使用预制的生物可降解聚合物组合物的输递装置和方法

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背景\n现已开发出各种向个体输递活性剂(如药物)方法，最好是持续释放这类药剂。 这些输递装置通常是为了使药剂在输递之前不受环境影响而能够对个体的目标区 域进行药剂的控制释放而设计的。\n许多常规的控制释放装置都是基于微观结构的，比如脂质体、脂球体、微囊 剂、微粒和纳米颗粒，或者是宏观结构，比如圆柱体、盘状物和纤维。通常，活性 剂(比如药物)要和聚合物混合然后制成需要的形状。\n许多这种常规的装置不能用来制备修复性应用所需的结构完整的固体植入 物。另外，许多这类装置，例如在对个体使用时，不能被医师用来制成能和活性剂 (如，药物)融合的制品。同时，许多这类装置含有不易控制生物降解速率和/或任 何所结合的活性剂的释放速率的聚合物。\n先前已经研究过通过白蛋白与聚乙二醇(PEG)衍生物交联形成的水凝胶(如， 一类在含水介质中会溶胀但是不溶解在水中的聚合物)在药物输递方面的可能的应 用(D′Urso等， Biotech.Tech.， 8，71-76(1994))。另一种药物受控输递方法涉 及使用合成的生物可吸收聚合物(如聚乳酸和各种丙交酯和乙交酯的共聚物)的微 囊化或微球体的形成。然而，使用微球体的缺点在于它不能被均匀涂敷且会保留在 手术部位的表面或留在受伤的组织或病组织上。为解决这个问题，可将微球体悬浮 于用不溶解微球体的溶液制成的第二种聚合物的溶液中，再从此混合物中涂上一层 薄膜，制成含有微球体的膜。\n因此，需要其它的输递装置，特别是含有聚合物组合物，能通过改变它来获 得一定范围的生物降解速率和输递速率的装置。尤其需要一种含有足够的结构完整 性以便于操作的聚合物组合物的输递装置。\n概述\n本发明提供了一种向个体输递活性剂的预制物，该预制物是至少部分去溶剂 化的含有以下结构式的交联剂的交联白蛋白：\n                        I-(-X-LM-G)n\n其中：\nX是双官能团的聚氧乙烯链部分或是一根键；\nLM是双官能团的连结部分，其代表结构式有：-C(O)-、-(CH2)bC(O)-，其中b 是从1到5的整数，-C(O)-(CH2)c-C(O)-，其中c是从2到10的整数且该基团中 的脂肪族链可以是饱和或不饱和的，-C(O)-O-(CH2)d-O-C(O)-，其中d是从2到10 的整数；或者是寡聚双基，其代表结构式有：-R-C(O)-、-R-C(O)-(CH2)c-C(O)-、 或-R-C(O)-O-(CH2)d-O-C(O)-，其中c是从2到10的整数，d是从2到10的整数， R是有1-10个单体丙交酯、乙交酯、碳酸亚丙酯、己内酯或对-二噁唑酮片段的聚 合物或共聚物；\nG是选自N-羟基琥珀酰亚氨基、N-羟基马来酰亚氨基、N-羟基苯邻二甲酰亚 氨基、硝基苯氧基、N-羟基咪唑基和tresyl的离去基团；\nI是来自于多亲核化合物的多官能团的连结部分；\nn是从2到10的整数；\n附带条件是，当X是双官能团的聚氧乙烯链部分时，-X-I-X-是PEG，它是一 个以以下化学式表示的双基片段：\n                     -O-(CH2-CH2-O-)a-\n其中a是从20到300的整数。\n本发明的其它实施方案包括这种含有活性剂的预制物，它可以被再溶剂化或 不被再溶剂化，且该含有活性剂的预制物会进一步结合到第二生物可降解的基体(a secondary biodegradable matrix)中。其它的实施方案包括含有活性剂的能进一 步结合到第二生物可降解的基体中的其它生物可降解聚合物的预制物，上面对该预 制物做了化学描述。本发明还提供了制作方法以及向个体输递活性剂的方法。\n附图简述\n图1显示了与交联剂PEG-(SS)2交联的白蛋白预制药塞中5-氟尿嘧啶(5-FU) 的释放。\n图2显示了藻酸盐/药物复合物中四环素的释放，在刚要与交联剂PEG-(SS)2 交联之前将此复合物混入白蛋白中。\n图3显示了自蛋白/PEG-(SS)2药塞中5-FU的释放，在制作药塞时将5-FU与 交联剂一起加入。\n图4显示了加入氯化钙的白蛋白/PEG-(SS)2药塞中5-FU的释放。\n图5显示了从再水化的白蛋白/PEG-(SS)2珠中万古霉素的释放。\n图6显示了从再水化的白蛋白/PEG-(SS)2珠中万古霉素的释放重量百分比。\n图7显示了从再水化的白蛋白/PEG-(SS)2珠中唑啉头孢菌素的释放。\n图8显示了再水化的白蛋白/PEG-(SS)2珠中唑啉头孢菌素的释放重量百分比。\n图9显示了聚合物珠的百分体积的增加对在单珠实验中吸收的水的百分重量。\n图10显示了从微球体中四环素的释放曲线。\n图11显示了从白蛋白/四臂PEG药塞中唑啉头孢菌素的释放\n图12显示了各种珠子中TGF-β1释放的百分比。\n优选实施方案详述\n本发明为向个体目标区域进行输递提供了含有第一生物可降解(first biodegradable)组合物和任选的活性剂(如药物)的预制物，最好是预制的、自支承 的物体。该预制物应能至少部分去溶剂化(如，至少部分脱水)且接着要和活性剂结 合，或者在制备预制物时能将该活性剂包含在内。这类预制物最好由生物可降解的 组合物制备，该组合物通常被用来连接或封闭组织，办法是对组织施用初始材料 (如，蛋白和交联剂)并在个体组织中使其固化(如，交联剂)。然而，这里优选的预 制物是由同样或类似的组合物制成、固化(如，交联)、然后施用于个体组织。因此， 在预制物与组织间一般没有键合作用。\n本发明优选的预制物有足够的结构完整性以保持它们通常的形状，且一旦成 形(如，固化)就能自支承，只要保存在合适的条件下(如，若是去溶剂化的就应保 存在无水条件下，若是溶剂化的就应保存在约4℃)。根据制造预制物时所选成分 的不同其机械强度、柔韧性、固化速率和生物降解率是可以改变。本发明优选的预 制物包括交联蛋白。它们通常是由缓冲的碱性蛋白质溶液和多官能团(通常是双官 能团)交联剂制备的。缓冲的蛋白质溶液和交联剂通常是从市场上存在的材料中获 得的，这样做的好处在于许多这类材料一般都有临床安全和/或使用的历史。\n本发明所用的合适的蛋白包括无免疫原性的水溶性的蛋白，优选白蛋白(最好 是血清白蛋白，人血清白蛋白则更好)。本发明中用来制备预制物的缓冲的蛋白质 溶液最好包括浓缩的含水的血清白蛋白，缓冲至约为pH8.0-11.0，缓冲液浓度约 为0.01摩尔-0.25摩尔。合适的缓冲体系包括生理和/或临床可接受的缓冲剂，比 如碳酸盐或磷酸盐缓冲体系，只要缓冲剂不与交联剂发生反应或改变交联剂即可。 优选的缓冲体系是碳酸盐/碳酸氢盐缓冲体系，pH值约为9.0-10.5，浓度约为0.05 摩尔-0.15摩尔。\n采用已知的分离过程可比较容易地使血清白蛋白从血清中分离。此外，还可 以从基因转化细胞中制备白蛋白。例如，可参见Quirk等， Biotechnology and Applied Biochemistry， 11，273-287(1989)，Kalman等， Nucleic Acids Research， 18，6075-6081(1990)，Sleep等， Biotechnology， 8，42-46(1990)，和Sijmons 等， Biotechnology， 8，217-221(1990)。制造重组白蛋白的好处在于，用这种方 法制备的蛋白不含有人类病原体、病毒或是其它可能污染直接从人血清中分离出来 的白蛋白的杂质。\n当用在本发明中的缓冲混合物时，发现血清白蛋白是没有变性的。因为白蛋 白在使用之前是没有变性的，一般认为白蛋白保存其自然卷曲的构象，在固化过程 中被交联以形成一种凝胶状的固体后，如果需要的话，固化的预制物将保持足够的 柔韧性以便为植入提供一合适的基体。\n本发明中可使用的合适的交联剂有很多种。交联剂是多官能团的，最好是双 官能团的。本发明使用的合适的交联剂中含有以下的结构式：\n                         I-(-X-LM-G)n\n其中，X是双官能团的聚氧乙烯链部分或是一根键，LM是双官能团的连结部分，G 是活化的离去基团，I是来自于多亲核化合物(如乙二醇、季戊四醇、三羟甲基丙 烷、多亲核氨等)的多官能团的连结部分，n约从2到10，最好是从2到4，附带 条件是，当X是双官能团的聚氧乙烯链部分时，-X-I-X-是如本文所定义的-PEG-。\n优选的交联剂应是双官能团的且含有以下结构：\n                       G-LM-PEG-LM-G\n其中，-PEG-是一个由以下化学式代表的双基片段：\n                   -O-(CH2-CH2-O-)a-\n其中a是从20到300的整数；-LM-是双基片段，其代表结构式有-C(O)-， -(CH2)bC(O)-其中b是从1到5的整数，-C(O)-(CH2)c-C(O)-其中c是从2到10的 整数且该基团中的脂肪族链可以是饱和或不饱和的，-C(O)-O-(CH2)d-O-C(O)-其中 d是从2到10的整数；或者是寡聚双基，其代表结构式有-R-C(O)-， -R-C(O)-(CH2)c-C(O)-，或-R-C(O)-O-(CH2)d-O-C(O)-其中c是从2到10的整数，d是从2 到10的整数，R是有1-10个单体丙交酯、乙交酯、碳酸亚丙酯、己内酯或对-二 噁唑酮片段的聚合物或共聚物；G是离去基团，比如琥珀酰亚氨基、马来酰亚氨基、 苯邻二甲酰亚氨基、硝基苯基、咪唑基和tresyl的离去基团；上文所述的离去基 团中，“琥珀酰亚氨基”是指N-羟基琥珀酰亚氨基，“马来酰亚氨基”是指N-羟 基马来酰亚氨基，“苯邻二甲酰亚氨基”是指N-羟基苯邻二甲酰亚氨基，“硝基 苯基”是指硝基苯氧基，“咪唑基”是指N-羟基咪唑基，“tresyl”是指 (CF3-CH2-SO2-O-)。\n交联剂中的-PEG-部分最好来自市场上存在的化合物，此化合物的重均分子量 约为1,000-15,000，最好约为2,000-4,000。这类化合物被证实是没有毒性的 故已用在各种类型的生物医学材料中，且当其分子量小于30,000时可被快速排出 身体。\n交联剂的离去基团部分(-G)是活化的离去基团，它可以使交联剂与蛋白质的 伯氨基或仲氨基发生反应或化学结合。合适的离去基团包括N-羟基琥珀酰亚氨基、 其它的酰胺如N-羟基马来酰亚氨基和N-羟基苯邻二甲酰亚氨基、杂环的离去基团 如N-羟基咪唑基、芳香性的离去基团如硝基苯氧基、或是含氟的烷基砜离去基团 如tresyl(CF3-CH2-SO2-O-)。优选的离去基团是N-羟基琥珀酰亚氨基，因为对此基 团进行的致突变性、致瘤性和致畸性研究证实，少量的这一离去基团不会有局部或 全身中毒的风险。\n可用已知的工艺、步骤或合成方法制备交联剂，制作过程可以参见美国专利 第4,101,380号或4,839,345号、提交于1990年4月19号的国际申请第 PCT/US90/02133号或是Abuchowski等，Cancer Biochem.Biophys.，7，175- 186(1984)报道的过程。简单地说，把聚乙二醇和合适的酸酐溶解在有碱性物质存 在的极性有机溶液中并回流足够长的时间以形成聚乙二醇二酯二酸。二酸二酯再和 离去基团(如N-羟基酰亚胺类化合物)在存在二环己基碳二亚胺或其它缩合剂的极 性有机溶液中发生反应，在室温下搅拌以形成所需的双官能团的交联剂。\n或者，可将聚乙二醇和合适的二羧酸的酰氯或二氯甲酸酯溶解在合适的极性 有机溶液中一段充足的时间以形成混合的酸酰氯聚乙二醇酯或是混合的氯甲酸聚 乙二醇酯。该混合酯再和化合物(如N-羟基亚酰胺类化合物)在合适的极性有机溶 液中发生反应，在高温下搅拌足够长的时间以形成所需的双官能团的交联剂。\n预制物可以由交联物质(如蛋白质)用常规方法制成，并用常规的方法使交联 聚合物成形(如珠体或微球体)，这些常规方法包括挤出法、喷雾干燥法和乳液聚合 法。这些方法已被精通高聚物化学的人熟知。\n我们可以用不同pH值的缓冲液来改变蛋白质的pH从而可控制化合物的固化 时间。例如，改变缓冲液的pH就可以改变白蛋白的pH从而可以使固化时间从约 10秒钟变化到少于10分钟。简单地说，在高pH下混合浓缩的含水血清白蛋白和 交联剂可以最快固化。同时发现浓度较高的蛋白质和交联剂可以形成相对较坚固的 固化基体。然而，如果混合物的浓度过高则其粘度也较大，制成的固化基体就会变 得不牢固且呈球形。此外，如果交联剂的浓度过高，制成的固化基体就会膨胀变大， 以致在有水或其它液体存在时其强度较低。\n本发明中用来制造预制物的组合物在美国专利第5,583,114号(Barrows等) 中有描述。然而那里的组合物是直接施用在组织上的，并且是在原位固化与组织发 生结合反应。例如，它们被用来消除或充分减少缝合的数量(用现有方法通常是必 需的)，在重建性手术中连接皮肤移植物并固定组织片或游离片的位置，在牙科手 术中闭合牙龈片。在所有这些应用中，该组合物形成固化粘合剂的薄层，有效地夹 在活组织两个临近的片层之间。此外，也有报道该组合物被用作封闭剂，例如，在 肺部手术中防止漏气或在其它外科手术中阻止或防止出血。当用于这一用途时，下 面的组织要用有相当厚度的粘合剂层涂布。\n相反，这里所描述的组合物在接触个体之前要制成有形状的目标物。因此， “预制”一词是指在目标物与个体接触之前赋予聚合物组合物一定的样式或形状。 预制物最好有自支承的三维形状。因此，这类预制物不包括薄片或片层；然而，如 果该形状是例如将形成贴片的衬里上的片状材料或片层，例如，则预制物的厚度要 大于2毫米。本发明优选的目标物可以是微结构形式，比如微囊剂、微粒、纳米颗 粒和类似的东西，也可以是宏观结构，比如珠子或其它球状物、圆柱体、盘状物、 纤维、片状物、塞子、带状物、锲子和类似的东西。最好是微球体和珠子。通常， 珠子的直径大于约1毫米，微球体的直径在约1微米到约1000微米之间。\n预制物在成形后至少应部分去溶剂，最好是基本上完全去溶剂的。这里，“去 溶剂”是指在蛋白质与交联剂之间发生反应之后要除去制备过程中所使用的溶剂。 通常，这意味着预制物至少要部分脱水以除去含在初始形态预制物中的水。包括水 在内/或除了水之外，在制备这类预制物时还可以使用其它溶剂。制得注意的是， 本发明中优选的预制物在去溶剂化和再溶剂化时能保持它们的形状。\n一旦预制物最终被部分去溶剂化，就应该把它们保存在不能由大气中的水分 再溶剂化的环境中。这类预制物较为理想，因为它们比较容易操作并能提供给医师， 且在使用时用活性剂再溶剂化即可。\n无论是否去溶剂化，预制物中都可包含活性剂。本发明的预制物的优选的实 施方案里就含有活性剂。这里所使用的“活性剂”是一种能产生所需效果的物质， 无论是通过化学的、药理学的、物理学的或是生物学的途径。因此，制成的包含一 种或多种活性剂的预制物可以作为药物、药剂或其它活性剂的输递装置。预制物可 以和组织接触，比如植入体腔或组织间隙时，例如在个体内或在个体表面，比如在 皮肤上。\n可在制备预制物时加入活性剂，例如，在蛋白质与交联剂发生反应时，或在 那以后。如果在制备时将活性剂加入预制物中，最好活性剂不会和交联剂及蛋白质 反应。在优选的实施方案中，活性剂和预制的、至少部分去溶剂的物体以及一种就 是或包含活性剂的液体相混合，以形成再溶剂化的含有活性剂的预制物。这种再溶 剂化的预制物可与个体接触以便输递活性剂。下面的实施例描述了在制备预制物时 或在那以后将活性剂混入预制物的详细方法。\n在本发明的一个方面，这包括用含有活性剂(如抗菌剂)的含水组合物使大量 球状的预制物再溶剂化，并将大量这类预制物填充进组织间隙中(比如囊肿或清除 过的骨腔)。因此，在一个特别的实施方案中，含有抗菌剂的再溶剂化的预制物可 以用来治疗骨髓炎。骨髓炎是一种骨和骨髓传染病，会导致骨损伤的形成。发病原 因通常是葡萄球菌。这是一种难以治疗和根除的传染病。目前的治疗依靠长期预防 性抗生素和多种外科清创术。在清创手术后，因骨髓炎组织切除产生的死区被聚甲 基丙烯酸甲酯骨粘固珠(bone cement beads)填充，这是不能被生物降解的。尽管 这种珠子被证实可以用作抗生素的载体但并不理想，因为它们在体内不能降解并会 导致组织不相容反应。因此，本发明的含有一种或多种抗生素的预制物可以用来治 疗骨髓炎。\n制得注意的是，通过选择蛋白质、交联剂和制备条件，预制物的生物降解速 率是可以根据所需目的调节的。这里所用的“生物降解”是指通过一系列能导致物 质完整性降低的机制(包括增溶、水解、酶反应、以及生物体的活动)，使预制物转 变成较不复杂的中间体或最终产物。聚合物分子可以(但不是必需的)分解成较小的 片段。这种生物降解包括预制物的生物再吸收、生物吸收或生物侵蚀。通常，本发 明的预制物能制成在2天到60天之后被降解。\n活性剂的释放通常通过聚合物的侵蚀和活性剂向聚合物外扩散的结合而产 生。扩散可以或不必遵守斐克定律，而侵蚀遵守降解动力学。活性剂的释放速率是 可调节的，变化范围在几个小时到数月之内，通常约为60天。\n活性剂可选自大量的能提供生理、药理或生物功效的制剂，例如可以是治疗 剂或预防剂。其中包括能促进细胞生长、促进组织再生、促进血管生成和血管化、 提高神经兴奋性、促进骨骼生长、抑制(如，防止、降低、或逆转)传染(如，细菌 或病毒)和/或炎症、抑制癌细胞生长(如，治疗现有的恶性状况或防止癌变前的状 况转变为恶性状况)、修饰免疫应答、促进伤口愈合、或促进组织软化和增加水分 的物质或其代谢前体。这些物质包括(但不局限于)抗菌剂，如四环素、万古霉素和 头孢菌素；生长因子，如促血小板生长因子、转化生长因子β、表皮生长因子和成 纤维细胞生长因子；抗癌剂(如，抗有丝分裂)，如5-氟尿嘧啶、丝裂霉素、氨甲 蝶呤、阿霉素和顺氯氨铂；局部麻醉剂，如利多卡因、丁哌卡因、四卡因、普鲁卡 因和丙胺卡因；防腐剂(如，洗必泰)；激素(如，类固醇、胰岛素)；抗病毒药；麻 醉拮抗剂；免疫应答修饰剂；眼部药物(如，阿托品、匹鲁卡品和timolol)；疫苗； 和化妆用品。其它具体的实施例列在了美国专利第5,733,563号(Fortier等)和 第5,759,563号(Yewey等)。一种或多种这些活性剂可以加到本发明的预制物中。\n本发明的预制物(最好其中含有活性剂)可以加到第二生物可降解基体中。这 种第二生物可降解基体可作为液体(如，脂质中的微球体)或制成有形状的物体(如， 预制成形物，像成形物体中的微球体)对个体施用。因此，预制物可以加到基体中 以向个体进行输递。这种第二生物可降解基体可以和预制物有相同的化学组成，最 好像上面所描述的以及在美国专利第5,583,114号(Barrows等)中描述的那样， 或者它也可以是另一种生物可降解的聚合物。类似地，预制物中含有这里所描述的 交联蛋白质，或者也可以是另一种生物可降解的聚合物。对基体或预制物而言，合 适的生物可降解的聚合物包括下面这些文献中所述的： Drug Delivery Systems， V.V.Ranade编，CRC Press，Inc.，Boca Raton，FL，第78-81页，1996，和 Biodegradable Polymers as Drug Delivery Systems，M.Chasin编，Drug and the Pharmaceutical Sciences Series卷45，Marcel Dekker，Inc.，NY，1990。该第 二生物可降解基体的优选的实施例包括聚(磷酸酯)、聚(α-羟基酸)、亲水的丙烯 酸酯和甲基丙烯酸酯聚合物、羟基哺氨酸聚酯、聚酐类(如，聚(丙交酯-co-乙交 酯))、聚己内酯、聚(原酸酯)、聚磷腈、聚(氨基酸)、多糖和它们的共聚物。预制 物的优选实施例包括聚(α-羟基酸)类(如，聚(乙醇酸)、聚(DL-乳酸)和聚(L-乳 酸))，聚(氨基酸)，聚(酐)，聚(原酸酯)，聚(磷嗪)，聚(磷酸酯)，聚内酯(如， 聚(ε-己内酯)、聚(δ-戊内酯)、聚(γ-丁内酯))。可以用精通这一领域的技术人 员已知的方法将预制物加到第二生物可降解基体中去。美国专利第5,583,114 号(Barrows等)中所提到的组织封闭剂可被当做第二生物可降解基体用来向个体 输递其中包含的预制物。\n以下的实施例阐明了本发明的目的和优点，但这些实施例中所提到的特殊的 材料和用量、以及其它的条件和细节，并不能认为是过分限制了本发明。\n实施例\n白蛋白溶液的制备\n白蛋白是从Baxter Healthcare(Deerfield，Illinois)获得的浓度为25％的 人血清白蛋白。它可以用美国专利第5,583,114号(Barrows等)中所描述的透析 法(工艺A)加工，也可以用连续完全过滤(diafiltration)法(工艺B)，用MINIKROS 取样器实验单元(MINIKROS Sampler Lab Unit)作切向流动分离(来自于Spectrum Laboratories，Inc.，Rancho Domingues，CA)，其中装有能滤过50,000分子量的 680cm2的聚砜纤维膜(也来自于Spectrum Laboratories，Inc.)。用0.1M pH10的 碳酸盐/碳酸氢盐缓冲液将由Barrows法(美国专利5,582,114)(工艺A)获得的白 蛋白稀释至23％。若白蛋白是由完全过滤(工艺B)获得的，则应用0.075M pH8.9- 9.1的碳酸盐/碳酸氢盐缓冲液进行过滤。用完全过滤装置将样品浓缩至29％-30％。 白蛋白的最终浓度要用标准双缩脲滴定法测定。\n聚乙二醇二琥珀酰亚氨基琥珀酸酯(PEG-SS)2交联剂的合成\n在30加仑的有玻璃衬里的反应器中加入10.9千克聚乙二醇(分子量为3400)、 760克琥珀酐和4.4千克甲苯。将物料在氮气中于110℃混合6小时。再将反应混 合物冷却至80℃。搅拌加入13.0千克纯酒精。不必另外加热。搅动混合物直至温 度降低至25℃。在冷却的混合物中搅拌加入43.8千克甲基叔丁基醚(MtBE)并在氮 气中混合过夜。离心此反应混合物。用另外四份MtBE清洗反应器。用洗涤液冲洗 离心饼。将聚乙二醇二琥珀酸酯的滤饼用搅拌干燥机在真空条件下于30℃干燥约 19.5小时。可获得10.9千克聚乙二醇二琥珀酸酯。\n在30加仑的有玻璃衬里的反应器中加入5.6千克聚乙二醇二琥珀酸酯、540 克N-羟基琥珀酰亚胺、84克4-二甲基氨基吡啶和8.2千克乙腈。将物料在室温下 混合1小时直到所有的固体都溶解。加入1.3千克1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)碳 二亚胺。将混合物在氮气中于25℃下混合6小时。搅拌加入39.6千克纯酒精。将 混合物转移至75加仑的有玻璃衬里的反应器中。搅拌加入80.0千克MtBE。用夹 套冷却此混合物并搅拌过夜。第二天早上反应混合物的温度为5-7℃。离心此反应 混合物并用四份MtBE清洗反应器。用洗涤液冲洗离心饼。将湿的离心饼和40千克 纯酒精一起加入30加仑的有玻璃衬里的反应器。将反应物在氮气中于环境温度下 混合约1小时。离心混合物，用40千克纯酒精清洗反应器并用洗涤液冲洗离心饼。 再用40千克MtBE清洗反应器并用洗涤液冲洗离心饼。将约一半的离心饼转移至转 筒式烘干机中，并在真空条件下于30℃干燥约18小时。将2.7千克干燥的产物用 液氮冷却研磨。从每半饼中可以获得2.55千克聚乙二醇二琥珀酰亚氨基琥珀酸酯 (PEG-SS)2。\n实施例1\n从预制的白蛋白聚合物药塞中5-氟尿嘧啶(5-FU)的释放\n在经过改进的5毫升(ml)的塑料针筒中预制聚合物药塞，其中针管被切开以 形成开口圆筒状的容器，再将0.5ml 29％的白蛋白溶液(来自于American Biological Technology，Seguin，TX或用上文所述的完全过滤法(工艺B))和0.5ml 136mg/ml的PEG-(SS)2交联剂混合。交联后(约15分钟)从针筒中取出药塞并推出。 将聚合物药塞在真空中干燥24小时。将药塞和2ml 5FU溶液(1.04mg/ml，来自于 Sigma Chemical Co，St.Louis，MO)一起重建，这样每个药塞都含有总量为187.6 微克(μg)、或165.5μg的5FU。将药塞放入小管中，并在取样时间为0时(t0)加 入5ml pH7.4的磷酸缓冲盐溶液(PBS)。将小管置于室温下并不断振动。在每个取 样时间，取出小管中所有的液体并用5ml新鲜的PBS替代原有液体。在0.25、0.5、 1、2、3、4、5、6和24小时的时候取样。依照Bernatchez等人，Int.J.Pharm.， 106，161-166(1994)的方法，用高压液相色谱法分析5FU。图1中的数据显示，5 小时后5FU释放完全。\n实施例2\n生物聚合物药塞中四环素的释放\n在1ml 1.01mg/ml的四环素(Sigma Chemical Co，St.Louis，MO)中加入藻酸 (30mg，Sigma Chemical Co，St.Louis，MO)。用CloropHast pH试纸(Fischer Company，Itaska IL)用1N NaOH将混合物的pH调至6.8，再把混合物放进带有 DRIERITE(W.A.Hammond Drierite Co.，Xenia，OH)的真空干燥器中干燥24小时。 将所得的藻酸/四环素片磨碎，并在将其放进5ml的塑料针筒前加入30％的白蛋白 溶液(工艺B)混合，用等体积的REG-(SS)2交联剂(136mg/ml)交联。将药塞放入小 管中，并在取样时间为0时(t0)加入5ml pH7.4的磷酸缓冲盐溶液(PBS)。将小管 置于室温下并不断振动。在每个取样时间，取出小管中所有的液体并用5ml新鲜的 PBS替代原有液体。在1、2、3、5和24小时的时候取样。用带有可变波长检测器 的Hewlett Packard(Palo Alto，CA)1190型HPLC分析样品，固定相为Supelco 公司(Bellefonte，PA)的LC-8-DB柱(15.0cm×4.6mm，5μm)。用于HPLC分析的流 动相中含有0.05M磷酸氢二铵缓冲液(pH6.8)、甲醇、乙腈和三乙胺，其比例为 45∶45∶10∶1。流速为1.0ml/min，柱温为25℃。用280nm检测四环素。\n图2中的数据显示，5小时后四环素释放了约70％。由于四环素的降解损耗， 没有校正其收集量。\n实施例3\n5FU与交联剂和白蛋白混合制成的药塞中5-氟尿嘧啶的释放\n将136mg PEG-(SS)2交联剂溶解在1ml 1.04mg/ml的5-氟尿嘧啶溶液中。将 此溶液和已装在5ml容器中的1ml 30％的白蛋白溶液(见实施例2)混合。15分钟后 从容器中取出水凝胶塞并将其切成相同大小的三块(大约0.5厘米厚)。将每一片分 别放入小管中，并在取样时间为0时(t0)加入4ml PBS缓冲液(pH7.4)。将小管置 于室温下并不断振动。在每个取样时间，取出小管中所有的液体并用4ml新鲜的 PBS替代原有液体。在1、2、4和8小时的时候取样。用实施例1中的方法分析5- 氟尿嘧啶。\n图3显示，8小时后约有55％的5-氟尿嘧啶被释放。其余的5FU可能被交联进 了聚合物中并会在聚合物解体的时候被释放。\n实施例4\n含有藻酸但不添加钙的白蛋白药塞中5-氟尿嘧啶的释放\n将1毫升1.04mg/ml的5-氟尿嘧啶混入30mg藻酸中。将混合物的pH值调至 6.8，然后放进带有DRIERITE的真空干燥机中干燥24小时。将制得的藻酸/5FU片 磨碎，并在将其放入5ml的塑料针筒前加入30％的白蛋白溶液(见实施例2)混合， 用等体积的REG-(SS)2交联剂(136mg/ml)交联。将药塞放入小管中，并在取样时间 为0时(t0)加入5ml pH7.4的磷酸缓冲盐溶液(PBS)。将小管置于室温下并不断振 动。在每个取样时间，取出小管中所有的液体并用5ml新鲜的PBS替代原有液体。 在1、2、3、4、5和24小时的时候取样。\n用实施例1的方法分析5FU。图4的数据显示，5小时后5FU释放了约40％。\n实施例5\n含有藻酸同时添加钙的白蛋白药塞中5-氟尿嘧啶的释放\n将1毫升1.04mg/ml的5-氟尿嘧啶混入30mg藻酸中。将混合物的pH值调至 6.8，并加入150μl饱和的氯化钙/水溶液以使藻酸盐形成凝胶。将凝胶分成体积 大致相同的三份，然后放进带有DRIERITE的真空干燥机中干燥24小时。将制得的 藻酸/Ca/5FU片磨碎，并在将其放入5ml的容器前加入30％的白蛋白溶液(见实施例 2)混合，用等体积的REG-(SS)2交联剂(136mg/ml)交联。将每个药塞分别放入小管 中，并在取样时间为0时(t0)加入5ml pH7.4的磷酸缓冲盐溶液(PBS)。将小管置 于室温下并不断振动。在每次取样时，取出小管中所有的液体并用5ml新鲜的PBS 替代原有液体。在1、2、3、4、5和24小时的时候取样。\n用实施例1的方法分析5FU。图4的数据显示，5小时后5FU释放了约60％。\n实施例6\n生物可降解珠的制作方法\n珠子可以由两部分液态体系制成。体系A是存在于等渗的(0.075M)碳酸盐缓 冲液(pH9)中的29％的无菌白蛋白溶液(见实施例1)。体系B是260mg/ml的PEG- (SS)2溶液，在使用前用无菌水重建。用连接在静压混合头上的双针管系统将溶液 A和溶液B等体积混合。将液体注入6英寸×4英寸×1英寸的有8毫米直径的孔洞 的Teflon模型中即可制成珠子。注入的混合物可以在8毫米直径的孔洞中固化10 分钟。10分钟后从Teflon模型中取出珠子。珠子可以用两种不同方法使用。一种 情况下，水化的珠子可以在它们被取出Teflon模型后直接使用。另一种情况是在 它们被取出Teflon模型后将其脱水。干燥可以在真空中或在空气中或在其它合适 的条件下进行。值得一提的是除了球形珠外还可以制成各种几何形状。\n实施例7\n万古霉素体外释放的研究\n将用实施例6的方法制得的两个脱水珠放在4ml的小管中。将万古霉素(60mg， Abbott Laboratories，North Chicago，IL)溶解在2ml无菌水中并加到小管中。 珠子要在室温下浸泡24小时。浸泡24小时后，将珠子取出并放到装有5ml pH7.4 的磷酸缓冲盐溶液的20ml的玻璃瓶中。在37℃的恒温水浴中测定万古霉素的释放 速率。三星期内每24小时更换一次缓冲液。用紫外分光光度计(Beckman，DU640， Fullerton CA)分析样品中的万古霉素。在282nm处检测万古霉素。结果显示在图 5和图6中。\n实施例8\n唑啉头孢菌素的体外释放\n将用实施例6的方法制得的两个脱水珠放在4ml的小管中。将唑啉头孢菌素 (60mg，Marsam Pharmaceuticals，Inc.，Cherry Hill，NJ)溶解在2ml无菌水中 并加到小管中。珠子在室温下浸泡24小时。浸泡24小时后，将珠子取出并放到装 有5ml pH7.4的磷酸缓冲盐溶液的20ml的玻璃瓶中。在37℃的恒温水浴中测定唑 啉头孢菌素的释放速率。三星期内每24小时更换一次缓冲液。用紫外分光光度计 (Beckman，DU640，Fullerton CA)分析样品中的唑啉头孢菌素。唑啉头孢菌素在 272nm处有吸收。结果显示在图7和图8中。\n实施例9\n作为交联程度和溶剂体积函数的再水化珠子的水的吸收\n用实施例6的方法制作珠子，但是使用了几种不同配方的PEG-(SS)2交联剂。 用普通封闭剂(NS)配方制作的珠子的制作方法是，将130mg PEG-(SS)2溶解在1ml 水中，1ml 29％的溶解在pH9.0的碳酸盐缓冲液中的白蛋白，在将这两种溶液混合。 一半交联剂浓度的珠子(NS*1/2)中含有65mg溶解在1ml水中的PEG-(SS)2和1ml 29％的溶解在pH9.0的碳酸盐缓冲液中的白蛋白。两倍交联剂浓度的珠子(NS*2)中 含有260mg溶解在1ml水中的PEG-(SS)2和1ml 29％的溶解在pH9.0的碳酸盐缓冲 液中的白蛋白。三倍交联剂浓度的珠子(NS*1/2)中含有390mg溶解在1ml水中的 PEG-(SS)2和1ml 29％的溶解在pH9.0的碳酸盐缓冲液中的白蛋白。将三种配方的 珠子分别放在已称重的20ml的小管中。将3毫升水称重并加入小管中。换用6毫 升水重复这一实验。在第2，4，6，8和24小时的时候取出珠子并测量小管中水的 总量从而可测得珠子的吸水情况。结果显示在表1中。\n                                        表1\n                        作为交联和体积函数的单个珠子的水的吸收   时间   (小时)                                  每个珠子吸收的水的百分比     (NS*1/2)     3毫升水     (NS)     3毫升水     (NS*2)     3毫升水     (NS*3)     3毫升水     (NS)     6毫升水     (NS*2)     6毫升水     (NS*3)     6毫升水     2     11.38     8.15     7.98     8.4     11.13     10.39     11.97     4     16.01     11.89     11.13     11.73     19.27     16.59     17.71     6     26.75     21.61     21.25     8     20.67     15.20     13.90     14.25     31.56     25.63     25.13     24     25.87     18.78     17.54     17.17     34.89     29.65     28.67\n实施例10\n作为珠直径和交联程度函数的再水化珠子的水的吸收\n用实施例6的方法制作珠子。用实施例9所述的方法制作普通、双倍和三倍 交联剂浓度的珠子。将三种配方的珠子分别放在已称重的20ml的小管中。将6毫 升水称重并加入小管中。在第2，4，6，8和24小时的时候取出珠子并测量小管中 水的总量从而可测得珠子的吸水情况。用一个珠子及2毫升水重复实验。用 Scherr-Tumico光学比较仪(S.T.Industries)测量珠子的直径。多个珠子的结果显 示在表2中，单个珠子的结果显示在表3中。表4显示了当干珠再水化时，单珠和 多珠实验中作为时间函数的对比于干珠体积的体积增加百分比。图9中的数据仅显 示了单珠实验中水的吸收。三珠实验的结果是类似的。\n                                      表2\n                                多个珠子的水的吸收   时间   (小时)   (NS)   6毫升水   (NS*2)   6毫升水   (NS*3)   6毫升水 (NS) 6毫升水 (NS*2) 6毫升水   (NS*3)   6毫升水   每个珠子   吸收的水％   每个珠子   吸收的水％   每个珠子   吸收的水％ 每个珠子的 直径(mm) 每个珠子的 直径(mm)   每个珠子的   直径(mm)     0     0     0     0     4.35     4.65     4.92     2     11.13     10.39     11.97     6.99     6.98     6.78     4     19.27     16.59     17.71     8.08     7.84     7.64     6     26.75     21.61     21.25     8.73     8.0     8.62     8     31.56     25.63     25.13     9.05     8.8     8.86     24     34.89     29.65     28.67     9.42     8.91     9.13\n                                    表3\n                             单个珠子的水的吸收   时间  (小时)   (NS)   2毫升水   (NS*2)   2毫升水   (NS*3)   2毫升水  (NS)   2毫升水   (NS*2)   2毫升水   (NS*3)   2毫升水   每个珠子   吸收的水％   每个珠子   吸收的水％   每个珠子   吸收的水％   每个珠子   的直径   (mm)   每个珠子   的直径   (mm)   每个珠子   的直径   (mm)     0     0     0     0     4.07     4.66     4.93     2     12.87     9.10     12.63     6.9     6.52     6.53     4     19.57     15.68     20.71     8.11     7.5     7.5     6     26.26     20.74     26.26     8.73     8.0     8.47     8     33.47     24.28     28.79     9.07     8.8     8.7     24     41.19     29.84     34.85     9.5     8.91     9.30\n                               表4\n                     单珠/多珠实验中水的吸收   时间   (小时)   (NS)   2毫升水   (单珠)   (NS*2)   2毫升水   (单珠)   (NS*3)   2毫升水   (单珠)   (NS)   6毫升水   (三珠) (NS*2) 6毫升水 (三珠) (NS*3) 6毫升水 (三珠)   其中的百   分体积   其中的百   分体积   其中的百   分体积   其中的百   分体积 其中的百 分体积 其中的百 分体积     2     387     174     132     315     329     163     4     691     317     252     542     379     275     6     887     406     407     710     540     440     8     1007     573     450     804     593     485     24     1172     599     571     918     611     541\n实施例11\n交联白蛋白微球体的制备\n微球体是根据美国专利第5,508,060号的方法(做了一些改进)用油包水型 乳化物制备的，用美国专利第5,583,114号(Barrows等)中实施例8的方法使用 人血清白蛋白(HSA)，牛血清白蛋白(BSA)的V部分是从Sigma Chemical公司 (St.Louis，MO)购买的。PEG-(SS)2被用作交联剂。通常用电动三叶螺旋桨式搅拌 机(Motomatic，Electro-Craft，USA)以预定的速度搅拌花生油(Nabisco Foods， Inc.，East Hanover，NJ)。在持续搅拌的下用皮下注射针向油中逐滴加入混有白 蛋白溶液的交联剂的水溶液。在另一种变化中，在逐滴加入白蛋白溶液之前向油中 加入交联剂溶液。白蛋白∶交联剂的比例为1∶1，交联剂的浓度为138mg/ml和 276mg/ml。油∶水的比例约为100∶1，要使用300-500ml的油。搅拌预定时间后， 收集微球体并用乙酸乙酯洗涤，再用0.44μm或1.1μm的纤维素膜或尼龙膜过滤。\n实施例11A\n用实施例11的步骤制备微球体，但作如下变动。使用浓度为27％pH为9.4 的人血清白蛋白(HSA)。使用浓度为138mg/ml的PEG-(SS)2溶液。将PEG-(SS)2溶 液加到油中，再通过27号针头向搅拌的油中逐滴加入白蛋白溶液。用三叶螺旋桨 式搅拌机以1000rpm的转速将油搅拌15分钟。搅拌停止后将溶液加热至85℃，再 像实施例11那样过滤并洗涤微球体。在溶液的加热过程中，当介质温度到达45℃ 时，交联的粒子开始凝絮，导致混合物中形成白色薄片。去除凝絮的颗粒并收集微 球体。对这一过程中回收的微球体进行典型的影像分析可知，其平均直径为 4.22μm，大小分布在1.0μm-15μm的范围内。\n实施例11B\n用实施例11A同样的方法制备微球体，不同的是搅拌速度为1300rpm且在搅 拌后不必对溶液进行加热。对这一过程中回收的微球体进行典型的影像分析可知， 其平均直径为3.05μm，大小分布在1.0μm-10μm的范围内。\n实施例11C\n用实施例11A同样的方法制备微球体，不同的是交联剂PEG-(SS)2的浓度是 276nm，搅拌速度为1300rpm，搅拌时间是20分钟且在搅拌后不必对溶液进行加热。 对这一过程中回收的微球体进行典型的影像分析可知，其平均直径为5.45μm，大 小分布在0.5μm-16μm的范围内。这些微球体被用在实施例12中的药物负载实验 中。\n实施例11D\n用实施例11A同样的方法制备微球体，不同的是用15％的pH为9.17的牛血清 白蛋白(BSA)，搅拌速度为1500rpm，搅拌时间是20分钟且在搅拌后不必对溶液进 行加热。对这一过程中回收的微球体进行典型的影像分析可知，其平均直径为 2.42μm，大小分布在1.0μm-6.0μm的范围内。\n实施例12\n含有四环素的微球体的原位药物负载\n根据实施例11C的方法，在盐酸四环素存在时将2毫升HSA溶液和等体积的 含有药物的交联剂溶液在油浴中混合以制备微球体。简单地，将552mg PEG-(SS)2 交联剂加到2ml四环素溶液(10mg/ml)中制成交联剂溶液。在1300rpm转速的搅拌 下将含有药物的PEG-(SS)2溶液加到油中。放置足够长的时间以使水溶液形成稳定 的乳化物，逐滴加入2ml人血清白蛋白(27％，pH9.4)并将乳化物搅拌20分钟。用 乙酸乙酯洗涤后，颗粒以良好分离的细粉形式存在。影像分析显示颗粒分离良好且 体积小。\n实施例13\n药物释放的体外评价\n将微球体(见实施例11A)放在扩展释放检测器(extended release tester)(BIO-DIS，VanKel，Edison，NJ)的容器中以进行体外药物释放的研究。将 这个容器以每分钟浸渍3次的振荡速率浸泡进装有100ml磷酸缓冲盐溶液(PBS， pH7.4)的200ml的玻璃烧杯中，最初有5秒钟的延迟。在释放研究的整个阶段用电 子控温的方法将温度控制在37℃。在预先决定的时间取出1毫升样品后向PBS贮 槽中再另外加入新鲜的溶液。将样品溶液通过0.22m的COSTAR注射过滤器 (Corning，Corning，NY)过滤以排除任何微粒。用带有紫外分光检测器的HPLC定 量检测盐酸四环素。使用的设备中包括一个进样器(Shimadzu Sil-9A型，Shimadzu， Columbia，MD)，一个溶剂输送装置(Waters625LC，Millipore Corporation， Milford，MA)，一个多波长检测器(Waters490E，Millipore Corporation，Milford， MA)和一个积分器(Waters Millennium，Millipore Corporation，Milford，MA)。 将含有药物的溶液(20μl-150μl，可以调整以使其在线性检测范围内)注入 Beckman的反相C-18柱(5μm×4.6mm×25cm(Beckman，USA))。流动相是80/20的 水和含有0.1％三氟乙酸的乙腈。流速为1.0ml/min，使用的紫外检测波长为275nm。 将药物峰的面积与标准曲线的面积比较即可得到药物浓度。每种样品至少分析两 次，计算释放的药物总量的平均值。\n图10显示了三种不同尺寸范围的微球体中盐酸四环素的释放分布图。用不同 的沉降法可以进行分选。初始的突发释放现象放在所有的三种制品中都出现了。然 而，粒子的大小对突发效果有明显的影响。随着粒子大小的增加，来自于微球体的 初始药物通量有所减少，这说明初始突发阶段主要依赖于微球体的表面积。\n实施例14\n用四臂PEG交联剂制作的白蛋白聚合物药塞中唑啉头孢菌素的释放\n从0.5ml 30％的白蛋白溶液(工艺B)和0.5ml 110mg/ml聚(乙二醇)-琥珀酸酯 交联剂(Shearwater Polymers，Inc.，Huntsville，AL)的四臂N-羟基琥珀酰亚胺 酯中制备两个聚合物药塞。在交联剂加入制成柱状药塞之前将大约10mg唑啉头孢 菌素的钠盐(Sigma Chemical Co，St.Louis，MO)溶解在白蛋白中。将每个成形的 药塞分别放入小管中，并在取样时间为0时(t0)加入8ml pH7.4的磷酸缓冲盐溶液 (PBS)。将小管置于室温下并不断振动。在每次取样时，取出小管中所有的液体并 用8ml新鲜的PBS替代原有液体。在0.25、0.5、1、2、3、4、5和24小时以及这 以后每24小时直至144小时的时候取样。图11显示，5小时后约有67％的唑啉头 孢菌素被释放，144小时有95.6％的唑啉头孢菌素被释放。\n依照Liang等， J.Chromatog.B.， 656，45-465(1994)的方法，用高压液相色 谱法分析唑啉头孢菌素。采用Waters C-18(3.9×300mm)的商品名为MICROBONDAPAK 的色谱柱，柱温保持在25℃。流动相中含有0.02M的磷酸钠缓冲液(pH＝5.0，含甲 醇(77∶23))。检测波长为270nm，柱流速是1.0ml/min。\n实施例15\n生物可降解的预制白蛋白珠中TGF-β1的释放\n用实施例6中的方法制备珠子，做以下的变化：就用实施例6所描述的方法 制备两个珠子，以水化形式使用(珠NS1和NS2)；完全用实施例6所描述的方法制 备两个珠子，脱水，再水化(珠NS3和NS4)；在实施例6的B部分中添加20μl 3.75μg/ml的人重组转化生长因子β1(TGF-β1，Gibco BRL，Rockville，MD)制备 两个珠子，最终可在每个珠子中得到25ng TGF-β1，以水合形式使用(珠NS5和 NS6)；就用实施例6所描述的方法制备两个珠子，脱水，再在2ml 50ng/ml的TGF-β1 溶液中水化4小时(4小时内吸收了25％，即每个珠子NS7和NS8从100ng中吸收了 25ng)；使按实施例6的A部分制备的两个珠中含有以等渗的(0.075M)碳酸盐作为 缓冲液(pH8.66)的浓度为23％的无菌的白蛋白溶液(工艺B)，B部分中含有65mg/ml 的PEG(SS)2(见实施例1)溶液，使用前用无菌水重建(珠FS1和FS2)；使按实施例 6的A部分制备的两个珠中含有以等渗的(0.075M)碳酸盐作为缓冲液(pH8.66)的浓 度为23％的无菌的白蛋白溶液(工艺B)，B部分中含有65mg/ml的PEG(SS)2(见实施 例1)溶液，使用前用添加了20μl 3.75μl/ml人重组TGF-β1的无菌水重建(珠 FS3和FS4)。\n将所有的珠子分别放进12孔陪替氏平皿(Fisher Scientific，Pittsburgh，PA) 的孔中，每个孔中含有4ml含10％胎牛血清(American Type Culture Collection， Manassas，VA)和100U/ml青霉素/链霉素(Gibco BRL，Rockville，MD)的改进的 Eagle’s最少必需细胞培养介质(Eagle’s Minimum Essential Cell Culture Medium)(American Type Culture Collection，Manassas，VA)。在实验的整个过 程中都要将平皿放在细胞培养恒温箱中(37℃，5％CO2)。在每个时间点取出样品(初 始时间＝0)并用等量的培养介质替代，直至珠子完全降解。每次取出的介质收集在 冷冻管中并保存在-20℃。对NS珠而言，时间点为0、24、48、72、96、120、144、 168、192、216、240、264、289和330小时，对FS珠，时间点为0、24、48、72、 96和120小时。\n依照产品说明书的方法，用酶联免疫吸收法(ELISA)分析所有的培养介质样品 以测定TGF-β1的浓度(人TGF-β1用QUANTIKINE，R&D Systems，Minneapolis， MN)。样品不需要活化，因为测得的来自商业原料的TGF-β1有活性且不会由培养 物中的细胞产生。在制造珠子时使用的同样来源的TGF-β1产生了另外一条剂量- 反应曲线，根据后面的剂量-反应曲线可以计算出结果。\n图12的结果显示，在珠子(珠NS7，NS8)再水化时所用的溶液中加入生长因子 将导致在2-6天内最多有40％的生长因子被释放。TGF-β1和交联剂结合(NS4、NS6、 FS3、FS4)不会导致珠子中的TGF有显著量的释放。同时测试了对照珠(NS1、NS2、 NS3、NS4、FS1、FS2，没有TGF-β1)，不会影响测定。\n那些精通这一领域的技术人员应该承认，前面的这些描述只是为了证明，可 以想像，在不背离分发明范围的情况下其实施方案可以有多种变化。