2-C20)アルケニルであり；
    または、下記の一般的構造式(IV)によって記載される化学構造を持つPEURコポリマー：
    Figure 2009510197
    式中、mは約0.01〜約0.99であり、pは約0.99〜約0.01であり、nは約5〜約100であり；
    式中、R2は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレン、および構造式(III)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片からなる群より選択されて；
    単一のコモノマーのmまたはpにおけるR3およびR4はそれぞれ、水素、(C1-C6)アルキル、(C2-C6)アルケニル、(C2-C6)アルキニル、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルおよび-(CH2)2S(CH3)からなる群より独立して選択されて；R5は(C2-C20)アルキレン、および(C2-C20)アルケニレンもしくはアルキルオキシからなる群より選択されて；R6は構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片から選択されて；
    または、下記の一般的構造式(V)によって記載される化学構造を持つPEUR：
    Figure 2009510197
    式中、mは約0.01〜約0.99であり、pは約0.99〜約0.01であり、qは約0.99〜0.01であり、nは約5〜約100であり；
    また、式中、R2は(C2-C20)アルキレン、(C2-C20)アルケニレン、および構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片からなる群より選択されて；単一のコモノマーのmまたはpにおけるR3およびR4はそれぞれ、水素、(C1-C6)アルキル、(C2-C6)アルケニル、(C2-C6)アルキニル、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキル、および-(CH2)2S(CH3)からなる群より独立して選択されて；R5は(C2-C20)アルキレンおよび(C2-C20)アルケニレンもしくはアルキルオキシからなる群より選択されて；R6は構造式(II)の1,4:3,6-ジアンヒドロヘキシトールの二環性断片より選択されて；R7は水素、(C6-C10)アリール(C1-C6)アルキルまたは保護基であり；R8は独立して(C1-C20)アルキルもしくは(C2-C20)アルケニルである。
  39. 内部固定用装置が約2日から約6年以内に完全に生分解する、請求項38記載の方法。
  40. 内部固定用装置がコポリマー内に分散した少なくとも1つの生物活性物質をさらに含み、該生物活性物質が内部固定用装置の生分解中に体内部位周辺の組織に放出される、請求項38記載の方法。
  41. 生分解性内部固定用装置を製造するための方法であって、該装置を製造するために請求項1記載の組成物を用いる段階を含む方法。
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