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Technisches Gebiet
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Diese
Erfindung betrifft ein Hydrogel-bildendes System mit hydrophoben
und hydrophilen Komponenten, welches ein Hydrogel mit einer quervernetzten
Polymernetzwerkstruktur bildet.
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Hintergrund der Erfindung
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Bis
vor kurzem basierten Hydrogele nur auf hydrophilen Komponenten.
Der Bedarf für
eine neue Klasse von Hydrogelen mit sowohl hydrophilen als auch
hydrophoben Segmenten ist hervorgehoben worden durch die zunehmend
verfügbaren
neuen therapeutischen Proteine, Peptide und Oligonukleotide, die
vorwiegend eine hydrophobe Natur aufweisen, da es schwierig ist,
hydrophobe Arzneimittel oder hydrophobe bioaktive Moleküle innerhalb
eines vollkommen hydrophilen Polymerhydrogels homogen zu dispergieren,
um vorhersagbare Arzneimittelfreisetzungsprofile zu erzielen. Darüber hinaus
haben Hydrogele mit hydrophoben und hydrophilen Komponenten neben
dem Erfordernis, hydrophobe Arzneimittel effektiver zu handhaben,
die Vorteile gegenüber
Hydrogelen auf vollständig
hydrophiler Basis, dass diese die Strukturintegrität für relativ
längere Zeitperioden
beibehalten, und bei der mechanischen Festigkeit.
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Dem
Bedarf für
und den Vorteilen von Hydrogelen mit sowohl hydrophilen als auch
hydrophoben Komponenten zum Trotz gibt es nur einige wenige berichtete
Untersuchungen über
diese. Alle diese Untersuchungen beruhen entweder auf der Synthese
von Copolymeren aus geeigneten Monomeren ohne eine Quervernetzung
oder beruhen auf der physikalischen Mischung von hydrophoben und
hydrophilen Polymeren. Die Synthese von Copolymer beinhaltete die
Copolymerisation von Polylactidoligomer und Polyethylenglycol und lieferte
kein Hydrogel mit einem quervernetzten Polymernetzwerk oder einer
hydrophoben Eigenschaft. Die Methode der physikalischen Mischung
weist den großen
Mangel einer schlechten Integration zwischen hydrophilen und hydrophoben
Komponenten, d. h. ein Fehlen von Gleichförmigkeit über die Zusammensetzung hinweg,
auf.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung hierin stellt ein Hydrogel mit sowohl hydrophoben als
auch hydrophilen Komponenten bereit, ohne auf dem Copolymeransatz
oder einem physikalischen Mischen zu beruhen, sondern beruht stattdessen
auf hydrophoben und hydrophilen Komponenten, welche durch radikalische
Polymerisation in eine einphasige quervernetzte Polymernetzwerkstruktur
konvertierbar sind.
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In
einer Ausführungsform
hierin ist die Erfindung auf ein Hydrogel-bildendes System gerichtet,
welches von 0,01 bis 99,99 Gew.-% von (A), einem hydrophoben Makromer
mit auf ungesättigten
Gruppen, z. B. einer Vinylgruppe, endenden Enden, und von 99,99
bis 0,01 Gew.-% von (B), einem hydrophilen Polymer, welches ein
Polysaccharid ist, das Hydroxylgruppen enthält, welche mit einer eine ungesättigte Gruppe,
z. B. eine Vinylgruppe, einführenden
Verbindung umgesetzt werden, umfasst; wobei die Prozentsätze von
(A) und (B) insgesamt 100% betragen.
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Vorzugsweise
ist das hydrophobe Makromer biologisch abbaubar und besonders bevorzugt
wird es hergestellt, indem ein Diol, welches durch Umwandeln eines
Hydroxyls einer endständigen
Carbonsäuregruppe
von Poly(milchsäure)
zu einer Aminoethanoigruppe erhalten wird, mit einer eine ungesättigte Gruppe
einführenden
Verbindung umgesetzt wird.
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Vorzugsweise
ist das hydrophile Polymer Dextran, worin eines oder mehrere Hydroxyle
in einer Glucoseeinheit des Dextrans mit einer eine ungesättigte Gruppe
einführenden
Verbindung umgesetzt wird (werden).
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In
einem Fall kann das hydrophile Polymer ein Dextran-Maleinsäure-Monoester
sein, wie er in
PCT/US99/18818 (
WO-A-0012619 ;
EP-A-1147148 ) beschrieben
wird.
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In
einer anderen Ausführungsform
wird ein Hydrogel, vorzugsweise ein biologisch abbaubares Hydrogel,
durch die radikalische Polymerisation, vorzugsweise durch Vernetzung
durch Licht, des Hydrogel-bildenden Systems der oben beschriebenen
Ausführungsform
gebildet, welches eine dreidimensionale quervernetzte Polymernetzwerkstruktur
aufweist. Bei einer Alternative dieser Ausführungsform ist ein Arzneimittel
mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht, das von 200 bis
1.000 reicht, wie es beispielhaft durch Indomethacin dargestellt
wird, in dem dreidimensionalen quervernetzten Polymernetzwerk eingeschlossen,
um daraus kontrolliert freigesetzt zu werden. Bei einer anderen
Alternative dieser Ausführungsform
ist ein wasserlösliches Makromolekül mit einem
gewichtsgemittelten Molekulargewicht, das von 1.000 bis 10.000 reicht,
z. B. ein Polypeptid, wie es beispielhaft durch Insulin dargestellt
wird, in dem dreidimensionalen quervernetzten Polymernetzwerk eingeschlossen,
um daraus kontrolliert freigesetzt zu werden. Bei noch einer anderen
Alternative dieser Ausführungsform
ist ein synthetisches oder natürliches
Polymer, z. B. mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht, das
von 10.000 bis 100.000 reicht, in dem dreidimensionalen quervernetzten
Polymernetzwerk eingeschlossen, um daraus kontrolliert freigesetzt
zu werden.
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Der
Ausdruck "Hydrogel" wird hierin verwendet,
um ein polymeres Material zu bedeuten, welches die Fähigkeit
zeigt, in Wasser zu quellen und einen signifikanten Anteil an Wasser
innerhalb seiner Struktur zurückzuhalten,
ohne sich zu lösen.
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Ein
biologisch abbaubares Hydrogel ist hierin ein Hydrogel, das aus
einem Hydrogel-bildenden System gebildet wird, welches wenigstens
eine biologisch abbaubare Komponente, d. h. eine Komponente, welche
durch Wasser und/oder durch Enzyme, die in der Natur gefunden werden,
abgebaut wird, enthält.
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Der
Ausdruck "quervernetzte
Polymernetzwerkstruktur" wird
hierin verwendet, um eine in sich verbundene Struktur zu bedeuten,
wo Quervernetzungen zwischen hydrophoben Molekülen, zwischen hydrophilen Molekülen und
zwischen hydrophoben Molekülen
und hydrophilen Molekülen
gebildet werden.
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Der
Ausdruck "Vernetzen
durch Licht" wird
hierin verwendet, um zu bedeuten, dass durch die Anwendung von Strahlungsenergie
Vinylbindungen aufgebrochen werden und Quervernetzungen bilden.
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Der
Ausdruck "Makromer" wird hierin verwendet,
um ein Monomer mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht, das
von 500 bis 80.000 reicht, zu bedeuten.
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Der
Ausdruck "eine ungesättigte Gruppe
einführende
Verbindung" wird
hierin verwendet, um eine Verbindung zu bedeuten, die mit einer
Hydroxylgruppe reagiert und eine überhängende (pendant) oder Endgruppe
liefert, die eine ungesättigte
Gruppe enthält,
z. B. eine überhängende Gruppe
mit einer Vinylgruppe an ihrem Ende.
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Die
gewichtsgemittelten Molekulargewichte hierin werden durch Gelpermeationschromatographie
bestimmt.
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Die
Zahlenmittelmolekulargewichte hierin werden durch Gelpermeationschromatographie
bestimmt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1a, 1b und 1c sind
grafische Darstellungen der kumulativen Freisetzung gegenüber der
Zeit für
Indomethacin (IDM), Insulin bzw. Rinderserumalbumin (BSA), und auf
diese wird in dem nachfolgenden Beispiel V Bezug genommen.
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Detaillierte Beschreibung
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Wir
wenden uns nun dem Hydrogel-bildenden System zu, welches von 0,01
bis 99,99%, z. B. von 5 bis 95%, pro Gewicht, von (A) einem hydrophoben
Makromer mit auf einer ungesättigten
Gruppe endenden Enden und von 99,99 bis 0,01%, z. B. von 95% bis
5%, pro Gewicht, von (B) einem hydrophilen Polymer, welches ein
Polysaccharid ist, das Hydroxygruppen enthält, welche mit einer eine ungesättigte Gruppe
einführenden
Verbindung umgesetzt werden, umfasst, wobei die Prozentsätze von
(A) und (B) insgesamt 100% betragen.
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Wir
wenden uns dem hydrophoben Makromer (A) zu. Ein solches Makromer
wird leicht erhalten, indem die Endgruppen eines Ausgangsmaterial-Makromers
zu einer Gruppe mit einer endständigen
Hydroxylgruppe, wenn solche nicht bereits als Endgruppen vorliegen,
umgewandelt werden, d. h., um ein Diol bereit zu stellen, und die
endständigen
Hydroxyle mit einer eine ungesättigte
Gruppe einführenden
Verbindung umgesetzt werden, um endständige ungesättigte Gruppen, z. B. Vinylgruppen,
auf dem Makromer bereit zu stellen. Das Ausgangsmaterial-Makromer
weist vorzugsweise ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht auf,
das von 500 bis 20.000 reicht. Das Ausgangsmaterial-Makromer ist
vorzugsweise eine aliphatische Polyesterpoly(milchsäure) mit
einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht, das von 600 bis 8.000,
z. B. 600 bis 1.000 oder 6.500 bis 8.000, reicht. Die Poly(milchsäure) ist
besonders bevorzugt Poly-D,L-Milchsäure (manchmal als PDLLA bezeichnet).
Poly-D,L-Milchsäure ist
auf Grund ihrer Kombination von biologischer Abbaubarkeit, Biokompatibilität und angemessener
mechanischer Festigkeit weithin als ein biologisch abbaubares hydrophobes
Polymermaterial verwendet worden. Der Abbau von Poly-D,L-Milchsäure wird
gut verstanden, und die Abbauprodukte sind natürliche Metaboliten, die von
dem menschlichen Körper
leicht eliminiert werden können.
Andere Ausgangsmaterial-Makromere können z. B. sein: andere aliphatische
Polyester, z. B. Poly(glycolsäure),
Poly(ε-caprolacton),
Poly(glycolid-colactid), Poly(lactid-ε-caprolacton), Polycaprolactondiole
(z. B. mit Mn gleich 530, 1250 oder 2000),
Polycaprolactontriole (z. B. mit Mn gleich
300 oder 900) oder irgendein synthetisches biologisch abbaubares
Makromer mit einer Carboxylendgruppe und einer Hydroxylendgruppe
oder Carboxylgruppen an beiden Enden oder Hydroxylgruppen an beiden
Enden.
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Endständige Carboxylgruppen
der Ausgangsmaterial-Makromere können
zu einer Gruppe mit endständigem
Hydroxyl umgewandelt werden, indem das Hydroxy des endständigen Carboxyls
mit 2-Aminoethanol in der Gegenwart von 1,3-Dicyclohexylcarbodiimid
(DCC) als einem Dehydratisierungsmittel und 1-Hydroxylbenzotriazol
(HOBT) als einem Hilfsnukleophil umgesetzt wird, um die Reaktionsgeschwindigkeiten
zu verbessern und jegliche Nebenreaktionen zu unterdrücken.
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Poly(milchsäure)-Ausgangsmaterial
kann z. B. in ein Diol umgewandelt werden, indem Polymilchsäure) in
Tetrahydrofuran unter einer Stickstoffspülung gelöst wird, auf 0°C abgekühlt wird,
HOBT und DCC zugegeben werden, für
0,5 bis 2 Stunden gerührt
wird, Raumtemperatur erreichen gelassen wird, dann 2-Aminoethanol
zugegeben wird und bei Raumtemperatur für 0,5 bis 24 Stunden gerührt wird.
Das Nebenprodukt Cyclohexylharnstoffsalz fällt aus und wird abfiltriert.
Die Menge an 2-Aminoethanol ist die wichtigste Variable, und vorzugsweise
reicht das Molverhältnis
von 2-Aminoethanol zu Polymilchsäure)
von 1:1 bis 15:1, in Abhängigkeit
von dem Molekulargewicht der Poly(milchsäure). Das Molverhältnis von
2-Aminoethanol zu Poly(milchsäure)
sollte insbesondere bei wenigstens 1,1:1 liegen, da es für Molverhältnisse,
die weniger sind als dieses, eine unvollständige Umwandlung der Carboxylendgruppe
in eine Hydroxylgruppe gab. Vorzugsweise reicht das Molverhältnis von
DCC zu Poly(milchsäure)
von 1:1 bis 15:1, was von dem Molekulargewicht der Poly(milchsäure) abhängt, und
insbesondere reicht das Molverhältnis
von HOBT zu Poly(milchsäure)
von 1:1 bis 15:1, was von dem Molekulargewicht der Poly(milchsäure) abhängt. Wenn
diese Molverhältnisse
weniger als 1:1 betragen und die Poly(milchsäure) ein gewichtsgemitteltes
Molekulargewicht von 600 bis 1.000 aufweist, ist die Umwandlung
der Carboxylkettenendgruppe in eine Hydroxylgruppe unvollständig, selbst
wenn die Reaktionsdauer verlängert
wird. Der Grund für
die Anfangstemperatur von 0°C
liegt darin, für
eine milde Reaktion zu sorgen und Nebenreaktionen zu verringern
oder zu eliminieren. Die Zeit bei 0°C reicht vorzugsweise von 0,5
bis 1 Stunde. Die Zeit bei Raumtemperatur reicht vorzugsweise von
0,5 bis 1 Stunde, da die Umwandlung während der ersten Stunde der
Reaktion abgeschlossen wird. Als optimale Reaktionsbedingungen für das Poly(milchsäure)-Ausgangsmaterial
mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 800 wurden gefunden: ein
Molverhältnis
von DCC zu Poly(milchsäure)
von 1:1, ein Molverhältnis
von HOBT zu Polymilchsäure)
von 1:1, eine Reaktion bei 0°C
für 0,5
Stunden, nach dem Zurückgehen
auf Raumtemperatur eine Zugabe von 1,1 Molen 2-Aminoethanol pro
Mol an Poly(milchsäure) und
eine Reaktion für
0,5 Stunden; für
diese optimalen Bedingungen betrug die Umwandlung des endständigen Carboxyls
in ein Hydroxyl 100%, und die Ausbeute betrug mehr als 95%.
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Wir
wenden uns nun der Reaktion des Diols mit der eine ungesättigte Gruppe
einführenden
Verbindung zu, um ein hydrophobes Polymer mit ungesättigten
Endgruppen bereit zu stellen.
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Die
eine ungesättigte
Gruppe einführende
Verbindung kann z. B. Acryloylchlorid, Methacryloylchlorid, Acrylsäure, Methacrylsäure oder
ein Isocyanat mit einer ungesättigten
Gruppe, z. B. Vinyl, an einem Ende des Moleküls, z. B. Allylisocyanat oder
Isocyanatoethylmethacrylat, sein.
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Wir
wenden uns nun dem Fall zu, wo die eine Vinylgruppe einführende Verbindung
Acryloylchlorid ist. Die Reaktion wird in einem Lösungsmittel
in der Gegenwart eines Säureakzeptors
durchgeführt.
Für ein
Diol, das aus Polymilchsäure)
erhalten wird, kann die Reaktion in Tetrahydrofuran (THF) als dem
Reaktionslösungsmittel
durchgeführt
werden, und Triethylamin ist ein geeigneter Säureakzeptor. Vorzugsweise wird
das Triethylamin zu der Lösung
des Diols in THF bei 0°C
zugegeben, und dann wird das Acryloylchlorid zugegeben, und das
Rühren
wird zuerst bei 0°C
und dann bei Raumtemperatur fortgesetzt. Das Diethanolaminhydrochlorid-Nebenprodukt
kann durch Filtrieren entfernt werden. Das Molverhältnis von
Triethylamin zu Diol reicht vorzugsweise von 3:1 bis 15:1. Das Molverhältnis von
Acryloylchlorid zu Diol reicht vorzugsweise von 3:1 bis 15:1. Die
Zeit bei 0°C
nach der Zugabe von Acryloylchlorid reicht vorzugsweise von 2 bis
4 Stunden. Die Zeit bei Raumtemperatur reicht vorzugsweise von 10
bis 48 Stunden. Hohe Verhältnisse
von Acryloylchlorid zu Diol (z. B. 8:1) und Triethylamin zu Diol
(z. B. 8:1) können
zu einer Spaltung des Polymergerüstes
führen,
wenn die Poly(milchsäure)
ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 600 bis 1.000 aufweist.
Eine Zunahme der Reaktionsdauer bei Raumtemperatur von 3 Stunden
auf 21 Stunden führte
zu einer höheren
Umwandlung. Die optimalen Reaktionsbedingungen, wo das Ausgangsmaterial
Polymilchsäure)
mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 800 war, wurden
als 4 Mole Acryloylchlorid pro Mol Diol, 4 Mole Triethylamin pro
Mol Diol, eine Reaktion bei 0°C
für 3 Stunden
und eine nachfolgende Reaktion bei Raumtemperatur für 18 Stunden gefunden;
diese optimalen Reaktionsbedingungen erzeugten eine Ausbeute von
ca. 90%. Die Reaktionsdauer bei 0°C
unterdrückt
die heftige Reaktion von Acryloylchlorid und Triethylamin, die bei
höheren
anfänglichen Reaktionstemperaturen
auftreten würde.
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Ein
Reaktionsschema zur Synthese eines hydrophoben Makromers A mit Vinylendgruppen
aus Poly-D,L-Milchsäure
wird nachstehend angegeben, wobei n beispielsweise von 8 bis 120
reicht.
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Wir
wenden uns nun dem Fall zu, wo das Diol mit einer eine ungesättigte Gruppe
einführenden
Verbindung umgesetzt wird, welche ein Isocyanat ist, das an einem
Ende des Moleküls
eine Vinylgruppe aufweist. Das Isocyanat kann beispielsweise Allylisocyanat
oder Isocyanantoethylmethacrylat sein. Für das Diol, das aus Polymilchsäure) erhalten
wird, kann die Reaktion mit Allylisocyanat beispielsweise durchgeführt werden, indem
ein Molverhältnis
von Allylisocyanat zu Diol, das von 1:1 bis 1:2 reicht, und eine
Temperatur, die von Raumtemperatur bis 50°C reicht, in einem polaren Lösungsmittel,
z. B. Dimethylsulfoxid, in der Gegenwart eines Organozinnkatalysators,
z. B. Dibutylzinndilaurat, verwendet wird. Es gibt kein Nebenprodukt.
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Wir
wenden uns nun dem hydrophilen Polymer (B) zu.
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Das
hydrophile Polymer (B) ist ein Polysaccharidderivat.
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Die
Polysaccharide, die zur Herstellung von (B) nützlich sind, weisen überhängende Gruppen
mit Hydroxyfunktion auf. Diese beinhalten z. B. Dextran, Inulin,
Stärke,
Cellulose, Pullan, Levan, Mannan, Chitin, Xylan, Pectin, Glucuronan,
Laminarin, Galactomannan, Amylose, Amylopectin und Phytophtoorglucane.
Diese weisen mehrere funktionale Hydroxygruppen auf, welche die
Erzeugung eines dreidimensionalen Netzwerkes erlauben. Die genannten
Polysaccharide sind billig.
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Wir
wenden uns nun Dextran zu, welches das bevorzugte Polysaccharid-Ausgangsmaterial
ist. Dextran ist eines der häufigsten
natürlich
vorkommenden biologisch abbaubaren Polymere. Es ist anfällig für einen enzymatischen
Abbau im Körper.
Es besteht hauptsächlich
aus (1→6)-α-D-Glycosidverknüpfungen
mit 5–10% an
(1→3)-α-verknüpften Verzweigungen.
Es enthält
drei Hydroxylgruppen pro Glucosewiederholungseinheit und vermittelt
daher die Bildung eines quervernetzten Polymernetzwerkes. Vorzugsweise
weist das Dextran-Ausgangsmaterial ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht
auf, das von 40.000 bis 80.000 reicht.
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Wir
wenden uns nun der Reaktion der Polysaccharidhydroxygruppen mit
der eine ungesättigte
Gruppe einführenden
Verbindung zu.
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Die
eine ungesättigte
Gruppe einführende
Verbindung kann beispielsweise Acryloylchlorid, Methacryloylchlorid,
Acrylsäure,
Methacrylsäure
oder ein Isocyanat mit einer ungesättigten Gruppe, z. B. Vinyl,
an einem Ende des Moleküls,
z. B. Allylisocyanat oder Isocyanatoethylmethacrylat, sein.
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Wo
Acryloylchlorid die eine ungesättigte
Gruppe einführende
Verbindung ist, kann das hydrophile Polymer (B) erhalten werden,
indem eine homogene Lösung
des Polysaccharid-Ausgangsmaterials
gebildet wird, dann ein Säureakzeptor
zugegeben wird und dann Acryloylchlorid zugegeben wird und umgesetzt
wird, um das Polymer (B) zu bilden. Wo das Polysaccharid-Ausgangsmaterial
Dextran ist, kann das Dextran in LiCl/N,N-Dimethylformamid (DMF)
gelöst
werden (das LiCl fungiert in der Weise, dass es das DMF-Lösungsmittel
polarer macht), und eine Lösung
kann erhalten werden, indem das Dextran zu dem Lösungsmittel zugegeben wird
und die Temperatur auf beispielsweise 120°C für z. B. zwei Stunden erhöht wird,
bis sich eine homogene Lösung
gebildet hat, und die Lösung
wird vorzugsweise auf Raumtemperatur abgekühlt, bevor ein Säureakzeptor
zugegeben wird, und der Säureakzeptor
kann Pyridin sein, und das Acryloylchlorid wird vorzugsweise in
der Form einer DMF-Lösung zu
der Reaktionsmischung zugegeben, und die Molverhältnisse von Acryloylchlorid
zu der Anhydroglucoseresteinheit des Dextrans und von Pyridin zu
der Anhydroglucoseresteinheit des Dextrans sind vorzugsweise dieselben
und können
beispielsweise von 1:1 bis 6:1, vorzugsweise von 2:1 bis 3:1 reichen,
und die Reaktion wird vorzugsweise bei Raumtemperatur über eine
Reaktionsdauer, die z. B. von 3 bis 24 Stunden, besonders bevorzugt
von 3 bis 6 Stunden, reicht, durchgeführt. Der Grad der Umwandlung
der Hydroxylgruppe zu einer auf Vinyl endenden Gruppe steigt, wenn
die Molverhältnisse
von Acryloylchlorid und Pyridin innerhalb des vorstehend erwähnten bevorzugten
Bereichs erhöht
werden und wenn die Reaktionsdauer steigt, wenn aber die Molverhältnisse
weiter erhöht
werden, z. B. auf 6:1, sinkt der Grad der Umwandlung. Substitutionsgrade
(Anzahl an Vinylgruppen pro 100 Anhydroglucoseeinheiten), die von 1,50
bis 4,80 reichen, z. B. ca. 3,70, sind erhalten worden. Ein Reaktionsschema
zur Synthese von hydrophilem Polymer (B) aus Dextran unter Verwendung
von Acryloylchlorid als der eine ungesättigte Gruppe einführenden
Verbindung wird nachstehend angegeben, wobei m beispielsweise von
260 bis 430 reicht.
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Das
Nebenprodukt in der obigen Reaktion ist Pyridinhydrochlorid. Verbindung
(5) in dem obigen Reaktionsschema kann hierin als Dextranacrylat
bezeichnet werden.
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Wo
Isocyanat mit einer Vinylgruppe an einem Ende des Moleküls die eine
ungesättigte
Gruppe einführende
Verbindung ist, kann das hydrophile Polymer (B) erhalten werden,
indem das Polysaccharid-Ausgangsmaterial in einem Lösungsmittel
für sowohl
das Polysaccharid-Ausgangsmaterial als auch das Isocyanat gelöst wird
und irgendein Katalysator zugegeben wird, und dann das Isocyanat
zugegeben wird, und dann bei einer effektiven Reaktionstemperatur
für eine
effektive Reaktionsdauer gerührt
wird, um die Reaktion zu bewirken. Wo das Polysaccharid-Ausgangsmaterial
Dextran ist und das Isocyanant Allylisocyanat ist, kann das Lösungsmittel
beispielsweise Dimethylsulfoxid (DMSO) sein, und ein geeigneter
Katalysator ist Dibutylzinndilaurat, und das Molverhältnis des
Dibutylzinndilauratkatalysators zu der Anhydroglucoseresteinheit
von Dextran kann beispielsweise von 0,05:1 bis 0,1:1 reichen, und
das Molverhältnis
von Allylisocyanat zu der Anhydroglucoseeinheit von Dextran kann
beispielsweise von 0,25:1 bis 1:1 reichen, und die Reaktionstemperatur
kann bei spielsweise von Raumtemperatur bis 60°C reichen, und die Reaktionsdauer
kann beispielsweise von 2 bis 8 Stunden reichen. Es wurde gefunden,
dass die Zunahme bei jedem der Parameter (d. h. Molverhältnis von
Dibutylzinndilauratkatalysator zu Anhydroglucoseresteinheit von
Dextran, Molverhältnis
von Allylisocyanat zu der Anhydroglucoseresteinheit von Dextran,
Reaktionsdauer und Reaktionstemperatur) den Substitutionsgrad, d.
h. die Anzahl von atgruppen pro 100 Anhydroglucoseeinheiten, erhöht. Substitutionsgrade,
die von 1 bis 15 reichen, sind erhalten worden. Ein Reaktionsschema
zur Synthese des hydrophilen Polymers (B) aus Dextran unter Verwendung
von Allylisocyanat als der eine ungesättigte Gruppe einführenden
Verbindung wird nachstehend angegeben, wobei m beispielsweise von
260 bis 430 reicht.
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Es
gibt in der obigen Reaktion kein Nebenprodukt. Das Produkt der obigen
Reaktion kann hierin als Dex-Al bezeichnet werden.
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Die
Prozentsätze
von (A) und (B), das Molekulargewicht des hydrophoben Makromers,
das Molekulargewicht des hydrophilen Polymers und der Substitutionsgrad
in dem hydrophilen Polymer sind Variablen, welche die Hydrophobizität/Hydrophilie,
die mechanischen, das Quellverhältnis
betreffenden und biologischen Abbaueigenschaften des Hydrogels,
das aus den Hydrogel-bildenden Systemen hierin hergestellt wurde,
beeinflussen. Das "Quellverhältnis" ist wie folgt definiert
wobei W
t das
Gewicht des Hydrogels zur Zeit t ist und W
0 das
Anfangsgewicht des Hydrogels vor dem Quellen ist. Daten für das Quellverhältnis werden
erhalten, indem ein bekanntes Gewicht an trockenem Hydrogel in einem
Fläschchen,
das 15 ml Flüssigkeit
enthält,
eingetaucht wird, das aufgequollenen Hydrogel aus der Flüssigkeit
nach regelmäßigen Zeitintervallen
entnommen wird, das Oberflächenwasser
abgewischt wird und gewogen wird, bis ein Gleichgewicht erhalten
wird.
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Wie
oben angegeben reichen die Mengen von (A) bzw. (B) von 0,01 bis
99,99 Gew.-% und 99,99 bis 0,01 Gew.-%, wobei die Prozentsätze von
(A) und (B) insgesamt 100 betragen. Wie oben angegeben reicht das
gewichtsgemittelte Molekulargewicht von Poly-D,L-Milchsäure vorzugsweise
von 600 bis 1.000 oder von 6.500 bis 8.000. Wie oben angegeben weist
das Dextran-Ausgansmaterial ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht
auf, das von ca. 40.000 bis 80.000 reicht. Substitutionsgrade (vinylgruppenhaltiger
Substituent pro 100 Anhydroglucoseeinheiten) sind in dem Polymer
(B) erhalten worden, die von 1 bis 15 reichen.
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Ein
Erniedrigen des Prozentsatzes von (B) und ein Erhöhen des
Prozentsatzes von (A) erhöht
die Hydrophobizität
(und Kompatibilität
mit hydrophoben Mitteln und Milieus) und erniedrigt das Quellverhältnis (wobei
die größte prozentuale
Abnahme beim Quellverhältnis
gefunden wird, wenn der Prozentsatz von (B) von 80% auf 60% verringert
wird und der Prozentsatz von (A) von 20% auf 40% erhöht wird).
Ein Erhöhen
des Prozentsatzes von (B) und ein Verringern des Prozentsatzes von
(A) erhöht
die Hydrophilie und die Kompatibilität des Hydrogels mit hydrophilen
Mitteln und Milieus. Ein Erhöhen
des Prozentsatzes von (A) verbesserte die mechanischen Eigenschaften
in den Hydrogelen, die aus den Hydrogel-bildenden Systemen gebildet
wurden. Ein Erhöhen
des Molekulargewichts von (A) erhöht die Hydrophobizität und die
mechanischen Eigenschaften, erhöht
das Quellverhältnis,
wo der Prozentsatz von A oder B hoch ist, und verursacht eine Zunahme
bei der Dauer des biologischen Abbaus für das gebildete Hydrogel. Eine
Zunahme bei dem Molekulargewicht von (B) erniedrigt die Hydrophobizität, erniedrigt
das Quellverhältnis,
verursacht eine Zunahme der mechanischen Eigenschaften und, wo (B)
ein Dextranderivat ist, erhöht
die Dauer zum Abbau durch Dextranase in dem gebildeten Hydrogel.
Eine Zunahme beim Substitutionsgrad in dem hydrophilen Polymer verringert
die Hydrophilie und das Quellverhältnis (in Dextranderivatzusammensetzungen
mit höherem
Gewichtsprozentsatz), erhöht die
mechanische Eigenschaft und verlängert
die Abbaudauer in dem gebildeten Hydrogel.
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Wir
wenden uns nun der Ausführungsform
des Hydrogels zu, das durch radikalische Polymerisation des Hydrogel-bildenden
Systems hierin gebildet wurde, wobei das gebildete Hydrogel eine
dreidimensionale quervernetzte Polymernetzwerkstruktur aufweist.
Die radikalische Polymerisation ist vorzugsweise eine Polymerisation
durch Licht, welche durchgeführt
werden kann, indem das Hydrogel-bildende System hierin gelöst wird,
d. h. beide Komponenten (A) und (B) in ausgewählten Mengen innerhalb der
oben angegebenen Bereiche gelöst
werden, dann Photoinitiator, z. B. von 1 bis 5 Gew.-% Photoinitiator
bezogen auf das Gesamtgewicht der Polymere (A) und (B) zugegeben
wird, dann ein Film der resultierenden Mischung in einer Dicke von 0,5
bis 2 mm gebildet wird und dann der Film einer UV-Bestrahlung, z.
B. unter Verwendung einer tragbaren, Ultraviolettlampe mit langer
Wellenlänge
und niedriger Intensität
(LWUV-Lampe), bei Raumtemperatur ausgesetzt wird, bis ein nicht
klebriges Hydrogel erhalten wird. Der Abschluss der Polymerisation
durch Licht kann in einer Zeit erhalten werden, die von 10 Minuten
bis 3 Stunden reicht, selbst in Gegenwart von Sauerstoff. Für ein Hydrogel-bildendes
System von Makromer (A), das aus Poly-D,L-Milchsäure-Ausgangsmaterial erhalten wird, und
von Polymer (B), welches Dextrandiacrylat ist, kann ein Hydrogel
gebildet werden, indem (A) und (B) in Mengen, um Prozentsätze innerhalb
der oben angegebenen Bereiche bereit zu stellen, in DMSO gelöst werden,
um eine Konzentration von (A) und (B) insgesamt in dem DMSO, die
von 30 bis 50% w/v (Gew./Vol.) reicht, und eine homogene Lösung bereit
zu stellen, dann beispielsweise 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon als
der Photoinitiator z. B. in einer Menge, die von 1 bis 5% w/w (auf
der Basis des Gesamtgewichts von (A) und (B)) reicht, zugegeben
wird, dann die Mischung auf eine hydrophobe Platte überführt wird,
um darauf einen Film zu bilden, und dann bei UV-Bestrahlung für 1 bis
3 Stunden bestrahlt wird; die Farbe des Hydrogels veränderte sich
von optisch transparent bis zu hellgelb transparent, wenn die Polymer
(A)-Verbindung eingebaut wurde, und die gelbe Intensität erhöhte sich
mit Zunahme des Einbaus von Polymer (A). Für ein Hydrogel-bildendes System
von Makromer (A), das aus Poly-D,L-Milchsäure-Ausgangsmaterial erhalten
wird, und von Polymer (B), welches Dex-Al ist, können die Komponenten in N,N-Dimethylformamid
gelöst
werden, um eine Konzentration bereit zu stellen, die von 30 bis
50% (w/v) reicht, und dann wie für
das Hydrogel-bildende System beschrieben, an dem Makromer (A), das
aus Poly-D,L-Milchsäure
erhalten wird, und Polymer (B), welches Dextrandiacrylat ist, beteiligt
sind, fortgefahren wird. Es wurde gefunden, dass kürzere UV-Vernetzungszeiten, z.
B. 0,5 bis 1 Stunde, zu höheren
Quellverhältnissen
führen.
Es ist bevorzugt, dass die resultierenden Hydrogele einer Extraktion
unterzogen werden, um nicht umgesetzte (nicht vernetzte) Komponenten
und Lösungsmittel
zu entfernen, und dass die Hydrogele dann insbesondere soweit getrocknet
werden, dass sie bei Berührung
trocken sind. Im Allgemeinen erhöht
eine solche Extraktion das Quellverhältnis des gebildeten Hydrogels.
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Eine
Analyse hat gezeigt, dass die hierin gebildeten Hydrogele eine quervernetzte
Polymernetzwerkstruktur enthalten.
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Das
hierin gebildete Hydrogel kann ein bioaktives Mittel chemisch eingliedern,
welches mit einer oder beiden Komponenten des Hydrogel-bildenden
Systems reagiert; dieses kann erreicht werden, indem das bioaktive
Mittel mit einer oder beiden Komponenten des Hydrogel-bildenden
Systems hierin umgesetzt wird.
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Bioaktive
Mittel, welche nicht mit Komponenten des Hydrogel-bildenden Systems
hierin reagieren können,
können
physikalisch innerhalb des Hydrogels eingeschlossen oder physikalisch
innerhalb des Hydrogels eingekapselt werden, indem diese in die
Reaktionsmischung eingeschlossen werden, welche einer Vernetzung
durch Licht unterworfen wird, so dass die Vernetzung durch Licht
die Bildung eines Hydrogels mit darin eingeschlossenem oder davon
eingekapseltem biologischem Mittel bewirkt.
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Ein
weiter Bereich von Quellverhalten der PDLLA-Acrylat/Dex-Al-Hydrogele
der Erfindung hierin wurde über
einen Bereich von pH-Puffermedien (von pH 3 bis 10) gezeigt; im
Allgemeinen wurde für
alle Hydrogele ein zweiphasiges Quellmuster gefunden, d. h. eine
anfängliche
rasche Quellphase und eine zweite allmähliche Quellphase.
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Durch
ein Variieren der Parameter, wie sie oben diskutiert werden, um
die Hydrophobizität/Hydrophilie, die
mechanischen, das Quellverhältnis
betreffenden und biologischen Abbaueigenschaften zu variieren, kann das
Hydrogel-bildende System hierin maßgeschneidert werden, um Hydrogele
für Vorrichtungen
mit einer kontrollierten Arzneimittelfreisetzung zur Wundabdeckung,
für Hautsubstitute,
zur Abgabe von Viren in der Gentherapie, zum Beschichten chirurgischer
Implantate (z. B. zum Beschichten eines künstlichen Pankreas) und zum
Beschichten von Gewebekulturplatten zur Förderung der Zellanhaftung und
Proliferation zu erzeugen. Wie oben angegeben können verschiedene Parameter
variiert werden, um die Quellverhältnisse zu erhöhen. Höhere Quellverhältnisse
ergeben eine schnellere Arzneimittelfreisetzung und sind mit einer
hohen Hydrophilie verbunden, welche für Kontaktlinsen und Wundreinigungsanwendungen
wichtig ist, und sorgen für
eine bessere Absorption zu Hygienezwecken. Die Hydrogele der Erfindung
hierin sind beispielsweise zur kontrollierten Freisetzung von Arzneimitteln
mit niedrigem Molekulargewicht, wasserlöslichen Makromolekülen und
Proteinen, wie auch für
die Gerüste
zum Tissue Engineering nützlich.
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Wir
wenden uns nun der Alternative zu, wo ein Arzneimittel, z. B. mit
einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht, das von 200 bis 1.000
reicht, in einem dreidimensionalen Netzwerk eingeschlossen ist,
das durch radikalische Polymerisation von (A)- und (B)-Komponenten
des Hydrogel-bildenden Systems hierin gebildet wurde. Das Modellarzneimittel,
das in Beispiel III hierin verwendet wird, ist Indomethacin, welches
nach oraler Verabreichung starke gastrointestinale Nebenwirkungen
aufweist, so dass ein Freisetzungssystem für dieses wichtig ist. Indomethacin
ist ein nicht steroidales antientzündliches Mittel, welches weithin
zur Behandlung von rheumatoider Arthritis, Spondylitis ankylosans,
Osteoarthritis, akut schmerzhafter Schulter und akuter Gichtarthritis
verwendet wird. Andere Arzneimittel innerhalb dieser Kategorie beinhalten
z. B. Flurbiprofen, Proxyphyllin, Levamisol und Prednisolon. Diese
Alternative liefert einen guten Ansatz zur Verabreichung von Arzneimitteln
mit kontrollierter Freisetzung.
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Wir
wenden uns nun der Alternative zu, wo ein wasserlösliches
Makromolekül,
z. B. mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht, das von 1.000
bis 10.000 reicht, in ein dreidimensionales Netzwerk eingeschlossen
wird, das durch radikalische Polymerisation von (A)- und (B)-Komponenten
des Hydrogel-bildenden Systems hierin gebildet wird. Das Modellmakromolekül, das in
Beispiel V hierin verwendet wird, ist das Polypeptid Insulin. Andere
Makromoleküle
für diese
Alternative beinhalten z. B. Trypsin-Dallikrein-Inhibitor. Diese
Alternative liefert einen guten Ansatz zur Verabreichung von wasserlöslichen
Makromolekülarzneimitteln mit
kontrollierter Freisetzung.
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Wir
wenden uns nun der Alternative zu, wo ein synthetisches oder natürliches
Polymer, z. B. mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht, das
von 10.000 bis 100.000 reicht, in ein dreidimensionales Netzwerk eingeschlossen
wird, das durch radikalische Polymerisation von (A)- und (B)-Komponenten
des Hydrogel-bildenden Systems hierin gebildet wird. Die synthetischen
oder natürlichen
Polymere beinhalten z. B. Proteine, Peptide, Polysaccharide und
Polymucosaccharide. Proteine für
diese Alternative beinhalten z. B. Lysozym, Interleukin-1 und den
basischen Fibroblasten-Wachstumsfaktor. Ein Modellprotein, das in
Beispiel IV hierin verwendet wird, ist Rinderserumalbumin. Diese
Alternative liefert einen guten Ansatz zur Verabreichung von synthetischen
oder natürlichen
Polymerarzneimitteln mit kontrollierter Freisetzung.
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Für die drei
Alternativen, die oben beschrieben werden, wird die eingeschlossene
Komponente leicht eingebaut, indem eine Lösung der Komponenten (A) und
(B) gebildet wird, um eine Konzentration von 30 bis 50% (w/v) von
(A) und (B) insgesamt in der Lösung
zu liefern, Photoinitiator zugegeben wird und dann z. B. von 0,5
bis 3% (w/w bezogen auf das Gesamtgewicht von (A) und (B)) des Mittels,
das eingeschlossen werden soll, zugegeben wird, und dann eine radikalische
Polymerisation bewirkt wird. Das Lösungsmittel sollte ein solches
sein, in welchem (A) und (B) und das Mittel, das eingeschlossen
werden soll, löslich
sind. DMF wird in den Beispielen verwendet. Andere Lösungsmittel,
in welchen (A) und (B) löslich
sind, beinhalten z. B. Dimethylsulfoxid (DMSO), und es wird aus
den Lösungsmitteln
ausgewählt,
in welchen (A) und (B) löslich
sind, um das Lösungsmittel
zu erhalten, das ebenfalls das Mittel, das eingeschlossen werden
soll, löst.
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Die
Hydrogele mit darin eingeschlossenem Mittel werden z. B. durch die
Methode der Verabreichung, die für
das Mittel verwendet wird, verabreicht, wenn diese Methode mit der
Verwendung von Hydrogel kompatibel ist, und sie werden vorzugsweise
oral verabreicht (wenn diese Methode für das Mittel geeignet ist).
Die Verabreichung findet in Dosen statt, die geeignet sind, um jene,
die mit dem Mittel zusammenhängen,
zu liefern, wobei durch das Hydrogel eine kontrollierte Freisetzung
bewirkt wird.
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Die
Erfindung hierin wird durch die folgenden Arbeitsbeispiele veranschaulicht.
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Beispiel I
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Poly-D,L-Milchsäure (PDLLA),
5 g, mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 800 wurde
in Tetrahydrofuran (Konzentration von 8% (w/v)) in einem Dreihalsrundkolben
unter Stickstoffspülung
gelöst,
und die Lösung
wurde in einem Eisbad auf 0°C
abgekühlt.
Dann wurden 1,4 g 1,3-Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) und 0,9 g 1-Hydroxybenzotriazol
(HOBT) zugegeben (das Molverhältnis
von DCC zu PDLLA betrug 1:1, und das Molverhältnis von HOBT zu PDLLA betrug
1:1), und die Reaktion wurde für
0,5 Stunden unter kontinuierlichem Rühren durchgeführt. Dann
wurde die Mischung Raumtemperatur erreichen gelassen, worauf 0,45
ml 2-Aminoethanol (Molverhältnis
von 2-Aminoethanol zu PDLLA von 1,1:1) tropfenweise zu dem Kolben
zugegeben wurden, und das Rühren
wurde dann für
0,5 Stunden fortgesetzt. Das ausgefällte Nebenprodukt, Cyclohexylharnstoffsalz,
wurde abfiltriert. Das Diolprodukt wurde erhalten, indem das Filtrat
in einen großen Überschuss
von trockenem Hexan gegossen wurde. Es wurde weiter durch Lösen und
erneute Ausfällung
für mehrere
Male unter Verwendung von Tetrahydrofuran bzw. Hexan gereinigt.
Schließlich
wurde das Diol in vacuo bei Raumtemperatur für einen Tag getrocknet. Die
Umwandlung der -COOH-Endgruppe
in eine -OH-Gruppe betrug 100%. Die Ausbeute betrug mehr als 95%.
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Das
Diol, 4 g, wurde in Tetrahydrofuran (THF) in einem Kolben gelöst, um eine
Konzentration von 8% (g/ml, w/v) bereit zu stellen. Der Kolben wurde
mit Stickstoff gespült
und in einem Eisbad abgeschreckt. Dann wurden 3 ml Triethylamin
zugegeben. Nach 5 Minuten wurden 1,8 ml Acryloylchlorid in THF (Konzentration
von 30% (v/v)) tropfenweise zu dem Kolben zugegeben. Das Molverhältnis von
Triethylamin zu Diol betrug 4:1, und das Molverhältnis von Acryloylchlorid zu
Diol betrug 4:1. Die Mischung wurde in einem Eisbad für drei Stunden gerührt und
wurde dann bei Raumtemperatur für
18 Stunden umgesetzt. Das Diethanolaminhydrochlorid-Nebenprodukt
wurde entfernt, indem ein Glasfilter verwendet wurde.
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Das
Diacrylatprodukt wurde ausgefällt,
indem 10 mal Hexan verwendet wurde. Das Produkt wurde weiter durch
Lösen und
erneute Ausfällung
mehrere Male unter Verwendung von THF bzw. Hexan gereinigt. Das
Produkt wurde bei Raumtemperatur unter Vakuum für einen Tag getrocknet und
bildete das Acryloylderivat des Diols, das aus der Poly-D,L-Milchsäure erhalten
wurde, zur Verwendung für
das Makromer (A). Die Ausbeute betrug ca. 90%.
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Dextran,
2 g, mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 70.000 wurde
zu einer LiCl/DMF (4% w/v) Lösungsmittelmischung,
3 g LiCl in 80 ml DMF, in einem Reaktionskolben zugegeben, welcher
unter einem kontinuierlichen Strom von Stickstoffgas gehalten wurde.
Der Kolben wurde in ein Ölbad
eingetaucht, und die Temperatur des Ölbades wurde von Raumtemperatur
auf 120°C über einen
Zeitraum von 2 Stunden erhöht,
und die resultierende Mischung wurde zu einer homogenen goldfarbigen
Lösung.
Die Lösung
wurde auf Raumtemperatur abgekühlt,
und 2 ml Pyridin (Molverhältnis
von Pyridin zu der Anhydroglucoseresteinheit von Dextran von 2:1)
wurden zugegeben. Nach 5 Minuten wurden 2 ml Acryloylchlorid (Molverhältnis von
Acryloylchlorid zu der Anhydroglucoseresteinheit von Dextran von
2:1) in DMF-Lösung
(Konzentration von 20% (v/v)) langsam unter kontinuierlichem Rühren zu
dem Kolben zugegeben. Die Reaktion wurde dann bei Raumtemperatur
für drei
Stunden durchgeführt.
Dextranacrylat wurde erhalten, indem in einer überschüssigen Menge an kaltem Ethanol
ausgefällt
wurde. Das Produkt wurde filtriert, mehrere Male mit kaltem Ethanol
gewaschen und für
zwei Tage bei 40°C
unter Vakuum getrocknet. Das Produkt bildete das hydrophile Polymer
(B). Es wurde gefunden, dass das Produkt einen Substitutionsgrad
(Vinylgruppen pro 100 Anhydroglucoseeinheiten) von ca. 3,70 aufwies.
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Das
Makromer (A) und das Polymer (B) wurden in DMSO gelöst. Lösungen mit
Gewichtsverhältnissen von
(B)/(A) von 90:10, 80:20, 70:30, 60:40 und 50:50 wurden erzeugt,
indem (A) und (B) in DMSO gelöst
wurden, um eine Endkonzentration von 30% w/v einer homogenen Lösung zu
erhalten. Zu jeder der Lösungen wurden
5% w/w (auf der Basis des Gesamtgewichts von (A) und (B)) 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon
zugegeben. Jede Mischung wurde auf eine hydrophobe PTFE-Platte überführt und
bei Raumtemperatur für
ca. 3 Stunden mit einer tragbaren Ultraviolettlampe mit langer Wellenlänge bei
niedriger Intensität
bestrahlt, bis ein nicht klebriges Hydrogel in Form einer Scheibe
erhalten wurde (10 mm Durchmesser, 1 mm dick). Die Hydrogele wurden
mit entionisiertem Wasser bzw. Ethanol für 48 Stunden extrahiert, um
nicht umgesetztes Dextrandiacrylat, nicht umgesetztes von Poly-D,L-Milchsäure abgeleitetes
Diacrylat und DMSO-Lösungsmittel
zu entfernen. Die Hydrogele wurden dann in vacuo bei 50°C für 48 Stunden
getrocknet. Eine Analyse zeigte die Bildung eines quervernetzen
Polymernetzwerks.
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Beispiel II
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Poly-D,L-Milchsäurediacrylat,
um das Makromer (A) zu bilden, wurde genauso wie in Beispiel I erhalten.
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Mit
Allylisocyanat derivatisiertes Dextran wurde wie folgt hergestellt:
Dextran,
5 g, mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 43.000 wurde
in der Gegenwart von Dibutylzinndilaurat-Katalysator in einer Reihe
von Durchlaufen mit Allylisocyanat umgesetzt. Bei jedem der Durchlaufe
wurde trockenes Dextran in wasserfreiem DMSO in einem Dreihalsrundkolben
in einer Umgebung eines kontinuierlichen Stickstoffstroms bei Raumtemperatur
gelöst.
Dann wurde Dibutylzinndilaurat (DBTDL)-Katalysator bei Raumtemperatur
in die Lösung
eingespritzt, und dann wurde Allylisocyanant tropfenweise zugegeben.
In jedem Fall wurde die Reaktionsmischung für eine vorbestimmte Zeitdauer
bei einer vorbestimmten Temperatur gerührt. Proben nach verschiedenen
Reaktionsdauern wurden direkt mit Pipetten aus dem Reaktionskolben
entnommen. Die resultierenden Polymerproben wurden in kaltem überschüssigem Isopropanol ausgefällt und
wurden dann weiter durch Lösen
und erneute Ausfällung
mit DMSO bzw. Isopropanol gereinigt. Die Dex-Al-Produkte wurden bei Raumtemperatur unter
vermindertem Druck für
zwei Tage getrocknet und an einem kalten (2°C) dunklen Ort gelagert, bevor
sie zur Hydrogelbildung verwendet wurden.
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Die
Mengen an DBTBL und Isocyanat, die Reaktionstemperatur, die Reaktionsdauer
und der erhaltene Substitutionsgrad (DS) (Anzahl von Allylisocyanatgruppen
pro 100 Anhydroglucoseeinheiten) für die verschiedenen Durchlaufe
sind in Tabelle 1 unten angegeben, worin das Molverhältnis der
Reaktanden Mole an DBTDL und Mole an Allylisocyanat pro Anhydroglucoseeinheit
von Glucose bedeutet: Tabelle 1
Proben | Molverhältnis der
Reaktanden | Reaktionstemperatur (°C) | Reaktionsdauer (Stunden) | DS |
DBTDL | Allylisocyanat |
Dextran | Dextran |
Dex-Al-1 | 0,05 | 0,25 | Raumtemp. | 2 | 0,95 |
| | | | 4 | 1,72 |
| | | | 6 | 2,31 |
| | | | 8 | 3,13 |
Dex-Al-2 | 0,05 | 0,5 | Raumtemp. | 2 | 1,81 |
| | | | 4 | 2,06 |
| | | | 6 | 2,78 |
| | | | 8 | 3,49 |
Dex-Al-3 | 0,1 | 1 | Raumtemp. | 2 | 2,74 |
| | | | 4 | 3,44 |
| | | | 6 | 4,53 |
| | | | 8 | 5,03 |
Dex-Al-4 | 0,2 | 2 | Raumtemp. | 2 | 3,86 |
| | | | 4 | 4,87 |
| | | | 6 | 6,92 |
| | | | 8 | 9,04 |
Dex-Al-5 | 0,08 | 1 | 45 | 6 | 8,36 |
Dex-Al-6 | 0,1 | 1 | 45 | 2 | 7,81 |
| | | | 4 | 9,54 |
| | | | 6 | 11,27 |
| | | | 8 | 12,94 |
Dex-Al-7 | 0,1 | 1 | 60 | 2 | 9,25 |
| | | | 4 | 10,93 |
| | | | 6 | 12,38 |
| | | | 8 | 14,14 |
-
Hydrogele
wurden dann erzeugt, indem das Diacrylat, das von Poly-D,L-Milchsäure abgeleitet
war (PDLLA-Diacrylat-Makromer), und Dex-Al, das genauso erzeugt
wurde wie die Probe Dex-Al-3, 8 Stunden, in Tabelle 1, verwendet
wurden. Gewichtsverhältnisse
von Dex-Al zu PDLLA-Diacrylat-Makromer
von 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 30:70, 20:80 und 10:90
wurden innerhalb des Umfangs der Erfindung erzeugt. In jedem Fall
wurden das Dex-Al und das PDLLA-Diacrylat-Makromer in DMF gelöst, um eine
Lösung mit
50% (w/v) Konzentration zu erhalten. Fünf Prozent (w/w, bezogen auf
das Gesamtgewicht von Dex-Al und PDLLA-Diacrylat-Makromer) von 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon-Initiator
wurden in jedem Fall zu der Lösung
zugegeben. In jedem Fall wurde die resultierende homogene Lösung auf
eine hydrophobe PTFE-Platte überführt, und
ein scheibenförmiges
Hydrogel wurde erhalten, indem die funktionalisierten Polymere bei Raumtemperatur
unter einer tragbaren Ultraviolettlampe mit langer Wellenlänge wie
in Beispiel I beschrieben durch Licht vernetzt wurden. Schließlich wurden
die Hydrogele in vacuo bei 50°C
für 48
Stunden in einem Vakuumofen getrocknet. Eine FT-IR-Analylse, die
mit einem Nicolet Magna 560 FT-IR-Spektrophotometer durchgeführt wurde,
zeigte in jedem Fall ein quervernetztes Polymernetzwerk.
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Beispiel III
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Indomethacin
wurde als ein Modellarzneimittel verwendet, um Freisetzungsprofile
von Arzneimitteln mit niedrigem Molekulargewicht aus einem Hydrogel
zu untersuchen, welches aus dem Hydrogel-bildenden System hierin
hergestellt wurde. Indomethacin wurde insbesondere ausgewählt, da
es starke gastrointestinale Nebenwirkungen nach oraler Verabreichung
aufweist, so dass ein Freisetzungssystem für dieses wichtig ist.
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In
diesem Beispiel wurde Indomethacin in Hydrogele gemäß der Erfindung
(Kombinationen von Makromer (A) und Polymer (B) über einen Bereich von Zusammensetzungsverhältnissen
von (A) und (B)) und in Hydrogele mit nur Makromer (A) oder Polymer
(B) eingeschlossen, und die Freisetzung wurde in phosphatgepufferter
Lösung
bei pH 7,4 untersucht.
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In
einer Reihe von Durchläufen,
welche als System 1-Reihe von Durchläufen bezeichnet wurde, war das
Makromer (A) ein PDLLA-Diacrylat-Makromer, das aus PDLLA (Poly-D,L-Milchsäure) mit
einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 800 erhalten wurde,
und das Polymer (B) war Dex-Al, wobei das Dextran-Ausgangsmaterial
ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 43.000 aufwies und
das Dex-Al einen Substitutionsgrad von 5,03 aufwies.
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In
einer Reihe von Durchläufen,
welche als die System 2-Reihe von Durchläufen bezeichnet wurde, war
das Makromer (A) ein PDLLA-Diacrylat-Makromer, das aus PDLLA mit
einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 800 erhalten wurde,
und das Polymer (B) war Dex-Al, wobei das Dextran Ausgangsmaterial ein
gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 70.000 aufwies und das
Dex-Al einen Substitutionsgrad von 6,77 aufwies.
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In
einer Reihe von Durchläufen,
welche als die System 3-Reihe von Durchläufen bezeichnet wurde, war
das Makromer (A) ein PDLLA-Diacrylat-Makromer, das aus PDLLA mit
einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 7.000 erhalten wurde,
und das Polymer (B) war Dex-Al, wobei das Dextran-Ausgangsmaterial
ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 70.000 aufwies und
das Dex-Al einen Substitutionsgrad von 6,77 aufwies.
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Das
PDLLA-Diacrylat für
die System 1-Reihe von Durchläufen
und für
die System 2 Reihe von Durchläufen
wurde auf dieselbe Weise wie das PDLLA-Diacrylat von Beispiel I
hergestellt. Wir wenden uns nun dem PDLLA-Diacrylat für die System
3-Reihe von Durchläufen
zu. Das PDLLA-Diacrylat für
die System 3 Reihe von Durchläufen
wurde auf dieselbe Weise hergestellt wie das PDLLA-Diacrylat, das
in Beispiel I hergestellt wurde, außer dass bei der Herstellung
des Diols die PDLLA ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von
7.000 aufwies, das Molverhältnis
von DCC/PDLLA 10:1 betrug, das Molverhältnis von HOBT/PDLLA 10:1 betrug,
das Molverhältnis
von 2-Aminoethanol/PDLLA 10:1 betrug, die Reaktionsdauer bei 0°C 2 Stunden
betrug und die Reaktion bei Raumtemperatur für 4 Stunden durchgeführt wurde,
und außer
dass beim Herstellen des Diacrylats aus dem Diol das Molverhältnis von
Triethylamin/PDLLA-Diol 10:1 betrug, das Molverhältnis von Acryloylchlorid/PDLLA-Diol
10:1 betrug, die Reaktionsdauer bei 0°C 2 Stunden betrug und die Reaktionsdauer
bei Raumtemperatur 48 Stunden betrug.
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Das
Dex-Al für
die System 1-Reihe von Durchläufen
wurde auf dieselbe Weise erzeugt wie das Dex-Al-3, 8 Stunden, aus
Tabelle 1 von Beispiel II. Das Dex-Al für die System 2-Reihe von Durchläufen und für die System
3-Reihe von Durchläufen
wurde auf dieselbe Weise erzeugt, und in jedem Fall war die Herstellung
dieselbe wie für
das Dex-Al-3, 8 Stunden, für
die System 1-Reihe von Durchläufen,
außer
dass ein Dextran-Ausgangsmaterial mit einem gewichtsgemittelten
Molekulargewicht von 70.000 verwendet wurde.
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Für die System
1-Reihe von Durchläufen
wurden Hydrogele mit Gewichtsverhältnissen von Dex-Al/PDLLA-Diacrylat
von 100/0, 80/20, 50/50, 20/80 und 0/100 erzeugt. Für die System
2-Reihe von Durchläufen
wurden Hydrogele mit Gewichtsverhältnissen von Dex-Al/PDLLA-Diacrylat von 100/0,
80/20, 50/50 und 20/80 erzeugt. Für die System 3-Reihe von Durchläufen wurden
Hydrogele mit Gewichtsverhältnissen
von Dex-Al/PDLLA-Diacrylat von 80/20, 50/50, 20/80 und 0/100 erzeugt.
-
Somit
wurden die Prozentsätze
der hydrophoben und hydrophilen Komponenten wie auch die Molekulargewichte
der PDLLA- und Dextran-Ausgangsmaterialien variiert.
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Hydrogele
wurden erzeugt, indem PDLLA-Diacrylat-Makromer und Dex-Al in DMF
gelöst
wurden, um eine Konzentration der beiden insgesamt in DMF von 50%
w/v zu liefern. Dann wurde 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon in
jedem Fall als Photoinitiator zugegeben (5% w/w bezogen auf das
Gesamtgewicht von PDLLA-Diacrylat-Makromer und Dex-Al). Dann wurden
direkt vor der Vernetzung durch Licht 2,5% (w/w bezogen auf das
Gesamtgewicht von PDLLA-Diacrylat-Makromer und Dex-Al) Indomethacin
zugegeben. Die resultierenden Zusammensetzungen wurden auf PTFE-Platten überführt und
an langwelliges UV-Licht ausgesetzt, um Hydrogelscheiben mit 8 mm
Durchmesser und 1 mm Dicke zu bilden, und die Hydrogele wurden in
vacuo bei Raumtemperatur für
mehrere Tage getrocknet.
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Die
Freisetzung von Indomethacin aus jedem der Hydrogele wurde durch
das folgende Verfahren bestimmt. Die Experimente wurden bei 37°C durchgeführt. Jedes
Hydrogel wurde gewogen und in ein Glasfläschchen eingetaucht, das 15
ml phosphatgepufferte Lösung
(pH 7,4, 0,1 M) als ein Freisetzungsmedium enthielt. Zu Zeitintervallen über einen
Verlauf von 1.000 Stunden wurden 2 ml-Proben aus einer Probe entnommen
und durch frischen Puffer ersetzt. Die Indomethacinkonzentration
in einer Probe wurde durch Überwachen
der Extinktion des Mediums bei λ =
320 auf einem Perkin Elmer Lambda 2 UV/VIS-Spektrometer bestimmt,
und die kumulative Freisetzung gegenüber der Zeit wurde anhand einer
passenden Berechnung bestimmt; die kumulative Freisetzung wurde
als ein Prozentsatz aufgezeichnet, wobei der Zähler für die Berechnung die kumulative
Menge an zu der Zeit der Probennahme freigesetztem Indomethacin
war, und der Nenner die maximale Menge an freigesetztem Indomethacin
war. Die Ergebnisse waren wie folgt:
Für alle Hydrogele schien die
Indomethacinfreisetzung zweiphasig zu sein, d. h. eine anfängliche
schnelle Freisetzungsphase, gefolgt von einer langsameren Freisetzungsphase.
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Die
Freisetzung von Indomethacin aus Hydrogelen, wo die Dex-Al-Komponente
100% betrug, setzte sich für
drei bis vier Tage fort und endete vor 120 Stunden, und das Molekulargewicht
des Dextran-Ausgangsmaterials schien keine große Wirkung auf die Freisetzungskinetik
des Indomethacin zu haben.
-
Die
Freisetzung von Indomethacin aus Hydrogelen, wo die PDLLA-Acrylat-Makromerkomponente 100%
betrug, dauerte ca. 750 Stunden für ein Makromer, das aus PDLLA
mit einem Molekulargewicht von 800 erzeugt wurde, und 1.000 Stunden
für ein
Makromer, das aus PDLLA mit einem Molekulargewicht von 7.000 erzeugt
wurde, so dass eine Zunahme beim Molekulargewicht des PDLLA eine
Abnahme bei der Freisetzungsrate verursachte.
-
Wenn
wir uns nun den Hydrogelen zuwenden, die aus sowohl PDLLA-Diacrylatmakromerals
auch Dex-Al-Komponenten hergestellt wurden, sank die Freisetzungsrate
mit einer Zunahme bei dem Gewichtsprozentsatz der PDLLA-Acrylat-Makromerkomponente.
Das Molekulargewicht des Dextrans hatte keine große Wirkung
auf die Freisetzungsrate von Indomethacin für Dex-Al-dominante, z. B. 80%
Dex-Al/20% PDLLA-Diacrylat, Hydrogele, aber das Molekulargewicht
von PDLLA war eine wichtige Komponente der Freisetzungsrate bei
PDLLA-Acrylat-dominanten Hydrogelen (z. B. 20% Dex-Al/80% PDLLA-Acrylat),
wie durch langsamere Freisetzungsraten für 20% Dex-Al/80% PDLLA-Acrylat-Hydrogele
in dem Fall von System 3-Zusammensetzungen (größeres PDLLA-Molekulargewicht)
als für
eine System 2-Zusammensetzung gezeigt wird.
-
Es
wurde gefunden, dass sogar kleine Mengen an PDLLA-Acrylat das Quellverhältnis erniedrigten
und die mechanische Festigkeit erhöhten.
-
Beispiel IV
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Rinderserumalbumin
wurde als ein Modellprotein verwendet, um Freisetzungsprofile von
Proteinen aus einem Hydrogel zu untersuchen, das aus dem Hydrogel-bildenden
System hierin gebildet wurde. Rinderserumalbumin wurde insbesondere
ausgewählt,
da es ein gut charakterisiertes Protein ist, eine große Größe aufweist
(gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 69.000), leicht zu testen
ist, kostengünstig
ist und allgemein verfügbar
ist.
-
In
diesem Beispiel wurde mit Fluoresceinisothiocyanat markiertes Rinderserumalbumin
(BSA) von Sigma Chemical in Hydrogelen gemäß der Erfindung (Kombinationen
von Makromer (A) und Polymer (B) über einen Bereich von Zusammensetzungsverhältnissen
von (A) und (B)) und in Hydrogelen mit nur Makromer (A) oder Polymer
(B) eingeschlossen, und die Freisetzung in phosphatgepufferter Lösung bei
pH 7,4 wurde untersucht.
-
Das
verwendete hydrophobe Makromer war Poly-D,L-Milchsäurediacrylat
(PDLLA-Diacrylat), das in ähnlicher
Weise zu dem in den Beispielen I und II erzeugt wurde, wobei von
Poly-D,L-Milchsäure mit
einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 740 ausgegangen wurde
(geliefert von Boehringer Ingelheim Chemicals).
-
Das
verwendete hydrophile Polymer war Dex-Al, das in ähnlicher
Weise zu denen in Beispiel II erzeugt wurde, wobei von einem Dextran
mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 43.000 (gekauft
bei der Sigma Chemical Company) und welches einen Substitutionsgrad
(Anzahl von Allylisocyanatgruppen pro 100 Anhydroglucoseeinheiten)
von 6 aufwies ausgegangen wurde.
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Hydrogele
wurden erzeugt, indem PDLLA-Diacrylat-Makromer und Dex-Al in DMF
gelöst
wurden, um eine Konzentration der beiden insgesamt in DMF von 50%
w/v zu liefern. Dann wurde 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon in
jedem Fall als Photoinitiator zugegeben (2,5% w/w bezogen auf das
Gesamtgewicht von PDLLA-Diacrylat-Makromer- und Dex-Al). Dann wurden
direkt vor dem Vernetzen durch Licht 2,5% (w/w bezogen auf das Gesamtgewicht
von PDLLA-Diacrylat-Makromer und Dex-Al) des BSA zugegeben. Die
resultierenden Zusammensetzungen wurden auf PTFE-Platten überführt und
an langwelliges UV-Licht (8 Watt, 365 nm) für 3 Stunden ausgesetzt, um
Hydrogelscheiben mit 8 mm Durchmesser und 1 mm Dicke zu bilden,
und die gebildeten Hydrogele mit darin eingeschlossenem BSA wurden
in vacuo bei Raumtemperatur für
mehrere Tage getrocknet, bis ein konstantes Gewicht erreicht wurde.
Hydrogele wurden mit Gewichtsverhältnissen von Dex-Al/PDLLA-Diacrylat
von 100/0, 80/20, 50/50, 20/80 und 0/100 erzeugt.
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Die
Freisetzung von BSA wurde durch die folgende Prozedur bestimmt.
In jedem Fall wurden ca. 35 mg Hydrogel in ein 20 ml-Glasteströhrchen mit
Schraubdeckel gegeben, das 15 ml phosphatgepufferte Lösung (PBS)
(0,1 M, pH 7,4) enthielt. Die Teströhrchen wurden in einen Inkubator
mit 37°C
gestellt. An vorherbestimmten Intervallen über einen Verlauf von 60 Tagen
wurden flüssige
2 ml-Proben entnommen und durch frische PBS ersetzt. Die Konzentration
von BSA in jeder entnommenen Probe wurde bei 490 nm unter Verwendung
eines Perkin Elmer Lambda 2 UV/VIS-Spektrometers (Norwalk, Connecticut)
gemessen. Alle Freisetzungsstudien wurden dreifach durchgeführt.
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Alle
Freisetzungsprofile waren durch eine anfängliche schnelle (burst) Freisetzung
während
der ersten zwei Tage, gefolgt von einer verzögerten Freisetzung, gekennzeichnet.
Die Gesamtmenge der Freisetzung von BSA aus dem 100% Dex-Al-Hydrogel
erreichte nach 58 Tagen 62%, und 30% dieser Gesamtmenge wurden während der
ersten zwei Tage Inkubation freigesetzt. Das 100% PDLLA-Diacrylat-Hydrogel
lieferte ein Freisetzungsprofil mit 13% Burst-Effekt während der
ersten zwei Tage Inkubation, und alles BSA war nach ca. 48 Tagen
Inkubation freigesetzt. Mit Hydrogelen aus sowohl Dex-Al als auch
PDLLA-Diacrylat verringerte sich die anfängliche schnelle Freisetzung
signifikant im Vergleich zu dem 100% Dex-Al-Hydrogel. Beispielsweise wurden nur
10% des BSA aus dem 80/20 Dex-Al/PDLLA-Diacrylat-Hydrogel, 16% für 50/50
und 15% für
20/80 Dex-Al/PDLLA-Diacrylat während
der ersten zwei Tage Inkubation freigesetzt. Hydrogele aus sowohl
Dex-Al als auch PDLLA-Diacrylat setzten am Ende des 60-Tage-Zeitraums
nicht alles BSA frei. Es wurde gefunden, dass die Gesamtmengen an
BSA, die während
der 60-Tage-Studie freigesetzt wurden, 49% für 80/20, 64% für 50/50
und 98% für
20/80 Dex-Al/PDLLA-Diacrylat betrugen. Im Allgemeinen stieg die
Freisetzungsrate von BSA aus Dex-Al/PDLLA-Diacrylat-Hydrogelen an,
wenn der Prozentsatz der PDLLA-Diacrylat-Komponente von Dex-Al plus
PDLLA-Diacrylat anstieg.
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Die
Freisetzung von BSA aus den Dex-Al/PDLLA-Diacrylat-Hydrogelen war
sowohl diffusions- als auch abbaukontrolliert. Während der anfänglichen
Burst-Phase war die Hydrophilie von Dex-Al ein Hauptgrund für die Bildung
einer mikroporösen
Struktur, welche für
die diffusionskontrollierte Freisetzung verantwortlich war. Wenn
danach der hydrolytische Abbau von PDLLA-Diacrylat fortschritt,
war die BSA-Freisetzung abbaukontrolliert.
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Die
Daten zeigten, dass die Kombination des hydrophoben hydrolytisch
abbaubaren PDLLA-Diacrylats
und des hydrophilen nicht hydrolytisch abbaubaren Dex-Al den anfänglichen
Burst-Effekt im Vergleich zu dem Ergebnis aus dem 100% Dex-Al-Hydrogel
verringert und die Freisetzungsdauer von BSA im Vergleich zu den
Ergebnissen aus dem 100% PDLLA-Diacrylat-Hydrogel
verlängerte.
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Beispiel V
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Insulin,
ein Polypeptid, wurde als ein Modell eines wasserlöslichen
Makromoleküls
verwendet, um Freisetzungsprofile von diesen aus einem Hydrogel
zu untersuchen, das aus dem Hydrogel-bildenden System hierin gebildet
wurde.
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In
diesem Beispiel wurde mit Fluoresceinisothiocyanat markiertes Insulin
(gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 6.000), d. h. FITC-Insulin
von Sigma Chemical, in Hydrogelen gemäß der Erfindung (Kombinationen
von Makromer (A) und Polymer (B) über einen Bereich von Zusammensetzungsverhältnissen
von (A) und (B)) und in Hydrogelen mit nur Makromer (A) oder Polymer
(B) eingeschlossen, und die Freisetzung in phosphatgepufferter Lösung bei
pH 7,4 wurde untersucht.
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Das
verwendete hydrophobe Makromer war Poly-D,L-Milchsäurediacrylat
(PDLLA-Diacrylat), das in ähnlicher
Weise zu dem in den Beispielen I und II erzeugt wurde, wobei von
Poly-D,L-Milchsäure mit
einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 740 (geliefert von
Boehringer Ingelheim Chemicals) ausgegangen wurde.
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Das
hydrophile Polymer war Dex-Al, das in ähnlicher Weise zu denen in
Beispiel II erzeugt wurde, wobei von Dextran mit einem gewichtsgemittelten
Molekulargewicht von 43.000 (gekauft von Sigma Chemical Company)
und welches einen Substitutionsgrad (Anzahl von Allylisocyanatgruppen
pro 100 Anhydroglucoseeinheiten) von 6 aufwies ausgegangen wurde.
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Die
Hydrogele wurden erzeugt, indem PDLLA-Diacrylat-Makromer und Dex-Al
in DMF gelöst
wurden, um eine Konzentration der beiden insgesamt in DMF von 50%
(w/v) zu liefern. Dann wurde in jedem Fall 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon
als Photoinitiator zugegeben (2,5% w/w bezogen auf das Gesamtgewicht
von PDLLA-Diacrylat-Makromer und Dex-Al). Dann wurden 2,5% (w/w
bezogen auf das Gesamtgewicht von PDLLA-Diacrylat-Makromer und Dex-Al)
des markierten Insulins zu der Lösung
zugegeben. Die resultierenden Lösungen
wurden auf hydrophobe PTFE-Platten überführt, und scheibenförmige Hydrogele
wurden erhalten, indem die ungesättigten
funktionalen Gruppen von Dex-Al und PDLLA-Diacrylat unter einer
tragbaren Ultraviolettlampe mit langer Wellenlänge (8 Watt, 365 nm) bei Raumtemperatur
für 3 Stunden
vernetzt wurden. Die Hydrogele mit eingebautem markiertem Insulin
wurden unter Vakuum bei Raumtemperatur für mehrere Tage getrocknet,
um restliches Lösungsmittel
zu entfernen. Hydrogelscheiben mit 8 mm Durchmesser und 0,8 mm Dicke
wurden gebildet. Hydrogele wurden mit Gewichtsverhältnissen
von Dex-Al/PDLLA-Diacrylat von 100/0, 80/20, 50/50, 20/80 und 0/100
erzeugt.
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Die
Freisetzung von Insulin wurde durch die folgende Prozedur bestimmt.
In jedem Fall wurden ca. 35 mg Hydrogel mit eingebautem markiertem
Insulin in ein 20 ml-Glasteströhrchen
mit Schraubdeckel, das 15 ml phosphatgepufferte Lösung (PBS,
0,1 M, pH 7,4) enthielt, bei 37°C
gegeben und darin über
einen Zeitraum von sieben Wochen eingetaucht. 2 ml des Puffermediums
wurden zu vorher bestimmten Intervallen entfernt und durch dasselbe
Volumen frischer Pufferlösung
ersetzt. Die Konzentration von Insulin in jeder entnommenen Probe
wurde bei 490 nm gemessen, indem ein Perkin Elmer Lambda 2 UV/VIS-Spektrometer
(Norwalk, Connecticut) verwendet wurde. Eine durchschnittliche Freisetzung
von drei Proben wurde berichtet (d. h. die Tests wurden dreifach
durchgeführt
und die Ergebnisse wurden gemittelt).
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Die
Ergebnisse waren wie folgt: der anfängliche Burst aus einem 100%
Dex-Al-Hydrogel war minimal. Wenn jedoch der Prozentsatz von PDLLA-Diacrylat
anstieg, stiegen der anfängliche
Burst, das Ausmaß der Freisetzung
und die Freisetzungsrate an. Das 100% PDLLA-Diacrylat-Hydrogel zeigte
den größten anfänglichen
Burst-Effekt, das höchste
Ausmaß der
Freisetzung und die höchste
Freisetzungsrate. Beispielsweise wurden nur 14% eingeschlossenes
Insulin aus dem 100% Dex-Al-Hydrogel nach sieben Wochen Inkubation freigesetzt.
Das Ausmaß der
Freisetzung stieg, wenn der Prozentsatz der PDLLA-Diacrylat-Komponente
stieg, d. h. 32% für
80/20, 60% für
50/50, 72% für
20/80 Dex-Al/PDLLA-Diacrylat, und 100% des Insulins wurden aus dem
100% PDLLA-Diacrylat-Hydrogel nach ca. 44 Tagen freigesetzt. Die
Freisetzungsraten waren zu Beginn der Eintauchperiode am größten.
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Die
Ergebnisse für
Dex-Al/PDLLA-Diacrylat-Hydrogele mit eingebautem Indomethacin, Gewichtsverhältnis 100/0,
80/20, 50/50, 20/80 und 0/100, mit eingebautem Insulin, Gewichtsverhältnis 100/0,
80/20, 50/50, 20/80 und 0/100, und mit eingebautem BSA, Gewichtsverhältnis 100/0,
50/50, 80/20, 20/80 und 0/100, sind entsprechend in den Figuren 1a, 1b und 1c gezeigt.
Wie in 1a gezeigt ist, konnte das Indomethacin
mit kleiner Größe innerhalb
von 40 Tagen aus allen Hydrogelen vollständig freigesetzt werden, und die
Freisetzungsrate sank, wenn der Prozentsatz der PDLLA-Diacrylat-Komponente
stieg. Wie in den 1b und 1c gezeigt
ist, stieg die Freisetzungsrate der Moleküle Insulin und BSA mit größerer Größe, wenn
der Prozentsatz der PDLLA-Diacrylat-Komponente stieg, und die Moleküle mit großer Größe wurden
aus den Hydrogelen mit hohem Anteil der Dex-Al-Komponente wie z.
B. 100/0 und 80/20 innerhalb des Zeitraums des Experiments nicht
vollständig
freigesetzt. Es wird gezeigt, dass die Wirkung des Zusammensetzungsverhältnisses
von Dex-Al/PDLLA-Diacrylat auf die Freisetzungsprofile von großen Molekülen wie
z. B. Proteinen, die durch BSA repräsentiert werden, und kleineren
wasserlöslichen
Makromolekülen,
wie sie durch Insulin repräsentiert
werden, verschieden ist. Im Allgemeinen sank die anfängliche
schnelle Freisetzung von BSA, wenn der Prozentsatz der PDLLA-Diacrylat-Komponente
stieg, und danach, wenn die Eintauchdauer stieg, gab es eine verzögerte Freisetzung,
deren Rate und Ausmaß anstiegen,
wenn der Prozentsatz von PDLLA-Diacrylat stieg. Andererseits wird
gezeigt, dass die Insulinfreisetzung während der gesamten Periode
(einschließlich
der anfänglichen)
steigt, wenn der Prozentsatz der PDLLA-Diacrylat-Komponente stieg.
In allen Fällen
lieferte das Hydrogelnetzwerk eine kontrollierte Freisetzung des
eingeschlossenen Mittels.
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Variation
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Viele
Variationen des Obigen werden für
die Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein. Demgemäß wird die
Erfindung durch die Ansprüche
definiert.