JP6781331B2

JP6781331B2 - 生分解性高分子の精製方法

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Publication number: JP6781331B2
Application number: JP2019503919A
Authority: JP
Inventors: リ，ナヨン; コ，ヨンジュ; ヨ，ギュドン
Original assignee: Samyang Biopharmaceuticals Corp
Current assignee: Samyang Biopharmaceuticals Corp
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2020-11-04
Anticipated expiration: 2037-07-06
Also published as: EP3489277A1; KR102126984B1; CN109476834A; JP2019523324A; KR20180011918A; WO2018021719A1; EP3489277A4; US20190270848A1

Description

本発明は、ポリ乳酸又はその誘導体などの生分解性高分子の製造中に発生する高分子中の未反応の残留モノマーを簡単、且つ効率的に除去することによって超高純度の生分解性高分子を得るための工程に関する。特に、固体状態の生分解性高分子を第２級アルコール又は第３級アルコールを含有する有機溶媒と接触させ、固液抽出法により、固体状態の高分子から残留モノマーだけを溶解させ、除去することによって、生分解性高分子の物性を低下させることなく超高純度の生分解性高分子を得る方法に関するものである。

ポリ−Ｌ−乳酸（ＰＬＬＡ）、ポリ−Ｄ−乳酸（ＰＤＬＡ）、ポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸（ＰＤＬＬＡ）、ポリ（Ｌ−ラクチド−ｃｏ−Ｄ，Ｌ−ラクチド）（ＰＬＤＬＬＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、Ｌ−乳酸−グリコール酸共重合体（ＰＬＬＧＡ）、Ｄ，Ｌ−乳酸−グリコール酸共重合体（ＰＤＬＬＧＡ）等を含むポリ乳酸及びその誘導体などの生分解性高分子は、生体適合性に優れ、人体に無害な乳酸又はグリコール酸などに分解される特徴により、ドラックデリバリー及び医療機器のような様々な分野で広く使用されている。

これら生分解性高分子、特に、医療用途のための生分解性高分子の中で、最も盛んに研究され使用されてきた合成高分子は、α−ヒドロキシ酸（ａｌｐｈａ−ｈｙｄｒｏｘｙｌａｃｉｄ）を単位とするポリエステルである。その中でも、乳酸（ｌａｃｔｉｃａｃｉｄ）及び／又はグリコール酸（ｇｌｙｃｏｌｉｃａｃｉｄ）を構成単位とするポリエステルが最も良く知られている。これらの高分子は、一般に、単量体の加熱脱水縮合によって生成されたオリゴマーを減圧及び加熱分解することにより得られる環状二量体であるグリコリド又はラクチドを、触媒存在下で開環重合することにより合成される。重合用触媒としては、２−エチルヘキサン酸スズなどの二価スズのエステル化合物が用いられる。開始剤としては、ラウルイルアルコールなどのアルコールが用いられる。次いで、得られた高分子塊は、切断、粉砕又はペレット化のような追加工程を経て、高分子チップ又はペレットに成形される。

前記重合工程で得られた生分解性高分子中に残留する未反応モノマーは、速やかに加水分解され、その加水分解生成物は、高分子の分解を促進させる。あるいは、モノマーの加水分解により生成した物質が高分子に可塑性を与えることで高分子のガラス転移温度（Ｔｇ）又は融点（Ｔｍ）を低下させるため、高分子の物理的性質が残留モノマーの含量によって変わることが報告されている。したがって、高分子の物性を安定的に維持するためには、残留する未反応モノマーを除去する必要がある。一般に、残留モノマーは、加熱及び減圧乾燥（ｖａｃｕｕｍｄｒｙｉｎｇ）により除去される。高分子中の残留モノマーの最終含量は、０．５ｗｔ％以下であることが好ましい。しかし、減圧乾燥によりモノマー除去をする間、モノマーは高分子中の微量の水により加水分解される。これは、高分子の分解をもたらし、乾燥後、高分子の物性変化が観測される理由となり得る。

特許文献１では、高分子量のＰＬＬＡから残留モノマーを除去するために、アセトンを用いた固液（ｓｏｌｉｄ−ｌｉｑｕｉｄ）抽出法が採用されており、高分子の物理的性質を変えることなくモノマーを除去できることが開示されている。しかし、このような方法は、高分子量及び高結晶性を有するＰＬＬＡのような高分子にしか適用できず、ＰＤＬＬＡ、ＰＬＤＬＬＡ、ＰＬＧＡのようなアセトンに溶解してしまう非晶質高分子には適用することができない。

特許文献２は、高分子を有機溶媒に溶解し、そこにアルカリ金属塩水溶液を加え、液−液抽出によってモノマーを水溶液層に移動させて除去し、次いで高分子が含まれた有機層を再沈殿させて高分子を得る方法を紹介している。しかし、この方法は、一旦高分子を溶解した後、モノマーを除去する必要があり、次いで高分子を再沈殿させなければならないという不便があった。

米国特許第５３１９０３８号韓国特許第１０−１１１９８６１号

本発明の目的は、結晶性生分解性高分子であるＰＬＬＡだけでなく、非結晶性（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）特徴を有するＰＤＬＬＡ、ＰＬＤＬＬＡ、ＰＬＬＧＡなどの生分解性高分子を溶解させることなく、高分子に含まれた未反応モノマーのみを有機溶媒に溶解させ、固液抽出法により残留モノマーを除去して、超高純度の生分解性高分子を得る方法を提供することにある。

本発明の一態様によれば、（１）固体状態の生分解性高分子を第２級アルコール、第３級アルコール又はこれらの混合物と接触させ、固液抽出法により前記生分解性高分子から残留モノマーを抽出する工程；及び（２）前記生分解性高分子から抽出されたモノマーを除去する工程；を含む、生分解性高分子の精製方法が提供される。

本発明の別の態様によれば、¹ＨＮＭＲで測定したときに、残留モノマーの含量が０．５％（ｗ／ｗ）以下である、前記方法に従って精製又は製造される生分解性高分子を提供する。

本発明によれば、高分子の物性を低下させることなく簡単、且つ効率的に高分子に残留する未反応モノマーを除去することにより、超高純度の結晶性又は非結晶性生分解性高分子（例えば、ポリ乳酸又はその誘導体）を製造することができる。

本発明の実施例３において、ポリ（Ｄ，Ｌ−ラクチド）（ＰＤＬＬＡ）をイソプロパノール（ＩＰＡ）で処理前（上）と処理後（下）に測定されたプロトン核磁気共鳴スペクトル（¹ＨＮＭＲ）である。

以下で、本発明を詳細に説明する。
本発明において、用語「生分解性高分子」とは、優れた生体適合性を有し、乳酸又はグリコール酸のような人体に無害な成分に分解される高分子を意味する。

一実施形態では、前記生分解性高分子は、α−ヒドロキシ酸（ａｌｐｈａ−ｈｙｄｒｏｘｙｌａｃｉｄ）を単位とする、特に乳酸（ｌａｃｔｉｃａｃｉｄ）及び／又はグリコール酸（ｇｌｙｃｏｌｉｃａｃｉｄ）を構成単位とする脂肪族ポリエステルであってもよい。

一実施形態では、前記生分解性高分子は、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、又は乳酸−グリコール酸共重合体（ＰＬＧＡ）であってもよい。

一実施形態では、前記生分解性高分子は、ポリ乳酸又はポリ乳酸誘導体であってもよい。

一実施形態では、前記ポリ乳酸誘導体は、例えば、ポリグリコリド、ポリマンデル酸、ポリカプロラクトン、ポリジオキサン−２−オン、ポリアミノ酸、ポリオルトエステル、ポリ無水物及びこれらの共重合体よりなる群から選ばれる一つ以上であってもよい。より具体的には、ポリ乳酸誘導体は、ポリラクチド、ポリグリコリド、ポリカプロラクトン、又はポリジオキサン−２−オンである。

一実施形態では、前記生分解性高分子は、ポリ−Ｌ−乳酸（ＰＬＬＡ）、ポリ−Ｄ−乳酸（ＰＤＬＡ）、ポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸（ＰＤＬＬＡ）、ポリ（Ｌ−ラクチド−ｃｏ−Ｄ，Ｌ−ラクチド）（ＰＬＤＬＬＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、Ｌ−乳酸−グリコール酸共重合体（ＰＬＬＧＡ）及びＤ，Ｌ−乳酸−グリコール酸共重合体（ＰＤＬＬＧＡ）よりなる群から選ばれる一つ以上であってもよい。

一実施形態では、前記生分解性高分子は、ポリ乳酸、乳酸とグリコール酸との共重合体、乳酸とカプロラクトンとの共重合体及び乳酸と１，４−ジオキサン−２−オンとの共重合体よりなる群から選ばれる一つ以上であってもよい。

用語「ポリ乳酸」又は「ポリ乳酸誘導体」は、文脈上、明らかにそうでないと示さない限り、ポリ乳酸及びポリ乳酸誘導体をまとめて総称する概念であり、ポリ乳酸とポリ乳酸誘導体との精製方法に違いはない。

一実施形態では、前記生分解性高分子の数平均分子量は、例えば１，０００〜５００，０００ダルトン、さらに具体的には、１０，０００〜３００，０００ダルトンであってもよいが、これらに限定されない。本発明による精製方法は、低分子量の生分解性高分子（例えば、ポリ乳酸又はその誘導体）だけでなく、高分子量の生分解性高分子にも適用することができる。

本発明では、固体状態の前記生分解性高分子を第２級アルコール又は第３級アルコール、又はこれらの混合物と接触させ、固液抽出法によって前記生分解性高分子から残留モノマーを除去する。

本発明では、ＰＬＬＡなどの結晶性ポリマーだけでなく、ＰＤＬＬＡ、ＰＬＤＬＬＡ、ＰＬＧＡなどの非晶質高分子、低分子量を有する高分子から高分子量を有する高分子までほとんどのポリ乳酸及びその誘導体を含む生分解性高分子を溶解せずに、固液抽出によって残留モノマーを除去する。

非晶質高分子は、有機溶媒に対する耐性が弱く、ほとんどの非プロトン性（ａｐｒｏｔｉｃ）溶媒に可溶性である傾向がある。したがって、非晶質高分子を溶解させない溶媒として、プロトン性（ｐｒｏｔｉｃ）溶媒であるアルコール類が考慮される。しかし、未反応モノマーを残存させたまま高分子をアルコール類に露出すると、アルコールのヒドロキシ基による環状モノマーの開環反応（ｒｉｎｇ−ｏｐｅｎｉｎｇ）が起こり、開環反応の生成物が高分子の分解を促進させる。これは、高分子の物性が水分により低下するという前述と同じメカニズムである。

そこで、本発明では、モノマー除去時のモノマーの加水分解による高分子の分解を抑制するために、残留するモノマーとは反応し難い第２級アルコール（ヒドロキシ基が第２級炭素に結合したアルコール化合物）、第３級アルコール（ヒドロキシ基が第３級炭素に結合したアルコール化合物）又はこれらの混合物が用いられる。第２級アルコール及び第３級アルコールは、第１級アルコールと比較して立体障害効果によってラクチドモノマーの開環反応を引き起こすことが困難であるため、モノマー除去工程中の高分子の分解を抑制できると考えられる。

一実施形態では、前記第２級アルコール又は第３級アルコールは、炭素数３以上（例えば、３〜１０、又は３〜６、又は３〜５）の直鎖状又は分枝鎖状の脂肪族の第２級アルコール又は第３級アルコールであってもよい。

一実施形態では、前記第２級アルコールはイソプロパノール（ＩＰＡ、イソプロピルアルコールとも呼ばれる）、２−ブタノール及び３−ペンタンオールからなる群から選ばれる一つ以上であってもよく、より具体的には、イソプロパノールであってもよい。

一実施形態では、前記第３級アルコールは、ｔｅｒｔ−ブタノール及びｔｅｒｔ−アミルアルコールからなる群から選ばれる一つ以上であってもよく、より具体的には、ｔｅｒｔ−ブタノールであってもよい。

本発明で使用される固液抽出法は、固体状態の処理対象（即ち、固体状態の生分解性高分子）を、前記処理対象は溶解しないが、それから除去されるべき不純物成分（即ち、残留モノマー）は溶解する抽出溶媒（即ち、第２級アルコール又は第３級アルコール）を混合して接触させた後、ろ過により抽出溶媒中に不純物を残したまま、固体成分のみを回収することによって、固体の処理対象から不純物成分を除去する方法を意味する。

一実施形態では、前記第２級アルコール又は第３級アルコール：生分解性高分子の混合割合は、１：１〜１：１００（ｗ／ｖ）であり、より具体的には１：２〜１：１０（ｗ／ｖ）であってもよい。

一実施形態では、前記生分解性高分子中に残留する未反応モノマーを第２級アルコール又は第３級アルコールで抽出するための時間は、０．５〜２４時間であり、より具体的には４〜１２時間であってもよい。

一実施形態では、前記生分解性高分子に残留する未反応モノマーを第２級アルコール又は第３級アルコールで抽出する時の温度は、０〜９０℃であり、より具体的には２５〜６０℃であってもよい。

一実施形態では、前記生分解性高分子中に残留する未反応モノマーを第２級アルコール又は第３級アルコールで抽出する工程は、１回以上２０回未満繰り返すことができ、具体的には２回〜５回繰り返すことができる。高分子を抽出溶媒から分離するための洗浄及びろ過は毎回行われる。ろ過後に得られた固体高分子チップ又はペレットをオーブン中で減圧乾燥（ｖａｃｕｕｍｄｒｙｉｎｇ）して残留溶媒を除去する。減圧乾燥中のオーブンの温度は、２０〜１２０℃、より具体的には４０〜９０℃であってもよい。乾燥時間は、１日以上、より具体的には２〜１０日であってもよい。

したがって、本発明による生分解性高分子の精製方法及び製造方法は、固液抽出法で得られた混合物をろ過することによって固体状態の高分子を回収する工程、及び回収された高分子を減圧乾燥する工程をさらに含むことができる。

本発明により生分解性高分子を精製又は製造すると、^１ＨＮＭＲによる測定で残留モノマーが検出されない（即ち、残留モノマー含量がＮ.Ｄ．（Ｎｏｔｄｅｔｅｃｔｅｄ）である）超高純度の生分解性高分子を得ることができる。したがって、本発明の別の態様によれば、¹ＨＮＭＲによる測定の際の残留モノマーが０．５％（ｗ／ｗ）以下である、本発明の精製方法又は製造方法に従って精製又は製造された生分解性高分子が提供される。

本発明を、以下の実施例によってさらに詳細に説明する。ただし、これらの実施例は本発明を例示することのみを目的としており、本発明の範囲はこれらの例によって何ら限定されるものではない。

減圧乾燥によるモノマーの除去及び第１級アルコールを用いた固液抽出法によるモノマー除去方法の有効性を確認するために、以下の比較例１〜４を行った。

比較例１：減圧乾燥によるＰＬＬＡからの残留モノマーの除去
１ｋｇのＰＬＬＡをステンレス鋼製のトレイに入れ、そのトレイをオーブンに入れた。オーブンの温度を２０℃に設定し、約１時間減圧乾燥した。その後、オーブンの温度を４０℃に上げ、４〜１２時間乾燥した後、オーブンの温度を最終的に９０℃に上げ、１０日間乾燥した。減圧乾燥によるモノマー除去が完了した後、試料をオーブンから取り出し、¹ＨＮＭＲ及びＩＶ（固有粘度、ｉｎｈｅｒｅｎｔｖｉｓｃｏｓｉｔｙ）を測定した。ＩＶ測定は、ウベローデ（Ｕｂｅｌｏｈｄｅ）粘度管を用いて、クロロホルム（ＣＨＣｌ₃）溶媒中、２５℃、ｃ＝０．１ｇ／ｄＬの条件で行った。¹ＨＮＭＲにより測定した残留モノマー含量変化及びＩＶの測定結果を下記表１に示す。

比較例２：減圧乾燥によるＰＤＬＬＡからの残留モノマーの除去
１ｋｇのＰＤＬＬＡをステンレス鋼製のトレイに入れ、そのトレイをオーブンに入れた。オーブンの温度を２０℃に設定し、約１時間減圧乾燥した。その後、オーブンの温度を４０℃に上げ、４〜１２時間乾燥した後、最終的に８０℃に上げ、１０日間乾燥した。減圧乾燥によるモノマー除去が完了した後、試料をオーブンから取り出し、¹ＨＮＭＲ及びＩＶを測定した。¹ＨＮＭＲにより測定した残留モノマー含量変化及びＩＶの測定結果を下記表１に示す。

比較例３：メタノールを用いることによるＰＬＬＡからの残留モノマーの除去
１０ｇのＰＬＬＡチップをフラスコに入れ、無水メタノール２０ｍＬを加えた。得られた混合溶液を室温で約４時間撹拌又は放置した。次いで、メタノールを除去し、新たなメタノールと交換した。この過程を計４回行った後、メタノールをろ過し、得られたＰＬＬＡチップをオーブンで乾燥した。乾燥温度は４０℃、乾燥時間は４〜１２時間であった。メタノール乾燥が完了した後、試料をオーブンから取り出し、¹ＨＮＭＲ及びＩＶにより測定した。¹ＨＮＭＲにより測定した残留モノマー含量変化及びＩＶの測定結果を下記表１に示す。

比較例４：エタノールを用いることによるＰＤＬＬＡからの残留モノマーの除去
１０ｇのＰＤＬＬＡチップをフラスコに入れ、無水エタノール２０ｍＬを加えた。得られた混合溶液を室温で約４時間撹拌又は放置した。次いで、エタノールを除去し、新たなエタノールと交換した。この過程を計４回行った後、エタノールをろ過し、得られたＰＤＬＬＡチップをオーブンで乾燥した。乾燥温度は４０℃、乾燥時間は４〜１２時間であった。エタノール乾燥が完了した後、試料をオーブンから取り出し、¹ＨＮＭＲ及びＩＶにより測定した。¹ＨＮＭＲにより測定した残留モノマー含量変化及びＩＶの測定結果を下記表１に示す。

表１に示すように、減圧乾燥によりモノマー除去したＰＬＬＡ試料（比較例１）は、依然としてモノマーが残留している。乾燥前と比較して、ＩＶが１５％減少したことも観察された。比較例２においても同様の結果が得られた。即ち、減圧乾燥後もモノマーが残留し、ＩＶの低下が観察された。

メタノールを用いた固液抽出法によるモノマー除去を試みた比較例３では、メタノール処理した後にＩＶが低下したことは注目に値する。エタノールを用いた固液抽出法を行った比較例４の場合も同様にＩＶの低下が観測された。これは、第１級アルコールによるモノマーの開環反応及びそれに続く高分子の分解によるものと推測される。

次に、下記実施例１〜３において、第２級アルコール又は第３級アルコールを用いてモノマーの除去を行った。

実施例１：イソプロパノールを用いることによるＰＬＤＬＬＡ７０／３０からの残留モノマーの除去
１０ｇのＰＬＤＬＬＡ７０／３０（Ｌ−ラクチド：Ｄ，Ｌ−ラクチドモル比＝７０：３０）をフラスコに入れ、イソプロピルアルコール１００ｍＬを加え、撹拌した。撹拌中のフラスコ内の温度は６０℃に設定した。約１〜４時間撹拌した後、イソプロパノールをろ過により除去し、同量の新たなイソプロパノールと交換した。この過程を計４回行った。最終的に、ろ過により得られたＰＬＤＬＬＡ７０／３０チップを減圧乾燥により残留溶媒を除去した。イソプロパノールを除去するために、オーブンの温度を４０〜８０℃に設定した。イソプロパノールが完全に乾燥した後、試料をオーブンから取り出し、¹ＨＮＭＲ及びＩＶにより測定した。¹ＨＮＭＲにより測定した残留モノマー含量変化及びＩＶの測定結果を下記表２に示す。

実施例２：ｔｅｒｔ−ブタノールを用いることによるＰＤＬＬＡからの残留モノマーの除去
１０ｇのＰＤＬＬＡをフラスコに入れ、ｔｅｒｔ−ブタノール１００ｍＬを加え、撹拌した。撹拌中のフラスコ内の温度は４０℃に設定した。約１〜４時間撹拌した後、ｔｅｒｔ−ブタノールをろ過により除去し、同量の新たなｔｅｒｔ−ブタノールと交換した。この工程を計４回行った。最終的に、ろ過により得られたＰＤＬＬＡチップを減圧乾燥により残留溶媒を除去した。ｔｅｒｔ−ブタノールを除去するために、オーブンの温度を４０〜８０℃に設定した。ｔｅｒｔ−ブタノールが完全に乾燥した後、試料をオーブンから取り出し、¹ＨＮＭＲ及びＩＶにより測定した。¹ＨＮＭＲにより測定した残留モノマー含量変化及びＩＶの測定結果を下記表２に示す。

実施例３：イソプロパノールを用いることによるＰＤＬＬＡからの残留モノマーの除去
１０ｇのＰＤＬＬＡをフラスコに入れ、イソプロパノール１００ｍＬを加え、撹拌した。撹拌中のフラスコ内の温度は５０℃に設定した。約１〜４時間撹拌した後、イソプロパノールをろ過により除去し、同量の新たなイソプロパノールと交換した。この工程を計４回行った。最終的に、ろ過により得られたＰＤＬＬＡチップを減圧乾燥により残留溶媒を除去した。イソプロパノールを除去するために、オーブンの温度を４０〜８０℃に設定した。イソプロパノールが完全に乾燥した後、試料をオーブンから取り出し、¹ＨＮＭＲ及びＩＶにより測定した。¹ＨＮＭＲにより測定した残留モノマー含量変化及びＩＶの測定結果を下記表２に示す。また、モノマーを除去する前後の¹ＨＮＭＲスペクトルを図１に示す。

表２に示すように、実施例１〜３のように第２級アルコール又は第３級アルコールを用いた固液抽出法によりモノマーを除去したところ、ＩＶ低下などの物性の低下は観測されなかった。特に、実施例１と同様に、ＩＰＡを用いて６０℃に加熱して抽出を行った場合、残留するモノマーを完全に除去できることが確認された。これにより、第２級アルコール又は第３級アルコールを用いた固液抽出によるモノマーの除去方法が有効であることが確認された。

Claims

（１）固体状態の生分解性高分子を第２級アルコール、第３級アルコール又はこれらの混合物と接触させ、固液抽出法により前記生分解性高分子から残留モノマーを抽出する工程；及び
（２）前記生分解性高分子から抽出された前記モノマーを除去する工程；を含み、
前記生分解性高分子が、ポリ−Ｄ，Ｌ−乳酸（ＰＤＬＬＡ）、またはポリ（Ｌ−ラクチド−ｃｏ−Ｄ，Ｌ−ラクチド）（ＰＬＤＬＬＡ）であり、
前記第２級アルコールがイソプロパノールであり、前記第３級アルコールがｔｅｒｔ−ブタノールである生分解性高分子の精製方法。
前記生分解性高分子の数平均分子量が１，０００〜５００，０００である請求項１に記載の生分解性高分子の精製方法。
前記第２級アルコール又は第３級アルコール：前記生分解性高分子の混合割合が１：１〜１：１００（ｗ／ｖ）である請求項１または２に記載の生分解性高分子の精製方法。
前記第２級アルコール、第３級アルコール又はこれらの混合物で前記生分解性高分子から残留モノマーを抽出するための時間が０．５〜２４時間である請求項１〜３のいずれか１項に記載の生分解性高分子の精製方法。
前記第２級アルコール、第３級アルコール又はこれらの混合物で前記生分解性高分子から残留モノマーを抽出するための温度が０〜９０℃である請求項１〜４のいずれか１項に記載の生分解性高分子の精製方法。