专利名称：一种生物可降解聚乙二醇酯及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可生物降解的高分子材料及其制备方法和用途，特别涉及一种药 用高分子载体材料及其制备方法，具体的说是一种生物可降解聚乙二醇酯及其制备方法和 用途。
背景技术：
聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)因其中性、低毒且具有独特理化性质和良 好生物相溶性而成为经FDA批准的可药用的合成聚合物之一。聚乙二醇具有高度的亲水 性，在水溶液中有较大的水力学体积，并且没有免疫原性。当偶联到药物分子或药物表面 时，可以将其优良性质赋予修饰后的药物分子，改变它们在水溶液中的生物分配行为和溶 解性，在其修饰的药物周围产生空间屏障，减少药物的酶解，避免其在肾脏的代谢中很快消 除，并使药物能被免疫系统的细胞识别。以PEG作为缓释、控释前药载体的大量研究表明， PEG能使药物的半衰期和水溶性得到明显提高。美国专利US005939453A(1999年)以聚乙 二醇及聚环氧乙烷为原料制备了 PEG-PEO，PEG-PE0-PEG和PE0-PEG-PE0三种嵌段共聚物， 因其结构上兼具亲水段与疏水段而在水溶液中能够形成胶束结构，使其成为很好的增溶及 药物载体材料，包裹其中的生物活性物质可以获得持续释放的性能。对于难溶性药物可通过固体分散技术增加其溶出度，能提高其口服给药的生物 利用度，固体分散体的制备方法主要有熔融法和溶剂法，其中，熔融法是借助分子量小于 10000的PEG具有较低熔点(不超过100°C )和药物能以其为溶剂溶解分散的特性，通过 PEG熔体将药物溶解均勻分散其中，冷却后凝固成一体；溶剂法是借助能够将PEG和药物 溶解的溶剂将之溶解后，经溶液混合均勻，脱除溶剂后凝固成一体。目前，用于制备固体分 散体的载体材料主要集中在聚乙二醇(PEG)类聚合物，所用PEG的分子量一般在1，000 20，000 [药学学报，2002，37 (4) :294_298，中国医院药学杂志，2008，28 (22) :1927 1930]。 Ryotaro Kunii 等(European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 2007, 67 9-17)采用乳液聚合法及溶剂法制备了 PEG-PPG-PEG嵌段共聚物纳米粒负载喜树碱，药 物负载量达到1.6% (w/w)，粒子粒径在230nm左右，赋予了喜树碱缓释性能。《中国临床药 学杂志》(2006，15(1) :46 50)介绍了一种用薄膜分散-水化超声法制备的含羟基喜树碱 的聚乙二醇化聚十六烷基氰基丙烯酸酯纳米囊泡，这种聚合度可控、毒性小、降解速度慢、 在血液中具有长循环特性的载体材料改变了羟基喜树碱体内药动学行为，赋予其肿瘤靶向 作用。研究表明当重均分子量高于40，000的高聚物将实现长循环，有利于延长前药在 体内的半衰期，但 Yamaoka 等[YamaokaT，TabataY，IkadaY. J Pharm Sci 1994 ；83 (4) 601-606]报道，随着PEG分子量的增大，非肾过滤清除的速度降慢，半衰期延长，当分子量 从6KDa增加到50kDa时，其在体内的半衰期从约18min延长至16. 5h，然而分子量超过 40kDa时，可能会出现肾累积。所以，只有实现保持长循环和不出现肾累积的两全齐美的效 果，才能将高分子载体药物用于临床。利用生物可降解的高聚物将是解决这一难题的有效手段之一，目前报道的关于聚乙二醇的生物可降解材料种类较多。借助聚乳酸及其共聚物无毒、可生物降解而在体内无积聚的特性，任杰等(同济大学学报，2003，31 (2) 191-196)以开环聚合的方法，制备了聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚 物.以此为基材，采用乳化溶剂蒸发法，制备了聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物微球，药物包 裹其中，经主动和(或)被动控制，进入预定靶器官或组织，缓慢释放，可降低其毒副作用， 并提高其生物利用度。在2008年的美国专利US 2008/0140185A1中，Patrick F. Kiser等 以聚乙二醇与2倍当量的丙交酯反应生成ABA型嵌段共聚物，再用二异氰酸酯浓缩制备了 一种生物可降解的聚氨酯。《功能高分子学报》(2001，14(3)288 292)介绍了 PET与聚乙二醇(PEG)在催化 剂三氧化二锑存在下于高温270 275°C反应缩聚合成了一系列含间苯二甲酸的PEIT-PEG 嵌段共聚酯。Venkata等在Biomaterials (2004，25 :3283-3291)报道了以丁二酸与过量 的不同分子量PEG合成聚丁二酸聚乙二醇酯(SA-C0-PEG)的高温(180°C )熔融缩聚方法， 并利用该缩聚物与丙烯酰氯反应生成的SA-C0-PEG丙烯酸酯交联制成聚乙二醇丙烯酸酯 聚合物，此聚合物在生理环境水解或酶解作用下由于主链中酯键的断裂，载体降解成SA、 PEG、聚丙烯酸，具有良好的生物相容性及生物可降解性，作为药物载体，对于包埋于其中的 药物也具有显著的缓释功效。Zalipsky S.等(European Polymer Journal 1983,19(12) 1177-1183)利用丁二酸酐在150°C下与聚乙二醇酯化反应5h合成出丁二酸-PEG酯。可见 高温反应是必须的，但高温增加了副反应的发生，并由此形成杂质残留，而要达到偶联药物 载体的要求，采用较为温和的合成条件是必要的。近二十年来，微波协助有机合成引起了人们的极大关注，包括酯化、水解、氧化等 在内的一些有机合成反应都可以借助微波加热并加快，人们已成功地将微波应用于聚合反 应，实现了聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚丁二酸丁二醇酯的合成。在2008年的美 国专利US 2008/0009558A1中，Craig Hawker等人用微波法合成了 PMMA纳米粒，微波法的 引入缩短了反应时间，所制得的粒子平均粒径在50nm以下且分散性较好。Sivan Velmathi 等(Macromo 1. Rapid Commun. 2005,26 1163-1167)采用微波法在 1，3-二氯-1，1，3，3-四 丁基二锡氧烷为催化剂的条件下合成了聚丁二酸，反应时间缩短到20min，获得了平均分子 量为2· 35X IO4的聚合物。《化学与生物工程》(2006，23 (7) :18 21)介绍了以2，2-二 甲基-1，3-丙二醇和氯甲酸乙酯为原料在170W的微波辐射下合成了环状聚碳酸酯，微波 法的引入具有高效、节能、无环境污染等优点，符合现代化工绿色环保的要求。中国专利 (200910032148. 2)中以没食子酸和不同的醇或者酚为原料，在酸的催化下置于微波反应器 中密闭反应5至30分钟得到产物没食子酸酯，该方法可减少反应时间，提高合成效率，节省 成本，且可操作性强、对环境具有一定的保护作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型高分子药物载体聚乙二醇酯以及聚乙二醇酯的 制备方法，所要解决的技术问题是该载体在体内既可生物降解又具有缓释功能且分子量达 到可控。本发明所称的生物可降解聚乙二醇酯是指由数均分子量400 20，000的聚乙 二醇与丁二酸在微波加热条件下酯化聚合得到的数均分子量35KDa 45KDa的聚乙二醇/ 丁二酸共聚酯；与丁二酸酐在微波加热条件下酯化聚合得到的数均分子量为400KDa 500KDa的聚乙二醇/ 丁二酸共聚酯，下简称聚乙二醇酯(PEG酯)。本聚乙二醇酯的制备方法以聚乙二醇和丁二酸酐或丁二酸为原料，包括酯化聚 合、萃取和分离，与现有技术的区别是所述的酯化聚合是聚乙二醇与丁二酸酐或丁二酸用 微波加热于85 95°C熔融状态下反应25 35min。反应结束后用饱和碳酸氢钠溶解，经 氯仿萃取、乙醚沉析得聚酯产物。聚乙二醇与丁二酸酐的摩尔比为1 9 11，与丁二酸的 摩尔比为1 1. 5 2. 0。本聚乙二醇酯的用途是在制备抗肿瘤药物喜树碱缓释剂中作为包埋剂的应用。本缓释剂采用溶剂共沉淀法制备的，就是将所制备的PEG酯与喜树碱(或羟基喜 树碱、氨基喜树碱)溶解于氯仿(或二氯甲烷)中，于室温下搅拌12h，反应结束后蒸干溶 齐U，即得包埋产物。本发明选用的聚醚类高分子材料具有独特理化性质和良好生物相溶性，与药物结 合可以延长药物在体内的半衰期，赋予药物缓释、控释性能；选用的小分子缩聚单体丁二酸 酐(或丁二酸)是一种生物相容性良好的小分子有机酸类化合物，可与PEG两端的羟基发 生酯化反应，生成一定分子量的SA-C0-PEG共聚酯。在体内生理弱碱性及相关酶的作用下， 酯键会随循环断裂而使载体不断降解成小分子量级直至原料级PEG，这样，在既能保证给药 之初高分子量载体优越的缓释性能的同时，也能使载体降解成易排泄的小分子量级PEG，而 不至产生肾累积毒性。红外检测图谱中较原料PEG而言出现了明显的酯键峰，PEG酯的化学结果得到确 证(见附图1)；高效液相检测结果表明PEG酯的分子量分布范围较宽，从35254 1047717， PEG与丁二酸酐共聚酯数均分子量的平均值达到450KDa，PEG与丁二酸共聚酯的分子量是 可控的，在40KDa左右；透射电镜检测结果表明PEG酯在水相中能够形成分散性较好的纳米 凝胶微球，粒径分布在IOOnm 300nm之间，有利于药物的负载(见附图2)。紫外检测结果表明在喜树碱的最大吸收波长处有较为明显的吸收，喜树碱被成功 负载于PEG酯中，载药量较高，达40mg/g(在以下的叙述中表述为4% )，与理论量相差不 大；透射电镜检测结果表明负载药物后仍是分散性好、球形度高的纳米级别纳米凝胶微球 (见附图3)；体外释放结果表明喜树碱经PEG酯包埋后具有明显的缓释效果，且具有一定 的PH敏感性。在36h内，原药CPT的累积释放率达到了 45 %，而PEG酯包埋CPT产物仅在 21%左右(见附图4)；药物在pH = 4. 6缓冲介质中释放较快，36h后的释药率达到50%左 右，而在PH = 7. 4缓冲介质中释药率只有23%左右(见附图5)。所述PEG酯及其包埋喜树碱的制备方法具有操作简便、反应条件温和、无需特殊 设备要求、工业化生产容易等优点；PEG酯能够形成纳米微球，可以实现对药物的负载，负 载药物后能够赋予药物明显的缓释性能及一定的PH敏感响应性。
四
图1是PEG酯(PEG与SA共聚酯，下同)IR图谱。图2是PEG酯TEM照片。图3是PEG酯包埋喜树碱TEM照片。图4是PEG酯包埋喜树碱和喜树碱体外释放实验曲线图。
图5是PEG酯包埋过程喜树碱在不同pH条件下体外释放实验曲线图。
五具体实施例方式实施例1取PEG2 万 5g，SA (丁二酸酐)0. 25g(nPEG nSA = 1 10)，90°C微波 5min 使其成 熔融状态，继续90°C微波反应30min，反应结束后用饱和碳酸氢钠溶解，氯仿萃取三次，合 并萃取液，旋干大部分氯仿，乙醚沉析得PEG酯4. 5g。实施例2取PEG2 万 5g，丁二酸 0. 042g(nPEG ητ二酸=3 5)，90°C微波 5min 使其成熔融 状态，继续90°C微波反应30min，反应结束后用饱和碳酸氢钠溶解，氯仿萃取三次，合并萃 取液，旋干大部分氯仿，乙醚沉析得丁二酸/PEG酯4. 3g。实施例3
称取CPT17. 5mg,溶于40mL氯仿，再称取4. 5g已制备好的PEG酯产物(nPE(^ nCPT =1 5)，加入到上述溶液中，室温搅拌12h，反应结束后，蒸干大部分氯仿，乙醚共沉淀，挥 干溶剂，得淡黄色固体产物4. 36g，载药量为0. 36%。实施例4称取CPT50mg，溶于40mL氯仿，再称取4. 25g已制备好的PEG酯产物(nPE(^ nCPT =1 15)，加入到上述溶液中，室温搅拌12h，反应结束后，蒸干大部分氯仿，乙醚共沉淀， 挥干溶剂，得淡黄色固体产物4. 2g，载药量1.16%。实施例5称取CPTlOOmg，溶于40mL氯仿，再称取4. 5g已制备好的PEG酯产物(nPE(^ nCPT =1 30)，加入到上述溶液中，室温搅拌12h，反应结束后，蒸干大部分氯仿，乙醚共沉淀， 挥干溶剂，得淡黄色固体产物4. 09g，载药量2. 14%。实施例6称取CPT40mg，溶于40mL氯仿，再称取Ig已制备好的PEG/ 丁二酸酯产物(nPEe 酷:nCPT = 1 4)，加入到上述溶液中，室温搅拌12h，反应结束后，蒸干大部分氯仿，乙醚共 沉淀，挥干溶剂，得淡黄色固体产物1. 0g，载药量4%。实施例7各取CPT 40mg、折算成CPT量为40mg的PEG酯包埋CPT产物，分别分散于20mL pH7. 4缓冲液中，置于透析袋内，将口密封后分别放入盛有300mL pH7. 4缓冲液的500mL烧 杯中，于37. 0士0. 5°C恒温搅拌。定时取2mL释放介质，用pH7. 4缓冲液定容至10mL，于 365nm波长下测吸光度，同时补充等量新鲜缓冲液。根据CPT标准曲线，计算释放介质中CPT 的含量，并由此计算出CPT的累积释药率，绘制累积释药率-时间关系曲线，确认产物的缓 释性能。实施例8各取折算成CPT量为40mg的PEG酯包埋CPT产物两份，分别分散于20mL pH = 7. 4、4. 6缓冲液中，置于透析袋内，将口密封后分别放入盛有300mL相应pH缓冲液的500mL 烧杯中，于37. 0士0. 5°C恒温搅拌。定时取2mL释放介质，用相应pH缓冲液定容至10mL，于 365nh波长下测吸光度，同时补充等量新鲜缓冲液。根据CPT标准曲线，计算释放介质中CPT的含量，并由此计算出CPT的累积释药率，绘制累积释药率-时间关系曲线，确证产物的pH 敏感性.
权利要求
一种生物可降解聚乙二醇酯，其特征在于由数均分子量400～20000的聚乙二醇与丁二酸用微波加热酯化聚合得到数均分子量35KDa～45KDa的聚乙二醇/丁二酸共聚酯，与丁二酸酐用微波加热酯化聚合得到数均分子量400KDa～500KDa的聚乙二醇/丁二酸共聚酯。
2.如权利要求1所述的生物可降解聚乙二醇酯的制备方法，以聚乙二醇和丁二酸酐或 丁二酸为原料，包括酯化聚合、萃取和分离，其特征在于所述的酯化聚合是聚乙二醇与丁 二酸酐或丁二酸用微波加热于85 95°C熔融状态下反应25 35min，聚乙二醇与丁二酸 酐的摩尔比为1 9 11，聚乙二醇与丁二酸的摩尔比为1 1.5 2.0。
3.如权利要求1所述的生物降解聚乙二醇酯的用途，其特征在于本聚乙二醇酯在制 备抗肿瘤药物喜树碱缓释剂中作为包埋剂的应用。
全文摘要
一种生物可降解聚乙二醇酯，由数均分子量400～20000的聚乙二醇分别与丁二酸或丁二酸酐用微波加热于85～95℃熔融酯化聚合得到的数均分子量依次为35KDa～45KDa和400KDa～500KDa的聚二醇共聚酯，聚乙二醇与丁二酸酐的摩尔比为1∶9～11，聚乙二醇与丁二酸的摩尔比为1∶1.5～2.0。本聚乙二醇酯可作为抗肿瘤药物喜树碱缓释剂的包埋剂，包埋后赋予喜树碱明显的缓释特性及PH敏感响应性。
文档编号A61K31/4745GK101824142SQ20101014696
公开日2010年9月8日 申请日期2010年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者刘璐, 姚日生, 宋杰, 张霄翔, 邓胜松 申请人:合肥工业大学