专利名称：聚乙二醇1000维生素e琥珀酸酯修饰的嵌段共聚物及其制备方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明属于生物医用材料技术领域，涉及一种聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修 饰的己内酯_乳酸_羟基乙酸的嵌段共聚物及其应用。
背景技术：
用生物降解聚合物来控制释放活性药物和其它治疗化合物的概念已经出现并在 近20年来得到迅速发展。聚乳酸(PLA)，聚羟基乙酸(PGA)和聚己内酯(PCL)是其中最为 重要的三种可降解的生物材料。由于它们可以被水解，或被酶、微生物促进降解，从而引起 分子量下降、失去强度，以致最终降解成为小分子、单体，或成为二氧化碳和水。采用这样的 材料作为药物载体，可以实现对药物的长期控制释放和恒速释放，以及对生物活性物质的 活性保持等。更为重要的是，这些材料具有良好的生物相容性，当聚合物被体液浸蚀时会分 解成无毒产物，最终会通过柠檬酸循环从体内除去。药物从这些聚合物中释放出来通常可 以通过以下两种方式实现其一，药物分子从植入表面中释放时产生的扩散；其二，药物通 过聚合物主链骨架的开裂降解，而发生随后的释放。PLA、PGA和PCL在生物医学领域已有广泛的应用，具有各自的优点和缺点。聚乳 酸属α-聚酯类，有三种异构体(PDLA、PLLA、PDLLA)，在体内降解生成乳酸，是糖的代谢产 物，可通过模塑、挤压、溶剂浇铸等技术加工成各种结构形状。因其降解产物无毒及良好的 生物相容性，PLA已被美国食品与药品管理局(FDA)批准广泛用作医用缝线、暂时性支架和 药物控释载体。但因PLA结构中缺乏亲水性基团而使其材料表面产生了强疏水性，严重地 影响了它与细胞的亲和性；同时，由于PLA结构中缺乏可供共价引入多肽、胶原等生物活性 分子的活性基团，使其不能成为真正的具有生物专一性的生物活性材料；此外，PLA降解过 程中产生的局部酸性积累可导致PLA植入部位出现非感染性炎症，甚至局部严重积水。聚 ε -己内酯(PCL)具有优良的药物透过性、优异的生物可降解性和生物相容性。PCL已被美 国FDA批准在人体内使用。但是PCL具有较高的结晶度，亲水性较差，降解速率慢，影响了 其作为药物载体的应用。聚羟基乙酸(PGA)是一种可以被人体吸收的合成聚酯类材料，也 是第一批被美国FDA批准临床使用的可降解吸收的聚合物。PGA无毒性，有良好的生物相 容性和再吸收性。然而它的熔点高，柔性较差，不易弯曲，且机械强度不高，难于制成复杂的 形状如螺钉等。作为药物载体，PGA的降解速度较快，尤其是短时间内强度衰减快，通常条 件下，PGA在组织内14天后强度下降50%以上，但是作为药物载体，它难溶于许多常规的溶 齐U，这使药物制剂的操作变得相对困难。综观三种聚合物的特点，较高的疏水性和过慢的降 解速度是这些生物可降解材料用于药物载体最主要的缺点。为了解决这一问题，已进行了许多研究，主要是给疏水性的PLA，PCL, PGA或其共 聚物赋于适度的亲水性，一种方法是采用共聚/共混的方式向其中引入亲水性聚合物链 段。在这些研究中，已经研制出PLA，PGA或PCL及其它生物可降解聚合物的嵌段共聚物，它 们含有亲水性聚合物嵌段形式的生物相容性聚环氧乙烷，得到了一种改进的药物输送聚合物组合物(参见美国专利 Nos. 4，862，168 ；4，452，973 ；4，716，203 ；5，683，723 ；4，942，035 ； 5，384，333 ；5，476，909 ；5，548，035 ；5，702，717 ；5，449，513 ；5，510，103 ；及 5，543，158)。 CN1922270公开了一种生物可降解聚合物组合物，其包含混合有机过氧化物和无机物颗粒 的聚乳酸和与己二酸共聚的共聚酯聚合物。CN1491988公开了一种聚乳酸/氨基酸酯共混 物及其制备方法，共混物是采用溶液共混法改性聚乳酸。另一种方法是对这些聚合物进行 修饰改性，并且这种修饰改性可以依据使用目的来进行特定的功能化修饰。任杰等(中国 专利CN 1836738A)公布了一种聚酯类生物可降解材料的表面改性方法，该发明以多氨基 物聚乙烯亚胺(PEI)为改性剂，在正丙醇溶液中对聚酯膜胺解，通过控制PEI的浓度、温度、 胺解时间等条件，得到表面接枝了大量活性氨基的PLA平面膜，借助表面活性氨基进一步 固定生物分子壳聚糖等，显著提高材料的生物相容性。Yuan等(BiOmaCrOmOleCules，2007， 8:1101)以乙基纤 维素(EC)为引发剂，在辛酸亚锡催化下，120°C在二甲苯中开环聚合，聚 己内酯的末端羟基进一步引发丙交酯开环，形成乙基纤维素表面接枝PCL-PLLA嵌段，其热 力学行为和结晶形态不同于线性PCL，且EC-g-PCL-b-PLLA降解较PCL和EC-g-PCL快，这是 由于PLA的存在，其降解加速。近年来，组织工程研究的迅速发展对各类用于载药的可降解 生物材料提出了更多、更新的要求，更促进了新型生物可降解高分子的开发。聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯(TPGS)是维生素E的水溶性衍生物，在国外现 已广泛应用于制剂研究中，作为药物的增溶剂、吸收促进剂、乳化剂、增塑剂以及脂溶性药 物传递。由于TPGS的两亲性质，将TPGS掺入到药物制剂中使一些疏水性药物增溶而提高 药物生物利用度，此外，TPGS还被认为影响了一种或多种转运蛋白，其中的一个例子为P糖 蛋白(P-gp)，一种作为细胞外排泵的酶。因此，TPGS可通过影响一些药物的外排而有助于 药物生物利用度的提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳 酸_羟基乙酸嵌段共聚物及其制备方法与应用。本发明提供的聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸嵌 段共聚物，是由聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯中的羟基与结构单元A中的羧基结合形成 酯键而得；所述结构单元A为聚己内酯、聚乳酸和聚羟基乙酸通过酯键相连而得的聚合物。上述共聚物中，所述聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基 乙酸嵌段共聚物的数均分子量为5000-100000，优选10000-50000 ；所述聚乙二醇1000维生 素E琥珀酸酯的数均分子量为1000-6000，优选1000-3000。本发明提供的制备上述聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟 基乙酸嵌段共聚物的方法，包括如下步骤在催化剂存在的条件下，以聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯为引发剂，引发乳酸、 羟基乙酸和己内酯进行开环聚合反应，反应完毕得到所述聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯 修饰的己内酯_乳酸_羟基乙酸嵌段共聚物。 该反应可按照下述反应方式进行
该方法中，所述聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯的数均分子量为1000-6000， 优选1000-3000 ；所述催化剂选自Sn(Oct)2, SnCl2, SnCl4和SnBr2中的任意一种，优选 Sn(Oct)2，所述催化剂的用量为所述引发剂、乳酸、羟基乙酸和己内酯总重的0. 1-1%，优选 0.3-0.8%，最优选0.5%。开环聚合反应中，温度为100-180°C，优选130_160°C，最优选 145°C，反应时间为6-24小时，优选12-20小时，最优选14-16小时。由于乳酸、羟基乙酸和 己内酯均可进行开环反应，故本发明提供的聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内 酯-乳酸-羟基乙酸嵌段共聚物中，聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)和聚己内酯(PCL)链 段之间的排列顺序依据聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯(TPGS)与聚合反应的单体(乳酸、 羟基乙酸或己内酯中的一种)进行开环聚合而定。所得共聚产物中，聚乳酸(PLA)、聚羟基 乙酸(PGA)和聚己内酯(PCL)链段中，重复结构单元的数量为开环聚合反应过程中，反应中 间体连续开环聚合相同单体的数量。该共聚产物的分子量为数均分子量为5000-100000，优 选10000-50000，具体依据聚合物的一端是否封端而定。另外，所述开环聚合反应是在惰性 气氛中进行，所述惰性气氛优选为氮气气氛，该反应是在有机溶剂存在的条件下进行的，所 述有机溶剂选自甲苯、二苯醚和十氢萘中的至少一种。有机溶剂的用量以完全溶解反应物 即可。按照上述方法进行开环聚合反应之后，可对反应体系进行如下纯化操作，以获得 纯化后的所述聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸嵌段共聚物将反应体系溶于二氯甲烷或氯仿后，再加入到甲醇或乙醚中，发生沉淀，收集沉淀得到 所述聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸嵌段共聚物。该方法中，可通过控制LA(乳酸)、GA(羟基乙酸)、CL(己内酯)和TPGS的不同加 入量，进而控制LA、GA、CL和TPGS在共聚产物中所占的比重，对聚乙二醇1000维生素E琥 珀酸酯修饰共聚物的亲水性、降解性能、生物相容性和细胞亲和性进行调节，使共聚物的性 能可以在很宽的范围内变化，以满足不同医学用途的要求。另外，以上述聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸共聚物为药物载体的药物制剂，尤其是以该共聚物为药物载体的多烯紫杉醇药物制剂，所 述药物制剂也可为可溶性药物，诸如活性蛋白、多肽、疫苗或基因，也属于本发明的保护范 围。该制剂可用于皮下移植或静脉内注射，用于药物在体内的持续释放。该药物制剂的 形态为纳米微球或微胶粒组合物，该纳米微球或微胶粒的粒度范围为10-600nm，优选为 10-300nm。本发明基于PLA、PCL和PGA聚合物以及维生素E琥珀酸酯(TPGS)优势的基础上， 采用维生素E琥珀酸酯作为引发剂，诱导LA、CL和GA单体开环聚合，获得了一种聚乙二醇 1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸共聚物。本发明提供的聚乙二醇 1000维生素E琥珀酸酯修饰的嵌段共聚物具有优良的生物降解性、生物相容性和无毒性， 改善和调节了脂肪族聚酯的亲水性和生物降解速度。该嵌段共聚物是一类新型的生物降解 高分子，具有广泛的生物医学用途。本发明具有如下优点(1)制备的嵌段共聚酯兼具了 PLA，PGA, PCL和TPGS的优点，有广阔的应用前景。(2)制备的嵌段共聚物可生物降解，对环境无害，有广阔的发展前景。(3)原材料广泛易得，方法简单快捷，适用于大规模工业化生产。(4)本发明提供的制备方法，由于使用无毒性、已商品化、且已被批准可以用于医 用材料的辛酸亚锡为催化剂，有利于该共聚物在医用制品领域进行大规模制备。
图1为聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸共聚物 的FTIR光谱图。图2为聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸共聚物 的 1H-NMR 图。图3为聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸共聚物 和TPGS单体的GPC色谱图。图4为聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸共聚物 携载多烯紫杉醇纳米粒的扫描电镜图。图5为聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸共聚物 携载多烯紫杉醇纳米粒的体外药物释放图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。下 述实施例中如无特别说明，所用方法均为常规方法。采用1H-NMIU核磁共振)、FT_IR(红外光谱)及GPC(凝胶渗透色谱)等测试方法对本发明提供的聚乙二醇1000维生素E琥珀酸 酯修饰的己内酯_乳酸_羟基乙酸嵌段共聚物进行测定。实施例1
将0^、1^、6々、1 65按质量比4 2 2 2 (总量IOg)加入到2颈100毫升的
圆底烧瓶中，另加入5毫升的甲苯。用微量移液器将50毫克的辛酸亚锡(该辛酸亚锡的用 量为所述CL、LA、GA和TPGS总质量的0. 5% )加入到烧瓶中。将得到的混合物在干燥氮气 保护下145°C搅拌反应16小时。将得到的聚合物溶解在二氯甲烷中，再向其中加入冷甲醇， 搅拌，诱导聚合物沉淀。将沉淀的聚合物在室温干燥48小时，得到聚乙二醇1000维生素E 琥珀酸酯修饰的己内酯_乳酸_羟基乙酸嵌段共聚物。取该聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸嵌段共聚 物少许与溴化钾混合压片(共聚物与溴化钾的质量比为1 99)，用Nicolet MX-I红外光 谱仪检测，结果发现图谱中出现分别代表CL，LA和GA的1726，1745和HATcnT1-C = 0-特 征峰。同时在Κ^δ-υΤ^πΓ1位置处出现代表TPGS中-OCH2CH2-基团的特征峰。该结果表 明所获得的嵌段共聚物包含CL，LA, GA和TPGS组分。取该聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸嵌段共聚 物配制成2. 5mg/ml的TMS溶液，以⑶Cl3作为内标，使用Bruker AM 300MHz的质谱仪在 25°C条件下进行检测。结果发现图谱中5.2和1.69ppm位置处出现LA特征质子峰(峰a 和峰g)，3. 65ppm位置处出现TPGS特征质子峰(峰d)，4. 82ppm位置处出现GA特征质子峰 (峰b)，以及在4. 06，2. 31，1.60 1. 70和1. 35 1. 43CL位置处出现特征质子峰(峰c， 峰e，峰f和峰h)。依据各组分的峰面积算出得到的CL，LA, GA和TPGS的摩尔百分比分别 是 16. 06%,23. 78%,32. 和 28. 06%。取该聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸嵌段共聚 物配制成2. 5mg/ml的THF溶液，以TPGS作为对照，lml/min THF作为流动相，使用Agilent 1100GPC分析仪进行检测。结果表明，该共聚物的出峰时间在19分钟，而TPGS对照的出峰 时间则在28分钟，计算得到该嵌段共聚物的数量平均分子量为21，886，该共聚物的分子量 均一系数为1.41。取100克该实施例1制备得到的聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内 酯-乳酸-羟基乙酸嵌段共聚物和10克多烯紫杉醇，溶解在8毫升二氯甲烷中，待充分溶 解后，缓缓倒入120毫升含有0. 03%的TPGS溶液中，同时在超声仪上25W进行冰浴超声乳 化2分钟，得到乳白色的乳液，即得到以聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳 酸-羟基乙酸共聚物作为药物载体的多烯紫杉醇纳米粒。该多烯紫杉醇纳米粒的平均粒径 为200nm，表面电荷平均为-12. 2mV，药物包封率(药物包封率是指携载于纳米粒中的药物 质量占包裹前加入药物质量的百分数)的重量百分比为80%。测定该聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸共聚物 嵌段共聚物作为载体的多烯紫杉醇纳米粒的体外药物释放效率，具体步骤如下取上述聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸共聚物作 为药物载体的多烯紫杉醇纳米粒15mg，分散于含有0.Tween 80的IOml PBS溶液中 (PH值为7. 4)，置于透析袋(截留重均分子量为1000)中，将该含有溶液透析袋浸没于15ml 的PBS溶液中，间隔一定时间取出8ml透析袋的PBS溶液并补充新鲜的等量PBS溶液，将收集取出的PBS溶液用Iml 二氯甲烷萃取其中的多烯紫杉醇，用高效液相色谱仪检测其含量，计算出载药纳米粒的药物释放能力在第一天和第三十天的累积释放量分别是14. 82% 和 34. 55%。
权利要求
聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸嵌段共聚物，是由聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯中的羟基与结构单元A中的羧基结合形成酯键而得；所述结构单元A为聚己内酯、聚乳酸和聚羟基乙酸通过酯键相连而得的聚合物。
2.根据权利要求1所述的嵌段共聚物，其特征在于所述聚乙二醇1000维生素E琥 珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸嵌段共聚物的数均分子量为5000-100000，优选 10000-50000 ；所述聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯的数均分子量为1000-6000，优选 1000-3000。
3.根据权利要求1或2所述的嵌段共聚物，其特征在于所述聚乙二醇1000维生素E 琥珀酸酯修饰的己内酯_乳酸_羟基乙酸嵌段共聚物是按照权利要求4-8任一所述方法制 备而得。
4.一种制备权利要求1-3任一所述聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳 酸_羟基乙酸嵌段共聚物的方法，包括如下步骤在催化剂存在的条件下，以聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯为引发剂，引发乳酸、羟基 乙酸和己内酯进行开环聚合反应，反应完毕得到所述聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰 的己内酯-乳酸-羟基乙酸嵌段共聚物。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯的 数均分子量为1000-6000，优选1000-3000 ；所述催化剂选自Sn (Oct) 2、SnCl2、SnCl4和SnBr2 中的任意一种，优选Sn(Oct)2，所述催化剂的用量为所述引发剂、乳酸、羟基乙酸和己内酯 总重的0. 1-1%，优选0. 3-0. 8%，最优选0. 5%。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于所述开环聚合反应中，温度为 100-180°C，优选130-160°C，最优选145°C，反应时间为6_24小时，优选12-20小时，最优选 14-16小时，尤其优选16小时。
7.根据权利要求4-6任一所述的方法，其特征在于所述反应是在惰性气氛中进行的， 所述惰性气氛为氮气气氛。
8.根据权利要求4-7任一所述的方法，其特征在于所述反应是在有机溶剂存在的条 件下进行的，所述有机溶剂选自甲苯、二苯醚和十氢萘中的至少一种。
9.以权利要求1-3任一所述聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟 基乙酸嵌段共聚物为药物载体的药物制剂。
10.根据权利要求9所述的药物制剂，其特征在于所述药物载体负载的药物为多烯紫 杉醇。
全文摘要
本发明公开了一种聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯修饰的己内酯-乳酸-羟基乙酸嵌段共聚物及其制备方法与应用。该嵌段共聚物，是由聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯中的羟基与结构单元A中的羧基结合形成酯键而得；所述结构单元A为聚己内酯、聚乳酸和聚羟基乙酸通过酯键相连而得的聚合物。该共聚物具有优良的生物降解性、生物相容性和无毒性，改善和调节了脂肪族聚酯的亲水性和生物降解速度。该嵌段共聚物是一类新型的生物降解高分子，具有广泛的生物医学用途。
文档编号A61K47/34GK101880381SQ20101021439
公开日2010年11月10日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者严飞, 梅林 , 郑义, 黄来强 申请人:清华大学深圳研究生院