專利名稱：一種P(LA-MAA-EG)可降解pH敏感水凝膠共聚物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)藥用高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種P(LA-MAA-EG)共聚物及其制備方法和 用途。
背景技術(shù)：
水凝膠是一種交聯(lián)的親水性多聚物的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的水凝膠都具有很好的生物 相容性和性能可調(diào)性，所以它是一類在生物工程和醫(yī)藥領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景的重要生物材 料。水凝膠在維持其自身的結(jié)構(gòu)時(shí)可以吸收大量的水，這一特性與軟組織非常相似。同時(shí)水 凝膠對(duì)環(huán)境條件刺激的反應(yīng)性也在近年來(lái)引起了廣泛的關(guān)注。許多物理和化學(xué)的刺激被用于 誘導(dǎo)這一智能水凝膠系統(tǒng)的各種反應(yīng)，其中包括溫度、電場(chǎng)、溶劑、光、壓力、聲音和磁場(chǎng) 等物理信號(hào)，也包括pH、離子和特殊分子的識(shí)別等化學(xué)和生化的刺激信號(hào)。這些環(huán)境敏感性 或環(huán)境響應(yīng)性的水凝膠通常被稱為"聰明水凝膠"或者"智能水凝膠"。由于對(duì)環(huán)境刺激的 敏感性，這些水凝膠在藥物控制釋放系統(tǒng)、耙向藥物傳遞系統(tǒng)、細(xì)胞包埋和組織修復(fù)等領(lǐng)域 方面具有廣闊的應(yīng)用前景而備受關(guān)注。目前，治療用的蛋白質(zhì)和多肽類藥物主要是通過(guò)肌肉注射或者靜脈注射來(lái)使用的，因?yàn)?這些藥物在酸性的胃液或者含有多種分解蛋白質(zhì)的酶的生物液(如體液)中易于被降解，使 其生物活性失去。為了增加這些蛋白質(zhì)和多肽類藥物采用口服途徑的生物利用度，pH敏感的 水凝膠被用作研發(fā)新型的藥物運(yùn)送系統(tǒng)。在酸性的胃內(nèi)環(huán)境(PH=1.2)，藥物被水凝膠保護(hù) ;而在腸內(nèi)環(huán)境(pH=7.2)，藥物就可以滲透出來(lái)。聚(甲基丙烯酸-聚乙二醇)(簡(jiǎn)寫(xiě)為P (MAA-EG))共聚物在一定條件下可以形成可逆的氫鍵 結(jié)合復(fù)合體，這一絡(luò)合導(dǎo)致了在周?chē)h(huán)境PH值改變的情況下，凝膠溶脹性的改變。在酸性環(huán) 境中，聚乙二醇PEG鏈段與多PMAA鏈段通過(guò)氫鍵形成高度緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)pH增加至中性 、甚至堿性時(shí)，這一氫鍵復(fù)合物解聚，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得松散。當(dāng)pH值變小時(shí)，這一氫鍵復(fù)合物 又可以形成，這種可逆的氫鍵復(fù)合物使得P(MAA-EG)共聚物在蛋白質(zhì)或多肽藥物的口服傳遞 系統(tǒng)中具有潛在的巨大應(yīng)用前景。目前NA P印pas等人已用P(MAA-EG)用于胰島素的口服釋放 ，并取得了一定的效果。但非常遺憾的是這種P(MAA-EG)水凝膠不能生物降解，因此其臨床 應(yīng)用受到了極大的限制。同時(shí)，在應(yīng)用這種水凝膠作為藥物運(yùn)送體系，保持其形態(tài)靈活性和 生物可降解性，同時(shí)保證其他的一些必要的特性等方面仍然有很多問(wèn)題。鑒于此，開(kāi)發(fā)可生物降解的、pH敏感的水凝膠近年來(lái)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種共聚物。該共聚物引入了可降解的聚 (DL-乳酸)(簡(jiǎn)稱PLA)鏈段，它具有P(LA-MAA-EG)所示的結(jié)構(gòu)。其中，上述P(LA-MAA-EG)共聚物中PMAA的重量含量占20 70。/。， PEG重量含量占10 400/0 ，PLA鏈段的重量含量占20 60。/。。優(yōu)選的，PMAA的重量含量占20 60。/。， PEG大分子單體的重 量含量占10 20%， PLA大分子單體的重量含量占20 60。/。。其中，上述P(LA-MAA-EG)共聚物中，PEG鏈段的相對(duì)分子質(zhì)量為300 10000， PLA鏈段的 相對(duì)分子質(zhì)量為300 20000。進(jìn)一步的，PEG鏈段的相對(duì)分子質(zhì)量為300 2000; PLA鏈段的 相對(duì)分子質(zhì)量為500 2000。進(jìn)一步的，上述共聚物是由下述方法制備而成的以DMPA等作為引發(fā)劑，BIS作為交聯(lián) 劑，以HEMA-PLA， MAA， PEGDMA為原料，通過(guò)紫外光引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)合成 P(LA-MAA-EG)水凝膠。本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種制備上述P(LA-MAA-EG)共聚物的方法。 該方法包括下述步驟以DMPA等作為自由基聚合引發(fā)劑，BIS為交聯(lián)劑，以HEMA-PLA， MAA， PEGDMA或MPEG-MA 為原料，通過(guò)諸如紫外光引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)而合成P(LA-MAA-EG)水凝膠。其中，上述HEMA-PLA是通過(guò)HEMA (0. lmol)為起始物而引發(fā)DL-丙交酯開(kāi)環(huán)聚合作用而 形成。本發(fā)明所要解決的第三個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供上述P (LA-MAA-EG)共聚物在藥物釋放控制體系 、組織工程領(lǐng)域、可降解水凝膠及生物醫(yī)用高分子材料中的用途。本發(fā)明P(LA-MAA-EG)共 聚物特別適合用于pH敏感的局部釋放控制藥物體系、栓塞材料、可注射且可降解組織工程支 架材料等領(lǐng)域。本發(fā)明所要解決的第四個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種pH敏感型藥物組合物。該pH敏感型藥物組 合物是由上述的共聚物加載藥學(xué)上可用的藥物活性成分制成的。本發(fā)明P(LA-MAA-EG)共聚物水凝膠，在pbl. 2的水溶液中的平衡溶脹率要比pb7. 2的 水溶液中的低。溶脹率隨著pH從1.2提高到7.2而大大增加，這主要是由于氫鍵結(jié)合和靜電相 互作用引起的。當(dāng)環(huán)境pH值升到7.2時(shí)，羧酸基團(tuán)離子化，氫鍵消失；同時(shí)靜電排斥作用使 得多聚物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)擴(kuò)張。由于以上各種原因的結(jié)合，隨著pH值從1.2上升到7.2，溶脹率將急 劇增加，這一凝膠溶脹行為與P (MAA-EG)水凝膠的溶脹行為非常相似。由于本發(fā)明P(LA-MAA-EG)中創(chuàng)造性地引入了可降解的聚乳酸鏈段PLA，從而使本發(fā)明在 保持P(MAA-EG)水凝膠的pH敏感特性的同時(shí)，還具有了反復(fù)溶脹和可生物降解的特性。而這 些特性決定了本發(fā)明P (LA-MAA-EG)聚合物在藥物釋放控制體系、組織工程領(lǐng)域及生物醫(yī)用高 分子材料等應(yīng)用領(lǐng)域具有極好的應(yīng)用前景，為需要使用PH敏感特性的領(lǐng)域提供了一種新的選 擇。本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)便、產(chǎn)物得率高、純度高、性質(zhì)可控、適合于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。下面通過(guò)具體實(shí)施方式
進(jìn)一步描述但不限制本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式N，N'-Methylene-bis-acrylamide (BIS)，甲叉雙丙烯酰胺； methacrylic acid (MAA)， 甲基丙烯酸；poly (ethylene glycol) dimethacrylate (PEGDMA， PEG), 聚乙二醇； 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) ， 2-羥乙基甲基丙烯酸酉g; Tin (II) 2-ethylhexa麗te， 辛酸亞錫；2， 2-Dimethoxy 2-phenyl acetophenone (證A) ; 2， 2-二甲氧基2 —苯乙酮； 均為分析純，購(gòu)自美國(guó)Aldrich Company公司，其余試劑均為市售分析純。 實(shí)施例一 本發(fā)明P(LA-MAA-EG)共聚物的合成1、 HEMA-PLA大分子單體的合成2-羥乙基甲基丙烯酸酯封端的PLA大分子單體(HEMA-PLA)通過(guò)甲基丙烯酸羥乙酉g(HEMA) (0. lmol)為起始物的DL-LA(O. 3mol)開(kāi)環(huán)共聚合作用形成，其中辛酸亞錫(Tin (II) 2-ethylhexanoate， Sn (Oct) 2)用作催化劑。HEMA-PLA大分子先溶解到分析純的CH2Cl2中，然 后再?gòu)挠胣-hexane過(guò)濾后的濾過(guò)液中沉淀出來(lái)。然后這一混合物過(guò)濾并在25'C真空干燥至恒 重。純化的材料在冰箱中保存。2、 P(LA-MAA-EG)水凝膠的合成P(LA-MAA-EG)水凝膠通過(guò)紫外光引發(fā)的自由基聚合作用合成，DMPA用作光引發(fā)劑，甲叉 雙丙烯酰胺(BIS， MBA)作交聯(lián)劑。典型的P(LA-MAA-EG)-40-40-20 (S-l)制備流程如下HEMA-PLA 0.4g， MAA 0. 4g， PEGDMA 0. 2g， BIS 0. 3g， DMPA占全部單體重量的1%，以 上單體均溶解在二甲基甲酰胺DMF中，然后將溶液在氮?dú)獗Ｗo(hù)下注入一個(gè)稱量瓶，溶液在 365nm波長(zhǎng)的紫外燈(500w)下照射10-60min，這樣即可制得P (LA-MAA-EG) 40-40-20水凝膠 ，通過(guò)調(diào)節(jié)配方比例，采用本方法可以得到一系列P (LA-MAA-EG)水凝膠，如表1所示。表l本實(shí)例制備得到的幾種P (LA-MAA-EG)水凝姬樣品PLA: PMAA: PEGBIS(Wt%)Mn of PLAMn 。f PEGS-l40-40-200. 3500875S-220-60-200. 3500875S-360-20-200. 3500875S-4H100. 31500875S-540-40-200. 35001500S-640-40-200. 3500330根據(jù)紅外光譜和核磁共振氫譜的結(jié)果，可以看出本發(fā)明P(LA-MAA-EG)已經(jīng)成功合成。 實(shí)施例二 P(LA-MAA-MPEG)水凝膠的制備與實(shí)施例一的方法基本相同，只是在此處使用一端為雙鍵，另一端為甲氧基封端為PEG ，即為MPEG-MA，以其為大分子單體可以得到P(LA-MAA-MPEG)水凝膠，由于在該水凝膠中 MPEG只有一端含雙鍵，所得水凝膠的pH響應(yīng)性與P (LA-MAA-EG)水凝膠相比大大增強(qiáng)。實(shí)施三本發(fā)明P (LA-MAA-EG)載藥系統(tǒng)的制備本發(fā)明將P (LA-MAA-EG)水凝膠先在pH7. 2中溶脹，接著加入水溶性藥物如VB^或BSA等， 此時(shí)水溶性藥物將擴(kuò)散進(jìn)入水凝膠中，l-2小時(shí)后向體系中加入pH1.2的緩沖溶液下調(diào)體系 pH值，使水凝膠收縮，藥物將會(huì)很方便的被裝載到水凝膠內(nèi)部，這樣即可得到載藥水凝膠復(fù) 合物。本發(fā)明所示的載藥方法特別適合于裝載生物活性藥物如蛋白質(zhì)、多肽、或核酸藥物， 有利于保持這些藥物的生物活性。用本發(fā)明P (LA-MAA-EG)裝載藥品做成多種常規(guī)口服規(guī)格的水凝膠，分別放入人工胃液中 1 8小時(shí)，水凝膠的溶脹率很低，且藥物釋放量很少。將載藥水凝膠放入人工腸液后發(fā)現(xiàn)， 水凝膠很快出現(xiàn)溶脹，且藥物釋放速度明顯加快，這說(shuō)明了藥物的釋放行為具有pH敏感性。試驗(yàn)例一 本發(fā)明P(LA-MAA-EG)的pH敏感特性及生物降解性實(shí)驗(yàn)1、 溶脹性對(duì)于這一可生物降解的pH敏感的水凝膠，PMAA鏈段和PEG段都是親水性的，PLA段是疏 水性的。溶脹性就取決于PMAA、 PLA、 PEG的重量含量及分子量，同時(shí)還受交聯(lián)劑BIS重量含 量的影響，同時(shí)介質(zhì)的PH值對(duì)溶脹性影響至關(guān)重要。2、 對(duì)本發(fā)明P (LA-MAA-EG)水凝膠pH敏感性的影響因素63.1介質(zhì)pH值的影響由于P (LA-MAA-EG)水凝膠中PMAA鏈段中羧酸基團(tuán)及聚乙二醇鏈段的存在，水溶液的pH值 將極大的影響水凝膠的溶脹性。在pH4.2時(shí)，PMAA鏈段與PEG鏈段能夠復(fù)合形成氫鍵，使得 凝膠收縮，溶脹率降低。當(dāng)p^7.2時(shí)，PMAA鏈段的羧基離子化，它與PEG形成的氫鍵消失， 水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)隨之?dāng)U張，溶脹率增加。pH值從1.2上升到7.2時(shí)，P(LA-MAA-EG)水凝膠溶脹 率急劇增加的現(xiàn)象與P (MAA-EG)水凝膠的溶脹現(xiàn)象的趨勢(shì)完全相似。對(duì)于這一可生物降解的pH敏感水凝膠，溶脹率是由氫鍵、靜電排斥作用和大分子區(qū)段的 擴(kuò)展共同決定的。在低PH值條件下，氫鍵復(fù)合物的形成導(dǎo)致凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)塌陷。pH值升高時(shí) ，氫鍵斷裂，靜電排斥作用導(dǎo)致凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)擴(kuò)張。在高pH值時(shí)水凝膠的網(wǎng)孔大小比在低 pH值時(shí)要大，溶脹率也大。3.2 PMAA和PLA含量的影響P (LA-MAA-EG)水凝膠的PMAA和PEG鏈段是親水性的，而PLA是疏水性的。當(dāng)PEG含量不變 時(shí)，PMAA和PLA的含量對(duì)水凝膠的溶脹性有極大的影響。實(shí)驗(yàn)表明，溶脹率隨著親水性PMAA鏈段的增加而增加，而隨著疏水性PLA鏈段的增加而 減小。3. 3 PEG含量的影響由于PEG鏈段是非離子性和親水性的，所以也會(huì)影響水凝膠的溶脹率。隨著PEG含量的增 加，溶脹率也增加。3. 4 PEG分子量的影響水凝膠的溶脹率隨著PEG分子量的增加有細(xì)微的增長(zhǎng)，這可能是因?yàn)樗z網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的 網(wǎng)孔大小增加了的緣故。在P(LA-MAA-EG)水凝膠中，PEGDMA兩個(gè)端基均為雙鍵，它可以被用 作大分子的交聯(lián)劑。隨著PEG分子量的增加，交聯(lián)的密度就降低，相應(yīng)的樣品溶脹率就增大 。同時(shí)增加PEG的分子量可能會(huì)增強(qiáng)PEG與PLA鏈段，或與PMAA鏈段間的微觀分離( microphase s印aration)，這可能引起水凝膠的親水性增加，進(jìn)而增加水分子的吸入。3.5 PEG分子結(jié)構(gòu)的影響當(dāng)用MPEG-MA代替PEGDMA時(shí)，由于只有一端含有雙鍵，其形成的水凝膠的pH響應(yīng)性及pH 敏感性大大增強(qiáng)。這主要是由于PEGDMA相當(dāng)于大分子交聯(lián)劑，它的存在同時(shí)亦會(huì)束縛水凝膠 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。而MPEG-MA則不然。4、 本發(fā)明P (LA-MAA-EG)水凝膠溶脹/反溶脹的動(dòng)態(tài)研究水凝膠溶脹/反溶脹(pH敏感性)的動(dòng)態(tài)研究結(jié)果表明。所有的水凝膠在pH7.2時(shí)都溶脹，而在pH1.2時(shí)收縮。而水凝膠的收縮速率要比溶脹速率快得多。同時(shí)當(dāng)水凝膠在pH為7.2和 1. 2之間轉(zhuǎn)換時(shí)，溶脹率的變化隨著PMAA含量的增加其響應(yīng)速度相應(yīng)加快。P (LA-MAA-EG)水凝膠的pH敏感性主要是因?yàn)镻MAA鏈段上的羧酸基團(tuán)及聚乙二醇鏈段所決 定。當(dāng)水凝膠浸泡在pH7.2的水溶液時(shí)，羧酸基團(tuán)離子化，氫鍵斷裂，連同靜電排斥作用共 同導(dǎo)致凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)張，結(jié)果導(dǎo)致水凝膠的親水性增加，溶脹率提高。但是在pH1.2時(shí) ，氫鍵再次形成，水凝膠收縮，水凝膠的溶脹率急劇下降。因此，P(LA-MAA-EG)水凝膠的溶 脹與去溶脹動(dòng)態(tài)性主要決定于P(LA-MAA-EG)共聚物中PMAA的含量，同時(shí)也應(yīng)受到PEG的影響5、本發(fā)明P (LA-MAA-EG)水凝膠的降解特性動(dòng)態(tài)研究P (LA-MAA-EG)水凝膠的PLA鏈段是可生物降解的，水凝膠的重量損失主要是由PLA鏈段的 酯鍵斷裂引起。因此，PLA含量對(duì)水凝膠的降解率影響極大。隨著PLA含量增加，水凝膠的重 量損失就增加。水凝膠的降解速率不僅受PLA含量影響，還受到大分子結(jié)構(gòu)的親水性影響。當(dāng)PEG含量增 加時(shí)，水凝膠重量損失增加。這一現(xiàn)象是因?yàn)楫?dāng)PEG含量增加時(shí)水凝膠的溶脹率(親水性) 增加，鑒于此酯鍵將變得更容易斷裂。同時(shí)，水凝膠的重量損失率還隨著PEG分子量的增加 而增加。這同樣是因?yàn)镻EG分子量增加引起水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的交聯(lián)密度減少，而溶脹率(親 水性)增加所致。本發(fā)明P (LA-MAA-EG)水凝膠和現(xiàn)有P (MAA-EG)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明P (LA-MAA-EG)水 凝膠的在模擬體液下能生物降解，而P (MAA-EG)在相同條件下基本不降解。總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明P(LA-MAA-EG)制備的水凝膠的重量損失率主要是由PLA鏈段的含量決 定的，但是水解的速度還受到水凝膠的溶脹率和介質(zhì)pH值的影響。而PEG的含量和分子量也 能改變水凝膠的溶脹率和降解行為。本發(fā)明P (LA-MAA-EG)是一種既具有pH敏感性又具有良好 生物降解性的新型功能材料。上述實(shí)例結(jié)果表明，本發(fā)明P(LA-MAA-EG)中創(chuàng)造性地引入了可降解的聚乳酸鏈段，使其 在保持P (MAA-EG)水凝膠的pH敏感特性的同時(shí)，還具有了可生物降解特性。而這兩種特性決 定了本發(fā)明P(LA-MAA-EG)聚合物在藥物釋放控制體系、組織工程領(lǐng)域、可降解水凝膠及生物 醫(yī)用高分子材料等應(yīng)用領(lǐng)域具有極好的應(yīng)用前景，尤其是為實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)或多肽藥物的口服釋 放提供了一種新的選擇。本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)便、產(chǎn)物得率高、純度高、性質(zhì)可控、適合于大 規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。
權(quán)利要求
1. 一種共聚物，其特征在于其結(jié)構(gòu)式為P(LA-MAA-EG)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的共聚物，其特征在于所述P(LA-MAA-EG)中 ，PMAA的重量百分比為20 70。/。， PEG的重量百分比為10 40。/。， PLA的重量百分比為20 700/0
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的共聚物，其特征在于所述P(LA-MAA-EG)中 ，PMAA的重量百分比為20 60。/。， PEG的重量百分比為10 20。/。， PLA的重量百分比為20 60。/t)
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的共聚物，其特征在于所述 P (LA-MAA-EG)中，PEG鏈段的相對(duì)分子質(zhì)量為300 10000， PLA鏈段的相對(duì)分子質(zhì)量為300 20000。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的共聚物，其特征在于所述P(LA-MAA-EG)中 ，PEG鏈段的相對(duì)分子質(zhì)量為300 2000; PLA鏈段的相對(duì)分子質(zhì)量為500 2000。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的共聚物，其特征在于是由下述 方法制備而成的以DMPA作為引發(fā)劑，BIS作為交聯(lián)劑，以HEMA-PLA， MAA， PEGDMA為原料， 通過(guò)紫外光引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)合成P(LA-MAA-EG)水凝膠。
7. 一種制備權(quán)利要求1 6任一項(xiàng)所述的共聚物的方法，其特征在于 包括下述步驟以DMPA作為引發(fā)劑，BIS作為交聯(lián)劑，以HEMA-PLA， MAA， PEGDMA為原料，通過(guò)紫外光 引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)合成P(LA-MAA-EG)水凝膠。
8. 權(quán)利要求l 6任一項(xiàng)所述的共聚物在制備溫度pH敏感型藥物釋放 控制體系、細(xì)胞包埋材料、組織修復(fù)材料、可降解水凝膠或組織工程材料中的用途。
9. 一種pH敏感型藥物組合物，是由權(quán)利要求1 6任一項(xiàng)所述的共聚 物裝載藥物活性成分制備而成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及醫(yī)藥用高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種pH敏感，并可生物降解的共聚物及其制備方法和用途。該共聚物具有P(LA-MAA-EG)的結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明P(LA-MAA-EG)共聚物具有多種優(yōu)良特性，為需要使用pH敏感型共聚物的領(lǐng)域提供了一種新的選擇。
文檔編號(hào)C08F283/00GK101255222SQ200810300758
公開(kāi)日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者霞 趙, 錢(qián)志勇, 魏于全 申請(qǐng)人:四川大學(xué)