WO2001005875A1 - Kationische blockcopolymere - Google Patents

Kationische blockcopolymere Download PDF

Info

Publication number
WO2001005875A1
WO2001005875A1 PCT/EP2000/006214 EP0006214W WO0105875A1 WO 2001005875 A1 WO2001005875 A1 WO 2001005875A1 EP 0006214 W EP0006214 W EP 0006214W WO 0105875 A1 WO0105875 A1 WO 0105875A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nhc
formula
aryl
pei
compound according
Prior art date
Application number
PCT/EP2000/006214
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Kissel
Holger Petersen
Dagmar Fischer
Klaus Kunath
Anke Von Harpe
Original Assignee
MedInnova Gesellschaft für medizinische Innovationen aus akademischer Forschung mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MedInnova Gesellschaft für medizinische Innovationen aus akademischer Forschung mbH filed Critical MedInnova Gesellschaft für medizinische Innovationen aus akademischer Forschung mbH
Priority to CA002379205A priority Critical patent/CA2379205C/en
Priority to JP2001511526A priority patent/JP4614198B2/ja
Priority to AU68218/00A priority patent/AU767661B2/en
Priority to DE50012055T priority patent/DE50012055D1/de
Priority to EP00956162A priority patent/EP1226204B1/de
Publication of WO2001005875A1 publication Critical patent/WO2001005875A1/de
Priority to US11/582,679 priority patent/US20070036866A1/en
Priority to US12/021,338 priority patent/US20080125543A1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G81/00—Macromolecular compounds obtained by interreacting polymers in the absence of monomers, e.g. block polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H21/00—Compounds containing two or more mononucleotide units having separate phosphate or polyphosphate groups linked by saccharide radicals of nucleoside groups, e.g. nucleic acids
    • C07H21/04—Compounds containing two or more mononucleotide units having separate phosphate or polyphosphate groups linked by saccharide radicals of nucleoside groups, e.g. nucleic acids with deoxyribosyl as saccharide radical
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/02—Polyamines
    • C08G73/0206—Polyalkylene(poly)amines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L71/00—Compositions of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L71/02—Polyalkylene oxides

Definitions

  • WO98 / 59064 discloses PEl-PEG block copolymers and their use as vehicles for the transport of nucleic acid into higher eukaryotic cells.
  • the copolymer described was constructed from branched PEI and linear PEG. Methoxy-succinimidyl-propionate was used for the PEGy eration of the PEI. PEG used
  • SV Vinogradov, TK Bronich and AV Kabanov describe the preparation of PEI-PEG and polyspermine-PEG block copolymers by using branched PEI and branched polyspermins by coupling reaction with a 1, 1 ' -Carbonyldiimidazole activated monomethoxyPEG The copolymers were used for complexation with oligonucleotides
  • V Toncheva et al (Biochimica et Biophysika Acta 1998, 138, 354-358) relates to block copolymers consisting of poly (L-lys ⁇ n) and several hydrophilic polymers, such as PEG, dextran and poly (N- (2-hydroxypropyl) methacrylamide, process for their preparation and their use as vehicles for the gene transfer of nucleic acid
  • the cationic polymer has side arms of a hydrophilic, nonionic polymer 2.
  • the reactive terminus of the hydrophilic, nonionic polymer for the coupling reaction with the cationic polymer was activated by a reagent which in the copolymer produced represents a bridge between the blocks.
  • the hydrophilic, nonionic polymer was a linear polymer in all cases.
  • A represents a hydrophilic, nonionic, linear or branched polymer with a molecular weight of 100 to 10,000,000 g / mol, preferably 1,000 to 100,000 g / mol and in particular 5,000 to 50,000 g / mol;
  • X stands for a direct bond of blocks A and B or for a bridge member with the following structures:
  • n for an integer from 1) 1 to 200, preferably, 2) 1 to 50,
  • C represents a linear or branched PEI with a molecular weight of 100 to 1,000,000 g / mol, preferably 400 to 100,000 g / mol and in particular 400 to 50,000 g / mol;
  • n ' 3 to 25,000, preferably 10 to 5,000 and in particular 10 to 1,000 and R 1 is hydrogen, an aliphatic radical such as (-C-C 6 ) alkyl (methyl, ethyl, tert-butyl and the like) or another OH protective group such as acyl (eg optionally substituted benzoxcarbonyl), optionally substituted benzyl, picolyl, or a cellular ligand, in order to effect the specific uptake of a nucleic acid-copolymer complex by binding to cell surface proteins, in particular receptors ;
  • R 1 is hydrogen, an aliphatic radical such as (-C-C 6 ) alkyl (methyl, ethyl, tert-butyl and the like) or another OH protective group such as acyl (eg optionally substituted benzoxcarbonyl), optionally substituted benzyl, picolyl, or a cellular ligand, in order to effect the specific uptake of a nu
  • aryl aromatic unit with preferably 6 to 14 carbon atoms consisting of one or more aromatic nuclei which are linked to one another in condensed or polyphenylic form, preferably with one Core, especially toluyl,
  • n 1 to 200, preferably
  • the cationic block copolymers according to the invention differ from the known block copolymers in at least one of the three following features
  • a hydrophilic, nonionic polymer has side arms of a cationic polymer
  • a or linear or branched polymers composed of carbon and oxygen which may optionally also contain cyclic, star-shaped or dendritic structures, such as, for example, residues of linear PEG, multi-arm branched PEG, star-shaped PEG, polysaccharides including cyclodextins, PVA, arborols (dendmers with terminal hydroxyl groups), but preferably understood linear and multi-arm branched and star-shaped PEGs.
  • the latter are commercially available from Aldrich, Fluka, Sigma and Shearwater, among others
  • B and C are linear or branched polyethyleneimine radicals which have the formula III
  • R 2 represents identical or different radicals and represents hydrogen or a radical of the formula IV
  • R 3 represents identical or different radicals which are (recursively) defined as R 2 ,
  • A stands for an equivalent of a suitable, preferably inorganic anion, such as OH “ , CI “ , Br “ and the like,
  • x and x ' are the same or different and are 1 or 2,
  • y and y ' are the same or different and represent integers which are chosen so that the radicals B and C have a proportionate molecular weight of 100 to 1,000,000 g / mol, preferably from 400 to 100,000 g / mol and in particular of Have 400 to 50,000 g / mol, where y 'can also be 0,
  • polyethyleneimines can be prepared in a manner known per se or are commercially available (from Ald ⁇ ch, Sigma, Fluka or directly) under the BASF brand name Lupasol® or under the name polyethyleneim or ethyleneimine polymer in various molecular weights from 400 to 2,000,000 g / mol Available from BASF) are preferred for B polyethyleneimines with a molecular weight of 400 to 2,000 g / mol and for C polyethyleneimines with a molecular weight of 400 to 800,000 g / mol, particularly preferably from 400 to 25,000 g / mol
  • the groups described under D are residues of polyethylene glycols that are protected at one terminus by a residue R such as methyl or another suitable protective group.
  • R 1 can also be a group that performs a specific or non-specific biological function, in particular a
  • Ligand for interactions with receptors for target cell-specific uptake of a block copolymer-active substance complex into higher eukaryotic cells and their cell nucleus the active substance preferably being an oligonucleotide or a gene (gene targeting) R 1 can thus also be a ligand for a specific one
  • Proteins in particular antibodies or antibody fragments such as Fab, F (ab) 2 , scFv,
  • Cyto- or lymphokines such as interleukins (IL-2 to x), interferon GM-CSF, growth factors, such as EGF, PDGF, FGF, EPO,
  • Glycoproteins such as lectins or glycosylated proteins (so) or epoproteins such as LDL, HDL or
  • Transporter proteins such as transfers or peptides such as LH-RH, calcitonin, oxytocm, insulin, somatostatm, IGF, RGD or
  • Carbohydrates like galactose, mannose, glucose, lactose or
  • Hormones such as steroids, THR or
  • Vitamins such as B 12 , folic acid
  • the invention also relates to processes for the preparation of compounds of the formula I, which are characterized in that a) Compounds of the general formula V
  • diisocyanate preferably hexamethylene diisocyanate
  • polyethyleneimines with the general formulas III and IV, or
  • the invention further relates to processes for the preparation of compounds of formula II, which are characterized in that
  • dnsocyanate preferably hexamethylenednsocya ⁇ at
  • dnsocya ⁇ at preferably hexamethylenednsocya ⁇ at
  • Protective groups which may have been introduced to protect OH groups can be split off in a manner known per se (see, for example, Bullesbach, contacts (Merck) 1/1980, p. 23 ff)
  • the process described under a) is preferably carried out by using a 4 to 20-fold excess of dnsocyanate, preferably hexamethylenednsocyanate, for each terminal hydroxyl group of polymer block A.
  • the reaction is carried out in chloroform at from room temperature to the boiling point of the solvent, but preferably at the boiling point of the solvent carried out
  • the reaction time is chosen between 2 and 24 hours, but preferably 4 hours.
  • the polymer concentration in the reaction batch is between 10 g / l and 500 g / l, preferably 100 g / l.
  • the product is removed by removing the solvent under reduced pressure and removing the excess dnsocyanate is isolated by multiple extraction with petroleum ether (boiling range 40-60 ° C.)
  • This intermediate product is reacted with a 3 to 10-fold excess of PEI macromolecules per terminal hydroxyl group of the starting compound.
  • the reaction is carried out in chloroform at temperatures of Jardinte mperature to the boiling point of the solvent, but preferably carried out at the boiling point of the solvent.
  • the reaction time is chosen between 6 and 72 hours, but preferably 12 hours.
  • Hexamethylene dnsocyanate activated nonionic hydrophilic polymer in the reaction mixture is between 10 g / l and 500 g / l, preferably between 30-200 g / l.
  • the product is precipitated by a factor of 10-30 times Excess volume of diethyl ether isolated By repeatedly falling over with the solvents ethanol and diethyl ether, the block copolymer can be cleaned of excess PEI
  • the process described under b) is carried out by introducing both the ethyleneimine and the amino-terminated hydrophilic nonionic polymer in water in a concentration of from 10 g / l to 500 g / l.
  • the molar ratio of the two components is between 1 10 and 1 10,000
  • the ethyleneimine polymerization is initiated by adding a suitable catalyst, for example hydrochloric acid, and the batch is brought to a temperature of 40-100 ° C.
  • the copolymer is produced by a chain termination reaction.
  • the block copolymer is obtained by repeated falling over with the aid of suitable solvents, for example Ethanol and diethyl ether and / or purified by pressure filtration of homopolymer PEI which may have been formed as a by-product.
  • suitable solvents for example Ethanol and diethyl ether and / or purified by pressure filtration of homopolymer PEI which may have been formed as a by-product.
  • a variation of this production process is that the amino-terminated hydrophilic nonionic polymer is only added to the hot polymerization after a certain reaction time of 30 minutes to 72 hours admits
  • the process described under c) is carried out by reacting the endstand ⁇ ge (n) hydroxy group (s) of the polymer block A with a Sulfonsaurechlo ⁇ d of the general formula VIII, but especially with Toluolsulfonsaurechlo ⁇ d (Tosylchlond)
  • This reaction is in aqueous and / or polar organic Solvent, preferably in a water / tetrahydrofuran mixture, at temperatures from -10 ° C to the boiling point of the solvent, preferably at temperatures from 0 ° C to 25 ° C, and (if necessary) in the presence of catalysts, such as, for example, t ⁇ ethylamine or sodium hydroxide
  • catalysts such as, for example, t ⁇ ethylamine or sodium hydroxide
  • This polymer serves as a macroinitiator in the ethyleneimine polymerization.
  • the product with the general formula VII is mixed with ethyleneimine in aqueous or polar organic solvents at temperatures from 0 ° C. to the boiling point of the Solvent implemented
  • the molar ratio of the two components is between 1 10 to 1 10,000 in this reaction no by-product is formed
  • the end product can be isolated by precipitating the polymer in a suitable solvent, such as, for example, diethyl ether.
  • the process described under d) is preferably carried out in such a way that a compound of the general formula IX is used in a slight excess, for example a 2 to 1-fold excess of dnsocyanate, preferably hexamethylenednsocyanate, is reacted.
  • the reaction is carried out in chloroform at temperatures from 20.degree. C. to the boiling point of the solvent, but preferably at the boiling point of the solvent.
  • the reaction time is chosen between 2 and 24 hours, but preferably 10 to 14 hours
  • Polymer concentration in the reaction mixture is between 10 g / l and 500 g / l, preferably 30 to 150 g / l.
  • the product is obtained by removing the solvent under reduced pressure and removing the excess dnsocyanate by multiple extraction with petroleum ether (boiling range 40-60 ° C.) isolates the This intermediate is reacted with PEI macromolecule in a molar ratio of 1 1 to 100 l.
  • the reaction is carried out in chloroform and, if necessary, with a dimethylformamide addition at temperatures from room temperature to the boiling point of the solvent, but preferably at 60-70 ° C.
  • the reaction time is chosen between 6 and 72 hours, but preferably 12 hours.
  • the reaction mixture is between 10 g / l and 500 g / l, preferably between 30 and 200 g / l.
  • the product is isolated by precipitating the polymer in a 10 to 30-fold volume excess of diethyl ether
  • the block copolymers have a lower toxicity than PEI homopolymers in cytotoxicity tests and remain in the blood circulation longer (see section "Biological Examples”)
  • block copolymers are more or less surface-active substances that can be used as surfactants
  • block copolymers can also be used as surfactants
  • block copolymers form complexes in aqueous systems with polynucleic acids, such as DNA and RNA including ribozymes. Because of this property, they are suitable as vehicles or vectors for gene transfer (penetration through cell membranes and translocation into the cell nucleus). They can therefore be used in transfection experiments, in gene therapy and Find diagnostics (see section "Biological examples”)
  • the polymers were characterized by means of 1 H, 13 C NMR spectroscopy and gel permeation chromatography. The following data were collected for Example No. 1. They apply to the other examples, for which similar data have been collected
  • GPC aminoethyl methacrylate gel, 1% formic acid, 0.5 ml / min, 25 ° C, calibrated against Pullulan standards
  • M n 8800
  • M w 1640000
  • M p 85000
  • PD 19.6
  • monomodal comparison with blend from PEI Aldrich, 25kDa
  • mPEG Aldr ⁇ ch, 550 Da
  • M n 69000
  • M w 1480000
  • M p 99000 and 1100
  • PD 2, 1, bimodal
  • HMDI 3.79 g of HMDI (22.54 mmol, 80 eq) are dissolved in 10 ml of chloroform in a 100 ml round-bottomed flask with magnetic stirrer, reflux condenser and attached drying tube.
  • the batch is heated to boiling for 4 hours and stirred at room temperature for a further 8 hours.
  • the solvent is removed under reduced pressure and the excess HMDI is removed with petroleum ether (40-60) extracted (3 times 50 ml)
  • a red oil is obtained in 58% yield (1.38 g)
  • GPC aminoethyl methacrylate gel, 1% formic acid, 0.5 ml / mm, 25 ° C, calibrated against Pullulan standards
  • the polymers were characterized by means of H, 13 C NMR spectroscopy and gel permeation chromatography. The following data were collected for example No. 56. They apply to the other examples, for which very similar data are collected
  • GPC aminoethyl methacrylate gel, 1% formic acid, 0.5 ml / mm, 25 ° C, calibrated against Pullulan standards
  • the polymers were characterized by 1 H, 13 C NMR spectroscopy and geipermeation chromatography. The following data were collected for Example No. 67. They apply to the other examples, for which very similar data are collected.
  • GPC aminoethyl methacrylate gel, 1% formic acid, 0.5 ml / min, 25 ° C, calibrated against Pullulan standards
  • M n 35000
  • M w 90000
  • M p 52000
  • PD 2.6
  • IPEG linear polyethylene glycol (linear) IPEG linear polyethylene glycol (linear)
  • the transfection properties of the polymers PEI (PEG) 20 (Example 1) and PEG (PEI) 8 (Example 27) were never examined on the cell 3T3.
  • 50,000 cells / well were sown in 12 well plates and incubated for 24 hours (DMEM + 2mM glutamine + 10% FCS, 37 ° C, 10% CO 2 ) Then the medium was changed.
  • 4 ⁇ g pGL3 plasmid in each 100 ⁇ l 150 mM saline solution were complexed with the corresponding amount of polymer in 100 ⁇ l 150 mM saline solution and after 10 minutes the complex was added Cells given After 4 hours, the medium was changed again, after 48 hours the evaluation was carried out.
  • the luciferase expression was determined using the Luciferase Assay Kit from Promega on a Berthold Sinus Luminometer. The protein concentration was quantified using a modified BCA assay Average of three wells _r standard deviation for the corresponding nitrogen / phosphorus quotient
  • the copolymers of Examples 1 and 27 were examined for their cytotoxicity in the cell culture model by means of an MTT assay according to the method of Mosmann (J Immunol Methods 65 55-63 (1983)). 8000 L929 mouse fibroblasts / well were in 96-wells for 24 hours incubated and treated with the polymer solutions of the different concentrations for 3, 12 and 24 h. The mitochondrial activity was determined by converting the MTT dye to formazan, which was quantified spectrophotometrically. The polymers were used as solutions in DMEM with 10% FCS in five different concentrations If necessary, the pH was adjusted to 7.4 and the samples were filtered (0.2 ⁇ m). The blends were produced by mixing the two individual components (minus the amount of spacer). For evaluation, the cellular viability [%] was used against the one used Polymer concentrations applied and the IC50 determined
  • the copolymer showed an increased restriction of cellular viability after 3, 12 and 24 h, which can be explained by the increase in molecular weight
  • example 27 has a lower cytotoxicity than example 1
  • L929 mouse fibroblasts were seeded in the same cell density as in the MTT assay in 6-well multi-dishes, incubated for 48 h and incubated with the polymer solutions (in PBS pH 7.4) for 1, 2, 3 and 6 h.
  • the extracellular LDH The fraction was quantified using a standard kit (Sigma, DG-1340-K) by photometric determination of the reduction in NAD in the presence of lactate and LDH. To determine the 100% value, cells were lysed with 0.1% T ⁇ to ⁇ -X 100
  • the LDH assay confirms the results of the MTT test.
  • the correlation of the two assays shows that membrane damage begins first and the reduction in metabolic activity takes place with a time delay.
  • the membrane-damaging effect of the polymers increases IV DNA binding of the copolymers determined by means of agarose gel electrophoresis
  • the binding capacity of the copolymers of Examples 1 and 27 was determined electrophoretically using 1% agarose gels at 80 V.
  • the plasmids (CMV-nlacZ) are localized by UV excitation at 254 nm after ethidium bromide staining
  • the polymer of Example 1 is able to bind plasmid completely from a nitrogen-PEI / phosphate-DNA ratio (N / P ratio) of 1.7.
  • N / P ratio nitrogen-PEI / phosphate-DNA ratio
  • Erythrocytes were isolated from the citrate blood of Wistar rats according to the ⁇ er method of Parnham and Wetzig (Chem Phys Lipids, 1993, 64 263-274), sown in 24 wells and incubated with the test solutions at 37 ° C. for 2 h Aggregation and adhesion of the erythrocytes under the influence of the polymer examined Untreated erythrocytes served as controls
  • Free copolymer Example 1 showed a reduced aggregation and adhesion of the red blood cells to the cell culture dishes at concentrations of 0.27-18 ⁇ g / well compared to the blend and to PEI 25 kDa. At low concentrations (0 27-0.7 ⁇ g / well), no significant differences were observed, a clearer one became with increasing concentration Detect difference between copolymer and blend or PEI 25 kDa The aggregation effect increases with increasing N / P ratio
  • Erythrocytes were isolated from the citrated blood of Wistar rats according to the method of Parnham and Wetzig (Chem Phys Lipids, 1993, 64 263-274), mixed with the polymer solutions and incubated for 1 h at 37 ° C. The erythrocytes are pelleted by centrifugation ( 10 min, 25 ° C, 700 g) and measure the hamolysate photometrically from the supernatant at 540 nm
  • Urine was collected via a bladder catheter over 120 minutes. After 120 minutes, the mice were decapitated and the organs cortex, kidney, liver, heart, lungs, spleen and adipose tissue were removed. The amount of polymer in the samples was determined by measuring the radioactivity with a 1277 Gammamaster Automatic Gamma Count he (LKB Wallac) determines
  • V c Volume of distribution
  • k ei constant for elimination
  • copolymers have a higher AUC and a smaller distribution volume than the 25 kDa PEI PEI (PEG) 20 (example 1) has a greater effect than PEG (PEI) 8 (example 27)
  • the calculated AUC was proportional to the dose for PEI 25 kDa and Example 1, the slope of the straight line AUC / dose was greater for Example 1 copolymer
  • the main organs of the distribution after 120 minutes were the liver, kidney and spleen.
  • the copolymers show a reduced uptake in liver and spleen and a higher uptake in the kidney compared to PEI 25 kDa

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
  • Other Resins Obtained By Reactions Not Involving Carbon-To-Carbon Unsaturated Bonds (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft kationische Blockcopolymere der Formel A(-X-B)n oder C(-Y-D)m, in welchen A für ein hydrophiles Polymer, B für Polyethylenimin (PEI), X für eine Brücke, n für 1 - 200, C für PEI, D für den Rest eines Polyethylenglykols, Y für eine Brücke und m für 1 - 200 stehen, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung u.a. als Tensid und zur Komplexierung von Nukleinsäuren.

Description

Kationische Blockcopolymere
Beschreibung
Aus der WO98/59064 sind PEl-PEG-Blockcopolymere und deren Verwendung als Vehikel für den Transport von Nukleinsaure in höhere eukaryotische Zellen bekannt Das beschriebene Copolymer wurde aus verzweigten PEI und linearen PEG aufgebaut Für die PEGy erung des PEI wurde Methoxy-succinimidyl-propionat-PEG verwendet
S V Vinogradov, T K Bronich und A V Kabanov (Bioconjugate Chem 1998, 9, 805-812) beschreiben die Darstellung von PEI-PEG- und Polyspermin-PEG- Blockcopolymere durch Verwendung von verzweigtem PEI und verzweigtem Polyspermine durch Kopplungsreaktion mit einem mit 1 ,1 '-Carbonyldiimidazol aktivierten MonomethoxyPEG Die Copolymere wurden für die Komplexierung mit Oligonukleotiden verwendet
In L M. Bronstein, M Antonietti, et al (Inorganica Chimica Acta 1998, 280, 348-354) werden PEl-PEG-Blockcopolymere und deren Herstellung durch Kopplung von verzweigtem PEI mit MonomethoxyPEG, das über eine endstandige
Saurechloπdfunktion verfugt, und deren Verwendung zur Darstellung von Metallkolloiden beschrieben
V Toncheva et al (Biochimica et Biophysika Acta 1998, 138, 354 - 358) betrifft Blockcopolymere, bestehend aus Poly(L-lysιn) und mehreren hydrophilen Polymeren, wie PEG, Dextran und Poly(N-(2-hydroxypropyl)methacrylamιd, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung als Vehikel für den Gentransfer von Nukleinsaure
Diese bekannten Blockcopolymere haben folgende drei Punkte gemeinsam
1 Das kationische Polymer ist mit Seitenarmen eines hydrophilen, nichtionischen Polymers versehen 2. In allen Fällen wurde dazu der reaktive Terminus des hydrophilen, nichtionischen Polymers für die Kopplungsreaktion mit dem kationischen Polymer durch ein Reagenz aktiviert, das im erzeugtem Copolymer ein Brückenglied zwischen den Blöcken darstellt.
3. Das hydrophile, nichtionische Polymer war in allen Fällen ein lineares Polymer.
Es wurden neue kationische Blockcopolymere der allgemeinen Formel I und II
(I) A(-X-B)„
(II) C(-Y-D)m
gefunden, worin
A für ein hydrophiles, nichtionisches, lineares oder verzweigtes Polymer mit einem Molekulargewicht von 100 bis 10.000.000 g/mol, vorzugsweise von 1.000 bis 100.000 g/mol und insbesondere von 5.000 bis 50.000 g/mol steht;
B für ein lineares oder verzweigtes Polyethylenimin (PEI) mit einem
Molekulargewicht von 100 bis 1.000.000 g/mol, vorzugsweise von 400 bis 100.000 g/mol und insbesondere von 400 bis 50.000 g/mol steht;
X für eine direkte Bindung der Blöcke A und B oder für ein Brückeπglied mit folgenden Strukturen steht:
-OC(O)NH(CH2)0NHC(O)NH- mit o = 1 bis 20, vorzugsweise 2 bis 10, insbesondere 4 bis 6,
-OC(O)NH(Aryl)NHC(O)NH- mit Aryl = aromatische Einheit mit vorzugsweise 6 - 14 C-Atomen bestehend aus einem oder mehreren aromatischen Kernen, die in kondensierter oder in polyphenylischer Form miteinander verbunden sind, vorzugsweise mit einem Kern, insbesondere Toluyl-, -O(CH2)pC(O)NH- mit p = 1 bis 10, vorzugsweise 1 bis 3, insbesondere 1 ,
-OCH2CH(OH)CH2NH-,
-OC(O)NH-, oder
-O(CH2)qNH- mit q = 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 6, insbesondere 1 bis 3;
n für eine ganze Zahl von 1 ) 1 bis 200, vorzugsweise, 2) 1 bis 50,
3) 1 bis 12,
4) 1 bis 8 oder, besonders bevorzugt,
5) 2 bis 8 steht;
C für ein lineares oder verzweigtes PEI mit einem Molekulargewicht von 100 bis 1.000.000 g/mol, vorzugsweise von 400 bis 100.000 g/mol und insbesondere von 400 bis 50.000 g/mol steht;
D für einen Rest eines über O gebundenen Polyethylenglykols der Formel
-(CH2CH2O)n-R1
steht, worin n' = 3 bis 25.000, vorzugsweise 10 bis 5.000 und insbesondere 10 bis 1.000 ist und R1 für Wasserstoff, einen aliphatischen Rest wie (Cι-C6)-Alkyl (Methyl, Ethyl, tert.-Butyl und dergleichen) oder eine andere OH-Schutzgruppe wie Acyl (z.B. ggf. substituiertes Beπzoxycarbonyl), ggf. substituiertes Benzyl, Picolyl, oder einen zellulären Liganden, um die spezifische Aufnahme eines Nukieinsäure-Copolymer-Komplexes durch Bindung an Zelloberflächenproteine, insbesondere Rezeptoren, zu bewirken, steht;
Y für eine direkte Bindung der Blöcke C und D oder für ein Brückenglied mit folgenden Strukturen steht: -NHC(O)NH(CH2)sNHC(O)O- mit s = 1 bis 20, vorzugsweise 2 bis 10, insbesondere
-NHC(O)NH(Aryl)NHC(O)O- mit Aryl = aromatische Einheit mit vorzugsweise 6 bis 14 C-Atomen bestehend aus einem oder mehreren aromatischen Kernen, die in kondensierter oder in polyphenylischer Form miteinander verbunden sind, vorzugsweise mit einem Kern, insbesondere Toluyl-,
-NH(CH2)tC(0)0- mit t = 2 bis 10, vorzugsweise 2 bis 3, insbesondere 2,
-NHCH2CH(OH)CH2O-, oder
-NH(CH2)uO- mit u = 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 6, insbesondere 1 bis 3,
und
m für eine ganze Zahl von 1 ) 1 bis 200, vorzugsweise
2) 1 bis 100, insbesondere
3) 1 bis 50 steht
Die erfmdungsgemaßen kationischen Blockcopolymeren unterscheiden sich von den bekannten Blockcopolymeren in mindestens einem der drei folgenden Merkmalen
1 Ein hydrophiles, nichtionisches Polymer ist mit Seitenarmen eines kationischen Polymers versehen
2 Die Bruckeng eder unterscheiden sich von jenen bekannter Blockcopolymere
3 Sie weisen ein verzweigtes hydrophiles, nichtionisches Polymer auf
Unter A werden vorzugsweise aus Kohlenstoff und Sauerstoff aufgebaute lineare oder verzweigte Polymere, die gegebenenfalls auch cyclische, sternförmige oder dendritische Strukturen enthalten können, wie beispielsweise Reste von linearem PEG, mehrarmig verzweigten PEG, sternförmige PEG, Polysacchaπde einschließlich Cyclodextπne, PVA, Arborole (Dendπmere mit endstandigen Hydroxygruppen), vorzugsweise aber lineare und mehrarmig verzweigte und sternförmige PEGs verstanden. Letztere sind kommerziell u. a. von Aldrich, Fluka, Sigma und Shearwater erhältlich
Unter B und C werden lineare oder verzweigte Polyethylenimin-Reste verstanden, welche die Formel III
(III) -[CH2CH2N ((22++)J(/RD2 )xJy-H [AI,
aufweisen, iinn wweellcchheenn R2 für gleiche oder verschiedene Reste steht und Wasserstoff oder einen Rest der Formel IV bedeutet,
(IV) -[CH2CH2N(2 +)(R3 H-H [AI,
R3 für gleiche oder verschiedene Reste steht, die (rekursiv) wie R2 definiert sind,
A" für ein Äquivalent eines geeigneten, vorzugsweise anorganischen Anions stehen, wie OH", CI", Br" und dergleichen,
x und x' gleich oder verschieden sind und 1 oder 2 bedeuten,
y und y' gleich oder verschieden sind und für ganze Zahlen stehen, die so gewählt werden, daß die Reste B bzw. C ein anteiliges Molekulargewicht von 100 bis 1.000.000 g/mol, vorzugsweise von 400 bis 100.000 g/mol und insbesondere von 400 bis 50.000 g/mol aufweisen, wobei y' auch 0 sein kann,
z und z' gleich oder verschieden, z = x-1 und z' = x'-1 sind,
und
w und w' gleiche oder verschiedene ganze Zahlen sind, die so gewählt werden, daß die positiven Ladungen in den Resten der Formeln III und IV ausgeglichen werden Die Polyethylenimine können in an sich bekannter Weise hergestellt werden oder sind unter den BASF-Markennamen Lupasol® oder unter der Bezeichnung Polyethylenimm oder Ethylenimin Polymer in verschiedenen Molekulargewichten von 400 bis 2 000 000 g/mol im Handel (von Aldπch, Sigma, Fluka oder direkt von der BASF) erhältlich Bevorzugt sind für B Polyethylenimine mit einem Molekulargewicht von 400 bis 2 000 g/mol und für C Polyethylenimine mit einem Molekulargewicht von 400 bis 800 000 g/mol, besonders bevorzugt von 400 bis 25 000 g/mol
Die unter D beschriebenen Gruppen sind Reste von Polyethylenglykolen, die an einem Terminus durch einen Rest R wie beispielsweise Methyl oder eine andere geeignete Schutzgruppe geschützt sind R1 kann aber auch eine Gruppe sein, die eine spezifische oder unspezifische biologische Funktion ausübt, insbesondere ein
Ligand für Wechselwirkungen mit Rezeptoren zur zielzell-spezifischen Aufnahme eines Blockcopolymer-Wirkstoff-Komplexes in höhere eukaryotische Zellen und deren Zellkern, wobei der Wirkstoff vorzugsweise ein Oligonukleotid oder ein Gen darstellt (Gentargeting) R1 kann somit auch ein Ligand für eine spezifische
Wechselwirkung und Aufnahme in Zielorgan-gewebe oder -zellen, beispielsweise
Proteine, insbesondere Antikörper oder Antikorperfragmente wie Fab, F(ab)2, scFv,
Cyto- oder Lymphokine, wie Interleukine (IL-2 bis x), Interferon GM-CSF, Wachstumsfaktoren, wie EGF, PDGF, FGF, EPO,
Integπne wie lCAM, VCAM oder
Glykoproteine wie Lektine oder glykosilierte Proteine (s o ) oder üpoproteine wie LDL, HDL oder
Transporterproteine wie Transfernn oder Peptide wie LH-RH, Calcitonin, Oxytocm, Insulin, Somatostatm, IGF, RGD oder
Kohlenhydrate wie Galactose, Mannose, Glucose, Lactose oder
Hormone wie Steroide, THR oder
Vitamine wie B12, Folsaure
Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel I, die dadurch gekennzeichnet sind , daß man a) Verbindungen der allgemeinen Formel V
(V) A-(OH)n mit A und n = wie in Formel I
mit Diisocyanat, vorzugsweise Hexamethylendiisocyanat, umsetzt und die daraus entstehende Verbindung mit Polyethyleniminen mit den allgemeinen Formeln III und IV umsetzt, oder
b) Verbindungen der allgemeinen Formel VI
(VI) A-(NH2)n (mit A und n = wie in Formel I definiert)
bei der Polymerisation von Ethylenimin dem Reaktionsansatz von Beginn der Polyreaktion an oder erst spater im Verlauf der Polyreaktion zufugt, oder
c) Verbindungen der allgemeinen Formel VII
(VII) A-(OS(O)2R4)n mit A wie in Formel I und R4 = aliphatischer oder aromatischer Rest, bevorzugt p-Toluyl, Fiuoπd, Tπfluormethyl oder Methyl,
als Makroinitiator für die Polymerisation von Ethylenimin einsetzt
Verbindungen der Formel VI sind in verschiedenen Molekulargewichten kommerziell beispielsweise von Shearwater erhältlich
Verbindungen der allgemeinen Formel VII werden durch die Umsetzung von Verbindungen der allgemeinen Formel V mit Verbindungen der allgemeinen Formel VIII
(VIII) CI-S(O)2 R (R wie oben definiert)
erhalten Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel II, die dadurch gekennzeichnet sind, daß man
d) Verbindungen der allgemeinen Formel IX
(IX) D-OH (mit D wie in Formel II definiert)
zunächst mit Dnsocyanat, vorzugsweise Hexamethylendnsocyaπat, und anschließend die erhaltene Verbindung mit linearem oder verzweigtem Polyethylenimin umsetzt Gegebenfalls zum Schutz von OH-Gruppen eingeführte Schutzgruppen können in an sich bekannter Weise abgespalten werden (s z B Bullesbach, Kontakte (Merck) 1/1980, S 23 ff )
Das unter a) beschriebene Verfahren fuhrt man vorzugsweise so durch, daß man je endstandige Hydroxygruppe des Polymerblocks A einen 4 bis 20fachen Überschuß an Dnsocyanat, vorzugsweise Hexamethylendnsocyanat, einsetzt Die Reaktion wird in Chloroform bei Temperaturen von Raumtemperatur bis Siedetemperatur des Losungsmittels, vorzugsweise aber bei Siedetemperatur des Losungsmittels durchgeführt Die Reaktionsdauer wird zwischen 2 und 24 Stunden gewählt, vorzugsweise jedoch 4 Stunden Die Polymerkonzentration im Reaktionsaπsatzes liegt zwischen 10 g/l und 500 g/l, vorzugsweise 100 g/l Das Produkt wird durch Entfernen des Losungsmittels bei vermindertem Druck und Entfernen des überschüssigen Dnsocyanates durch mehrfache Extraktion mit Petrolether (Siedebereich 40-60°C) isoliert Dieses Zwischenprodukt wird je endgtandiger Hydroxygruppe der Ausgangsverbindung mit einem 3 bis lOfachen Überschuß an PEI-Makromolekule umgesetzt Die Reaktion wird in Chloroform bei Temperaturen von Raumtemperatur bis Siedetemperatur des Losungsmittels, vorzugsweise aber bei Siedetemperatur des Losungsmittels durchgeführt Die Reaktionsdauer wird zwischen 6 und 72 Stunden gewählt, vorzugsweise jedoch 12 Stunden Die Polymerkonzentrationen, sowohl die des PEI als auch die des mit
Hexamethylendnsocyanat aktivierten nichtionische hydrophile Polymer im Reaktionsansatzes liegen zwischen 10 g/l und 500 g/l, vorzugsweise zwischen 30 - 200 g/l Das Produkt wird durch Ausfallen des Polymers in einem 10 - 30fachen Volumenuberschuß an Diethylether isoliert Durch mehrmaliges Umfallen mit den Losungsmittel Ethanol und Diethylether laßt sich das Blockcopolymer von überschüssigem PEI reinigen
Das unter b) beschriebene Verfahren fuhrt man durch, indem sowohl das Ethylenimin als auch das aminoterminierte hydrophile nichtionische Polymer in Wasser in einer Konzentration von jeweils 10 g/l bis 500 g/l vorgelegt werden Das Molverhaltms der beiden Komponenten liegt zwischen 1 10 bis 1 10 000 Dann wird die Ethylenimin- Polymeπsation durch Zugabe eines geeigneten Katalysator, beispielsweise Salzsaure, initiiert und der Ansatz auf eine Temperatur von 40 - 100°C gebracht Das Copolymer wird durch eine Kettenabbruchreaktion erzeugt Das Blockcopolymer wird durch mehrmaliges Umfallen mit Hilfe geeigneter Losungsmittel, beispielsweise Ethanol und Diethylether und/oder durch Druckfiltration von möglicherweise als Nebenprodukt entstandenes Homopolymer PEI gereinigt Eine Variation dieses Herstellungsverfahrens besteht dann, daß man das aminoterminierte hydrophile nichtionische Polymer erst nach einer gewissen Reaktionsdauer von 30 Minuten bis zu 72 Stunden zu dem heißen Polymerisationsansatz zugibt
Das unter c) beschriebene Verfahren fuhrt man durch, indem man die endstandιge(n) Hydroxygruppe(n) des Polymerblocks A mit einem Sulfonsaurechloπd der allgemeinen Formel VIII, insbesondere jedoch mit Toluolsulfonsaurechloπd (Tosylchlond) umsetzt Diese Reaktion wird in wäßrigen und/oder polaren organischen Losungsmittel, vorzugsweise in einem Wasser/Tetrahydrofuran- Gemisch, bei Temperaturen von -10°C bis Siedetemperatur des Lösungsmittel, bevorzugt bei Temperaturen von 0°C bis 25°C, und (falls notig) in Gegenwart von Katalysatoren, wie beispielsweise Tπethylamin oder Natriumhydroxid durchgeführt Durch Entfernen des Losungsmittels bei vermindertem Druck wird das Produkt isoliert Dieses Polymer dient im folgenden als Makroinitiator bei der Ethylenimin- Polymeπsation Dazu wird das Produkt mit der allgemeinen Formel VII mit Ethylenimin in wäßrigen oder polaren organischen Losungsmittel bei Temperaturen von 0°C bis Siedetemperatur des Lösungsmittel umgesetzt Das Molverhaltms der beiden Komponenten liegt zwischen 1 10 bis 1 10 000 Bei dieser Reaktion entsteht kein Nebenprodukt Das Endprodukt laßt sich durch Fallen des Polymers in einem geeignetem Losungsmittel, wie beispielsweise Diethylether isolieren Das unter d) beschriebene Verfahren fuhrt man vorzugsweise so durch, daß man eine Verbindung mit der allgemeinen Formel IX mit einem geringen Überschuß, beispielsweise einen 2 bis l Ofachen Überschuß an Dnsocyanat, vorzugsweise Hexamethylendnsocyanat, umsetzt Die Reaktion wird in Chloroform bei Temperaturen von 20°C bis Siedetemperatur des Losungsmittels, vorzugsweise aber bei Siedetemperatur des Losungsmittels durchgeführt Die Reaktionsdauer wird zwischen 2 und 24 Stunden gewählt, vorzugsweise jedoch 10 bis 14 Stunden Die Polymerkonzentration im Reaktionsansatzes liegt zwischen 10 g/l und 500 g/l, vorzugsweise 30 bis 150 g/l Das Produkt wird durch Entfernen des Losungsmittels bei vermindertem Druck und Entfernen des überschüssigen Dnsocyanates durch mehrfache Extraktion mit Petrolether (Siedebereich 40-60°C) isoliert Dieses Zwischenprodukt wird mit PEI-Makromolekul in einem Molverhaltms von 1 1 bis 100 l umgesetzt Die Reaktion wird in Chloroform und falls notig mit einem Dimethylformamid-Zusatz bei Temperaturen von Raumtemperatur bis Siedetemperatur des Losungsmittels, vorzugsweise aber bei 60 -70°C durchgeführt Die Reaktionsdauer wird zwischen 6 und 72 Stunden gewählt, vorzugsweise jedoch 12 Stunden Die Polymerkonzentrationen, sowohl die des PEI als auch die des mit Hexamethylendnsocyanat aktivierten nichtionischen hydrophilen Polymers im
Reaktionsansatzes hegen zwischen 10 g/l und 500 g/l, vorzugsweise zwischen 30 - 200 g/l Das Produkt wird durch Ausfallen des Polymers in einem 10 - 30fachen Volumenuberschuß an Diethylether isoliert
Im Vergleich zu PEI weisen die neuen Verbindungen folgende Eigenschaften auf
Die Blockcopolymere weisen in Cytotoxizitatstests eine geringere Toxizitat auf als PEI-Homopolymere und bleiben langer in Blutzirkulation (siehe Abschnitt „Biologische Beispiele")
Die Blockcopolymere sind je nach Struktur mehr oder weniger oberflächenaktive Substanzen, die als Tenside Verwendung finden können Darüber hinaus können die Blockcopolymere auch
• in Klebstoff- und Lacksystemen als Additiv
• als Fixiermittel zur Verbesserung der Papierfestigkeit
• als Pπmer für Polymerverbundsysteme wie z B mehrlagige Verpackungsfolien • zur Kunstoffmodifizierung (Verbesserung der Anfarbbarkeit, Lackierbarkeit,
Barrierewirkung)
• zur Fixierung von Reaktivfarbstoffen auf Baumwolle
• als Flockungs- und Dispergiermittel bei feinverteilten Schwebstoffen in industriellen Abwassern • zur Bindung von Schwermetallsalzen
• zur Dispergierung organischer und anorganischer Pigmente
• als Zusatz in keramischen und zementosen Bestanteilen
• für verschiedenste Funktionen in der Haut- und Haarkosmetik sowie im Dentalbereich • zur Fixierung von medizinischen Wirkstoffen oder biologisch aktiven Verbindungen auf Oberflachen
• zur Filtration von Endotoxinen und Pathogenen aus Blutplasma
• zur Penetration durch Schleimhäute verwendet werden
Zudem bilden die Blockcopolymere in wäßrigen Systemen Komplexe mit Polynukleinsauren, wie DNA und RNA einschließlich Ribozymen Aufgrund dieser Eigenschaft sind sie geeignet als Vehikel oder Vektoren für den Gentransfer (Penetration durch Zellmembranen und Translokation in den Zellkern) Sie können daher in Transfektionsexpenmenten, in der Gentherapie und Diagnostik Anwendung finden (siehe Abschnitt „Biologische Beispiele")
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, ohne daß diese darauf beschrankt wäre Chemische Beispiele
Beispiel 1
Darstellung eines PEI(PEG)n-Blockcopolymers
Aktivierung von mPEG-550
In einem 100 ml Rundkolben mit Magnetruhrstab, Ruckflußkuhler und aufgesetztem Trockenrohr werden 10 ml Chloroform vorgelegt und mit 7 ml
Hexamethylendnsocyanat (HMDI) (43,64 mmol, 8 eq ) versetzt 3 g Polyethylenoxidmonomethylether (mPEG, Mn = 550 g/mol) ( 5,45 mmol, 1 eq ) werden in 40 ml Chloroform gelost Diese Losung wird nun langsam unter Ruhren zu der HMDI-Losung getropft Der Ansatz wird unter Ruckfluß für 12 Stunden erhitzt Anschließend wird das Losungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und das überschüssige HMDI mit Petrolether (40-60) (5 mal 50 ml) extrahiert In nahezu quantitativer Ausbeute (3,8 g, 97%) wird das Produkt als farbloses dünnflüssiges Ol erhalten
Darstellung eines PEI-graft-PEG Blockcopolymers
In einem 100 ml Rundkolben mit Magnetruhrstab, Ruckflußkuhler und aufgesetztem Trockenrohr werden 1 ,74 g bPEI (Mw = 25 kDa, Mn = 10 kDa, 0, 1736 mmol, 1 eq ) eingewogen und mit 40 ml Dimethylformamid (DMF) in Losung gebracht 2,5 g des mit HMDI aktivierten mPEGs (Mn =720 Da, 3,47 mmol) werden in 10 ml Chloroform gelost und diese Losung wird unter Ruhren langsam zur PEI-Losung getropft Der Ansatz wird für 12 Stunden auf 60 - 70 °C erhitzt Anschließend wird der Ansatz in 500 ml Diethylether getropft Nach zwei Stunden hat sich ein zähflüssiges gelbliches OI abgesetzt Der trübe Überstand wird verworfen und das Ol in 30 ml Ethanol gelost Die Losung wird wiederum in 500 ml Diethylether getropft und das erneut ausgefallene Ol durch Dekantieren isoliert Das Produkt wird zum Filtrieren in Ethanol gelost und im Vakuumtrockenofen bei 50°C von Losungsmittel befreit Es werden 2,8 g eines gelblichen zähflüssigen bis harzartigen Ois erhalten (Ausbeute 45%)
Die Charakterisierung der Polymere erfolgte mittels 1H-, 13C-NMR-Spektrokopιe und Gelpermeationschromatographie Die nachfolgenden Daten wurden für das Beispiel Nr 1 erhoben Sie gelten exemplarisch für die anderen Beispiele, für die ähnliche Daten erhoben worden sind
1H-NMR (500 MHz, CDCl3) δ/ppm = 1 ,17 (lsocyanat-CH2), 1 ,26 (lsocyanat-CH2), 2,30 - 2,72 (Ethylenιmιn-CH2), 2,96 (lsocyanat-CH2), 3,15 (lsocyanat-CH2), 3,49 Ethylenglykol-CH2)
13C-NMR (125 MHz, CDCI3) δ/ppm = 14,3 (lsocyanat-CH2), 26,2 (lsocyanat-CH2), 29,6 (Isocyanat-CH2), 36,2 (lsocyanat-CH2), 37,5 (Ethylenιmιn-CH2), 39,1 (Ethylenιmιn-CH2), 41 ,1 (lsocyanat-CH2), 47,2 (Ethylenιmιn-CH2), 48,9 (Ethylenimin- CH2), 52,8 (Ethylenιmιn-CH2), 54,1 (Ethylenιmιn-CH2), 58,7 (lsocyanat-CH2), 69,3 und 70,2 und 71 ,6 (Ethyienglykol-CH2), 156,2 (-NHC(O)O-), 161 ,7 (-NHC(O)NH-)
GPC (Aminoethylmethacrylatgel, 1 % Ameisensaure, 0,5 ml/min, 25°C, geeicht gegen Pullulan-Standards) Mn = 8800, Mw = 1640000, Mp = 85000, PD = 19,6, monomodal Vergleich mit Blend aus PEI (Aldrich, 25kDa) und mPEG (Aldrιch,550 Da) Mn = 69000, Mw = 1480000, Mp = 99000 und 1100, PD = 2, 1 , bimodal
Untersuchungen zur Grenzflachenaktivitat des Polymers von Beispiel Nr 1 wurden mit einen Tensiometer nach der Methode von Lecomte du Nouy (Ringmethode) bei
22°C durchgeführt Es wurde die Grenzflächenspannung der Losung gegen Luft gemessen Die Eichung des Gerätes wurde mit Reinstwasser vorgenommen, das auch als Losungsmittel für die Polymer-Probe eingesetzt wurde
Meßdaten σmιn = 51 mN/m, CMC = 15 mg/ml
In gleicher Weise können hergestellt werden (alle Ausgangsverbindungen sind von
Aldrich erhältlich)
Figure imgf000015_0001
Beispiel 27 Darstellung eines PEG(PEI)n-Blockcopolymers
Aktivierung des verzweigten PEGs
In einem 100 ml Rundkolben mit Magnetruhrstab, Ruckflußkuhler und aufgesetztem Trockenrohr werden 3,79 g HMDI (22,54 mmol, 80 eq ) in 10 ml Chloroform gelost Eine Losung von 2 g eines achtarmig verzweigten PEG (bPEG, MW = 10 kDa, 0,2 mmol, 1 eq ) in 20 ml Chloroform wird unter Ruhren langsam zu der HMDI-Losung getropft Der Ansatz wird für 4 Stunden zum Sieden erhitzt und bei Raumtemperatur 8 weitere Stunden nachgeruhrt Unter vermindertem Druck wird das Losungsmittel entfernt und das überschüssige HMDI mit Petrolether (40-60) extrahiert (3 mal 50 ml) Mit 58%ιger Ausbeute (1 ,38 g) wird ein rotliches Ol erhalten
Darstellung eines PEG-graft-PEI Blockcopolymeren
In einem 100 ml Rundkolben mit Magnetruhrstab, Ruckflußkuhler und aufgesetztem Trockenrohr werden 2,20 g eines verzweigten PEIs (bPEI, Mw = 800 Da, Mn = 600 Da, 3,66 mmol, 25 eq ) in 20 ml Chloroform gelost Eine Losung von 1 ,21 g des mit HMDI aktivierten bPEGs (Mn = 8,5 kDa, 0,14 mmol, 1 eq ) in 30 ml Chloroform wird bei Raumtemperatur zur PEI-Losung unter Ruhren langsam zugetropft Der Ansatz wird für 12 Stunden zum Sieden erhitzt Die Losung wird dann in 500 ml Diethylether langsam unter Ruhren eingetropft Nach 12 Stunden hat sich ein zähflüssiges gelbliches Ol abgesetzt Der trübe Überstand wird verworfen und das Ol in 50 ml Ethanol gelost Die Losung wird wiederum in 500 ml Diethylether getropft und das erneut ausgefallene Ol durch Dekantieren isoliert Das Produkt wird zum Filtrieren in Ethanol gelost und im Vakuumtrockenofen bei 50°C von Losungsmittel befreit Es werden 1 ,13 g eines gelblichen zähflüssigen bis harzartigen Ols erhalten (Ausbeute 59%)
Die Charakterisierung der Polymere erfolgte mittels 1H-, 13C-NMR-Spektrokopιe und Gelpermeattonschromatographie Die nachfolgenden Daten wurden für das Beispiel Nr 27 erhoben Sie gelten exemplarisch für die anderen Beispiele, für die ahnliche Daten erhoben worden sind 1H-NMR (500 MHz, CDCI3) δ/ppm = 1 ,22 (lsocyanat-CH2), 1 ,36 (lsocyanat-CH2), 2,40 - 2,70 (Ethylenιmιn-CH2), 3,03 (lsocyanat-CH2), 3,19 (lsocyanat-CH2), 3,55 Ethylenglykol-CH2)
13
C-NMR (125 MHz, CDCI3) δ/ppm = 25,9 (lsocyanat-CH2), 29,4 (lsocyanat-CH2), 39,2 (Ethylemmιn-CH2), 41 ,2 (lsocyanat-CH2), 47,0 (Ethylenιmιn-CH2), 48,9 (Ethylenιmιn-CH2), 52,0 (Ethylenιmιn-CH2), 54,2 (Ethylenιmιn-CH2), 61 ,1 (Isocyanat- CH2), 69,2 und 71 ,1 und 72,3 (Ethylenglykol-CH2), 156,0 (-NHC(O)O-), 162,1 (- NHC(O)NH-)
GPC (Aminoethylmethacrylatgel, 1 % Ameisensaure, 0,5 ml/mm, 25°C, geeicht gegen Pullulan-Standards) Mn = 22000, Mw = 43000, Mp = 31000, PD = 1 ,9, monomodal Vergleich mit Blend aus 8arm PEG (Shearwater, 10 kDa) und PEI (Aldrιch,800 Da) Mn = 3100, Mw = 15000, Mp = 12000, PD = 4,91 , monomodal
Untersuchungen zur Grenzflachenaktivitat des Polymers von Beispiel Nr 27 wurden mit einen Tensiometer nach der Methode von Lecomte du Nouy (Ringmethode) bei 22°C durchgeführt Es wurde die Grenzflächenspannung der Losung gegen Luft gemessen Die Eichung des Gerätes wurde mit Reinstwasser vorgenommen, das auch als Losungsmittel für die Polymer-Probe eingesetzt wurde Meßdaten σmιn = 56 mN/m, CMC = 12 mg/ml
In gleicher Weise können hergestellt werden
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000018_0001
Beispiel 55
Darstellung eines PEG-PEI-Copolymers (Makroreglerroute)
In einem 50 ml Ruπdkolben mit Magnetruhrstab und Ruckflußkuhler werden 1 g (0,2 mmol) eines monomethylierten PEG (MW 5000 g/mol), das an dem anderen Kettenende eine Aminogruppe tragt, eingewogen und in 20 ml destilliertem Wasser gelost Zu dieser Polymerlosung werden 2 ml (39 mmol) Ethylenimin zugesetzt Die Polymerisation wird mit 200 μl (2 mmol) Dimethylsulfat als Initiator gestartet und der Ansatz für 8 Tage auf 60°C erhitzt Unter vermindertem Druck wird dann das Losungsmittel entfernt, um die zurückbleibende Masse in 20 ml Ethanol wieder aufzulösen Die Losung wird in 250 ml Diethylether eingetropft wobei das Polymer ausfallt Durch Filtration wird das Polymer isoliert und für 3 Wochen bei 50 °C im Vakuumtrockenschrank von Losungsmittelresten befreit Es werden 1 ,9 g eines schwach gelblichen, harzartigen Polymers erhalten (Ausbeute 73%>)
In gleicher Weise können hergestellt werden (alle aminomodifizierten PEG sind von RAPP Polymere, Tubingen erhältlich)
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000020_0001
Die Charakterisierung der Polymere erfolgte mittels H-, 13C-NMR-Spektrokopιe und Gelpermeationschromatographie Die nachfolgenden Daten wurden für das Beispiel Nr 56 erhoben Sie gelten exemplarisch für die anderen Beispiele, für die sehr ähnliche Daten erhoben werden
1H-NMR (500 MHz, D2O) δ/ppm = 2,60 - 3,00 (Ethylenιmιn-CH2), 3,78 (EthylenglykoI-CH2)
13C-NMR (125 MHz, D2O) δ/ppm = 38,2 (Ethylenιmιn-CH2), 39,9 (Ethylenιmιn-CH2), 46,2 (Ethylenιmιn-CH2), 47 9 (Ethylenιmιn-CH2), 51 ,7 (Ethylemmιn-CH2), 53,4 (Ethylenιmιn-CH2), 54,8 (Ethylenιmιn-CH2), 70,2 (Ethylenglykol-CH2)
GPC (Aminoethylmethacrylatgel, 1 % Ameisensaure, 0,5 ml/mm, 25°C, geeicht gegen Pullulan-Standards) Mn = 21000, Mw = 40000, Mp = 16000, PD = 1 ,9, monomodal Vergleich mit CH3O-PEG-NH2 (RAPP Polymere, 5000 Da) Mn = 9100, Mw = 14000, Mp = 16000, PD = 1 ,6, monomodal
Beispiel 67
Darstellung eines PEG-PEI-Copolymers (Makroinitiatorroute)
Darstellung des Makroimtiators
In einem 50 ml Rundkolben mit Magnetruhrstab und Ruckflußkuhler werden 2 g (0,4 mmol, 1 eq ) eines Monomethylether-Polyethylengiykols (Aldrich, MW 5000) eingewogen und in 25 ml destilliertem Chloroform gelost 0,31 g Tosylchloπd (1 ,6 mmol, 4 eq ) werden der Polymerlosung unter Ruhren zugesetzt Abschließend werden 0,22 ml Tnethylamin (0,16 g, 1 ,6 mmol, 4 eq ) als Katalysator dem Ansatz zugegeben Für 18 h wird der Ansatz unter Ruckfluß erhitzt Zur Isolierung und Reinigung des Polymers wird die Losung in 500 ml Diethylether eingegossen Das ausgefällte Polymer wird abfiltriert, mit reichlich Diethylether nachgewaschen und im Vakuum getrocknet Es werden 1 ,90 g einer weißen, flockigen Substanz erhalten (91 % Ausbeute)
Darstellung des PEG-PEI-Blockcopolymers
In einem 25 ml Rundkolben mit Magnetruhrstab und Ruckflußkuhler werden 0,5 g des Makroinitiators (0,096 mmol, 1 eq ) eingewogen und in 10 ml destilliertem Wasser gelost Unter Ruhren wird 1 ml Ethylenimin (0,832 g, 19,32 mmol, 200 eq ) zugetropft und der Ansatz für 24 h auf 60°C erhitzt Die fluchtigen Bestandteile werden unter vermindertem Druck entfernt Zurück bleibt eine weiße, harzartige Substanz, die mit 10 ml Wasser wieder in Losung gebracht und mit 200 ml Tetrahydrofuran gefallt wird Das Polymer wird durch Dekantieren isoliert und im Vakuum getrocknet Es werden 0,95 g einer gelblichen, harzartigen Substanz erhalten (71 % Ausbeute)
In gleicher Weise können hergestellt werden (alle Monomethyl-PEG sind von Aldrich erhältlich)
Figure imgf000021_0001
Figure imgf000022_0001
Die Charakterisierung der Polymere erfolgte mittels 1H-, 13C-NMR-Spektrokopie und Geipermeationschromatographie. Die nachfolgenden Daten wurden für das Beispiel Nr. 67 erhoben. Sie gelten exemplarisch für die anderen Beispiele, für die sehr ähnliche Daten erhoben werden.
1H-NMR (500 MHz, D2O): δ/ppm = 2,80 - 3,20 (Ethylenimin-CH2), 3,80 (Ethylenglykol-CH2).
13C-NMR (125 MHz, D2O): δ/ppm = 37,9 (Ethylenimin-CH2), 39,4 (Ethylenimin-CH2), 46,1 (Ethylenimin-CH2), 47,2 (Ethylenimin-CH2), 51 ,3 - 52,7 (Ethylenimin-CH2), 70,2 (Ethylenglykol-CH2).
GPC (Aminoethylmethacrylatgel, 1 % Ameisensäure, 0,5 ml/min, 25°C, geeicht gegen Pullulan-Standards): Mn = 35000, Mw = 90000, Mp = 52000, PD = 2,6, monomodal. Vergleich mit CH3O-PEG-Ts 5000 Da): Mn = 4800, Mw = 7600, Mp = 8600, PD = 1 ,6. monomodal.
Abkürzungen
bPEG Verzweigtes Polyethyienglykol (branched) bPEI Verzweigtes Polyethylenimin (branched)
CMC Kritische Mizellbildungskonzentration
DMF Dimethylformamid
HMDI Hexamethylendiisocyanat
IPEG Lineares Polyethyienglykol (linear)
IPEI Lineares Polyethylenimin (linear)
Mn Zahlenmittel des Molekulargewichts
Mp Peak-Molekulargewicht mPEG Monomethoxypolyethylenglykol Mw Gewichtsmittel des Molekulargewichts
MW Unbestimmtes Molekulargewichtsmittel
PD Polydispersitat
Ts Tosyl- σmin minimale Oberflachenspannung
Biologische Beispiele
I Transfektionsexpeπmente
Die Transfektionseigenschaften der Polymere PEI(PEG)20 (Beispiel 1 ) und PEG(PEI)8 (Beispiel 27) wurden an der Zel nie 3T3 untersucht 50000 Zellen/well wurden in 12 well plates ausgesät und für 24 Stunden inkubiert (DMEM + 2mM Glutamin + 10% FKS, 37°C, 10% CO2) Dann wurde das Medium gewechselt Pro well wurden jeweils 4 μg pGL3-Plasmιd in 100 μl 150mM Kochsalzlosung mit der entsprechenden Menge Polymer in 100 μl 150mM Kochsalzlosung komplexiert und nach 10 Minuten zu den Zellen gegeben Nach 4 Stunden wurde das Medium erneut gewechselt, nach 48 Stunden erfolgte die Auswertung Die Luciferase-Expression wurde mit dem Luciferase Assay Kit von Promega auf einem Berthold Sinus Luminometer bestimmt Die Proteinkonzentration wurde mit einem modifizierten BCA Assay quantifiziert Die angegebenen Daten sind jeweils der Mittelwert von drei wells _r Standardabweichung für die entsprechenden Stickstoff / Phosphor Quotienten
Beispiel 1 [PEI(PEG)20]
Meßdaten
N/P 5 0,0057 ± 0,0036 ng / mg Protein
N/P 10 0, 1786 ± 0, 1522 ng / mg Protein
N/P 20 0,6952 ± 0,5498 ng / mg Protein N/P 50 5, 1963 ± 2,6863 ng / mg Protein
(nur Plasmid 0,0000 ± 0,00004 ng / mg Protein) Beispiel 27 [PEG(PEI)8]
Meßdaten
N/P 5 0,0024 ± 0,0012 ng / mg Protein N/P 10 0,0045 ± 0,0046 ng / mg Protein N/P 20 0,0109 ± 0,0078 ng / mg Protein N/P 50 0,0765 ± 0,0498 ng / mg Protein (nur Plasmid 0,0000 ± 0,00004 ng / mg Protein)
In beiden Fallen konnte Genexpression aufgrund erfolgter Transfektion detektiert werden Dabei weist das PEI(PEG)2o eιne deutlich höhere Transfektionseffizienz als das PEG(PEI)8 auf
In vitro-Zytotoxizitats-Bestimmung mittels MTT-Assay
Die Copolymere der Beispiele 1 und 27 wurden bezüglich ihrer Zytotoxizitat im Zellkulturmodell mittels MTT-Assay nach der Methode von Mosmann (J Immunol Methods 65 55-63 (1983)) untersucht 8000 L929 Maus-Fibroblasten/well wurden in 96-wells 24 h lang voπnkubiert und mit den Polymerlosungen der verschiedenen Konzentrationen 3, 12 und 24 h behandelt Die Bestimmung der mitochondπalen Aktivität erfolgte durch die Umsetzung des MTT-Farbstoffs zum Formazan, welches spektrophotometnsch quantifiziert wurde Die Polymere wurden als Losungen in DMEM mit 10% FKS in fünf verschiedenen Konzentrationen eingesetzt Falls erforderlich, wurde der pH-Wert auf 7,4 eingestellt und die Proben stenlfiltπert (0,2 μm) Die Blends wurden durch Mischen der beiden Einzelkomponenten (abzüglich der Spacermenge) hergestellt Zur Auswertung wurde die zellulare Viabilitat [%] gegen die eingesetzten Polymerkonzentrationen aufgetragen sowie die IC50 bestimmt
Ergebnis
• Die in vitro-Zytotoxizitat der freien Polymere steigt mit steigender Polymerkonzentration und der Zunahme der Inkubationsdauer an • Copolymer des Beispiels 1 Die Toxizitat der Mischung der Einzelkomponenten PEI 25 kDa und PEG 550 Da entspricht der Toxizitat des freien PEI 25 kDa Durch die kovalente Verknüpfung der beiden Komponenten verbessert sich die Verträglichkeit deutlich Nach 24 h entspricht das Toxizitatsprofil zwar noch dem der Einzelkomponenten und damit dem freien PEI 25 kDa, bei kürzeren
Inkubationsphasen dagegen sinkt die Zytotoxizitat Durch das PEG-Coating wird die positive Ladung des Polyethylenimins maskiert und damit die ladungsvermittelten Effekte auf die Zellmembranen reduziert
• Copolymer des Beispiels 27 Die Mischung der beiden Einzelkomponenten PEI 700 Da und PEG 10 kDa zeigte bis zu 10 mg/ml keine Reduktion der
Lebensfähigkeit der Zellen Im gleichen Konzentrationsbereich zeigte das Copolymer eine erhöhte Einschränkung der zellularen Viabilitat nach 3, 12 und 24 h, was mit dem Molekulargewichtsaufbau zu erklaren ist
• Im Vergleich weist Beispiel 27 eine geringere Zytotoxizitat als Beispiel 1 auf
II In vitro-Zytotoxizitats-Bestimmung mittels LDH-Assay
L929 Maus-Fibroblasten wurden in der gleichen Zelldichte wie beim MTT-Assay in 6- well Multischalen ausgesät, 48 h vonnkubiert und mit den Polyme osungen (in PBS pH 7,4) 1 , 2, 3 und 6 h inkubiert Der extrazellulare LDH-Anteil wurde quantifiziert mit einem Standard-Kit (Sigma, DG-1340-K) durch photometrische Bestimmung der Reduktion von NAD in Gegenwart von Lactat und LDH Zur Bestimmung des 100%- Wertes wurden Zellen mit 0,1 % Tπtoπ-X 100 lysiert
Ergebnis
Der LDH-Assay bestätigt die Ergebnisse des MTT-Tests Die Korrelation der beiden Assays zeigt, daß zunächst die Membranschadigung und zeitlich verzögert die Reduktion der metabolischen Aktivität einsetzt Mit steigender Inkubationsdauer und Polymerkonzentration verstärkt sich die membranschadigende Wirkung der Polymere IV DNA-Bindung der Copolymere bestimmt mittels Agarosegel-Elektrophorese
Das Bindungsvermogen der Copolymere der Beispiele 1 und 27 wurde mit 1 %ιgen Agarosegelen bei 80 V elektrophoretisch bestimmt Die Lokalisierung der Plasmide (CMV-nlacZ) erfolgt mittels UV-Anregung bei 254 nm nach Ethidiumbromidfarbung
Ergebnis
• Beide Polymere sind in der Lage elektrostatisch mit dem Plasmid zu interagieren
• Übereinstimmend mit dem Blend ist das Polymer des Beispiels 1 in der Lage Plasmid vollständig zu binden ab einem Stickstoff-PEI/Phosphat-DNA-Verhaltnis (N/P-Ratio) von 1 ,7 Die beim Blend beobachtete Ethidiumbromidexklusion (ab N/P 5,8), ein Zeichen für intensive DNA-Kondenstation, ist bis N/P 23,0 für das Copolymer unvollständig
• Wahrend für den Blend des Beispiels 27 eine vollständige Plasmidbindung erst ab N/P 4,1 und keine völlige Ethidiumexklusion zu beobachten ist, zeigte das
Copolymer Plasmidbindung ab N/P 2,4 und Exklusion des Farbstoffes ab N/P 16,6
V Erythrozyteπ-Aggregations-Assay
Erythrozyten wurden aus dem Citratblut von Wistar-Ratten nach αer Methode von Parnham und Wetzig (Chem Phys Lipids, 1993, 64 263-274) isoliert, in 24-Wells ausgesät und 2 h lang mit den Testlosungen bei 37°C inkubiert Mikroskopisch wurde die Aggregation und Adhäsion der Erythrozyten unter dem Einfluß des- Polymers untersucht Als Kontrolle dienten unbehandelte Erythrozyten
Ergebnis
• Freies Copolymer Beispiel 1 zeigte bei Konzentrationen von 0,27-18 μg/well im Vergleich zum Blend und zum PEI 25 kDa eine verringerte Aggregation und Adhäsion der roten Blutkörperchen an den Zellkulturschalen Wahrend bei niedrigen Konzentrationen (0 27-0,7 μg/well) keine signifikanten Unterschiede zu beobachten waren, ließ sich mit steigender Konzentration ein deutlicher Unterschied zwischen Copolymer und Blend bzw PEI 25 kDa detektieren Der Aggregationseffekt steigt bei steigendem N/P-Verhaltnis
• Copolymer Beispiel 27 zeigte das gegenteilige Verhalten Die Aggregation des Blends bzw des freien PEIs ist schwacher ausgeprägt als die des Copolymers
• Durch die Komplexierung mit Plasmid-DNA vermindert sich bei beiden Copolymeren die Aggregation der Erythrozyten signifikant im Vergleich zum freien Polymer
VI Hamolyse-Assay
Erythrozyten wurden aus dem Citratblut von Wistar-Ratten nach der Methode von Parnham und Wetzig (Chem Phys Lipids, 1993, 64 263-274) isoliert, mit den Polymerlosungen versetzt und 1 h lang bei 37°C inkubiert Die Erythrozyten werden durch Zentπfugation pelletiert (10 min, 25°C, 700 g) und aus dem Überstand bei 540 nm das Hamolysat photometrisch vermessen
Ergebnis
• Die Einzelkomponenten PEG 8-arm, PEG 500 Da und PEI 700 Da zeigen im Konzentrationsbereich 0,001 -10 mg/ml keine signifikanten hamolytischen Effekte (alle 1 -3%)
• Das Copolymer Beispiel 27 weist im gleichen Konzentrationsbereich ebenfalls keine ausgeprägten Effekte auf (<5%)
• Bei der Einzelkomponente PEI 25 kDa sowie dem Blend für Beispiel 1 steigt die hamolytische Aktivität bei 0,001-10 mg/ml an (22,13% bei 10 mg/ml) • Das Copolymer Beispiel 1 zeigt bis zu 0,5 mg/ml eine ansteigende lytische
Aktivität bis zu 13,30%, bei höheren Konzentration bis zu 10 mg/ml nimmt der hamolytische Effekt wieder ab (2,90% bei 10 mg/ml) VI Pharmakokinetik und Organverteilung von Polymer-DNA-Komplexen in der Maus
Pharmakokinetik und Organverteilung der Copolymere Beispiel 1 und 27 wurden in balb/c Mausen bestimmt Die Polymere wurden mit 125l Bolton Hunter Reagenz (Pharmacia Biotech) radioaktiv markiert Es wurden jeweils 0,4 bzw 0,04 bzw 0,008 mg PEI(-Anteιl) pro kg Maus mit der entsprechenden Menge NF-κB decoy Oligodeoxynucleotid (ODN) im Stickstoff / Phosphor Verhältnis N/P 3,5 bzw N/P 6 in einem Gesamtvolumen von 80 μl in 5% Glucoselosung komplexiert und nach 10 Minuten den narkotisierten Mausen über die Schlusselbeinvene injiziert Nach 20 Sekunden, 1 , 2, 5, 15, 30, 60, 90 und 120 Minuten wurden Blutproben über einen Katheter aus der Arteria Aorta commums entnommen Über einen Blasenkatheter wurde der Urin über 120 Minutern gesammelt Nach 120 Minuten wurden die Mause dekapitiert und die Organe Cortex, Niere, Leber, Herz, Lunge, Milz und Fettgewebe wurden entnommen Die Polymermenge in den Proben wurde mittels Messung der Radioaktivität mit einem 1277 Gammamaster Automatic Gamma Counter (LKB Wallac) bestimmt
Die Daten wurden mit dem Programm Kinetica 1 1 und einem 2-Kompartιment-Modell für i v Bolus-Injektion ausgewertet Aus den Blutspiegelkurven wurden Verteilungsvolumen (Vc), die Konstante für Elimination (kei) und AUC berechnet Bei drei auswertbaren Tieren sind Mittelwert ± Standardabweichung, bei zwei Tieren der Mediän angegeben, bei nur einem Tier ist der Wert in Klammern aufgeführt
Komplexherstellung und Dosierungen
Figure imgf000028_0001
Figure imgf000029_0001
Ergebnis
■ Beobachtungen bei niedrigerer Dosis deuten auf schwächere Toxizitat des PEI(PEG)20 gegenüber dem PEI 25 kDa hin
■ Die Plasmaspiegel aller Polymere ließen sich mit einem 2-Kompartιment-Modell beschreiben
■ Die Copolymere haben eine höhere AUC sowie ein kleineres Verteilungsvolumen als das 25 kDa PEI PEI(PEG)20 (Beispiel 1 ) hat einen größeren Effekt als PEG(PEI)8 (Beispiel 27)
■ Die Elimination war bei den Copolymeren verringert
■ Vc und kei zeigen keine erkennbare Dosisabhangigkeit
■ Die berechnete AUC war für PEI 25 kDa und Beispiel 1 proportional zur Dosis, die Steigung der Geraden AUC/Dosis war bei Copolymer Beispiel 1 großer
■ Hauptorgane der Verteilung nach 120 Minuten waren Leber, Niere und Milz Für die 6 1 Komplexe zeigen die Copolymere im Vergleich zu PEI 25 kDa eine verringerte Aufnahme in Leber und Milz, sowie eine höhere Aufnahme in die Niere

Claims

Patentansprüche
1 Verbindung der Formel I oder II
(I) A(-X-B)n (II) C(-Y-D)m
in welcher
A für ein hydrophiles, nichtionisches, lineares oder verzweigtes Polymer mit einem Molekulargewicht von 100 bis 10 000 000 g/mol steht,
B für ein lineares oder verzweigtes Polyethylenimin (PEI) mit einem Molekulargewicht von 100 bis 1 000 000 g/mol steht,
X für eine direkte Bindung der Blocke A und B oder für ein Bruckeπglied mit folgenden Strukturen steht
-OC(0)NH(CH2)0NHC(O)NH- mit o = 1 bis 20,
-OC(O)NH(Aryl)NHC(O)NH- mit Aryl = aromatische Einheit ,
-O(CH2)pC(O)NH- mit p = 1 bis 10,
-OC(O)NH-, oder
-O(CH2)qNH- mιt q = 1 bis 20,
n für eine ganze Zahl 1 bis 200 steht,
C für ein lineares oder verzweigtes PEI mit einem Molekulargewicht von
Figure imgf000030_0001
D für einen Rest eines über O gebundenen Polyethylenglykols der Formel
-(CH2CH2O)n-R1
steht, worin n' = 3 bis 25 000 ist und R Wasserstoff, ein aliphatischer Rest oder eine andere OH-Schutzgruppe oder ein zellularer Ligand ist,
Y für eine direkte Bindung der Blocke C und D oder für ein Bruckenglied mit folgenden Strukturen steht
-NHC(O)NH(CH2)sNHC(O)0- mit s = 1 bis 20,
-NHC(O)NH(Aryl)NHC(O)O- mit Aryl = aromatische Einheit,
-NH(CH2)tC(0)0- mit t = 2 bis 10,
-NHCH2CH(OH)CH2O-, oder
-NH(CH2)uO- mιt u = 1 bis 20,
und
m für eine ganze Zahl von 1 bis 200 steht
Verbindung gemäß Anspruch 1 , in welcher
A für ein hydrophiles, nichtiomsches, lineares oder verzweigtes Polymer mit einem Molekulargewicht von 1 000 bis 100 000 g/mol steht,
B für ein lineares oder verzweigtes Polyethylenimin (PEI) mit einem Molekulargewicht von 400 bis 100 000 g/mol steht, X für eine direkte Bindung der Blocke A und B oder für ein Bruckenglied mit folgenden Strukturen steht
-OC(O)NH(CH2)0NHC(O)NH- mit o = 2 bis 10,
-OC(O)NH(Aryl)NHC(O)NH- mit Aryl = aromatische Einheit mit einem Kern,
-O(CH2)pC(O)NH- mit p = 1 bis 3,
-OCH2CH(OH)CH2NH-,
-OC(O)NH-, oder
-O(CH2)qNH- mit q = 1 bis 6,
n für eine ganze Zahl von 1 bis 50,
C für ein lineares oder verzweigtes PEI mit einem Molekulargewicht von 400 bis 100 000 g/mol steht,
D für einen Rest eines über O gebundenen Polyethylenglykols der Formel
-(CH2CH2O)n-R1
steht, worin n' = 10 bis 5 000 ist und R ,1 Wasserstoff, ein aliphatischer
Rest oder eine andere OH-Schutzgruppe oder ein zellularer Ligand ist,
Y für eine direkte Bindung der Blocke C und D oder für ein Bruckenglied mit folgenden Strukturen steht
-NHC(O)NH(CH2)sNHC(O)0- mit s = 2 bis 10,
-NHC(O)NH(Aryl)NHC(O)O- mit Aryl = aromatische Einheit mit einem Kern, 32 PCΪ7EP00/06214
-NH(CH2)tC(0)0- mit t = 2 bis 3,
-NHCH2CH(OH)CH2O-, oder
-NH(CH2)uO- mit u = 1 bis 6,
und
m für eine ganze Zahl von 1 bis 100 steht
Verbindung gemäß Anspruch 1 oder 2, in welcher
A für ein hydrophiles, nichtionisches, lineares oder verzweigtes Polymer mit einem Molekulargewicht von 5 000 bis 50 000 g/mol steht,
B für ein lineares oder verzweigtes Polyethylenimin (PEI) mit einem Molekulargewicht von 400 bis 50 000 g/mol steht,
X für eine direkte Bindung der Blocke A und B oder für ein Bruckenglied mit folgenden Strukturen steht
-OC(0)NH(CH2)0NHC(O)NH- mit o = 4 bis 6,
-OC(O)NH(Aryl)NHC(O)NH- mit Aryl = Toluyl-,
-O(CH2)pC(O)NH- mιt p = 1 ,
-OCH2CH(OH)CH2NH-,
-OC(O)NH-, oder -O(CH2)qNH- mit q = 1 bis 3,
n für eine ganze Zahl von 1 bis 12 steht,
C für ein lineares oder verzweigtes PEI mit einem Molekulargewicht von
400 bis 50 000 g/mol steht,
D für einen Rest eines über O gebundenen Polyethylenglykols der Formel
-(CH2CH2O)n-R1
steht, worin n' = 10 bis 1 000 ist und R1 Wasserstoff, ein aliphatischer Rest oder eine andere OH-Schutzgruppe oder ein zellularer Ligand ist,
Y für eine direkte Bindung der Blocke C und D oder für ein Bruckeπglied mit folgenden Strukturen steht
-NHC(O)NH(CH2)sNHC(O)0- mit s = 4 bis 6,
-NHC(O)NH(Aryl)NHC(O)O- mit Aryl = Toluyl-,
-NH(CH2)tC(0)0- mιt t = 2,
-NHCH2CH(OH)CH2O-, oder
-NH(CH2)uO- mit u = 1 bis 3,
und
m für eine ganze Zahl von 1 bis 50 steht Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, welche die Formel I aufweist
Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, welche die Formel II aufweist
Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, in welcher X für ein Bruckenglied der Formel -OC(O)NH(CH2)0NHC(O)NH- steht
Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5, in welcher Y für ein Bruckenglied der Formel -NHC(O)NH(CH2)sNHC(O)O- steht
Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Formel I gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) Verbindungen der allgemeinen Formel V
(V) A-(OH)n mit A und n = wie in Formel I
mit Dnsocyanat umsetzt, oder
b) Verbindungen der allgemeinen Formel VI
(VI) A-(NH2)n (mit A und n = wie in Formel I definiert)
bei der Polymerisation von Ethylenimin dem Reaktionsansatz von Beginn der Polyreaktion an oder erst spater im Verlauf der Polyreaktion zufugt, oder
c) Verbindungen der allgemeinen Formel VII (VII) A-(OS(O)2R4)n mit A wie in Formel I und R4 = aliphatischer oder aromatischer Rest als Makroinitiator für die Polymerisation von Ethylenimin einsetzt
Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel II gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Verbindungen der allgemeinen Formel IX
(IX) D-OH (mit D wie in Formel II definiert)
zunächst mit Dnsocyanat und anschließend die erhaltene Verbindung mit linearem oder verzweigtem Polyethylenimin umsetzt
Verwendung einer Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 als Tensid
Verwendung einer Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Komplexierung von Polynukleinsauren in wäßrigen Systemen
Verwendung einer Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Komplexierung von DNA in wäßrigen Systemen
Verwendung einer Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Komplexierung von RNA in wäßrigen Systemen
Verwendung einer Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Komplexierung von Ribozymen in wäßrigen Systemen
Zusammensetzung , die mindestens eine Nukleinsaure und eine Verbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 umfaßt
PCT/EP2000/006214 1999-07-15 2000-07-04 Kationische blockcopolymere WO2001005875A1 (de)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA002379205A CA2379205C (en) 1999-07-15 2000-07-04 Cationic block copolymers
JP2001511526A JP4614198B2 (ja) 1999-07-15 2000-07-04 カチオン性ブロックコポリマー
AU68218/00A AU767661B2 (en) 1999-07-15 2000-07-04 Cationic block copolymers
DE50012055T DE50012055D1 (de) 1999-07-15 2000-07-04 Kationische blockcopolymere
EP00956162A EP1226204B1 (de) 1999-07-15 2000-07-04 Kationische blockcopolymere
US11/582,679 US20070036866A1 (en) 1999-07-15 2006-10-18 Cationic block copolymers
US12/021,338 US20080125543A1 (en) 1999-07-15 2008-01-29 Cationic Block Copolymers

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19933024.7 1999-07-15
DE19933024A DE19933024C2 (de) 1999-07-15 1999-07-15 Kationische Blockcopolymere

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US11/582,679 Division US20070036866A1 (en) 1999-07-15 2006-10-18 Cationic block copolymers
US12/021,338 Continuation US20080125543A1 (en) 1999-07-15 2008-01-29 Cationic Block Copolymers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2001005875A1 true WO2001005875A1 (de) 2001-01-25

Family

ID=7914786

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2000/006214 WO2001005875A1 (de) 1999-07-15 2000-07-04 Kationische blockcopolymere

Country Status (13)

Country Link
US (2) US20070036866A1 (de)
EP (1) EP1226204B1 (de)
JP (1) JP4614198B2 (de)
CN (1) CN1364179A (de)
AT (1) ATE315603T1 (de)
AU (1) AU767661B2 (de)
CA (1) CA2379205C (de)
DE (2) DE19933024C2 (de)
DK (1) DK1226204T3 (de)
ES (1) ES2256031T3 (de)
PT (1) PT1226204E (de)
RU (1) RU2269544C2 (de)
WO (1) WO2001005875A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1365716A1 (de) * 2001-02-16 2003-12-03 Expression Genetics, Inc. Biologisch abbaubare kationische poly(alkylenimin)- und poly(ethylenglycol)-copolymere zur abgabe bioaktiver mittel
WO2007039605A1 (en) * 2005-10-04 2007-04-12 Akzo Nobel Coatings International B.V. Amphiphilic polyamine dispersant resin
EP1775271A2 (de) * 2005-10-14 2007-04-18 Nippon Shokubai Co.,Ltd. Zementzusatzstoff
EP1859812A1 (de) * 2005-02-10 2007-11-28 The University of Tokyo Polykationisch aufladbares polymer und seine verwendung als träger von nukleinsäure
US11020487B2 (en) 2014-12-19 2021-06-01 Ethris Gmbh Compositions for introducing nucelic acid into cells

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19933024C2 (de) * 1999-07-15 2003-03-13 Medinnova Ges Med Innovationen Kationische Blockcopolymere
US8057821B2 (en) * 2004-11-03 2011-11-15 Egen, Inc. Biodegradable cross-linked cationic multi-block copolymers for gene delivery and methods of making thereof
JP4730938B2 (ja) * 2005-01-19 2011-07-20 Ｄｉｃ株式会社 グラフト共重合体及びグラフト共重合体の製造方法
JP4870941B2 (ja) * 2005-05-09 2012-02-08 公立大学法人大阪府立大学 高分子化合物
US8093352B2 (en) * 2008-08-05 2012-01-10 Alcon Research, Ltd. Polyalkylene oxide polyquaternary ammonium biocides
CN101585921B (zh) * 2009-06-18 2010-12-01 天津大学 温度敏感聚乙烯亚胺-接枝-聚丙烯酸寡乙二醇酯嵌段共聚物及制备方法和应用
KR101685646B1 (ko) * 2010-12-29 2016-12-13 한화케미칼 주식회사 홍합 접착단백질 모방을 통한 나노입자를 수계 매질에 분산시키는 생체적합성 분산 안정화제
DK2809350T3 (en) 2012-01-30 2019-01-28 Arecor Ltd STABILIZED Aqueous Antibody Preparations

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3901281A1 (de) * 1989-01-18 1990-07-19 Ernst Prof Dr Bayer Stark wasserabsorbierende, vernetzte copolymere aus polyethylenimin und polyethylenglykol
WO1992007023A1 (en) * 1990-10-22 1992-04-30 Berol Nobel Ab Hydrophilised solid surface, method for the production thereof, and agent therefor
US5204196A (en) * 1991-02-25 1993-04-20 Osaka Gas Company Limited Solid state and conductive polymer composition
WO1998059064A1 (de) * 1997-06-20 1998-12-30 Boehringer Ingelheim International Gmbh Komplexe für den transport von nukleinsäure in höhere eukaryotische zellen

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3642362A1 (de) * 1986-12-11 1988-06-16 Schill & Seilacher Mittel zur abtrennung dispergierter teilchen aus dispersionen
JPH02281034A (ja) * 1989-04-24 1990-11-16 Shiro Kobayashi ポリエチレンイミン誘導体鎖を有する両親媒性マクロモノマー及びその製造方法並びに両親媒性ポリエチレンイミン誘導体鎖をグラフト鎖として有するグラフトポリマー及びその製造方法
ATE277640T1 (de) * 1994-03-07 2004-10-15 Dow Chemical Co Bioaktive und/oder gezielte dendrimere-konjugate enthaltend genetisches material
WO1996017359A1 (en) * 1994-12-01 1996-06-06 Danacell Aps Ion-conductive polymers
AU4386699A (en) * 1998-04-22 1999-11-08 Forskarpatent I Syd Ab Polymer conjugates of polyethylene glycols or oxides with polyethyleneimine or polypropyleneimine for extracting carboxylic acids from solutions
DE19933024C2 (de) * 1999-07-15 2003-03-13 Medinnova Ges Med Innovationen Kationische Blockcopolymere

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3901281A1 (de) * 1989-01-18 1990-07-19 Ernst Prof Dr Bayer Stark wasserabsorbierende, vernetzte copolymere aus polyethylenimin und polyethylenglykol
WO1992007023A1 (en) * 1990-10-22 1992-04-30 Berol Nobel Ab Hydrophilised solid surface, method for the production thereof, and agent therefor
US5204196A (en) * 1991-02-25 1993-04-20 Osaka Gas Company Limited Solid state and conductive polymer composition
WO1998059064A1 (de) * 1997-06-20 1998-12-30 Boehringer Ingelheim International Gmbh Komplexe für den transport von nukleinsäure in höhere eukaryotische zellen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SIDOROV S. N. ET AL: "Stabilization of Metal Nanoparticles in Aqueous Medium by Polyethyleneoxide-Polyethyleneimine Block Copolymers", JOURNAL OF COLLOID AND ITERFACE SCIENCE, vol. 212, no. 2, 1999, pages 197 - 211, XP002154207 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1365716A1 (de) * 2001-02-16 2003-12-03 Expression Genetics, Inc. Biologisch abbaubare kationische poly(alkylenimin)- und poly(ethylenglycol)-copolymere zur abgabe bioaktiver mittel
EP1365716A4 (de) * 2001-02-16 2009-05-20 Expression Genetics Inc Biologisch abbaubare kationische poly(alkylenimin)- und poly(ethylenglycol)-copolymere zur abgabe bioaktiver mittel
EP1859812A1 (de) * 2005-02-10 2007-11-28 The University of Tokyo Polykationisch aufladbares polymer und seine verwendung als träger von nukleinsäure
EP1859812A4 (de) * 2005-02-10 2010-08-25 Univ Tokyo Polykationisch aufladbares polymer und seine verwendung als träger von nukleinsäure
WO2007039605A1 (en) * 2005-10-04 2007-04-12 Akzo Nobel Coatings International B.V. Amphiphilic polyamine dispersant resin
EP1775271A2 (de) * 2005-10-14 2007-04-18 Nippon Shokubai Co.,Ltd. Zementzusatzstoff
EP1775271A3 (de) * 2005-10-14 2009-02-18 Nippon Shokubai Co.,Ltd. Zementzusatzstoff
US11020487B2 (en) 2014-12-19 2021-06-01 Ethris Gmbh Compositions for introducing nucelic acid into cells

Also Published As

Publication number Publication date
ES2256031T3 (es) 2006-07-16
CA2379205A1 (en) 2001-01-25
CA2379205C (en) 2008-02-19
US20070036866A1 (en) 2007-02-15
DE19933024C2 (de) 2003-03-13
AU767661B2 (en) 2003-11-20
DE50012055D1 (de) 2006-04-06
AU6821800A (en) 2001-02-05
RU2002103719A (ru) 2003-09-20
EP1226204A1 (de) 2002-07-31
JP4614198B2 (ja) 2011-01-19
PT1226204E (pt) 2006-05-31
JP2003528163A (ja) 2003-09-24
DK1226204T3 (da) 2006-06-19
EP1226204B1 (de) 2006-01-11
ATE315603T1 (de) 2006-02-15
US20080125543A1 (en) 2008-05-29
CN1364179A (zh) 2002-08-14
RU2269544C2 (ru) 2006-02-10
DE19933024A1 (de) 2001-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20070036866A1 (en) Cationic block copolymers
DE3751096T2 (de) Stäbchenförmige Dendrimere.
DE60302784T2 (de) Kontrolliertes abbaubares polymer-biomolekül oder wirkstoffträger und verfahren zur synthese dieses trägers
DE60319568T2 (de) Polyalkylenglykolderivat
DE60119711T2 (de) Verfahren zur herstellung von funktionalierten polyalkyleniminen, diese enthaltende zusammenstellungen und ihre verwendungen
DE69823055T2 (de) Verabreichung von polyethylenglykol-konjugierten Molekülen aus abbaubaren Hydrogelen
EP0331616B1 (de) Polymer-gebundene Komplexbildner, deren Komplexe, Verfahren zu ihrer Herstellung und diese enthaltende pharmazeutische Mittel
EP1942130A2 (de) Neue carbosilan-dendrimere, herstellungsverfahren dafür und verwendung davon
WO2006047800A1 (de) Biozid, insbesondere fungizid wirkendes mittel
DE4039602A1 (de) Pharmazeutische formulierungen
DE2365717A1 (de) Polymerisatmasse
DE602004007155T2 (de) Kationische polymere mit abbaubaren vernetzungen
DE69935526T2 (de) Supramolekulare komplexe enthaltende arzneimittel
DE60018441T2 (de) Blockcopolymer mit einem von oxazolin herrührenden segment
EP1326645A1 (de) Komplexe zur einführung von nukleinsäuren in zellen
WO2007065798A1 (de) Enaminöle und verfahren zu ihrer herstellung
EP3522928B1 (de) Translokation von synthetischen polymeren durch lipidmembrane
DE102015112234B4 (de) Hyperverzweigte Copolymere auf Basis von Oxetan
EP3601411B1 (de) Kationische polymere mit d-fructose-substituenten
WO2023247064A1 (de) Poly(oxazolin)- und poly(oxazin)-basierte lipide, verfahren zu deren herstellung und deren verwendung
EP4247874A1 (de) Funktionalisierte polyglycin-poly(alkylenimin)-copolymere, deren herstellung und verwendung zur herstellung von formulierungen oder zur komplexierung anionischer wirkstoffe und effektstoffe
WO2019034429A1 (de) Multifunktionelle blockcopolymere zur auflösung von atherosklerotischen plaques
DE102014016901B4 (de) Verfahren zur Herstellung für neue Dextranderivate als Wirkstoffträgersystem und deren Verwendung
DE102004005304A1 (de) Schwerelementhaltige amphiphile Block- und Pfropf-Copolymere, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung als Röntgenkontrastmittel
DD267498A1 (de) Verfahren zur bindung von methotrexat an maleinsaeureanhydrid-copolymere

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AU BR CA CN CZ HU IL IN JP KR MX NZ PL RU TR US ZA

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2379205

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 68218/00

Country of ref document: AU

Ref document number: 00810395X

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2000956162

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref country code: RU

Ref document number: 2002 2002103719

Kind code of ref document: A

Format of ref document f/p: F

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10030803

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2000956162

Country of ref document: EP

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 68218/00

Country of ref document: AU

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 2000956162

Country of ref document: EP