粘合復合物凝聚層及其制備和使用方法

專利名稱：粘合復合物凝聚層及其制備和使用方法
粘合復合物凝聚層及其制備和使用方法相關申請的交叉引用本申請要求根據2009年7月23日提交的美國正式專利申請序列號為12/508，280 的優先權。該申請在此通過引用將其全部并入。序列表的交叉引用本文所述的蛋白質通過序列識別號(SEQ ID NO)引用。SEQ ID NO與序列標識符 <400>1、<400>2等數字對應。采用書面的計算機可讀格式(CFR)的序列表通過引用以其全部被并入。致謝促成本發明的研究由美國國家衛生研究院，基金號ROl EB006463部分資助。美國政府具有本發明中的某些權利。背景在當今社會中，骨折是嚴重的健康憂慮。除了骨折本身，多種其他健康風險與骨折有關。例如，關節內骨折是伸入關節表面并使軟骨表面破裂的骨損傷。軟骨表面的骨折經常會導致致衰弱的創傷性關節炎。創傷性關節炎發展中的主要決定因素被認為是在損傷時提供的能量的量、患者患創傷性關節炎的遺傳傾向(或其缺乏)，和復原的準確度和維持。 在這三種預后因素中，矯形護理員可控的唯一因素是實現和維持復原。將關節表面(軟骨) 和干骺端(緊鄰軟骨下面的骨的部分)的粉碎性損傷維持在復原(對齊的)位置是特別有挑戰性的。這與這一區域內的骨的質量和類型有關。它還與使用鈦或不銹鋼植入物固定的限制有關。如今，不銹鋼和鈦植入物是固定的主要方法，但是它們的尺寸和為放置它們必需的鉆孔經常干擾較小片骨和軟骨的精確操作和復原。已測試了多種骨粘合劑作為機械固定的替代方法。這些粘合劑分為四類聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、基于纖維蛋白的膠、磷酸鈣 (CP)粘固劑(cement)和CP樹脂復合材料。用于修復固定中的PMMA粘固劑具有眾所周知的缺點，最嚴重的一個是放熱環境反應產生的熱量可殺死相鄰的骨組織。另外，與骨的差粘結(bond)導致無菌性松動，是PMMA粘固修復失敗的主要原因。自從20世紀70年代，已測試基于血凝蛋白纖維蛋白原的纖維蛋白膠用于固定骨移植物和修復軟骨，且還未被廣泛采用。纖維蛋白膠的一個缺點是其由匯集的人供體血制造。因此，它們具有傳播傳染病的風險且可能潛在地被限制供應。CP粘固劑(cement)是一種或多種形式的CP的粉末，例如磷酸四鈣、無水磷酸二鈣、和β-磷酸三鈣。當將粉末與水混合時，其形成通過一種或多種形式的CP晶體，包括羥磷灰石的纏結而形成并硬化的膏狀物。CP粘固劑的優點包括等溫固化(isothermal set)、 已證明的生物相容性、骨傳導性，且其在愈合期間用作用于形成羥磷灰石的Ca和PO4的儲庫。主要缺點是CP粘固劑易碎，具有低機械強度并且因此對于小的關節片段的穩定復原不是理想的。CP粘固劑大多用作骨填隙料。CP粘固劑的差的機械特性已導致CP顆粒和聚合物的復合粘固劑。通過改變顆粒相和聚合物相的體積比例，可以將膠的模量和強度向著天然骨的那些模量和強度調整，這也是向我們打開的途徑。
由于與骨折有關的整體健康危害和如今修復方法的不完善狀態，需要新的固定方法。概述本文描述的是可生物降解的粘合復合物凝聚層(adhesive complexcoacervate) 的合成及其用途。粘合復合物凝聚層包括一種或多種聚陽離子和一種或多種聚陰離子的混合物。聚陽離子和聚陰離子在固化時通過共價鍵合彼此交聯。與常規粘合劑對比時，粘合復合物凝聚層具有多個期望特征，其在基于水的應用中是有效的。當應用到基材時，本文所述的粘合復合物凝聚層在水中顯示出低界面張力(即，它們散布在界面上而不是成珠)。 另外，復合物凝聚層的分子間交聯的能力增加了粘合復合物凝聚層的粘聚強度(cohesive strength)。粘合復合物凝聚層作為粘合劑和藥物遞送裝置具有許多生物學應用。特別地， 本文所述的粘合復合物凝聚層在水下應用和存在水的情況例如，生理條件下是特別有用的。將在以下說明中部分地闡述本發明的優點，并且部分地這些優點從該說明中將是明顯的，或可通過以下描述的方面的實踐獲知。借助于在所附權利要求中特別指出的組成部分和組合，將認識并實現以下所述的優點。應當理解的是，上述一般說明和以下詳細說明都僅是示范性和說明性的且不是限制性的。附圖簡述并入本說明書中并構成本說明書一部分的附圖，示出了下述多個方面。

圖1示出了 pH依賴的凝聚層結構的模型和粘合機制。㈧和多胺(紅色)配對的具有低電荷密度的多磷酸鹽(黑色)形成nm-級復合物。該復合物具有凈正電荷。(B)廣大的高電荷密度多磷酸鹽在存在二價陽離子(綠色符號)時形成由更緊湊的較低電荷密度的多胺連接的網絡。共聚物上的凈電荷是負電荷。(C)3，4-二羥基苯酚(D)被O2或加入的氧化劑的氧化引發苯醌(Q)和伯胺側鏈之間的交聯。凝聚層可通過靜電相互作用、3，4_ 二羥基苯酚側鏈、和苯醌介導的與基質蛋白質的共價偶聯粘合在羥磷灰石表面上。圖2-7示出了由沙堡蟲(P. californica)產生的可被用作本發明中的聚陽離子和聚陰離子的多個蛋白序列以及在本發明中有用的合成聚陽離子和聚陰離子。圖8示出了 DOPA交聯的不同機制。圖9示出了用于應用本文公開的復合物凝聚層的小“焊點”以修復骨折(A)，小的骨損傷(B)，或將合成支架粘結到骨組織上(C)的雙注射器系統。圖10示出了模擬共聚物的結構和UV/VIS特征。仏斤(33類似物，1，含有88.411101(% 磷酸鹽、9. 7mol%多巴酰胺(dopamide)，和0. Imol % FITC側鏈。Pcl類似物，2，含有 8. Imol^胺側鏈。在兩種情況下，余量是丙烯酰胺亞單位。(B) 3，4-二羥基苯酚的兒茶酚形式的^Onm處特征單峰存在于1的光譜中。用NaIO4氧化之后，出現對應苯醌形式的395nm 處的峰，證實了含有3，4-二羥基苯酚的共聚物的預期氧化還原行為。圖11示出了混合的聚合電解質的pH依賴的復合物凝聚層。㈧在低pH下，帶有等量胺和磷酸側鏈的1和2的50mg/ml混合物形成穩定的膠體PEC。隨著pH升高，聚合物凝縮為稠密的液態復合物凝聚層相。在PHlO下，共聚物進入溶液并氧化交聯成澄清的水凝膠。(B)共聚物側鏈的凈電荷作為pH的函數從共聚物側鏈密度計算。(C)在pH范圍2-4 上，PEC(圓圈)的直徑增加近3倍。在pH4以上，復合物絮凝，且它們的尺寸是不可測量的。
7與計算的凈電荷一致，在PH3. 6附近ζ電位(方塊)為0。圖12示出了粘合復合物凝聚層的液體特征。1和2的溶液含有等量的胺和磷酸側鏈，ρΗ7· 4。圖13示出了聚合電解質和二價陽離子的相圖。在固定ρΗ8. 2下改變胺與磷酸側鏈和磷酸側鏈與二價陽離子的比例。以灰度表示溶液的狀態。以深灰色方塊表示凝聚層相的質量(mg)。用星號表示的組合物被用來測試粘結強度。圖14示出了凝聚層粘結的骨的粘結強度、剪切模量和尺寸穩定性。(A)當相對于磷酸側鏈二價陽離子比例從0至0. 4升高時，斷裂處粘結強度增加 50%且硬度加倍。使用商業化的氰基丙烯酸酯粘合劑濕粘結的樣本作為參照。(對于所有條件，η = 6) (B)完全浸沒在PBS(pH7J)中達4個月的粘合的骨樣本的粘結物(bond)沒有明顯地膨脹。圖15示出了氧化前和氧化后(pH7.2)多巴胺共聚物的UV_vis光譜圖。氧化前存在的兒茶酚峰被轉化為苯醌形式。左上p(DMA[8]-Aam[92])。左下p (AEMA[30]_DMA[8])。 右通過多巴胺共聚物的氧化交聯形成水凝膠。㈧ρ (DMA[8]-Aam[92])。(B) ρ (EGMP [92] -DMA [8])。(C)與 ρ (ΑΕΜΑ [30] -Aam [70])混合的 ρ (DMA [8] -Aam [92])。(D)與 p(AEMA[30]-Aam[70])混合的ρ (EGMP [92]-DMA[8])。加括號的數字表示側鏈的mol %。箭頭表示光譜隨時間變化的方向。圖16示出了多巴胺在聚(EGMP[92]-DMA[8])中氧化的pH依賴性。箭頭表示光譜隨時間變化的方向。上pH5. 0，時間過程插圖。下pH6. 0。圖17示出了㈧人包皮成纖維細胞，⑶人氣管成纖維細胞，和(C)大鼠原代星形膠質細胞與粘合劑(紅色自發熒光塊區，白色星號)的直接接觸。細胞形態、纖連蛋白分泌，和運動性與沒有膠存在下生長的細胞不能區別。綠色=中間絲蛋白。紅色=分泌的纖連蛋白。藍色=DAPI染色的核。圖18示出了多片段大鼠顱面骨缺損模型。㈧缺損的產生。⑶骨帽的斷裂。(C) 缺損片段的替換。(D)骨膠的應用。(E-F)膠的固化(變深)。片段在E和F中被牢固固定。圖19示出了 pH和標準化凈電荷對形成粘合復合物凝聚層的影響。圖2O提供了 Pcl-Pc8的氨基酸mol%。圖21示出了用于生產胺修飾的明膠的反應方案。圖22示出了㈧水中(白色箭頭)的粘合復合物凝聚層的實例和⑶聚合電解質的相態特征以及凝結和交聯機制。圖23示出了多磷酸鹽-明膠-二價陽離子混合物的相圖=(A)Ca2+組合物，pH5 ； (B)Ca2+組合物，ρΗ7· 4 ； (C)Mg2+組合物，ρΗ5 ； (D)Mg2+組合物，ρΗ7· 4。每種混合物中的共聚物的總濃度是5wt%。可溶性組合物是白色的，凝縮成復合物凝聚層的組合物是淺灰色的， 形成凝膠或硬質固體沉淀的組合物是深灰色的。方塊中的數字代表分離的復合物凝聚層相的濃度(wt%)。沒有數字的灰色盒含有復合物凝聚層但體積太小而不能允許濃度的準確測量。含有復合物凝聚層的組合物的空間對于Mg2+較高并隨pH增加。Mg2+固相比硬質Ca2+ 沉淀更柔軟且更像凝膠。圖M示出了通過動態振蕩流變圖確定的固化溫度。㈧Ca2+/明膠/多磷酸鹽流變圖。在Ca2+比例大于0.15下，當溫度從0至40°C升高時，彈性模量(G’，黑色符號)以S形上升。(插圖)隨著Ca2+比例增加，彈性模量(G’ )和粘性模量(G”，灰色符號)的交叉、 固化或凝膠化溫度降低。為清楚表示，從插圖中去除了 Ca2+比例0. 25。(符號 0. 3/0. 6 Ca2+ 比例、· 0. 25/0. 6 Ca2+ 比例、▲ 0. 2/0. 6 Ca2+ 比例、參 0. 15/0. 6Ca2+ 比例)。(B)Mg2+/ 明膠/多磷酸鹽流變圖。(符號 0. 8/1. OMg2+比例、■ 0. 9/1. OMg2+比例、▲ 1. 0/01. OMg2+ 比例)。在恒應變為0. 且頻率為1. Ohz下，進行了對比測量。圖25示出了剪切強度作為二價陽離子比例和溫度的函數。㈧在恒定胺比例下， 改變相對于磷酸鹽的Ca2+比例。(B)在恒定胺比例下，改變Mg2+比例。在粘合劑完全浸沒在溫度-控制的水浴(PH7.4)中下進行測試。深色柱代表沒有氧化交聯時在37°C進行的剪切測試。白色柱代表沒有氧化交聯時在轉變溫度以下進行的剪切測試。交叉陰影柱代表在以相對多巴酰胺側鏈的1 2的比例下用NaI04氧化交聯后，在37°C進行的剪切測試。并在完全浸沒在溫度控制的水浴中的同時固化( 小時)和測試交聯的粘結物。柱代表平均值+/_標準差(對于所有組合物，η = 9)。圖沈示出了帶有光化學上可交聯基團的聚陽離子和聚陰離子的合成和隨后的聚陽離子和聚陰離子的交聯。詳述在公開和描述該化合物、組合物、物品、裝置、和/或方法之前，應當理解以下描述的方面不限于具體的化合物、合成方法或用途，因為這些自然可以變化。還應當理解本文使用的術語是僅用于描述具體方面的目的且不意味著是限制性的。在本說明書和在以下的權利要求中，將提及許多術語，這些術語應被定義為具有以下含義必須注意的是，如說明書和所附權利要求中所用的，除非上下文明確另外指明，單數形式“一種”、“一個”和“該”包含復數的提及對象。因此，例如，提到“一種藥物載體”包括兩種或更多種這類載體的混合物，及類似物。“任選的”或“任選地”是指隨后描述的事件或情形可以發生或可以不發生，且這種表述包括其中所述事件或情形發生的情況和其中所述事件或情形不發生的情況。例如，短語“任選地取代的低級烷基”是指可被取代或可不被取代的低級烷基且這種表述包括未取代的低級烷基和有取代的低級烷基。在本文中，范圍可被表述為從“約”一個具體值，和/或至“約”另一個具體值。當這種范圍被表述時，另一方面包括從所述一個具體值和/或至所述另一個具體值。相似地， 當值被表述為近似值時，通過使用先行詞“約”，將應理解該具體值形成另一方面。將應進一步理解每個范圍的端點在有關另一端點和獨立于另一端點時都是有效的。在本說明書和得出的權利要求中對組合物或物品中的具體成分或組分的重量份的提及，是指組合物或物品中一個成分或組分和任何其他成分或組分之間以重量份表示的重量關系。因此，在包含由2重量份的組分X和5重量份的組分Y的化合物中，X和Y以重量比2 5存在，且無論化合物中是否含有其他組分都以該比例存在。除非特別相反指明，組分的重量百分比是以包含該組分的制劑或組合物的總重量為基礎的。除非相反指明，貫穿本申請所用的例如R1、R2> R3> R4、R5> R13-R22> Α、X、d、m、n、s、t、 U、V、W、和X的變量是和之前定義的相同的變量。
本文所用的術語“烷基”是指1至25個碳原子的支鏈的或無支鏈的飽和烴基，例如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、癸基、十四烷基、十六烷基、二十烷基、二十四烷基及類似物。更長鏈烷基的實例包括，但不限于棕櫚酸酯基。“低級烷基”是包含從一至六個碳原子的烷基。本文所述的任何化合物可以是藥學可接受的鹽。一方面，通過用合適量的藥學可接受的堿處理游離酸制備藥學可接受的鹽。代表性的藥學可接受的堿為氫氧化銨、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈣、氫氧化鎂、氫氧化亞鐵、氫氧化鋅、氫氧化銅、氫氧化鋁、 氫氧化鐵、異丙胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺、三丙胺、乙醇胺、2-二甲基氨基乙醇、2-二乙基氨基乙醇、賴氨酸、精氨酸、組氨酸及類似物。一方面，在從約0°C至約100°C的溫度例如室溫下，單獨在水中或在與惰性的、與水互溶的有機溶劑組合的水中進行反應。在可應用的某些方面，選擇本文所述的化合物相對于所用的堿的摩爾比例以提供任何具體的鹽期望的比例。例如，為了制備游離酸起始材料的銨鹽，可用約一當量的藥學可接受的堿處理起始材料以產生中性鹽。另一方面，如果化合物具有堿性基團，其可用酸例如此1、冊1~、或H2SO4質子化以產生陽離子鹽。一方面，在從約o°c至約100°C的溫度例如室溫下，單獨在水中或在與惰性的、 與水互溶的有機溶劑組合的水中進行化合物與酸或堿的反應。在可應用的某些方面，選擇本文所述的化合物相對于所用的堿的摩爾比例以提供任何具體的鹽期望的比例。例如，為了制備游離酸起始材料的銨鹽，可用約一當量的藥學可接受的堿處理起始材料以產生中性
Τττ . ο本文描述了可生物降解的粘合復合物凝聚層及其應用。通常，復合物是陽離子和陰離子的以平衡比例的混合物以在期望PH下產生穩定的水性復合物。該粘合復合物凝聚層包括至少一種聚陽離子和至少一種聚陰離子，其中至少一中聚陽離子和/或聚陰離子是可生物降解的，且聚陽離子和聚陰離子包括至少一個能夠彼此交聯的基團。以下描述了凝聚層的每個組分和用于制備該凝聚層的方法。粘合復合物凝聚層是具有其中單獨的聚合物組分遍布整個相擴散的動態結構的組合液體。復合物凝聚層在流變學方面表現得類似粘性顆粒分散物而不像粘彈性的聚合物溶液。如以上所述，當應用到水下的或潮濕的基材時，粘合復合物凝聚層在水中顯示出低界面張力。換句話說，復合物凝聚層均勻分散在界面上而不是成珠。另外，經過分子間交聯， 粘合復合物凝聚層形成結實的、不可溶的、粘性的材料。相反地，可以是本文所述的粘合復合物凝聚層的前體的聚合電解質復合物(PEC) 是小的膠體顆粒。例如，參考圖11A，在pH3. 1和pH4. 2的PEC的溶液以具有約300nm直徑的膠體顆粒的牛奶狀溶液存在。當將PH升高至7. 2和8. 1時，PEC凝縮成濃縮的聚合物的液相(凝聚層相)和稀釋的平衡相。就這點而言，PEC可被轉化為本文所述的粘合復合物
凝聚層。圖1中呈現了聚合電解質復合物和粘合復合物凝聚層之間的相態特征差異的示例性模型。在低PH下帶有相反電荷的聚合電解質通過靜電作用聯合成帶有穩定懸液以產生PECl的凈正電表面電荷的納米復合物。隨著pH增加，復合物的凈電荷從正電向負電變化但維持在接近凈電中性。PEC可形成松散的沉淀相，通過進一步升高pH其可被轉化為復合物凝聚層2(圖1)。因此，在某些方面，通過調整pH和/或多價陽離子的濃度可以“引
10CN 102548581 A發” PEC到復合物凝聚層的轉變。例如，可在小于或等于4的pH下產生PEC，且可將PEC的 PH升高至大于或等于7. 0、從7. 0至9. 0、或8. 0至9. 0以將PEC轉化為復合物凝聚層。聚陽離子和聚陰離子之間的隨后的交聯(例如，如圖IC中示出的氧化和共價交聯)促使形成本文所述的粘合復合物凝聚層。聚陽離子和聚陰離子包含在固化時允許兩種聚合物之間的交聯的基團以生成新的共價鍵且最終生成粘合劑。交聯的機制可根據交聯基團的選擇而變化。一方面，交聯基團可以是親電基團和親核基團。例如，聚陰離子可具有一個或多個親電基團，且聚陽離子可具有能夠和親電基團反應以產生新的共價鍵的一個或多個親核基團。親電基團的實例包括但不限于酸酐基、酯、酮、內酰胺(例如，馬來酰亞胺和琥珀酰亞胺)、內酯、環氧基、異氰酸酯基和醛。下面給出了親核基團的實例。可替代地，聚陰離子可具有一個或多個親核基團， 且聚陽離子可具有能夠和親核基團反應以產生新的共價鍵的一個或多個親電基團。另一方面，聚陽離子和聚陰離子各自具有光化學上可交聯的基團。如本文所用的， 有關固化或聚合的“光化學上可交聯的基團”是指聚陽離子和聚陰離子之間的交聯通過光化學輻射，例如，舉例來說，UV輻射、可見光輻射、離子化輻射(例如Y射線或X-射線輻射)、微波輻射、及類似輻射來進行。光化學固化方法是本領域技術人員熟知的。光化學上可交聯的基團可以是不飽和的有機基團例如，舉例來說，烯屬基團。本文中有用的烯屬基團的實例包括但不限于丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、丙烯酰胺基、甲基丙烯酰胺基、烯丙基、 乙烯基、乙烯酯基或苯乙烯基。以下詳細描述有助于交聯的聚合引發劑的使用。另一方面，交聯可通過疊氮基經由光活化的交聯發生在聚陽離子和聚陰離子之間。再一次地，在這種類型的交聯期間形成新的共價鍵。另一方面，可交聯的基團包括能夠經歷氧化交聯的任何基團。術語“氧化交聯”被定義為基團或部分經歷氧化然后接著與另一個基團反應以產生新的共價鍵的能力。能夠經歷氧化交聯的基團的實例包括能夠在氧化劑存在下經歷氧化的二羥基取代的芳族基團。 一方面，二羥基取代的芳族基團是二羥基苯酚或鹵化的二羥基苯酚基團，例如，舉例來說， DOPA和兒茶酚(3，4- 二羥基苯酚)。例如，就DOPA來講，其可被氧化成多巴醌。多巴醌是能夠與相鄰DOPA基團或另一個親核基團反應的親電基團。在氧化劑例如氧氣或包括但不限于過氧化物、高碘酸鹽(例如，NaIO4)、過硫酸鹽、高錳酸鹽、重鉻酸鹽、過渡金屬氧化劑(例如，!^f3化合物、四氧化鋨)或酶(例如，兒茶酚氧化酶)的其他添加劑存在下，二羥基取代的芳族基團可被氧化。一方面，聚陰離子和/或聚陽離子包括能夠經歷氧化交聯的至少一種二羥基芳族基團，其中二羥基芳族基團共價連接到聚陰離子或聚陰離子上。一方面，聚陽離子和聚陰離子都包括能夠經歷氧化交聯的鄰-二羥基芳族基團。另一方面，聚陽離子包括鄰-二羥基芳族基團且聚陰離子包括能夠與二羥基芳族基團的氧化形式反應以形成共價鍵的親核基團。在某些方面，可穩定化氧化劑。例如，與不具有氧化還原活性的高碘酸鹽形成復合物的化合物可以產生穩定化的氧化劑。換句話說，高碘酸鹽在非氧化形式下是穩定化的且當在復合物中時不能氧化二羥基取代的芳族基團。復合物是可逆的且即使其具有極高的穩定常數，依然形成小量的未復合的高碘酸鹽。穩定但可逆的氧化劑允許氧化劑的緩慢釋放以控制氧化交聯的速率。二羥基取代的芳族基團同化合物競爭小量的游離高碘酸鹽。當游離高碘酸鹽被氧化時，由于其處于平衡中，更多的游離高碘酸鹽從復合物釋放出來。一方面，具有簇集在六元環上的順，順-1，2，3-三醇的糖可形成競爭性高碘酸鹽復合物。形成穩定高碘酸鹽復合物的特定化合物的實例是1，2-0-異亞丙基-α -D-呋喃葡萄糖。穩定化的氧化劑可控制交聯速率。不希望被理論約束，穩定化的氧化劑降低氧化速率以使得在粘合劑不可逆地硬化之前，有添加氧化劑和放置基材的時間。氧化交聯劑的穩定性可以變化。例如，含有可氧化交聯劑的本文所述的含膦酰基聚陰離子在溶液中是穩定的且不與自身交聯。這允許存在于聚陽離子上的親核基團與氧化的交聯劑反應。這是本發明的期望特征，其允許分子間鍵的形成并最后形成強力粘合劑。有用的親核基團的實例包括但不限于羥基、硫醇和含氮基團例如取代的或未取代的氨基和咪唑基。例如，賴氨酸、組氨酸和/或半胱氨酸殘基可被摻入到聚陽離子中且引入親核基團。 圖8中示出了這種實例。DOPA殘基1可被氧化以形成多巴醌殘基2。多巴醌是反應中間體且可與另一聚合物或同一聚合物上的DOPA殘基交聯(即，反應)以生成二-DOPA基。可替代地，多巴醌殘基可通過邁克爾型加成與親核試劑例如，舉例來說，氨基、羥基、或硫醇基反應以生成新的共價鍵。參考圖8，賴氨酰基、半胱氨酰基、和組氨酰基與多巴醌殘基反應以生成新的共價鍵。盡管DOPA是合適的交聯基團，本文可使用其他基團例如，舉例來說酪氨酸。 以下將討論交聯對于使用本文所述的粘合復合物凝聚層的重要性。在其他方面，存在于聚陽離子和/或聚陰離子上的交聯劑可與過渡金屬離子形成配位化合物。例如，可向聚陽離子和聚陰離子的混合物中加入過渡金屬離子，其中兩種聚合物都含有能夠與過渡金屬離子配位的交聯劑。通過選擇交聯劑、過渡金屬離子和PH可控制配位和解離的速率。因此，除了以上所述的共價交聯，可通過靜電作用、離子鍵或其他非共價結合發生交聯。本文可使用過渡金屬離子例如，舉例來說，鐵、銅、釩、鋅、和鎳。聚陽離子和聚陰離子通常包括在特定ρΗ下帶有多個可帶電基團的聚合物骨架。 這些基團可側鏈連接至聚合物骨架和/或摻入聚合物骨架中。在某些方面，(例如，生物醫藥應用)，聚陽離子是具有陽離子基團或可通過調節PH被容易地轉化為陽離子基團的任何生物相容性的聚合物。一方面，聚陽離子為多胺化合物。多胺的氨基可以是支鏈或是聚合物骨架的一部分。氨基可以是能被質子化以在所選PH下產生陽離子銨基團的伯胺基團、仲胺基團或叔胺基團。通常，如在其等電點(Pl)即聚合物帶有電中性凈電荷的PH中所反映的，多胺是在相關PH下相對于負電荷帶有極大過量的正電荷的聚合物。存在于聚陽離子上的氨基的數量最終決定了在特定PH下聚陽離子的電荷。例如，聚陽離子可具有從10至90 摩爾％、從10至80摩爾％、10至70摩爾％、10至60摩爾％、10至50摩爾％、10至40摩爾％、10至30摩爾％、10至20摩爾％的氨基。一方面，多胺在約7的ρΗ下具有過量的正電荷，具有明顯大于7的pi。如以下將要討論的，額外的氨基可被摻入聚合物中以增加pi 值。一方面，可從連接在聚陽離子上的賴氨酸、組氨酸、或咪唑殘基獲得氨基。任何陰離子反離子可被用來與陽離子聚合物結合。反離子應當是與組合物的主要組分在物理上和化學上相容的且不會以其他方式過度損害產物的性能、穩定性或美學特征。這些反離子的非限制性實例包括鹵化物(例如，氯化物、氟化物、溴化物、碘化物)、硫酸鹽和甲基硫酸鹽。一方面，當聚陽離子為天然存在時，聚陽離子可以是由自然生物體生產的帶正電的蛋白質。例如，由沙堡蟲生產的蛋白質可被用作聚陽離子。圖2-6示出了由沙堡蟲生產的幾種粘固劑蛋白的蛋白序列(Zhao等人“Cement Proteins of the tube buildingpolychaete Phragmatopomacalifornica(造管多毛綱環節動物沙堡蟲的粘固劑蛋白)” J. Biol. Chem. (2005)280 :42938-42944)。圖20提供了每種蛋白的氨基酸摩爾％。參考圖2_5， Pcl、Pc2、Pc4-Pcl8(分別是SEQ ID NO 1、2、5_19)為聚陽離子，其中聚合物在中性pH下是陽離子的。為了達到想要的溶液性質，可以改變蛋白質中存在的氨基酸的類型和數量。例如，參考圖20，Pcl富含賴氨酸(13.5摩爾％)而Pc4和Pc5富含組氨酸(分別是12. 6和 11. 3 摩爾 ％ )。另一方面，聚陽離子是通過基因或修飾基因或含有來自幾個基因的部分的組合基因在異源宿主例如，舉例來說，細菌、酵母、牛、山羊、煙草及類似物中的人工表達而生產的重組蛋白。另一方面，聚陽離子可以是遺傳修飾的蛋白。另一方面，聚陽離子可以是可生物降解的多胺。可生物降解的多胺可以是合成的聚合物或天然存在的聚合物。可降解多胺的機制將根據所使用的多胺而改變。就天然聚合物來講，它們是可生物降解的，因為有可水解聚合物和破壞聚合物鏈的酶。例如，蛋白酶可以水解天然蛋白如明膠。就合成的可生物降解的多胺來講，它們也具有化學不穩定鍵。例如，β-氨基酯具有可被水解的酯基。除了多胺的本質特征，為了改變可生物降解的程度， 可改變其他因素例如多胺的分子量和粘合劑的交聯密度。一方面，可生物降解的多胺包括多糖、蛋白質、或合成多胺。本文可使用帶有一個或多個氨基的多糖。一方面，多糖是天然的多糖例如殼聚糖。相似地，蛋白質可以是合成的或天然存在的化合物。另一方面，可生物降解的多胺是合成的多胺例如聚(0_氨基酯)、聚酯胺、聚(二硫化胺)、混合的聚(酯和酰胺-胺)，和肽交聯的多胺。在某些方面，期望聚陽離子以及聚陰離子是非凝膠的和低內毒素。在聚陽離子為合成的聚合物的情況下，可使用多種不同的聚合物；然而，在某些應用例如，舉例來說，生物醫學應用中，期望聚合物是生物相容性的且是對細胞和組織無毒的。一方面，可生物降解的多胺可以是胺修飾的天然聚合物。術語“胺修飾的天然聚合物” 被定義為已隨后被操作或處理以改變聚合物的天然狀態的任何天然聚合物。例如，可使用本文所述的技術化學修飾天然聚合物。可替代地，天然聚合物可被變性或被酶消化。一方面，胺修飾的天然聚合物可以是胺修飾的蛋白質例如，舉例來說，用一個或多個烷基氨基、 雜芳基、或被一個或多個氨基取代的芳族基團修飾的明膠或膠原。在式IV-VI中示出了烷基氨基的實例-NR13 (CH2) SNR14R15IV
權利要求
1.一種可生物降解粘合復合物凝聚層，所述可生物降解粘合復合物凝聚層包括至少一種聚陽離子和至少一種聚陰離子，其中至少一種聚陽離子和/或聚陰離子是可生物降解的，且所述聚陽離子和聚陰離子包括至少一個能夠彼此交聯的基團。
2.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陽離子包括多糖、蛋白質或合成多胺。
3.根據權利要求2所述的凝聚層，其中所述蛋白質包括重組蛋白質或遺傳修飾的蛋白質。
4.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陽離子包括胺修飾的天然聚合物。
5.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陽離子包括胺修飾的蛋白質。
6.根據權利要求4所述的凝聚層，其中所述胺修飾的天然聚合物包括經一個或多個烷基氨基、雜芳基、或經一個或多個氨基取代的芳族基團修飾的明膠或膠原。
7.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陽離子包括被乙二胺修飾的明膠。
8.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陽離子在生理PH下具有大于7的pi值。
9.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陰離子包括一種或多種硫酸根、磺酸根、 羧酸根、硼酸根(borate)、硼酸根(boronate)、膦酸根、磷酸根，或其任何組合。
10.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陰離子包括多磷酸鹽化合物。
11.根據權利要求10所述的凝聚層，其中所述多磷酸鹽化合物包括天然化合物、化學修飾的天然化合物或合成類似物。
12.根據權利要求11所述的凝聚層，其中所述天然化合物包括DNA、環狀多膦酸鹽或蛋白質。
13.根據權利要求11所述的凝聚層，其中所述化學修飾的天然化合物包括磷酸化的蛋白質或多糖。
14.根據權利要求10所述的凝聚層，其中所述多磷酸鹽化合物包括側鏈連接至所述聚合物骨架的至少一個磷酸基團和/或摻入所述聚合物骨架的至少一個磷酸基團。
15.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陰離子包括含有一個或多個側鏈磷酸基團的聚丙烯酸酯。
16.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陰離子包括含有至少一個含有式II的片段的聚合物
17.根據權利要求16所述的凝聚層，其中R4為甲基且η為2。
18.根據權利要求10所述的凝聚層，其中所述多磷酸鹽化合物包括從10至90摩爾％的磷酸基團。
19.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陰離子和/或聚陽離子包括能夠經歷氧化的至少一個二羥基芳族基團，其中所述二羥基芳族基團共價地連接到所述聚陰離子上。
20.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述凝聚層包括至少一種多價金屬陽離子。
21.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述多價陽離子包括一種或多種二價陽離子或一種或多種過渡金屬離子或稀土金屬。
22.根據權利要求21所述的凝聚層，其中所述多價陽離子包括Ca+2和/或Mg”。
23.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述組合物還包括一種或多種生物活性劑。
24.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述凝聚層還包括可逆氧化劑復合物。
25.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陽離子上的交聯基團包括親核基團且所述聚陰離子上的交聯基團包括親電基團。
26.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陽離子上的交聯基團包括親電基團且所述聚陰離子上的交聯基團包括親核基團。
27.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陽離子和聚陰離子上的交聯基團包括能夠經歷氧化交聯的鄰-二羥基芳族基團。
28.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陰離子上的交聯基團包括鄰-二羥基芳族基團且所述聚陽離子包括能夠與所述交聯基團反應以形成共價鍵的親核基團。
29.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陽離子上的交聯基團包括鄰-二羥基芳族基團且所述聚陰離子包括能夠與所述交聯基團反應以形成共價鍵的親核基團。
30.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陰離子和所述聚陽離子上的交聯基團包括光化學上可交聯的基團。
31.根據權利要求30所述的凝聚層，其中所述光化學上可交聯的基團包括烯屬基團。
32.根據權利要求31所述的凝聚層，其中所述烯屬基團包括丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、丙烯酰胺基、甲基丙烯酰胺基、烯丙基、乙烯基、乙烯酯基或苯乙烯基。
33.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陽離子包括含有一個或多個側鏈氨基的聚丙烯酸酯。
34.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述聚陽離子包括含有一個或多個側鏈咪唑基團的聚丙烯酸酯。
35.根據權利要求1所述的凝聚層，其中所述凝聚層還包括聚合引發劑和可選擇的共引發劑。
36.根據權利要求35所述的凝聚層，其中所述聚合引發劑包括(1)自由基引發劑、熱引發劑或光引發劑的一種或多種，或( 兩種或多種自由基引發劑、熱引發劑或光引發劑。
37.根據權利要求36所述的凝聚層，其中所述光引發劑和可選擇的共引發劑共價連接到所述聚陽離子和/或聚陰離子上。
38.根據權利要求36所述的凝聚層，其中所述光引發劑包括包含核黃素、曙紅、曙紅Y 或玫瑰紅的水溶性引發劑。
39.根據權利要求36所述的凝聚層，其中所述光引發劑包括氧化膦、過氧化物、疊氮化頁合物、α-羥基酮或α-氨基酮。
40.一種粘合劑，所述粘合劑通過包括以下的方法生產(a)加熱權利要求1-39所述的粘合復合物凝聚層；和(b)將所述凝聚層中的所述聚陽離子和聚陰離子交聯，其中，可在步驟(b)之前，在步驟(b)后，或與步驟(b)同時進行步驟(a)以生產所述粘合劑。
41.根據權利要求40所述的粘合劑，其中步驟(b)包括使用氧化劑以有利于所述聚陽離子和聚陰離子之間的交聯。
42.根據權利要求41所述的粘合劑，其中所述氧化劑包括02、NaIO4、過氧化物、或過渡金屬氧化劑、或可逆氧化劑復合物。
43.一種粘合劑，所述粘合劑通過包括以下的方法生產(a)制備權利要求1-39的粘合復合物凝聚層；(b)調節所述粘合復合物凝聚層的PH；和(c)將所述凝聚層中的所述聚陽離子和聚陰離子交聯，其中可在步驟(c)之前，在步驟(c)后，或與步驟(c)同時進行步驟(b)以生產所述粘合劑。
44.根據權利要求43所述的粘合劑，其中多價陽離子為鈣和/或鎂，所述聚陽離子為多胺，所述聚陰離子為多磷酸鹽，且鈣與胺/磷酸基團的比例為從0. 1至0. 3，且鎂與胺/磷酸基團的比例為從0.8至1.0。
45.根據權利要求43所述的粘合劑，其中步驟(b)包括將所述粘合復合物凝聚層的pH 升至大于或等于7. 0的pH。
46.根據權利要求45所述的粘合劑，其中步驟(b)包括將所述粘合復合物凝聚層的pH 升至高達8. 0的pH。
47.根據權利要求43所述的粘合劑，其中步驟(c)包括使用氧化劑以有利于所述聚陽離子和聚陰離子之間的交聯。
48.根據權利要求47所述的粘合劑，其中所述氧化劑包括02、NaIO4、過氧化物、過渡金屬氧化劑、或可逆氧化劑復合物。
49.一種化合物，所述化合物包括含有能夠經歷氧化交聯的至少一個二羥基芳族基團的聚陰離子或聚陽離子，其中所述二羥基芳族基團共價地連接到所述聚陰離子或聚陽離子上。
50.根據權利要求49所述的化合物，其中所述聚陰離子包括多磷酸鹽。
51.根據權利要求50所述的聚陰離子，其中所述多磷酸鹽化合物包括天然化合物、化學修飾的天然化合物或合成類似物。
52.根據權利要求50所述的化合物，其中所述多磷酸鹽化合物包括側鏈連接至所述聚合物骨架的至少一個磷酸基團和/或摻入所述聚合物骨架的至少一個磷酸基團。
53.根據權利要求49所述的化合物，其中所述聚陰離子包括含有一個或多個側鏈磷酸基團的聚丙烯酸酯。
54.根據權利要求49所述的化合物，其中所述二羥基芳族基團包括DOPA或兒茶酚部分。
55.根據權利要求49所述的化合物，其中所述聚陰離子為(1)磷酸丙烯酸酯和/或磷酸甲基丙烯酸酯與( 含有二羥基芳族基團的第二丙烯酸酯和/或第二甲基丙烯酸酯之間的聚合產物，所述二羥基芳族基團共價鍵合至所述第二丙烯酸酯或第二甲基丙烯酸酯。
56.根據權利要求49所述的化合物，其中所述聚陰離子為單丙烯酰氧乙基磷酸酯和多巴胺甲基丙烯酰胺之間的聚合產物。
57.一種用于修復受治療者的骨折的方法，所述方法包括(a)將折斷的骨與權利要求 1-39所述的粘合復合物凝聚層接觸和(b)將所述凝聚層中的所述聚陽離子和聚陰離子交聯。
58.根據權利要求57所述的方法，其中所述骨折包括完全骨折、不完全骨折、線形骨折、橫向骨折、斜形骨折、壓縮骨折、螺旋形骨折、粉碎性骨折、碾壓骨折、開放性骨折、關節內骨折、或顱面骨骨折。
59.根據權利要求57所述的方法，其中所述方法包括將骨碎片粘合至現存的骨。
60.一種用于將基材粘合至受治療者的骨的方法，所述方法包括(a)將所述骨和/或基材與權利要求1-39所述的粘合復合物凝聚層接觸；(b)將所述基材應用至所述骨；和(c) 將所述凝聚層中的所述聚陽離子和聚陰離子交聯。
61.根據權利要求60所述的方法，其中所述基材包括金屬基材、箔、纖維或布片。
62.一種用于將骨-組織支架粘合至受治療者的骨的方法，所述方法包括(a)將所述骨和/或組織與權利要求1-39所述的粘合復合物凝聚層接觸；(b)將所述骨-組織支架應用到所述骨和組織上；和(c)將所述凝聚層中的所述聚陽離子和聚陰離子交聯。
63.根據權利要求62所述的方法，其中所述組織包括軟骨、韌帶、腱、軟組織、器官、膜組織、或其合成衍生物。
64.根據權利要求62所述的方法，其中所述支架包括有利于所述骨和組織的生長或修復的一種或多種藥物。
65.根據權利要求1-39所述的粘合復合物凝聚層在牙科應用中的用途。
66.根據權利要求65所述的用途，其中所述用途包括治療牙齒缺陷。
67.一種用于固定牙科植入物的方法，所述方法包括(a)將權利要求1-39所述的粘合復合物凝聚層應用到口腔基材和/或牙科植入物；(b)將所述牙科植入物連接到所述基材上；和(c)將所述凝聚層中的所述聚陽離子和聚陰離子交聯。
68.一種用于遞送一種或多種生物活性劑的方法，所述方法包括向受治療者施用權利要求1-39所述的粘合復合物凝聚層。
69.一種用于修復受治療者的角膜撕裂和/或結膜撕裂的方法，所述方法包括(a)將權利要求1-39所述的粘合復合物凝聚層應用到所述撕裂和(b)將所述凝聚層中的所述聚陽離子和聚陰離子交聯。
70.一種用于抑制受治療者的血管內的血流的方法，所述方法包括(a)將權利要求 1-39所述的粘合復合物凝聚層引入到所述血管中和(b)將所述凝聚層中的所述聚陽離子和聚陰離子交聯。
全文摘要
粘合復合物凝聚層包括一種或多種聚陽離子和一種或多種聚陰離子的混合物。粘合復合物凝聚層中的聚陽離子和聚陰離子在固化時通過共價鍵彼此交聯。與常規生物粘合劑對比時，粘合復合物凝聚層具有多個期望特征，其在基于水的應用中是有效的。當應用到基材時，本文所述的粘合復合物凝聚層在水中顯示出良好的界面張力(即，它們散布在界面上而不是成珠)。另外，復合物凝聚層的分子間交聯的能力增加了粘合復合物凝聚層的粘聚強度。粘合復合物凝聚層作為生物粘合劑和藥物遞送裝置具有許多生物學應用。特別地，本文所述的粘合復合物凝聚層在水下應用和存在水的情況例如，舉例來說，生理條件下是特別有用的。
文檔編號A61P19/08GK102548581SQ201080038397
公開日2012年7月4日 申請日期2010年7月23日 優先權日2009年7月23日
發明者R·J·斯圖爾特, 邵輝 申請人:猶他大學研究基金會