专利名称：用于药物缓释载体的聚酸酐及其合成方法
技术领域：
本发明涉及化学合成药物缓释材料及方法。采用二元脂肪酸与二聚酸共聚，制备得到亲水性消炎药和抗实体瘤药物的载体。
背景技术：
聚酸酐是二十世纪八十年代初美国麻省理工学院Langer等(RosenHB等Bioerodible polyanhydrides for controlled drug delivery.Biomaterials，1983，4131-133)发现的一类新型合成生物可降解高分子材料，由于其具有良好的生物相容性、独特的表面溶蚀(surface erosion)降解性、降解速度可调及易加工性等优异性能，很快在药物控制释放等医学前沿领域得到应用。特别是其中一类聚酸酐聚[1，3-双(对羧基苯氧基)丙烷-癸二酸][P(CPP-SA)]共聚物作为一类新型骨架型药物控制释放材料，前后历经近二十年的系统研究，其骨架型控释片剂GliadelTM于1996年获FDA批准应用于复发胶质母细胞瘤的术后辅助化疗(Langer RBiomaterials indrug delivery and tissue engineeringone laboratory’s experience.Acc Chem Res，2000，33(2)94-101)。而另一类聚酸酐聚(芥酸二聚体-癸二酸)[P(EAD-SA)]共聚物与庆大霉素组成的圆柱形控释药棒SeptacinTM用于治疗骨髓炎已进入临床实验阶段(Stephens D等Investigation of the in vitro release of gentamicinfrom a polyanhydride matrix.J Control Release，200063(3)305-317)。此外，已经体外和体内实验证实，在药物控制释放领域可能获得应用或存在潜在应用前景的主要有聚[1，3-双(对羧基苯氧基)丙烷-癸二酸][P(CPP-SA)，SA∶CPP＝80∶20](Walter KA等Intratumoral chemotherapy.Neurosurgery，1995，37(6)1128-1145)，聚(富马酸-癸二酸)[P(FA-SA)，FA∶SA＝20∶80](Domb AJ等Polyanhydrides.IV.Unsatured and crosslinked polyanhydrides.J Polym Sci，Part APolym Chem，1991，29571-579)，聚(马来酸蓖麻酸酯)[P(RAM)]、聚(琥珀酸蓖麻酸酯)[P(RAS)](Teomim D等Ricinoleic acid-based biopolymers.J BiomedMater Res，1999，45(3)258-267)，以及聚(偏苯三酰亚胺-L-酪氨酸-癸二酸-1，3-双(对羧基苯氧基)丙烷)][P(TMA-Tyr:SA:CPP)](Hanes J等Synthesis andcharacterization of degradable anhydride-co-imide terpolymers containingtrimellitylimido-L-tyrosinenovel polymers for drug delivery.Macromolecules，1996，295279-5287)等少数几类聚酸酐。这几类聚酸酐在常用溶剂(氯仿、二氯甲烷)中具有较好的溶解度，并且熔点在100℃以下(P(TMA-Tyr:SA:CPP)除外)，具有较好的机械强度和柔韧性，易于加工成型。卓仁禧(Fu J等Studies on the syntheses and drug release properties ofpolyanhydrides containing phosphonoformic(or acetic)acid ethyl ester in the mainchain.Chem J Chinese U，1997，18(10)1706-1710)和朱康杰(Jiang HL等Pulsatileprotein release from a laminated device comprising of polyanhydrides and pH-sensitivecomplexes.Int J Pharm，2000，194(1)51-60)等近年来报道了系列新型含磷聚酸酐，聚酯酸酐等系列共聚物，体外降解和药物释放证实这些新结构的聚酸酐均具有良好的药物缓释性能。
但这些聚酸酐药物缓释材料由短碳链二酸(如癸二酸)和长碳链二酸缩聚而成，由于短碳链二酸酸性较强，可能导致植入部位炎症反应(Laurencin C等Poly(anhydride)administration in high doses in vivostudies ofbiocompatibility and toxicology.J Biomed Mater Res，1990，24(11)1463-1481)。本发明采用高真空熔融缩聚法，以植物油脂深加工得到的重要中间体二聚酸(Dimmer Acid，DA)主要组成为油酸(顺-9十八碳烯酸)；亚油酸(顺-9，12-十八碳二烯酸))催化二聚得到的二聚体，与十一烷二酸(Undecandioic Acid，UA)、十二烷二酸(月桂二酸，Dodecanedioic Acid，DDDA)、十三烷二酸(巴西基酸Brassylic Acid，BA)、十四烷二酸(Tetradecandioic Acid，TA)、十五烷二酸(Pentadecandioic Acid，PA)、十六烷二酸(Hexadecanedioic Acid，HA)等有十几个碳原子(碳原子数11-16)、酸性较弱的二酸为单体，合成了系列不同单体配比的聚酸酐材料。该类聚酸酐材料目前尚未见报道。
发明内容
本发明采用高真空熔融缩聚的方法，以二聚酸(DA)为一种单体，分别与十一烷二酸(UA)、十二烷二酸(月桂二酸，DDDA)、十三烷二酸(巴西基酸，BA)、十四烷二酸(TA)、十五烷二酸(PA)、十六烷二酸(HA)单体在同样的条件下分别共聚，旨在制备有适当药物释放速率的、有较高相对分子质量的聚酸酐材料。
具体合成步骤如下
1.预聚物的合成(1)二聚酸(HOOC-C34H62-COOH，DA)预聚物的合成将二聚酸(DA)与乙酸酐按摩尔比1∶2～5装入有氮气保护的容器中，120～160℃回流反应15～100分钟，冷却至60～100℃，减压蒸去没有反应完全的乙酸及乙酸酐，得到二聚酸酐预聚物，得率＞85％。FT-IR2926和2854(C-H)，1802，1720(C＝O)，1039(C-O)。
(2)合成六种二元酸预聚物(反应条件一样)将乙酸酐分别与下列二元酸十一烷二酸(UA)、十二烷二酸(月桂二酸，DDDA)、十三烷二酸(巴西基酸，BA)、十四烷二酸(TA)、十五烷二酸(PA)、十六烷二酸(HA)单体中的一种按摩尔比1∶2～5分别装入有氮气保护的容器中；140～200℃回流反应15～100分钟，冷却至60～100℃，减压蒸去没有反应完全的乙酸及乙酸酐，产物用二氯甲烷溶解，石油醚或环己烷沉淀，砂芯漏斗过滤，无水乙醚或甲乙醚或四氢呋喃洗涤，真空干燥。得到六种二元酸预聚物。
2.聚酸酐的合成聚酸酐的合成路线如下式所示 将二聚酸预聚物与上述六种二酸预聚物的一种按摩尔比(m/n＝1/30～1/3)分别装入聚合管中，置于硅油浴中，电磁搅拌并升温，反应温度为160～200℃，真空减压至40～60Pa，熔融聚合70～110分钟。每隔5～20分钟通氮气10～20秒，再抽真空。聚合完毕，冷却得淡黄色固体产物，用二氯甲烷溶解，G4砂芯漏斗过滤，石油醚或环己烷沉淀，沉淀过滤，用无水乙醚或甲乙醚或四氢呋喃洗涤后干燥，得略带黄色的粉末状固体，得到相应的六种聚酸酐，其组成可用下式表示 式中x＝11～16，m为二聚酸预聚物的摩尔数，n为饱和的二元羧酸预聚物的摩尔数，m/n＝1/30～1/3。
3.表征合成的聚合物分别用FT-IR、DSC、GPC和TGA等进行了表征，并研究了合成聚合物的体外降解及其对模型药物盐酸环丙沙星的释放性能。
所有聚酸酐的FT-IR显示在约1810-1815和1743-1745cm-1有强的聚酸酐C＝O伸缩振动特征吸收峰，在2900cm-1和2850cm-1有C-H伸缩振动吸收峰和在1075-1078cm-1有C-O伸缩振动吸收峰。在3000cm-1以上无吸收峰表明聚合物中无-COOH残留。GPC测试结果表明聚酸酐的重均分子量为20000～50000，满足药物载体的基本要求。DSC显示的聚酸酐Tm值低于85℃，而这有利于热不稳定药物在熔融状态下的加工。而Td大于200℃表明聚合物有较好的热稳定性。
4.体外降解性能采用热熔法，用自制的聚四氟乙烯模具制备圆柱形聚酸酐棒(φ4mm，长10mm)，棒质量约为150mg。将聚酸酐棒置于15mL的0.1mol/LpH7.4磷酸缓冲溶液中，在37℃恒温摇床上进行降解实验(转速60rad/min)。每隔一定时间取出样品，用蒸馏水洗样品表面，放入P2O5真空干燥器中干燥24h称重，通过样品降解前后质量差计算降解速率。实验结果表明，所得聚酸酐材料降解80％的时间，随组成不同，从2个月到更长的时间不等。
5.药物释放性能将模型药物盐酸环丙沙星与聚酸酐混合，在玛瑙研钵中研碎，采用上述制备聚酸酐棒的方法，制备载药量为20％的圆柱形聚酸酐药棒(φ4mm，长10mm)，药棒分别置于50mL的0.1mol/L，pH＝7.4的磷酸盐缓冲溶液中，于37℃恒温摇床上进行降解实验(转速60rad/min)。每隔一定时间更换缓冲溶液，采用UV光谱测定释放介质在波长271nm处的吸光度，依据测定的盐酸环丙沙星在0.1mol/L，pH＝7.4的磷酸盐缓冲溶液中271nm处UV吸收的回归方程A＝0.27465ρ-5.133×10-4，式中A为吸光度；ρ为盐酸环丙沙星质量浓度；回归系数R＝0.999 95；测定线性范围2.0～30.0μg，可计算出释放至缓冲溶液中的药物浓度。
实验结果表明，均聚二酸酐的释药很缓慢。这是由于均聚物分子链规整，易于紧密排列，难以水解。与DA共聚后，规整性受到一定破坏，易于水解，并随DA含量渐大而释药速度渐快，到DA含量在50％左右时达到最大值。之后由于疏水性单体DA含量增大，释药速率又趋减慢。药物在释放过程中无突释效应。有些载药棒在50天内持续缓和释放约60％的总药量，有望作为长效局部植入制剂应用于骨髓炎的治疗研究。而有些载药棒释药速率更慢，可望用于脑胶质瘤的局部化疗。
相对于使用癸二酸的聚酸酐而言，本发明合成的聚酸酐材料降解时产生的二酸酸性较弱，对植入组织酸刺激较小，可能使组织炎症反应消失，有较好的生物相容性。本发明的聚酸酐材料因为使用碳链较长的二酸作单体，降解速率慢，药物释放周期长，适用于骨髓炎、实体瘤(如脑胶质瘤)的局部缓释给药治疗。
图一聚酸酐P(DDDA-DA)对盐酸环丙沙星的释放横坐标为药物释放时间(天数)，纵坐标为药物累积释放百分率1表示WDDDA∶WDA＝70∶30 2表示WDDDA∶WDA＝60∶403表示WDDDA∶WDA＝50∶50 4表示WDDDA∶WDA＝80∶205表示WDDDA∶WDA＝90∶10 6表示PDDDA均聚物图二聚酸酐P(DA-BA)对盐酸环丙沙星的释放横坐标为药物释放时间(天数)，纵坐标为药物累积释放百分率1表示WBA∶WDA＝70∶302表示WBA∶WDA＝50∶503表示WBA∶WDA＝60∶404表示WBA∶WDA＝80∶205表示WBA∶WDA＝90∶106表示BA均聚物图三聚酸酐P(DA-TA)对盐酸环丙沙星的释放横坐标为药物释放时间(天数)，纵坐标为药物累积释放百分率1表示WTA∶WDA＝50∶502表示WTA∶WDA＝60∶403表示WTA∶WDA＝70∶304表示WTA∶WDA＝80∶205表示WTA∶WDA＝90∶106表示PTA均聚物图四聚酸酐P(DA-PA)对盐酸环丙沙星的释放横坐标为药物释放时间(天数)，纵坐标为药物累积释放百分率
1表示WPA∶WDA＝70∶30 2表示WPA∶WDA＝50∶503表示WPA∶WDA＝-60∶40 4表示WPA∶WDA＝80∶205表示WPA∶WDA＝90∶10 6表示PA均聚物具体实施方式
例1聚(二聚酸-月桂二酸)共聚酸酐的合成在φ2cm，长20cm的聚合管中加入月桂二酸预聚物2克、二聚酸预聚物2克，置于硅油浴中，电磁搅拌。升温至165℃，真空减压至40Pa，熔融聚合75分钟，每隔15分钟通氮气15秒，再抽真空。聚合完毕，冷却得淡黄色固体，用二氯甲烷溶解，G4砂芯漏斗过滤，石油醚沉淀，沉淀用甲乙醚洗涤后干燥，得略带黄色的粉末状固体。其他不同预聚物质量配比的合成按上述方法类似进行。5种不同配比的聚酸酐P(DDDA-DA)的FT-IR及理化性质表征如表一所示(其中P表示产率)。
表一聚酸酐P(DA-DDDA)的FI-IR和理化性质vIR/cm-1WDA∶WDDDAP％ Mw/104Tm/℃ Td/℃C-H C＝0C-010∶90 913.9924 78.91 210.13 2919.49，2849.131811.91，1742.471073.1920∶80 873.2122 76.51 211.34 2920.70，2850.351809.95，1743.821076.8130∶70 853.0478 74.85 212.16 2921.51，2850.681810.77，1744.411076.3740∶60 962.8585 72.65 221.31 2921.57，2851.261812.09，1745.461076.6650∶50 922.4220 70.12 226.24 2922.33，2851.731810.33，1743.351077.31例2聚(二聚酸-十四烷二酸)共聚酸酐的合成在φ2cm，长20cm的聚合管中加入二聚酸预聚物2克、十四烷二酸预聚物3克，置于硅油浴中，电磁搅拌。升温至170℃，真空减压至45Pa，熔融聚合85分钟，每隔10分钟通氮气10秒，再抽真空。聚合完毕，冷却得淡黄色固体，用二氯甲烷溶解，G4砂芯漏斗过滤，环己烷沉淀，沉淀用无水乙醚洗涤后干燥，得略带黄色的粉末状固体。其他不同预聚物质量配比的合成按上述方法类似进行。5种不同配比的聚酸酐P(DA-TA)的FT-IR及理化性质表征如表二所示(其中P表示产率)。
表二聚酸酐P(DA-TA)的FI-IR和理化性质vIR/cm-1WDA∶WTAP％ Mw/104Tm/℃ Td/℃C-HC＝0 C-010∶90 923.8561 80.21 212.5 2920.31，2850.13 1811.72，1743.51 1074.5520∶80 863.2041 78.23 207.612921.10，2850.44 1811.53，1743.86 1076.1030∶70 892.9664 76.52 215.132921.35，2850.81 1810.90，1744.10 1075.3040∶60 932.5683 74.31 206.872922.30，2851.30 1812.07，1744.96 1076.4050∶50 912.4206 72.50 219.532922.87，2851.59 1811.30，1745.13 1077.09例3聚(二聚酸-月桂二酸)共聚酸酐-盐酸环丙沙星药棒中盐酸环丙沙星的缓释特征将盐酸环丙沙星与聚酸酐混合，在玛瑙研钵中研碎，采用热熔法，用红外灯将混和物加热至约90℃使熔融，用自制的聚四氟乙烯模具制备载药量为20％的圆柱形聚酸酐药棒(φ4mm，长10mm)。药棒分别置于50mL的0.1mol/L，pH＝7.4的磷酸盐缓冲溶液中，于37℃恒温摇床上进行降解实验(转速60rad/min)。每隔一定时间更换缓冲溶液，采用UV光谱测定释放介质在波长271nm处的吸光度，依据测定的盐酸环丙沙星在0.1mol/L，pH＝7.4的磷酸盐缓冲溶液中271nm处UV吸收的回归方程A＝0.27465ρ-5.133×10-4，式中，A为吸光度；ρ为盐酸环丙沙星质量浓度；回归系数R＝0.999 95；测定线性范围2.0～30.0μg，可计算出释放至缓冲溶液中的药物浓度。5种不同配比组成的聚酸酐P(DDDA-DA)药棒的释药速率如图一所示。
例4聚(二聚酸-十三烷二酸)共聚酸酐的合成和药物释放在φ2cm，长20cm的聚合管中加入二聚酸预聚物1克、十三烷二酸预聚物4克，置于硅油浴中，电磁搅拌。升温至175℃，真空减压至55Pa，熔融聚合95分钟，每隔15分钟通氮气15秒，再抽真空。聚合完毕，冷却得淡黄色固体，用二氯甲烷溶解，G4砂芯漏斗过滤，石油醚沉淀，沉淀用无水乙醚洗涤后干燥，得到略带黄色的粉末状固体。其他不同预聚物质量配比的合成按上述方法类似进行。采用与例3相同的方法制备聚酸酐药棒。5种不同配比组成的聚酸酐P(DA-BA)药棒的释药速率如图二所示。
例5聚(二聚酸-十四烷二酸)共聚酸酐-盐酸环丙沙星药棒中盐酸环丙沙星的缓释特征采用与例3相同的方法制备聚酸酐药棒。不同配比组成的聚酸酐P(DA-TA)药棒的释药速率如图三所示。
例6聚(二聚酸-十五烷二酸)共聚酸酐的合成和药物释放在φ2cm，长20cm的聚合管中加入二聚酸预聚物0.5克、十五烷二酸预聚物4.5克，置于硅油浴中，电磁搅拌。升温至190℃，真空减压至60Pa，熔融聚合90分钟，每隔15分钟通氮气15秒，再抽真空。聚合完毕，冷却得淡黄色固体，用二氯甲烷溶解，G4砂芯漏斗过滤，石油醚沉淀，沉淀用四氢呋喃洗涤后干燥，得到略带黄色的粉末状固体。其他不同预聚物质量配比的合成按上述方法类似进行。采用与例3相同的方法制备聚酸酐药棒。5种不同配比组成的聚酸酐P(DA-PA)药棒的释药速率如图四所示。
权利要求
1.下式的聚酸酐化合物，其结构通式为 式中x＝11～16，m为二聚酸预聚物的摩尔数，n为饱和的二元羧酸预聚物的摩尔数，m/n＝1/30～1/3。
2.权利要求1的聚酸酐化合物的制备方法，具体合成步骤如下①将二聚酸与乙酸酐装入有氮气保护的容器中，回流反应，冷却至60-100℃，减压蒸去没有反应完全的乙酸及乙酸酐，得到二聚酸酐预聚物；②将十一烷二酸、十二烷二酸、十三烷二酸、十四烷二酸、十五烷二酸、十六烷二酸单体中的一种按质量比分别装入有氮气保护的容器中，回流反应，冷却至60-100℃，减压蒸去没有反应完全的乙酸及乙酸酐，产物用二氯甲烷溶解，用有机溶剂沉淀，过滤，用有机溶剂洗涤，干燥，即得到六种二元酸预聚物；③合成聚酸酐将二聚酸预聚物与上述六种二元酸预聚物中的一种按摩尔比m/n＝1/30～1/3的配比分别装入聚合管中，置于硅油浴中，电磁搅拌；反应升温，真空减压，熔融聚合；每隔5～20分钟通氮气10～20秒，再抽真空；聚合完毕，冷却得固体产物，用二氯甲烷溶解，过滤，用有机溶剂沉淀，过滤，用有机溶剂洗涤后干燥，得略带黄色的粉末状固体，得到相应的六类聚酸酐。
3.按照权利要求2的聚酸酐化合物的制备方法，步骤①所述的二聚酸与乙酸酐的摩尔比为1∶2～5；所述的回流反应温度为120-160℃，回流反应时间为15～100分钟；步骤②所述的二元酸与乙酸酐的摩尔比为1∶2～5；所述的回流反应温度为140～200℃，回流反应时间为15～100分钟；所述用于沉淀的有机溶剂是石油醚或环己烷，洗涤的有机溶剂是无水乙醚或甲乙醚或四氢呋喃；步骤③所述的反应温度为160～200℃，所述的真空减压至40～60Pa，熔融聚合的时间为70～110分钟；所述用于沉淀的有机溶剂是石油醚或环己烷，洗涤的有机溶剂是无水乙醚或甲乙醚或四氢呋喃。
4.权利要求1的聚酸酐化合物用于制备亲水性消炎药和抗实体瘤药物的载体。
全文摘要
本发明采用二元脂肪酸与二聚酸共聚，制备得到亲水性消炎药和抗肿瘤药的载体聚酸酐。聚酸酐材料因为使用碳链较长的二酸作单体，降解速率慢，药物释放周期长，适用于骨髓炎、实体瘤疾病的局部缓释给药治疗。
文档编号A61K47/32GK1544508SQ200310111439
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月24日 优先权日2003年11月24日
发明者郭文迅, 黄开勋, 徐辉碧 申请人:华中科技大学