專利名稱：pH值和溫度敏感性水凝膠的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種pH值和溫度敏感性嵌段共聚物、包含該嵌段共聚物的水凝膠組合物以及由該組合物制備的水凝膠。更具體地說，本發明涉及一種通過下面的組分互相連接而形成的嵌段共聚物(a)基于聚乙二醇的化合物和生物降解性聚合物的共聚物；和(b)基于磺酰胺的低聚物；本發明還涉及一種包含該嵌段共聚物的水凝膠組合物以及由該組合物制備的水凝膠。
背景技術：
具有疏水性和親水性的兩親型聚合物已引起人們的關注。具體地說，在藥物傳遞系統和醫學領域中，目前對表現出溫度敏感性的溶膠-凝膠性能的兩親型聚合物進行了深入研究，還對其用途進行了積極的研究。具體而言，由聚環氧乙烷和聚環氧丙烷組成的共聚物在市場上可以商品名Pluronic和Poloxamer購買到，并且可用于不同的用途。
但是，在用于醫學用途時，基于Pluronic和Poloxamer的聚合物由于無生物降解性而存在問題。為此，已研究并使用了由生物降解性聚丙交酯(PLA)(或聚乙醇酸交酯(PGA)、聚己酸內酯(PCL)及其共聚物)和聚乙二醇(PEG)組成的共聚物。
美國專利號4,882,168和4,716,203披露了親水性聚烷撐二醇和聚乙醇酸、亞丙基碳酸酯(trimethylene carbonate)等的共聚物。
此外，美國專利號4,942,035披露了一種包含聚乙二醇(PEG)和聚丙交酯(PLA)、聚乙醇酸交酯(PGA)、聚己酸內酯(PCL)、疏水性多肽或聚縮醛的嵌段共聚物的藥物組合物。
另外，美國專利號5,476,909披露了一種生物降解性三嵌段(A-B-A)共聚物，其由包含聚丙交酯(PLA)、聚乙醇酸交酯(PGA)或其衍生物的疏水性嵌段(A)和包含聚乙二醇(PEG)或其衍生物的親水性嵌段(B)組成。
而且，美國專利號5,548,035披露了一種具有熱塑性的生物降解性多嵌段共聚物，其包含選自聚丙交酯、聚乙醇酸及其共聚物和聚己酸內酯的疏水性嵌段。
同時，韓國專利公開號2000-0012970(2000年3月6日)披露了一種包含磺酰胺基的pH值敏感性聚合物及其制備方法。該專利主要涉及通過磺酰胺單體和DMAAm或NiPAAm的無規共聚反應而形成的線性聚合物的溶解性的變化，或其交聯聚合物的溶脹指數。
上述現有技術是這樣設計的，通過使用疏水性的生物降解性聚合物和親水性聚合物的嵌段共聚物而表現出溶膠-凝膠轉變現象。該嵌段共聚物以水溶液形式即溶膠狀態注入體內時變為凝膠狀態。因此，該嵌段共聚物用作在體內運載并緩慢釋放藥物的持續釋放藥物的傳遞系統。
然而，表現出溫度敏感性的溶膠-凝膠轉變現象的嵌段共聚物產生了一定問題，如由于體內溫度和注射針的溫度通過熱平衡調整到相同的溫度，而在體內注射前的注射過程中發生的注射針堵塞現象。另外，據報道，由PLA、PLGA或PCL組成的疏水性部分表現出pH值敏感性。但是，這樣的部分不是那樣敏感而使其不能應用于體內pH值，因此其不適于藥物傳遞領域的實際應用。
發明內容
本發明解決了現有技術中存在的上述問題，本發明的目的是提供一種新型pH值和溫度敏感性嵌段共聚物，其表現出不僅對溫度而且對pH值敏感的溶膠-凝膠轉變性能，從而在與體內pH值相似的pH值約為7～7.4變為凝膠，而在比該pH值范圍高的pH值下變為溶膠，因此當在較高pH值下溶解該嵌段共聚物并將其注入體內時，其在體內表現為凝膠狀態。
為了達到上述目的，本發明提供了一種通過下面的組分互相連接而形成的嵌段共聚物(a)基于聚乙二醇的化合物和生物降解性聚合物的共聚物；和(b)基于磺酰胺的低聚物；還提供了包含該嵌段共聚物的水凝膠以及由該組分形成的水凝膠。
下文，將對本發明進行詳細的描述。
本發明的特征在于隨著pH值的變化而表現出電離度變化(pH值敏感性)的基于磺酰胺的低聚物與親水性基于PEG的化合物和生物降解性聚合物的共聚物連接，從而形成了可用于實際藥物傳遞中的新型嵌段共聚物。
由于上述特征，本發明的嵌段共聚物表現出不僅對溫度而且對pH值敏感的溶膠-凝膠轉變性能。
也就是說，現有的由疏水性、生物降解性聚合物和親水性聚合物組成的嵌段共聚物，表現出通過各疏水性嵌段和親水性嵌段隨著溫度的變化的物理性質的變化而引起的溶膠-凝膠轉變性能。然而，由于通過傳遞介質的熱平衡引起的嵌段共聚物在體內的不相容性，難于將該嵌段共聚物應用于實際藥物傳遞中。
但是，根據本發明，隨著pH值的變化而表現出電離度變化的基于磺酰胺的低聚物與由疏水性、生物降解性聚合物和親水性聚合物組成的共聚物連接，從而除賦予該共聚物溫度敏感性之外還賦予其pH值敏感性。這可以解決有關溫度敏感性水凝膠的上述問題。而且，根據本發明的溫度和pH值敏感性嵌段共聚物形成了更穩定的水凝膠，并且其在體內較穩定，因此，其可應用于醫學和藥物傳遞領域，特別是運載并釋放藥物的持續釋放藥物傳遞系統。
根據本發明的溫度和pH值敏感性嵌段共聚物的一個組分為基于PEG的化合物和生物降解性聚合物的共聚物(a)。該共聚物(a)不僅具有基于PEG的化合物的親水性而且具有生物降解性聚合物的疏水性，因此該共聚物(a)可根據溫度的變化表現出溶膠-凝膠轉變。
本領域中已知的任何常規的基于PEG的化合物都可用作包含在共聚物(a)中的基于PEG的化合物。具體地說，優選由下面的化學式1表示的基于PEG的化合物，如PEG或甲氧基PEG 其中，R表示氫原子或含1～5個碳原子的烷基，以及n為11～45的自然數。
基于聚乙二醇的化合物的分子量優選為500～2,000。具體而言，在化學式1中R表示氫的情況下，聚乙二醇(PEG)的分子量優選為1,000～2,000，以及在R表示甲基的情況下，甲氧基聚乙二醇的分子量優選為500～2,000。如果該分子量小于500或大于2,000，將會存在以下問題凝膠形成不能很好地進行，或者，即使形成凝膠，在體內的條件(37℃)下也不發生凝膠形成。
本領域中已知的任何常規的生物降解性聚合物都可用作包含在共聚物(a)中的生物降解性聚合物，其例子包括但不限于己內酯(CL)、乙交酯(GA)、丙交酯(LA)及其共聚物。
通過基于聚乙二醇的化合物和生物降解性聚合物的聚合反應形成的共聚物(a)的例子包括但不限于聚丙交酯(PLA)、聚乙醇酸交酯(PGA)、聚己酸內酯(PCL)、聚(己內酯-丙交酯)無規共聚物(PCLA)、聚(己內酯-乙交酯)無規共聚物(PCGA)或聚(丙交酯-乙交酯)無規共聚物(PLGA)。
共聚物(a)中的基于PEG的化合物與生物降解性聚合物的分子量之比不限于任何特定的范圍，但優選在1∶1～3的范圍內。如果該分子量之比大于1∶1，則該嵌段共聚物將不形成凝膠，而如果其小于1∶3，則該嵌段共聚物的疏水性的大小將增加，從而使該嵌段共聚物不能溶解。
此外，在所述共聚物中的生物降解性聚合物為PCLA、PCGA或PLGA的情況下，可適當調整其摩爾比，從而提高所述嵌段共聚物的溫度和pH值敏感性的效果。
隨著pH值的變化而表現出電離度變化的化合物可用作根據本發明的溫度和pH值敏感性嵌段共聚物的另一個組分。具體而言，優選使用由基于磺酰胺的化合物形成的低聚物(b)。該基于磺酰胺的低聚物優選包含如羥基(-OH)、羧基(-COOH)或氨基(-NH2)的官能團。這使得易于通過聚合反應制備本發明的嵌段共聚物。
用于形成低聚物(b)的基于磺酰胺的化合物的例子包括但不限于磺胺甲基硫代二嗪(sulfamethisole)、磺胺二甲基嘧啶、乙酰磺胺(sulfasetamide)、磺胺索嘧啶、sulfafenasole、sulfamethoxasole、磺胺嘧啶、磺胺甲氧二嗪、磺胺甲氧噠嗪、磺胺多辛、磺胺吡啶、苯酰磺胺、硫代異噁唑(sulfisoxazole)或其衍生物。
由基于磺酰胺的化合物形成的低聚物的分子量沒有特別的限制，但優選為500～2,000。如果該分子量小于500，則該嵌段共聚物將不表現出由pH值的變化引起的溶膠-凝膠轉變性能，而如果其大于2,000，則該嵌段共聚物將難于同樣地表現出溫度敏感性。
通過上述組分(即基于PEG的化合物和生物降解性聚合物的共聚物(a)與基于磺酰胺的低聚物(b))互相連接而形成的本發明的共聚物優選為三嵌段或更高的多嵌段共聚物的形式，具體為三嵌段或五嵌段共聚物。三嵌段或五嵌段共聚物的具體例子包括由下面的化學式2表示的化合物(OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM)、由下面的化學式3表示的化合物(MPEG-PCLA-OSM)和由下面的化學式4表示的化合物(OSM-PCGA-PEG-PCGA-OSM)[化學式2] [化學式3] [化學式4]
因為僅在基于PEG的化合物和生物降解性聚合物的共聚物(MPEG-PCLA)的一端存在羥基，所以由化學式3表示的嵌段共聚物具有僅在其一側連接磺胺二甲基嘧啶低聚物的嵌段結構。
除了上述組分之外，根據本發明的溫度和pH值敏感性嵌段共聚物還可包含本領域中常用的其它組分或添加劑。
為了由基于PEG的化合物和生物降解性聚合物的共聚物(a)與基于磺酰胺的低聚物(b)制備溫度和pH值敏感性嵌段共聚物，可以使用本領域中已知的任何聚合方法，如自由基聚合、正離子聚合、負離子聚合、縮聚等。
制備根據本發明的溫度和pH值敏感性嵌段共聚物的方法的一個實施方式包括以下步驟a)使基于PEG的化合物與生物降解性聚合物聚合，以制備共聚物；b)由基于磺酰胺的化合物制備基于磺酰胺的低聚物；以及c)步驟a)的共聚物與步驟b)的低聚物連接。
首先，a)使基于PEG的化合物與生物降解性聚合物聚合，以制備共聚物。該聚合反應可通過例如下面的反應圖解1闡明 優選使用開環聚合，在該情況下，聚合溫度和時間沒有特別的限制，但是分別為130～150℃、12～48小時。此外，催化劑也可用于該聚合反應中，其例子包括辛酸亞錫、氯化亞錫、金屬氧化物(GeO2、Sb3O2、SnO2等)、三異丙醇鋁(aluminum triisopropoxide)、CaH2、Zn、氯化鋰、三(2，6-二叔丁基苯酚鹽)(tris(2，6-di-tert-butylphenolate))等。而且，為了使疏水性的幅度寬廣，可以適當地調整上述生物降解性聚合物的分子量或種類。
2)由基于磺酰胺的化合物制備所述低聚物。該反應可通過例如下面的反應圖解2闡明[反應圖解2]
可用于基于磺酰胺的低聚物的制備過程中的鏈轉移劑(CTA)的例子包括C8～C18的烷基硫醇、有機鹵素化合物、α-甲基苯乙烯二聚物、萜品油烯、α-萜品烯等。可根據用途選擇鏈轉移劑。具體而言，因為硫醇具有較高的鏈轉移常數和鏈轉移效率，所以其是優選的。
本領域中已知的任何引發劑都可以使用，其例子包括但不限于2，2’-偶氮二異丁腈(AIBN)、2，2’-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)、2，2’-偶氮二(4-甲氧基-2，4-二甲基戊腈)、過氧化苯甲酰、過氧化月桂酰、過氧新戊酸叔丁酯、1，1’-二-(二-叔丁基過氧基)環己烷(1，1’-bis-(bis-t-butylperoxy)cyclohexane)等。
為了與基于PEG的化合物和生物降解性聚合物的共聚物連接，基于磺酰胺的低聚物優選在分子中包含親水性官能團，例如羥基、羧基或氨基。
3)通過基于PEG的化合物和生物降解性聚合物的共聚物(a)與基于磺酰胺的低聚物(b)之間連接，可制得根據本發明的溫度和pH值敏感性嵌段共聚物。該連接反應可通過下面的反應圖解3闡明 步驟3)中的反應溫度和時間沒有特別的限制，所述連接反應可通過本領域中已知的任何方法進行。
如上所述，因為通過上述方法制備的嵌段共聚物處于親水性嵌段、疏水性嵌段和隨著pH值的變化而表現出電離度變化的基于磺酰胺的低聚物互相連接的形態，所以該嵌段共聚物不僅對溫度而且對pH值表現出敏感性。事實上，在通過上述方法制備的磺胺二甲基嘧啶-聚己酸內酯/丙交酯-聚乙二醇-聚己酸內酯/丙交酯-磺胺二甲基嘧啶(OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM)嵌段共聚物中，可以通過FT-IR和1H-NMR確認官能團的引入和端基的反應。并且，可以通過凝膠滲透色譜法(GPC)確認該嵌段共聚物的分子量被提高了，這說明基于PEG的化合物和生物降解性聚合物的共聚物和基于磺酰胺的化合物互相連接。
并且，為了確定所述嵌段共聚物是否具有pH值敏感性，在隨著溫度改變pH值時，測量了溶膠-凝膠轉變性能的變化，其測量結果證明本發明的嵌段共聚物具有pH值敏感性特性。
在另一個方面，本發明提供了一種包含本發明嵌段共聚物的水凝膠組合物。該組合物可另外包含其它本領域中已知的添加劑和溶劑。
另外，本發明還提供了一種通過改變溫度和pH值由所述水凝膠組合物形成的新型水凝膠。該水凝膠可應用于醫學和藥物傳遞領域中的不同用途中。
圖1為示出實施例1中制備的嵌段共聚物(OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM)的凝膠滲透色譜法(GPC)結果的曲線圖。
圖2為示出實施例1中制備的嵌段共聚物(PCLA-PEG-PCLA)的1H-NMR分析結果的圖譜。
圖3為示出實施例1和2中制備的嵌段共聚物(OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM)由溫度和pH值的變化產生的溶膠-凝膠轉變性能圖。
圖4為示出實施例1和2中制備的嵌段共聚物(OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM)的溶膠-凝膠轉變機理示意圖。
圖5為示出了將實施例1制備的嵌段共聚物(OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM)以溶膠狀態分別注入緩沖溶液1(pH值＝7.4，37℃)和緩沖溶液2(37℃，pH值＝8.0)之后在緩沖溶液1中形成凝膠而溶解于緩沖溶液2的照片。
圖6為示出由實施例1中制備的嵌段共聚物(OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM)形成的水凝膠的穩定性的照片。
圖7為示出實施例1、3和4中制備的嵌段共聚物(OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM)的溶膠-凝膠相圖隨著該嵌段共聚物的分子量的變化而變化的曲線圖。
圖8為示出實施例1和5中制備的嵌段共聚物(OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM)的溶膠-凝膠相圖隨著基于磺酰胺的低聚物的分子量的變化而變化的曲線圖。
圖9為示出實施例6和7中制備的嵌段共聚物(MPEG-PCLA-OSM)由溫度和pH值的變化產生的溶膠-凝膠轉變性能圖。
圖10為示出實施例8和9中制備的嵌段共聚物(OSM-PCGA-PEG-PCGA-OSM)由溫度和pH值的變化產生的溶膠-凝膠轉變性能圖。
具體實施例方式
下文，為了更好地理解本發明，將給出下列實施例。然而，應該理解，給出這些實施例僅用于例證性目的，而不應解釋為限制本發明的范圍。
實施例1～9溫度和pH值敏感性嵌段共聚物的制備實施例1OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM五嵌段共聚物(1)1-1PCLA-PEG-PCLA共聚物(1)將10g PEG(Mn＝1500)和0.2g催化劑辛酸亞錫放入反應器中，并在110℃、真空下對其進行干燥4小時從而除去水分。在氮保護氣氛下冷卻該干燥物質，向其加入13.68gε-己內酯和4.32gD，L-丙交酯。在氮保護氣氛下緩慢地加熱該反應混合物至135℃，接著進行聚合反應24小時。該反應完成之后，冷卻該反應混合物至環境溫度，并通過加入少量二氯甲烷使其溶解。在過量的二乙醚中使溶解的反應混合物沉淀，從而除去未反應物質，并在40℃下對該產物進行真空干燥48小時。該產物的收率為85％。
由PEG已知的分子量和在1H-NMR分析結果(參見，圖2)中各嵌段中H的特征峰的積分值計算出合成的PCLA-PEG-PCLA的分子量。1H-NMR分析結果如下該嵌段聚合物中的PEG/PCLA的分子量之比＝1/1.85；以及PCLA嵌段中的己內酯(CL)與丙交酯(LA)的摩爾比＝2.44/1。
l-2磺胺二甲基嘧啶低聚物(OSM)將27.83g(0.1mol)磺胺二甲基嘧啶溶解在含有4g(0.1mol)氫氧化鈉溶于其中的100ml丙酮/水的共溶劑體系中。向該溶液中緩慢地逐滴加入12.54g(0.12mol)甲基丙烯酰氯，從而獲得34.5g(85％收率)具有雙鍵的磺胺二甲基嘧啶單體。在冰浴中進行形成該單體的反應3小時。然后過濾出在反應溶劑中已沉淀的合成的磺胺二甲基嘧啶單體，并在環境溫度下對其進行真空干燥48小時。在氮保護氣氛、85℃下，在DMF溶劑中使用引發劑AIBN使制得的磺胺二甲基嘧啶單體與3-巰基丙酸反應48小時。此時，磺胺二甲基嘧啶單體∶3-巰基丙酸∶引發劑的摩爾當量比為1∶0.1∶0.1。該反應完成之后，通過蒸發器除去DMF溶劑，在此之后將該反應混合物再次溶于THF。在過量的二乙醚中使該溶解的反應混合物沉淀，從而獲得收率大于90％的具有終端羧基的磺胺二甲基嘧啶低聚物。GPC分析結果顯示該低聚物的分子量(Mn)為1144。
l-3OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM嵌段共聚物(1)將實施例1-1制備的PCLA-PEG-PCLA嵌段共聚物放入反應器中，并在85℃下對其進行真空干燥從而除去水分。接著，將該反應物質冷卻至環境溫度，然后在氮保護氣氛下向其加入實施例1-2中制備的磺胺二甲基嘧啶低聚物。然后，向其加入偶合劑DCC和催化劑DMAP溶于其中的無水二氯甲烷。此時，PCLA-PEG-PCLA∶磺胺二甲基嘧啶低聚物∶DCC∶DMAP的摩爾當量比為l∶2.4∶2.8∶0.28。使該反應混合物在氮保護氣氛、環境溫度下反應48小時。該反應為多相反應，其中磺胺二甲基嘧啶低聚物不溶于二氯甲烷。該反應完成之后，通過過濾可除去未反應的磺胺二甲基嘧啶低聚物。在過量的二乙醚中使經過濾的反應混合物沉淀，然后在40℃對其進行真空干燥48小時，從而獲得收率大于60％的最終產物。通過GPC分析確認該產物的分子量的增加(參見，圖1)。
實施例2OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM五嵌段共聚物(2)除了PEG/PCLA的分子量之比以及CL/LA的摩爾比分別從1/1.85和2.44/1變為1/2.08和2.59/1之外，按照與實施例1相同的方法制備嵌段共聚物。
實施例3OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM五嵌段共聚物(3)除了使用PEG(Mn＝1750)代替PEG(Mn＝1500)之外，按照與實施例1相同的方法制備嵌段共聚物。
實施例4OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM五嵌段共聚物(4)除了使用PEG(Mn＝2000)代替PEG(Mn＝1500)之外，按照與實施例1相同的方法制備嵌段共聚物。
實施例5OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM五嵌段共聚物(5)除了使用磺胺二甲基嘧啶低聚物(Mn＝937)代替磺胺二甲基嘧啶(Mn＝1144)之外，按照與實施例1相同的方法制備嵌段共聚物。
實施例6MPEG-PCLA-OSM嵌段共聚物(1)除了使用使用甲氧基聚乙二醇制備的MPEG-PCLA代替PEG(Mn＝1500)，MPEG-PCLA∶磺胺二甲基嘧啶低聚物∶DCC∶DMAP的摩爾當量比＝1∶1.2∶1.4∶0.14之外，按照與實施例1相同的方法制備MPEG-PCLA-OSM三嵌段共聚物。在該實施例中制備的嵌段共聚物中，MPEG/PCLA的分子量之比為1/1.86，以及PCLA嵌段中的己內酯(CL)與丙交酯(LA)的摩爾比為2.67/1。
實施例7MPEG-PCLA-OSM嵌段共聚物(2)除了MPEG/PCLA的分子量之比以及PCLA嵌段中的己內酯(CL)與丙交酯(LA)的摩爾比分別從1/1.86和2.67/1變為1/2.04和2.70/1之外，按照與實施例6相同的方法制備MPEG-PCLA-OSM三嵌段共聚物。
實施例8OSM-PCGA-PEG-PCGA-OSM嵌段共聚物(1)除了使用用乙交酯制備的PCGA-PEG-PCGA(PEG＝1500)代替D，L-丙交酯之外，按照與實施例1相同的方法制備五嵌段共聚物。在該實施例中制備的嵌段共聚物中，PEG/PCGA的分子量之比為1/2.02，以及PCGA嵌段中的CL/GA的摩爾比為2.38/1。
實施例9OSM-PCGA-PEG-PCGA-OSM嵌段共聚物(2)除了PEG/PCGA的分子量之比以及PCGA嵌段中的CL/GA的摩爾比分別從1/2.02和2.38/1變為1/2.23和2.39/1之外，按照與實施例8相同的方法制備五嵌段共聚物。
試驗例1由pH值變化引起的溶膠-凝膠轉變性能的評價評價根據本發明制備的嵌段共聚物由pH值變化引起的溶膠-凝膠轉變性能。
將實施例1和2中制備的五嵌段共聚物(OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM，OSM＝1144)各以15wt％加入并溶于緩沖溶液中，用HCl溶液進行滴定，從而調整所述嵌段共聚物溶液的pH值分別至8.2、8.0、7.8、7.6、7.4和7.2。使每個具有各自pH值的五嵌段共聚物溶液在恒溫下平衡10分鐘，同時每次以2℃提高所述溶液的溫度，然后傾斜以測量溶膠-凝膠轉變性能。參見圖3和4，將對由溫度和pH值的變化引起的嵌段共聚物的溶膠-凝膠轉變性能進行描述。
圖3和4中所示的“A”、“B”、“C”和“D”表示在特定的溫度和pH值條件下存在的嵌段共聚物。具體地說，“A”表示與體內同樣高的溫度(37℃)和低pH值(pH值7.4)的條件，“B”表示與體內同樣高的溫度(37℃)和高pH值(pH值8.0)的條件，“C”表示低溫(15℃)和低pH值(pH值7.4)的條件，以及“D”表示低溫(15℃)和高pH值(pH值8.0)的條件在D條件(15℃和pH值8.0)下存在的嵌段共聚物由于由低溫引起的PCLA嵌段的疏水性較低以及由高pH值引起的OSM的電離而呈現具有較低粘度的溶膠狀態(參見，圖3和4)。將D條件的溫度逐漸提高到與體內溫度相同的B條件(37℃和pH值8.0)的溫度時，然后提高了PCLA嵌段的疏水性，導致了粘度的輕微增加，但是OSM起到離子化親水性嵌段的作用，這樣就不會形成凝膠(參見，圖3和4)。此外，將D條件的pH值降到7.4，同時溫度保持在15℃，從而到達C條件(15℃和pH值7.4)，然后OSM的電離度逐漸降低，從而提高OSM的疏水性，這樣導致粘度的增加，但由于低溫下PCLA嵌段的疏水性較低，所述嵌段共聚物保持在溶膠狀態而不形成凝膠(參見，圖3和4)。然而，在與體內相同的溫度和低pH值的A條件下，實施例1和2的嵌段共聚物都呈現凝膠狀態。這說明溫度的提高導致了PCLA嵌段的疏水性的提高，在低pH值下沒有被電離的OSM也起到疏水性嵌段的作用，這樣根據本發明的嵌段共聚物溶液由于PCLA與OSM嵌段之間強的疏水鍵而形成凝膠。
如上所述，可以發現，不僅由于共聚物中的基于磺酰胺的低聚物的電離度隨著pH值的變化而變化，而且由于生物降解性共聚物的疏水性隨著溫度的變化而變化，本發明的嵌段共聚物表現出可逆的溶膠-凝膠轉變性能。這表明本發明的嵌段共聚物表現出不僅由溫度而且由pH值的變化引起的可逆的溶膠-凝膠轉變性能。
試驗例2穩定性的評價為了評價由本發明的嵌段共聚物形成的水凝膠的穩定性，進行了下面的試驗。
調節實施例1中制備的五嵌段共聚物(OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM，OSM Mn＝1144)至15℃和pH值8.0，從而制備溶膠溶液。然后，將該溶膠溶液注入緩沖溶液1(37℃和pH值7.4)和緩沖溶液2(37℃和pH值8.0)中，然后觀察其狀態的變化。而且，所述五嵌段共聚物溶液在pH值7.4和37℃的條件下形成凝膠，向形成的凝膠中加入過量的緩沖溶液(pH值7.4和37℃)，并將加了緩沖溶液的凝膠長時間放在水浴(37℃)中。
在通過將由所述嵌段共聚物形成的溶膠溶液(15℃和pH值8.0)分別注入具有與體內(37℃)相同的溫度和不同的pH值的緩沖溶液1和2中獲得的結果中，所述溶膠溶液在緩沖溶液1(37℃和pH值7.4)中凝為膠體，而其溶于緩沖溶液2(37℃和pH值8.0)(參見，圖5)。這表明高溫和低pH值會引起嵌段共聚物中的生物降解性聚合物和基于磺酰胺的低聚物的疏水性的提高，從而導致該嵌段共聚物的凝膠化。
此外，在高溫和低pH值(37℃和pH值7.4)的條件下由所述嵌段共聚物水凝膠形成的凝膠即使在加入過量緩沖溶液(37℃和pH值7.4)后的至少兩周也不會被破壞(參見，圖6)。這表明形成的凝膠是穩定的。
試驗例3嵌段共聚物的溶膠-凝膠相圖的變化的評價按照下面的方法通過不同的參數分析由所述嵌段共聚物形成的水凝膠的溶膠-凝膠相圖的變化。所述參數包括嵌段共聚物中的親水性嵌段與疏水性嵌段的比率、嵌段共聚物的分子量和pH值敏感性嵌段的長度等。
使用實施例1、3、4和5中制備的OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM五嵌段共聚物，其中實施例1、3和4的嵌段共聚物中的PEG的分子量分別為1,500、1,750和2,000，以及實施例1和5的嵌段共聚物中的OSM的分子量分別為1,144和937。
圖7示出了由PEG的分子量的增加和嵌段共聚物處于親水性聚合物PEG與疏水性聚合物PCLA的分子量之比固定為1/2.1 的情況下產生的相圖。
可以發現，所述嵌段共聚物的溶膠-凝膠相圖隨著該嵌段共聚物的分子量的增加向更高溫度移動，但是該嵌段共聚物形成凝膠的溫度范圍只有很小或沒有變化(參見，圖7)。這說明，當增加該嵌段共聚物的長度而保持親水性嵌段與疏水性嵌段之比為恒定比例時，為了通過由疏水性嵌段之間的引力引起的物理交聯而形成凝膠，可通過一些更強的疏水條件，例如在高溫下強的疏水引力，使該嵌段共聚物的凝膠化變為可能。還可以發現，形成凝膠的溫度范圍主要受到親水性嵌段與疏水性嵌段的比率影響。
同時，可以表明，在低pH值范圍內，隨著所述嵌段共聚物的分子量的增加，形成凝膠的溫度范圍減小(參見，圖7)。這是因為OSM在低pH值下以非電離狀態存在，并因此起到疏水性嵌段的作用，從而親水性嵌段PEG與疏水性嵌段PCLA-OSM的比率隨著PEG分子量的增加而減小。因此，可以發現，在低pH值下，形成凝膠的溫度范圍隨著該嵌段共聚物的總分子量的增加而略微減小。
圖8圖示了由OSM的分子量的變化引起的OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM五嵌段共聚物水凝膠的溶膠-凝膠相圖。
可以發現，在高pH值范圍內，主要以電離狀態存在的OSM無論其分子量都以溶膠狀態存在。然而，由此可見，隨著pH值的減小，OSM以非電離狀態存在，并因此起到疏水性嵌段的作用，特別在低pH值范圍內，所述嵌段共聚物的疏水性隨著OSM分子量的增加而增加，從而導致形成凝膠的范圍擴大(參見，圖8)。
因此，可以證實，根據所述嵌段共聚物的分子量和組成比例，可調整發生溶膠-凝膠轉化的溫度和pH值的范圍。
試驗例4由溫度和pH值變化引起的嵌段共聚物的溶膠-凝膠轉變的評價按照下面的方法對由溫度和pH值變化引起的根據本發明制備的嵌段共聚物的溶膠-凝膠轉變性能進行評價。
實施例6和7制備的三嵌段共聚物(MPEG-PCLA-OSM，MPEG＝750，OSM＝1144)以及實施例8和9制備的五嵌段共聚物(OSM-PCGA-PEG-PCGA-OSM，PEG＝1500，OSM＝1144)以三嵌段共聚物25wt％、五嵌段共聚物15wt％分別加入并溶于緩沖溶液，用HCl溶液進行滴定，從而調整所述溶液的pH值至8.2、8.0、7.8、7.6、7.4和7.2。使每個具有各自pH值的嵌段共聚物溶液在恒溫下平衡10分鐘，同時每次以2℃提高所述溶液的溫度，然后保持傾斜狀態1分鐘。此時，通過測定該溶液為溶膠的流動和該溶液為凝膠的不流動，而測定各溶液的溶膠-凝膠轉變性能。
在試驗結果中，實施例6～9中制備的三嵌段和五嵌段共聚物都表現出與試驗例1的結果相同的溶膠-凝膠轉變性能(參見，圖9和10)。
可以看出，實施例6和7中制備的三嵌段共聚物(MPEG-PCLA-OSM)在比OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM五嵌段共聚物更高的濃度下凝為膠體(參見，圖9)。這可歸因于所述嵌段共聚物之間不同的凝膠形成機理。在其兩端具有疏水性嵌段的OSM-PCLA-PEG-PCLA-OSM嵌段共聚物通過由該嵌段共聚物形成的膠粒(micelle)之間的互相連接而凝為膠體，而MPEG-PCLA-OSM嵌段共聚物通過由該嵌段共聚物形成的膠粒的填充而凝為膠體。這說明，由于凝膠形成中所需的膠粒的濃度較高，所以在高濃度下也形成水凝膠。
另外，可見，實施例8和9中制備的嵌段共聚物(OSM-PCGA-PEG-PCGA-OSM)在比實施例1中制備的嵌段共聚物的疏水性嵌段與親水性嵌段的組成比率更高的情況下凝為膠體(參見，圖10)。這可以認為是歸因于乙交酯(GA)的疏水性的大小，其疏水性比丙交酯(LA)的弱。
工業實用性如上所述，根據本發明的嵌段共聚物表現出不僅對溫度而且對pH值的變化敏感的溶膠-凝膠轉變性能。因此，本發明的嵌段共聚物克服了溫度敏感性共聚物的缺點，在適當的溫度和pH值下形成了更穩定的水凝膠，并且還解決了現有嵌段共聚物的體內穩定性的問題。因此，本發明的嵌段共聚物可用于醫藥和藥物傳遞領域中的不同用途中。
權利要求
1.一種通過下面的組分互相連接而形成的嵌段共聚物(a)基于聚乙二醇(PEG)的化合物和生物降解性聚合物的共聚物；和(b)基于磺酰胺的低聚物。
2.根據權利要求1所述的嵌段共聚物，其中，所述基于聚乙二醇的化合物由下面的化學式1所表示[化學式1] 其中，R表示氫或含1～5個碳原子的烷基，以及n為11～45的自然數。
3.根據權利要求1所述的嵌段共聚物，其中，所述基于聚乙二醇的化合物的分子量為500～2,000。
4.根據權利要求1所述的嵌段共聚物，其中，所述生物降解性聚合物為選自包括己內酯、乙交酯和丙交酯的組的至少一種。
5.根據權利要求1所述的嵌段共聚物，其中，所述基于聚乙二醇的化合物和生物降解性聚合物的共聚物為選自包括聚丙交酯、聚乙醇酸交酯、聚己酸內酯、聚(己內酯-丙交酯)無規共聚物(PCLA)、聚(己內酯-乙交酯)無規共聚物(PCGA)和聚(丙交酯-乙交酯)無規共聚物(PLGA)的組的至少一種。
6.根據權利要求1所述的嵌段共聚物，其中，所述基于聚乙二醇的化合物與生物降解性聚合物的分子量之比為1∶1～3。
7.根據權利要求1所述的嵌段共聚物，其中，所述基于磺酰胺的低聚物在其終端含有選自包括羥基、羧基和氨基的組的親水性官能團。
8.根據權利要求1所述的嵌段共聚物，其中，所述基于磺酰胺的低聚物由選自包括磺胺甲基硫代二嗪、磺胺二甲基嘧啶、乙酰磺胺、磺胺索嘧啶、sulfafenasole、sulfamethoxasole、磺胺嘧啶、磺胺甲氧二嗪、磺胺甲氧噠嗪、磺胺多辛、磺胺吡啶、苯酰磺胺和硫代異噁唑的組的至少一種基于磺酰胺的化合物形成。
9.根據權利要求1所述的嵌段共聚物，其中，所述基于磺酰胺的低聚物的分子量為500～2,000。
10.根據權利要求1所述的嵌段共聚物，其為三嵌段或更高的多嵌段共聚物。
11.根據權利要求10所述的嵌段共聚物，其為三嵌段或五嵌段共聚物。
12.根據權利要求1所述的嵌段共聚物，其由下面的化學式2所表示[化學式2]
13.根據權利要求1所述的嵌段共聚物，其由下面的化學式3所表示[化學式3]
14.根據權利要求1所述的嵌段共聚物，其由下面的化學式4所表示[化學式4]
15.一種水凝膠組合物，其包含如權利要求1～14任一項所述的嵌段共聚物。
16.一種由如權利要求15所述的水凝膠組合物形成的水凝膠。
全文摘要
本發明涉及一種通過下面的組分互相連接而形成的嵌段共聚物(a)基于聚乙二醇(PEG)的化合物和生物降解性聚合物的共聚物，和(b)基于磺酰胺的低聚物；還涉及一種包含該嵌段共聚物的水凝膠組合物以及由該組合物形成的水凝膠。本發明的嵌段共聚物表現出不僅對溫度而且對pH值的變化敏感的溶膠－凝膠轉變性能。因此，本發明的嵌段共聚物克服了溫度敏感性共聚物的缺點，形成了更強、更穩定的水凝膠，并在體內穩定。因此本發明的嵌段共聚物可用于醫學和藥物傳遞領域中的不同用途中。
文檔編號C08G63/688GK1957021SQ200580010601
公開日2007年5月2日 申請日期2005年1月26日 優先權日2004年1月29日
發明者李斗成, 沈愚先, 裴有韓, 柳濟善, 金旻相, 玄大候 申請人:成均館大學校產學協力團