专利名称：一种用于药物可控释放的超支化聚胺酯水凝胶及制备方法
技术领域：
本发明属于生物医用高分子材料领域，涉及一种用于药物缓释的超支化聚胺酯水 凝胶及其制备方法，特别涉及对羟端基超支化聚胺酯大分子进行不同程度修饰，并用修饰 后的超支化聚胺酯单体对药物分子进行装载，进而制备出用于药物缓释的水凝胶材料。
背景技术：
随着高分子材料和现代医药学的相互渗透，高分子材料作为药物控制释放载体已 成为目前研究的热门方向之一。高分子药物控制释放体系，就是利用天然或合成的高分子 化合物作为药物载体，制成一定的剂型，然后置于所释放的环境中，控制药物在人体内的释 放速度，使药物按设计的剂量，在要求的时间内，通过扩散或其它途径在体内缓慢释放到特 定的环境中，从而达到治疗疾病的目的。高分子药物控制释放与常规释放相比有明显的优 点(1)药物释放到环境中的浓度比较稳定。避免了常规药物投药后，药物浓度迅速上升至 最大值，然后由于代谢、排泄及降解作用，又迅速降低的缺陷。(2)药物利用率高。通过控 制释放，药物浓度在有效范围内的释放时间延长，一般药物利用率可高达80-90%。(3)由 于药物的释放部位尽可能接近病源，因此药效高，避免发生全身性的副作用。(4)可以减少 用药次数。避免了多次服药而产生的药物浓度高峰。另外，药物可控释放还有污染小、可用 于液体药剂、可由局部释放、可掩盖药剂难以下咽的味道，以及可用于不稳定的化合物质和 易挥发性化合物等优点。因此，制备能够缓慢释放药物成分的缓释性长效药品在治疗中经 常是非常需要的。要制备缓释长效药品，关键是要制备能承载药物的缓慢释放的载体材料。 同时随着多种药物的联合使用，特别是肿瘤化疗中多种抗肿瘤药物的联合使用方法的普遍 运用，能同时释放多种药物的载体材料也成为药物载体材料的发展方向。水凝胶是不可溶的聚合物网络，只能溶涨且保持一定的形状，可含有大量的水，允 许养分和废物扩散，具有良好的生物相容性、水渗透性，而且通过人工合成可得到不同微观 结构和性能的水凝胶材料，因此是理想药物释放载体材料。超支化聚合物因具有高溶解度、低黏度、大量端基官能团和分子内部空腔结构等 独特的性质，在生物医用材料中引起广泛关注。其大量的端基功能团可以螯合药物分子，其 内部的空腔结构可以诱陷和装载药物分子，因此在药物和基因释放和传输方面引起广泛关注。用超支化聚合物制备出的水凝胶的药物载体材料在具备水凝胶的优异性能同时 可以起到装载和缓释药物的作用，是一种具有广泛应用前景的生物材料。
发明内容
本发明的目的在于制备一种用于药物可控释放的超支化聚胺酯水凝胶。该水凝 胶能通过对超支化聚胺酯大分子修饰度的控制实现药物的可控释放，从而可作为肿瘤化疗 中，药物联合释放的载体材料。—种用于药物可控释放的超支化聚胺酯水凝胶及制备方法，其特征在于制备羟端基超支化聚胺酯大分子，并通过对羟端基超支化聚胺酯大分子的末端官能团进行不同程 度的功能化修饰，制备出可聚合的水溶性超支化聚胺酯单体；可聚合的水溶性超支化聚胺 酯单体在辅助载药的有机溶剂中对药物分子进行装载后，与其它生物相容性好的可聚合单 体和去离子水配制成不同浓度的水溶液，并在引发剂作用下聚合形成负载药物的水凝胶材 料。材料的具体制备方法为1、制备羟基封端的超支化聚胺酯大分子采用已有专利技术(专利号 99117623. 5)将一定比例的By型和ABX型单体混合，在催化剂和惰性气体保护下，于 80-170°C搅拌反应2-12小时，并减压蒸馏除去反应生成的副产物，从而获得羟端基超支化 聚胺酯大分子。By单体作为超支化聚胺酯大分子的核分子，其主要为多元醇分子包括脂肪 族二元醇、脂环族二元醇、芳香族二元醇、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、三羟甲基丁烷、丙 三醇和双季戊四醇。ABX型单体作为超支化聚胺酯大分子的扩链单体，其主要为N，N- 二羟 乙基-3-胺-丙酸甲酯、N，N- 二羟乙基-3-胺-丙酸乙酯、N，N- 二羟乙基-4-胺-丁酸甲 酯、N, N- 二羟戊基-3-胺-丙酸甲酯、N, N- 二羟苯乙基-3-胺-丙酸甲酯以及N，N- 二羟 丙基-3-胺-丙酸甲酯。By型和单体之间的摩尔反应配比，其值为
+yx+y)，其中y为核分子的官能度，x为扩链单体的羟基官能度，n为超支化聚(胺-酯)大 分子的繁衍代数，2 < n < 8。所用催化剂包括对甲苯磺酸、硫酸或金属化合物等，用量为By 型和ABX型单体之和的0. l-lwt%。2、对羟端基超支化聚胺酯大分子的末端官能团进行不同程度的功能化修饰制备 可聚合的水溶性超支化聚胺酯单体将羟端基超支化聚胺酯大分子溶于有机溶剂中，溶液 质量浓度为5-30% ；向溶液中滴加不饱和封端化合物，在催化剂和阻聚剂存在的条件下， 于0-120°C温度反应3-10小时，减压蒸馏除去溶剂或通过萃取法去除副产物，得到可聚合 的水溶性超支化聚胺酯单体。使用的有机溶剂包括N，N-二甲基甲酰胺、甲苯、二氧六环、 乙酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮、丁酮、二甲苯、二氯甲烷、氯仿或四氢呋喃；使用的不饱和封端 化合物包括丙烯酸酐、甲基丙烯酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯、顺丁 烯二酸酐。使用的催化剂包括对甲苯磺酸、硫酸、硝基苯、金属锡化合物、三级胺，用量为 0.3-3wt%。使用的萃取剂包括乙醚、二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯，使用量是有机溶剂的2-4 倍。不饱和封端化合物与羟端基超支化聚胺酯大分子的羟基摩尔比例为10-60%。3、可聚合的水溶性超支化聚胺酯单体在辅助载药的有机溶剂中对药物分子进行 装载，装载后蒸发掉有机溶剂，得到载药的超支化聚胺酯单体。辅助载药的有机溶剂包括甲 醇、乙醇、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、乙酸乙酯、丙酮；对药物分子的装载时间为1-7天。4、将载药的超支化聚胺酯单体单独或与其他生物相容性好的水溶性可聚合单体 配制成20-90wt%水溶液，加入适当量的引发剂，最后聚合生成固态的负载药物的水凝胶材 料。使用的生物相容性好的可聚合单体包括N-乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸0羟乙酯、 聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇单丙烯酸酯。使用的引发剂为氧化还原热引发剂或光引发 剂；氧化还原热引发剂包括过硫酸钾，过硫酸钠，过硫酸铵；光引发剂包括Irgacure 2959 和Irgacure 819 ；引发剂用量为0. 02-0. 5wt% ；聚合时间为2-10分钟。本发明通过对羟端基超支化聚胺酯大分子的端基不同程度的修饰，可以实现对药 物释放速率的调节和控制，降低初始暴释量，并能同时装载多种药物实现药物的联合释放。
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本发明的关键是选择合适的溶剂和不饱和封端化合物对超支化分子进行修饰，并 控制所修饰的程度。并通过引入不同的生物相容性好的可聚合单体参与形成凝胶，实现对 凝胶降解性能，力学性能，溶胀性能的调节。本发明利用了超支化聚胺酯大分子的三维空腔结构及其末端基团的可功能化特 性，通过对其进行不同程度的功能化修饰，制备出不同的用于载药的水溶性可聚合超支化 单体。并将其制备成水凝胶，用作药物可控释放的生物材料。该材料可装载阿霉素、氟尿嘧 啶、喜树碱、亚叶酸钙等用于肿瘤治疗的药物，并实现多种药物的缓慢可控的释放，为肿瘤 的联合化疗提供新的多重药物释放载体。
图1为第三代羟端基超支化聚胺酯大分子的理想分子结构图。图2为以丙烯酰氯修饰的第三代羟端基超支化聚胺酯大分子的结构图。图3为Dox的释放曲线图。图4为5FU的释放曲线图。图5为H-AC3装载阿霉素与H-AC5装载氟尿嘧啶后测定的两种药物释放曲线图。图6为H-AC5装载阿霉素与H-AC3装载氟尿嘧啶后测定的两种药物释放曲线图。
具体实施例方式AB2型单体的制备实施例1N, N- 二羟乙基-3-胺_丙酸甲酯单体的制备丙烯酸甲酯(8. 6g，0. lOmol)，乙二醇胺(10. 5g，0. lOmol)和10ml甲醇于烧瓶中，
在队保护下磁力搅拌30分钟混合均勻，然后升温至35°C保持4小时，然后抽真空去除甲醇， 得到一种无色透明油状物。合成单体经元素分析仪(表1)和红外光谱分析，确定该产物为N，N- 二羟乙 基-3-胺-丙酸甲酯单体，其产率为95%。表1 羟端基超支化聚胺酯大分子的制备实施例2第二代羟端基超支化聚胺酯大分子(2G-HPAE)的制备于三颈烧瓶中加入三羟甲基丙烷(1.34§，0.0111101)，实施例1种合成的队N-二 羟乙基-3-胺-丙酸甲酯单体(5. 74g，0. 03mol)和35. 4mg对甲苯磺酸。混合物在加热至 120°C反应2小时，然后减压蒸馏出去生成的副产物甲醇，得到6. 4g淡黄色油状物。
在此三颈烧瓶中继续加入N，N-二羟乙基-3-胺-丙酸甲酯单体(11.50g， 0. 06mol)和23mg对甲苯磺酸。混合物在120°C反应2小时，然后减压蒸馏出去生成的副产 物甲醇，得到14. 4g淡黄色油状物，即为第二代羟端基超支化聚胺酯大分子。产物采用以聚苯乙烯型交联共聚物微球为固定相柱的GPC-LC凝胶色谱仪测得分 子量分布系数为1.02。实施例3第三代羟端基超支化聚胺酯大分子(3G-HPAE)的制备在实施例2的三颈烧瓶中继续加入N，N_二羟乙基-3-胺-丙酸甲酯单体(22. 95g， 0. 12mol)和30mg对甲苯磺酸。混合物在110°C反应3小时，然后减压蒸馏出去生成的副产 物甲醇，得到38. 62g淡黄色油状物，即为第三代羟端基超支化聚胺酯大分子。第三代羟端基超支化聚胺酯大分子的理想分子结构如图1所示。产物采用以聚苯乙烯型交联共聚物微球为固定相柱的GPC-LC凝胶色谱仪测得分 子量分布系数为1.04。实施例4第五代羟端基超支化聚胺酯大分子(5G-HPAE)的制备于三颈烧瓶中加入三羟甲基丙烷(1.34§，0.0111101)，队^二羟乙基-3-胺-丙酸 甲酯单体(177. 80g，0. 93mol)和0. 5g对甲苯磺酸。混合物在加热至140°C反应5小时，然 后减压蒸馏出去生成的副产物甲醇，得到164. 5g黄色透明油状物，即为第五代羟端基超支 化聚胺酯大分子。产物采用以聚苯乙烯型交联共聚物微球为固定相柱的GPC-LC凝胶色谱仪测得分 子量分布系数为1.07。对第五代羟端基超支化聚胺酯大分子末端基团的功能化修饰实施例5以丙烯酰氯修饰羟端基超支化聚胺酯大分子(HPEA-AC)在装有磁子搅拌器和滴液漏斗的三颈瓶中，将第五代的羟端基超支化聚胺酯 (4. 66g, [OH] ^ 0. 03mol)溶于50ml 二氯甲烷，并加入适当过量的无水碳酸钠。在冰浴下 通过滴液漏斗向三颈瓶中缓慢滴加与羟基不同比例的丙烯酰氯，混合物升温至37°C反应5 小时。混合物经无水硫酸镁干燥后，减压蒸发掉溶剂二氯甲烷，得到淡黄色粘稠液体，即为 丙烯酰氯修饰的超支化聚胺酯大分子(HPEA-AC)。产物经H1核磁分析，确定最终的双键修 饰度。不同投料比所得到的不同修饰度的产物及其产率列于表2。以丙烯酰氯修饰的第三代羟端基超支化聚胺酯大分子的结构如图2所示。表 2反应原料双键修饰程度 实施例6以甲基丙烯酸酐修饰羟端基超支化聚胺酯大分子(HPAE-MAA)在装有磁子搅拌器和滴液漏斗的三颈瓶中，将第五代的羟端基超支化聚胺酯 (4. 66g，[OH] 0. 03mol)溶于60ml四氢呋喃，并加20mg对羟基苯甲醚。通过滴液漏斗向 三颈瓶中缓慢滴加于羟基不同比例的甲基丙烯酸酐，混合物升温至37°C反应3小时。将产 物溶于二氯甲烷，用氢氧化钠水溶液中和至中性，再用蒸馏水洗去氢氧化钠；用二氯甲烷如 此重复萃取产物三次并经无水硫酸镁干燥后，减压蒸发掉溶剂四氢呋喃，得到粘稠液体，即 为甲基丙烯酸酐修饰的超支化聚胺酯大分子(HPAE-MAA)。产物经H1核磁分析，确定最终的 双键修饰度。不同投料比所得到的不同修饰度的产物及其产率列于表3。表 3 实施例7以顺丁烯二酸酐修饰羟端基超支化聚胺酯大分子(HPAE-BA)在装有磁子搅拌器和滴液漏斗的三颈瓶中，将第五代的羟端基超支化聚胺酯 (4. 66g，[OH] 0. 03mol)溶于70ml 二氯甲烷，并加10mg对甲苯磺酸。将不同量的顺丁烯 二酸酐溶于10ml 二氯甲烷，通过滴液漏斗向三颈瓶中缓慢滴加，混合物升温至37°C反应5 小时，减压蒸发掉溶剂二氯甲烷，得到粘稠液体，即为顺丁烯二酸酐修饰羟端基超支化聚胺 酯大分子(HPAE-BA)。产物经H1核磁分析，确定最终的双键修饰度。不同投料比所得到的不同修饰度的产物及其产率列于表4。表 4 功能化修饰后的超支化聚胺酯大分子对药物分子的装载实施例8对抗肿瘤药物氟尿嘧啶(5FU)和阿霉素(Dox)的装载将5mg的5FU或Dox和lg的HPAE-AC溶于50ml甲醇中，搅拌24小时后，减压蒸 发掉甲醇，得到载药的HPAE-AC单体。载药的超支化聚胺酯水凝胶的制备及药物释放时间曲线测定实施例9负载单种药物的超支化聚胺酯(HPAE-AC)水凝胶的制备及药物释放时间曲线测
定 将载药单体H-AC3、H-AC4和H-AC5配制成50 %的水溶液，加入0. 02wt %的过硫酸 铵作为引发剂，在37°C聚合5分钟形成装载单种药物的水凝胶。将该水凝胶(0.2g)置于 2ml PBS(pH = 7. 4)缓冲液中进行药物释放的研究。在固定时间点取除定量的PBS缓冲液， 用荧光光谱仪对药物浓度进行测量，同时补充相应的PBS缓冲液。单种药物的释放曲线见 图3 (Dox的释放曲线)，图4(5FU的释放曲线)。实施例10负载两种药物的超支化聚胺酯(HPAE-AC)水凝胶的制备及药物释放时间曲线测
定将装载阿霉素的H-AC3与装载氟尿嘧啶的H-AC5以1 1的比例混合配制成50% 的水溶液，用实施例9所述方法制备成负载两种药物的水凝胶，并用实施例9所述方法测定 两种药物释放曲线(药物释放曲线见图5)。或者将装载氟尿嘧啶的H-AC3与装载阿霉素的 H-AC5以1 1的比例混合配制成50%的水溶液，用实施例9所述方法制备成负载两种药 物的水凝胶，并用实施例9所述方法测定两种药物释放曲线(药物释放曲线见图6)。药物装载于不同修饰度的超支化聚胺酯单体中，其释放曲线不同，从而可以通过 控制超支化聚胺酯单体的修饰度控制药物的释放行为。
权利要求
一种用于药物可控释放的超支化聚胺酯水凝胶及制备方法，其特征在于制备羟端基超支化聚胺酯大分子，并通过对羟端基超支化聚胺酯大分子的末端官能团进行不同程度的功能化修饰，制备出可聚合的水溶性超支化聚胺酯单体；可聚合的水溶性超支化聚胺酯单体在辅助载药的有机溶剂中对药物分子进行装载后，与其它生物相容性好的可聚合单体和去离子水配制成不同浓度的水溶液，并在引发剂作用下聚合形成负载药物的水凝胶材料。
2.如权利要求1所述的一种用于药物可控释放的超支化聚胺酯水凝胶及制备方法，其 特征是羟端基超支化聚胺酯大分子的制备过程为将一定比例的By型和ABx型单体混合，在 催化剂和惰性气体保护下，于80-170°C搅拌反应2-12小时，并减压蒸馏除去反应生成的副 产物，从而获得羟端基超支化聚胺酯大分子；所述的By单体为多元醇分子，包括二元醇、三元醇、四元醇或双季戊四醇；二元醇包括 脂肪族二元醇、脂环族二元醇或者芳香族二元醇；三元醇包括三羟甲基丙烷、三羟甲基乙 烷、三羟甲基丁烷、丙三醇；四元醇包括季戊四醇、一缩三羟甲基丙烷、以及其它脂环族、芳 香族四元醇；所述的ABx型单体为具有R1OOCR2N(R3OH)2结构的二羟基胺基酯，式中的R1和R3分别 为含有1-8个碳的烷基或芳香基，R2为(CH2)2或(CH2CHCH3) ；ABx型单体包括N，N- 二羟乙 基-3-胺-丙酸甲酯、N, N- 二羟乙基-3-胺-丙酸乙酯、N, N- 二羟乙基-4-胺-丁酸甲 酯、N, N- 二羟戊基-3-胺-丙酸甲酯、N, N- 二羟苯乙基-3-胺-丙酸甲酯以及N，N- 二羟 丙基-3-胺-丙酸甲酯；所述的“一定比例”是指By型和ABx型单体的摩尔配比，其值为1 / (yfky χη_2+· · · +yx+y)，其中y为By单体的官能度，χ为ABx型单体的羟基官能 度，η为羟端基超支化聚胺 酯大分子的繁衍代数，所述的催化剂包括对甲苯磺酸、硫酸或金属化合物，用量为By型和ABx型单体之和的 0. l-lwt%。
3.如权利要求1所述的一种用于药物可控释放的超支化聚胺酯水凝胶及制备方法，其 特征是所述的对羟端基超支化聚胺酯大分子的末端官能团进行不同程度的功能化修饰的 修饰方法是将羟端基超支化聚胺酯大分子溶于有机溶剂中，羟端基超支化聚胺酯大分子 溶液质量浓度为5-30% ；溶解后滴加不饱和封端化合物，在催化剂和阻聚剂存在的条件下， 于0-120°C温度反应3-10小时，然后减压蒸馏除去溶剂或通过萃取法去除副产物，得到可 聚合的水溶性超支化聚胺酯单体；所述有机溶剂包括N，N-二甲基甲酰胺、甲苯、二氧六环、乙酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮、 丁酮、二甲苯、二氯甲烷、氯仿或四氢呋喃；所述的不饱和封端化合物，包括不饱和一元羧酸酐、不饱和一元羧酸、不饱和酰氯或顺 丁烯二酸酐；所述催化剂包括对甲苯磺酸、硫酸、硝基苯、金属锡化合物或三级胺，用量为 0. 3-3wt% ；所述的萃取剂包括乙醚、二氯甲烷、氯仿或乙酸乙酯，使用量是有机溶剂的2-4倍。
4.如权利要求3所述的一种用于药物可控释放的超支化聚胺酯水凝胶及制备方法，其 特征是所述的不饱和封端化合物中的不饱和一元羧酸酐包括丙烯酸酐或甲基丙烯酸酐；不饱和一元羧酸包括丙烯酸或甲基丙烯酸；不饱和酰氯包括丙烯酰氯或甲基丙烯酰氯；
5.如权利要求3所述的一种用于药物可控释放的超支化聚胺酯水凝胶及制备方法，其 特征是所述的滴加的不饱和封端化合物，不饱和封端化合物与羟端基超支化聚胺酯大分子 的羟基摩尔比例为10-60%。
6.如权利要求1所述的一种用于药物可控释放的超支化聚胺酯水凝胶及制备方法， 其特征是所述的可聚合的水溶性超支化聚胺酯单体在辅助载药的有机溶剂中对药物分子 进行装载，辅助载药的有机溶剂为沸点相对较低的有机溶剂，包括甲醇、乙醇、二氯甲烷、氯 仿、四氢呋喃、乙酸乙酯或丙酮；对药物分子的装载时间为1-7天；
7.如权利要求1所述的一种用于药物可控释放的超支化聚胺酯水凝胶及制备方法，其 特征是所述的生物相容性好的可聚合单体包括N-乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸β羟乙酯、 聚乙二醇二丙烯酸酯或聚乙二醇单丙烯酸酯。
8.如权利要求1所述的一种用于药物可控释放的超支化聚胺酯水凝胶及制备方法，其 特征是配制的可聚合单体水溶液为超支化聚胺酯单体自身的水溶液，或是超支化聚胺酯单 体与其它生物相容性好的可聚合单体的混合溶液，溶液浓度为20-90wt%。
9.如权利要求1所述的一种用于药物可控释放的超支化聚胺酯水凝胶及制备方法， 其特征是所述的引发剂为氧化还原热引发剂或光引发剂；氧化还原热引发剂包括过硫酸 钾，过硫酸钠或过硫酸铵；光引发剂包括Irgacure 2959或Irgacure 819 ；引发剂用量为 0. 02-0. 5wt% ；聚合时间为2-10分钟。
全文摘要
一种用于药物可控释放的超支化聚胺酯水凝胶及制备方法，属于生物医用材料领域，是利用超支化聚胺酯分子的三维空腔结构和大量可改性的末端官能团，通过对其末端官能团进行10-60％的修饰，制备出可交联的水溶性超支化聚胺酯单体，并在有机溶剂的辅助下将药物分子与超支化聚胺酯单体复合。载药超支化聚胺酯单体单独或与其他生物相容性好的可聚合单体配制成水溶液，经引发剂引发快速交联形成载药的水凝胶。该水凝胶可以缓慢释放药物，通过调节对超支化聚胺酯分子末端官能团的修饰程度，可以控制药物释放的速率。利用此方法能简便地制备出同时负载多种药物的超支化聚胺酯水凝胶，实现多种药物的联合释放，特别是可作为肿瘤化疗中，药物联合释放的载体材料。
文档编号A61K47/34GK101850121SQ20101010146
公开日2010年10月6日 申请日期2010年1月26日 优先权日2010年1月26日
发明者宋黎, 张红斌, 杨槐, 牛国光, 王国杰 申请人:北京科技大学