KR20240074754A - 뮤신을 합성하는 방법 및 이의 생성물 - Google Patents

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Abstract

합성 뮤신은 틴수화물 N-카복시무수물(NCA)의 개환 중합 이후 탄수화물로부터 적어도 하나의 보호기의 탈보호화를 수행함으로써 형성된다. 생성된 합성 뮤신은 대량으로 생성될 수 있고, 생물학적 공급원으로부터 수득된 천연 뮤신의 사용과 관련된 많은 문제를 배제한다.

Description

뮤신을 합성하는 방법 및 이의 생성물
관련 출원에 대한 상호 참조문헌
본 출원은 미국 특허출원 제63/229,321호(2021년 8월 4일 출원) 및 제63/304,223호(2022년 1월 28일 출원)에 대한 우선권을 주장하며 이들의 정규 출원이고, 이들의 전문은 본 명세서에 참조에 의해 원용된다.
연방 후원 연구 또는 개발의 진술
본 발명은 공군 과학 연구실(Air Force Office of Scientific Research)에 의해 수여된 과제 번호 FA9550-19-1-0220 하에 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에 대한 특정 권리를 갖는다.
분비된 점액 하이드로겔은 접착제, 윤활제, 장벽, 필터, 및 광물화제 및 수화제를 포함하는, 자연에서 다양한 기능을 갖는다. 그러나, 물질, 생명공학, 및 의학적 적용에서의 광범위한 채택을 가로막는 몇 가지 과제가 있다. 예를 들어, 천연 점액, 예컨대, 돼지 위 뮤신(mucin)의 수집은 pH-유도 및 박테리아 분해로 인해 높은 수준의 배치간 변동성(batch-to-batch variability)을 나타낼 수 있다. 또한, 천연 점액은 수집하는데 비실용적이거나 잠재적으로 위험할 수 있다. 또한, 천연 뮤신의 연구는 점액이 단백질, 염, 및 탄수화물을 함유하는 불균질 물질이기 때문에 어려운 정제를 필요로 한다. 심지어 단일 천연 뮤신을 적절하게 특성화하는 것은 벌크, 가교된 하이드로겔로부터 단일 단백질을 단리하고, 폴리펩타이드 및 글리칸 구조, 및 다분산, 확률론적으로 구조화된 당단백질의 분자량을 독립적으로 결정하는 것을 필요로 한다. 현재, 뮤신은 생물학적 공급원(예를 들어, 달팽이, 돼지, 소 등)으로부터 상업적으로 획득된다. 그러나, 이러한 생물학적 공급원은 산업적 수요를 위해 지속 가능하게 확장 가능하지 않다. 또한, 뮤신이 이러한 생물학적 공급원으로부터 획득될 때 높은 정도의 배취간 변동성이 존재한다. 뮤신의 오염(예를 들어, 기생충) 및 불량한 저장-안정성은 또한 중요한 단점이다. 따라서, 뮤신을 합성적으로 생산하려는 시도가 있었다.
합성 뮤신을 작제하기 위한 3개의 주요 전략으로는 (1) 글리코실화된 아미노산의 고체상 합성, (2) 중합-후 글리코실화 또는 (3) 글리코모노머로부터의 용액 중합이 있다. 그러나, 이러한 전략들 각각은 현재까지 합성 뮤신의 광범위한 상업적 사용을 방해하는 상당한 단점을 갖는다. 고체상 합성은 펩타이드 백본의 절대적인 시퀀스(sequence) 제어를 제공하지만 짧은 펩타이드 사슬로 제한되고 소규모 합성에만 적합하다. 중합-후 글리코실화는 더 확장 가능하고 더 높은 분자량에 대한 접근을 제공하지만, 백본은 펩타이드 백본이 아니고 시퀀스가 제어되지 않는다. 용액 중합은 또한 확장 가능하고 다양한 범위의 백본을 갖는 더 높은 분자량에 대한 접근을 제공한다. 그러나, 용액 중합은 비교적 복잡한 모노머의 형성을 필요로 한다. 따라서, 합성 뮤신을 생산하는 개선된 방법이 요망된다.
해결하고자 하는 기술적 문제는, 현재 당 분야에서 불가능한, 합성 뮤신의 저렴하고 확장 가능한 생산을 제공하기 위한 것이다. 해결하고자 하는 추가의 기술적 문제는, 당 분야에서 불가능한, 합성 뮤신이 천연 뮤신의 특성을 모방할 수 있도록 맞춤형 특성을 갖는 합성 뮤신을 제공하기 위한 것이다.
상기 논의는 단지 일반적인 배경 정보를 위해 제공되고, 청구된 주제의 범위를 결정하는데 도움을 주기 위해 의도되는 것은 아니다.
본 개시내용은 탄수화물 N-카복시무수물(NCA)의 개환 중합을 수행한 후 탄수화물로부터 적어도 하나의 보호기의 탈보호를 수행함으로써 형성된 합성 뮤신을 제공한다. 생성된 합성 뮤신은 대량으로 생산될 수 있고, 생물학적 공급원으로부터 수득된 천연 뮤신의 사용과 관련된 많은 문제를 제거한다.
제1 실시형태에서, 물질의 조성물이 제공된다. 물질의 조성물은 (1) 용매, 하기 구조를 갖는 제1 모노머를 포함하는 혼합물의 개환 중합을 수행하는 단계; 및 이후 (2) 적어도 하나의 P1이 제거되는 탈보호 반응을 수행하는 단계로부터 생성된 폴리머를 포함한다:
식 중, P1 및 P2는 보호기이고, X는 S 또는 O이고, Y는 O 또는 NH이고, R은 H 및 CH3로 이루어진 군으로부터 선택된다.
제2 실시형태에서, 물질의 조성물이 제공된다. 물질의 조성물은 순차적으로 (1) 용매; 의 구조를 갖는 제1 모노머, 의 구조를 갖는 제2 모노머(여기서, P1 및 P2는 보호기이고, X는 S 또는 O이고, Y는 O 또는 NH이고, R은 H 및 CH3로 이루어진 군으로부터 선택되며, R2는 보호된 CH2SH임)를 포함하는 혼합물의 개환 중합을 수행하는 단계; (2) 적어도 하나의 P1이 제거되고 보호된 CH2SH가 탈보호되는 적어도 하나의 탈보호 반응을 수행하여 티올을 생성하는 단계; 및 (3) 티올을 산화시켜 폴리머를 가교시킴으로써, 하이드로겔을 생성하는 단계로부터 생성된 폴리머를 포함한다.
제3 실시형태에서, 물질의 조성물을 합성하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 용매; 하기 구조를 갖는 제1 모노머를 포함하는 혼합물의 개환 중합을 수행하는 단계; 적어도 하나의 P1이 제거되는 탈보호 반응을 수행하는 단계의 순차적 단계들을 포함한다:
식 중, P1 및 P2는 보호기이고, X는 S 또는 O이고, Y는 O 또는 NH이고, R은 H 및 CH3로 이루어진 군으로부터 선택된다.
제4 실시형태에서, 물질의 조성물이 제공된다. 물질의 조성물은 하기 구조를 갖는다:
식 중, m 및 n은 독립적으로 선택된 1 내지 150의 정수이고, X는 S 또는 O이고, Y는 O 또는 NH이고, R은 H 및 CH3로 이루어진 군으로부터 선택되고, R2는 CH(CH3)OH, CH2OH, CH3, CH2SH 및 아이소부틸이고, r은 랜덤 공중합을 나타낸다.
제5 실시형태에서, 물질의 조성물이 제공된다. 물질의 조성물은 하기의 구조를 갖는다:
식 중, m 및 n은 독립적으로 선택된 1 내지 150의 정수이고, X는 S 또는 O이고, Y는 O 또는 NH이고, R은 H 및 CH3로 이루어진 군으로부터 선택되고, R2는 CH(CH3)OH, CH2OH, CH3, CH2SH 및 아이소부틸로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 이러한 간단한 설명은 단지 하나 이상의 예시적인 실시형태에 따라 본 명세서에 개시된 주제의 간단한 개요를 제공하기 위한 것이고, 청구범위를 해석하기 위한 가이드로서 또는 본 발명의 범위를 규정 또는 제한하기 위한 것은 아니며, 이는 첨부된 청구범위에 의해서만 규정된다. 이러한 간단한 설명은 이하의 상세한 설명에서 추가로 설명되는 단순화된 형태로 개념의 예시적인 선택을 소개하기 위해 제공된다. 이러한 간단한 설명은 청구된 주제의 주요 특징 또는 필수 특징을 확인하기 위한 것은 아니고, 청구된 주제의 범위를 결정하는데 도움으로 사용되도록 의도된 것은 아니다. 청구된 주제는 배경기술에서 언급된 임의의 또는 모든 단점을 해결하는 구현으로 제한되지 않는다.
본 발명의 특징이 이해될 수 있는 방식으로, 본 발명의 상세한 설명은 특정 실시형태를 참조하여 이루어질 수 있으며, 이들 중 일부는 첨부된 도면에 예시되어 있다. 그러나, 도면은 본 발명의 특정 실시형태만을 예시하고, 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 유의해야 하는데, 왜냐하면, 본 발명의 범위는 다른 동등하게 효과적인 실시형태를 포함하기 때문이다. 도면은 반드시 일정한 비율로 도시된 것은 아니고, 일반적으로 본 발명의 특정 실시형태의 특징을 예시하는 데 중점을 둔다. 도면에서, 다양한 도면에 걸쳐 유사한 부분을 나타내기 위해 유사한 숫자가 사용된다. 따라서, 본 발명의 추가의 이해를 위해, 도면과 관련하여 하기 상세한 설명이 참조될 수 있다:
도 1은 합성 뮤신을 생산하기 위한 2개의 합성 반응식을 도시한다.
도 2는 탄수화물 N-카복시무수물의 역합성 분석을 예시한다.
도 3은 탄수화물 N-카복시무수물을 생산하기 위한 합성 방법의 예이다.
도 4a는 탄수화물 N-카복시무수물을 생산하는데 유용한 작용화된 탄수화물의 역합성 분석이다.
도 4b는 탄수화물 N-카복시무수물의 합성의 일례이다.
도 5는 탄수화물 N-카복시무수물의 합성의 또 다른 예이다.
도 6a는 합성 뮤신을 형성하기 위한 탄수화물 N-카복시무수물의 개환 중합 및 탈보호를 도시한다.
도 6b는 합성 뮤신을 형성하기 위한 탄수화물 N-카복시무수물의 개환 중합 및 탈보호의 일례이다.
도 7a는 반응 조건을 변경함으로써 개환 중합의 제어를 나타내는 표를 묘사한다.
도 7b는 반응 조건을 변경함으로써 개환 중합의 제어를 나타내는 또 다른 표를 묘사한다.
도 8a는 특정 합성 뮤신에 대한 윤활성 시험의 결과를 나타낸다.
도 8b, 도 8c 및 도 8d는 합성 뮤신에 전단력을 가한 후 윤활성이 유지됨을 나타낸다.
도 8e는 칼슘 이온 농도의 함수로서 특정 합성 뮤신에 대한 윤활성 시험의 결과를 나타낸다.
도 9는 다양한 농도의 칼슘 이온에서 합성 뮤신의 물질 특성의 정량화를 나타내는 표이다.
도 10은 합성 뮤신을 형성하기 위한 제2 모노머의 존재 하에 탄수화물 N-카복시무수물의 개환 중합 및 탈보호를 도시한다.
도 11은 다양한 탄수화물 N-카복시무수물 및 제2 모노머의 예를 도시한 것이다.
도 12는 합성 뮤신을 형성하기 위한 제2 모노머의 존재 하에 탄수화물 N-카복시무수물의 개환 중합 및 탈보호의 일례이다.
도 13은 반응 조건을 변경함으로써 개환 중합의 제어를 나타내는 표를 도시한 것이다.
도 14는 N-카복시무수물 및 제2 모노머의 비율을 변경함으로써 생성된 코폴리머의 제어를 나타내는 표이다.
도 15a 및 도 15b는 특정 합성 뮤신의 전단율의 함수로서 저장 모듈러스 및 점도의 그래프이다.
도 16은 적어도 하나의 N-카복시무수물 및 적어도 2개의 제2 모노머를 사용하는 공중합 방법을 도시한다.
도 17은 적어도 2개의 N-카복시무수물 및 적어도 하나의 제2 모노머를 사용하는 공중합 방법을 도시한다.
도 18은 블록-코폴리머를 형성하기 위한 중합 방법을 도시한다.
도 19a 및 도 19b는 혼합될 때 콜라겐과 합성 뮤신이 상호작용하는 것을 나타내는 스펙트럼 데이터이다.
도 20a는 혼합될 때 콜라겐과 합성 뮤신이 상호작용하는 것을 나타내는 UV-Vis 스펙트럼이다.
도 20b는 혼합될 때 콜라겐과 합성 뮤신이 상호작용하는 것을 나타내는 또 다른 UV-Vis 스펙트럼이다.
도 21a 및 도 21b는 혼합될 때 콜라겐과 합성 뮤신이 상호작용하는 것을 나타내는 형광 스펙트럼이다.
도 22a, 도 22b 및 도 22c는 각각, 원자력 분광법에 의해 결정된, 뮤신, 콜라겐 및 뮤신과 콜라겐의 혼합물의 표면 이미지이다.
도 23은 혼합될 때 셀룰로스와 합성 뮤신이 상호작용하는 것을 나타내는 UV-Vis 스펙트럼이다.
도 1은 탄수화물 N-카복시무수물, NCA(104)를 개환 중합 및 탈보호(보호기 P1 및 P2의 제거)의 순차적 단계들에 적용함으로써 합성 뮤신(102)을 생성하는 방법(100)을 도시한다. 이러한 실시형태에서, 탄수화물 NCA(104)는 합성 뮤신(102)이 호모폴리머가 되도록 제1 모노머로서 기능한다. 도 2는 또한 적어도 하나의 제2 NCA(112)의 존재 하에 탄수화물 NCA(104)를 개환 중합에 적용함으로써 합성 뮤신(108)을 생성하는 방법(106)을 도시한다. 생성된 조성물은 이후 탈보호된다. 탄수화물 NCA(104)는 제1 모노머로서 기능하고 제2 NCA(112)는 제2 모노머로서 기능하여 합성 뮤신(108)이 블록-랜덤 코폴리머가 되도록 한다.
본 명세서의 다른 곳에서 상세히 논의된 바와 같이, 생성된 합성 뮤신은 화장품, 피부과, 전기 전도성 코팅, 약물 전달, 의료 임플란트의 코팅, 관절 윤활, 접착제 및 상처 치유를 포함하는 광범위한 상업적 제품에서 사용되는 맞춤형 특성을 갖는다.
도 2는 탄수화물 NCA(104)의 역합성 분석을 개략적으로 도시한 것이다. 도 2의 실시형태에서, P1 및 P2는 동일하거나 상이할 수 있는 보호기이다. 적합한 보호기의 예는 아세테이트, 페닐, 벤질, 벤조일, 알릴, 트라이메틸실릴, N,N-다이메틸아미노피리딘, 3,5-O-다이-3차-부틸실란, 메틸, 에틸, 3차-부틸다이메틸실릴, p-메톡시벤질, 부틸, t-부틸시메틸실릴, 테트라부틸암모늄 플루오라이드, 트라이페닐메틸, p-톨루엔설포닐, t-부틸다이메틸실릴, t-부틸다이페닐실릴, 9-플루오로닐옥시카보닐, 벤질옥시카보닐, p-브로모, p-클로로벤질, p-니트로벤질, o-니트로벤질, s-글리코사이드, 메톡시아세틸, 다이클로로아세틸, 2,2,2-트라이클로로에톡시카보닐, 메톡시메틸, 메탄설포닐, N-브로모석신이미드, 트라이플루오로메탄설포닐 등을 포함한다. 도 2에서, Y는 O 또는 NH일 수 있고, X는 O 또는 S일 수 있고, R은 H 또는 CH3이다.
역합성적으로, 탄수화물 NCA(104)는 NCA(200)로부터 작제될 수 있고, 이는 또한 아미노산(204)으로부터 수득될 수 있다. 작용화된 탄수화물(202)은 탄수화물(206)로부터 수득될 수 있다. 작용화된 탄수화물(202)에서 이탈기(LG)는 할라이드(예를 들어, 브로민, 클로라이드, 요오드, 플루오린), 아세틸, 메틸, 하이드록실, 티오글리코실, 트라이클로로아세트아마이드 등을 포함하지만 이로 제한되지 않는 임의의 적합한 이탈기일 수 있다.
도 3은 정방향으로 일반화된 합성 반응식을 도시한다. 단계 300에서, 아미노산(204)은 보호기(P3)로 N-보호되어 단일-보호된 화합물(302)을 생성한다. 단계 304에서, 단일-보호된 화합물(302)은 보호기(P4)로 카복실-보호되어 이중-보호된 화합물(306)을 생성한다. 단계 308에서, 이중-보호된 화합물(306)은 이탈기(LG)가 치환되도록 작용화된 탄수화물(202)과 커플링되어 화합물(310)을 형성한다. 단계 312에서, 아미노산 상의 보호기(P3 및 P4)가 제거되어 화합물(314)를 생성한다. 이후, 화합물(314)은 고리화 조건에 적용되어 탄수화물 NCA(104)를 생성한다.
도 4a는 작용화된 탄수화물(202)의 역합성 분석을 추가로 상세히 도시한다. 여러 탄수화물(202)은 상업적으로 이용 가능하며(예를 들어, Y=O, P1=P2=Ac, LG=Br), 다른 것을 수득하기 위한 합성 경로는 공지되어 있다. 작용화된 탄수화물(202)은 일반적으로 탄수화물(206)로부터 유래된다. 적합한 탄수화물(여기서, Y=O)은 단당류, 예컨대, 갈락토스, 글루코스, 알로스, 알트로스, 만노스, 굴로스, 이도스 및 탈로스를 포함한다. 상응하는 질소 유사체(여기서, Y=NH, P2=보호기)가 또한 공지되어 있다[예를 들어, 도 4b 참조].
예시로서 그리고 비제한적으로, 도 5는 NCA(512)의 합성의 일례를 제시한다. 아미노산(500)(예를 들어, 트레오닌)은 보호기(예를 들어, Cbz)로 N-보호되어 단일-보호된 화합물(502)을 생성한다. 단일-보호된 화합물(502)은 벤질 에터로서 카복실-보호되어 이중-보호된 화합물(504)을 생성한다. 이중-보호된 화합물(504)은 이탈기(예를 들어, Br)가 치환되도록 작용화된 탄수화물(506)(예를 들어, 작용화된 갈락토스)와 커플링되어, 화합물(508)을 형성한다. 아미노산 상의 보호기(Cbz 및 Bn)가 제거되어 화합물(510)을 생성한다. 이후, 화합물(510)은 고리화 조건에 적용되어 NCA(512)를 생성한다. 도 5의 실시형태에서, 생성된 NCA(512)는 β-AcO-Gal-Thr-NCA이다.
도 6a는 탄수화물 NCA(104)가 개환 중합 반응 이후 탈보호(P1 및 P2 제거)되어 합성 뮤신(102)을 생성하는 것을 도시한다. 도 6a의 실시형태에서, m은 적어도 1이고 150 이하인 정수이다. 또 다른 실시형태에서, m은 적어도 5 내지 50 이하이다. 또 다른 실시형태에서, m은 적어도 10이고 40 이하이다. 이러한 단계를 수행하기 위해 다양한 조건이 이용될 수 있다. 적합한 용매의 예는 테트라하이드로퓨란(THF), 다이클로로메탄(DCM), 클로로포름, 다이메틸포름아마이드(DMF) 등과 같은 유기 용매를 포함한다. 예를 들어, 개환 중합 반응은 헥사메틸다이실라자이드 염기와 같은 염기를 사용하여 수행될 수 있다. 일부 실시형태에서, 촉매(예를 들어, 1,3-비스(2-하이드록시헥사플루오로아이소프로필)벤젠(HFAB), 다이에틸에탄올아민(DMEA) 등)가 또한 사용될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 금속 촉매(예를 들어, bipy(Ni(COD) 또는 depeNi(COD), Co(PMe3)4 및 Co(bipy)2)가 사용된다.
탈보호 단계는 마찬가지로 다양한 조건 하에 수행될 수 있다. 일 실시형태에서, 모든 P1 보호기가 제거된다. 또 다른 실시형태에서, 적어도 하나, 그러나 전부보다 적은(fewer than all) P1 보호기가 선택적으로 제거된다. 이러한 탄수화물의 선택적 탈보호는 당업자에게 공지되어 있다.
예시로서 그리고 비제한적으로, 도 6b는 합성 뮤신(514)의 합성의 일례를 제시한다. 도 6b의 실시형태에서, NCA(512)는 β-AcO-Gal-Thr-NCA이다. NCA(512)는 실온에서 192시간 동안 메틸렌 클로라이드 중에서 LiHMDS/HFAB로 처리되었다. 이러한 조건으로 개환 중합이 수행되었다. 후속하여, 보호기(P1=P2=Ac)는 합성 뮤신(514)을 생산하기 위해 실온에서 48시간 동안 메탄올:물 중에서 K2CO3으로의 처리에 의해 제거되었다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 합성 뮤신(514)의 최종 조성은 개환 중합의 반응 조건을 조정함으로써 제어 가능하다.
도 7a는 다양한 조건 하에 개환 중합 및 탈보호의 결과를 나열하는 표를 묘사한다. 개시제(0.1 M)는 상이한 몰비의 모노머:개시제(M:I)와 함께 사용되었다. 용매는 분자체, 냉동-펌프-해동, 및 Ar로의 퍼징에 의해 건조되었다. M w , M n 및 D는 탈보호된 폴리머 상에서 결정되었다(GPC, 교정 표준물: READYCAL™-덱스트란, Mw: 0.18 내지 298 kDa, 1:1 DMF:DMSO 중 0.05M LiBr, 0.25 mL/min, 60℃). 도 7a의 표에서, 분자량은 모두 1 kDa 내지 20 kDa이었다. 일 실시형태에서, 분자량은 1 kDa 내지 10 kDa이다. 또 다른 실시형태에서, 분자량은 3 kDa 내지 10 kDa이다. 호모폴리머의 모노머 반복의 수(Xm)는 적어도 1 내지 150 이하였다. 또 다른 실시형태에서, Xm은 적어도 10 내지 100 미만이다. 또 다른 실시형태에서, Xm은 적어도 10 내지 30 미만이다. 도 7b는 추가의 개환 중합 조건의 결과를 나타낸다. 반응 조건을 제어함으로써, 생성된 합성 뮤신의 특성이 제어될 수 있다.
도 8a는 m이 19이고 Mw가 5.19 kDa인 폴리(β-Gal-Thr)의 용액의 윤활성 특성을 나타낸다. 탈이온수, 인간 활액 및 실란 용액이 대조군으로 사용되었다. 폴리(β-Gal-Thr)의 용액은 탈이온수에서 0.50 중량% 내지 10 중량% 범위의 다양한 농도로 제조되었다. 생성된 용액의 윤활성은 마찰 계수(광학 능력을 갖는 마이크로트라보미터, PDMS sylgard 184 첨단(2mm 반경), 용융 실리카 카운터페이스 상에서 슬라이딩하는 프로브, 10회 사이클, 수직력: 3mN, 0.1V(mm/s))를 측정함으로써 평가되었다. 생성된 용액은 상당한 윤활성을 나타내었다.
도 8b, 도 8c 및 도 8d는 다양한 전단력 하에 보존된 폴리(β-Gal-Thr)(m=19이고 Mw는 5.19 kDa임)의 용액의 윤활성을 입증한다. 또한, 폴리(β-Gal-Thr)는 고체로서 저장될 때 적어도 6개월 동안 저장-안정한 것으로 밝혀졌다(NMR에 의해 결정됨). 이러한 개선된 안정성은 천연 뮤신에 비해 상당한 개선을 나타낸다.
도 8e는 다양한 농도의 칼슘 이온(0mM 내지 27mM의 범위)에서 폴리(β-Gal-Thr)(m=19 및 Mw는 5.19 kDa임)의 3 중량% 용액의 윤활성 특성을 나타낸다. 임의의 특정 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 칼슘 농도는 하이드로겔 형성에 영향을 미칠 수 있고, 이는 또한 윤활성에 영향을 미친다.
일 실시형태에서, 합성 점액 하이드로겔은 정제된 글리코실화된 폴리머(예를 들어, 정제된 폴리(β-Gal-Thr))를 물에 용해시키고, pH=2에서 폴리머 농도 및 칼슘 클로라이드 농도를 변화시킴으로써 생산되었다. 일반적으로, 천연 점액은 낮은 pH에서 하이드로겔을 형성하고; 따라서, 점액-흡입 하이드로겔 겔의 형성은 잠재적으로 산성 조건에 의해 촉발될 수 있다. 또한, 칼슘, 소듐, 마그네슘, 베릴륨, 바륨, 마그네슘, 철, 스트론튬 및 란타나이드 이온 농도는 점액 하이드로겔의 형성에서 역할을 하고, 구체적으로, 칼슘 이온은 인접한 폴리머 사슬에서 글리칸 사이에 브리지(bridge)를 형성함으로써 점액이 갖는 물질 특성 또는 기능을 변경할 수 있다. 하이드로겔-형성 현탁액의 나노규모 모폴로지는 원자간력 현미경(Aotmic Force Microscopy: AFM)으로 관찰되었고, 폴리(Gal-Thr) 농도 및 칼슘 이온 농도의 동시 증가는 보다 조직화된, 겔-유사 구조를 초래하였다.
하이드로겔을 형성시키기 위해 다른 적합한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리(β-Gal-Thr)의 10 중량% 용액이 제조될 수 있다. 산화제(예를 들어, 과산화수소 또는 산화 효소)의 용액은 티올 잔기에 대해 등몰량으로 첨가된다. 예를 들어, 10 mol% KI를 갖는 과산화수소가 사용될 수 있다. 생성된 용액은 1h 동안 초음파 처리되어 5 중량% 뮤신 하이드로겔을 생산하였다.
도 9를 참조하면, 점액-흡입 하이드로겔(폴리β-Gal-Thr, Mw 4.86 kDa))의 기계적 특성은 원자간력 현미경(AFM)에 의해 시험되었다. AFM 측정은 램프 나노인덴테이션 모드(ramp nanoindentation mode)를 사용하여 AFM 현미경(Bruker 다중모드 8 모델)에서 실온(25℃)에서 수행되었다. 램프 나노인덴테이션 모드는 0.14 내지 0.16 N/m의 스프링 상수 및 39 내지 41 nm/V의 반사 감도를 갖는 친수성 캔틸레버 첨단(cantilever tip)(8.0 nm 반경)을 이용한다. 점액-흡입 하이드로겔의 기계적 특성은 후퇴 및 접근 곡선으로부터 유도되었다. 후퇴 곡선은 영률(E)을 얻기 위해 곡선의 기울기를 헤르츠 모델(Hertzian model)에 피팅함으로써 분석되었다. 유사하게, 접착일(work of adhesion) Wa는 접근 곡선과 후퇴 곡선 사이의 면적으로부터 계산되었다. 따라서, 3개의 상이한 위치로부터의 데이터가 주어진 샘플에 대해 획득되고, 각 위치는 3개의 인덴테이션에 의해 시험되었다(n=9). 최상의 피팅(best fitting)(R2 ≥ 0.9)을 갖는 3개의 측정이 평균화되었고, E 및 W a 값이 도 9에 보고되어 있다. 도 9는 하이드로겔 기계적 특성에 대한 이온 농도, 폴리머 농도, 및 상대 습도(RH)의 영향을 도시한 것이다. 이는 합성 뮤신으로부터 형성된 생성된 하이드로겔의 물질 특성이 금속 이온 농도를 제어함으로써 맞춤화될 수 있음을 입증한다.
도 10을 참조하면, 합성 뮤신(108)을 생성하기 위한 방법(106)이 도시되어 있다. 탄수화물 NCA(104)는 적어도 하나의 제2 NCA(112)의 존재 하에 개환 중합된다. 생성된 조성물은 이후 탈보호된다. 탄수화물 NCA(104)는 제1 모노머로서 기능하고, 제2 NCA(112)는 제2 모노머로서 기능하여, 합성 뮤신(108)이 블록-랜덤 코폴리머가 되도록 한다. 도 10에서 r은 랜덤 공중합을 나타낸다. 제2 NCA(112)는 본 명세서의 다른 곳에서 논의된 바와 같이 고리화 화학(예를 들어, 트라이포스겐 처리)을 사용하여 아미노산(204)으로부터 유도된다. 이러한 방식으로, 다양한 제2 NCA(112)에 접근할 수 있고, 이는 또한 일정 범위의 R2 기를 제공한다. 도 11은 탄수화물 NCA(104) 및 제2 NCA(112)의 비제한적인 라이브러리를 제공한다. R2는, 예를 들어, CH(CH3)OH, CH2OH, CH3, 아이소부틸, CH2SH, 벤2질, 4-메톡시벤질, 벤질옥시메틸, 9-플루오레닐메틸-옥시카보닐, 트리틸, 다이페닐메틸, 테트라하이드로피라닐, 3,4-다이메틸벤질, 메틸벤질, 1-아다만틸, 2,4,6-트라이메톡시벤질, 슈도프롤린, 4-메틸트리틸, 4-메톡시트리틸, 9H-잔텐-9-일, 4-메톡시벤질옥시메틸, 2,6-다이메톡시벤질, 4-메톡시-2-메틸벤질, 아세트아미도메틸, 5-다이벤조수베릴, 벤즈아미도메틸, 다이메틸포스피노티오일, 트라이메틸-아세트아미도메틸, 9-플루오레닐메틸, 페닐-아세트아미도메틸, 보호된 시스틴, CH2SSO2CH2CH3, CH2SSCH2(t-부틸), 보호된 CH2SH, 보호된 글루코스(즉, 알코올-보호된), 보호된 갈락토스(즉, 알코올-보호된) 또는 CH2SSCH2-NCA일 수 있다. 탄수화물은, 예를 들어, 상응하는 아세테이트로서 보호될 수 있다.
예시로서 그리고 비제한적으로, 도 12는 블록-랜덤 합성 뮤신(1200)의 합성의 일례를 제시한다. NCA(512)는 제2 NCA(1202)(보호된 트레오닌 유도체, tBut-Cys-NCA)와 공중합되어 블록-랜덤 합성 뮤신(1200)을 생산하였다.
도 12는 도 12에 제시된 특정 모노머를 사용하는 다양한 조건 하에 개환 중합 및 탈보호의 결과를 나열하는 표를 도시한 것이다. 도 12의 실시형태에서, m은 적어도 1이고 150 이하인 정수이다. 또 다른 실시형태에서, m은 적어도 5 내지 50 이하이다. 또 다른 실시형태에서, m은 적어도 10이고 40 이하이다. 마찬가지로, n은 적어도 1이고 150 이하인 정수이다. 또 다른 실시형태에서, n은 적어도 1 내지 50 이하이다. 또 다른 실시형태에서, n은 적어도 1이고 10 이하이다. 또 다른 실시형태에서, n은 적어도 1이고 10 이하이다. 일 실시형태에서, m은 n보다 크다. 이러한 하나의 실시형태에서, m:n의 비는 3:1 내지 25:1이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 블록-랜덤 합성 뮤신(1200)의 최종 조성은 개환 중합의 반응 조건을 조정함으로써 제어될 수 있다. 도 12의 표에서, 분자량은 모두 1 kDa 내지 20 kDa였다. 또 다른 실시형태에서, 분자량은 1 kDa 내지 10 kDa이다. 또 다른 실시형태에서, 분자량은 3 kDa 내지 10 kDa이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 시스틴 함량은 m 및 n의 값을 제어하기 위해 달라질 수 있다.
도 15a 및 도 15b를 참조하면, 시스틴의 포함은 가교가 일어나도록 하여, 결과적으로 생성된 하이드로겔의 특성을 변화시킨다. 도 15a는 전단 변형률의 함수로서 저장 모듈러스(G') 및 손실 모듈러스(G")를 나타내는 5 중량% 폴리(Gal-Thr)23-co-Cys)6의 진폭 스위프이다. 도 15b는 전단율의 함수로서 점도를 나타낸다. 이러한 결과는 가교가 일어나고 하이드로겔이 형성되었음을 나타낸다.
도 16은 블록-랜덤 코폴리머(1602)를 형성하기 위한 방법(1600)을 도시한다. 방법(1600)에서, 적어도 하나의 탄수화물 NCA(1604)는 적어도 2개의 상이한 제2 NCA(1606, 1608)와 공중합된다. 일 실시형태에서, 2개의 상이한 제2 NCA가 사용된다. 또 다른 실시형태에서, 3개의 상이한 제2 NCA가 사용된다. 또 다른 실시형태에서, 4개의 상이한 제2 NCA가 사용된다. 예를 들어, 그리고 도 11을 참조하면, tBut-Cys-NCA는 Ala-NCA(즉, 2개의 제2 모노머)와 Gal-Thr-NCA(즉, 1개의 제1 모노머)와 함께 사용될 수 있다. 도 16에 도시된 실시형태에서, 단일 탄수화물 NCA(1604)만이 제1 모노머로서 도시되어 있지만, 하나 초과의 제1 모노머가 사용될 수 있다. 예를 들어, Gal-Thr-NCA는 Glc-Thr-NCA(즉, 2개의 제1 모노머)와 함께 사용될 수 있고, tBut-Cys-NCA는 Ala-NCA(즉, 2개의 제2 모노머)와 함께 사용될 수 있다.
마찬가지로, 도 17은 블록-랜덤 코폴리머(1702)를 형성하기 위한 방법(1700)을 도시한다. 방법(1700)에서, 적어도 2개의 상이한 탄수화물 NCA(1704, 1706)는 적어도 하나의 제2 NCA(1708)와 공중합된다. 일 실시형태에서, 2개의 상이한 탄수화물 NCA가 사용된다. 또 다른 실시형태에서, 3개의 상이한 탄수화물 NCA가 사용된다. 또 다른 실시형태에서, 4개의 상이한 탄수화물 NCA가 사용된다. 예를 들어, 그리고 도 11을 참조하면, Gal-Thr-NCA는 Glc-Thr-NCA(즉, 2개의 제1 모노머)와 tBut-Cys-NCA(즉, 하나의 제2 모노머)와 함께 사용될 수 있다. 도 17에 도시된 실시형태에서, 단일 NCA(1708)만이 제2 모노머로서 도시되지만, 하나 초과의 제2 모노머가 사용될 수 있다. 예를 들어, Gal-Thr-NCA는 Glc-Thr-NCA(즉, 2개의 제1 모노머)와 함께 사용될 수 있고, tBut-Cys-NCA는 Ala-NCA(즉, 2개의 제2 모노머)와 함께 사용될 수 있다.
도 18은 (비-랜덤) 블록 코폴리머(1800)를 형성하기 위한 방법(1800)을 도시한다. 탄수화물 NCA(1802)는 개환 중합되어 호모폴리머(1804)를 형성한다. 보호기 P1 및 P2의 제거 전에, 호모폴리머(1804)는 이후 NCA(1806)와 혼합된다. 탈보호 후, 블록-코폴리머(1808)가 형성된다.
개시된 합성 뮤신은 콜라겐이 뮤신에 가용성이도록 콜라겐과 상호작용하는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 콜라겐과 개시된 합성 뮤신의 혼합물은 약물 전달, 생체적합성 스캐폴드의 형성, 화장품, 피부 수화 조성물, 상처 치유 조성물 및 노화방지 크림과 같은 다양한 분야에 유용하다.
다음 실험에서, 콜라겐 조각(0.2mm×0.2mm)이 절단되고, 250 마이크로리터의 물에 넣고, 30분 동안 초음파 처리되었다. 상청액은 제거되고, 다양한 농도(20 중량%, 2 중량%, 0.2 중량%, 0.02 중량% 및 0 중량%)로 폴리(Gal-Thr)19를 갖는 5개의 바이알에 균등하게 분배되었다. 5개의 샘플에서 뮤신의 최종 농도(콜라겐 상청액으로부터 나오는 물을 고려함)는 11.0mM, 1.10mM, 0.11mM 및 0.01mM이었다.
도 19a를 참조하면, 동일한 합성 뮤신과 콜라겐의 혼합물과 비교하여 합성 뮤신의 동적 광 산란의 그래프가 도시되어 있다. 도 19a의 데이터는 폴리(Gal-Thr)19를 사용하여 생성되었다. 동적 광 산란은 콜라겐이 합성 뮤신에 혼입됨에 따라 입자 크기가 증가함을 나타내었다. 유사하게, 도 19b는 콜라겐이 합성 뮤신 샘플에 혼입됨에 따라 피크 이동을 나타내는 원형 이색성 스펙트럼을 제시한다. 도 19b의 교차점은 새로운 복합체가 형성되고 있음을 나타낸다.
합성 뮤신과 콜라겐의 혼합물은 특이한 광 흡수 특징을 갖는다. 도 20a를 참조하면, 콜라겐(단독)은 대략 220 nm에서 흡수하고, 폴리(Gal-Thr)19 뮤신(단독)은 대략 210 nm에서 약하게 흡수한다. 그러나, 둘의 혼합물은 220 내지 300 nm 범위(특히 260 nm)의 새로운 파장에서 광을 흡수한다. 도 20b는 선택된 실행에 대한 데이터만이 제시된다는 점을 제외하고는 도 20a와 유사하다.
형광 분광법은 합성 뮤신과 콜라겐의 혼합물이 새로운 복합체를 생산하였음을 추가로 나타내었다. 도 21a에서, 폴리(Gal-Thr)19 뮤신은 280 nm 및 580 nm에서 특징적인 밴드를 가졌다. 도 21b에 도시된 바와 같이, 콜라겐 단독에는 280 nm에서 밴드가 결여되어 있다. 그러나, 뮤신과 콜라겐이 혼합될 때, 280 nm에서 밴드가 나타난다.
도 22a, 도 22b 및 도 22c는 각각 폴리(Gal-Thr)19 뮤신, 콜라겐, 및 뮤신과 콜라겐의 혼합으로부터 형성된 하이드로겔의 표면을 도시한다. 표면 모폴로지는 원자간력 분광법에 의해 결정되었다. 순수한 뮤신 및 콜라겐 표면의 경우, 상대적으로 매끄러운 표면이 도시되어 있다. 대조적으로, 도 22c에 도시된 바와 같이, 콜라겐과 뮤신의 혼합물은 이제 명백한 미세 표면 특징에 의해 입증되는 바와 같이 새로운 초분자 복합체를 형성한다.
또 다른 실시형태에서, 합성 뮤신 및 셀룰로스의 혼합물이 제공된다. 셀룰로스의 20 중량% 수용액(중합도 221)이 제조되었다. 상청액은 20 중량% 폴리(Gal-Thr)23)-co-Cys)1의 동일 부피 용액과 혼합되어 10 중량%의 최종 뮤신 농도를 생성하였다. 도 23은 셀룰로스, 뮤신, 및 셀룰로스/뮤신 혼합물의 UV-Vis 스펙트럼을 도시한다. 새로운 흡수 피크의 출현은 새로운 초분자 복합체가 형성되었음을 나타낸다.
실험예
단계 A의 모노머 합성을 위한 절차의 실시예(아미노 기의 보호). 화합물(500)의 화합물(502)로의 전환. H2O:THF(60mL:45mL)의 용액에, 10g의 L-트레오닌을 용해시켰다. 소듐 바이카보네이트(2.2 당량 - 10g의 L-트레오닌에 대해 16g) 및 벤질 클로로포르메이트를 한 방울씩 첨가하면서 혼합물을 대략 ~700 rpm의 환경에서 빙욕 상에서 교반하였다. 이후, 반응물을 밤새 얼음 상에서 교반하였다. 반응 완료 24시간 후, THF를 증발시키고 용액을 D.I.수에 용해시키고 추출을 위해 분별 깔대기에 넣었다. 용액을 에틸 아세테이트로 2회 세척하고 유기 층을 제거하는 동안 집합적인 수성 층을 수집하고 산-염기 추출을 위해 새로운 분별 깔때기에 넣었다. 이후, 1:9 HCl:H2O(50mL:450mL) 혼합물을 제조하고 용액의 pH 수준이 2에 도달할 때까지 일부의 HCl:H2O(약 100mL)를 깔때기에 첨가하였다. 이어서, 용액을 에틸 아세테이트로 세척하였다. 유기 층을 유지하고 수성 층을 다시 2회 더 세척하여 수율을 최대화하였다. 이후, 집합적인 유기 층을 소듐 설페이트로 건조시켰다. 이어서, 합한 유기 층을 회전 증발기 상에서 건조되도록 놓고 밀봉 상태로 유지하였다. 일 실시형태에서, 하이드로겔은 6 미만의 pH에서 형성된다. 또 다른 실시형태에서, 하이드로겔은 6.8 내지 7.2의 pH에서 형성된다.
단계 B의 모노머 합성을 위한 절차의 실시예(카복실기의 보호). 화합물(502)의 화합물(504)로의 전환. 단계 A의 용액을 고진공 하에 놓고 1시간 동안 방치하였다. 이후, 고진공으로부터 혼합물을 꺼내고, MeOH:H2O의 5:1 혼합물(본 발명자들의 배취의 경우 100mL MeOH 및 20mL 물)에 용해시켰다. 그 후, 용액을 교반하면서 빙욕에 두었다. 반응 완료 후, 0.5 당량의 세슘 카보네이트를 반응 혼합물에 첨가하였다. 이어서, 용액을 제거하기 전에 30분 동안 빙욕에 방치하였다. 이후, 용액을 회전 증발기에 배치하여 메탄올을 제거하였다. 메탄올을 제거한 후, 용액을 다시 교반 플레이트에 놓고 회전시켰다. 이어서, 합한 생성물을 40mL(40 내지 50mL) N,N-다이메틸 포름아마이드(DMF)에 용해시켰다. 용해 후, 1.2 당량의 벤질 브로마이드를 교반하면서 시스템에 적가하였다. 시스템을 캡핑하고 밤새 교반하였다. 반응 완료 24시간 후, 시스템을 교반 플레이트에서 꺼내고 30분 동안 회전 증발기(70℃) 위에 놓아서 DMF를 증발시켰다. 이어서, D.I.수 및 에틸 아세테이트를 사용하여 용액을 추출하고 둘 다의 유기 층을 합하여 유지하는 것을 2회 수행하였다. 이후, 소듐 설페이트를 사용하여 생성물을 건조시켰다. 이어서, TLC 플레이트(헥산:EtOAc의 2:1 비)를 이용하여 요망되는 생성물이 존재하는지 여부를 결정하였다. 그 후, 용액을 회전 증발기에 놓아 용매를 제거하였다. 3:1 헥산:EtOAc의 혼합물을 사용하여 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제를 수행하였다. 요망되는 생성물이 나오기 시작하면, 용매의 혼합물을 2:1로 낮춘 다음 첨가하였다. 1:1의 헥산:EtOAc를 사용하여 TLC를 수행하였다.
단계 C의 모노머 합성을 위한 절차의 실시예(갈락토스 및 트레오닌의 연결). 화합물(504)의 화합물(508)로의 전환. DCE(20mL)에 용해된 1-브로모-2,3,4,6-테트라-O-아세틸-알파-D-글루코피라노시드(0.5g)의 용액에 HgBr2(0.4g)를 첨가하였다. 혼합물을 모든 고체가 용해될 때까지(암갈색이 될 때까지) 가열한 다음, 벤질 ((벤질옥시)카보닐)-L-트레오네이트(0.37g)를 첨가하였다. 혼합물을 Ar(2구 플라스크) 하에 실온에서 4시간(10g 규모에서 6시간) 동안 교반하였다. 그 후, DCE를 진공 하에 농축시켰다. 2:1 헥산:EtOAc를 사용하여 암갈색 잔류물 상에서 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제를 수행하였다. 수득된 생성물을 에틸 아세테이트(100mL)로 희석한 다음, 포화된 소듐 티오설페이트로 세척하여 HgBr2를 제거하였다(1X). 에틸 아세테이트 층을 유지하고 수성 층을 에틸 아세테이트(3×50mL)로 추가로 추출하였다. 합한 유기 층을 Na2SO4로 건조시키고, 여과한 다음, 증발시켜 27.3mg(45.0%)의 2,3,4,6-테트라-O-아세틸-알파-D-글리코피라노실-L-트레오닌 벤질 에스터를 제공하였다.
단계 D의 모노머 합성을 위한 절차의 실시예(아민 기의 탈보호). 화합물(508)의 화합물(510)로의 전환. MeOH에 용해된 2,3,4,6-테트라-O-아세틸-알파-D-글루코피라노실-L-트레오닌 벤질 에스터(1.0g)의 용액에, Pd(OH)2/C(0.1g, 10 질량%의 보호된 Thr)를 첨가하였다. 혼합물을 H2 분위기 하에 실온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응 완료 후, 반응 혼합물을 MeOH로 희석하고 25mm PTFE로 여과하여 Pd(OH)2/C를 제거하였다(검정색 모두가 제거되어야 함). 이어서, MeOH를 진공에서 농축시켰다. 에터를 첨가하여 투명한 잔류물을 결정화시켰다. EtOAc/에터(1:1) 중 2,3,4,6-테트라-O-아세틸-알파-D-글루코피라노실-L-트레오닌의 결정화에 의해 정제를 수행하여 화합물(0.50g, 75.0%)을 수득하였다.
단계 E의 모노머 합성을 위한 절차의 실시예(사이클로펜탄 형성). 화합물(510)의 화합물(512)로의 전환. 건조 THF(10mL)에 용해된 2,3,4,6-테트라-O-아세틸-알파-D-글루코피라노실-L-트레오닌(0.1g)의 용액에, 알파-피넨(0.15mL)에 이어서 트라이포스겐(0.07g)을 첨가하였다. 혼합물을 실온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응 완료 후, 반응 혼합물에서 THF를 증발시킨 다음, 잔류물을 에틸 아세테이트에 용해시키고 냉수로 세척하였다. 유기 상을 취하고 차가운 포화 소듐 바이카보네이트(1X) 및 차가운 포화 소듐 클로라이드(1X)로 세척하였다. 이어서, 합한 유기 층을 소듐 설페이트로 건조시키고 셀라이트를 통해 여과하고 에틸 아세테이트를 증발시켰다. 잔류물을 다시 에틸 아세테이트에 용해시키고, 헥산을 첨가하여 결정화시켰다. EtOAc/헥산 1:1 비 중 2,3,4,6-테트라-O-아세틸-알파-D-글루코피라노실-L-트레오닌-NCA의 결정화에 의해 정제를 수행하여 화합물(0.074g, 70%)을 수득하였다.
폴리머 합성을 위한 절차의 실시예 1. 환류 환경에서 2,3,4,6-테트라-O-아세틸-알파-D-글루코피라노실-L-트레오닌-NCA의 용액에 THF 및 LiHMDS를 70℃에서 첨가하였다. 혼합물을 8일 동안 교반하였다.
폴리머 합성을 위한 절차의 실시예 2. 교반 플레이트 상의 2,3,4,6-테트라-O-아세틸-알파-D-글루코피라노실-L-트레오닌-NCA의 용액에 DCM, HFAB, 및 LiHMDS를 실온에서 첨가하였다. 혼합물을 8일 동안 교반하였다.
폴리머 합성을 위한 절차의 실시예 3. 환류 환경에서 2,3,4,6-테트라-O-아세틸-알파-D-글루코피라노실-L-트레오닌-NCA의 용액에 THF 및 Ni를 실온에서 첨가하였다. 혼합물을 8일 동안 교반하였다.
폴리머의 탈보호를 위한 절차의 실시예. 폴리머의 용액에, 메탄올, 포화된 칼륨, 1:1 폴리머 및 물의 혼합물을 첨가하였다. 혼합물을 실온에서 48시간 동안 교반하였다. 반응 완료 후, 혼합물을 3일 동안 투석을 통해 통과시켰다. 투석 후, 혼합물을 액체 질소 하에 동결시키고 약 3일 동안 동결건조기에 두었다(완전히 건조되어야 함).
이러한 서면 설명은 실시예를 사용하여 최상의 방식을 포함하는 본 발명을 개시하고, 또한 임의의 디바이스 또는 시스템을 제조 및 사용하고 임의의 포함된 방법을 수행하는 것을 포함하여 당업자가 본 발명을 실시할 수 있게 한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 정의되고, 당업자에게 발생하는 다른 예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 예는 청구범위의 문자 그대로의 언어와 다르지 않은 구조적 요소를 갖거나 청구범위의 문자 그대로의 언어와 실질적으로 차이가 없는 등가의 구조적 요소를 포함하는 경우 청구범위의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (23)

  1. 물질의 조성물(composition of matter)로서,
    (1) 용매, 하기 구조를 갖는 제1 모노머를 포함하는 혼합물의 개환 중합을 수행하는 단계 및 이후에 (2) 적어도 하나의 P1이 제거되는 탈보호 반응을 수행하는 단계로부터 생성된 폴리머를 포함하는, 물질의 조성물:

    식 중, P1 및 P2는 보호기이고, X는 S 또는 O이고, Y는 O 또는 NH이고, R은 H 및 CH3로 이루어진 군으로부터 선택된다.
  2. 제1항에 있어서, R이 CH3인, 물질의 조성물.
  3. 제1항에 있어서, X가 O이고, Y가 O인, 물질의 조성물.
  4. 제1항에 있어서, P1 및 P2가 동일한, 물질의 조성물.
  5. 제1항에 있어서, P1 및 P2가 동일하고, 상기 탈보호 반응을 수행하는 단계가 상기 적어도 하나의 P1 및 P2 둘 다를 제거하는, 물질의 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 폴리머가 하기 구조를 갖는, 물질의 조성물:

    식 중, m은 적어도 1 내지 150 이하인 정수이다.
  7. 제6항에 있어서, X가 O이고, Y가 O인, 물질의 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 폴리머가 적어도 3 kDa 내지 20 kDa 미만의 분자량을 갖는, 물질의 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 금속 이온 및 물을 추가로 포함하고, 이에 의해 하이드로겔을 형성하는, 물질의 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 콜라겐 및 셀룰로스로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가제를 추가로 포함하는, 물질의 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 혼합물이 하기 구조를 갖는 제2 모노머를 추가로 포함하는, 물질의 조성물:

    식 중, R2는 CH(CH3)OH, CH2OH, CH3, 아이소부틸, CH2SH, 벤질, 4-메톡시벤질, 벤질옥시메틸, 9-플루오레닐메틸-옥시카보닐, 트리틸, 다이페닐메틸, 테트라하이드로피라닐, 3,4-다이메틸벤질, 메틸벤질, 1-아다만틸, 2,4,6-트라이메톡시벤질, 슈도프롤린, 4-메틸트리틸, 4-메톡시트리틸, 9H-잔텐-9-일, 4-메톡시벤질옥시메틸, 2,6-다이메톡시벤질, 4-메톡시-2-메틸벤질, 아세트아미도메틸, 5-다이벤조수베릴, 벤즈아미도메틸, 다이메틸포스피노티오일, 트라이메틸-아세트아미도메틸, 9-플루오레닐메틸, 페닐-아세트아미도메틸, CH2SSO2CH2CH3, CH2SSCH2(t-부틸), 보호된 CH2SH, 보호된 글루코스 및 보호된 갈락토스
    및 로 이루어진 군으로부터 선택된다.
  12. 제11항에 있어서, 상기 폴리머가 하기 구조를 갖는, 물질의 조성물:

    식 중, r은 제1 모노머와 제2 모노머의 랜덤 공중합을 나타내고, m 및 n은 독립적으로 선택된 1 내지 150의 정수이다.
  13. 제12항에 있어서, R2가 CH2SH이고, 상기 물질의 조성물이 하이드로겔이 되도록 상기 조성물이 금속 이온 및 물을 추가로 포함하는, 물질의 조성물.
  14. 제13항에 있어서, X가 O이고, Y가 O인, 물질의 조성물.
  15. 제11항에 있어서, X가 O이고, Y가 O이고, R2가 CH2SH인, 물질의 조성물.
  16. 물질의 조성물로서,
    순차적으로,
    (1) 용매; 의 구조를 갖는 제1 모노머; 의 구조를 갖는 제2 모노머[식 중, P1 및 P2는 보호기이고, X는 S 또는 O이고, Y는 O 또는 NH이고, R은 H 및 CH3로 이루어진 군으로부터 선택되고, R2는 보호된 CH2SH임]를 포함하는 혼합물의 개환 중합을 수행하는 단계;
    (2) 적어도 하나의 P1이 제거되고 상기 보호된 CH2SH가 탈보호되는 적어도 하나의 탈보호 반응을 수행하여 티올을 생성하는 단계;
    (3) 상기 티올을 산화시켜 상기 폴리머를 가교시킴으로써, 하이드로겔을 생성하는 단계
    로부터 생성된 폴리머를 포함하는, 물질의 조성물.
  17. 제16항에 있어서, X가 O이고, Y가 O인, 물질의 조성물.
  18. 물질의 조성물을 합성하기 위한 방법으로서,
    용매;
    하기의 구조를 갖는 제1 모노머
    를 포함하는 혼합물의 개환 중합을 수행하는 단계;
    적어도 하나의 P1이 제거되는 탈보호 반응을 수행하는 단계
    의 순차적인 단계들을 포함하는, 물질의 조성물을 합성하기 위한 방법:

    식 중, P1 및 P2는 보호기이고, X는 S 또는 O이고, Y는 O 또는 NH이고, R은 H 및 CH3로 이루어진 군으로부터 선택된다.
  19. 제18항에 있어서, P1 및 P2가 동일하고, 상기 탈보호 반응을 수행하는 단계가 적어도 하나의 P1 및 P2 둘 다를 제거하는, 방법.
  20. 제18항에 있어서, X가 O이고, Y가 O인, 방법.
  21. 제18항에 있어서, 상기 혼합물이 하기 구조를 갖는 제2 모노머를 추가로 포함하는, 방법:

    식 중, R2는 CH(CH3)OH, CH2OH, CH3, 아이소부틸, CH2SH, CH2SSO2CH2CH3, CH2SSCH2(t-부틸), 보호된 CH2SH, 보호된 글루코스 및 보호된 갈락토스 및
    로 이루어진 군으로부터 선택된다.
  22. 하기 구조를 갖는 물질의 조성물:

    식 중, m 및 n은 독립적으로 선택된 1 내지 150의 정수이고, X는 S 또는 O이고, Y는 O 또는 NH이고, R은 H 및 CH3로 이루어진 군으로부터 선택되고, R2는 CH(CH3)OH, CH2OH, CH3, CH2SH 및 아이소부틸로 이루어진 군으로부터 선택되고, r은 랜덤 공중합을 나타낸다.
  23. 하기 구조를 갖는 물질의 조성물:

    식 중, m 및 n은 독립적으로 선택된 1 내지 150의 정수이고, X는 S 또는 O이고, Y는 O 또는 NH이고, R은 H 및 CH3로 이루어진 군으로부터 선택되고, R2는 CH(CH3)OH, CH2OH, CH3, CH2SH 및 아이소부틸로 이루어진 군으로부터 선택된다.
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