专利名称：用于Ⅱ型糖尿病患者的生物活性支架及其使用方法
相关申请本申请是2005年4月4日提交的美国专利申请序列第11/098,891号的部分继续申请。
发明领域
一般而言，本发明涉及可植入医疗器械，具体而言，本发明涉及促进糖尿病患者血管愈合的涂覆有生物降解性聚合物的可植入支架。
背景技术：
覆盖血管内层的正常内皮，与血液独特地和完全地相容。内皮细胞引发代谢过程，如前列环素和内皮细胞舒血管因子(endothelium-derived relaxing factor(EDRF))的分泌，这有效地阻碍血小板在血管壁上沉积和在血管壁上形成血栓。然而，血管系统中的受损动脉表面高度易于血栓形成。在已经发生了内皮、中层和外膜损伤的血管中，导致血栓形成的异常的血小板沉积更有可能发生。虽然全身性药物已经被用来防止凝血和抑制血小板聚集，但是还存在着对如此方法的需求，所述方法可以直接处理受损血管以防止血栓形成和随后的内膜平滑肌细胞增殖。
目前针对狭窄或闭塞血管的治疗方案包括机械介入。然而，这些技术加重了损伤，促使新的平滑肌细胞增殖和新内膜生长。例如，通常应用球囊血管成形术来处理狭窄的动脉，这涉及用可膨胀导管对血管进行机械扩张。该方法的有效性在一些患者中受到限制，因为该处理本身损伤血管，从而诱导平滑肌细胞的增殖和血管的再闭塞或再狭窄。已经估算，大约30％至40％经球囊血管成形术和/或支架治疗的患者，以及血管的中层，例如在球囊血管成形术和支架术期间经常发生的，已被发现刺激新内膜增殖，导致动脉粥样硬化血管再狭窄。
为了克服这些问题，已经采取了许多方法来提供可用于受损脉管系统修复中的支架。在一个方面，支架本身通过提供较大的腔以机械方式降低再狭窄。例如，一些支架随时间逐渐扩大。为了防止植入支架期间对腔壁的损伤，许多支架被安装在球囊导管部分扩张的球囊上以收缩形式被植入，随后在原位被扩张以便和腔壁接触。美国专利第5,059,211号公开了用于支撑冠状动脉内壁的可扩张支架，其中所述支架主体由多孔的生物可吸收材料制成。为了有助于在植入这种支架期间避免对血管的损伤，美国专利第5,662,960号公开了混合水凝胶制成的减少摩擦涂层，其适合用于可以被运用到支架表面的聚合塑料、橡胶或金属基材上。
影响细胞增殖的许多药剂(agent)已经作为对狭窄和再狭窄的药物治疗而被测试，该药物治疗是努力去减缓或抑制平滑肌细胞增殖。这些组分包括肝素、香豆素、乙酰水杨酸、鱼油、钙拮抗剂、类固醇、前列环素(prostacyclin)、紫外线照射、和其它组分。这些药剂可以被全身性应用，或者可以使用药物输送导管或药物洗脱支架在更加局部的基础上被输送。特别地，可以将带有药物的生物可降解聚合物基质在治疗部位植入。随着聚合物的降解，药物在治疗部位直接被释放出来。药物被输送的速率在很大程度上取决于聚合物基质被机体再吸收的速率。授予Kaplan的美国专利第5,342,348号和授予Norciso的美国专利第5,419,760号是这种技术的示例。美国专利第5,766,710号公开了由不同熔融温度的复合的生物可降解聚合物形成的支架。
由多孔聚合物或烧结金属颗粒或纤维形成的多孔支架也已被用于在受损血管中释放治疗药物，如在美国专利第5,843,172号所公开的。然而，围绕多孔支架的组织趋向于渗入孔中。在一些用途中，认为促进组织向内生长的孔是起反作用的，因为新内膜的生长可以闭塞被放置了支架的动脉或其它体腔。
通过应用网格血管内支架(latticed intravascular stent)，药物向受损动脉壁部分的输送也得以研究，所述血管内支架已经被种入了已被改造用来分泌治疗性蛋白质如t-PA的绵羊内皮细胞(D.A.Dichek et al.，Circulation，801347-1353，1989)。然而，已知内皮能够促进凝血和血栓形成。
为了防止导致狭窄或再狭窄的新内膜增殖，授予Edelman等人的美国专利第5,766,584号公开了抑制内皮细胞内层损伤后的血管平滑肌细胞增殖的方法，通过创建一种含内皮细胞的基质并且通过外科方法将该基质包封在外膜周围来实施。所述基质，特别是附着于该基质的内皮细胞，分泌出扩散入周围组织的产物，但是不迁移至受损血管的内皮细胞内层。
在健康个体中，响应于内皮损伤，血管内皮参与许多稳态机制，所述机制对于正常的伤口愈合、血管紧张度的调节和血栓形成的防止具有重要意义。这些功能的主要介质是内皮细胞舒血管因子(EDRF)。其由Furchgott和Zawadzki在1980年首次描述(Furchgott and Zawadzki，Nature(Lond.)288373-376，1980)，EDRF是一氧化氮(Moncada et al.，Pharmacol Rev.43109-142，1991.)(NO)或密切相关的含NO的分子(Myers et al.，Nature(Lond.)，345161-163，1990)。
内皮细胞的去除或损伤是新内膜增殖的一个有效刺激，新内膜增殖是球囊血管成形术后动脉粥样硬化血管再狭窄的常见机制(Liu et′al.，Circulation，791374-1387，1989)；(Ferns et al.，Science，2531129-1132，1991)。支架诱导的再狭窄是由动脉管腔壁的局部损伤引起的。进一步地，再狭窄是慢性刺激的创伤愈合周期的结果。
创伤愈合的自然过程涉及两阶段周期创伤部位的血液凝固和发炎。在健康个体中，这两个周期是抗衡的，每一周期包括防止过度兴奋的天然负反馈机制。例如，在凝血酶通路中，凝血酶因子Xa影响因子VII以控制血栓形成，同时刺激由促炎性单核细胞和巨噬细胞产生PARs(Protease Activated Receptors(蛋白酶活化受体))。内皮细胞内源生成的一氧化氮调节促炎性单核细胞和巨噬细胞的侵入。在动脉腔中，此两阶段周期使得愈合细胞穿过内皮的中断处进入并且增殖。由此天然抗衡过程引起的血管平滑肌细胞群的稳定化是防止导致再狭窄的新内膜增殖所必需的。在血管中，由于对内皮层的损伤而引起的内源生成的一氧化氮的缺失或不足被认为需对血管平滑肌细胞的增殖负责，所述增殖导致血管损伤后的再狭窄，例如，在血管成形术后的再狭窄。
一氧化氮舒张血管(Vallance et al.，Lancet，2997-1000，1989)，抑制血小板活化和粘附(Radomski et al.，Br.J Pharmacol，92181-187，1987)，并且在体外，一氧化氮限制血管平滑肌细胞的增殖(Garg et al.，J.Clin.Invest.831774-1777，1986)。同样地，在动物模型中，一氧化氮对血小板来源的有丝分裂原的抑制降低了内膜增殖(Fems et al.，Science，2531129-1132，1991)。内皮源性一氧化氮在损伤后动脉重构的控制中的潜在重要性，进一步得到近来在人类中的初步报道的支持，所述报道表明，全身性NO供体降低球囊血管成形术后6个月的血管造影再狭窄(TheACCORD Study Investigators，J.Am.Coll Cardiol.2359A.(Abstr.)，1994)。
对动脉中内皮的功能的最早理解是，其起到高度活化的血液负载物质和动脉内膜之间的屏障的作用。当血小板、单核细胞和中性粒细胞浸润内膜时，在动脉壁中产生许多生物学活动。这些反应——由于活化因子如ATP和PDGF从血小板的释放以及IL-I、IL-6、TNFα和bFGF从单核细胞及中性粒细胞的释放一一而引起。释放这些活化因子的一个重要后果是平滑肌细胞的细胞结构的变化，这引起细胞从静止变为迁移。这种细胞变化在血管医学中是特别重要的，因为动脉中的静止平滑肌细胞的活化可以引起不受控制的增殖，导致动脉堵塞或狭窄，其被称为狭窄或再狭窄。
对堵塞动脉的非外科治疗的护理标准是，用血管成形术球囊重新打开堵塞处，随后通常放置被称为支架的线金属结构以维持动脉中的开口。该过程的一个不利后果是，由于血管成形术球囊的扩张和对支架的异体性炎症反应的发生，内皮层几乎完全被破坏。因此，在去除了血管成形术中应用的球囊导管之后，动脉迅速地被暴露于活化因子的流入。由于机械介入破坏了天然的血液/动脉屏障，在相当多数目的患者中，结果是，平滑肌细胞发生不受控制的局部增殖反应，引起再狭窄。
不成比例数目的糖尿病患者，特别是患有II型糖尿病的那些患者，从动脉粥样硬化动脉支架术所得到的益处不如对等的非糖尿病患者得到的受益程度。临床研究强烈提示，当动脉支架被植入时，在患有糖尿病的患者中，普遍受损的内皮愈合是降低这些患者治疗效果的主要原因。糖耐量减低(Impaired glucosetolerance)(IGT)被认为是II型糖尿病发展的过渡阶段，并且在II型糖尿病患者中发现的内皮健康状况的许多改变在IGT中得到预示。IGT和糖尿病也独立地与心血管疾病的发生相关。虽然II型糖尿病患者在经历这种治疗失败的患者中占有主要比例，但是不是所有的II型糖尿病患者经历支架术失败，为何一些患者经历失败而一些患者不经历失败的原因迄今尚未得到研究。
因此，在本领域中，存在着对新的和更好的方法和器械的需要，所述方法和器械用于在患有糖尿病的患者和遭受了动脉内皮内层损伤的患者中刺激和补充内皮愈合。具体而言，存在着对更好的方法和器械的需要，所述方法和器械用于恢复糖尿病患者中受损动脉和其它血管的天然的损伤愈合过程。
发明综述
本发明基于如此发现在患有II型糖尿病的患者中，血管损伤部位处的内源性内皮愈合过程可以通过带有生物可降解的生物活性聚合物的涂层支架和其它可植入器械得以促进，所述的聚合物带有共价连接的生物配体，其特异地捕获和活化来自这种患者循环血液的治疗性内皮祖细胞。经过一段时间生物降解的该聚合物也可以释放一种或多种生物活性剂，所述生物活性剂在患有II型糖尿病的患者的动脉中通过活化PECs重建天然内皮愈合过程。连接到聚合物(例如，聚合物骨架)的生物活性剂，通过在血管中的支架或器械植入部位将来自循环血的内皮祖细胞特异地募集到支架表面，而促进糖尿病患者动脉中的内源性内皮过程。因此，在II型糖尿病患者中，相当比例的支架的愈合性质在支架生物降解之前发生。
在一个实施方式中，本发明提供了生物活性可植入支架，其包括带有由生物可降解的生物活性聚合物构成的表面涂层的支架结构，和可以与循环血中的内皮祖细胞(progenitors of endothelial cells(PECs))上的整联蛋白受体特异结合的至少一种生物配体，所述生物配体存在于所述聚合物的表面。此生物配体本身可以是具有生物活性的，这在于它也活化PECs，或者它也可以与另一生物活性PEC-活化剂共同起作用。该聚合物具有如结构式(I)描述的化学式，
式(I) 其中，n在大约5至大约150的范围内；R1独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、α，ω-双(4-羧基苯氧基)(C1-C8)烷、3，3’-(链烷二酰二羟基)二肉桂酸3，3’-(alkanedioyldioxy)dicinnamic acid或4，4’-(链烷二酰二羟基)二肉桂酸4，4’-(alkanedioyldioxy)dicinnamic acid的残基、或治疗性二酸的饱和或不饱和残基；在独立的n个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基以及-(CH2)2S(CH3)；和R4独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)亚烷基、结构式(II)的1，43，6-双无水己糖醇(dianhydrohexitols)的双环片段、饱和或不饱和的治疗性二酸残基及其组合；
式(II) 或者具有结构式III描述的化学式的PEA聚合物；
式(III) 其中n在大约5至大约150范围内，m在大约0.1至大约0.9范围内，p在大约0.9至大约0.1范围内；其中R1独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、a，ω-双(4-羧基苯氧基)(C1-C8)烷、3，3’-(链烷二酰二羟基)二肉桂酸或4，4’-(链烷二酰二羟基)二肉桂酸的残基，或者饱和或不饱和的治疗性二酸的残基，及其组合；每一个R2是独立的氢、(C1-C12)烷基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)烷基、(C6-C10)芳基或保护基团；在独立的m个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基和-(CH2)2S(CH3)；和R4独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)亚烷基、结构式(II)的1，43，6-双无水己糖醇的双环部分、饱和或不饱和的治疗性二醇的残基及其组合； 或者聚合物为具有结构式(IV)描述的化学式的PEUR聚合物，
式(IV) 并且其中n在大约5至大约150范围内；其中在独立的n个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基和-(CH2)2S(CH3)；R4和R6独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基或烷氧基、结构式(II)的1，43，6-双失水己糖醇的双环部分、或者饱和或不饱和的治疗性二醇的残基及其组合。
或者具有通式(V)描述的化学结构的PEUR聚合物
式(V) 其中n在大约5至大约150范围内，m在大约0.1至大约0.9范围内，p在大约0.9至大约0.1范围内；每一个R2独立地是氢、(C1-C12)烷基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)烷基、(C6-C10)芳基或保护基团；在独立的m个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基和-(CH2)2S(CH3)；R4和R6独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基或烷氧基、和结构式(II)的1，43，6-双失水己糖醇的双环片段、或者饱和或不饱和的治疗性二醇的残基及其组合； 或者聚合物为具有结构式(VI)描述的化学式的PEU聚合物
式(VI) 其中n在大约10至大约150；在独立的n个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基和-(CH2)2S(CH3)；R4独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)亚烷基、饱和或不饱和的治疗性二醇的残基；或者结构式(II)的1，43，6-双失水己糖醇的双环片段； 或者具有结构式(VII)描述的化学式的PEU
式(VII) 其中m在大约0.1至大约1.0；p在大约0.9至大约0.1；n在大约10至大约150；每一个R2独立地是氢、(C1-C12)烷基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)烷基、(C6-C10)芳基或保护基团；和在独立的m个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基和-(CH2)2S(CH3)；R4独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)亚烷基、饱和或不饱和的治疗性二醇的残基；或者结构式(II)的1，43，6-双失水己糖醇的双环片段，或者其混合物。
在又另一实施方式中，本发明提供了试剂盒，其包括发明的生物相容性可植入支架和其使用说明书。本发明的支架具有支架结构，所述结构带有生物可降解的生物相容聚合物的表面涂层，所述生物相容聚合物具有可以与PECs上的整联蛋白受体特异结合的至少一种生物配体或特异结合对的第一成员。
在又另一实施方式中，本发明提供了包含生物可降解的生物活性聚合物的管鞘(tubular sheath)，其中所述聚合物具有结构式(I和III-VII)所描述的化学结构，其中所述聚合物包括存在于所述聚合物之表面上的至少一种生物配体，其中所述生物配体可以与外周血中PECs上的整联蛋白受体特异性地结合。
在另一实施方式中，本发明提供了可植入医疗器械，其具有被涂覆在至少一部分表面上的生物可降解的生物活性聚合物，所述聚合物具有结构式(I和III-VII)所描述的化学结构。与在外周血中发现的PECs上的整联蛋白受体能够特异结合的至少一种生物配体，存在于该聚合物的表面。
在再一个另一实施方式中，本发明提供了用于输送至少一种生物配体的方法，所述生物配体将在外周血中发现的PECs上的整联蛋白受体，特异结合到患有II型糖尿病的患者的心脏或肢体中的受损动脉内皮，所述方法包括将本发明支架植入具有受损动脉内皮的患者的动脉中，以便促进患者动脉壁的自然愈合。
在又一个另一实施方式中，本发明提供了使用具有结构式(I和III-VII)所描述的化学结构的聚合物作为医疗器械、药物或载体的方法，进行生物配体(bioligand)或特异结合对(specific binding pair)的第一成员(first member)的共价固定，所述生物配体或特异结合对的第一成员与被植入了所述聚合物的II型糖尿病患者的循环血中的PECs中的整联蛋白受体特异连接。在该实施方式中，a)生物配体是与循环血中的PECs上的整联蛋白受体特异结合的多肽；b)生物配体和抗体形成特异结合对，所述抗体与整联蛋白受体特异结合；或者c)用特异结合对的第一成员标记抗体，并且生物配体包括特异结合对的第二成员(second member)。
在再一个的另一实施方式中，本发明提供了促进由于机械介入患有II型糖尿病患者的动脉而受损的内皮的自然愈合的方法，该方法通过将本发明支架植入机械介入后的动脉而促进动脉的自然愈合。
附图简述
图1是本发明的多层聚合物包被的支架的示意性横截面图。
图2是描述PEC(内皮细胞的祖细胞或者内皮前体细胞)分离方案的流程图。
图3是用ECs和SMCs进行的粘附试验的方案的流程图。
图4是根据ATP标准曲线总结代表性粘附试验定量结果的图。在粘附试验的每一时间点，进行ATP试验来确定粘附细胞数量。
图5显示了丹酰(dansyl)的化学结构，dansyl是与PEA连接的活性荧光染料5二甲基氨基-1-萘磺酰(5dimethylamino-1naphthalenesulfonyl)的首字母缩写。
图6A-B是概括表面化学最佳方案的流程图。图6A示出了用于将肽偶联到酸性形式聚合物(PEA-H)的表面化学的流程图。图6B示出了用于将肽表面偶联到PEA聚合物的混合物的方案的流程图。
图7是一幅图，显示了单核细胞向巨噬细胞的表型进化与在PEA和其它测试聚合物上通过超过三周的培养而形成多核细胞的接触诱导融合的比值。
图8是一幅图，其示出了单核细胞在PEAs上分泌的IL-6比在其它测试聚合物上分泌的IL-6少5倍多。
图9是示出了在PEAs、PLGA 73K和PBMA上培育24小时的单核细胞分泌的IL-1b的图。
图10是示出了白细胞介素1(IL-1)受体拮抗物分泌的图，该拮抗物是IL-1b的天然出现的抑制剂，由在PEAs上培养的粘附单核细胞分泌。
图11是一幅图，其示出了在PEA、聚乙烯-共聚-醋酸乙烯酯(polyethylene-co-vinyl acetate(PEVAcPBMA))和明胶包被的表面上培养72小时的人类冠状动脉内皮细胞(endothelial cells(ECs))和主动脉平滑肌细胞(smoothmuscle cells (SMCs))的生长。在每一对长方形条框中，左手边的长方形条框是ECs，右手边的长方形条框是SMCs。
图12是一幅图，其示出了37℃下，在聚合物包被孔(PEA.Ac.Bz或PEA.Ac.TEMPO)或纤维蛋白原包被孔中，培养30分钟的人类血小板的ATP释放。
发明详述
在一个实施方式中，本发明提供了支架和使用这种器械在患有糖尿病特别是II型糖尿病的患者中重建内皮的血液/动脉屏障的方法。本发明的支架、支架覆盖物和药物输送组合物也被设计为在患有糖耐量减低的患者中促进受损血管内皮处的内皮愈合，糖耐量减低被认为是II型糖尿病发展的过渡阶段。本发明的支架包括包封支架结构的生物相容性的可再吸收聚合物鞘。在本发明方法的一个优选实施方式中，支架在血管成形术过程或损伤动脉内皮的其它医疗过程结束时被放置，而不允许耽搁足以使炎性因子从血流浸润入动脉壁的时间。在该方法中，支架被放置在损伤部位，优选地立即覆盖并且保护受损的内皮区域，以便防止炎性因子从血流渗透入动脉壁，同时行使其从患者循环血中聚集治疗性内皮祖细胞的主要功能，从而，在患有II型糖尿病的患者中，可以发生自然的内皮愈合过程。
换句话说，本发明的支架行使人造内皮层的功能，同时如本文所述，促进了糖尿病患者中的自然的内皮愈合过程。聚合物鞘可以具有有助于动脉愈合的附加特性。在一个实施方式中，本发明的鞘或覆盖物包括多层，每一层都可以在重建稳定损伤和帮助受损动脉壁愈合中行使不同的功能。
如本文中使用的术语“糖尿病(diabetes)”和“糖尿病(diabetes mellitus)”，指II型糖尿病以及糖耐量减低(impared glucose tolerance(IGT))，IGT被普遍认为是II型糖尿病发展的过渡阶段。在II型糖尿病患者内发现的内皮健康状况的许多改变，在IGT中有预示。
如本文中使用的，术语“生物活性剂(bioactive agent)”，指可活化内皮祖细胞从而促进自然内皮化过程的活化剂。这类生物活性剂包括可以从患者血流中捕获PEGs的生物配体。
如本文中使用的，术语“附加的生物活性剂(additional bioactive agent)”，指非“生物活性剂”的活化剂，该附加的生物活性剂当被施用给哺乳动物时，以治疗或缓和的方式影响哺乳动物个体例如人的生物学过程，并且附加的生物活性剂没有被并入聚合物骨架中。生物活性剂可包括，但不限定于小分子药物、肽、蛋白质、DNA、cDNA、RNA、糖、脂类和完整细胞。一种或多种如此生物活性剂，可被分散于本发明的治疗性聚合物的组合物中。
如本文中使用的，术语“内皮祖细胞(progenitors of endothelialcells)(PECs)”——针对于患有II型糖尿病的患者的血液而言——，包括，但不限定于内皮前体细胞(endothelial progenitor cells(EPCs))。文献中有明显的证据内皮前体细胞(EPCs)可以从骨髓产生，并且CD133+/VEGFR2+细胞代表具有内皮祖先能力(endothelial progenitor capacity)的细胞群(Blood(2000)95952-958and3106-3112；Circ.Res.(2001)88167-174；Arterioscler.Thromb.Vase.Biol.(2003)231185-89和Circ.Res.(2004)95343-353)。然而，也有报道关于也能够产生内皮细胞的另外的骨髓源细胞群(即，骨髓细胞和间充质细胞)和甚至非骨髓源细胞(Circulation(2003)1071164-1169；Circulation(2003)1082511-2516；Anat.Res.(2004)Part A 276A13-21；和Circ.Res.(2004)95343-353)。循环血液中的更加分化的内皮细胞来源可以是单核细胞或单核细胞样细胞，这是本文实施例中使用的PECs的来源。术语“前体内皮细胞(precursor endothelial cells)”(PECs)用于本文以包括和描述ECs(内皮细胞)的所有这些非“经典(classical)”前体。
在另一方面，适用于从循环血中捕获PECs的生物配体的实例是针对治疗性PECs的已知的或被确定的表面标志物的单克隆抗体。已报道的装饰内皮细胞表面的互补决定区(Complementary determinants)(CDs)包括CD31、CD34、CD102、CD105、CD106、CD109、CDw130、CD141、CD142、CD143、CD144、CDw145、CD146、CD147和CD166。在EC发育中，这些细胞表面标记对具体的细胞/发育类型/阶段可以有不同的特异性。已报道，CDs 106、142和144以一定的特异性标记成熟的内皮细胞。目前已知CD34对非糖尿病患者的内皮祖细胞具有特异性，因而，CD34被认为是可用于从被植入了支架的糖尿病患者的血管中的血液循环中捕获出PECs的细胞表面标志物之一。
用于从循环血中捕获PECs的生物配体的其它实例是细胞外基质(extracellular matrix(ECM))蛋白。在骨髓基质中和在机体的大多数区域中，发生祖细胞和ECM之间的相互作用。ECM配体不仅对分化和增殖是重要的，而且对造血干细胞的维持也是重要的。纤连蛋白(fibronectin)是更普遍存在ECM成员之一。它是大多数细胞类型的潜在配体，并且被整联蛋白家族的至少10种粘附受体所识别(Leukemia 1997；11822-829和Blood 1998；91(9)3230-3238)。特别地，CS5和REDVDY都被发现于纤连蛋白的III型连接片段中。CS5肽的序列是Gly-Glu-Glu-Ile-Gln-Ile-Gly-His-Ile-Pro-Arg-Glu-Asp-Val-Asp-Tyr-His-Leu-Tyr-Pro(SEQ ID NO1)，其包含REDVDY(下划线表示)(SEQ ID NO2)。已经发现，CS5和REDVDY肽与PECs上的整联蛋白受体特异性地结合。
最小活性的细胞结合氨基酸序列，即REDV，是与纤连蛋白的中央细胞结合结构域中的主要活性位点RGDs有些相关的。然而，REDV在其细胞类型选择性方面是新颖的。已知整联蛋白α4β1与REDV序列相结合，并且其被发现存在于EC上而不是SMCs上(JBC(1991)266(6)3579-3585；Am J of Pathology(1994)1451070-1081；和Blood(1998)91(9)3230-32384)。这对在外周血中募集PECs而不是平滑肌祖细胞(smooth muscle progenitor cells(SPCs))，变得甚至更加重要。近来的研究表明，PECs表达α4β1整联蛋白，而SPCs不表达整联蛋白(Circ.(2002)1061199-1204；和Circ.(2004)110(17)2673-26775)。REDV对ECs的这种优先性为含有REDV作为生物配体聚合物涂层的支架提供了明显的优势，该生物配体起PEC细胞募集因子的作用。即使不认为整联蛋白受体的生物配体明显增强细胞对支架的粘附，也已经发现，这样的生物配体仍然对ECs的募集赋予了优势，因为在支架表面上ECs细胞更好的伸展刺激了ECs在细胞表面更快的粘附。
对本文实施例中描述的细胞结合区的研究确定了在许多细胞类型表面上发现的整联蛋白受体的重要性。与PECs中的整联蛋白受体特异结合的生物配体(肽和多肽)被并入(例如，共价结合于)如本文所述的生物可降解聚合物，所述聚合物用于包被介入性可植入器械如血管支架之表面的至少一部分，以便赋予涂层从被植入器械的糖尿病患者的循环血流中优选地和特异地募集PECs亚群的性质。所得到的遍及支架的PECs局部富集将增强糖尿病患者动脉壁的内皮创伤愈合。
在一个实施方式中，生物配体是抗体，如单克隆抗体，并且对于如上述的、在PECs上鉴定出的整联蛋白受体具有特异性。当具有聚合物涂层——捕获抗体结合于该涂层——的支架被植入II型糖尿病患者中时，其依次将结合并将捕获的PECs保持在聚合物表面附近，以进行活化和随后的迁移。
如本文所用的，术语“抗体(antibody)”以其最宽的意义被使用，包括多克隆抗体和单克隆抗体，以及这些抗体的抗原结合片段。用于本发明方法中的抗体或其抗原结合片段的特征是，例如，对靶分子的表位具有特异结合活性。
抗体，例如，包括天然发生的抗体以及非天然发生的抗体——其包含例如，单链抗体、嵌合抗体、双功能抗体和人源化抗体，以及其抗原结合片段。这样的非天然发生的抗体可以使用固相肽合成进行构建，可以重组产生或者可以通过例如筛选由可变区重链(variable heavy chains)和可变区轻链(variable lightchains)组成的组合文库得到(参见Huse et al，Science 2461275-1281(1989))。这些方法和制备例如嵌合抗体、人源化抗体、CDR-移植抗体、单链抗体和双功能抗体的其它方法，是本领域技术人员众所周知的(Winter and Harris，Immunol.Today14243-246，1993；Ward et al.，Nature 341544-546，1989；Harlow and Lane，AntibodiesA laboratory manual(Cold Spring Harbor Laboratory Press，1988)；Hilyardet al.，Protein EngineeringA practical approach(IRL Press 1992)；Borrabeck，Antibody Engineering，2d ed.(Oxford University Press 1995))。可以用于本发明器械和方法中的抗体的实例包括单链抗体、嵌合抗体、单克隆抗体、多克隆抗体、抗体片段、Fab片段、IgA、IgG、IgM、IgD、IgE和人源化抗体。适于用作生物配体的单克隆抗体也可以从许多商业来源获得。这样的商业上的抗体可以用于针对宽种类的靶。可以用标准的化学方法将抗体探针偶联到分子骨架上，如下文所论述。
当术语“特异地结合(binds specifically)”或“特异性结合活性(specificbinding activity)”用于指代抗体时，指抗体和特定表位的相互作用具有至少约1×10-6、普通是至少约1×10-7、通常是至少约1×10-8、特别是至少约1×10-9或1×10-10或更低的解离常数。这样，抗体的对抗原表位保留特异性结合活性的Fab、F(ab′)2、Fd和Fv片段，都包含在抗体的定义中。
在一个可选的实施方式中，一对生物相容性特异结合配偶体(specificbinding partners)，A和B，可以被用来从II型糖尿病患者的循环血中特异性地捕获PECs。在该实施方式中，特异结合对中的一个作为生物配体与支架或其它可植入器械的聚合物涂层共价连接。特异结合配偶体对中的另一成员被连接到或者允许连接到将被治疗的糖尿病患者的PECs上的整联蛋白受体(或是体外或是体内，通过将其施用于患者的血液)。例如，如果该生物相容性特异结合配偶体对是生物素(分子A)和链霉抗生物素(分子B)，那么与PEC细胞表面标记——如CD 144特异结合的Mab，可以在Mab的一个位点上与分子A偶联，并且其不干扰Mab与其同源PEC细胞表面标志物结合。可选地，特异结合配偶体A和B的作用，可以被颠倒，例如，将生物素连接到支架的聚合物，链霉抗生物素连接到单克隆抗体，该单克隆抗体被施用于患者，来与患者PECs上的整联蛋白受体特异连接。
在本发明的一个实施方式中，在支架或其它治疗器械安置之前、同时或随后立刻，或是在体内(例如，肠道外)或是在离体(例如，通过患者血液的体外循环)，将Mab-A偶联物加入患者的血液中。结果，循环着的治疗性EPC-Mab-A复合物被优选地募集到结合配偶体B-链霉抗生物素，链霉抗生物素被共价连接于器械涂层，这增强了介入和损伤部位处的治疗性PECs的局部浓度。施用于人类血液的单克隆抗体优选地是“人源化单克隆抗体”，适当的抗原结合片段可以商业上委托得到或者可以使用众所周知的技术容易地重组产生。虽然本发明的这一方面是通过参照特异结合配偶体，生物素和链霉抗生物素，得以说明的，但是任何生物相容性特异结合配偶体对都可以以类似的方式进行使用。
可选地，生物相容性生物配体进一步可以包括特异结合对如生物素-链霉抗生物素的一个成员，特异结合对的另一成员可以被预先连接到聚合物上。在使用中，在这种可选的情况下，通过体内或是体外将生物配体施用于患者的血流，并且允许生物配体通过特异结合对桥(pair bridge)与血流中的治疗性PECs上的特异性靶相结合。如果生物配体被体内施用于患者的血流(例如，肠道外)，那么血流中的PECs，通过生物配体-特异结合对-聚合物复合物，在体内与聚合物相结合。
另外，已知小的蛋白质基序——例如细菌A蛋白的B结构域和G蛋白的功能上相等区域——与含Fc抗体形成特异结合对，并从而捕获所述含Fc抗体。因此，在进一步的实施方式中，被施用于糖尿病患者血液中的抗体是含Fc抗体，该抗体对血液中PECs上的整联蛋白受体具有特异性，并且连接于支架聚合物的生物配体是“粘性”肽或多肽——例如A蛋白和G蛋白，它们将捕获抗体并将其保持在支架聚合物的表面附近，以便协助将PECs募集到内皮损伤区域。然而，这些“粘性”肽或多肽也可以捕获其它循环着的、含Fc的天然抗体，从而降低用于治疗目的的反应的特异性。
A蛋白是葡萄球菌A(staphylococcus A bacteria)的成分，其结合特定抗体或免疫球蛋白分子的Fc区域。例如，A蛋白生物配体可以是下列氨基酸序列或者含有何下列氨基酸序列
MTPAVTTYKLVINGKTLKGETTTKAVDAETAEKAFKQYANDNGVDGVWTYDDATKTFTVTE(SEQ ID NO3)
或其功能上等价的肽衍生物，例如，以示例的方式，具有下列氨基酸序列的功能上相等的肽或多肽
TYKLILNGKTLKGETTTEAVDAATAEKVFKQYANDNGVDGEWTYDDATKTFTVTE(SEQ ID NO.4)
G蛋白是G群链球菌(group G streptococci))的成分，其表现出与A蛋白相似的活性，即，结合特定抗体或免疫球蛋白分子的Fc区域。例如，G蛋白生物配体可以是具有下列氨基酸序列的G蛋白或者是含有下列氨基酸序列的G蛋白
MTPAVTTYKLVINGKTLKGETTTKAVDAETAEKAFKQYANDNGVDGVWTYDDATKTFTVTE(SEQ ID NO5)
或其功能上相等的肽衍生物，例如，以示例的方式，具有下列氨基酸序列的功能上相等多肽
TYKLILNGKTLKGETTTEAVDAATAEKVFKQYANDNGVDGEWTYDDATKTFTVTE(SEQ ID NO6)
这样的A蛋白和G蛋白分子可以作为生物配体被共价连接到支架结构的生物活性聚合物涂层上(例如，如本文所述的多层支架的内层)，并且将行使生物配体的作用，以便从患者的循环血流中捕获出已经与患者的治疗性PECs复合的含Fc的抗体。选择生物配体并将其偶联到聚合物骨架，同时避免配体与其生物学靶结合的空间位阻(steric hindrance)。
活化内皮祖细胞、并被考虑用于与覆盖本发明的医疗器械的聚合物涂层(例如，支架和用于覆盖支架结构的鞘的表面涂层)中的聚合物骨架相连接的其它生物活性剂，包括缓激肽。缓激肽是通过蛋白酶对激肽原的作用而形成的血管活性九肽，其产生十肽胰激肽(KRPPGFSPFR)(SEQ ID NO7)，胰激肽可以进一步经历C端蛋白水解切割而产生九肽缓激肽1(KRPPGFSPF)(SEQ ID NO8)，或者经历N端蛋白水解切割而产生九肽缓激肽2(RPPGFSPFR)(SEQ ID NO9)。缓激肽1和2在功能上不同，分别是特异缓激肽细胞表面受体B1和B2的激动剂胰激肽和缓激肽2都是B2受体的天然生物配体；而C端代谢物(分别是缓激肽1和八肽RPPGFSPF(SEQ ID NO10))是B1受体的生物配体。一部分循环缓激肽可以经受进一步的翻译后修饰序列中(缓激肽2氨基酸编号中的Pro3至Hyp3)第二脯氨酸残基的羟化。缓激肽是非常有效的血管扩张剂，其增强毛细血管后静脉的通透性，并且作用于内皮细胞以激活钙调蛋白，并因而激活一氧化氮合酶。
通过在肽的一端进行连接，缓激肽被掺入本发明支架中使用的生物活性聚合物中。缓激肽的未连接端从聚合物自由伸展，作为生物配体，与血管壁中的内皮细胞以及从被植入了支架的血管中的血液里捕获的内皮祖细胞相接触。因此，与之进行接触的内皮细胞变为活化态。
在又一方面，生物活性剂可以是核苷，如腺苷，也已知其为内皮细胞内源性生成一氧化氮的有效活化剂。以此方式被活化的内皮细胞进一步激活与它们接触的内皮祖细胞。因此，引起损伤部位的内皮细胞活化级联反应，其导致了一氧化氮的内源性生成和在接触血液的支架表面上形成内皮内层。
在另一个实施方式中，本发明的支架具有封装支架结构的多层聚合物覆盖物。图1示出了本发明支架11的实例的示意性横截面图，该支架11带有支架支柱10(stent struts)和多层鞘或覆盖物。当将多层支架植入时，支架覆盖物或鞘的外层16处于直接邻近动脉壁的位置。如本文所述的生物活性剂和附加的生物活性剂，被掺入支架覆盖物或鞘的外层，以促进上皮的愈合。任选的扩散屏障层14可以被放置在外层16和内层12之间，并且与外层16和内层12接触。
多层支架覆盖物的内层12被暴露于带有PECs的循环血，并且具有共价连接于其上用于募集PECs的生物配体。本文中具体描述的生物相容性聚合物类型(例如，具有本文中的结构I和III-VII所描述的的化学结构)被用于内层12。使用本文中所述的共价连接技术，将与PECs特异结合的一种或多种生物配体，如具有SEQ ID NOS1、2或11列出的氨基酸序列的那些生物配体，或者特异结合对的一个成员——另一成员包含在特异结合生物配体中或者与该生物配体偶联——共价连接到内层中的聚合物。例如，链霉抗生物素可以与鞘内层的聚合物结合，以和生物素标记的抗体一起使用，所述生物素标记抗体特异结合循环血中PECs上的靶(该生物素标记抗体将被施用于患者的血流中)。任选地，如本文所述的一种或多种“生物活性剂”，而不是“附加的生物活性剂”，也可以被共价结合到本发明的多层支架内层中的聚合物。如本发明支架的其它实施方式中，选择生物活性剂以激活通过连接到支架覆盖物内层的生物配体而从糖尿病患者的循环血中被吸引到鞘内层的PECs。因此，在一个或多个动脉内皮受损部位重建天然内皮细胞层的过程中，支架起到了积极的作用。
本发明的多层支架的外层16包括加载有生物活性剂和/或附加生物活性剂或其组合的聚合物层，特别包含如本文所公开的限制细胞增殖或减轻炎症的那些药剂。这些细胞增殖限制和/或炎症减轻药物可以被溶解在聚合物固相中，并且因此，优选地，不与外层的聚合物相结合。更确切地说，这些生物活性剂和附加的生物活性剂被加载进入聚合物并在那里被隔离，直到支架被放入合适部位。一旦被植入，外层16中的生物活性剂被洗脱并扩散入动脉壁。
用于掺入本发明多层支架外层的优选的活性剂包括雷帕霉素(rapamycin)和其任意类似物或衍生物——例如依维莫司(也称为西罗莫司)——、帕尼特西(paclitaxel)或其任意类似物或衍生物和他汀类药物(statins)——例如辛伐他汀(simvastatin)。在外层中，非共价结合的生物活性剂和/或附加生物活性剂可以分散到本领域已知的任何生物相容性生物可降解聚合物或“加载进”本领域已知的任何生物相容性生物可降解聚合物中，原因是本发明的本实施方式中的外层，除了在支架放置期间，不与血液相接触。
任选地，位于多层支架内层和外层之间的(即沿着覆盖物外层的内表面并覆盖覆盖物外层的内表面的)，是可再吸收聚合物的扩散屏障层14(diffusionbarrier layer 14)，该扩散屏障层14作为外层中所包含的生物活性剂或附加生物活性剂的扩散屏障。此扩散屏障的目的是直接将药物/生物物质洗脱进动脉壁以防止平滑肌细胞的增殖，同时限制或防止药物/生物物质进入内层。扩散屏障层14可以通过疏水/亲水作用实现其药物分配的目的，所述疏水/亲水作用与生物活性剂在聚合物固相中的溶解性有关。例如，如果外层中的生物活性剂或附加生物活性剂是相对疏水性的，那么就选择比外层中的生物活性剂更不疏水(亲水)的聚合物屏障层；如果外层中的生物活性剂或附加生物活性剂是亲水性的，那么选择屏障层为更疏水性的。例如，屏障层可以选自如此聚合物，例如聚酯、聚氨基酸、聚酯酰胺、聚酯型氨基甲酸酯、聚氨酯、聚内酯、聚酯醚、或其共聚物，它们的电荷性质是本领域技术人员众所周知的。
屏障层14可以考虑为任选的，因为支架内层本身证明可以是有效的扩散屏障，这取决于聚合物和包含在支架内层和外层的多种活性剂的性质。
在一个实施方式中，用于制造本发明的多层支架以及含有本文所述的单层聚合物覆盖物的支架的支架结构是由生物可降解和可吸收材料制成的，例如具有足够强度和劲度的聚合物来替代传统支架结构，例如不锈钢或丝网支架结构。如本文所述的交联型聚酯酰胺、聚己酸内酯或聚酯型氨基甲酸酯，可以被用于此目的，因而，支架结构及其覆盖物是完全可生物吸收的，例如，在三个月至几年期间被完全吸收。在这种情况下，经过一段时间，每一层以及支架结构将通过包括酶作用的天然过程被身体重吸收，这允许重建内皮细胞层以恢复其作为血液/动脉屏障和通过一氧化氮的生成对动脉壁内的细胞内基质提供天然控制和稳定性的双重功能。
如本文使用的，“生物可降解(biodegradable)”指至少本发明支架的聚合物涂层，在机体的自然机能中能够被分解为无毒的和生物相容性产物。当用在本发明制造中的氨基酸是生物学L-α-氨基酸时，这特别确切。在本发明的支架、鞘和聚合物输送组合物中的聚合物包括可水解酯和可酶解切割酰胺键，其提供了生物降解能力；并且典型地，主要是采用酰胺基团进行链封端。任选地，聚合物的氨基末端可被乙酰化，或者通过与含其它任意酸的生物相容性分子结合进行其它封端，通过与包括本文描述的非限制性有机酸、无生物活性生物制剂和生物活性剂结合进行其它封端。在一个实施方式中，包括支架结构的整个支架是生物可降解的。
适用于本文特定描述类型的本发明实践的生物可降解的生物相容性聚合物(例如，具有本文结构I和III-VII描述的化学结构)，具有能够容易地将生物活性剂共价连接到聚合物的官能度。例如，具有羧基的聚合物可以与具有氨基部分的生物活性剂容易地反应，从而通过生成的酰胺基团将生物活性剂与聚合物共价结合。如将在本文中描述的，生物可降解的生物相容性聚合物和生物配体和生物活性剂可以包含有许多互补性的官能团，它们可以被用来将生物活性剂共价连接到生物可降解的生物相容性聚合物。
如上文提到的，本文所用的术语“生物活性剂(bioactive agent)”，包括在支架植入部位的内源性愈合过程中起活性作用的药剂——例如上述的生物配体或特异结合对成员——，和/或在本文中被具体描述为具有捕获(即，“生物配体(bioligands)”)、吸引和活化被捕获的循环PECs的性质的那些药剂，并且包括预期被用来与涂覆本发明支架中使用的聚合物共价连接的那些药剂。这样的生物活性剂包括但不限定于，当在聚合物降解期间游离于聚合物骨架时，促进治疗性天然创伤愈合因子——例如内皮细胞内源性生成的一氧化氮——内源性产生的药剂。可选地，在降解期间从聚合物释放的“生物活性剂”可以直接在促进由内皮细胞进行的天然创伤愈合过程中起作用，同时在控制损伤部位处的血管中的平滑肌细胞增殖中起作用。这些生物活性剂可以包括提供、运输或释放一氧化氮、增加一氧化氮内源性水平、刺激一氧化氮内源性合成、或者作为一氧化氮合酶的底物或抑制平滑肌细胞增殖的任何药剂。这些药剂包括例如，氨基氧类(aminoxyls)、呋咱类(furoxans)、亚硝基硫醇(nitrosothiols)、硝酸酯(nitrates)和花色苷(anthocyanins)；核苷如腺苷，和核苷酸如二磷酸腺苷(adenosine diphosphate(ADP))和三磷酸腺苷(adenosine triphosphate(ATP))；神经递质/神经调节物，如乙酰胆碱和5-羟色胺(血清素/5-HT)；组胺和儿茶酚胺，如肾上腺素和去甲肾上腺素；脂类分子，如鞘氨醇-1-磷酸酯和溶血磷脂酸；氨基酸，如精氨酸和赖氨酸；肽，如缓激肽、P物质和降钙素基因相关肽(calcium gene-related peptide(CGRP))和；蛋白质，如胰岛素、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor(VEGF))和凝血酶。
广泛种类的“附加生物活性剂”被任选地分散入聚合物中，例如共价连接到聚合物中，用于本发明支架、支架覆盖物和器械、以及药物输送组合物。附加生物活性剂包括氨基氧类(aminooxyls)，其具有下列结构
示例性的氨基氧类包含下列化合物
2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧(1)；2，2，5，5-四甲基吡咯烷-1-氧(2)；和2，2，5，5-四甲基吡咯啉-1-氧-3-羰基(3)。考虑使用的另外的氨基氧类包括4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧(TEMPAMINE)；4-(N，N-二甲基-N-十六烷基)铵-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧、碘化物(CAT16)；4-(N，N-二甲基-N-(2-羟乙基))铵-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧(TEMPO胆碱)；4-(N，N-二甲基-N-(3-硫代丙基)铵-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧；N-(4-(碘乙酰基)氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧(TEMPO 1A)；N-(2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧-4-基)马来酰亚胺(TEMPO马来酰亚胺，MAL-6)；和4-三甲铵-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧、碘化物(CAT 1)；3-氨基-2，2，5，5-四甲基哌啶-1-氧；和N-(3-(碘乙酰基)氨基)-2，2，5，5-四甲基吡咯烷-1-氧(PROXYL 1A)；琥珀酰亚胺基2，2，5，5-四甲基-3-吡咯啉-1-氧-3-羧酸酯和2，2，5，5-四甲基-3-吡咯啉-1-氧-3-羧酸，和类似物。
考虑用作生物活性剂的呋咱类(Furoxans)具有下列结构
一个示例性的呋咱(furoxan)是4-苯基-3-N-氧化二唑-腈(4-pheny1-3-furoxancarbonitrile)，如下面所示
亚硝基硫醇(Nitrosothiols)包括具有-S-N＝O部分的化合物，例如下面列出的示例性亚硝基硫醇
也考虑将花色素苷(Anthocyanins)用作生物活性剂。花色素苷是糖基化的花色素，具有下列结构
其中糖被连接到3-羟基位置。也已知花色素苷刺激NO在体内生成，因此其适于作为本发明实践中的生物活性剂而使用。
用于分散进入本发明支架和医疗器械的表面覆盖物并从其释放的生物活性剂也包括抗增殖剂；雷帕霉素及其任何类似物或衍生物；帕尼特西(paclitaxel)或其任何紫杉烷(taxene)类似物或衍生物；依维莫司(everolimus)、西罗莫司(Sirolimus)、他克莫司、或任何其莫司(limus)名称家族的药物；和，他汀类，如辛伐他汀、阿托伐他汀、氟伐他汀、普伐他汀、洛伐他汀、罗苏伐他汀；格尔德霉素(geldanamycins)如17AAG(17-烯丙氨基-17-脱甲氧格尔德霉素(17-allvlamino-17-demethoxygeldanamycin))；埃博霉素D和其它埃博霉素、17-二甲氨基乙氨基-17-脱甲氧-格尔德霉素和热休克蛋白90(Hsp90)的其它的聚酮化合物抑制物(polyketide inhibitors)；西洛他唑(Cilostazol)和类似物。
考虑用于在本发明多层支架中形成血液相容性亲水涂层或内层的聚合物包括聚酯、聚氨基酸、聚酯酰胺、聚氨酯或其共聚物。特别地，生物可降解聚酯的实例包括聚(α-羟基C1-C5烷基羧酸)，例如，聚乙醇酸、聚-L-丙交酯和聚-D，L-丙交酯；聚-3-羟基丁酸酯；聚羟基戊酸酯；聚己酸内酯例如聚(ε-己内酯)；和修饰的聚(α-羟基酸)均聚物，例如，环二酯单体均聚物、具有式4的3-(S)[烷氧基羰基)甲基]-1，4-二烷-2，5-二酮的均聚物，其中R是低级烷基，该均聚物被描绘在Kimura，Y.，“Biocompatible Polymers”中，在Biomedical Applications of PolymericMaterials，Tsuruta，T.，et al，eds.，CRC Press，1993中的第179页。
用于在本发明支架中形成血液相容性亲水涂层或内层的生物可降解共聚物聚酯(copolymer polyesters)的实例包括共聚酯酰胺、共聚酯型氨基甲酸酯、乙交酯-丙交酯共聚物、乙交酯-己内酯共聚物、聚-3-羟基丁酸酯-戊酸酯共聚物，以及环二酯单体、3-(S)[烷氧基羰基)甲基]-1，4-二烷-2，5-二酮与L-交酯的共聚物。乙交酯-丙交酯共聚物包含聚(乙交酯-L-丙交酯)共聚物，其被使用范围为5∶95到95∶5的乙醇酸与L-乳酸的单体摩尔比所形成，优选地，乙醇酸与L-乳酸的单体摩尔比范围是45∶65至95∶5。乙交酯-己内酯共聚物包含乙交酯和ε-己内酯嵌段共聚物，例如，Monocryl或聚卡普隆(Poliglecaprone)。
在本法明支架和医疗器械的表面覆盖物中的生物相容性聚合物(和本发明多层支架的内层)在侧链上具有内部嵌入官能团，这些内部嵌入官能团可以和其它化学物质反应，并且导致附加官能团掺入以便进一步扩大聚合物的功能性。因此，用于本发明组合物和方法的这些聚合物易于与其它具有亲水结构的化学物质反应以增加水溶性，并且这些聚合物易于与生物活性剂和附加生物活性剂反应，而不需要前期修饰。
此外，用于本发明聚合物涂覆支架和医疗器械的聚合物，当在盐水(PBS)介质中检测时表现出最小的水解降解，但是在酶溶液，例如糜蛋白酶(chymotrypsin)或CT中，观察到一致的腐蚀性行为。
在一个实施方式中，聚合物是PEA，其具有结构式(I)所描述的化学式的s；
式(I) 其中，n在大约5至大约150的范围内；R1独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、α，ω-双(4-羧基苯氧基)(C1-C8)烷、3，3’-(链烷二酰二氧基)二肉桂酸(3，3’-(alkanedioyldioxy)dicinnamic acid)或4，4’-(链烷二酰二氧基)二肉桂酸(4，4’-(alkanedioyldioxy)dicinnamic acid)的残基、或治疗性二酸的饱和或不饱和的残基及其组合物；在独立的n个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基和-(CH2)2S(CH3)；和R4独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)亚烷基、结构式(II)的1，43，6-双无水己糖醇(dianhydrohexitols)的双环片段、饱和或不饱和的治疗性二酸残基及其组合；
式(II)
或者具有结构式III描述的化学式的PEA聚合物 式(III) 其中n在大约5至大约150范围内，m在大约0.1至大约0.9范围内，p在大约0.9至大约0.1范围内；其中R1独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、α，ω-双(4-羧基苯氧基)(C1-C8)烷、3，3’-(链烷二酰二氧基)二肉桂酸或4，4’-(链烷二酰二氧基)二肉桂酸、或者治疗性二酸的饱和或不饱和残基；每一个R2独立地是氢、(C1-C12)烷基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)烷基、(C6-C10)芳基或保护基团；在独立的m个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基和-(CH2)2S(CH3)；和R4独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)亚烷基、结构式(II)的1，43，6-双无水己糖醇的双环部分、饱和或不饱和的治疗性二醇的残基及其组合；
例如，至少一种治疗性二醇或二酸的有效量残基可被包含在聚合物骨架中。可选地，在PEA聚合物中，至少一个R1是α，ω-双(4-羧基苯氧基)(C1-C8)烷或者4，4’-(链烷二酰二氧基)二肉桂酸，并且R4是通式(II)的1，43，6-双无水己糖醇的双环部分或者饱和或不饱和的治疗性二醇的残基。在另一个可选的实施方式中，在PEA聚合物中，R1是α，ω-双(4-羧基苯氧基)(C1-C8)烷的残基或者4，4’-(链烷二酰二氧基)二肉桂酸的残基、治疗性二酸的残基及其混合物。在又一个可选实施方式中，在PEA聚合物中R1是α，ω-双(4-羧基苯氧基)(C1-C8)烷的残基——例如1，3-双(4-羧基苯氧基)丙烷(CPP)——或4，4’-(链烷二酰二氧基)二肉桂酸的残基，并且R4是通式(II)的1，43，6-双无水己糖醇的双环片段，例如双无水山梨糖醇(1，43，6-dianhydrosorbitol(DAS))。
可选地，聚合物是一种PEUA，其具有结构式(IV)描述的化学式，
式(IV) 并且其中n在大约5至大约150范围内；其中在独立的n个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基和-(CH2)2S(CH3)；R4和R6独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基或烷氧基、结构式(II)的1，43，6-双无水己糖醇的双环部分、或者饱和或不饱和的治疗性二醇的残基，及其混合状态。
或者具有通式(V)描述的化学结构的PEUA聚合物
式(V) 其中n在大约5至大约150范围内，m在大约0.1至大约0.9范围内，p在大约0.9至大约0.1范围内；R2独立地是氢、(C1-C12)烷基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)烷基、(C6-C10)芳基或保护基团；在独立的m个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基和-(CH2)2S(CH3)；R4和R6独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基或烷氧基、和结构式(II)的1，43，6-双无水己糖醇的双环部分、或者饱和或不饱和的治疗性二醇的残基及其混合状态；
例如，至少一种治疗性二醇的有效量残基可被包含在聚合物骨架中。在一个可选的PEUR聚合物中，至少R4或R6中的一个是1，43，6-双无水己糖醇的双环部分，例如1，43，6-双无水山梨糖醇(DAS)。
在又另一个实施方式中，本发明提供了聚合物颗粒输送组合物，在其中，至少一种治疗有效量的生物活性剂被分散入生物可降解聚合物中，其中该聚合物是具有结构式(VI)描述的化学式的生物可降解PEU聚合物
式(VI) 其中n在大约10至大约150；在独立的n个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基和-(CH2)2S(CH3)；R4独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)亚烷基、饱和或不饱和的治疗性二醇的残基；或者结构式(II)的1，43，6-双无水己糖醇的双环片段及其混合物； 或者具有结构式(VII)描述的化学式的PEU聚合物
式(VII) 其中m在大约0.1至大约1.0；p在大约0.9至大约0.1；n在大约10至大约150；每一个R2是独立的氢、(C1-C12)烷基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)烷基、(C6-C10)芳基或保护基团；和在独立的m个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基和-(CH2)2S(CH3)；R4独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)亚烷基、饱和或不饱和的治疗性二醇的残基；或者结构式(II)的1，43，6-双无水己糖醇的双环片段、或者其混合物。
在一个可选的PEU聚合物中，至少一个R4是饱和或不饱和的治疗性二醇的残基、或者1，43，6-双无水己糖醇的双环片段，例如DAS。在另一个可选的PEU聚合物中，至少一个R4是1，43，6-双无水己糖醇的双环片段，例如DAS。
这些PEU聚合物可作为高分子量聚合物而被制造，以用于制造本发明的聚合物颗粒输送组合物，其中聚合物颗粒输送组合物用来将多种药学和生物学上活性剂输送到人或其它哺乳动物。使用在本发明生物活性可植入支架中的PEUs将整合有可以水解切割酯基团和无毒性自然发生的单体，它们在聚合物侧链包含α-氨基酸。PEU最终的生物降解产物是氨基酸、二醇和CO2。对比PEAs和PEURs，本发明的PEUs是晶体的或半晶体的，并且PEUs具有有利的机械、化学和生物降解特性，这些特性允许完全合成的剂型，因此容易生产晶体的或半晶体的聚合物颗粒，例如纳米颗粒。
例如，用于本发明聚合物颗粒输送组合物的PEU聚合物具有高机械强度，并且可以由存在于生理条件下的酶——例如水解酶——催化PEU聚合物的表面腐蚀。
通式(II)的1，43，6-双无水己糖醇的适当的双环片段可从糖醇获得，所述糖醇例如D-葡糖糖醇、D-甘露醇或L-艾杜糖醇。双无水山梨糖醇是1，43，6-双无水己糖醇的目前优选的双环部分，用于在本发明的聚合物颗粒输送组合物的制造中所使用的PEA、PEUR和PEU聚合物中。
例如，在一个实施方式中，至少一种治疗性二醇的有效量残基可被包含在本发明的支架、支架覆盖物、药物输送组合物及类似物中所使用的聚合物骨架中。
如本文中使用的，术语“氨基酸”和“α-氨基酸”指包括氨基、羧基和侧R基——例如本文限定的R3基团——的化学化合物。如本文使用的，术语“生物学α-氨基酸”指用于合成的氨基酸，其选自苯丙氨酸、亮氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸或其混合物。
如本文中使用的“治疗性二醇”指无论合成制造的或自然产生的(例如内源的)任何二醇分子，当二醇分子被服用给哺乳动物时，其以治疗或减轻的方式，在哺乳动物个体例如人中影响生物学过程。
如本文中使用的术语“治疗性二醇的残基”指如本文描述的治疗性二醇的一部分，该部分排除了二醇的两个羟基。如本文中使用的术语“治疗性二酸的残基”指如本文描述的治疗性二酸的一部分，该部分排除了二酸的两个羧基。包括其残基的相应的治疗性二醇或二酸被用于聚合物组合物的合成。一旦以受控的方式通过生物降解从聚合物骨架上释放，治疗性二醇或二酸的残基在体内(或者相似的pH条件、含水介质和类似条件)重建为相应的二酸或二醇，所述受控的方式取决于选择的制造组合物的PEA、PEUR或PEU聚合物的特性，该特性在本领域是已知的，并且如本文描述的。
如本文中使用的术语“生物活性剂”指如本文公开的不并入聚合物骨架的生物活性剂。一种或多种这样的生物活性剂可被包括在本发明的治疗性聚合物中。如本文中使用的，术语“分散的(dispersed)”被用来指附加的生物活性剂，并且指附加的生物活性剂被分散、混合、溶解、匀化和/或共价结合(“分散的”)在聚合物中，例如附着到本发明中使用的聚合物中的官能团，但是并不并入PEA、PEUR或PEU聚合物的骨架。为了区分并入骨架的治疗性二醇和二酸与没有并入聚合物骨架的那些治疗性二醇和二酸，(如其残基)，这些分散的治疗或缓和的制剂在本文称为“生物活性剂”，并且这些分散的治疗或缓和的制剂可被包含在聚合物偶联物中，或者另外分散于如下文描述的聚合物颗粒组合物中。这些生物活性剂可包括，但不限定于小分子药物、肽、蛋白质、DNA、cDNA、RNA、糖、脂类和整个细胞。生物活性剂被施用在具有多种大小和结构的聚合物颗粒中，以适合于满足不同的治疗目标和给药途径。
在一个可选的实施方式中，用于本发明聚合物制造的α-氨基酸的至少一个是生物学α-氨基酸。例如，当R3是CH2Ph时，合成中使用的α-氨基酸是L-苯丙氨酸。在可选的实施方式中，其中R3是CH2-CH(CH3)2时，聚合物包含生物学α-氨基酸，L-亮氨酸。通过改变在如本文描述的单体中的R3，其它的生物学-α氨基酸也可以被使用，例如，甘氨酸(当R3是H时)、丙氨酸(当R3是CH3时)、缬氨酸(当R3是CH(CH3)2时)、异亮氨酸(当R3是CH(CH3)-CH2-CH3时)、苯丙氨酸(当R3是CH2-C6H5时)、或者赖氨酸(当R3＝(CH2)4-NH2时)及其混合物。在再又一个可选的实施方式中，包含在用于制造本发明聚合物颗粒输送组合物之聚合物中的所有各种α-氨基酸，是生物学α-氨基酸，如本文所描述的那样。
再又一个进一步的实施方式中，其中聚合物是式(I)和(III)到(VII)中的任意一个的PEA、PEUR或PEU，R3的至少一个进一步可以是-(CH2)3-，其环化形成结构式(XIII)描述的化学结构
式(XIII) 当R3是-(CH2)3-时，使用类似于吡咯烷-2-羧酸的α-氨基酸。
术语“生物可降解(biodegradable)”，如本文使用描述用于本发明聚合物颗粒输送组合物的聚合物，该术语指聚合物在机体的正常机能中能够被分解为无毒的和生物相容性产物。在一个实施方式中，全部聚合物颗粒输送组合物是生物可降解的。本文描述的生物可降解聚合物具有可水解酯和可以酶解切割酰胺键，其提供了生物降解能力并且典型地主要是以酰胺基团封端的链。任选地，这些氨基末端可被乙酰化或者通过与含其它任意酸的生物相容性分子结合进行其它封端，通过与非限制性有机酸、无生物活性生物制剂和生物活性剂，例如佐剂分子结合进行其它封端。
PEA、PEUR和PEU聚合物分子也可以具有连接于其上的生物活性剂或附加生物活性剂，任选地通过分子间的接头连接或被并入分子间的交联剂。例如，在一个实施方式中，聚合物被包含在具有结构式VIII的聚合物-生物活性剂偶联物中
式(VIII) 其中n、m、p、R1、R3和R4如上，R5选自-O-、-S-和-NR8-，其中R8是H或(C1-C8)烷基；并且R7是生物活性剂。
在又另一个实施方式中，结构式(IX)的聚合物的两个分子可以被交联，以提供-R5-R7-R5-偶联物。在另一个实施方式中，如下面的结构式IX所示，生物活性剂通过-R5-R7-R5-偶联物被共价连接到结构式IV的单一聚合物的分子的两个部分处，R5独立地选自-O-、-S-和-NR8-，其中R8是H或(C1-C8)烷基；并且R7是生物活性剂。
式(IX)
仍然可选地，如下面的结构式(X)所示，接头-X-Y-可以被插入到结构式(IV)的分子中的R5和生物活性剂R7之间，其中X选自(C1-C18)亚烷基、取代的亚烷基、(C3-C8)环亚烷基、取代的环亚烷基、含有选自O、N和S的1-3个杂原子的5-6元杂环系统、取代的杂环、(C2-C18)烯基、取代的烯基、炔基、取代的炔基、C6和C10芳基、取代的芳基、杂芳基、取代的杂芳基、烷基芳基、取代的烷基芳基、芳基炔基、取代的芳基炔基、芳基烯基、取代的芳基烯基、芳基炔基、取代的芳基炔基，其中的取代基选自H、F、Cl、Br、I、(C1-C6)烷基、-CN、-NO2、-OH、-O(C1-C4)烷基、-S(C1-C6)烷基、S[(＝O)(C1-C6)烷基)]、-S[(O2)(C1-C6)烷基)]、-C[(＝O)(C1-C6)烷基)]、CF3、-O[(CO)-(C1-C6)烷基)]、-S(O2)[N(R9R10)、-NH[(C＝O)(C1-C6)烷基]、-NH(C＝O)N(R9R10)、-N(R9R10)；其中R9和R10独立地是H或(C1-C6)烷基；和Y选自-O-、-S-、-S-S-、-S(O)-、-S(O2)-、-NR8-、-C(＝O)-、-OC(＝O)-、-C(＝O)O-、-OC(＝O)NH-、-NR8C(＝O)-、-C(＝O)NR8-、-NR8C(＝O)NR8-、-NR8C(＝O)NR8-和-NR8C(＝S)NR8-。
式(X)
在另一个实施方式中，单一大分子的两个部分通过-R5-R7-Y-X-R5-桥(式XI)被共价连接到生物活性剂。
式(XI)
其中，X选自(C1-C18)亚烷基、取代的亚烷基、(C3-C8)环亚烷基、取代的环亚烷基、含有选自O、N和S的1-3个杂原子的5-6元杂环系统、取代的杂环、(C2-C18)烯基、取代的烯基、炔基、取代的炔基、(C6-C10)芳基、取代的芳基、杂芳基、取代的杂芳基、烷基芳基、取代的烷基芳基、芳基炔基、取代的芳基炔基、芳基烯基、取代的芳基烯基、芳基炔基、取代的芳基炔基，其中的取代基选自H、F、Cl、Br、I、(C1-C6)烷基、-CN、-NO2、-OH、-O(C1-C6)烷基、-S(C1-C6)烷基、S[(＝O)(C1-C6)烷基)]、-S[(O2)(C1-C6)烷基)]、-C[(＝O)(C1-C6)烷基)]、CF3、-O[(CO)-(C1-C6)烷基)]、-S(O2)[N(R9R10)、-NH[(C＝O)(C1-C6)烷基]、-NH(C＝O)N(R9R10)，其中R9和R10是独立地H或(C1-C6)烷基，R11和R12独立地选自(C2-C20)亚烷基和(C2-C20)亚烯基。
在另一个实施方式中，聚合物组合物包括聚合物的四个分子，除了仅四个分子中的两个省略R7并且被交联以提供单一的-R5-X-R5-偶联物。
术语“芳基(aryl)”被用来指代本文中的结构式，其指苯基，或具有约9至10个环原子的单边稠的双环碳环基团，其中至少一个环是芳香性环。在某些实施方式中，一个或多个环原子可以被一个或多个硝基、氰基、卤素、三氟甲基或三氟甲氧基取代。芳基的实例包括但不限定于苯基、萘基和硝基苯。
术语“亚烯基(alkenylene)”被用于指代本文中的结构式，其指在主链或在侧链上含有至少一个不饱和键的二价分支或未分支烃链。
术语“亚烷基(alkylene)”被用于指代本文中的结构式，其指在主链或侧链上不含有不饱和键的二价分支或未分支烃链。
使用聚苯乙烯标准品，通过凝胶渗透色谱(GPC)，测定本文中的分子量和多分散性(polydisperities)。更具体地，确定数均分子量和重均分子量(Mn和Mw)，例如，使用装备有高压液相色谱泵、Waters 486UV检测器和Waters 2410示差折光率检测器的510型凝胶渗透色谱(Water Associates，Inc.，Milford，MA)。四氢呋喃(THF)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)，被用作洗脱液(1.0mL/min)。使用具有窄分子量分布的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯标准品，进行校准。
用于制备在通式中包含α-氨基酸的结构式的聚合物的方法，在本领域是众所周知的。例如，对于结构式(I)的聚合物的实施方式，其中R4被掺入α-氨基酸，为了聚合物合成，带有侧基R3的α-氨基酸可以通过酯化被转变成双-α，ω-二氨基，例如，通过缩合带有侧基R3的α-氨基酸和二醇HO-R4-OH实施。结果，带有α，ω-氨基的二酯单体得以形成。随后，使双-α，ω-二氨基与二酸——例如癸二酸、或双活性酯或双酰氯——进行缩聚反应，得到具有酯键和酰胺键的最终聚合物(PEA)。可选地，例如，对于结构式(I)的聚合物，用活性二酸衍生物，例如二-对硝基苯二酯代替二酸，也可被用作活性二酸。另外，二醇的二碳酸酯，例如二-对硝基苯碳酸酯，可被用作活性成分，来获得包含二醇残基的聚合物。在PEUR聚合物的情况下，得到了具有酯键和氨基甲酸乙酯键的最终聚合物。
更特别地，可用作前面公开的结构式(I)的生物可降解聚合物的不饱和聚酯酰胺(unsaturated poly(ester-amide)s，UPEAs)的合成将被描述，其中(a)
是
和/或，(b)R4是-CH2-CH＝CH-CH2-。在(a)存在、而(b)不存在的情况下，(I)中的R4是-C4H8-或-C6H12-。在(a)不存在、而(b)存在的情况下，(I)中的R1是-C4H8-或-C8H16-。
UPEAs可以通过下列的溶液缩聚作用进行制备(1)不饱和二醇的二α-氨基酸二酯的二对甲苯磺酸盐和饱和二羧酸的二对硝基苯酯，或(2)饱和二醇的二α-氨基酸二酯的二对甲苯磺酸盐和不饱和二羧酸的二对硝基苯酯，或(3)不饱和二醇的二α-氨基酸二酯的二对甲苯磺酸盐和不饱和二羧酸的二对硝基苯酯。
对甲苯磺酸盐已知被用作合成包含氨基酸残基的聚合物。使用芳基磺酸盐代替游离的碱，因为二(α-氨基酸)二酯的芳基磺酸盐容易通过重结晶进行纯化，并且致使氨基基团在整个过程中作为非反应甲苯磺酸铵。在缩聚反应中，通过添加有机碱例如三乙基胺，亲核氨基很容易显露，因此以高产量得到聚合物产物。
对于结构式(I)的聚合物，例如不饱和二羧酸的二对硝基苯酯可以从对硝基苯和不饱和二羧酸氯化物合成，例如通过将三乙胺和对硝基苯溶解在丙酮中，并且在-78℃下搅拌着滴加不饱和二羧酸氯化物，并将其倒入水中以沉淀出产物。合适的酰基氯包括富马酸、马来酸、中康酸、柠康酸、戊烯二酸、衣康酸、乙烯基-丁烷双酸和2-丙烯基-丁烷双酸的氯化物。对于结构(IV)和(V)的聚合物，使用饱和或不饱和二醇的二对硝基苯二碳酸酯作为活性单体。使用通式(XII)的二碳酸酯单体作为结构式(IV)和(V)的聚合物。
式(XII) 其中每一个R5独立地是任选地使用硝基、氰基、卤素、三氟甲基或三氟甲氧基中的一个或多个取代的(C1-C10)芳基；并且R6独立地是(C2-C20)亚烷基或(C2-C8)烷氧基、或(C2-C20)业烯基。
可被用来制备用于引入本发明支架、支架覆盖物和药物输送装置的治疗性二醇单体的二(α-氨基酸)二酯或治疗性二酸单体的二(碳酸酯)的适当的治疗性二醇化合物，包括天然发生的治疗性二醇，例如17-β-雌二醇，其为天然和内源性激素，并且可用于防止再狭窄和肿瘤生长(Yang，N.N.，et al.Identification of anestrogen response element activated by metabolites of 17-β-estradiol and raloxifene.Science(1996)273，1222-1225；Parangi，S.，et al.，Inhibition of angiogenesis and breastcancer in mice by the microtubule inhibitors 2-methoxyestradiol and taxol，Cancer Res.(1997)57，81-86；和Fotsis，T.，et al.，The endogenous oestrogen metabolite2-methoxyoestradiol inhibits angiogenesis and suppresses tumor growth.Nature(1994)368，237-239)。这些内源发生的治疗性二醇分子的安全曲线被认为优于具有相似效用的合成和/或非内源分子例如西罗莫司(sirolimus)的安全曲线。
将治疗性二醇掺入PEA、PEUR或PEU聚合物的骨架被阐明，例如通过将包含混合羟基——仲羟基和酚式羟基——的活性类固醇激素17-β-雌二醇掺入PEA聚合物骨架。当用PEA聚合物来构造颗粒和将颗粒植入患者时，例如，在经皮冠状动脉成形术(percutaneous transluminal coronary angioplasty)(PTCA)之后，在体内从所述颗粒释放的17-β-雌二醇可有助于防止患者的移植后再狭窄。然而，17-β-雌二醇仅仅是具有治疗特性的可以并入和本发明的PEA、PEUR或PEU聚合物骨架的二醇的一个实例。在一方面，任何包括伯羟基、仲羟基或酚式羟基的生物活性类固醇二醇可被用作这个目的。可从用于本发明的生物活性类固醇二醇制得的多种类固醇酯被公开在欧洲申请EP 0127829A2中。
由于用于本发明组合物的PEA、PEUR和PEU聚合物的多样性，掺入聚合物骨架的治疗性二醇或二酸的数量可通过改变聚合物结构单元的比例而得到控制。例如，依赖于PEA的组合物，可达到上至40％w/w的17-β-雌二醇的负载。带有不同17-β-雌二醇负载比例的三种不同的规整、线性PEA在下面方案1中被阐述 “均聚”-二-亮氨酸-雌二醇-己二酸(在聚合物上40％w/w雌二醇)
共聚物亮氨酸(ED)3赖氨酸(OEt)Adip4，含有38％w/w雌二醇负载
方案1
相似地，将治疗性二醇负载入PEUR和PEU聚合物可通过改变聚合物的两个或多个结构单元的数量而进行改变。
另外，基于睾酮或胆固醇的合成的类固醇基二醇——例如4-雄烯-3，17-二醇(4-雄烯二醇)、5-雄烯-3，17二醇(5-雄烯二醇)、19-非5-雄烯-3，17二醇(19-雄烯二醇)，适合于掺入根据本发明的PEA、PEUR和PEU骨架。然而，适用于制备本发明聚合物颗粒输送组合物的治疗性二醇化合物包括，例如氨基羟丁基卡那霉素A；两性霉素B；阿哌环素；阿泊拉霉素；阿贝卡星；叠氮氯霉素；黄霉素；丁酰苷菌素；碳霉素；头孢匹胺；氯霉素；金霉素；氯林肯霉素；羟甲金霉素；去甲金霉素；地百里砜；地贝卡星(达苄霉素)；双氢链霉素；地红霉素；强力霉素；红霉素；福提霉素；庆大霉素；葡胺苯砜；苯丙砜；胍甲环素；异帕米星；交沙霉素；卡那霉素；柱晶白霉素；林肯霉素；鲁斯霉素；赖氨甲四环素；甲氯环素；甲烯土霉素；小诺霉素；麦迪霉素；二甲胺四环素；莫匹罗星；游霉素；新霉素；奈替米星；竹桃霉素；土霉素；巴龙霉素(paromycin)；匹哌环素；足叶草酸2-乙肼；伯霉素；核糖霉素；利福米特；利福平；利福霉素SV；利福喷汀；利福昔明；瑞斯托霉素；罗他霉素；吡咯烷甲基四环素；罗沙米星(rosaramicin)；罗红霉素；去甲去氧四环素；西索米星；放线菌素；螺旋霉素；链霉素；替考拉宁；四环素；甲砜氯霉素；硫链丝菌素(thiostrepton)；托伯拉霉素；丙大观霉素；结核放线菌素；万古霉素；杀念珠菌素；氯苯甘醚；制皮菌素；菲律宾菌素；制霉色激素；卡那霉素；柱晶白霉素；林肯霉素；鲁斯霉素；赖氨甲四环素；甲氯环素；甲烯土霉素；小诺霉素；麦迪霉素；二甲胺四环素；莫匹罗星；游霉素；新霉素；奈替米星；竹桃霉素；土霉素；巴龙霉素(paramomycin)；匹哌环素；足叶草酸2-乙肼；伯霉素；核糖霉素；利福米特；利福平；利福霉素SV；利福喷汀；利福昔明；瑞斯托霉素；罗他霉素；吡咯烷甲基四环素；罗沙米星(rosaramicin)；罗红霉素；去甲去氧四环素；西索米星；奇放线菌素；螺旋霉素；strepton；otbramycin；丙大观霉素；结核放线菌素；万古霉素；杀念珠菌素；氯苯甘醚；制皮菌素；菲律宾菌素；制霉色激素；甲帕霉素；制菌霉素；寡霉素；erimycinA；沙结核菌素；6-氮尿苷；阿拉克霉素(aclacimomycin)；安西他滨；蒽霉素；阿扎胞苷(azacitidine)；博莱霉素；卡柔比星；嗜癌菌素A；吡葡压硝脲；色霉素(chromomycin)；去氧氟尿苷；伊诺他滨；表阿霉素；吉西他滨；甘露莫司汀；美诺立尔；atorvasi；普伐他汀；甲红霉素；leuproline；紫杉醇；二溴甘露醇；二溴卫矛醇；莫哌达醇；诺拉霉素；橄榄霉素；培洛霉素；吡柔比星；泼尼莫司汀；嘌罗霉素；雷莫司汀；杀结核菌素；vinesine；佐柔比星；库美香豆素；双香豆素；双香豆素乙酯；乙叉基双香豆素；伊洛前列素；他前列烯；噻氯香豆素；氨普立糖；罗莫肽；西罗莫司(雷帕霉素)；他克莫司；水杨醇；溴水杨醇；地他唑；非普地醇；龙胆酸；glucamethacin；奥撒拉嗪；S-腺苷甲硫氨酸；阿奇霉素；沙美特罗；布地奈德；albuteal；茚地那韦；氟伐他汀；链脲菌素；阿霉素；柔红霉素(daunorubicin)；普卡霉素；伊达比星；喷司他丁；米托蒽醌；阿糖胞苷；氟达拉宾磷酸酯；氟尿苷；cladriine；capecitabien；多烯紫衫醇；依托泊甙；拓扑替康；长春碱；替尼伯甙，及其类似物。治疗性二醇可被选为饱和或不饱和二醇。
可被用来在本发明的PEA聚合物中制造酰胺键的适合的天然发生和合成的治疗性二酸，包括例如黄霉素；贝那普利；羧苄青霉素；嗜癌菌素A；头孢克肟；头孢米诺；头孢咪唑；头孢地秦；头孢尼西；头孢胺四唑；头孢替坦；头孢他啶；头孢布烯；头孢菌素C；西司他丁；二甲叶酸；依达曲沙；依拉普利；赖诺普利；甲氨喋呤；拉氧头孢；硝苯地平；奥撒拉嗪；青霉素N；雷米普利；喹那西林；喹那普利；替莫西林；替卡西林；Tomudex(N-[[5-[[(1，4-二氢-2-甲基-4-氧-6-喹唑啉基)甲基]甲氨基]-2-噻吩基]羰基]-L-谷氨酸)及类似物。自然发生的治疗性二酸的安全曲线被认为胜过了合成的治疗性二酸的安全曲线。治疗性二酸可以是饱和或不饱和二酸。
作为肿瘤抑制剂、胞毒代谢拮抗物、抗菌素和类似物的上述治疗性二醇和二酸的化学特性和治疗特性在本领域是众所周知的，并且其详细描述可在例如The Merck Index(Whitehouse Station，NJ.，USA)第13版中找到。
α-氨基酸与不饱和二醇的二酯的二芳基磺酸盐可以如此制备在甲苯中混合α-氨基酸例如对芳基磺酸一水合物和饱和或不饱和二醇，加热至回流温度，直至水放出达到最小，随后冷却。不饱和二醇包括，例如，2-丁烯-1，3-二醇和1，18-十八碳-9-烯-二醇。
二羧酸的饱和二对硝基苯酯和二-α氨基酸酯的饱和二对甲苯磺酸盐可以按美国专利第6,503,538B1号所述的方法进行制备。
可用作如前面公开的结构式(I)的生物可降解聚合物的不饱和聚(酯-酰胺)类(UPEAs)的合成现在将被描述。可以以与美国专利第6,503,538B1号的化合物(VII)类似的方式制备具有结构(I)的不饱和UPEAs，除了6,503,538的(III)的R4和/或6,503,538的(V)的R1是如上所述的C2-C20亚烯基。反应如下进行例如，将干燥三乙胺在室温下加入到6,503,538的所述(III)和(IV)和6,503,538的所述(V)在干燥N，N-二甲基乙酰胺中的混合物中，然后升温至80℃并搅拌16小时，然后将反应溶液冷却至室温，用乙醇稀释，倒入水中，分离聚合物，用水洗涤分离的聚合物，在减压下干燥至大约30℃，随后纯化至对于对硝基苯酚和对甲苯磺酸酯呈阴性检验结果。6,503,538优选的反应物(IV)是赖氨酸苄酯的对甲苯磺酸盐，苄酯保护基优选从(II)去除，以赋予生物降解性，但是它不应当如在美国专利第6,503,538号的实施例22中通过氢解去除，原因在于氢解会饱和期望的双键；相反，应当通过保持不饱和的方法将苄酯基转化为酸基。可选地，6,503,538的赖氨酸反应物(IV)可以通过不同于苄基的保护基保护，该保护基可以容易地在成品中去除，同时保持不饱和，例如，赖氨酸反应物可以用叔丁基保护(即反应物可以是赖氨酸的叔丁酯)，并且通过用酸处理产物(II)，叔丁基可以被转化为H，同时保持不饱和。
通过用双(L-苯丙氨酸)2-丁烯-1，4-二酯的对甲苯磺酸盐代替6,503,538实施例1中的(III)，或者通过用反丁烯二酸二对硝基苯酯代替6,503,538实施例1中的(V)，或者通过用双(L-苯丙氨酸)2-丁烯-1，4-二酯的对甲苯磺酸盐代替6,503,538实施例1中的III以及也用反丁烯二酸二对硝基苯酯代替6,503,538实施例1中的(V)，提供了具有结构式(I)的化合物的工作实例。
在具有结构式(I)或(IV)的不饱和化合物中，下列被容许。使用碳酰二咪唑或适当的碳二亚胺作为缩合剂，可以连接含有氨基取代的氨基氧基(N-氧化物)的基团，例如4-氨基TEMPO。如本文所述的生物活性剂可以通过双键官能度而被连接。通过结合至聚(乙二醇)二丙烯酸酯可以赋予亲水性。
生物可降解PEA、PEUR和PEU聚合物的每个聚合物分子可包含一个到多个不同的α-氨基酸，这些聚合物优选具有范围在10,000至125,000之间的重均分子量；通过标准粘度测量方法，这些聚合物和共聚物典型具有的在25℃的特性粘度、在0.3至4.0的范围内，例如在0.5至3.5的范围内。
考虑用于实施本发明的PEA和PEUR聚合物可以通过本领域众所周知的多种方法合成。例如，三丁基锡(IV)催化剂普遍被用来形成聚酯如聚ε-己内酯、聚乙交酯、聚丙交酯和类似聚酯。然而，应该理解，广泛种类的催化剂可以被用来形成适合用于实施本发明的聚合物。
考虑使用的这类聚己内酯具有如下的示例性结构式(XIV)
式(XIV)
考虑使用的聚乙交酯具有如下的示例性结构式(XV)
式(XV)
考虑使用的聚丙交酯具有如下的示例性结构式(XVI)
式(XVI)
包括氨基氧部分的合适的聚(丙交酯-共-γ-己内酯)的示例性合成如下所述。第一步包括在苄醇存在的条件下，丙交酯和γ-己内酯的共聚合，其中应用辛酸亚锡作为催化剂，形成结构式(XVII)的聚合物。
式(XVII)
然后，可以用马来酐封端以羟基为末端的聚合物链，以形成具有结构式(XVIII)的聚合物链
式(XVIII)
此时，4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧可以与羧酸端基团反应，以便通过由4-氨基和羧酸端基团之间的反应生成的酰胺键，将氨基氧部分共价连接到共聚物。可选地，顺丁烯二酸封端的共聚物可以用聚丙烯酸接枝，以提供另外的羧酸部分，用于更多氨基氧基团的随后连接。
在PEU的具有结构式(VII)的不饱和化合物中，下列被容许使用碳酰二咪唑或适当的碳二亚胺作为缩合剂，可以连接含有氨基取代的氨基氧基(N-氧化物)的基团，例如4-氨基TEMPO。可选地，如本文所述的额外的生物活性剂和类似物可以通过双键官能度而被连接，只要聚合物组分中的治疗性二醇残基不包含双键或三键。
例如，如下面反应方案(2)所示，具有结构式(VI)的本发明的高分子量半晶体PEU可以通过在氯仿/水系统中使用光气作为双-亲电子单体在界面制备
方案(2)
包含L-赖氨酸酯和具有结构式(VII)的共聚(酯脲)(PEU)可通过相似的方案(3)施行
方案(3)
光气(ClCOCl)的20％甲苯溶液(高毒性)，例如(商业上可获得的(FlukaChemie、GMBH，Buchs，Switzerland))可以被二光气(三氯甲基氯甲酸酯)或三光气(二(三氯甲基)碳酸酯)所取代。较小毒性的碳酰二咪唑也可代替光气、二光气或三光气被用作双-亲电子单体。
合成PEU的一般方法
需要使用冷却的单体溶液来获得高分子量的PEU。例如，向150ml水中的二(α-氨基酸)-α，ω-亚烷基二酯的二-对甲苯磺酸盐的悬浮液中加入无水碳酸钠，在室温下搅拌大约30分钟，冷却到大约2-0℃，这样形成第一溶液。并行地，将含光气的氯仿的第二溶液冷却到大约15-10℃。将第一溶液放置于反应器中进行界面缩聚，将第二溶液迅速一次加入并且快速搅拌大约15分钟。然后，可以分离氯仿层，使用无水Na2SO4干燥并进行过滤。获得的溶液可为将来使用进行储存。
制造的所有示例性PEU聚合物在氯仿中以溶液形式得到，并且这些溶液在储存期间是稳定的。然而，一些聚合物例如1-Phe-4在分离以后，不溶解于氯仿。为了克服这个问题，通过将氯仿溶液放在光滑的疏水表面并且使氯仿蒸发以变干，聚合物可从氯仿溶液中被分离。获得的PEU不需要进一步的纯化。通过这种方法得到的示例性PEU的产量和特性被总结在本文的表1中。
制备多孔PEU的一般方法
用于制造在通式中包含α-氨基酸的PEU聚合物的方法现在将被描述。例如，对于式(I)或(II)的聚合物的实施方式，α-氨基酸可被转化为二(α-氨基酸)-α，ω-二醇二酯单体，例如通过二醇HO-R1-OH与α-氨基酸的缩合。结果，形成酯键。然后，使碳酸的酰基氯(光气、二光气、三光气)参与与二(α-氨基酸)-亚烷基二酯的二-对甲苯磺酸盐的缩聚反应，以得到具有酯键和脲键的最终聚合物。在本发明中，至少一种治疗性二醇可被用在该缩聚方案中。
可通过在R1中包括至少一个双键的二(α-氨基酸)-亚烷基二酯的二-对甲苯磺酸盐的界面溶液缩合，制备不饱和的PEU。可用于该目的的不饱和二醇包括，例如2-丁烯-1，4-二醇和1，18-十八碳-9-烯-二醇。在反应之前，不饱和单体可以被溶解在碱水溶液例如氢氧化钠溶液中。然后该水溶液在外部冷却的情况下与有机溶剂层例如氯仿一起被剧烈搅动，该有机溶剂层包括等摩尔量的单体光气、二光气或三光气。放热反应迅速进行，并且产生了(在大多数情况下)溶解在有机溶剂中的聚合物。可用水洗涤几遍有机层，用无水硫酸钠干燥，并进行过滤和蒸发。产率大约为75％到85％的不饱和PEU可在真空中干燥，例如在大约45℃下。
为了得到多孔的、耐用的材料，可以使用下面描述的一般方法加工基于L-亮氨酸的PEU，例如1-L-亮氨酸-4和1-L-亮氨酸-6。当这些方法被用于基于L-苯丙氨酸的PEU时，这些方法在形成多孔的、耐用的材料方面获得很少成功。
在界面缩聚之后得到的氯仿中的PEU反应溶液或乳状液(大约100ml)，在搅拌下被滴加到玻璃烧杯中的1000ml大约80℃-85℃的水中，优选地，使用用二甲基二氯硅烷疏水处理的烧杯，以减少PEU对烧杯壁的粘附。聚合物溶液在水中被分成小滴，并且氯仿相当剧烈地蒸发。逐渐地，随着氯仿被蒸发，小滴结合成紧密的焦油状物，然后该焦油状物转化为粘性橡胶样产品。该橡胶样产品被从烧杯移去并放入疏水的柱状玻璃试管，其被恒温控制在大约80℃大约24小时。然后从恒温器中移出试管，冷却到室温并且打碎试管以得到聚合物。将得到的多孔条放置在真空干燥器中，在80℃下减压干燥大约24小时。另外，也可以使用在本领域已知的用于获得多孔聚合物材料的任意方法。
由上述方法制造的高分子量多孔PEU的特性产生如表2所总结的结果。
表1.式(VI)和(VII)的PEU聚合物的特性 *通式(VI)的PEU，其中 1-L-Leu-4R4＝(CH2)4，R3＝i-C4H9 1-L-Leu-6R4＝(CH2)6，R3＝i-C4H9 1-L-Phe-6.R4＝(CH2)6，R3＝-CH2-C6H5. 1-L-Leu-DASR4＝1，43，6-双无水山梨醇，R3＝i-C4H a)比浓黏度在25℃、浓度0.5g/dL下在DMF中测量； b)GPC测量在DMF中进行，(PMMA) c)Tg取自来自DSC测量的第二加热曲线(加热速率为10℃/min)。
d)GPC测量在DMA中进行，(PS)
测量示例性合成的PEU的拉伸强度，结果被总结在表2中。使用哑铃型PEU膜(4×1.6cm)获得拉伸强度测量结果，所述哑铃型PEU膜用氯仿溶液浇注并具有0.125mm的平均厚度，并且将该膜在装备使用Nexygen FM软件(Amtek，Largo，FL)的PC的拉伸强度仪(Chatillon TDC200)上以60mm/min的十字头速度(crosshead spead)进行拉伸检验。本文阐述的实例可预期具有下列机械性能
1.玻璃化转变温度的范围在大约30℃到大约90℃的范围内，例如在大约35℃到大约70℃的范围内； 2.具有大约1.6cm平均厚度的聚合物膜将具有的拉伸屈服应力为大约20Mpa到大约150Mpa，例如大约25Mpa到大约60Mpa； 3.具有大约1.6cm平均厚度的聚合物膜将具有的伸长百分比为大约10％到大约200％，例如大约50％到大约150％；和 4.具有大约1.6cm平均厚度的聚合物膜将具有的杨氏模量在大约500Mpa到大约2000Mpa的范围内。下面的表2总结了该类型的示例性PEU的特性。
表2.式(VI)和(VII)的PEU的机械性能
在本发明支架、聚合物涂层和药物输送组合物中有用的聚合物——PEA、PEUR和PEU聚合物，通过在表面的酶作用生物降解。因此，在支架覆盖物和药物输送组合物中的聚合物，将生物活性剂以受控释放的速度施用给具有糖尿病的对象，所述释放的速度在较长的时期内是特定并且恒定的。另外，因为PEA、PEUR和PEU聚合物在体内经水解酶分解而没有有害副产品产生，本发明聚合物颗粒输送组合物基本上是非炎性的。
如本文使用的“分散的”指至少一种如本文公开的生物活性剂被分散、混合、溶解、搅匀和/或共价结合(“分散”)在聚合物颗粒中，例如连接到颗粒表面。
虽然生物活性剂可以被分散在聚合物基质中而不与聚合物载体化学连接，但也考虑，生物活性剂或覆盖物分子可以通过广泛种类的合适的官能团被共价结合到生物可降解聚合物上。例如，当生物可降解聚合物是聚酯时，可以用羧基链末端与生物活性剂或覆盖物分子上的互补部分反应，如羟基、氨基、硫和类似部分。广泛种类的合适试剂和反应条件公开于，例如，March′s AdvancedOrganic Chemistry，Reactions，Mechanisms，and Structure，Fifth Edition，(2001)和Comprehensive Organic Transformations，Second Edition，Larock(1999)中。
在其它实施方式中，生物活性剂可以通过酰胺键、酯键、醚键、氨基键、酮键、硫醚键、亚磺酰键、磺酰键或二硫键被连接到本文描述的PEA、PEUR或PEU聚合物。可以使用本领域已知的合成方法，由被适当官能化的起始物质形成这样的连接。
例如，在一个实施方式中，可以通过聚合物的末端或侧羧基(例如COOH)将聚合物连接到生物活性剂。例如，结构III、V和VII的化合物可以与生物活性剂的氨基官能团或羟基官能团反应，以提供具有分别经酰胺键或羧酸酯键连接的生物活性剂的生物可降解聚合物。在另一个实施方式中，聚合物的羧基可以被苄化或转变为酰卤、酰基酐/“混合”酐、或活性酯。在其它实施方式中，聚合物分子的游离-NH2端可以被酰化，以确保生物活性剂仅通过聚合物的羧基连接并且不连接到聚合物的游离端。
水溶性覆盖物分子例如聚乙二醇(PEG)；磷酸胆碱(PC)；包括肝素在内的糖胺聚糖；包括聚唾液酸在内的多糖；聚(可离离子化氨基酸或极化氨基酸)，包括聚丝氨酸、聚谷氨酸、聚天冬氨酸、聚赖氨酸和聚精氨酸；如本文描述的壳聚糖和藻酸盐，以及靶向分子例如抗体、抗原和配体，也可在颗粒产生以后被偶联到在颗粒外部的聚合物上，以阻断没有被生物活性剂占据的活性位点或者将颗粒的输送靶向特定的机体位置，如本领域已知的。在单一颗粒上的PEG分子的分子量基本上可以是大约200到大约200,000范围内的任意分子量，这样，连接到颗粒的各种PEG分子的分子量可以改变。
可选地，可以通过接头分子将生物活性剂或覆盖物分子连接到聚合物，所述接头分子例如，如结构式(VIII-XI)所述。确实地，为了改进生物可降解聚合物的表面疏水性，为了改进生物可降解聚合物对酶活化的可及性，和为了改进生物可降解聚合物的释放特性，可以用接头将生物活性剂间接连接到生物可降解聚合物。在某些实施方式中，接头化合物包括具有约44至约10,000、优选44至2000分子量(MW)的聚乙二醇；氨基酸如丝氨酸；具有1至100重复数目的多肽；和任何其它合适的低分子量聚合物。接头典型地使生物活性剂与聚合物隔开约5埃至约200埃。
在更进一步的实施方式中，接头是式W-A-Q的二价基，其中A是(C1-C24)烷基、(C2-C24)烯基、(C2-C24)炔基、(C3-C8)环烷基或(C6-C10)芳基，而W和Q每一个独立为-N(R)C(＝O)-、-C(＝O)N(R)-、-OC(＝O)-、-C(＝O)O、-O-、-S-、-S(O)、-S(O)2-、-S-S-、-N(R)-、-C(＝O)-，其中每一个R独立为H或(C1-C6)烷基。
如用于描述上述接头的，术语“烷基(alkyl)”指直链或支链烃基，其包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正己基和类似基团。
如本文用于描述上述接头的，“烯基(alkenyl)”指直链或支链烃基，其具有一个或多个碳碳双键。
如本文用于描述上述接头的，“炔基(alkynyl)”指直链或支链烃基，其具有至少一个碳碳三键。
如本文用于描述上述接头的，“芳基(aryl)”指具有6至14个碳原子范围的芳香基团。
在某些实施方式中，接头可以是具有约2至约25个氨基酸的多肽。考虑使用的合适的肽包括聚-L-甘氨酸、聚-L-赖氨酸、聚-L-谷氨酸、聚-L-天冬氨酸、聚-L-组氨酸、聚-L-鸟氨酸、聚-L-丝氨酸、聚-L-苏氨酸、聚-L-酪氨酸、聚-L-亮氨酸、聚-L-赖氨酸-L-苯丙氨酸、聚-L-精氨酸、聚-L-赖氨酸-L-酪氨酸和类似的多肽。
在一个实施方式中，生物活性剂可以与聚合物共价交联，即，使生物活性剂与多于一个聚合物分子结合。此共价交联可以使用或不使用额外的聚合物-生物活性剂接头而被进行。
通过在两个聚合物分子之间进行共价连接，也可以将生物活性剂分子并入分子内桥中。
通过保护多肽骨架上的潜在亲核体和仅使一个活性基团与聚合物或聚合物接头构建物结合，可以制备线性聚合物多肽偶联物。去保护是根据本领域中众所周知的用于使肽去保护的方法施行的(例如，Boc和Fmoc化学术)。
在本发明的一个实施方式中，多肽生物活性剂作为反-倒位(retro-inverso)或部分反-倒位的肽存在。
在其它实施方式中，生物活性剂与光交联型的聚合物在基质中混合，并且在交联以后，材料被分散(磨碎)为约0.1微米到约10微米的平均直径。
接头可以首先被连接到聚合物或者连接到生物活性剂或者覆盖物分子。在合成期间，接头可以是未保护形式或保护形式，其中使用本领域技术人员众所周知的各种保护基团。在受保护的接头的情况下，接头的未保护端可以首先被连接到聚合物或生物活性剂或覆盖物分子。随后，可以使用Pd/H2氢解、弱酸或弱碱水解或者本领域已知的任何其它常用的去保护方法对保护基团进行去保护。随后，可以将去保护的接头与生物活性剂或覆盖物分子连接，或者与聚合物连接。
根据本发明的生物可降解聚合物(其中待连接的分子是氨基氧)的示例性合成如下列出。
在N，N′-羰基二咪唑存在下，聚酯可以与含有氨基取代的氨基氧基(N-氧化物)的基团例如4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧反应，以便用含有氨基取代的氨基氧基(N-氧化物)的基团取代聚酯链末端羧基中的羟基部分，因此，氨基部分与羧基的羰基残基的碳共价结合以形成酰胺键。N，N′-羰基二咪唑或适当的碳二亚胺将聚酯链末端羧基中的羟基部分转变为中间产物部分，所述中间产物部分将与氨基氧，例如，4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧反应。氨基氧反应物典型的使用范围是反应物与聚酯的摩尔比范围为1∶1至100∶1。N，N′-羰基二咪唑与氨基氧的摩尔比优选地是约1∶1。
典型的反应如下。聚酯被溶解在反应溶剂中，反应在用于溶解的温度下容易地进行。反应溶剂可以是聚酯溶解于其中的任何溶剂。当聚酯是聚乙醇酸或聚(乙交酯-L-丙交酯)(乙醇酸与L-乳酸的单体摩尔比大于50∶50)时，在115℃至130℃下高度精制(99.9+％纯度)的二甲基亚砜或在室温下的DMSO适于溶解该聚酯。当聚酯是聚-L-乳酸、聚-DL-乳酸或聚(乙交酯-L-丙交酯)(乙醇酸与L-乳酸的单体摩尔比是50∶50或小于50∶50)时，室温至40-50℃的四氢呋喃、二氯甲烷(DCM)和氯仿适于溶解该聚酯。
聚合物-生物活性剂连接
在一个实施方式中，用于制备如本文所述的本发明支架、支架覆盖物和鞘以及药物输送组合物的聚合物具有与该聚合物直接连接的一个或多个生物活性剂。聚合物的残基可以与所述一个或多个生物活性剂的残基相连接。例如，可以将聚合物的一个残基直接连接到生物活性剂的一个残基。聚合物和生物活性剂可以各自具有一个开放化合价(open valence)。可选地，可以将具有不同治疗活性或缓解活性的多于一个的生物活性剂、多个生物活性剂或者生物活性剂的混合物与聚合物直接连接。然而，由于每个生物活性剂的残基可以连接到聚合物相应的残基上，一个或多个生物活性剂的残基数目可以相应于聚合物残基上的开放化合价的数目。
如本文使用的，“聚合物的残基(residue of a polymer)”指聚合物的具有一个或多个开放化合价的基团。本发明聚合物的任意合成上可行的原子、多个原子或者官能团(例如，在聚合物骨架上或侧基上)都可以被去除，以提供开放化合价，只要当基团被连接于生物活性剂的残基时，生物活性基本上被保留。另外，任何合成上可行的官能团(例如羧基)可以在聚合物上被产生(例如，在聚合物骨架上或侧基上)，以提供开放化合价，只要当基团被连接于生物活性剂的残基时，生物活性基本上被保留。基于所需的连接，本领域技术人员可以选择适当官能化的起始物质，其可以用本领域已知方法从本发明聚合物中得到。
如本文使用的，“结构式(*)的化合物的残基(residue of a compound ofstructural formula(*))”指如本文所述的式(I)和(III-VII)的聚合物化合物的基团，其具有一个或多个开放化合价。该化合物的任何合成上可行的原子、多个原子或官能团(例如，在聚合物骨架上或侧基上)都可以被去除，以提供开放化合价，只要当基团被连接于生物活性剂的残基时，生物活性基本上被保留。另外，任何在合成上可行的官能团(例如羧基)都可以在式(I)和(III-VII)的化合物上被产生(例如，在聚合物骨架上或侧基上)，以提供开放化合价，只要当基团被连接于生物活性剂的残基时，生物活性基本上被保留。基于所需的连接，本领域技术人员可以选择适当官能化的起始物质，其可以用本领域已知方法从式(I)和(III-VII)化合物得到。
例如，可以通过酰胺键(例如-N(R)C(＝O)-或-C(＝O)N(R)-)、酯键(例如，-OC(-O)-或-C(＝O)O-)、醚键(例如，-O-)、氨基键(例如，-N(R)-)、酮键(例如，-C(＝O)-)、硫醚键(例如，-S-)、亚磺酰键(例如，-S(O)-)、磺酰键(例如，-S(O)2-)、二硫键(例如，-S-S-)或直接(例如，C-C键)连接将生物活性剂的残基连接到结构式(I)或(III-VII)的化合物的残基上，其中每一R独立地是H或(C1-C6)烷基。这样的连接可以使用本领域已知的合成方法从适当官能化的起始物质形成。基于所需的连接，本领域技术人员可以选择适当官能化的起始物质，其可以用本领域已知方法从结构式(I)或(III-VII)化合物的残基和从生物活性剂或佐剂的给定残基得到。可以将生物活性剂或佐剂的残基连接到结构式(I)或(III-VII)化合物的残基上的任何合成上可行的位置。另外，本发明也提供了将生物活性剂或辅助生物活性剂的多于一个残基与结构式(I)或(III-VII)化合物直接连接的化合物。
可以与聚合物分子连接的生物活性剂的数目可以典型地依赖于聚合物的分子量。例如，对于结构式(I)的化合物，其中n是约5至约150，优选地是约5至约70，通过使生物活性剂与聚合物的侧部基团反应，多达约150个生物活性剂分子(即，其残基)可以与聚合物(即，其残基)直接连接。在不饱和聚合物中，生物活性剂也可以与聚合物中的双键(或三键)反应。
在某些实施方式中，本发明生物活性支架和其它外科器械中的聚合物覆盖物在局部投药例如植入的位置，通过将生物活性剂保持在植入位置，在治疗过程中起活性作用。可选地，带有分散的生物活性剂的聚合物可以以聚集块或聚合物储库(agglomeration or polymer depot)的形式在局部位置被注入或植入，并且当聚合物生物降解时保持在该位置。在任何一种情况下，聚合物保持足够的时期，以允许对象的内源性过程从聚合物覆盖物或从聚集块上缓慢释放生物活性剂。同时，对象的内源性过程生物降解聚合物骨架，以便释放分散在聚合物中的生物活性剂。通过更缓慢地生物降解聚合物，易被破坏的治疗性生物活性剂得以保护，以提高生物活性剂和任选的附加生物活性剂的半衰期和局部持续性。
虽然生物活性剂可以被分散在聚合物基质中而不与聚合物载体化学连接，但也考虑，生物活性剂或额外的生物活性剂可以通过广泛种类的合适的官能团被共价结合到生物可降解聚合物上。例如，当生物可降解聚合物是聚酯时，可以用羧基链末端与生物活性剂或额外的生物活性剂上的互补部分反应，如羟基、氨基、硫和类似部分。广泛种类的试剂和反应条件公开于，例如，March′s AdvancedOrganic Chemistry，Reactions，Mechanisms，and Structure，Fifth Edition，(2001)和Comprehensive Organic Transformations，Second Edition，Larock(1999)中。
在其它的实施方式中，可以通过氨基、羟基(醇)或硫醇连接将生物活性剂连接到结构(I和III-VII)的任意聚合物上。使用本领域已知的合成方法可以从适当官能化的起始物质形成此类连接。
例如，在一个实施方式中，可以通过聚合物的羧基(例如COOH)将聚合物连接到生物活性剂或额外的生物活性剂。特别地，可以使结构(I)和(IH)的化合物与生物活性剂的氨基官能团或羟基官能团反应，以提供具有分别经酰胺键或羧酸酯键连接的生物活性剂的生物可降解聚合物。在另一个实施方式中，聚合物的羧基可以被苄化或转变为酰卤、酰基酐/“混合”酐或活性酯。在其它实施方式中，聚合物分子的游离-NH2端可以被酰化，以确保生物活性剂仅通过聚合物的羧基连接并且不连接到聚合物的游离端。
可选地，可以通过接头分子将生物活性剂或附加生物活性剂连接到聚合物，所述接头分子例如，如结构式(VIII-X)所述。确实地，为了改进生物可降解聚合物的表面疏水性，为了改进生物可降解聚合物对酶活化的可及性，和为了改进生物可降解聚合物的释放特征，可以用接头将生物活性剂和/或佐剂间接连接到生物可降解聚合物。在某些实施方式中，接头化合物包括具有约44至约10,000、优选44至2000分子量(MW)的聚乙二醇；氨基酸如丝氨酸；具有1至100重复数目的多肽；和任何其它合适的低分子量聚合物。接头典型地使生物活性剂与聚合物隔开约5埃至约200埃。
在更进一步的实施方式中，接头是式W-A-Q的二价基，其中A是(C1-C24)烷基、(C2-C24)烯基、(C2-C24)炔基、(C3-C8)环烷基或(C6-C10)芳基，而W和Q每一个独立为-N(R)C(＝O)-、-C(＝O)N(R)-、-OC(＝O)-、-C(＝O)O、-O-、-S-、-S(O)、-S(O)2-、-S-S-、-N(R)-、-C(＝O)-，其中每一个R独立为H或(C1-C6)烷基。
如用于描述上述接头的，术语“烷基(alkyl)”指直链或支链烃基，其包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正己基和类似基团。
如本文使用的，“烯基(alkenyl)”指直链或支链烃基，其具有一个或多个碳碳双键。
如本文使用的，“炔基(alkynyl)”指直链或支链烃基，其具有至少一个碳碳三键。
如本文使用的，“芳基(aryl)”指具有6至14个碳原子范围的芳香基团。
在某些实施方式中，接头可以是具有约2至约25个氨基酸的多肽。考虑使用的合适的肽包括聚-L-甘氨酸、聚-L-赖氨酸、聚-L-谷氨酸、聚-L-天冬氨酸、聚-L-组氨酸、聚-L-鸟氨酸、聚-L-丝氨酸、聚-L-苏氨酸、聚-L-酪氨酸、聚-L-亮氨酸、聚-L-赖氨酸-L-苯丙氨酸、聚-L-精氨酸、聚-L-赖氨酸-L-酪氨酸和类似的肽。
在一个实施方式中，生物活性剂可以与聚合物共价交联，即，使生物活性剂与多于一个聚合物分子结合。此共价交联可以使用或不使用附加的聚合物-生物活性剂接头而被进行。
通过在两个聚合物分子之间进行共价连接，也可以将生物活性剂分子并入分子内桥中。
通过保护多肽骨架上的潜在亲核体和仅使一个活性基团与聚合物或聚合物接头构建物结合，可以制备线性聚合物多肽偶联物。去保护是根据本领域中众所周知的用于使肽去保护的方法施行的(例如，Boc和Fmoc化学术)。
在本发明的一个实施方式中，多肽活性剂作为反-倒位(retro-inverso)或部分反-倒位的肽存在。因而，如本文使用的，术语“肽”和“多肽”包括肽、全部肽衍生物(如分支肽)和共价连接于其上-(如糖-和脂-和糖脂-)的肽衍生物。
本文所述的肽可以用本领域已知的任何技术所合成。肽和多肽也可以包括“肽模拟物”。肽类似物在药物工业中普遍被用作非肽生物活性剂，其具有与模板肽的性质类似的性质。这些类型的非肽化合物被称为“肽模拟物(peptidemimetics)”或“肽模拟物(peptidomimetics)。”Fauchere，J.(1986)Adv.Bioactive agentRes.，1529；Veber and Freidinger(1985)TINS p.392；和Evans et al.(1987)J.Med.Chem.，301229；并且通常通过计算机化分子建模的帮助得以开发。一般而言，肽模拟物在结构上与范例多肽(paradigm polypeptide)(即，具有生物化学性质或药理学活性的多肽)相似，但是所具有的一个或多个肽键任选地由选自-CH2NH-、-CH2S-、CH2-CH2-、-CH＝CH-(顺式和反式)、-COCH2-、-CH(OH)CH2-和-CH2SO-的连接替换，这通过本领域已知并且进一步描述于下列参考文献中的方法实施Spatola，A.F.，″Chemistry and Biochemistry of Amino Acids，Peptides，and Proteins，″B.Weinstein，eds.，Marcel Dekker，New York，p.267(1983)；Spatola，A.F.，Vega Data(March 1983)，Vol.1，Issue 3，″Peptide Backbone Modifications″(一般性综述)；Morley，J.S.，Trends.Pharm.Sci，(1980)pp.463-468(一般性综述)；Hudson，D.et al.，Int.J.Pept.Prot.Res.，(1979)14177-185(-CH2NH-，CH2CH2-)；Spatola，A.F.et al.，Life Sci，(1986)381243-1249(-CH2-S-)；Harm，M.M.，J.Chem.Soc.Perkin Trans I(1982)307-314(-CH＝CH-，顺式和反式)；Almquist，R.G.et al.，J.Med.Chem.，(1980)232533(-COCH2-)；Jennings-Whie，C.et al.，Tetrahedron Lett.，(1982)232533(-COCH2-)；Szelke，M.et al.，European Appln.，EP 45665(1982)CA9739405(1982)(-CH(OH)CH2-)；Holladay，M.W.et al.，Tetrahedron Lett.，(1983)244401-4404(-C(OH)CH2-)；和Hruby，VJ.，Life Sci，(1982)31189-199(-CH2-S-)。这种肽模拟物相比于多肽实施方式可以具有明显的优势，其包括例如更高的经济产量、更好的化学稳定性、增强的药理学性质(生物半衰期、吸收、效价、效力等)、改变的特异性(例如，广谱生物活性)、降低的抗原性和其它优势。
另外，肽或多肽中的一个或多个氨基酸的取代(例如，用D-赖氨酸替代L-赖氨酸)可以被用来产生更加稳定的肽和对内源性蛋白酶具有抗性的肽。可选地，合成肽或多肽，例如，其与生物可降解聚合物共价结合，也可以由D-氨基酸制备，这被称作倒位肽(inverso peptide)。当肽以与天然肽序列相反的方向被组装时，其被称作反转肽(retro peptide)。一般而言，由D-氨基酸制备的肽对酶的水解非常稳定。已经报道了反-倒位或部分反-倒位的肽的保留生物活性的许多例子(美国专利6,261,569B4和其中的参考文献；B.Fromme et al，Endocrinology(2003)1443262-3269)。
接头可以首先被连接到聚合物或者连接到生物活性剂或者附加生物活性剂。在合成期间，接头可以是未保护形式或保护形式，其中使用本领域技术人员众所周知的各种保护基团。在受保护的接头的情况下，接头的未保护端可以首先被连接到聚合物或生物活性剂或附加生物活性剂。随后，可以使用Pd/H2氢化饱和聚合物、弱酸或弱碱水解不饱和聚合物、或者本领域已知的任何其它普通的去保护方法对保护基团进行去保护。随后，可以将去保护的接头与生物活性剂或附加活性剂连接，或者与聚合物连接。
根据本发明的生物可降解聚合物(其中待连接的分子是氨基氧)的示例性合成如下列出。在N，N′-羰基二咪唑或合适的碳二亚胺存在下，聚酯可以与含有氨基取代的氨基氧基(N-氧化物)的基团例如4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧反应，以便用含有氨基取代的氨基氧基(N-氧化物)的基团取代聚酯链末端羧基中的羟基部分，因此，氨基部分与羧基的羰基残基的碳共价结合以形成酰胺键。N，N′-羰基二咪唑或适当的碳二亚胺将聚酯链末端羧基中的羟基部分转变为中间活化部分，所述中间活化部分将与氨基氧，例如，4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧反应。氨基氧反应物典型的使用范围是反应物与聚酯的摩尔比范围为1∶1至100∶1。N，N′-羰基二咪唑与氨基氧基的摩尔比优选地是约1∶1。
典型的反应如下。聚酯被溶解在反应溶剂中，反应在用于溶解的温度下容易地进行。反应溶剂可以是聚酯溶解于其中的任何溶剂；该信息通常可以从聚酯的制造商得到。当聚酯是聚乙醇酸或聚(乙交酯-L-丙交酯)(乙醇酸与L-乳酸的单体摩尔比大于50∶50)时，在115℃至130℃下高度精制(99.9+％纯度)的二甲基亚砜或在室温下的DMSO适于溶解该聚酯。当聚酯是聚-L-乳酸、聚-DL-乳酸或聚(乙交酯-L-丙交酯)(乙醇酸与L-乳酸的单体摩尔比是50∶50或小于50∶50)时，室温至40-50℃下的四氢呋喃、二氯甲烷(DCM)和氯仿适于溶解该聚酯。
典型地，反应在30分钟到5小时内基本完成。当来自富含乙二醇的单体混合物的聚乙醇酸或聚(乙交酯-L-丙交酯)组成聚酯时，优选2到3小时的反应时间。当聚-L-乳酸是聚酯时，反应很容易在室温下在1小时内基本完成。反应优选在用纯氮吹扫的惰性气氛中实施，以便驱使反应进行得彻底。
通过加入产物的冷的非溶剂，产物可从反应混合物中沉淀出来。例如，从富含乙醇酸的单体混合物形成的含氨基氧的聚乙醇酸和含氨基氧的聚(乙交酯-L-丙交酯)，通过加入冷的甲醇或冷的丙酮/甲醇混合物很容易从热的二甲基亚砜沉淀出来，然后例如通过过滤而被回收。当产物通过加入产物的冷的非溶剂不容易沉淀出来时，产物和溶剂可通过使用真空技术进行分离。例如含氨基氧的聚-L-乳酸用这种方式有利地从溶剂中分离。回收的产物很容易通过使用不溶解产物的溶剂——例如在本文的修饰的聚乙醇酸、聚乳酸和聚(乙交酯-L-丙交酯)产物情况下，使用甲醇——洗掉水和副产品(例如脲)而进一步纯化。来自这些洗涤的残留溶剂可使用真空干燥而被除去。
聚合物-生物活性剂连接
在一个实施方式中，用于制备如本文所述的本发明支架和其它医疗器械的表面覆盖物的聚合物具有与该聚合物直接连接的一个或多个生物活性剂。聚合物的残基可以与所述一个或多个生物活性剂的残基相连接。例如，可以将聚合物的一个残基直接连接到生物活性剂的一个残基。聚合物和生物活性剂可以各自具有一个开放化合价。
可选地，可以将具有不同治疗活性或缓解活性的多于一个的生物活性剂、多生物活性剂或者生物活性剂和附加生物活性剂的混合物与聚合物直接连接。然而，由于每个生物活性剂的残基可以被连接到聚合物的相应残基，所述一个或多个生物活性剂的残基数目可以相应于聚合物残基上的开放化合价的数目。
如本文使用的，“聚合物的残基(residue of a polymer)”指具有一个或多个开放化合价的聚合物基团。本发明聚合物的任意合成上可行的原子、多个原子或者官能团(例如，在聚合物骨架上或侧基上)都可以被去除，以提供开放化合价，只要当基团被连接于生物活性剂的残基时，生物活性基本上被保留。另外，任何合成上可行的官能团(例如羧基)可以在聚合物上被产生(例如，在聚合物骨架上或侧基上)，以提供开放化合价，只要当基团被连接于生物活性剂的残基时，生物活性基本上被保留。基于所需的连接，本领域技术人员可以选择适当官能化的起始物质，其可以用本领域已知方法从本发明聚合物得到。
如本文使用的，“结构式(*)的化合物的残基(residue of a compound ofstructural formula(*))”指如本文所述的式(I和III-VII)的聚合物化合物的基团，其具有一个或多个开放化合价。该化合物的任何合成上可行的原子、多个原子或官能团(例如，在聚合物骨架上或侧基上)都可以被去除，以提供开放化合价，只要当基团被连接于生物活性剂的残基时，生物活性基本上被保留。另外，任何在合成上可行的官能团(例如羧基)都可以在式(I和III-VII)的化合物上被产生(例如，在聚合物骨架上或侧基上)，以提供开放化合价，只要当基团被连接于生物活性剂的残基时，生物活性基本上被保留。基于所需的连接，本领域技术人员可以选择适当官能化的起始物质，其可以用本领域已知方法从式(I-VII)化合物得到。
例如，可以通过酰胺键(例如-N(R)C(＝O)-或-C(＝O)N(R)-)、酯键(例如，-OC(-O)-或-C(＝O)O-)、醚键(例如，-O-)、氨基键(例如，-N(R)-)、酮键(例如，-C(＝O)-)、硫醚键(例如，-S-)、业磺酰键(例如，-S(O)-)、磺酰键(例如，-S(O)2-)、二硫键(例如，-S-S-)或直接(例如，C-C键)连接将生物活性剂的残基连接到结构式(I-VII)的化合物的残基上，其中每一R独立地是H或(C1-C6)烷基。这样的连接可以使用本领域已知的合成方法从适当官能化的起始物质形成。基于所需的连接，本领域技术人员可以选择适当官能化的起始物质，其可以用本领域已知方法从结构式(I或III-VII)化合物的残基和从生物活性剂或佐剂的给定残基得到。可以将生物活性剂或佐剂的残基连接到结构式(I或III-VII)化合物的残基上的任何合成上可行的位置。另外，本发明也提供了将生物活性剂或辅助生物活性剂的多于一个残基与结构式(I和III-VII)化合物直接连接的化合物。
可以与聚合物分子连接的生物活性剂的数目可以典型地依赖于聚合物的分子量。例如，对于结构式(I)的化合物，其中n是约5至约150，优选地是约5至约70，通过使生物活性剂与聚合物的侧部基团反应，多达约150个生物活性剂分子(即，其残基)可以与聚合物(即，其残基)直接连接。在不饱和聚合物中，生物活性剂也可以与聚合物中的双键(或三键)反应。
根据本发明的支架典型地是圆柱形形状。支架结构的壁可以由其中具有开口例如网孔的金属或聚合物形成。支架被植入体腔例如血管中，其在那里永久停留或者生物降解，以保持血管开放和改善流向心肌的血流和促进受损内皮部位的自然损伤愈合过程。支架也可以被放置在机体其它部分的脉管系统中，例如外周肢体、肾脏或脑。如本领域已知的，支架术是相当常见的，多种类型的支架已经被开发和使用。
本文所述的聚合物可以以多种方式被涂覆在如本文所述的多孔支架结构或其它医疗器械的表面，所述方式，例如本领域众所周知的浸涂、喷涂、离子沉积和类似方式。在涂覆多孔支架时，必须注意不要闭塞支架结构中的孔，所述的孔是使得血源性内皮祖细胞和参与创伤愈合的天然生物学过程的其它血液因子从血管腔内部进入和迁移至血管壁所需的。
可选地，支架结构表面上的聚合物涂层可以作为在支架结构上应用的聚合物鞘而形成。在该实施方式中，鞘起到作为对巨噬细胞的部分物理屏障的作用，因此，相对小数目的平滑肌细胞被活化以引起新内膜增生。为了使得生物活性物质例如来自血流的内皮祖细胞充分移动穿过多孔支架结构，鞘可以被激光消融以在聚合物涂层中形成开口。支架结构可以被移动，同时激光被保持固定以将该结构消融为一定式样(pattern)，或者可选地，可以通过技术人员已知的方法将激光编程为沿着预先确定的式样移动。二者的结合，即，既移动激光又移动结构，也是可能的。在本发明中，甚至具有复杂支架式样的涂层支架都可以以高精确度制造。
支架结构可以用可以被加工(例如，模塑、压印、编织等)以包含本文所述的多孔表面特征的任何合适的物质制成，如本领域已知的物质。例如，支架主体可以由生物相容性金属形成，如不锈钢、钽、镍钛诺(nitinol)、埃尔吉洛伊非磁性合金(elgiloy)和类似材料以及其适当的组合。
例如，金属支架结构可以由含有金属纤维的材料制成，所述金属纤维被均匀放置以形成三维非编织基质并被烧结以形成显示出高度多孔性的迷路结构，其含量典型地在约50％至约85％范围，优选地至少约70％。金属纤维典型地具有约1微米至25微米范围内的直径。支架结构中的孔可以具有约30微米至约65微米范围内的平均直径。为了用于冠状动脉，支架结构应该由100％不锈钢制成，充分退火的不锈钢是优选金属。支架结构的类型可以是如本领域已知的球囊可扩张类型。
在一个实施方式中，支架结构本身是完全生物可降解的，其由可交联的“星状结构聚合物”或树枝状分子(dendrimers)制成，它们是本领域技术人员众所周知的。在一个方面，支架结构是由如本文所述的生物可降解交联聚(酯酰胺)、聚己内酯或聚(酯氨基甲酸酯)制成的。在本发明的多层生物可降解支架中，支架结构(即，“支架支柱”)优选地是生物可降解的，因此由此类可交联聚合物或树枝状分子制成。
本文所述的聚合物的残基可以使用任何合适的试剂和反应条件而形成。合适的试剂和反应条件公开于例如Advanced Organic Chemistry，Part BReactions and Synthesis，Second Edition，Carey and Sundberg(1983)；AdvancedOrganic Chemistry，Reactions，Mechanisms，and Structure，Second Edition，March(1977)；和Comprehensive Organic Transformations，Second Edition，Larock(1999)中。
另外的(附加的、额外的)生物活性剂
如本文所述的，“附加生物活性剂”指不同于上述“生物活性”剂的治疗剂或诊断剂，其促进如本文所述的脉管重新内皮化的自然创伤愈合过程。这样的附加生物活性剂，例如创伤愈合剂、抗生素和类似制剂，也可以被连接到本发明支架表面的聚合物涂层，或者被连接到用于涂覆本领域已知的具有不同治疗目的的其它类型的可插入或可植入医疗器械或治疗器械的聚合物，其中聚合物涂层与处理表面或血源性细胞或因子的接触或者通过生物降解从聚合物涂层的释放是需要的。然而，这样的附加生物活性剂不用在本发明多层支架的内层，所述内层仅含有促进脉管重新内皮化的自然创伤愈合过程的生物活性剂。
具体地，这样的附加生物活性剂可以包括但不限于下列的一种或多种多核苷酸、多肽、寡核苷酸、基因治疗剂、核苷酸类似物、核苷类似物、诱骗性多核酸(polynucleic acid decoys)、治疗性抗体、阿昔单抗(abciximab)、抗炎剂、血液调整剂(blood modifiers)、抗血小板剂、抗凝血剂、免疫抑制剂、抗肿瘤剂、抗癌剂、抗细胞增殖剂和一氧化氮释放剂。
多核苷酸可以包括脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、双链DNA、双链RNA、双链体DNA/RNA、反义多核苷酸、功能性RNA或其组合。在一个实施方式中，多核苷酸可以是RNA。在另一个实施方式中，多核苷酸可以是DNA。在另一个实施方式中，多核苷酸可以是反义多核苷酸。在另一个实施方式中，多核苷酸可以是正义多核苷酸。在另一个实施方式中，多核苷酸可以包括至少一种核苷酸类似物。在另一个实施方式中，多核苷酸可以包括磷酸二酯连接的3′-5′和5′-3′多核苷酸骨架。可选地，多核苷酸可以包括非磷酸二酯键，例如硫代磷酸酯(phosphotioate)类型、氨基磷酸酯(phosphoramidate)和肽-核苷酸骨架。在另一个实施方式中，多个部分可以被连接到多核苷酸的骨架糖。产生这种连接的方法是本领域技术人员众所周知的。
多核苷酸可以是单链多核苷酸或双链多核苷酸。多核苷酸可以具有任何合适长度。特别地，多核苷酸可以是约2至约5,000个核苷酸长度，包括端点值在内；约2至约1000个核苷酸长度，包括端点值在内；约2至约100个核苷酸长度，包括端点值在内；或者约2至约10个核苷酸长度，包括端点值在内。
反义多核苷酸典型地是与编码靶蛋白的mRNA互补的多核苷酸。例如，mRNA可以编码癌症促进蛋白，即致癌基因的产物。反义多核苷酸与该单链mRNA互补并且将形成双链体，从而抑制靶基因的表达，即，将抑制致癌基因的表达。本发明的反义多核苷酸可以与编码靶蛋白的mRNA形成双链体，并且将不允许靶蛋白的表达。
“功能性RNA(functional RNA)”指不被翻译的核酶或其它RNA。
“诱骗性多核酸(polynucleic acid decoy)”是这样的多核酸，一旦细胞因子结合到诱骗性多核酸，该多核酸抑制细胞因子的活性。诱骗性多核酸含有细胞因子的结合位点。细胞因子的实例包括但不限于转录因子、聚合酶和核糖体。用作转录因子诱饵的诱骗性多核酸的实例是含有转录因子结合位点的双链多核酸。可选地，转录因子的诱骗性多核酸可以是单链核酸，其与其本身杂交形成含有靶转录因子的结合位点的折返双链体。转录因子诱饵的一个实例是E2F诱饵。E2F在参与细胞周期调节和引起细胞增殖的基因的转录中起作用。控制E2F使得能够调节细胞增殖。例如，损伤(例如，血管成形术、手术、支架术)后，平滑肌细胞响应于损伤而增殖。增殖可以引起治疗区域的再狭窄(通过细胞增殖闭合动脉)。因此，对E2F活性的调节使得能够控制细胞增殖并且可以用于减少增殖和避免动脉闭合。其它这样的诱骗性多核酸和靶蛋白的实例包括但不限于，用于抑制聚合酶的启动子序列和用于抑制核糖体的核糖体结合序列。应该理解，本发明包括被解释为抑制任何靶细胞因子的诱骗性多核酸。
“基因治疗剂(gene therapy agent)”指通过将基因导入靶细胞并且随后通过表达，引起基因产物在靶细胞中表达的试剂。这样的基因治疗剂的实例是当被导入细胞时引起蛋白质如胰岛素表达的遗传构建体。可选地，基因治疗剂可以降低基因在靶细胞中的表达。这样的基因治疗剂的一个实例是将多核苷酸片段引入细胞，所述片段将整合入靶基因并干扰该基因的表达。这种试剂的实例包括能够通过同源重组干扰基因的病毒和多核苷酸。引入基因和干扰细胞内基因的方法是本领域技术人员众所周知的。
本发明的寡核苷酸可以具有任何适当长度。具体而言，寡核苷酸可以是约2至约100个核苷酸长度，包括端点值在内；达到约20个核苷酸长度，包括端点值在内；或者约15至约30个核苷酸长度，包括端点值在内。寡核苷酸可以是单链或双链的。在一个实施方式中，寡核苷酸可以是单链的。寡核苷酸可以是DNA或RNA。在一个实施方式中，寡核苷酸可以是DNA。在一个实施方式中，寡核苷酸可以根据普遍已知的化学方法进行合成。在另一个实施方式中，寡核苷酸可以从商业供应商得到。寡核苷酸可以包括但不限于，至少一种核苷酸类似物如溴衍生物、叠氮衍生物、荧光衍生物或其组合。核苷酸类似物是本领域技术人员众所周知的。寡核苷酸可以包括链终止子。寡核苷酸也可以被用作，例如，交联剂或荧光标签。可以使用许多普通的连接将寡核苷酸偶联于另一部分，例如，磷酸酯、羟基等。此外，通过掺入寡核苷酸的核苷酸类似物，某部分可以与寡核苷酸连接。在另一个实施方式中，寡核苷酸可以包括磷酸二酯连接的3′-5′和5′-3′寡核苷酸骨架。可选地，寡核苷酸可以包括非磷酸二酯键，如硫代磷酸酯(phosphotioate)类型、氨基磷酸酯和肽-核苷酸骨架。在另一个实施方式中，多个部分可以被连接到寡核苷酸的骨架糖。创建这种连接的方法是本领域技术人员众所周知的。
核苷酸和核苷类似物是本领域众所周知的。这种核苷类似物的例子包括但不限于Cytovene(Roche Laboratories)、Epivir(Glaxo Wellcome)、Gemzar(Lilly)、Hivid(Roche Laboratories)、Rebetron(Schering)、Videx(Bristol-MyersSquibb)、Zerit(Bristol-Myers Squibb)和Zovirax(Glaxo Wellcome)。参见Physician′s Desk Reference，2005Edition。
作为与本发明支架覆盖物和其它医疗器械连接的附加生物活性剂的多肽可以具有任何合适的长度。具体而言，多肽可以是约2至约5,000个氨基酸长度，包括端点值在内；约2至约2,000个氨基酸长度，包括端点值在内；约2至约1,000个氨基酸长度，包括端点值在内；或者约2至约100个氨基酸长度，包括端点值在内。
在一个实施方式中，与用于本发明医疗器械的聚合物涂层连接的附加生物活性剂多肽可以是抗体。在一个实施方式中，抗体可以与细胞粘附分子相结合，所述细胞粘附分子例如钙依粘连蛋白、整联蛋白或选择蛋白。在另一个实施方式中，抗体可以与细胞外基质分子相结合，所述细胞外基质分子例如胶原蛋白、弹性蛋白、纤连蛋白或层粘连蛋白。在又一个实施方式中，抗体可以与受体相结合，所述受体例如肾上腺素能受体、B细胞受体、补体受体、胆碱能受体、雌激素受体、胰岛素受体、低密度脂蛋白受体、生长因子受体或T细胞受体。与本发明医疗器械中的聚合物连接(或者直接连接或是通过接头连接)的抗体也可以和血小板凝集因子(例如，纤维蛋白原)、细胞增殖因子(例如，生长因子和细胞因子)和凝血因子(例如纤维蛋白原)结合。在另一个实施方式中，抗体可以被偶联于活性物质，诸如毒素。在另一实施方式中，抗体可以是阿昔单抗(ReoProR))。阿昔单抗是与β(3)整联蛋白结合的嵌合抗体的Fab片段。阿昔单抗对血小板糖蛋白IIb/IIIa受体，例如在血细胞上的血小板糖蛋白IIb/IIIa受体具有特异性。人主动脉平滑肌细胞在它们表面上表达的a(v)β(3)整联蛋白。处理表达β(3)的平滑肌细胞可以抑制其它细胞的粘附，并且降低细胞迁移或增殖，因而减轻在经皮冠状动脉介入(CPI)例如狭窄、血管成形术、支架术后的再狭窄。阿昔单抗也抑制血小板的凝集。
在一个实施方式中，肽可以是糖肽。“糖肽(Glycopeptide)”指寡肽(例如，七肽)抗生素，其特征是任选地用糖基取代的多环肽核心，如万古霉素。本定义中包含的糖肽的实例可以见于“Glycopeptides Classification，Occurrence，andDiscovery，”由Raymond C.Rao和Louise W.Crandall所著，(″Bioactive agents and thePharmaceutical Sciences″Volume 63，edited by Ramakrishnan Nagarajan，published byMarcal Dekker，Inc.)。糖肽的其它例子公开于美国专利号4,639,433；4,643,987；4,497,802；4,698,327；5,591,714；5,840,684和5,843,889中；在EP 0802199；EP0801075；EP 0667353；WO 97/28812；WO 97/38702；WO 98/52589；WO 98/52592中；和J.Amer.Chem.Soc，1996，118，13107-13108；J.Amer.Chem.Soc，1997，119，12041-12047；和J.Amer Chem.Soc，1994，116，4573-4590中。代表性的糖肽包括那些被鉴定为A477、A35512、A40926、A41030、A42867、A47934、A80407、A82846、A83850、A84575、AB-65、放线游菌素(Actaplanin)、类放线菌素(Actinoidin)、阿达星(Ardacin)、阿沃霉素(Avoparcin)、远青霉素(Azureomycin)、Balhimyein、Chloroorientiein、Chloropolysporin、Decaplanin、去甲基万古霉素、Eremomycin、Galacardin、Helvecardin、伊肽霉素(Izupeptin)、凯勃孢囊菌素(Kibdelin)、LL-AM374、甘露糖肽素(Mannopeptin)、MM45289、MM47756、MM47761、MM49721、MM47766、MM55260、MM55266、MM55270、MM56597、MM56598、OA-7653、Orenticin、寡子菌素(Parvodicin)、瑞斯托菌素(Ristocetin)、瑞斯脱霉素(Ristomycin)、Synmonicin、游壁菌素(Teicoplanin)、UK-68597、UD-69542、UK-72051、万古霉素(Vancomycin)和类似物的糖肽。如本文使用的术语“糖肽(glycopeptide)”或“糖肽抗生素(glycopeptide antibiotic)”，也拟包括上面公开的在其上不存在糖部分的一般类型的糖肽，即糖苷配基系列的糖肽。例如，通过弱酸水解去除万古霉素上添加到酚的二糖部分，得到万古霉素糖苷配基。术语“糖肽抗生素”范围内也包括上面公开的普通类型糖肽的合成衍生物，包括烷基化和酰化的衍生物。此外，以与万古糖胺(vancosamine)相似的方式进一步添加额外的糖残基——特别是氨基糖苷——的糖肽，在此术语范围内。
术语“脂化糖肽(lipidated glycopeptide)”具体指已被合成修饰以含有脂类取代物的那些糖肽抗生素。如本文使用的术语“脂类取代物(lipid substituent)”是指含有5个或更多个碳原子的任何取代物，优选地含有10至40个碳原子。脂类取代物可以任选地含有1至6个杂原子，其选自卤素、氧、氮、硫和磷。脂化糖肽抗生素是本领域众所周知的。参见，例如，美国专利号5,840,684、5,843,889、5,916,873、5,919,756、5,952,310、5,977,062、5,977,063、EP 667,353、WO 98/52589、WO 99/56760、WO 00/04044、WO 00/39156，其公开内容在此引入其全部作为参考。
可用于连接到本发明支架和其它医疗器械的聚合物涂层的抗炎剂(anti-inflammatory agents)，或者用于装载入本发明多层支架外层中的抗炎剂，包括例如，镇痛剂(例如，NSAIDS和水杨酸盐类)、抗风湿药、胃肠药、痛风药物、激素(糖皮质激素)、鼻制剂、眼制剂、耳制剂(例如，抗生素和类固醇的组合)、呼吸系统药物和皮肤及粘膜药物。参见，Physician′s Desk Reference，2005Edition。特别地，抗炎剂可以包括地塞米松，其被化学命名为(11β3,16I)-9-氟-11，17，21-三羟基-16-甲基孕甾-1，4-二烯-3，20-二酮。可选地，抗炎剂可以包括西罗莫司(雷帕霉素)，它是从吸水链霉菌(Streptomyces hygroscopicus)分离的三烯大环内酯抗生素。
抗血小板剂或抗凝血剂包括，例如，Coumadin(DuPont)、Fragmin(Pharmacia&Upjohn)、Heparin(Wyeth-Ayerst)、Lovenox、Normiflo、Orgaran(Organon)、Aggrastat(Merck)、Agrylin(Roberts)、Ecotrin(Smithkline Beecham)、Flolan(Glaxo Wellcome)、Halfprin(Kramer)、Integrillin(COR Therapeutics)、Integrillin(Key)、Persantine(Boehringer Ingelheim)、Plavix(Bristol-MyersSquibb)、ReoPro(Centecor)、Ticlid(Roche)、Abbokinase(Abbott)、Activase(Genentech)、Eminase(Roberts)和Strepase(Astra)。参见Physician′s DeskReference，2005Edition。特别地，抗血小板剂或抗凝血剂可以包括曲匹地尔(avantrin)、西洛他唑、肝素、水蛭素或依洛前列素(Iloprost)。
曲匹地尔在化学上被命名为N，N-二甲基-5-甲基-[1，2，4]三唑[1，-5-a]嘧啶-7-胺。
西洛他唑在化学上被命名为6-[4-(1-环己基-1H-四唑-5-基)-丁氧基]-3，4-二氢-2(1H)-喹啉酮。
肝素是具有抗凝活性的糖胺聚糖；是由D-葡糖胺和L-艾杜糖酸或D-葡萄糖醛酸重复单元组成的不定磺化的多糖链的异质混合物。
水蛭素是从水蛭例如药用水蛭(Hirudo medicinalis)提取的抗凝蛋白。
依洛前列素(Iloprost)在化学上被命名为5-[六氢-5-羟基-4-(3-羟基-4-甲基-1-辛烯-6-炔基)-2(1H)-pentalenylidene]戊酸。
免疫抑制剂可以包括，例如，Azathioprine(Roxane)、BayRho-D(Bayer Biological)、CellCept(Roche Laboratories)、Imuran(Glaxo Wellcome)、MiCRhoGAM(Ortho-Clinical Diagnostics)、Neoran(Novartis)、OrthocloneOKT3(Ortho Biotech)、Prograf(Fujisawa)、PhoGAM(Ortho-ClinicalDiagnostics)、Sandimmune(Novartis)、Simulect(Novartis)和Zenapax(RocheLaboratories)。
特别地，免疫抑制剂可以包括雷帕霉素或沙利度胺(thalidomide)。雷帕霉素是从吸水链霉菌分离的三烯大环内酯。
沙利度胺在化学上被命名为2-(2，6-二氧代-3-哌啶基)-1H-异-吲哚-1，3(2H)-二酮。
可以在例如本发明多层支架的外层中用作附加生物活性剂的抗癌剂或抗细胞增殖剂包括，例如，核苷酸和核苷类似物，诸如2-氯-脱氧腺苷、辅助抗肿瘤剂、烷化剂、氮芥、亚硝基脲、抗生素、抗代谢物、激素激动剂/拮抗剂、雄激素、抗雄激素、抗雌激素、雌激素和氮芥的组合、促性腺激素释放激素(GNRH)类似物、黄体制剂(progestrins)、免疫调节剂、多种抗肿瘤剂(miscellaneousantineoplastics)、光敏剂和皮肽及粘膜剂。参见，Physician′s Desk Reference，2005Edition。
合适的辅助抗肿瘤剂(adjunct antineoplastic agents)包括Anzemet(Hoeschst Marion Roussel)、Aredia(Novartis)、Didronel(MGI)、Diflucan(Pfizer)、Epogen(Amgen)、Ergamisol(Janssen)、Ethyol(Alza)、Kytril(SmithKline Beecham)、Leucovorin(Immnunex)、Leucovorin(Glaxo Wellcome)、Leucovorin(Astra)、Leukine(Immunex)、Marinol(Roxane)、Mesnex(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Neupogen(Amgen)、Procrit(OrthoBiotech)、Salagen(MGI)，Sandostatin(Novartis)、Zinecard(Pharmacia andUpjohn)、Zofran(Glaxo Wellcome)和Zyloprim(Glaxo Wellcome)。
合适的多元烷化剂包括Myleran(Glaxo Wellcome)、Paraplatin(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Platinol(Bristol-Myers SquibbOncology/Immunology)和Thioplex(Immunex)。
合适的氮芥包括Alkeran(Glaxo Wellcome)、Cytoxan(Bristol-MyersSquibb Oncology/Immunology)、Ifex(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Leukeran(Glaxo Wellcome)和Mustargen(Merck)。
合适的亚硝基脲包括BiCNU(Bristol-Myers SquibbOncology/Immunology)、CeeNU(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Gliadel(Rhone-Pouleno Rover)和Zanosar(Pharmacia and Upjohn)。
合适的抗生素包括Adriamycin PFS/RDF(Pharmnacia and Upjohm)、Blenoxane(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Cerubidine(Bedford)、Cosmegen(Merck)、DaunoXome(NeXstar)、Doxil(Sequus)、DoxorubicinHydrochloride(Astra)、IdamycinPFS(Pharmacia and Upjohm)、Mithracin(Bayer)、Mitamycin(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Nipen(SuperGen)、Novantrone(Imnmunex)和Rubex(Bristol-Myers SquibbOncology/Inmmunology)。
合适的抗代谢物包括Cytostar-U(Pharmacia and Upjohn)、Fludara(Berlex)、Sterile FUDR(Roche Laboratories)、Leustatin(Ortho Biotech)、Methotrexate(Immunex)、Parinethol(Glaxo Wellcome)、Thioguanine(GlaxoWellcome)和Xeloda(Roche Laboratories)。
合适的雄激素包括Nilandron(Hoechst Marion Roussel)和Teslac(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)。
合适的抗雄激素包括Casodex(Zeneca)和Eulexin(Schering)。
合适的抗雌激素包括Arimidex(Zeneca)、Fareston(Schering)、Femara(Novartis)和Nolvadex(Zeneca)。
合适的雌激素和氮芥组合包括Emcyt(Pharmacia and Upjohn)。
合适的雌激素包括Estrace(Bristol-Myers Squibb)和Estrab(Solvay)。
合适的促性腺激素释放激素(GNRH)类似物包括Leupron Depot(TAP)和Zoladex(Zeneca)。
合适的黄体制剂包括Depo-Provera(Pharmacia and Upjohn)和Megace(Bristol-Myers Squibb Oncology/Inmmunology)。
合适的免疫调节剂包括Erganisol(Janssen)和Proleukin(ChironCorporation)。
合适的多元抗肿瘤剂包括Camptosar(Pharmacia and Upjohn)、Celestone(Schering)、DTIC-Dome(Bayer)、Elspar(Merek)、Etopophos(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Etopoxide(Astra)、Gemzar(Lilly)、Hexalen(U.S.Bioscience)、Hycantin(SmithKline Beecham)、Hydrea(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Hydroxyurea(Roxane)、Intron A(Schering)、Lysodren(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Navelbine(Glaxo Wellcome)、Oncaspar(Rhone-Poulenc Rover)、Oncovin(Lilly)、Proleukin(Chiron Corporation)、Rituxan(IDEC)、Rituxan(Genentech)、Roferon-A(RocheLaboratories)、Taxol(paclitaxol/paclitaxel，Bristol-Myers SquibbOncology/hnmunology)、Taxotere(Rhone-Poulenc Rover)、TheraCys(PasteurMerieux Comnaught)、Tice BCG(Organon)、Velban(Lilly)、VePesid(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)、Vesanoid(Roche Laboratories)和Vumon(Bristol-Myers Squibb Oncology/Immunology)。
合适的光敏剂包括Photofrin(Sanofi)。
特别地，抗癌剂或抗细胞增殖剂可以包括Taxol(紫杉醇)、一氧化氮类似化合物或者NicOX(NCX-4016)。Taxol(紫杉醇)在化学上被命名为5β，20-环氧-1，2α4，7β，10β，13α-六羟基紫杉烷-11-烯-9-酮-4，10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13-(2R，3S)-N-苯甲酰-3-苯基异丝氨酸酯。
一氧化氮类似药剂包括含有一氧化氮释放官能团的任何生物活性剂。合适的一氧化氮类似化合物是牛或人血清白蛋白的S-亚硝基硫醇衍生物(加合物)，和如在美国专利号5,650,447所公开。参见例如David Marks et al.，″Inhibition ofneointimal proliferation in rabbits after vascular injury by a single treatment with aprotein adduct of nitric oxide，″J Clin.Invest.(1995)962630-2638。NCX-4016在化学上被命名为2-乙酸基-苯甲酸酯2-(硝酰甲基)-苯酯，并且是抗血栓形成剂。
应该理解，本领域技术人员知道，本发明中可用的生物活性剂或附加生物活性剂是存在于上面公开的任何生物活性剂或药剂中的生物活性物质。例如，Taxol典型地可作为可注射的浅黄色粘性溶液使用。然而，化学名为5β，20-环氧-1，2α4，7β，10β，13α-六羟基紫杉烷-11-烯-9-酮-4，10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13-(2R，3S)-N-苯甲酰-3-苯基异丝氨酸酯的生物活性剂是结晶粉末。Physician′sDesk Reference(PDR)，Medical Economics Company(Montvale，NJ)，(53rd Ed.)，pp.1059-1067。
如本文所用，“生物活性剂的残基(residue of a bioactive agent)”或“附加生物活性剂的残基(residue of an additional bioactive agent)”是如本文公开的此类生物活性剂的具有一个或多个开放化合价的基团。生物活性剂的任何在合成上可行的原子或多个原子都可以被去除，以便提供开放化合价，只要当基团被连接到本文所述聚合物的残基时，生物活性基本上被保留。基于所需的连接，本领域技术人员可以选择适当官能化的起始物质，其可以使用本领域已知方法从生物活性剂得到。
如本文所述的，生物活性剂或附加生物活性剂的残基，可以使用任何合适的试剂和反应条件所形成。合适的试剂和反应条件被公开，例如，在AdvancedOrganic Chemistry，Part BReactions and Synthesis，Second Edition，Carey andSundberg(1983)；Advanced Organic Chemistry，Reactions，Mechanisms and Structure，Second Edition，March(1977)；和Comprehensive Organic Transformations，SecondEdition，Larock(1999)中。
在某些实施方式中，聚合物-生物活性剂连接可以降解，以提供适当和有效量的游离生物活性剂。如本领域技术人员所理解，取决于生物活性剂的化学性质和治疗性质，在某些实施方式中，与聚合物连接的生物活性剂在仍旧与聚合物连接时行使其治疗效应，如“粘性”多肽A蛋白和G蛋白以及缓激肽(bradykinins)和抗体的情况，其中A蛋白和G蛋白在本文中称为“生物配体”，在与聚合物连接时其行使将靶分子保持靠近聚合物的作用，而缓激肽和抗体通过接触(例如，碰撞)靶分子上的受体起作用。任何合适和有效量的生物活性剂都可以被释放，并且将典型地取决于，例如，被选择的特定聚合物、生物活性剂和聚合物/生物活性剂连接。典型地，通过聚合物/生物活性剂连接的降解，多达约100％的生物活性剂可以从聚合物中被释放。特别地，多达约90％、多达约75％、多达约50％或者多达约25％的生物活性剂可以从聚合物中被释放。典型地影响从聚合物释放的生物活性剂量的因素是聚合物/生物活性剂连接的类型和存在于制剂中的其它物质的属性和数量。
聚合物-生物活性剂连接可以经一段时间降解，以提供定时释放合适和有效量的生物活性剂。任何合适并有效的时间段都可以被选择。典型地，合适和有效量的生物活性剂可以在大约24小时内、在大约7天内、在大约30天内、在大约90天内或者在大约120天内释放。典型地影响生物活性剂从聚合物-生物活性剂释放的时间长度的因素包括，例如，聚合物的属性和数量、生物活性剂的属性和数量、聚合物/生物活性剂连接的属性和存在于制剂中的其它物质的属性和数量。
与生物活性剂或附加生物活性剂混合的聚合物。除了直接地或通过接头被连接到一种或多种生物活性剂，用于涂覆医疗器械或制造用于本文所述的支架结构的鞘的聚合物可以物理地与一种或多种生物活性剂或附加生物活性剂相混合，以便提供用于涂覆医疗器械或支架结构的聚合物制剂。
如本文使用的，“制剂(formulation)”指分散有一种或多种生物活性剂或附加生物活性剂的如本文所述的聚合物。制剂包括这样的聚合物，其具有存在于该聚合物表面、部分包埋入聚合物中或者完全包埋入聚合物中的一种或多种生物活性剂。此外，制剂包括如本文所述的聚合物和生物活性剂，它们形成均质组合物(即，匀质制剂)。
比较而言，在本发明的多层支架中，在外层，非共价结合的生物活性剂和/或附加生物活性剂可以分散到或者“装载入”本领域已知的任何生物相容性生物可降解聚合物中，因为本发明的本实施方式中的外层不与血液接触。然而，多层支架的内层仅具有与本文所述的亲水性的血液相容性聚合物共价连接的生物活性剂。
任何适合量的聚合物和生物活性剂都可以被用来提供制剂。聚合物可以以制剂约0.1wt.％至约99.9wt.％的量存在。典型地，聚合物可以以高于制剂的约25wt.％的量存在；以高于制剂的约50wt.％的量存在；以高于制剂的约75wt.％的量存在；或者以高于制剂的约90wt.％的量存在。同样地，生物活性剂可以以制剂的约0.1wt.％至约99.9wt.％的量存在。典型地，生物活性剂可以以高于制剂的约5wt.％的量存在、以高于制剂的约10wt.％的量存在、以高于制剂的约15wt.％的量存在、或者以高于制剂的约20wt.％的量存在。
在本发明的又一个实施方式中，具有分散于其中的生物活性剂的聚合物涂层可以作为聚合物膜被施用到待植入糖尿病患者的任何医疗器械的至少一部分表面上，所述医疗器械暴露于血液并且需要依靠它来建立内皮层(例如，心脏瓣膜、人造的旁路动脉或渗析分路)。聚合物膜可以在医疗器械上具有任何合适的厚度。例如，医疗器械上的聚合物膜的厚度可以是约1至约50微米厚或者约5至约20微米厚。在本发明支架和多层支架中，每一层可以是0.1微米至50微米厚，例如，厚度是0.5微米至5微米。
聚合物膜可以有效地用作医疗器械如支架结构上的生物活性剂-洗脱聚合物涂层。这种生物活性剂-洗脱聚合物涂层可以通过任何合适的涂覆方法在医疗器械上产生，例如，在医疗器械上浸涂、真空沉积或者喷涂聚合物膜。此外，生物活性剂洗脱聚合物涂层可以被施加在如本文所述的支架、血管输送导管、输送球囊、分离的支架覆盖片结构或者支架鞘(即生物活性剂输送鞘)的表面上，从而产生一种类型的局部生物活性剂输送系统。当使用聚合物作为支架的覆盖鞘时，聚合物可以被加工，例如，通过如本领域已知的挤出或者旋压，形成精细聚合物纤维的编织片或编织垫(mat)，生物活性剂例如生物配体直接地或者通过接头方式与其共价连接，如本文所述。
生物活性剂-洗脱聚合物涂覆的支架和其它医疗器械可以与例如水凝胶基的生物活性剂输送系统联合使用。例如，在一个实施方式中，上述聚合物涂覆的支架和医疗器械，可以用施加在聚合物涂覆支架表面的附加制剂层进行涂覆，成为夹层型结构，以便向血管输送促进天然的重新内皮化过程和防止或减轻支架内再狭窄的生物活性剂。这样的水凝胶基的药物释放制剂的附加层可以包括与水凝胶混合的多种生物活性剂(参见，美国专利号5,610,241，在此引入其全部作为参考)，以提供不同于支架结构或医疗器械表面的聚合物-活性剂涂层的洗提速率的洗提速率。
可以使用任何合适大小的聚合物和生物活性剂来提供这样的制剂。例如，聚合物可以具有约1×10-4米以下、约1×10-5米以下、约1×10-6米以下、约1×10-7米以下、约1×10-8米以下或者约1×10-9米以下的大小。
制剂可以降解，以提供合适和有效量的生物活性剂。任何合适的和有效量的生物活性剂都可以被释放，并且将典型地取决于，例如，所选择的特定制剂。典型地，多达约100％的生物活性剂可以从制剂中被释放。特别地，多达约90％、多达75％、多达50％或者多达25％的生物活性剂可以从制剂中被释放。典型地，影响从制剂释放的生物活性剂数量的因素包括，例如，聚合物的属性和数量、生物活性剂的属性和数量和存在于制剂中的其它物质的属性和数量。
制剂可以经一段时间降解，以便提供合适和有效量的生物活性剂。任何合适和有效的时间段都可以选择。典型地，合适和有效量的生物活性剂可以在约24小时内、在约7天内、约30天内、约90天内或者约120天内被释放。典型地，影响生物活性剂从制剂释放的时间长度的因素包括，例如，聚合物的属性和数量、生物活性剂的属性和数量以及存在于制剂中的其它物质的属性和数量。
本发明也提供了涂覆有制剂的发明支架，所述制剂含有与一种或多种生物活性剂物理混合的如本文所述的聚合物。存在于制剂中的聚合物也可以直接地或通过接头与一种或多种(例如，1、2、3或4)生物活性剂相连接。同样的，聚合物可以与一种或多种(例如，1、2、3或4)生物活性剂相混合，并且可以直接地或通过接头与一种或多种(例如，1、2、3或4)生物活性剂相连接。
用来制备用于植入手术器械的本发明支架或覆盖物的聚合物可以具有分散于其中的一种或多种生物活性剂。在一个实施方式中，使聚合物与一种或多种生物活性剂物理混合。在另一个实施方式中，使聚合物直接地或通过接头与一种或多种生物活性剂连接。在另一实施方式中，使聚合物直接地或通过接头与一种或多种生物活性剂连接，并且也可以将得到的聚合物与一种或多种生物活性剂物理混合。
用来制备用于植入手术器械的本发明支架、支架鞘或覆盖物的聚合物，其中该手术器械用于遭受糖尿病的患者，不论其是否如本文所述存在于制剂中，不论其是否如本文所述被连接到生物活性剂上，也不论其是否如本文所述与生物活性剂混合，该聚合物也可以被用于医学治疗或医学诊断中。例如，聚合物可以被用在医疗器械的制造中。适当的医疗器械包括，例如，人工关节、人工骨、心血管医疗器械、支架、渗析分路、可用于血管成形术治疗的医疗器械、人工心脏瓣膜、人工旁路、缝线、人工动脉、血管输送导管、药物输送球囊、本文称为“鞘”的单独的管状支架覆盖片结构和用于局部生物活性剂输送系统的生物活性剂或“药物”输送组合物。
在又一个实施方式中，本发明提供了这样的方法，通过将本发明支架植入损伤部位的血管中从而将生物活性剂输送到患有糖尿病的患者的受损内皮，并且使得支架覆盖物中的生物活性剂可以与血管中的血液组分接触，因而帮助活化患者血流中的PEC，从而增强受损内皮的愈合。本发明可以进一步包括，检测来自糖尿病患者的血液样品，以确定该样品中治疗性PECs的量，并与来自健康非糖尿病个体的血液的平行样品相比较，以便检测出来自糖尿病患者血液中的治疗性PECs量的降低程度。这种试验可以在植入本发明支架前进行，以便确定与健康非糖尿病患者中的PECs正常浓度相比，该糖尿病患者是否具有降低量或降低浓度的PECs。糖尿病患者血液中PECs数量减少的检测将表明，患者特别需要包括植入本发明的生物活性支架在内的治疗。
所有的出版物、专利和专利文献被引入本文作为参考，如同它们单独地被引入本文作为参考。本发明参照多种具体的和优选的实施方式和技术进行描述。然而，应该理解，可以进行许多变化和修改，而保持在本发明的精神和范围内。
本发明将通过参照下列实施例被进一步理解，它们仅仅是纯粹示例性的，不应该被作为对如权利要求中描述的本发明真实范围的限制。
实施例1
酰胺键的形成—本实施例阐述了聚合物的羧基与生物活性剂的氨基官能团的偶联，或者同样地，生物活性剂的羧基和聚合物的氨基官能团的偶联。
通过预先形成的活性酯进行偶联；碳二亚胺介导的偶联-4-氨基-Tempo与聚合物的偶联。首先将游离羧酸形式的PEA聚合物转变为其活性琥珀酰亚胺酯(PEA-OSu)或苯并三唑酯(PEA-OBt)。这种转变可以通过使干燥的PEA-H聚合物与N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)或1-羟基苯并三唑(HOBt)和合适的脱水剂如二环己基碳二亚胺(DCC)在室温下在无水CH2Cl2中反应16小时而完成。过滤掉沉淀的二环己基脲(DCU)之后，PEA-OSu产物可以通过沉淀被分离，或者不经进一步纯化而被使用，在这种情况下，PEA-OSu溶液被转移到圆底烧瓶中，稀释为所需浓度并冷却至0℃。接下来，含游离胺的生物活性剂——亲核试剂，特别是4-氨基-Tempo——在CH2Cl2中的溶液在0℃被一次性加入。(等价地，通过用位阻碱，优选地是叔胺诸如三乙胺或二异丙基乙胺，在合适的疏质子溶剂如二氯甲烷(DCM)中处理生物活性剂的铵盐，亲核试剂可以在原位产生)。通过用TLC追踪游离胺的消耗来监测反应，如通过茚三酮染色所表明的。对聚合物的处理涉及惯例地将反应溶液沉淀入非溶剂的混合物如己烷/乙酸乙酯。随后滗去溶剂，将聚合物残留物重新悬浮于适当的溶剂中、过滤、旋转蒸发浓缩、浇在干净的聚四氟乙烯盘上、并且在真空下干燥以得到PEA-生物活性剂偶联物，具体地说，得到PEA-4-氨基-Tempo。
铵鎓/脲盐(Uronium Salt)和磷盐介导的偶联。用于此类偶联的两种有效催化剂包括HBTU——O-(苯并三唑-1-基)-1，1，3，3-四甲基脲六氟磷酸盐和BOP——1-苯并三唑氧代三(二甲氨基)磷六氟磷酸盐(Castro′s Reagent)。这些试剂在存在等摩尔量的聚合物羧基和生物活性剂氨基官能团(中性或作为铵盐)的情况下，与叔胺如二异丙基乙胺、N-甲基吗啉或二甲基取代吡啶(DMAP)一起，在溶剂如DMF、THF或乙腈中被使用。
实施例2
酯键形成—本实施例阐述了聚合物的羧基和生物活性剂的羟基官能团的偶联，或者等价地，生物活性剂的羧基和聚合物的羟基官能团的偶联。
碳二亚胺介导的酯化。为了进行偶联，将含羧基的聚合物的样品溶解于DCM中。向此轻微粘性的溶液中加入含有含羟基的药物/生物材料和DMAP的DCM溶液。随后将烧瓶置于冰浴中并冷却至0℃。接下来，加入1，3-二异丙基碳二亚胺(DIPC)的DCM溶液，除去冰浴，将反应加热至室温。室温下搅拌偶联反应16小时，其间，定期施行TLC以监测生物活性剂的羟基官能团的消耗。在规定时间之后，沉淀反应混合物，如上面的实施例1所述分离聚合物-生物活性剂偶联物。
实施例3
PEC分离。为了确立从外周血中分离内皮祖细胞(PECs)的方案，使用了来自健康正常供体的血液。文献综述产生了多种PEC分离方案(J.C.I.(2000)10571-77；Circ.(2003)107143-149；Circ.(2003)1071164-1169；Plast.Reconstruc.Surgr.(2004)113284和Am.J.Physiol.Heart Circ.Physiol.(2004)286H1985-H1993)。然而，令人惊讶地，初步的尝试需要对已知的方案进行修改，以确保成功的分离。图2中的流程图示出了在PECs分离中遵循的修改方案。
从试验性PEC分离中，确定了细胞在纤连蛋白包被平板上将比在明胶包被平板上，附着和生长得更好。将细胞从～120毫升的外周血中分离出来，随后将一等份细胞铺在Endothelial Basal Medium和5％FBS(Cambrex)中。每4-5天更换培养基。从分离物得到的细胞总数是供体依赖性的，在4千万至2亿个细胞的范围内。
下面的表2指出了从多种供体分离PEC的分离方法和PEC分离结果。最初，使用单核细胞Ficoll梯度方案(设计为，从外周血中分离人类单核细胞)和CD133+磁珠纯化步骤，以确保PECs的分离。CD133+纯化步骤似乎并没有增加PECs的分离，因此该步骤在后两个供体中被省略。
表2 将细胞铺在12孔或6孔的纤连蛋白包被平板中，并在约28-30天的时间内，每日监测。用于PEC分离的培养基是Endothelial Basal Medium plus SingleQuot Kit(Cambrex Corporation，East Rutherford，New Jersey)，其为氢化可的松(hydrocortisone)、hEGF、FBS、VEGF、hFGF-B、R3-IGF-1、抗坏血酸和肝素的混合物。一般而言，在分离之后，单层变得明显起来之前，需要培养10到15天。
一旦单层被鉴定，用二乙酰化的低密度脂蛋白(LDL)进一步表征细胞。人LDL复合体通过受体介导的胞吞作用将胆固醇输送到细胞。然而，乙酰化形式的LDL不被LDL受体吸收，而是通过特异于该修饰的LDL的“清道夫”受体被巨噬细胞和内皮细胞所吸收。与巨噬细胞相比，内皮细胞的吸收降低通过显微镜得到确认，并且将其拍照(放大100x)。单层保持活性生长几个月。将细胞重新铺板并重新形成单层持续几代(约培养30天)，然后衰老。
已知循环PECs数目是相当低的，其低于0.1％；因此，PEC分离的成功率被发现约为40％。(Herz(2002)27579-88)。
实施例4
细胞向生物活性剂的募集。为了选择在支架用途中用作募集因子的适当的生物配体，开发了体外粘附试验。本试验可以区分内皮细胞(EC)和平滑肌细胞(SMC)，以帮助选择潜在的附着因子(attachment factors)。用于这些试验的EC和SMC都购自Cambrex(Baltimore，MD)(HASMC＝人主动脉平滑肌细胞，HCAEC＝人冠状动脉内皮细胞)。
图3示出了本试验遵循的方案的流程图。将磷酸缓冲盐(PBS)溶液中的附着因子包被在非组织培养皿上，使其于4℃吸附过夜。第二天用热失活的0.2％牛血清白蛋白(BSA)溶液(在PBS中)将平板在室温封闭1小时，以防止非特异性附着。随后进行定时粘附试验。试验包括仅用PBS包被的阴性对照孔和用纤连蛋白包被的阳性对照孔。到目前为止，被测试的粘附因子均不胜过纤连蛋白诱导的细胞粘附和细胞扩展。除了粘附，扩展在确定基质的适宜性中也是重要的考虑事项。如果细胞不能扩展，细胞将不可能在该表面上增殖。
最初的努力聚焦于具有低亲和力但是以高密度存在的潜在募集因子。测试了许多潜在募集因子，其包括 1.Sialyl Lewis X，发现于内皮上的选择蛋白受体的配体； 2.CS5，其氨基酸序列为 Gly-Glu-Glu-Ile-Gln-Ile-Gly-His-Ile-Pro-Arg-Glu-Asp-Val-Asp-Tyr-His-Leu-Tyr-Pro(SEQ ID NO1)。CS5被发现于纤连蛋白的III型连接部分，纤连蛋白是已知其可以结合许多不同的细胞包括ECs的细胞外基质蛋白。CS5肽的序列包括氨基酸序列REDVDY(下划线表示)(SEQ ID NO2)；和 3.GREDVDY(SEQ ID NO11)，其包括位于REDVDY序列上的G接头。
在迄今测试的生物配体中，CS5和GREDVDY给出了最有希望的粘附数据和与用于制造本发明支架的聚合物偶联的最佳位点。尽管这些肽序列在细胞粘附或扩展方面比不上大分子纤连蛋白，但是出人意料地，这两种肽序列对EC表现出比对SMC更强的特导性，并且这些小肽序列可以很容易地被合成并且结合到用于制造本发明支架和可植入医疗器械覆盖物的聚合物中的聚合物上。
除了显微镜观察之外，使用ATP分析对细胞粘附进行量化。通过ATP标准曲线得到的代表性粘附分析量化的数据显示在图4的图中，其说明了在分析2、4和6小时得到的对比结果。该分析可以鉴定与特定基质粘附的细胞数目，然而，它没有考虑到细胞扩展。显微镜观察中确定的细胞扩展可以表明，细胞扩展可以增加细胞粘附的整体程度，因为扩展更好的细胞比未在表面上扩展的粘附细胞占据更大的空间，这归因于数据点的时间选择或使用的基质的适合性。ATP数据对于支持粘附试验的观察结果是有用的，但是不能替代粘附试验。
实施例5
细胞向生物活性剂-聚合物偶联物的募集。基于粘附试验得到的有希望的结果，下一步是将鉴定出的最有效的募集因子与支架聚合物偶联，以评估这些潜在募集因子诱导的对聚合物的增加的粘附性。第一个偶联是针对聚合物的PEA-H形式(酸性)进行的，因为该聚合物具有合适的偶联部位。肽可以通过广泛种类的适当的官能团与此聚合物共价结合。例如，当生物可降解聚合物是含赖氨酸残基的聚(酯酰胺)(PEA)时，可以使用赖氨酸残基的羧基与肽上的互补部分如羟基、氨基、硫部分和类似部分(5)进行反应。特别而言，带有游离COOH的PEA-H聚合物与水溶性碳二业胺(WSC)和N-羟基琥珀酰亚胺(HOSu)反应，以产生活化的酯，所述的酯又和肽的氨基官能团反应，以提供酰胺键连接(图6B)。通过使用荧光丹磺酰-赖氨酸(图5)，用于活化和偶联的最佳反应条件得以确定(图6A)。
随后用相同的方案施行CS5和GREDVDY肽与聚合物的偶联(图6B)。粘附试验表明，肽的偶联不改变它们与细胞结合的能力；并且进一步地，当与SMC比较时，EC对偶联肽比对未偶联PEA-H聚合物明显粘附得更好。
使用相似的方案(参见流程6B)，分别对酸式聚合物(acid polymer)与含乙酰化末端和苄基化COOH基团的结构(I)PEA聚合物(PEA-AcBz)的组合物和酸式聚合物与PEA-TEMPO的组合物(50/50和10/90)进行偶联。通过将可偶联的酸式形式与其它聚合物组合，可以确定在聚合物上存在募集肽是否在EC募集中带来益处。
来自两个代表性粘附试验的一式双份的孔的2h、4h和6h显微镜观察结果总结在下面的表2中。
表2 用聚合物上的偶联肽进行的试验的总结 r＝圆形，s＝纺锤形，sp＝扩展；50/50H/Bz＝50％PEA-H和50％PEA-Ac-Bz；10/90H/Bz＝10％PEA-H和90％PEA-Ac-Bz；50/50H/T＝50％PEA-H和50％PEA-Ac-TEMPO；10/90H/T＝10％PEA-H和90％PEA-Ac-TEMPO。
对聚合物上的偶联肽的试验的全部评价(表2)表明，聚合物上存在募集肽有益处。在试验1和试验2中，偶联于GREDVDY肽的下列聚合物组合，导致相比基础水平有所增加的粘附(早期和晚期时间点).50/50PEA-H/PEA-Ac-Bz(H/Bz)以及10/90PEA-H/PEA-TEMPO(H/T)，其偶联于GREDVDY-在中间和晚期时间点。出乎意料地，在细胞募集方面，较短的肽(7聚体(7mer))证实比更长的(20mer)CS5肽更加稳健(robust)。
实施例6
本发明PEA共聚物的重要特征是其促进自然愈合反应的能力。为了获得对该过程的理解，在下面系列实施例中，在一系列体外试验中，将PEA与不可降解的和其它生物可降解的聚合物进行对比，以检查血液和细胞对聚合物的应答，所述应答在放置药物洗脱支架(drug eluting stent)之后，对于脉管结构的愈合是重要的。
通过将人外周血单核细胞暴露于PEA、PEA-TEMPO、50∶50聚(D，L-丙交酯-共-乙交酯)(PLGA)，聚(甲基丙烯酸正丁酯)(PBMA)和组织培养处理的聚苯乙烯(TCPS)，测量组织相容性。
通过密度离心和磁力分离(Miltenyi)将人外周血单核细胞进行分离。34,000和73,000MW的PLGA自Boehringer-Ingelheim。PBMA购自Polysciences。含有和不含有纤连蛋白、血纤蛋白原、肝素或明胶(Sigma)包被的TCPS平板(Falcon)被用作对照。
人单核细胞以1.6×105/cm2接种到在盖玻片上制出的含有聚合物的孔中。细胞被培养24小时，并且通过定量细胞ATP水平测量粘附(ViaLight Kit，Cambrex)。相等数量的单核细胞粘附到每一个聚合物(n＝6)。
在三个星期的培养中，单核细胞到巨噬细胞的表型发展(phenotypicprogression)和接触诱导融合以形成多核细胞(multinulceated cells)是以相似的速率进行的(图7)。PEA表面支持人单核细胞的粘附和分化，但是，定性地，在20天时间内，PEA表面似乎并没有诱导超活化的状态，如通过形态学和分化/融合速率的显微镜观察判断的。新分离的单核细胞的直径约为10微米，并且其外观上为非粒状的。在粘附于PEA之后，单核细胞在表面上变平，并且呈现出可动(三角形)的或不可动(圆形)的表型，这对于这种异质群体而言是普遍的。在接下来的5-7天，单核细胞分化为巨噬细胞，如通过细胞大小增加到直径超过20微米以及增加的粒度所判断的。在全部的20天培养期间，巨噬细胞在培养物中保持活力，并且有低程度的巨噬细胞融合形成多核细胞。
实施例7
在聚合物上培养单核细胞和巨噬细胞24小时以后，通过ELISA(R&DSystem)测量单核细胞和巨噬细胞对促炎介质和抗炎介质的分泌。
白细胞介素-6是可增加巨噬细胞的细胞毒性活性的多效促炎细胞因子。与在其它聚合物上相比，在PEA上的单核细胞分泌的IL-6少5倍以上(图8)(n＝4的代表性实验)。
实施例8
白细胞介素-1b是可增加内皮的表面凝血酶原性的有效促炎细胞因子。培养24小时后，在PEA上培养的单核细胞分泌的IL-1b比在PLGA 73K或PBMA上培养的那些单核细胞分泌的IL-1b少(图9)(n＝4的代表性实验)。
实施例9
白细胞介素-1受体拮抗剂是IL-1b的天然发生的抑制剂，其竞争性地结合于IL-1的受体，并且阻断促炎信号传导。在PEA上培养的粘附单核细胞被诱导分泌出相当数量的这种抗炎介质(图10)(n＝3的代表性实验)。
实施例10
作为促愈合组织相容性的量度，人冠状动脉内皮细胞(EC)(Cambrex)在PEA和PEA-TEMPO上粘附、扩展和增殖。另外，当EC和主动脉平滑肌细胞(SMC)(Cambrex)在测试聚合物上培养72小时时，EC在PEA上的增殖是在不可降解的聚乙烯-共-乙酸乙烯上的4倍(PEVAc:PBMA)，并且PEA对EC生长比PEA对SMC生长更加支持；然而，在明胶包被的表面上相同的对照细胞的生长是基本上相似的(图11)。
实施例11
PEA也进行了血相容性分析。被用作聚合物血相容性的标志的血小板凝集，通过使用暴露于PEA和纤维蛋白原包被表面30分钟的人血小板(购自SanDiego血库)进行观察。
血小板没有轻易地粘附或聚集在PEA上，这一点被通过显微镜在表面上观察到非常少量的血小板所证明。而且，依据其大小，粘附的血小板被确定为单独的血小板，这表明血小板没有聚集在一起。相反地，明显数量的血小板粘附于纤维蛋白原对照物，非常大的血小板复合体显示了明显程度的聚集。
实施例12
人血小板在37℃被温育在聚合物包被(PEA.Ac.Bz或PEA.Ac.TEMPO)或蛋白(纤维蛋白原)包被的孔中30分钟，通过基于发光荧光素酶的试验(luminescent luciferase-based assay)(Cambrex)测量ATP释放。在PEA上活化的血小板比在PEVAc:PBMA上活化的血小板低2倍，并且PEA仅仅活化了纤维蛋白原包被表面活化的血小板的两倍(图12)，这表明PEA是血相容性的。
PEA生物可降解的基于氨基酸的聚合物的组织相容性的这些体外评估表明，基于这些聚合物的植入物通过减弱对聚合物的促炎反应和通过促进重新内皮化，将提供比其它测试聚合物更自然的愈合反应。另外，对血小板活化的抑制强烈表明PEA聚合物是高度血相容性的。综合考虑，这些结果表明，PEA和PEA-TEMPO是用于心血管应用的优良的可降解聚合物。
尽管参照上面的实施例描述了本发明，但是应该理解，修改和变化包含在本发明的精神和范围内。因此，本发明仅由所附权利要求限制。
权利要求
1.一种生物活性可植入支架，其包括具有表面涂层的支架结构，所述表面涂层含有生物可降解的生物活性聚合物，和所述聚合物表面上的至少一种生物配体，所述生物配体与循环血中内皮祖细胞(PECs)上的整联蛋白受体特异结合，并且其中所述聚合物具有结构式(I)描述的化学式，
式(I)
其中，n在大约5至大约150的范围内；R1独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、α，ω-双(4-羧基苯氧基)(C1-C8)烷、3，3’-(链烷二酰二羟基)二肉桂酸或4，4’-(链烷二酰二羟基)二肉桂酸的残基、或治疗性二酸的饱和或不饱和的残基及它们的组合；在独立的n个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基和-(CH2)2S(CH3)；和R4独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)亚烷基、结构式(II)的1，43，6-双无水己糖醇的双环片段、饱和或不饱和的治疗性二酸残基及它们的组合；
式(II)
或者为具有结构式III描述的化学式的PEA聚合物
式(III)
其中n在大约5至大约150范围内，m在大约0.1至大约0.9范围内，p在大约0.9至大约0.1范围内；其中R1独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、α，ω-双(4-羧基苯氧基)(C1-C8)烷、3，3’-(链烷二酰二羟基)二肉桂酸或4，4’-(链烷二酰二羟基)二肉桂酸的残基、或者治疗性二酸的饱和或不饱和的残基及它们的组合；每一个R2独立地是氢、(C1-C12)烷基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)烷基、(C6-C10)芳基或保护基团；在独立的m个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基和-(CH2)2S(CH3)；和R4独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)亚烷基、结构式(II)的1，43，6-双无水己糖醇的双环片段、饱和或不饱和的治疗性二醇的残基及它们的组合；
或者所述聚合物为具有结构式(IV)描述的化学式的PEUA聚合物，
式(IV)
并且其中n在大约5至大约150范围内；其中在独立的n个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基和-(CH2)2S(CH3)；R4和R6选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基或烷氧基、以及结构式(II)的1，43，6-双无水己糖醇的双环片段、饱和或不饱和的治疗性二醇的残基及它们的混合物；
或者具有通式(V)描述的化学结构的PEUA聚合物
式(V)
其中n在大约5至大约150范围内，m在大约0.1至大约0.9范围内，p在大约0.9至大约0.1范围内；R2独立地是氢、(C1-C12)烷基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)烷基、(C6-C10)芳基或保护基团；在独立的m个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基和-(CH2)2S(CH3)；R4和R6独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基或烷氧基、结构式(II)的1，43，6-双无水己糖醇的双环片段、饱和或不饱和的治疗性二醇的残基及它们的混合物；
或者所述聚合物为具有结构式(VI)描述的化学式的PEU聚合物
式(VI)
其中n为大约10至大约150；在独立的n个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基和-(CH2)2S(CH3)；R4独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)亚烷基、饱和或不饱和的治疗性二醇的残基；或者结构式(II)的1，43，6-双无水己糖醇的双环片段及它们的混合物；
或者具有结构式(VII)描述的化学式的PEU
式(VII)
其中m为大约0.1至大约1.0；p为大约0.9至大约0.1；n为大约10至大约150；每一个R2独立地是氢、(C1-C12)烷基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)烷基、(C6-C10)芳基或保护基团；和在独立的m个单体中的R3独立地选自氢、(C1-C6)烷基、(C2-C6)烯基、(C6-C10)芳基(C1-C6)烷基和-(CH2)2S(CH3)；R4独立地选自(C2-C20)亚烷基、(C2-C20)亚烯基、(C2-C8)烷氧基(C2-C20)亚烷基、饱和或不饱和的治疗性二醇的残基；或者结构式(II)的1，43，6-双无水己糖醇的双环片段、或者它们的混合物。
2.权利要求1所述的支架，其中所述生物配体具有SEQ ID NO1、2或11所列出的氨基酸序列。
3.权利要求1所述的支架，其中所述支架结构是多孔的，所述涂层是多层的并且包封所述支架结构，所述多层涂层包括
第二生物可降解聚合物的外部药物洗脱层，该外部层隔离未结合的生物活性剂，所述生物活性剂活化PECs；和
所述生物可降解的生物相容性聚合物的内部层，其带有共价结合于其上的所述至少一种生物配体。
4.权利要求3所述的支架，进一步包括
生物可降解屏障层，其位于所述外部层和所述内部层之间并与所述外部层和所述内部层接触，并且所述屏障层对所述药物是不可透过的。
5.权利要求1所述的支架，其中所述生物配体包括与所述PECs上的整联蛋白受体特异结合的抗体。
6.权利要求5所述的支架，其中所述抗体是单克隆抗体。
7.权利要求5所述的支架，其中所述生物配体包括特异结合对的第一成员，并且靶是用所述特异结合对的第二成员标记的抗体，其中所述抗体与所述PECs上的所述整联蛋白受体特异结合。
8.权利要求7所述的支架，其中所述特异结合对的所述第一成员包括抗生物素蛋白或链霉抗生物素。
9.权利要求1所述的支架，其中所述特异结合对的所述第一成员包括A蛋白或G蛋白，所述靶是与所述PECs上的所述整联蛋白受体特异结合的含Fc的抗体。
10.权利要求9所述的支架，其中所述第一成员包括SEQ ID NO3或SEQ IDNO4中所列出的氨基酸序列。
11.权利要求9所述的支架，其中所述第一成员包括SEQ ID NO5或SEQ IDNO6中所列出的氨基酸序列。
12.权利要求1所述的支架，其中至少一种生物活性剂提供、运输或释放一氧化氮、增加一氧化氮内源性水平、刺激一氧化氮内源性合成、或者作为一氧化氮合酶的底物起作用。
13.一种包含生物活性可植入支架的试剂盒，该支架包含支架结构，所述支架结构带有包括生物可降解的生物相容聚合物的表面涂层，所述生物相容聚合物具有结构式(I和III-VII)所描述的化学结构，并且与治疗性PECs上的靶特异结合的至少一种生物配体或特异结合对的第一成员存在于所述生物可降解的生物相容聚合物的所述表面。
14.权利要求13所述的试剂盒，其中所述生物配体包括抗体。
15.权利要求13所述的试剂盒，其中所述生物配体包括用特异结合对的第一成员标记的抗体，所述试剂盒进一步包括
b)与PECs上的整联蛋白受体特异结合的单克隆抗体；和
c)与所述单克隆抗体结合的特异结合对第二成员。
16.权利要求13所述的试剂盒，其中所述生物配体是特异结合对的第一成员，所述试剂盒进一步包括
b)与PECs上的整联蛋白受体特异结合的第二单克隆抗体；和
c)与所述第二单克隆抗体结合的特异结合对第二成员。
17.一种管鞘，其包括生物可降解的生物活性聚合物和与所述聚合物共价结合的至少一种生物配体，其中所述生物配体与PECs上的整联蛋白受体特异结合。
18.权利要求17所述的鞘，其中所述生物配体具有SEQ ID NOS1、2或3所列出的氨基酸序列。
19.一种方法，其将PECs募集到具有II型糖尿病的患者的肢体或心脏中的受损动脉内皮，所述的方法包括将根据权利要求1的支架植入具有受损动脉内皮的动脉，以于其上募集PECs，这样促进了受损内皮的自然愈合。
20.权利要求19所述的方法，其中所述受损动脉内皮在所述患者的心脏中。
21.权利要求19所述的方法，其中所述受损动脉内皮是外周肢体组织。
22.一种方法，其包括使用聚合物作为医疗器械、药物或者作为载体，用于共价固定生物配体或特异结合对的第一成员，所述生物配体或特异结合对的第一成员与被植入了所述聚合物的患有II型糖尿病的患者的循环血中的PECs中的整联蛋白受体特异连接，其中
a)所述生物配体与循环血中PECs上的所述整联蛋白受体形成特异结合对；
b)所述生物配体与特异结合于所述整联蛋白受体的抗体形成特异结合对；或者
c)所述抗体用特异结合对的第一成员标记，并且所述生物配体包括所述特异结合对的第二成员。
23.权利要求22所述的方法，其中所述聚合物是编织片或垫的形式。
24.权利要求22所述的方法，其中所述器械是心脏瓣膜或人造的旁路动脉。
25.一种可植入医疗器械，其具有涂覆在其至少一部分表面上的生物可降解的生物活性聚合物，其中所述聚合物包括与所述聚合物共价结合的至少一种生物配体，其中所述生物配体与外周血中所见的PECs上的整联蛋白受体特异结合。
26.权利要求25所述的可植入医疗器械，其中所述聚合物具有结构式I或III-VII所述的化学式。
27.权利要求25所述的可植入医疗器械，其中所述医疗器械选自支架、心脏瓣膜和人造的旁路动脉。
全文摘要
本发明基于这样一个发现，即血管支架或其它可植入医疗器械可以用生物可降解的生物相容性聚合物涂覆，该聚合物连接有生物配体，所述生物配体从循环血中特异地捕获内皮祖细胞(progenitors of endothelial cells(PECs))，以促进II型糖尿病患者中健康内皮的内源性形成。在一个实施方式中，生物配体是可以与PECs上的整联蛋白受体特异结合的肽。本发明也提供了使用这样的血管支架和其它可植入器械来促进II型糖尿病患者——如在机械介入之后的血管愈合的方法。
文档编号C07K16/28GK101155601SQ200680011044
公开日2008年4月2日 申请日期2006年4月4日 优先权日2005年4月4日
发明者K·W·卡彭特, W·G·图内尔, K·M·德菲飞, K·A·格拉科 申请人:梅迪沃什有限公司