专利名称：超分子结构的生物降解性医药高分子聚集体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超分子结构的生物降解性医药高分子聚集体，这种高分子聚集体的结合可以被生物体内存在的酶分解。
过去使用的生物降解性高分子，已知已研究的有那些通过共价键或离子键载带药物而将药物有效地搬运到细胞或组织中的亲水性及水溶性高分子，及那些将药物溶解或分散在材料中，通过材料的生物降解而缓慢释放药物的疏水性高分子材料。
但是，在前者的情况下，在向生物体内给药时，是通过靶细胞或组织中的酶降解等使结合在高分子链上的药物分别脱离。这种设计尚须解决提高高分子的药物载带率、改善药物的稳定性、获得药物的靶区指向性等课题。另外，如果使药物结合量增加，则导致高分子链自身的溶解性降低，酶向分解性基团的接近因立体障碍而受阻，生物降解性实际上下降。因此，药物与高分子链的结合，必须选择一种在合成上容易且药物活性不被破坏的方法，而且这种结合方法还必须有适当的生物降解性。因此，在高分子医药品中，在如何选择药物和高分子的结合方法上还存在许多设计上的问题。
在后者的情况下，是通过聚合物材料自身的降解，材料中的溶解部分将分散的药物释放出来。此时，为了获得按一定速率分解的药物释放性，必须控制材料中的药物扩散，避免非降解时的药物漏出，同时还要控制材料的生物降解性，并将材料的水解限制在表面上。
通常，材料的生物降解是通过酶或非酶水解进行的，因此从控制水向材料的侵入速度和水解速度的观点出发，这种材料必须是疏水性的，这样在限制了水的侵入速度的同时不得不提高生物降解性基团的水解性从而提高分解速度。但这样会导致其制剂的保存稳定性降低及材料的生物适合性的降低，还引起制品化及适用部位受限制的问题。
这样，在现有技术中要想将药物和高分子链之间的结合的分解及解离性或从材料的药物释放性只控制在必须的时间、必须的部位及必须的量在事实上是不可能的。在这种背景下，迫切期待开发一种可以作为广范围适用的新型药物载体的、能任意拟定药物载带量和药物释放特性的水溶性高分子，以及对患病时特异的生物降解应答而释放药物的水凝胶(hydrogel)。
本发明的目的在于提供一种超分子结构的生物降解性医药高分子聚集体，可以解决过去的生物降解性大分子存在的问题，这种高分子聚集体可以高效稳定地搬运大量药物至释放部位，可以在患病时非线性(pulse型)地在细胞内或组织内释放药物。
本发明中的高分子聚集体和过去的药物结合高分子或药物释放材料不同，药物不是结合在高分子链上或溶解分散在材料中，其特征在于通过高分子聚集体的形成来保持药物。
即通过一种超分子结构的生物降解性医药高分子聚集体来完成该目的，该超分子结构的生物降解性医药高分子聚集体是由药物与α、β、γ-环糊精结合形成的多个药物结合环状化合物及、贯穿该环状化合物的空洞的直链高分子化合物及、结合于该直链高分子化合物两末端的生物降解性部位构成的。
作为使药物与α、β、γ-环糊精结合形成的多个药物结合环状化合物，例如有丝裂霉素C-环糊精结合物、分子量较小的肽类药物与环糊精的结合物等。
另外，关于和医药品形成结合物的α、β或γ-环糊精与贯穿这些环糊精的空洞的聚合物之间的关系，根据大阪大学原田博士的研究(表面谈话会.“Colloid”恳话会，1994年Vol.32 No.2)，可知以下几种聚合物有贯穿可能，1)α-环糊精的情况聚乙二醇2)β-环糊精的情况聚乙二醇、聚丙二醇、聚异丁烯3)γ-环糊精的情况聚乙二醇、聚丙二醇、聚异丁烯、聚甲基乙烯基醚另外，如果聚合物末端结合有庞大基团例如2，4-二硝基苯基、3，6-二硝基苯甲酰基时则不能贯穿，因此使用在末端结合有甲基、甲氧基、胺基等小官能基团的物质。
另外，聚乙二醇、聚丙二醇、聚异丁烯或它们的嵌段共聚物的平均分子量为200-5000，优选400-2000。
作为在直链状高分子化合物两端部上结合的生物降解性部们，优选具有低聚肽链或低聚糖链的部位，其中的低聚肽链是含有1-5个重复单元的由作为组成氨基酸的丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、脯氨酸、色氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、半酰氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸中的任意一种或几种构成，其中的低聚糖链是含有1-5个重复单元的由作为组成多糖的葡聚糖、透明质酸、壳多糖、脱乙酰壳多糖、藻酸、硫酸软骨素、淀粉、支链淀粉(pullulan)组成。
被结合在环糊精上的药物，优选由因为立体障碍而难以被酶分解的单链的酯键或尿烷键构成。
被结合在环糊精上的药物，有肽类药物、丝裂霉素C等。
本发明的生物降解性医药高分子聚集体的特征在于，药物不是结合在高分子链上或溶解、分散于材料中，而是通过高分子聚集体的形成来保持药物。因此，本发明的生物降解性医药高分子聚集体的药物释放不是通过药物-高分子结合的各个分解而进行的，而是通过生物降解性医药高分子聚集体的一个部位的生物降解而导致聚集体全体的解离，由此来控制药物释放。即，被载带的药物与高分子链没有任何结合，因此通过聚集体降解性部位的降解，可以使药物在短时间内释放出来，也可以只在患病时使药物集中释放出来。而且，还可通过控制生物降解性部位的降解速度及药物部位从聚集体的脱离速度及每个聚集体的药物载带量而使药物具有非线性(pulse型)的释放特性。
本发明的高分子聚集体还具有能分别独自地解决由药物的结合导致的高分子链的溶解性降低的问题、药物结合方式的选择问题、生物降解部位的设计问题的优点。另外，本发明涉及的生物降解性医药高分子聚集体末端的生物降解部位，可通过适当的交联剂等使其交联，形成水凝胶(hydrogel)，避免无降解时的药物漏出，从而只在应答真正的降解时释放药物。
附图简单说明
图1是表示超分子结构的生物降解性高分子的凝胶渗透色谱分析结果图。图2是表示从超分子结构的生物降解性高分子释放的α-环状糊精结合体与时间的关系图。图3是表示药物如何从超分子结构的生物降解性高分子释放出来的模式图。
以下通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1经过以下所示的工序A-D，完成了本发明的实施例。
A)旋型环(rotaxane)的制备在药物(丝裂霉素C)与α-环糊精形成的结合体的饱和水溶液中，滴加两末端为氨基的聚乙二醇(PEG-BA，Mn＝1200)水溶液(10wt％)，搅拌，得到白色沉淀物(旋型环)。
B)在旋型环两末端导入L-phe将过量的N末端保护L-苯丙氨酸(Z-L-phe)(3.38mmol)溶于N，N-二甲基甲酰胺-(DMF)中，加入三乙胺(3.73mmol)、盐酸-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳化二亚胺(3.73mmol)，在0℃下搅拌6小时。然后加入旋型环·二甲基甲醛的悬浮液(0.169mmol)，在室温下反应2天。
C)从Z-L-phe旋型环除去保护基(Z基)为了除去合成物两末端的Z基，向N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中加入反应混合物(2mmol)和钯-碳(10wt％)，在氢气环境中进行催化还原。反应在Ba(OH)2的混浊消失时停止。
D)精制L-phe-旋型环以二甲亚砜作为溶剂，用葡聚糖凝胶G-25(Shephadex G-25)作为载体，将得到的合成物用凝胶渗透色谱法(GPC)进行精制。
E-1)确认结构通过用红外分光分析(IR)及核磁共振(13C和1H)(NMR)测定得到的精制物的结构，进行确认。
E-2)结果和讨论在精制的生物降解性医药高分子聚合物的GPC中，在作为原料的聚乙二醇-BA、以及药物与α-环糊精的结合体(以下称为α-CD)的高分子量一侧出现了分子量比它们更高的新的峰(参照图1)。
通过红外线分光分析(IR)及核磁共振(13C和’H)(NMR)测定结构可确认合成了如上设计的超分子结构高分子(L-phe-旋型环)。
F-1)分析生物降解性将精制的L-phe-旋型环溶解于木瓜蛋白酶缓冲液(5mM柠檬酸、58mM的Na2HPO4、2mM EDTA、10mM的巯基乙醇、PH7.1)(20Unit/ml)中(20wt％)，在37℃(相当于体温)下搅拌。由木瓜蛋白酶引起的旋型环末端肽基的酶分解通过GPC进行解析，药物-α-环糊精结合体的释放性通过1-苯胺基-8-萘磺酸(ANS)的荧光强度测定(Ex＝350.0nm、Em＝500.0nm)进行解析。
F-2)结果及讨论下面对由酶引起的该L-phe-旋型环末端肽基的分解及同时进行的α-CD释放进行研究，发现木瓜蛋白酶开始分解10小时后，GPC的L-phe-旋型环的峰向低分子量侧移动。此时通过ANS的荧光强度变化来测定解离的α-CD的浓度，发现在开始分解5小时后α-CD的浓度几乎稳定在一定水平。因此确认了α-CD从超分子结构高分子的释放(图2)。
在木瓜蛋白酶不存在的条件下，又进行了其他条件相同的实验，此时没有发现ANS荧光(图2)。从这些情况可以推断出合成的生物降解性医药高分子聚集体通过其特有的超分子结构保持α-CD，通过木瓜蛋白酶(酶)使末端L-phe基降解，由此使贯穿于聚乙二醇(PEG)的α-CD脱离释放出来。
实施例2在生物体内(消化系统)的各部位存在如下的分解酶。
a)口腔α-淀粉酶、舌脂肪酶b)胃胃蛋白酶、胃淀粉酶、胃脂肪酶c)小肠1)胰液糜蛋白酶、胰蛋白酶、胰弹性蛋白酶、羧基肽酶A、羧基肽酶B、α-淀粉酶、胰脂肪酶、胆固醇脂酶、磷脂酶A2。
2)刷状缘面(Brush border bound)α-极限糊精酶、麦芽糖酶、乳糖酶、蔗糖酶、氨基寡肽酶、氨基肽酶、脱肽酶I、脱肽酶III、脱肽基氨基肽酶IV。
3)粘膜细胞质二肽酶、氨基三肽酶、蛋白质二肽酶d)结肠β-葡糖苷酸酶、β-半乳糖苷酶、葡糖苷酶、葡聚糖酶、脲酶、偶氮还原酶、Cholanoyl glycine水解酶、羟基甾类、hydroxycholanoyl-dihydroxylase、氧化还原酶。
研究发现，作为可被这些酶中的任何一种分解而且在末端可以和聚乙二醇结合的部位，可以是包含1-5个重复单元的由丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异高氨酸、蛋氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸等组成氨基酸中的任何一种或几种构成的低聚肽链，或者是含1-5个重复单元的由葡聚糖、透明质酸、壳多糖、脱乙酰壳多糖、藻酸、硫酸软骨素、淀粉、支链淀粉(pullulan)中的任何一种或几种构成的低聚糖链。
根据对上述实施例的深入研究，通过以下方法可制造出合适材料合适部位的超分子结构的生物降解性医药高分子聚集体。
(1)选择能和药物形成结合物的环糊精的种类(α、β、γ)。
(2)选择贯穿该环糊精结合物空洞的直链高分子以及(3)选择末端部位，该末端部位可以被需要治疗的生物体内存在的酶分解，同时还能防止前面使用的环糊精结合物从直链高分子脱离。
如上所述，本发明涉及的超分子结构生物降解性聚集体，通过体内存在的不同种类的酶，在医药高分子聚集体到达目的部位时可以非线性(pulse型)地释放药物。因此，本发明通过材料设计，可以实现利用先有技术不能完成的药物给药方案。
即，给药时不仅要预先考虑病人的患病程度，也要考虑机体对药物的敏感性周期等体内变化，在考虑这些情况的基础上，控制必须的给药量，可以实施所谓的时辰药理学的药物活疗方法。
其结果，对于糖尿病、哮喘、类风湿性关节炎等期待具有更好的治疗效果的各种慢性疾病，利用本发明可以提供有效的药物治疗。
权利要求
1.一种超分子结构的生物降解性医药高分子聚集体，它是由药物和α、β、γ-环糊精结合形成的多个药物结合环状化合物及、贯穿于该环状化合物空洞的直链高分子化合物及、结合于该直链高分子化合物两末端的生物降解性部位构成。
2.如权利要求1中记载的超分子结构的生物降解性医药高分子聚集体，其特征在于，贯穿于环状化合物的空洞的直链高分子化合物是由聚乙二醇、聚丙二醇、聚异丁烯或它们的嵌段共聚物构成。
3.权利要求1中记载的超分子结构的生物降解性医药高分子聚集体，其结合于直链高分子化合物的两末端的生物降解性部位是含有1-5个重复单元的由丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸中的任何一种或几种组成氨基酸构成的低聚肽链、或者是含有1-5个重复单元的由葡聚糖、透明质酸、壳多糖、脱乙酰壳多糖、藻酸、硫酸软骨素、淀粉、支链淀粉(pullulan)中的任何一种或几种构成的低聚糖链。
4.权利要求2中记载的超分子结构的生物降解性医药高分子聚集体，其中聚乙二醇、聚丙二醇、聚异丁烯或它们的嵌段共聚物的平均分子量为200-5000，优选400-2000。
5.权利要求1中记载的超分子结构的生物降解性医药高分子聚集体，其特征在于，药物与环糊精之间的结合是因立体障碍而难以被酶分解的单链的酯键或尿烷键。
6.权利要求1中记载的超分子结构的生物降解性医药高分子聚集体，其中结合于环糊精的药物是肽类药物。
全文摘要
作为能广范围应用的新型药物载体，本发明提供了一种能任意拟定药物载带量和药物释放特性的水溶性高分子，以及在患病时应管特异的生物降解而释放药物的超分子结构的生物降解性医药高分子聚集体，该聚集体由药物与α、β或γ-环糊精结合形成的多个药物结合环状化合物及、贯穿于该环状化合物空洞的直链高分子化合物、以及结合于该直链高分子化合物两末端的生物降解性部位构成。
文档编号A61K38/00GK1135720SQ95190936
公开日1996年11月13日 申请日期1995年5月12日 优先权日1994年9月24日
发明者由井伸彦 申请人:由井伸彦