制剂的组成
本发明第一方面的制剂包括天然存在或合成的颗粒状可聚合和/ 或可交联材料,和包括组织活性官能团的颗粒状材料。
这两种组分可以以适合的比混合,其可根据所用具体材料、以及 所得组合物的所需性质的不同而不同。典型地,可聚合和/或可交联材 料与组织活性材料的重量比为0.1∶1到10∶1,更优选为0.2∶1到1∶1。
构成制剂的颗粒具有多种粒径。中值粒径可为例如5μm到500μ m,更优选为5μm到100μm。
可聚合和/或可交联组分
制剂的一个组分为可聚合和/或可交联材料。
“可聚合”是指可作为
单体或只是部分聚合形式的预聚合物或大分 子单体存在于制剂中的材料,使得在制剂水合时,该材料经历(进一步) 聚合。
然而,更通常地,材料为“可交联”,而不是“可聚合”。这是指能 够在分子之间形成共价键的材料。这种分子间交联也伴随有分子内交 联,即在同一分子中的官能团之间形成共价键。
可交联材料通常为聚合物或者大分子形式,交联的作用为在这种 分子之间形成共价键,从而构建三维网络或基质。
优选可交联材料选自多糖、聚乳酸(polylactates)、多元醇和蛋白 质、及其衍生物。
可交联材料可为其中可交联材料的单个分子通过分子间共价键连 接的部分交联形式。这种交联可通过本领域中已知的标准技术进行, 例如通
过热处理和/或交联剂。根据可交联材料的性质和/或事先交联 时所用的条件,可显著地改变单个分子之间的交联度。
然而,可交联材料的预交联程度不应为基本上阻止随后的组织活 性官能团与可交联材料的反应。
蛋白质为可交联材料的优选材料,因为它们富有对组织活性官能 团有
反应性的官能团。因此,组织活性官能团不仅与施用制剂的组织 表面反应,而且还与可交联材料反应。
用于本发明的特别优选的蛋白质为
白蛋白,特别是
哺乳动物白蛋 白如猪、
牛或人的白蛋白。
可为或可存在于可聚合和/或可交联材料中的优选的合成聚合物 包括多官能活化的合成聚合物,即,具有或通过化学改性而具有多个 能够彼此反应或与存在于制剂中其它官能团反应形成共价键的合成聚 合物。优选的多官能活化的合成聚合物包括化学改性的聚烷撑二醇, 特别是已经经过改性而包含多个伯
氨基或硫醇基的聚烷撑二醇。
适合的经过改性的聚烷撑二醇包括直链的和支链的(如所谓的“3 臂”和“4臂”)化合物。适合的多氨基聚合物的例子为以商品名 JEFFAMINE销售的那些。这些为基于具有末端胺基的聚乙二醇和/或 聚丙二醇单元的骨架。
其它适合的合成材料可包括或可基于聚(乙烯胺)、聚(乙烯亚胺)、 聚(烯丙基胺)、聚(乙二醇-共聚-天冬氨酸)、聚(赖氨酸-共聚-丙交酯)、 聚(半胱氨酸-共聚-丙交酯)或聚(2-氨基乙基甲基丙烯酸酯)。
通常适合的可交联材料为在环境
温度下为固体的材料,这可以杜 绝极低分子量材料的使用。
制备类似和相似的化学改性聚合物的方法对于本领域技术人员来 说是显而易见的。
组织活性材料的性质
优选组织活性材料为聚合物性质。最优选地,聚合物为合成聚合 物。
“组织活性官能团”是指能够与存在于组织表面的其它官能团反应 以在制剂和组织之间形成共价键的官能团。组织通常部分地由蛋白质 组成,所述蛋白质通常包含硫醇和伯胺部分。许多官能团如亚氨基酯、 对硝基苯基
碳酸酯、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)酯、环
氧化物、异氰酸 酯、丙烯酸酯、乙烯砜、邻吡啶基二硫化物、
马来酰亚胺、
醛、碘乙 酰胺等可与硫醇或伯胺反应,从而构成“组织活性官能团”。如本文中 使用的,术语NHS或NHS酯不仅包括N-羟基琥珀酰亚胺本身,而且 包括其中琥珀酰亚胺环被取代的N-羟基琥珀酰亚胺衍生物。这种衍生 物的例子为N-羟基磺基琥珀酰亚胺及其盐,特别是钠盐,其可以增加 组织活性材料的
溶解度。
图1说明NHS官能化的聚合物与含胺物质如R-NH2表示的组织蛋白 反应的机理。该反应为在聚合物和组织蛋白之间形成酰胺键的亲核取 代。
可用于本发明中的组织活性官能团为能够与存在于组织表面的官 能团(在将制剂施用于组织上的一般条件下,即,在水相环境和无需施 加大量热或其它外部能量的条件下)反应的任何官能团。组织表面上存 在的官能团包括硫醇和胺基,因此组织活性官能团包括对硫醇和/或胺 基有反应性的基团。其例子为
亚氨基酯;
对硝基苯基碳酸酯;
N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)酯;
环氧化物;
异氰酸酯;
丙烯酸酯;
乙烯砜;
邻吡啶基二硫化物;
马来酰亚胺;
醛;和
碘乙酰胺。
N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)酯为特别优选的组织活性官能团。
通常,组织活性材料可通过适当的聚合物前体衍生化形成。提供 进行这种衍生化的聚合物类别包括含
羧酸或醇官能团、或相关结构的 那些。可使用的聚合物包括市售的聚合物或为此目的专
门制备的聚合 物。也可使用天然存在的物质如
蔗糖或衍生化的
纤维素。
可使用的市售的聚合物包括聚乙烯醇(PVA)。在PVA的情况中, 可以通过首先加入链延长基团或连接基团如可进一步与N-羟基琥珀酰 亚胺反应的酸官能度引入官能团。图2表示对醋酸乙烯酯和乙烯醇的 共聚物加上链延长基团,链延长基团以可以转化为相应的NHS-酯的羧 基结尾。共聚物起始材料(其中乙烯醇的摩尔分数x可为0.85-0.995)在
碱如吡啶的存在下与环酐(在所示例子中为
琥珀酸酐)反应。5%到40% 的醇基被衍生化,形成带羧酸的侧链(即a+b=x,a为0.05x到0.40x),可 以通过本身已知的常规方法将其转化为NHS酯。
在合成聚合物载体用于随后的衍生化时,可使用多种单体。其例 子包括N-乙烯基-2-吡咯烷酮、丙烯酸、醋酸乙烯酯、乙烯基乙酸、 单-2-(甲基丙烯酰氧基)乙基琥珀酸酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸-2-羟 乙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯、(聚乙二醇)甲基丙烯酸酯或包含酸或醇 官能度的其它单体。这些单体可通过多种标准聚合技术聚合,包括使 用引发剂如过氧化苯甲酰、2,2′-偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化月桂酰、 过乙酸等的自由基技术。这种聚合物的一个优选的例子为使用AIBN 作为引发剂聚合的聚(N-乙烯基-2-吡咯烷酮-共聚-丙烯酸)。这种物质 的聚合在图3中说明,其中丙烯酸衍生单元的摩尔比可为0到1.0, 优选小于0.60,更优选小于0.4,例如0.025到0.25。共聚物可进一步 与N-羟基琥珀酰亚胺反应形成组织活性材料。
优选地,形成组织活性材料的前体中所有或基本上所有的有效中 心被衍生化(即在形成组织活性材料的前体中所有或基本上所有的有效 中心中引入组织活性官能团)。然后,组织活性官能团与施用制剂的组 织之间的结合程度为制剂中组织活性材料的量的函数。
优选地,在组织活性官能团为NHS酯时,用于制备组织活性材料 的至少一种单体必须包含羧基或能够与形成酸官能度的另一种物质反 应的基团。
在其中组织活性材料为聚(N-乙烯基-2-吡咯烷酮-共聚-丙烯酸)共 聚物(PVP-共聚-PAA)的优选情况中,优选丙烯酸衍生单元的摩尔比为 0.05到0.50,而乙烯基吡咯烷酮衍生单元的摩尔比为0.50到.095。衍生 物被认为是活化的PVP-共聚-PAA。
优选丙烯酸基团被衍生化,以形成组织活性(活化的)基团,最优 选使用NHS基团衍生化。其中丙烯酸衍生单元的羧基带有NHS基团的 乙烯基吡咯烷酮和丙烯酸的共聚物在本文中称为NHS活化的PVP-共聚 -PAA。
如上所述,可通过改变制剂中该组织活性材料的比而控制组织活 性材料的活性(即,该材料的组织活性官能团与组织的结合程度)。制 剂中组织活性材料的浓度可广泛地改变,例如10%w/w或更低到高达 50%w/w以上。
制剂可包含一种类型的组织活性材料,或多于一种类型的组织活 性材料。
除了与施用其的表面形成共价键之外,组织活性材料也可具有生 物粘合性质。这是指该物质对施用其的组织表现出良好的初始粘合 性。具有这种性质的聚合物典型地包含高离子
密度的化学基团,如羧 基、酰胺、内酰胺、羟基、醚和酯基、及其盐,其通过形成离子键和 氢键、偶极-偶极相互作用和范德华力共同地与组织相互作用。有效的 聚合物通常为高分子量,因为生物粘合程度可能与这些可得基团的数 目成正比。典型地,生物粘合性聚合物的分子量超过约50,000。聚合 物还通常为直链的、变为物理缠绕的和在溶液中具有无定形分布的。
例如,组织活性聚合物可为衍生化的PVP或衍生化的乙烯基吡咯 烷酮与另一种单体(如丙烯酸)的共聚物。在这种情况下,侧基吡咯烷 酮基团提供直接接触粘合(如上所述,认为是由于氢键和/或范德华结 合),而然后组织活性基团与组织内和基质(交联的)内的官能团形成共 价键。
因此,根据本发明的另一方面,提供适合于局部施用于体内或外 表面的生物相容性和能水合的组合物,该基质包括含组织活性官能团 的聚合物和包含非组织活性官能团但能够与基质所施用组织表面上的 基团形成氢键的基团的聚合物。
组织活性官能团可为如上所述的。优选能够形成氢键的基团(“氢 键合基团”)为富电子基团,例如选自酰胺、内酰胺、羰基、羧基、羟 基和醚基团。
在具体的实施方案中,组织活性基团和氢键合基团存在于同一聚 合物中。因此,本发明提供适合于局部施用于体内或外表面的生物相 容性和能水合的组合物,该组合物包括聚合物,该聚合物包含组织活 性官能团和非组织活性官能团(但其是能够与基质所施用组织表面上 的基团形成氢键的基团)。
优选组织活性基团为组织活性酯基,特别是NHS-酯基,并且优 选氢键合基团为酰胺或内酰胺基团。因此,优选聚合物为活化的PVP- 共聚-PAA,特别是NHS活化的PVP-共聚-PAA。
或者,组织活性基团和氢键合基团可存在于不同的聚合物中,因 此,除了组织活性材料之外,本发明的制剂可另外包括含氢键合基团 的聚合物。适当的聚合物的例子为聚(乙烯式酸)(poly(vinylic acide))及 其共聚物。然而,优选的生物粘合性聚合物为由具有侧基酰胺或内酰 胺基团的
烃骨架或包含这种基团的重复结构单元组成的聚合物。优选 地,重复单元为或包含1-乙烯吡咯烷-2-酮(乙烯基吡咯烷酮)基团。特 别优选包含重复的N-乙烯基-2-吡咯烷酮基团的均聚物,即聚(乙烯基 吡咯烷酮)(PVP)。
已经发现PVP适合用于本发明的多种原因。首先,其可以以多 种等级和分子量容易地得到,和在医药应用中具有悠久的历史。PVP 具有直线型结构,在广泛的pH和温度下稳定,并容易地和迅速地溶 解于水和其它
溶剂。
不希望束缚于任何具体理论,认为PVP的良好生物粘合性质可 归因于侧基吡咯烷酮基团的羰基和氮
原子为富电子的这一事实。因 此,该物质能够通过与在组织表面上的官能团形成氢键和/或通过范德 华力有效地立即粘合于其所施用的组织。
或者,生物粘合性聚合物可为共聚物,如上述的含酰胺或含内酰 胺的单元和乙烯式酸的共聚物。因此,可能适合的共聚物的一个具体 形式为聚(乙烯基吡硌烷酮-共聚-丙烯酸)(在本文中称为PVP-共聚- PAA)。
可能表现出适当的生物粘合性质的其它聚合物包括
纤维素衍生 物,特别是纤维素醚及其衍生物和盐。其例子包括
羧甲基纤维素(CMC) 及其盐、羟丙基甲基纤维素和羟乙基甲基纤维素。羧甲基纤维素钠为 这种聚合物的一个例子。
可使用上述类型的聚合物的组合。一个优选的例子为上述含酰胺 或含内酰胺的单元的聚合物与上述纤维素衍生物的组合。具体组合为 PVP和CMC盐如钠盐。
由生物粘合性聚合物产生的片对组织的初始粘合程度可通过例如 进行体外粘合强度试验进行定量测量。该试验为:将片粘合于适当的 衬底(在固定
位置固定),同时片本身在单独的点物理连接于
张力试验 装置的负载,其布置为在试验之前片没有任何负载。负载单元为可沿 着与布置衬底的轴基本上垂直的轴移动。该试验涉及以恒定的预定速 率朝远离基片的方向移动负载原单元,直到片从衬底上脱落。试验结 果为片的粘合能的定量量度,即破坏片与其所粘合衬底之间的相互作 用所需能量的累积量。本发明适当的累积粘合能不少于0.1mJ,更优 选不少于0.25mJ,最优选不少于0.5mJ。
制剂组分的制造
可通过任何合适的方法制备颗粒状组织活性材料和颗粒状可聚合 和/或可交联组分。特别是在后一种组分为蛋白质时,优选通过水溶液 或悬浮液的冻干或加热干燥制备颗粒。
为了增强组织活性材料(其典型地为富亲电
试剂的材料)与可聚合 和/或可交联材料(其典型地为亲核性的)之间的反应,可能必须或期望 将后一组分缓冲到碱性水平,以促进质子抽出。
对于本领域技术人员来说,显而易见,可通过调节反应的pH控 制亲电性化合物和亲核性化合物之间的反应。当pH调节为超过7时, 更有利于交联反应。
在本发明的优选实施方案中,可聚合和/或可交联的富亲电试剂 的物质通过碱缓冲处理并随后冻干。随后将这些物质与脱水形式的组 织活性材料混合。在水合(即在施用到组织表面上的过程中)时,制剂 的碱缓冲保证了可交联材料和所结合的组织活性材料之间的有效反 应。
通过使用这种方法,排除了对在即将使用之前分别缓冲制剂各组 分的需要。本文中描述的新方法排除了对“灌注接触”目标区域或制备 多种缓冲溶液以进行交联反应的需要。
需要的缓冲程度取决于使用的可交联材料和从中
抽取质子所需的 条件。例如,已经发现,对于人白蛋白,保证有效交联的最佳pH值 为pH9-11。另一方面,对于合成聚合物如聚乙烯胺,证明在pH7-8得 到同样有效的反应性。
因此,在本发明的优选实施方案中,可聚合和/或可交联材料被 缓冲到大于7的pH。
可通过将颗粒状组分混合简单地制备制剂,并且其中根据需要压 缩制剂形成片剂、栓剂等。压缩程度应使得片剂等在施用于组织之前 保持完整性,但压缩程度不能大到在施用之后抑制水合(和由此的粘 合)。
制剂的物理形式
本发明的制剂可为松散粉末形式,其中组织活性材料的颗粒与可 聚合和/或可交联组分的颗粒混合。
或者,制剂可为通过压缩所述颗粒形成的压缩体的形式。在这种 应用中,特别优选的基于聚(N-乙烯基-2-吡咯烷酮)或N-乙烯基-2-吡咯 烷酮与其它单体(如乙烯式单体)的共聚物的组织活性材料,因为聚(N- 乙烯基吡咯烷酮)具有用于与制剂其它组分相混合的适当流动性质,并 且由于其在压缩时产生塑性
变形和具有低的吸湿性,其在于粒压片过 程中表现出优异性能。
在另一种选择中,可将制剂施用于芯,以形成本发明第二方面的片。
本发明的片可为平面的,或为折叠的、有槽纹的、卷曲的、或形 成为更复杂的形状。
制剂可进一步包括另外的组分,如通常用于片剂制造的结构聚合 物、
表面活性剂、
增塑剂和赋形剂。这种另外的组分可作为离散粒子 存在,或可为组织活性材料和/或可聚合和/或可交联组分的粒子组分。
芯的性质
芯的主要功能是为片提供结构完整性和提供可在其上面施用粉末 形式的组织活性制剂的挠性衬底。
可使用任何适当的聚合物材料或材料组合制备芯。芯可为生物可 降解的或生物不可降解的,并且应该是生物相容的,即应该能够用于 体内或体外组织而不引起任何免疫学反应或其它有害反应。
可用于芯的聚合物材料的例子为:
基于α-羟基酸如聚交酯、聚
乙醇酸交酯、以及聚己酸内酯和其它 聚内酯如丁内酯和戊内酯的聚合物或共聚物。
其它例子可包括:
海藻酸盐(即基于海藻酸(得自海藻的多糖)的聚合物);
多羟基链烷酸酯;
聚酰胺;
聚乙烯;
丙二醇;
水溶性玻璃纤维;
淀粉;
纤维素;
胶原;
pericardium;
白蛋白;
聚酯;
聚氨酯;
聚醚醚酮(PEEK);
聚丙烯;和
聚四氟乙烯。
芯可通过聚合物材料溶液的浇铸、
旋涂或发泡制备,或通过成形、 织造细丝状材料制备,或从材料
块切片制备。通过这些方法制备芯的 适当技术为本领域技术人员熟知的。
在优选实施方案中,芯形成有穿孔的规则排列,例如为正方形或 六
角形阵。穿孔可以在制造芯过程中形成,或在形成芯之后通过例如 冲孔形成。
优选地,穿孔直径为50μm到2mm,邻接穿孔在中心到中心间距 为100μm到5mm处形成。优选地,穿孔占芯总表面积的5%到80%。
芯的厚度可为0.005到5mm。
对芯施用制剂
可将制剂仅施用于芯的一侧。然而,更优选地,将制剂施用于芯 的两侧。
当芯有穿孔时,对芯的一侧或两侧施用制剂使得穿孔被制剂填 满。在使用时,当在有穿孔的芯的两侧施用制剂时,存在于穿孔中的 制剂有效地与芯每一侧上的活化的涂层粘合在一起,将芯包封在两层 活化涂层之间。
对芯施用制剂的优选方法包括将都是颗粒状的组织活性材料与可聚 合和/或可交联组分的混合物机械压缩(如使用液压机)到芯的一侧或两侧。
混合物可通过将组织活性材料的颗粒与可聚合和/或可交联组分 的颗粒混合制备。
涂层制剂可包括填料物质,其典型地占涂层制剂的最多50重量 %。这种物质的例子包括纤维素衍生物(如羧甲基纤维素、羟丙基甲基 纤维素等)、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和其它通常使用的药学赋形剂。
施用于芯的一侧或两侧的涂层厚度典型地为50μm到500μm,更 通常为约70μm到约200μm。
选择性地,在使用中不用于粘合组织的片的表面可涂有非粘合性 物质。最优选地,这种物质为合成聚合物。适当的聚合物的例子包括 聚乙二醇、聚交酯和聚(丙交酯-共聚-乙交酯)。具有这种非粘合剂涂层 的片只粘合于目标组织(施用片下侧的目标组织),而不粘合于周围组 织(如胸膜壁或腹膜壁)。非粘合剂涂层可能包括吸收可见光的发色团, 以能够识别片的非组织接触表面。适当的发色团的例子为亚甲蓝 (methylthioninium chloride)。
优选非粘合剂涂层也形成有穿孔。在这种情况下,穿孔可形成为 类似于芯中穿孔的排列,并在穿孔之间具有类似间距。然而,优选非 粘合剂涂层中的穿孔略小于芯中的穿孔,其直径为50μm到1mm。
片的物理形式
片可典型地具有0.05到10mm的总厚度,优选通常为0.05到 0.5mm,更通常为0.05-0.5mm,例如约200μm或300μm或400μm。
片可以制造为、或随后裁剪为几平方毫米到最大为几十平方厘米 的尺寸。
制剂和片的治疗应用
本发明的制剂和片适合施用于身体的内外表面,即,它们可局部 施用于身体的外部表面(如用于
皮肤)或内表面如外科手术(包括常规 的和最低限度介入性手术)过程暴露的内脏表面。
本发明的制剂和片特别适合如下区域中的外科手术应用:
胸/心血管
普通外科
ENT
泌尿科
口腔/上颌面
整形外科
神经病学
肠胃病学
眼科
妇科医药/产科
以下更详细地描述可能的应用。
创伤愈合
制剂和片的可降解性质意味着它们可在内部和局部过程中支持和 促进创伤愈合。一旦制剂和/或片开始降解,
成纤维细胞将进入并开始 淀积细胞外基质组分。因此制剂和片可用作内部或外部
敷料。另外, 可向制剂加入已知促进皮肤
细胞增殖的因子如生长因子和cAMP,以 促进愈合过程。片可设计用于控制湿气和传染物的渗透,从而可特别 用于烧伤治疗中。
皮肤闭合
制剂和片可局部施用,以促进创伤闭合(作为缝线的代替物)。这 可具有有益的作用,在于其可以缩小疤痕,因此制剂和片可在小型外 科手术(如Accidentand Emergency Departments中)过程中用于美容目 的。片的自粘合性使其易于迅速地施用。
疝气修补
片可用于在疝气修补过程中提供加固。自粘合连接克服了常规的 外科手术加固网产品面临的需要在已经变弱的区域使用缝线或钉的潜 在事项。用于这种过程的片可设计具有短期或长期的耐久性,取决于 所需的组织修复程度。片也可经受钉的应用。
连接
制剂和自粘合性片为连接的管状结构如血管和血管和膀胱移植和 胃肠道提供迅速的密封和
预防泄漏。如果用于神经修复,片支持组织 修复的能力可能特别有价值。
大面积组织封闭
制剂和片的良好密封和处置性质,与其自粘合性质和覆盖大表面 积的能力的组合,意味着它们在封闭
切除的组织表面中有具体应用, 特别是其中扩散出血成为所面临的问题的那些(如肝脏)。片也可提供 在该位置处组织修复的理想
支撑基质。其也可用于限制神经病学术后 的
脑脊液渗漏。
封闭漏气(air leak)
除了上述贴膏性质之外,制剂和片(在组织活性官能团水合和反 应之后)的高的拉伸强度和良好的固有弹性使其特别适合于封闭肺的漏 气,特别是在肺切除术之后。此外,在完成封闭之后,片在该位置处 提供用于组织修复的理想支撑基质。
止血
制剂和片可用于出血区域,起到物理障碍的作用。制剂和片中的 组织活性材料可固定蛋白质,从而促进止血。
治疗剂给药
可以向用于形成制剂和片各组分的溶液中加入药物和其它治疗剂 (包括生物活性剂如生长因子和甚至是细胞和细胞组分),或在制造制 剂和片之前将药物和其它治疗剂共价结合于制剂和片各组分。一旦在 施用于期望的位置之后,制剂或片处于适当的位置上,药物将缓慢释 放,通过扩散或通过设计制剂或片使其在药物释放时间内降解。可通 过制剂和片的适当设计控制释放速率。因此,制剂和片可提供用于系 统地或按照精确轨迹递送已知量的药物的机构。药物可直接结合于制 剂的组分,或简单地分散在制剂中。
预防外科手术后粘连
外科手术后粘连、在邻接组织之间形成不希望的结缔组织是引起 主要的外科手术后并发症的严重问题。其在肠手术中是一个具体的问 题,其中其可以引起例如肠扭曲,这可能需要另外的外科手术。对外 科手术过程中暴露的组织施用本发明具有自粘合性质的片材料可有效 防止组织和相邻组织之间的外科手术后粘连。
低度侵入(微创)过程
用于通过活组织检查取得组织样品、插入装置、递送治疗剂和进 行外科手术过程的低度侵入技术的应用迅速发展为常规的“开放”手术 的备选方案。低度侵入过程典型地使患者产生更小的
疼痛、更小的疤 痕、更快的恢复时间和更少的手术后并发症,以及降低卫生保健
费用。 该过程通过小
锁眼尺寸的外科手术切口插入特别设计的仪器而进行。 可通过存在的或专门设计的低度侵入手术器械和
套管针系统将制剂和 片引入到身体中,并且片可形成或制备为适当的尺寸和形状。也可改 变制剂的形式以使能递送粉末、片剂、小球、带/条/plegets和其它三 维基质。自粘合剂的使用显著降低其中通路受到限制的组织操作、闭 合和修复的技术难度。另外,片的性质使它们特别适合于封闭空气、 血液或
流体的泄漏或用于治疗剂的递送。
优选实施方案祥述
以下参考示例性
实施例更详细地描述本发明。
实施例1
NHS活化的PVP-共聚-PAA的合成
(a)丙烯酸和N-乙烯基-2-吡咯烷酮的聚合
如图3中所示,通过单体如N-乙烯基-2-吡咯烷酮和丙烯酸的聚合 形成聚合物。
可使用多种方法引发聚合,如自由基、离子(阳离子或阴离子)、 加热、UV、氧化还原等。自由基聚合为优选的聚合方法,2-2′-偶氮- 双-异丁腈(AIBN)为优选的引发剂。如图4中所示,AIBN分解为两个自 由基,其然后攻击乙烯式单体(丙烯酸)中的碳-碳双键。
其持续到链经由组合、歧化等生长的终止。
反应溶剂可为N,N′-二甲基甲酰胺、
甲苯、或任何其它适当的沸点 高于100℃的溶剂。甲苯为目前优选的溶剂。
典型的聚合方法如下:
向反应烧瓶中加入溶剂。通常每克单体使用约5-10ml溶剂足够。 在浴温足以使选择的引发剂生成自由基的油浴中加热烧瓶。当使用 AIBN作为引发剂时,80-85℃为最佳温度。将无氧的氮气鼓泡通过溶 剂,以除去任何溶解的氧。还同样地从单体除去氧。向溶剂中加入引 发剂并使其溶解。加入单体并封闭容器。也可使用氮气入口和泄压针。
使反应持续约3-24小时。冷却反应混合物并通过在5∶1的正己烷/ 异丙醇中沉淀随后过滤从溶剂/聚合物溶液分离聚合物。需要连续用乙 醚洗涤以从聚合物除去全部的痕迹聚合溶剂。在连续用乙醚洗涤之 后,减压干燥聚合物至恒重。
典型的反应条件如表1中所示:
表1 溶剂(体积) 单体 AIBN(g) T(℃) 时间(小时) 收率 Mw Mn 多分散指数 (Mw/Mn) 丙烯酸 N-乙烯基-2-吡咯烷酮 甲苯(100ml) 1.5(20摩尔%) 8.5(80摩尔%) 0.02(0.125%) 80 3 - - - - 甲苯(100ml) 0.7(10摩尔%) 9.3(90摩尔%) 0.02(0.125%) 80 3 54% 80040 38800 2.0 甲苯(100ml) 0.7(10摩尔%) 9.3(90摩尔%) 0.04(0.25%) 80 3 58% 74240 38340 1.9 甲苯(100ml) 0.7(10摩尔%) 9.3(90摩尔%) 0.02(0.125%) 80 3 62% 54000 25150 2.1 DMF(100ml) 0.5(7.5摩尔%) 9.5(92.5摩尔%) 0.02(0.125%) 80 3 - - - - 甲苯(100ml) 0.35(5摩尔%) 9.65(95摩尔%) 0.02(0.125%) 80 3 - - - -
(b)PVP-共聚-PAA与N-羟基琥珀酰亚胺在二环己基碳二亚胺的存 在下的反应
在二环己基碳二亚胺(DCC)的存在下PVP-共聚-PAA与N-羟基琥 珀酰亚胺反应形成NHS-活化的PVP-共聚-PAA(图5)。
通过在干燥的100ml圆底烧瓶中搅拌下将10g包含0.094摩尔丙烯 酸重复单元的PVP-共聚-PAA溶解于50ml无水N,N′-二甲基甲酰胺中。 向聚合物溶液中加入0.01摩尔的N-羟基琥珀酰亚胺(1.15g)并使其溶 解。
将DCC(2.06g)在60℃的烘箱中
熔化并加入到聚合物溶液中。使 其在室温下搅拌至少24小时。观察到形成白色沉淀(二环己脲)。24小 时之后,过滤除去沉淀物并用少量无水DMF洗涤烧瓶和
过滤器。通 过在5∶1的正己烷/异丙醇中沉淀分离聚合物并过滤。通过用无水乙醚 重复洗涤进一步纯化聚合物。收率为50%到70%。
实施例2
NHS活化的PVP-共聚-PAA的选择性合成
(a)聚合
使用油浴或加热罩将圆底烧瓶中的400ml无水甲苯加热到80±2 ℃。通过将无氧的氮气鼓泡通过甲苯至少30分钟从溶剂除去氧气。 使用注射器向反应烧瓶中加入溶解于2ml甲苯中的0.1g(0.006摩尔)偶 氮异丁腈(AIBN),随后立即加入45.02g(0.406摩尔)的1-乙烯基-2-吡 咯烷酮和7.02g(0.092摩尔)的丙烯酸。使反应在氮气下在80±2℃进行 17小时,聚合物不溶解于甲苯中,随着反应进行形成白色沉淀。在17 小时之后,再加入0.1g(0.006摩尔)AIBN并使反应在80±2℃再保持 一小时,以使任何残留的单体聚合。通过倾入到2000ml迅速搅拌的1∶1 的正己烷∶乙醚中并随后使用10-16μm过滤器过滤分离聚合物。将聚 合物溶解于200ml的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中并搅拌约60分钟, 然后通过10-16μm过滤器过滤。将聚合物在约2000ml迅速搅拌的5∶1 的正己烷∶异丙醇中沉淀并通过使用10-16μm过滤器过滤分离。通过 用500ml乙醚洗涤并过滤三次除去全部痕迹的DMF和甲苯。聚合物 在60℃
真空中干燥至少72小时。
(b)NHS-酯化
通过对照1.0M NaOH的滴定计算聚合物的含酸量。
在250ml圆底烧瓶中使用磁力搅拌器将20g聚合物溶解于160ml无 水DMF中。加入4.28g(0.037摩尔)的NHS并使其溶解。向聚合物/NHS 溶液中加入溶解于10ml无水DMF中的7.67g(0.037摩尔)的二环己基碳二 亚胺。将烧瓶密封并在室温下搅拌反应96小时。形成DMF不溶性物质, 二环己脲,作为反应副产品,其作为白色沉淀存在于反应溶液中。在 96小时之后,通过使用10-16μm过滤器过滤除去二环己脲并使用 1275ml的5∶1的正己烷∶异丙醇沉淀分离聚合物。通过使用10-16μm过 滤器过滤除去溶剂。并溶解于170ml的DMF中并用1275ml的5∶1的正己 烷∶异丙醇沉淀,重复共计三次进一步纯化聚合物,在最终的沉淀之后, 通过在170ml乙醚中迅速搅拌洗涤聚合物,直到得到细的白色粉末。 将其在60℃下在真空中干燥至少72小时。
实施例3
NHS活化的PVP-共聚-PAA与冻干白蛋白的混合
a)将NHS活化的PVP80-共聚-PAA20共聚物(即由80摩尔%乙烯基吡 咯烷酮衍生单元和20摩尔%丙烯酸衍生单元组成的共聚物)粉末与冻干 猪白蛋白(SigmaAldrich;预先缓冲到pH10.5)混合(混合比为1∶1、2∶1和 4∶1)。
b)将NHS活化的PVP70-共聚-PAA30共聚物(70摩尔%乙烯基吡咯烷 酮∶30摩尔%丙烯酸)粉末与冻干人白蛋白(Baxter人白蛋白溶液(20%), 预先缓冲到pH10.5)混合(1∶1)。
c)将NHS活化的PVP70-共聚-PAA30共聚物粉末与冻干猪白蛋白(预 先缓冲到pH10.5)混合(2∶1)。
实施例4
NHS活化的PVP-共聚-PAA与冻干白蛋白的混合和对肝脏组织的 施用
a)将NHS活化的PVP80-共聚-PAA20粉末与冻干猪白蛋白(Sigma Aldrich;预先缓冲到pH10.5)混合(1∶1)并递送到湿肝脏组织上。粉末迅 速地(<5分钟)再水合,得到的胶凝除了表现出与下面组织表面强烈粘 合之外还具有粘结强度。
b)将NHS活化的PVP70-共聚-PAA30粉末与冻干人白蛋白(Baxter 人白蛋白溶液(20%),预先缓冲到pH10.5)混合(1∶1)并递送到湿肝脏组 织上。粉末迅速地(<5分钟)再水合,得到的胶凝除了表现出与下面组 织表面的强烈粘合之外还具有粘结强度。
实施例5
NHS活化的PVP-共聚-PAA与冻干猪白蛋白混合,形成压缩片并 随后施用于肝脏组织
NHS活化的PVP70-共聚-PAA30共聚物粉末与冻干猪白蛋白(预先 缓冲到pH10.5)混合(2∶1)混合,随后压缩为薄(<2mm厚度)片,并递送 到湿肝脏组织上。薄片立即粘合于肝脏组织并在一小时内逐渐再水 合,得到的胶凝除了表现出对下面组织表面的强烈粘合之外还具有粘 结强度。
实施例6
赋形剂与粉状NHS活化的PVP80-共聚-PAA20和预先缓冲到pH 10.5 的冻干猪白蛋白(PSA)的混合
将NHS活化的PVP80-共聚-PAA20和PSA(1∶1)的粉末与赋形剂如羟 丙基纤维素、聚(乙烯基吡咯烷酮)和微晶纤维素混合。将粉状混合物 压缩为厚度小于2mm的片。这些片立即粘合于湿的猪肝脏组织并在浸 入水溶液中时再水合。在浸入水溶液1小时之后,它们仍然作为交联 的凝胶粘合于组织。在11.5%到50%w/w的NHS活化的PVP80-共聚- PAA20的浓度得到粘合。
实施例7
本发明的片的略图
图6表示(示意性地而不是按照比)本发明制备的典型的片的结构。 片包括聚(丙交酯-共聚-乙交酯)(PLG)的膜1形式的芯,其具有规则排列 的穿孔5。在膜1的两侧上压有组织活性制剂层2、3使得组织活性制剂 渗入并充满穿孔。最后,在片的一个表面上再施用PLG的非粘合性层4。 非粘合性层4也有穿孔,其穿孔6小于芯膜1中的穿孔5。
非粘合性层4可包括发色团,其赋予非粘合性表面以可识别的颜 色,从而确定该表面(从而表明片的哪一侧被施用于组织)。或者,可 以通过两个表面的反射率差别区别片的两侧。
实施例8
多层片制剂的制备
本实施例描述具有实施例6示意性说明结构的多层组织粘合片的 制备。该片包括PLG芯,对其两侧施用NHS活化的PVP-共聚-PAA 的颗粒混合物。在片的一侧施用PLG隔离层。
8.1聚(DL-丙交酯-共聚-乙交酯)芯膜的制备
通过从聚(DL-丙交酯-共聚乙醇酸交酯)(PLG)的10%w/w的二氯 甲烷溶液铸塑制备芯膜。通过使用3001um K Bar(R K Print Coat Instruments Ltd,Royston,UK)将10%的聚合物溶液散布在
硅纸上制造 芯膜。K Bar为从特定浓度的溶液精确产生特定厚度的膜的装置。在 干燥之后,芯膜的厚度为30μm。
8.2 PLG隔离膜的制备
以类似的方式对芯膜制造隔离膜,但是使用24μm K Bar。在干 燥之后,隔离膜的厚度为3μm。
8.3穿孔的制备和聚(DL-丙交酯-共聚-乙交酯)芯和隔离膜的切取
下一步是为芯和隔离膜穿孔。这使用适合于此目的压力机形式的 受热打孔装置进行。压力机备有加热板,其下侧形成有规则排列的锥 形凸出。
使加热板按压作用于膜产生穿孔。这使得聚合物膜
软化并使其本 身在小锥体周围重新分布。对于芯膜的穿孔,加热板设置为90℃并压 下10秒。使用90℃的温度在更小的按压压力下作用5秒为隔离膜穿 孔。芯膜的穿孔尺寸为1.3mm,中心间距为2.5mm,隔离膜的穿孔 尺寸为0.5mm,中心间距为2.5mm。然后将穿孔的膜切割为需要的 尺寸,在本实施方案中为直径39.8mm的圆。由于在穿孔过程中膜材 料的重新分布,膜厚度增加,芯膜增加到90μm,隔离膜增加到8-10 μm。
8.4 NHS活化的PVP-共聚-PAA的制备
如实施例1中所述制备NHS活化的PVP-共聚-PAA。
8.5冻干的缓冲人血清白蛋白的制备
冻干的缓冲人血清白蛋白(FDBHSA)的制备通过将人白蛋白20% 溶液与pH10.5碳酸钠/
磷酸钠溶液混合,并将溶液冻干,留下包含均 匀分布的碳酸钠和磷酸钠的人白蛋白粉末。
如下制备pH10.5的碳酸钠/磷酸钠溶液:
称量31.729g(0.30摩尔)无水碳酸钠并加入到无菌的250ml玻璃 瓶中。加入约200ml的注射用水并通过在辊式混合机上混合溶解无水 碳酸钠。在碳酸钠完全溶解之后,将溶液倾入到1000ml容量瓶中并 用注射用水补充到1000ml。
通过在辊式混合机上混合用约50ml注射用水将3.560g(0.03摩尔) 磷酸二氢钠溶解在玻璃瓶中制备磷酸钠溶液。将其倾入到100ml容量 瓶中并用注射用水补充到100ml。
将两种溶液混合,比为470ml碳酸钠溶液对90ml磷酸钠溶液。将 两种溶液充分混合并使用Mettler Toledo pH计检查pH。溶液的pH应在 pH10-11。如果pH太低,加入碳酸钠溶液,如果太高,加入磷酸钠溶 液,直到pH在期望的范围内。
在辊式混合机上将人白蛋白20%溶液与pH10.5碳酸钠/磷酸钠溶液 以1∶1v/v混合在玻璃瓶中。当完全混合时,将人白蛋白/碳酸钠/
磷酸盐 溶液倾入到瓷皿中并在冷冻机中在约-60℃冷冻。当白蛋白溶液完全冷 冻时,将其转移到Edwards Supermodulyo
冷冻干燥器的干燥室中。密 封干燥室并施加真空。不对搁架加热,将白蛋白放在冷冻干燥器中至 少72小时。实现的真空最低为10-1mbar。
在干燥之后,从冷冻干燥器取出物质并使用杵和研钵或电子将其 磨
研磨为细粉末
8.6混合的NHS活化的PVP-共聚-PAA/FDBHSA粉末的制备
在杵和研钵中将NHS活化的PVP-共聚-PAA和FDBHSA一起研 磨直到得到细粉末。然后在使用之前在辊式混合机上混合研磨的粉末 30分钟,以保证两种组分完全结合。
8.7多层片的制备
通过在两个小球之间压缩将最终产品装入Specac FT-IR 40mm冲 模中。使用硅纸片防止最终产品粘在小球上。
第一个小球处于冲模中,将硅纸盘置于腔中,并将150mg份的 研磨粉末散置在硅纸上。用刮铲或
柱塞小心地控制粉末,使得粉末均 匀地覆盖冲模的整个底部。将39.8mm直径穿孔的芯膜置于粉末层上 面并稳固地压住,使得膜是平坦的并与其下面的粉末层接触,使得粉 末占据芯膜的穿孔。将第二个150mg试样量的粉末散置在穿孔的PLG 芯膜上并再次轻轻地平整化。
将穿孔的隔离层置于第二片硅纸上并放置在第二粉末层上。
引入第二冲模小球,并将组装的冲模置于压力机中并在2吨的压 力下压缩30秒。然后从小球之间取出最终产品。最终产品的厚度为 325-425μm。
施用了隔离层的片的一侧具有有光泽的外观,因此可以与组织活 性一侧的无光泽面相区别。
实施例9
片对组织的施用
根据常规的外科手术技术制备组织表面。使用适度的压力将片施 用于组织表面上(如有必要施用于周围)以保证令人满意的与组织接 触。在施用之后,可以用盐水溶液使片水合。
实施例10
粘合强度的测量
使用万能试验机((UTM,Zwick/Roell BZ2,5)试验受试材料对新切 除的肝脏或肺脏组织的粘合强度。试验过程的详述如下。
制备小剖面的组织(4cm×4cm×1cm(深度))并安装到试验机械 底部的专用
支架上。为组织表面喷水。使用适度的力将试验样品(使连 接的样品支架能够随后除去)置于组织表面上以保证完全的接触。使材 料在组织上停留5分钟,然后完全浸入在水中5分钟。在使用适当的 夹具保持组织在适当的位置的同时,将样品支架的折叠端部插入UTM 的
手柄中。将样品正确地放置为保证样品与手柄成一直线。然后以180 °从试验样品移动手柄,从而从组织除去样品。UTM
软件(Zwick TestXpert ver 9.0)可用于计算试验材料的粘合能(mJ)。对不同组成的粉 末组合物进行粘合试验。
表II表示测试压缩膜得到的数据作为组成的函数。
表II 试验介质 衬底 组织活性材料 可交联材 料 组分比 平均粘合能 (SD)/mJ(n=6) 猪肝脏 NHS活化的PVP80-共 聚-PAA20 人白蛋白 4∶1 1.3(0.29) 猪肝脏 NHS活化的PVP80-共 聚-PAA20 人白蛋白 1∶4 1.0(0.43) 猪肝脏 NHS活化的PVP80-共 聚-PAA20 人白蛋白 1∶1 1.0(0.27)
表II中列出的结果显示了NHS活化的PVP80-共聚-PAA20和冻干人 白蛋白的共粉末制剂的粘合剂性能。
在进一步的研究中,表III说明所研究的片制剂(13mm直径的圆盘) 的粘合试验结果作为将活性共粉末压到PLG膜两侧中任一侧中的PLG 膜中的穿孔数目的函数。使用的粉末为4∶1的NHS活化的PVP80-共聚- PAA20和人白蛋白。
表III 试验介质 13mm直径的片中的孔数目 平均粘合能 (SD)/mJ(n=6) 猪肝脏 0 0.39(0.14) 猪肝脏 10 0.75(0.25) 猪肝脏 20 1.14(0.37)
表III中列出的结果证明,多层片的粘合能与PLG内膜中孔的数 目成正比。