用于關(guān)節(jié)軟骨的仿生型界面潤滑劑的制作方法
【專利說明】用于關(guān)節(jié)軟骨的仿生型界面潤滑劑
[0001] 對相關(guān)申請的奪叉引用
[0002] 本申請依據(jù)35U.S.C. § 119(e)要求2012年10月19日提交的美國臨時申請 61/716, 119的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容并入本申請。
[0003] 聯(lián)邦咨助研究的聲明
[0004] 本發(fā)明是在國家科學基金會授予的撥款號DMR-0520404的政府支持下完成的。美 國政府具有本發(fā)明的某些權(quán)利。
[0005] 通討引用并入序列表
[0006] 提交的ASCII文本文件中命名為"SequenceListing. txt"、4, 096字節(jié)的序列表創(chuàng) 建于2013年10月18日，通過EFS-Web提交至美國專利商標局，在本申請中通過引用并入。 發(fā)明領(lǐng)域
[0007] 本發(fā)明涉及針對生物組織的潤滑方法，特別是針對關(guān)節(jié)和軟骨表面的潤滑方法， 以及使用高分子量的親水性聚合物刷治療骨關(guān)節(jié)炎的方法，所述聚合物刷模擬潤滑素的結(jié) 構(gòu)和活性。這些合成的潤滑素類似物聚合物刷（本申請中稱為接枝刷型聚合物），包括接枝 有聚乙二醇的聚丙烯酸主鏈。
[0008] 發(fā)明背景
[0009] 在發(fā)達國家有超過5000萬人遭受骨關(guān)節(jié)炎的折磨并且這一數(shù)字預計會隨中位年 齡和預期壽命的增長而升高。單在美國，每年對骨關(guān)節(jié)炎的治療帶來的經(jīng)濟影響就超過了 $300億。經(jīng)濟負擔以及其他因素（即，生活質(zhì)量、工時損失，等）促進更有效治療的開發(fā)。
[0010] 目前對骨關(guān)節(jié)炎（OA)的治療包括非類固醇抗炎藥[Scott etal. (2000) Rheumatol.39:1095 - 10、關(guān)節(jié)內(nèi)皮質(zhì)類固醇注射劑[Arroll et ah (2004)BMJ 2004; 328:8693]以及硫酸軟骨素或葡糖胺補充劑[Sinusas (2012) Am. Fam. Physician 85:49 -56];然而，它們對于疾病進展很少具有效果或沒有效果。最近的一種治療OA的方式是 關(guān)節(jié)內(nèi)注射天然的滑液糖胺聚糖，透明質(zhì)酸（HA) [Mabuchi et al. (1994)J.Biomed.Mat. Res. 28:865 - 70]。HA提升滑液的粘度（例如，粘度補充）以降低流體動力模式潤滑中的 摩擦系數(shù)[Tadmor et al.(2002)J. Biomed Mat. Res. 61:514-23]?；褐衅渌饕臐?滑成分是潤滑素，所述潤滑素是一種高分子量的糖蛋白，能降低邊界模式的潤滑中的摩擦 系數(shù)[Swann et al. (1972) J. Biol. Chem. 247:8069 - 73; Jay et al. (1998) J.Biomed.Mat. Res. 40:414 - 8 ;Chawla et al. (2013)Acta Biomat. 6:3388 - 94]。隨著關(guān)節(jié)軟骨潤滑領(lǐng)域 的成熟，顯示出需要流體動力模式和邊界模式的潤滑來預防在負重關(guān)節(jié)例如膝關(guān)節(jié)中的疾 病進展[Das et al. (2013)Biomacromol· 14:1669 - 77]。
[0011] 在受損的軟骨中，軟骨細胞產(chǎn)生潤滑素的能力受到了削弱并且邊界模式的潤滑降 低了 [Elsaid et al. (2012)0steoarthritis Cartilage 20:940 - 948]。在大鼠的疾病模 型中，向關(guān)節(jié)內(nèi)注射補充型潤滑素以及截斷的重組型潤滑素構(gòu)建體LUB: 1減緩了 OA的進 展[Jay et al. (2010)Arthritis Rheum. 62:2382 - 91 ;Flannery et al. (2009)Arthritis Rheum. 60:840 - 7]。然而，迄今為止，大規(guī)模重組制造潤滑素和LUB: I都依然具有挑戰(zhàn)性， 這歸因于上述蛋白質(zhì)核心結(jié)構(gòu)中的多個氨基酸重復以及其高度的糖基化[Jay (2004) Curr. Opin. Orthop. 15:355 - 359 ;Jones et al. (2007)J. Orthop. Res. 25:283-292]。
[0012] 自然界中的天然潤滑劑，例如蛋白聚糖聚集體和粘蛋白類（例如，潤滑素）將天然 表面保持為親水性。然而，迄今為止，大規(guī)模重組制造潤滑素和LUB: 1都依然具有挑戰(zhàn)性， 這歸因于上述蛋白質(zhì)核心結(jié)構(gòu)中的多個氨基酸重復以及其高度的糖基化[Jay (2004) Curr. Opin. Orthop. 15:355 - 359;Jones et al. (2007) J. Orthop. Res. 25:283-292]。因此，需要 一種能夠提供邊界潤滑的潤滑素和LUB: 1的仿生物。
[0013] 與其他聚合物接枝的潤滑性聚合物是本領(lǐng)域已知的，但是這些刷型共聚物沒 有一個被報道是針對關(guān)節(jié)性關(guān)節(jié)的邊界潤滑劑。例如，MUller描述了一種聚陽離子聚 合物聚L-賴氨酸-接枝-聚乙二醇（pLL-g-PEG)，其能夠吸附于并潤滑帶負電荷的表 面[MillIer(2009) "Aqueous Lubrication by Means of Surface-Bound Brush-Like Copolymers"Doctoral Dissertation ETH No. 16030]。Perrino(2009)報道了 pLL-g-葡 聚糖是另一種刷形成聚合物，其能夠促進帶負電荷表面的潤滑性[Perrino (2009) Poly (L-l ysine)-g-dextran(pLL-g-dex):Brush-forming, Biomimetic Carbohydrate Chains that Inhibit Fouling and Promote Lubricity"Doctoral Dissertation ETH No. 18224] 〇 Spiller綜述了包括天然的聚合物（例如，藻酸鹽、膠原蛋白、纖維蛋白和透明質(zhì)烷）和 合成的聚合物（例如，PVA、PEG和經(jīng)修飾的PEG)的水凝膠在修復軟骨缺陷上的用途， 但其中并不包括任何一種接枝刷型共聚物類的水凝膠[Spiller et al. (2011)Tissue Eng.17:281-299]〇
[0014] 研宄了聚丙烯酸-接枝-聚乙二醇（pAA-g-PEG)以測定在存在或不存在水的情 況下，涂布有PAA-g-PEG聚合物的硅膠皮與人造草皮之間在滑行性相互作用過程中的摩擦 力。在干燥條件下，所述摩擦系數(shù)大于1而在潮濕條件下，在低滑行速度時該摩擦系數(shù)的值 低于 0.01 [Van der Heide et al. (2009)Friction 1:130-142]。
[0015] Hartung描述了使用刷形成接枝共聚物包括聚稀丙胺-g-PEG和pAA-g-PEG共 聚物對陶瓷制品的潤滑。這些pAA-g-PEG共聚物降低了藍寶石配對的摩擦副（sapphire matched tribopairs)的摩擦系數(shù)而并未降低ZrO2配對的摩擦副（Zr02matched tribopairs)的摩擦系數(shù)。在該項研宄中，所述pAA-g-PEG聚合物具有長度適中的主鏈 (15kDa)、3-6 的接枝比以及 5kDa 的 PEG 側(cè)鏈[Hartung (2009) "Aqueous Lubrication of Ceramics by means of Brush-forming Graft Copolymers"Doctoral Dissertation ETH No. 18428]。Dom6nech (2006)報道了 pAA-g-PEG 接枝共聚物通過利用 IkDa 和 2kDa 的 PEG側(cè)鏈（比例各異）成為粘膜粘著劑遞送系統(tǒng)[001116116(3116七31.(2006#111\]\?11&；?!· Biopharm. . 63:11-8]。Sun報道了使用pAA-g-PEG微粒來封裝和遞送抗癌藥[Sun et al. (2013)Biomaterials 34:6818-28]。
[0016] 發(fā)明概沐
[0017] 在一方面，本發(fā)明提供了賦予生物組織適當水平的潤滑性的方法，所述方法包括 將所述生物組織與足量的組合物接觸以賦予適當?shù)臐櫥?。該組合物包括潤滑素或LUBl 的生物模擬物（仿生物）。在某些實施方式中，所述接枝刷型共聚物是聚丙烯酸-接枝-聚 乙二醇共聚物（本申請中縮寫為pAA-g-PEG)或接枝有其它刷段（例如，多糖、聚氧化丙烯 等）的PAA主鏈。在特定的實施方式中，所述接枝刷型共聚物是（i)聚陰離子主鏈，所述 聚陰離子主鏈的多分散指數(shù)范圍從1.0 至約I. 5并且分子量范圍從約50kDa至約200kDa， (ii) 刷段，所述刷段的分子量范圍從約IkDa至約20kDa，以及（iii) 一種或多種官能化的 端基。優(yōu)選的聚合物的流體動力學尺寸為至少約80nm，并且范圍可以高達100-120nm以及 近似于潤滑素的流體動力學直徑。
[0018] 在另一方面，本發(fā)明涉及治療骨關(guān)節(jié)炎的方法，所述方法包括向患者患關(guān)節(jié)炎 的關(guān)節(jié)或損傷的關(guān)節(jié)施用治療有效量的接枝刷型聚合物，其中所述接枝刷型共聚物是 pAA-g-PEG、本申請所述的接枝有其它刷段（例如，多糖、聚氧化丙烯等）的pAA主鏈，或者 是（i)聚陰離子主鏈，所述聚陰離子主鏈的多分散指數(shù)范圍從I. 〇至約1. 5并且分子量范 圍從約50k