一种P(LA-MAA-EG)可降解pH敏感水凝胶共聚物

摘要

本发明涉及医药用高分子材料领域，具体涉及一种pH敏感，并可生物降解的共聚物及其制备方法和用途。该共聚物具有P(LA-MAA-EG)的结构。实验结果表明，本发明P(LA-MAA-EG)共聚物具有多种优良特性，为需要使用pH敏感型共聚物的领域提供了一种新的选择。

权利要求

1.一种共聚物，其特征在于是由下述方法制备而成的：以2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮作为引发剂，甲叉双丙烯酰胺作为交联剂，以HEMA-PLA，MAA，PEGDMA为原料，通过

365nm波长的500w紫外灯光照射10～60min引发的自由基聚合反应合成水凝胶，具有P(LA-MAA-EG)的所示的结构。

2.根据权利要求1所述的共聚物，其特征在于：所述P(LA-MAA-EG)中，PMAA的重量百分比为20～70％，PEG的重量百分比为10～40％，PLA的重量百分比为20～70％。

3.根据权利要求2所述的共聚物，其特征在于：所述P(LA-MAA-EG)中，PMAA的重量百分比为20～60％，PEG的重量百分比为10～20％，PLA的重量百分比为20～60％。

4.根据权利要求2所述的共聚物，其特征在于：所述P(LA-MAA-EG)中，PEG链段的数均相对分子质量为300～10000，PLA链段的数均相对分子质量为300～20000。

5.根据权利要求4所述的共聚物，其特征在于：所述P(LA-MA-EG)中，PEG链段的数均相对分子质量为300～2000；PLA链段的数均相对分子质量为500～2000。

6.一种制备权利要求1～5任一项所述的共聚物的方法，其特征在于包括下述步骤：以2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮作为引发剂，甲叉双丙烯酰胺作为交联剂，以HEMA-PLA，MAA，PEGDMA为原料，通过365nm波长的500w紫外灯光照射10～60min引发的自由基聚合反应合成P(LA-MAA-EG)水凝胶。

7.权利要求1～5任一项所述的共聚物在制备温度pH敏感型药物释放控制体系、可降解水凝胶或组织工程材料中的用途。

8.一种pH敏感型药物组合物，是由权利要求1～5任一项所述的共聚物装载药物活性成分制备而成的。

说明书

一种P(LA-MAA-EG)可降解pH敏感水凝胶共聚物

技术领域

[0001] 本发明涉及医药用高分子材料领域，具体涉及一种P(LA-MAA-EG)共聚物及其制备方法和用途。

背景技术

[0002] 水凝胶是一种交联的亲水性多聚物的网络结构，因为大多数的水凝胶都具有很好的生物相容性和性能可调性，所以它是一类在生物工程和医药领域有着广泛应用前景的重要生物材料。水凝胶在维持其自身的结构时可以吸收大量的水，这一特性与软组织非常相似。同时水凝胶对环境条件刺激的反应性也在近年来引起了广泛的关注。许多物理和化学的刺激被用于诱导这一智能水凝胶系统的各种反应，其中包括温度、电场、溶剂、光、压力、声音和磁场等物理信号，也包括pH、离子和特殊分子的识别等化学和生化的刺激信号。这些环境敏感性或环境响应性的水凝胶通常被称为“聪明水凝胶”或者“智能水凝胶”。由于对环境刺激的敏感性，这些水凝胶在药物控制释放系统、靶向药物传递系统、细胞包埋和组织修复等领域方面具有广阔的应用前景而备受关注。

[0003] 目前，治疗用的蛋白质和多肽类药物主要是通过肌肉注射或者静脉注射来使用的，因为这些药物在酸性的胃液或者含有多种分解蛋白质的酶的生物液(如体液)中易于被降解，使其生物活性失去。为了增加这些蛋白质和多肽类药物采用口服途径的生物利用度，pH敏感的水凝胶被用作研发新型的药物运送系统。在酸性的胃内环境(pH＝1.2)，药物被水凝胶保护；而在肠内环境(pH＝7.2)，药物就可以渗透出来。

[0004] 聚(甲基丙烯酸-聚乙二醇)(简写为P(MAA-EG))共聚物在一定条件下可以形成可逆的氢键结合复合体，这一络合导致了在周围环境pH值改变的情况下，凝胶溶胀性的改变。在酸性环境中，聚乙二醇PEG链段与多PMAA链段通过氢键形成高度紧密的网络结构。当pH增加至中性、甚至碱性时，这一氢键复合物解聚，网络结构变得松散。当pH值变小时，这一氢键复合物又可以形成，这种可逆的氢键复合物使得P(MAA-EG)共聚物在蛋白质或多肽药物的口服传递系统中具有潜在的巨大应用前景。目前NA Peppas等人已用P(MAA-EG)用于胰岛素的口服释放，并取得了一定的效果。但非常遗憾的是这种P(MAA-EG)水凝胶不能生物降解，因此其临床应用受到了极大的限制。同时，在应用这种水凝胶作为药物运送体系，保持其形态灵活性和生物可降解性，同时保证其他的一些必要的特性等方面仍然有很多问题。鉴于此，开发可生物降解的、pH敏感的水凝胶近年来成为一个研究热点。
发明内容：

[0005] 本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种共聚物。该共聚物引入了可降解的聚(DL-乳酸)(简称PLA)链段，它具有P(LA-MAA-EG)所示的结构。

[0006] 其中，上述P(LA-MAA-EG)共聚物中PMAA的重量含量占20～70％，PEG重量含量占10～40％，PLA链段的重量含量占20～60％。优选的，PMAA的重量含量占20～60％，PEG大分子单体的重量含量占10～20％，PLA大分子单体的重量含量占20～60％。

[0007] 其中，上述P(LA-MAA-EG)共聚物中，PEG链段的相对分子质量为300～10000，PLA链段的相对分子质量为300～20000。进一步的，PEG链段的相对分子质量为300～2000；PLA链段的相对分子质量为500～2000。

[0008] 进一步的，上述共聚物是由下述方法制备而成的：以DMPA等作为引发剂，BIS作为交联剂，以HEMA-PLA，MAA，PEGDMA为原料，通过紫外光引发的自由基聚合反应合成P(LA-MAA-EG)水凝胶。

[0009] 本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种制备上述P(LA-MAA-EG)共聚物的方法。该方法包括下述步骤：

[0010] 以DMPA等作为自由基聚合引发剂，BIS为交联剂，以HEMA-PLA，MAA，PEGDMA或MPEG-MA为原料，通过诸如紫外光引发的自由基聚合反应而合成P(LA-MAA-EG)水凝胶。

[0011] 其中，上述HEMA-PLA是通过HEMA(0.1mol)为起始物而引发DL-丙交酯开环聚合作用而形成。

[0012] 本发明所要解决的第三个技术问题是提供上述P(LA-MAA-EG)共聚物在药物释放控制体系、组织工程领域、可降解水凝胶及生物医用高分子材料中的用途。本发明P(LA-MAA-EG)共聚物特别适合用于pH敏感的局部释放控制药物体系、栓塞材料、可注射且可降解组织工程支架材料等领域。

[0013] 本发明所要解决的第四个技术问题是提供一种pH敏感型药物组合物。该pH敏感型药物组合物是由上述的共聚物加载药学上可用的药物活性成分制成的。

[0014] 本发明P(LA-MAA-EG)共聚物水凝胶，在pH＝1.2的水溶液中的平衡溶胀率要比pH＝7.2的水溶液中的低。溶胀率随着pH从1.2提高到7.2而大大增加，这主要是由于氢键结合和静电相互作用引起的。当环境pH值升到7.2时，羧酸基团离子化，氢键消失；同时静电排斥作用使得多聚物网络结构扩张。由于以上各种原因的结合，随着pH值从1.2上升到7.2，溶胀率将急剧增加，这一凝胶溶胀行为与P(MAA-EG)水凝胶的溶胀行为非常相似。

[0015] 由于本发明P(LA-MAA-EG)中创造性地引入了可降解的聚乳酸链段PLA，从而使本发明在保持P(MAA-EG)水凝胶的pH敏感特性的同时，还具有了反复溶胀和可生物降解的特性。而这些特性决定了本发明P(LA-MAA-EG)聚合物在药物释放控制体系、组织工程领域及生物医用高分子材料等应用领域具有极好的应用前景，为需要使用pH敏感特性的领域提供了一种新的选择。本发明方法操作简便、产物得率高、纯度高、性质可控、适合于大规模生产应用。

[0016] 下面通过具体实施方式进一步描述但不限制本发明。具体实施方式：

[0017] N，N’-Methylene-bis-acrylamide(BIS)，甲叉双丙烯酰胺；

[0018] methacrylic acid(MAA)，甲基丙烯酸；

[0019] poly(ethylene glycol)dimethacrylate(PEGDMA，PEG)，聚乙二醇；

[0020] 2-hydroxyethyl methacrylate(HEMA)，2-羟乙基甲基丙烯酸酯；

[0021] Tin(II)2-ethylhexanoate，辛酸亚锡；

[0022] 2，2-Dimethoxy 2-phenyl acetophenone(DMPA)；2，2-二甲氧基2-苯基苯乙酮；

[0023] 均为分析纯，购自美国Aldrich Company公司，其余试剂均为市售分析纯。

[0024] 实施例一本发明P(LA-MAA-EG)共聚物的合成

[0025] 1、HEMA-PLA大分子单体的合成：

[0026] 2-羟乙基甲基丙烯酸酯封端的PLA大分子单体(HEMA-PLA)通过甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)(0.1mol)为起始物的DL-LA(0.3mol)开环共聚合作用形成，其中辛酸亚锡(Tin(II)2-ethylhexanoate，Sn(Oct)2)用作催化剂。HEMA-PLA大分子先溶解到分析纯的CH2Cl2中，然后再从用n-hexane过滤后的滤过液中沉淀出来。然后这一混合物过滤并在25℃真空干燥至恒重。纯化的材料在冰箱中保存。

[0027] 2、P(LA-MAA-EG)水凝胶的合成：

[0028] P(LA-MAA-EG)水凝胶通过紫外光引发的自由基聚合作用合成，DMPA用作光引发剂，甲叉双丙烯酰胺(BIS，MBA)作交联剂。典型的P(LA-MAA-EG)-40-40-20(S-1)制备流程如下：

[0029] HEMA-PLA 0.4g，MAA 0.4g，PEGDMA 0.2g，BIS 0.3g，DMPA占全部单体重量的1％，以上单体均溶解在二甲基甲酰胺DMF中，然后将溶液在氮气保护下注入一个称量瓶，溶液在365nm波长的紫外灯(500w)下照射10-60min，这样即可制得P(LA-MAA-EG)40-40-20水凝胶，通过调节配方比例，采用本方法可以得到一系列P(LA-MAA-EG)水凝胶，如表1所示。

[0030] 表1本实例制备得到的几种P(LA-MAA-EG)水凝胶

[0031]PLA∶PMAA∶PEG
样品 BIS(Wt％) MnofPLA MnofPEG
(Wt/Wt/Wt％)
S-1 40-40-20 0.3 500 875
S-2 20-60-20 0.3 500 875
S-3 60-20-20 0.3 500 875
S-4 45-45-10 0.3 1500 875
S-5 40-40-20 0.3 500 1500
S-6 40-40-20 0.3 500 330

[0032] 根据红外光谱和核磁共振氢谱的结果，可以看出本发明P(LA-MAA-EG)已经成功合成。

[0033] 实施例二P(LA-MAA-MPEG)水凝胶的制备

[0034] 与实施例一的方法基本相同，只是在此处使用一端为双键，另一端为甲氧基封端为PEG，即为MPEG-MA，以其为大分子单体可以得到P(LA-MAA-MPEG)水凝胶，由于在该水凝胶中MPEG只有一端含双键，所得水凝胶的pH响应性与P(LA-MAA-EG)水凝胶相比大大增强。

[0035] 实施三本发明P(LA-MAA-EG)载药系统的制备

[0036] 本发明将P(LA-MAA-EG)水凝胶先在pH7.2中溶胀，接着加入水溶性药物如VB12或BSA等，此时水溶性药物将扩散进入水凝胶中，1-2小时后向体系中加入pH1.2的缓冲溶液下调体系pH值，使水凝胶收缩，药物将会很方便的被装载到水凝胶内部，这样即可得到载药水凝胶复合物。本发明所示的载药方法特别适合于装载生物活性药物如蛋白质、多肽、或核酸药物，有利于保持这些药物的生物活性。

[0037] 用本发明P(LA-MAA-EG)装载药品做成多种常规口服规格的水凝胶，分别放入人工胃液中1～8小时，水凝胶的溶胀率很低，且药物释放量很少。将载药水凝胶放入人工肠液后发现，水凝胶很快出现溶胀，且药物释放速度明显加快，这说明了药物的释放行为具有pH敏感性。

[0038] 试验例一本发明P(LA-MA-EG)的pH敏感特性及生物降解性实验

[0039] 1、溶胀性

[0040] 对于这一可生物降解的pH敏感的水凝胶，PMAA链段和PEG段都是亲水性的，PLA段是疏水性的。溶胀性就取决于PMAA、PLA、PEG的重量含量及分子量，同时还受交联剂BIS重量含量的影响，同时介质的pH值对溶胀性影响至关重要。

[0041] 2、对本发明P(LA-MAA-EG)水凝胶pH敏感性的影响因素

[0042] 3.1介质pH值的影响

[0043] 由于P(LA-MAA-EG)水凝胶中PMAA链段中羧酸基团及聚乙二醇链段的存在，水溶液的pH值将极大的影响水凝胶的溶胀性。在pH＝1.2时，PMAA链段与PEG链段能够复合形成氢键，使得凝胶收缩，溶胀率降低。当pH＝7.2时，PMAA链段的羧基离子化，它与PEG形成的氢键消失，水凝胶网络结构随之扩张，溶胀率增加。pH值从1.2上升到7.2时，P(LA-MAA-EG)水凝胶溶胀率急剧增加的现象与P(MAA-EG)水凝胶的溶胀现象的趋势完全相似。

[0044] 对于这一可生物降解的pH敏感水凝胶，溶胀率是由氢键、静电排斥作用和大分子区段的扩展共同决定的。在低pH值条件下，氢键复合物的形成导致凝胶网络结构塌陷。pH值升高时，氢键断裂，静电排斥作用导致凝胶网络结构扩张。在高pH值时水凝胶的网孔大小比在低pH值时要大，溶胀率也大。

[0045] 3.2PMAA和PLA含量的影响

[0046] P(LA-MAA-EG)水凝胶的PMAA和PEG链段是亲水性的，而PLA是疏水性的。当PEG含量不变时，PMAA和PLA的含量对水凝胶的溶胀性有极大的影响。

[0047] 实验表明，溶胀率随着亲水性PMAA链段的增加而增加，而随着疏水性PLA链段的增加而减小。

[0048] 3.3PEG含量的影响

[0049] 由于PEG链段是非离子性和亲水性的，所以也会影响水凝胶的溶胀率。随着PEG含量的增加，溶胀率也增加。

[0050] 3.4PEG分子量的影响

[0051] 水凝胶的溶胀率随着PEG分子量的增加有细微的增长，这可能是因为水凝胶网状结构的网孔大小增加了的缘故。在P(LA-MAA-EG)水凝胶中，PEGDMA两个端基均为双键，它可以被用作大分子的交联剂。随着PEG分子量的增加，交联的密度就降低，相应的样品溶胀率就增大。同时增加PEG的分子量可能会增强PEG与PLA链段，或与PMAA链段间的微观分离(microphase separation)，这可能引起水凝胶的亲水性增加，进而增加水分子的吸入。