含有用于制造后疊氮化物炔烴環(huán)加成官能化的應(yīng)變的環(huán)炔烴官能度的聚合物結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種產(chǎn)生生物相容性聚合物結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟：提供含有應(yīng)變的環(huán)炔烴端基的生物相容性聚合物；由所述生物相容性聚合物形成聚合物結(jié)構(gòu)使得所述應(yīng)變的環(huán)炔烴端基保持在所述生物相容性聚合物上；提供疊氮化物拴系的分子；以及，在形成所述聚合物結(jié)構(gòu)之后，使所述疊氮化物拴系的分子與所述環(huán)炔烴在疊氮化物炔烴環(huán)加成反應(yīng)中反應(yīng)以進(jìn)一步官能化所述聚合物結(jié)構(gòu)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】含有用于制造后疊氮化物炔烴環(huán)加成官能化的應(yīng)變的環(huán)炔 烴官能度的聚合物結(jié)構(gòu)
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2012年7月31日提交的美國(guó)專(zhuān)利臨時(shí)申請(qǐng)No. 61/677, 691的優(yōu)先權(quán)， 所述專(zhuān)利的內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明通常屬于生物相容性聚合物結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及具有應(yīng)變 的環(huán)炔烴官能度的生物相容性聚合物結(jié)構(gòu)，所述應(yīng)變的環(huán)炔烴官能度存活于制造聚合物結(jié) 構(gòu)的過(guò)程中。可通過(guò)疊氮化物炔烴環(huán)加成將環(huán)炔烴官能度有益地用于制造后官能化。

【背景技術(shù)】
[0004] 二十多年來(lái)，已經(jīng)在再生醫(yī)學(xué)中提供了巨大的進(jìn)步，希望材料將提供世界范圍內(nèi) 存在的器官和組織短缺的解決方案。然而，克服剩余的挑戰(zhàn)將需要許多另外的創(chuàng)新，特別是 在具有引導(dǎo)再生過(guò)程的特定官能度的材料中的創(chuàng)新。
[0005] 已經(jīng)將具有機(jī)械性能、多孔微結(jié)構(gòu)和與膠原纖維具有空間相似性的納米纖維狀腳 手架用于模擬天然的細(xì)胞外基質(zhì)（ECM)并在許多不同的應(yīng)用中與組織工程高度相關(guān)。使用 能夠通過(guò)改變包括溶劑、濃度、添加劑和電極設(shè)計(jì)的條件控制尺寸、形態(tài)和取向的熔體或電 紡絲方法已經(jīng)將聚合物納米纖維制成多種構(gòu)建體和腳手架。
[0006] 對(duì)于再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用，用于制造基于納米纖維的腳手架的聚合物前體應(yīng)為生物相容 的和生物可降解的。已經(jīng)將許多生物可降解的和生物相容性聚合物（諸如聚乙醇酸（PGA)、 聚（乳酸）（PLA)、聚（丙交酯-共-乙交酯）（PLGA)和聚（e-己內(nèi)酯）（PCL))廣泛研宄為 纖維和納米纖維前體材料。盡管這些生物可降解的聚合物滿(mǎn)足組織工程應(yīng)用的若干基本要 求，但是引導(dǎo)細(xì)胞行為和保存細(xì)胞表型的生物活性分子對(duì)于最佳性能是必需的。需要有效 地?fù)饺肽軌蛞龑?dǎo)或指導(dǎo)特定生物功能的特定官能團(tuán)。一般存在兩種可用于生物分子官能化 的方法：物理吸附和化學(xué)鍵合。雖然物理吸附存在隨著時(shí)間的推移生物分子損耗的風(fēng)險(xiǎn)，但 是化學(xué)綴合通常需要多步加工和純化，兩者均經(jīng)常包括苛刻條件。
[0007] 另外，納米纖維的衍生化經(jīng)常需要多步程序，包括等離子處理、濕式化學(xué)法、表面 接枝聚合以及表面活性劑和聚合物的共電紡絲。這些修飾中的每一種為集中優(yōu)化的時(shí)間和 資源并且可能導(dǎo)致免疫特異性反應(yīng)和生物相容性問(wèn)題。
[0008] 優(yōu)選能夠有效的、正交的和生物系統(tǒng)友好的官能化的新方法。已經(jīng)將銅催化的點(diǎn) 擊化學(xué)用于聚合物的有效的官能化。然而，銅離子的副作用導(dǎo)致生物相容性問(wèn)題。最近，應(yīng) 變-促進(jìn)的疊氮化物炔烴環(huán)加成的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)為生物分子的有效綴合提供了穩(wěn)健的化學(xué)方 法。該方法已經(jīng)被廣泛地用于生物成像和生物綴合。本發(fā)明有益利用該點(diǎn)擊化學(xué)并且為纖 維腳手架的產(chǎn)生以及通過(guò)此類(lèi)疊氮化物炔烴環(huán)加成化學(xué)的它們的制造后生物功能化提供 指導(dǎo)。
[0009] 已經(jīng)將肽、生長(zhǎng)因子和碳水化合物各自共價(jià)拴系至合成和天然衍生的聚合物表面 以刺激特異性細(xì)胞功能。關(guān)于拴系物質(zhì)的生物利用度、特異性和活性的關(guān)注持續(xù)存在。最 近研宄示出所需生物響應(yīng)可用適當(dāng)?shù)乃┫但@得。許多合成的可降解的聚合物，包括聚（乳 酸）目前在臨床上利用；但是，細(xì)胞系統(tǒng)不能通過(guò)正常的整聯(lián)蛋白介導(dǎo)的裝配而與合成聚 合物容易地直接相互作用。Tyr-Ile-Gly-Ser-Arg (HGSR)，來(lái)自層粘連蛋白的生物活性肽， 示出促進(jìn)細(xì)胞粘附和層粘連蛋白受體結(jié)合。Graf，J. ;Ogle，R.C. ;Robey，F(xiàn).A. ;Sasaki，M.; Martin，G.R. ;Yamada，Y. ;Kleinman，H.K. Biochemistry 1987,26,6896-6900。YIGSR-官 能化的基質(zhì)已經(jīng)示出與Ile-Lys-Val-Ala-Val(IKVAV)肽（一種更普遍研宄的層粘連蛋 白-衍生的肽和層粘連蛋白_涂覆的基質(zhì)）類(lèi)似的或比其優(yōu)異的細(xì)胞作用。本領(lǐng)域能夠從 YIGSR摻入至納米纖維基質(zhì)受益以促進(jìn)胚胎干細(xì)胞至神經(jīng)元的定向分化。然而，含有能夠指 導(dǎo)細(xì)胞功能的生物基序的可降解聚合物的精確的、配向性官能化對(duì)于溶劑、催化劑、殘余物 和加工方法已經(jīng)如此復(fù)雜以致。作為官能化聚合物和材料的方法的點(diǎn)擊化學(xué)的最近演化已 經(jīng)使得天然和合成聚合物兩者能夠以先前不可能的方式衍生化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的第一實(shí)施方案提供了產(chǎn)生生物相容性聚合物結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步 驟：提供包含應(yīng)變的環(huán)炔烴端基的生物相容性聚合物；由所述生物相容性聚合物形成聚合 物結(jié)構(gòu)使得所述應(yīng)變的環(huán)炔烴端基保持在所述生物相容性聚合物上；提供疊氮化物拴系的 分子；以及，在所述形成步驟之后，使所述疊氮化物拴系的分子與所述環(huán)炔烴在疊氮化物炔 烴環(huán)加成反應(yīng)中反應(yīng)以進(jìn)一步官能化所述聚合物結(jié)構(gòu)。
[0011] 第二實(shí)施方案提供了如在第一實(shí)施方案中所述的方法，其中所述提供生物相容性 聚合物的步驟包括通過(guò)采用具有應(yīng)變的環(huán)炔烴的R0P引發(fā)劑的開(kāi)環(huán)聚合使單體聚合以產(chǎn) 生包含應(yīng)變的環(huán)炔烴端基的所述生物相容性聚合物的步驟。
[0012] 第三實(shí)施方案提供了如在第一或第二實(shí)施方案中所述的方法，其中所述R0P引發(fā) 劑包含五至九元應(yīng)變的環(huán)炔烴。
[0013] 第四實(shí)施方案提供了如在第一至第三實(shí)施方案中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述 R0P引發(fā)劑還包含選自羥基或胺基的反應(yīng)性基團(tuán)。
[0014] 第五實(shí)施方案提供了如在第一至第四實(shí)施方案中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述反 應(yīng)性基團(tuán)為羥基，并且在所述聚合步驟中聚合的單體為環(huán)酯。
[0015] 第六實(shí)施方案提供了如在第一至第五實(shí)施方案中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述反 應(yīng)性基團(tuán)為羥基，并且在所述聚合步驟中聚合的單體選自?xún)?nèi)酯、丙交酯和乙交酯。
[0016] 第七實(shí)施方案提供了如在第一至第六實(shí)施方案中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述反 應(yīng)性基團(tuán)為胺，并且在所述聚合步驟中聚合的單體為N-羧酸酐。
[0017] 第八實(shí)施方案提供了如在第一至第七實(shí)施方案中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述 R0P引發(fā)劑包含8-元環(huán)炔烴。
[0018] 第九實(shí)施方案提供了如在第一至第八實(shí)施方案中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述 R0P引發(fā)劑根據(jù)以下結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇：
[0019]

【權(quán)利要求】
1. 一種產(chǎn)生生物相容性聚合物結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟： 提供包含應(yīng)變的環(huán)炔烴端基的生物相容性聚合物； 由所述生物相容性聚合物形成聚合物結(jié)構(gòu)使得所述應(yīng)變的環(huán)炔烴端基保持在所述生 物相容性聚合物上； 提供疊氮化物拴系的分子；以及，在所述形成步驟之后， 使所述疊氮化物拴系的分子與所述環(huán)炔烴在疊氮化物炔烴環(huán)加成反應(yīng)中反應(yīng)以進(jìn)一 步官能化所述聚合物結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提供生物相容性聚合物的所述步驟包括通過(guò)采用 具有應(yīng)變的環(huán)炔烴的ROP引發(fā)劑的開(kāi)環(huán)聚合使單體聚合以產(chǎn)生包含應(yīng)變的環(huán)炔烴端基的 所述生物相容性聚合物的所述步驟。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述ROP引發(fā)劑包含五至九元應(yīng)變的環(huán)炔烴。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述ROP引發(fā)劑還包含選自羥基或胺基的反應(yīng)性 基團(tuán)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述反應(yīng)性基團(tuán)為羥基，并且在所述聚合步驟中 聚合的單體為環(huán)酯。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述反應(yīng)性基團(tuán)為羥基，并且在所述聚合步驟中 聚合的單體選自?xún)?nèi)酯、丙交酯和乙交酯。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述反應(yīng)性基團(tuán)為胺，并且在所述聚合步驟中聚 合的單體為N-羧酸酐。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述ROP引發(fā)劑包含8元環(huán)炔烴。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述ROP引發(fā)劑根據(jù)以下結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇：
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述ROP引發(fā)劑根據(jù)以下結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇：
其中X為氨基甲酸酯或碳酸酯，Y為亞甲基（CH2)或乙氧基（CH2CH20)，n為1或以上 至12或以下，并且Z為胺或羥基或羥乙基。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述ROP引發(fā)劑根據(jù)以下結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇：
其中n為1至5。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述ROP引發(fā)劑根據(jù)以下結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇： 其中n為1至11。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述ROP引發(fā)劑根據(jù)以下結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇： 其中n為1至5。
14. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中形成聚合物結(jié)構(gòu)的所述步驟包括選自電紡絲、熔 噴、鹽浸出腳手架、氣體噴射的納米纖維、噴墨印刷和3d打印的方法。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述應(yīng)變的環(huán)炔烴存活于所述形成步驟。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括在所述形成步驟之后儲(chǔ)存所述聚合物結(jié)構(gòu)的 步驟以便保存所述應(yīng)變的環(huán)炔烴端基，以及在所述儲(chǔ)存步驟之后進(jìn)行所述反應(yīng)疊氮化物拴 系的分子的步驟以便進(jìn)行所述反應(yīng)步驟的進(jìn)一步官能化因?yàn)楣倌芑癁楸匦璧牟⑶铱蓪⒋?類(lèi)官能化調(diào)整至所需官能度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述疊氮化物-官能化的基團(tuán)選自疊氮化 物-官能化的DNA、疊氮化物-官能化的肽、疊氮化物-官能化的蛋白質(zhì)、疊氮化物-官能化 的糖、疊氮化物-官能化的金屬、疊氮化物-官能化的納米顆粒和疊氮化物-官能化的抗菌 劑。
18. -種根據(jù)以下結(jié)構(gòu)的開(kāi)環(huán)聚合引發(fā)劑：
其中X為氨基甲酸酯或碳酸酯，Y為亞甲基（CH2)或乙氧基（CH2CH20)，n為1或以上 至12或以下，并且Z為胺或羥基或羥乙基。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的根據(jù)以下結(jié)構(gòu)的開(kāi)環(huán)聚合引發(fā)劑：
其中n為5。
【文檔編號(hào)】A61K9/00GK104507456SQ201380040296
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月31日
【發(fā)明者】M·L·貝克, 鄭巨款 申請(qǐng)人:阿克倫大學(xué)