JP4250202B2 - 多糖、ポリペプチド（タンパク質）および表面を変性するための求電子性ポリエチレンオキサイド類 - Google Patents
多糖、ポリペプチド（タンパク質）および表面を変性するための求電子性ポリエチレンオキサイド類 Download PDFInfo
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Description
発明の分野
本発明は、ポリオキシアルキレン鎖を結合した基剤表面をコーティングするための組成物に関する。前記鎖は、生体活性化合物（例えば、多糖類、ポリペプチド、タンパク質および他の薬剤）を表面に共有結合させることができる。そのような生体活性化合物の一つは、上記のような表面を抗血栓性にするヘパリンである。この抗血栓性表面を含むメンブランコーティングは、特に、バイオメディカル素子と関連した用途に適している。
発明の背景
ここで引用する公報および他の文献は、その内容をここに挿入するものであって、以下の記述において番号順に引用し、また請求の範囲の直前に添付した参考文献にそれぞれ集約している。
本発明は、ポリエチレンオキサイド（ポリエチレングリコールともいう。）およびポリプロピレングリコールのようなポリオキシアルキレンのポリマー鎖の共有結合を用いた、アミノグリカン、タンパク質およびアミン被覆した表面の化学変性に関する。
バイオテクノロジーやバイオメディカル応用でのポリエチレングリコール（ＰＥＧ）の用途は、拡張し続けており、近年、再認識されている（１）。酵素の変性（２）、ＲＧＤペプチド（３）、リポゾーム（４）、およびＣＤ４−ＩｇＧグリコプロテイン（５）は、ポリエチレングリコールの用途における近年の進捗の幾つかである。毒性、薬物運力学、生体学的分布および他の生体学的機能の変更は、この単純なポリマーの用途について期待されている領域のいくつかである。ＰＥＧで処理した表面は、タンパク質析出を防止することが分かっており、生体物質と接触している血管に塗布するとトロンボジェニシティ（thrombogenicity）を高める（６）。したがって、特に微孔性中空ファイバーまたは他のプラスチック部品の「連続」コーティングに関する、様々なポリマー材料へのＰＥＧ系コーティングの適用は、医療用素子に非常に有用である。
連続コーティング応用についてのＰＥＧのような求電子性の活性化ポリオキシアルキレンは、以下の要求を満たさなければならない。
１．アミノ基塗布した表面および／またはアミノ含有バイオ分子と求電子性活性化ＰＥＧとの間の反応速度は、穏やかな条件下でも速い反応速度でなければならない。
２．理想的には、求電子性活性化ＰＥＧは、ｐＨ７．５〜８．５の水中で、見かけの加水分解半減期を有している。これは、有機溶媒への曝露に耐えるこができない、塗布するポリマー基剤に関して、特に重要である。
３．アミノ含有バイオ分子と求電子性活性化ＰＥＧとの間の共有結合の式は、化学が期待どおりに進んでいくことを示すために、核磁気共鳴法および／または赤外分光法のような顕微鏡的手段によって示されるべきである。
４．塗布工程において有機溶媒を用いなければならず、求電子性活性化ＰＥＧの安定性は、経済的理由により明白でなければならない。
５．特に生態学的分子と求電子性活性化ＰＥＧの反応は、決定的な受容体および／または活性部位がブロックされないように方向付けられた状態でなければならない。その結果として、保持された生態学的機能が、適切な分析結果によって示されるべきである。
６．求電子性活性化ＰＥＧの質または機能性は、迅速な顕微鏡的手段によって、製造過程中に、容易に決定されなければならない。
７．アミノ基がアシル化すると脱離する脱離基は、反応媒体に高い溶解性、変性した基剤への最小限の吸収を有し、かつ理想的には非毒性でなければならない。
８．求電子性活性化ＰＥＧは、保存寿命貯蔵目的のために長期間の安定性を有するべきである。
９．形成された共有結合は、コーティング条件下およびその後の「実際の使用」条件下の両者において加水分解耐性がなければならない。
共有結合するために、ＰＥＧの水酸基は、「活性化」されなければならない。このことは、シアヌリレート（７〜９）、トレシレート（１０〜１１）、Ｎ-ヒドロキシスクシンイミド（１８〜２０）、イミダゾイルホルメート（２１〜２２）、４-ジチオピリジン（２３）、イソシアナート（２４）、およびエポキシド（２５）を含む多数の反応性官能基の使用によって達成されると報告されている。上記の官能基それぞれは、脱離基毒性から、生理学的条件下で加水分解しかつ共役過程において反応速度を低下させる傾向のある共役物に及ぶ短所を有している。放射線ラベルしたウレタンＰＥＧ誘導体の安定性は、様々な生理学的条件下で証明されている（２６）。十分な反応性ＰＥＧカーボネートによって生成された加水分解耐性ウレタン結合は、共役性共有結合の加水分解を避けるのに重要な利点を与えることがある。現在まで、ＰＥＧカーボネートの用途についての文献報告は、タンパク質またはポリペプチドの変性に集中している。微孔性中空ファイバー上での共有結合ヘパリンのための連続コーティングプロセスを開発する興味に駆り立てられて、我々は、アミノグリカンＤ-グルコサミンおよび数種の市販のナトリウムヘパリン類と種々のＰＥＧカーボネートとの反応性を探求した。
発明の要旨
本発明は、式：
（式中、Ｒ1は、Ｎ-ベンゾトリアゾール基、Ｎ-２-ピロリジノン基および２-オキシピリミジン基からなる群より選ばれ；Ｒ2、Ｒ3およびＲ4は、独立して、好ましくは炭素数約２〜約３の低級アルキレン基から選ばれ、かつ同一または異なってよく；Ｒ5は、水素、メチル、カルボニロキシ-Ｎ-ベンゾトリアゾール基、カルボニロキシ-Ｎ-２-ピロリジノン基およびカルボニル-２-オキシピリミジンからなる群より選ばれ；ａは、１〜１０００までの整数であり、ｂおよびｃそれぞれは、０〜１０００までの整数であり、並びにａ、ｂおよびｃは、ａ、ｂおよびｃの和が３〜１０００の間の整数であるように選択される。）
で表される化合物を提供する。
Ｒ2、Ｒ3およびＲ4が、独立して、-ＣＨ2ＣＨ2-もしくは-ＣＨ2ＣＨ（ＣＨ3）-またはそれらの組み合わせである式（Ｉ）の化合物が好ましい。
上記化合物は、ホモ２官能価またはヘテロ２官能価であってよく、様々な生体活性化合物を変性すること、並びに生体活性化合物をメンブランまたはポリマー表面に結合するための鎖として活性化するのに適している。
好ましい観点によれば、本発明は、多糖またはポリペプチドのような変性した生体活性化合物、あるいはウレタン結合を介して下記の構造：
（式中、Ｒ5は、カルボニロキシ-Ｎ-ベンゾトリアゾール基、カルボニロキシ-Ｎ-２-ピロロジノン基またはカルボニル-２-オキシピリミジン基からなる群より選ばれ、Ｒ2、Ｒ3およびＲ4は、エチレンであり、Ｒ6は、アミノグリカン多糖、ポリペプチド、タンパク質または他の反応性薬剤化合物からなる群より選ばれる生体活性化合物であり、並びにａ、ｂおよびｃは、式（Ｉ）に関する定義と同一である。）
で表されるポリオキシエチレンの少なくとも１分子を上記物質と共役している他の薬剤の製造法も提供する。ポリオキシアルキレン基を共有結合した上記変性した生体活性化合物は、生体内での種々の用途を有しているため、そのような物質は、腎臓クリアランスの低下した速度および／またはセルとの高まった関係、および特定の場合には、低下した免疫原性を示し得る。
さらに、別の観点によれば、本発明は、カルボニロキシ-Ｎ-ベンゾトリアゾール基、カルボニロキシ-Ｎ-２-ピロリジノン基またはカルボニル-２-オキシピリミジン基で活性化したポリオキシアルキレン（例えば、ＰＥＧ）を用いて、反応性アミノ基または他の適する求核剤を有する表面にアミノグリカン多糖類、ポリペプチドまたはタンパク質を共有結合する方法を提供する。また、ポリオキシアルキレン鎖の各端に異なる活性基を有している、上記によって生成したヘテロ２官能価ポリオキシアルキレンは、結合または鎖として有用である。この鎖の使用は、アミノグリカン多糖類、ポリペプチドまたはタンパク質を、アミノまたは適する求核基を有する他の物質に固定させることができる。
したがって、本発明は、ポリアルキレン鎖を用いた、アミノグリカン多糖類、ペプチド、もしくはタンパク質、または他の薬剤活性物質から選ばれた生体活性化合物をポリマー表面に共有結合する方法を包含し、該方法は、フリーアミノ基を有するアミノグラフト化ポリマー表面を持つ基剤が式（Ｉ）の化合物と接触して、それと共有結合した活性化したポリオキシアルキレン基を有する変性したポリマー表面を与えること；および変性したポリマー表面を生体活性化合物と接触させることから成る。
特に好ましい観点によれば、本発明は、カルバメート結合によってポリオキシアルキレン鎖の一方の端（鎖のもう一方の端は、カルバメート結合によって生体活性分子と共有結合している。）と共有結合した、式：
（式中、Ｒは、炭素数１〜５の脂肪族基であり、およびｎは、２〜約１０の整数である。）
で表されるヒドロシクロシロキサンモノマーのプラズマ重合から形成されるメンブランを含んで成るコーティングを提供する。生体活性分子が、ヘパリンのような抗血栓性または血液凝固制御性を有する化合物、組織プラスモゲン活性剤、ストレプトキニーズ、プロスタグランジンおよび抗血小板剤、から選ばれると、抗血栓性の高まったコーティングが与えられる。別の好ましい観点によれば、生体活性化合物は、デフェロキサミンのような金属キレート化剤である。
１，３，５，７-テトラメチルヒドロシクロテトラシロキサン、１，３，５，７，９-ペンタメチルヒドロシクロペンタシロキサン、１，３，５，７，９，１１-ヘキサメチルヒドロシクロヘキサシロキサン、および１，３，５，７，９-ペンタメチルシクロペンタシロキサンと１，３，５，６，９，１１-ヘキサメチルシクロヘキサシロキサンモノマーの混合物からなる群より選ばれたヒドロシクロシロキサンモノマーのプラズマ重合から調製したコーティングが、特に好ましい。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の特定の求電子性ＰＥＧ類似物を表す。
図２は、Ｄ-グルコサミンおよびＮ-トリメチルシリルアリルアミンと本発明のＰＥＧ類似物の反応スキームを表す。
図３は、天然起源物質（挿入部）および９５％13Ｃ濃縮ＰＥＧ１−ヘプタン共役カーボンＮＭＲスペクトルを表す。
図４は、ナトリウムヘパリンと、１、２、３、４および５から生成したＰＥＧ共役物のゲル濾過高圧液体クロマトグラフを表す。
発明の詳細な説明
本発明は、式：
（式中、Ｒ1は、Ｎ-ベンゾトリアゾール基、Ｎ-２-ピロリジノン基または２-オキシピリミジン基からなる群より選ばれ；Ｒ2、Ｒ3およびＲ4は、独立して、低級アルキレン基を選択し、同一または異なってよく；Ｒ5は、水素、メチル、カルボニロキシ-Ｎ-ベンゾトリアゾール基、カルボニロキシ-Ｎ-２-ピロリジノン基またはカルボニル-２-オキシピロミジン基からなる群より選ばれ；ａ、ｂおよびｃの和が３〜１０００の間の整数であるようにａは、１〜１０００までの整数であり、ｂおよびｃそれぞれは、０〜１０００までの整数である。）
で表されるポリアルキレンオキサイド１、２および３（図１参照）に基づく数種のカーボネートを提供する。適する低級アルキレン基は、炭素数２〜約３のものを包含する。Ｒ2、Ｒ3およびＲ4が、独立して、-ＣＨ2ＣＨ2-もしくは-ＣＨ2ＣＨ（ＣＨ3）-またはそれらの組み合わせである式（Ｉ）の化合物が好ましい。特に好ましくは、Ｒ2、Ｒ3およびＲ4は、エチレンである。好ましい観点によれば、ａ、ｂおよびｃは、ＰＥＧ部位について、約５００〜約２０，０００、特に３０００〜４０００の分子量を与えるように選択される。
好ましいポリアルキレン類似物
ある観点によれば、本発明は、図１中、１、２および３で表され、かつアミノグリカン多糖類またはタンパク質を変性および表面結合するためのポリオキシレンビス-（２-ヒドロキシピリミジル）カーボネート３、ポリオキシレンビス-（Ｎ-ヒドロキシベンゾトリアゾイル）カーボネート１、ポリオキシレンビス-（Ｎ-ヒドロキシ-２-ピロリジノニル）カーボネート２を包含する新規のカーボネートＰＥＧ類似物の合成および使用に方向づけられる。好ましい観点によれば、ＰＥＧ部分の鎖長は、約５００〜約２０，０００、特に約３０００〜約４０００の分子量に対応するように選択される。
カーボネート１、２、３、ＰＥＧクロロホルメート４およびＰＥＧカーボネートから誘導されたＮ-ヒドロキシスクシンイミド５（米国特許第５，１２２，６１４号公報、ザリプスキー（Zalipsky）参照）のアミノ基共有結合は、通常、13Ｃ濃縮カーボネートＰＥＧ類似物の合成と結び付けた13Ｃ核磁気共鳴スペクトルを用いて証明され得る。人体のリンパ液アルブミンのようなタンパク質またはＤ-グルコサミン、Ｄ-グルコサミン-６-スルフェートもしくはナトリウムヘパリンのようなアミノグルカン類をｐＨ８．５の水へ溶解した後、周囲の室温で３０分間固体カーボネートＰＥＧの添加し、次いで限外濾過（Ｄ-グルコサミンとＤ-グルコサミン-６-スルフェート用の人体リンパ液アルブミン−ＰＥＧメンブランおよび５００ｍｗ分離メンブラン）することによって、凍結乾燥後に、白色固体が得られた。反応は、エタノール中、Ｎ-トリメチルシリルアリルアミンを用いて行った（図２参照）。上記固体は、1Ｈおよび13Ｃ核磁気共鳴を用いて、ウレタン結合の信号について同定した（図３、並びに表１および４参照）。
各ＰＥＧカーボネートのｐＨ７．５〜８．５でのおよその半減期は、ＦＴ−赤外分光法を用いて決定した（表２参照）。Ｎ-移動性生成物６が、アミノ求核基の不存在下において優位であったため、ポリオキシエチレンビス-（２-ヒドロキシピリミジル）カーボネート３についての加水分解は決定できなかった。類似物２は、１または５に比べて、延長された半減期を示した。この水中での延長された半減期は、水性コーティング条件にただ耐え得るプラスチック部分をコーティングするのに有用であることを証明する。メタノールおよびエタノールのようなアルコール溶媒は、１と迅速に反応して、アルキルカーボネートを形成する。しかしながら、１の優れた安定性は、周囲の水分から未保護のジクロロメタン中で６カ月まで証明されている。カーボネート２および３並びに５は、1Ｈ ＮＭＲスペクトルでの検証により、エタノール中で優れた安定性を有している。
ヘパリンのようなアミノグリカン並びに他のタンパク質およびペプチドは、変性用の基剤であることから、フッ素製プローブ蛍光アミンを用いてヘパリンアミノ含量を決定した。主にアミノ含量について、様々な市販のおよび化学変性したヘパリンを分析した（表３参照）。評価した全てのヘパリンは、９５％13Ｃ濃縮カーボネートの合成および種々のヘパリンとの反応によって証明されるように、化学変性に必要な、十分なアミノ基であることが明らかでった。
サイズ排除ＨＰＬＣクロマトグラフィーは、多糖類の鎖へのＰＥＧの取り込み程度を決定するナトリウムヘパリンの場合に有用であった（表４および図４参照）。出発物質であるヘパリンと比較した遅延時間に基づいて、ヘパリンへのＰＥＧの取り込みは、含まれているアミノ基の数に従って小さかった。しかしながら、13Ｃ ＮＭＲに基づくＰＥＧとヘパリン水酸基の間でのカーボネート基の形成は無視できない。
アンチトロンビンIII（「ＡＴ」）の存在下での因子Ｘ活性の抑制を、ＰＥＧ-ウレタン-ヘパリンについて決定した。アンチトロンビンIIIの存在下で因子Ｘを抑制する共役物の性能は、ＰＥＧ共役によって低下する。十分な活性が残っており、ＡＴ III結合部位が全体的に崩壊していないことを示している。
テトラメチルシクロテトラヒドロシロキサンプラズマ蒸着した、Ｎ-トリメチルシリルアリルアミンプラズマグラフト化微小孔中空ファイバーを、上記のＰＥＧカーボネートで処理して蒸発させた。ファイバーを、ポリオキエチレンビス-（Ｎ-ヒドロキシベンゾトリアゾリル）カーボネート１（溶媒：ジクロロメタン、滞留時間１０分）で被覆し、ジクロロメタン洗浄した後、ナトリウムドウェックス（Dowex）カチオン交換処理済ナトリウムヘパリンのｐＨ８．５溶液で処理して（滞留時間１０分）、水洗した。ＡＴ III存在下において因子Ｘを抑制する性能は、色原体基剤S-2222を用いてファイバー表面について評価した。ＵＳＰ Ｋ２ヘパリン標準に対する表面活性は、７．８〜１４．０ミリＩＵ／ｃｍ2の範囲であった（表５）。
好ましいポリオキシアルキレン変性メンブランおよびコーティング
好ましい観点によれば、カルバメート結合によってポリオキシアルキレン鎖の一方の端（鎖のもう一方の端は、カルバメート結合によって生体活性分子と共有結合している。）と共有結合した、式：
（式中、Ｒは、炭素数１〜約５の脂肪族基であり、およびｎは、２〜約１０の整数である。）
で表されるヒドロキシシクロシロキサンモノマーのプラズマ重合から形成された基剤上にメンブランまたはコーティングを含んでなるポリオキシアルキレン変性したポリマーメンブランまたはコーティングが提供される。
通常譲渡された米国特許出願第０８／１５２，１７６号公報「ヒドロシクロシロキサン・メンブラン・プレペアード・バイ・プラズマ・ポリマリゼーション・プロセス（Hydrocyclosiloxane Membrane Prepared by Plasma Polymerization Proces）」１９９３年１１月１２日出願（この開示内容を、ここに挿入する。）には、好ましいメンブランおよびその調製法が記載されている。通常譲渡された米国特許出願公報「プラズマ・グラフティング・オブ・サーフェイシーズ・ユージング・Ｎ−プロテクテッド・アミンズ（Plasma Grafting of Surfaces Using N-protected Amines）」には、好ましいＮ-保護されたアミン類およびその使用のための、プラズマグラフトしてアミングラフト化メンブランを与える方法が記載されている。その後、このアミングラフト化メンブランを、通常、ここに記載した求電子性（electroplytic）カーボネート-ポリオキシアルキレンと反応させて、ポリオキシアルキレン変性メンブランまたはコーティングを与えることができる。結果として、これを、適した生体活性化合物と反応させて、生体活性化合物をメンブランまたはコーティングに結合するポリオキシアルキレン鎖を有したポリオキシアルキレン変性メンブランまたはコーティングを与えることができる。
特に好ましい観点によれば、生体活性分子は、ヘパリンであり、得られるメンブランまたはコーティングは、改良された抗血栓性を示している。そのようなメンブランまたはコーティングは、血管内酸素発生剤を含むバイオメディカル素子での用途に適している。
本発明を理解するのを助けるために、以下の実施例は、一連の実験の結果を記載したものを包含している。本発明に関する以下の実施例は、当然、本発明を特に限定されるものではない解されるべきであり、また当業者の範囲内である、既知のまたは後に改良されるそのような本発明の変更は、後述する請求の範囲としての本発明の範囲内であると解される。
実施例１：ポリオキシエチレンビス-（Ｎ-ヒドロキシベンゾトリアゾリル）カーボネート１の合成−ＰＥＧカーボネートの一般的な製法
窒素下において、温トルエン２Ｌ中のポリエチレングリコール（ＭＷ３３５０、１０００ｇ、０．２９９モル）のトルエン共沸溶液をカニューラによってゆっくりと１時間かけて、トルエン（０．９６５モル）中ホスゲン（注意：適切な換気法を用いること。）と炭酸ナトリウム（６３．６ｇ、０．６００モル）の５００ｍＬ溶液に０℃で移した。反応混合物を、窒素環境下において２時間撹拌した。氷浴を取り除いて、水流アスピレーターを接続し、激しく撹拌しながら真空にした。浴を温水で満たして、引き続き３０分間真空にした。濾過し易くするために溶液を無水ジクロロメタン２Ｌで希釈し、粗い目のガラス漏斗を通して素早く濾過した。粗クロロホルメートの溶液を、ウォーターバス付きロータリーエバポレーターで、４０〜４２℃において濃厚化した。
得られた半固体を、乾燥アセトニトリル２．５Ｌへ即座に溶解して、窒素環境下において、５Ｌ３つ口丸底フラスコに移した。このフラスコを、内部温度計で測定し、激しく撹拌しながら、０〜３℃に冷却した。Ｎ-ヒドロキシ化合物、Ｎ-ヒドロキシベンゾトリアゾール１水和物（１３０．４ｇ、０．９６５モル）を、乾燥アセトニトリル１００ｍＬおよびトリエチレンアミン（１３５ｍＬ、０．９６５モル）中に溶解した。この溶液を、クロロホルメートの冷却した溶液へ、内部温度が５℃を超えない程度の速度で滴下した。反応系を１５分間撹拌した後、混合物を粗い目のガラス漏斗を通して濾過してトリエチルアミン塩酸塩を除去した。反応混合物を、４０℃を超えないようにしたウォーターバスを装備したロータリーエバポレーターで濃厚化して、アセトニトリルを除去した。
その後、厚い油／懸濁液を、ジクロロメタン２Ｌおよび蒸留水２Ｌ中に溶解した。混合物を分液漏斗に流し入れて、水相を、ジクロロメタン１Ｌで３回抽出した。溜まった有機相を、２．５％ＨＣｌ水溶液、１Ｍ炭酸水素ナトリウム水溶液、および水で十分に洗浄した。有機相を無水硫酸マグネシウムで乾燥させて、粗い目のガラス漏斗を通して吸引濾過した。ジクロロメタンをロータリーエバポレーターで除去して、油として粗カーボネートを得た。この油を、それぞれに氷冷した酢酸エチルを含む４Ｌ２個の機械的に撹拌した５Ｌのアーレンメイヤーフラスコに（各フラスコに油を約半分ずつ）流し入れた。ジクロロメタン（１００ｍＬ）を用いて、酢酸エチル中に流し入れたカーボネートの入っていいたフラスコを洗い流した。フラスコを防爆型冷蔵庫に一晩入れて、カーボネートが沈殿するのを助けた。次に、吸引濾過によって固体カーボネートを回収し、氷冷した最少量の酢酸エチルで洗浄して、真空下で乾燥させた（９１６ｇ）。濾液を真空下で減量させ、酢酸エチル中で沈殿させて、第２段階のカーボネートを得た。粒状のオフホワイトの固体の収率は９４％であった。
スペクトルデータ：ＩＲ（ＴＦ、ＮａＣｌ）2942，2885，1773および1754（カーボネートのカルボニル），1494，1465，1434，1359，1344，1302，1281，1258，1241，1148，1113，1061，962，843，767，748cm-1；1Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）δ8.22（ddd，Ｊ＝１，２，および８．４Ｈｚ，１Ｈ，原子Ｈ）,8.00（ddd，Ｊ＝１，２，および８．４Ｈｚ，１Ｈ，原子Ｈ）,7.79（ddd，Ｊ＝８．４および２Ｈｚ，１Ｈ，原子Ｈ），7.56（ddd，Ｊ＝８．４および２Ｈｚ，１Ｈ，原子Ｈ），4.69（ペントレット、Ｊ＝３．３および９．６Ｈｚ，カーボネート酸素に対する４つのＰＥＧメチレンプロトンａ），4.58（ペントレット，Ｊ＝３．３および９．６Ｈｚ，カーボネート酸素に対する４つのＰＥＧメチレンプロトンａ−得られ得る構造異性体），4.28（高分子量ＰＥＧカーボネートに起因する非常に小さなpentet），3.92（ペントレット，Ｊ＝３．６および９．３Ｈｚ，カーボネート酸素に対する４つのＰＥＧメチレンプロトンｂ），3.88（ｍ，13Ｃ同位体サイドバンド），3.64（大きなシングレット，ＰＥＧ主鎖），3.40（ｍ，13Ｃ同位体サイドバンド）；13Ｃ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）d146.90（カーボネートのカルボニル）；113.03，132.44，132.37，125.98，115,35，114,90（芳香族炭素）；70.47，70.24（ＰＥＧ主鎖）；68.12，67.65。
実施例２：ポリオキシエチレンビス-（Ｎ-ヒドロキシ-２-ピロリジノニル）カーボネート２の合成法
実施例１の一般的な製法に追従し、Ｎ-ヒドロキシ化合物としてＮ-ヒドロキシベンゾトリアゾール１水和物の代わりにＮ-ヒドロキシ-２-ピロリジノンを用いて、標記の化合物を調製した。収率は９３％であった。
スペクトルデータ：ＩＲ（ＫＢｒ）2880，1790，1732，1465，1358，1278，1113，946，842cm-1；1Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）δ4.40（ペントレット，Ｊ＝２．７および９．６Ｈｚ，カーボネート酸素に対する４つのＰＥＧメチレンプロトンａ）,3.88（ｍ，13Ｃ同位体サイドバンド），3.76（ペントレット，Ｊ＝３．０および９．６Ｈｚ，カーボネート酸素に対する４つのＰＥＧメチレンプロトンｂ）,3.64（大きなシングレット，ＰＥＧ主鎖および重ね書きされた２Ｈ，ＮＣＨ 2 ＣＨ2ＣＨ2ＣＯ），3.40（ｍ，13Ｃ同位体サイドバンド），2.40（ｔ，Ｊ＝７．２および８．４Ｈｚ，２Ｈ，ＮＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＯ），2.10〜2.22（ｍ，２Ｈ，ＮＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＯ）；13Ｃ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）d170.41（ＮＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＯ）,152.76（カーボネートのカルボニル），70.14（ＰＥＧ主鎖），68.56，68.07，46.39（ＮＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＯ）,26.43（ＮＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＯ）,14.95（ＮＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＯ）。
実施例３：ポリオキシエチレンビス-（２-ヒドロキシピリミジル）カーボネート３の合成法
以下の如く、カーボネート１の合成のための実施例１に記載の一般的製法を用い、Ｎ-ヒドロキシ化合物としてＮ-ヒドロキシベンゾトリアゾール１水和物の代わりに２-ヒドロキシピリミジン塩酸塩を用いて、ＰＥＧ ３３５０ ４のクロロホルメートを合成した。
粗ＰＥＧクロロホルメートを、クロロホルム２．０Ｌに溶解し、窒素環境下に放置した。この溶液に、固体の２-ヒドロキシピリミジン塩酸塩（１７０ｇ、１．２５７モル）を添加した。トリブチルアミン（３００ｍＬ、１．２４７モル）を滴下した。反応混合物を還流させて、ＣＤＣｌ3によるプロトンＮＭＲを用いて反応完了をモニターした。モニターは、Ｎ-移動性生成物６が最少量であることを確かめるのに重要であった。プロトンＮＭＲで全てのクロロホルメートが消費された時点において、反応混合物を氷浴で冷却して、過剰の２-ヒドロキシピリミジン塩酸塩を析出させた。次に、冷却した反応混合物を、粗い目のガラス漏斗を通して、氷冷却したジエチルエーテル（各３Ｌずつ）を含む３つの５Ｌ吸引フラスコへ濾過し、カーボネート生成物の沈殿させた。濾過により、固体を回収した。この時点で、固体は、トリブリツアミンとその塩酸塩を含んでいた。上記不純物を、固体を中圧エキタイクロマトグラフィーカラムに充填することにより、固体から除去し、プロトンＮＭＲによるモニターによってトリブチルアミンとその塩酸塩の信号が全て消失するまで、氷冷却したジエチルエーテルをカラムを通してポンピングした。使用したジエチルエーテルは、単純なロータリーエバポレーターで抽出工程に再循環できる。トリブチルアミンとその塩酸塩を全て除去すると、固体を真空下で乾燥させて、淡黄色固体を得た。
スペクトルデータ：ＩＲ（ＴＦ，ＮａＣｌ）2885，1775，1735，1630，1465cm-1；1Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）δ8.54（ｄ，Ｊ＝４．８Ｈｚ，２Ｈ，ピリミジル），7.16（ｔ，Ｊ＝４．８Ｈｚ，１Ｈ，ピリミジル），4.10〜4.20（ｍ，カーボネート酸素に対する４つのＰＥＧメチレンプロトンａ），3.68（ｍ，13Ｃ同位体サイドバンド），3.57（大きなシングレット，ＰＥＧ主鎖），3.20（ｍ，13Ｃ同位体サイドバンド）；13Ｃ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）d159.8，159.6，151.29（カーボネートのカルボニル），119.28,69.93（ＰＥＧ主鎖），67.79，66.45。
ウレタンＮ-再配列生成物−ポロキシエチレンビス-（１-ピリミジル-２-オン）カルバメート６：1Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）δ9.19（ｄ，Ｊ＝８．１Ｈｚ，１Ｈ，ピリミジル），7.62（ｄ，Ｊ＝１４．１Ｈｚ，１Ｈ，ピリミジル），5.69（ｄｄ Ｊ＝８．１および１４．１Ｈｚ，１Ｈ，ピリミジル）4.10〜4.20（ｍ，カーボネート酸素に対する４つのＰＥＧメチレンプロトンα），3.68（ｍ，13Ｃ同位体サイドバンド），3.57（大きなシングレット，ＰＥＧ主鎖），3.20（ｍ，13Ｃ同位体サイドバンド）。
実施例４：ＰＥＧカーボネートの加水分解半減期（ｔ 1/2 ）の決定
ｐＨスタット（１．０Ｍ水酸化ナトリウム水溶液）を用いてｐＨ８．５とした蒸留水１００ｍＬのフラスコに、固体ＰＥＧカーボネート５．０ｇを激しく撹拌しながら加えた。試料１０ｍＬを、５、１５、３０、６０、９０、１２０、１８０および３２０分後に採取した。各試料は、ジクロロメタン２５ｍＬで即座に抽出した。有機相を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、濾過して蒸発させた。残留物を塩化ナトリウム水溶液に加えて、ＦＴＩＲを測定した。カーボネートのカルボニルに基づくピーク強度を測定し、約１４６２ｃｍ-1に位置するＰＥＧ主鎖ピークと比較した。ピーク強度の比を、時間に対してプロットした。カーボネートのピーク強度が、開始時のカーボネートに比べて５０％減少した時間を、ｐＨ８．５におけるおよその加水分解半減期と決定した。
実施例５：Ｄ-グルコサミン、ナトリウムヘパリン、および人体リンパ液のアルブミン（ＨＳＡ）とＰＥＧのカップリング
蒸留水１０ｍＬ中のＤ-グルコサミン塩酸塩２８８ｍｇ（１．３３ミリモル）の溶液を、０．１Ｍ水酸価ナトリウム水溶液を用いたｐＨスタット［メトローム（Metrohm）702型］により、ｐＨ８．５に調節した。この溶液に、固体としてＰＥＧカーボネート（０．１３３ミリモル）を加え、ｐＨスタットをｐＨ８．５に戻した。混合物を３０分間撹拌した後、生成物を、ジクロロメタンによる抽出によって、または限外濾過［アミコン（Amicon）メンブランYM1：ｍｗｃｏ ５００］および親液性化することによって単離した。生成物精製および限外濾過による単離についての収率は、より高かった。
ＰＥＧカーボネートとナトリウムヘパリンの反応は、ＰＥＧカーボネートとナトリウムヘパヘパリンの等重量を用いて、全ての可能なフリーアミノ基の完全アシル化を確かめたこと以外、同様の形態で行った。粗反応混合物を、使用したＰＥＧカーボネート１．０ｇにつき蒸留水１．５Ｌ用いて限外濾過した（アミコンYM1：ｍｗｃｏ １０，０００）。
実施例６：アミングラフト化ポリマー表面へのＰＥＧカーボネートのカップリング
本発明のＰＥＧカーボネートは、通常、以下の方法にしたがって、プラズマアミングラフト化テトラメチルヒドロシクロテトラシロキサンKDF-190ポリプロピレンファイバー（例えば、通常譲渡されると同時に出願された米国特許出願公報「プラズマ・グラフティング・メソッド・アンド・カンパウンズ（Plasma Grafting Method and Compounds）」に記載されているもの）にカップリングできる。
アミン−グラフト化被覆されたファイバーを、ディップ塗布するか、またはＰＥＧカーボネート濃度が約３〜約１０％（約４．２５％が好ましい）の所望のＰＥＧカーボネートのジクロロメタン溶液から引き取る。ディップ塗布手順では、接触時間が約１０分である。引き取り手順では、滞留時間が約１０分である。その後、ファイバーを取り出して、ジクロロメタンで洗浄する。引き取り工程（連続塗布工程）では、基準寸法の塗布装置を使用することができる。
実施例７：ＰＥＧカーボネートカップリングしたファイバーのヘパリンへのカップリング
実施例６で調製したカーボネートカップリングしたファイバーは、通常、実施例５の記載と同様の方法を用いて、ヘパリンにカップリングできる。
例えば、ＰＥＧカーボネートカップリングしたファイバーを、ヘパリン溶液のタンクの中にパスして、乾燥区分を通した後、スプールに巻き取ることができる。
実施例８：色原対基剤S-2222を用いる、ヘパリン媒介したBouvine因子Ｘの抵血栓剤III抑制の決定
被覆したファイバーのヘパリン活性の決定は、ヘレナ・ラボラトリーズ（Helena Laboratories）から市販のコアテスト（Coatest、登録商標）分析キットの改良品を用いて達成した。この改良品は、インキュベーション期間中の超音波処理と、酢酸を用いた酸停止方法論を包含していた。試料を付着したファイバー表面での再現性を高めたインキュベーション期間中の超音波処理は、溶液可溶性試料に影響を及ぼさなかった。較正標準化は、市販の米国薬局法Ｋ２標準ヘパリンと対照させた。吸収変化が、４０５ｎｍでモニターされた。溶液ヘパリンとヘパリン−ＰＥＧ試料の活性は、固体のＩＵ／ｍｇとして表した。表面ヘパリン活性は、表面積１ｃｍ2当たりｍＩＵで表した。ここに記載したＰＥＧカーボネートの一つを用いてヘパリンとカップリングしたプラズマアミングラフト化テトラメチルヒドロシクロテトラシロキサンKDF-190ポリプロピレンファイバーは、約７〜約１４ｍＩＵ／ｃｍ2の範囲の表面ヘパリン活性を有することが分かった。
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本発明は、ポリオキシアルキレン鎖を結合した基剤表面をコーティングするための組成物に関する。前記鎖は、生体活性化合物（例えば、多糖類、ポリペプチド、タンパク質および他の薬剤）を表面に共有結合させることができる。そのような生体活性化合物の一つは、上記のような表面を抗血栓性にするヘパリンである。この抗血栓性表面を含むメンブランコーティングは、特に、バイオメディカル素子と関連した用途に適している。
発明の背景
ここで引用する公報および他の文献は、その内容をここに挿入するものであって、以下の記述において番号順に引用し、また請求の範囲の直前に添付した参考文献にそれぞれ集約している。
本発明は、ポリエチレンオキサイド（ポリエチレングリコールともいう。）およびポリプロピレングリコールのようなポリオキシアルキレンのポリマー鎖の共有結合を用いた、アミノグリカン、タンパク質およびアミン被覆した表面の化学変性に関する。
バイオテクノロジーやバイオメディカル応用でのポリエチレングリコール（ＰＥＧ）の用途は、拡張し続けており、近年、再認識されている（１）。酵素の変性（２）、ＲＧＤペプチド（３）、リポゾーム（４）、およびＣＤ４−ＩｇＧグリコプロテイン（５）は、ポリエチレングリコールの用途における近年の進捗の幾つかである。毒性、薬物運力学、生体学的分布および他の生体学的機能の変更は、この単純なポリマーの用途について期待されている領域のいくつかである。ＰＥＧで処理した表面は、タンパク質析出を防止することが分かっており、生体物質と接触している血管に塗布するとトロンボジェニシティ（thrombogenicity）を高める（６）。したがって、特に微孔性中空ファイバーまたは他のプラスチック部品の「連続」コーティングに関する、様々なポリマー材料へのＰＥＧ系コーティングの適用は、医療用素子に非常に有用である。
連続コーティング応用についてのＰＥＧのような求電子性の活性化ポリオキシアルキレンは、以下の要求を満たさなければならない。
１．アミノ基塗布した表面および／またはアミノ含有バイオ分子と求電子性活性化ＰＥＧとの間の反応速度は、穏やかな条件下でも速い反応速度でなければならない。
２．理想的には、求電子性活性化ＰＥＧは、ｐＨ７．５〜８．５の水中で、見かけの加水分解半減期を有している。これは、有機溶媒への曝露に耐えるこができない、塗布するポリマー基剤に関して、特に重要である。
３．アミノ含有バイオ分子と求電子性活性化ＰＥＧとの間の共有結合の式は、化学が期待どおりに進んでいくことを示すために、核磁気共鳴法および／または赤外分光法のような顕微鏡的手段によって示されるべきである。
４．塗布工程において有機溶媒を用いなければならず、求電子性活性化ＰＥＧの安定性は、経済的理由により明白でなければならない。
５．特に生態学的分子と求電子性活性化ＰＥＧの反応は、決定的な受容体および／または活性部位がブロックされないように方向付けられた状態でなければならない。その結果として、保持された生態学的機能が、適切な分析結果によって示されるべきである。
６．求電子性活性化ＰＥＧの質または機能性は、迅速な顕微鏡的手段によって、製造過程中に、容易に決定されなければならない。
７．アミノ基がアシル化すると脱離する脱離基は、反応媒体に高い溶解性、変性した基剤への最小限の吸収を有し、かつ理想的には非毒性でなければならない。
８．求電子性活性化ＰＥＧは、保存寿命貯蔵目的のために長期間の安定性を有するべきである。
９．形成された共有結合は、コーティング条件下およびその後の「実際の使用」条件下の両者において加水分解耐性がなければならない。
共有結合するために、ＰＥＧの水酸基は、「活性化」されなければならない。このことは、シアヌリレート（７〜９）、トレシレート（１０〜１１）、Ｎ-ヒドロキシスクシンイミド（１８〜２０）、イミダゾイルホルメート（２１〜２２）、４-ジチオピリジン（２３）、イソシアナート（２４）、およびエポキシド（２５）を含む多数の反応性官能基の使用によって達成されると報告されている。上記の官能基それぞれは、脱離基毒性から、生理学的条件下で加水分解しかつ共役過程において反応速度を低下させる傾向のある共役物に及ぶ短所を有している。放射線ラベルしたウレタンＰＥＧ誘導体の安定性は、様々な生理学的条件下で証明されている（２６）。十分な反応性ＰＥＧカーボネートによって生成された加水分解耐性ウレタン結合は、共役性共有結合の加水分解を避けるのに重要な利点を与えることがある。現在まで、ＰＥＧカーボネートの用途についての文献報告は、タンパク質またはポリペプチドの変性に集中している。微孔性中空ファイバー上での共有結合ヘパリンのための連続コーティングプロセスを開発する興味に駆り立てられて、我々は、アミノグリカンＤ-グルコサミンおよび数種の市販のナトリウムヘパリン類と種々のＰＥＧカーボネートとの反応性を探求した。
発明の要旨
本発明は、式：
で表される化合物を提供する。
Ｒ2、Ｒ3およびＲ4が、独立して、-ＣＨ2ＣＨ2-もしくは-ＣＨ2ＣＨ（ＣＨ3）-またはそれらの組み合わせである式（Ｉ）の化合物が好ましい。
上記化合物は、ホモ２官能価またはヘテロ２官能価であってよく、様々な生体活性化合物を変性すること、並びに生体活性化合物をメンブランまたはポリマー表面に結合するための鎖として活性化するのに適している。
好ましい観点によれば、本発明は、多糖またはポリペプチドのような変性した生体活性化合物、あるいはウレタン結合を介して下記の構造：
で表されるポリオキシエチレンの少なくとも１分子を上記物質と共役している他の薬剤の製造法も提供する。ポリオキシアルキレン基を共有結合した上記変性した生体活性化合物は、生体内での種々の用途を有しているため、そのような物質は、腎臓クリアランスの低下した速度および／またはセルとの高まった関係、および特定の場合には、低下した免疫原性を示し得る。
さらに、別の観点によれば、本発明は、カルボニロキシ-Ｎ-ベンゾトリアゾール基、カルボニロキシ-Ｎ-２-ピロリジノン基またはカルボニル-２-オキシピリミジン基で活性化したポリオキシアルキレン（例えば、ＰＥＧ）を用いて、反応性アミノ基または他の適する求核剤を有する表面にアミノグリカン多糖類、ポリペプチドまたはタンパク質を共有結合する方法を提供する。また、ポリオキシアルキレン鎖の各端に異なる活性基を有している、上記によって生成したヘテロ２官能価ポリオキシアルキレンは、結合または鎖として有用である。この鎖の使用は、アミノグリカン多糖類、ポリペプチドまたはタンパク質を、アミノまたは適する求核基を有する他の物質に固定させることができる。
したがって、本発明は、ポリアルキレン鎖を用いた、アミノグリカン多糖類、ペプチド、もしくはタンパク質、または他の薬剤活性物質から選ばれた生体活性化合物をポリマー表面に共有結合する方法を包含し、該方法は、フリーアミノ基を有するアミノグラフト化ポリマー表面を持つ基剤が式（Ｉ）の化合物と接触して、それと共有結合した活性化したポリオキシアルキレン基を有する変性したポリマー表面を与えること；および変性したポリマー表面を生体活性化合物と接触させることから成る。
特に好ましい観点によれば、本発明は、カルバメート結合によってポリオキシアルキレン鎖の一方の端（鎖のもう一方の端は、カルバメート結合によって生体活性分子と共有結合している。）と共有結合した、式：
で表されるヒドロシクロシロキサンモノマーのプラズマ重合から形成されるメンブランを含んで成るコーティングを提供する。生体活性分子が、ヘパリンのような抗血栓性または血液凝固制御性を有する化合物、組織プラスモゲン活性剤、ストレプトキニーズ、プロスタグランジンおよび抗血小板剤、から選ばれると、抗血栓性の高まったコーティングが与えられる。別の好ましい観点によれば、生体活性化合物は、デフェロキサミンのような金属キレート化剤である。
１，３，５，７-テトラメチルヒドロシクロテトラシロキサン、１，３，５，７，９-ペンタメチルヒドロシクロペンタシロキサン、１，３，５，７，９，１１-ヘキサメチルヒドロシクロヘキサシロキサン、および１，３，５，７，９-ペンタメチルシクロペンタシロキサンと１，３，５，６，９，１１-ヘキサメチルシクロヘキサシロキサンモノマーの混合物からなる群より選ばれたヒドロシクロシロキサンモノマーのプラズマ重合から調製したコーティングが、特に好ましい。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の特定の求電子性ＰＥＧ類似物を表す。
図２は、Ｄ-グルコサミンおよびＮ-トリメチルシリルアリルアミンと本発明のＰＥＧ類似物の反応スキームを表す。
図３は、天然起源物質（挿入部）および９５％13Ｃ濃縮ＰＥＧ１−ヘプタン共役カーボンＮＭＲスペクトルを表す。
図４は、ナトリウムヘパリンと、１、２、３、４および５から生成したＰＥＧ共役物のゲル濾過高圧液体クロマトグラフを表す。
発明の詳細な説明
本発明は、式：
で表されるポリアルキレンオキサイド１、２および３（図１参照）に基づく数種のカーボネートを提供する。適する低級アルキレン基は、炭素数２〜約３のものを包含する。Ｒ2、Ｒ3およびＲ4が、独立して、-ＣＨ2ＣＨ2-もしくは-ＣＨ2ＣＨ（ＣＨ3）-またはそれらの組み合わせである式（Ｉ）の化合物が好ましい。特に好ましくは、Ｒ2、Ｒ3およびＲ4は、エチレンである。好ましい観点によれば、ａ、ｂおよびｃは、ＰＥＧ部位について、約５００〜約２０，０００、特に３０００〜４０００の分子量を与えるように選択される。
好ましいポリアルキレン類似物
ある観点によれば、本発明は、図１中、１、２および３で表され、かつアミノグリカン多糖類またはタンパク質を変性および表面結合するためのポリオキシレンビス-（２-ヒドロキシピリミジル）カーボネート３、ポリオキシレンビス-（Ｎ-ヒドロキシベンゾトリアゾイル）カーボネート１、ポリオキシレンビス-（Ｎ-ヒドロキシ-２-ピロリジノニル）カーボネート２を包含する新規のカーボネートＰＥＧ類似物の合成および使用に方向づけられる。好ましい観点によれば、ＰＥＧ部分の鎖長は、約５００〜約２０，０００、特に約３０００〜約４０００の分子量に対応するように選択される。
カーボネート１、２、３、ＰＥＧクロロホルメート４およびＰＥＧカーボネートから誘導されたＮ-ヒドロキシスクシンイミド５（米国特許第５，１２２，６１４号公報、ザリプスキー（Zalipsky）参照）のアミノ基共有結合は、通常、13Ｃ濃縮カーボネートＰＥＧ類似物の合成と結び付けた13Ｃ核磁気共鳴スペクトルを用いて証明され得る。人体のリンパ液アルブミンのようなタンパク質またはＤ-グルコサミン、Ｄ-グルコサミン-６-スルフェートもしくはナトリウムヘパリンのようなアミノグルカン類をｐＨ８．５の水へ溶解した後、周囲の室温で３０分間固体カーボネートＰＥＧの添加し、次いで限外濾過（Ｄ-グルコサミンとＤ-グルコサミン-６-スルフェート用の人体リンパ液アルブミン−ＰＥＧメンブランおよび５００ｍｗ分離メンブラン）することによって、凍結乾燥後に、白色固体が得られた。反応は、エタノール中、Ｎ-トリメチルシリルアリルアミンを用いて行った（図２参照）。上記固体は、1Ｈおよび13Ｃ核磁気共鳴を用いて、ウレタン結合の信号について同定した（図３、並びに表１および４参照）。
各ＰＥＧカーボネートのｐＨ７．５〜８．５でのおよその半減期は、ＦＴ−赤外分光法を用いて決定した（表２参照）。Ｎ-移動性生成物６が、アミノ求核基の不存在下において優位であったため、ポリオキシエチレンビス-（２-ヒドロキシピリミジル）カーボネート３についての加水分解は決定できなかった。類似物２は、１または５に比べて、延長された半減期を示した。この水中での延長された半減期は、水性コーティング条件にただ耐え得るプラスチック部分をコーティングするのに有用であることを証明する。メタノールおよびエタノールのようなアルコール溶媒は、１と迅速に反応して、アルキルカーボネートを形成する。しかしながら、１の優れた安定性は、周囲の水分から未保護のジクロロメタン中で６カ月まで証明されている。カーボネート２および３並びに５は、1Ｈ ＮＭＲスペクトルでの検証により、エタノール中で優れた安定性を有している。
ヘパリンのようなアミノグリカン並びに他のタンパク質およびペプチドは、変性用の基剤であることから、フッ素製プローブ蛍光アミンを用いてヘパリンアミノ含量を決定した。主にアミノ含量について、様々な市販のおよび化学変性したヘパリンを分析した（表３参照）。評価した全てのヘパリンは、９５％13Ｃ濃縮カーボネートの合成および種々のヘパリンとの反応によって証明されるように、化学変性に必要な、十分なアミノ基であることが明らかでった。
サイズ排除ＨＰＬＣクロマトグラフィーは、多糖類の鎖へのＰＥＧの取り込み程度を決定するナトリウムヘパリンの場合に有用であった（表４および図４参照）。出発物質であるヘパリンと比較した遅延時間に基づいて、ヘパリンへのＰＥＧの取り込みは、含まれているアミノ基の数に従って小さかった。しかしながら、13Ｃ ＮＭＲに基づくＰＥＧとヘパリン水酸基の間でのカーボネート基の形成は無視できない。
アンチトロンビンIII（「ＡＴ」）の存在下での因子Ｘ活性の抑制を、ＰＥＧ-ウレタン-ヘパリンについて決定した。アンチトロンビンIIIの存在下で因子Ｘを抑制する共役物の性能は、ＰＥＧ共役によって低下する。十分な活性が残っており、ＡＴ III結合部位が全体的に崩壊していないことを示している。
テトラメチルシクロテトラヒドロシロキサンプラズマ蒸着した、Ｎ-トリメチルシリルアリルアミンプラズマグラフト化微小孔中空ファイバーを、上記のＰＥＧカーボネートで処理して蒸発させた。ファイバーを、ポリオキエチレンビス-（Ｎ-ヒドロキシベンゾトリアゾリル）カーボネート１（溶媒：ジクロロメタン、滞留時間１０分）で被覆し、ジクロロメタン洗浄した後、ナトリウムドウェックス（Dowex）カチオン交換処理済ナトリウムヘパリンのｐＨ８．５溶液で処理して（滞留時間１０分）、水洗した。ＡＴ III存在下において因子Ｘを抑制する性能は、色原体基剤S-2222を用いてファイバー表面について評価した。ＵＳＰ Ｋ２ヘパリン標準に対する表面活性は、７．８〜１４．０ミリＩＵ／ｃｍ2の範囲であった（表５）。
好ましいポリオキシアルキレン変性メンブランおよびコーティング
好ましい観点によれば、カルバメート結合によってポリオキシアルキレン鎖の一方の端（鎖のもう一方の端は、カルバメート結合によって生体活性分子と共有結合している。）と共有結合した、式：
で表されるヒドロキシシクロシロキサンモノマーのプラズマ重合から形成された基剤上にメンブランまたはコーティングを含んでなるポリオキシアルキレン変性したポリマーメンブランまたはコーティングが提供される。
通常譲渡された米国特許出願第０８／１５２，１７６号公報「ヒドロシクロシロキサン・メンブラン・プレペアード・バイ・プラズマ・ポリマリゼーション・プロセス（Hydrocyclosiloxane Membrane Prepared by Plasma Polymerization Proces）」１９９３年１１月１２日出願（この開示内容を、ここに挿入する。）には、好ましいメンブランおよびその調製法が記載されている。通常譲渡された米国特許出願公報「プラズマ・グラフティング・オブ・サーフェイシーズ・ユージング・Ｎ−プロテクテッド・アミンズ（Plasma Grafting of Surfaces Using N-protected Amines）」には、好ましいＮ-保護されたアミン類およびその使用のための、プラズマグラフトしてアミングラフト化メンブランを与える方法が記載されている。その後、このアミングラフト化メンブランを、通常、ここに記載した求電子性（electroplytic）カーボネート-ポリオキシアルキレンと反応させて、ポリオキシアルキレン変性メンブランまたはコーティングを与えることができる。結果として、これを、適した生体活性化合物と反応させて、生体活性化合物をメンブランまたはコーティングに結合するポリオキシアルキレン鎖を有したポリオキシアルキレン変性メンブランまたはコーティングを与えることができる。
特に好ましい観点によれば、生体活性分子は、ヘパリンであり、得られるメンブランまたはコーティングは、改良された抗血栓性を示している。そのようなメンブランまたはコーティングは、血管内酸素発生剤を含むバイオメディカル素子での用途に適している。
本発明を理解するのを助けるために、以下の実施例は、一連の実験の結果を記載したものを包含している。本発明に関する以下の実施例は、当然、本発明を特に限定されるものではない解されるべきであり、また当業者の範囲内である、既知のまたは後に改良されるそのような本発明の変更は、後述する請求の範囲としての本発明の範囲内であると解される。
実施例１：ポリオキシエチレンビス-（Ｎ-ヒドロキシベンゾトリアゾリル）カーボネート１の合成−ＰＥＧカーボネートの一般的な製法
窒素下において、温トルエン２Ｌ中のポリエチレングリコール（ＭＷ３３５０、１０００ｇ、０．２９９モル）のトルエン共沸溶液をカニューラによってゆっくりと１時間かけて、トルエン（０．９６５モル）中ホスゲン（注意：適切な換気法を用いること。）と炭酸ナトリウム（６３．６ｇ、０．６００モル）の５００ｍＬ溶液に０℃で移した。反応混合物を、窒素環境下において２時間撹拌した。氷浴を取り除いて、水流アスピレーターを接続し、激しく撹拌しながら真空にした。浴を温水で満たして、引き続き３０分間真空にした。濾過し易くするために溶液を無水ジクロロメタン２Ｌで希釈し、粗い目のガラス漏斗を通して素早く濾過した。粗クロロホルメートの溶液を、ウォーターバス付きロータリーエバポレーターで、４０〜４２℃において濃厚化した。
得られた半固体を、乾燥アセトニトリル２．５Ｌへ即座に溶解して、窒素環境下において、５Ｌ３つ口丸底フラスコに移した。このフラスコを、内部温度計で測定し、激しく撹拌しながら、０〜３℃に冷却した。Ｎ-ヒドロキシ化合物、Ｎ-ヒドロキシベンゾトリアゾール１水和物（１３０．４ｇ、０．９６５モル）を、乾燥アセトニトリル１００ｍＬおよびトリエチレンアミン（１３５ｍＬ、０．９６５モル）中に溶解した。この溶液を、クロロホルメートの冷却した溶液へ、内部温度が５℃を超えない程度の速度で滴下した。反応系を１５分間撹拌した後、混合物を粗い目のガラス漏斗を通して濾過してトリエチルアミン塩酸塩を除去した。反応混合物を、４０℃を超えないようにしたウォーターバスを装備したロータリーエバポレーターで濃厚化して、アセトニトリルを除去した。
その後、厚い油／懸濁液を、ジクロロメタン２Ｌおよび蒸留水２Ｌ中に溶解した。混合物を分液漏斗に流し入れて、水相を、ジクロロメタン１Ｌで３回抽出した。溜まった有機相を、２．５％ＨＣｌ水溶液、１Ｍ炭酸水素ナトリウム水溶液、および水で十分に洗浄した。有機相を無水硫酸マグネシウムで乾燥させて、粗い目のガラス漏斗を通して吸引濾過した。ジクロロメタンをロータリーエバポレーターで除去して、油として粗カーボネートを得た。この油を、それぞれに氷冷した酢酸エチルを含む４Ｌ２個の機械的に撹拌した５Ｌのアーレンメイヤーフラスコに（各フラスコに油を約半分ずつ）流し入れた。ジクロロメタン（１００ｍＬ）を用いて、酢酸エチル中に流し入れたカーボネートの入っていいたフラスコを洗い流した。フラスコを防爆型冷蔵庫に一晩入れて、カーボネートが沈殿するのを助けた。次に、吸引濾過によって固体カーボネートを回収し、氷冷した最少量の酢酸エチルで洗浄して、真空下で乾燥させた（９１６ｇ）。濾液を真空下で減量させ、酢酸エチル中で沈殿させて、第２段階のカーボネートを得た。粒状のオフホワイトの固体の収率は９４％であった。
スペクトルデータ：ＩＲ（ＴＦ、ＮａＣｌ）2942，2885，1773および1754（カーボネートのカルボニル），1494，1465，1434，1359，1344，1302，1281，1258，1241，1148，1113，1061，962，843，767，748cm-1；1Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）δ8.22（ddd，Ｊ＝１，２，および８．４Ｈｚ，１Ｈ，原子Ｈ）,8.00（ddd，Ｊ＝１，２，および８．４Ｈｚ，１Ｈ，原子Ｈ）,7.79（ddd，Ｊ＝８．４および２Ｈｚ，１Ｈ，原子Ｈ），7.56（ddd，Ｊ＝８．４および２Ｈｚ，１Ｈ，原子Ｈ），4.69（ペントレット、Ｊ＝３．３および９．６Ｈｚ，カーボネート酸素に対する４つのＰＥＧメチレンプロトンａ），4.58（ペントレット，Ｊ＝３．３および９．６Ｈｚ，カーボネート酸素に対する４つのＰＥＧメチレンプロトンａ−得られ得る構造異性体），4.28（高分子量ＰＥＧカーボネートに起因する非常に小さなpentet），3.92（ペントレット，Ｊ＝３．６および９．３Ｈｚ，カーボネート酸素に対する４つのＰＥＧメチレンプロトンｂ），3.88（ｍ，13Ｃ同位体サイドバンド），3.64（大きなシングレット，ＰＥＧ主鎖），3.40（ｍ，13Ｃ同位体サイドバンド）；13Ｃ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）d146.90（カーボネートのカルボニル）；113.03，132.44，132.37，125.98，115,35，114,90（芳香族炭素）；70.47，70.24（ＰＥＧ主鎖）；68.12，67.65。
実施例２：ポリオキシエチレンビス-（Ｎ-ヒドロキシ-２-ピロリジノニル）カーボネート２の合成法
実施例１の一般的な製法に追従し、Ｎ-ヒドロキシ化合物としてＮ-ヒドロキシベンゾトリアゾール１水和物の代わりにＮ-ヒドロキシ-２-ピロリジノンを用いて、標記の化合物を調製した。収率は９３％であった。
スペクトルデータ：ＩＲ（ＫＢｒ）2880，1790，1732，1465，1358，1278，1113，946，842cm-1；1Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）δ4.40（ペントレット，Ｊ＝２．７および９．６Ｈｚ，カーボネート酸素に対する４つのＰＥＧメチレンプロトンａ）,3.88（ｍ，13Ｃ同位体サイドバンド），3.76（ペントレット，Ｊ＝３．０および９．６Ｈｚ，カーボネート酸素に対する４つのＰＥＧメチレンプロトンｂ）,3.64（大きなシングレット，ＰＥＧ主鎖および重ね書きされた２Ｈ，ＮＣＨ 2 ＣＨ2ＣＨ2ＣＯ），3.40（ｍ，13Ｃ同位体サイドバンド），2.40（ｔ，Ｊ＝７．２および８．４Ｈｚ，２Ｈ，ＮＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＯ），2.10〜2.22（ｍ，２Ｈ，ＮＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＯ）；13Ｃ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）d170.41（ＮＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＯ）,152.76（カーボネートのカルボニル），70.14（ＰＥＧ主鎖），68.56，68.07，46.39（ＮＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＯ）,26.43（ＮＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＯ）,14.95（ＮＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＯ）。
実施例３：ポリオキシエチレンビス-（２-ヒドロキシピリミジル）カーボネート３の合成法
以下の如く、カーボネート１の合成のための実施例１に記載の一般的製法を用い、Ｎ-ヒドロキシ化合物としてＮ-ヒドロキシベンゾトリアゾール１水和物の代わりに２-ヒドロキシピリミジン塩酸塩を用いて、ＰＥＧ ３３５０ ４のクロロホルメートを合成した。
粗ＰＥＧクロロホルメートを、クロロホルム２．０Ｌに溶解し、窒素環境下に放置した。この溶液に、固体の２-ヒドロキシピリミジン塩酸塩（１７０ｇ、１．２５７モル）を添加した。トリブチルアミン（３００ｍＬ、１．２４７モル）を滴下した。反応混合物を還流させて、ＣＤＣｌ3によるプロトンＮＭＲを用いて反応完了をモニターした。モニターは、Ｎ-移動性生成物６が最少量であることを確かめるのに重要であった。プロトンＮＭＲで全てのクロロホルメートが消費された時点において、反応混合物を氷浴で冷却して、過剰の２-ヒドロキシピリミジン塩酸塩を析出させた。次に、冷却した反応混合物を、粗い目のガラス漏斗を通して、氷冷却したジエチルエーテル（各３Ｌずつ）を含む３つの５Ｌ吸引フラスコへ濾過し、カーボネート生成物の沈殿させた。濾過により、固体を回収した。この時点で、固体は、トリブリツアミンとその塩酸塩を含んでいた。上記不純物を、固体を中圧エキタイクロマトグラフィーカラムに充填することにより、固体から除去し、プロトンＮＭＲによるモニターによってトリブチルアミンとその塩酸塩の信号が全て消失するまで、氷冷却したジエチルエーテルをカラムを通してポンピングした。使用したジエチルエーテルは、単純なロータリーエバポレーターで抽出工程に再循環できる。トリブチルアミンとその塩酸塩を全て除去すると、固体を真空下で乾燥させて、淡黄色固体を得た。
スペクトルデータ：ＩＲ（ＴＦ，ＮａＣｌ）2885，1775，1735，1630，1465cm-1；1Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）δ8.54（ｄ，Ｊ＝４．８Ｈｚ，２Ｈ，ピリミジル），7.16（ｔ，Ｊ＝４．８Ｈｚ，１Ｈ，ピリミジル），4.10〜4.20（ｍ，カーボネート酸素に対する４つのＰＥＧメチレンプロトンａ），3.68（ｍ，13Ｃ同位体サイドバンド），3.57（大きなシングレット，ＰＥＧ主鎖），3.20（ｍ，13Ｃ同位体サイドバンド）；13Ｃ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）d159.8，159.6，151.29（カーボネートのカルボニル），119.28,69.93（ＰＥＧ主鎖），67.79，66.45。
ウレタンＮ-再配列生成物−ポロキシエチレンビス-（１-ピリミジル-２-オン）カルバメート６：1Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3）δ9.19（ｄ，Ｊ＝８．１Ｈｚ，１Ｈ，ピリミジル），7.62（ｄ，Ｊ＝１４．１Ｈｚ，１Ｈ，ピリミジル），5.69（ｄｄ Ｊ＝８．１および１４．１Ｈｚ，１Ｈ，ピリミジル）4.10〜4.20（ｍ，カーボネート酸素に対する４つのＰＥＧメチレンプロトンα），3.68（ｍ，13Ｃ同位体サイドバンド），3.57（大きなシングレット，ＰＥＧ主鎖），3.20（ｍ，13Ｃ同位体サイドバンド）。
実施例４：ＰＥＧカーボネートの加水分解半減期（ｔ 1/2 ）の決定
ｐＨスタット（１．０Ｍ水酸化ナトリウム水溶液）を用いてｐＨ８．５とした蒸留水１００ｍＬのフラスコに、固体ＰＥＧカーボネート５．０ｇを激しく撹拌しながら加えた。試料１０ｍＬを、５、１５、３０、６０、９０、１２０、１８０および３２０分後に採取した。各試料は、ジクロロメタン２５ｍＬで即座に抽出した。有機相を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、濾過して蒸発させた。残留物を塩化ナトリウム水溶液に加えて、ＦＴＩＲを測定した。カーボネートのカルボニルに基づくピーク強度を測定し、約１４６２ｃｍ-1に位置するＰＥＧ主鎖ピークと比較した。ピーク強度の比を、時間に対してプロットした。カーボネートのピーク強度が、開始時のカーボネートに比べて５０％減少した時間を、ｐＨ８．５におけるおよその加水分解半減期と決定した。
実施例５：Ｄ-グルコサミン、ナトリウムヘパリン、および人体リンパ液のアルブミン（ＨＳＡ）とＰＥＧのカップリング
蒸留水１０ｍＬ中のＤ-グルコサミン塩酸塩２８８ｍｇ（１．３３ミリモル）の溶液を、０．１Ｍ水酸価ナトリウム水溶液を用いたｐＨスタット［メトローム（Metrohm）702型］により、ｐＨ８．５に調節した。この溶液に、固体としてＰＥＧカーボネート（０．１３３ミリモル）を加え、ｐＨスタットをｐＨ８．５に戻した。混合物を３０分間撹拌した後、生成物を、ジクロロメタンによる抽出によって、または限外濾過［アミコン（Amicon）メンブランYM1：ｍｗｃｏ ５００］および親液性化することによって単離した。生成物精製および限外濾過による単離についての収率は、より高かった。
ＰＥＧカーボネートとナトリウムヘパリンの反応は、ＰＥＧカーボネートとナトリウムヘパヘパリンの等重量を用いて、全ての可能なフリーアミノ基の完全アシル化を確かめたこと以外、同様の形態で行った。粗反応混合物を、使用したＰＥＧカーボネート１．０ｇにつき蒸留水１．５Ｌ用いて限外濾過した（アミコンYM1：ｍｗｃｏ １０，０００）。
実施例６：アミングラフト化ポリマー表面へのＰＥＧカーボネートのカップリング
本発明のＰＥＧカーボネートは、通常、以下の方法にしたがって、プラズマアミングラフト化テトラメチルヒドロシクロテトラシロキサンKDF-190ポリプロピレンファイバー（例えば、通常譲渡されると同時に出願された米国特許出願公報「プラズマ・グラフティング・メソッド・アンド・カンパウンズ（Plasma Grafting Method and Compounds）」に記載されているもの）にカップリングできる。
アミン−グラフト化被覆されたファイバーを、ディップ塗布するか、またはＰＥＧカーボネート濃度が約３〜約１０％（約４．２５％が好ましい）の所望のＰＥＧカーボネートのジクロロメタン溶液から引き取る。ディップ塗布手順では、接触時間が約１０分である。引き取り手順では、滞留時間が約１０分である。その後、ファイバーを取り出して、ジクロロメタンで洗浄する。引き取り工程（連続塗布工程）では、基準寸法の塗布装置を使用することができる。
実施例７：ＰＥＧカーボネートカップリングしたファイバーのヘパリンへのカップリング
実施例６で調製したカーボネートカップリングしたファイバーは、通常、実施例５の記載と同様の方法を用いて、ヘパリンにカップリングできる。
例えば、ＰＥＧカーボネートカップリングしたファイバーを、ヘパリン溶液のタンクの中にパスして、乾燥区分を通した後、スプールに巻き取ることができる。
実施例８：色原対基剤S-2222を用いる、ヘパリン媒介したBouvine因子Ｘの抵血栓剤III抑制の決定
被覆したファイバーのヘパリン活性の決定は、ヘレナ・ラボラトリーズ（Helena Laboratories）から市販のコアテスト（Coatest、登録商標）分析キットの改良品を用いて達成した。この改良品は、インキュベーション期間中の超音波処理と、酢酸を用いた酸停止方法論を包含していた。試料を付着したファイバー表面での再現性を高めたインキュベーション期間中の超音波処理は、溶液可溶性試料に影響を及ぼさなかった。較正標準化は、市販の米国薬局法Ｋ２標準ヘパリンと対照させた。吸収変化が、４０５ｎｍでモニターされた。溶液ヘパリンとヘパリン−ＰＥＧ試料の活性は、固体のＩＵ／ｍｇとして表した。表面ヘパリン活性は、表面積１ｃｍ2当たりｍＩＵで表した。ここに記載したＰＥＧカーボネートの一つを用いてヘパリンとカップリングしたプラズマアミングラフト化テトラメチルヒドロシクロテトラシロキサンKDF-190ポリプロピレンファイバーは、約７〜約１４ｍＩＵ／ｃｍ2の範囲の表面ヘパリン活性を有することが分かった。
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２０．ヴェロネーゼ，Ｆ．Ｍ．；ラーガジョリ，Ｒ．；ボック．Ｅ．；ベナッシ，Ｃ．Ａ．；シアフォン，Ｏ．著（１９８５年）、フェニルクロロホルメートによるＰＥＧの活性化およびリボヌクレアーゼと過酸化ジスムターゼの変性（Activation of PEG by phenylchliriformates and modification of ribonuclease and superixide desmutase）、アップライド・バイオケミストリー・アンド・バイオテクノロジー、１１、１４１〜１５２頁。
２１．ビューチャンプ，Ｃ．Ｏ．；ゴニアス，Ｓ．Ｌ．；メナペース，Ｄ．Ｐ．；ピッツォ，Ｓ．Ｖ．著（１９８３年）、ＭｅＰＥＧ−タンパク質付加物の合成のための新規の製法：過酸化ジスムターゼ、ラクトフェリンおよびα-２-マクログロブリンの機能性、受容体共役、およびクリアランスにおける効果（A new procedure for the synthesis of MePEG-protein adducts: Effects on function，receptor,recognition and clearance of superoxide dismutase，lactoferrin and alpha-2-macroglobulin）、アナリティカル・バイオケミストリー、１３１、２５〜３３頁。
２２．バーガー，Ｈ；ピッツォ，Ｓ．Ｖ．著（１９８８年）、官能性活性を保有するポリエチレングリコール組織プラスミノゲン活性化剤付加物の調製：異なる３種についての特徴および性質（Preparation of polyethylene glycol-tissue plasminogen activator adducts that retain functional activity）、ブラッド７１、１６４１〜１６４７頁。
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２４．バイアン，Ｙ．；ヤコブス，Ｈ．Ａ．；キム，Ｓ．Ｗ．著（１９９２年）、スペーサーを用いた固定化ヘパリンによるトロンビンおよびアンチトロンビンIIIの結合性動力学（Binding kinetics of thrombin and Antithrombin III with immobilized heparin using a spacer）、ＡＳＩＯジャーナル、Ｍ６４９-Ｍ-６５３。
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２６．ラーウッド，Ｄ．；ツォッカ，Ｆ．著（１９８４年）、ヨウ素化ポリエチレングリコール誘導体の合成、特徴、および生体内での析出：鎖長の機能性としての生体内での差（Synthesis，characterization，and in vivo disposition of iodinatable polyethylene glycol derivatives: Differences in vivo as a function of chain length）、ジャーナル・オブ・ラベルド・カンパウンズ・アンド・ラジオファーマシューティカルズ、２１、６０３頁。
Claims (5)
- アミノグリカン多糖、ペプチドおよびタンパク質から選ばれた生体活性化合物を、ポリオキシアルキレン鎖を用いてポリマー表面に共有結合する方法であって、フリーアミノ基を持つアミングラフト化ポリマー表面を有する基剤を、式：
（式中、Ｒ 1 は、Ｎ-ベンゾトリアゾール基、Ｎ-２-ピロリジノン基、または２-オキシピリミジン基から選ばれ；Ｒ 2 、Ｒ 3 およびＲ 4 は、独立して、炭素数２〜３のアルキレン基から選択され、かつ同一または異なってよく；Ｒ 5 は、水素、メチル、カルボニロキシ-Ｎ-ベンゾトリアゾール基、カルボニロキシ-Ｎ-２-ピロリジノン基およびカルボニル-２-オキシピリミジン基から選ばれ；ａは、１〜１０００の整数であり、並びにｂおよびｃはそれぞれ、０〜１０００の整数である（ただし、ａ＋ｂ＋ｃは、３〜１０００の整数である。））
で表される化合物と接触させて、活性化ポリオキシアルキレン基を共有結合させた変性ポリマー表面を与えること；および変性ポリマー表面を生体活性化合物と接触させることを含んで成る方法。 - ポリマー表面が、式：
（式中、Ｒは、炭素数１〜５の脂肪族基であり、およびｎは、２〜１０の整数である。）
で表されるヒドロシクロシロキサンモノマーのプラズマ重合から形成されるメンブランを含んで成る請求項１記載の方法。 - 前記ヒドロシクロシロキサンモノマーが、１，３，５，７-テトラメチルヒドロシクロテトラシロキサン、１，３，５，７，９-ペンタメチルヒドロシクロペンタシロキサン、１，３，５，７，９，１１-ヘキサメチルヒドロシクロヘキサシロキサン、および１，３，５，７，９-ペンタメチルシクロペンタシロキサンと１，３，５，６，９，１１-ヘキサメチルシクロヘキサシロキサンモノマーの混合物からなる群より選択される請求項２記載の方法。
- プラズマグラフト化反応条件下において、プラズマ反応室内のトリメチルシリルアリルアミンの気体との反応により、フリーアミノ基をポリマー表面にグラフト化する請求項３記載の方法。
- （ａ）第１級アミン基を有するアミングラフト化ポリマー表面を持つ物体を、式：
（式中、Ｒ 1 は、Ｎ-ベンゾトリアゾール基、Ｎ-２-ピロリジノン基、または２-オキシピリミジン基から選ばれ；Ｒ 2 、Ｒ 3 およびＲ 4 は、独立して、炭素数２〜３のアルキレン基から選択され、かつ同一または異なってよく；Ｒ 5 は、水素、メチル、カルボニロキシ-Ｎ-ベンゾトリアゾール基、カルボニロキシ-Ｎ-２-ピロリジノン基およびカルボニル-２-オキシピリミジン基から選ばれ；ａは、１〜１０００の整数であり、並びにｂおよびｃはそれぞれ、０〜１０００の整数である（ただし、ａ＋ｂ＋ｃは、３〜１０００の整数である。））
で表される化合物と接触させること；および
（ｂ）物体をヘパリン溶液に接触させること
を含んでなる抗血栓性コーティングを調製する方法。
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