超高分子量聚合物及其使用方法

背景技术：

1、眼睛抵御外部环境的第一道防线是角膜表面处被水性和粘液性泪膜屏蔽的湿润上皮细胞薄分层。眼睛的健康、持久和舒适与这些上皮细胞产生粘蛋白以形成糖萼和稳定泪膜的能力密切相关。眼睛的粘蛋白有助于眼睛表面的稳态，保持角膜和泪膜的透明度，并提供防御外来碎片(例如，病原体、毒素和颗粒)的物理屏障，同时允许选定的气体、流体、离子和营养物质快速通过。

2、角膜和结膜表达较低分子量的跨膜粘蛋白(muc1、muc4、muc16和muc20)，这些粘蛋白锚定由结膜上皮中发现的杯状细胞产生的分泌性和凝胶形成粘蛋白(muc2、muc5ac)。泪膜中存在的粘蛋白(muc1、muc2、muc4、muc5ac和muc16)一起形成凝胶层，该凝胶层用于保持眼睛表面的水合和透明度，提供润滑并抵抗眨眼期间角膜和结膜上皮之间的粘附。

3、这些粘蛋白形成了跨凝胶的水凝胶网络，称为糖萼，其稳定泪膜并防止去湿。该凝胶网络主要通过物理交联而不是化学交联进行交联。至关重要的是，粘蛋白凝胶的弱物理交联和大网孔尺寸导致具有在滑动期间本质上低的剪切应力以及低屈服应力的表面。在超过屈服应力(例如，在眨眼期间)的条件下，物理交联会动态断裂和愈合；跨越粘蛋白网络的凝胶就像机械保险丝一样作用，限制可以传递到下面的上皮细胞的潜在破坏性的应力水平。

4、表1(图1)显示了眼睛环境中发现的粘蛋白列表。这种大量的粘蛋白充当系统来创建具有有限屈服应力、剪切稀化的凝胶跨越网络，并保持跨越光学界面的光滑和均匀的膜厚度。凝胶形成和可溶性粘蛋白不是由角膜上皮细胞形成的。

5、眼睛在清醒时间期间很少休息，并且每天眨眼约20,000次。在眨眼期间，睑缘刷加速到约100mm/s的最大速度，接近下眼睑，并且然后缩回；整个过程在大约100毫秒内完成。在此活动期间眼睑应用于角膜的接触压力尚未直接测量，但被认为为约1-5kpa。

6、角膜上皮、泪膜、与眼睛表面相关的粘蛋白(包括细胞间分泌的粘蛋白muc20)和蜡状脂质层的示意图示意性地显示在图2的插图中。健康眼睛的稳态是要求跨越角膜和结膜的低剪切应力的动态平衡。这是通过保持由粘蛋白、盐、蛋白质以及大量复杂的细胞因子、趋化因子和生长因子构成的泪膜来实现的。泪膜组成的缺陷可以导致脱水和剪切应力水平升高。这两种组织都受到疼痛感受器的高度支配，并且高于生理“正常”水平的剪切应力可以产生疼痛感。泪膜(厚度约5μm)覆盖眼睛表面的角膜上皮细胞(厚度约55μm)。脂筏(厚度50-100nm)由眼睑边缘的睑板腺产生，并且被认为阻止泪膜蒸发并防止细小的灰尘和碎片进入眼睛环境。插图还说明了分泌性和凝胶形成粘蛋白以及可溶性泪膜粘蛋白的大分子量和复杂结构。角膜上皮的超微结构和分层鳞状上皮表面上微绒毛的细节增加了用于分泌膜结合粘蛋白muc1、muc4和muc16的表面积。这些粘蛋白一起锚定分泌性和可溶性粘蛋白，并形成称为糖萼的稳定泪膜并防止去湿的生物聚合物水凝胶。干眼不适可能具有涉及超过可以很好耐受的生理水平的摩擦剪切应力的潜在病因。泪膜的质量对于这两种应用都至关重要。

技术实现思路

1、本公开提供了包含至少一种类型的水溶性聚合物的组合物、制备该水溶性聚合物的方法、具有设置在其中的该水溶性聚合物的结构及其使用方法。

2、本公开提供了一种组合物，其包含：具有约10kda至10,000kda的分子量的第一水溶性聚合物，其中该第一水溶性聚合物包含多个主链单元和至少一个第一类型的粘蛋白结合单元，其中基于分子量，该主链单元占该第一水溶性聚合物的大于50％，其中基于分子量，该第一类型的粘蛋白结合单元占该第一水溶性聚合物的1个单元直至50％，其中该第一类型的粘蛋白结合单元被官能化，使得该水溶性聚合物具有改变粘蛋白聚合物、第二水溶性聚合物或其组合的水合、流变学或两者的特性，其中改变水合、流变学或两者是通过粘膜粘附、粘膜不稳定性(mucolability)、粘膜整合或其组合来实现的。

3、本公开提供了一种制备上文和本文所述的第一水溶性聚合物的合成方法，其包括：聚合主链单元和至少一个粘蛋白结合单元以形成上文和本文所述的第一水溶性聚合物。

技术特征：

1.一种组合物，其包含：具有约10kda至10,000kda的分子量的第一水溶性聚合物，其中所述第一水溶性聚合物包含多个主链单元和至少一个第一类型的粘蛋白结合单元，其中基于分子量，所述主链单元占所述第一水溶性聚合物的大于50％，其中基于分子量，所述第一类型的粘蛋白结合单元占所述第一水溶性聚合物的1个单元直至50％，其中所述第一类型的粘蛋白结合单元被官能化，使得所述水溶性聚合物具有改变粘蛋白聚合物、第二水溶性聚合物或其组合的水合、流变学或两者的特性，其中改变水合、流变学或两者是通过粘膜粘附、粘膜不稳定性、粘膜整合或其组合来实现的。

2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述主链单元包含单体单元、包含所述单体单元的共聚物或者所述单体单元和所述共聚物两者，其中所述单体单元选自由以下项组成的组：丙烯酰胺单体、甲基丙烯酰胺单体、丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸酯单体、苯乙烯单体、乙烯基吡啶单体、马来酰亚胺单体、马来酸酐衍生单体、乙烯基酯单体、乙烯基醚单体、乙烯基酰胺单体、乙烯基胺单体、乙烯基卤化物单体或这些中任一者的衍生物。

3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述主链单元包含单体单元、包含所述单体单元的共聚物或两者，其中所述单体单元选自由以下项组成的组：丙烯酰胺、n,n-二甲基丙烯酰胺、n,n-二烷基丙烯酰胺、n-烷基丙烯酰胺、n,n-二烷基甲基丙烯酰胺、n-烷基甲基丙烯酰胺、聚(乙二醇)丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)丙烯酰胺和聚(乙二醇)甲基丙烯酰胺。

4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述主链单元为n,n-二甲基丙烯酰胺。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中所述粘蛋白结合单元包含单体单元、包含所述单体单元的共聚物或两者，其中所述单体单元选自由以下项组成的组：丙烯酸、甲基丙烯酸、4-乙烯基苯甲酸、4-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、3-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、(2-(3-丙烯酰胺基丙酰胺基)苯基)硼酸(apapba)、2-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、4-乙烯基苯基硼酸、3-乙烯基苯基硼酸、2-乙烯基苯基硼酸、2-(吡啶-2-基二硫烷基)甲基丙烯酸乙酯、吡啶基二硫化物丙烯酸乙酯、吡啶基二硫化物乙基丙烯酰胺基、吡啶基二硫化物烷基(例如，乙基)甲基丙烯酰胺基、2-(吡啶-2-基二硫烷基)丙烯酸乙酯、2-(吡啶-2-基二硫烷基)乙基丙烯酰胺基、2-(吡啶-2-基二硫烷基)甲基丙烯酸乙酯或2-(吡啶-2-基二硫烷基)甲基丙烯酸乙酯、n-(2-(三苯甲基硫基)乙基)丙烯酰胺、包含一个或多个硼酸基团的单体、含有一个或多个二硫化物形成基团的单体、这些中每一者的卤化形式或者这些中任一者的衍生物或这些中任一者的共聚物。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中所述粘蛋白结合单元包含单体单元、包含所述单体单元的共聚物或两者，其中所述单体单元包含选自由以下项组成的组的官能团：硼酸基团、羧酸酯基团、羧酸基团、氢键基团、疏水基团、1,2-二醇基团、1,3-二醇基团、能够形成二硫键的基团或这些中任一者的衍生物。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的组合物，其中所述第一水溶性聚合物包含第二类型的粘蛋白结合单元，其中所述第二类型的粘蛋白结合单元包含单体单元、包含所述单体单元的共聚物或两者，其中所述单体单元选自由以下项组成的组：丙烯酸、甲基丙烯酸、4-乙烯基苯甲酸、4-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、3-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、(2-(3-丙烯酰胺基丙酰胺基)苯基)硼酸(apapba)、2-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、4-乙烯基苯基硼酸、3-乙烯基苯基硼酸、2-乙烯基苯基硼酸、2-(吡啶-2-基二硫烷基)甲基丙烯酸乙酯、吡啶基二硫化物丙烯酸乙酯、吡啶基二硫化物乙基丙烯酰胺基、吡啶基二硫化物烷基(例如，乙基)甲基丙烯酰胺基、2-(吡啶-2-基二硫烷基)丙烯酸乙酯、2-(吡啶-2-基二硫烷基)乙基丙烯酰胺基、2-(吡啶-2-基二硫烷基)甲基丙烯酸乙酯或2-(吡啶-2-基二硫烷基)甲基丙烯酸乙酯、n-(2-(三苯甲基硫基)乙基)丙烯酰胺、包含一个或多个硼酸基团的单体、含有一个或多个二硫化物形成基团的单体、这些中每一者的卤化形式或者这些中任一者的衍生物或这些中任一者的共聚物，其中所述第一类型的粘蛋白结合单元不同于所述第二类型的粘蛋白结合单元。

8.根据权利要求7所述的组合物，其中所述第一水溶性聚合物包含第三类型的粘蛋白结合单元，其中所述第三类型的粘蛋白结合单元包含单体单元、包含所述单体单元的共聚物或两者，其中所述单体单元选自由以下项组成的组：丙烯酸、甲基丙烯酸、4-乙烯基苯甲酸、4-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、3-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、(2-(3-丙烯酰胺基丙酰胺基)苯基)硼酸(apapba)、2-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、4-乙烯基苯基硼酸、3-乙烯基苯基硼酸、2-乙烯基苯基硼酸、2-(吡啶-2-基二硫烷基)甲基丙烯酸乙酯、吡啶基二硫化物丙烯酸乙酯、吡啶基二硫化物乙基丙烯酰胺基、吡啶基二硫化物烷基(例如，乙基)甲基丙烯酰胺基、2-(吡啶-2-基二硫烷基)丙烯酸乙酯、2-(吡啶-2-基二硫烷基)乙基丙烯酰胺基、2-(吡啶-2-基二硫烷基)甲基丙烯酸乙酯或2-(吡啶-2-基二硫烷基)甲基丙烯酸乙酯、n-(2-(三苯甲基硫基)乙基)丙烯酰胺、包含一个或多个硼酸基团的单体、含有一个或多个二硫化物形成基团的单体、这些中每一者的卤化形式或者这些中任一者的衍生物或这些中任一者的共聚物，其中所述第一类型的粘蛋白结合单元不同于所述第二类型的粘蛋白结合单元，其中所述第二类型的粘蛋白结合单元不同于包含一个或多个吡啶基二硫化物基团或这些中任一者的衍生物的所述第三类型的粘蛋白结合单元单体。

9.根据权利要求8所述的组合物，其中基于分子量，所述第一类型的粘蛋白结合单元占所述第一水溶性聚合物的1个官能单元至约5％；其中基于分子量，所述第二类型的粘蛋白结合单元占所述第一水溶性聚合物的1个官能单元至约5％；其中基于分子量，所述第三类型的粘蛋白结合单元占所述第一水溶性聚合物的1个官能单元至约5％。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的组合物，其中所述第一水溶性聚合物具有线性或非线性的结构，其中所述非线性结构选自由以下项组成的组：星状、支化、超支化、环状、图形共聚物或瓶刷状。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的组合物，其中所述第一类型的粘蛋白结合单元仅位于所述第一水溶性聚合物的一个或两个末端。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的组合物，其中所述第一水溶性聚合物为嵌段共聚物。

13.根据权利要求1至11中任一项所述的组合物，其中所述第一水溶性聚合物为无规共聚物。

14.根据权利要求1至11中任一项所述的组合物，其中所述第一水溶性聚合物为统计共聚物。

15.根据权利要求1至11中任一项所述的组合物，其中所述第一水溶性聚合物为交替共聚物。

16.根据权利要求1至11中任一项所述的组合物，其中所述第一水溶性聚合物为梯度共聚物。

17.根据权利要求12所述的组合物，其中所述嵌段共聚物为ab二嵌段共聚物或aba三嵌段共聚物，任选地其中所述粘蛋白结合单元被隔离在所述ab二嵌段共聚物的a嵌段或所述aba三嵌段共聚物的a嵌段上。

18.根据权利要求1所述的组合物，其中所述第一水溶性聚合物具有以下化学结构：其中单元a为所述主链单元，并且基于分子量，m大于所述第一水溶性聚合物的50％，其中单元b为所述第一类型的粘蛋白结合单元，并且基于分子量，n为所述第一水溶性聚合物的1个单元至约50％，

19.根据权利要求1所述的组合物，其中所述第一水溶性聚合物具有以下化学结构：其中单元a为所述主链单元，并且基于分子量，m大于所述第一水溶性聚合物的50％，其中单元b为所述第一类型的粘蛋白结合单元，并且基于分子量，n为所述第一水溶性聚合物的1个单元至约50％，其中单元c为所述第二类型的粘蛋白结合单元，并且基于分子量，o为所述第一水溶性聚合物的1个单元至约50％，其中单元a和单元b彼此不同，

20.根据权利要求19所述的组合物，其中单元a、单元b和单元c彼此不同。

21.根据权利要求1所述的组合物，其中所述第一水溶性聚合物具有如下所示的化学结构：其中单元a为所述主链单元，并且基于分子量，m大于所述第一水溶性聚合物的50％，其中单元b为所述第一类型的粘蛋白结合单元，并且基于分子量，n为所述第一水溶性聚合物的1个单元至约50％，其中单元c为所述第二类型的粘蛋白结合单元，并且基于分子量，o为所述第一水溶性聚合物的1个单元至约50％，其中单元d为所述第二类型的粘蛋白结合单元，并且基于分子量，o为所述第一水溶性聚合物的1个单元至约50％，其中单元a和单元b彼此不同，

22.根据权利要求21所述的组合物，其中单元a、单元b、单元c和单元d彼此不同。

23.根据权利要求1至22中任一项所述的组合物，其中所述第一水溶性聚合物具有约100kda至10,000kda的分子量。

24.一种制备根据权利要求1至23所述的第一水溶性聚合物的合成方法，其包括：聚合主链单元和至少一个粘蛋白结合单元以形成根据权利要求1至23所述的第一水溶性聚合物。

25.根据权利要求24所述的方法，其中聚合为阳离子聚合、阴离子聚合、开环聚合或配位聚合。

26.根据权利要求24所述的方法，其中聚合为自由基聚合、常规自由基聚合、可逆去活化自由基聚合、可逆加成-断裂链转移(raft)聚合、通过黄原酸酯交换的大分子设计(madix)聚合、光引发转移终止剂聚合、原子转移自由基聚合(atrp)或稳定自由基聚合(sfrp)，或者任选地，聚合为可逆加成-断裂链转移(raft)聚合、光引发转移终止剂聚合或通过黄原酸酯交换的大分子设计(madix)聚合。

27.根据权利要求24至26中任一项所述的方法，其中所述主链单元包含所述单体单元并且选自由以下项组成的组：丙烯酰胺单体、甲基丙烯酰胺单体、丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸酯单体、苯乙烯单体、乙烯基吡啶单体、马来酰亚胺单体、马来酸酐衍生单体、乙烯基酯单体、乙烯基醚单体、乙烯基酰胺单体、乙烯基胺单体、乙烯基卤化物单体或这些中任一者的衍生物。

28.根据权利要求24至26中任一项所述的方法，其中所述主链单元选自由以下项组成的组：丙烯酰胺、n,n-二甲基丙烯酰胺、n,n-二烷基丙烯酰胺、n-烷基丙烯酰胺、n,n-二烷基甲基丙烯酰胺、n-烷基甲基丙烯酰胺、聚(乙二醇)丙烯酸酯(例如，低聚(乙二醇)丙烯酸酯)、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯(例如，低聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯)、聚(乙二醇)丙烯酰胺(例如，低聚(乙二醇)丙烯酰胺)和聚(乙二醇)甲基丙烯酰胺(例如，低聚(乙二醇)甲基丙烯酰胺)。

29.根据权利要求24至28中任一项所述的方法，其中所述粘蛋白结合单元包含单体单元、包含所述单体单元的共聚物或两者，其中所述单体单元包含选自由以下项组成的组的官能团：硼酸基团、羧酸酯基团、羧酸基团、氢键基团、疏水基团、1,2-二醇基团、1,3-二醇基团、能够形成二硫键的基团或这些中任一者的衍生物。

30.根据权利要求24至28中任一项所述的方法，其中所述粘蛋白结合单元选自由以下项组成的组：丙烯酸、甲基丙烯酸、4-乙烯基苯甲酸、4-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、3-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、(2-(3-丙烯酰胺基丙酰胺基)苯基)硼酸(apapba)、2-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、4-乙烯基苯基硼酸、3-乙烯基苯基硼酸、2-乙烯基苯基硼酸、2-(吡啶-2-基二硫烷基)甲基丙烯酸乙酯、吡啶基二硫化物丙烯酸乙酯、吡啶基二硫化物乙基丙烯酰胺基、吡啶基二硫化物烷基(例如，乙基)甲基丙烯酰胺基、2-(吡啶-2-基二硫烷基)丙烯酸乙酯、2-(吡啶-2-基二硫烷基)乙基丙烯酰胺基、2-(吡啶-2-基二硫烷基)甲基丙烯酸乙酯或2-(吡啶-2-基二硫烷基)甲基丙烯酸乙酯、n-(2-(三苯甲基硫基)乙基)丙烯酰胺、包含一个或多个硼酸基团的单体、含有一个或多个二硫化物形成基团的单体、这些中每一者的卤化形式或者这些中任一者的衍生物或这些中任一者的共聚物。

31.根据权利要求24至28中任一项所述的方法，其中所述粘蛋白结合单元包含选自由以下项组成的组的官能团：硼酸基团、羧酸酯基团、羧酸基团、氢键基团、疏水基团、1,2-二醇基团、1,3-二醇基团和能够形成二硫键的基团。

32.根据权利要求24至31中任一项所述的方法，其中所述粘蛋白结合单元或粘蛋白结合单元的组合通过共聚物单元的后聚合反应掺入到所述共聚物中。

技术总结
本公开提供了包含至少一种类型的水溶性聚合物的组合物、制备所述水溶性聚合物的方法、具有设置在其中的所述水溶性聚合物的结构及其使用方法。本公开的水溶性聚合物可以用于粘蛋白化网络和表面的功能生物特性的胶凝和恢复。

技术研发人员：库伦·L·戴维森,华莱士·G·索耶,布兰特·S·萨默林,胡安·M·乌鲁埃尼亚·瓦尔加斯
受保护的技术使用者：佛罗里达大学研究基金会公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10