DE60320224T2 - Hydrolytisch abbaubare polyalkylenoxid-polymere - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein wasserlösliche, hydrolytisch abbaubare und nichtpeptidische Polymere. Die Erfindung betrifft genauer hydrolytisch abbaubare Polymere, die Oligomere spezieller Alkylenoxid-Dreiblockcopolymere umfassen, und Zusammensetzungen und Verwendungen davon. Die Polymere sind für die Arzneimittelverstärkung, die in vivo-Zufuhr von biologisch aktiven Stoffen und die Verwendung in medizinischen Vorrichtungen geeignet.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Das hydrophile Polymer Poly(ethylenglycol), abgekürzt "PEG", ist in biologischen Anwendungen und in der Medizin von beträchtlichem Nutzen. PEG ist ein Polymer, das in Wasser und in vielen organischen Lösemitteln löslich ist, das nicht toxisch und nicht immunogen ist. In den vergangenen Jahren ist die Verwendung von PEG auf biomedizinische, biotechnologische und pharmazeutische Schauplätze ausgedehnt worden und umfasst eine Vielzahl von Anwendungen. Die kovalente Anbindung von PEG an therapeutische Polypeptide ist beispielsweise eingesetzt worden, um antigene Epitope des Polypeptids abzuschirmen bzw. zu schützen, um so seine retikuloendotheliale Ausscheidung und seinen proteolytischen Abbau zu verringern. Die Konjugation von PEG mit therapeutisch aktiven Polypeptiden oder kleinen Molekülen kann auch verwendet werden, um die Halbwertszeit der Zirkulation zu vergrößern, die Löslichkeit zu verbessern, die renale Filtration zu verringern oder die Bioverteilung derartiger biologisch aktiver Stoffe zu verändern.
  • Eine andere Verwendung von PEG besteht in der Bildung einer vernetzten Matrix oder eines vernetzten Gels aus PEG-Molekülen, die/das im Wesentlichen nicht löslich ist, aber in Wasser quellfähig ist. PEG-Hydrogele, die mit Wasser aufgequollene Gele sind, sind sowohl für die Abdeckung von Wunden als auch für die Zufuhr/Abgabe von Arzneimitteln verwendet worden. PEG-Hydrogele werden typischerweise hergestellt, indem das lösliche, hydrophile Polymer in ein chemisch vernetztes Netzwerk oder eine Matrix eingebracht wird, so dass die Zugabe von Wasser zu einem unlöslichen, gequollenen Gel führt. Eine Anwendung derartiger Hydrogele schließt die Zufuhr von Arzneimitteln ein. Nach einem Ansatz ist ein mit einem Hydrogel zuzuführender therapeutischer Stoff nicht kovalent an die PEGs gebunden, die das Hydrogel bilden, sondern ist innerhalb der vernetzten Hydrogelmatrix eingefangen und tritt bei der Freisetzung durch die Zwischenräume in der Matrix aus.
  • Viele der üblicherweise eingesetzten Verfahren zur Herstellung von Hydrogelen führen zum Einbau umfangreicher Nicht-PEG-Komponenten in die Hydrogelzusammensetzung, eingeschlossen Vernetzungsmittel und Katalysatoren, und/oder machen die Verwendung von Strahlung als Vernetzungsinitiator erforderlich. Siehe beispielsweise das U.S.-Patent Nr. 4,894,238 , in dem lineares PEG beschrieben wird, das durch die Umsetzung mit einem Triol und einem Diisocyanat unter Bildung von hydrolytisch stabilen ("nicht abbaubaren") Urethanbindungen in ein vernetztes Netzwerk eingebaut wird. Eine andere, ähnliche Vorgehensweise zur Herstellung von nicht abbaubaren PEG-Hydrogelen ist von Gayet und Fortier in J. Controlled Release, 38, 177–184 (1996) gezeigt worden, bei der geradkettiges PEG als das p-Nitrophenylcarbonat aktiviert wurde und durch die Umsetzung mit einem Protein, Rinderserumalbumin, vernetzt wurde. Verfahren wie diese führen zu Gelen, die Nicht-PEG-Verunreinigungen enthalten. Im Ergebnis können der Abbau und die Auflösung der Matrix zu unerwünschten oder toxischen Komponenten führen, die in den Blutstrom freigesetzt werden. Weiterhin können die scharfen Bedingungen bei der Gelbildung, die in derartigen Verfahren eingesetzt werden, häufig die Arzneimittelsubstanzen, die in derartige Hydrogelzusammensetzungen eingebaut werden, inaktivieren oder abbauen.
  • Frühe implantierbare Gelzufuhrsysteme, wie sie in den U.S.-Patenten Nr. 4,938,763 und 5,278,202 offenbart werden, waren entweder thermoplastisch oder warmhärtend. Die thermoplastischen Systeme schlossen die Bildung von Polymerlösungen in Lösemitteln ein. Unmittelbar vor der Injektion wurde ein Härter zu der Polymerlösung gegeben Nach der Injektion verursachte der Härter die Vernetzung der Polymermaterialien, und die Polymerlösung wurde Körperflüssigkeiten oder Wasser ausgesetzt, die das Lösemittel weg von dem Polymer-Arzneimittel-Gemisch diffundierten, was es dem Wasser ermöglichte, in das Gemisch zu diffundieren. Der Verlust des Lösemittels sorgte für die Koagulation des Polymer-Arzneimittel-Gemischs und die Verkapselung des Arzneimittels in dem Polymergel. Diese frühen Gelsysteme verwendeten typischerweise organische Lösemittel, um das Polymer und das Arzneimittel in Lösung zu halten. Organische Lösemittel sind oft toxisch und reizend für das Gewebe.
  • Jüngere implantierbare Gelzufuhrsysteme sind entwickelt worden, die in wässrigen Lösungen hergestellt werden können. Diese Systeme schließen eine Klasse von Blockcopolymeren ein, die aus Polyethylenoxid und Polypropylenoxid zusammengesetzt sind. Die Polymere werden üblicherweise so synthetisiert, dass eine Anordnung aus einem Polypropylenoxidblock, der als Sandwich zwischen zwei Polyethylenoxidblöcken enthalten ist, entsteht. Das Polyethylenoxid ist hydrophil, während das Polypropylenoxid hydrophob ist. Die Copolymere aus Polyethylenoxid und Polypropylenoxid absorbieren Wasser und bilden ein Gel, wenn sie bei einer ausreichenden Konzentration ge halten werden und über eine kritische Temperatur erhitzt werden. Eine übliche Polyethylenoxid-Polypropylenoxid-Polymerlösung ist als Poloxamer bekannt, von dem eine Ausführungsform unter der Marke PluronicTM von BASF Corporation, Mt. Olive, New Jersey, im Handel erhältlich ist.
  • Die Polyethylenoxid- und Polypropylenoxidgele sind im Allgemeinen weniger toxisch als frühere Gele, die organische Lösemittel enthielten oder mit organischen Lösemitteln hergestellt wurden. Gele auf Poloxamer-Basis sind jedoch nicht biologisch abbaubar, was die Arzneimittelfreisetzung aus derartigen Systemen hoch unvorhersehbar macht. Außerdem haben sich bestimmte Gele auf Poloxamer-Basis in klinischen Studien als erfolglos erwiesen, nicht nur wegen der Einschränkungen hinsichtlich der Leistungsfähigkeit, sondern auch wegen der schädlichen Nebenwirkungen, die den hohen Konzentrationen an Polymer zugeschrieben werden, die zugeführt werden müssen, um die Gelbildung bei der Körpertemperatur zu erreichen.
  • Ganz allgemein hat die Entwicklung von Hydrogelformulierungen für die Arzneimittelzufuhr einen ziemlich langsamen Fortschritt gemacht, teilweise wegen der oben beschriebenen Probleme und zusätzlich wegen Problemen, die mit der parenteralen Verabreichung von Hydrogelen zusammenhängen.
  • Es besteht daher ein Bedarf an verbesserten Polymeren und Polymerzusammensetzungen, die über eine geringe Toxizität, biologische Abbaubarkeit und vorteilhafte Freisetzungskinetiken verfügen. Außerdem wäre es vorteilhaft, wenn derartige Polymere und Polymerzusammensetzungen einfach synthetisiert und charakterisiert werden könnten und zusätzlich für die Bildung von Gelen ohne die Notwendigkeit von zusätzlichen Vernetzungsmitteln, zusätzlichen Comonomeren und dergleichen gebraucht werden könnten. Schließlich wäre es höchst wünschenswert, Hydrogelformulierungen bereitzustellen, die für die Verabreichung durch Injektion, z. B. als frei fließende Lösungen, geeignet sind anstatt eine Implantation zu benötigen.
  • Die vorliegende Erfindung basiert auf der Herstellung eines Polymers durch den Anmelder, das die obigen Kriterien erfüllt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Nach einem Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein wasserlösliches, nicht-peptidisches Polymer gemäß Anspruch 1, das zwei oder mehr als zwei Oligomere auf Alkylenoxidbasis umfasst, die über hydrolytisch abbaubare Carbonatbindungen miteinander verbunden sind. Der Oligomerteil des Polymers ist ein amphiphiles Dreiblockcopolymer, das einen zentralen Propylenoxidblock oder Butylenoxidblock aufweist, der zwischen zwei Ethylenoxidblöcken angeordnet ist.
  • Bei der Herstellung und Charakterisierung der erfindungsgemäßen Polymere haben die Anmelder festgestellt, dass wässrige Lösungen der erfindungsgemäßen Polymere ein überraschende Eigenschaft zeigen – sie reagieren auf Temperaturänderungen (d. h. sie sind "wärmeempfindlich"). Genauer bilden wässrige Lösungen der erfindungsgemäßen Polymere umgekehrte (reverse) thermische Gele, das heißt in Abhängigkeit von der Konzentration existieren sie bei niedrigen Temperaturen als Lösungen, während sie bei der Körpertemperatur Hydrogele bilden. Außerdem bilden die Polymere bei äußerst niedrigen Konzentrationen thermisch induzierte Gele.
  • Das erfindungsgemäße Polymer ist ein Polyethercarbonat, das die Formel X-O-[(-CH2CH2-O-)n-(CHR1CHR2-O-)q-(CH2CH2-O)r-CO2-]m-(CH2CH2O)n-(CHR3CHR4-O-)q-(CH2CH2-O)r-Y hat, wobei:
    n, q und r ganze Zahlen sind, die jeweils unabhängig voneinander im Bereich von etwa 2 bis etwa 2000 liegen,
    m eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis etwa 200 ist,
    R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander unter Methyl, Ethyl und H ausgewählt werden, wobei
    R1 H ist, wenn R2 Methyl oder Ethyl ist, oder R1 Methyl oder Ethyl ist, wenn R2 H ist,
    R3 H ist, wenn R4 Methyl oder Ethyl ist, oder R3 Methyl oder Ethyl ist, wenn R4 H ist; und
    X und Y jeweils unabhängig voneinander aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus H, Alkyl, Alkenyl, Aryl und einem reaktiven Rest besteht.
  • Der Wert von m kann im Bereich von 1 bis etwa 200 liegen, obwohl m einen bevorzugten Bereich von etwa 1 bis etwa 20 hat. In einer besonderen Ausführungsform liegt der Wert von m im Bereich von etwa 1 bis 5. Der Wert von n liegt normalerweise im Bereich von etwa 80 bis etwa 120; q liegt normalerweise im Bereich von etwa 40 bis etwa 70. Alkylgruppen, die durch R1, R2, R3 oder R4 dargestellt werden, sind Methyl oder Ethyl.
  • In einer besonderen Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Polymer ein Poly(ethercarbonat), das die Formel HO-[(-CH2CH2-O-)n-(CHRCH2-O-)q-(CH2CH2-O)r-CO2-)m-(CH2CH2O)n-(CHRCH2-O-)q-(CH2CH2-O)r-H hat, in der die Variablen die oben beschriebenen Werte haben.
  • Die erfindungsgemäßen Polymere sind auf Grund ihrer Carbonatbindungen unter milden Bedingungen hydrolytisch abbaubar und hydrolysieren unter Bildung von löslichen Oligomer-Fragmenten mit einem beträchtlich niedrigeren Molekulargewicht als das Ausgangspolymer: HO-[(-CH2CH2-O-)n-(CHRCH2-O-)q-(CH2CH2-O)r-CO2-]m-(CH2CH2O)n-(CHRCH2-O-)q-(CH2CH2-O)r-H + (m + 1) H2O → (m + 1) HO-(CH2CH2--O)n-(CHRCH2-O-)q-(CH2CH2-O)r-H + m CO2.
  • Die erfindungsgemäßen Polymere können auf diese Weise im Körper leicht abgebaut werden, wodurch ihre Ausscheidung erleichtert wird. Die Abbauprodukte sind selbst normalerweise nicht toxische kleine PEGs, die typischerweise schnell aus dem Körper ausgeschieden werden.
  • Das Polymer kann durch eine Anzahl verschiedener Syntheseverfahren hergestellt werden. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Poly(ethercarbonat) durch das Polymerisieren oder Kuppeln eines aktivierten Oligomers hergestellt werden, das die Formel HO-(CH2CH2-O-)n-(CHRCH2-O-)q-(CH2CH2-O)r-CO2-Z hat, wobei n, q, r und R wie oben definiert sind und Z eine reaktive Abgangsgruppe, wie N-Succinimidyl, 1-Benzotriazolyl oder p-Nitrophenyl, ist. Diese Vorgehensweise ist besonders günstig, da sie im Wesentlichen eine Eintopfreaktion in einem Schritt beinhaltet.
  • Ganz besonders kann das Polymer durch das Polymerisieren oder Kuppeln von copolymeren Oligomeren der Formel HO-(CH2CH2-O-)n-(CHRCH2-O-)q-(CH2CH2-O)r-CO2-H mit einem aktivierenden Molekül, Z-O-CO2-Z hergestellt werden, wobei n, q, r, R und Z wie oben beschrieben sind.
  • Alternativ kann das Etylenoxidoligomer HO-(CH2CH2-O-)n-(CHRCH2-O-)q-(CH2CH2-O)r-H mit einem bifunktionellen Alkylenoxidoligomer Z-OCO2-(CH2CH2-O)n-(CHRCH2-O-)q-(CH2CH2-O)r-CO2-Z polymerisiert werden, wobei n, q, r und Z wie oben beschrieben sind, um das Poly(ethercarbonat) zu bilden.
  • Die Polymerisations- oder Kupplungsreaktionen werden entweder in einem organischen Lösemittel oder in einer Schmelze in Gegenwart einer Base durchgeführt. Beispiele für geeignete Lösemittel schließen Acetonitril, THF, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Benzol, Toluol, die Xylole, Chloroform und Methylenchlorid ein. Beispiele für geeignete organische Basen schließen Triethylamin, Pyridin, Chinolin, 4,4-Dimethylaminopyridin und Triethylamin ein. Die Polymerisationsreaktionen werden typischerweise bei einer Temperatur im Bereich von etwa 37°C bis 100°C, typischerweise bei etwa 45°C bis 100°C und vorteilhaft bei etwa 70°C bis 90°C durchgeführt.
  • Ebenfalls bereitgestellt werden (i) ein Polymer, das für die Konjugation mit einem biologisch aktiven Stoff, wie einem Protein oder Peptid, aktiviert ist, und (ii) die resultierenden Polymerkonjugate. Das Polymer kann einem gegebenen biologisch aktiven Stoff wünschenswerte Eigenschaften verleihen, wie verbesserte Wasserlöslichkeit, verringerte Immunogenität und längere Halbwertszeit bei der Zirkulation, obwohl die reversen thermischen Gelbildungseigenschaften des Polymers selbst verloren gehen können.
  • In einer besonderen Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Polymer an einem Terminus mit Alkyl- oder Arylgruppen modifiziert, um ein Ende des Polymers inert zu machen.
  • In noch einer anderen Ausführungsform kann das Polymer an einem oder mehreren seiner Termini aktiviert werden, um einen terminalen (endständigen) reaktiven Rest zu bilden. Ein derartiges erfindungsgemäßes modifiziertes oder aktiviertes Poly(ethercarbonat) wird als X-O-[(-CH2CH2-O-)n-(CHRCH2-O-)q-(CH2CH2-O)r-CO2-]m-(CH2CH2O)n-(CHRCH2-O-)q-(CH2CH2-O)r-Y dargestellt, wobei m, n, q, r und R wie oben definiert sind und X und Y unabhängig aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus H, Alkyl, Alkenyl, Aryl und einer reaktiven Gruppe besteht. Reaktive Gruppen schließen nicht einschränkend Acryloyl, Tresyl, N-Succinimidyloxycarbonyl, 1-Benzotriazolyloxycarbonyl, p-Nitrophenyloxycarbonyl, N-Maleimidyl, Aldehyde, Acetale, 1-Imidazolylcarbonyl, Vinylsulfon, Iodacetamid und o-Pyridyldithiyl ein. Alternativ können X und Y weiterhin Verbindungs-(="Linker"-) oder Abstandshaltergruppen einschließen, die terminale reaktive Gruppen aufweisen, wie Aldehyd-, Ester-, Carbonsäure-, Vinylsulfon-, Succinimidylpropionat-, Succinimidylbutanoat-, N-Maleimidyl- oder -S-S-ortho-Pyridylgruppen. Eine große Vielzahl aktivierender Gruppen und Verbindungsgruppen-(="Linker") kann verwendet werden.
  • Die Erfindung stellt demnach ein vielseitiges Polymer bereit, das speziell für die Bildung eines thermisch reversiblen Hydrogels für die lang anhaltende Zufuhr von biologisch aktiven Stoffen geeignet ist. Das Polymer kann einfach hergestellt werden, und es kann in großen Mengen synthetisiert werden. Das Polymer kann in einer einzigen Reaktion mit vielen abbaubaren Carbonatbindungen im Rückgrat gebildet werden. Das erfindungsgemäße Hydrogel kann unter physiologischen Bedingungen unter Erzeugung von Oligomeren mit einem vorgegebenen Molekulargewicht abgebaut werden, die problemlos aus dem Körper ausgeschieden werden können.
  • Die weiter oben beschriebenen Vorteile und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung und die Art und Weise, wie sie erzielt werden, werden einfacherer ersichtlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung zusammen mit den beigefügten Beispielen, die bevorzugte und beispielhafte Ausführungsformen veranschaulichen, berücksichtigt wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Nachdem die Erfindung in allgemeiner Weise beschrieben worden ist, wird nun auf die beigefügten Figuren Bezug genommen, in denen
  • 1 ein Phasendiagramm ist, das die reversen thermischen Gelbildungseigenschaften eines veranschaulichenden erfindungsgemäßen Polymers in wässriger Lösung in Abhängigkeit von der Temperatur und der Konzentration des Polymers angibt, was detailliert in Beispiel 2 beschrieben wird;
  • 2 ein Diagramm ist, das die Auflösungszeiten für repräsentative Polymergele zeigt, die variierende Konzentrationen des Polymers aufweisen, was detailliert in Beispiel 3 beschrieben wird;
  • 3 die Freisetzungsprofile von drei Fluoresceinisothiocyanatdextranen mit unterschiedlichem Molekulargewicht aus einer beispielhaften erfindungsgemäßen Hydrogelzusammensetzung unter Bedingungen zeigt, die die Bedingungen eines Säugetierkörpers simulieren, was detailliert in Beispiel 4 beschrieben wird;
  • 4 die Freisetzungsprofile in Abhängigkeit von der Zeit der Modellverbindungen, Biphalin und pegyliertes Biphalin, aus einem veranschaulichende erfindungsgemäßen Hydrogel veranschaulicht, was in Beispiel 5 beschrieben wird; und
  • 5 die Freisetzungsprofile eines Fab-Fragments und seines monopegylierten Pendant aus einem beispielhaften erfindungsgemäßen Hydrogel zeigt, was in Beispiel 6 detailliert beschrieben wird.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden ausführlicher beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Beispiele, in denen bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen gezeigt werden. Die Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht als auf die hier offenbarten Beispiele eingeschränkt angesehen werden; diese Ausführungsformen werden vielmehr angegeben, um die Offenbarung gründlich und vollständig zu gestalten und dem Fachmann den Gegenstand der Erfindung vollständig zu vermitteln.
  • I. Definitionen
  • Die Folgenden Begriffe haben so, wie sie hier verwendet werden, die angegebenen Bedeutungen.
  • Wie in der Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen verwendet schließen die Singularformen "ein", "eine", "der", "die", "das" die Pluralformen ein, soweit der Zusammenhang nicht ganz eindeutig etwas anderes vorgibt.
  • So wie der Begriff "Polymer" hier verwendet wird, bedeutet er ein Molekül, das durch die chemische Vereinigung von zwei oder mehr als zwei Oligomereinheiten gebildet wird. Die chemischen Einheiten sind normalerweise durch kovalente Bindungen miteinander verbunden. Die beiden oder mehreren kombinierenden Einheiten in einem Poly mer können allesamt gleich sein, wobei dann das Polymer als ein Homopolymer bezeichnet wird. Die kombinierenden Einheiten oder Untereinheiten können auch verschieden sein, und in dem Fall ist das Polymer eine Kombination von verschiedenen Einheiten. Diese Polymere werden als Copolymere bezeichnet.
  • Der Ausdruck "Oligomer" wird hier verwendet, um ein Molekül, typischerweise ein organisches Molekül, zu bezeichnen, das selbst durch die chemische Vereinigung von zwei oder mehr als zwei Monomereinheiten gebildet wird. Die Monomereinheiten eines Oligomers können verschieden oder alle gleich sein. Ein Oligomer ist imstande, mit einem anderen Oligomer, das gleich oder verschieden ist, in einer Kupplungsreaktion zu reagieren, wobei ein Polymer gebildet wird, das aus Oligomeruntereinheiten zusammengesetzt ist. So wie der Begriff Oligomer hier verwendet wird, beschränkt er in keiner Weise die Größe des Moleküls oder die Zahl der kombinierenden Einheiten oder Monomere in dem Oligomer. Der Begriff "Oligomer" wird vielmehr verwendet, um eine Untereinheit für die Bildung eines erfindungsgemäßen Polymers zu bezeichnen. Die Struktur eines Oligomers in dem resultierenden Polymer kann auf Grund der Kupplungsreaktion und der Bildung von kovalenten Bindungen ein wenig verschieden von der chemischen Struktur des Oligomers vor der Polymerisation sein.
  • Der Ausdruckt "Carbonatbindung" wird hier verwendet, um eine Gruppe -O-CO2- zu bezeichnen. Es wird darauf hingewiesen, dass eine Carbonatbindung verschieden von einer Carboxylatbindung ist, die typischerweise eine Struktur R-CO2- (worin n mindestens 1 und R = Alkyl oder Aryl ist) hat und die andere chemische und physikalische Eigenschaften hat.
  • Die Begriffe "Gruppe" und "Rest" werden hier alle austauschbar verwendet um verschiedene, definierbare Teile oder Einheiten eines Mo leküls zu bezeichnen. Manchmal kann die Struktur einer Gruppe oder eines Rests eine andere kleinere Gruppe oder einen anderen kleineren Rest einschließen. Beispielsweise schließt die funktionelle Gruppe -O-CO2-Z den Rest Z ein, der eine reaktive Gruppe oder ein reaktiver Rest einschließlich N-Succinimidyl oder 1-Benzotriazolyl sein kann.
  • Der Begriff "aktiv" oder "aktiviert" bezeichnet, wenn er in Verbindung mit einer speziellen funktionellen Gruppe verwendet wird, eine reaktive funktionelle Gruppe, die leicht mit einem Elektrophil oder einem Nucleophil in einem anderen Molekül reagiert. Dies stellt das Gegenteil zu den Gruppen dar, die kräftige Katalysatoren oder höchst unpraktische Reaktionsbedingungen benötigen, damit sie eine Reaktion eingehen (d. h. eine "nicht-reaktive" oder "inerte" Gruppe).
  • Die Begriffe "geschützt" oder "Schutzgruppe" oder "schützende Gruppe" beziehen sich auf das Vorhandensein eines Rests (d. h. die Schutzgruppe), der Reaktionen einer speziellen, chemisch reaktiven funktionellen Gruppe in einem Molekül unter bestimmten Reaktionsbedingungen verhindert oder blockiert. Die Schutzgruppe variiert in Abhängigkeit vom Typ der zu schützenden chemisch reaktiven Gruppe sowie den einzusetzenden Reaktionsbedingungen und, sofern vorhanden, dem Vorhandensein zusätzlicher reaktiver Gruppen oder Schutzgruppen in dem Molekül. Schutzgruppen, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, können in Greene, T. W., et al., PROTECTIVE GROUPS IN ORGANIC SYNTHESIS, 3. Auflage, John Wiley & Sons, Inc., New York, NY (1999), gefunden werden.
  • So wie der Begriff "funktionelle Gruppe" oder jedes sonstige Synonym dazu hier verwendet wird, ist er so zu verstehen, dass er die geschützten Formen dieser Gruppe einschließt.
  • "Alkyl" bezieht sich auf eine Kohlenwasserstoffkette, die typischerweise eine Länge im Bereich von etwa 1 bis 15 Atomen hat. Derartige Kohlenwasserstoffketten sind vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, gesättigt und können verzweigt oder geradkettig sein, wenngleich typischerweise die geradkettige Form bevorzugt ist. Beispielhafte Alkylgruppen schließen Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, 1-Methylbutyl, 1-Ethylpropyl, 3-Methylpentyl und dergleichen ein.
  • "Niederes Alkyl" bezieht sich auf eine Alkylgruppe, die 1 bis 6 Kohlenstoffatome enthält, und kann geradkettig oder verzweigt sein, was beispielhaft durch Methyl, Ethyl, n-Butyl, i-Butyl, t-Butyl wiedergegeben wird.
  • Eine "physiologisch spaltbare" oder "hydrolysierbare" oder "abbaubare" Bindung ist eine relativ schwache Bindung, die mit Wasser (d. h. sie wird hydrolysiert) unter physiologischen Bedingungen reagiert. Die Neigung einer Bindung, in Wasser zu hydrolysieren, hängt nicht nur vom allgemeinen Typ der Bindung ab, die zwei Zentralatome verbindet, sondern auch von den Substituenten, die mit diesen Zentralatomen verbunden sind. Geeignete hydrolytisch instabile oder schwache Bindungen, die in einem erfindungsgemäßen Polymer eingesetzt werden können, schließen nicht einschränkend Carboxylatester, Phosphatester, Anhydride, Acetale, Ketale, Acyloxyalkylether, Imine, Orthoester, Peptide und Oligonucleotide ein.
  • Der Begriff "biologisch aktiver Stoff", wenn er hier verwendet wird, bezeichnet jede Substanz, die einen Einfluss auf beliebige physische oder biochemische Eigenschaften eines biologischen Organismus, eingeschlossen in nicht einschränkender Weise Viren, Bakterien, Pilze, Pflanzen, Tiere und Menschen haben kann. So wie der Begriff hier verwendet wird, kann ein biologisch aktiver Stoff vor allem jede Substanz sein, die für die Diagnose, die Heilung, die Linderung, die Be handlung oder Vorbeugung vor einer Krankheit im Menschen oder in anderen Tieren oder für jede sonstige Verbesserung des physischen oder geistigen Wohlbefindens von Menschen oder Tieren vorgesehen ist. Beispiele für biologisch aktive Stoff schließen in nicht einschränkender Weise organische und anorganische Verbindungen, Proteine, Peptide, Lipide, Polysaccharide, Nucleotide, DNAs, RNAs, andere Polymere und Derivate davon ein. Beispiele für biologisch aktive Stoffe schließen Antibiotika, Fungizide, antivirale Mittel, entzündungshemmende Stoffe, Antitumormittel, kardiovaskuläre Mittel, angstlösende Mittel, Hormone, Wachstumsfaktoren, steroidale Mittel und dergleichen ein. Biologisch aktive Stoffe schließen Mikroorganismen, wie Bakterien und Hefezellen, Viruspartikel, Pflanzen- oder Tier- oder Humanzellen oder Pflanzen-, Tier- oder Humangewebe und dergleichen in ihrer nativen Form oder in modifizierten Formen ein.
  • II. Erfindungsgemäßes Polymer und Zusammensetzungen
  • Das erfindungsgemäße Polymer ist aus zwei oder mehr als zwei Oligomeren zusammengesetzt, die durch eine hydrolytisch abbaubare Carbonatbindung miteinander verbunden sind, wobei jedes Oligomer ein Dreiblockcopolymer ist, das einen zentralen Propylenoxidblock oder Butylenoxidblock aufweist, der zwischen zwei Ethylenoxidblöcken angeordnet ist. Typischerweise, aber nicht notwendigerweise, sind die Oligomerblöcke, die das Polymer bilden, gleich. Die Ethylenoxidblöcke sind Poly(ethylenglycol)e mit einem vorgegebenen Molekulargewicht, typischerweise im Bereich von etwa 88 bis etwa 8000 Dalton, vorzugsweise im Bereich von etwa 88 bis etwa 2000 Dalton. Propylenoxid- und Butylenoxidmonomere andern das Molekulargewicht des Polymers nicht erheblich. Demnach verhält sich das Polymer ähnlich wie Polyethylenglycol. Wenn das Polymer in vivo verabreicht wird, zerfällt es jedoch in eine Anzahl kleinerer Oligomerfragmente. Wenn das Polymer mit einem biologisch aktiven Stoff konjugiert ist und die Bindung zwischen dem Polymer und dem biologisch aktiven Stoff stabil ist, ist nach dem Abbau ein Oligomer mit dem Stoff verbunden.
  • Bildlich kann ein erfindungsgemäßes Oligomer als die folgende Kernstruktur aufweisend dargestellt werden, wobei die spezifischen Termini (Endgruppen) oder dazwischenliegenden Verbindungsgruppen fehlen: -(EO)n-(PO oder BO)q-(EO)r-, worin EO Ethylenoxid ist, PO Propylenoxid ist und BO Butylenoxid ist. Die Werte für n liegen im Bereich von etwa 2 bis etwa 2000, vorzugsweise im Bereich von etwa 5 bis etwa 500 und noch bevorzugter im Bereich von etwa 80 bis 120; die Werte für q liegen im Bereich von etwa 2 bis etwa 2000, vorzugsweise im Bereich von etwa 20 bis etwa 500, noch bevorzugter im Bereich von etwa 30 bis etwa 250; und die Werte für r liegen im Bereich von etwa 2 bis etwa 2000, vorzugsweise im Bereich von etwa 5 bis etwa 500 und noch bevorzugter im Bereich von etwa 80 bis 120. Noch speziellere beispielhafte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Oligomerkerns schließen ein: -(EO)n-(PO)q-(EO)r, -(EO)n-(BO)q-(EO)r, und -(EO)n-(eine Kombination aus PO und BO)q-(EO)r. Die Oligomere sind über hydrolytisch abbaubare Carbonatbindungen verknüpft.
  • Die Verhältnisse von Ethylenoxid zu Propylenoxid in jedem der erfindungsgemäßen Oligomere können über weite Bereiche variieren, auch wenn es sowohl für das Oligomer als auch für das resultierende Polymer bevorzugt ist, dass es wasserlöslich ist. Die Ethylenoxidgruppen machen allgemein etwa 10 Gew.-% bis etwa 85 Gew.-% der oligomeren Untereinheiten und somit auch des resultierenden Polymers aus. Bevorzugte Oligomere besitzen mindestens etwa 40 Gew.-% Ethylenoxiduntereinheiten und noch bevorzugter mindestens etwa 50 Gew.-% Ethylenoxid.
  • Die Oligomere, die bei der Anwendung der Erfindung verwendet werden, werden so ausgewählt, dass sie und die Abbauprodukte des erfindungsgemäßen Polymers wasserlöslich sind und leicht aus den Tierkörpern unter natürlichen physiologischen Bedingungen ausgeschieden werden können. Sie sollten nicht toxisch oder mindestens von einer akzeptabel niedrigen Toxizität sein, und sie sollten keine wesentlichen schädlichen Auswirkungen in menschlichen Körpern oder Tierkörpern haben.
  • Verschiedene Typen von Alkylenoxidoligomeren sind für die Erzeugung des erfindungsgemäßen Polymers brauchbar. Geeignete Oligomere schließend Alkylenoxid-"Cooligomere" ein, die aus verschiedenen Alkylenoxidmonomeren zusammengesetzt sind, in denen R unabhängig entlang der Kette variiert wird. Oligomere zur Verwendung in der Erfindung werden ganz allgemein aus etwa 2 bis etwa 2000 Monomeren gebildet. Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung bezieht sich "Monomer" typischerweise auf eine Ethylenoxid-, eine Propylenoxid- oder eine Butylenoxiduntereinheit. Bevorzugte Oligomere sind aus etwa 5 bis 500 Monomeren, aus etwa 5 bis etwa 300 Monomeren oder aus etwa 10 bis 50 Monomeren zusammengesetzt. Ein Oligomer kann durch die Polymerisation oder Copolymerisation von Monomeren hergestellt werden, und die Größe oder das Molekulargewicht des Oligomers kann durch die Begrenzung des Ausmaßes dieser Polymerisationsreaktion begrenzt werden.
  • Die erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzungen enthalten im Allgemeinen ein Gemisch von Polymeren, die eine Vielzahl von wiederholenden Einheiten, m, aufweisen, worin m im Allgemeinen als ein Mittelwert charakterisiert ist. Bevorzugte Polymerzusammensetzungen haben Mittelwerte von m, die im Bereich von 1 bis 20 liegen, mit einem bevorzugten Mittelwert von m von weniger als etwa 15 und noch bevorzugter von weniger als etwa 10.
  • In einer speziellen Ausführungsform des Poly(ethercarbonats), das aus (CH2CH2-O)n-(CHRCH2-O-)q-(CH2CH2O)r-Oligomeren zusammengesetzt ist, ist R Methyl. Dies entspricht einem Ethylenoxid-Propylenoxid-Ethylenoxid-Oligomer (EO-PO-EO), das verbindende Carbonatbindungen aufweist.
  • Ein erfindungsgemäßes Polymer kann so hergestellt werden, dass es einen inerten terminalen Rest aufweist, typischerweise H, Alkyl, und Aryl. Die Alkyl- und Arylgruppen können substituiert oder unsubstituiert sein, und es handelt sich normalerweise um Methyl-, Ethyl-, Phenylgruppen etc. als Endverkappungsrest, am bevorzugtesten ist Methyl. Das Polymer kann auch modifiziert sein, entweder an einem Terminus oder an mehreren Termini oder durch die Einführung einer seitenständigen Gruppe, damit es einen oder mehrere reaktive Reste aufweist, die imstande sind, mit einem funktionellen Rest in einem anderen Molekül, wie einer Aminogruppe oder einer Thiolgruppe auf einem Protein, zu reagieren. Beispiele für derartige reaktive Reste schließen in nicht einschränkender Weise Acryloyl, Alkenyl, Tresyl, N-Succinimidyloxycarbonyl, 1-Benzotriazolyloxycarbonyl, p-Nitrophenyloxycarbonyl, N-Maleimidyl, Aldehyde, Acetale, 1-Imidazolylcarbonyl, Vinylsulfon, Iodacetamid, o-Pyridyldithiyl u. dgl. ein.
  • Das Poly(ethercarbonat), das aus (CH2CH2-O)n-(CHRCH2-O-)q-(CH2CH2-O)r-Oligomeren zusammengesetzt ist, kann allgemein so hergestellt werden, wie dies hier beschrieben wird, oder indem einfach Ausgangsoligomere verwendet werden, die (CH2CH2-O)n-(CHRCH2-O)q-(CH2CH2-O)r-Gruppen anstelle von (CH2CH2-O)n-Gruppen aufweisen.
  • Das erfindungsgemäße Polymer ist typischerweise ein geradkettiges Polymer, das zwei Termini aufweist. Verzweigte Polymere und stern förmig verzweigte Polymere werden jedoch auch ins Auge gefasst, die aus zwei oder mehr als zwei geradkettigen Polymeren bestehen, von denen mindestens eines den hier beschriebenen geradkettigen Polymerteilen entspricht, die kovalent mit einem zentralen Verzweigungskern verbunden sind.
  • Die Erfindung ist so zu verstehen, dass sie die Zusammensetzungen der oben beschriebenen Polymere einschließt. Eine erfindungsgemäße Zusammensetzung enthält ganz allgemein eines oder mehrere der hier beschriebenen Polymere, und sie kann in Form eines Feststoffs, einer Lösung, einer Suspension oder eines Gels vorliegen. Erfindungsgemäße Lösungszusammensetzungen sind im Allgemeinen wässrig und können eine beliebige Menge des Polymers im Bereich von 1 bis über 50 Gew.-% enthalten. Eine erfindungsgemäße Polymerlösung kann optional einen Wirkstoff enthalten. Eine erfindungsgemäße Zusammensetzung kann auch ein erfindungsgemäßes Polymer in hydrolysierter Form enthalten. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen schließen weiterhin Hydrogele ein, die ein erfindungsgemäßes Polymer enthalten, wobei das Hydrogel zusätzlich einen Wirkstoff enthalten kann. Der Wirkstoff, entweder in seiner nativen Form oder in einer polymermodifizierten Form, kann einfach mit dem Gel assoziiert sein, oder er kann kovalent damit verknüpft sein. Erfindungsgemäße Zusammensetzungen können auch in Kombination mit einer Zufuhrvorrichtung, wie einer Spritze, bereitgestellt werden.
  • III. Konjugate
  • Ein aktiviertes erfindungsgemäßes Polymer, das wie oben beschrieben ist, kann mit einer aktiven Gruppe auf einem biologisch aktiven Stoff, wie einem Protein oder Peptid, umgesetzt werden, um ein Konjugat zu bilden. Das Konjugat umfasst das erfindungsgemäße Poly mer kovalent verknüpft mit einem biologisch aktiven Stoff. Da das erfindungsgemäße Polymer in vivo hydrolytisch abbaubar ist und bei der Carbonatbindung gespalten werden kann, wodurch kleinere Oligomere gebildet werden, ist das Konjugat besonders gut für die kontrollierte Zufuhr des gebundenen Wirkstoffs in Tierkörper geeignet. Da das Polymer in dem Konjugat dafür geeignet ist, in kleinere Oligomere zu zerfallen, wird das Polymer typischerweise schneller aus den Tierkörpern ausgeschieden als ein Polymer von ähnlicher Größe, das nicht abbaubar ist. Potentiell schädliche Effekte, die durch die lange Verweilzeit eines großen Polymers in dem Körper verursacht werden können, werden somit vermieden. Daher kann die Konjugation des erfindungsgemäßen Polymers mit einem biologisch aktiven Stoff für einen ausreichenden Zirkulationszeitraum des Wirkstoffs sorgen, während jegliche schädliche Effekte des Polymers minimiert werden.
  • Bioaktive Stoffe, die kovalent mit einem erfindungsgemäßen Polymer unter Bildung eines Konjugats verknüpft werden können und/oder die mit einem erfindungsgemäßen Polymer oder einer erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung kombiniert werden können, entweder in Lösung oder in Gelform, schließen die folgenden Stoffe ein: Derartige Stoffe können beispielsweise ausgewählt werden unter: Hypnotika und Sedativa, psychischen Antrieb vermittelnden Stoffen, Tranquillantien, Arzneimitteln für die Atemwege, krampflösenden Mitteln, Muskelrelaxantien, Antiparkinsonmitteln (Dopamin-Antagonisten), Analgetika, entzündungshemmenden Mitteln, angstlösenden Arzneimitteln (Anxiolytika), Appetitzüglern, Antimigränemitteln, die Muskeln kontrahierenden Mitteln, Antiinfektionsmitteln (Antibiotika, antiviralen Mitteln, Antipilzmitteln, Vakzinen), Antiarthritika, Antimalariamittel, Antiemetika, Antiepileptika, Bronchodilatoren, Cytokinen, Wachstumsfaktoren, Antikrebsmitteln, Antithrombotika, Mitteln gegen Bluthochdruck, kardiovaskulären Arzneimitteln, Mitteln gegen Rhythmusstörungen, Antioxidantien, Antiasthmamitteln, hormonellen Mittel, eingeschlossen Kontrazeptiva, Sympathomimetika, Diuretika, lipidregulierenden Mittel, antiandrogenen Mitteln, antiparasitären Mitteln, Antikoagulantien, neoplastischen Mitteln, antineoplastischen Mitteln, Antihypoglykämika, Nahrungsmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln, Wachstumsergänzungsmitteln, Mitteln gegen Enteritis, Impfstoffen, Antikörpern, diagnostischen Stoffen und Kontrastmitteln.
  • Genauer kann der Wirkstoff in eine Klasse aus einer Anzahl von Strukturklassen fallen, die in nicht einschränkender Weise einschließen: kleine Moleküle, Peptide, Polypeptide, Proteine, Polysaccharide, Steroide, Proteine, die imstande sind, physiologische Effekte hervorzurufen, Nucleotide, Oligonucleotide, Polynucleotide, Fette, Elektrolyte und dergleichen.
  • Spezielle Beispiele für Wirkstoffe, für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet sind, schließen nicht einschränkend ein: Calcitonin, Erythropoietin (EPO), Faktor VIII, Faktor IX, Ceredase, Cerezym, Cyclosporin, Granulozyten-Kolonie stimulierender Faktor (G-CSF)), Thrombopoietin (TPO), α-1-Proteinaseinhibitor, Elcatonin, Granulozyten-Makrophagen-Kolonie stimulierender Faktor (GM-CSF), Wachstumshormon), humanes Wachstumshormon (HGH), Wachstumshormon freisetzendes Hormon (GHRH), knochenmorphogenes Protein-2, saurer Fibroblastenwachstumsfaktor, basischer Fibroblastenwachstumsfaktor, CD-40-Ligand, Heparin, Heparin mit niedrigem Molekulargewicht (LMWH), Interferon-α, Interferon-β, Intereron-γ, Interleukin-1-Rezeptor, Interleukin-2, Interleukin-1-Rezeptorantagonist, Interleukin-3, Interleukin-4, Interleukin-6, Interleukin-17-Rezeptor, luteinisierendes Hormon freisetzendes Hormon (LHRH), Faktor IX Insulin, Proinsulin, Insulinanaloga (z. B. monoacyliertes Insulin, wie in dem U.S.-Patent Nr. 5,922,675 beschrieben), Amylin, C-Peptid, So matostatin, Somatostatinanaloga, eingschließlich Octreotid, Vasopressin, follikelstimulierendes Hormon (FSH), insulinartiger Wachstumsfaktor (IGF), Insulintropin, Makrophagen-Kolonie stimulierender Faktor (M-CSF), Nervenwachstumsfaktor (NGF), Gewebewachstumsfaktor, transformierender Wachstumsfaktor-1, vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor, leukämiehemmender Faktor, Keratinocyten-Wachstumsfaktor (KGF), glialer Wachstumsfaktor (GGF), Tumornekrosefaktor (TNF), endotheliale Wachstumsfaktoren, Parathyroidhormon (PTH), glucagonartiges Peptid Thymosin α-1, IIb/IIIa-Inhibitor, α-1-Antitrypsin, Phosphodiesterase-(PDE)-Verbindungen, VLA-4-Inhibitoren, Bisphosphonate, respiratorischer syncytischer Virusantikörper, cystisches Fibrosetransmembranregulator-Gen (CFTR-Gen), Desoxyribunoclease (Dnase), bakterizides permeabilitätserhöhendes Protein (BPI), anti-CMV-Antikörper, 13-cis-Retinoesäure, Makrolide, wie Erythromycin, Oleandomycin, Troleandomycin, Roxithromycin, Clarithromycin, Davercin, Azithromycin, Flurithromycin, Dirithromycin, Josamycin, Spiromycin, Midecamycin, Leucomycin, Miocamycin, Rokitamycin, Andazithromycin und Swinolid A; Fluorochinolone, wie Ciprofloxacin, Ofloxacin, Levofloxacin, Trovafloxacin, Alatrofloxacin, Moxifloxicin, Norfloxacin, Enoxacin, Grepafloxacin, Gatifloxacin, Lomefloxacin, Sparfloxacin, Temafloxacin, Pefloxacin, Amifloxacin, Fleroxacin, Tosufloxacin, Prulifloxacin, Irloxacin, Pazufloxacin, Clinafloxacin und Sitafloxacin, Aminoglycoside, wie Gentamicin, Netilmicin, Paramecin, Tobramycin, Amikacin, Kanamycin, Neomycin und Streptomycin, Vancomycin, Teicoplanin, Rampolanin, Mideplanin, Colistin, Daptomycin, Gramicidin, Colistimethat, Polymixine, wie Polymixin B, Capreomycin, Bacitracin, Peneme; Penicilline, einschließlich Penicillinase-empfindliche Mittel, wie Penicillin G, Penicillin V, Penicillinaseresistente Mittel, wie Methicillin, Oxacillin, Cloxacillin, Dicloxacillin, Floxacillin, Nafcillin; gegen Gram-negative Mikroorganismen aktive Mittel, wie Ampicillin, Amoxicillin und Hetacillin, Cillin und Galampicillin; antipseudomonale Penicilline, wie Carbenicillin, Ticarcillin, Az locillin, Mezlocillin und Piperacillin; Cephalosporine, wie Cefpodoxim, Cefprozil, Ceftbuten, Ceftizoxim, Ceftriaxon, Cephalothin, Cephapirin, Cephalexin, Cephradrin, Cefoxitin, Cefamandol, Cefazolin, Cephaloridin, Cefaclor, Cefadroxil, Cephaloglycin, Cefuroxim, Ceforamid, Cefotaxim, Cefatrizin, Cephacetril, Cefepim, Cefixim, Cefonicid, Cefoperazon, Cefotetan, Cefmetazol, Ceftazidin, Loracarbef und Moxalactam, Monbactame, wie Aztreonam; und Carbapeneme, wie Imipenem, Meropenem, Pentamidinisethiomat, Albuterolsulfat, Lidocain, Metaproterenolsulfat, Beclomethasondiprepionat, Triamcinolonacetamid, Budesonidacetonid, Fluticason, Ipratropiumbromid, Flunisolid, Cromolyn-Natrium, Ergotamintartrat und wo anwendbar, Analoga, Agonisten, Antagonisten, Inhibitoren und pharmazeutisch akzeptable Salzformen der obigen Stoffe. In Bezug auf Peptide und Proteine ist die Erfindung dafür vorgesehen, synthetische, native, glycosylierte, nicht glycosylierte, pegylierte Formen und biologisch aktive Fragmente und Analoga davon einzuschließen.
  • In den erfindungsgemäßen Konjugaten kann die Bindung zwischen dem biologisch aktiven Stoff und dem erfindungsgemäßen Polymer stabil oder hydrolytisch abbaubar sein. Wenn die Bindung abbaubar ist, kann das Polymer unter physiologischen Bedingungen im Wesentlichen vollständig von dem biologisch aktiven Stoff abgespalten werden, wodurch der Stoff im Wesentlichen in seiner nativen Form innerhalb des Körpers freigesetzt wird. Verfahren zur Bildung einer hydrolytisch abbaubaren Bindung zwischen einem biologisch aktiven Stoff und einem wasserlöslichen Polymer sind auf dem Fachgebiet wohlbekannt und sollten dem Fachmann unmittelbar ersichtlich sein. Beispielsweise hydrolysieren Esterbindungen, die durch die Umsetzung von PEG-Carbonsäuren oder aktivierten PEG-Carbonsäuren mit Alkoholgruppen auf einem biologisch aktiven Stoff gebildet werden, ganz allgemein unter physiologischen Bedingungen, wodurch der aktive Stoff freigesetzt wird. Andere hydrolytisch abbaubare Bin dungen schließen ein: Carbonatbindungen; Iminbindungen, die aus der Umsetzung eines Amins mit einem Aldehyd resultieren (siehe z. B. Ouchi et al., Polymer Preprints, 38(1): 582–3 (1997), das hier durch die Bezugnahme eingeführt wird); Phosphatesterbindungen, die durch die Umsetzung eines Alkohols mit einer Phosphatgruppe gebildet werden; Hydrazonbindungen, die das Reaktionsprodukt eines Hydrazids und eines Aldehyds sind; Acetalbindungen, die das Reaktionsprodukt eines Aldehyds und eines Alkohols sind; Orthoesterbindungen, die das Reaktionsprodukt eines Formats und eines Alkohols sind; Peptidbindungen, die von einer Aminogruppe, z. B. an einem Ende eines Polymers, wie PEG, und einer Carboxygruppe eines Peptids gebildet werden; und Oligonucleotidbindungen, die durch eine Phosphoramiditgruppe, z. B. am Ende eines Polymers, und eine 5'-Hydroxygruppe eines Oligonucleotids gebildet werden.
  • Verfahren zum Konjugieren des erfindungsgemäßen Polymers mit einem biologisch aktiven Stoff sollten auf der Basis der obigen Diskussion ersichtlich sein. Das Polymer wird typischerweise wie oben beschrieben aktiviert und hat mindestens einen terminalen reaktiven Rest. Der terminale reaktive Rest kann in Abhängigkeit von der Reaktivität eines Zielrestes auf dem biologisch aktiven Stoff variieren. Beispiele für reaktive Gruppen auf Proteinen sind Thiole und Amine, während auf Arzneimitteln aus kleinen Molekülen Amine, Alkohole, Thiole und Carbonsäuren übliche reaktive Gruppen sind. Das Konjugat wird dann gebildet, indem der terminale reaktive Rest des aktivierten Polymers mit dem Zielrest auf dem biologisch aktiven Stoff umgesetzt wird. Derartige Verfahren sind auf dem Fachgebiet wohlbekannt und werden in den Patenten und Veröffentlichungen, auf die weiter oben im Zusammenhang mit der Bildung terminaler reaktiver Reste Bezug genommen wird, diskutiert.
  • Beispielsweise sind N-Succinimidyloxy, 1-Benzotriazolyloxy und p-Nitrophenyloxy Abgangsgruppen, die für die Bildung einer Carbamatbindung zwischen dem Polymer und einem biologisch aktiven Stoff, der eine Aminogruppe aufweist, geeignet sind. Somit können Proteine, Peptide, Amino-Arzneimittel oder Aminokohlenhydrate mit derartigen aktivierten Polymeren verknüpft werden. Wenn X H ist und Y N-Succinimidyloxycarbonyl ist, wird beispielsweise ein Konjugat bereitgestellt, das die folgende Formel hat: HO-[(-CH2CH2-O-)n-(CHRCH2-O-)q-(CH2CH2-O)r-CO2-]m-(CH2CH2O)n-(CHRCH2-O-)q-(CH2CH2-O)r-CONH-Protein.
  • Wenn ein zu konjugierendes Protein eine zugängliche Thiolgruppe aufweist, kann das erfindungsgemäße Polymer so aktiviert werden, dass es einen terminalen reaktiven Rest aufweist, der mit dem Thiol reaktiv ist, eingeschlossen beispielsweise Iodacetamid, Vinylsulfon, Maleimid oder S-S-ortho-Pyridyl, wobei dieser Rest dann unter Bildung eines Thiolstellen-spezifischen Konjugats des Proteins mit der Thiolgruppe umgesetzt wird.
  • Die spezifische Struktur jedes beliebigen Konjugats, das durch die Umsetzung mit einem erfindungsgemäßen Polymer hergestellt wird, hängt selbstverständlich von den reaktiven Kupplungsstellen auf dem bioaktiven Stoff, ob das Konjugat in einer zufälligen oder stellenspezifischen Art und Weise hergestellt wird (und entsprechend die Anzahl der Polymere, die mit dem wirksamen Stoff verknüpft werden), und dem speziellen Linker oder der speziellen reaktiven Gruppe, die in dem Polymer enthalten ist, ab.
  • IV. Hydrogele und ihre thermischen Eigenschaften Eine einzigartige Eigenschaft der erfindungsgemäßen Polymere ist ihre Fähigkeit, in wässriger Lösung Hydrogele zu bilden. Ein Hydrogel ist ein dreidimensionales hydrophiles polymeres Netzwerk, das imstande ist, große Wassermengen aufzunehmen. Derartige Systeme zeigen typischerweise eine hervorragende Biokompatibilität. Bei bestimmten Konzentrationen und Temperaturen sind die erfindungsgemäßen Polymere imstande, Hydrogele zu bilden. Spezieller gehen die erfindungsgemäßen Polymere bei einer Temperaturerhöhung in ein Gel über und benötigen nicht das Einbringen zusätzlicher kovalenter Vernetzungsreagenzien.
  • Das erfindungsgemäße Poly(ethercarbonat) mit oligomeren Ethylenoxid-Alkylenoxid-Ethylenoxid-Untereinheiten bildet bei bestimmten Temperaturen eine Gelzusammensetzung. Diese einzigartige Eigenschaft hängt mit den Ethylenoxidmonomeren zusammen, die hydrophil sind, während andere Alkylenoxidmonomere hydrophobe Eigenschaften zeigen. Die hydrophile oder hydrophobe Gesamtbeschaffenheit des Polymers wird durch die Temperatur, die Konzentration des Polymers in Lösung und den Typ des verwendeten Oligomers bestimmt. Diese Polymere zeigen eine reverse thermische Gelbildung, was bedeutet, dass die Polymere bei einer Temperaturerhöhung in ein Gel übergehen.
  • Diejenigen Ausführungsformen des Poly(ethercarbonats), die reverse thermische Gelbildungseigenschaften zeigen, sind wärmeempfindliche Polymere. Unterhalb bestimmter Konzentrationen des Polymers in Lösung oder unterhalb bestimmter Temperaturen sind die Polymere in Abhängigkeit von der oben beschriebenen Zusammensetzung der Oligomere klare Lösungen. Mit steigender Temperatur oder Konzentration der Polymere absorbieren die Polymere Wasser und werden zu viskosen Gelen. Wenn Verbindungen wie Arzneimittel als Lösungen oder Suspensionen in wässrigen Medien, die ein derartiges Polymer enthalten, eingeschlossen werden, wird das Arzneimittel oder werden die Arzneimittel in dem Polymergel eingefangen, wenn die Temperatur über den Gelbildungspunkt erhöht wird. Die Gelbildung erfolgt bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform (i) wenn das normalerweise stark hydratisierte Polymer bei erhöhten Temperaturen Wasser abgibt und die stärker hydrophoben Teile des Polymers aneinander haften und (ii) erfordert nicht die Verbindung mit einem Rückgratmolekül wie denjenigen, die typischerweise für die Bildung von Hydrogelen erforderlich sind.
  • Wässrige Lösungen eines thermisch reversiblen Gels, die einen oder mehrere biologisch aktive Stoffe enthalten, können zum Beispiel subkutan oder intramuskulär als Flüssigkeit in ein Säugetier injiziert werden, woraus die in vivo-Bildung eines Gels resultiert, das den biologisch aktiven Stoff enthält. Der biologisch aktive Stoff muss nicht chemisch an das Polymer gebunden sein, da durch die Bildung des Gels aus dem Polymer der biologische Stoff innerhalb der Polymermatrix eingeschlossen wird, wenn es das Gel bildet. Wie in den beigefügten Beispielen gezeigt wird, werden die Carbonatbindungen des gelierten Polymers nach einem Zeitraum durch die Hydratisierung abgebaut, wodurch das Gel langsam abgebaut wird und die eingeschlossenen Stoffe aus dem Gel freigesetzt werden. Während des Abbaus werden die therapeutischen Stoffe für die Behandlung einer Krankheit in dem Körper verfügbar gemacht, während die Alkyloxidoligomere solubilisiert werden und aus dem Körper ausgeschieden werden.
  • Eine spezielle Ausführungsform des Poly(ethercarbonats) mit thermisch reversibler Gelbildung wird bereitgestellt, wenn R Methyl ist, was zu einer Verbindung mit der Formel X-O-[(-CH2CH2-O-)n-(CHCH3CH2-O-)q-(CH2CH2-O)r-CO2-]m-(CH2CH2O)n-(CHCH3CH2-O-)q-(CH2CH2-O)r-Y führt, wobei n, q, r, m, X und Y wie weiter oben definiert sind. Im Allgemeinen bildet diese Ausführungsform bei Umgebungstemperatur eine Flüssigkeit, und sie bildet ein Gel bei einer Temperatur, die etwa der Körpertemperatur eines Säugetiers entspricht. Der Gelbildungspunkt oder die Temperatur, bei der das Polymer beginnt, ein Gel zu bilden, hängt von der Größe des Oligomers und der Konzentration des Polymers in der Lösung ab. Sowohl die Oligomergröße als auch die Polymerkonzentration kann variiert werden, um den Gelbildungspunkt zu verändern.
  • Diese Formen des Poly(ethercarbonats) enthalten wiederkehrende Alkylenoxidoligomere, die durch Carbonatbindungen verbunden sind, die hydrolytisch gespalten werden können, d. h. die Gele sind biologisch abbaubar. Derartige hydrolytische Spaltungen führen zu Alkylenoxidoligomeren und Kohlendioxid. Das Poly(ethercarbonat) unterscheidet sich daher wesentlich von Poly(ethylenglycol) oder PEG, dass es mehrere abbaubare Carbonatbindungen im Rückgrat hat, die es dem Polymer ermöglichen, in viele kleinere Oligomere zu zerfallen. Da die Abbaugeschwindigkeit des Polymers proportional zur Anzahl der vorhandenen abbaubaren Carbonatbindungen ist und da die Größe und die Anzahl der Oligomere vorgegeben werden können, ist somit eine wesentliche Kontrolle sowohl über die Abbaugeschwindigkeit als auch die Größe der Abbauprodukte möglich.
  • Die Auflösungseigenschaften von repräsentativen erfindungsgemäßen Polymeren werden in 3 angegeben. Wie man erkennen kann, lösen sich die erfindungsgemäßen Gele unter physiologischen Bedingungen mit der Zeit langsam auf oder werden langsam abgebaut. In Abhängigkeit von der Konzentration des Polymers löst sich ein erfindungsgemäßes Gel unter physiologischen Bedingungen im Allgemeinen in etwa 10 Tagen bis etwa 150 Tagen, vorzugsweise in etwa 25 Tagen bis etwa 100 Tagen, auf. Die Auflösungsgeschwindigkeiten können durch die Anzahl der Carbonatbindungen in dem Polymer, die spezielle Zusammensetzung der oligomeren Bestandteile und dergleichen angepasst werden.
  • Die reversen thermischen Eigenschaften eines beispielhaften erfindungsgemäßen Polymers in einer wässrigen Lösung sind graphisch in 1 in einem Diagramm dargestellt. Die erfindungsgemäßen Polymere werden bei Temperaturen, die im Bereich von etwa 4°C bis etwa 80°C liegen, in Abhängigkeit von der Konzentration durch eine niedrige Viskosität typisiert. Noch wichtiger sind die erfindungsgemäßen Polymere, wenn sie in wässrigen Medien sind, bei Temperaturen von weniger als 25°C und bei Konzentrationen, die im Bereich von über 20 Gew.-% bis weniger als 5 Gew.-% liegen, Lösungen, während sie bei Temperaturen, die im Bereich von etwa 25°C bis über 70°C liegen, Gele bilden. Bei der Betrachtung des Verhaltens von wässrigen Zusammensetzungen der Polymere bei Körpertemperatur (37°C) kann gesehen werden, dass die Polymere bei Konzentrationen von nur 5 Gew.-% Gele bilden. Dies ist eine markante Verbesserung gegenüber den Gelbildungseigenschaften von Materialien wie monomerem Poloxamer 407, das bei hohen Temperaturen und nur bei Konzentrationen, die größer als 16 Gew.-% sind, ein Gel bildet. Es können daher Formulierungen der vorliegenden Polymere mit Konzentrationen eingesetzt werden, die weniger als halb so groß sind wie die Konzentrationen des im Handel erhältlichen Poloxamers 407.
  • Weiterhin können die erfindungsgemäßen Polymere als Lösungen injiziert werden, die in vivo bei der Verabreichung Hydrogele bilden. Derartige reverse thermische Gelbildungseigenschaften sind nützlich für die Verabreichung biologisch aktiver Stoffe bei Säugetieren. Das Polymer und ein geeignetes Arzneimittel, Protein oder Enzym, können in den allgemeinen Kreislauf eines Säugetiers injiziert werden. Bei der Verabreichung bilden das Polymer auf Grund der steigenden Temperatur in dem Körper ein Gel, wodurch ein in vivo erzeugtes Hydrogel bereitgestellt wird, das als Arzneimittelträger verwendet werden kann, das/der einen darin eingeschlossenen biologisch aktiven Stoff aufweist. Dies ermöglicht eine wesentlich einfachere Zufuhr, wenn mit Gelen verglichen wird, die chirurgisch implantiert werden müssen.
  • Die erfindungsgemäßen Gele können zusätzlich Arzneimittel in ihrer nativen Form oder in Polymer-modifizierter Form enthalten. Wie in den Beispielen gesehen werden kann, waren die erfindungsgemäßen Polymere, wenn sie in Hydrogelformulierungen vorlagen, besonders effektiv für die Bereitstellung einer lang andauernden Freisetzung von bioaktiven Stoffen, die durch die Polymeranbindung modifiziert waren. Die erfindungsgemäßen Hydrogele lieferten eine verlängerten Freisetzung von pegylierten Arzneimitteln über Zeiträume, die im Bereich von einer Stunde bis über 160 h lagen, was das Potential dieser Hydrogele als Depotarzneimittelträger aufzeigt.
  • Wenn das erfindungsgemäße Polymer an zwei Termini aktiviert ist, kann es als ein Vernetzungsmittel für die Vernetzung eines multifunktionellen Moleküls verwendet werden, um ein vernetztes hydrolytisch abbaubares Hydrogel zu bilden, das verschieden von dem thermisch reversiblen Gel ist, das nicht kovalent vernetzt ist. Ein vernetztes Hydrogel ist typischerweise ein polymeres Netzwerk, das durch die Vernetzung von einem oder mehreren multifunktionellen Rückgratmolekülen oder -polymeren gebildet wird. Das resultierende polymere Netzwerk ist hydrophil und quillt in einer wässrigen Umgebung, wodurch ein gelartiges Material, d. h. ein Hydrogel, gebildet wird. Die Hydrogele dieses Typs sind ebenfalls brauchbar für die Arzneimittelzufuhr, da sie in Tierkörper implantiert oder injiziert werden können. Typischerweise umfasst ein Hydrogel ein Rückgrat, das an ein Vernetzungsmittel gebunden ist.
  • Beispiele für multifunktionelle Moleküle, die bei der Bildung von Hydrogelen als "Rückgrat"geeignet sind, schließen Proteine, wie Kollagen, Aminokohlenhydrate, wie Chitosan, Polyamine, wie Polylysin und Poly(vinylamin), und mehrarmige oder verzweigte Poly(ethylenglycol)amine, ein. Ein erfindungsgemäßes Polymer kann beispielsweise durch die Anbindung von terminalen Vinylgruppen aktiviert werden. Dieses aktivierte Polymer kann in Gegenwart eines herkömmlichen Vinylpolymerisationskatalysators selbstpolymerisiert werden, um ein vernetztes hydrolytisch abbaubares Hydrogel zu bilden, das verschieden von den Gelen ist, die oben beschrieben werden.
  • Wie weiter oben festgestellt wird, kann das erfindungsgemäße Polymer als Vernetzungsmittel in einem chemisch vernetzten Hydrogel verwendet werden. Das Polymer muss so aktiviert werden, dass es mindestens zwei terminale reaktive Reste aufweist, die imstande sind, mit mehreren Resten auf dem Rückgrat unter Bildung von kovalenten Bindungen zu reagieren.
  • Alternativ können zwei oder mehr als zwei Typen von aktivierten Polymeren als Vernetzungsmittel verwendet werden. Jedes aktivierte Polymer hat einen terminalen reaktiven Rest, der imstande ist, mit einem Rest auf dem Rückgrat zu reagieren, und einen weiteren terminalen reaktiven Rest, der imstande ist, mit dem entsprechenden terminalen reaktiven Rest auf dem anderen Typ eines aktivierten Polymers zu reagieren. Ein Beispiel für diesen anderen Rest ist beispielsweise eine vinylhaltige Gruppe, wie eine Acrylatgruppe, die an der Kettenpolymerisation zwischen den verschiedenen Typen von aktivierten Polymeren teilnehmen kann. Wenn das erfindungsgemäße Polymer so aktiviert wird, dass es zwei terminale Vinylgruppen aufweist, kann das Polymer selbst sowohl als Vernetzungsmittel als auch als Rückgrat wirken und durch eine Kettenpolymerisationsreaktion zu einem hydrolytisch abbaubaren Hydrogel selbstpolymerisieren.
  • Das Rückgrat eines vernetzten Hydrogels ist im Allgemeinen ein nicht toxisches, biokompatibles Makromolekül oder kleines Molekül, das mindestens zwei oder vorzugsweise mehr als zwei aktive Gruppen aufweist, die für die Umsetzung mit den terminalen reaktiven Resten des Vernetzungsmittels verfügbar sind, um kovalente Bindungen zu bilden. Unter "biokompatibel" wird verstanden, dass das als Rückgrat verwendete Molekül den Körper und das Gewebe des lebenden Subjekts, in das das Hydrogel implantiert oder injiziert werden soll, nicht wesentlich schädigend beeinflusst. Spezieller werden das Wachstum und alle sonstigen gewünschten Eigenschaften der Gewebezellen, die das implantierte Hydrogel umgeben, nicht wesentlich durch das Material geschädigt. Es ist außerdem beabsichtigt, dass das verwendete Material auch keine wesentlichen medizinisch unerwünschten Effekte in beliebigen anderen Teilen des lebenden Subjekts verursacht. Zusätzlich sollten die Abbauprodukte, falls das Molekül in dem Körper abbaubar ist, im Wesentlichen gemäß der obigen Definition biokompatibel sein. Ganz allgemein sind die Verfahren zum Prüfen der Biokompatibilität eines Materials auf dem Fachgebiet wohlbekannt.
  • Beispiele für geeignete Rückgrate schließen in nicht einschränkender Weise Proteine, modifizierte Proteine, wie Glycoproteine, phosphorylierte Proteine, acylierte Proteine und chemisch modifizierte Proteine, Peptide, Aminokohlenhydrate, Glycosaminoglycane, Aminolipide, Polyole, Polythiole, Polycarbonsäuren, Polyamine, wie Dilysin, Poly(vinylamin) und Polylysin, Poly(ethylenglyco)amine, pharmazeutische Stoffe, die mindestens zwei aktive Gruppen aufweisen, etc., ein. Spezielle Beispiele für das Rückgrat schließen in nicht einschränkender Weise verzweigte PEG-Amine, Fibrin, Fibrinogen, Thrombin, Albumine, Globuline, Kollagene, Fibronektin, Chitonsan und dergleichen ein. Zusätzlich kann das Rückgrat auch aus Mikroorganismen beste hen, wie Viruspartikeln, Bakterienzellen oder Hefezellen, Tier- oder Humanzellen oder Tier- oder Humangewebe.
  • Die aktivierten erfindungsgemäßen Polymere, die als Vernetzungsmittel verwendet werden, können in einer geradkettigen, einer verzweigten oder einer sternförmig verzweigten Form vorliegen. In der verzweigten Form oder der sternförmig verzweigten Form sind drei oder mehr als drei geradkettige Polymere kovalent an einem Terminus mit einem zentralen, verzweigten Kernrest verknüpft. Der zentrale Verzweigungsrest kann von der Aminosäure Lysin oder von Polyolen, wie Glycerin, Pentaerythrit und Sorbit, abgeleitet werden. Verzweigte PEGs sind auf dem Gebiet bekannt. Diese verzweigten PEGs können als Bestandteile der erfindungsgemäßen Poly(ethercarbonat)e eingebaut werden.
  • Wie dies ersichtlich ist, ist das erfindungsgemäße Hydrogel auf Grund der Carbonatbindungen, die in das Vernetzungsmittel eingefügt sind, hydrolytisch abbaubar. Zusätzlich können auch die Bindungen zwischen den Rückgraten und den Vernetzungsmitteln, die bei den Vernetzungsreaktionen entstehen, ebenfalls durch Verfahren, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Konjugat beschrieben werden, hydrolysierbar gemacht werden. Das erfindungsgemäße Hydrogel kann daher in dem Körper infolge der Hydrolyse der hydrolytisch abbaubaren Bindungen schrittweise zerkleinert oder abgebaut werden.
  • V. Verfahren zur Herstellung der Polymere
  • Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Polymere werden in einem Beispiel ein oder mehrere wie weiter oben beschriebene Oligomere bereitgestellt, von denen jedes eine Hydroxygruppe an einem Terminus und eine funktionelle Gruppe -O-CO2-Z an einem anderen Terminus aufweist. Die Oligomere werden dann unter Bedingungen, die für die Bildung eines hydrolytisch abbaubaren Polymers ausreichend sind, in einer Kondensationspolymerisationsreaktion polymerisiert oder copolymerisiert.
  • Die funktionelle Gruppe -O-CO2-Z ist imstande, mit einer Hydroxygruppe unter Bildung einer Carbonatbindung zu reagieren. Typischerweise kann Z jede beliebige reaktive Abgangsgruppe sein, solange wie die funktionelle Gruppe mit einer Hydroxygruppe unter Bildung einer Carbonatbindung zu reagieren vermag. Beispiele für geeignete Abgangsgruppen schließen N-Succinimidyl, 1-Benzotriazolyl und p-Nitrophenyl ein. Verfahren zur Herstellung eines Oligomers, das eine wie weiter oben beschriebene funktionelle Gruppe -O-CO2-Z aufweist, sind auf dem Fachgebiet wohlbekannt und werden in den U.S.-Patenten Nr. 5,650,234 , 5,281,698 und 5,468,478 ; Veronese, et al., Appl. Biochem. Biotech., 11: 141 (1985); und Sartore et al., Appl. Biochem. Biotech., 27: 45 (1991) beschrieben, die allesamt durch die Bezugnahme hier in die Beschreibung aufgenommen werden.
  • Genauer kann ein erfindungsgemäßes Polymer wie folgt hergestellt werden. Ein erstes Oligomer wird bereitgestellt, das ein bifunktionelles Oligomer ist, das eine erste funktionelle Gruppe -O-CO2-W an einem Terminus und eine zweite funktionelle Gruppe -O-CO2-Z an einem anderen Terminus aufweist. Beide funktionellen Gruppen sind imstande, mit einer Hydroxygruppe unter Bildung einer Carbonatbindung zu reagieren. Z und W sind reaktive Abgangsgruppen und können jede beliebige Abgangsgruppe sein, die auf dem Fachgebiet bekannt ist, solange wie die funktionellen Gruppen, die sie enthalten, wie oben angegeben imstande sind, mit einer Hydroxygruppe unter Bildung einer Carbonatbindung zu reagieren. Z und W können gleich oder verschieden sein. Die bevorzugten Gruppen Z und W sind N-Succinimidyl, 1-Benzotriazolyl und p-Nitrophenyl. Alternativ können Z und W durch die Umsetzung des Oligomers mit einem Reagens wie Phosgen oder Triphosgen erhalten werden. Zwei oder mehr als zwei verschiedene bifunktionelle Oligomere können ebenfalls in der gleichen Polymerisationsreaktion verwendet werden.
  • Die Verfahren zur Herstellung derartiger bifunktioneller Oligomere ähneln den Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen monofunktionellen Oligomere. Z und W sind vorzugsweise gleich, und das bifunktionelle Molekül Z-Oligomer-Z kann bereitgestellt werden, indem ein Oligomer, das zwei terminale Hydroxygruppen aufweist, mit einem aktivierenden Molekül aktiviert wird, das die Formel Z-O-CO2-Z hat. Geeignete Beispiele für das aktivierende Molekül schließen Disuccinimidylcarbonat, Phosgen, Triphosgen, Bis(1-benzotriazoly)carbonat und Bis(p-nitrophenyl)carbonat ein. Siehe z. B. U.S.-Patent Nr. 5,281,698 ; U.S.-Patent 5,650,234 ; Veronese, et cd., Appl. Biochem. Biotech., 11: 141 (1985); und Sartore et al., Appl. Biochem. Biotech., 27: 45 (1991), die alle durch die Bezugnahme hier in die Beschreibung aufgenommen werden.
  • Zusätzlich zu dem ersten Oligomer, das bifunktionell ist, wird auch ein zweites Oligomer bereitgestellt, das zwei terminale Hydroxygruppen aufweist. Dieses zweite Oligomer wird dann mit dem ersten Oligomer unter Bildung des erfindungsgemäßen Polymers polymerisiert.
  • Zwei oder mehr als zwei Typen von bifunktionellen Oligomeren können in der gleichen Polymerisationsreaktion verwendet werden. Zusätzlich können auch zwei oder mehr als zwei Typen von Oligomeren, die zwei terminale Hydroxygruppen aufweisen, ebenfalls in einer Polymerisationsreaktion verwendet werden. Wie dem Fachmann unmittelbar ersichtlich ist, ist das Polymer, das gebildet wird, wenn nur ein Typ eines bifunktionellen Oligomers und ein Typ eines Dihydroxyoligomers verwendet wird und wenn die beiden Oligomere abgesehen von den terminalen Gruppen gleich sind, ein Homopolymer, das einen einzigen Typ wiederkehrender Einheiten oder einen einzigen Typ von Oligomeren aufweist, die über hydrolytisch abbaubare Bindungen miteinander verbunden sind. Ansonsten wird ein Heteropolymer oder Blockpolymer oder Terpolymer erzeugt, das verschiedene Typen von Oligomeren in dem Polymerrückgrat enthält.
  • Wie oben diskutiert wurde werden ein oder mehrere Oligomere, die zwei terminale Hydroxygruppen aufweisen, direkt mit einem aktivierenden Molekül, das die Formel Z-O-CO2-Z hat, polymerisiert, um das hydrolytisch abbaubare Polymer zu bilden. In diesem Verfahren wird entweder ein Oligomer verwendet, um ein Homopolymer zu erzeugen, oder es können zwei oder mehr als zwei verschiedene Oligomere in der gleichen Polymerisationsreaktion verwendet werden, um ein Heteropolymer oder Blockpolymer oder Terpolymer zu erzeugen.
  • Die Polymerisationsreaktionen werden unter Bedingungen durchgeführt, die ausreichend sind für die Bildung des erfindungsgemäßen hydrolytisch abbaubaren Polymers. Die Polymerisationsreaktion ist in allen oben beschriebenen Verfahren eine Kondensationsreaktion. Viele verschiedene bekannte Reaktionsbedingungen können verwendet werden. Typischerweise wird ein Katalysator zu dem Polymerisationsreaktionsgemisch gegeben. Beispiele für geeignete Katalysatoren sind organische Basen einschließlich Triethylamin, Pyridin, Chinolin und 4,4-Dimethylaminopyridin. Aminbasen wie 4,4-Dimethylaminopyridin und Triethylamin sind bevorzugt.
  • Die Polymerisation kann entweder in der Schmelze oder in einem Lösemittel durchgeführt werden. Geeignete Lösemittel schließen in nicht einschränkender Weise Acetonitril, THF, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Benzol, Toluol, Xylole, Chloroform und Methylenchlorid ein. Die Geschwindigkeit der Polymerisationsreaktion und das Ausmaß der Polymerisation, die das mittlere Molekulargewicht des fertigen hydrolytisch abbaubaren Polymerprodukts bestimmen, können teilweise über die Reaktionstemperatur und die Reaktionszeit gesteuert werden. Geeignete Reaktionstemperaturen können von 0°C bis 100°C variieren. Höhere Reaktionstemperaturen führen zu einer größeren Reaktionsgeschwindigkeit. Die Polymerisationsreaktion wird vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 37°C bis 100°C, typischerweise von etwa 45°C bis 100°C und vorteilhaft von etwa 70°C bis 90°C durchgeführt. Wenn die Reaktion in einer Schmelze durchgeführt wird, muss die Temperatur bei einer bestimmten Minimaltemperatur gehalten werden, um das Reaktionsgemisch in einem geschmolzenen Zustand zu halten.
  • In den oben beschriebenen drei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens würde für die Polymerisationsreaktionen vorhergesagt werden, dass sie zu Polymeren mit einer aktivierten terminalen Carbonatgruppe führen. In der Praxis jedoch zeigt die NMR-Analyse der Polymerprodukt, dass die terminalen Gruppen des hydrolytisch abbaubaren Polymers, die davon hergestellt werden, häufig Hydroxygruppen sind. Auch wenn die Erfinder an keine Theorie gebunden sind, wird angenommen, dass dies durch die Reaktion mit einer kleinen Menge Wasser verursacht wird, die als Verunreinigung in dem Reaktionsgemisch vorhanden ist. Jede kleine Menge an verbleibendem terminal aktivierten Carbonat kann durch die Hydrolyse in Wasser über einen kurzen Zeitraum oder nahe einem neutralen pH-Wert entfernt werden. Die terminalen aktivierenden Gruppen sind gegenüber Wasser wesentlich empfindlicher als die abbaubaren Carbonatbindungen.
  • Das erfindungsgemäße Polymer kann optional an einem oder an allen Termini aktiviert werden, wodurch ein aktiviertes Polymer bereitgestellt wird, das imstande ist, kovalent mit einem anderen Molekül, einschließlich beispielsweise einem Protein, verbunden zu werden, um ein Konjugat zu bilden. Das Polymer kann auch an einem Terminus durch eine inerte Gruppe und an einem anderen Terminus durch einen reaktiven Rest überkappt werden.
  • Das erfindungsgemäße Polymer kann zur Bildung eines terminalen reaktiven Rests an seinem Terminus durch Verfahren aktiviert werden, die denjenigen wohlbekannt sind, die mit dem Gebiet der organischen Chemie oder der Polymerchemie vertraut sind. Die allgemein etablierten Verfahren auf dem umfangreichen Gebiet der Poly(ethylenglycol)-Chemie sind ganz allgemein brauchbar, und derartige Verfahren sollten dem Fachmann ersichtlich sein. Das Polymer kann an einem Terminus oder allen Termini aktiviert werden, wobei in letzterem Fall die reaktiven Reste an verschiedenen Termini gleich oder verschieden sein können.
  • Das Polymer kann beispielsweise unter Bildung eines der folgenden terminalen Reste aktiviert werden: N-Succinimidylcarbonat (siehe z. B. U.S.-Patent Nr. 5,281,698 , 5,468,478 ), Amin (siehe z. B. Bruckmann et al., Makromol. Chem. 182: 1379 (1981), Zaplipsky et al., Eur. Polym. J. 19: 1177 (1983)), Hydrazid (siehe z. B. Andresz et al., Makromol. Chem. 179: 301 (1978)), Succinimidylpropionat und Succinimidylbutanoat (siehe z. B. Olson et al. in Poly(ethylenglycol) Chemistry & Biological Applications, S. 170–181, Harris & Zaplipsky Hrsg., ACS, Washington, DC, 1997; siehe auch U.S.-Patent Nr. 5,672,662 ), Succinimidylsuccinat (siehe z. B. Abuchowski et al. Cancer Biochem. Biophys. 7: 175 (1984) und Joppich et al., Macromol. Chem. 180: 1381 (1979), Succinimidylester (siehe z. B. U.S.-Patent Nr. 4,670,417 ), Benzotriazolcarbonat (siehe z. B. U.S.-Patent Nr. 5,650, 234 ), Glycidylether (siehe z. B. Pitha et al. Eur. J. Biochem. 94: 11 (1979), Elling et al., Biotech. Appl Biochem. 13: 354 (1991), Oxycarbonyilmidazol (siehe z. B. Beauchamp, et al., Anal. Biochem. 131: 25 (1983), Tondelli et al. J. Controlled Release 1: 251 (1985)), p-Nitrophenylcarbonat (siehe z. B. Veronese, et cd., Appl. Biochem. Biotech., 11: 141 (1985); und Sartore et al., Appl. Biochem. Biotech, 27: 45 (1991), Aldehyd (siehe z. B. Harris et al. J. Polym. Sci. Chem. Ed. 22: 341 (1984), U.S.-Patent Nr. 5,824,784 , U.S.-Patent 5,252,714 ), Maleimid (siehe z. B. Goodson et al., Bio/Technology 8: 343 (1990), Romani et al. in Chemistry of Peptides and Proteins 2: 29, und Kogan, Synthetic Comm. 22: 2417 (1992)), Orthopyridyldisulfid (siehe z. B. Woghiren et al. Bioconj. Chem. 4: 314 1993)), Acrylol (siehe z. B. Sawhney et al., Macromolecules, 26: 581 (1993)), Vinylsulfon (siehe z. B. U.S.-Patent Nr. 5,900,461 ). Zusätzlich können zwei Moleküle des erfindungsgemäßen Polymers auch mit der Aminosäure Lysin verbunden werden unter Bildung eines disubstituierten Lysins, das dann mit N-Hydroxysuccinimid unter Bildung eines aktiven N-Succinimidylrestes weiter aktiviert werden kann (siehe z. B. U.S.-Patent Nr. 5,932,462 ). Alle oben angegebenen Literaturstellen werden durch die Bezugnahme hier eingefügt.
  • Gemäß einem Beispiel kann das erfindungsgemäße Polymer aktiviert werden, indem das Polymer mit Di-N-Succinimidylcarbonat bzw. Di-1-benzotriazolylcarbonat umgesetzt wird, wodurch ein terminaler reaktiver Rest aus N-Succinimidylcarbonat oder 1-Benzotriazolylcarbonat gebildet wird. Gemäß einem weiteren Beispiel können terminale reaktive Reste, wie N-Maleimidyl oder o-Pyridyldithiyl, hergestellt werden, indem das Polymer mit aktivierten Carbonaten umgesetzt wird, die über Verbindungsgruppen mit N-Maleimidyl oder o-Pyridyldithiyl verbunden sind. Terminale Aldehyd- und Acetalreste können über Verbindungsgruppen angebunden werden. Terminale Säuregruppen können durch die Umsetzung der obigen aktiven Carbonate mit Aminosäuren oder anderen Säureverbindungsgruppen angebunden werden.
  • Das erfindungsgemäße Polymer, das aktiviert ist oder nicht aktiviert ist und das nach den obigen Verfahren hergestellt wurde, kann aus dem Reaktionsgemisch gereinigt werden. Viele auf dem Fachgebiet bekannte Verfahren können verwendet werden. Ein bevorzugtes Verfahren zur Reinigung des Polymers und seiner Derivate besteht in der Fällung aus einem Lösemittel, in dem sie im Wesentlichen unlöslich sind, während die Ausgangsprodukte darin löslich sind. Geeignete Lösemittel schließen Ethylether oder Isopropanol ein. Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass auch andere Verfahren, wie Innenaustausch-, Größenausschluss-, Kieselsäuregel- und Umkehrphasenchromatographie brauchbar sein können.
  • VI. Brauchbarkeit
  • Die erfindungsgemäßen Hydrogele sind in vielen biomedizinischen Anwendungen brauchbar, wie der Arzneimittelzufuhr, der Vermeidung von Verklebungen in der Chirurgie, der Heilung von Wunden und Narben, als Bioklebstoffe und chirurgische Implantate.
  • Besonders ist das erfindungsgemäße Hydrogel als ein biomedizinisches Material und als Träger für die Zufuhr von biologisch aktiven Stoffen geeignet. Das Hydrogel kann beispielsweise therapeutische Arzneimittel tragen, und es kann in einen Zielbereich des Körpers implantiert oder injiziert werden. Das Hydrogel kann auch andere Stoffe tragen, wie Nahrungsmittel oder Markierungsmittel für die bildgebende Analyse. Ein Hydrogel, das einen biologisch aktiven Stoff enthält, wird hier als ein "Zufuhrsystem" bezeichnet.
  • In den verschiedenen Anwendungen des erfindungsgemäßen Hydrogels können die zuzuführenden biologisch aktiven Stoffe als das Rückgrat oder als Teil des Rückgrats des Hydrogels verwendet werden. Alternativ können biologisch aktive Stoffe in das Hydrogel "ein gehängt" werden, über ein erfindungsgemäßes Polymer oder ein Verbindungsmolekül(="Linker") mit einem Terminus des Polymers oder des Verbindungsmolekül, der mit dem biologisch aktiven Stoff verbunden ist, und dem anderen Terminus, der über eine kovalente Bindung mit dem Hydrogel verbunden ist. Weiterhin können biologisch aktive Stoffe oder andere zuzuführende Substanzen auch während der Bildung des Hydrogels in das Hydrogel geladen werden oder danach beispielsweise durch Diffusion in die Matrix des Hydrogels eingebracht werden, ohne dass sie kovalent an die Hydrogelstruktur gebunden werden.
  • Da die erfindungsgemäßen Polymere in dem Hydrogel wasserlöslich sind, kann das Hydrogel im Wesentlichen in Wasser quellbar sein. Der Abbau oder Zerfall des Hydrogels im Körper schrittweise und kontrolliert auf Grund der hydrolytisch abbaubaren Carbonatbindungen in dem Polymer. Daher sind die erfindungsgemäßen Hydrogele unabhängig davon, ob sie durch Vernetzung oder durch reverse thermische Gelbildung gebildet werden, besonders nützlich für die lang anhaltende Freisetzung eines biologisch aktiven Stoffs oder einer anderen Substanz in den Körper.
  • Die vorliegende Erfindung wird in den folgenden Beispielen weiter veranschaulicht, die zur Veranschaulichung der Erfindung angegeben werden, die jedoch nicht als Einschränkung der Erfindung angesehen werden dürfen.
  • BEISPIELE
  • Materialien und Verfahren
  • Die 1H-NMR-Daten wurden unter Verwendung eines 300 MHz-Spektrometers erhalten, das von Bruker hergestellt wurde.
  • Die PEG-Reagenzien, auf die in den beigefügten Beispielen Bezug genommen wird, sind von Shearwater Corporation, Huntsville, AL, erhältlich.
  • PluronicTM F127-NF (hier auch als Poloxamer 407 bezeichnet) wurde von BASF Corporation, Mt. Olive, NJ erhalten. PluronicTM F127-NF ist ein Dreiblockcopolymer von Ethylenoxid und Propylenoxid, das die Formel HO-(CH2CH2O)x-(CH2CHCH3O)y-(CH2CH2O)x-H hat, worin x im Mittel 98 ist und y im Mittel 67 ist.
  • BEISPIEL 1
  • SYNTHESE EINES HYDROLYTISCH ABBAUBAREN OLIGOMERS, DAS AUS COPOLYMERUNTEREINHEITEN AUS ETHYLENOXID-PROPYLENOXID-ETHYLENOXID ZUSAMMENGESETZT IST, DIE ÜBER CARBONATBINDUNGEN KOVALENT VERBUNDEN SIND, (I).
  • Ein veranschaulichendes erfindungsgemäßes Polymer wurde synthetisiert, indem Blockcopolymere miteinander verknüpft wurden, von denen jedes aus einem Propylenoxidblock (d. h. einer Reihe von Propylenoxidmonomeren), der zwischen zwei Ethylenoxidblöcken als Sandwich enthalten ist, zusammengesetzt ist, wobei die Blockcopolymere kovalent über dazwischen liegende Carbonatbindungen miteinander verknüpft sind, wodurch das resultierende Oligomer gebildet wird.
  • Poloxamer 407 (10,0 g, 0,78 mmol) wurde in einem 50 ml-Rundkolben in 30 ml CH3CN gelöst, der mit einer Dean-Stark-Falle und einem Rückflusskühler ausgestattet war. Die Lösung wurde bis zum Rückfluss erhitzt, und 20 ml Lösemittel wurden gesammelt. Nach dem Entfernen der Dean-Stark-Falle wurden Di-(N-succinimidyl)carbonat, DSC (1,1 Äquivalente, 0,22 g, 0,86 mmol), erhältlich von Fluka, und 4-Dimethylaminopyridin, DMAP (2 Äquivalente, 0,19 g, 1,56 mmol), erhältlich von Acros, zugegeben, und das Gemisch wurde 48 h unter Rückfluss erhitzt. Anschließend wurde das Lösemittel mit einem Rotationsverdampfer aus der resultierenden Lösung entfernt, und das zurückbleibenden Rohprodukt wurde in 50 ml Natriumphosphatpufferlösung (0,1 M, pH = 7,0) gelöst. Die wässrige Schicht wurde mit Methylenchlorid (3 × 25 ml) extrahiert. Die kombinierten organischen Schichten wurden mit Natriumsulfat getrocknet und auf 20 ml aufkonzentriert. Isopropanol (75 ml) wurde zugegeben, um das Produkt zu fällen, das dann durch Filtration gesammelt wurde. Das Fällungsprodukt wurde mit 25 ml Ethylether gewaschen und im Vakuum unter Erhalt von 5 g des Produkts getrocknet.
  • Das Produkt (I) wurde durch 1H-NMR-Spektroskopie charakterisiert. 1H-NMR (DMSO-d6) (300 MHz) δ: 4,58 (t, -OH), δ 4,18 (t, CH 2), δ 4,11 (t, CH 2), δ 3,5 (bs, -CH 2CH 2-, δ 1,04 (d, -CH 3). Der Peak bei 4,18 ppm zeigte die Bildung der Carbonatbindung, während die Abnahme der Fläche des Peaks bei 4,58 ppm hinsichtlich der Position zeigte, wo die Reaktion stattfand, d. h. an dem Polymerterminus.
  • Das oligomere Produkt (I) wurde durch Gelpermeationschromatographie weiter charakterisiert und hat danach die folgende Struktur HO-[(CH2CH2O)98-(CH2CHCH3O)67-(CH2CH2O)98-CO2]m-[(CH2CH2O)98-(CH2CHCH3O)67-(CH2CH2O)98-H, wobei m im Bereich von etwa 1 bis etwa 5 mit einem Mittelwert von etwa 2 lag.
  • Demnach war das Polymerprodukt im Mittel aus drei "P407"-Untereinheiten zusammengesetzt, die wie oben strukturell beschrieben durch zwei Carbonatbindungen verbunden sind. (In einem abgekürzten Format wird das Produkt als HO-[P407-CO2]m-P407-H dargestellt, worin der P407-Anteil als [-(CH2CH2O)98-(CH2CHCH3O)67-(CH2CH2O)98-] dargestellt wird und m wie oben beschrieben ist.
  • Die eingesetzte Gesamtvorgehensweise bei der Synthese wird unten als Schema I angegeben. SCHEMA I. HERSTELLUNG EINES BEISPIELHAFTEN ERFINDUNGSGEMÄßEN POLYHERS
    Figure 00440001
  • Eine ähnliche Synthese wurde unter Verwendung der Diamino-Form von Poloxomer 407 als Ausgangsmaterial anstelle der oben gezeigten Hydroxyform durchgeführt. Das resultierende Produkt (II) wurde als ein Polymer charakterisiert, das die gleiche mittlere Anzahl an Untereinheiten x, y und m wie das Produkt (I) weiter oben aufwies, mit dem Unterschied, dass die oligomeren Untereinheiten durch Harnstoffbindungen (-NH-C(O)-NH-) anstatt durch Carbonatbindungen miteinander verbunden waren.
  • BEISPIEL 2
  • SOL-GEL-EIGENSCHAFTEN EINES HYDROLYTISCH ABBAUBAREN OLIGOMERS, DAS AUS DREIBLOCKCOPOLYMER-UNTEREINHEITEN AUS ETHYLENOXID-PROPYLENOXID-ETHYLENOXID ZUSAMMENGESETZT IST, DIE KOVALENT ÜBER CARBONATBINDUNGEN MITEINANDER VERBUNDEN SIND, (I).
  • Das oligomere Produkt (I) aus dem obigen Beispiel 1 wurde bei 4°C in mehreren verschiedenen Konzentrationen in Phosphatpuffer (0,1 M, pH 7,0) gelöst. Die wässrigen polymerhaltigen Lösungen wurden in ein temperaturkontrolliertes Wasserbad gegeben. Die Temperatur des Wasserbads wurde langsam erhöht, und die Temperatur, bei der jede der Lösungen zu einem festen Gel wurde (basierend auf der visuellen Beobachtung), wurde aufgezeichnet. Der Sol-Gel-Phasenübergang wurde dann weiter verfeinert durch die Überwachung der Gelbildung innerhalb von zwei Minuten nachdem Lösungen von (I) bei 4°C in ein Wasserbad mit einer vorab festgelegten Temperatur gegeben wurden. Die Daten wurden dann verwendet, um ein Phasendiagramm zu erzeugen, das das Sol-Gel-Verhalten von (I) bei verschiedenen Konzentrationen und Temperaturen zeigt und das in 1 gezeigt wird.
  • Bei der Betrachtung von 1 kann gesehen werden, dass bei Temperaturen unter etwa 25°C wässrige Lösungen des veranschaulichenden Polymers (I) unabhängig von der Konzentration des Polymers in Lösungsphase blieben. Bei Temperaturen jedoch, die im Bereich von etwa 25°C bis etwa 70°C lagen, wurde ein Sol-Gel-Phasenübergang beobachtet. Bei Temperaturen, die im Bereich von etwa 25°C bis 30°C lagen, bildeten wässrigen Lösungen des Polymers (I) Gele bei Konzentrationen, die im Bereich von etwa 8 bis etwa 20 Gew.-% lagen, waren jedoch Lösungen bei Konzentrationen unter etwa 8 Gew.-%. Bei 37°C blieben wässrige Lösungen des Polymers (I) bei Konzentrationen unter etwa 5 Gew.-% Lösungen, während wässrige Lösungen des Polymers (I) bei Konzentrationen von mehr als etwa 5 Gew.-% (d. h. von etwa 5 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% oder darüber) bei dieser Temperatur Gele bildeten. Zusätzliche Temperaturen und entsprechend Gewichtsprozente, bei denen dieses beispielhafte erfindungsgemäße Oligomer als ein Hydrogel existiert, können aus 1 problemlos ermittelt werden.
  • Es wurde beobachtet, dass der Sol-Gel-Übergang reversibel ist. Das Gel beispielsweise, das bei 37°C gebildet wurde, wurde bei 4°C in nerhalb von etwa 2 min zu einer frei fließenden Flüssigkeit. Die erfindungsgemäßen Polymere können demnach im Allgemeinen, wenn sie in wässriger Lösung vorliegen, als Materialien charakterisiert werden, die thermisch reversible oder thermisch empfindliche Gele bilden. Das heißt sie sind Polymere, deren Phase bei einer Temperaturänderung reversibel von einer Lösung in ein Gel übergehen kann.
  • Die erfindungsgemäßen Polymere bilden, wenn sie in wässriger Lösung vorliegen, Gele bei Konzentrationen von nur etwa 5 Gew.-%, was diese Polymere für biologische Anwendungen, bei denen geringe Konzentrationen an verabreichtem Polymer wünschenswert sind, besonders attraktiv macht. Weiterhin stellen die erfindungsgemäßen Polymere eine beträchtliche Verbesserung gegenüber den im Handel erhältlichen Dreiblockcopolymeren wie Poloxomer 407 dar, da sie bei wesentlich niedrigeren Konzentrationen Gele bilden als ihre kommerziell verfügbaren Gegenstücke. Wenn beispielsweise Poloxomer 407 bei einer Temperatur nahe 37°C in wässriger Lösung ist, bildet es nur bei Konzentrationen oberhalb von etwa 16 Gew.-% ein Gel, während ein veranschaulichendes erfindungsgemäßes Polymer, (I), bei wesentlich niedrigeren Konzentrationen, d. h. im Bereich von etwa 5 bis 8 Gew.-%, bei der gleichen Temperatur ein Hydrogel bildet.
  • BEISPIEL 3
  • GELBILDUNG UND ABBAU VON (I)
  • Das Folgende veranschaulicht einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Polymere, nämlich ihre biologische Abbaubarkeit.
  • Das Polymer (I) wurde in Phosphatpuffer (0,1 M, pH 7,0) bei 4°C bis auf eine Endkonzentration von 5, 8, 10, 12, 15 bzw. 18 Gew.-% gelöst. Die wässrigen Lösungen (1 ml) wurden dann jeweils in einen In kubator mit einer Temperatur von 37°C gestellt, um ein Gel zu bilden. Zu dem Gel wurden 2 ml Phosphatpuffer gegeben, und die Gemische wurde dann bei 37°C gehalten, bis sich eine Lösung bildete. Das Auflösen jedes der Gele bei 37°C wurde überwiegend durch ihren hydrolytischen Abbau mit der Zeit (d. h. Hydrolyse der Carbonatbindungen) und nicht durch einen physikalischen Phasenübergang verursacht. Das Auflösen der repräsentativen Gele mit der Zeit wird in 2 graphisch dargestellt.
  • Wie aus den Auflösungsdaten entnommen werden kann, nahmen die Auflösungszeiten für jede der Gelzusammensetzungen mit zunehmender Polymerkonzentration des Gels zu. Beispielsweise löste sich das 5-Gew.-%-Gel in etwa 25 Tagen auf, das 10-Gew.-%-Gel löste sich in etwa 40 Tagen auf, und das 18-Gew.-%-Gel löste sich in etwa der doppelten Zeit oder 80 Tagen auf. Gewünschte Auflösungsgeschwindigkeiten können daher durch die Einstellung der Polymerkonzentration des Gels maßgeschneidert werden, um so eine gewünschte Abbau- oder Auflösungsgeschwindigkeit zu erzielen.
  • BEISPIEL 4
  • FREISETZUNG VON MODELLARZNEIMITTELN AUS DEN HYDROGELEN VON (I)
  • Drei Fluorescein-Isothiocyanat(FITC)-Dextran-Proben, die ein Molekulargewicht von 4,4 kDa, 19,5 kDa bzw. 77 kDa hatten, wurden als Modellverbindungen verwendet, um die Vielseitigkeit der erfindungsgemäßen Polymere zu zeigen, z. B. als potentielle Arzneimittelträger, die imstande sind, eine lang andauernde Freisetzung eines therapeutischen Wirkstoffs über die Zeit zu ermöglichen.
  • Eine 10-%ige Lösung (Gew.-%) (1 ml) von (I) wurde mit 30 mg jeder der FITC-Dextran-Proben vermischt. Die resultierenden Lösungen wurden dann in je ein Dialyserohr (MWCO 100 kDA) injiziert, und 25 ml eines vorher erhitzten Phosphatpuffers (0,1 M, pH 7,0, 37°C) wurden in ein äußeres Testrohr gegeben. Bei der Zugabe des vorerhitzten Puffers bildeten alle Lösungen ein Gel. Das gesamte System wurde dann in einen Inkubator bei 37°C gegeben. Proben von 0,5 ml wurden alle 2 h den äußeren (dialysierten) Lösungen entnommen, und die optische Dichte UV wurde bei 490 nm aufgezeichnet. Diese Werte der optischen Dichte wurden dann mit den Dextran-Kalibrierkurven verglichen, und die Dextran-Konzentration wurde zu jedem Zeitpunkt ermittelt. Die Freisetzungsprofile werden in 3 gezeigt.
  • Die Profile ergaben, dass etwa 40% der 19,5-kDa-Dextran-Probe während der ersten Stunden freigesetzt wurden und dass zusätzliche 30% des Dextrans konstant über einen Zeitraum von 50 h freigesetzt wurden. Die 77-kDa-Dextran-Probe zeigte eine konstante Freisetzungsgeschwindigkeit mit der Zeit bis zu einer Gesamtfreisetzung von etwa 30% nach 120 h.
  • Bei der Betrachtung dieser Daten kann gesehen werden, dass die erfindungsgemäßen Polymere als Arzneimittelträger verwendet werden können, die für eine lang andauernde Freisetzung der therapeutischen Stoffe sorgen. Weiterhin weisen diese Polymere den zusätzlichen Vorteil der Injizierbarkeit auf, d. h. wenn sie mit Arzneimitteln bei niedrigen Temperaturen coformuliert werden, sind diese Polymere frei fließende Lösungen, die beispielsweise durch subkutane Injektion verabreicht werden können, um dann in situ Gele zu bilden. Diese in situ erzeugten Gele können dann für die lang andauernde Freisetzung eines beliebigen darin enthaltenen Wirkstoffs sorgen. Weiterhin müssen die erfindungsgemäßen Polymere auf Grund ihrer Fähigkeit zur in situ-Gelbildung nicht implantiert werden, was bei den meisten herkömmlichen Depotsystemen auf Gelbasis der Fall ist.
  • BEISPIEL 5
  • FREISETZUNGSPROFIL VON PEG-BIPHALIN UND VON BIPHALIN AUS EINEM HYDROGEL VON (I)
  • Die folgende Studie wurde durchgeführt, um die Freisetzungscharakteristika des Hydrogels von (I) unter Verwendung einer Modellverbindung des Arzneimittels Biphalin, eines wasserlöslichen, kleinen Peptidanalgetikums, sowohl in pegylierter Form als auch in nicht pegylierter Form zu untersuchen.
  • A. Herstellung von (mPEG2K)2-Biphalin
  • Biphalin (21,1 mg, 0,046 mmol) wurde in 15 ml wasserfreiem Acetonitril gelöst und mit 16 μl Triethylamin (0,115 mmol, 2,5-facher molarer Überschuss) behandelt. Zur gleichen Zeit wurde mPEG2K-Succinimidylpropionat (Shearwater Corporation, 110 mg, 0,055 mmol, 1,2-facher molarer Überschuss) in 5 ml Aetonitril gelöst. Das gelöste mPEG2K-SPA wurde langsam zu der obigen Biphalinlösung gegeben, und das Reaktionsgemisch wurde 66 h bei Raumtemperatur unter einer Stickstoffatmosphäre gerührt.
  • Dipegyliertes [(mPEG2K)2-Biphalin] und monopegyliertes Biphalin [mPEG2K-Biphalin] wurden von nicht abreagiertem PEG und freiem Biphalin auf einer Vydac-C18-Umkehrphasensäule bei 1 ml/min und mit einem 215-nm-UV-Detektor unter Verwendung einer Gradientenelution von 30 bis 60% Lösemittel B abgetrennt. Lösung A besteht aus 0,1% TFA in Wasser, und Lösung B ist 0,1% TFA in Acetonitril.
  • B. Gelzusammensetzungen mit Biphalin und PEG-Biphalin
  • 60 mg von (I) und 5 mg (mPEG2K)2-Biphalin (MG 4900 Dalton) oder natives Biphalin (MG 909 Dalton) wurden in 0,5 ml Phosphatpuffer (0,1 M, pH 7,0) bei 4°C gelöst. Je 0,3 ml dieser Lösungen wurde in ein Dialyserohr injiziert (0,5 ml, MWCO 100 kDa). Die Dialyserohre, die Lösungen von (I) und entweder Biphalin oder pegyliertes Biphalin enthielten, wurden in ein Testrohr mit einer Schraubkappe bei 37°C gegeben, und es wurde ein schnelles Gelieren der Lösungen beobachtet. Nach 5 min wurden 5,7 ml Phosphatpuffer in jedes Testrohr gegeben. In Intervallen von 30 min und einer Stunde wurde die Lösung in jedem Testrohr (das aus dem Gel freigesetztes Arzneimittel enthielt) durch Umkehrphasen-HPLC im Hinblick auf PEG-Biphalin oder Biphalin analysiert, und die Konzentration dieser Stoffe wurde ermittelt.
  • Die Ergebnisse werden in 4 dargestellt. Diese Figur enthält ein Diagramm mit der graphischen Auftragung der Freisetzung (angegeben in Gew.-%) sowohl von Biphalin als auch von pegyliertem Biphalin aus einem Hydrogel von (I) in Abhängigkeit von der Zeit. Während das nicht modifizierte Arzneimittel Biphalin ziemlich schnell aus dem Gel freigesetzt wurde (etwa 80 Gew.-% des Arzneimittels wurden in weniger als etwa zwei Stunden aus dem Gel freigesetzt), wurde eine ypische pegylierte Form langsam über einen ausgedehnten Zeitraum aus dem Gel freigesetzt. Der Unterschied in den Gesamtfreisetzungsprofilen kann in 4 gesehen werden. In den ersten 25 h wurde pegyliertes Biphalin konstant aus dem Gel freigesetzt. In den ersten etwa 6 Stunden waren etwa 20 Gew.-% des Arzneimittels aus dem Gel freigesetzt worden. Nach etwa 25 h waren etwa 85 Gew.-% des pegylierten Biphalins freigesetzt worden, wobei die konstant erfolgende Freisetzung des Arzneimittels bis zum Zeitpunkt nach 75 h andauerte und sich über diesen Zeitpunkt hinaus fortsetzte. Diese Da ten und vor allem die Daten für pegyliertes Biphalin zeigen die Brauchbarkeit der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzungen als Depotarzneimittelträger für die Bereitstellung einer lang andauernden Freisetzung der therapeutischen Stoffe, vor allem der pegylierten therapeutischen Stoffe.
  • BEISPIEL 6
  • FREISETZUNGSPROFILE EINES PEG-FAB-FRAGMENTS UND EINES FAB-FRAGMENTS AUS EINEM HYDROGEL VON (I)
  • Zusätzliche Freisetzungsprofildaten wurden erzeugt, um die Freisetzungseigenschaften eines veranschaulichenden erfindungsgemäßen Gels zu untersuchen, wenn es mit einem therapeutischen Modellstoff, einem veranschaulichenden Fab-Fragment, kombiniert wird, das ein hohes Molekulargewicht hat. Antikörper wie das eingesetzt Fab können von kommerziellen Quellen, wie Acris oder Protos ImmunoResearch, erhalten werden.
  • 180 mg des Oligomers (I) wurden in 2 ml Puffer (0,1 M pH 7,0) gelöst, der entweder ein veranschaulichendes Fab-Fragment (Mw 48,5 kDA) oder dessen PEGylierte Form enthielt, die durch die kovalente Anbindung eines 30 KDa-PEGs (MG 78,5 kDA) bei 4°C über Nacht hergestellt wurde. Zwei Milliliter jeder Lösung wurden in Ampullen übertragen, die 8 min bei 37°C gehalten wurden; jede Lösung bildete nach der Übertragung in die Umgebung mit der höheren Temperatur schnell ein Gel. 20 Milliliter Natriumphosphatpuffer (0,1 M, pH 7,0) wurden für die Freisetzungsstudie in jede Ampulle bei 37°C gegeben. In zeitlich festgelegten Intervallen wurden Aliquote der Lösung von 0,2 ml oberhalb jedes Gels entnommen und für die Analyse der Proteinkonzentration durch das Bicinchoninsäure-(BCA)-Assayverfahren (Pierce) aufbewahrt. Die Ergebnisse wurden in einem Diagramm aufgetragen und werden im Folgenden als 5 dargestellt.
  • Wie 5 entnommen werden kann, wurde sowohl das Fab-Fragment als auch das pegylierte Fab-Fragment langsam aus dem Gel freigesetzt, obwohl die Freisetzung des PEG-Fab-Fragments aus dem Gel über einen längeren Zeitraum erfolgte, verglichen mit dem Stamm-Fab-Fragment. Während eine kontrollierte Freisetzung für beide Formen des Modellarzneimittels beobachtet wurde, schien die Zufuhr der pegylierten Form besonders vorteilhaft zu sein, da im Wesentlichen das gesamte Arzneimittel im Laufe des Bobachtungszeitraums aus dem Gel freigesetzt wurde, und dies in einer konstanten und lang andauernden Weise. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Gele kann jedoch auch für die Zufuhr von nicht-pegylierten Arzneimitteln vorteilhaft sein, insbesondere wenn die Freisetzung des Arzneimittels nicht nur durch die Diffusion des Arzneimittels aus dem intakten Gel, sondern auch durch den Abbau des Gels durch die Hydrolyse seiner abbaubaren Bindungen beherrscht wird.
  • BEISPIEL 7 (nicht erfindungsgemäß)
  • Synthese eines Oligomers, das aus Ethylenoxid-Propylenoxid-Ethylenoxid-Copolymeruntereinheiten zusammengesetzt ist, die kovalent durch Harnstoffbindungen miteinander verbunden sind, (IV).
  • Ein weiteres veranschaulichendes Polymer, das stabile Harnstoffbindungen anstelle von abbaubaren Carbonatbindungen aufweist, wurde wie folgt hergestellt. Das Polymer wurden aus einem veranschaulichenden Dreiblockcopolymer mit terminalen Aminogruppen hergestellt, das einen Polypropylenblock als Sandwich zwischen zwei Ethylenoxidblöcken aufweist. Das resultierende Polymer hat Eigenschaf ten ähnlich denen von (I) mit dem Unterschied, dass es stabile Bindungen anstelle von abbaubaren Bindungen aufweist. Die Erfindung ist allgemein so zu verstehen, dass sie derartige Polymere umfasst, das heißt Polymere, die stabile Bindungen haben, die die oligomeren Teile verbinden.
    • A. Poloxamer-407-mesylat (II): Poloxamer 407 (50,9 g, 7,83 mmol [OH]) wurde in 250 ml Toluol gelöst und unter Stickstoff in einem 500-ml-Zweihalsrundkolben gerührt, der mit einer Dean-Stark-Falle und einem Rückflusskühler ausgestattet war. Das Poloxamer 407 wurde azeotrop destilliert, dann wurde das Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur gekühlt. Wasserfreies Dichlormethan (100 ml) wurde durch eine Kanüle zugegeben. Destilliertes Triethylamin (6,5 ml, 6 Äq.) wurde unter konstantem Rühren durch eine Spritze zugegeben. Methansulfonylchlorid (4 ml, 5 Äq.) wurde durch eine Spritze zugegeben, und das Reaktionsgemisch wurde über Nacht bei Raumtemperatur unter Stickstoff gerührt. Um jegliches nicht umgesetztes Methansulfonylchlorid zu zerstören, wurde Ethanol (100 ml) zugegeben, wonach das Gemisch 30 min gerührt wurde. Natriumcarbonat (30 g) wurde zugegeben, und das Gemisch wurde eine Stunde gerührt. Das Gemisch wurde filtriert und durch Rotationsverdampfung gefolgt von Hochvakuum aufkonzentriert. Das Rohmaterial wurde erneut in 200 ml Lösemittel aufgelöst. Diethylether (800 ml) wurde zugegeben, um das Produkt zu fällen, das dann durch Filtration gesammelt und im Hochvakuum getrocknet wurde, wobei 50 g Material erhalten wurden. 1H-NMR (dmso-d6): δ 1,05 (d, CH3), 3,18 (s, 6H), 3,54 (m, 109H), 4,38 (m, 4H).
    • B. Poloxamer-407-amin (III): Ammoniumchlorid (70 g) wurde in konzentrierter Ammoniumhydroxidlösung (700 ml) gelöst. Poloxamer-407-mesylat (50 g) wurde unter konstantem Rühren bei Raumtemperatur zugegeben. Das Reaktionsgemisch wurde auf 40°C erhitzt und 48 h unter angemessenem Belüften gerührt, um den Aufbau eines Überdrucks zu vermeiden. Das Reaktionsgemisch wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt und in einen Scheidetrichter gegeben. Die Lösung wurde mit Dichlormethan extrahiert (4 × 200 ml). Die kombinierten organischen Schichten wurden mit Natriumsulfat (50 g) getrocknet, dann filtriert und durch Rotationsverdampfung aufkonzentriert. 2-Propanol (500 ml) wurde zugegeben, um das Produkt zu fällen, das durch Filtration gesammelt und im Hochvakuum unter Erhalt von 31,6 g Material getrocknet wurde. 1H-NMR (dmso-d6): δ 1,05 (d, CH 3), 2,98 (t, 3,8H), 3,54 (m, Protonen im Rückgrat). H2N-[(CH2CH2O)98-(CH2CHCH3O)67-(CH2CH2O)97-CH2CH2NH2.
    • C. Oligomer mit Harnstoffbindungen (IV): Das Oligomer (IV) wurde unter Verwendung von Triphosgen als Kupplungsreagenz anstelle von DSC hergestellt, obwohl beide Vorgehensweise funktionieren. Die Synthese eines erfindungsgemäßen Polymers unter Verwendung von Triphosgen wurde als besonders nützlich erkannt, da überschüssiges verunreinigendes Triphosgen leicht durch Waschen entfernt werden kann, was die Aufarbeitung des Reaktionsgemischs wesentlich einfacher macht und auch ein Polymer von größerer Reinheit liefert.
  • Das Poloxamer-407-amin (13 g, 1 mmol) wurde in Acetonitril (50 ml) gelöst und unter Verwendung einer Dean-Stark-Falle azeotrop destilliert, wobei 35 ml Lösemittel in dem Verfahren entfernt wurden. Die Lösung wurde dann auf ~30–40°C gekühlt, und die Dean-Stark-Falle wurde entfernt. DMAP (0,37 g, 3 Äq.) wurde zugegeben. Triphosgen (90 mg, ,3 Äq) wurde schnell unter Stickstoff und unter kräftigem Rühren zugegeben. Das Reaktionsgemisch wurde über Nacht unter Rückfluss gehalten. Das Reaktionsgemisch wurde auf Raumtemperatur gekühlt. Isopropanol (50 ml) und Diethylether (50 ml) wurden zugegeben, um das Produkt zu fällen, das durch Filtration gesammelt und im Hochvakuum getrocknet wurde. (12,3 g). 1H-NMR (dmso-d6): 1,05 (d), 3,54 (m), 5,96 (t).
  • Das oligomere Produkt (IV) hat die folgenden verallgemeinerte Struktur: H2N-[(CH2CH2O)98-(CH2CHCH3O)67-(CH2CH2O)97-(CH2CH2NHC(O)NH]m-[(CH2CH2O)98-(CH2CHCH3O)67-(CH2CH2O)97-CH2CH2NH2, wobei der Mittelwert der wiederkehrenden Einheit drei betrug, wie durch Gelpermeationschromatographie charakterisiert wurde.
  • Die vorangehende Beschreibung ist eher als veranschaulichend denn als beschreibend für die Erfindung anzusehen. Es sollte daher verstanden werden, dass die speziellen Ausführungsformen, die hier beschrieben werden, dafür veranschaulichend sind, wie die Erfindung ausgeführt werden kann, und dass beabsichtigt ist, dass Abwandlungen und andere Ausführungsformen in den Gegenstand der beigefügten Ansprüche eingeschlossen sind.

Claims (74)

  1. Polymer, das die Formel X-O-[(-CH2CH2-O-)n-(CHR1CHR2-O-)q-(CH2CH2-O)r-CO2-]m-(CH2CH2O)n-(CHR3CHR4-O-)q-(CH2CH2-O)r-Y hat, wobei: n, q und r ganze Zahlen sind, die jeweils unabhängig voneinander im Bereich von etwa 2 bis etwa 2000 liegen, m eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis etwa 200 ist, R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander unter Methyl, Ethyl und H ausgewählt werden, wobei R1 H ist, wenn R2 Methyl oder Ethyl ist, oder R1 Methyl oder Ethyl ist, wenn R2 H ist; R3 H ist, wenn R4 Methyl oder Ethyl ist, oder R3 Methyl oder Ethyl ist, wenn R4 H ist; und X und Y jeweils unabhängig voneinander aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus H, Alkyl, Alkenyl, Aryl und einem reaktiven Rest besteht.
  2. Polymer nach Anspruch 1, wobei X und Y unabhängig voneinander aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus H, Alkyl, Alkenyl, Aryl, Acryloyl, Methacryloyl, Tresyl, N-Succinimidyloxycarbonyl, 1-Benzotriazolyloxycarbonyl, p-Nitrophenyloxycarbonyl, N-Maleimidyl, Aldehyden, Acetalen, 1-Imidazolylcarbonyl, Vinylsulfon, Iodacetamid und o-Pyridyldithiyl besteht.
  3. Polymer nach Anspruch 2, wobei mindestens einer der Reste X und Y 1-Benzotriazolyloxycarbonyl ist.
  4. Polymer nach Anspruch 2, wobei X und Y aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Acryloyl und Methacryloyl besteht.
  5. Polymer nach Anspruch 2, wobei mindestens einer der Reste X und Y N-Succinimidylcarbonyl ist.
  6. Polymer nach Anspruch 1, wobei n eine ganze Zahl von etwa 5 bis etwa 500 ist.
  7. Polymer nach Anspruch 1, wobei n eine ganze Zahl von etwa 80 bis etwa 120 ist.
  8. Polymer nach Anspruch 1, wobei q eine ganze Zahl von etwa 40 bis etwa 70 ist.
  9. Polymer nach Anspruch 1, wobei r eine ganze Zahl von etwa 5 bis etwa 100 ist.
  10. Polymer nach Anspruch 1, wobei m eine ganze Zahl von 1 bis etwa 5 ist.
  11. Polymer nach Anspruch 1, wobei R1 und R3 Methyl sind und R2 und R4 H sind.
  12. Polymer nach Anspruch 1, wobei n eine ganze Zahl von etwa 80 bis etwa 120 ist, q eine ganze Zahl von etwa 40 bis etwa 70 ist, r eine ganze Zahl von etwa 10 bis etwa 50 ist und m eine ganze Zahl von 1 bis etwa 5 ist.
  13. Verfahren für die Herstellung eines hydrolytisch abbaubaren Polymers, wie es in Anspruch 1 definiert ist, das die folgenden Schritte umfasst: (i) Bereitstellen eines Oligomers, das einen Hydroxyterminus und einen Terminus -O-CO2-Z umfasst, der imstande ist, mit einer Hydroxygruppe unter Bildung einer Carbonatbindung zu reagieren, wobei Z eine reaktive Abgangsgruppe ist und wobei das Oligomer ein Dreiblockcopolymer umfasst, das einen zentralen Propylenoxidblock oder Butylenoxidblock aufweist, der zwischen zwei Ethylenoxidblöcken angeordnet ist; und (ii) Inkontaktbringen von zwei oder mehr als zwei Oligomeren unter Bedingungen, die dafür geeignet sind, das hydrolytisch abbaubare Polymer bereitzustellen.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das hydrolytisch abbaubare Polymer der Formel entspricht, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, wobei X und Y jeweils H sind und das Oligomer der Struktur HO-(CH2CH2-O-)n-(CHR1CHR2-O-)q-(CH2CH2-O)r-CO2-Z entspricht, wobei n, q, r, R1 und R2 wie in Anspruch 1 definiert sind und Z eine reaktive Abgangsgruppe ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Inkontaktbringens in einem organischen Lösemittel in Gegenwart einer Base bei einer Temperatur, die im Bereich von etwa 37°C bis 100°C liegt, durchgeführt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Inkontaktbringens in einer Schmelze in Gegenwart einer Base bei einer Temperatur, die in Bereich von etwa 37°C bis 100°C liegt, durchgeführt wird.
  17. Verfahren zur Herstellung eines Polymers, das die Formel hat, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, wobei X und Y jeweils H bedeuten, wobei das Verfahren umfasst: (i) Polymerisieren eines Oligomers, das die Formel HO-(-CH2CH2-O-)n-(CHR1CHR2-O-)q-(CH2CH2-O-)r-CO2-1-Benzotriazolyl hat, wobei n, q, r, R1 und R2 wie in Anspruch 1 definiert sind, in Gegenwart von Dimethylaminopyridin bei einer Temperatur von etwa 45°C bis 100°C entweder in einer Schmelze oder in wasserfreiem Acetonitril, um so das Polymer zu bilden.
  18. Verfahren zur Herstellung eines Polymers, das die Formel hat, wie sie in Anspruch definiert ist, wobei X und Y jeweils H bedeuten, das umfasst: Polymerisieren eines Oligomers, das die Formel HO-(CH2CH2-O-)n-(CHR1CHR2-O-)q-(CH2CH2-O-)r-CO2-N-Succinimidyl hat, wobei n, q, r, R1 und R2 wie in Anspruch 1 definiert sind, in Gegenwart von Dimethylaminopyridin bei einer Temperatur von etwa 45°C bis 100°C entweder in einer Schmelze oder in wasserfreiem Acetonitril, um so das Polymer zu bilden.
  19. Verfahren zur Herstellung eines hydrolytisch abbaubaren Polymers, das wie in Anspruch 1 definiert ist, das folgende Schritte umfasst: (i) Bereitstellen eines ersten Oligomers, das eine erste funktionelle Gruppe -O-CO2-W an einem Terminus und eine zweite funktionelle Gruppe -O-CO2-Z an einem anderen Terminus umfasst, wobei jede funktionelle Gruppe imstande ist, mit einer Hydroxygruppe unter Bildung eines Carbonats zu reagieren, und wobei Z und W jeweils unabhängig reaktive Abgangsgruppen sind; (ii) Bereitstellen eines zweiten Oligomers, das mindestens zwei terminale Hydroxygruppen umfasst; (iii) Erzeugen eines Reaktionsgemischs, das das erste und das zweite Oligomer umfasst; und (iv) Polymerisieren des ersten und des zweiten Oligomers unter Bedingungen, die für die Bildung des hydrolytisch abbaubaren Polymers effektiv sind.
  20. Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 19, das weiterhin den Schritt der Aktivierung des hydrolytisch abbaubaren Polymers durch das kovalente Anbinden von mindestens einer chemisch reaktiven Gruppe daran umfasst.
  21. Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 19, das weiterhin den Schritt der Reinigung des hydrolytisch abbaubaren Polymers umfasst.
  22. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das erste Oligomer eine funktionelle Gruppe -O-CO2-Z an zwei Termini aufweist und wobei der Schritt des Bereitstellens des ersten Oligomers umfasst: Bereitstellen eines Vorläufers des ersten Oligomers, der zwei terminale Hydroxygruppen aufweist; Bereitstellen eines aktivierenden Moleküls, das die Formel Z-O-CO2-Z hat, und Umsetzen des Vorläufers mit dem aktivierenden Molekül, um das erste Oligomer zu bilden.
  23. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Polymer die Formel hat, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, wobei X und Y jeweils H bedeuten und das erste Oligomer die Formel W-O2C-O-(-CH2CH2-O-)n-(CHR1CHR2-O-)q-(CH2CH2-O)r-CO2-Z hat und das zweite Oligomer die Formel HO-(-CH2CH2-O-)n-(CHR3-CHR4-O-)q-(CH2CH2-O)r-H hat, wobei n, q, r, m und R1-4 wie in Anspruch 1 definiert sind.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Polymerisationsschritt in einem Lösemittel in Gegenwart einer Base und bei einer Temperatur von etwa 37°C bis 100°C durchgeführt wird.
  25. Verfahren nach Anspruch 15 oder Anspruch 24, wobei das Lösemittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Acetonitril, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Benzol, Toluol, Xylolen, Chloroform und Methylenchlorid besteht.
  26. Verfahren nach einem der Anspruche 15, 16 und 24, wobei die Base eine organische Base ist.
  27. Verfahren nach Anspruch 14 oder Anspruch 23, wobei: R1 H ist, wenn R2 Methyl oder Ethyl ist, oder R1 Methyl oder Ethyl ist, wenn R2 H ist; und R3 H ist, wenn R4 Methyl oder Ethyl ist, oder R3 Methyl oder Ethyl ist, wenn R4 H ist.
  28. Verfahren nach Anspruch 23, wobei W und Z gleich sind und wobei der Schritt des Bereitstellens des ersten Oligomers umfasst: Bereitstellen eines aktivierenden Moleküls, das die Formel Z-O-CO2-Z hat; Bereitstellen eines Vorläufers des zweiten Oligomers, das zwei terminale Hydroxygruppen hat; und Umsetzen des aktivierenden Moleküls mit dem Vorläufer, um das zweite Oligomer zu bilden.
  29. Verfahren zur Herstellung eines Polymers, das die Formel hat, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, wobei X und Y jeweils H sind, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines ersten Alkylenoxidoligomers, das die Formel HO-(-CH2CH2-O-)n-(CHR1CHR2-O-)q-(CH2CH2-O)r-H hat; Bereitstellen eines zweiten Alkylenoxidoligomers, das die Formel 1-Benzotriazolyl-O2C-O-(CH2CH2-O-)n-(CHR3CHR4-O-)q-(CH2CH2-O)r-CO2-1-Benzotriazolyl hat, wobei n, q, r, R1, R2, R3 und R4 wie in Anspruch 1 definiert sind; und Copolymerisieren des ersten und des zweiten Alkylenoxidoligomers in Gegenwart von Dimethylaminopyridin bei einer Temperatur von etwa 45°C bis 100°C entweder in einer Schmelze oder in wasserfreiem Acetonitril als Lösungsmittel, um so das Polymer zu bilden.
  30. Verfahren zur Herstellung eines Polymers, das die Formel hat, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, wobei X und Y jeweils H bedeuten, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines ersten Alkylenoxidoligomers, das die Formel HO-(-CH2CH2-O-)n-(CHR1CHR2-O-)q-(CH2CH2-O)r-H hat, Bereitstellen eines zweiten Alkylenoxidoligomers, das die Formel N-Succinimidyl-O2C-O-(CH2CH2-O-)n-(CHR3CHR4-O-)q-(CH2CH2-O)r-CO2-N-Succinimidyl, hat, wobei n, q, r, R1, R2, R3 und R4 wie in Anspruch 1 definiert sind; und Copolymerisieren des ersten und des zweiten Alkylenoxidoligomers in Gegenwart von Dimethylaminopyridin bei einer Tempe ratur von etwa 45°C bis 100°C entweder in einer Schmelze oder in wasserfreiem Acetonitril als Lösemittel, um so das Polymer zu bilden.
  31. Verfahren zur Herstellung eines hydrolytisch abbaubaren Polymers, das wie in Anspruch 1 definiert ist, das umfasst: Bereitstellen eines Alkylenoxidoligomers, das ein Dreiblockcopolymer umfasst, das einen zentralen Propylenoxidblock oder Butylenoxidblock aufweist, der zwischen zwei Ethylenoxidblöcken positioniert ist, Bereitstellen eines aktivierenden Moleküls, das die Formel Z-O-CO2-Z hat, wobei jedes Z unabhängig eine reaktive Abgangsgruppe ist; und Copolymerisieren des Oligomers und des aktivierenden Moleküls unter Bedingungen, die ausreichend sind, um das hydrolytisch abbaubare Polymer zu bilden.
  32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei das Oligomer einen zentralen Propylenoxidblock umfasst und die Formel HO-(CH2CH2-O-)n-(CHR1CHR2-O-)q-(CH2CH2-O)r-H hat, wobei: n, q und r ganze Zahlen sind, die unabhängig voneinander im Bereich von etwa 2 bis 2000 liegen, m eine ganze Zahl von 1 bis etwa 200 ist, R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander unter Alkyl und H ausgewählt werden, wobei R1 H ist, wenn R2 Alkyl ist, oder R1 Alkyl ist, wenn R2 H ist; und R3 H ist, wenn R4 Alkyl ist, oder R3 Alkyl ist, wenn R4 H ist.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 14, 23 und 32, wobei Z aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus N-Succinimidyl, 1-Benzotriazolyl und p-Nitrophenyl besteht.
  34. Verfahren nach Anspruch 32, wobei der Copolymerisationsschritt in einem Lösemittel in Gegenwart einer organischen Base und bei einer Temperatur von etwa 37°C bis 100°C durchgeführt wird.
  35. Verfahren nach Anspruch 32, wobei das Lösemittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Acetonitril, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Benzol, Toluol, Xylolen, Chloroform und Methylenchlorid besteht.
  36. Verfahren nach Anspruch 35, wobei das Lösemittel Acetonitril ist.
  37. Verfahren nach Anspruch 34, wobei die organische Base ein Amin ist.
  38. Verfahren nach Anspruch 26 oder Anspruch 37, wobei die organische Base aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Triethylamin, Pyridin, Chinolin und 4,4-Dimethylaminopyridin besteht.
  39. Verfahren nach einem der Anspruche 14, 23 und 35, wobei n eine ganze Zahl ist, die im Bereich von etwa 5 bis 500 liegt.
  40. Verfahren nach einem der Anspruche 14, 23 und 35, wobei n eine ganze Zahl ist, die im Bereich von etwa 80 bis 120 liegt.
  41. Verfahren nach einem der Anspruche 14, 23 und 35, wobei q eine ganze Zahl ist, die im Bereich von etwa 40 bis 70 liegt.
  42. Verfahren nach einem der Anspruche 14, 23 und 35, wobei r eine ganze Zahl ist, die im Bereich von etwa 5 bis 100 liegt.
  43. Verfahren nach einem der Anspruche 14, 23 und 35, wobei m eine ganze Zahl ist, die im Bereich von 1 bis etwa 5 liegt.
  44. Verfahren zur Herstellung eines Polymers, das die Formel hat, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, wobei X und Y jeweils H sind, wobei das Verfahren umfasst: Copolymerisieren von Disuccinimidylcarbonat und HO-(-CH2CH2-O-)n-(CHR1CHR2-O-)q-(CH2CH2-O)r-H, wobei n, q, r, R1 und R2 wie in Anspruch 1 definiert sind, in Gegenwart von Dimethylaminopyridin bei einer Temperatur von etwa 45°C bis 100°C entweder in einer Schmelze oder in wasserfreiem Acetonitril als Lösemittel, um so das Polymer zu bilden.
  45. Verfahren zur Herstellung eines Polymers, das die Formel hat, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, wobei X und Y jeweils H sind, wobei das Verfahren umfasst: Copolymerisieren von Bis(1-benzotriazolylcarbonat) mit HO-(-CH2CH2-O-)n-(CHR1CHR2-O-)q-(CH2CH2-O)r-H, wobei n, q, r, R1 und R2 wie in Anspruch 1 definiert sind, in Gegenwart von Dimethylaminopyridin bei einer Temperatur von etwa 45°C bis 100°C entweder in einer Schmelze oder in wasserfreiem Acetonitril als Lösemittel, um so das Polymer zu bilden.
  46. Gel, das ein hydrolytisch abbaubares Polymer umfasst, das wie in Anspruch 1 definiert ist.
  47. Gel nach Anspruch 46, wobei das Gel thermisch reversibel ist.
  48. Gel nach Anspruch 46, das weiterhin einen biologisch aktiven Stoff umfasst, der physikalisch in dem Gel eingeschlossen ist.
  49. Gel nach Anspruch 48, wobei der biologisch aktive Stoff kovalent an ein wasserlösliches Polymer gebunden ist.
  50. Gel nach Anspruch 49, wobei das wasserlösliche Polymer ein Polyethylenglycolderivat ist.
  51. Gel nach Anspruch 46, wobei das Gel vernetzt ist.
  52. Gel nach Anspruch 46, wobei dem Gel im Wesentlichen frei von kovalenten Vernetzungen ist.
  53. Gel nach Anspruch 48, wobei der biologisch aktive Stoff kovalent mit dem hydrolytisch abbaubaren Polymer verbunden ist.
  54. Konjugat, das einen biologisch aktiven Stoff umfasst, der kovalent mit einem hydrolytisch abbaubaren Polymer verbunden ist, das die Formel X-O-[(CH2CH2-O-)n-(CHR1CHR2-O-)q-(CH2CH2-O)r-CO2-]m-(CH2CH2O)n-(CHR3CHR4-O-)q-(CH2CH2-O)r-Y hat, wobei n, q, r und R1-4 wie in Anspruch 1 definiert sind und X und Y unabhängig voneinander H, Alkyl, Alkenyl, Aryl oder ein reaktiver Rest sind, der imstande ist, mit einem aktiven Rest auf dem biologisch aktiven Stoff zu reagieren, wobei mindestens einer der Reste X und Y der reaktive Rest ist.
  55. Konjugat nach Anspruch 54, wobei X und Y unabhängig voneinander aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus H, Alkyl, Alkenyl, Aryl, Acryloyl, Tresyl, N-Succinimidyloxycarbonyl, 1-Benzotriazolyloxycarbonyl, p-Nitrophenyloxycarbonyl, N-Maleimidyl, Aldehyden, Acetalen, 1-Imidazolylcarbonyl, Vinylsulfon, Iodacetamid und o-Pyridyldithiyl besteht.
  56. Konjugat nach Anspruch 54, wobei mindestens einer der Reste X und Y N-Succinimidyloxycarbonyl, 1-Benzotriazolyloxycarbonyl, p-Nitrophenyloxycarbonyl ist.
  57. Konjugat nach Anspruch 54, wobei n eine ganze Zahl ist, die im Bereich von etwa 5 bis 500 liegt.
  58. Konjugat nach Anspruch 54, wobei n eine ganze Zahl ist, die im Bereich von etwa 80 bis 120 liegt.
  59. Konjugat nach Anspruch 54, wobei q eine ganze Zahl ist, die im Bereich von etwa 40 bis 70 liegt.
  60. Konjugat nach Anspruch 54, wobei r eine ganze Zahl ist, die im Bereich von etwa 10 bis 50 liegt.
  61. Konjugat nach Anspruch 54, wobei m eine ganze Zahl ist, die im Bereich von 1 bis etwa 5 liegt.
  62. Verfahren zur Herstellung eines Gels, das einen biologisch aktiven Stoff hat, der in einer hydrolytisch abbaubaren Polymermatrix enthalten ist, wobei das Polymer wie in Anspruch 1 definiert ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen des hydrolytisch abbaubaren Polymers in einer flüssigen Lösung; Bereitstellen eines biologisch aktiven Stoffs in der Lösung und Erhöhen der Temperatur des hydrolytisch abbaubaren Polymers, bis sich ein viskoses Gel bildet; was zu einem biologisch aktiven Stoff führt, der in der hydrolytisch abbaubaren Polymermatrix enthalten ist.
  63. Verfahren nach einem der Ansprüche 13, 19, 31 und 62, wobei das Oligomer einen zentralen Propylenoxidblock umfasst.
  64. Verfahren nach Anspruch 62, wobei das Polymer die Formel hat, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, wobei X und Y jeweils H sind.
  65. Verfahren nach Anspruch 64, wobei n eine ganze Zahl ist, die im Bereich von etwa 10 bis 50 liegt.
  66. Gel, das wie in Anspruch 46 definiert ist, für die Verwendung in einem Verfahren, durch das dem Körper eines Säugetiers ein biologisch aktiver Stoff zugeführt wird, das die Verabreichung des Gels in das Säugetier umfasst.
  67. Konjugat, das wie in Anspruch 54 definiert ist, für die Verwendung in einem Verfahren, durch das dem Körper eines Säugetiers ein biologisch aktiver Stoff zugeführt wird, das die Verabreichung des Konjugats in das Säugetier umfasst.
  68. Zufuhrsystem für die Zufuhr eines biologisch aktiven Stoffes, das umfasst: ein hydrolytisch abbaubares Polymer, das wie in Anspruch 1 definiert ist, und einen biologisch aktiven Stoff in wässriger Lösung mit dem hydrolytisch abbaubaren Polymer.
  69. Zufuhrsystem nach Anspruch 68, wobei die Bestandteile des Zufuhrsystems unterhalb von etwa 35°C in der Form einer injizier baren Lösung vorliegen, während sie bei der Körpertemperatur eines Säugetiers ein Gel sind.
  70. Zufuhrsystem nach Anspruch 69, wobei der biologisch aktive Stoff physikalisch in der Polymermatrix des Gels enthalten ist.
  71. Zufuhrsystem nach Anspruch 68, wobei der biologisch aktive Stoff ein Molekulargewicht von weniger als etwa 2000 Da hat.
  72. Zufuhrsystem nach Anspruch 68, wobei der biologisch aktive Stoff ein Protein, Peptid, Oligonucleotid oder Kohlenhydrat ist.
  73. Zufuhrsystem nach Anspruch 68, wobei der biologisch aktive Stoff ein Antitkrebsarzneimittel, ein antivirales Arzneimittel, ein antibakterielles Arzneimittel, ein Antibiotikum, ein Analgetikum, ein entzündungshemmendes Arzneimittel, ein Antiarrhythmikum, ein Vasodilatator oder ein kardiovaskuläres Arzneimittel ist.
  74. Zufuhrsystem nach Anspruch 68, wobei das Polymer die Formel hat, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, wobei X und Y jeweils H sind.
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Inventor name: ZHAO, XUAN, HUNTSVILLE, AL 35803, US

Inventor name: BATTLE, WILLIAM DUDLEY, HUNTSVILLE, AL 35801, US

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