粘合复合物凝聚层及其制备和使用方法

专利名称：粘合复合物凝聚层及其制备和使用方法
粘合复合物凝聚层及其制备和使用方法相关申请的交叉引用本申请要求根据2009年7月23日提交的美国正式专利申请序列号为12/508，280 的优先权。该申请在此通过引用将其全部并入。序列表的交叉引用本文所述的蛋白质通过序列识别号(SEQ ID NO)引用。SEQ ID NO与序列标识符 <400>1、<400>2等数字对应。采用书面的计算机可读格式(CFR)的序列表通过引用以其全部被并入。致谢促成本发明的研究由美国国家卫生研究院，基金号ROl EB006463部分资助。美国政府具有本发明中的某些权利。背景在当今社会中，骨折是严重的健康忧虑。除了骨折本身，多种其他健康风险与骨折有关。例如，关节内骨折是伸入关节表面并使软骨表面破裂的骨损伤。软骨表面的骨折经常会导致致衰弱的创伤性关节炎。创伤性关节炎发展中的主要决定因素被认为是在损伤时提供的能量的量、患者患创伤性关节炎的遗传倾向(或其缺乏)，和复原的准确度和维持。 在这三种预后因素中，矫形护理员可控的唯一因素是实现和维持复原。将关节表面(软骨) 和干骺端(紧邻软骨下面的骨的部分)的粉碎性损伤维持在复原(对齐的)位置是特别有挑战性的。这与这一区域内的骨的质量和类型有关。它还与使用钛或不锈钢植入物固定的限制有关。如今，不锈钢和钛植入物是固定的主要方法，但是它们的尺寸和为放置它们必需的钻孔经常干扰较小片骨和软骨的精确操作和复原。已测试了多种骨粘合剂作为机械固定的替代方法。这些粘合剂分为四类聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、基于纤维蛋白的胶、磷酸钙 (CP)粘固剂(cement)和CP树脂复合材料。用于修复固定中的PMMA粘固剂具有众所周知的缺点，最严重的一个是放热环境反应产生的热量可杀死相邻的骨组织。另外，与骨的差粘结(bond)导致无菌性松动，是PMMA粘固修复失败的主要原因。自从20世纪70年代，已测试基于血凝蛋白纤维蛋白原的纤维蛋白胶用于固定骨移植物和修复软骨，且还未被广泛采用。纤维蛋白胶的一个缺点是其由汇集的人供体血制造。因此，它们具有传播传染病的风险且可能潜在地被限制供应。CP粘固剂(cement)是一种或多种形式的CP的粉末，例如磷酸四钙、无水磷酸二钙、和β-磷酸三钙。当将粉末与水混合时，其形成通过一种或多种形式的CP晶体，包括羟磷灰石的缠结而形成并硬化的膏状物。CP粘固剂的优点包括等温固化(isothermal set)、 已证明的生物相容性、骨传导性，且其在愈合期间用作用于形成羟磷灰石的Ca和PO4的储库。主要缺点是CP粘固剂易碎，具有低机械强度并且因此对于小的关节片段的稳定复原不是理想的。CP粘固剂大多用作骨填隙料。CP粘固剂的差的机械特性已导致CP颗粒和聚合物的复合粘固剂。通过改变颗粒相和聚合物相的体积比例，可以将胶的模量和强度向着天然骨的那些模量和强度调整，这也是向我们打开的途径。
由于与骨折有关的整体健康危害和如今修复方法的不完善状态，需要新的固定方法。概述本文描述的是可生物降解的粘合复合物凝聚层(adhesive complexcoacervate) 的合成及其用途。粘合复合物凝聚层包括一种或多种聚阳离子和一种或多种聚阴离子的混合物。聚阳离子和聚阴离子在固化时通过共价键合彼此交联。与常规粘合剂对比时，粘合复合物凝聚层具有多个期望特征，其在基于水的应用中是有效的。当应用到基材时，本文所述的粘合复合物凝聚层在水中显示出低界面张力(即，它们散布在界面上而不是成珠)。 另外，复合物凝聚层的分子间交联的能力增加了粘合复合物凝聚层的粘聚强度(cohesive strength)。粘合复合物凝聚层作为粘合剂和药物递送装置具有许多生物学应用。特别地， 本文所述的粘合复合物凝聚层在水下应用和存在水的情况例如，生理条件下是特别有用的。将在以下说明中部分地阐述本发明的优点，并且部分地这些优点从该说明中将是明显的，或可通过以下描述的方面的实践获知。借助于在所附权利要求中特别指出的组成部分和组合，将认识并实现以下所述的优点。应当理解的是，上述一般说明和以下详细说明都仅是示范性和说明性的且不是限制性的。附图简述并入本说明书中并构成本说明书一部分的附图，示出了下述多个方面。

图1示出了 pH依赖的凝聚层结构的模型和粘合机制。㈧和多胺(红色)配对的具有低电荷密度的多磷酸盐(黑色)形成nm-级复合物。该复合物具有净正电荷。(B)广大的高电荷密度多磷酸盐在存在二价阳离子(绿色符号)时形成由更紧凑的较低电荷密度的多胺连接的网络。共聚物上的净电荷是负电荷。(C)3，4-二羟基苯酚(D)被O2或加入的氧化剂的氧化引发苯醌(Q)和伯胺侧链之间的交联。凝聚层可通过静电相互作用、3，4_ 二羟基苯酚侧链、和苯醌介导的与基质蛋白质的共价偶联粘合在羟磷灰石表面上。图2-7示出了由沙堡虫(P. californica)产生的可被用作本发明中的聚阳离子和聚阴离子的多个蛋白序列以及在本发明中有用的合成聚阳离子和聚阴离子。图8示出了 DOPA交联的不同机制。图9示出了用于应用本文公开的复合物凝聚层的小“焊点”以修复骨折(A)，小的骨损伤(B)，或将合成支架粘结到骨组织上(C)的双注射器系统。图10示出了模拟共聚物的结构和UV/VIS特征。仏斤(33类似物，1，含有88.411101(% 磷酸盐、9. 7mol%多巴酰胺(dopamide)，和0. Imol % FITC侧链。Pcl类似物，2，含有 8. Imol^胺侧链。在两种情况下，余量是丙烯酰胺亚单位。(B) 3，4-二羟基苯酚的儿茶酚形式的^Onm处特征单峰存在于1的光谱中。用NaIO4氧化之后，出现对应苯醌形式的395nm 处的峰，证实了含有3，4-二羟基苯酚的共聚物的预期氧化还原行为。图11示出了混合的聚合电解质的pH依赖的复合物凝聚层。㈧在低pH下，带有等量胺和磷酸侧链的1和2的50mg/ml混合物形成稳定的胶体PEC。随着pH升高，聚合物凝缩为稠密的液态复合物凝聚层相。在PHlO下，共聚物进入溶液并氧化交联成澄清的水凝胶。(B)共聚物侧链的净电荷作为pH的函数从共聚物侧链密度计算。(C)在pH范围2-4 上，PEC(圆圈)的直径增加近3倍。在pH4以上，复合物絮凝，且它们的尺寸是不可测量的。
7与计算的净电荷一致，在PH3. 6附近ζ电位(方块)为0。图12示出了粘合复合物凝聚层的液体特征。1和2的溶液含有等量的胺和磷酸侧链，ρΗ7· 4。图13示出了聚合电解质和二价阳离子的相图。在固定ρΗ8. 2下改变胺与磷酸侧链和磷酸侧链与二价阳离子的比例。以灰度表示溶液的状态。以深灰色方块表示凝聚层相的质量(mg)。用星号表示的组合物被用来测试粘结强度。图14示出了凝聚层粘结的骨的粘结强度、剪切模量和尺寸稳定性。(A)当相对于磷酸侧链二价阳离子比例从0至0. 4升高时，断裂处粘结强度增加 50%且硬度加倍。使用商业化的氰基丙烯酸酯粘合剂湿粘结的样本作为参照。(对于所有条件，η = 6) (B)完全浸没在PBS(pH7J)中达4个月的粘合的骨样本的粘结物(bond)没有明显地膨胀。图15示出了氧化前和氧化后(pH7.2)多巴胺共聚物的UV_vis光谱图。氧化前存在的儿茶酚峰被转化为苯醌形式。左上p(DMA[8]-Aam[92])。左下p (AEMA[30]_DMA[8])。 右通过多巴胺共聚物的氧化交联形成水凝胶。㈧ρ (DMA[8]-Aam[92])。(B) ρ (EGMP [92] -DMA [8])。(C)与 ρ (ΑΕΜΑ [30] -Aam [70])混合的 ρ (DMA [8] -Aam [92])。(D)与 p(AEMA[30]-Aam[70])混合的ρ (EGMP [92]-DMA[8])。加括号的数字表示侧链的mol %。箭头表示光谱随时间变化的方向。图16示出了多巴胺在聚(EGMP[92]-DMA[8])中氧化的pH依赖性。箭头表示光谱随时间变化的方向。上pH5. 0，时间过程插图。下pH6. 0。图17示出了㈧人包皮成纤维细胞，⑶人气管成纤维细胞，和(C)大鼠原代星形胶质细胞与粘合剂(红色自发荧光块区，白色星号)的直接接触。细胞形态、纤连蛋白分泌，和运动性与没有胶存在下生长的细胞不能区别。绿色=中间丝蛋白。红色=分泌的纤连蛋白。蓝色=DAPI染色的核。图18示出了多片段大鼠颅面骨缺损模型。㈧缺损的产生。⑶骨帽的断裂。(C) 缺损片段的替换。(D)骨胶的应用。(E-F)胶的固化(变深)。片段在E和F中被牢固固定。图19示出了 pH和标准化净电荷对形成粘合复合物凝聚层的影响。图2O提供了 Pcl-Pc8的氨基酸mol%。图21示出了用于生产胺修饰的明胶的反应方案。图22示出了㈧水中(白色箭头)的粘合复合物凝聚层的实例和⑶聚合电解质的相态特征以及凝结和交联机制。图23示出了多磷酸盐-明胶-二价阳离子混合物的相图=(A)Ca2+组合物，pH5 ； (B)Ca2+组合物，ρΗ7· 4 ； (C)Mg2+组合物，ρΗ5 ； (D)Mg2+组合物，ρΗ7· 4。每种混合物中的共聚物的总浓度是5wt%。可溶性组合物是白色的，凝缩成复合物凝聚层的组合物是浅灰色的， 形成凝胶或硬质固体沉淀的组合物是深灰色的。方块中的数字代表分离的复合物凝聚层相的浓度(wt%)。没有数字的灰色盒含有复合物凝聚层但体积太小而不能允许浓度的准确测量。含有复合物凝聚层的组合物的空间对于Mg2+较高并随pH增加。Mg2+固相比硬质Ca2+ 沉淀更柔软且更像凝胶。图M示出了通过动态振荡流变图确定的固化温度。㈧Ca2+/明胶/多磷酸盐流变图。在Ca2+比例大于0.15下，当温度从0至40°C升高时，弹性模量(G’，黑色符号)以S形上升。(插图)随着Ca2+比例增加，弹性模量(G’ )和粘性模量(G”，灰色符号)的交叉、 固化或凝胶化温度降低。为清楚表示，从插图中去除了 Ca2+比例0. 25。(符号 0. 3/0. 6 Ca2+ 比例、· 0. 25/0. 6 Ca2+ 比例、▲ 0. 2/0. 6 Ca2+ 比例、參 0. 15/0. 6Ca2+ 比例)。(B)Mg2+/ 明胶/多磷酸盐流变图。(符号 0. 8/1. OMg2+比例、■ 0. 9/1. OMg2+比例、▲ 1. 0/01. OMg2+ 比例)。在恒应变为0. 且频率为1. Ohz下，进行了对比测量。图25示出了剪切强度作为二价阳离子比例和温度的函数。㈧在恒定胺比例下， 改变相对于磷酸盐的Ca2+比例。(B)在恒定胺比例下，改变Mg2+比例。在粘合剂完全浸没在温度-控制的水浴(PH7.4)中下进行测试。深色柱代表没有氧化交联时在37°C进行的剪切测试。白色柱代表没有氧化交联时在转变温度以下进行的剪切测试。交叉阴影柱代表在以相对多巴酰胺侧链的1 2的比例下用NaI04氧化交联后，在37°C进行的剪切测试。并在完全浸没在温度控制的水浴中的同时固化( 小时)和测试交联的粘结物。柱代表平均值+/_标准差(对于所有组合物，η = 9)。图沈示出了带有光化学上可交联基团的聚阳离子和聚阴离子的合成和随后的聚阳离子和聚阴离子的交联。详述在公开和描述该化合物、组合物、物品、装置、和/或方法之前，应当理解以下描述的方面不限于具体的化合物、合成方法或用途，因为这些自然可以变化。还应当理解本文使用的术语是仅用于描述具体方面的目的且不意味着是限制性的。在本说明书和在以下的权利要求中，将提及许多术语，这些术语应被定义为具有以下含义必须注意的是，如说明书和所附权利要求中所用的，除非上下文明确另外指明，单数形式“一种”、“一个”和“该”包含复数的提及对象。因此，例如，提到“一种药物载体”包括两种或更多种这类载体的混合物，及类似物。“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件或情形可以发生或可以不发生，且这种表述包括其中所述事件或情形发生的情况和其中所述事件或情形不发生的情况。例如，短语“任选地取代的低级烷基”是指可被取代或可不被取代的低级烷基且这种表述包括未取代的低级烷基和有取代的低级烷基。在本文中，范围可被表述为从“约”一个具体值，和/或至“约”另一个具体值。当这种范围被表述时，另一方面包括从所述一个具体值和/或至所述另一个具体值。相似地， 当值被表述为近似值时，通过使用先行词“约”，将应理解该具体值形成另一方面。将应进一步理解每个范围的端点在有关另一端点和独立于另一端点时都是有效的。在本说明书和得出的权利要求中对组合物或物品中的具体成分或组分的重量份的提及，是指组合物或物品中一个成分或组分和任何其他成分或组分之间以重量份表示的重量关系。因此，在包含由2重量份的组分X和5重量份的组分Y的化合物中，X和Y以重量比2 5存在，且无论化合物中是否含有其他组分都以该比例存在。除非特别相反指明，组分的重量百分比是以包含该组分的制剂或组合物的总重量为基础的。除非相反指明，贯穿本申请所用的例如R1、R2> R3> R4、R5> R13-R22> Α、X、d、m、n、s、t、 U、V、W、和X的变量是和之前定义的相同的变量。
本文所用的术语“烷基”是指1至25个碳原子的支链的或无支链的饱和烃基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、癸基、十四烷基、十六烷基、二十烷基、二十四烷基及类似物。更长链烷基的实例包括，但不限于棕榈酸酯基。“低级烷基”是包含从一至六个碳原子的烷基。本文所述的任何化合物可以是药学可接受的盐。一方面，通过用合适量的药学可接受的碱处理游离酸制备药学可接受的盐。代表性的药学可接受的碱为氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化亚铁、氢氧化锌、氢氧化铜、氢氧化铝、 氢氧化铁、异丙胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺、三丙胺、乙醇胺、2-二甲基氨基乙醇、2-二乙基氨基乙醇、赖氨酸、精氨酸、组氨酸及类似物。一方面，在从约0°C至约100°C的温度例如室温下，单独在水中或在与惰性的、与水互溶的有机溶剂组合的水中进行反应。在可应用的某些方面，选择本文所述的化合物相对于所用的碱的摩尔比例以提供任何具体的盐期望的比例。例如，为了制备游离酸起始材料的铵盐，可用约一当量的药学可接受的碱处理起始材料以产生中性盐。另一方面，如果化合物具有碱性基团，其可用酸例如此1、冊1~、或H2SO4质子化以产生阳离子盐。一方面，在从约o°c至约100°C的温度例如室温下，单独在水中或在与惰性的、 与水互溶的有机溶剂组合的水中进行化合物与酸或碱的反应。在可应用的某些方面，选择本文所述的化合物相对于所用的碱的摩尔比例以提供任何具体的盐期望的比例。例如，为了制备游离酸起始材料的铵盐，可用约一当量的药学可接受的碱处理起始材料以产生中性
Τττ . ο本文描述了可生物降解的粘合复合物凝聚层及其应用。通常，复合物是阳离子和阴离子的以平衡比例的混合物以在期望PH下产生稳定的水性复合物。该粘合复合物凝聚层包括至少一种聚阳离子和至少一种聚阴离子，其中至少一中聚阳离子和/或聚阴离子是可生物降解的，且聚阳离子和聚阴离子包括至少一个能够彼此交联的基团。以下描述了凝聚层的每个组分和用于制备该凝聚层的方法。粘合复合物凝聚层是具有其中单独的聚合物组分遍布整个相扩散的动态结构的组合液体。复合物凝聚层在流变学方面表现得类似粘性颗粒分散物而不像粘弹性的聚合物溶液。如以上所述，当应用到水下的或潮湿的基材时，粘合复合物凝聚层在水中显示出低界面张力。换句话说，复合物凝聚层均勻分散在界面上而不是成珠。另外，经过分子间交联， 粘合复合物凝聚层形成结实的、不可溶的、粘性的材料。相反地，可以是本文所述的粘合复合物凝聚层的前体的聚合电解质复合物(PEC) 是小的胶体颗粒。例如，参考图11A，在pH3. 1和pH4. 2的PEC的溶液以具有约300nm直径的胶体颗粒的牛奶状溶液存在。当将PH升高至7. 2和8. 1时，PEC凝缩成浓缩的聚合物的液相(凝聚层相)和稀释的平衡相。就这点而言，PEC可被转化为本文所述的粘合复合物
凝聚层。图1中呈现了聚合电解质复合物和粘合复合物凝聚层之间的相态特征差异的示例性模型。在低PH下带有相反电荷的聚合电解质通过静电作用联合成带有稳定悬液以产生PECl的净正电表面电荷的纳米复合物。随着pH增加，复合物的净电荷从正电向负电变化但维持在接近净电中性。PEC可形成松散的沉淀相，通过进一步升高pH其可被转化为复合物凝聚层2(图1)。因此，在某些方面，通过调整pH和/或多价阳离子的浓度可以“引
10CN 102548581 A发” PEC到复合物凝聚层的转变。例如，可在小于或等于4的pH下产生PEC，且可将PEC的 PH升高至大于或等于7. 0、从7. 0至9. 0、或8. 0至9. 0以将PEC转化为复合物凝聚层。聚阳离子和聚阴离子之间的随后的交联(例如，如图IC中示出的氧化和共价交联)促使形成本文所述的粘合复合物凝聚层。聚阳离子和聚阴离子包含在固化时允许两种聚合物之间的交联的基团以生成新的共价键且最终生成粘合剂。交联的机制可根据交联基团的选择而变化。一方面，交联基团可以是亲电基团和亲核基团。例如，聚阴离子可具有一个或多个亲电基团，且聚阳离子可具有能够和亲电基团反应以产生新的共价键的一个或多个亲核基团。亲电基团的实例包括但不限于酸酐基、酯、酮、内酰胺(例如，马来酰亚胺和琥珀酰亚胺)、内酯、环氧基、异氰酸酯基和醛。下面给出了亲核基团的实例。可替代地，聚阴离子可具有一个或多个亲核基团， 且聚阳离子可具有能够和亲核基团反应以产生新的共价键的一个或多个亲电基团。另一方面，聚阳离子和聚阴离子各自具有光化学上可交联的基团。如本文所用的， 有关固化或聚合的“光化学上可交联的基团”是指聚阳离子和聚阴离子之间的交联通过光化学辐射，例如，举例来说，UV辐射、可见光辐射、离子化辐射(例如Y射线或X-射线辐射)、微波辐射、及类似辐射来进行。光化学固化方法是本领域技术人员熟知的。光化学上可交联的基团可以是不饱和的有机基团例如，举例来说，烯属基团。本文中有用的烯属基团的实例包括但不限于丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、丙烯酰胺基、甲基丙烯酰胺基、烯丙基、 乙烯基、乙烯酯基或苯乙烯基。以下详细描述有助于交联的聚合引发剂的使用。另一方面，交联可通过叠氮基经由光活化的交联发生在聚阳离子和聚阴离子之间。再一次地，在这种类型的交联期间形成新的共价键。另一方面，可交联的基团包括能够经历氧化交联的任何基团。术语“氧化交联”被定义为基团或部分经历氧化然后接着与另一个基团反应以产生新的共价键的能力。能够经历氧化交联的基团的实例包括能够在氧化剂存在下经历氧化的二羟基取代的芳族基团。 一方面，二羟基取代的芳族基团是二羟基苯酚或卤化的二羟基苯酚基团，例如，举例来说， DOPA和儿茶酚(3，4- 二羟基苯酚)。例如，就DOPA来讲，其可被氧化成多巴醌。多巴醌是能够与相邻DOPA基团或另一个亲核基团反应的亲电基团。在氧化剂例如氧气或包括但不限于过氧化物、高碘酸盐(例如，NaIO4)、过硫酸盐、高锰酸盐、重铬酸盐、过渡金属氧化剂(例如，!^f3化合物、四氧化锇)或酶(例如，儿茶酚氧化酶)的其他添加剂存在下，二羟基取代的芳族基团可被氧化。一方面，聚阴离子和/或聚阳离子包括能够经历氧化交联的至少一种二羟基芳族基团，其中二羟基芳族基团共价连接到聚阴离子或聚阴离子上。一方面，聚阳离子和聚阴离子都包括能够经历氧化交联的邻-二羟基芳族基团。另一方面，聚阳离子包括邻-二羟基芳族基团且聚阴离子包括能够与二羟基芳族基团的氧化形式反应以形成共价键的亲核基团。在某些方面，可稳定化氧化剂。例如，与不具有氧化还原活性的高碘酸盐形成复合物的化合物可以产生稳定化的氧化剂。换句话说，高碘酸盐在非氧化形式下是稳定化的且当在复合物中时不能氧化二羟基取代的芳族基团。复合物是可逆的且即使其具有极高的稳定常数，依然形成小量的未复合的高碘酸盐。稳定但可逆的氧化剂允许氧化剂的缓慢释放以控制氧化交联的速率。二羟基取代的芳族基团同化合物竞争小量的游离高碘酸盐。当游离高碘酸盐被氧化时，由于其处于平衡中，更多的游离高碘酸盐从复合物释放出来。一方面，具有簇集在六元环上的顺，顺-1，2，3-三醇的糖可形成竞争性高碘酸盐复合物。形成稳定高碘酸盐复合物的特定化合物的实例是1，2-0-异亚丙基-α -D-呋喃葡萄糖。稳定化的氧化剂可控制交联速率。不希望被理论约束，稳定化的氧化剂降低氧化速率以使得在粘合剂不可逆地硬化之前，有添加氧化剂和放置基材的时间。氧化交联剂的稳定性可以变化。例如，含有可氧化交联剂的本文所述的含膦酰基聚阴离子在溶液中是稳定的且不与自身交联。这允许存在于聚阳离子上的亲核基团与氧化的交联剂反应。这是本发明的期望特征，其允许分子间键的形成并最后形成强力粘合剂。有用的亲核基团的实例包括但不限于羟基、硫醇和含氮基团例如取代的或未取代的氨基和咪唑基。例如，赖氨酸、组氨酸和/或半胱氨酸残基可被掺入到聚阳离子中且引入亲核基团。 图8中示出了这种实例。DOPA残基1可被氧化以形成多巴醌残基2。多巴醌是反应中间体且可与另一聚合物或同一聚合物上的DOPA残基交联(即，反应)以生成二-DOPA基。可替代地，多巴醌残基可通过迈克尔型加成与亲核试剂例如，举例来说，氨基、羟基、或硫醇基反应以生成新的共价键。参考图8，赖氨酰基、半胱氨酰基、和组氨酰基与多巴醌残基反应以生成新的共价键。尽管DOPA是合适的交联基团，本文可使用其他基团例如，举例来说酪氨酸。 以下将讨论交联对于使用本文所述的粘合复合物凝聚层的重要性。在其他方面，存在于聚阳离子和/或聚阴离子上的交联剂可与过渡金属离子形成配位化合物。例如，可向聚阳离子和聚阴离子的混合物中加入过渡金属离子，其中两种聚合物都含有能够与过渡金属离子配位的交联剂。通过选择交联剂、过渡金属离子和PH可控制配位和解离的速率。因此，除了以上所述的共价交联，可通过静电作用、离子键或其他非共价结合发生交联。本文可使用过渡金属离子例如，举例来说，铁、铜、钒、锌、和镍。聚阳离子和聚阴离子通常包括在特定ρΗ下带有多个可带电基团的聚合物骨架。 这些基团可侧链连接至聚合物骨架和/或掺入聚合物骨架中。在某些方面，(例如，生物医药应用)，聚阳离子是具有阳离子基团或可通过调节PH被容易地转化为阳离子基团的任何生物相容性的聚合物。一方面，聚阳离子为多胺化合物。多胺的氨基可以是支链或是聚合物骨架的一部分。氨基可以是能被质子化以在所选PH下产生阳离子铵基团的伯胺基团、仲胺基团或叔胺基团。通常，如在其等电点(Pl)即聚合物带有电中性净电荷的PH中所反映的，多胺是在相关PH下相对于负电荷带有极大过量的正电荷的聚合物。存在于聚阳离子上的氨基的数量最终决定了在特定PH下聚阳离子的电荷。例如，聚阳离子可具有从10至90 摩尔％、从10至80摩尔％、10至70摩尔％、10至60摩尔％、10至50摩尔％、10至40摩尔％、10至30摩尔％、10至20摩尔％的氨基。一方面，多胺在约7的ρΗ下具有过量的正电荷，具有明显大于7的pi。如以下将要讨论的，额外的氨基可被掺入聚合物中以增加pi 值。一方面，可从连接在聚阳离子上的赖氨酸、组氨酸、或咪唑残基获得氨基。任何阴离子反离子可被用来与阳离子聚合物结合。反离子应当是与组合物的主要组分在物理上和化学上相容的且不会以其他方式过度损害产物的性能、稳定性或美学特征。这些反离子的非限制性实例包括卤化物(例如，氯化物、氟化物、溴化物、碘化物)、硫酸盐和甲基硫酸盐。一方面，当聚阳离子为天然存在时，聚阳离子可以是由自然生物体生产的带正电的蛋白质。例如，由沙堡虫生产的蛋白质可被用作聚阳离子。图2-6示出了由沙堡虫生产的几种粘固剂蛋白的蛋白序列(Zhao等人“Cement Proteins of the tube buildingpolychaete Phragmatopomacalifornica(造管多毛纲环节动物沙堡虫的粘固剂蛋白)” J. Biol. Chem. (2005)280 :42938-42944)。图20提供了每种蛋白的氨基酸摩尔％。参考图2_5， Pcl、Pc2、Pc4-Pcl8(分别是SEQ ID NO 1、2、5_19)为聚阳离子，其中聚合物在中性pH下是阳离子的。为了达到想要的溶液性质，可以改变蛋白质中存在的氨基酸的类型和数量。例如，参考图20，Pcl富含赖氨酸(13.5摩尔％)而Pc4和Pc5富含组氨酸(分别是12. 6和 11. 3 摩尔 ％ )。另一方面，聚阳离子是通过基因或修饰基因或含有来自几个基因的部分的组合基因在异源宿主例如，举例来说，细菌、酵母、牛、山羊、烟草及类似物中的人工表达而生产的重组蛋白。另一方面，聚阳离子可以是遗传修饰的蛋白。另一方面，聚阳离子可以是可生物降解的多胺。可生物降解的多胺可以是合成的聚合物或天然存在的聚合物。可降解多胺的机制将根据所使用的多胺而改变。就天然聚合物来讲，它们是可生物降解的，因为有可水解聚合物和破坏聚合物链的酶。例如，蛋白酶可以水解天然蛋白如明胶。就合成的可生物降解的多胺来讲，它们也具有化学不稳定键。例如，β-氨基酯具有可被水解的酯基。除了多胺的本质特征，为了改变可生物降解的程度， 可改变其他因素例如多胺的分子量和粘合剂的交联密度。一方面，可生物降解的多胺包括多糖、蛋白质、或合成多胺。本文可使用带有一个或多个氨基的多糖。一方面，多糖是天然的多糖例如壳聚糖。相似地，蛋白质可以是合成的或天然存在的化合物。另一方面，可生物降解的多胺是合成的多胺例如聚(0_氨基酯)、聚酯胺、聚(二硫化胺)、混合的聚(酯和酰胺-胺)，和肽交联的多胺。在某些方面，期望聚阳离子以及聚阴离子是非凝胶的和低内毒素。在聚阳离子为合成的聚合物的情况下，可使用多种不同的聚合物；然而，在某些应用例如，举例来说，生物医学应用中，期望聚合物是生物相容性的且是对细胞和组织无毒的。一方面，可生物降解的多胺可以是胺修饰的天然聚合物。术语“胺修饰的天然聚合物” 被定义为已随后被操作或处理以改变聚合物的天然状态的任何天然聚合物。例如，可使用本文所述的技术化学修饰天然聚合物。可替代地，天然聚合物可被变性或被酶消化。一方面，胺修饰的天然聚合物可以是胺修饰的蛋白质例如，举例来说，用一个或多个烷基氨基、 杂芳基、或被一个或多个氨基取代的芳族基团修饰的明胶或胶原。在式IV-VI中示出了烷基氨基的实例-NR13 (CH2) SNR14R15IV
权利要求
1.一种可生物降解粘合复合物凝聚层，所述可生物降解粘合复合物凝聚层包括至少一种聚阳离子和至少一种聚阴离子，其中至少一种聚阳离子和/或聚阴离子是可生物降解的，且所述聚阳离子和聚阴离子包括至少一个能够彼此交联的基团。
2.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阳离子包括多糖、蛋白质或合成多胺。
3.根据权利要求2所述的凝聚层，其中所述蛋白质包括重组蛋白质或遗传修饰的蛋白质。
4.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阳离子包括胺修饰的天然聚合物。
5.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阳离子包括胺修饰的蛋白质。
6.根据权利要求4所述的凝聚层，其中所述胺修饰的天然聚合物包括经一个或多个烷基氨基、杂芳基、或经一个或多个氨基取代的芳族基团修饰的明胶或胶原。
7.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阳离子包括被乙二胺修饰的明胶。
8.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阳离子在生理PH下具有大于7的pi值。
9.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阴离子包括一种或多种硫酸根、磺酸根、 羧酸根、硼酸根(borate)、硼酸根(boronate)、膦酸根、磷酸根，或其任何组合。
10.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阴离子包括多磷酸盐化合物。
11.根据权利要求10所述的凝聚层，其中所述多磷酸盐化合物包括天然化合物、化学修饰的天然化合物或合成类似物。
12.根据权利要求11所述的凝聚层，其中所述天然化合物包括DNA、环状多膦酸盐或蛋白质。
13.根据权利要求11所述的凝聚层，其中所述化学修饰的天然化合物包括磷酸化的蛋白质或多糖。
14.根据权利要求10所述的凝聚层，其中所述多磷酸盐化合物包括侧链连接至所述聚合物骨架的至少一个磷酸基团和/或掺入所述聚合物骨架的至少一个磷酸基团。
15.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阴离子包括含有一个或多个侧链磷酸基团的聚丙烯酸酯。
16.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阴离子包括含有至少一个含有式II的片段的聚合物
17.根据权利要求16所述的凝聚层，其中R4为甲基且η为2。
18.根据权利要求10所述的凝聚层，其中所述多磷酸盐化合物包括从10至90摩尔％的磷酸基团。
19.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阴离子和/或聚阳离子包括能够经历氧化的至少一个二羟基芳族基团，其中所述二羟基芳族基团共价地连接到所述聚阴离子上。
20.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述凝聚层包括至少一种多价金属阳离子。
21.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述多价阳离子包括一种或多种二价阳离子或一种或多种过渡金属离子或稀土金属。
22.根据权利要求21所述的凝聚层，其中所述多价阳离子包括Ca+2和/或Mg”。
23.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述组合物还包括一种或多种生物活性剂。
24.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述凝聚层还包括可逆氧化剂复合物。
25.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阳离子上的交联基团包括亲核基团且所述聚阴离子上的交联基团包括亲电基团。
26.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阳离子上的交联基团包括亲电基团且所述聚阴离子上的交联基团包括亲核基团。
27.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阳离子和聚阴离子上的交联基团包括能够经历氧化交联的邻-二羟基芳族基团。
28.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阴离子上的交联基团包括邻-二羟基芳族基团且所述聚阳离子包括能够与所述交联基团反应以形成共价键的亲核基团。
29.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阳离子上的交联基团包括邻-二羟基芳族基团且所述聚阴离子包括能够与所述交联基团反应以形成共价键的亲核基团。
30.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阴离子和所述聚阳离子上的交联基团包括光化学上可交联的基团。
31.根据权利要求30所述的凝聚层，其中所述光化学上可交联的基团包括烯属基团。
32.根据权利要求31所述的凝聚层，其中所述烯属基团包括丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、丙烯酰胺基、甲基丙烯酰胺基、烯丙基、乙烯基、乙烯酯基或苯乙烯基。
33.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阳离子包括含有一个或多个侧链氨基的聚丙烯酸酯。
34.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述聚阳离子包括含有一个或多个侧链咪唑基团的聚丙烯酸酯。
35.根据权利要求1所述的凝聚层，其中所述凝聚层还包括聚合引发剂和可选择的共引发剂。
36.根据权利要求35所述的凝聚层，其中所述聚合引发剂包括(1)自由基引发剂、热引发剂或光引发剂的一种或多种，或( 两种或多种自由基引发剂、热引发剂或光引发剂。
37.根据权利要求36所述的凝聚层，其中所述光引发剂和可选择的共引发剂共价连接到所述聚阳离子和/或聚阴离子上。
38.根据权利要求36所述的凝聚层，其中所述光引发剂包括包含核黄素、曙红、曙红Y 或玫瑰红的水溶性引发剂。
39.根据权利要求36所述的凝聚层，其中所述光引发剂包括氧化膦、过氧化物、叠氮化页合物、α-羟基酮或α-氨基酮。
40.一种粘合剂，所述粘合剂通过包括以下的方法生产(a)加热权利要求1-39所述的粘合复合物凝聚层；和(b)将所述凝聚层中的所述聚阳离子和聚阴离子交联，其中，可在步骤(b)之前，在步骤(b)后，或与步骤(b)同时进行步骤(a)以生产所述粘合剂。
41.根据权利要求40所述的粘合剂，其中步骤(b)包括使用氧化剂以有利于所述聚阳离子和聚阴离子之间的交联。
42.根据权利要求41所述的粘合剂，其中所述氧化剂包括02、NaIO4、过氧化物、或过渡金属氧化剂、或可逆氧化剂复合物。
43.一种粘合剂，所述粘合剂通过包括以下的方法生产(a)制备权利要求1-39的粘合复合物凝聚层；(b)调节所述粘合复合物凝聚层的PH；和(c)将所述凝聚层中的所述聚阳离子和聚阴离子交联，其中可在步骤(c)之前，在步骤(c)后，或与步骤(c)同时进行步骤(b)以生产所述粘合剂。
44.根据权利要求43所述的粘合剂，其中多价阳离子为钙和/或镁，所述聚阳离子为多胺，所述聚阴离子为多磷酸盐，且钙与胺/磷酸基团的比例为从0. 1至0. 3，且镁与胺/磷酸基团的比例为从0.8至1.0。
45.根据权利要求43所述的粘合剂，其中步骤(b)包括将所述粘合复合物凝聚层的pH 升至大于或等于7. 0的pH。
46.根据权利要求45所述的粘合剂，其中步骤(b)包括将所述粘合复合物凝聚层的pH 升至高达8. 0的pH。
47.根据权利要求43所述的粘合剂，其中步骤(c)包括使用氧化剂以有利于所述聚阳离子和聚阴离子之间的交联。
48.根据权利要求47所述的粘合剂，其中所述氧化剂包括02、NaIO4、过氧化物、过渡金属氧化剂、或可逆氧化剂复合物。
49.一种化合物，所述化合物包括含有能够经历氧化交联的至少一个二羟基芳族基团的聚阴离子或聚阳离子，其中所述二羟基芳族基团共价地连接到所述聚阴离子或聚阳离子上。
50.根据权利要求49所述的化合物，其中所述聚阴离子包括多磷酸盐。
51.根据权利要求50所述的聚阴离子，其中所述多磷酸盐化合物包括天然化合物、化学修饰的天然化合物或合成类似物。
52.根据权利要求50所述的化合物，其中所述多磷酸盐化合物包括侧链连接至所述聚合物骨架的至少一个磷酸基团和/或掺入所述聚合物骨架的至少一个磷酸基团。
53.根据权利要求49所述的化合物，其中所述聚阴离子包括含有一个或多个侧链磷酸基团的聚丙烯酸酯。
54.根据权利要求49所述的化合物，其中所述二羟基芳族基团包括DOPA或儿茶酚部分。
55.根据权利要求49所述的化合物，其中所述聚阴离子为(1)磷酸丙烯酸酯和/或磷酸甲基丙烯酸酯与( 含有二羟基芳族基团的第二丙烯酸酯和/或第二甲基丙烯酸酯之间的聚合产物，所述二羟基芳族基团共价键合至所述第二丙烯酸酯或第二甲基丙烯酸酯。
56.根据权利要求49所述的化合物，其中所述聚阴离子为单丙烯酰氧乙基磷酸酯和多巴胺甲基丙烯酰胺之间的聚合产物。
57.一种用于修复受治疗者的骨折的方法，所述方法包括(a)将折断的骨与权利要求 1-39所述的粘合复合物凝聚层接触和(b)将所述凝聚层中的所述聚阳离子和聚阴离子交联。
58.根据权利要求57所述的方法，其中所述骨折包括完全骨折、不完全骨折、线形骨折、横向骨折、斜形骨折、压缩骨折、螺旋形骨折、粉碎性骨折、碾压骨折、开放性骨折、关节内骨折、或颅面骨骨折。
59.根据权利要求57所述的方法，其中所述方法包括将骨碎片粘合至现存的骨。
60.一种用于将基材粘合至受治疗者的骨的方法，所述方法包括(a)将所述骨和/或基材与权利要求1-39所述的粘合复合物凝聚层接触；(b)将所述基材应用至所述骨；和(c) 将所述凝聚层中的所述聚阳离子和聚阴离子交联。
61.根据权利要求60所述的方法，其中所述基材包括金属基材、箔、纤维或布片。
62.一种用于将骨-组织支架粘合至受治疗者的骨的方法，所述方法包括(a)将所述骨和/或组织与权利要求1-39所述的粘合复合物凝聚层接触；(b)将所述骨-组织支架应用到所述骨和组织上；和(c)将所述凝聚层中的所述聚阳离子和聚阴离子交联。
63.根据权利要求62所述的方法，其中所述组织包括软骨、韧带、腱、软组织、器官、膜组织、或其合成衍生物。
64.根据权利要求62所述的方法，其中所述支架包括有利于所述骨和组织的生长或修复的一种或多种药物。
65.根据权利要求1-39所述的粘合复合物凝聚层在牙科应用中的用途。
66.根据权利要求65所述的用途，其中所述用途包括治疗牙齿缺陷。
67.一种用于固定牙科植入物的方法，所述方法包括(a)将权利要求1-39所述的粘合复合物凝聚层应用到口腔基材和/或牙科植入物；(b)将所述牙科植入物连接到所述基材上；和(c)将所述凝聚层中的所述聚阳离子和聚阴离子交联。
68.一种用于递送一种或多种生物活性剂的方法，所述方法包括向受治疗者施用权利要求1-39所述的粘合复合物凝聚层。
69.一种用于修复受治疗者的角膜撕裂和/或结膜撕裂的方法，所述方法包括(a)将权利要求1-39所述的粘合复合物凝聚层应用到所述撕裂和(b)将所述凝聚层中的所述聚阳离子和聚阴离子交联。
70.一种用于抑制受治疗者的血管内的血流的方法，所述方法包括(a)将权利要求 1-39所述的粘合复合物凝聚层引入到所述血管中和(b)将所述凝聚层中的所述聚阳离子和聚阴离子交联。
全文摘要
粘合复合物凝聚层包括一种或多种聚阳离子和一种或多种聚阴离子的混合物。粘合复合物凝聚层中的聚阳离子和聚阴离子在固化时通过共价键彼此交联。与常规生物粘合剂对比时，粘合复合物凝聚层具有多个期望特征，其在基于水的应用中是有效的。当应用到基材时，本文所述的粘合复合物凝聚层在水中显示出良好的界面张力(即，它们散布在界面上而不是成珠)。另外，复合物凝聚层的分子间交联的能力增加了粘合复合物凝聚层的粘聚强度。粘合复合物凝聚层作为生物粘合剂和药物递送装置具有许多生物学应用。特别地，本文所述的粘合复合物凝聚层在水下应用和存在水的情况例如，举例来说，生理条件下是特别有用的。
文档编号A61P19/08GK102548581SQ201080038397
公开日2012年7月4日 申请日期2010年7月23日 优先权日2009年7月23日
发明者R·J·斯图尔特, 邵辉 申请人:犹他大学研究基金会