专利名称：用于药物递送的生物可降解的嵌段聚合物及其相关方法
用于药物递送的生物可降解的嵌段聚合物及其相关方法背景本发明涉及生物可降解的嵌段聚合物，更具体而言，涉及用生物活性物质形成的其装载胶束，用于药物递送。大多数临床所用的药物是低分子量的多聚化合物(〈500道尔顿)，其在血流中表现出短的半衰期和高的清除速率。这些小分子通过机体快速分布到健康和患病组织中，通常导致严重的副作用。而且，这些治疗剂具有有限的溶解度和稳定性并且它们通常有毒，制备有效的药物递送体系以克服具有重要意义的这些运输问题。聚合物治疗(包括聚合药 物、聚合药物结合物、聚合物-蛋白质结合物、聚合物-DNA结合物和药物与之共价结合或物理性掺入的聚合胶束)是正在进行的研究领域。最广泛研究的递送剂是由嵌段共聚物产生的超分子结构，其中一种嵌段在水中被选择性地溶剂化。这些胶束形成能掩蔽疏水性装载物的核-壳或分区形态，通常直径为数十个纳米并且具有相对窄的粒度分布。对于基于药物被非共价捕获入核-壳结构的超分子药物递送系统而言，主要障碍是在高度稀释和低载药量时聚合物胶束缺乏稳定性。已经通过使预混胶束的核或壳交联或者通过促进嵌段之间的非共价相互作用、包括例如带有相反电荷的嵌段离聚物之间的聚电解质复合、立体复合(stereocomplexation)或氢键合的结构设计改善了稳定性。尽管化学交联改善了稳定性，但是该方法对于客分子的包封或对于生物可降解性不是最佳的。此外，非共价相互作用还可用于增强载体-装载物复合物，从而改善装载水平和减缓装载物释放动力学。例如，形成离子对复合物的铵离子和羧酸阴离子之间的相互作用是分子识别过程的一种重要类型。这种酸-碱基元已经被开发用于凝胶的超分子组装，控制二嵌段共聚物自组装以形成结构域模式、小分子混合物、界面、表面活性剂/聚合物/树枝状聚合物超分子复合物、液晶/聚合物复合物、热敏凝胶等。疏水药物分子(R1-COOH)和聚合物片段(NH2-R2)之间的特定的酸-碱相互作用改善了水性介质中嵌段共聚物胶束的载药量。类似地，在核上具有酸官能团的核/壳胶束掩蔽了高装载水平的D0X，但是不幸地是，DOX分子必须通过酸基团而化学连接到核上，这在癌症治疗中没有表现出生物活性。类似地，另一种非共价相互作用——立体复合——已经用于显著支持药物装载以及控制释放速率。在超稀释(ultradilute)条件下的胶束稳定性和增加的装载物-载体装载水平对于药物递送系统仍然是重要挑战。概述因此，在一项实施方案中，公开了生物可降解的嵌段共聚物，其包含亲水嵌段，衍生自聚醚醇；和疏水嵌段，包含通过由聚醚醇引发第一种环状羰基单体进行开环聚合而产生的第一种重复单元，所述第一种重复单元包含含有选自脲基团、羧酸基团及其混合物的官能团的侧链部分；其中疏水嵌段的侧链不包含共价结合的生物活性物质，并且嵌段共聚物在水中自组装形成适于通过非共价相互作用掩蔽生物活性物质的胶束，并且其中嵌段共聚物按照ASTM D6400在180天内生物降解60%。在另ー项实施方案中公开了形成生物可降解的嵌段聚合物的方法，该方法包括通过由聚醚醇引发第一种环状羰基单体进行开环聚合而形成嵌段共聚物，其中嵌段共聚物包含亲水嵌段和疏水嵌段，亲水嵌段衍生自聚醚醇，疏水嵌段包含含有侧链的第一种重复単元，所述侧链包含选自脲基团、羧酸基团及其混合物的官能团；其中疏水嵌段不包含含有共价结合的生物活性物质的侧链，嵌段共聚物形成在水中适于通过非共价相互作用掩蔽生物活性物质的胶束，并且嵌段共聚物按照ASTM D6400在180天内生物降解60%。在另ー项实施方案中公开了胶束，其包含
生物可降解的第一种嵌段共聚物，所述第一种嵌段共聚物包含亲水嵌段，衍生自聚醚醇；和疏水嵌段，包含通过由聚醚醇引发第一种环状羰基单体进行开环聚合而产生的第一种重复単元，所述第一种重复単元包含含有选自脲基团、羧酸基团及其混合物的官能团的侧链；其中疏水嵌段的侧链不包含共价结合的生物活性物质，嵌段共聚物适于通过非共价相互作用掩蔽生物活性物质，并且嵌段共聚物按照ASTM D6400在180天内生物降解60%。在另ー项实施方案中公开了处置细胞的方法，该方法包括使细胞与包含装载胶束的纳米粒的水性混合物接触,所述装载胶束包含生物可降解的第一种嵌段共聚物，所述第一种嵌段共聚物包含亲水嵌段，衍生自聚醚醇；和疏水嵌段，包含通过由聚醚醇引发第一种环状羰基单体进行开环聚合而产生的第一种重复単元，其中所述第一种重复単元包含含有选自脲基团、羧酸基团及其混合物的官能团的侧链；和生物活性物质； 其中第一种嵌段共聚物适于通过非共价相互作用掩蔽生物活性物质，疏水嵌段的侧链没有与生物活性物质共价结合，并且第一种嵌段共聚物按照ASTM D6400在180天内生物降解60%。上述的和其它的本发明的特征和优点将被本领域技术人员根据以下详细描述、附图和所附权利要求书而认识和理解。数份附图的简述图IA是被保护的嵌段共聚物实施例3的1H NMR光谱。图IB是实施例3在苄基酯基团氢解成羧酸后的1H NMR光谱。图2是由三嵌段共聚物实施例7制成的装载DOX的胶束的电子透射显微(TEM)图。图3是显示实施例5至8的DOX释放曲线的图。图4A是显示H印G2细胞存活作为由聚合物实施例5至8形成的空白胶束的浓度的函数的图。图4B是显示H印G2细胞存活作为由聚合物实施例5至8形成的装载DOX的胶束的浓度的函数的图。图5 是将实施例 11 ([P(MTCOEta8-I-MTCUci 2)] (5k_5k))与 PEG 单甲醚 MPEGl (5k)比较的GPC色谱图。
图6是比较用实施例12、13和CEx. 2形成的胶束的动态光散射结果的图。图7 是显示实施例 13、即 MPEGl-b-[P (MTCOEta8_MTCUQ.2) ] (5k_3k)的载药胶束(在图7中标为P+D的图形)与用实施例13形成的未装载聚合物胶束(在图7中标为P的图形)的粒度和粒度分布的图。不含脲基团的CEx. 4、即MPEGl-b-[P (TMC) ] (5k-3k)制备的未装载胶束的粒度在直径上约为24nm(在图7中标为P’的图形)，而由CEx. 4、即MPEGl-b-[P (TMC) ] (5k-3k)制备的载药胶束的粒度大得多，为约430nm(在图7中标为P’+D的图形)。
图8是显示药物装载与用具有不同脲含量的MPEGl-b_[P (MTCOEt1^-MTCUx)]嵌段共聚物(实施例12、13和CEx. 2，分别具有x=0. 4,0. 2和0. 0，各自具有的疏水嵌段Mn为3000)制备的载药胶束的粒度之间关系的图。图9是显示MCF7人乳癌细胞在与CEx. 4 (f = 0)、实施例13 (f = 0. 2)和实施例12 (f = 0. 4)孵育后的存活条形图。
图10是显示BT474人乳癌细胞系与CEx. 4 (f = 0)、实施例13 (f = 0. 2)和实施例12 (f = 0.4)的存活条形图。详述公开了生物可相容和生物可降解的嵌段共聚物，其形成在水中适于通过非共价相互作用掩蔽生物活性物质(在本文中还称为生物活性物质)的胶束。嵌段聚合物包含含有聚醚主链的亲水嵌段；和疏水嵌段，包含通过第一种环状羰基单体进行开环聚合而产生的第一种重复单元，所述第一种环状羰基单体包含含有选自脲基团、羧酸基团及其混合物的官能团的侧基。疏水嵌段没有与任何侧链共价结合的生物活性物质(例如药物、肽、核苷酸或能够与一些细胞特异性相互作用的物质)。嵌段共聚物是单分散的、两亲性的，表现出0%至20%的细胞毒性，更特别是没有细胞毒性。术语“生物可降解”由美国试验与材料协会定义为由生物活性、特别是酶作用引起的降解，导致物质的化学结构显著改变。对于本文的目的，如果物质按照ASTM D6400在180天内经历60%生物降解，则它是“生物可降解”的。更具体而言，嵌段共聚物包含衍生自聚醚醇的亲水嵌段，所述聚醚醇可以是二元醇或一元醇。聚醚醇用于引发一种或多种环状碳酸酯单体进行开环聚合，以形成疏水嵌段。疏水嵌段可以由含有选自脲基团、羧酸基团及其混合物的官能团的第一种环状羰基单体产生。潜在羧酸基团是在不降解主链的情况下在开环聚合后能够转化为羧酸基团的酯基团。例如，潜在羧酸基团可以是被保护的酯，其可以在开环聚合后脱保护。更具体而言，疏水嵌段还包含由不包含任意一种如下官能团的第二种环状羰基单体产生的第二种重复单元羧酸基团、潜在羧酸基团或脲基团。环状羰基单体的组合提供了对疏水性、嵌段共聚物的自缔合行为以及嵌段共聚物与生物活性“装载”物质如药物的非共价结合相互作用的控制。因此，可以设计嵌段共聚物以获得特定的胶束形成性质或调节在装载和/或释放特定生物活性物质中牵涉的非共价结合相互作用。如果需要的话，第一种环状羰基单体还可以含有脲基团和潜在羧酸基团两者。脲基团可以通过分叉的氢键合而结合，氢键强度超出酰胺和乌拉坦的氢键强度。与常规的A-B配对(即脲与不同官能团如酮相互作用)相比，脲自识别(即脲官能团与其它脲官能团相互作用(A-A体系))简化了合成方法。脲还可以与羧化物衍生物和它们的等排物(例如磺酸酷、膦酸酯和磷酸酯)非共价结合以改善胶束稳定性和药物装载。在水性溶液中，嵌段共聚物可逆性地自缔合以形成临界胶束浓度(CMC)比由缺少侧基脲和/或羧酸基团的嵌段共聚物形成的胶束低的纳米尺寸的胶束。嵌段共聚物可以单独用于形成同胶束(homo-micelles)，或者组合形成混合胶束。具体而言，含有羧酸的嵌段共聚物可用干与含有脲的嵌段共聚物形成混合胶束。可以通过配方而非改变合成来有利地调整混合胶束的脲和羧酸摩尔分数，从而优化胶束形成组合物的药物装载、链聚集数、临界胶束浓度和药物释放形式。嵌段共聚物可逆地与装载物质缔合以形成纳米尺寸的装载胶束。已经获得了低分子量装载物(Mn〈300道尔顿)的高装载量。出人意料的是，在载药量基于装载胶束的干重量计为约IOwt. %至40wt. %吋，装载胶束(还称为嵌段共聚物-装载物结合物)的平均尺寸为约lOOnm。形成胶束的嵌段共聚物具有下列通式(I)
A’-b_[P (单体 1， )] (I)其中A’表示衍生自聚醚醇的亲水嵌段，“-b_”表示嵌段边界，[P(単体1，...)]表示通过ー个或多个环状羰基单体进行开环聚合而形成的疏水嵌段。括号“[]”表示疏水嵌段，“PO”表示刮弧内包含的一种或多种环状羰基单体的开环聚合。疏水嵌段可以包含包括由单ー环状羰基单体形成的均聚物、由两种或更多种环状羰基単体形成的无规共聚物(通过分离式(I)中単体名称的“-r”表示)、由两种或更多种环状羰基単体形成的嵌段共聚物(通过分离所述两种或更多种环状羰基単体的“-b_”表示)或其混合物的聚合物链。即，疏水嵌段自身可以包括这些聚合链类型的任意一种或其混合物。例如，下文进ー步描述的嵌段共聚物以式MPEGl-b-[P(MTCOEt-r_MT⑶)]表示，其中亲水嵌段衍生自聚(こニ醇)单甲醚(MPEGl)，疏水嵌段由衍生自具有以下结构的两种环状羰基单体MTCOEt和MT⑶的无规共聚物组成
权利要求
1.生物可降解的嵌段共聚物，包含 亲水嵌段，衍生自聚醚醇；和 疏水嵌段，包含通过由聚醚醇引发第一种环状羰基单体进行开环聚合而产生的第一种重复单元，所述第一种重复单元包含含有选自脲基团、羧酸基团及其混合物的官能团的侧链部分； 其中疏水嵌段的侧链不包含共价结合的生物活性物质，并且嵌段共聚物在水中自组装形成适于通过非共价相互作用掩蔽生物活性物质的胶束，并且其中嵌段共聚物按照ASTMD6400在180天内生物降解60%。
2.权利要求I的嵌段聚合物，其中疏水嵌段包含选自聚酯、聚碳酸酯及其组合的主链。
3.权利要求I的嵌段聚合物，其中疏水嵌段包含第一种重复单元的均聚物。
4.权利要求I的嵌段聚合物，其中疏水嵌段包含由第二种环状羰基单体进行开环聚合而产生的第二种重复单元，其中第一种重复单元包含脲基团，第二种重复单元包含羧酸基团。
5.权利要求4的嵌段共聚物，其中疏水嵌段包含由包含第一种环状羰基单体和第二种环状羰基单体的混合物进行开环聚合而产生的无规共聚物链。
6.权利要求4的嵌段共聚物，其中疏水嵌段由第一种环状羰基单体、然后是第二种环状羰基单体依次开环聚合而产生。
7.权利要求6的嵌段共聚物，其中疏水嵌段由第二种环状羰基单体、然后是第一种环状羰基单体依次开环聚合而产生。
8.权利要求I的嵌段共聚物，其中聚醚醇是式(3)的单末端衍生化聚(亚烷基二醇) Z，- [CH2 (CHR5) xCHR50] n-H (3) 其中X是O至8，R5各自是独立地选自氢、含有I至30个碳的烷基和含有6至30个碳的芳基的单价基团；下标η是2至10000的整数；且Ζ’是含有2至100个碳的单价基团，包括聚(亚烷基二醇)的末端重复单元。
9.权利要求I的嵌段共聚物，其中亲水嵌段包含含有与特定细胞类型相互作用的部分的衍生化末端单元。
10.权利要求9的嵌段共聚物，其中衍生化末端单元包含具有以下结构的半乳糖部分
11.权利要求I的嵌段共聚物，其中疏水嵌段作为包含2至100个碳的酯进行封端。
12.权利要求I的嵌段共聚物，其中嵌段共聚物是两亲性的，并且在水中自组装形成在pH为5. O至8. O时具有IOnm至500nm平均粒度的纳米粒。
13.权利要求I的嵌段聚合物，其中第一种环状羰基化合物是式(5)化合物
14.权利要求I的嵌段共聚物，其中第一种环状羰基化合物是式(6)化合物
15.权利要求I的嵌段共聚物，其中第一种环状羰基化合物是式(7)化合物
16.权利要求I的嵌段共聚物，其中第一种环状羰基化合物是式(8)化合物
17.权利要求I的嵌段共聚物，其中第一种环状羰基单体是
18.形成生物可降解的嵌段聚合物的方法，该方法包括 通过由聚醚醇引发第一种环状羰基单体进行开环聚合而形成嵌段共聚物，其中嵌段共聚物包含亲水嵌段和疏水嵌段，亲水嵌段衍生自聚醚醇，疏水嵌段包含第一种重复单元，所述第一种重复单元包含含有选自脲基团、羧酸基团及其混合物的官能团的侧链； 其中疏水嵌段不包含含有共价结合的生物活性物质的侧链，嵌段共聚物形成在水中适于通过非共价相互作用掩蔽生物活性物质的胶束，并且嵌段共聚物按照ASTM D6400在180天内生物降解60%。
19.权利要求18的方法，还包括使亲水嵌段的末端单元衍生化，其中衍生化末端单元包含能够与特定细胞类型相互作用的部分。
20.权利要求19的方法，其中衍生化末端单元包含用于与肝细胞相互作用的半乳糖部分。
21.权利要求19的方法，还包括将疏水嵌段的任意侧链潜在羧酸转化为羧酸。
22.胶束，包含 生物可降解的第一种嵌段共聚物，所述第一种嵌段共聚物包含亲水嵌段，衍生自聚醚醇；和疏水嵌段，包含通过由聚醚醇引发第一种环状羰基单体进行开环聚合而产生的第一种重复单元，所述第一种重复单元包含含有选自脲基团、羧酸基团及其混合物的官能团的侧链；其中疏水嵌段的侧链不包含共价结合的生物活性物质，嵌段共聚物适于通过非共价相互作用掩蔽生物活性物质，并且嵌段共聚物按照ASTM D6400在180天内生物降解60%。
23.权利要求22的胶束，其中胶束在pH为5.O至8. O的水性溶液中具有IOnm至250nm的平均粒度。
24.权利要求22的胶束，其中第一种嵌段共聚物的临界胶束浓度为O.01至300mg/L。
25.权利要求22的胶束，其中亲水嵌段包含含有与特定细胞类型相互作用的部分的衍生化末端单元。
26.权利要求22的胶束，其中胶束的细胞毒性为0%至15%。
27.权利要求22的胶束，其中疏水嵌段包含侧链脲基团。
28.权利要求22的胶束，其中疏水嵌段由以下化合物开环聚合而产生
29.权利要求22的胶束，其中胶束是装载胶束，其基于装载胶束的总干重量计算包含5wt. %至50wt. %的非共价结合的生物活性物质。
30.权利要求29的胶束，其中非共价结合的生物活性物质选自基因、核苷酸、蛋白质、肽、药物及其组合。
31.权利要求22的胶束，还包含生物可降解的第二种嵌段共聚物，其中第二种嵌段共聚物包含第二种亲水嵌段，衍生自第二种聚醚醇；和第二种疏水嵌段，通过由第二种聚醚 醇引发第二种环状羰基单体进行开环聚合而产生；其中第二种疏水嵌段的侧链不包含共价结合的生物活性物质，第二种嵌段共聚物包含含有侧链羧酸基团的第二种疏水嵌段，并且第二种嵌段共聚物按照ASTM D6400在180天内生物降解60%。
32.处置细胞的方法，该方法包括 使细胞与包含装载胶束的纳米粒的水性混合物接触，所述装载胶束包含 生物可降解的第一种嵌段共聚物，所述第一种嵌段共聚物包含亲水嵌段，衍生自聚醚醇；和疏水嵌段，包含通过由聚醚醇引发第一种环状羰基单体进行开环聚合而产生的第一种重复单元，其中第一种重复单元包含含有选自脲基团、羧酸基团及其混合物的官能团的侧链；和 生物活性物质； 其中第一种嵌段共聚物适于通过非共价相互作用掩蔽生物活性物质，疏水嵌段的侧链没有与生物活性物质共价结合，并且第一种嵌段共聚物按照ASTM D6400在180天内生物降解 60%。
33.权利要求34的方法，其中生物活性物质是药物。
34.权利要求34的方法，其中所述接触是体外、离体或体内的。
35.权利要求34的方法，其中装载胶束的细胞毒性为0%至20%。
36.生物可降解的嵌段共聚物，包含 亲水嵌段，包含与疏水嵌段连接的聚醚主链；疏水嵌段，包含第一种重复单元，所述第一种重复单元包含i)选自酯、碳酸酯、氨甲酸酯、脲、硫代氨甲酸酯、硫代碳酸酯和二硫代碳酸酯的第一种主链官能团和ii)第一种侧链，所述第一种侧链包含选自脲基、羧酸基团及其混合物的官能团；其中疏水嵌段的侧链不包含共价结合的生物活性物质，并且嵌段共聚物在水中自组装形成适于通过非共价相互作用掩蔽生物活性物质的胶束。
37.权利要求36的嵌段共聚物，其中嵌段共聚物按照ASTMD6400在180天内生物降解60%。
38.权利要求36的嵌段共聚物，其中亲水嵌段包含含有与特定细胞类型相互作用的部分的末端单元。
39.权利要求38的嵌段共聚物，其中末端单元包含具有以下结构的半乳糖部分
40.包含权利要求36的生物可降解的嵌段共聚物的水性胶束。
41.权利要求40的胶束，其中胶束是装载胶束，其基于装载胶束的总干重量计算包含5wt. %至50wt. %的非共价结合的生物活性物质。
42.权利要求40的胶束，还包含生物可降解的第二种嵌段共聚物，其中第二种嵌段共聚物包含亲水嵌段，包含与疏水嵌段连接的聚醚主链；和疏水嵌段，包含重复单元，所述重复单元包含i)选自酯、碳酸酯、氨甲酸酯、脲、硫代氨甲酸酯、硫代碳酸酯和二硫代碳酸酯的主链官能团和ii)包含羧酸基团的侧链；其中第二种嵌段共聚物的疏水嵌段的侧链不包含共价结合的生物活性物质。
43.权利要求41的胶束，其中第二种嵌段共聚物按照ASTMD6400在180天内生物降解60%。
44.处置细胞的方法，该方法包括使细胞与包含权利要求41的装载胶束的纳米粒的水性混合物接触。
45.权利要求18的方法，其中开环聚合是通过有机催化剂催化的。
全文摘要
本发明公开了生物可降解的嵌段共聚物，包含亲水嵌段，衍生自聚醚醇；和疏水嵌段，包含通过由聚醚醇引发第一种环状羰基单体进行开环聚合而产生的第一种重复单元，所述第一种重复单元包含含有选自脲基团、羧酸基团及其混合物的官能团的侧链部分。疏水嵌段的侧链不包含共价结合的生物活性物质。嵌段共聚物在水中自组装形成适于通过非共价相互作用掩蔽生物活性物质的胶束，并且嵌段共聚物按照ASTM D6400在180天内生物降解60%。
文档编号C08G64/18GK102770477SQ201080064620
公开日2012年11月7日 申请日期2010年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者A·尼尔森, J·L·海德里克, 杨义燕, 杨川 申请人:国际商业机器公司, 新加坡科技研究局