專利名稱：醫(yī)療用可生物分解的生物可吸收性材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由可用于醫(yī)療用可生物分解的生物可吸收性材料用具(如縫合線、脈管支架、生物細(xì)胞載體、藥劑等的載體等)的生物可吸收性聚合物形成的醫(yī)療用可生物分解的生物可吸收性材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
可用作脈管支架、縫合線等醫(yī)療用材料的生物可吸收性聚合物有聚乳酸、聚乙醇酸、上述兩者的共聚物(即，乳酸-乙醇酸共聚物(polyglactin))、聚二烷酮、聚甘醇碳酸(三亞甲基碳酸酯與乙交酯的共聚物)等。
這樣的生物可吸收性聚合物由于會在生物體內(nèi)分解并被吸收，因此被廣泛使用。但其拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能和因應(yīng)于吸收的分解速度都基本上是確定的，因此，若提高其力學(xué)性能，它就會變得脆弱，且分解速度也會變慢。而若提高其分解速度，則其力學(xué)性能就會削弱。因此，存在使用目的和使用場所受到限制的問題。
非專利文獻(xiàn)高分子論文集Vol.56，No.9，pp.550-556(1999年9月)發(fā)明內(nèi)容PLLA(聚乳酸)作為可生物分解的材料廣為人知。其機(jī)械性能優(yōu)于其它的可生物分解的材料，但耐熱性不足，此外，可分解性也不充分。因此，已有P(L-LA(L-丙交酯)/CL(ε-己內(nèi)酯))、P(L-LA/DMO(環(huán)狀酯肽))、P(L-LA/CL/DMO)可用作提高PLLA的可分解性的共聚物的報道(參見非專利文獻(xiàn)1)。但CL雖然有助于可分解性，但會大大降低耐熱性和機(jī)械性能，而DMO也是對可分解性有幫助，但與耐熱性、機(jī)械性能基本上無關(guān)。本文中，“可分解性”是指在生物體內(nèi)分解所需時間，越短越好；“耐熱性”是指具有對在工業(yè)上進(jìn)行成型操作合適的溫度和對在保存環(huán)境中維持各種性能、在生物體溫度條件下維持強(qiáng)度合適的玻璃化溫度，“機(jī)械性能”是指具有可作為醫(yī)療用具在生物體內(nèi)發(fā)揮作用所需的高強(qiáng)度。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，將形成立構(gòu)復(fù)合物的二種聚合物混合，其機(jī)械性能和熱性能會超出預(yù)料地提高，并由此完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明提供一種醫(yī)療用可生物分解的生物可吸收性材料，它是下述A型聚合物與B型聚合物的聚合物混合物A型聚合物 B型聚合物 (式中，X1和X2為0-50摩爾％，Y1和Y2為0-50摩爾％，Z1和Z2為50-100摩爾％，m1和m2為3-8，R1和R3為氫或C1-C4烷基，R1’和R3’為C1-C2烷基，R2、R2’、R4和R4’為C1-C4烷基，但x1和x2不得同時為0摩爾％。)


圖1是酯肽的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是具有酯肽單元的共聚物的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是說明酯肽合成的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是酯肽開環(huán)共聚而成的2元和3元共聚物的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是L-DMO/CL/L-LA三元共聚物的1H-NMR譜。
圖6是L-DMO/CL/D-LA三元共聚物的1H-NMR譜。
圖7是L-DMO/L-LA二元共聚物的1H-NMR譜。
圖8是L-DMO/D-LA二元共聚物的1H-NMR譜。
圖9示出2元共聚物的混合比率與強(qiáng)度和耐熱性關(guān)系。
圖10示出3元共聚物的混合比率與強(qiáng)度和耐熱性關(guān)系。
圖11是酶分解性試驗的結(jié)果。
具體實施例方式
在上述A型聚合物與B型聚合物的聚合物混合物中，x1和x2可以是不同的比率，最好為1-20摩爾％。此外，y1和y2也可以是不同的比率，最好為1-30摩爾％。z1和z2可以是不同的比率，最好為70-99摩爾％。m1和m2可以是不同的值，以5-7為佳，最好為5。
在上述A型聚合物與B型聚合物的聚合物混合物中，R1、R3、R1’和R3’可以互不相同，較好地為甲基或乙基，更好地為甲基。R1’和R3’可以有光學(xué)活性，也可以沒有。此外，R2、R2’、R3和R3’可以互不相同，較好地為甲基或乙基，更好地為甲基。
在上述A型聚合物與B型聚合物的聚合物混合物中，A型聚合物和B型聚合物可以具有不同的分子量，從形成立構(gòu)復(fù)合物的角度看，其數(shù)均分子量均以1×103～3×105為佳，2×103～3×105更佳，2×104～2×105尤佳。
在上述A型聚合物與B型聚合物的聚合物混合物中，A型聚合物和B型聚合物分別可以是無規(guī)共聚物和嵌段共聚物中的任一種，但從熱性能和機(jī)械性能的角度看，最好是嵌段共聚物。
從熱性能和機(jī)械性能的角度看，在上述A型聚合物與B型聚合物的聚合物混合物中，A型聚合物與B型聚合物的混合比率較好地為1∶9～9∶1，更好地為3∶7～7∶3。
A型聚合物和B型聚合物的合成方法可以是將用適當(dāng)方法純化處理過的規(guī)定量的下述單體 (式中，R1為氫或C1-C4烷基，R1’為C1-C2烷基) (式中，m為3-8)以及
(式中，R2、R2’、R4和R4’為C1-C4烷基)加入到反應(yīng)容器中，再添加單體所需量(相對于單體1摩爾，為10-7～10-3摩爾)的催化劑。當(dāng)為2元共聚物時，使用二種單體，當(dāng)為3元共聚物時，使用三種單體。一般用作聚合用催化劑的例子有辛酸錫等金屬催化劑，可添加高級醇作為引發(fā)劑。將單體、催化劑、引發(fā)劑在反應(yīng)容器中充分?jǐn)嚢瑁诙栊詺怏w氣氛中于120-200℃進(jìn)行聚合。聚合溫度、催化劑量和聚合時間可根據(jù)所需分子量進(jìn)行調(diào)節(jié)。聚合結(jié)束后，溶解于氯仿等有機(jī)溶劑中，通過用甲醇等再沉淀來純化聚合物。
此外，還可添加與純化時使用的催化劑等摩爾或更多的鹽酸，生成金屬鹽，由此除去聚合物末端的催化劑。
聚合物的混合方法例如可以是，將用甲醇再沉淀純化的L-DMO/L-LA二元共聚物和L-DMO/D-LA二元共聚物、或L-DMO/CL/L-LA三元共聚物和L-DMO/CL/D-LA三元共聚物以規(guī)定的比例再度溶解于適量的氯仿中，然后將它們混合，激烈攪拌1-3小時，移入特氟隆(注冊商標(biāo))培養(yǎng)皿中，用澆注法得到膜狀聚合物混合物(立構(gòu)復(fù)合物)。此外，也可在聚合結(jié)束后，溶解于氯仿中，通過用甲醇再沉淀進(jìn)行純化，得到聚合物混合物(立構(gòu)復(fù)合物)。通過上述純化，可除去未形成立構(gòu)復(fù)合物的低分子量的聚合物。
實施例下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。
圖1示出酯肽的結(jié)構(gòu)。
如圖中所示，側(cè)鏈R1基團(tuán)為氫或C1-C4烷基，側(cè)鏈R1’基團(tuán)為C1-C2烷基。
作為酯肽的例子，使用由氨基酸和羥基酸衍生物合成的酯肽。作為羥基酸衍生物，可以使用氯乙酰氯、2-溴丙?；搴?-溴-正丁酰基溴。由上述羥基酸衍生物而得到的酯肽依次為L-MMO、L-DMO和L-MEMO。它們均可用于本發(fā)明，但這些酯肽單體與作為生物可吸收性聚合物的ε-己內(nèi)酯(CL)所形成的共聚物可被蛋白酶K分解的程度為L-MMO/CL＞L-DMO/CL＞L-MEMO/CL。
還有，由氨基酸和羥基酸合成的酯肽可使用L-丙氨酸、L-(DL-或D-)纈氨酸和L-亮氨酸，由此而得到的酯肽依次為DMO、PMO和BMO。它們均可用于本發(fā)明，但這些酯肽單體與作為生物可吸收性聚合物的ε-己內(nèi)酯(CL)所形成的共聚物可被蛋白酶K分解的程度為DMO/CL＞PMO/CL≥BMO/CL?？杀荒懝檀减ッ阜纸獾某潭葎t是PMO/CL＞BMO/CL≥DMO/CL?！睱-DMO/CL/L-LA三元無規(guī)共聚物、L-DMO/CL/D-LA三元無規(guī)共聚物、L-DMO/L-LA二元無規(guī)共聚物和L-DMO/D-LA二元無規(guī)共聚物的合成〕將環(huán)狀酯肽(DMO)加入到由作為聚乳酸的原料的L-丙交酯(L-LA)和作為聚ε-己內(nèi)酯的原料的ε-己內(nèi)酯(CL)所形成的共聚物中，得到三元共聚物。
圖2是具有將該酯肽聚合而得到的肽單元的共聚物的結(jié)構(gòu)圖。U表示酯肽單元。
這里，作為環(huán)狀酯肽，合成了3，6-二甲基-2，5-嗎啉二酮(DMO)。環(huán)狀酯肽為由α-氨基酸和α-羥基酸衍生物形成的環(huán)狀酯酰胺。這里，作為α-氨基酸，使用DL-丙氨酸，作為α-羥基酸衍生物，使用DL-2-溴丙?；濉＆?氨基酸為L-丙氨酸、D-丙氨酸時，采用同樣的合成方法。
作為合成的第1階段，首先，在堿性水溶液中使丙氨酸與2-溴丙?；暹M(jìn)行Schotten-Baumann反應(yīng)，形成肽鍵，得到2-溴丙?；彼?圖3)。
即，將DL-丙氨酸(53.4g、0.6mol)的4N NaOH(0.6mol)水溶液150ml冷卻至約5℃后，再用約30分鐘交替加入4N NaOH(0.72mol)180ml和DL-2-溴丙酰基溴(0.66mol)69.9ml。邊添加邊在冰浴中冷卻攪拌。將反應(yīng)混合物一直保持為微堿性。反應(yīng)結(jié)束后，過濾、分離出白色生成物。
將生成物溶解在水中，滴加5N HCl至約pH3，然后蒸去水分。邊將殘留的水溶液冷卻邊慢慢用5N HCl將其調(diào)節(jié)至酸性。得到白色生成物。以二乙基醚為提取液，用索格利特提取器提取所得白色生成物進(jìn)行純化。
得率30-40％。1H-NMR(δ，CDCl3)1.54(d，3H，NHCHCH3)，1.91(d，3H，BrCHCH3)，4.45(q，1H，NHCHCH3)，4.59(q，1H，BrCHCH3)，6.88(brs，1H，NH)。
接著，將純化了的2-溴丙?；彼?19.7g，0.0881mol)和與之等摩爾的NaHCO3(7.40g，0.0881mol)加入到二甲基甲酰胺(DMF)150ml中，在60℃回流24小時，進(jìn)行分子內(nèi)環(huán)化脫鹽，得到為白色粉末的環(huán)狀酯肽DMO(圖3)。
將DMO用氯仿重結(jié)晶2次進(jìn)行純化。
得率40-60％。熔點158-159℃。1H-NMR(δ，CDCl3)1.54(d，3H，NHCHCH3)，1.62(d，3H，OCHCH3)，4.24(q，1H，NHCH)，4.91(q，1H，OCH)，7.07ppm(brs，1H，NH)。
下面描述三元共聚物的合成。
共聚單體中，環(huán)狀酯肽(L-DMO)由α-氨基酸(L-丙氨酸)和α-羥基酸衍生物(DL-2-溴丙?；?合成后進(jìn)行純化，供使用。
此外，內(nèi)酯(CL)通過將CL溶解在甲苯中之后用CaH2干燥48小時、接著減壓蒸餾(2次)來純化。L-丙交酯(L-LA)通過用THF重結(jié)晶后進(jìn)行升華(2次)來純化。
聚合操作均在氬氣氛中進(jìn)行。
L-DMO/CL/L-LA三元共聚物的合成流程示于圖4中。
共聚物的配制按以下方法進(jìn)行。
將溶解于THF中的規(guī)定量的L-DMO和L-LA二種單體和催化劑辛酸錫(Sn(Oct)2；0.2mol％/單體)的甲苯溶液導(dǎo)入Schrenk管(聚合容器)中，減壓下捕集并除去溶劑THF和甲苯。
接著，將規(guī)定量的CL單體加入到同一聚合容器中，封閉容器。將封閉的容器浸漬在120℃的油浴中，開始聚合。
規(guī)定時間(12小時)后，將聚合容器從油浴中取出、冷卻。將生成的粗聚合物溶解在氯仿中，為除去聚合物末端的催化劑，加入相當(dāng)于添加的辛酸錫的2倍量以上的鹽酸，攪拌(3分鐘以上)，將生成的金屬鹽用蒸餾水提取(1次以上)，脫水干燥后，使其再沉淀于甲醇中，由此進(jìn)行純化。
表1和表2示出所得聚合物的得率和分子量。
此外，L-DMO/CL/L-LA(＝8∶13∶79)三元共聚物的1H-NMR數(shù)據(jù)(δ，CDCl3)如下所示。
1.38(m，2H，CH2CH2CH2CH2CH2)，1.50(m，6H，CH3×2(L-DMO))，1.57(d，6H，CH3×2(L-LA))，1.68(m，4H，CH2CH2CH2CH2CH2)，2.25～2.45(分裂為二個峰，2H，CCH2)，4.60(m，1H，OCH(L-DMO))，5.17(q，3H，OCH×2(L-LA)，NHCH(L-DMO))，6.60ppm(br.m，1H，NH)。
使用二種或三種聚合用單體，按與上述同樣的方法合成L-DMO/CL/D-LA三元無規(guī)共聚物、L-DMO/L-LA二元無規(guī)共聚物和L-DMO/D-LA二元無規(guī)共聚物。所得共聚物的1H-NMR數(shù)據(jù)(δ，CDCl3)如下所示。
P(L-DMO/L-LA)1.48(m，6H，CH3×2(L-DMO))，1.57(d，6H，CH3×2(L-LA))，4.59(m，1H，NHCH)，5.17(m，1H，OCH)，6.56ppm(br.d，1H，NH).
P(L-DMO/D-LA)1.49(m，6H，CH3×2(L-DMO))，1.57(d，6H，CH3×2(L-LA))，4.61(m，1H，NHCH)，5.17(m，1H，OCH)，6.58ppm(br.d，1H，NH).
P(L-DMO/CL/D-LA)；1.38(m，2H，CH2CH2CH2CH2CH2)，1.50(m，6H，CH3×2(L-DMO))，1.57(d，6H，CH3×2(L-LA))，1.68(m，4H，CH2CH2CH2CH2CH2)，2.26～2.38(分裂成二個峰，2H，CCH2)，4.59(m，1H，OCH(L-DMO))，6.66ppm(br.m，1H，NH)。
上述二元共聚物和三元共聚物的NMR譜示于圖5～圖8。
共聚物的組成通過用400MHz的核磁共振裝置(JEOL JMN-LA400)測得的1H-NMR譜的峰積分值比來確定。此外，還由這些光譜推定了共聚物的鏈序列(無規(guī)性)。
聚合物的數(shù)均分子量(Mn)和分子量分布(Mw/Mn)通過使用TOSO株式會社生產(chǎn)的GPC 8010系統(tǒng)(柱TSKgel(G2000HHR+G3000HHR+G4000HHR+G5000HHR)、柱溫40℃、差示折光檢測器(RI))、由標(biāo)準(zhǔn)聚苯乙烯制作的標(biāo)準(zhǔn)曲線加以確定。使用氯仿作為溶出液，流速為1mL/min。
〔聚合物混合物的配制方法〕取等重量的通過用甲醇進(jìn)行再沉淀而純化的2種聚合物(L-DMO/CL/D-LA和L-DMO/CL/L-LA、以及L-DMO/L-LA和L-DMO/D-LA)，溶于適量的氯仿中后，將它們混合，激烈攪拌1-3小時后，移入特氟隆(注冊商標(biāo))培養(yǎng)皿中，用澆注法得到膜狀聚合物混合物。
〔聚合物混合物的熱性能、機(jī)械性能和酶分解試驗〕聚合物和聚合物混合物的熱性能(即，玻璃化溫度(Tg)、熔點(Tm)和融解熱(ΔHm))用精工電子工業(yè)株式會社生產(chǎn)的差示掃描量熱計SSC5100DSC22C測定。測定在氮氣氛中進(jìn)行，升溫速度為10℃/min。
聚合物和聚合物混合物的機(jī)械性能(拉伸斷裂強(qiáng)度和致斷伸長率)用島津制作所生產(chǎn)的拉伸試驗機(jī)AGS-H 100N以十字頭速度100mm/min、標(biāo)點間距離15mm進(jìn)行測定。測定進(jìn)行至少3次，取其平均值。聚合物試樣的啞鈴狀試驗片(40mm×40mm×0.2mm)通過將聚合物材料在180-200℃熱壓約5分鐘而制成(型號SDMP-1000-D，規(guī)格JISK-7162-5B)。
聚合物和聚合物混合物的酶分解試驗按現(xiàn)有方法進(jìn)行。下面示出其概略。
將封入聚乙烯片狀網(wǎng)(網(wǎng)眼約為1×1mm)中的聚合物膜(膜厚約200μm，數(shù)10g)在放入了酶和緩沖液(50mL)的試樣管瓶內(nèi)培養(yǎng)(37℃)，使其分解。酶濃度為1國際單位(IU)/mg聚合物試樣。
考慮到酶活性下降、空氣中的微生物混入·繁殖，每隔約40小時，將含酶的緩沖液(分解液)換新一次。
可分解性通過分解前后的聚合物的重量和物性(分子量、組成、熱性能)的變化進(jìn)行評價。使用的酶是蛋白酶K(來源于Tritirachium Album，Merck公司生產(chǎn)，酶活性為30.0mAnsonU/mg)，使用的緩沖液為Good緩沖液Tricine(pH8.0)。
各聚合物和聚合物混合物的熱性能和機(jī)械性能示于下面的表1和表2。混合比率與熱性能和機(jī)械性能的變化關(guān)系示于圖9和圖10，酶分解性試驗的結(jié)果示于圖11。
表1

表2

*1熔點(Tm)和融解熱(ΔHm)的值有2個，這是因為通過測定，分別觀察到源自共聚物的熔點和融解熱(示于括號內(nèi)的數(shù)值)和源自立構(gòu)復(fù)合物的熔點和融解熱。
*2對源自共聚物的融解熱(ΔHm)(示于括號內(nèi))和源自立構(gòu)復(fù)合物的融解熱進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)源自立構(gòu)復(fù)合物的融解熱大，表明材料的大部分為立構(gòu)復(fù)合物。
如表1和表2所示，二元共聚物和三元共聚物的Tg和Tm分別只觀察到一個，表明無規(guī)性大。
此外，由圖5和圖6的三元共聚物的1H-NMR譜確認(rèn)，三元共聚物為無規(guī)性。即，由CL單元中的α-和ε-亞甲基的質(zhì)子峰(k，h)對鄰接的共聚用單元敏感、這些峰分別分裂成2個(k，h的高磁場側(cè)的峰相當(dāng)于基于CL-CL的同單元序列，低高磁場側(cè)的峰相當(dāng)于基于L-LA-CL和L-DMO-CL的異單元序列的峰)可知，該三元共聚物為無規(guī)共聚物。
在比L-DMO的Tm(約170℃)低的120℃進(jìn)行的共聚中，該單元得以切實地導(dǎo)入，是由于反應(yīng)性高的L-LA(Tm約為95℃)的聚合首先發(fā)生，由該活性的成長末端引導(dǎo)L-DMO(和/或CL)開環(huán)，然后被無規(guī)地結(jié)合到共聚物中所致。
表1和表2以及圖9～圖11的結(jié)果表明，二元和三元共聚物的聚合物混合物顯示出優(yōu)于PLLA、單獨的二元共聚物和單獨的三元共聚物的機(jī)械性能和熱性能，且具有優(yōu)于PLLA的分解性。
均聚物或立構(gòu)復(fù)合物的聚乳酸的機(jī)械性能之一的伸長率小，用作在體內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)張等變形的醫(yī)療用具時，存在會斷裂、開裂等方面的限制。而本發(fā)明的生物可吸收性聚合物無需犧牲強(qiáng)度、熱性能、分解性能等，就可具有與二元共聚物、三元共聚物同樣的充分必要的伸長率性能，適合用作醫(yī)療用具。
此外，本發(fā)明的生物可吸收性聚合物可通過調(diào)節(jié)其混合比率來調(diào)節(jié)其可分解性。
還有，本發(fā)明的生物可吸收性聚合物由于其酯肽單元所具有的N-H基團(tuán)是親水性的，因此，與不具有親水性基團(tuán)的聚乳酸(丙交酯)、己內(nèi)酯和它們的共聚物相比，用作體內(nèi)留置用的醫(yī)療用具、生物可吸收性醫(yī)療用具時，具有更好的生物親和性。
權(quán)利要求
1.醫(yī)療用可生物分解的生物可吸收性材料，它是下述A型聚合物與B型聚合物的聚合物混合物A型聚合物 B型聚合物 式中，X1和X2為0-50摩爾％，Y1和Y2為0-50摩爾％，Z1和Z2為50-100摩爾％，m1和m2為3-8，R1和R3為氫或C1-C4烷基，R1’和R3’為C1-C2烷基，R2、R2’、R4和R4’為C1-C4烷基，但x1和x2不得同時為0摩爾％。
2.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)療用可生物分解的生物可吸收性材料，其特征在于，所述A型聚合物和B型聚合物的數(shù)均分子量為1×103～3×105。
3.如權(quán)利要求1或2所述的醫(yī)療用可生物分解的生物可吸收性材料，其特征在于，所述A型聚合物和B型聚合物為無規(guī)共聚物。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的醫(yī)療用可生物分解的生物可吸收性材料，其特征在于，所述A型聚合物與B型聚合物的混合比率為1∶9～9∶1。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種分解性、耐熱性和機(jī)械性能優(yōu)異的醫(yī)療用可生物分解的生物可吸收性材料。它是下述A型聚合物與B型聚合物的聚合物混合物A型聚合物，B型聚合物，(式中，X
文檔編號A61L27/00GK101076362SQ20058004025
公開日2007年11月21日 申請日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月24日
發(fā)明者白浜博幸, 宮崎正充, 福知幹男 申請人:株式會社戈德曼