螯合两亲聚合物的制作方法
专利名称：螯合两亲聚合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及两亲聚合物(amphiphilic polymers)以及由其制得的适合用做成像 对比剂(contrast agents)白勺纳米载体(nanocarriers)如聚合物囊泡(polymersomes)。 具体地，本发明涉及用于磁共振成像(MRI)的1\和/或1~2对比剂、单光子发射计算机断层 成像(Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT)或者正电子发射断层成像 (Positron Emission Tomography,PET)中的放射性标记试剂、在(光谱(spectral))计算 机断层成像(Computed Tomography)(光谱CT)中的高Z元素(high Z elements)、以及用 于MRI 的化学交换饱禾口转移(Chemical Exchange-dependent Saturation Transfer, CEST) 对比剂。更具体地，本发明涉及基于聚合物囊泡作为药物载体的图像引导的药物递送。
背景技术：
有关其中可结合例如放射性核素或者MR活性金属的两亲材料的背景参考文献是 例如V. Torchilin, Chemtech 1999，第29卷，第11期，27-34。该文章涉及多螯合两亲聚合 物。这些主要是基于聚-L-赖氨酸的聚合物，包含具有多个螯合基团的亲水性片段以及相 对短的、高亲脂性的磷脂片段。后者用于将所述聚合物结合到脂质体(liposomes)和胶束 (micelles)中 0本发明属于不同类别的两亲聚合物，即能够自组装成聚合物囊泡、胶束或者聚合 物稳定化的乳液的那些。这些聚合物通常可以被描述为嵌段聚合物，包含至少一个亲水性 嵌段(A)，优选包含具有大于500克/摩尔分子量的链，和至少一个疏水性嵌段(B)，也是聚 合物嵌段形式(即不是脂质(lipid))。这些聚合物可以采取嵌段共聚物AB的形式，三嵌 段聚合物ABA或者BAB的形式，或者具有末端亲水性嵌段和末端疏水性嵌段的任意进一步 嵌段聚合物的形式，包括含有具有模糊(ambiguous)溶剂特性(即不亲水也不疏水)的链 (C)的聚合物，例如嵌段三元共聚物ACB。通常，这将意味着嵌段C和嵌段A—起形成新亲 水性嵌段，或者和嵌段B —起形成新疏水性嵌段。作为亲水性嵌段和疏水性嵌段存在的结果，两亲聚合物具有形成自组装的结构的 能力。最典型的自组装的结构是在含水环境中形成的胶束和聚合物囊泡。然而，不论哪种 情况，取决于它们在其中形成的介质，任一种嵌段(即亲水性或者疏水性)都能够形成内部 或者外部。在胶束中，所述内部包含会聚的、向内指向的聚合物链，而所述外部包含发散的、 向外指向的聚合物链。在聚合物囊泡中，自组装的结构包含围起空腔的壁。和脂质体类似， 所述壁最典型地是在含水介质中通过聚合物双层(bilayer)形成，疏水性嵌段在双层内部 互相相对指向，而亲水性嵌段位于空腔的内部和聚合物囊泡的外表面。与脂质泡囊(即脂质体)相反，聚合物囊泡化学更稳定，泄漏更少，更不易于和生 物膜发生相互作用，并且因为它们较低的临界聚集浓度而动态程度较低。这些性质导致更 少的调理作用(opsonisation)和更长的循环时间。另一方面，脂质体提供成像剂或者靶向 部分能够容易地结合到脂质层中的优点。脂质体也可以很好地用作对比剂，在这种情况下 它们提供有例如用于MRI的顺磁性标签或者用于SPECT或者PET的放射性核素。
虽然脂质体提供了非常多样的途径，但是一个主要局限是低聚乙二醇化 (PEGylation)程度，即提供具有共价连接的聚(乙二醇)的表面。聚乙二醇化是掩饰实体 (mask entities)(如治疗蛋白)的一种已知技术，当从人的免疫系统引入人体内时。这被 认为是基于较低程度的调理作用，其结果是聚乙二醇化的表面不易于发生巨噬细胞摄取。 这用于增加聚乙二醇化的实体的循环时间。对于脂质体和其他实践上适合的纳米载体，因 此希望类似地掩饰它们，即提供隐形的、聚乙二醇化的纳米载体。
发明内容
提供能够形成自组装的结构的两亲聚合物将是有利的，其包含亲水性嵌段和疏水 性嵌段，其中所述亲水性嵌段具有螯合部分(chelating moiety)作为末端基团。特别地， 提供能够具有可用于成像技术的标签的免疫系统掩饰的(隐形(stealth))结构将是有利 的。优选地，将希望提供这种材料和甚至更好地促进标签如金属离子或者高Z元素、 顺磁性或放射性标签的纳入。为了更好地解决上述愿望，本发明提供了螯合两亲聚合物，其能够自组装(成聚 合物囊泡、胶束或者聚合物稳定化的乳液)。在一方面，提供了两亲聚合物，包含亲水性嵌段，特别是聚(环氧乙烷)嵌段，以及 疏水性嵌段，其中所述亲水性嵌段具有螯合部分作为末端基团。在另一方面，提供了聚合物颗粒(也称为纳米载体)，含有自组装的结构，如聚合 物稳定化的乳液(即水包油乳液，其中聚合物形成围绕油滴的层)、胶束、或者围起空腔的 双层(聚合物囊泡)，其中所述聚合物是包含亲水性嵌段和疏水性嵌段的两亲聚合物，其中 所述亲水性嵌段具有螯合部分作为末端基团。在更另一方面，提供了 MRI对比剂，为包含上述自组装的结构的纳米载体的形式， 其中位于所述纳米载体的外表面处的螯合部分与顺磁性金属配位。在一个进一步的方面，提供了用于核磁共振成像(MRI)的化学交换饱和转移 (CEST)对比剂，其包含含有围起空腔的聚合物壳的聚合物囊泡，其中所述空腔含有质子分 析物的库，并且其中所述壳允许所述质子分析物的扩散，所述壳是含有亲水性嵌段和疏水 性嵌段的两亲聚合物，其中所述亲水性嵌段具有螯合部分作为末端基团，并且其中顺磁性 金属与螯合部分在所述空腔的内部配位。在更另一方面，提供了用于单光子发射计算机断层成像(SPECT)或正电子发射断 层成像(PET)中的放射性标记试剂，为包含上述自组装的结构的纳米载体的形式，其中位 于纳米载体的外表面和/或位于空腔的内部的螯合部分与放射性核素配位。在还另一方面，提供了用于(光谱)CT的图像对比剂，为包含上述自组装的结构的 纳米载体的形式，其中位于纳米载体的外表面和/或位于空腔的内部的螯合部分与高Z材 料(例如元素，如重金属)配位。本发明进一步包括制备和使用所述螯合两亲聚合物的方法，一个特定用途包括药 物递送。本发明的详细说明广义上来讲，本发明可描述为能够自组装的螯合两亲聚合物。和其它的纳米载体不同，本发明的聚合物自身能够螯合，也就是说，能够和金属离子形成配位络合物。和其他 螯合聚合物不同，本发明的聚合物能够形成自组装的结构(例如，形成聚合物囊泡，而不是 连接到其他存在的脂质体)，使它适合用做纳米载体。以一种最直接的形式，所述聚合物可以关于其三种主要功能单元描述具有被含 水环境排斥的趋势的疏水性嵌段，具有寻求与含水环境接触的趋势的亲水性嵌段，以及置 于所述亲水性嵌段的末端的螯合部分，即位于所述亲水性嵌段的末端单体的剩余功能残基 上。可以想象，聚合物链含有进一步的也可以具有螯合部分的活性侧基，但这具有缺点，因 为通常将不能提供100%的侧基改性，所以聚合物将不可避免地以活性的、通常带电的侧基 作为末端。基于聚赖氨酸的材料就是这种情况，这危害了自组装能力。所述螯合部分可以具有金属以形成配位络合物，并从而提供内在“金属化的”聚合 物。取决于感兴趣的金属，经标记的聚合物可以用作用于MRI (I\，T2，CEST)、核成像(SPECT， PET)、或者光谱CT的对比剂。所述螯合两亲聚合物，当置于含水环境中时，将能够形成自组装的结构，其中亲水 性嵌段(并因此螯合部分)指向所述含水环境。这可以是指胶束，其中疏水性末端会聚成核心，亲水性末端三维地伸出。在胶束的 情况下，金属可以在形成胶束之前或之后被引入以与螯合部分形成配位络合物，因为结果 将是基本上一样的。根据本发明是优选的，这也可以是指聚合物囊泡，其中两亲聚合物在含水环境中 用于形成围起空腔的双层。在这里，疏水性嵌段在所述双层的内部界面相互相对指向，而亲 水性嵌段指向外部的含水环境和内部的空腔。在这种情况下，可以想象采用两亲聚合物形 成金属配位络合物的两种根本不同的途径。一种是先允许形成聚合物囊泡，然后提供金属。 在这种情况中，在聚合物囊泡的内部空腔中不存在与聚合物结合的金属。另一种方法是首 先提供金属，因此使基本上所有螯合部分都形成配位络合物，然后形成聚合物囊泡。在这种 情况中，配位的金属存在于聚合物囊泡的内表面(即空腔的内壁)和聚合物囊泡的外表面。 在后一种情况下，取决于使用的配位化学，将还可以把金属从外表面除去，或者用不同的金 属取代存在于外表面的金属。这提供了设计上的理想灵活性，例如，允许聚合物囊泡在不同 的技术中呈现对比功能。在含水环境如人体中，是否能够得到聚合物囊泡或胶束取决于两亲共聚物的亲水 t生分数(hydrophilic fraction, fphil) (fphil = Mw，phil/ (Mw，phil+Mw， DlTOb))。这里 Mw ，phil 7I H ivVphob 是聚合物的亲水性部分和疏水性部分各自的重均分子量。在含水条件下，对于0.2 < fphil < 0. 4，形成聚合物囊泡(即嵌段共聚物泡囊)，而在fphil > 0. 5则观察到聚合物胶束。在 聚合物囊泡的情况下，两亲嵌段共聚物组装成头到尾和尾到头双层结构。本发明的自组装的结构也可以是聚合物稳定化的水包油乳液。在这种情况下，围 绕油滴形成所述两亲聚合物的单层，疏水性部分指向油表面，亲水性部分指向周围的水相。 这在例如CT (使用碘化的油)、F-MRI (使用全氟化的油)和药物递送(存在数种FDA批准 的用于药物递送的乳液，如基于豆油)中发现了用途。本发明的各要素在下面做进一步的说明。两亲聚合物能够自组装的两亲聚合物本身是已知的，所得到的纳米载体也是已知的，例如自组装的聚合物囊泡结构。本领域技术人员拥有合适的全套设备(armamentarium)来制造这 些聚合物。参考文献包括专利文件如WO 2005/016259,US 6, 835, 394,US 2005/180922,EP 1279682, US 2008/166382、WO 2008/58963，以及这些文件中提到的各种背景参考文献。本发明的聚合物通常包含至少一个末端亲水性嵌段(A)和至少一个末端疏水性 嵌段(B)。在一个优选的、最简单的形式中，所述聚合物是只含有所述两个上述嵌段的嵌段 共聚物，即具有通式结构AB的聚合物。这些嵌段自身优选地基本上由单一重复单体单元 (分别*Ma、Mb)组成。形成的嵌段共聚物结构因此符合下列结构通式⑴X-[MJn-[MB] m⑴其中X代表螯合部分；Ma代表亲水性重复单元;Mb代表疏水性重复单元；n和m各 自独立地是代表形成嵌段的单体单元数量的整数。对于重复单元的数量，其应当足以赋予 聚合物两亲特性，并且通常将至少为3。最大值并不特别关键，由与聚合物制备技术相关的 常规考虑给出。一个典型的上限因此是1，000，000。对于η和m—个优选的范围是4到 40，000，优选5到5，000,以及最优选10到225。然而，所述亲水性嵌段和疏水性嵌段之一或者两者可包含两种或者更多种不同的 重复单元，从而提供符合通式(ii)的聚合物[MaJp- [MA2] q- [MA3] r- [MB1] x- [MB2] y- [MB2] z(ii)这里MA1、Ma2, Ma3表示不同的亲水性重复单元，MB1、Mb2, Mb3表示不同的疏水性重复 单元。字母p、q、r、x、y和ζ各自独立地代表从0到1，000，000的整数，条件是(p+q+r)和 (x+y+z)的范围是3到1，000, 000,优选4到40，000,更优选5到5000，以及最优选10到 225。虽然不优选，但集合了大量不同的重复亲水性和疏水性单元的类似多嵌段聚合物是可 行的。在上述通式(1)和( 之一的聚合物中，还可行的是加入具有模糊溶剂行为的嵌 段(C)，即既不亲水也不疏水的嵌段。所述一个或多个亲水性嵌段通常是可溶于水的嵌段， 优选选自由聚(环氧乙烷)、聚(甲基)丙烯酸、聚丙烯酰胺的衍生物、聚醇如聚(乙烯醇) 或聚(甲基丙烯酸羟乙基酯)、亲水性多肽和糖衍生物组成的组。更优选地，所述亲水性嵌 段是聚(环氧乙烷)嵌段(PE0，PEG)，因为随其产生的是本发明的聚合物是内在“聚乙二醇 化的”。在人或者动物体内的含水环境中，亲水性聚(环氧乙烷)即PEG嵌段将形成所形成 的自组装结构(如聚合物囊泡)的外表面，从而提供100%聚乙二醇化的表面，因此提供最 理想的隐形(因减少的调理作用而导致更长的循环时间)。关于前文提到的因子fphil，优选 聚(环氧乙烷)嵌段的重均分子量为500到10，000。更长的亲水性嵌段会导致需要相对长 的疏水性嵌段，考虑到较低的可生物降解性和更困难的加工(高粘度)，这是不太希望的。 所述一个或多个疏水性嵌段通常缺乏对水的亲和性，并且优选选自Tg低于70°C的聚合物， 如聚(丁二烯)，聚(异戊二烯)，聚(乙基乙烯)。通常，所有具有碳原子主链和疏水性质 侧基的聚合物都可以用于所述疏水性嵌段。前述Tg偏好同样尤其涉及加工，因为考虑到它们的高粘度，和/或考虑到它们在 加工条件下的结晶性，Tg高于该Tg值的聚合物更难于加工。对于这种具有高Tg的聚合物， 在加工过程中将优选使用增塑剂(例如，有机溶剂如THF(四氢呋喃)或者二氯甲烷)。这 些增塑剂用作加工工具，并在使用聚合物之前被除去。这种加工技术对于聚合物科学领域 的技术人员来说是常规可得的。
如本领域技术人员将理解的那样，大的设计灵活性的程度由标准方法给予，以影 响两亲聚合物的分子量和分子量分布。这也可以从每单位聚合物重量末端基团的数量的角 度来进行考虑，这因此提供了调节每单位聚合物重量螯合部分的数量的简单工具。通过将 具有相对短的亲水性链(尤其是PEG链)的螯合两亲聚合物与具有相对大的PEG链的两亲 聚合物进行组合可以获得一种特别的优点。在一种得到的自组装体中，所述螯合部分将因 而包含在形成自组装结构的聚合物层之内，而PEG链将形成该结构的外表面，从而提供不 被螯合部分干扰的全PEG表面。螯合部分所述螯合部分可以衍生自和/或选自含有电子供体原子的部分。这些部分可以选 自，例如，多聚磷酸/盐，如三聚磷酸钠和六偏磷酸；氨基羧酸，如乙二胺四乙酸、N- (2-羟 乙基)乙二胺四乙酸、次氮基三乙酸、N，N-二(2-羟乙基)甘氨酸、亚乙基双(羟基苯基 甘氨酸)和二亚乙基三胺五乙酸；1，3_ 二酮类，如乙酰丙酮、三氟乙酰丙酮、和噻吩甲酰基 (thienoyl)三氟丙酮；以及羟基羧酸类，如酒石酸、半乳糖二酸、柠檬酸、葡糖酸、和5_磺基 水杨酸；多胺类，如乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、和三氨基三乙基胺；氨基醇类， 如三乙醇胺和N42-羟乙基)乙二胺；芳香杂环碱类，如2，2' -二吡啶基、2，2' -二咪唑、 二甲基吡啶胺(dipicoline amine)、和1，10-菲咯啉；酚类，如水杨醛、二磺基焦儿茶酚、和 变色酸；氨基酚类，如8-羟基喹啉和8-羟基喹啉磺酸；肟类，如丁二酮肟和水杨醛肟；含有 邻近螯合官能度的肽类如聚半胱氨酸、聚组氨酸、聚天冬氨酸、聚谷氨酸或者这些氨基酸的 组合，在聚合物中每个聚氨基酸包括2到约20个氨基酸；希夫碱类，如二水杨醛1，2_亚丙 基二亚胺；四吡咯类，如四苯基卟吩和酞菁；硫化合物，如甲苯二硫醇、meso-2, 3- 二巯基丁 二酸、二巯基丙醇、巯基乙酸、乙基黄原酸钾、二乙基二硫代氨基甲酸钠、双硫腙、二乙基二 硫代磷酸、和硫脲；合成的大环化合物，如二苯并[18]冠-6、(013)6-[14]-4，11-二烯-_、 和0，2，2)_穴状化合物；以及膦酸类，如次氮基三亚甲基膦酸、乙二胺四(亚甲基膦酸)、 和羟基乙叉基二膦酸，或者上述试剂的两种或更多种的组合。优选的螯合部分含有一个或者多个羧酸或者羧酸根基团，并且包括以下存在的 成分乙二胺-N，N, N' , N'-四乙酸(EDTA) ；N, N, N'，N"，N" _ 二亚乙基三胺五乙酸 (DTPA) ；1，4，7，10-四氮杂环十二烷-N，N'，N"，N"‘-四乙酸(DOTA) ；1，4，7，10-四氮杂 环十二烷-N，N'，N"-三乙酸(0034);1-氧杂-4，7，10-三氮杂环十二烷州力'，N"-三 乙酸(OTTA)，反式(1，2)-环二亚乙基三胺五乙酸(trans(l，2)-cyclohexanodiethylenetr iamine pentaacetic acid, CDTPA)。最优选的螯合部分是DOTA、DTPA、HYNIC(用于螯合锝的6-胼基尼古丁)、和用于螯 合镓的去铁敏(desferoxamine)(例如，可以以专用名字Desferal得到的甲磺酸去铁敏)。本领域技术人员将理解，前述的例子是螯合物，并且与这些化合物相比，所述螯合 部分在它们包含与聚合物的连接键的意义上实际是它们的衍生物。螯合部分的偶联虽然不排除其它的加工顺序，但是优选的是首先制备两亲共聚物，然后将螯合部 分偶联到其亲水性嵌段上。如本领域技术人员将会理解的那样，亲水性末端单体和螯合部 分之间的确切连接将由单体末端上和用于形成聚合物中螯合部分的螯合化合物上可用的 官能团来决定。一个典型的、通常适合的连接是酰胺键。
本发明优选的嵌段聚(丁二烯)_聚(环氧乙烷)聚合物可以如下按照下面方案 1中所述制备。首先提供嵌段聚合物，在此是聚(环氧乙烷)-嵌段-聚(丁二烯)(1)。聚 合物的伯醇被转化为共聚物⑵的相应甲苯磺酸酯。接着，该甲苯磺酸酯和NH3反应生成胺 官能化的聚(环氧乙烷)_嵌段-聚(丁二烯)(3)。然后，3的胺基团和DOTA(4)的N-丁 二酰亚胺基酯反应得到DOTA官能化的聚(环氧乙烷)_嵌段-聚(丁二烯)(5)。方案权利要求
1.能够自组装的螯合两亲聚合物，其包含亲水性嵌段和疏水性嵌段，其中所述亲水性 嵌段具有螯合部分作为末端基团。
2.根据权利要求1所述的螯合两亲聚合物，其符合结构通式(i)χ-[MA] n- [MB] ffl(i)其中，X代表螯合部分；Ma代表形成所述亲水性嵌段的亲水性重复单元;Mb代表形成所 述疏水性嵌段的疏水性重复单元；η和m各自独立地是3到1，000，000的整数，优选为5到 5，000，代表形成各自嵌段的单体单元的数量。
3.根据前述任一项权利要求所述的螯合两亲聚合物，其中所述亲水性嵌段是聚(环氧 乙烷)嵌段，优选具有500到10，000的重均分子量。
4.根据前述任一项权利要求所述的螯合两亲聚合物，其中所述疏水性嵌段的Tg低于 700C，并且优选选自由聚(丁二烯)、聚(异戊二烯)和聚(乙基乙烯)组成的组。
5.根据前述任一项权利要求所述的螯合两亲聚合物，其中所述螯合部分选自由D0TA、 DTPA, HYNIC和去铁敏组成的组。
6.颗粒，其包含前述任一项权利要求所述的螯合两亲聚合物的自组装结构。
7.根据权利要求6所述的颗粒，包括权利要求1-5任一项所述的螯合两亲聚合物与非 螯合两亲聚合物的组合。
8.根据权利要求7所述的颗粒，其中所述非螯合两亲聚合物具有作为亲水性嵌段的聚 (氧化乙烯)链，所述链具有比所述螯合两亲聚合物的亲水性嵌段更长的长度。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的颗粒，进一步包含药物。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的颗粒用做成像对比剂的用途。
11.CEST MRI对比剂，其包括根据权利要求6至9中任一项的聚合物囊泡，所述聚合物 囊泡具有由一种或者多种两亲聚合物的双层形成的壁，所述双层包含螯合两亲聚合物，其 中所述壁围起含有能够扩散通过所述壁的质子分析物库的空腔，并且其中伸展向所述空腔 方向的所述螯合两亲聚合物的螯合部分具有被螯合的顺磁性材料。
12.根据权利要求11所述的CESTMRI对比剂，具有非球形的形状。
13.SPECT或PET对比剂，包括根据权利要求6至19中任一项所述的聚合物稳定化的水 包油乳液，其中所述螯合两亲聚合物的螯合部分具有适于SPECT或者PET的被螯合的放射 性核素。
14.光谱CT对比剂，包括根据权利要求6至9任一项所述的颗粒，其中所述螯合两亲聚 合物的螯合部分具有高Z材料。
15.制备根据权利要求6至9所述的颗粒的方法，其中一个或者多个所述螯合部分包含 配位络合物形式的金属离子，所述金属离子螯合在内部，其中螯合两亲聚合物经受含水环 境以形成围起空腔的双层，并且其中所述螯合部分在形成所述双层之前实施与金属离子形 成配位络合物。
全文摘要
本发明描述的是具有螯合部分的两亲聚合物。所述两亲聚合物是包含亲水性嵌段和疏水性嵌段的嵌段共聚物，所述螯合部分连接到亲水性嵌段的末端基团。所公开的聚合物能够自组装到结构例如胶束和聚合物囊泡中。只要合适的金属以与所述螯合部分形成配位络合物的形式存在，本发明的这种螯合两亲聚合物就适合用于需要金属标记的各种成像技术中，如MRI(T1/T2加权对比剂或CEST对比剂)SPECT、PET或者光谱CT。
文档编号A61K49/00GK102149371SQ200980135369
公开日2011年8月10日 申请日期2009年9月8日 优先权日2008年9月9日
发明者A·德夫里斯, E·M·G·奥森斯库斯特斯, H·格鲁尔, J·卢布, S·兰格雷斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
技术领域：
本发明涉及两亲聚合物(amphiphilic polymers)以及由其制得的适合用做成像 对比剂(contrast agents)白勺纳米载体(nanocarriers)如聚合物囊泡(polymersomes)。 具体地，本发明涉及用于磁共振成像(MRI)的1\和/或1~2对比剂、单光子发射计算机断层 成像(Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT)或者正电子发射断层成像 (Positron Emission Tomography,PET)中的放射性标记试剂、在(光谱(spectral))计算 机断层成像(Computed Tomography)(光谱CT)中的高Z元素(high Z elements)、以及用 于MRI 的化学交换饱禾口转移(Chemical Exchange-dependent Saturation Transfer, CEST) 对比剂。更具体地，本发明涉及基于聚合物囊泡作为药物载体的图像引导的药物递送。
背景技术：
有关其中可结合例如放射性核素或者MR活性金属的两亲材料的背景参考文献是 例如V. Torchilin, Chemtech 1999，第29卷，第11期，27-34。该文章涉及多螯合两亲聚合 物。这些主要是基于聚-L-赖氨酸的聚合物，包含具有多个螯合基团的亲水性片段以及相 对短的、高亲脂性的磷脂片段。后者用于将所述聚合物结合到脂质体(liposomes)和胶束 (micelles)中 0本发明属于不同类别的两亲聚合物，即能够自组装成聚合物囊泡、胶束或者聚合 物稳定化的乳液的那些。这些聚合物通常可以被描述为嵌段聚合物，包含至少一个亲水性 嵌段(A)，优选包含具有大于500克/摩尔分子量的链，和至少一个疏水性嵌段(B)，也是聚 合物嵌段形式(即不是脂质(lipid))。这些聚合物可以采取嵌段共聚物AB的形式，三嵌 段聚合物ABA或者BAB的形式，或者具有末端亲水性嵌段和末端疏水性嵌段的任意进一步 嵌段聚合物的形式，包括含有具有模糊(ambiguous)溶剂特性(即不亲水也不疏水)的链 (C)的聚合物，例如嵌段三元共聚物ACB。通常，这将意味着嵌段C和嵌段A—起形成新亲 水性嵌段，或者和嵌段B —起形成新疏水性嵌段。作为亲水性嵌段和疏水性嵌段存在的结果，两亲聚合物具有形成自组装的结构的 能力。最典型的自组装的结构是在含水环境中形成的胶束和聚合物囊泡。然而，不论哪种 情况，取决于它们在其中形成的介质，任一种嵌段(即亲水性或者疏水性)都能够形成内部 或者外部。在胶束中，所述内部包含会聚的、向内指向的聚合物链，而所述外部包含发散的、 向外指向的聚合物链。在聚合物囊泡中，自组装的结构包含围起空腔的壁。和脂质体类似， 所述壁最典型地是在含水介质中通过聚合物双层(bilayer)形成，疏水性嵌段在双层内部 互相相对指向，而亲水性嵌段位于空腔的内部和聚合物囊泡的外表面。与脂质泡囊(即脂质体)相反，聚合物囊泡化学更稳定，泄漏更少，更不易于和生 物膜发生相互作用，并且因为它们较低的临界聚集浓度而动态程度较低。这些性质导致更 少的调理作用(opsonisation)和更长的循环时间。另一方面，脂质体提供成像剂或者靶向 部分能够容易地结合到脂质层中的优点。脂质体也可以很好地用作对比剂，在这种情况下 它们提供有例如用于MRI的顺磁性标签或者用于SPECT或者PET的放射性核素。
虽然脂质体提供了非常多样的途径，但是一个主要局限是低聚乙二醇化 (PEGylation)程度，即提供具有共价连接的聚(乙二醇)的表面。聚乙二醇化是掩饰实体 (mask entities)(如治疗蛋白)的一种已知技术，当从人的免疫系统引入人体内时。这被 认为是基于较低程度的调理作用，其结果是聚乙二醇化的表面不易于发生巨噬细胞摄取。 这用于增加聚乙二醇化的实体的循环时间。对于脂质体和其他实践上适合的纳米载体，因 此希望类似地掩饰它们，即提供隐形的、聚乙二醇化的纳米载体。
发明内容
提供能够形成自组装的结构的两亲聚合物将是有利的，其包含亲水性嵌段和疏水 性嵌段，其中所述亲水性嵌段具有螯合部分(chelating moiety)作为末端基团。特别地， 提供能够具有可用于成像技术的标签的免疫系统掩饰的(隐形(stealth))结构将是有利 的。优选地，将希望提供这种材料和甚至更好地促进标签如金属离子或者高Z元素、 顺磁性或放射性标签的纳入。为了更好地解决上述愿望，本发明提供了螯合两亲聚合物，其能够自组装(成聚 合物囊泡、胶束或者聚合物稳定化的乳液)。在一方面，提供了两亲聚合物，包含亲水性嵌段，特别是聚(环氧乙烷)嵌段，以及 疏水性嵌段，其中所述亲水性嵌段具有螯合部分作为末端基团。在另一方面，提供了聚合物颗粒(也称为纳米载体)，含有自组装的结构，如聚合 物稳定化的乳液(即水包油乳液，其中聚合物形成围绕油滴的层)、胶束、或者围起空腔的 双层(聚合物囊泡)，其中所述聚合物是包含亲水性嵌段和疏水性嵌段的两亲聚合物，其中 所述亲水性嵌段具有螯合部分作为末端基团。在更另一方面，提供了 MRI对比剂，为包含上述自组装的结构的纳米载体的形式， 其中位于所述纳米载体的外表面处的螯合部分与顺磁性金属配位。在一个进一步的方面，提供了用于核磁共振成像(MRI)的化学交换饱和转移 (CEST)对比剂，其包含含有围起空腔的聚合物壳的聚合物囊泡，其中所述空腔含有质子分 析物的库，并且其中所述壳允许所述质子分析物的扩散，所述壳是含有亲水性嵌段和疏水 性嵌段的两亲聚合物，其中所述亲水性嵌段具有螯合部分作为末端基团，并且其中顺磁性 金属与螯合部分在所述空腔的内部配位。在更另一方面，提供了用于单光子发射计算机断层成像(SPECT)或正电子发射断 层成像(PET)中的放射性标记试剂，为包含上述自组装的结构的纳米载体的形式，其中位 于纳米载体的外表面和/或位于空腔的内部的螯合部分与放射性核素配位。在还另一方面，提供了用于(光谱)CT的图像对比剂，为包含上述自组装的结构的 纳米载体的形式，其中位于纳米载体的外表面和/或位于空腔的内部的螯合部分与高Z材 料(例如元素，如重金属)配位。本发明进一步包括制备和使用所述螯合两亲聚合物的方法，一个特定用途包括药 物递送。本发明的详细说明广义上来讲，本发明可描述为能够自组装的螯合两亲聚合物。和其它的纳米载体不同，本发明的聚合物自身能够螯合，也就是说，能够和金属离子形成配位络合物。和其他 螯合聚合物不同，本发明的聚合物能够形成自组装的结构(例如，形成聚合物囊泡，而不是 连接到其他存在的脂质体)，使它适合用做纳米载体。以一种最直接的形式，所述聚合物可以关于其三种主要功能单元描述具有被含 水环境排斥的趋势的疏水性嵌段，具有寻求与含水环境接触的趋势的亲水性嵌段，以及置 于所述亲水性嵌段的末端的螯合部分，即位于所述亲水性嵌段的末端单体的剩余功能残基 上。可以想象，聚合物链含有进一步的也可以具有螯合部分的活性侧基，但这具有缺点，因 为通常将不能提供100%的侧基改性，所以聚合物将不可避免地以活性的、通常带电的侧基 作为末端。基于聚赖氨酸的材料就是这种情况，这危害了自组装能力。所述螯合部分可以具有金属以形成配位络合物，并从而提供内在“金属化的”聚合 物。取决于感兴趣的金属，经标记的聚合物可以用作用于MRI (I\，T2，CEST)、核成像(SPECT， PET)、或者光谱CT的对比剂。所述螯合两亲聚合物，当置于含水环境中时，将能够形成自组装的结构，其中亲水 性嵌段(并因此螯合部分)指向所述含水环境。这可以是指胶束，其中疏水性末端会聚成核心，亲水性末端三维地伸出。在胶束的 情况下，金属可以在形成胶束之前或之后被引入以与螯合部分形成配位络合物，因为结果 将是基本上一样的。根据本发明是优选的，这也可以是指聚合物囊泡，其中两亲聚合物在含水环境中 用于形成围起空腔的双层。在这里，疏水性嵌段在所述双层的内部界面相互相对指向，而亲 水性嵌段指向外部的含水环境和内部的空腔。在这种情况下，可以想象采用两亲聚合物形 成金属配位络合物的两种根本不同的途径。一种是先允许形成聚合物囊泡，然后提供金属。 在这种情况中，在聚合物囊泡的内部空腔中不存在与聚合物结合的金属。另一种方法是首 先提供金属，因此使基本上所有螯合部分都形成配位络合物，然后形成聚合物囊泡。在这种 情况中，配位的金属存在于聚合物囊泡的内表面(即空腔的内壁)和聚合物囊泡的外表面。 在后一种情况下，取决于使用的配位化学，将还可以把金属从外表面除去，或者用不同的金 属取代存在于外表面的金属。这提供了设计上的理想灵活性，例如，允许聚合物囊泡在不同 的技术中呈现对比功能。在含水环境如人体中，是否能够得到聚合物囊泡或胶束取决于两亲共聚物的亲水 t生分数(hydrophilic fraction, fphil) (fphil = Mw，phil/ (Mw，phil+Mw， DlTOb))。这里 Mw ，phil 7I H ivVphob 是聚合物的亲水性部分和疏水性部分各自的重均分子量。在含水条件下，对于0.2 < fphil < 0. 4，形成聚合物囊泡(即嵌段共聚物泡囊)，而在fphil > 0. 5则观察到聚合物胶束。在 聚合物囊泡的情况下，两亲嵌段共聚物组装成头到尾和尾到头双层结构。本发明的自组装的结构也可以是聚合物稳定化的水包油乳液。在这种情况下，围 绕油滴形成所述两亲聚合物的单层，疏水性部分指向油表面，亲水性部分指向周围的水相。 这在例如CT (使用碘化的油)、F-MRI (使用全氟化的油)和药物递送(存在数种FDA批准 的用于药物递送的乳液，如基于豆油)中发现了用途。本发明的各要素在下面做进一步的说明。两亲聚合物能够自组装的两亲聚合物本身是已知的，所得到的纳米载体也是已知的，例如自组装的聚合物囊泡结构。本领域技术人员拥有合适的全套设备(armamentarium)来制造这 些聚合物。参考文献包括专利文件如WO 2005/016259,US 6, 835, 394,US 2005/180922,EP 1279682, US 2008/166382、WO 2008/58963，以及这些文件中提到的各种背景参考文献。本发明的聚合物通常包含至少一个末端亲水性嵌段(A)和至少一个末端疏水性 嵌段(B)。在一个优选的、最简单的形式中，所述聚合物是只含有所述两个上述嵌段的嵌段 共聚物，即具有通式结构AB的聚合物。这些嵌段自身优选地基本上由单一重复单体单元 (分别*Ma、Mb)组成。形成的嵌段共聚物结构因此符合下列结构通式⑴X-[MJn-[MB] m⑴其中X代表螯合部分；Ma代表亲水性重复单元;Mb代表疏水性重复单元；n和m各 自独立地是代表形成嵌段的单体单元数量的整数。对于重复单元的数量，其应当足以赋予 聚合物两亲特性，并且通常将至少为3。最大值并不特别关键，由与聚合物制备技术相关的 常规考虑给出。一个典型的上限因此是1，000，000。对于η和m—个优选的范围是4到 40，000，优选5到5，000,以及最优选10到225。然而，所述亲水性嵌段和疏水性嵌段之一或者两者可包含两种或者更多种不同的 重复单元，从而提供符合通式(ii)的聚合物[MaJp- [MA2] q- [MA3] r- [MB1] x- [MB2] y- [MB2] z(ii)这里MA1、Ma2, Ma3表示不同的亲水性重复单元，MB1、Mb2, Mb3表示不同的疏水性重复 单元。字母p、q、r、x、y和ζ各自独立地代表从0到1，000，000的整数，条件是(p+q+r)和 (x+y+z)的范围是3到1，000, 000,优选4到40，000,更优选5到5000，以及最优选10到 225。虽然不优选，但集合了大量不同的重复亲水性和疏水性单元的类似多嵌段聚合物是可 行的。在上述通式(1)和( 之一的聚合物中，还可行的是加入具有模糊溶剂行为的嵌 段(C)，即既不亲水也不疏水的嵌段。所述一个或多个亲水性嵌段通常是可溶于水的嵌段， 优选选自由聚(环氧乙烷)、聚(甲基)丙烯酸、聚丙烯酰胺的衍生物、聚醇如聚(乙烯醇) 或聚(甲基丙烯酸羟乙基酯)、亲水性多肽和糖衍生物组成的组。更优选地，所述亲水性嵌 段是聚(环氧乙烷)嵌段(PE0，PEG)，因为随其产生的是本发明的聚合物是内在“聚乙二醇 化的”。在人或者动物体内的含水环境中，亲水性聚(环氧乙烷)即PEG嵌段将形成所形成 的自组装结构(如聚合物囊泡)的外表面，从而提供100%聚乙二醇化的表面，因此提供最 理想的隐形(因减少的调理作用而导致更长的循环时间)。关于前文提到的因子fphil，优选 聚(环氧乙烷)嵌段的重均分子量为500到10，000。更长的亲水性嵌段会导致需要相对长 的疏水性嵌段，考虑到较低的可生物降解性和更困难的加工(高粘度)，这是不太希望的。 所述一个或多个疏水性嵌段通常缺乏对水的亲和性，并且优选选自Tg低于70°C的聚合物， 如聚(丁二烯)，聚(异戊二烯)，聚(乙基乙烯)。通常，所有具有碳原子主链和疏水性质 侧基的聚合物都可以用于所述疏水性嵌段。前述Tg偏好同样尤其涉及加工，因为考虑到它们的高粘度，和/或考虑到它们在 加工条件下的结晶性，Tg高于该Tg值的聚合物更难于加工。对于这种具有高Tg的聚合物， 在加工过程中将优选使用增塑剂(例如，有机溶剂如THF(四氢呋喃)或者二氯甲烷)。这 些增塑剂用作加工工具，并在使用聚合物之前被除去。这种加工技术对于聚合物科学领域 的技术人员来说是常规可得的。
如本领域技术人员将理解的那样，大的设计灵活性的程度由标准方法给予，以影 响两亲聚合物的分子量和分子量分布。这也可以从每单位聚合物重量末端基团的数量的角 度来进行考虑，这因此提供了调节每单位聚合物重量螯合部分的数量的简单工具。通过将 具有相对短的亲水性链(尤其是PEG链)的螯合两亲聚合物与具有相对大的PEG链的两亲 聚合物进行组合可以获得一种特别的优点。在一种得到的自组装体中，所述螯合部分将因 而包含在形成自组装结构的聚合物层之内，而PEG链将形成该结构的外表面，从而提供不 被螯合部分干扰的全PEG表面。螯合部分所述螯合部分可以衍生自和/或选自含有电子供体原子的部分。这些部分可以选 自，例如，多聚磷酸/盐，如三聚磷酸钠和六偏磷酸；氨基羧酸，如乙二胺四乙酸、N- (2-羟 乙基)乙二胺四乙酸、次氮基三乙酸、N，N-二(2-羟乙基)甘氨酸、亚乙基双(羟基苯基 甘氨酸)和二亚乙基三胺五乙酸；1，3_ 二酮类，如乙酰丙酮、三氟乙酰丙酮、和噻吩甲酰基 (thienoyl)三氟丙酮；以及羟基羧酸类，如酒石酸、半乳糖二酸、柠檬酸、葡糖酸、和5_磺基 水杨酸；多胺类，如乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、和三氨基三乙基胺；氨基醇类， 如三乙醇胺和N42-羟乙基)乙二胺；芳香杂环碱类，如2，2' -二吡啶基、2，2' -二咪唑、 二甲基吡啶胺(dipicoline amine)、和1，10-菲咯啉；酚类，如水杨醛、二磺基焦儿茶酚、和 变色酸；氨基酚类，如8-羟基喹啉和8-羟基喹啉磺酸；肟类，如丁二酮肟和水杨醛肟；含有 邻近螯合官能度的肽类如聚半胱氨酸、聚组氨酸、聚天冬氨酸、聚谷氨酸或者这些氨基酸的 组合，在聚合物中每个聚氨基酸包括2到约20个氨基酸；希夫碱类，如二水杨醛1，2_亚丙 基二亚胺；四吡咯类，如四苯基卟吩和酞菁；硫化合物，如甲苯二硫醇、meso-2, 3- 二巯基丁 二酸、二巯基丙醇、巯基乙酸、乙基黄原酸钾、二乙基二硫代氨基甲酸钠、双硫腙、二乙基二 硫代磷酸、和硫脲；合成的大环化合物，如二苯并[18]冠-6、(013)6-[14]-4，11-二烯-_、 和0，2，2)_穴状化合物；以及膦酸类，如次氮基三亚甲基膦酸、乙二胺四(亚甲基膦酸)、 和羟基乙叉基二膦酸，或者上述试剂的两种或更多种的组合。优选的螯合部分含有一个或者多个羧酸或者羧酸根基团，并且包括以下存在的 成分乙二胺-N，N, N' , N'-四乙酸(EDTA) ；N, N, N'，N"，N" _ 二亚乙基三胺五乙酸 (DTPA) ；1，4，7，10-四氮杂环十二烷-N，N'，N"，N"‘-四乙酸(DOTA) ；1，4，7，10-四氮杂 环十二烷-N，N'，N"-三乙酸(0034);1-氧杂-4，7，10-三氮杂环十二烷州力'，N"-三 乙酸(OTTA)，反式(1，2)-环二亚乙基三胺五乙酸(trans(l，2)-cyclohexanodiethylenetr iamine pentaacetic acid, CDTPA)。最优选的螯合部分是DOTA、DTPA、HYNIC(用于螯合锝的6-胼基尼古丁)、和用于螯 合镓的去铁敏(desferoxamine)(例如，可以以专用名字Desferal得到的甲磺酸去铁敏)。本领域技术人员将理解，前述的例子是螯合物，并且与这些化合物相比，所述螯合 部分在它们包含与聚合物的连接键的意义上实际是它们的衍生物。螯合部分的偶联虽然不排除其它的加工顺序，但是优选的是首先制备两亲共聚物，然后将螯合部 分偶联到其亲水性嵌段上。如本领域技术人员将会理解的那样，亲水性末端单体和螯合部 分之间的确切连接将由单体末端上和用于形成聚合物中螯合部分的螯合化合物上可用的 官能团来决定。一个典型的、通常适合的连接是酰胺键。
本发明优选的嵌段聚(丁二烯)_聚(环氧乙烷)聚合物可以如下按照下面方案 1中所述制备。首先提供嵌段聚合物，在此是聚(环氧乙烷)-嵌段-聚(丁二烯)(1)。聚 合物的伯醇被转化为共聚物⑵的相应甲苯磺酸酯。接着，该甲苯磺酸酯和NH3反应生成胺 官能化的聚(环氧乙烷)_嵌段-聚(丁二烯)(3)。然后，3的胺基团和DOTA(4)的N-丁 二酰亚胺基酯反应得到DOTA官能化的聚(环氧乙烷)_嵌段-聚(丁二烯)(5)。方案权利要求
1.能够自组装的螯合两亲聚合物，其包含亲水性嵌段和疏水性嵌段，其中所述亲水性 嵌段具有螯合部分作为末端基团。
2.根据权利要求1所述的螯合两亲聚合物，其符合结构通式(i)χ-[MA] n- [MB] ffl(i)其中，X代表螯合部分；Ma代表形成所述亲水性嵌段的亲水性重复单元;Mb代表形成所 述疏水性嵌段的疏水性重复单元；η和m各自独立地是3到1，000，000的整数，优选为5到 5，000，代表形成各自嵌段的单体单元的数量。
3.根据前述任一项权利要求所述的螯合两亲聚合物，其中所述亲水性嵌段是聚(环氧 乙烷)嵌段，优选具有500到10，000的重均分子量。
4.根据前述任一项权利要求所述的螯合两亲聚合物，其中所述疏水性嵌段的Tg低于 700C，并且优选选自由聚(丁二烯)、聚(异戊二烯)和聚(乙基乙烯)组成的组。
5.根据前述任一项权利要求所述的螯合两亲聚合物，其中所述螯合部分选自由D0TA、 DTPA, HYNIC和去铁敏组成的组。
6.颗粒，其包含前述任一项权利要求所述的螯合两亲聚合物的自组装结构。
7.根据权利要求6所述的颗粒，包括权利要求1-5任一项所述的螯合两亲聚合物与非 螯合两亲聚合物的组合。
8.根据权利要求7所述的颗粒，其中所述非螯合两亲聚合物具有作为亲水性嵌段的聚 (氧化乙烯)链，所述链具有比所述螯合两亲聚合物的亲水性嵌段更长的长度。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的颗粒，进一步包含药物。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的颗粒用做成像对比剂的用途。
11.CEST MRI对比剂，其包括根据权利要求6至9中任一项的聚合物囊泡，所述聚合物 囊泡具有由一种或者多种两亲聚合物的双层形成的壁，所述双层包含螯合两亲聚合物，其 中所述壁围起含有能够扩散通过所述壁的质子分析物库的空腔，并且其中伸展向所述空腔 方向的所述螯合两亲聚合物的螯合部分具有被螯合的顺磁性材料。
12.根据权利要求11所述的CESTMRI对比剂，具有非球形的形状。
13.SPECT或PET对比剂，包括根据权利要求6至19中任一项所述的聚合物稳定化的水 包油乳液，其中所述螯合两亲聚合物的螯合部分具有适于SPECT或者PET的被螯合的放射 性核素。
14.光谱CT对比剂，包括根据权利要求6至9任一项所述的颗粒，其中所述螯合两亲聚 合物的螯合部分具有高Z材料。
15.制备根据权利要求6至9所述的颗粒的方法，其中一个或者多个所述螯合部分包含 配位络合物形式的金属离子，所述金属离子螯合在内部，其中螯合两亲聚合物经受含水环 境以形成围起空腔的双层，并且其中所述螯合部分在形成所述双层之前实施与金属离子形 成配位络合物。
全文摘要
本发明描述的是具有螯合部分的两亲聚合物。所述两亲聚合物是包含亲水性嵌段和疏水性嵌段的嵌段共聚物，所述螯合部分连接到亲水性嵌段的末端基团。所公开的聚合物能够自组装到结构例如胶束和聚合物囊泡中。只要合适的金属以与所述螯合部分形成配位络合物的形式存在，本发明的这种螯合两亲聚合物就适合用于需要金属标记的各种成像技术中，如MRI(T1/T2加权对比剂或CEST对比剂)SPECT、PET或者光谱CT。
文档编号A61K49/00GK102149371SQ200980135369
公开日2011年8月10日 申请日期2009年9月8日 优先权日2008年9月9日
发明者A·德夫里斯, E·M·G·奥森斯库斯特斯, H·格鲁尔, J·卢布, S·兰格雷斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
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