用于通过多糖的羟基官能团来同时取代和交联多糖的方法
【专利摘要】本发明涉及用于在水相中通过多糖的羟基官能团同时取代和交联多糖的方法，所述方法包括以下步骤：将多糖布置于水性介质中；向其中加入取代基的至少一种前体；向其中加入交联剂；以及产生经取代的和交联的多糖并将其分离。本发明的特征在于所述方法在酸催化剂或碱催化剂的存在下并且在低于60℃的温度下实施，所述催化剂的Sa浓度为3.16×10-7mol/L至0.32mol/L。在一个实施方案中，所述多糖以凝胶或水凝胶的形式提供，其特别地用作填充生物材料。
【专利说明】用于通过多糖的羟基官能团来同时取代和交联多糖的方法
[0001]本发明涉及新的交联的和经取代的生物相容性多糖，其特征在于，与常规的交联的多糖相比，由取代基引入的改进的流变性质和任选地表现出的有利性质例如增湿或亲脂作用，并且其可用作生物材料，特别是用于填料手术(filler surgery)、组织修复领域中或者用作关节材料或流体。
[0002]由现有技术已知许多经取代的和交联的多糖，但是现有技术的方法均无法获得根据本发明的表现出协同改进的流变性质的多糖。
[0003]在FIDIA名下的EP O 256 116描述了由在多糖的-COOH官能团上的酯官能团所取代的交联化合物。具体地，通过酯桥来交联透明质酸链，所述酯桥是由脂肪族多元醇与多糖的羧酸官能团之间的分子内或分子间反应形成的。例如，还通过由携带羟基官能团的小分子(例如乙醇或苄醇)接枝的多糖的酯官能团来发生取代。
[0004]在同样为FIDIA名下的EP O 341 745中，聚合物是“自交联的”，在这个意义上是指，酯官能团在多糖的羧基官能团与同一链或另一链上的羟基官能团之间形成而无需交联剂。该专利还公开了交联的和经取代的聚合物。在这种情况下，取代基也是醇链(例如乙醇或苄醇)并且通 过多糖的羧基官能团将所述取代基接枝到多糖上。
[0005]在FIDIA名下的专利申请WO 99/43728报道了在N-位或O-位硫酸化的透明质酸。然后，将如上文提及的专利申请中的可自交联的或通过酯桥交联的这些多糖(EP O 256 116和EP O 341 745)与聚氨酯接枝。由此获得了不同共交联的聚合物的复杂基体。然而，这些产物也通过酯官能团交联并且在O-硫酸化或N-硫酸化多糖和聚氨酯的基体的情况下，还需要使用至少三个合成步骤。因此，其没有提出令人满意的解决方案。
[0006]在HERCULES名下的专利EP O 749 982教导了由受阻酚化合物取代的聚合物的制备，所述聚合物具有抗氧化性，其可任选地被交联。所述交联是通过现有技术的常规手段使用多官能环氧化物或相应的卤代醇(US 4 716 224、US 4 863 907、EP O 507 604 A2、US 4 716154、US 4 772419、US 4 957 744)、多元醇(US 4 582 865、US 4 605 691)、二乙烯基砜(US 5128 326、US 4 582 865)和醛类(US 4 713 448)来进行的。根据优选的实施方案，所述聚合物通过与羧酸或多元酸的酸酐反应以再次导致酯的形成来交联。因此，在多数情况下，现有技术中描述的化合物具有高密度的酯官能团。
[0007]共交联聚合物在现有技术中也是已知的，例如在ANTEIS名下的专利申请WO2005/012364中描述的那些，其通过由一种或更多种聚合物共交联形成基体来表现出改进的持久性。还可由具有低平均分子量的聚合物或小的非聚合分子来取代这些共交联的多糖。这些聚合物通常为与纤维素共交联的透明质酸，随后通过交联剂用携带苄酯的小聚合物(Mw < 50000kDa)(例如肝素或透明质酸)将化合物接枝到所述纤维素。在一些情况下，抗氧化剂(例如维生素C)也通过交联剂来接枝。
[0008]在Balazs (Biomatrix)名下的专利US 4 605 691也教导了共交联方法(形成共交联聚合物的方法)。这次，其涉及透明质酸与胶原、纤维素、肝素或胭脂红酸的共交联。
[0009]现有技术中描述的方法的共同特征是取代或接枝，其导致通过交联剂发生的官能化。与单独交联相比，其反映出通过交联剂进行交联反应与进行官能化反应之间的竞争。[0010]因此，本领域技术人员应总是小心地适当调节交联剂的引入量以使官能化不限制交联，其会导致根据各自的反应动力学对凝胶的最终性质的修饰。
[0011]特别地，如果交联发生在引入官能化剂之前，则将必须小心地一方面将官能化剂均匀地引入交联的聚合物网络中，并且另一方面要保持足够的交联剂以使聚合物功能化。如果所有的交联剂都被消耗了，则必需添加额外量的交联剂；则就会产生可能过交联的风险。在一些情况下，本领域技术人员甚至将必须在交联之前进行取代以限制“竞争”效应。
[0012]因此，本领域技术人员将仍然面临选择:在交联聚合物之前或之后取代以及考虑到聚合物/交联剂和官能化剂/交联剂的反应速率来调节反应条件。因此，该选择变为该方法的至关重要和有问题的步骤。
[0013]由磺烷基和醚取代的水溶性纤维素(例如磺烷基纤维素)也是已知的。期望的目标是获得高官能化以获得水溶性磺烷基纤维素；参见例如在WOLFF WALSR0DE名下的US 4990 609。对于这种类型的官能化，因为其高反应性也经常使用磺内酯，其可使得官能度高并且由于高浓度的磺酸盐/酯官能团的存在而改进最终产物的溶解性。然而，如果期望在第二步骤中交联，则高的取代度可阻碍令人满意的聚合物交联。此外，官能化条件对于多糖来说常常太过剧烈而将其破坏至无法挽回地削弱其流变性质的程度；参见例如在US 3 046272中描述的化合物。
[0014]这是因为， 已知多糖(例如透明质酸)表现出对碱性条件相对差的耐性，并且已知在透明质酸在氢氧化钠溶液中交联或脱乙酰期间，发生分解(Simkovic等，CarbohydratePolymers, 41, 2000,9-14);实际上，现有技术中描述的反应通常是冗长的和/或在导致分解的PH条件下。
[0015]在一些方法中多糖所经受的高浓度的碱性条件下和在高温下，例如在US 4 321367或US 4 175 183中所描述的那些，已经证明(参见下文的比较例)发生了多糖的分解。
[0016]因此，在现有技术中描述的方法中，尽管相对容易进行，但用于产生交联的和经取代的聚合物的方法通常非常冗长并且需要若干个步骤，这是因为要连续添加多种成分以避免多种聚合物与将通过交联剂连接到多糖上的接枝物之间的竞争。此外，由于反应时间和反应条件，所得聚合物可具有受损的流变性质。
[0017]本发明使得可解决现有技术的方法的所有缺点并且使得其还可获得具有协同改进的流变性质的多糖。
[0018]本发明涉及用于制备交联的和经取代的多糖的方法。主要地，在相同的实验条件下并且在相同的反应位点(多糖的羟基官能团)上同时地进行该方法中的交联和取代反应，这是在所涉及的不同个体之间没有竞争，所述取代不通过交联剂进行的情况下。因此，所获得的取代度和交联度相当于通过随后进行的反应所获得的那些，并且改进了多糖的流变性质。
[0019]本发明还涉及通过根据本发明的方法获得的交联的和经取代的多糖，不但与简单取代的多糖相比，而且与单独交联的多糖相比以及与经取代并且然后交联的多糖相比，所述交联的和经取代的多糖的流变性(特别是其粘弹性)提高。
[0020]此外，取代基可将有利的性质(例如生物性质)引入根据本发明的多糖，所述多糖的流变性质得以改进。协同效应更是出人意料，因为其在经取代的和交联的多糖的灭菌期间仍然保留。[0021]因此，本发明使得能够组合有关取代的优点与有关交联的优点，而不改变这些分开进行的改性的每一个的单独特征并且特别是不破坏流变性质，因为其是协同地改进的
[0022]本发明涉及一种用于在水相中通过多糖的羟基官能团同时地取代和交联多糖的方法，其包括以下步骤:
[0023]-将多糖置于水性介质中，
[0024]-向其中加入取代基的至少一种前体，
[0025]-向其中加入交联剂，
[0026]-获得经取代的和交联的多糖并将其分离，
[0027]其中，所述方法在碱性催化剂或酸性催化剂的存在下并且在低于60°C的温度下进行，所述碱性催化剂或酸性催化剂的浓度为3.16xlO_7mol/L至0.32mol/L。
[0028]术语“通过多糖的羟基官能团”理解为是指所述取代和交联是在由多糖携带的-OH基团上进行的事实。
[0029]所述方法的特征还可在于反应性催化剂比率或RCR。
[0030]该反应性催化剂比率(RCR)定义为:
[0031]
【权利要求】
1.一种用于在水相中通过多糖的羟基官能团同时取代和交联多糖的方法，包括以下步骤: -将多糖置于水性介质中， -向其中加入取代基的至少一种前体， -向其中加入交联剂， -获得经取代的和交联的多糖并将其分离， 其中，所述方法是在碱性催化剂或酸性催化剂的存在下并且在低于60°c的温度下进行，所述碱性催化剂或酸性催化剂的浓度为3.16X 10_7mol/L至0.32mol/L。
2.根据权利要求1所述的方法，其中反应性催化剂比率(RCR)为0.02:1至3: 1，其定义为:
3.根据前述权利要求所述的方法，其中所述反应性催化剂比率(RCR)为0.2:1至3: 10
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述催化剂是碱。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述碱是选自氢氧化钠或氢氧化钾的无机碱并且其中所述催化剂的所述反应性官能团是OH—离子。
6.根据前述权利要求所述的方法，其中所述无机碱的浓度按重量计为1.2Χ10_5%至1.15%。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中催化剂HO—的浓度为10-6mol/L至0.32mol/L,以使得 l(T6mol/L ( [HO-] ( 0.32mol/L。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其中水性反应介质的pH是碱性并且为8.5 至 13.5。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述催化剂是酸。
10.根据前述权利要求所述的方法，其中所述酸是无机酸并且是盐酸，所述催化剂的反应性官能团为H3O+离子。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述无机酸的浓度按重量计为1.14X10-5%至 1.3%0
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述酸是选自谷氨酸和乙酸的有机酸。
13.根据前述权利要求所述的方法，其中所述有机酸的浓度按重量计为0.25%至2%。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中催化剂H3O+的浓度为3.16X l(T7mol/L 至 0.01mol/L,以使得 3.16X l(T7mol/L ( [H3O+] ( 0.01mol/L。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其中水性反应介质的pH是酸性并且为2 至 6.5。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中所述多糖选自透明质酸或其一种盐、壳聚糖、纤维素及其衍生物。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述多糖的分子量Mw为0.01MDa至4.0MDa0
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述交联剂是双官能或多官能的。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述双官能或多官能交联剂选自乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、聚甘油聚缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、双环氧树脂或多环氧树脂例如1，2，3，4- 二环氧丁烷或1，2，7，8- 二环氧辛烷、二烷基砜、二乙烯基砜、甲醛或戊二醛。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述取代基的前体选自包含仅一个反应性官能团的分子，所述反应性官能团选自经取代或未经取代的乙烯基、经取代或未经取代的环氧化物、经取代或未经取代的烯丙基、酮、醛、硫氰酸盐/酯、卤化物、异氰酸盐/酯、卤化硅、腈和磺内酯官能团。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述取代基的前体选自还包含选自以下的至少一个有利的官能团或基团的分子:磺酸盐/酯、直链或支链烷基、经取代或未经取代的芳族基团、硫酸盐/酯、硫醇、单糖、磷酸盐/酯、膦酸盐/酯、碳酸酯和酯基团或官能团。
22.根据权利要求20和21中任一项所述的方法，其中所述取代基的前体选自烯丙基硫酸盐/酯、乙烯基磺酸盐/酯、环氧基硫酸盐/酯和环氧基烷烃。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的方法，其中所述取代基的前体选自乙烯基磺酸及其盐、环氧丁烷和烯丙基硫酸钠。
24.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所获得的多糖表现出为0.001至4.00的取代基引入度，其定义为:
25.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所获得的多糖表现出为0.001至0.5的交联剂引入度DCI，其定义为:
26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法在39°C至60°C的温度下进行。
27.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法进行15分钟至48小时。
28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法还包括洗涤所获得的多糖的步骤。
29.一种包含由根据前述权利要求中任一项所述的方法获得的多糖的组合物。
30.一种根据权利要求1至27中任一项所述的方法获得的多糖在配制粘弹性补充组合物中的用途。
31.一种根据权利要求1至27中任一项所述的方法获得的多糖在配制用于填充皱纹的组合物中的用途。
32.—种包装在无菌注射器中的包含根据权利要求1至27中任一项所述的方法获得的多糖的试剂盒。
【文档编号】A61K31/722GK104024277SQ201280064284
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年12月3日 优先权日:2011年12月2日
【发明者】热雷米·邦贝唐, 埃斯特尔·皮龙 申请人:实验室维维西公司