基于膠原的藥物組合物和裝置和生產方法及其用途與流程

本發明屬于藥物化學、生物技術、藥物和醫療器械領域，以及藥用化合物和醫療器械在治療、預防和改善人和獸類中的疾病、紊亂和身體疾病中的用途。

背景技術：

1、膠原是脊椎動物中最豐富的蛋白質，并且是脊椎動物組織的基本結構蛋白，其幾乎存在于所有組織中，包括皮膚和其他上皮組織(包括大多數腔器官的內襯，例如胃腸道的那些)、肌腱、骨骼、血管、軟骨、韌帶和牙齒。在人類中，膠原約占蛋白質總量的三分之一，約占皮膚干重的四分之三(見shoulders,m.d.,and?raines,r.t.,ann.rev.biochem.78:929-958(2009)；gelse,k.,et?al.,adv.drug?deliv.rev.55:1531-1546(2003))。

2、膠原是一種纖維蛋白，由三螺旋組成，三螺旋通常由兩條相同的鏈和一條化學成分略有不同的第三條鏈組成。哺乳動物產生至少46條不同的膠原多肽鏈，這些鏈結合形成膠原的變體或“類型”。迄今為止，已經描述了28種膠原。膠原類型通常根據其結構形式進行分組：纖維狀(i，ii，iii，v和xi型)約占哺乳動物中發現的所有膠原的90％，和非纖維狀(基底膜或iv型，以及其他具有中斷螺旋結構的非纖維狀膠原類型)見id.)。膠原的五種最常見類型及其組織分布是：

3、i型：皮膚、肌腱、器官、骨骼、血管結締組織；

4、ii型：軟骨；

5、iii型：網狀結締組織，常伴有i型膠原；

6、iv型：上皮組織的基底膜和某些實體瘤；和

7、v型：頭發、胎盤、外細胞膜。

8、在這些變體中的每一個中，膠原的多肽鏈通常由約300個重復的氨基酸脯氨酸(pro)、4(r)-羥脯氨酸(hyp)和甘氨酸(gly)組成，通常在xy-gly序列中，其中x通常是pro殘基和y通常是(hyp)殘基；在脊椎動物中，膠原中典型的重復基序為proprogly(見hulmes,d.j.s.,“collagen?diversity,synthesis?and?assembly,”in:collagen:structure?andmechanics,p.fratzl,ed.,new?york:springer,pp.15-47(2008))。隨后，在體內，在膠原生物合成之后，但在鏈開始形成三螺旋之前，通過酶促作用對pro殘基進行羥基化。因此，通常形成prohypgly的在proprogly基序中的至少一個pro殘基的羥化對于膠原三螺旋的正確折疊和穩定性而言似乎很重要，膠原三螺旋的正確折疊和穩定性對于體內膠原的正常結構和功能都是關鍵的(見shoulders,m.d.,and?raines,r.t.,ann.rev.biochem.78:929-958(2009))。例如，(prohypgly)10(seq?id?no：396)鏈的三螺旋的熔化溫度是58℃，而(proprogly)10(seq?id?no：397)鏈的三螺旋只有24℃(sakakibara等人，biochim.biophys.acta，303：198-202(1973))，并且(prohypgly)10(seq?id?no：396)鏈折疊成三螺旋的速率明顯大于(proprogly)10(seq?id?no：397)鏈的相應速率(chopra和ananthanarayanan，proc.natl.acad.sci.usa，79：7180-7184(1982))。

9、i型膠原是含量最高，研究得最好的膠原。在人類和大多數其他動物中，它構成骨骼90％以上的有機質，是肌腱、皮膚、韌帶、角膜和許多間質結締組織(除了極少數的例如透明軟骨、腦和玻璃體)的主要膠原。i型膠原三螺旋通常由兩條相同的α1鏈和一條α2鏈形成為異源三聚體。在體內，將三螺旋纖維主要摻入含有其他類型膠原的復合原纖維中，如上所述，其視組織類型和位置而異(fleischmajer,e.d.et?al.,j.struct.biol.105:162–169(1990)；niyibizi,c.and?eyre,d.r.,connect.tissue?res.20:247–250(1989))。在大多數器官中，尤其是在肌腱和筋膜中，i型膠原具有拉伸剛度以及在骨骼中，i型膠原則限定了與負荷、拉伸強度和扭轉剛度有關的生物力學特性。

10、在結締組織(例如骨骼、肌腱、軟骨、韌帶、皮膚、血管和牙齒)中，單個膠原分子以緊密的三螺旋纏繞在一起。這些螺旋組織成具有高拉伸強度的原纖維(jones&miller,j.mol.biol.,218:209-219(1991))通過單個三螺旋纖維的交聯(lodish,h.et?al.,“collagen:the?fibrous?proteins?of?the?matrix”,in:molecular?cell?biology,4thed.,section?22.3,new?york:w.h.freeman(2000))。改變膠原原纖維的排列和交聯使得脊椎動物能夠在一維(肌腱)、二維(皮膚)或三維(軟骨)中支撐應力。

11、膠原在體內的作用很大，可以保持組織和器官的結構完整性。在所有實質性器官中，膠原代表了間質基質以及基底膜的主要成分，而在所有結締組織中，尤其是骨骼和軟骨，膠原則是結構的主要功能骨骼干。然而，除了生物力學方面，膠原還涉及多種另外的功能。例如，特定細胞表面和細胞內受體與膠原相互作用，這些受體的信號傳導參與了細胞粘附、分化、生長和其他細胞活性，以及體內和體外細胞的存活(vogel,w.f.,eur.j.dermatol.11:506-514(2001)；gelse,k.,et?al.,adv.drug?deliv.rev.55:1531-1546(2003))。膠原還參與含有膠原的多種組織中生長因子和細胞因子的捕獲、局部存儲和遞送。通過這些受體的相互作用以及存儲和遞送功能，膠原在器官發育、傷口愈合和組織修復中起著關鍵作用(chattopadhyay,s.and?r.raines,biopolymers?101:821-833(2014)；yamaguchi,y.et?al.,nature?346:281-284(1990)；hay,e.d.,j.cell?biol.91:205s-223s(1981)；bautista,c.m.et?al.,metabolism?39:96-100(1990)；zhu,y.et?al.,j.cellbiol.144:1069-1080(1998)；schlegel,k.a.et?al.,biomaterials?25:5387-5393(2004)；kumar,v.a.,et?al.,biomacromol.15:1484-1490(2014))。這些功能還使膠原成為用于遞送治療化合物的候選轉運載體(見,e.g.,chattopadhyay,s.et?al.,j.tissueeng.regen.med.10:1012-1020(2012)；schuppan,d.et?al.,gastroenterol.114:139-152(1998)；frenkel,s.r.et?al.,j.bone?jt.surg.79-b:831-836(1997)；albu,m.g.et?al.,“collagen-based?drug?delivery?systems?for?tissue?engineering”,in:biomaterialsapplications?for?nanomedicine,pignatello,r.(ed.),isbn:978-953-307-661-4,doi:10.5772/22981,rijeka,croatia:intech,:intech，可從以下網站獲得：https://www.intechopen.com/books/biomaterials-applications-for-nanomedicine/collagen-based-dru?g-delivery-systems-for-tissue-engineering(2011))，并通過直接促進組織修復或再生而用于傷口愈合(wakitani,s.et?al.,j.bone?jt.surg.71-b:74–80(1989)；kumar,v.a.,et?al.,biomacromol.15:1484-1490(2014))。膠原(更具體地講，破壞的膠原)也與人類和其他脊椎動物的腫瘤進展和轉移有關(有關此問題的綜述，見fang,m.,et?al.,tumor?biol.35:2871-2882(2014))。

12、但是，除了完整的膠原分子外，膠原片段還可能具有潛在的治療用途，并且實際上能以優于天然膠原的方式發揮作用。例如，已顯示膠原iv、xv和xviii的非膠原片段促進血管和腫瘤細胞的生長，并影響多種其他細胞活動(ortega,n.and?werb,z.,j.cellsci.115:4201-4214(2002)；davis,g.e.et?al.,am.j.pathol.156:1489-1498(2000)；o’reilly,m.s.et?al.,cell?88:277-285(1997))。類似地，如下文更詳細所述，最近研究了i型膠原的片段或合成膠原模擬肽(cmp)在治療疾病和醫學紊亂方面的效用，均以其自身和在皮膚傷口愈合劑的載體中作為活性藥物成分(api)(參見美國專利號5,973,112、7,122,521、7,858,741和美國專利公開號us2007/0275897a1，通過引用將其全部公開內容全文并入本文；也見e.g.,chattopadhyay,s.et?al.,j.tissue?eng.regen.med.10:1012-1020(2012)；kumar,v.a.et?al.,biomacromolecules?15:1484-1490(2014))。

13、膠原異常與多種人類疾病相關，包括眼疾病和紊亂(例如白內障和青光眼(coudrillier,b.,et?al.,plos?one?10:e0131396(2015)；huang,w.et?al.,med.sci.monit.basic?res.19:237-240(2013)；dua,h.s.,et?al.,br.j.ophthalmol.98:691–697(2014))、關節炎、風濕病、脆骨骼、動脈粥樣硬化和肝硬化。膠原的破壞還與某些人和獸類的疾病有關，例如某些癌癥(尤其是腔器官癌和某些肉瘤)；見,e.g.,lauer,j.l.,and?fields,g.b.,“collagen?in?cancer”,in?the?tumor?microenvironment,new?york:springer,pp.477-507(2010)。膠原在傷口愈合中也是至關重要的，并且已知于正在發生愈合的上皮傷口區域中上調(參見，例如，美國專利號5973112和7122521，其通過引用整體并入本文；也見chattopadhyay,s.,et?al.,j.tissue?eng.regen.med.10:1012-1020(2012)；chattopadhyay,s.,et?al.,org.biomol.chem.10:5892-5897(2012)；kumar,v.a.,et?al.,biomacromol.15:1484-1490(2014))，其包括在皮膚和眼的角膜中。實際上，已經報道了膠原、膠原片段或天然膠原的某些模擬肽在治療人類和動物的某些傷口和疾病，特別是皮膚傷口方面顯示出希望(參見，例如，美國專利號5973112、7122521、7858741和美國專利公開號us2007/0275897a1，其全部內容通過引用整體并入本文；也見kumar,v.a.et?al.,biomacromolecules?15:1484-1490(2014))。據認為，這些膠原片段或膠原模擬肽通過插入到破壞的膠原并重新形成天然的膠原i三螺旋，能特異性地靶向與皮膚傷口相關的膠原破壞區域(見,e.g.,chattopadhyay,s.,et?al.,j.tissue?eng.regen.med.10:1012-1020(2012)；chattopadhyay,s.,et?al.,org.biomol.chem.10:5892-5897(2012))。結果，已經嘗試了使用膠原作為遞送某些藥物的載體，并獲得了不同程度的成功(見,e.g.,b.an,etal.,adv.drug?deliv.rev.97:69-84(2016)；v.chak,et?al.,intl.j.pharm.teaching?andpractices?4:811(2013))。膠原模擬肽也已用于局部應用，以將綴合的治療化合物神經肽(稱為p物質)遞送至皮膚傷口區域；已經證明這種cmp-物質p綴合物在小鼠皮膚模型中可以加速傷口的愈合(chattopadhyay,s.,et?al.,j.tissue?eng.regen.med.10:1012-1020(2012))。

14、疾病/紊亂的治療昂貴，難以特異性遞送，并且可能對預期作用位點的遠側位點產生有害影響。例如，許多藥物組合物，包括抗生素、小分子治療劑(例如抗癌化合物)和生物制劑(例如單克隆抗體治療劑)都以非靶向方式經腸胃外給藥，在他們能夠提供治療益處之前，必須擴散或以其他方式到達該不適位點。與一種將以更具針對性的方式遞送治療化合物和組合物治療方法(其以允許在人類或獸類的患病位點或其附近進行受控或可編程的釋放)相比，這種“散彈(shotgun)方式”治療必然需要更高的劑量，并且可能導致更長的治療時間并降低患者的依從性。

15、因此，在本領域中需要藥物遞送系統，即，組合物和使用方法，其將克服在人和獸類中的某些疾病和紊亂的傳統治療中的許多這些缺點。這種先進的藥物遞送系統將允許使用較低劑量的藥物和將藥物更有靶向性地遞送至預期的作用位點，以及減少因患者不依從引起的治療問題或延誤。還需要涂覆有此類組合物的醫療器械，其將有助于患有此類疾病和紊亂的人和動物更快速地愈合和恢復。最后，在本領域中需要生產這樣的組合物和醫療器械的方法，該方法將滿足醫療和患者群體在最大化治療功效同時降低成本方面的需求。

技術實現思路

1、本發明人認為，由于膠原的破壞與人類和其他動物的多種疾病和紊亂有關，因此多種治療化合物和/或診斷化合物與膠原或膠原模擬肽的綴合將提供簡練、快速和可再現的途徑來克服上述藥物遞送中的許多限制。因此，本發明提供了這樣的藥物遞送系統、醫療器械及其制造方法。因此，本發明滿足了以上所述的本領域的需求。

2、一方面，本發明提供了包含一種或多種膠原模擬肽(cmp)的組合物，其在某些實施例中已經與一種或多種治療化合物和/或一種或多種診斷化合物綴合，從而形成cmp綴合物和組合物。此類cmp和cmp綴合物以及包含此類cmp和/或cmp綴合物的組合物可用于治療、預防、改善和診斷人類和獸類的多種疾病、紊亂和身體狀況。在該方面的某些實施例中，本發明提供了組合物，包含此類cmp和/或cmp綴合物和一種或多種藥學上可接受的載體、賦形劑或復合劑，以及任選地一種或多種其他治療劑或診斷劑，以提供用于治療、預防、改善或診斷人類和獸類的某些疾病和紊亂的治療和診斷組合物。

3、在另一方面，本發明提供了通過向患有或傾向于患有這種疾病或病狀的人類或獸類給予本發明的綴合物和/或組合物來治療、預防、改善或診斷人和獸類的某些疾病和紊亂的方法。根據本發明的該方面，適當治療、預防、治愈、改善或診斷的疾病和紊亂，包括眼疾病或紊亂、皮膚疾病或紊亂、癌癥、胃腸道疾病或紊亂、泌尿生殖道疾病或紊亂、纖維化疾病或紊亂、心血管疾病或紊亂、骨骼疾病或紊亂以及風濕性疾病或紊亂。

4、在另一方面，本發明提供了涂覆有或包含一種或多種本發明的綴合物或組合物的醫療器械。在相關方面，本發明提供了治療、治愈、預防或改善人或獸類的疾病或紊亂的方法，包括在治療、治愈、預防或改善疾病或紊亂的條件下將本發明該方面的一種或多種醫療器械植入人或獸類。

5、在其他方面，本發明提供了制造本發明的組合物、綴合物和醫療器械的方法。

6、通過閱讀本文中的描述、附圖、實例和權利要求，本發明的其他目的、優點和特征對于本領域普通技術人員將是顯而易見的。