專利名稱：樹枝狀聚合物組合物和合成方法
樹枝狀聚合物組合物和合成方法相關申請的交叉引用本申請要求了 2009年10月13日提交的懸而未決的美國臨時申請No. 61/251，244的優先權，它的內容被全部通過援弓I并入本文。關于聯邦政府資助的研究或開發的聲明本發明是按照the Army Research Office 授予的合同 No. W911NF-07-1-0437 在政府支持下進行的。政府在本發明中具有某些權利。本發明的領域本發明涉及新型樹枝狀聚合物(dendrimer)化合物和合成它的方法。尤其,本發明涉及新型聚酰胺基胺(polyamidoamine, PAMAM)樹枝狀聚合物,新型樹枝狀聚合物支化 單元，合成此類新型PAMAM樹枝狀聚合物和官能化樹枝狀聚合物的方法，以及利用該樹枝狀聚合物(例如，在診斷學和/或治療學背景中(例如，治療劑、成像劑和/或靶向劑的輸送(例如，在疾病診斷和/或治療，等等中)))的方法。本發明的背景樹枝狀分子是以結構完美性為特征的反復支化的物質。這是以對稱性和多分散性兩者的評價為基礎的。樹枝狀分子的領域能夠粗略地被分成低分子量和高分子量種類。第一個種類包括樹枝狀聚合物(dendrimers)和樹突(dendrons),和第二個種類包括樹突化(dendronised)聚合物,高度支化聚合物和刷型聚合物(也稱作瓶刷型)。第一種樹枝狀聚合物是由Viigtle在1978年以匯集(convergently)方式合成
的(參見，例如，Buhleier等人，Synthesis 1978 :155-158 ;以全部內容通過援引并入本文)，由Denkewalter作為聚賴氨酸樹枝狀聚合物在1981年合成(參見,例如,美國專利No4，289, 872和4，410，688 ;各自以全部內容被通過援引并入本文)，由Tomalia在1983年合成(參見，例如，美國專利No. 4，507，466)(參見，例如，Tomalia等人，Polymer Journal1985 17 117 ;各自以它們的全部內容被通過援引并入本文)，以及由Newkome在1985年合成(參見，例如，Newkome，等人，1985 J. Org. Chem. 50 :2003 ;以它的全部內容通過援引并入本文)ο在1990年，由Frechet介紹了匯集合成(convergent synthesis)方法(參見,例如，Hawker等人，1990，J. Am. Soc 112 :7638 ;以全部內容通過援引并入本文)。樹枝狀聚合物曾經經歷了科學興趣的大爆發，這歸因于它們的獨特的分子結構。這導致了到2005年末為止出版了 5，000篇以上的科學論文和專利。聚酰胺基胺(PAMAM)樹枝狀聚合物是適合于許多材料科學和生物技術應用的普通類型的樹枝狀聚合物。PAMAM樹枝狀聚合物由烷基二胺芯和叔胺分支所組成。它們是以具有5個不同的芯類型和10個官能化表面基團的G0-10代來獲得的。然而，合成PAMAM樹枝狀聚合物的方法是有限制的。例如，分子內的樹枝狀聚合物聚合反應，分子間的環路化，和缺失分支的樹枝狀聚合物是與傳統的合成方法相關的常見問題。因此，仍然需要合成PAMAM樹枝狀聚合物的改進方法。本發明的概述本發明涉及新型樹枝狀聚合物化合物和合成它的方法。尤其，本發明涉及新型聚酰胺基胺(PAMAM)樹枝狀聚合物，新型樹枝狀聚合物支化單元，合成此類新型PAMAM樹枝狀聚合物和官能化樹枝狀聚合物的方法，以及利用該樹枝狀聚合物(例如，在診斷學和/或治療學背景中(例如，治療劑、成像劑和/或靶向劑的輸送(例如，在疾病診斷和/或治療，等等中)))的方法。在為了本發明開發實施方案的過程中所進行的實驗揭示了改進的樹枝狀聚合物組合物和它的合成方法。具體地說，人們已經發現，產生樹枝狀聚合物(例如，PAMAM樹枝狀聚合物；Baker-Huang型PAMAM樹枝狀聚合物)的匯集合成方法會得到改進的樹枝狀聚合物組成，后者缺少與傳統的樹枝狀聚合物(例如，Tomalia PAMAM樹枝狀聚合物)相關的共同結構缺陷。此類結構缺陷包括但不限于分子內的樹枝狀聚合物聚合反應，分子間環路化(looping),和缺失分支的樹枝狀聚合物。與本發明相關的組合物(例如，Baker-Huang型PAMAM樹枝狀聚合物)包括附加的在結構上有利的結構特征，后者包括但不限于發現可用于官能化配體(例如，治療劑，成像劑，靶向劑，觸發試劑)的和/或發現可用于給藥或藥物包封的，并且不是以傳統(例如，Tomalia) PAMAM樹枝狀聚合物的形式存在的攜帶官能團(例如，-OH和/或-NH官能團)的中心區。最終，在開發本發明的過程中所進行的實驗說明了能夠得到具有改進的結構均勻性的產品和因此需要更少的下游處理步驟的新型合成方法，與傳統(例如，發散型)PAMAM合成方法相比。在某些實施方案中，本發明提供組合物，它們包括與一個或更多個配體(例如，官能團(例如，成像劑，靶向劑，治療劑，鎖定劑，等等))共軛的新型PAMAM樹枝狀聚合物(例如,Baker-Huang樹枝狀聚合物)。在一些實施方案中，配體(例如，官能團)與樹枝狀聚合物的共軛是用連接劑和/或觸發劑和/或支架(參見，例如，PCT/US2010/050893 ;以全部內容通過援引并入本文)來實現的。在一些實施方案中，該官能團經由連接劑與樹枝狀聚合物連接(例如共軛)。本發明不局限于特殊類型或種類的連接劑。在一些實施方案中，連接劑包括包含1-8個直鏈或支鏈碳鏈的間隔基。在一些實施方案中，該直鏈或支鏈碳鏈是未被取代的。在一些實施方案中，該直鏈或支鏈碳鏈是被烷基取代的。在一些實施方案中，在配體和官能團之間或在官能團之間的共軛是通過1，3_偶極的環化加成反應(“click化學過程”)來實現的。‘click化學過程’包括，例如，兩種不同的部分(例如，治療劑和官能團)(例如，第一種官能團和第二種官能團)經由在在第一種部分的表面上的炔烴部分(或其等同物)與在第二種部分上的疊氮化物部分(或其等同物)(或任何活性端基如，例如，伯胺端基，羥基端基，羧酸端基，硫醇端基，等等)之間 的1，3-偶極的環化加成反應所進行的偶聯過程。‘click化學過程’是有吸引力的偶聯方法，因為，例如，它能夠用包括水性環境在內的各種溶劑條件來進行。例如，從炔烴與疊氮化物的偶聯所得到的穩定三唑環通常是在定量的產率下實現的并且被認為是生物學惰性的(參見，例如，Rostovtsev, V. V.等人，Angewandte Chemie-International Edition 2002,41, (14), 2596 ；ffu, P.等人，Angewandte Chemie-International Edition 2004,43, (30)，3928-3932 ;各自以全部內容通過援引并入本文)。本發明不局限于具體的官能團(例如，用于與樹枝狀聚合物共軛)。官能團的例子包括但不限于治療劑，靶向劑，觸發劑，和成像劑。本發明不局限于特殊類型或種類的觸發劑。在一些實施方案中，該觸發劑經過構型設計可以延遲官能團(例如，治療劑)從PAMAM樹枝狀聚合物(例如，Baker-Huang型樹枝狀聚合物)上的釋放(例如，經由酯鍵觸發劑)。例如，在一些實施方案中，該觸發劑經過構型設計可以從PAMAM樹枝狀聚合物(例如，Baker-Huang型樹枝狀聚合物)上組成性地(constitutively)釋放治療劑(例如，酰胺鍵，醚鍵)。在一些實施方案中，該觸發劑經過構型設計可以促進官能團(例如，治療劑，成像劑，靶向劑)從PAMAM樹枝狀聚合物(例如，Baker-Huang型樹枝狀聚合物)上的組成性的釋放。在一些實施方案中，該觸發劑經過構型設計可以在酸血癥的條件下從PAMAM樹枝狀聚合物(例如，Baker-Huang型樹枝狀聚合物)上釋放官能團。在一些實施方案中，該觸發劑經過構型設計可以在缺氧的條件下從PAMAM樹枝狀聚合物(例如，Baker-Huang型樹枝狀聚合物)上釋放出官能團(例如，indoquinones,硝基雜環,和硝基咪唑)。在一些實施方案中，該觸發劑經過構型設計可以在腦酶(例如，觸發劑是吲哚醌和腦酶是黃遞酶)存在下從PAMAM樹枝狀聚合物(例如，Baker-Huang型樹枝狀聚合物)上釋放官能團。觸發劑的例子包括，但不限于，酯鍵，酰胺鍵，醚鍵，吲哚醌，硝基雜環，和硝基咪唑。 本發明不局限于特殊類型或種類的靶向劑。在一些實施方案中，該靶向劑經過構型設計可以允許組合物穿過血腦屏障(例如，轉鐵蛋白)。在一些實施方案中，靶向劑經過構型設計可以允許組合物與中樞神經系統內的神經元相結合(例如，靶向劑是合成的破傷風毒素片段(例如，氨基酸肽片段(例如，HLNILSTLWKYR(SEQ ID NO 2)))0在一些實施方案中，該靶向劑經過構型設計可以將組合物靶向到癌細胞。在一些實施方案中，靶向劑包括FA。在一些實施方案中，靶向劑結合受體，后者選自于CFTR，EGFR，雌激素受體，FGR2，葉酸受體，IL-2受體，和VEGFR。在一些實施方案中，靶向劑包括結合于多肽上的抗體，該多肽選自于p53，Mucl，在乳腺癌中存在的p53的突變形式，HER-2，在人乳腺癌的糖蛋白中的T和Tn半抗原，和MSA乳腺癌糖蛋白。在一些實施方案中，靶向劑包括抗體，后者選自人癌抗原，來自骨癌細胞中的TPl和TP3抗原，來自腺癌細胞中的Thomsen-Friedenreich(TF)抗原，來自人前列腺癌中的KC-4抗原，人結腸直腸癌癥抗原，來自囊腺癌中的CAl25抗原，來自人乳腺癌中的DF3抗原，和人黑素瘤的p97抗原，癌或血清類粘蛋白相關的抗原。本發明不局限于特殊類型或種類的鎖定劑。在一些實施方案中，該鎖定劑，在活化之后，阻止組合物跨越該血腦屏障的轉移過程。在一些實施方案中，該鎖定劑是通過為中樞神經系統所特定的那些酶來活化的吡啶鎖分子。在一些實施方案中，該鎖定劑是氧化-還原(re-dox)體系。在一些實施方案中，氧化-還原體系是1，4_ 二氫葫蘆巴堿g葫蘆巴堿(coffearine)氧化-還原體系,其中親油性的1，4_二氫形式(L)在活體內通過氧化而轉化成親水性的季化形式(L+)的過程可以防止該組合物擴散穿過血腦屏障。本發明不局限于特殊類型或種類的治療劑。治療劑的例子包括，但不限于，化療齊U，抗致癌劑，抗血管生成劑，腫瘤抑制劑，抗微生物劑，包括編碼治療用蛋白質的核酸的表達構建體，疼痛緩解劑，疼痛緩解劑拮抗劑，麻醉劑，抗精神病藥物，催眠藥物，鎮靜藥物，肌肉松弛藥藥物，被設計來治療炎癥性疾病的試劑，被設計來治療自身免疫病癥的試劑，被設計來治療炎癥性腸病的試劑，和被設計來治療盆腔炎癥性疾病的試劑。在一些實施方案中，被設計來治療炎癥性病癥的試劑包括，但不限于，抗風濕的藥物，生物制品試劑，非留類抗炎藥物，止痛藥，免疫調節劑，腎上腺糖皮質激素，腫瘤壞死因子-α抑制劑，IL-I抑制劑，和金屬蛋白酶抑制劑。在一些實施方案中，該治療風濕的藥物包括，但不限于，來氟米特，氨甲喋呤，水楊酸偶氮磺胺吡啶，和羥氯奎。生物制品試劑的例子包括，但不限于，利妥昔單抗(rituximab),英夫利昔單抗,益賽普(etanercept),阿達利木單抗(adalimumab),和高利木單抗(golimumab)。在一些實施方案中，非留類抗炎藥包括,但不限于,異丁苯丙酸，celecoxib,苯酮苯丙酸，甲氧萘丙酸,卩比羅昔康,和雙氯酹酸鈉。在一些實施方案中，止痛藥包括，但不限于，對乙酰氨基酚，和反胺苯環醇。在一些實施方案中，免疫調節劑包括但不限于阿那白滯素(anakinra)和阿巴西普(abatacept)。在一些實施方案中，腎上腺糖皮質激素包括，但不限于，強的松，和甲基強的松。在一些實施方案中，腫瘤壞死因子-α抑制劑包括但不限于阿達利木單抗(adalimumab), certo lizumab pegol,益賽普(etanercept),高利木單抗(golimumab),和英夫利昔單抗。在一些實施方案中，自身免疫病癥和/或炎癥性的病癥包括，但不限于，關節炎，牛皮癬，紅斑狼瘡，克勞恩氏病，和結節病。在一些實施方案中，關節炎的例子包括，但不限于，骨關節炎，風濕性關節炎，膿毒性關節炎，痛風癥和假痛風癥，兒童萊特爾氏綜合征，牛皮癬關節炎，Still病，和強直性脊柱炎。在一些實施方案中，PAMAM樹枝狀聚合物(例如，Baker-Huang型樹枝狀聚合物)組合物包括多種的治療劑(例如，2，3,4, 5，10，15，50，100種，按照任何所需的比率)。本發明不局限于特殊類型或種類的成像劑。成像劑的例子包括，但不限于，異硫氰酸熒光素(FITC) ,6-TAMARA，B丫啶橙，和順式-十八碳四烯酸。在一些實施方案中，本發明提供治療病癥或狀況(例如，關節炎，癌癥)的方法，該方法包括對受試者(例如，病人)施用與官能團(它經過構型設計用于治療病癥或狀況)共軛的新型PAMAM樹枝狀聚合物(例如，Baker-Huang型樹枝狀聚合物)。在某些實施方案中，本發明提供包括化合物的組合物，該化合物具有重復[(叔胺_酰胺)η-(叔胺-酰胺-酰胺-叔胺)-(酰胺-叔胺)η]樹枝狀聚合物結構，其中η是無限的(例如，1，2，3，4，5，10，25，50，75，100，1000，10000，等等)。在一些實施方案中，該叔胺和酰胺組分是任何長度的烷基鏈(例如甲基，乙基，丙基，丁基，戊基，己基，庚基，辛基，
等等)獨立地分開。在一些實施方案中，末端叔胺與官能化配體(例如，CH3,
權利要求
1.包括具有下列通式的化合物的組合物
2.權利要求I的組合物，該化合物具有下列通式
3.權利要求I的組合物，其中該組合物是通過匯集合成反應來生產的。
4.權利要求I的組合物，其中該治療劑選自化療劑，抗癌劑，抗血管生成劑，腫瘤抑制齊U，抗微生物劑，包含編碼治療蛋白質的核酸的表達構建體，疼痛緩解劑，疼痛緩解劑拮抗齊U，被設計來治療關節炎的試劑，被設計來治療炎癥性腸病的試劑，被設計來治療自身免疫病的試劑，和被設計來治療盆腔炎癥性疾病的試劑。
5.權利要求I的組合物，其中該治療劑是氨甲喋呤。
6.權利要求I的組合物，其中該靶向劑選自結合受體的試劑，該受體選自CFTR、EGFR、雌激素受體、FGR2、葉酸受體、IL-2受體和VEGFR ;結合于多肽上的抗體，該多肽選自于p53、Mucl、在乳腺癌中存在的p53突變形式，HER-2，在人乳腺癌的糖蛋白中的T和Tn半抗原，和MSA乳腺癌糖蛋白；選自于人癌抗原，骨癌細胞的TPl和TP3抗原，腺癌細胞的Thomsen-Friedenreich (TF)抗原，人前列腺癌的KC-4抗原，人結腸直腸癌抗原,囊腺癌的CA125抗原，人乳腺癌的DF3抗原，以及人黑素瘤，癌或血清類粘蛋白_相關的抗原的p97抗原中的抗體；轉鐵蛋白；和合成破傷風毒素片段。
7.權利要求I的組合物，其中該靶向劑是葉酸。
8.權利要求I的組合物，其中該觸發劑為功能進行構型設計，該功能選自允許官能團從樹枝狀聚合物上的延遲釋放，允許治療劑從樹枝狀聚合物上的組成性釋放，允許官能團在酸中毒的狀況下從樹枝狀聚合物上釋放，允許官能團在缺氧條件下從樹枝狀聚合物上釋放，和允許治療劑在腦酶存在下從樹枝狀聚合物上釋放。
9.權利要求I的組合物，其中成像劑選自異硫氰酸熒光素(FITC),6-TAMARA，吖啶橙，和順式-十八碳四烯酸。
10.權利要求I的組合物，進一步包括納米材料，其選自金納米粒子，氧化鐵納米粒子，聚合物，硅石，清蛋白，量子點，和碳納米管。
11.權利要求I的組合物，其中該化合物選自
12.包含具有下列通式的化合物的組合物=AB2，其中A包括羧酸，其中B包括保護的胺。
13.權利要求12的組合物，其中該化合物具有下列通式
14.合成包含一種或更多種樹枝狀聚合物分子的組合物的方法，該方法包括 a)提供兩種或更多種樹枝狀聚合物分支單元試劑，其中該樹枝狀聚合物分支單元試劑具有下列通式=AB2，其中A包括羧酸，其中B包括保護的胺，和 b)讓兩種或更多種樹枝狀聚合物分支單元試劑在這樣的條件下進行反應，所述條件使得該兩種或更多種樹枝狀聚合物分支單元試劑組裝成樹枝狀聚合物分子。
15.權利要求14的方法，其中該反應包括EDA的加成。
16.權利要求14的方法，其中該反應進一步包括TSTU的加成。
17.權利要求14的方法，其中該反應是在選自MeCN和DIPEA的試劑存在下發生的。
18.權利要求14的方法，其中該樹枝狀聚合物分支單元試劑具有下列通式
19.權利要求14的方法，進一步包括通過用CHCl2結晶來提純該樹枝狀聚合物分子。
20.權利要求14的方法，進一步包括用K2CO3處理該樹枝狀聚合物分子。
21.權利要求14的方法，進一步包括將該樹枝狀聚合物分子與獨立地選自CH3、NH2、0H、C(鹵素)3、靶向劑、治療劑、前體藥物、成像劑和觸發劑的官能配體進行共軛。
22.權利要求21的方法，其中該治療劑選自化療劑，抗癌劑，抗血管生成劑，腫瘤抑制齊U，抗微生物劑，包含編碼治療蛋白質的核酸的表達構建體，疼痛緩解劑，疼痛緩解劑拮抗齊U，被設計來治療關節炎的試劑，被設計來治療炎癥性腸病的試劑，被設計來治療自身免疫病的試劑，和被設計來治療盆腔炎癥性疾病的試劑。
23.權利要求21的方法，其中該治療劑是氨甲喋呤。
24.權利要求21的方法，其中該靶向劑選自結合受體的試劑，該受體選自CFTR、EGFR、雌激素受體、FGR2、葉酸受體、IL-2受體和VEGFR ;結合于多肽上的抗體，該多肽選自于p53、Mucl、在乳腺癌中存在的p53突變形式，HER-2，在人乳腺癌的糖蛋白中的T和Tn半抗原，和MSA乳腺癌糖蛋白；選自于人癌抗原，骨癌細胞的TPl和TP3抗原，腺癌細胞的Thomsen-Friedenreich (TF)抗原，人前列腺癌的KC-4抗原，人結腸直腸癌抗原,囊腺癌的CA125抗原，人乳腺癌的DF3抗原，以及人黑素瘤，癌或血清類粘蛋白-相關的抗原的p97抗原中的抗體；轉鐵蛋白；和合成破傷風毒素片段。
25.權利要求21的方法，其中該靶向劑是葉酸。
26.權利要求21的方法，其中該觸發劑為功能進行構型設計，該功能選自允許官能團從樹枝狀聚合物上的延遲釋放，允許治療劑從樹枝狀聚合物上的組成性釋放，允許官能團在酸中毒的狀況下從樹枝狀聚合物上釋放，允許官能團在缺氧條件下從樹枝狀聚合物上釋放，和允許治療劑在腦酶存在下從樹枝狀聚合物上釋放。
27.權利要求21的方法，其中成像劑選自異硫氰酸熒光素(FITC),6-TAMARA，吖啶橙，和順式-十八碳四烯酸。
28.權利要求14的方法，進一步包括將該樹枝狀聚合物分子與納米材料共軛，該納米材料選自金納米粒子，氧化鐵納米粒子，聚合物，硅石，清蛋白，量子點，和碳納米管。
全文摘要
本發明涉及新型樹枝狀聚合物化合物和合成它的方法。尤其，本發明涉及新型聚酰胺基胺(PAMAM)樹枝狀聚合物，新型樹枝狀聚合物支化單元，合成此類新型PAMAM樹枝狀聚合物和官能化樹枝狀聚合物的方法，以及利用該樹枝狀聚合物(例如，在診斷學和/或治療學背景中(例如，治療劑、成像劑和/或靶向劑的輸送(例如，在疾病診斷和/或治療，等等中)))的方法。
文檔編號A61K31/185GK102917699SQ201080059383
公開日2013年2月6日 申請日期2010年10月7日 優先權日2009年10月13日
發明者J·R·小貝克, 黃保華 申請人:密執安大學評議會