专利名称：使用热敏合成聚合物的一氧化氮传递系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种一氧化氮供体，尤其涉及一种能够控制一氧化氮的释放的热敏的释放一氧化氮的聚合物。
背景技术：
本发明是执行韩国教育科学技术部所领导的有前景的且开拓性的研究项目的结果，从2010年4月I日至2011年2月28日，该研究项目由韩国科学技术院主办，且被命名为“释放一氧化氮的血液相容支架的开发”(课题号:20100002175)。在许多领域中，一氧化氮(NO)为展示效能的生物调节剂。在1992年，NO在美国《科学》期刊上被提名为“年度分子”，且为1998年诺贝尔生理学和医学奖的主要研究课题。NO在人体中扮演信号分子，且也从免疫反应中形成为生成物。NO的生理效应包含扩张血管、神经传递、调节毛发周期、生成含活性氮的中间产物、调节阴茎勃起、抗菌作用、抗病毒作用和伤口愈合。在这些NO的生理效应中，扩张血管已受到很多关注。在血管内皮细胞中，NO传达放松信号给周围的平滑肌细胞，从而血管扩张且更多的血液流经血管。此外，NO防止血管平滑肌的收缩和增长，且防止内皮中血小板的聚合和白血球粘附到内皮，从而有助于保持血管的内稳态。在因脂肪组织积聚而造成冠状血管阻塞的病人上进行伴有支架插入的血管成形术。在血管成形术过程中，将小气球插入血管中，然后使该小气球膨胀，从而迫使脂肪组织紧贴血管壁,从而放宽血管。就这一点而言，将称为支架的管形的网状支架插入血管中，从而强制地保持血管的宽度。在一些情况下，血管返回到其窄宽度，从而需要其它血管成形术操作。因此，如果能找到可控地从支架释放药物(`例如，能够防止细胞增长和炎症的NO)的方式，则这可显著地有助于成功的血管成形术过程。存在多种能够从人工植入物(例如支架)的表面释放NO的化合物。化合物的示例包括有机硝酸盐、酯类、亚硝酰基铁复合物、斯德酮亚胺、C-亚硝基化合物和S-亚硝基硫醇(R-S-NO)0尤其是，已经积极开展深入S-亚硝基硫醇的研究。不幸地，存在怀有这些化合物的植入物未成功释放NO到人体内和释放NO的速度受到铜离子(Cu+)的浓度影响的情况。此外，S-亚硝基硫醇自身不稳定，因此难以以纯粹的形式获得。因此，最近已经积极开展深入能够更有效地释放NO的新型材料和更有效地释放NO的方法的研究。此外，如果更有效地进行NO的释放，则人工植入物需要包括能够调整发生在人工植入物的表面上的释放的速度的构件。高浓度的NO是有毒的，由于NO是血管舒张药，因此在人体内，过量的NO可导致循环系统的全面崩溃。因此，可以通过开发用于释放NO的传递系统来实现假体植入物的性能上的显著改善，该传递系统响应于来自周围的信号而以适当的速度释放适当浓度的NO，或者在必要时抑制或延迟适当浓度的NO的释放，该传递系统的释放特性不受来自周围的不必要的噪声影响。当使用传统的NO传递系统时，在早期阶段释放过量的NO，因此难以实现NO的持续的释放。
发明内容
技术问题本发明提供一种能够延迟或控制一氧化氮从体内的假体植入物的释放的聚合的
一氧化氮供体。本发明还提供一种假体植入物，所述假体植入物在其表面上包括聚合的一氧化氮供体。问题的解决方案根据本发明的一个方面，提供一种用于控制一氧化氮的释放的供体。该供体为聚合物，该聚合物包括有机聚合物的主链和侧链，该侧链共价地连接到主链且具有二醇二氮烯翁功能基。该供体在室温下以流体态(例如液体)存在，并且当温度升高到临界温度之上时，在活体内PH条件下经历溶胶到凝胶的相变。该相变的临界温度在25°C到35°C的范围内，且该凝胶为不包括化学交联的水凝胶。为了获得这种水凝胶，供体的主链的碳主干可以为嵌段共聚物，该嵌段共聚物选自于包括乙二醇/丙二醇共聚物、乳酸/乙醇酸共聚物、乳酸/乙二醇共聚物、乳酸-乙醇酸-乙二醇共聚物、乳酸-乙醇酸-丙二醇-乙二醇共聚物、ε -己内酯/乙二醇共聚物、3-羟基丁酸/丙二醇共聚物、富马酸二羟丙酯/乙二醇共聚物、有机磷酸酯/乙二醇共聚物和基于多肽的嵌段共聚物的组。供体的侧链可以为聚合物，该聚合物选自于包括含仲胺的聚合物(例如聚乙烯亚胺、聚丙烯亚胺和含仲胺的多肽)和生物聚合物(例如壳聚糖)的组。供体可以还包括水凝胶中的药理活性物。该药理活性物可以选自于包括血管内皮生长因子(VEGF)、抗炎药剂、维生素C、乙酰水杨酸盐、降胆固醇药物、血栓溶解剂、抗血栓形成剂、肝素、抗癌药物和具有抗增生活性的寡核苷酸的组。药理活性物可以不直接共价地连接到供体，但可以分散在水凝胶中，或者可以为共价地连接到供体的侧链的二醇二氮烯翁功能基的氧原子的缀合物。根据本发明的另一方面，提供一种包括涂覆在其表面上的供体的假体植入物。本发明的有益效果根据本发明的一个或多个实施方式，提供了一种以热敏水凝胶的形式的用于控制一氧化氮的释放的供体。该供体能够在活体内长时间稳定地且与生物相容地提供一氧化氮。预计在医疗和健康应用中广泛使用该供体和包括涂覆在表面上的该供体的假体植入物，例如，治疗缺血性疾病(例如动脉硬化)、调节阴茎勃起、抗菌杀毒领域和伤口愈合。
图1为示出根据本发明的实施方式的用于合成构成一氧化氮(NO)供体的侧链的二醇二氮烯翁功能基的反应器的示意图；图2示出根据实施方式的含二醇二氮烯翁功能基的侧链的1H-NMR谱；图3为示出根据 实施方式的含二醇二氮烯翁功能基的侧链的紫外(UV)光谱的曲线图4为示出根据实施方式的含二醇二氮烯翁功能基的侧链的NO释放特性的曲线图；图5示出无二醇二氮烯翁功能基的主链-侧链结构的1H-NMR谱；图6为按照温度和浓度分析无二醇二氮烯翁功能基的主链-侧链结构的凝胶特性的曲线图；图7示出根据实施方式的NO供体的1H-NMR谱；图8为示出根据实施方式的NO供体的NO释放特性的曲线图；以及图9为示出由根据本发明的实施方式的用于控制NO的释放的供体所形成的凝胶加强血管内皮细胞的增长且抑制血管平滑肌细胞的增长的图形。
具体实施例方式下面将详细地描述本发明。根据本发明的实施方式，提供一种用于控制一氧化氮(NO)的释放的供体，该供体被涂覆在待置于人体中的人工设备的表面上以形成热敏水凝胶，借此进行对NO的释放的控制。根据本发明的另一实施方式，提供一种假体植入物，该假体植入物在其表面上具有供体。根据本发明的另一实施方式，提供一种包括假体植入物的植入式医疗设备。本文中所使用的术语“控制释放”指的是从NO供体、假体植入物或植入式医疗设备的表面按照预定速度释放NO或其它在活体内环境下能立即产生NO的生物活性化合物。控制释放隐含，NO或其它生物活性化合物不会以不可预知的、间歇性的方式或在接触某些活体环境时不会以突发的方式从供体、假体植入物或植入式医疗设备的表面释放。然而，上述定义的例外是设计所预定的突然释放，例如在低于相变温度的温度下热敏水凝胶分解后，包含在热敏水凝胶中的生物活性化合物直接暴露于活体内环境时发生的释放。在用于控制NO或上述生物活性化合物的释放的供体的某些实施方式中，优选地，可以在安装假体植入物或植入式医疗设备的初始阶段具有突然释放，之后伴有缓慢释放。可将释放速度保持在稳态(称为“持续释放”或零级动力学消除)，即在预定时间内均匀释放特定量的NO (具有或不具有初始突发释放)，或可以为梯度释放。梯度释放隐含，从假体植入物或植入式医疗设备的表面所释放的NO或生物活性化合物的浓度随时间变化。当直接暴露于生物环境时，NO或能立即产生NO的生物活性化合物的寿命非常短。因此，如果水凝胶形式的NO供体能够延迟NO分子或生物活性化合物分子的释放，则这属于本文中所定义的控制释放。本文中所使用的术语“水凝胶”指的是半固态网状物，其中，有机分子而非小分子悬浮在水分散介质中。水凝胶中的有机分子形成不溶于水的网状物，其中，有机分子之间形成物理交联。本文中所使用的术语“热敏水凝胶”指的是这样的水凝胶，在室温以下的温度，用于形成水凝胶的有机分子在水分散介质中以流体形式(例如溶液、溶胶)存在，但一旦温度升高到临界温度以上的特定范围内则引起相变，从而形成不具有化学交联的水凝胶。根据构成的有机分子的类型，在温度升高时，热敏水凝胶会显示出如下行为，溶胶(或另一类型的流体)-凝胶的转变，或者以更复杂的方式，溶胶(或另一类型的流体)-凝胶-溶胶(或另一类型的流体)的转变。热敏水凝胶的溶胶-凝胶互变现象可具体受PH和有机分子的浓度影响。本文中所使用的术语“共聚物”指的是任何类型的共聚物，例如线型共聚物、无规共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物、星型共聚物等，除非文中另有明确指示。此外，特别地，不限制构成共聚物的单体或重复单元的重复数目和类型，除非文中另有指示。例如，对于乙二醇/丙二醇共聚物，当将乙二醇派生的重复单元和丙二醇派生的重复单元分别表示为EG和PG时，在本文中意味着，该共聚物不仅包括平均成分为(EG)m(PG)n的无规共聚物，而且包括成分为(EG)m(PG)J^双嵌段共聚物，以及成分为(EG)1 (PG)m (EG)n的三嵌段共聚物等。此外，对于乳酸-乙醇酸-乙二醇共聚物，当将乳酸(或丙交酯)派生的重复单元和乙醇酸(或乙交酯)派生的重复单元分别表示为L和G时，在本文中意味着，该共聚物不仅包括平均成分为(G) I (EG) ffl (L) n的三嵌段共聚物，而且包括成分为(EG) I (G/L) ffl (EG) n的三嵌段共聚物，其中，具有G和L重 复单元的混合G/L块与乙二醇块共存。在以上化学式中，1、m、η为正数。本文中所使用的术语“假体植入物”或“植入物”指的是任何类型的物件，该物件可以被置于允许其在动物(包括人和哺乳动物)体内通过释放NO展示生理效应的位置处，且该物件能够在其表面上配备用于控制NO的释放的供体。就这一点而言，植入物不需要整体都插入人体或动物体中，只要其一部分插入人体或动物体中即可。例如，连接件(例如管和线)可以存在于人体外。本文中所使用的术语“植入式医疗设备”或“医疗设备”等效于术语“假体植入物”，并且包含用于治疗、医疗过程、手术、诊断和检查的医疗设备。也可将植入式医疗设备整体地或部分地插入到人体中一段预定的时间。例如，仅将植入式医疗设备的探针或传感器插入人体中。本发明的用于控制NO的释放的供体为一种聚合物，该聚合物包括主链和侧链，侧链通过化学键与主链连接。该化学键通常为共价键，但不限于此。例如，强度可比拟共价键的非共价的分子间作用力(例如生物素-亲和素的相互作用)可以作为连接主链和侧链的化学键。在其侧链处或作为其主要的碳主干的部分，供体具有在暴露于生物环境时释放NO的
二醇二氮烯翁功能基。供体具有与其通过化学键连接的二醇二氮烯翁功能基，并且在室温以下的温度以流体态(例如溶胶、乳液、分散质或液体)存在，然而一旦接触身体环境，例如人体中的通用PH和温度，则经历相变，从而形成水凝胶。因此，本发明的控制释放的供体，作为能形成热敏水凝胶的聚合物，便于支持所谓的原位凝胶形成，其中，供体以流体态被注入预期的身体部位。凝胶为具有固体的凝聚特性和流体的扩散运输特性的多孔弹性固体。在对活性物质的释放的控制中，极度需要凝胶特性。水凝胶具有与自然生物软组织类似的特性，且与生物软组织高度相容，因此用在假体植入体中。可以很容易地将预期浓度的具有能释放NO的功能基的供体以预期厚度涂覆在假体植入物或植入式医疗设备的表面上。当将假体植入物或植入式医疗设备插入人体内时，该植入物或设备中所怀有的本发明的供体以水凝胶形式存在，因此使高度不稳定的易变的NO缓慢地释放，而不突然释放。在供体中，其主链的碳主干在水凝胶的形成中扮演重要角色。优选地，构成本发明的NO供体的主链的聚合物形成热敏水凝胶，无论这些聚合物是连接侧链还是作为不连接侧链的独立聚合物存在。构成供体的主链的碳主干的聚合物的示例的部分列表可以包括乙
二醇/丙二醇共聚物、乳酸/乙醇酸共聚物、乳酸/乙二醇共聚物、乳酸-乙醇酸-乙二醇共聚物、乳酸-乙醇酸-丙二醇-乙二醇共聚物、ε -己内酯/乙二醇共聚物、3-羟基丁酸/丙二醇共聚物、富马酸二羟丙酯/乙二醇共聚物、有机磷酸酯/乙二醇共聚物、基于多肽的嵌段共聚物和包括彼此连接的这些共聚物中的至少两个共聚物的共聚物。供体的主链的碳主干可以为可生物降解的聚合物。此外，供体的主链的碳主干可以为通过将具有用于催化或引起生物降解的功能基(例如，酯功能基)的重复单元附到不可生物降解的聚合物而获得的聚合物或生物分子的缀合物(例如，糖类)。具有聚合物或生物分子的缀合物作为主链的碳主干的供体也可以形成热敏水凝胶。就这一点而言，对本领域的普通技术人员来说，不可生物降解的聚合物可以选自于包括上述共聚物的组是显而易见的。特别地，供体的主链的碳主干可以为嵌段共聚物。例如，嵌段共聚物可以为A-B-A型嵌段共聚物。作为能够形成热敏水凝胶的聚合物，也有很多已知的比A-B-A型嵌段共聚物更复杂的嵌段共聚物。能够形成水凝胶的A-B-A型嵌段共聚物既具有亲水性嵌段或链段，又具有疏水性嵌段或链段。随着温度升高，用于形成水凝胶的热敏聚合物随着温度可逆地形成水凝胶或者将水凝胶分离成聚合物，因为大多数热敏聚合物不包括化学交联。高温下用于形成水凝胶的驱动力是疏水性相互作用上的增强，这伴随温度升高。这种聚合物大多数是自组装形成物理交联。在本领域中，能够形成水凝胶的有机聚合物是众所周知的，因此本文中不再对其进行详细描述。本领域的普通技术人员可以根据供体的用途，从上述共聚物的组中选择在适当温度下经历相变且在适当温度范围内保持在水凝胶态的聚合物，且如果需要，本领域的普通技术人员可以通过改变聚合物来形成水凝胶。用在供体的主链中的嵌段共聚物可以为三嵌段共聚物，例如，聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇(PEG-PPG-PEG)共聚物。作为商用的三嵌段共聚物，德国的巴斯夫(BASF)公司所制造的普朗尼克F127 (产品名称)可以被使用，其平均成分为(EG)99-(PG)65-(EG)99 (分子量:12，600)。普朗尼克F127是经美国食品和药物管理局(FDA)批准的可用在人体上的具有生物相容性的、 生物可吸收的聚合物。特别地，供体的主链可以为上述分子量在约4，600至约12,600的范围内的PEG-PPG-PEG 共聚物。供体的侧链为通过化学键与主链连接的聚合物，且供体包括能够产生和释放NO的二醇二氮烯翁功能基，该功能基在聚合物侧链的主干的一部分处或者作为侧链功能基。NO是高度不稳定的，尤其当光、热和湿度条件超过最适条件时。用于控制NO的释放的供体的主链在水凝胶的形成中扮演重要角色，因此难以使供体在其主链上包括能够产生NO的功能基。因此，可使供体的侧链通过化学键与供体的主链连接，该侧链具有合适长度，因此不妨碍水凝胶的形成，并且具有能够产生和释放NO的功能基，从而可以增加体内NO的释放时间。在供体的侧链上的二醇二氮烯翁功能基也可以被称为NONOate，且可以用化学式RR’N-N(O) =NO-表示。二醇二氮烯翁化合物可以以固态形式稳定存储，且对于水具有高可溶性，可以根据供体的除NONOate功能基所连接的侧链外的其余部分的结构调整释放模式(例如释放速度或方法)。此外，二醇二氮烯翁化合物在正常的体温和pH下是可生物降解的，并且可根据PH以各种模式释放。包括二醇二氮烯翁功能基的供体可以释放相对高浓度的NO，因为每二醇二氮烯翁功能基释放两个NO分子。如以下化学式I所示，可通过使具有NO的仲胺反应来获得二醇二氮烯翁。〈化学式1>
权利要求
1.一种用于控制一氧化氮的释放的供体，其中，所述供体包括聚合物，所述聚合物包括: 有机聚合物的主链；和 侧链，所述侧链共价地连接到所述主链且具有二醇二氮烯翁功能基， 其中，所述主链的主干包括嵌段共聚物，所述嵌段共聚物选自于包括乙二醇/丙二醇共聚物、乳酸/乙醇酸共聚物、乳酸/乙二醇共聚物、乳酸-乙醇酸-乙二醇共聚物、乳酸-乙醇酸-丙二醇-乙二醇共聚物、ε -己内酯/乙二醇共聚物、3-羟基丁酸/丙二醇共聚物、富马酸二羟丙酯/乙二醇共聚物、有机磷酸酯/乙二醇共聚物和基于多肽的嵌段共聚物的组， 其中，所述供体的所述聚合物在温度升高时经历溶胶到凝胶的相变，其中，所述相变的临界温度在25°C到35°C的范围内，所述供体的所述聚合物在所述临界温度以上的温度及活体内PH下形成不具有化学交联的水凝胶。
2.如权利要求1所述 的供体，其中，所述主链的所述主干包括乙二醇/丙二醇共聚物。
3.如权利要求1所述的供体，其中，所述侧链的主干包括聚合物，所述聚合物选自于包括聚乙烯亚胺、聚丙烯亚胺、多肽和壳聚糖的组。
4.如权利要求1所述的供体，还包括所述水凝胶中的至少一种药理活性物，所述药理活性物选自于包括血管内皮生长因子VEGF、抗炎药剂、维生素C、乙酰水杨酸盐、降胆固醇药物、血栓溶解剂、抗血栓形成剂、肝素、抗癌药物和具有抗增生活性的寡核苷酸的组。
5.如权利要求4所述的供体，其中，所述药理活性物未共价地连接到所述供体，而是分散在所述水凝胶中。
6.如权利要求4所述的供体，其中，所述药理活性物为缀合物，所述缀合物共价地连接到所述二醇二氮烯翁功能基的氧原子。
7.一种假体植入物，所述假体植入物的表面上涂覆有如权利要求1所述的用于控制一氧化氮的释放的供体。
8.如权利要求7所述的假体植入物，其中，所述假体植入物选自于包括支架、导管、电极线、皮下植入物、化学传感器、起搏器、血管移植物、用于伤口的敷料、阴茎植入物、植入式脉冲发生器IPG、植入式心脏除颤器和神经刺激器的组。
全文摘要
本发明公开了一种能够控制一氧化氮的释放的供体和表面涂覆有该供体的假体植入物。该供体包括有机聚合物的主链和侧链，该侧链共价地连接到主链且具有二醇二氮烯翁功能基。用于控制一氧化氮的释放的供体在室温下以流体态(例如液体)存在，并且当温度升高到临界温度之上时，在生理pH下经历溶胶到凝胶的相变。该相变的临界温度在25℃到35℃的范围内，且该凝胶为不具有化学交联的水凝胶。
文档编号A61K9/06GK103153342SQ201180048542
公开日2013年6月12日 申请日期2011年10月4日 优先权日2010年10月4日
发明者金园钟, 李阳基, 朴贵德, 金智勋, 韩同根 申请人:浦项工科大学校产学协力团