CN106999513B - 共聚物和治疗细菌感染的方法 - Google Patents

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Abstract

治疗受试者中的感染的方法，包括向所述受试者给药包含丙烯醛的衍生片段或聚丙烯醛低聚物片段和聚亚烷基二醇低聚物片段的共聚物，所述共聚物具有不超过1500道尔顿的分子量。

Description

共聚物和治疗细菌感染的方法
技术领域
本发明涉及治疗细菌感染的方法，特别是胃肠外()细菌感染，所述方法使用包含丙烯醛衍生片段(acrolein derived segment)和聚亚烷基二醇低聚物片段的共聚物，其中所述共聚物具有高至1500道尔顿(优选高至1000道尔顿)的分子量，以及涉及通过在聚亚烷基二醇的水溶液中聚合丙烯酸来制备共聚物的方法。
背景技术
胃肠外感染(与胃肠道的感染不同)发生在当有机体进入到外部保护膜或皮肤下的细胞间和细胞内成分时。穿刺、注射、叮咬、切口、伤口、手术、皮肤和粘膜之间的开裂(splits)都是导致胃肠外感染的例子。胃肠外感染不包括胃肠道内的感染。
胃肠外感染，特别是经由胃肠外途径的细菌感染，可导致具有炎症反应的威胁生命且严重的疾病。如果不加以控制，胃肠外感染可导致血压下降的败血症、使受试者处于危及生命水平的感染的风险之中。
发展成败血症的最常见的起因是血液(菌血症)、脑膜、肺、泌尿道、鼻窦、皮肤、伤口、脓肿和外科手术的感染。与败血症相关联的常见的致病有机体的研究显示约53％的案例与革兰氏阳性菌相关以及约42％的案例与革兰氏阴性菌相关。
涉及发展成败血症的革兰氏阴性菌的实例包括变形杆菌属(Proteusspp)、沙雷氏菌属(Serratia spp)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、脑膜炎奈瑟氏球菌(Neisseria meningitidis)、大肠杆菌(Escherichia coli)、肺炎克雷伯杆菌(Klebsiellapneumoniae)。涉及的革兰氏阳性菌的实例包括金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、凝固酶阴性葡萄球菌(coagulase-negativeStaphylococcus spp)、化脓性链球菌(Streptococcus pneumoniae)、肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae)、肠球菌(Enterococcus spp)。
常规地，通过抗生素预防性地(预防)和/或治疗性地治疗败血症和/或相互关联的菌血症；一个公认的统计数据是治疗中每延误一小时生命存活的概率减少6％。然而，确定问题根源的细菌可能需要数天-而且甚至使用抗生素也不总是奏效。抗生素耐受性导致败血症的风险进一步提高，并且该风险在由于抗生素使用的普遍性而导致抗生素耐受性可能特别高的医院中通常会加剧。
约30％被诊断有败血症的人死亡，这是大多数医院的重症监护室的死亡的一个主要原因。其在美国每年杀死约12万-20万人。世界范围内，每年有1300万人患上败血症，并且有高达400万人因此死亡。
普遍认为抗生素耐受性的细菌对世界人口的威胁越来越大。
当感染是由抗生素耐受性的细菌(“超级细菌”，super-bug)造成时，该威胁更严重(critical)。迫切需要能治疗广泛的细菌性的胃肠外感染的抗生素以便提供直接有效地治疗胃肠外细菌(包括已经变得对目前使用的一种或多种抗生素有耐受性的细菌)感染更大的确定性。
由于丙烯醛的高反应性，其对机体组织是非常有害的。纯的聚丙烯醛单独不表现出显著的抗微生物活性。然而，许多专利(Melrose et al.1988；Melrose 1996；Melrose和Huxham 2000；Melrose et al.2001；Staton和Melrose2002；Melrose et al.2003；Tilbrook 2005；Melrose 2009)公开了在胃肠道中作为抗微生物剂的改性的聚丙烯醛的制备和用途。丙烯醛是非常活泼的单体且当聚合时，迅速形成高分子量的稳定(intractable)网状构造。通常，阴离子聚合在无水溶剂中进行并且提供迅速的聚合以形成高分子量的聚合物。
现有技术将改性的聚丙烯醛的抗微生物活性归因于它们化学反应性羰基，据称其在胃肠道中与微生物外膜的蛋白质进行破坏性的反应。现有技术中描述的聚合物的一个优点是它们不能穿过肠壁，使得它们的活性被限制在胃肠道中。Melrose 2009描述了可通过丙烯醛和/或其缩醛与链烷醇的碱催化聚合而形成的聚丙烯醛聚合物。该聚合物具有减少的跨膜倾向性的优点。
美国专利6,060,571(Werle et al.)描述了释放丙烯醛的聚合物，其释放足够的丙烯醛以提供在水***中作为消毒剂的活性。由于在水性介质中释放的显著水平的丙烯醛的毒性，这类聚合物不适用于体内。
我们已经发现可以制备包含丙烯醛衍生片段和聚亚烷基二醇低聚物片段的低分子量共聚物以便将该共聚物的分子量限制在不超过1500道尔顿(优选不超过1000道尔顿)。我们已经进一步地发现低分子量共聚物提供有效的抗微生物活性，以用于治疗胃肠外感染，而不释放丙烯醛单体。事实上，当与更高分子量的丙烯醛聚合物比较时，已经发现其活性得以增强。
将对本发明的背景的讨论包括进来以解释本发明的上下文。而不是承认在任何权利要求的优先权日前任何参考的材料是公开的、已知的或是公知常识。
发明概述
因此，提供了在受试者中治疗胃肠外感染的方法，所述方法包括向所述受试者给药包含丙烯醛衍生片段和聚亚烷基二醇低聚物片段(优选分子量200-600道尔顿)的共聚物，所述共聚物具有不超过1500道尔顿、优选不超过1000道尔顿的分子量。
在一组实施方式中，提供了在受试者中治疗胃肠外感染的方法，所述方法包括向所述受试者给药包含丙烯醛低聚物片段和聚亚烷基二醇低聚物片段(优选分子量200-600道尔顿)的共聚物，所述共聚物具有不超过1500道尔顿、优选不超过1000道尔顿的分子量。
还提供了包含丙烯醛衍生片段(例如聚丙烯醛低聚物片段)和聚亚烷基二醇低聚物片段(优选分子量200-600道尔顿)的共聚物在制备用于在受试者中治疗胃肠外感染的药物中的用途，其中所述共聚物以口服或胃肠外方式给药所述受试者，所述共聚物具有不超过1500道尔顿、优选不超过1000道尔顿的分子量。
在一组实施方式中，丙烯醛衍生片段为聚丙烯醛低聚物。
在进一步的方面中，提供了包含丙烯醛衍生片段和聚亚烷基二醇低聚物片段(优选分子量200-600道尔顿)的共聚物，所述共聚物具有不超过1500道尔顿、优选不超过1000道尔顿的分子量。所述共聚物通常用于治疗受试者中的胃肠外感染-预防性或治疗性治疗。
丙烯醛衍生片段在一组实施方式中是聚丙烯醛低聚物。
还在进一步的方面中，提供了制备包含丙烯醛衍生片段(例如聚丙烯醛低聚物)和聚亚烷基二醇低聚物的共聚物的方法，所述方法包括将丙烯醛和聚亚烷基二醇低聚物在pH不超过12.0且在12.0-7.0.0的pH范围内的碱性催化条件下在包含至少20％w/w的水的水溶液中共聚合，并且所述聚亚烷基二醇低聚物(优选分子量200-600道尔顿)在聚亚烷基二醇/丙烯醛的重量比中至少为4、优选至少10。
定义
术语“机体”是指人和/或动物的身体；术语“受试者”是指受试者的身体。
静脉内注射治疗(IV治疗或简写iv治疗)是直接将液体物质注入静脉中。
如本文使用的，术语“胃肠外的”是指以通过完整的消化道之外的方式进入机体。即，不在正常的胃或肠；不是肠内的。
术语“胃肠外感染”是指通过进入不在胃肠道内的身体而遭受的感染。这样的感染可经由血管(血液/淋巴)***、生殖-泌尿道、从肺、皮肤或外保护膜的破坏(例如在手术、***、切口、擦伤或皮肤或皮肤和粘膜之间的间隙中的任何破裂)而发生。应理解的是，要明确区分胃肠外感染，其可潜在地经由包括口服给药的任何药品给药方法来治疗(假设有效剂量达到感染部位)也可通过限制以口服方式之外的方式进行给药的胃肠外给药来治疗。
如本文所用的，当提及细菌性病原体时，术语“抗生素耐受性”或“超级细菌”是指能够经受现有技术中治疗细菌性病原体(即细菌性病原体的非耐受性菌株)使用的抗生素效果的细菌性病原体。例如，可使用甲氧西林治疗金黄色葡萄球菌；然而，金黄色葡萄球菌的抗生素耐受性菌株，S.aureusUSA 300，是甲氧西林耐受性的金黄色葡萄球菌(MRSA)。虽然细菌性的菌株是常见的，S.aureus:USA 300通常感染那些免疫力受损或处于易感环境中的个体。感染通常通过小切口或疮(sore)进入身体。其他与USA：300相关的症状为肺炎、坏死性筋膜炎、心内膜炎以及骨和关节感染。
术语“肺部给药”是指通过吸入将本发明的制剂给药至肺中。
术语“全身性的”是指远离原始感染部位或涉及该生物体整个机体的疾病或障碍或原始损伤部位。因此本文所用的术语“局部的”是针对原始感染的部位。因此，全身性感染是在器官或血液(包括菌血症)中发现病原体的感染，并且全身性感染可能与严重的、潜在地威胁生命的疾病(例如败血症)相关。局部感染是病原体仅迁移到局部感染的组织，例如肺或伤口处。
如本文所用术语“吸入”是指将空气摄入到肺的肺泡。在具体的实例中，摄入可通过在吸气时自己给药本发明制剂、或通过经由呼吸器向例如在呼吸机上的患者给药而发生。对于本发明制剂使用的术语“吸入”与“肺部给药”是同义的。
术语“治疗”意在包括预防、治疗和治愈。因此，在一方面，治疗涉及预防或延迟或减缓与抗生素耐受性的细菌相关的病症、疾病或障碍(例如与疾病、病症、或障碍相关的症状)的发作。在另一方面，治疗涉及治疗(例如最小化或降低或减缓发展或逆转)与抗生素耐受性细菌相关的现有病症、疾病、或障碍(例如与该疾病、病症、或障碍相关的症状)。在一个实施方式中，治疗为病症、疾病、或障碍提供治愈。
如本文使用的术语“药学上可接受的载体”指药学上可接受的材料、组合物或载剂，例如液体或固体填充剂、稀释剂、赋形剂或溶剂包封材料，其涉及将本发明共聚物和/或组合物从机体的一个器官或部分携带或运输到机体的另一个器官或部分。在与制剂的其他组分相容的意义上，每种载体必须是“可接受的”并且不会对患者造成过度伤害。可充当药学上可接受的载体的材料的一些实例包括：糖，例如乳糖、葡萄糖和蔗糖；淀粉，例如玉米淀粉和马铃薯淀粉；纤维素及其衍生物，例如羧甲基纤维素钠、乙基纤维素和醋酸纤维素；粉状黄蓍胶；麦芽；明胶；滑石；赋形剂，例如可可脂和栓剂蜡；油，例如花生油、棉籽油、红花油、芝麻油、橄榄油、玉米油和大豆油；乙二醇，例如丙二醇；多元醇，例如甘油、山梨醇、甘露醇和聚乙二醇；酯，例如油酸乙酯和月桂酸乙酯；琼脂；缓冲剂，例如氢氧化镁和氢氧化铝；海藻酸；无热源水；等渗盐水；林格氏溶液；乙醇；pH缓冲溶液；聚酯、聚碳酸酯和/或聚酐；和药物制剂中使用的其他无毒性的相容物质。
共聚物可以治疗有效(或“药学上有效或活性的”)量使用以提供胃肠外感染的治疗。该量将取决于给药方式，例如口服、肌内、静脉内、吸入或透皮给药。如本文使用的短语“治疗有效量”是指共聚物和/或组合物、材料、或包括共聚物组合物的组合物的量，其以适用于任何医疗的合理的利益/风险比，在动物的至少细胞亚群上有效地产生一些期望的治疗效果。治疗有效量是在至少细胞亚群中足以抑制细菌存活的量。因此，治疗有效量预防或最小化疾病的进展。可相对于基于群体研究、个体中的受控观察、或两者组合的预期的疾病进展来监控疾病的进展。
术语丙烯醛衍生片段指包含一个或多个丙烯醛单体残基的共聚物片段。
术语低聚物、聚亚烷基二醇低聚物和聚丙烯醛低聚物指由至少两个单体单元(优选至少三种单体单元)组成的聚合物。低聚物通常将包含2-20个单体单元；在一个实施方式中，单元数为2-10。
术语“单体单元”和“单体残基”是指存在于衍生自反应单体(例如丙烯醛和聚亚烷基二醇)的共聚物中的单元。
多分散指数是聚合物的重均分子量(Mw)与该聚合物的数均分子量(Mn)的比率。聚合物的重均分子量和数均分子量可以通过分析方法测定，例如高效液相色谱。一旦确定了重均分子量和数均分子量，通过将重均分子量除以数均分子量，Mw/Mn，容易地计算多分散指数。假设单分散聚合物具有1.000的多分散指数。然而，典型的市售聚合物，例如市售可得的树脂，其具有10或更高的多分散指数。具有宽分子量分布的聚合物具有更高的多分散指数并且具有窄分子量分布的聚合物具有较低的多分散指数。
败血症是一种转移性感染和炎症过程，当感染性微生物在循环***中(包括在血液或淋巴***中)压倒免疫***并且该微生物不再能够比其增生更快地从循环血液中被移除时便会发生。最常见的患败血症的感染起因为菌血症、生殖泌尿道感染、肺炎、蜂窝织炎、伤口和脓肿、鼻窦炎、脑膜炎和外科手术(包括胃肠道)、或感染的部位。
在本说明书全文中，应使用术语“包括”或“包含”或其中的语法变体来指定所述特征、整体、步骤或组分的存在，但不排除未明确提及的一个或多个其他特征、整体、步骤、组分或其组合。
发明详述
治疗方法包括给药包含丙烯醛衍生片段和聚亚烷基二醇低聚物片段(优选分子量200-600道尔顿)的共聚物，所述共聚物具有不超过1500道尔顿(优选不超过1000道尔顿)的分子量。
丙烯醛衍生片段可包含一个或多个丙烯醛单体残基。在一个实施方式中，丙烯醛衍生片段包括聚丙烯醛低聚物。
聚亚烷基二醇可以是聚(C1-C4亚烷基二醇)或其混合物或其共聚物，但通常聚亚烷基二醇最优选为聚乙二醇，优选分子量范围200-600道尔顿。
本领域技术人员应理解，术语聚乙二醇优选不包括二甘醇。平均分子量200-600道尔顿的聚乙二醇包括标称平均分子量200-600道尔顿的聚乙二醇，其中，平均分子量不超过标称的值的110％且不少于90％(优选不超过105％且不少于95％)。聚乙二醇的通式为H-[OCH2CH2]n-OH。n的平均值至少为3，通常为3至13(但平均值不需要为整数)。药品级聚乙二醇可从商业供应商广泛获得，并以指定的标称分子量出售，这通常意味着平均分子量不超过标称值的105％且不小于95％。粘度和测定分子量的方法公开在USP NFOfficialCompendium of Standards Volume 11180-1182[2007Edition]中。在一组实施方式中，聚乙二醇的分子量为200-400。在一些实施方式中，可优选使用特定纯的乙二醇的低聚物，例如通式H-[OCH2CH2]n-OH的化合物，其中n为3或4。
在一组实施方式中，共聚物的分子量(本文中总是指数均分子量)至少为300道尔顿、优选至少400道尔顿，例如在400-1500道尔顿的范围且更优选分子量在400-1000道尔顿的范围。
共聚物特别地适用于治疗胃肠外感染且可通过一系列适合于向胃肠外感染部位提供有效水平的共聚物的方法施用。治疗可以是预防性的、治愈性的或可被实施以控制感染，例如，允许确认致病病原体的易感性。在一组实施方式中，将所述共聚物直接施用至感染的局部部位，例如受试者的皮肤损伤、伤口、肺或其他特定器官或组织中的感染部位。
在另一个实施方式中，全身性地给药共聚物，例如通过口服给药、吸入、透皮递送或通过注射，例如向血液流或肌内注射或静脉内治疗。通常认为分子量小于约800道尔顿的分子能合理地自由穿过腹膜。口服给药要求共聚物通过肠壁吸收并进入体循环中。在该实施方式中，特别优选以口服方式给药的共聚物的分子量不超过1000道尔顿，例如分子量范围为400-800道尔顿。我们已经发现当以口服方式给药时，该分子量的共聚物被运送到全身性循环中以提供胃肠外感染的治疗。穿过肠壁被吸收的共聚物的比例通常大于在该范围内分子量更低的聚合物。
在一组实施方式中，治疗提供对由细菌引起的感染的保护，例如实施例的小鼠模型中展示的耐甲氧西林的S.aureus(超级细菌)。结果表明，口服给药低分子量(例如小于1500道尔顿且优选小于1000道尔顿，例如400-100道尔顿)共聚物之后，在体内杀死细菌/预防或治疗的功效提供了比更高分子量(例如2500道尔顿)的高分子量共聚物更好的功效(见图4)。
本发明进一步扩展到已经蔓延到血液和/或重要器官的感染的(预防性或治疗性)治疗。因此，本发明包括胃肠外的治疗，例如通过口服给药或向血液中注射，特别是静脉内注射或治疗，以治疗已经蔓延到血液或重要器官(例如肾、肝或大脑)中的感染。这些疾病包括但不限于败血症、菌血症和脑膜炎。当怀疑暴露于严重的胃肠外感染和/或待治疗的受试者的病症由于胃肠外感染迅速恶化时，使用IV疗法可能是特别重要的。例如，当诊断出败血症或菌血症，优选用共聚物IV治疗(例如作为水性溶液或盐水溶液)。
共聚物可以药学上有效量施用以提供在感染部位的局部治疗并且在该情况下，剂量将取决于感染的程度和/或严重性，例如伤口感染等的程度或严重性。共聚物可作为气溶胶、凝胶、局部泡沫或软膏施用或浸渍到敷料中用于伤口、烧伤、手术部位等。在另一组实施方式中，共聚物经由喷雾器等作为吸入剂施用。可使用吸入剂来治疗肺感染或经由肺提供全身性治疗。
血液的肺炎球菌感染以显著的频率在肺部感染之后发生，并且可导致严重的并发症，例如但不限于败血症、菌血症和脑膜炎。在一组实施方式中，将共聚物作为吸入剂(例如气溶胶吸入剂)施用。
在另一个实施方式中，共聚物通过透皮递送从组合物中施用，所述组合物可包含用于该聚合物的渗透促进剂。可使用贴剂、微针等装置来增强透皮递送。
在另一实施方式中，通过注射(例如静脉内注射)给药共聚物。
可在含水组合物中配制共聚物因为其是可溶的且在整个1-14的pH范围内保持可溶。共聚物可在具有已知的药学上可接受的载体和赋形剂的组合物中施用；然而，水性制剂提供了显著的优点。该组合物可以包括广泛的共聚物浓度，所述浓度取决于待治疗的特定感染和给药方式。在一组实施方式中，共聚物在含水药学组合物中的浓度范围是以该组合物的重量计0.01重量％-20重量％。因此，在优选的一组实施方式中，该共聚物作为水溶液施用。
组合物可以片剂、小胶囊(caplet)、糖浆或液体的形式口服给药并且口服给药的剂量将取决于感染的严重性和类型，但可以在例如每天每千克体重1mg-1000mg，例如每天每千克体重10mg-500mg的范围。
共聚物和治疗方法的一个显著优点是，它们可用于抵抗广泛的病原体感染，特别是用于治疗可迅速升高以造成严重威胁(例如菌血症或败血症或肺炎或脑膜炎或蜂窝织炎)的细菌感染。这些细菌性感染的特定的实例可选自由变形杆菌属、沙雷氏菌属、铜绿假单胞菌、脑膜炎奈瑟氏球菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯杆菌、金黄色葡萄球菌、凝固酶阴性葡萄球菌、化脓性链球菌、肺炎链球菌和肠球菌组成的细菌。
针对广泛的病原体(特别是广泛的细菌)的活性允许将共聚物用作在严重或危及生命的感染的第一线治疗，其中例如，感染的严重性可能无法提供足够的时间来正确鉴定致病细菌。
本文中丙烯醛-共聚物对胃肠外感染是有活性的这一发现是预料不到的，因为认为作用机理与它们的活性有关。Melrose 1996使用添加的蛋白质以完全地淬灭丙烯醛-聚合物的抗微生物活性。现有技术的重点是在胃肠道中通过口服给药具有足够高分子量的丙烯醛-聚合物以便防止它们穿过肠的迁移从而治疗感染。事实上，丙烯醛单体的反应性使得迄今为止尚未认为将丙烯醛聚合以便产生具有不超过约1,000道尔顿的分子量的产物是可行的。由于其潜在的毒性(包括与血清蛋白的反应)，也有意避免了针对胃肠外感染的给药。
在现有技术的聚丙烯醛的制备中，认为聚合的机理是阴离子型的，且需要将水含量最小化以避免阴离子的淬灭或产物的解离。我们现在已经发现，通过控制单体的比例、用水稀释丙烯醛和聚乙二醇并且与现有技术相比，将pH保持在较低的范围(将pH保持在不超过12.0且在12.0-7.0的范围内)，可将分子量限制到1000道尔顿或更低。即，为了实现新的聚合机理，将pH降低两整个pH单元，或比现有技术中聚合通常使用的羟基离子浓度低100倍。
在一组实施方式中，本发明提供了制备用于治疗胃肠外感染的共聚物的方法，该方法包括使丙烯醛在包含聚乙二醇(优选分子量200-600道尔顿)的水溶液中碱催化聚合，其中聚亚烷基二醇/丙烯醛的比例至少为4、优选至少8、更优选至少10，且水以组合物的重量计至少20重量％的量存在。
在优选的一组实施方式中，该方法包括向包含至少10％w/w的水且具有不超过12.0的pH(优选不超过pH 11)的含水聚乙二醇溶液中添加丙烯醛的水溶液，优选丙烯醛浓度不超过50％w/w。
在更优选的实施方案中，将丙烯醛作为水溶液添加到pH 9-11的聚亚烷基二醇的水溶液中。
通常，我们已经发现，在该方法中使用的含水***中，相对低的pH例如不超过12.0例如不超过11.5(优选不超过11)比现有技术用来聚合丙烯醛的pH范围(高至pH 14)提供了显著的优点。如现有技术中长时间使用的相对高的pH，提供氧化并且引入改善溶解性的羧基基团。相反，我们已经发现，在本发明的方法中提供了溶解度，其无需在相对高的pH下持续加热并且使得羰基和/或羧基含量非常低，通常为共聚物的0-10％。认为最小的羰基或羧基含量使得与多种来源的蛋白质的不期望的反应或对病菌的酸性且阴离子涂层的排斥最小化，因此在这两种情况中，增强了抗菌活性。
不希望受理论的束缚，认为在本发明的方法中，在碱的存在下，丙烯醛的聚合并非通过在显著量的水的存在下的完全阴离子机理进行的，而是通过具有显著的自由基聚合机理进行。
该结论得到以下事实的支持：(a)通过双重自由基、氧的存在促进聚合(b)作为溶剂主要组分的水是阴离子淬灭的(anion-quenching)(c)聚合在室温及以上聚合是显著的-迅速，放热且受到典型的自由基抑制剂氢醌抑制-所有的观察结果都是典型的自由基聚合而不是离子聚合(Florey；Odian)。同样地，不希望受理论束缚，认为反应机理涉及在氧和羟基离子之间形成引发剂-自由基，接着自由基转移至聚乙二醇溶剂，从而引发聚合；然后涉及溶剂-羟基的溶剂-转移终止限制在活性自由基位置(邻近聚合物中的羰基)聚合的丙烯醛残基的数目。
认为聚亚烷基二醇低聚物提供链转移和/或链终止，从而(与含水稀释液一起)将分子量限制为与总羟基含量成正比。
总的来说，合成的核心策略-并且不同于现有技术(Melrose 2009)，在于使得所得共聚物产物的两个片段通过一种被认为不希望受理论束缚的自由基机理而不是亲核迈克尔加成进行结合(joined)。这是通过最大化增长的自由基活性中心的形成(通过最大化自由基、氧的存在)和通过最小化pH、最小化用于亲核迈克尔加成的缺乏氢离子活性中心的形成实现的。
活性共聚物抗菌剂通过HPLC表现出对氨基酸模型半胱氨酸(巯基)或苏氨酸(羟基)不显著反应，并且根据细菌的外膜稳定性，共聚物的抗微生物活性可仅归因于在共聚物中确定的邻近碳上的非共价的、物理疏水作用。因此，现有技术中依赖改性的聚丙烯醛的羰基与蛋白质的化学反应的作用机理不被认为影响本发明共聚物的抗微生物活性。
与教导丙烯醛聚合物与蛋白质破坏性反应性的现有技术相比，我们已经发现共聚物的抗微生物速率没有因为蛋白质的存在而受到显著抑制。事实上，对于大多数细菌，尤其是艰难梭菌(C.difficile)、金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌，即使当蛋白质是提高目标微生物的生长的肉汤时，净杀死率(总杀死量减去总生长量)增加(见表2)。我们已经发现所述共聚物的抗微生物速率足够快使其超过与血管内造成毒性的与蛋白质的任何化学反应或与体内清除过程的竞争。从现有技术的一贯的角度来看，这些观察和结论有悖于本文进行合成和然后以胃肠外的方式使用共聚物(例如实施例1的共聚物)的常理。
我们进一步发现当与针对原核细菌发现的高水平活性相比，所述共聚物对真核细胞(例如真菌)表现出较慢的抗微生物杀灭速率。我们已经注意到哺乳动物的血管和胃肠细胞是真核的，并且该观察在本发明的设计中是固有的，其通过共聚物追求在细菌的细胞和其他细胞之间的反应性的选择性。
本文公开的共聚物表现出比来自现有技术的丙烯醛-聚合物低得多的有毒的血管内挑战。我们已经发现可以以低的多分散性制备共聚物，且多分散性优选小于5、更优选小于2、且最优选小于1.5、仍更优选小于1.2，以增强所述共聚物的性能，特别是当分子量小于1000、例如400-1000道尔顿、更优选400-800道尔顿例如400-600道尔顿。本发明的聚合物可制备成具有约为1的多分散指数的窄对称且单一聚合物。前述丙烯醛聚合物一般含有较高的多分散性，或在WO 09/059350的实施例6的聚合物的情况中，在非常灵敏的UV检测中含有约1％且约8倍的广泛的低分子量聚合物/残基，其不易从折射率检测。本文的共聚物可以定量的方式，在接近一致的多分散性的窄分子量分布中形成。所述共聚物含有比先前技术的经高温和自动氧化的丙烯醛-聚合物少得多的潜在有毒的污染物(副产物和起始材料，包括残留的、催泪的丙烯醛)。在发明的优选实施方式中，碱催化制备中使用的羰基含量和pH都是前所未有的最小值-且这两个因素可被用于最小化副产物和它们的潜在毒性(特别是来自与羰基的Cannizarro反应的潜在毒性)，且现有技术已经发现该反应在丙烯醛-聚合物中是异常迅速的。
已经发现共聚物在所有细菌(无论是否突变)常见的位点都具有活性的抗微生物活性。该结论来自表2(这表明共聚物具有相同的抗微生物活性，而不论细菌是天然的或变异的-超级细菌形态)和表3(这表明无论重复使用阿莫西林是否造成失活的变异，都不会发生耐药性)的代表性细菌的结果。这代表了一种新的、通用的且成功的治疗和预防受试者中感染的方法，所述感染来自所有类型的细菌并且表现出发展抗微生物耐受性的倾向。
除了丙烯醛单体，可使用其他单体作为制备本文描述的包含聚亚烷基二醇低聚物片段和丙烯醛衍生片段的共聚物的额外的单体，例如丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈、氯乙烯、苯乙烯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯、乙烯基吡啶和乙烯基吡咯烷酮。额外的单体可以没有不利于共聚物的抗微生物活性的量存在。可以选择单体的比例以保持共聚物的水溶性并且可以通过考虑单体反应性的反应条件和相对单体浓度来控制其他单体的引入。通常，优选其他单体构成不超过共聚物单体残基的15摩尔％，优选不超过10摩尔％且最优选共聚物仅由聚亚烷基二醇和丙烯醛残基组成。
发明共聚物的特征在于疏水机理是通过操作步骤实现的，其提供了对以下的控制：
分子量；相对于真核细胞，对于细菌细胞的抗微生物反应具有亲和性；在蛋白质的存在下增强的抗菌活性；以及最小化共聚物中的羰基和羧基含量。
本文提供的共聚物抗生素一般提供针对广泛的细菌的有效性，无论是否为耐受性的或非耐受性的，并且确保提供活性。活性可超过或不超过特定抗生素的针对一些特定细菌的活性-但是在这里，确定与目前严重升级的传染病有关的一系列细菌，特别是抗性细菌的抗生素活性，为适当治疗所有类型的细菌感染提供了更优和有用的可靠性。与常规抗生素相同程度的可靠性要求首先确定感染中存在的细菌的特性和病理学，然后才能从剩余的活性抗生素中进行选择。
在优选的一组实施方式中，制备本发明的共聚物的方法包括以下步骤：
提供聚亚烷基二醇(优选分子量200-600道尔顿的聚乙二醇)的温和碱性(优选pH不超过12.0；更优选pH 9-11)水溶液；
剧烈搅拌该温和碱性的溶液以夹带(entrain)空气；加入(优选在例如至少2分钟、更优选至少5分钟的时间内缓慢加入)作为浓度不超过50％w/w丙烯醛水溶液(通常包含防腐剂)的水溶液的丙烯醛；
将该反应温度保持在10℃-40℃的范围；
并且一旦丙烯醛单体被消耗尽，添加酸以提供小于9并且优选不超过8的pH。
所得共聚物的分子量由聚亚烷基二醇的分子量控制，并且与其羟基浓度呈正比。(在室温开始聚合，然后由于放热聚合轻微地升高-这从来自防腐剂的黄色出现然后消失来看是明显的)。
在反应过程中，优选继续搅拌，并且只有在必要时将pH保持在适度的碱性(优选pH不超过12.0，更优选pH 9-11)。加入更多的碱并将其浓度最小化以降低降解/副反应并且减少产物中的羰基或羧基的形成。
最后，可降低溶液的pH。在优选的一组实施方式中，通过加入酸将pH调节至接近中性。在以至少99％的产率形成的共聚物产物中，丙烯醛的极其刺鼻的味道不再明显。
所得丙烯醛-共聚物通常具有250-1000道尔顿的分子量(例如300-1000道尔顿，400-1000道尔顿或400-800道尔顿)。所述共聚物并没有不浑浊，这可以从任意含量的聚丙烯醛预期到。在之前提出的方式中的丙烯醛衍生片段和聚乙二醇低聚物片段的含量以及之间的键合通过所有共聚物的尺寸分离-HPLC证明-每个聚合物都具有单一的、窄的、对称的且无法拆分的质量峰-并没有指示残留的丙烯醛单体或大量的聚丙烯醛；此外，与可拆分的变化和预期(即如果片段之间的结合仅是物理相互吸附)相反，实施例2的共聚物MW 1,000在用聚乙二醇MW200在与所有共聚物的原始制备中使用的同等的碱性条件下平衡后，并没有改变尺寸分离-HPLC，也没有改变抗微生物活性(见实施例2)。
在共聚物的制备中使用的丙烯醛：聚乙二醇的重量比优选1:4-1:40，且更优选1:8-1:20。
优选的碱是碱金属氢氧化物的水溶液；更优选地，碱金属氢氧化物是氢氧化钠。
优选的酸是稀盐酸-但乙酸可用于pH缓冲目的。
优选向聚亚烷基二醇的水溶液中添加丙烯醛需要约10分钟-且反应完成，且酸的添加一般花费约40分钟，且优选不超过90分钟。
典型地，我们发现，50分钟的反应时间适于获得对共聚物产物的完全转化。
优选将丙烯醛作为水溶液加至聚亚烷基二醇水溶液中，更优选基于待添加至聚亚烷基二醇水溶液的丙烯醛水溶液的重量，以10重量％-30重量％的丙烯醛单体的浓度将丙烯醛添加到聚亚烷基二醇水溶液中。
所得共聚物具有小于10％、更优选小于5％、且仍更优选0％的反应性羰基含量(加上任何羧基含量)。
丙烯醛溶液通常包含例如不超过0.5％且通常为0.01-0.5％且更优选0.1％w/w的抑制剂，氢醌。
对所属领域技术人员而言显而易见的是，本文的共聚物可包含在多种组合物和物理形式中。特别地，利用共聚物较慢的清除率，组合物和药物使用方法(在体内)将是显而易见的。此外，显而易见的是，药理学优点可考虑分子量的变化以调节穿过膜、组织和器官的渗透速率-以及由此产生的在人或动物中的吸收或分布；在本文中，较低分子量(例如400-800道尔顿)的共聚物比分子量在1000道尔顿以上的共聚物更好。
基于本文的结果，还可以想到添加蛋白质，特别是肉汤来增强共聚物的在用(in-use)抗微生物活性。
本文的主题产品是水溶性的且可通过医学中已知的常见方法向人/动物给药-特别是通过口服或注射-且能够以任何实际的药物方式(单独或在组合物中)在器官和组织中、或与人或动物的体内血管***接触或在人或动物的体内血管***中。当向人和动物给药共聚物时，可以本身或作为与药学上可接受的载体组合的含有例如0.1％-99.5％(更优选0.5％-90％)的活性成分的药物组合物提供。
组合物可以是包含药理学有效量的共聚物的物质的固体、溶液、凝胶、乳液或悬浮液。
共聚物和它们的组合物在体外具有显著的抗微生物活性，特别是针对金黄色葡萄球菌、化脓性链球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌，但针对真菌巴西曲霉(Aspergillusbrasilliensis)和白色念珠菌的活性较低。
由于细菌对抗生素的耐受性的全球性问题，该共聚物具有比重复暴露于大肠杆菌、金黄色葡萄球菌或铜绿假单胞菌的阿莫西林更稳定的抗微生物性质具有特别的意义。所述共聚物，没有表现出对连续传代的细菌的任何异常的抗性，正常并常规地杀死大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的“超级细菌”。
对于大肠杆菌、金黄色葡萄球菌或铜绿假单胞菌这三种细菌的最小杀灭浓度在1-200ppm共聚物的实用范围内。
实施例
现在参照下面的实施例进一步描述本发明。
应理解，以说明本发明的方式提供实施例并且实施例不以任何方式限制发明的范围。
实施例1和对比例1的共聚物具有最小杀灭浓度、在蛋白质肉汤的存在下更快的广谱杀灭率(broad spectrum rates of kill)并组织它们发展成超级细菌的抗微生物特性。(参见表1、2和3)。在通过肺膜吸附递送的情况下，有趣的是，低分子量共聚物能够杀灭偶发分歧杆菌(Micobacterium fortuitum)-引起比较例1的结核分枝共聚物MW 2500的细菌的体内模型是抗微生物活性的(图1和4)。然而，表2值得注意的是，虽然其比实施例1的更低的MW 500有更快/更活跃的体外抗微生物活性-但是其预防性或治疗性性能(例如在图4和5的实验中给出的)在体内总是显著地更迟缓-并且更小的共聚物有效或超过阳性对照。也就是说，根据本发明的低分子量共聚物的合成和使用相对于比较例1的共聚物具有显着的特性和优点；此外，较小的共聚物在体内的这种特性和优点有悖于现有技术，同时有悖于显示较大共聚物的优越性的最初进行的体外试验，并且描述于本段中。
在小鼠体内，在p>0.01的置信水平时，在132mg/kg小鼠的单一剂量之后，来自实施例1的MW500的共聚物在涉及受试者的血液和肾脏的预防性和治疗性的抗微生物活性的方案中有效地杀灭了超级细菌耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌USA 300；其说明在病菌作为感染扩散到其优选部位(肾)之前的早期，在血液中应用预防性的保护，从而进行治疗性治疗(参见图1)。
附图说明
在附图中：
图1是在根据实施例5的实验步骤用细菌感染12-24小时后，在两组十只小鼠的血液中的化脓性链球菌的发病率的百分比(cfu/ml)的图表。一组小鼠在感染15分钟之后用对比例1的共聚物治疗而另一组未治疗(阴性对照)，其接受盐水来代替治疗。
图2是比较根据实施例6的实验步骤在8天后3组小鼠(每组10只小鼠)的剔除率(cull rate)的柱状图。在用金黄色葡萄球菌超级细菌(S.aureus USA300)感染前10分钟，三组小鼠分别接受132mg/Kg小鼠的实施例1的本发明共聚物MW500；500mg/Kg阳性对照苯唑西林和阴性对照盐水。
图3是经10天的健康分数的曲线图(参见健康分数解释第176段)，两组的各10只小鼠都用132mg/kg小鼠的实施例1的共聚物MW500处理；一组(“受感染的”)的小鼠用金黄色葡萄球菌超级细菌(S.aureus USA300)感染而第二组(“未感染”)没有用细菌感染。该图显示实施例7的结果。
图4是在用金黄色葡萄球菌超级细菌(S.aureu USA300)感染并在24小时之后分别用132mg/Kg小鼠的实施例1的共聚物MW500，或用167mg/Kg小鼠的比较例1的共聚物MW2500治疗性治疗各组小鼠(每组10只)后，由于发病或死亡所剔除的小鼠的曲线图。实验步骤在实施例8中进行报道。
图5是显示了四组小鼠(每组10只小鼠)由于发病或死亡所剔除的小鼠数量的柱状图，其中小鼠被金黄色葡萄球菌超级细菌(S.aureus USA300)感染，并且在24小时后各组分别用132mg/Kg小鼠的实施例1(Ex 1)的共聚物MW500、或167mg/Kg小鼠的对比例1(CE 1)的共聚物MW2500或500mg/Kg阳性对照苯唑西林或阴性对照盐水进行治愈性治疗。实验步骤在实施例9中报道。
微生物
本发明中实验性地使用的并由ThermoFisher Scientific(Australia)提供的微生物是大肠杆菌(atcc 259cc)、铜绿假单胞菌(atcc 27853)、β-内酰胺耐受性肺炎克雷伯菌(atcc 700603)、金黄色葡萄球菌(atcc 25923)、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(atcc43300)、化脓性链球菌(atcc 19615)、粪肠球菌(atcc 29212)、耐受万古霉粪肠球菌(atcc51299)、艰难梭菌(atcc 9689)；偶发微杆菌(atcc6841)；真菌巴西曲霉(Ascc 16404)和白色念珠菌(atcc 10231)。
估计羰基的含量
本文报道的羰基含量的估计值基于已建立的方法(Peters 1962；Melrose2009)。一式两份，将聚合物水溶液样品(1g)称重至0.01g的精确度-添加水(9g)，然后酌情通过添加0.01M盐酸或0.01M氢氧化钠水溶液将该溶液调至pH 6.00。
用0.01M氢氧化钠水溶液将1％的羟胺盐酸盐溶液(50mL)调至pH 6.00。
将上述共聚物溶液和试剂混合，在室温静置30分钟；然后用0.01氢氧化钠水溶液(Vml)将反应物反滴定至pH 6.00。
因此，将原始样品-溶液(W g)的w/w％羰基含量作为丙烯醛估算，等于V x 0.10x5.6/W。
通过HPLC定量分析共聚物
同时使用折射率和UV(268nM)检测器在Shimadzu Prominence设备上实施高效液相色谱(HPLC)；色谱柱为Waters Hydrogel 120或Waters Hydrogel250之一或这两者(串联)，其用于尺寸排阻分离。
通过排阻时间对Sigma-Aldrich的聚乙二醇(平均MW范围200-10,000道尔顿)的MW对数(log)的直线图进行MW标准。因此，其由测定丙烯醛-共聚物的分子量的方法得出，所述分子量总是在此基础上被测定的并且在本文报道，其通常是指数均分子量(校正至最接近的500道尔顿)。
对溶质的水溶液(0.020mL；0.4％w/w)用水-溶剂(0.6mL-1.0mL/分钟)进行分离。
通过质谱定量分析共聚物
实施两个单独的技术(由Shimadzu Scientific Instruments(Oceania)PtyLtd提供)：
·无在前色谱，直接注射到质谱仪中；
·质谱，在在前色谱之后
设备；实验条件为：Nexera UHPLC Binary High Pressure Gradient，和LCMS-8060(在Q3扫描下运行以模拟单四级杆质谱；移动相为在水中的0.02％甲酸和在乙腈中的0.02％甲酸，并且色谱柱为Phemonenex Aeris XBC18 300A 150x2.1mm。
聚合物溶液的定量紫外/可见光(UV/Vis)分析
通过在水中(20g)稀释共聚物(250mg)制备分析用溶液，且然后如果适合，按化学计量摩尔当量的反应物；然后在Shimadzu UVmini-1240设备上获取UV光谱之前用水稀释1:9。
实施例1和对比例1
本实施例描述了分子量约500道尔顿的本发明共聚物的制备，所述共聚物包含聚丙烯醛低聚物片段和200道尔顿分子量的聚乙二醇低聚物片段。有目的地在pH 12.0制备出所述聚合物，因为该pH是被推荐以获得可靠成功、同时不会引入本文描述的不期望水平的副反应的最高pH。将所述共聚物的抗微生物活性与分子量约2500道尔顿的相应的共聚物比较。
实施例1–约500道尔顿MW的共聚物的制备
在10分钟内缓慢地将在水中的(20g)新蒸馏的丙烯醛溶液(5g，用0.1％w/w氢醌抑制)添加到含有水(20g)和聚乙二醇(60g；MW 200)的溶液(已经通过添加1M的氢氧化钠水溶液而具有pH 12)；在10分钟内，黄色的氧化氢醌迅速出现，然后消失。在该过程中，连续剧烈地搅拌所述组合物以提供与空气充分地接触。发生放热且迅速的聚合，并且将反应物的温度保持在约25℃和35℃之间。
在另外的50分钟后，通过添加1M盐酸水溶液将该澄清溶液调节至pH7.5；产物为澄清、几乎无色的(非常淡的黄色)溶液。在该样品上进行的所有测试和本文的结果是在无需任何纯化且已经在7℃储存了4或6年的样品上进行的；这说明产物的高纯度和高稳定性。
产物的200-600nM的紫外-可见光谱仅在200-300nM区域的远端有大量吸收。这与可忽略的与羰基共轭的不饱和度含量一致，并且可与倾向迈克尔加成相关。
HPLC表明聚合产率为99-100％w/w，并且任何残留的丙烯醛单体低于1ppm w/w；MW约为500道尔顿。质谱显示出312的基峰(base peak)，并且表明共聚物包含五个以共价方式线性地与两个2-丙醛(ex acrolein)残基连接的氧化乙烯(ex PEG)残基。
当测试低至pH 1(且高至pH 14)时，所述共聚物保持可溶。所述共聚物具有约0-10％w/w的羰基含量或羧基含量。
无论是在Waters Hydrogel 120、Waters Hydrogel 250上单独地或以任一交替顺序的串联在水中以1ml/分钟进行HPLC，产物都在HPLC中保持窄的并且不可拆分的单一峰。
当在pH 8或pH 10进行聚合时，出现相同的制备性结果，其总是具有完全相同的针对大肠杆菌的体外微生物速率结果、以及相同的HPLC结果(除了pH 8，其给出产物的材料量说明丙烯醛的二聚物或低聚物的总量小于1％w/w)；在体内微生物速率测试中所有产品都相同。
由申请人实验室的其他成员在8-12之间的多个pH(包括单独的pH 8、pH10和pH12)独立地重复多次实施例1的制备，并且给出了相同的聚合结果、HPLC和针对大肠杆菌的体内速率测试结果。
对比例1–约2500道尔顿分子量的共聚物
该实施例描述了制备非本发明的具有更高分子量的(2500道尔顿)包含2000分子量聚乙二醇片段的共聚物。
在10分钟内缓慢地将在水中的(20g)新蒸馏的丙烯醛溶液(5g，用0.1％w/w氢醌抑制)添加到含有水(30g)和聚乙二醇(20g；MW 2000)的溶液中(pH已经通过添加1M的氢氧化钠水溶液变为pH 11)；在该过程中，迅速出现氧化氢醌的黄色，然后消失。在添加之前和在添加过程中，以机械的方式剧烈搅拌该组合物以提供与空气的充分接触。发生放热且迅速的聚合，并且将温度保持在约25℃和35℃之间。
在搅拌了另外50分钟的时间后，通过添加1M盐酸水溶液将澄清溶液调节至pH7.5；产物为澄清的、几乎无色的(非常淡的黄色)溶液。
值得注意的是，由于相对高分子量产物很难扩散穿过琼脂，在现有技术中所有聚丙烯醛产物常见的用于微生物分析的琼脂扩散技术在本文中并不使用。
在样品上进行的所有测试和本文记载的它们的结果是在无需任何纯化且已经在7℃储存了4至6年的样品上进行的；这表明了产物的高纯度和高稳定性。
产物的200-600nM的紫外-可见光谱仅在200-300nM区域的远端有大量吸收。
HPLC表明聚合产率为99-100％w/w，并且任何残留的丙烯醛单体低于1ppm w/w；MW约为2500道尔顿。当测试低至pH 1(且高至pH 14)时，所述共聚物保持可溶。所述共聚物具有约0-10％w/w的羰基含量。
无论是在Waters Hydrogel 120、Waters Hydrogel 250上单独地或以任一交替顺序的串联、在水中以1ml/分钟进行HPLC，产物都在HPLC中保持窄的并且不可拆分的单一峰。
基于本文描述的聚合机理，可计算出，在对比例1的情况下在聚合中添加的丙烯醛单体的当量(相对于聚乙二醇的当量)大于实施例1的，并且因此前者形成任何不溶性聚丙烯醛的倾向性更大，但即便在7℃静置了6年也未观察到。用稀盐酸逐步酸化丙烯醛聚合物的稀溶液至pH 2.5并且用稀氢氧化钠溶液反滴定证明不存在羧基(pKa＝4.5)。
实施例1和对比例1的共聚物的最小杀灭浓度的评估
对共聚物进行连续稀释。一式两份，然后将各稀释液接种细菌以获得约106cfu/mL的浓度，并且在pH 6.5-7.0，37℃培养24小时。
从各溶液中取出1mL的等分试样并与胰蛋白酶大豆肉汤(Trypticase SoyBroth)的1mL等分试样混合一分钟，然后添加8mL的无菌水并混合。然后从各溶液中取出等分试样(1mL)并且经由满灌法(flooding)菌苔接种(lawn-inoculated)到马血琼脂板上，在37℃培育24或48小时。在板上进行细菌生长的视觉计数(菌落形成单位；cfu)。
针对一系列细菌测定对比例1和实施例1的共聚物的最小杀灭浓度并且结果示于表1中。
表1–最小杀灭浓度
共聚物(实施例1) 共聚物(对比例1)
金黄色葡萄球菌 10ppm 1ppm
化脓性链球菌 20ppm
大肠杆菌 10ppm 10ppm
铜绿假单胞菌 200ppm
粪肠球菌 150ppm
各组合物的微生物测定在8℃老化4年、或暴露于模拟的胃中的酸性条件(见实施例4)下都不改变。
实施例1和对比例1的每种共聚物针对金黄色葡萄球菌、化脓性链球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌具有显著的体外抗微生物活性，但针对真菌巴西曲霉和白色念珠菌的活性较低。
在8℃保存四年后两种共聚物仍然是稳定的，并且对模拟的人胃中停留时间期间的pH条件是稳定的。
向pH 6.5-7.0的无菌水中(20mL)的实施例1的共聚物的水溶液(383mg；5.4％w/w的丙烯醛)或对比例1的共聚物的水溶液(303mg；6.7％w/w的丙烯醛)中加入活的微生物(造成每mL约10xE6细胞)；对照溶液不含有任何丙烯醛产物。任选地，立即向所述反应物中添加胰蛋白酶大豆肉汤(1mL)。
相隔一段时间，在将等分试样(1mL)与等体积的胰蛋白酶大豆肉汤生长培养基混合一分钟，然后和水(8mL)混合之后，在琼脂生长板上划线培养(streak)或菌苔接种等分试样(1mL)，在30℃或37℃培育24-48小时，并进行CFU计数。
结果示于表2中。
表2-微生物杀灭速率
·基于菌落形态，显著地比实施例1更快
#偶发分歧杆菌是用作研究结核分歧杆菌和结核病模型的细菌。
(共聚物的抗微生物活性随着pH而升高，因此所有的观察都在pH 6.5-7.0之间进行，这样的pH比任意类型的胃肠外败血症遇到的pH低约半个单位；此外，这是非常自然地获得的并且避免了与多种来自不同缓冲溶液的添加的盐的相互作用的并发症。)
实施例2
该实施例显示的是包含600道尔顿分子量的聚乙二醇低聚物片段的分子量约1000道尔顿的本发明共聚物的制备。
在10分钟内缓慢地将在水中的(20g)新蒸馏的丙烯醛溶液(5g，用0.1％w/w氢醌抑制)添加到含有水(20g)和聚乙二醇(60g；MW 600)的溶液中(pH已经通过添加1M的氢氧化钠水溶液变为pH 10)。在添加丙烯醛之前和添加丙烯醛过程中，剧烈地搅拌该组合物以夹带空气，并提供与空气的充分接触，产生了放热且迅速的聚合并且将温度保持在约25℃和35℃之间。在添加开始之后，氧化氢醌的黄色迅速出现，然后消失，形成澄清溶液。
又过了50分钟后，通过添加1M盐酸水溶液将澄清溶液调节至pH 7-8；产物为澄清的、几乎无色的(非常淡的黄色)溶液。(产物的200-600nM的紫外-可见光谱仅在200-300nM区域的远端有大量吸收。)
HPLC表明聚合产率为99-100％w/w，并且任何残留的丙烯醛单体低于1ppm w/w；MW约为1000道尔顿。当测试低至pH 1(且高至pH 14)时，所述共聚物保持可溶。所述共聚物具有约0-10％w/w羰基含量。
在体外，在无肉汤的情况下共聚物在3小时内杀灭大肠杆菌。
所述共聚物具有针对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌显著的体外抗微生物活性。所述微生物测定在8℃老化48个月后不改变。
向共聚物(383mg)中添加聚乙二醇MW200(120mg)，然后添加一滴1M氢氧化钠使pH至11；在室温静置2小时后，用1滴1M盐酸将pH调节至7.5，然后静置3天。HPLC和共聚物的抗微生物活性都没有因为此处理而改变。
实施例3
基于针对细菌的重复活性，本实施例检查了实施例1和对比例1的共聚物的活性，以确定细菌产生耐受性的倾向(见表3)。
分别将三种测试微生物-大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌接种以实现在该测试溶液中约106cfu/mL的浓度；各测试溶液包含19g无菌蒸馏水、1mL胰蛋白酶大豆肉汤和共聚物(实施例1；383mg；添加的5.4％w/w的丙烯醛；或对比例1；303mg；添加的6.7％w/w的丙烯醛溶液)。然后将经接种的测试溶液(pH 6.5-7.0)在37℃培养足够长的时间从而实现约102-103cfu/ml(或99-99.9％微生物)的杀灭。
分别从每种溶液中取出1mL等分试样并且与1mL胰蛋白酶大豆肉汤的等分试样混合一分钟，然后添加8mL无菌水并混合。然后从各溶液中取出等分试样(1mL)并且经由满灌法菌苔接种到马血琼脂板上，在37℃培育24或48小时。在板上进行细菌生长的视觉计数。
通过使大肠杆菌、金黄色葡萄球菌或铜绿假单胞菌反复暴露于共聚物或阿莫西林而对它们进行的选择，从而分别培养出连续数代(successivegenerations)的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌或铜绿假单胞菌；采收处理后仍存活的有机体用于另一治疗周期-重复该过程高达25次。
实施例1和对比例1的两种共聚物继续获得约102-103cfu/mL(或99-99.9有机体)的正常减少，分别杀灭大肠杆菌、金黄色葡萄球菌或铜绿假单胞菌的高达25代连续传代，并且在每个情况中，没有任何迹象表明对所述共聚物的抗微生物活性的耐受性增加；当比较第1代和它们衍生的数代超级细菌时，其抗微生物杀灭速率是相同的。
这被认为是评估细菌产生抗生素耐受性倾向的特别要求的方法。如果各25个周期的计数减少在103的数量级-可认为以1/1075选出的所得细菌的耐受性最强。
比较用0.35％w/w阿莫西林抗生素溶液分别对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行类似处理的平行研究分别导致在第二和第八世代之后的细菌耐受性。丙烯醛-共聚物产物针对这些产生的“超级细菌”的每一种都具有正常的抗微生物速率。
结果示于表3中。
表3–产生耐受性的微生物的世代数
对比例2-聚乙二醇(PEG)的疏水性抗微生物活性
通过在37℃、20g水、0.299g的30％w/w PEG2000溶液、pH 6.5和10e6cfu/mL的大肠杆菌分别培养0分钟、60分钟、24小时和48小时，通过物理疏水性机理(仅来自添加的PEG)证明了抗微生物活性；在48小时观察到杀灭效果。
实施例4-体外模拟在胃中的酸性驻留条件
一式两份，将共聚物的水溶液(1.00g)添加到水中(9g)，然后通过添加10％盐酸使pH为2；再次一式两份，作为空白，以类似的方式处理共聚物的水溶液(1.00g)-但用相同体积的水替代盐酸。
全部都在37℃C/4小时加热-然后，在分析它们的物理、化学或微生物性质之前将pH调节到6.5-7.0。
实施例5-9-体内实验
所有实验都是预先审核的，然后经监督以符合国际标准来确保对动物的人道处理。所有实验都在独立实验室中进行。特别地，在实施例6、7和8中的所有实验都是在美国在预先设计的特别用于研究败血症和菌血症的方案内进行；方案对于测试溶液的特性采用的是“盲法”，无论是对监督者还是对助理。全部的感染都以100μL计，其被设计用以产生小鼠血液的约107cfu/mL的感染；小鼠为BALB/c类型-每个实验中每组10只。通过处死后器官中细菌的cfu/g计数，或在1-7级的健康得分中对小鼠进行评估，所述健康得分包括(1；灵活且健康)至(5；生病且毛发竖起；安乐死)至(7；死亡)。将方案制表并遵循。
实施例：5
该实施例检查了对比例1的共聚物的体内活性和24小时期间细菌从血液中的清除率。
用对比例1的MW2500的共聚物，以167mg/Kg小鼠进行准备实验(preliminaryexpriment)。使用两组小鼠，每组10只；一组是治疗组并且另一组是未治疗组。两组小鼠通过尾部注射感染化脓性链球菌。感染15分钟后，治疗组的小鼠接受尾部注射对比例1的共聚物而未治疗组接受盐水来替代治疗。在感染后12-24小时监测治疗组和未治疗组的小鼠血液中的化脓性链球菌的发生率百分比(cfu/mL)并且结果示于图1中。
总结
治疗途径：尾部注射
感染前/后的治疗时间：感染后15分钟
共聚物的测试治疗：对比例1；167mg/Kg
阴性对照：-
感染途径：尾部注射
感染的细菌：化脓性链球菌
结果，参见：图1
图1表明，首先所述共聚物在体内是有抗微生物活性的，其次，细菌在24小时内从血液中被自然地清除(这在其他地方通过测试被确定，针对肾脏)。
实施例：6
该实施例检查了本发明的实施例1的共聚物在体内针对抗生素耐受性的细菌的活性并且用阳性对照(苯唑西林)和阴性对照(盐水)比较活性。
通过尾部注射感染金黄色葡萄球菌超级细菌(S.aureus USA300)之前，通过尾部注射向三组每组10只的小鼠给药132mg/Kg小鼠的本发明MW500的实施例1的共聚物、500mg/Kg阳性对照苯唑西林和阴性对照盐水。在接下来的8天，记录三组中的小鼠的剔除率。附图表明共聚物在体内针对金黄色葡萄球菌有抗微生物活性。
实施例的结果示于图2中。
总结
治疗途径：尾部注射
感染前/后的治疗时间：感染前10分钟
共聚物的测试治疗：实施例1(Ex 1)；132mg/Kg
阴性对照：盐水
阳性对照：苯唑西林；500mg/kg
感染途径：尾部注射
感染的细菌：MRSA(S.aureus USA300)
结果参见：图2
实施例：7
该实施例检查实施例1的本发明共聚物在治疗抗生素耐受性的细菌的感染中的有效性和所述共聚物对于胃肠外给药的安全性。
两组每组10只的小鼠，每组都用132mg/Kg小鼠的实施例1(Ex 1)的MW500的共聚物治疗；一组(“感染的”)小鼠用金黄色葡萄球菌超级细菌(S.aureus USA300)感染而第二组(“未感染的”)并没有被细菌感染。
总结
治疗途径：尾部注射
感染前/后的治疗时间：感染前10分钟
共聚物的测试治疗：实施例1；132mg/Kg
感染途径：尾部注射
感染的细菌：MRSA(S.aureus USA300)
结果，参见：图3
图3表明在该浓度，首先所述共聚物基本上无毒；并且其次，所述共聚物在体内对金黄色葡萄球菌超级细菌是有抗微生物活性的。
实施例：8
该实施例比较了根据本发明的实施例1共聚物与未根据本发明的对比例1共聚物的有效性。
用金黄色葡萄球菌超级细菌(S.aureus USA300)感染两组每组10只的小鼠，并且在24小时后分别用132mg/Kg小鼠的实施例1的MW500共聚物或167mg/Kg小鼠的对比例1的MW2500的共聚物治疗性地治疗每组小鼠。图4是由于发病或死亡剔除后幸存的小鼠的图表。
总结
治疗途径：强饲法
感染前/后的治疗时间：感染后24小时
共聚物的测试治疗：实施例1；132mg/Kg
阴性对照：-
阳性对照：-
感染途径：尾部注射以感染：MRSA(S.aureus USA300)
结果，参见：图4
图4首先示出，本发明的低分子量共聚物在体内胃肠外感染的治疗中表现出更高的活性，并且其次示出，作为阴性对照(盐水)给出了仅有4相当的存活-所述共聚物抵抗了肝脏中的初始代谢。
实施例：9
该实施例比较了用实施例1的本发明共聚物、阳性对照的对比例1的共聚物(苯唑西林)和阴性对照(盐水)治疗感染了抗生素耐受性的细菌的受试者的存活率。
用金黄色葡萄球菌超级细菌(S.aureus USA300)感染四组每组10只的小鼠，并且在24小时后分别用132mg/Kg小鼠的实施例1(Ex1)的MW500的共聚物、167mg/Kg小鼠的对比例1(CE1)的MW2500的共聚物、500mg/Kg阳性对照苯唑西林、和阴性对照盐水治疗性地治疗各组。图5是显示了由于发病或死亡剔除的小鼠的数量的图表。
总结
治疗途径：尾部注射
感染前/后的治疗时间：感染后24小时
共聚物的测试治疗：实施例1；132mg/Kg
对比治疗的共聚物：对比例1；167mg/Kg
阴性对照：苯唑西林；500mg/Kg
阳性对照：盐水
感染途径：尾部注射以感染：MRSA(S.aureus USA300)
结果，参见：图5
从图5中显而易见的是，较低MW的共聚物是更有效的；分别与3.3、2.5和3.3的健康得分相比，其还使得幸存的小鼠具有最低的(最健康的)健康得分＝1.0，表明该组已经最有效地恢复健康。
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Claims (22)

1.包含聚丙烯醛低聚物片段和聚亚烷基二醇低聚物片段的共聚物在制备用于治疗受试者的胃肠外细菌感染的药物中的用途，其中：
-所述共聚物具有不超过1000道尔顿的分子量；
-所述聚亚烷基二醇低聚物片段为具有200-600道尔顿范围的分子量的聚乙二醇低聚物；以及
-所述共聚物通过在pH不超过12.0的碱性催化条件下在包含至少20％w/w水和聚乙二醇低聚物的水溶液中聚合丙烯醛的方法形成，其中聚乙二醇/丙烯醛的重量比至少为4以提供所述共聚物，其中所述方法包括向包含至少10％w/w水并且具有不超过12.0的pH值的聚乙二醇水溶液中添加具有不超过50％w/w的丙烯醛浓度的丙烯醛水溶液。
2.根据权利要求1所述的用途，其中所述聚丙烯醛低聚物片段为包含两个或更多个丙烯醛残基的聚丙烯醛低聚物。
3.根据权利要求1所述的用途，其中所述胃肠外细菌感染选自血液、脑膜、肺、泌尿道、鼻窦、皮肤、伤口、脓肿和外科手术的感染。
4.根据权利要求1所述的用途，其中所述胃肠外细菌感染是抗生素耐受性的感染。
5.根据权利要求1所述的用途，其中所述胃肠外细菌感染是多种药物抗生素耐受性的细菌感染。
6.根据权利要求1所述的用途，其中所述胃肠外细菌感染选自败血症和菌血症。
7.根据权利要求1所述的用途，其中所述共聚物具有用于口服、吸入、透皮递送或注射的形式。
8.根据权利要求1所述的用途，其中所述共聚物用于口服给药。
9.根据权利要求1所述的用途，其中所述共聚物为用于注射入循环***中的形式。
10.根据权利要求1所述的用途，其中所述共聚物为用于注射入血流中的形式。
11.根据权利要求1所述的用途，其中所述共聚物在含水组合物中的浓度范围是按该组合物的重量计0.01重量％-20重量％。
12.根据权利要求1所述的用途，其中所述共聚物以片剂、小胶囊或液体的形式口服给药。
13.根据权利要求1所述的用途，其中所述共聚物以糖浆的形式口服给药。
14.根据权利要求1所述的用途，其中所述共聚物以每天每千克体重1mg-1000mg范围的剂量进行给药。
15.根据权利要求1所述的用途，其中所述细菌感染为选自变形杆菌属、沙雷氏菌属、铜绿假单胞菌、脑膜炎奈瑟氏球菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯杆菌、金黄色葡萄球菌、凝固酶阴性葡萄球菌、化脓性链球菌、肺炎链球菌、肠球菌的细菌感染。
16.用于治疗受试者中的胃肠外细菌感染的共聚物，所述共聚物包含丙烯醛衍生片段和聚亚烷基二醇低聚物片段，所述共聚物具有不超过1000道尔顿的分子量，其中：
-所述聚亚烷基二醇低聚物片段为具有200-600道尔顿范围的分子量的聚乙二醇；以及
-所述共聚物通过在pH不超过12.0的碱性催化条件下在包含至少20％w/w水和聚乙二醇低聚物的水溶液中聚合丙烯醛的方法形成，其中聚乙二醇/丙烯醛的重量比至少为4以提供所述共聚物，其中所述方法包括向包含至少10％w/w水并且具有不超过12.0的pH值的聚乙二醇水溶液中添加具有不超过50％w/w的丙烯醛浓度的丙烯醛水溶液。
17.根据权利要求16所述的共聚物，其中所述丙烯醛衍生片段是聚丙烯醛低聚物。
18.根据权利要求16所述的共聚物，其中所述共聚物具有400-1000道尔顿的分子量。
19.制备包含丙烯醛衍生片段和聚亚烷基二醇低聚物，且分子量不超过1000道尔顿的共聚物的方法，其包括在pH不超过12的碱性催化的条件下在水溶液中聚合丙烯醛，所述水溶液包含至少20％w/w的水和聚亚烷基二醇低聚物，其中聚亚烷基二醇低聚物/丙烯醛的重量比至少为4，以提供所述共聚物，其中所述方法包括向包含至少10％w/w的水且具有不超过12.0的pH的聚乙二醇水溶液中添加具有不超过50％w/w的丙烯醛浓度的丙烯醛水溶液，并且其中所述聚亚烷基二醇低聚物为分子量为200-600道尔顿的聚乙二醇低聚物。
20.根据权利要求19所述的方法，其中将所述丙烯醛作为水溶液加至pH 9-11的聚乙二醇水溶液中。
21.根据权利要求19所述的方法，其包括以下步骤：
提供分子量200-600道尔顿的聚乙二醇的具有不超过12.0的碱性pH的水溶液；
剧烈搅拌温和碱性的溶液以夹带空气；添加具有不超过50％w/w的丙烯醛浓度的丙烯醛水溶液；
将反应温度保持在10℃-40℃的范围；
并且一旦丙烯醛单体被消耗，添加酸以提供不超过8的pH。
22.根据权利要求21所述的方法，其中将所述丙烯醛作为水溶液添加至含水聚乙二醇中，所述水溶液具有10wt％-30wt％范围内浓度的丙烯醛单体，所述浓度是基于待添加至聚乙二醇水溶液中的丙烯醛水溶液的重量。
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