JPWO2008023582A1 - 乳酸残基を含有するデプシペプチド - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の材料は水、緩衝液または含水溶媒中で温度に応答し凝集または溶解する温度応答性材料として使用しうるため、生体吸収性組成物、環境分解性組成物、細胞接着剤、人工筋肉、マイクロカプセル、バイオマシン、バイオセンサー、分離膜、検査キットなどを構成するのに有用である。
デプシペプチドは式(A)に示すように主鎖がエステル結合とアミド結合で連結されたポリマーまたはオリゴマーである。その構造の骨格はアミド結合とエステル結合からできている。
ポリデプシペプチドでは炎症が見られなかったが、一般にポリヒドロキシカルボン酸のみを使用する材料では分解が速い場合、炎症反応を引き起こしやすいことが知られている(非特許文献2)。これは乳酸やグリコール酸のような比較的強い酸性成分が蓄積するためと考えられている。一方、ポリデプシペプチドではデプシペプチドオリゴマーが分解物として生成するために酸性成分が蓄積されず、分解速度が速くても炎症が見られなかったと考えられる。
近年、温度を上昇させることで凝集する温度応答性材料の研究に注目が集まっている。これらは水を多く含有する性質を利用して薬物運搬体、創傷被覆材料、人工筋肉、マイクロカプセル、バイオマシン、バイオセンサー、分離膜などへの利用が期待されている。
一方、これまでのデプシペプチドによる温度応答性材料は、その他のヒドロキシカルボン酸である、バリン酸(Hmb)を使用している。これは抗生物質のように多くの天然物に含まれるためほとんど問題はないと予想されるが、生体材料として使用された事例は少ない。そのため、バリン酸(Hmb)を含んだ温度応答性高分子の生体応用には、体内動態を含めて多くの検討が必要と考えられる点で、まだ問題が残っていた。
この配列の合成がいかに困難であるか述べてある点は注目される。
即ち、本発明者らの報告した事例(特許文献2、非特許文献5)を除き、一般には現在まで、温度応答性材料に関連したポリデプシペプチドおよびオリゴデプシペプチド配列の合成は非常に困難であり、実用的ではないと考えられてきた。
(1)下記一般式 (I)
R1−Gly−Lac−Pro−R2 (I)
で表される化合物。
(式中、−Gly−Lac−Pro− は下記式(II)の構造を示し、R1は水素原子、アミド結合で結合したアミノ酸、ポリペプチドまたはヒドロキシカルボン酸、R2は水酸基、アミド結合で結合したアミノ酸もしくはポリペプチド、またはエステル結合で結合したヒドロキシカルボン酸を表す。)
す)である(1)の化合物。
(3)(1)または(2)の化合物を重合させて得られるポリマー。
(4)末端に糖鎖配列、タンパク質、多糖、金属錯体、高分子担体、ゲル、フィルム、ラテックス粒子、金属微粒子、無機微粒子、ガラスプレート、もしくはプラスチックプレートが結合した、(1)もしくは(2)の化合物、または(3)のポリマー。
(5)(1)もしくは(2)の化合物または(3)のポリマーを、水、緩衝液、食塩水、または含水有機溶媒と混合させることにより得られる組成物であって、溶媒和状態、ゲル状態、懸濁物、均一な溶液、または相分離状態を形成する組成物。
(6)加温により水分子を放出し、冷却により水分子を取り込む(5)の組成物。
(7)(1)もしくは(2)の化合物または(3)のポリマーを含む温度応答性組成物。
R1−Gly−Lac−Pro−R2 (I)
式(I)中、−Gly−Lac−Pro− は下記式(II)のグリシン残基と乳酸残基とプロリン残基の結合したトリデプシペプチド構造を示す。
なお、R1がアミノ酸またはポリペプチドである場合、R1のアミノ末端にはアミノ基の保護基が付加されていてもよい。また、R2がOH基またはアミノ酸もしくはポリペプチドである場合、R2のカルボキシ末端にはカルボキシル基の保護基が付加されていてもよい。アミノ基の保護基としては、Boc:tert-ブトキシカルボニル(t-Bu-O-CO-)などが挙げられる。カルボキシル基の保護基としては、OSu:N-ヒドロキシスクシンイミドやOBzl:ベンジル(-O-CH2-C6H5)などが挙げられる。
R1及びR2に含まれるアミノ酸(ポリペプチドを構成するものも含む)の種類は、温度応答性組成物の成分に合わせて、応答温度や溶解性や膨潤性の調節を目的として選択が行われる。例えば一般に電荷を帯びることがなければ、アミノ酸側鎖の疎水性が大きいほど応答温度が低温側へ、親水性が大きいほど高温側に調節することが可能である。これは発明者らの関連研究(例えばMacromolecules、1998年、31巻、3383ページ;Macromolecules、1996年、29巻、1065ページなど)やウリーらの研究例(特表2004-501784)により明らかである。
また、R1及びR2に含まれうるヒドロキシカルボン酸としてはバリン酸、乳酸、グリコール酸などが挙げられる。
具体的には、Ala-Ile-Gly-Lac-Pro、またはGly-Ile-Gly-Lac-Pro、Gly-Val-Gly-Lac-Proなどが挙げられるがこれらには限定されない。
ポリマー化合物の構造は直鎖状構造が好ましいが、アミノ酸側鎖から分岐した分岐鎖を有するものであってもよい。
デプシペプチドポリマーの重合度は特に制限されず、一般式(I)のデプシペプチド化合物が2〜10個程度繰り返されたオリゴマーであってもよい。なお、本発明のポリマー化合物に含まれるアミノ酸残基及びヒドロキシ酸残基の総数は好ましくは1000個以下、より好ましくは500個以下である。本発明のポリマー化合物は分子量1500〜10万であることが好ましく、1500〜5万であることがより好ましい。
本発明のポリマー化合物は、一般式(I)のデプシペプチド単位を2種類以上含むものであってもよい。
一般式(I)の化合物は後述の実施例のように化学合成によって得ることができる。後述の実施例に記載の化学合成法は、遺伝子組み換えによるポリペプチド温度応答性材料の製造スケールと比較すると、わずか1回〜数回の合成を小規模の実験施設で行うだけで、大規模遺伝子組み換え法製造設備に匹敵する量の温度応答性材料を得ることができる。また従来報告されてきた化学合成の方法(アラッド&グッドマン、Biopolymers、1990年、29巻、1633ページ。)と比較しても100倍以上のスケールで目的物が得られる。
また、セグメント縮合と呼ばれる一単位ずつの伸長反応を用いることもできる。
なお、本発明の化合物およびポリマー化合物は保護基を有するものであってもよいが、N末端及びC末端の少なくとも一方のアミノ酸残基が脱保護された場合、水系環境への溶解に適している。
他の化合物や材料には、ヒドロキシ酸配列、アミノ酸配列、糖鎖配列、タンパク質、多糖、金属錯体または高分子担体、ゲル、フィルム、ラテックス粒子、金属微粒子、プラスチックプレートなどを使用することができる。他の化合物や材料とは、共有結合、配位結合、イオン結合、疎水性相互作用、水素結合などで結合させることができる。
本発明の化合物およびポリマー化合物は温度応答性を有しているものが好ましい。温度応答性とは、例えば、水中、緩衝液、食塩水、または含水有機溶媒中において、低温側の第一の温度から高温側の第二の温度まで加温されることで凝集する性質をいう。第一の温度、第二の温度はポリマー化合物に含まれるアミノ酸の種類や末端に結合させる他の化合物の種類によって異なり、ポリマー化合物ごとに適宜設定されるが、第二の温度と第一の温度の差は10℃以上であることが好ましい。
なお、凝集は目視、分光光度計を用いた透過率変化やみかけ上の吸光度変化などによって確認することができる。
また、加温により水分子を放出し、冷却により水分子を取り込むという可逆的温度応答性を有するものが好ましい。
このような性質により、本発明の化合物およびポリマー化合物は温度応答性組成物の製造に用いることができる。
生理学的に許容される担体は、特に制限されず、粉体、散剤などの固形剤であってもよいが、本発明の化合物は、通常、液体の担体と組み合わせることにより液剤として利用される。すなわち、液剤の担体としては、水、生理食塩水、緩衝液(リン酸緩衝液など)、アルコール水溶液(エタノール水溶液など)、多価アルコール水溶液(5%グリセリン水溶液、エチレングリコール水溶液、プロピレングリコール水溶液など)、糖水溶液(5%グルコース水溶液、ブドウ糖水溶液など)、アルブミン水溶液(5%アルブミン溶液など)などが例示できる。なお、液剤は、溶液剤、懸濁剤、乳剤、軟膏剤、エアゾール剤、貼付剤(パスタ剤、パップ剤)などであってもよい。液剤中の温度応答性材料 (又は温度応答性重合体)の濃度は、重合体の溶液粘度などに応じて、例えば、0.1〜90重量%、好ましくは0.5〜50重量%、さらに好ましくは1〜30重量%(例えば、1〜15重量%)、特に1〜10重量%程度の範囲から選択できる。
温度応答性組成物は、生理的又は薬理的に許容される種々の添加剤、例えば、ポリビニルピロリドン、マクロゴール、ポリビニルアルコール、セルロース誘導体(セルロースエーテル類など)などの高分子、保存剤、安定剤、乳化剤や懸濁化剤、pH調整剤、緩衝剤、薬剤(殺菌剤、消毒剤、抗菌剤、抗ウィルス剤、抗炎症剤、抗アレルギー剤、鎮痛剤、止血剤など)などを含んでいてもよい。
Boc-Gly-OH:N-α-t-ブトキシカルボニル-グリシン
Boc-Ala-OH:N-α-t-ブトキシカルボニル-L-アラニン
Boc-Ile-OH:N-α-t-ブトキシカルボニル-L-イソロイシン
HCl・H-Pro-OBzl:L-プロリン ベンジルエステル 塩酸塩
H-Lac-OH:L-乳酸
Boc:tert-ブトキシカルボニル(t-Bu-O-CO-)
OBzl:ベンジル(-O-CH2-C6H5)
DCC:N,N'-ジクロロへキシルカルボジイミド
DCUrea:ジシクロへキシルウレア
HOSu:N-ヒドロキシスクシンイミド
HOBt:1-ヒドロキシベンゾトリアゾール
TFA:トリフルオロ酢酸
(Boc)2O:ジ-t-ブチルカルボネート
NMM:N-メチルモルホリン
EDC・HCl:1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)-カルボジイミド塩酸塩
DMAP:N,N'-ジメチルアミノピリジン
THF:テトラヒドロフラン
CHCl3:クロロホルム
CDCl3:重水素化クロロホルム
AcOEt:酢酸エチル
DMF:N,N'-ジメチルホルムアミド
DMSO-d6:重水素化ジメチルスルホキシド
MeOH:メタノール
Et2O:ジエチルエーテル
TLC:薄相クロマトグラフィー
L-アミノ酸または側鎖を保護したL-アミノ酸(1.0 mol)を4M NaOH (250 mL, 1.0 mol)に溶かし、氷-MeOHで徐々に冷却しながら最小量のジオキサンに溶かした(Boc)2O (240.0 g, 1.1 mol)を30分かけて徐々に加えた。氷浴で1時間、室温で1時間半攪拌した。析出したNaHCO3をろ別した後、pH3.0にしてAcOEtで抽出する。抽出溶液は10%クエン酸水溶液で洗浄の後、Na2SO4で乾燥させた。乾燥剤をろ別後、ろ液は減圧濃縮し、残渣にヘキサンを加えて結晶化させた。その後、AcOEt-ヘキサンで再結晶を行い、Boc-L-アミノ酸を得た。
アミノ基をN-α-t-ブトキシカルボニル保護したペプチド化合物を300 mLナスフラスコに入れドラフト内でTFA(または4M HClのジオキサン溶液)を加え溶解させた。直ちに塩化カルシウム管で蓋をし、水分の混入を防いだ。TLCにより反応の終了を確認後、濃縮しTFA臭(または塩酸臭)がなくなるまで繰り返し蒸留Et2Oを加えて濃縮すると最終的にTFA塩(または塩酸塩)の白色粉末を得る。収率は、ほぼ定量的である。
アミノ基をN-α-t-ブトキシカルボニルで保護し、カルボキシル末端を脱保護したペプチド化合物 (2.1 mmol) を300 mL 三角フラスコに入れ蒸留CHCl3に溶かし、HOBt (0.28 g, 2.1 mmol)、EDC・HCl (0.40 g, 2.1 mmol)(またはDCC (0.43 g, 2.1 mmol))を加え攪拌した。次に300 mlのナスフラスコにアミノ基を上記合成手順2で脱保護しTFA塩のペプチド化合物 (1.4 mmol) を入れNMMでTFA塩を中和する。ほぼ等モル(0.15 mL, 1.40 mmol)で中和を確認できるが、結晶性が悪い塩の場合やや多くなることがある。二つの溶液を混合攪拌しながら、直ちに氷冷し反応を開始した。そのままゆっくり室温に戻して一晩攪拌する。この混合物をエバポレーターにより濃縮しAcOEtに溶かしてから、(DCCを使用した場合はAcOEtに不溶のDCUreaを除く)10%クエン酸水溶液、蒸留水、飽和NaHCO3水溶液、蒸留水、飽和食塩水の順に洗浄を行いNa2SO4で乾燥し濃縮してオイル状または無色粉末の縮合生成物を得る。これを、シリカゲルクロマトグラフィー(蒸留CH3Cl-ヘキサンまたはAcOEt-ベンゼン)またはゲルろ過クロマトグラフィー(ファルマシア製LH20、DMFまたはMeOH)により精製する。無色粉末の場合はAcOEt-蒸留Et2Oや蒸留CH3Cl-ヘキサンの溶媒系を
用いて再結晶により精製しても良い。収率はおおよそ70-90%の範囲で得ることができる。
(1)Boc-Gly-Ile-Gly-Lac-Pro-OBzlの合成
(1a:Boc-Gly-OSuの合成) Boc-Gly-OH (1.54 g, 8.82 mmol) を500 mLのナスフラスコに入れ蒸留CHCl3に溶かし、DCU (2.18 g, 10.6 mmol)、HOSu (1.21 g, 10.6 mmol) を入れ冷却下で攪拌を開始した。一晩放置後、TLCにより反応の終了を確認後、濃縮しDCUreaをろ過した後、AcOEtに溶かし再度析出したDCUreaをろ過した。その後、濃縮しAcOEt-蒸留Et2Oによる再結晶を2回行いBoc-Gly-OSuを得た。収量1.74 g (63.9%). 1H NMR (CDCl3, 300 MHz): 5.04 (1H, Boc-Gly NH); 4.27, 4.23 (2H, Gly αCH2); 2.79 (4H, OSu); 1.40 (9H, Boc t-Bu).
(2)poly(Gly-Ile-Gly-Lac-Pro)の合成
(2a:Boc-Gly-Ile-Gly-Lac-Pro-OBzlの合成)
HCl・H-Ile-Gly-Lac-Pro-OBzl (3.28 g, 6.80 mmol)、NMM (0.75 mL, 6.80 mmol)、Boc-Gly-OH (1.31 g, 7.50 mmol)、EDC.HCl (1.44 g, 7.50 mmol)、HOBt (1.15 g, 7.50 mmol)を使用し、縮合反応を行い、黄色オイルを得た。収量3.45 g (収率 83.9%). 1H NMR (DMSO-d6, 500 MHz): 8.51 (1H, Gly1 NH); 7.66 (1H, Ile NH); 7.35 (5H, -OBzl C6H5); 7.00 (1H Gly3 NH); 5.21 (1H, Lac αCH); 5.11, 5.08 (2H, OBzl -CH2-); 4.35 (1H, Pro αCH); 4.20 (1H, Ile αCH) ;3.94, 3.93 (2H, Gly3 αCH2); 3.77, 3.76 (2H, Gly1 αCH2); 3.51, 3.49 (2H, Pro δCH2); 2.19, 2.17 (2H, Pro βCH2); 1.93, 1.91 (2H, Pro γCH2); 1.34 (9H, Boc t-Bu); 1.26 (3H, Lac βCH3); 1.03 (2H, Ile γCH2); 0.83 (3H, Ile γCH3); 0.77 (3H, Ile δCH3).
Boc-Gly-Ile-Gly-Lac-Pro-OBzl (3.45 g, 5.71 mmol) を300 mLナスフラスコに入れ、メタノールを加えて溶液とした。溶液中にパラジウムカーボン粉末をミクロスパチュラ2杯分加えた後、系全体を水素ガスに置換して接触還元反応を11時間行った。反応終了後、5%パラジウムカーボンをろ別、溶媒を減圧留去した。残渣にベンゼンを加え共沸による脱水操作を3回行った。残渣にヘキサンを加えると結晶化した。これをろ取し、減圧乾燥して目的物を得た。収量2.55 g (収率 87.0 %). 1H NMR (DMSO-d6, 300 MHz): 8.50 (1H, Gly1 NH); 7.64 (1H, Ile NH); 6.97 (1H, Gly3 NH); 5.21 (1H, Lac αCH); 4.73 (1H, Pro αCH); 4.21 (1H, Ile αCH); 3.99, 3.97 (2H, Gly3 αCH2); 3.81, 3.79 (2H, Gly1 αCH2); 3.51, 3.49 (2H, Pro δCH2); 2.19, 2.17 (2H, Pro βCH2); 2.03, 2.01 (2H, Pro γCH2); 1.32 (9H, Boc t-Bu); 1.24 (3H, Lac βCH3); 1.04 (2H, Ile γCH2); 0.83 (3H, Ile γCH3); 0.77 (3H, Ile δCH3).
300 mLナスフラスコにBoc-Gly-Ile-Gly-Lac-Pro-OH (2.55 g, 4.95 mmol) とHOSu(0.57g, 4.95 mmol)を加え、蒸留THFに溶解させた。氷冷撹拌しながらDCC (1.12 g, 5.45 mmol)を加え、氷冷下で1時間、室温で24時間撹拌した。TLCにより反応の終了を確認後、DCUreaをろ別し、ろ液は減圧濃縮した。残渣に酢酸エチルを加え1日間冷蔵庫で静置した。生成したDCUreaをろ別し、ろ液は再び減圧濃縮した。残渣に蒸留THFを加えた後、ヘキサンで結晶化させた。蒸留THF−ヘキサンより再結晶した。収量3.12 g (収率 〜100 %). 1H NMR (DMSO-d6, 300 MHz): 8.50 (1H, Gly1 NH); 7.42 (1H, Ile NH); 6.97 (1H, Gly3 NH); 5.21 (1H, Lac αCH); 4.73 (1H, Pro αCH); 4.21 (1H, Ile αCH); 3.99, 3.97 (2H, Gly3 αCH2); 3.81, 3.79 (2H, Gly1 αCH2); 3.51, 3.49 (2H, Pro δCH2); 2.19, 2.17 (2H, Pro βCH2); 2.03, 2.01 (2H, Pro γCH2); 2.78 (4H, OSu); 1.32 (9H, Boc t-Bu); 1.24 (3H, LacβCH3); 1.04 (2H, Ile γ CH2); 0.84 (3H, Ile γCH3); 0.78 (3H, Ile δCH3).
Boc-Gly-Ile-Gly-Lac-Pro-OSu (3.03 g, 4.95 mmol)を4M HCl/dioxane (15 mL)により、アミノ基末端を脱保護し無色粉末を得た。収量: 2.57 g (収率 94.5%).
100 mLナスフラスコにHCl.H-Gly-Ile-Gly-Lac-Pro-OSu (2.57 g, 4.69 mmol)を入れ、蒸留DMF 40 mLで溶解させた。トリエチルアミン (0.65 mL, 4.69 mmol) を加えて反応を開始した。これを室温で2週間攪拌した。反応終了後、真空ポンプでDMFを減圧留去し、蒸留水を滴下すると無色固体が生成し、これをろ別した。ろ液に食塩を加えた後、クロロホルムで4回抽出を行った。有機層を減圧濃縮後、脱水エーテルを加えて結晶化し、これをろ取した。収量0.98 g (収率 46.2%).
下記のMALDI-TOF法による質量分析から、得られたポリマーの重合度はおよそ3であった(分子量はおよそ1200であった)。
(3)Boc-Ala-Ile-Gly-Lac-Pro-OBzlの合成
(3a:Boc-Ala-Ile-Gly-Lac-Pro-OBzlの合成)
HCl・H-Ile-Gly-Lac-Pro-OBzl (3.96 g, 8.18 mmol)、NMM (0.90 mL, 8.18 mmol)、Boc-Ala-OH (1.86 g, 9.82 mmol)、EDC.HCl(1.88 g, 9.82 mmol)、HOBt (1.50 g, 9.82 mmol)を用いて縮合反応を行い、無色結晶を得た。収量4.93 g (収率 58.1 %). 1H NMR (DMSO-d6, 300 MHz): 8.47 (1H, Gly NH); 7.53 (1H, Ile NH); 7.34 (5H, -OBzl C6H5); 7.02 (1H, Ala NH); 5.21 (1H, Lac αCH); 5.17, 5.14 (2H, OBzl -CH2-); 4.38 (1H, Pro αCH); 4.20 (1H, Ile αCH); 3.98, 3.94 (2H, Gly αCH2); 3.86 (1H, Ala αCH); 3.64, 3.61 (2H, Pro δCH2); 2.19, 2.17 (2H, Pro βCH2); 1.93, 1.91 (2H, Pro γCH2); 1.36 (9H, Boc t-Bu); 1.31 (3H, Ala βCH3); 1.13 (3H, Lac βCH3); 1.03 (2H, Ile γCH2); 0.83 (3H, Ile γCH3); 0.77 (3H, Ile δCH3).
(4)poly(Ala-Ile-Gly-Lac-Pro)の合成
(4a:Boc-Ala-Ile-Gly-Lac-Pro-OHの合成)
300 mLナスフラスコにBoc-Ala-Ile-Gly-Lac-Pro-OBzl (3.34 g, 5.39 mmol)を入れ、メタノールを加えて溶解させた。5%パラジウムカーボン粉末をミクロスパチュラ2杯分加えた後、系全体を水素ガスに置換して接触還元反応を11時間行った。反応終了後、5%パラジウムカーボンをろ別、溶媒を減圧留去した。残渣にベンゼンを加え共沸による脱水操作を3回行った。残渣に少量の酢酸エチルを加えた後、ヘキサンを加えると結晶化した。これをろ取し、減圧乾燥して目的物を得た。
収量2.20 g (収率 77.2%). 1H NMR (DMSO-d6, 300 MHz): 8.46 (1H, Gly NH); 7.55 (1H, Ile NH); 7.01 (1H, Ala NH); 5.21 (1H, Lac αCH); 4.21 (1H, Pro αCH); 3.98 (1H, Ile αCH); 3.97, 3.96 (2H, Gly αCH2); 3.72 (1H, Ala αCH); 3.59, 3.50 (2H, Pro δCH2); 2.14, 2.16 (2H, Pro βCH2); 1.93, 1.91 (2H, Pro γCH2); 1.36 (9H, Boc t-Bu); 1.32 (3H, Ala βCH3); 1.14 (3H, Lac βCH3); 1.12 (2H, Ile γCH2); 0.83 (3H, Ile γCH3); 0.80 (3H, Ile δCH3).
Boc-Ala-Ile-Gly-Lac-Pro-OH (2.18 g, 4.12 mmol)とHOSu (0.47g, 4.12 mmol) を300 mLナスフラスコに入れ、蒸留THFに溶解させた。氷冷撹拌しながらDCC (0.93 g, 4.53 mmol) を加えて反応を開始した。氷冷下1時間、室温で21時間撹拌した。TLCにより反応の終了を確認後、DCUreaをろ別し、ろ液を減圧濃縮し、残渣にAcOEtを加え1日間冷蔵庫で静置した。生成したDCUreaを再びろ別した後、ヘキサンにより結晶化させた。さらに酢酸エチル−ヘキサンより再結晶した。収量2.49
g (収率 96.5 %). 1H NMR (DMSO-d6, 300 MHz): 8.48 (1H, Gly NH); 7.55 (1H, Ile NH); 7.00 (1H, Ala NH); 5.24 (1H, Lac αCH); 4.73 (1H, Pro αCH); 3.97 (1H, Ile αCH); 3.78, 3.74 (2H, Gly αCH2); 3.66 (1H, Ala αCH); 3.57, 3.43 (2H, Pro δCH2); 2.79 (4H, OSu); 2.14, 2.16 (2H, Pro βCH2); 1.93, 1.91 (2H, Pro γCH2); 1.36
(9H, Boc t-Bu); 1.33 (3H, Ala βCH3); 1.15 (3H, Lac βCH3); 1.12 (2H, Ile γCH2); 0.83 (3H, Ile γCH3); 0.80 (3H, Ile δCH3).
Boc-Ala-Ile-Gly-Lac-Pro-OSu (3.03 g, 4.95 mmol) を4M HCl/dioxane (15 mL)により、アミノ基末端を脱保護し無色粉末を得た。収量: 2.51 g (収率 〜100%).
100 mLナスフラスコにHCl.H-Ala-Ile-Gly-Lac-Pro-OSu (1.20 g, 2.13 mmol) を入れ、蒸留DMF 4.0 mLで溶解させた。トリエチルアミン (0.30 mL, 2.13 mmol) を加えて反応を開始した。これを約35℃の水浴で温めながら攪拌した。反応系の粘度が上昇するに従いDMFを加え、最終的に16.0 mLとなった。36時間後、反応系に蒸留水を滴下すると無色固体が生成し、これをろ別した。ろ液に食塩を加えた後、クロロホルムで4回抽出を行った。有機層を減圧濃縮後、脱水エーテルを加えて結晶化し、これをろ取した。収量0.20 g (収率 21.3%). 融点212-214℃. [α]D 20 = -82.4°.
下記のMALDI-TOF法による質量分析から、得られたポリマーの重合度はおよそ10であった(分子量はおよそ4500であった)。
(5)Boc-(Ala-Ile-Gly-Lac-Pro)n-OBzl(n = 2,3,4)の合成
(5a:Boc-(Ala-Ile-Gly-Lac-Pro)2-OBzlの合成)
HCl・H-Ala-Ile-Gly-Lac-Pro-OBzl (2.55 g, 4.58 mmol)、NMM (0.51 mL, 4.58 mmol)、Boc- Ala-Ile-Gly-Lac-Pro-OH (2.67 g, 5.05 mmol)、EDC・HCl(0.97 g, 5.05 mmol)、HOBt (0.77 g, 5.05 mmol)を用いて縮合反応を行い、無色結晶を得た。収量 3.70 g (収率 77.2 %). 融点159-161℃. [α]D 20 = -160.6°. 1H NMR (DMSO-d6, 500 MHz): 8.50 (1H, Gly3 NH); 8.45 (1H, Gly8 NH); 8.04 (1H, Ala6 NH); 7.61 (1H, Ile7 NH); 7.57 (1H, Ile2 NH); 7.34 (5H, -OBzl C6H5); 7.05, 6.55 (1H Ala1 NH); 5.21 (2H, Lac4, Lac9 αCH); 5.10, 5.05 (2H, OBzl -CH2-); 4.40, 4.30 (2H, Pro5, Pro10 αCH); 4.25 (1H, Ala6 αCH); 4.20 (2H, Ile2, Ile7 αCH); 4.00 (1H, Ala1 αCH); 3.98, 3.97 (2H, Gly3, Gly8 αCH2); 3.70, 3.72 (2H, Gly3, Gly8 αCH2); 3.57, 3.53 (4H, Pro5, Pro10 δCH2); 2.14, 2.04 (4H, Pro5, Pro10 βCH2); 1.91, 1.80 (4H, Pro γCH2); 1.65 (2H, Ile2, Ile7 γCH2); 1.36 (9H, Boc t-Bu); 1.30 (3H, Lac9 βCH3); 1.25 (3H, Lac4 βCH3); 1.15 (6H, Ala1, Ala6 βCH3); 1.12 (2H, Ile2, Ile7 γCH2); 0.83 (6H, Ile2, Ile7 γCH3); 0.80 (6H, Ile2, Ile7 γCH3).
Boc-(Gly-Ile-Gly-Lac-Pro)2-OBzl (1.20 g, 1.15 mmol)を4M HCl/dioxane (2.9 mL)により、アミノ基末端を脱保護し無色粉末を得た。収量1.02 g (収率91.1%).
HCl・H-(Ala-Ile-Gly-Lac-Pro)2-OBzl (1.02 g, 0.97 mmol)、NMM (0.118 mL, 0.970 mmol)、Boc-Ala-Ile-Gly-Lac-Pro-OH (0.570 g, 1.07 mmol)、EDC・HCl(0.220 g, 1.07 mmol)、HOBt (0.145 g, 1.07 mmol)を用いて縮合反応を行い、無色結晶を得た。収量0.90 g (収率62.8%). 融点190-192℃. [α]D 20 = -148.8°. 1H NMR (DMSO-d6, 500 MHz): 8.48 (1H, Gly3 NH); 8.43 (1H, Gly8, Gly13 NH); 8.05 (1H, Ala6, Ala11 NH); 7.65 (2H, Ile7, Ile12 NH); 7.55 (1H, Ile2 NH); 7.34 (5H, -OBzl C6H5); 7.05, 6.53 (1H, Ala1 NH); 5.20 (3H, Lac4, Lac9, Lac13 αCH); 5.10, 5.05 (2H, OBzl -CH2-); 4.40, 4.30 (3H, Pro5, Pro10, Pro15 αCH); 4.25 (2H, Ala6, Ala11 αCH); 4.20 (3H, Ile2, Ile7, Ile12 αCH); 3.90 (1H, Ala1 αCH); 3.98, 3.97 (3H, Gly3, Gly8, Gly13 αCH2); 3.70, 3.72 (3H, Gly3, Gly8, Gly13 αCH2); 3.57, 3.53 (6H, Pro5, Pro10, Pro15 δCH2) ;2.14, 2.04 (6H, Pro5, Pro10, Pro15 βCH2); 1.91, 1.80 (6H, Pro5, Pro10, Pro15 γCH2); 1.65 (3H, Ile2, Ile7, Ile12 γCH2); 1.36 (9H, Boc t-Bu); 1.30 (6H, Lac9, Lac13 βCH3); 1.25 (3H, Lac4 βCH3); 1.15 (6H, Ala6, Ala11 βCH3); 1.10 (3H, Ala1 βCH3); 1.05 (3H, Ile2, Ile7, Ile12 γCH2); 0.83 (9H, Ile2, Ile7, Ile12 γCH3); 0.75 (9H, Ile2, Ile7, Ile12 γCH3).
Boc-(Gly-Ile-Gly-Lac-Pro)3-OBzl (1.20 g, 1.15 mmol)を4M HCl/dioxane (0.850 mL)により、アミノ基末端を脱保護し無色粉末を得た。収量0.48 g (収率〜100%).
HCl・H-(Ala-Ile-Gly-Lac-Pro)3-OBzl (0.48 g, 0.34 mmol)、NMM (0.037 mL, 0.34 mmol)、Boc-Ala-Ile-Gly-Lac-Pro-OH (0.20 g, 5.05 mmol)、EDC.HCl (0.76 g, 0.37 mmol)、HOBt (0.050 g, 0.37 mmol)を用いて縮合反応を行い、無色粉末を得た。収量 0.370 g (収率 57.5 %). 1H NMR (DMSO-d6, 500 MHz): 8.48 (1H, Gly3 NH); 8.43 (1H, Gly8, Gly13, Gly18 NH); 8.05 (1H, Ala6, Ala11, Ala16 NH); 7.65 (3H, Ile7, Ile12, Ile17 NH); 7.55 (1H, Ile2 NH); 7.34 (5H, -OBzl C6H5); 7.05, 6.53 (1H, Ala1 NH); 5.20 (4H, Lac4, Lac9, Lac14, Lac18 αCH); 5.10, 5.05 (2H, OBzl -CH2-); 4.40, 4.30 (4H, Pro5, Pro10, Pro15, Pro20 αCH); 4.25 (3H, Ala6, Ala11, Ala16 αCH); 4.20 (4H, Ile2, Ile7, Ile12, Ile17 αCH); 3.90 (1H, Ala1 αCH); 3.98, 3.97 (4H, Gly3, Gly8, Gly13, Gly18 αCH2); 3.70, 3.72 (4H, Gly3, Gly8, Gly13, Gly18 αCH2); 3.57, 3.53 (8H, Pro5, Pro10, Pro15, Pro20 δCH2); 2.14, 2.04 (8H, Pro5, Pro10, Pro15, Pro20 βCH2); 1.91, 1.80 (8H, Pro5, Pro10, Pro15, Pro20 γCH2); 1.65 (4H, Ile2, Ile7, Ile12, Ile17 γCH2); 1.36 (9H, Boc t-Bu); 1.30 (9H, Lac9, Lac14, Lac19 βCH3); 1.25 (3H, Lac4 βCH3); 1.15 (9H, Ala6, Ala11, Ala16 βCH3); 1.10 (3H, Ala1 βCH3); 1.05 (4H, Ile2, Ile7, Ile12, Ile17 γCH2); 0.83 (12H, Ile2, Ile7, Ile12, Ile17 γCH3); 0.75 (12H, Ile2, Ile7, Ile12, Ile17 γCH3).
(6)MALDI-TOF法による質量分析
実施例2および4で得られたポリマー化合物についてMALDI-スペクトルを測定した。これは重合反応で合成された化合物がどの程度の大きさの分子量を持ったポリマーであるか確かめることができる。ここには図1と図2にpoly(Gly-Ile-Gly-Lac-Pro)とpoly(Ala-Ile-Gly-Lac-Pro)の例を示した。その結果、poly(Gly-Ile-Gly-Lac-Pro)(モノマーユニットの質量 = 396.19)は2〜4量体が観測された。また、poly(Ala-Ile-Gly-Lac-Pro)(モノマーユニットの質量 = 428.2)は7〜15量体が観測された。ここで用いた試料は透析膜による精製を行っていないこと、高分子量側のピークは照射レーザー強度によって変化することの2点から、特にpoly(Gly-Ile-Gly-Lac-Pro)では低い重合度の化合物が観測されたと考えられる。
(7)円偏光二色性スペクトル
実施例2および4で得られたポリマー化合物について温度変化円偏光二色性スペクトルを測定した。これは目視観測による温度応答性変化とは異なった情報を得ることができる。例えば溶液構造についての知見である。ここには図3と図4にpoly(Gly-Ile-Gly-Lac-Pro)とpoly(Ala-Ile-Gly-Lac-Pro)の例を示した。その結果、スペクトルはそれぞれ、205 nmと210 nmに等円二色性点を示しながら変化した。希薄水溶液(0.1 mg/mL)のために凝集はみられない。温度が上昇するに従ってそれぞれ、195 nmと198 nmに見られる負のバンドが減少してゆくことがわかる。これは発明者らの関連研究により溶液構造がより乱雑になってゆくためと考えられている。(例えば、奥ら、Journal of Polymer Science, Part A, Polymer Chemistry、2000年、38巻、4524ページ。および、奥ら、Journal of Polymer Science, Part A, Polymer Chemistry、2000年、39巻、56ページ。)
(8)見かけの吸光度による温度応答性の観測
実施例2および4で得られたポリマーについてそれらの水系溶液を加温することによる温度応答性変化をみかけの吸光度により観測した。観測波長には350 nmを用いた。これは目視による光の散乱即ち白濁する現象に対応している。ここには図5と図6にpoly(Gly-Ile-Gly-Lac-Pro)とpoly(Ala-Ile-Gly-Lac-Pro) の例を示した。グラフの縦軸は透過率から換算した濁度を用いた。これにより温度応答の速さを比較することができる。すなわち、昇温速度と降温速度が1℃/5 minの場合、poly(Gly-Ile-Gly-Lac-Pro)は温度を上げるとゲル化し、冷却すると液状化するという可逆的な温度応答性を示すのに対し、poly(Ala-Ile-Gly-Lac-Pro) は冷却しても数時間の範囲で非可逆な温度応答を示すことがわかる。また、目視による観測と測定された濁度の比較では、濁度がおおよそ10〜20%を越えた時点でも十分に凝集が進行している。
特にpoly(Ala-Ile-Gly-Lac-Pro)は可逆ではあるものの、高温時の凝集状態を低温(4℃)にした際に、通常見られる数秒間での素早い温度応答(均一な溶液への戻り)が見られなかった点で初めての例である。実際には、溶液を1〜2日間4℃に静置することで、ようやく均一な溶液に戻すことができた。低温での非常にゆっくりとした応答(均一な溶液への戻り)を示す点は、これまでにない全く新規な性質である。
また、実施例5で得られたオリゴデプシペプチドBoc-(Ala-Ile-Gly-Lac-Pro)n-OBzl(n = 2-4)についても、カルボキシ末端やアミノ末端の保護基を外すことにより容易に水溶液となり、ポリデプシペプチドと同様な温度応答性が確認することができた。
(9)poly(Gly-Val-Gly-Lac-Pro)の合成
(9a:Boc-Val-Gly-Lac-Pro-OBzlの合成) HCl・H-Gly-Lac-Pro-OBzl(6.18 g, 16.7mmol)、NMM(1830 mL, 16.70 mmol)、Boc-Val-OH(3.96 g, 18.20 mmol)、DCC(3.78 g, 18.30 mmol)とHOBt・H2O(0.50 g, 3.26 mmol)を使用し、縮合反応を行い、黄色オイルを得た。収量 8.8 g (収率 99 %). 1H NMR (DMSO-d6, 300 MHz): 8.32(1H, Gly NH); 7.37 (5H, OBzl C6H5-); 6.66 (1H, Val NH); 5.22 (1H, Lac αCH); 5.08 (2H, OBzl -CH2-), 4.39 (1H, Pro αCH); 4.06 (1H, Val αCH); 3.77 (2H, Gly αCH2); 3.53 (2H, Pro γCH2); 2.20 (1H, Val βCH); 1.93 (2H, Pro γCH2); 1.37 (9H, Boc t-Bu-); 1.27 (3H, Lac βCH3); 0.87 (3H, Val γCH3).
(10)MALDI-TOF法による質量分析
実施例9で得られたポリマー化合物についてMALDI-スペクトルを測定した。これは重合反応で合成された化合物がどの程度の大きさの分子量を持ったポリマーであるか確かめることができる。ここには図7にpoly(Gly-Val-Gly-Lac-Pro)の例を示した。その結果、poly(Gly-Val-Gly-Lac-Pro)(モノマーユニットの質量 = 382.41)は12〜18量体の領域に強いシグナルが観測された。低分子量領域のシグナルは見かけ上2〜4量体に相当する。しかし実際には高分子量体の多価イオンが観測されたと考えられる。
(11)円偏光二色性スペクトル
実施例9で得られたポリマー化合物について温度変化円偏光二色性スペクトルを測定した。これは目視観測による温度応答性変化とは異なった情報を得ることができる。例えば溶液構造についての知見である。ここには図8にpoly(Gly-Val-Gly-Lac-Pro) の例を示した。その結果、スペクトルは210 nmに等円二色性点を示しながら変化した。希薄水溶液(0.1 mg/mL)のために凝集はみられない。温度が上昇するに従って200 nmに見られる負のバンド強度が減少してゆくことがわかる。
(12)見かけの吸光度による温度応答性の観測
実施例9で得られたポリマーについて、水系溶液を加温することによる温度応答性変化を、みかけの吸光度により観測した。観測波長には350 nmを用いた。これは目視による光の散乱、即ち白濁する現象に対応している。ここには図9にpoly(Gly-Val-Gly-Hmb-Pro)(Hmb = 2-hydroxy-3-methylbutanoic acid)との比較例を示した。グラフの縦軸は透過率から換算した濁度を用いた。これにより、ヒドロキシカルボン酸残基の違いによる、相転移温度の差を明らかにできる。すなわち、昇温速度と降温速度が1 ℃/5 minの場合、poly(Gly-Val-Gly-Hmb-Pro)は20〜30℃で凝集を起こした。一方、poly(Gly-Val-Gly-Lac-Pro) は同じ条件では凝集温度が70℃以上になることがわかった。これは疎水性が高いほど相転移温度が低くなることで説明できる。
Claims (7)
- 前記一般式(I)が、X1−X2−Gly−Lac−Pro (X1およびX2はα−アミノ酸残基を示す)である請求項1に記載の化合物。
- 請求項1または2に記載の化合物を重合させて得られるポリマー。
- 末端に糖鎖配列、タンパク質、多糖、金属錯体、高分子担体、ゲル、フィルム、ラテックス粒子、金属微粒子、無機微粒子、ガラスプレート、もしくはプラスチックプレートが結合した、請求項1もしくは2に記載の化合物、または請求項3に記載のポリマー。
- 請求項1もしくは2に記載の化合物または請求項3に記載のポリマーを、水、緩衝液、食塩水、または含水有機溶媒と混合させることにより得られる組成物であって、溶媒和状態、ゲル状態、懸濁物、均一な溶液、または相分離状態を形成する組成物。
- 加温により水分子を放出し、冷却により水分子を取り込む請求項5に記載の組成物。
- 請求項1もしくは2に記載の化合物または請求項3に記載のポリマーを含む温度応答性組成物。
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