專利名稱：用于藥物緩釋載體的聚酸酐及其合成方法
技術領域：
本發明涉及化學合成藥物緩釋材料及方法。采用二元脂肪酸與二聚酸共聚，制備得到親水性消炎藥和抗實體瘤藥物的載體。
背景技術：
聚酸酐是二十世紀八十年代初美國麻省理工學院Langer等(RosenHB等Bioerodible polyanhydrides for controlled drug delivery.Biomaterials，1983，4131-133)發現的一類新型合成生物可降解高分子材料，由于其具有良好的生物相容性、獨特的表面溶蝕(surface erosion)降解性、降解速度可調及易加工性等優異性能，很快在藥物控制釋放等醫學前沿領域得到應用。特別是其中一類聚酸酐聚[1，3-雙(對羧基苯氧基)丙烷-癸二酸][P(CPP-SA)]共聚物作為一類新型骨架型藥物控制釋放材料，前后歷經近二十年的系統研究，其骨架型控釋片劑GliadelTM于1996年獲FDA批準應用于復發膠質母細胞瘤的術后輔助化療(Langer RBiomaterials indrug delivery and tissue engineeringone laboratory’s experience.Acc Chem Res，2000，33(2)94-101)。而另一類聚酸酐聚(芥酸二聚體-癸二酸)[P(EAD-SA)]共聚物與慶大霉素組成的圓柱形控釋藥棒SeptacinTM用于治療骨髓炎已進入臨床實驗階段(Stephens D等Investigation of the in vitro release of gentamicinfrom a polyanhydride matrix.J Control Release，200063(3)305-317)。此外，已經體外和體內實驗證實，在藥物控制釋放領域可能獲得應用或存在潛在應用前景的主要有聚[1，3-雙(對羧基苯氧基)丙烷-癸二酸][P(CPP-SA)，SA∶CPP＝80∶20](Walter KA等Intratumoral chemotherapy.Neurosurgery，1995，37(6)1128-1145)，聚(富馬酸-癸二酸)[P(FA-SA)，FA∶SA＝20∶80](Domb AJ等Polyanhydrides.IV.Unsatured and crosslinked polyanhydrides.J Polym Sci，Part APolym Chem，1991，29571-579)，聚(馬來酸蓖麻酸酯)[P(RAM)]、聚(琥珀酸蓖麻酸酯)[P(RAS)](Teomim D等Ricinoleic acid-based biopolymers.J BiomedMater Res，1999，45(3)258-267)，以及聚(偏苯三酰亞胺-L-酪氨酸-癸二酸-1，3-雙(對羧基苯氧基)丙烷)][P(TMA-Tyr:SA:CPP)](Hanes J等Synthesis andcharacterization of degradable anhydride-co-imide terpolymers containingtrimellitylimido-L-tyrosinenovel polymers for drug delivery.Macromolecules，1996，295279-5287)等少數幾類聚酸酐。這幾類聚酸酐在常用溶劑(氯仿、二氯甲烷)中具有較好的溶解度，并且熔點在100℃以下(P(TMA-Tyr:SA:CPP)除外)，具有較好的機械強度和柔韌性，易于加工成型。卓仁禧(Fu J等Studies on the syntheses and drug release properties ofpolyanhydrides containing phosphonoformic(or acetic)acid ethyl ester in the mainchain.Chem J Chinese U，1997，18(10)1706-1710)和朱康杰(Jiang HL等Pulsatileprotein release from a laminated device comprising of polyanhydrides and pH-sensitivecomplexes.Int J Pharm，2000，194(1)51-60)等近年來報道了系列新型含磷聚酸酐，聚酯酸酐等系列共聚物，體外降解和藥物釋放證實這些新結構的聚酸酐均具有良好的藥物緩釋性能。
但這些聚酸酐藥物緩釋材料由短碳鏈二酸(如癸二酸)和長碳鏈二酸縮聚而成，由于短碳鏈二酸酸性較強，可能導致植入部位炎癥反應(Laurencin C等Poly(anhydride)administration in high doses in vivostudies ofbiocompatibility and toxicology.J Biomed Mater Res，1990，24(11)1463-1481)。本發明采用高真空熔融縮聚法，以植物油脂深加工得到的重要中間體二聚酸(Dimmer Acid，DA)主要組成為油酸(順-9十八碳烯酸)；亞油酸(順-9，12-十八碳二烯酸))催化二聚得到的二聚體，與十一烷二酸(Undecandioic Acid，UA)、十二烷二酸(月桂二酸，Dodecanedioic Acid，DDDA)、十三烷二酸(巴西基酸Brassylic Acid，BA)、十四烷二酸(Tetradecandioic Acid，TA)、十五烷二酸(Pentadecandioic Acid，PA)、十六烷二酸(Hexadecanedioic Acid，HA)等有十幾個碳原子(碳原子數11-16)、酸性較弱的二酸為單體，合成了系列不同單體配比的聚酸酐材料。該類聚酸酐材料目前尚未見報道。
發明內容
本發明采用高真空熔融縮聚的方法，以二聚酸(DA)為一種單體，分別與十一烷二酸(UA)、十二烷二酸(月桂二酸，DDDA)、十三烷二酸(巴西基酸，BA)、十四烷二酸(TA)、十五烷二酸(PA)、十六烷二酸(HA)單體在同樣的條件下分別共聚，旨在制備有適當藥物釋放速率的、有較高相對分子質量的聚酸酐材料。
具體合成步驟如下
1.預聚物的合成(1)二聚酸(HOOC-C34H62-COOH，DA)預聚物的合成將二聚酸(DA)與乙酸酐按摩爾比1∶2～5裝入有氮氣保護的容器中，120～160℃回流反應15～100分鐘，冷卻至60～100℃，減壓蒸去沒有反應完全的乙酸及乙酸酐，得到二聚酸酐預聚物，得率＞85％。FT-IR2926和2854(C-H)，1802，1720(C＝O)，1039(C-O)。
(2)合成六種二元酸預聚物(反應條件一樣)將乙酸酐分別與下列二元酸十一烷二酸(UA)、十二烷二酸(月桂二酸，DDDA)、十三烷二酸(巴西基酸，BA)、十四烷二酸(TA)、十五烷二酸(PA)、十六烷二酸(HA)單體中的一種按摩爾比1∶2～5分別裝入有氮氣保護的容器中；140～200℃回流反應15～100分鐘，冷卻至60～100℃，減壓蒸去沒有反應完全的乙酸及乙酸酐，產物用二氯甲烷溶解，石油醚或環己烷沉淀，砂芯漏斗過濾，無水乙醚或甲乙醚或四氫呋喃洗滌，真空干燥。得到六種二元酸預聚物。
2.聚酸酐的合成聚酸酐的合成路線如下式所示 將二聚酸預聚物與上述六種二酸預聚物的一種按摩爾比(m/n＝1/30～1/3)分別裝入聚合管中，置于硅油浴中，電磁攪拌并升溫，反應溫度為160～200℃，真空減壓至40～60Pa，熔融聚合70～110分鐘。每隔5～20分鐘通氮氣10～20秒，再抽真空。聚合完畢，冷卻得淡黃色固體產物，用二氯甲烷溶解，G4砂芯漏斗過濾，石油醚或環己烷沉淀，沉淀過濾，用無水乙醚或甲乙醚或四氫呋喃洗滌后干燥，得略帶黃色的粉末狀固體，得到相應的六種聚酸酐，其組成可用下式表示 式中x＝11～16，m為二聚酸預聚物的摩爾數，n為飽和的二元羧酸預聚物的摩爾數，m/n＝1/30～1/3。
3.表征合成的聚合物分別用FT-IR、DSC、GPC和TGA等進行了表征，并研究了合成聚合物的體外降解及其對模型藥物鹽酸環丙沙星的釋放性能。
所有聚酸酐的FT-IR顯示在約1810-1815和1743-1745cm-1有強的聚酸酐C＝O伸縮振動特征吸收峰，在2900cm-1和2850cm-1有C-H伸縮振動吸收峰和在1075-1078cm-1有C-O伸縮振動吸收峰。在3000cm-1以上無吸收峰表明聚合物中無-COOH殘留。GPC測試結果表明聚酸酐的重均分子量為20000～50000，滿足藥物載體的基本要求。DSC顯示的聚酸酐Tm值低于85℃，而這有利于熱不穩定藥物在熔融狀態下的加工。而Td大于200℃表明聚合物有較好的熱穩定性。
4.體外降解性能采用熱熔法，用自制的聚四氟乙烯模具制備圓柱形聚酸酐棒(φ4mm，長10mm)，棒質量約為150mg。將聚酸酐棒置于15mL的0.1mol/LpH7.4磷酸緩沖溶液中，在37℃恒溫搖床上進行降解實驗(轉速60rad/min)。每隔一定時間取出樣品，用蒸餾水洗樣品表面，放入P2O5真空干燥器中干燥24h稱重，通過樣品降解前后質量差計算降解速率。實驗結果表明，所得聚酸酐材料降解80％的時間，隨組成不同，從2個月到更長的時間不等。
5.藥物釋放性能將模型藥物鹽酸環丙沙星與聚酸酐混合，在瑪瑙研缽中研碎，采用上述制備聚酸酐棒的方法，制備載藥量為20％的圓柱形聚酸酐藥棒(φ4mm，長10mm)，藥棒分別置于50mL的0.1mol/L，pH＝7.4的磷酸鹽緩沖溶液中，于37℃恒溫搖床上進行降解實驗(轉速60rad/min)。每隔一定時間更換緩沖溶液，采用UV光譜測定釋放介質在波長271nm處的吸光度，依據測定的鹽酸環丙沙星在0.1mol/L，pH＝7.4的磷酸鹽緩沖溶液中271nm處UV吸收的回歸方程A＝0.27465ρ-5.133×10-4，式中A為吸光度；ρ為鹽酸環丙沙星質量濃度；回歸系數R＝0.999 95；測定線性范圍2.0～30.0μg，可計算出釋放至緩沖溶液中的藥物濃度。
實驗結果表明，均聚二酸酐的釋藥很緩慢。這是由于均聚物分子鏈規整，易于緊密排列，難以水解。與DA共聚后，規整性受到一定破壞，易于水解，并隨DA含量漸大而釋藥速度漸快，到DA含量在50％左右時達到最大值。之后由于疏水性單體DA含量增大，釋藥速率又趨減慢。藥物在釋放過程中無突釋效應。有些載藥棒在50天內持續緩和釋放約60％的總藥量，有望作為長效局部植入制劑應用于骨髓炎的治療研究。而有些載藥棒釋藥速率更慢，可望用于腦膠質瘤的局部化療。
相對于使用癸二酸的聚酸酐而言，本發明合成的聚酸酐材料降解時產生的二酸酸性較弱，對植入組織酸刺激較小，可能使組織炎癥反應消失，有較好的生物相容性。本發明的聚酸酐材料因為使用碳鏈較長的二酸作單體，降解速率慢，藥物釋放周期長，適用于骨髓炎、實體瘤(如腦膠質瘤)的局部緩釋給藥治療。
圖一聚酸酐P(DDDA-DA)對鹽酸環丙沙星的釋放橫坐標為藥物釋放時間(天數)，縱坐標為藥物累積釋放百分率1表示WDDDA∶WDA＝70∶30 2表示WDDDA∶WDA＝60∶403表示WDDDA∶WDA＝50∶50 4表示WDDDA∶WDA＝80∶205表示WDDDA∶WDA＝90∶10 6表示PDDDA均聚物圖二聚酸酐P(DA-BA)對鹽酸環丙沙星的釋放橫坐標為藥物釋放時間(天數)，縱坐標為藥物累積釋放百分率1表示WBA∶WDA＝70∶302表示WBA∶WDA＝50∶503表示WBA∶WDA＝60∶404表示WBA∶WDA＝80∶205表示WBA∶WDA＝90∶106表示BA均聚物圖三聚酸酐P(DA-TA)對鹽酸環丙沙星的釋放橫坐標為藥物釋放時間(天數)，縱坐標為藥物累積釋放百分率1表示WTA∶WDA＝50∶502表示WTA∶WDA＝60∶403表示WTA∶WDA＝70∶304表示WTA∶WDA＝80∶205表示WTA∶WDA＝90∶106表示PTA均聚物圖四聚酸酐P(DA-PA)對鹽酸環丙沙星的釋放橫坐標為藥物釋放時間(天數)，縱坐標為藥物累積釋放百分率
1表示WPA∶WDA＝70∶30 2表示WPA∶WDA＝50∶503表示WPA∶WDA＝-60∶40 4表示WPA∶WDA＝80∶205表示WPA∶WDA＝90∶10 6表示PA均聚物具體實施方式
例1聚(二聚酸-月桂二酸)共聚酸酐的合成在φ2cm，長20cm的聚合管中加入月桂二酸預聚物2克、二聚酸預聚物2克，置于硅油浴中，電磁攪拌。升溫至165℃，真空減壓至40Pa，熔融聚合75分鐘，每隔15分鐘通氮氣15秒，再抽真空。聚合完畢，冷卻得淡黃色固體，用二氯甲烷溶解，G4砂芯漏斗過濾，石油醚沉淀，沉淀用甲乙醚洗滌后干燥，得略帶黃色的粉末狀固體。其他不同預聚物質量配比的合成按上述方法類似進行。5種不同配比的聚酸酐P(DDDA-DA)的FT-IR及理化性質表征如表一所示(其中P表示產率)。
表一聚酸酐P(DA-DDDA)的FI-IR和理化性質vIR/cm-1WDA∶WDDDAP％ Mw/104Tm/℃ Td/℃C-H C＝0C-010∶90 913.9924 78.91 210.13 2919.49，2849.131811.91，1742.471073.1920∶80 873.2122 76.51 211.34 2920.70，2850.351809.95，1743.821076.8130∶70 853.0478 74.85 212.16 2921.51，2850.681810.77，1744.411076.3740∶60 962.8585 72.65 221.31 2921.57，2851.261812.09，1745.461076.6650∶50 922.4220 70.12 226.24 2922.33，2851.731810.33，1743.351077.31例2聚(二聚酸-十四烷二酸)共聚酸酐的合成在φ2cm，長20cm的聚合管中加入二聚酸預聚物2克、十四烷二酸預聚物3克，置于硅油浴中，電磁攪拌。升溫至170℃，真空減壓至45Pa，熔融聚合85分鐘，每隔10分鐘通氮氣10秒，再抽真空。聚合完畢，冷卻得淡黃色固體，用二氯甲烷溶解，G4砂芯漏斗過濾，環己烷沉淀，沉淀用無水乙醚洗滌后干燥，得略帶黃色的粉末狀固體。其他不同預聚物質量配比的合成按上述方法類似進行。5種不同配比的聚酸酐P(DA-TA)的FT-IR及理化性質表征如表二所示(其中P表示產率)。
表二聚酸酐P(DA-TA)的FI-IR和理化性質vIR/cm-1WDA∶WTAP％ Mw/104Tm/℃ Td/℃C-HC＝0 C-010∶90 923.8561 80.21 212.5 2920.31，2850.13 1811.72，1743.51 1074.5520∶80 863.2041 78.23 207.612921.10，2850.44 1811.53，1743.86 1076.1030∶70 892.9664 76.52 215.132921.35，2850.81 1810.90，1744.10 1075.3040∶60 932.5683 74.31 206.872922.30，2851.30 1812.07，1744.96 1076.4050∶50 912.4206 72.50 219.532922.87，2851.59 1811.30，1745.13 1077.09例3聚(二聚酸-月桂二酸)共聚酸酐-鹽酸環丙沙星藥棒中鹽酸環丙沙星的緩釋特征將鹽酸環丙沙星與聚酸酐混合，在瑪瑙研缽中研碎，采用熱熔法，用紅外燈將混和物加熱至約90℃使熔融，用自制的聚四氟乙烯模具制備載藥量為20％的圓柱形聚酸酐藥棒(φ4mm，長10mm)。藥棒分別置于50mL的0.1mol/L，pH＝7.4的磷酸鹽緩沖溶液中，于37℃恒溫搖床上進行降解實驗(轉速60rad/min)。每隔一定時間更換緩沖溶液，采用UV光譜測定釋放介質在波長271nm處的吸光度，依據測定的鹽酸環丙沙星在0.1mol/L，pH＝7.4的磷酸鹽緩沖溶液中271nm處UV吸收的回歸方程A＝0.27465ρ-5.133×10-4，式中，A為吸光度；ρ為鹽酸環丙沙星質量濃度；回歸系數R＝0.999 95；測定線性范圍2.0～30.0μg，可計算出釋放至緩沖溶液中的藥物濃度。5種不同配比組成的聚酸酐P(DDDA-DA)藥棒的釋藥速率如圖一所示。
例4聚(二聚酸-十三烷二酸)共聚酸酐的合成和藥物釋放在φ2cm，長20cm的聚合管中加入二聚酸預聚物1克、十三烷二酸預聚物4克，置于硅油浴中，電磁攪拌。升溫至175℃，真空減壓至55Pa，熔融聚合95分鐘，每隔15分鐘通氮氣15秒，再抽真空。聚合完畢，冷卻得淡黃色固體，用二氯甲烷溶解，G4砂芯漏斗過濾，石油醚沉淀，沉淀用無水乙醚洗滌后干燥，得到略帶黃色的粉末狀固體。其他不同預聚物質量配比的合成按上述方法類似進行。采用與例3相同的方法制備聚酸酐藥棒。5種不同配比組成的聚酸酐P(DA-BA)藥棒的釋藥速率如圖二所示。
例5聚(二聚酸-十四烷二酸)共聚酸酐-鹽酸環丙沙星藥棒中鹽酸環丙沙星的緩釋特征采用與例3相同的方法制備聚酸酐藥棒。不同配比組成的聚酸酐P(DA-TA)藥棒的釋藥速率如圖三所示。
例6聚(二聚酸-十五烷二酸)共聚酸酐的合成和藥物釋放在φ2cm，長20cm的聚合管中加入二聚酸預聚物0.5克、十五烷二酸預聚物4.5克，置于硅油浴中，電磁攪拌。升溫至190℃，真空減壓至60Pa，熔融聚合90分鐘，每隔15分鐘通氮氣15秒，再抽真空。聚合完畢，冷卻得淡黃色固體，用二氯甲烷溶解，G4砂芯漏斗過濾，石油醚沉淀，沉淀用四氫呋喃洗滌后干燥，得到略帶黃色的粉末狀固體。其他不同預聚物質量配比的合成按上述方法類似進行。采用與例3相同的方法制備聚酸酐藥棒。5種不同配比組成的聚酸酐P(DA-PA)藥棒的釋藥速率如圖四所示。
權利要求
1.下式的聚酸酐化合物，其結構通式為 式中x＝11～16，m為二聚酸預聚物的摩爾數，n為飽和的二元羧酸預聚物的摩爾數，m/n＝1/30～1/3。
2.權利要求1的聚酸酐化合物的制備方法，具體合成步驟如下①將二聚酸與乙酸酐裝入有氮氣保護的容器中，回流反應，冷卻至60-100℃，減壓蒸去沒有反應完全的乙酸及乙酸酐，得到二聚酸酐預聚物；②將十一烷二酸、十二烷二酸、十三烷二酸、十四烷二酸、十五烷二酸、十六烷二酸單體中的一種按質量比分別裝入有氮氣保護的容器中，回流反應，冷卻至60-100℃，減壓蒸去沒有反應完全的乙酸及乙酸酐，產物用二氯甲烷溶解，用有機溶劑沉淀，過濾，用有機溶劑洗滌，干燥，即得到六種二元酸預聚物；③合成聚酸酐將二聚酸預聚物與上述六種二元酸預聚物中的一種按摩爾比m/n＝1/30～1/3的配比分別裝入聚合管中，置于硅油浴中，電磁攪拌；反應升溫，真空減壓，熔融聚合；每隔5～20分鐘通氮氣10～20秒，再抽真空；聚合完畢，冷卻得固體產物，用二氯甲烷溶解，過濾，用有機溶劑沉淀，過濾，用有機溶劑洗滌后干燥，得略帶黃色的粉末狀固體，得到相應的六類聚酸酐。
3.按照權利要求2的聚酸酐化合物的制備方法，步驟①所述的二聚酸與乙酸酐的摩爾比為1∶2～5；所述的回流反應溫度為120-160℃，回流反應時間為15～100分鐘；步驟②所述的二元酸與乙酸酐的摩爾比為1∶2～5；所述的回流反應溫度為140～200℃，回流反應時間為15～100分鐘；所述用于沉淀的有機溶劑是石油醚或環己烷，洗滌的有機溶劑是無水乙醚或甲乙醚或四氫呋喃；步驟③所述的反應溫度為160～200℃，所述的真空減壓至40～60Pa，熔融聚合的時間為70～110分鐘；所述用于沉淀的有機溶劑是石油醚或環己烷，洗滌的有機溶劑是無水乙醚或甲乙醚或四氫呋喃。
4.權利要求1的聚酸酐化合物用于制備親水性消炎藥和抗實體瘤藥物的載體。
全文摘要
本發明采用二元脂肪酸與二聚酸共聚，制備得到親水性消炎藥和抗腫瘤藥的載體聚酸酐。聚酸酐材料因為使用碳鏈較長的二酸作單體，降解速率慢，藥物釋放周期長，適用于骨髓炎、實體瘤疾病的局部緩釋給藥治療。
文檔編號A61K47/32GK1544508SQ200310111439
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月24日 優先權日2003年11月24日
發明者郭文迅, 黃開勛, 徐輝碧 申請人:華中科技大學