聚乙二醇-聚多肽共聚物的衍生物及其制备方法、包含其的凝胶制剂及其制备方法与应用

本发明属于医用高分子材料，具体涉及一种聚乙二醇-聚多肽共聚物的衍生物及其制备方法、包含其的凝胶制剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、由两亲性嵌段共聚物构成的热致水凝胶是一种特殊的生物医用材料，其在室温或更低的温度为可流动的溶胶态，当升高温度时，其通过溶胶-凝胶相转变，变为不可流动的凝胶态。发生相转变时的温度定义为溶胶-凝胶相转变温度(tgel)，其通常低于体温。这种特性使得热致水凝胶能够方便地在低温下通过简单的机械搅拌混合活性的药物或细胞而不会导致药物或细胞因高温而失活，当通过微创的技术将热致水凝胶的溶液态材料注射入人体内的靶标区域时，材料受体温的影响转变为半固体的凝胶态，从而成为药物或细胞的天然储库，不仅能够使得药物或细胞直接作用于目标区域，还能够防止药物或细胞的突释并实现其缓释，从而降低副作用，提升治疗效果。在有些情况下，这些两亲性嵌段共聚物的水体系也会直接自发形成原位水凝胶，但因其剪切变稀的特性，这种原位水凝胶同样具有可注射性，因此这种可注射的原位凝胶仍具有分散药物或细胞的功能并在注射入人体后作为药物或细胞的天然储库实现活性物质的缓释。

2、尽管热致水凝胶和原位水凝胶在负载疏水药物、大分子药物和细胞方面做了大量的研究，然而，对于亲水药物，由于其亲水特性，仅仅通过物理混合，其在可注射的热致水凝胶和原位水凝胶中往往会快速突释而非缓释；对于一些不稳定的药物，即便是通过凝胶的物理负载，其有时也会快速失活。这些因素都会影响可注射的热致水凝胶和原位水凝胶制剂的治疗效果。而将亲水药物或不稳定的药物通过化学键合修饰在构成水凝胶的两亲性嵌段共聚物载体上，再使其在生理条件下通过降解进行释放，不仅可以解决药物突释的问题，还可以提高药物的稳定性。但是，现有的peg-聚酯、peg-聚多肽等可注射的热致水凝胶和原位水凝胶材料其共聚物中除链端基团外缺乏可修饰的活性位点，因此能够修饰到共聚物上的药物有限，这大大限制了药物的负载量，不利于临床应用。

3、因此，开发分子链上可携带大量药物或功能基团的两亲性共聚物及其相应的可注射热致水凝胶或原位水凝胶制剂成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的第一个目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种分子链上可携带大量药物或功能基团的聚乙二醇-聚多肽共聚物的衍生物。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种聚乙二醇-聚多肽共聚物的衍生物，所述聚乙二醇-聚多肽共聚物包含10～90wt％的聚乙二醇嵌段a，10～90wt％的聚多肽嵌段b，所述衍生物的聚多肽嵌段b的侧基经化学修饰共价连接有功能性分子。

4、值得说明的是，对于亲水药物，由于其亲水特性，仅仅通过物理混合，其在可注射的热致水凝胶和原位水凝胶中往往会快速突释而非缓释；对于一些不稳定的药物，即便是通过凝胶的物理负载，其有时也会快速失活。这些因素都会影响可注射的热致水凝胶和原位水凝胶制剂的治疗效果。而将亲水药物或不稳定的药物通过化学键合修饰在构成水凝胶的两亲性嵌段共聚物载体上，再使其在生理条件下通过降解进行释放，不仅可以解决药物突释的问题，还可以提高药物的稳定性。

5、不同于现有共聚物中除链端基团外缺乏可修饰的活性位点的结构特性，本发明公开的聚乙二醇-聚多肽共聚物的衍生物的聚多肽嵌段b的侧链上存在大量可修饰的活性位点，用以共价连接功能性分子，进而在提高功能性分子负载量的同时，还提升了亲水药物或不稳定的药物的稳定性。

6、进一步的，所述功能性分子包括乙醇、丙酰氯、丙烯酰氯、丙烯酸酐、甲基丙烯酰氯、乙二胺、乙醇胺、硝酸酯乙酸、硝酸酯乙醇、4-氨基-tempo、阿霉素、吉西他滨、紫杉醇、罗丹明、阿仑膦酸钠及其同系物和衍生物。

7、值得说明的是，丙烯酰氯、丙烯酸酐、甲基丙烯酰氯均含有可化学交联的基团，硝酸酯乙酸和硝酸酯乙醇则是人体内源性信使分子一氧化氮的供体，4-氨基-tempo是一种活泼的自由基清除剂，阿霉素、吉西他滨、紫杉醇是抗肿瘤药物，罗丹明是一种荧光探针，阿仑膦酸钠是一种治疗骨质疏松的药物。因此，这些功能性分子可以有效提升聚乙二醇-聚多肽共聚物的医用价值，拓展应用领域。

8、更进一步的，所述聚乙二醇-聚多肽共聚物选自bab型、aba型的三嵌段共聚物、ab型的二嵌段共聚物、a(b)n型的星形聚合物或(ab)n型多嵌段共聚物，其中n为2至10的整数。

9、更进一步的，所述聚乙二醇嵌段a为平均分子量为450-8000的端氨基化的聚乙二醇peg，所述聚多肽嵌段b为侧基修饰有功能性分子的聚天冬氨酸、侧基修饰有功能性分子的天冬氨酸单体与其他氨基酸单体的共聚物、侧基修饰有功能性分子的天冬氨酸单体与其他氨基酸衍生物单体的共聚物，其中，所述其他氨基酸包括l或d-甘氨酸、l或d-丙氨酸、l或d-苯丙氨酸、l或d-亮氨酸、l或d-异亮氨酸、l或d-缬氨酸、l或d-色氨酸、l或d-组氨酸、l或d甲硫氨酸。

10、值得说明的是，本发明所述“端氨基化的聚乙二醇peg”的分子结构式如下：

11、

12、本发明所述“聚多肽嵌段b”的分子结构式如下：

13、

14、

15、本发明的第二个目的在于提供一种如上所述的聚乙二醇-聚多肽共聚物衍生物的制备方法。

16、一种如上所述的聚乙二醇-聚多肽共聚物衍生物的制备方法，采用天冬氨酸-4-苄酯-n-羧基环内酸酐单体开环聚合制备得到所述聚乙二醇-聚多肽共聚物衍生物。

17、进一步的，所述制备方法还包括通过天冬氨酸-4-苄酯-n-羧基环内酸酐单体和其他氨基酸单体开环聚合制备得到所述聚乙二醇-聚多肽共聚物衍生物，其中，所述其他氨基酸包括l或d-甘氨酸、l或d-丙氨酸、l或d-苯丙氨酸、l或d-亮氨酸、l或d-异亮氨酸、l或d-缬氨酸、l或d-色氨酸、l或d-组氨酸、l或d甲硫氨酸。

18、值得说明的是，本发明公开的peg-聚多肽共聚物的衍生物采用天冬氨酸-4-苄酯-n-羧基环内酸酐单体(和其他氨基酸单体)，通过开环聚合来制备。由于天冬氨酸-4-卞酯的卞酯基团能够通过多种化学反应被取代，因此得到的疏水嵌段聚天冬氨酸-4-卞酯的侧链或天冬氨酸-4-苄酯-n-羧基环内酸酐单体与其他类型的氨基酸及其衍生物形成的共聚物的侧链将具有大量可化学修饰的活性位点，因此经化学修饰后聚天冬氨酸衍生物或其与其他类型的氨基酸及其衍生物的共聚物的分子链上将携带上大量药物或其他具有不同应用目的的功能基团。

19、并且，peg-聚(天冬氨酸-4-卞酯)嵌段共聚物或peg与天冬氨酸-4-苄酯-n-羧基环内酸酐单体和其他类型的氨基酸单体及其衍生物共聚形成的共聚物因大量卞酯基团的存在而疏水性过强，从而无法溶解。当适当调节疏水嵌段的分子量，且卞酯基团被取代以及小分子化合物化学键合于天冬氨酸侧链时，得到的嵌段共聚物衍生物将达到适当的亲疏水平衡，从而能够溶解在水溶液中，且共聚物溶液具备热致凝胶化特性或共聚物水体系可自发形成可注射的原位水凝胶。

20、本发明的第三个目的在于提供一种包含如上所述的聚乙二醇-聚多肽共聚物衍生物的凝胶制剂。

21、一种包含聚乙二醇-聚多肽共聚物衍生物的凝胶制剂，包括5-30wt％的载体材料和余量溶媒；且，所述载体材料为一种或多种如上所述的聚乙二醇-聚多肽共聚物的衍生物；所述溶媒包括纯水、生理盐水、缓冲溶液、细胞培养液、动植物及人体的体液或组织培养液。

22、应当理解的，本发明虽然限定了溶媒的种类，但其他的水溶液或不以有机溶剂为主体的介质都可以在适当情况下作为本发明的溶媒。

23、值得说明的是，本发明提出的包含peg-聚多肽共聚物衍生物的凝胶制剂在低温或室温处于流动的溶胶状态，随温度的升高能够在体温下自发形成热致水凝胶，或其水体系直接形成了可注射的原位水凝胶，形成的凝胶在生理条件下可使修饰于嵌段聚合物的小分子药物持续释放，或凝胶与病灶直接接触从而持续发挥疗效。也即，本发明公开的凝胶制剂具备可注射性，其在低温时处于溶液状态，在人体温度时能够转变成为凝胶状态；或凝胶制剂在低温或常温下自发形成可注射的原位凝胶。

24、进一步的，考虑到物理/化学双交联水凝胶的初始粘度等性质，本发明所述凝胶制剂还包括0.01-15wt％的调节剂，所述调节剂包括糖、盐、羧甲基纤维素钠、碘油、甘油、二甲硅油、丙二醇、卡波姆、甘露醇、山梨醇、表面活性剂、吐温20、吐温40、吐温80、木糖醇、低聚糖、软骨素、甲壳素、壳聚糖、胶原蛋白、明胶、蛋白胶、透明质酸、聚乙二醇中的一种或多种。

25、进一步的，所述凝胶制剂还包括物理负载于所述凝胶制剂中的一种或多种药物，所述药物包括阿霉素、紫杉醇、顺铂、吉西他滨、他莫昔芬、氟他胺、亮丙瑞林、福美司坦、曲妥珠单抗、纳武单抗、阿特珠单抗、利多卡因、布比卡因或罗哌卡因，及上述药物的衍生物、包含其的纳米材料或包含其的微米材料。

26、值得说明的是，阿霉素、紫杉醇、顺铂、吉西他滨及其衍生物为化疗药物，他莫昔芬、氟他胺、亮丙瑞林、福美司坦及这些药物的衍生物为激素类药物，曲妥珠单抗、纳武单抗、阿特珠单抗及这些药物的衍生物为抗体类药物，利多卡因、布比卡因、罗哌卡因为局麻药；通过合成和物理加工等方法得到的纳米及微米材料包括有机纳米及微米材料，无机纳米及微米材料，金属纳米及微米材料，金属-有机框架(mof)纳米及微米材料。

27、本发明的第四个目的在于提供一种如上所述包含聚乙二醇-聚多肽共聚物衍生物的凝胶制剂的制备方法。

28、一种如上所述包含聚乙二醇-聚多肽共聚物衍生物的凝胶制剂的制备方法，将所述载体材料溶解于溶媒中得到所述包含聚乙二醇-聚多肽共聚物衍生物的凝胶制剂，具体步骤包括：

29、将所述聚乙二醇-聚多肽共聚物衍生物低温溶解于溶媒中，-20℃储存备用，使用前复溶，按需加入药物混匀，得到所述凝胶制剂；或，

30、先配制药物注射液，然后与聚乙二醇-聚多肽共聚物衍生物混合并低温溶解于溶媒中，-20℃储存备用，使用前复溶，得到所述凝胶制剂；或，

31、分别配制药物注射液和聚乙二醇-聚多肽共聚物衍生物的溶媒溶液，单独分装，-20℃储存备用，使用前复溶，将药物注射液和聚乙二醇-聚多肽共聚物衍生物的溶媒溶液混合均匀，得到所述凝胶制剂；或，

32、将聚乙二醇-聚多肽共聚物衍生物和药物混合，低温溶解于溶媒中，-20℃储存备用，使用前复溶，得到所述凝胶制剂；或，

33、将聚乙二醇-聚多肽共聚物衍生物冻干粉和药物冻干粉一起封装保存，使用前加入溶媒，低温涡旋混合0.5-5min，现配现用，得到所述凝胶制剂；或，

34、将聚乙二醇-聚多肽共聚物衍生物冻干粉封装保存，使用前加入溶媒，低温涡旋混合0.5-5min，现配现用，得到所述凝胶制剂。

35、进一步的，所述低温为低于所述凝胶制剂溶胶-凝胶转变温度的温度，且所述凝胶制剂溶胶-凝胶转变温度为4-37℃。

36、本发明的第五个目的在于提供一种如上所述包含聚乙二醇-聚多肽共聚物衍生物的凝胶制剂的应用。

37、所述凝胶制剂在制备癌症治疗、神经疾病治疗、心血管疾病治疗、创伤修复、关节炎治疗、局部麻醉的材料及药物中的应用。

38、进一步的，所述凝胶制剂在低温、常温及体温下均为可注射的原位凝胶；或，所述凝胶制剂在低温时处于可注射的溶液状态，在人体温度时能够转变成为凝胶状态。

39、值得说明的是，所述凝胶制剂在制备癌症治疗、神经疾病治疗、心血管疾病治疗、创伤修复、关节炎治疗、局部麻醉的材料及药物中的应用既包括物理负载药物的情况，也包括不物理负载药物的情况。

40、与现有技术相比，本发明的优点在于：

41、1、本发明公开的聚乙二醇-聚多肽共聚物的衍生物是peg与天冬氨酸-4-苄酯-n-羧基环内酸酐单体和其他类型的氨基酸单体及其衍生物共聚形成的共聚物，其分子链侧链存在大量可修饰的活性位点，用以共价连接功能性分子，进而在提高功能性分子负载量的同时，还提升了亲水药物或不稳定的药物的稳定性。

42、2、本发明公开的凝胶制剂具有热致成胶特性，能够在室温或低于室温时处于溶液状态，在人体温度时转变成为凝胶状态，或所述凝胶制剂直接形成可注射的原位水凝胶，从而利用其特性注射入特定的治疗部位，实现化学键合于嵌段共聚物上的小分子药物/化合物的局部释放，提高利用率，减少副作用。

43、3、本发明公开的聚乙二醇-聚多肽共聚物的衍生物将亲水性药物通过化学键合方式连接在嵌段共聚物上，实现亲水药物的长效释放，也可以提高不稳定药物的稳定性，延长其作用时间，从而减少给药频率。

44、4、本发明公开的凝胶制剂还可以物理负载其它药物，可实现对心血管疾病、癌症、神经性疾病、关节炎等疾病的联合/协同给药。