生物活性剂从聚合物复合颗粒的释放的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求于2014年5月8日提交的美国临时专利申请号61/990348以及2013 年5月17日提交的美国临时专利申请号61/824412的优先权，这些申请的公开内容全文以 引用方式并入本文。
技术领域
[0003] 本发明提供了聚合物复合颗粒，这些聚合物复合颗粒可用于储存和递送各种生物 活性剂。
【背景技术】
[0004] 用于递送生物活性剂的方法受到人们的极大关注。已经开发出用于储存和递送 各种活性剂的各种颗粒。如例如在专利申请公布WO2006/135519Al(Finnie等人）中 所述，一些颗粒是无机的。其它颗粒具有聚合物壳，该聚合物壳围绕可填充有活性剂的中 空芯。此类颗粒例如在美国专利申请公布2010/0104647Al(Ting)和美国专利申请公布 2011/0123456 (Pandidt等人）中有所描述。另外其它颗粒为当放置为与活性剂接触时溶胀 的水凝胶。此类水凝胶在例如WO2007/146722 (Wright等人）中有所描述。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了聚合物复合颗粒，这些聚合物复合颗粒可用于储存和递送各种生物 活性剂。聚合物复合颗粒包含多孔聚合物芯和围绕多孔聚合物芯的涂层。多孔聚合物复合 颗粒常常还包括生物活性剂，该生物活性剂定位于多孔聚合物芯内但未共价键合到多孔聚 合物芯。生物活性剂可通过穿过涂层扩散出多孔聚合物芯，从聚合物复合颗粒释放。
[0006] 在第一方面，提供一种聚合物复合颗粒，该颗粒包括a)多孔聚合物芯，b)定位于 多孔聚合物芯内的生物活性剂，其中生物活性剂未共价键合到多孔聚合物芯，和c)围绕多 孔聚合物芯的涂层，其中涂层包含热塑性聚合物、蜡或其混合物。多孔聚合物芯包含反应混 合物的聚合产物，该反应混合物包括i)第一相和ii)分散于第一相中的第二相，其中第一 相的体积大于第二相的体积。第一相包括1)水和溶解于水中的多糖，或2)表面活性剂和 式⑴的化合物
[0007]HO(-CH2-CH(OH) -CH2-O)n-H
[0008] (I)
[0009] 其中变量n是等于至少1的整数。第二相包括1)包含式（II)的第一单体的单体 组合物
[0010]CH2=C(Ri)-(CO) -0 [-CH2-CH2-O]p-(CO)-C(R1) =CH2
[0011] (II)
[0012] 其中p是等于至少1的整数并且R1是氢或烷基，和2)聚（丙二醇），其具有至少 500克/摩尔的重均分子量，其中将聚（丙二醇）从聚合产物移除以提供多孔聚合物芯。
[0013] 在第二方面，提供了一种递送生物活性的方法。该方法包括提供一种如上所述的 聚合物复合颗粒，该颗粒包括a)多孔聚合物芯，b)定位于多孔聚合物芯内的生物活性剂， 其中生物活性剂未共价键合到多孔聚合物芯，和c)围绕多孔聚合物芯的涂层，其中涂层包 含热塑性聚合物、蜡或其混合物。该方法还包括通过穿过涂层扩散而从聚合物复合颗粒释 放生物活性剂。
【附图说明】
[0014] 图1A、IB和IC是在制备例1中制备的多孔聚合物芯颗粒的扫描电子显微图。三 张扫描电子显微图的放大率不同。
[0015] 图2是在实例2B中制备的多孔聚合物复合颗粒的扫描电子显微图。
[0016] 图3是在实例4中制备的多孔聚合物复合颗粒的扫描电子显微图。
【具体实施方式】
[0017] 本发明提供了聚合物复合颗粒，这些聚合物复合颗粒可用于储存和递送各种生物 活性剂。聚合物复合颗粒包含聚合物芯和围绕聚合物芯的涂层。聚合物复合颗粒的聚合物 芯是多孔的。即，聚合物芯内存在空隙或自由体积。聚合物芯通常在其外表面和/或槽上 具有进入内部区域的孔。在至少一些实施例中，聚合物芯是中空的。术语"多孔聚合物芯"、 "多孔聚合物芯颗粒"、"聚合物芯"和"聚合物芯颗粒"互换使用。因为聚合物复合颗粒包含 多孔聚合物芯，所以可将聚合物复合颗粒自身认为是多孔的。术语"多孔聚合物复合颗粒"、 "聚合物复合颗粒"和"复合颗粒"互换使用。
[0018] 包含生物活性剂（即，定位或装载于多孔聚合物芯颗粒内的生物活性剂）的多孔 聚合物芯颗粒，可互换地被称为"装载颗粒"、"装载的芯颗粒"、"装载的聚合物芯颗粒"和 "装载的多孔聚合物芯颗粒"。生物活性剂未在装载的聚合物芯颗粒中共价键合到聚合物芯 颗粒。在合适的条件下，生物活性剂可从装载的聚合物芯颗粒释放（即，递送）并且形成聚 合物复合颗粒。
[0019] 如本文所用，互换使用术语"聚合物"和"聚合物的"以及"聚合物材料"以指均聚 物、共聚物、三元共聚物等。
[0020] 如本文所用，术语"和/或"是指一者或两者。例如，表达热塑性聚合物和/或蜡 是指仅热塑性聚合物、仅蜡或热塑性聚合物和蜡两者。
[0021] 围绕多孔聚合物颗粒的涂层包含热塑性塑料、蜡或其混合物。热塑性聚合物和蜡 当暴露于热时均会变软，并且当冷却至室温时均恢复到其原有的形式。术语"热塑性"通 常用于合成聚合物材料，但也可包括分子量大于大多数天然存在的蜡的天然存在的聚合物 材料。如本文所用，术语"蜡"是指分子量比通常被分类为热塑性塑料的聚合物材料低的材 料。蜡通常具有至少一个长烷基链（例如，4至24个碳原子）并且常常被分类为脂质。一 些蜡是烃类（例如，石蜡和聚乙烯），而许多天然的蜡是脂肪酸和长链醇（例如，4至24个 碳原子）的酯。由于分子量的差异，蜡通常具有不同的熔点，而热塑性塑料具有玻璃化转变 温度。
[0022] 多孔聚合物芯颗粒通常由反应混合物形成，该反应混合物包括第一相和分散于第 一相中的第二相，其中第一相的体积大于第二相的体积。即，第一相可被认为是连续相，并 且第二相可被认为是在连续相内的分散相。第一相提供不可聚合的介质以用于将第二相作 为小滴悬浮在反应混合物内。第二相小滴包括可发生聚合的单体组合物加上成孔剂，即聚 (丙二醇）。
[0023] 换句话说，用于形成多孔聚合物芯颗粒的反应混合物包括包含不可聚合的介质的 第一相和作为小滴悬浮在第一相中的第二相。第二相至少包括式（II)的单体加上具有作 为成孔剂起作用的合适尺寸的聚（丙二醇）。洗涤聚合产物以去除聚（丙二醇）来提供多 孔聚合物芯颗粒。
[0024] 反应混合物的第一相通常包括1)水和溶解于水中的多糖，或2)表面活性剂和式 (I)的化合物。
[0025] HO[-CH2-CH(OH) -CH2-O]n_H
[0026] (I)
[0027] 式（I)中变量n为等于至少1的整数。通常配制第一相以为第二相作为小滴在第 一相内的分散提供合适的粘度和体积。如果第一相的粘度太高，则其可能难以提供分散第 二相所需的剪切力。然而，如果粘度太低，则其可能难以悬浮第二相和/或形成相对均一且 彼此完全分离的聚合物芯。
[0028]在一些实施例中，第一相包含水和溶解于水中的多糖的混合物。多糖可以例如为 水溶性淀粉或水溶性纤维素。
[0029]合适的水溶性淀粉和水溶性纤维素常常具有对于室温（即20°C至25°C)下的2重量％水溶液而言，在6至10厘泊范围内的粘度。水溶性淀粉通常通过将淀粉部分酸解 来制备。水溶性淀粉的示例包括例如可以商品名LYCOAT从法国赖斯特朗的罗盖特公司 (Roquette(Lestrem,France))商购获得的那些。水溶性纤维素的示例包括但不限于，烷基 纤维素（例如，甲基纤维素、乙基纤维素、乙基甲基纤维素）、羟烷基纤维素（例如，羟甲基纤 维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟乙基乙基纤 维素）、以及羧烷基纤维素（例如，羧甲基纤维素）。
[0030] 在这些实施例中，第一相可包含基于第一相的总重量计至多50重量％的多糖。例 如，第一相可包含至多40重量％、至多30重量％、至多25重量％、至多20重量％、至多15 重量％或至多10重量％的多糖。第一相通常包含至少5重量％、至少10重量％或至少15重 量％的多糖。在一些实施例中，第一相包含基于第一相的总重量计5重量％至50重量％、5 重量％至40重量％、10重量％至40重量％、5重量％至30重量％、10重量％至30重量％、 5重量％至25重量％、10重量％至25重量％或15重量％至25重量％的多糖。第一相的 其余部分（即，第一相中不是多糖的部分）通常是水或主要为水。
[0031]在一些实例中，第一相包含5重量％至50重量％的多糖和50重量％至95重量％ 的水、5重量％至40重量％的多糖和60重量％至95重量％的水、10至40重量％的多糖和 60重量％至90重量％的水、5重量％至30重量％的多糖和70重量％至90重量％的水、10 重量％至30重量％的多糖和70重量％至90重量％的水、5重量％至25重量％的多糖和 75重量％至95重量％的水、10重量％至25重量％的多糖和75重量％至90重量％的水或 15重量％至25重量％的多糖和75重量％至85重量％的水。重量百分比基于的是第一相 的总重量。在多个实例中，第一相仅包含水和溶解的多糖。在其它实例中，第一相中包括的 仅有的其它材料是任选的有机溶剂。
[0032] 如果将任选的有机溶剂用于水/多糖第一相中，则选择可与水混溶的有机溶剂。 合适的有机溶剂包括例如，醇（例如，甲醇、乙醇、正丙醇或异丙醇）或多元醇诸如式（I)的 化合物。任选的有机溶剂的量通常基于第一相的总重量计为不大于10重量％、不大于5重 量％或不大于1重量％。在一些实例中，第一相不含或基本上不含任选的有机溶剂。如本 文中针对第一相中任选的有机溶剂所用的术语"基本上不含"意指有机溶剂并非有意添加 到第一相，而是可作为杂质存在于第一相中其它组分的一种中。例如，任选的有机溶剂的量 基于第一相的总重量计为少于1 %、少于〇. 5重量％或少于0. 1重量％。
[0033] 在其它实施例中，第一相包含式（I)的化合物和表面活性剂的混合物而不是水和 溶解的多糖的混合物。对于至少一些第二相组合物，使用包含式（I)的化合物和表面活性 剂的第一相，可获得具有更大的孔隙率（例如，更大的孔内容积）的聚合物芯颗粒。
[0034] 合适的式⑴化合物通常具有在1至20的范围内、在1至16的范围内、在1至 12的范围内、在1至10的范围内、在1至6的范围内或在1至4的范围内的n值。在许 多实施例中，式（I)的化合物是甘油，其中变量n等于1。式（I)的其它示例化合物是双 甘油（n等于2)、聚甘油-3 (n等于3)、聚甘油-4 (n等于4)或聚甘油-6 (n等于6)。可被 称为甘油聚合物的聚甘油，常常是具有变化的分子量的材料（即，对于n，具有不同值的材 料）的混合物。聚甘油、双甘油和甘油可例如从比利时布鲁塞尔的索尔维化学公司（Solvay Chemical(Brussels,Belgium))和美国新泽西州普林斯顿的威尔希尔技术公司（Wilshire Technologies(Princeton,NJ,USA))商购获得。
[0035] 在第一相中，通常将表面活性剂与式（I)的化合物组合使用。表面活性剂常常为 非离子表面活性剂。非离子表面活性剂通常增加最终聚合物颗粒的表面上的孔隙率。第一 相常常不含或基本上不含可妨碍第二相内单体的聚合反应的离子表面活性剂。如本文中针 对离子（即，阴离子或阳离子）表面活性剂所用的术语"基本上不含"意指离子表面活性剂 并非有意添加到第一相，而是可作为痕量杂质存在于第一相中其它组分的一种中。任何杂 质通常以基于第一相的总重量计为不大于0. 5重量％、不大于0. 1重量％或不大于0. 05重 量％的量存在。
[0036] 可在第一相中使用任何合适的非离子表面活性剂。非离子表面活性剂常常在 分子的一部分中具有一个或多个羟基基团或醚键（例如，-CH2-O-CH2-),其可与反应混合 物的其它组分氢键键合。合适的非离子表面活性剂包括但不限于烷基葡糖苷、烷基葡糖 酰胺、烷基多聚糖苷、聚乙二醇烷基醚、聚乙二醇和聚丙二醇的嵌段共聚物以及聚山梨酸 酯。合适的烷基葡糖苷的示例包括但不限于辛基葡糖苷（也被称为辛基-P-D-吡喃葡 萄糖苷）和癸基葡糖苷（也被称为癸基-P-D-吡喃葡萄糖苷）。合适的烷基葡糖酰胺的 示例包括但不限于辛酰基-N-甲基葡糖酰胺、壬酰基-N-甲基葡糖酰胺和癸酰基-N-甲 基葡糖酰胺。这些表面活性剂可从例如美国密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司 (SigmaAldrich(St.Louis,MO,USA))或美国新泽西州新布伦瑞克的斯百全公司（Spectrum Chemicals(NewBrunswick,NJ,USA))获得。合适的烷基多聚糖苷的示例包括但不限于可 从美国俄亥俄州辛辛那提的科宁公司（CognisCorporation(Cincinnati,OH,USA))以商品 名APG(例如，APG325)商购获得的那些和可从美国密歇根州米兰德的陶氏化学公司（Dow Chemical(Midland,MI,USA))以商品名TRIT0N(例如，TRITONBG-10 和TRITONCG-110) 商购获得的那些。聚乙二醇烷基醚的示例包括但不限于可以商品名BRIJ(例如，BRIJ 58和BRIJ98)从美国密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司（SigmaAldrich(St.Louis，MO,USA))商购获得的那些。聚乙二醇和聚丙二醇的嵌段共聚物的示例包括但 不限于可以商品名PLURONIC从美国新泽西州弗洛勒姆公园的巴斯夫（BASF(Florham Park，NJ，USA))商购获得的那些。聚山梨酸酯的示例包括但不限于可以商品名TWEEN从美 国特拉华州威尔明顿的ICI美国公司（ICIAmerican,Inc. (Wilmington,DE,USA))商购获 得的那些。
[0037] 当第一相包含式（I)的化合物和表面活性剂的混合物时，表面活性剂可以任何合 适的量存在。通常，表面活性剂以等于基于第一相的总重量计为至少〇. 5重量％、至少1重 量％或至少2重量％的量存在。表面活性剂可以基于第一相的总重量计为至多15重量％、 至多12重量％或至多10重量％的量存在。例如，表面活性剂在第一相中的存在量基于第 一相的总重量计，常常在0. 5重量％至15重量％的范围内、在1重量％至12重量％的范围 内、在0. 5重量％至10重量％的范围内、或在1重量％至10重量％的范围内。第一相的其 余部分（第一相中不是表面活性剂的部分）通常是式（I)的化合物或主要为式（I)的化合 物。
[0038] 在一些实例中，第一相可包含0.5重量％至15重量％的表面活性剂和85重量％ 至99. 5重量％的式（I)的化合物、1重量％至12重量％的表面活性剂和88重量％至99重 量％的式（I)的化合物、〇. 5重量％至10重量％的表面活性剂和90重量％至99. 5重量％ 的式（I)的化合物或1重量％至10重量％的表面活性剂和90重量％至99重量％的式（I) 的化合物。重量百分比基于的是第一相的总重量。在许多实例中，第一相仅包含表面活性 剂和式（I)的化合物。在其它实例中，包括在第一相中的仅有的其它材料是任选的有机溶 剂或任选的水。
[0039] 当第一相包含式（I)的化合物和表面活性剂时，与式（I)的化合物可混溶的任选 的有机溶剂可存在于反应混合物中。合适的有机溶剂包括例如醇，诸如甲醇、乙醇、正丙醇 或异丙醇。另外，可将任选的水添加到第一相。选择任何任选的水或有机溶剂的量使得能 够实现第一相的期望粘度。任选的水或有机溶剂的量通常基于第一相的总重量计为不大于 10重量％、不大于5重量％或不大于1重量％。如果包括较高量的水，孔隙率可能降低。在 一些实施例中，第一相不含或基本上不含任选的水或有机溶剂。如本文中针对第一相中任 选的水或有机溶剂所用的术语"基本上不含"意指水或有机溶剂并非有意添加到第一相，而 是可作为杂质存在于第一相中其它组分的一种中。例如，任选的水或有机溶剂的量基于第 一相的总重量计为少于1 %、少于0. 5重量％或少于0. 1重量％。
[0040] 反应混合物包括分散于第一相中的第二相。第一相的体积大于第二相的体积。相 比于第二相的体积，第一相的体积足够大使得第二相可以小滴的形式分散于第一相中。在 每个小滴内，单体组合物聚合以形成聚合产物。为了从第二相形成聚合物颗粒，第一相与第 二相的体积比通常为至少2:1。随着体积比的增加（例如，当比率为至少3:1、至少4:1或至 少5:1时），可形成具有相对均一的尺寸和形状的聚合物颗粒。然而，如果体积比太大，反应 效率下降（即，产生的聚合物颗粒的量较小）。一般来讲体积比不大于25:1、不大于20:1、 不大于15:1或不大于10:1。
[0041] 第二相包括单体组合物和具有至少500克/摩尔的重均分子量的聚（丙二醇）两 者。聚丙二醇作为成孔剂起作用，其在聚合产物从单体组合物形成时被部分地夹带在聚合 产物内。因为聚丙二醇不具有聚合型基团，所以可在形成聚合产物之后去除这种材料。当 去除先前夹带的聚丙二醇时，产生孔（即，空隙体积或自由体积）。由去除夹带的聚丙二醇 而产生的聚合物芯颗粒是多孔的。在至少一些实施例中，这些多孔聚合物芯颗粒具有中空 的中心。孔的存在或孔和中空中心两者的存在使得聚合物芯颗粒非常适于储存和递送各种 生物活性剂。
[0042] 第二相内的单体组合物包含式（II)的第一单体
[0043]CH2=C(R3 - (CO) -0 [-CH2-CH2-O] p_ (CO)-C(R1) =CH2
[0044] (II)
[0045] 其中变量p是等于至少1的整数。在一些实施例中，变量p为不大于30、不大于 20、不大于16、不大于12或不大于10的整数。单体的亚乙基氧部分（S卩，基团-[CH2CH2-O] p_)的数均分子量通常不大于1200克/摩尔（道尔顿）、不大于1000克/摩尔、不大于800 克/摩尔、不大于600克/摩尔、不大于400克/摩尔、不大于200克/摩尔或不大于100 克/摩尔。基团R1是氢或甲基。第二相中式（II)的单体通常与第一相不可混溶。
[0046] 合适的式（II)的第一单体可以如下商品名从美国宾夕法尼亚州埃克斯顿的沙多 玛公司（Sartomer(Exton，PA，USA))商购获得：对于二甲基丙稀酸乙二醇酯为SR206、对于 二甲基丙烯酸二甘醇酯为SR231、对于二甲基丙烯酸三甘醇酯为SR205、对于二甲基丙烯酸 四甘醇酯为SR206、对于二甲基丙烯酸聚乙二醇酯为SR210和SR210A、对于聚乙二醇（200) 二丙烯酸酯为SR259、对于聚乙二醇（400)二（甲基）丙烯酸酯为SR603和SR344、对于聚 乙二醇（600)二（甲基）丙烯酸酯为SR252和SR610、并且对于聚乙二醇（1000)二甲基丙 烯酸酯为SR740。
[0047] 在一些实施例中，式（II)的第一单体是第二相的单体组合物中仅有的单体。在其 它实施例中，式（II)的第一单体可与至少一个第二单体组合使用。第二单体具有单个烯属 不饱和基团，该基团通常为式H2C=CR1-(CO)-的（甲基）丙烯酰基团，其中R1是氢或甲基。 合适的第二单体通常与第一相不可混溶，但与式（II)的第一单体可混溶或不可混溶。
[0048] 一些示例第二单体可由式（III)表示。
[0049]CH2=CR1-(CO)-O-Y-R2
[0050] (III)
[0051] 在该式中，基团R1是氢或甲基。在许多实施例中，R1是氢。基团Y为单键、亚烷基、 氧化亚烷基或聚（氧化亚烷基）。基团R2是碳环基团或杂环基团。这些第二单体趋于与第 二相中式（I)的第一单体可混溶，但与第一相不可混溶。
[0052] 如本文所用，术语"亚烷基"是指为烷烃基的二价基团，并包括直链基团、支链基 团、环状基团、双环基团或它们的组合。如本文所用，术语"氧化亚烷基"是指为直接键合到 亚烷基基团的氧代基团的二价基团。如本文所用，术语"聚（氧化亚烷基）"是指具有多个 氧化亚烷基单元的二价基团。合适的Y亚烷基和氧化亚烷基基团通常具有1至20个碳原 子、1至16个碳原子、1至12个碳原子、1至10个碳原子、1至8个碳原子、1至6个碳原子 或1至3个碳原子。氧化亚烷基通常是氧化亚乙基或氧化亚丙基。合适的聚（氧化亚烷 基）基团通常具有2至20个碳原子、2至16个碳原子、2至12个碳原子、2至10个碳原子、 2至8个碳原子、2至6个碳原子或2至4个碳原子。聚（氧化亚烷基）常常是聚（氧化亚 乙基），其可被称为聚（环氧乙烷）或聚（乙二醇）。
[0053] 碳环R2基团可具有单环或可具有多环如稠环或双环。每个环可以为饱和的、部分 不饱和的或不饱和的。每个环碳原子可以为未取代的或被烷基基团取代的。碳环基团通常 具有5至12个碳原子、5至10个碳原子或6至10个碳原子。碳环基团的示例包括但不限 于，苯基、环己基、环戊基、异冰片基等等。这些碳环基团中的任一个可以被烷基基团取代， 该烷基基团具有1至20个碳原子、1至10个碳原子、1至6个碳原子、或1至4个碳原子。
[0054] 杂环R2基团可具有单环或多环诸如稠环或双环。每个环可以为饱和的、部分不饱 和的或不饱和的。杂环基团包含至少一个杂原子，杂原子选自氧、氮或硫。该杂环基团常常 具有3至10个碳原子和1至3个杂原子、3至6个碳原子和1至2个杂原子、或3至5个碳 原子和1至2个杂原子。杂环的示例包括但不限于四氢糠。
[0055] 用作第二单体的式（III)的示例性单体包括但不限于，（甲基）丙烯酸苄酯、（甲 基）丙烯酸2-苯氧乙酯（可以商品名SR339和SR340从沙多玛公司（Sartomer)商购获 得）、（甲基）丙烯酸异冰片酯、（甲基）丙烯酸四氢糠酯（可以商品名SR285和SR203从 从沙多玛公司（Sartomer)商购获得）、（甲基）丙烯酸3, 3, 5-三甲基环己基酯（可以商品 名⑶421和⑶421从沙多玛公司（Sartomer)商购获得）、以及乙氧基化丙烯酸壬基苯酚酯 (可以商品名SR504、CD613和CD612从沙多玛公司（Sartomer)商购获得）。
[0056]其它示例第二单体为式（IV)的（甲基）丙烯酸烷基酯。
[0057]CH2=CR1-(CO)-O-R3
[0058] (IV)
[0059] 在