专利名称：稳定的交联聚乙烯吡咯烷酮和碘的配合物以及制备该配合物的方法
技术领域：
本发明涉及一种可用于小伤口、刀口、擦伤及烧伤处以防止感染并促进快速愈合的抗菌剂。具体地说，本发明涉及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和碘的配合物。更具体地说，本发明涉及可提供有效的抗菌活性同时又避免伤口刺激及延滞伤口愈合的交联聚乙烯吡咯烷酮和碘的配合物。本发明也包括制备这种交联PVP和碘配合物的方法。本发明另外包括含有这种配合物的制剂，例如粉剂、凝胶剂等。
目前的抗菌剂一般能很有效地减少体外微生物数目，尽管其中许多抗菌剂受到其抗菌谱的限制并且易于被伤口液体/血清灭活。目前所用抗菌剂的另外一个主要缺陷是它们的抗菌效应和细胞毒潜力之间的相对平衡。当以能显示足够抗菌活性的浓度使用时，它们通常会使伤口受到不同程度的刺激和/或显著延滞伤口愈合。相反，当以可减少或避免伤口刺激或延滞伤口愈合的浓度使用时，它们首先是没有足够的抗菌活性或者其抗菌活性迅速逸散到无效水平。
局部抗菌剂及含有其的制剂一直被认为是消毒无伤皮肤和/或伤口的主要部分。用于这一目的的抗菌剂代表一大类化学组合物，包括酚、卤素、过氧化物、季铵化合物和抗生素。这些抗菌剂在它们对抗皮肤或伤口上不同类型微生物的效果上有很大差别。它们在灭活(通过与血液、血清或伤口液体接触以及pH值或离子环境的改变)敏感性方面也有很大差别。许多具有广泛有效杀生物活性的抗菌剂可用于无生命物体如硬表面及仪器的消毒，但是却不能有效地用于皮肤或者特别是伤口，因为它们在对微生物的杀生物活性和哺乳动物组织之间没有充分区别。
碘一直被认为是一种可非常有效地对抗广泛微生物包括革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌、分支杆菌、真菌、原生动物和病毒的抗菌剂。碘在宽的pH范围内仍有效并且不像大多数其它抗菌剂，它不易被伤口液体/血清中的蛋白质灭活。碘易于穿透微生物细胞壁并且认为它是通过包括下列的许多相互作用而发挥其杀生物活性的1)酶和蛋白质中巯基的氧化；2)通过氨基酸和蛋白质中酚基的碘化作用灭活；3)氨基酸和核苷酸中碱性-NH-基(作为重要的氢结合位点)的碘化作用；4)使膜固定的不饱和类脂/脂肪酸的碘化作用。
本领域所用术语“有效碘”是指具有氧化作用的任何形式的碘。这些形式可用硫代硫酸钠滴定，包括元素碘、三碘离子、次碘酸离子和碘酸离子。
在典型的碘水溶液中，例如含有2％w/v碘(I2)和2.4％w/v碘化钠(NaI)的溶液中，有效碘以几种类型存在于彼此平衡中，这些类型包括元素碘(I2)、次碘酸(HOI)、碘酸离子(OI-)、水合碘阳离子(H2OI+)、碘酸离子[IO3]-和三碘离子[I3+]。大多数抗菌制剂以及其应用的伤口含水环境的pH值范围是3至9。在pH3至9的范围内，水合碘阳离子、次碘酸离子和碘酸离子的浓度很低，几乎可以忽略。三碘离子在高度稀释的溶液中易离解成元素碘和碘离子。因此，在高度稀释的碘水溶液中主要的活性成分是元素碘、即I2和次碘酸，即HOI。这两种类型的相对比例取决于pH值和有效碘含量。0.5至2ppm低的游离碘浓度即可显示出抗菌活性。术语“游离碘”是指不与其它化学物质如聚合物或表面活性剂结合的有效碘。
碘酊(元素碘(I2)和碘化钠(NaI)的水-酒精溶液)被公认为是一种除菌抗菌剂并且已用于术前皮肤的准备100年。但是，当与体腔、粘膜或伤口接触时，它具有高度刺激性、腐蚀性和毒性。它还有其它不必要的副作用，因此不适用于伤口处理。这些副作用包括偶见的超敏反应、皮肤染色和不愉快气味。
利用碘的抗菌效应同时降低其组织毒性及其它不必要的副作用的主要优越性随碘递体的出现而实现。碘递体易于离解，使三碘化物或碘与聚合物或表面活性剂的配合体疏松。碘递体不仅增加了碘在含水介质中的溶解性而且降低了其化学势和蒸汽压，从而降低了其不必要的副作用。碘递体是碘的储库，通过将碘缓慢释放在应用部位而发挥作用。众所周知并广泛应用的碘递体是聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物，它也称为PVP-碘。因为“Povidone”是本领域公认的聚乙烯吡咯烷酮异名，所以可以理解术语“Povidone-碘”是聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物的替换异名。其可行的碘含量范围在9％和12％之间。由Schenck等人进行的分光镜研究(关于聚乙烯吡咯烷酮-碘的结构报道，J.Pharm.Sci.，68，第1505-1509页)表明，聚乙烯吡咯烷酮-碘含有与氢三碘化物而不是元素碘配合的相邻吡咯烷酮单元。因此，全部碘含量中只有三分之二构成有效碘。在该配合物中有三分之一的碘是无效的碘化物形式。
聚乙烯吡咯烷酮-碘在商业上用于消毒剂产品例如Betadine和Isodine中，它们广泛用于医院的术前皮肤准备以及作为外科擦洗和卫生用个人的洗手。
尽管它们可用于整个皮肤，碘递体溶液以及大多数其它局部有效抗菌制剂(以季铵盐或洗必太盐为基础)不能很好地用于伤口。这些制剂中，所有的抗菌活性成分都是在溶液中并直接与伤口接触。而且，为了长时期有效，活性药物的浓度远远超过最低抑制浓度数个数量级。在这些浓度时，活性药物对伤口组织以及参与伤口修复过程的细胞(如成纤维细胞)具有细胞毒性、细胞病理或抑制细胞生长的作用。因此显著并不必要地延滞了伤口修复过程。Linerweaver等在Arch.Surgery，120，第267-270页(1985)的“局部抗菌毒性”中对人成纤维组织培养物的研究中发现，与1％聚乙烯吡咯烷酮-碘、3％过氧化氢或0.5％次氯酸钠接触15分钟后，没有成纤维细胞可存活24小时。这些研究还表明，可溶性聚乙烯吡咯烷酮-碘的细胞毒性阈浓度低于0.01％并高于0.001％。同时也发现，用1％聚乙烯吡咯烷酮-碘或0.5％次氯酸钠冲洗8天后，大鼠后背伤口全部厚度皮肤的上皮再形成过程在统计学上显著受到抑制。
Rosso在美国专利4323557中描述了在聚合物骨架中含有N-乙烯吡咯烷酮的粘合剂。这些粘合剂中，碘配合物的乙烯吡咯烷酮单体与其它粘合剂共聚用单体进行共聚。因此，该聚合粘合剂中碘配合N-乙烯吡咯烷酮单元是水不溶性的。具有这种粘合剂的压力敏感性薄膜可以与碘配合而减慢其释放。这些组合物可用作抗菌手术单。但是，它们不能用于伤口表面，因为直接与粘合剂接触会使正在愈合的伤口具有物理再损伤的危险性。
Shih在美国专利5242985中描述了一种可充分膨胀并适度交联的聚乙烯吡咯烷酮和碘的配合物。该组合物可以在水的存在下经6小时均匀释放碘。Shih的配合物是通过使用他早期美国专利5073614中的一种特殊类型的交联聚乙烯吡咯烷酮的方法而制备的。Shih确定了碘配合物所需特征(含水凝胶体积、Brookfield粘度和交联剂浓度)的较窄范围。Shih的碘配合物通过以下方法制备的将特殊的粉末状交联聚乙烯吡咯烷酮用少量异丙醇或异丙醇/水混合物润湿、室温下将润湿的交联聚乙烯吡咯烷酮与约20％重量的碘PVP聚合物混合，接着在45℃加热2小时然后在90℃加热16小时。所得的PVP/碘配合物为淡黄色的含有约10％有效碘和约5％碘化物的可自由流动细粉。Shih配合物可以经6小时匀速释放有效碘。鉴于这种释放速度均匀，伤口部位的可溶性有效碘浓度在伤口施用Shih配合物后相对短的时间(如几小时)内超过胞毒水平。这表明在某些时间点使用Shih配合物会不期望地导致伤口刺激和/或伤口愈合的延滞。本领域的专业人员也会发现，Shih等描述的配合物制剂中所使用的约四分之一的碘未说明，另外的四分之一还原成碘化物。这明显表明，起始聚合物(即交联聚乙烯吡咯烷酮)在碘化作用的条件下通过制备配合物而被碘部分氧化。并不意欲被任何理论限定，认为这种部分氧化可说明所观察到的有效碘均匀释放到水环境中的模式。尽管Shih的美国专利5242985中所述的组合物可以以相对于常规聚乙烯吡咯烷酮-碘的较低初始碘水平与伤口接触，但是这一较低的初始水平预计会持续相对短的时间，同时如上所述，会在几小时内达到胞毒水平。
现在已意外地发现，一种稳定的、水不溶性以及水可溶胀交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物(通过不同于Shih的美国专利5242985中的碘化作用制备而得)可在皮肤和伤口上提供有效的抗菌作用而同时可避免伤口刺激及延滞伤口愈合。又意外地发现含有本发明配合物的组合物实际上可促进伤口愈合，这可能是通过用水合及溶胀聚合物提供的物理保护/缓冲和潮湿/非干燥的环境增补其非胞毒性质。
本发明的交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物是水不溶性的，但是水可溶胀，它能在平衡控制的扩散过程释放碘，该扩散过程取决于应用配合物的伤口液体中游离碘浓度。与伤口接触的游离碘浓度被保持在细胞毒性能力(其可刺激伤口并显著延滞愈合过程)以下。当这种聚合物配合物与伤口液体接触时，它变得水合、溶胀并可使碘从配合物扩散到伤口中。当伤口液体中有效碘浓度在伤口配合物界面增加时，碘的释放速率降低直至在聚合物配合物中的碘与接触配合物的伤口液体中的碘之间达到平衡。有效碘从聚合物配合物进一步释放入伤口液体取决于接触配合物的伤口液体中碘的消耗速率。
可用于制备本发明碘配合物的一种起始聚合物是交联聚乙烯吡咯烷酮，它的National Formulary名称为“ Crospovidone”，其可从例如GAF公司ISP分公司中以P0lyplasdone XL购买。该聚合物在环境温度通过与元素碘水溶液和可溶性碘化物盐(碘化物离子与碘的摩尔比大于1∶1)的碘化作用与碘牢固配合，形成稳定的水不溶性但是水可溶胀性的配合物。该碘化过程可产生本发明的聚合物-碘配合物而对起始聚合物没有不利影响。伤口表面的抗菌活性是由于碘从配合物控制释放扩散到伤口表面。本发明的交联PVP碘配合物具有以碘和聚乙烯吡咯烷酮-碘为特征的广谱抗菌活性，而且不易被伤口液体灭活。本发明的交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物可适用于许多局部抗菌产品，例如粉剂、气雾剂、凝胶、霜剂、软膏和水敏感性薄膜。本发明的交联PVP-碘配合物也可用于其它皮肤的细菌感染，例如运动员脚。
图1是常规聚乙烯吡咯烷酮-碘溶液(A)、美国专利5242985的组合物(B)和本发明组合物(C)的图解形式方案比较，其中碘释放性质为时间的函数。实施例1
本发明的交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物是从水不溶性、水可溶胀性交联聚乙烯吡咯烷酮(来自GAF公司ISP分公司的Polyplasdone XL)制备而得。
PolyplasdoneXL是一种水不溶性、水可溶胀性的N-乙烯基-2-吡咯烷酮的合成交联均聚物。它含有不少于11.0％并且不多于12.8％的氮(N)(无水时测量)，达到了第18版的National F0rmulary中Crospovidone的标准。“crospovidone”是National Formulary用于1-乙烯基-2-吡咯烷酮交联均聚物的名称。在4升烧杯中将1500克水与1433克含有1.27％(重量)碘(I2)和3.0％重量碘化钠的碘化水溶液混合。对碘而言，碘化溶液为0.05M；对碘化物离子而言为0.2M，因此碘化物离子与碘的摩尔比是4∶1。室温下在搅拌烧瓶内容物下加入120.8克PolyplasdoneXL。剧烈搅拌所得混合物5分钟，此间即形成交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物。将交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物以潮湿形式用真空过滤器回收。用少量水漂洗后，将潮湿滤饼在55℃±5℃干燥过夜，碎成可自由流动粉并于55℃±5℃干燥至恒重。交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物中有效碘含量是通过将准确称重的配合物分散于含有约5％重量碘化钾的大过量游离碘溶液中并用0.02当量硫代硫酸钠滴定计算而得。配合物实测含有17％的有效碘。本发明交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物中有效碘含量可以通过改变碘化溶液中碘的浓度以及改变起始聚合物与碘化溶液量的比而变化。
可以理解，其它水溶性碘化物盐例如碘化钾和碘化铵可用于替代碘化溶液中的碘化钠。在所有情况下，碘化溶液中碘化物与碘的摩尔比必须大于1比1。优选碘化物离子与碘的摩尔比大于3比2，最优选摩尔比大于3比1。
本发明的抗菌有效性非刺激性交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物的有效碘含量范围可为约0.2％重量至约50％重量。优选地，有效碘含量的范围为约2％重量至约30％重量，更优选约8％重量至约20％重量。实施例2-6本发明另外的交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物按照如上实施例1的方法制备。每种不同样品中交联povidone(“povidone”是聚乙烯吡咯烷酮的药学工业命名)、水和碘化溶液的含量如表I所示。表I还表明了碘化溶液的摩尔体积和每一样品的有效碘含量。
表I碘化溶液摩尔浓度水， 含量， 碘， 碘化物， 交联聚乙烯吡有效碘克 克 I 离子 咯烷酮，克 含量实施例2 300300 0.05M 0.2M 48.168.3％实施例3 25050 0.05M 0.1M 19.134.5％实施例4 44594.56 0.05M 0.2M 60 2.18％实施例5 49347.28 0.05M 0.2M 60 1.07％实施例6 51623.64 0.05M 0.2M 60 0.50％
实施例1至6所列数据反映了实验条件和分析结果。
本发明交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物也可通过流化床方法制备，其中将交联聚乙烯吡咯烷酮聚合物颗粒悬浮在气流中，向其中注射入碘化溶液使其与聚合物反应。实施例7在广口圆筒玻璃罐中将如实施例1制备的89.895克交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物(粉状)与5毫克气溶胶OTB(磺基琥珀酸二辛钠/苯甲酸钠)、100毫克Cab-O-Sil M-5(雾化二氧化硅)和10克Natrosol 25OH)过60目筛的羟乙基纤维素)混合而制备抗菌粉末。然后将混合后的物质在旋转混合器中继续混合5分钟即得自由流动的消毒粉。该粉可以作为消毒剂喷在伤口上并促进伤口愈合。
磺基琥珀酸二辛钠/苯甲酸钠是非刺激性表面活性剂，它可增加伤口液体对交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物的润湿而使碘释放入伤口液体中。磺基琥珀酸二辛钠/苯甲酸钠的浓度范围1ppm至5％重量。优选的浓度为抗菌粉的10ppm至1％重量，更优选抗菌粉的20至200ppm重量。
Cab-O-Sil M-5)雾化二氧化硅)用以改善粉末流动性以确保容易及均匀应用。可使用0.00001％w/w至2％w/w浓度的Cab-O-Sil M-5(雾化二氧化硅)。优选的范围是0.001％w/w至0.5％w/w，更优选的范围是0.005％w/w至0.2％w/w。可代替雾化二氧化硅的其它流动添加剂包括沉淀硅石和磷酸二钙。
如Natrosol 25OH(羟乙基纤维素)的亲水性聚合物可改善用于伤口的交联聚乙烯吡咯烷酮-碘的稠度，即通过使之更易粘合、更软同时有助于保持其在伤口表面的润湿性。可使用最多75％w/w浓度的亲水性聚合物。优选的范围是4％至40％w/w，更优选的范围是8％至20％w/w。实施例8采用实施例7所述的方法制备抗菌粉。实施例8的粉末具有下列组成实施例2的89.9可交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物；5毫克Aerosol OTB；100毫克cab-O-Sil M-5；和10克Natrosol 250H。与表I所示的相同，实施例2配合物中有效碘的含量为7.5％。实施例9制备含有11.4克实施例1的交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物、200毫克丙二醇、1克羟苯甲酸甲酯、10克Carbopol-974PNF、1克氢氧化钠和776.6克水的抗菌凝胶分散体。通过混合20分钟将羟苯甲酸甲酯和Carbopol-974P NF分散在丙二醇中。然后在分散体中加入450克水，继续混合30分钟直至得到均匀分散体。搅拌下向分散体中逐渐加入11.4克实施例1的配合物，继续搅拌30分钟。加入250毫升0.1N氢氧化钠溶液调节pH值。加入剩余的水调节终重量至1000克，继续搅拌30分钟。终pH值约为5.0。如前所述，实施例1配合物的有效碘含量是17％。本实施例9的抗菌凝胶分散体的有效碘含量的0.2％重量。
利用FDA/OTC Tentative Final Monograph for FirstAid Antiseptic Drug Products中所述检测方法的修饰方法将实施例2的交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物、实施例7和8的抗菌粉和实施例9的凝胶分散体进行微生物学检测，结果发现它们能有效地对抗所有三种特定的试验微生物。试验在血清存在下与金黄色葡萄球菌(ATCC6538)、绿脓杆菌(ATCC9027)和大肠杆菌(ATCC8739)接触10分钟后需要减少至少99.9％的活菌数目。该试验的结果表明实施例2配合物和实施例7、8和9的制剂是抗菌有效性的。
同时也测试实施例7和8的抗菌粉以及实施例9的凝胶分散体以评价它们的伤口刺激性和伤口愈合性质。试验如下进行动物的准备在六至八只断奶的雌性杂种猪上进行试验。第0天，通过吸入异氟烷麻醉动物。剪去毛发，然后用剃刀剃去剩余毛而准备好皮肤。用抗菌皂清洗手术区(脊柱区)，用水漂洗，最后用乙醇清洗。接着用适当无菌技术减少外原感染。伤口的准备在准备好的位置，用Castro-Viejo植皮刀在左右脊柱区划成20至30部分厚度的伤口，伤口的大小约为1cm×1cm×0.5cm。
这些伤口形成四个象限，每个象限中有10至14个伤口。对每一象限的伤口进行处理并用一个拉丁方形图案转过四个象限以使每种处理处于两个动物的同一象限。
止血后，将实施例7、8和9的抗菌制剂以预定方式施用于每个象限的伤口。用粘合绷带盖住伤口，绷带每日更换。试验过程使用下列对照粘合绷带(A)，含有0.13％洁尔灭的市售消毒液(B)，含有1％聚乙烯吡咯烷酮-碘的市售水溶性软膏(C)。待测制剂连续应用两天(第0天和第1天)。只有伤口的粘合绷带在第2、3和4天更换。观察和评价治疗后五天每日都未观察到伤口发炎、浮肿、感染或皮肤浸渍。在第5天评价后，将代表性的样品进行活组织检查，并且将残余伤口和周围皮肤手术切除。将皮肤条在0.5M溴化钠溶液中于37℃孵育24小时以便于真皮从表皮的分离。在将真皮从表皮分离后测量伤口的上皮形成。计算全部形成上皮的伤口的百分率并且与本研究中的其它处理相比较。结果如下所示对照A对照B 对照C 实施例7 实施例8 实施例9愈合伤口10％ 0％ 4％ 77％ 61％ 16％由此可看出，实施例7、8和9的抗菌制剂使伤口上皮的形成比任何对照物都快。实施例10
如下制备含有实施例1交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物的水可分散性聚合物薄膜。将40克实施例1的配合物与20克Carbowax 8000(市售的聚乙二醇)、20克Polyox WSR N-80(也是市售的聚乙二醇)和20克Methocel A-15C(市售的甲基纤维素)充分混合。在100℃将混合后的物质在热金属板之间挤压形成热塑性薄膜。该薄膜可单独用作抗菌贴或者与粘合垫或吸收敷料联合使用。
尽管上述实施例意欲阐明本发明的应用范围，但是不应理解它们限定了本发明。许多其它应用，特别是伤口和皮肤护理领域中的应用对于本领域的技术人员来说是显而易见的。
图1常规聚乙烯吡咯烷酮-碘溶液(A)、美国专利5242985组合物(B)和本发明组合物(C)的图解形式方案比较，其中碘释放性质为时间的函数。可以理解，要测量伤口表面和用于伤口的含有碘的物质(例如A、B和C)界面的碘浓度实际上是不可能的。但是，由于常规聚乙烯吡咯烷酮-碘溶液(A)的应用而导致伤口液体中的碘浓度大大超过了胞毒阈值(从将该溶液用于伤口开始)。这就导致了伤口刺激并延滞了伤口愈合。由于应用美国专利5242985的组合物而导致伤口液体中的碘浓度低于抗菌效应阈值(刚开始对伤口应用该组合物时)。经过一段时间后，碘的浓度就超过了抗菌效应阈值同时又低于胞毒阈值。再过一段时间，碘的浓度增加乃至最后超过胞毒阈值。这同样可导致伤口的刺激并延滞伤口愈合。如前所述，碘从本发明组合物中的释放是受平衡控制的。因此，由于应用本发明交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物而导致伤口液体中碘的浓度在应用后不久即达到高于抗菌效应阈值同时又低于胞毒阈值的浓度水平。这意味着本发明的组合物是抗菌有效的，但是又不刺激伤口或延滞伤口愈合。
权利要求
1.一种含有交联聚乙烯吡咯烷酮和碘的水不溶性、水可溶胀性配合物，当与伤口接触时，所述配合物可通过平衡控制的扩散过程释放碘。
2.权利要求1的配合物，其有效碘含量为约0.5％重量至约50％重量。
3.权利要求1的配合物，其有效碘含量为约2％重量至约30％重量。
4.权利要求1的配合物，其有效碘含量为8％重量至20％重量。
5.制备交联聚乙烯吡咯烷酮和碘配合物的方法，包括A)提供一种含有碘和碘化物离子的碘化水溶液，所述溶液中所述碘化物离子与碘的摩尔比超过1∶1；B)将交联聚乙烯吡咯烷酮加到所述碘化溶液中；和C)使所述交联聚乙烯吡咯烷酮与所述碘化溶液在环境温度反应。
6.权利要求5的方法，其中所述摩尔比大于3∶2。
7.权利要求5的方法，其中所述摩尔比大于3∶1。
8.权利要求6的方法，另外包括回收交联聚乙烯吡咯烷酮-碘配合物及干燥该配合物成自由流动粉的步骤。
9.通过权利要求5的方法制备的交联聚乙烯吡咯烷酮一碘配合物。
全文摘要
一种可吸收伤口液体而不过度干燥伤口的伤口处理物，它可对伤口提供物理缓冲并且以控制的方式释放抗菌剂(碘)以杀灭有害微生物而不刺激伤口区域或对伤口愈合产生不利影响。该伤口处理物含有交联聚乙烯吡咯烷酮—碘配合物，该配合物是水不溶性的，但是水可吸收并且水可溶胀。这种扩散控制的释放机制可用于将抗菌有效量的碘转运至伤口，同时又保持碘浓度低于可引起明显伤口刺激或延滞愈合的浓度。并加速伤口愈合。
文档编号A61K47/48GK1146338SQ9611078
公开日1997年4月2日 申请日期1996年6月7日 优先权日1995年6月7日
发明者A·B·库卡尼, G·R·施科弗 申请人:庄臣消费品有限公司