Биоразлагаемые нерастворимые в воде гидрогели на основе полиэтиленгликоля

Биоразлагаемые нерастворимые в воде гидрогели на основе полиэтиленгликоля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение касается биоразлагаемых нерастворимых в воде гидрогелей на основе полиэтиленгликоля. Настоящее изобретение также касается конъюгатов таких биоразлагаемых гидрогелей с аффинными лигандами или хелатирующими группами или ионообменными группами, связанных с носителем пролекарств, в которых биоразлагаемый гидрогель по настоящему изобретению является носителем, и их фармацевтических композиций, а также их применения в качестве лекарственного средства.

Гидрогели на основе поли(этиленгликоля) (PEG) представляют интерес для таких фармацевтических применений, как ушивание ран, тканевая инженерия и доставка лекарств. Гидрогели на основе PEG представляют собой трехмерные сщитые молекулярные сетки, которые могут поглощать большое количество воды. Гидрогели на основе PEG обычно имеют высокий процент содержания поли(этиленгликолевых) цепочек. Гидрогели на основе PEG известны в данной области техники.

Гидрогель на основе PEG в отсутствие заметных количеств не-PEG-полимеров описан в WO-A 99/14259. В данном документе описаны гидрогели на основе PEG, обладающие контролируемым временем полураспада.

Биоразлагаемые гидрогели на основе PEG обладают преимуществами для многих областей применений in vivo. В особенности из соображений безопасности, является очень предпочтительным придание PEG-гидрогелям способности к биоразложению, если планируется их применение в отношении человека. Способность к биоразложению можно придавать гидрогелю путем введения в него сложноэфирных связей, которые претерпевают спонтанный или ферментативный гидролиз в водной среде in vivo.

Для осуществления самой стадии полимеризации можно применять различные типы реакций, и выбор химии полимеризации предопределяет структуру исходных макромерных соединений. Например, радикальная полимеризация широко использовалась для производства полимеров на основе PEG и для создания биосовместимых гидрогелей (см., например ЕР-А 0627911). Также использовались реакции присоединения в полимеризации гидрогелей из макромеров на основе PEG (WO-A 2008/125655).

Альтернативно, для полимеризации гидрогеля описано применение реакций конденсации или сшивки, в основе которых лежит образование сложного эфира, карбамата, карбоната или имина. Перечисленные связующие фрагменты могут использоваться для придания гидрогелю способности к биоразложению за счет лабильных ароматических карбаматов (WO-A 01/47562) или карбонатов (US-A 2003/0023023), сложных эфиров или иминов (WO-A 99/14259).

В отличие от образования гидролитически лабильных связей во время стадии полимеризации, гидрогелям на основе PEG можно придавать способность к биоразложению за счет наличия гидролитически лабильных сложноэфирных связей в одном из исходных макромерных соединений. В случае применения таких макромеров, содержащих сложноэфирные группы, эффективной реакцией для формирования гидрогеля является реакция образования амидной связи. Таким образом, гидрогель формируется путем реакций конденсации между активированными карбоксильными и аминными функциональными группами, что приводит к созданию трехмерной сетки, образованной устойчивыми к гидролизу амидными связями. Биоразложение затем может происходить посредством гидролиза сложноэфирных групп, наличие которых обеспечивает, по меньшей мере, одно из исходных соединений, входящих в состав сетки гидрогеля.

Биоразлагаемые гидрогели на основе PEG, сформированные посредством образования амидных связей, можно получать из двух разных макромерных исходных соединений, при этом макромер, имеющий более двух аминных функциональных групп, может использоваться в качестве реагента основной цепи, а другой макромер, обычно называемый поперечносшивающим реагентом, имеет по меньшей мере две активированные карбоксильные функциональные группы. Биоразлагаемые сложноэфирные связи могут входить в состав одного из макромеров, например поперечносшивающего реагента. В такой системе кинетику разложения гидрогеля можно фиксировать в виде графика высвобождения неразлагаемого фрагмента макромера из гидрогеля с течение времени. Само собой разумеется, что высвобождаемый неразлагаемый макромер будет конъюгирован через амидные связи с группами, остающимися после разрушения разлагаемого макромера, содержащего сложноэфирные группы, индуцированного гидролизом сложноэфирных групп.

В статье Zhao and Harris et al., J. Pharmaceutical Sciences 87 (1998) 1450-1458, описана кинетика разложения гидрогелей на основе PEG. Для формирования гидрогеля в качестве одного макромера использовались реагирующие с аминами PEG-производные, содержащие сложноэфирные группы, а в качестве второго неразлагаемого макромера применялись разветвленные PEG-амины или белки. На Фиг.3 в статье Zhao и Harris изображен график высвобождения флуоресцентно-меченого макромера на основе альбумина бычьей сыворотки из разлагаемых гидрогелей на основе PEG. В данном исследовании, в качестве прекурсора использовался меченый альбумин бычьей сыворотки, вместе с 4-разветвленным PEG-тетраамином, или 8-разветвленным PEG-октаамином, или альбумином человеческой сыворотки. Профили разложения фиксировались в буферном растворе (при рН 7, при 37°С) с течением времени, и характеризовались «всплеском» на поздней стадии разложения. Во время стадии всплеска, от 40% до 60% неразлагаемого макромера высвобождалось в течение очень короткого времени, т.е. в течение нескольких часов, в то время как предшествующая фаза задержки разложения гидрогеля составляла от 100 до 400 часов. В настоящем исследовании усилия были сфокусированы на создание такого гидрогеля, для которого не наблюдалось бы «нежелательного всплеска на поздней стадии». Усилия авторов настоящего изобретения увенчались успехом благодаря сокращению времени гелеобразования при формировании гидрогеля, и был достигнут профиль с почти нулевым порядком высвобождения неразлагаемого макромера.

Однако, такой профиль разложения гидрогеля не является предпочтительным в области доставки пролекарств, вследствие продолжительного времени фрагментации гидрогеля во время высвобождения лекарства пролекарством, имеющим в своей основе такие гидрогели.

Поэтому одной задачей настоящего изобретения является разработка гидрогелей, имеющих более удобный профиль разложения, чем у известных биоразлагаемых гидрогелей.

Данная задача решена посредством биоразлагаемого нерастворимого в воде гидрогеля на основе полиэтиленгликоля, содержащего фрагменты основной цепи, которые соединены гидролитически разрушаемыми связями, при этом указанные фрагменты основной цепи дополнительно содержат реакционно-способные функциональные группы, где указанный нерастворимый в воде гидрогель дополнительно отличается тем, что соотношение периода времени, необходимого для полного разложения гидрогеля посредством гидролиза разлагаемых связей на водорастворимые продукты разложения, содержащие один или более фрагментов основной цепи, и периода времени, необходимого для высвобождения первых 10 мол.% водорастворимых продуктов разложения, содержащих один или более фрагментов основной цепи, исходя из общего количества фрагментов основной цепи в гидрогеле, больше 1 и меньше или равно 2, предпочтительно больше 1 или меньше или равно 1.5.

Было обнаружено, что, особенно в области доставки лекарств, желательно, чтобы материал полимерного носителя не присутствовал намного дольше, чем требуется для высвобождения количества лекарства, необходимого для достижения желаемого терапевтического эффекта. Например, если PEG-гидрогели используются в качестве полимерных носителей для связанных с носителем пролекарств, желательно отщепить гидрогель от лекарства до того, как произойдет разрушение материала гидрогеля. Вследствие этого, будет в высшей степени предпочтительно использовать гидрогели, демонстрирующие ярко выраженный эффект всплеска в разложении гидрогеля, поскольку такие гидрогели демонстрируют описанный выше профиль разложения, характеризующийся тем, что период времени, необходимого для полного разложения гидрогеля путем гидролиза разрушаемых связей на водорастворимые продукты разложения, содержащие один или более фрагментов основной цепи, не более чем в два раза (или менее) превосходит период времени, необходимый для высвобождения первых 10 мол.% реакционно-способных функциональных групп, исходя из общего количества реакционно-способных функциональных групп в гидрогеле.

Авторы неожиданно обнаружили, что реакционно-способные биоразлагаемые PEG-гидрогели могут быть сконструированы таким образом, что высвобождение фрагментов основной цепи, несущих функциональные группы (90% или больше) происходит в течение очень короткого промежутка времени в сравнении с предшествующей фазой задержки, в течение которой высвобождаются первые 10% фрагментов основной цепи.

Термин «гидрогель» относится к трехмерной, гидрофильной или амфифильной полимерной сетке, способной поглощать большие количества воды. Такая сетка может состоять из гомополимеров или сополимеров и является нерастворимой из-за наличия ковалентных химических или физических (ионные, гидрофобные взаимодействия, переплетения) сшивок. Сшивки обуславливают структуру сетки и физическую целостность. Гидрогели обладают термодинамической совместимостью с водой, которая позволяет им набухать в водных средах. Цепочки в сетке соединены таким образом, что имеются поры, и значительная часть этих пор имеют размер между 1 нм и 1000 нм.

Термины «гидролитически разрушаемый», "биоразлагаемый" или "гидролитически расщепляемый", "расщепляемый", "авторасщепляемый", или "саморасщепление", "саморасщепление", "обратимый", "неустойчивый" или "временный" в контексте настоящего изобретения относятся к связям и связкам, являющимся неферментативно гидролитически разрушаемым или расщепляемым в физиологических условиях (водный буфер при рН 7.4, 37°С), имеющим время полужизни в диапазоне от одного часа до трех месяцев, включая (но не ограничиваясь только ими) аконитилы, ацетали, амиды, ангидриды карбоновых кислот, сложные эфиры, имины, гидразоны, полуамиды малеиновой кислоты, ортоэфиры, фосфамиды, сложные эфиры фосфорной кислоты, фосфосилиловые эфиры, силиловые эфиры, сложные эфиры сульфокислот, ароматические карбаматы, их комбинации и т.д.

При наличии в гидрогеле по настоящему изобретению в качестве разрушаемой соединяющей функциональной группы, предпочтительными биоразлагаемыми связками являются сложные эфиры карбоновых кислот, карбонаты, сложные эфиры фосфорных кислот и сложные эфиры сульфокислот, и наиболее предпочтительны сложные эфиры карбоновых кислот или карбонаты.

Понятно, что для испытаний in vitro в практических целях могут применяться условия ускоренных испытаний, такие как, например, рН 9, 37°С, водный буфер, При проведении двух последовательных испытаний, в которых изменяется только значение рН (рН 7.4 или рН 9, соответственно), можно вычислить коэффициент, который можно применять в дальнейших испытаниях, проводимых при рН 9, для вычисления эквивалентной кинетики реакции для эксперимента, проводимого при рН 7.4.

Стабильные (долговечные) связки являются неферментативно гидролитически разрушаемыми в физиологических условиях (водный буфер при рН 7.4, 37°С) и имеют времена полужизни от шести месяцев и больше, такие как, например, амиды.

Термин «реагент» относится к промежуточным и исходным соединениям, используемым в процессе сборки с получением биоразлагаемых гидрогелей, конъюгатов и пролекарств по настоящему изобретению.

Термин «химическая функциональная группа» относится к карбоновым кислотам и активированным производным, аминам, малеимиду, тиолам и их производным, сульфоновым кислотам и их производным, карбонатам и их производным, карбаматам и их производным, гидрокси-соединениям, альдегидам, кетонам, гидразинам, изоцианатам, изотиоцианатам, фосфорным кислотам и их производным, фосфоновым кислотам и их производным, галогенацетильным соединениям, алкилгалогенидам, акрилоильным соединениям и другим альфа-бета-ненасыщенным акцепторам Михаэля, арилирующим агентам, таким как арилфториды, гидроксиламину, дисульфидам, таким как пиридил дисульфид, винилсульфонам, винилкетонам, диазоалканам, диазоацетильным соединениям, оксиранам и азиридинам.

Если химическая функциональная группа связывается с другой химической функциональной группой, получаемая химическая структура называется «связкой». Например, реакция амино-группы с карбоксильной группой дает амидную связку.

"Реакционно-способные функциональные группы" представляют собой химические функциональные группы фрагмента основной цепи, которые соединены со сверхразветвленным фрагментом.

«Функциональная группа» - это объединенный термин, используемый в отношении терминов «реакционно-способная функциональная группа», «разрушаемая соединяющая функциональная группа» или «конъюгирующая функциональная группа».

"Разрушаемая соединяющая функциональная группа" представляет собой связку, содержащую биоразлагаемую связь, которая с одной стороны присоединена к спейсерному фрагменту, соединенному с фрагментом основной цепи, а с другой стороны присоединена к поперечносшивающему фрагменту. Термины "разрушаемая соединяющая функциональная группа", "биоразлагаемая соединяющая функциональная группа", "соединяющая биоразлагаемая функциональная группа" и "соединяющая функциональная группа" используются как синонимы.

"Конъюгирующая функциональная группа" содержит аффинный лиганд или хелатирующую группу или ионообменную группу, и стабильную связку, соединяющую указанный аффинный лиганд или хелатирующую группу со сверхразветвленным фрагментом фрагмента основной цепи.

Термины "блокирующая группа" или "концевая группа" используются как синонимы и относятся к фрагментам, которые необратимо (в особенности, стабильно) связываются с реакционно-способными функциональными группами, делая невозможным их дальнейшую реакцию с, например, химическими функциональными группами.

Термин «защитная группа» относится к фрагментам, которые обратимо связываются с реакционно-способными функциональными группами, делая невозможным их реакцию с, например, другими химическими функциональными группами

Термин "сшивающая функциональная группа" относится к химическим функциональным группам, которые принимают участие в реакции радикальной полимеризации и являются частью поперечносшивающего реагента или реагента основной цепи.

Термин "полимеризуемая функциональная группа" относится к химическим функциональным группам, которые принимают участие в реакции сшивающей полимеризации и являются частью поперечносшивающего реагента или реагента основной цепи.

Фрагмент основной цепи может содержать спейсерный фрагмент, который одним концом соединен с фрагментом основной цепи, а другим концом - с поперечносшивающим фрагментом.

Термин "производные" относится к химическим функциональным группам, надлежащим образом замещенным защитными и/или активирующими группами, или к активированным формам соответствующих химических функциональных групп, известным квалифицированным специалистам в данной области. Например, активированные формы карбоксильных групп включают (но не ограничиваются только ими) активные сложные эфиры, такие как эфиры сукцинимида, эфиры бензотриазола, нитрофениловые эфиры, пентафторфениловые эфиры, эфиры азабензотриазола, ацилгалогениды, смешанные или симметричные ангидриды, ацилимидазолы.

Термин "неферментативно разрушаемый линкер" относится к линкерам, гидролитически разрушаемым в физиологических условиях без действия ферментов.

"Небиологически активный линкер" означает линкер, не оказывающий фармакологического действия лекарства (D-H), являющегося производным биологически активного фрагмента.

Термины "спейсер", "спейсерная", "спейсерная молекула" и "спейсерный фрагмент" используются взаимозаменяемо и относятся к любому фрагменту, подходящему для соединения двух блоков, такому как C_1-50 алкил, C_2-50 алкенил или C_2-50 алкинил, и указанные фрагменты необязательно могут включать в состав своей цепочки одну или более групп, выбранных из -NH-, -N(C_1-4 алкил)-, -O-, -S-, -С(O)-, -C(O)NH-, -C(O)N(C_1-4 алкил)-, -О-С(О)-, -S(O)-, -S(O)₂-, 4-7-членного гетероциклила, фенила или нафтила.

Термины «терминальный», «конец» или «дальний конец» относятся к положению функциональной группы или связки в молекуле или фрагменте, в силу чего такая функциональная группа может быть химической функциональной группой, и связка может быть разрушаемой или представлять собой стабильную связку, и характеризоваться расположением рядом или в составе связки между двумя блоками, или на конце олигомерной или полимерной цепи.

Термины «лекарственное средство», «лекарственный фрагмент», «биологически активная молекула», "биологически активный фрагмент", "биологически активное средство" и т.п. используются как синонимы и означают любое вещество, которое может оказывать влияние на любые физические или биохимические свойства биологического организма, включая (но не ограничиваясь только ими) вирусы, бактерии, грибы, растения, животные и людей. В частности, при использовании в настоящем тексте, биологически активные молекулы включают любое вещество, предназначенное для диагностики, лечения, смягчения, излечения или профилактики заболевания у людей или других животных, или для улучшения физического или умственного здоровья людей или животных каким-то иным образом. Примеры биологически активных молекул включают (но не ограничиваются только ими) пептиды, белки, ферменты, низкомолекулярные лекарственные средства (например, небелковые лекарственные средства), красители, липиды, нуклеозиды, олигонуклеотиды, полинуклеотиды, нуклеиновые кислоты, клетки, вирусы, липосомы, микрочастицы и мицеллы. Классы биологически активных средств, которые пригодны для применения по настоящему изобретению, включают (но не ограничиваются только ими) антибиотики, фунгициды, противовирусные средства, противовоспалительные средства, противоопухолевые средства, сердечно-сосудистые средства, успокаивающие средства, гормоны, факторы роста, стероидные средства и т.п.

Выражения «в связанной форме» или «фрагмент» относятся к подструктурам, являющимся частью большей по размеры молекулы. Выражение «в связанной форме» применяется для упрощения обозначения фрагментов путем приведения названия или составления списка реагентов, исходных соединений или гипотетических исходных соединений, хорошо известных в данной области техники, и где выражение «в связанной форме» означает, что, например, один или более радикалов водорода (-Н), или одна или более активирующих или защитных групп, имеющихся в реагентах или исходных соединениях, не присутствует во фрагменте.

Понятно, что все реагенты и фрагменты, содержащие полимерные фрагменты, относятся к макромолекулярным структурам, которые, как известно, варьируются по молекулярному весу, длине цепочки или степени полимеризации, или числу функциональных групп.Структуры, приведенные для реагентов основной цепи, фрагментов основной цепи, поперечносшивающих реагентов и поперечносшивающих фрагментов, таким образом, являются только репрезентативными примерами.

Термин "водорастворимый" относится к продуктам разложения биоразлагаемого гидрогеля по изобретению, отделяемого от нерастворимых в воде продуктов разложения путем фильтрования.

Реагент или фрагмент может быть линейным или разветвленным. Если реагент или фрагмент имеет две терминальные группы, его называют линейным реагентом или фрагментом. Если реагент или фрагмент имеет больше двух терминальных групп, его рассматривают как разветвленный или мульти-функциональный реагент или фрагмент.

Исходные соединения

Биоразлагаемые гидрогели по настоящему изобретению могут полимеризоваться посредством радикальной полимеризации, ионной полимеризации или реакций сшивания.

В случае, если биоразлагаемый гидрогель по настоящему изобретению образуется посредством радикальной или ионной полимеризации, по меньшей мере два исходных соединения для биоразлагаемого гидрогеля по настоящему изобретению представляют собой поперечносшивающие макромономеры или поперечносшивающие мономеры - которые называют поперечносшивающими реагентами, и мульти-функциональный макромономер, который называют реагентом основной цепи. Поперечносшивающий реагент несет по меньшей мере две сшивающие функциональные группы, и реагент основной цепи несет по меньшей мере одну сшивающую функциональную группу и по меньшей мере одну химическую функциональную группу, которая не участвует в стадии полимеризации. Дополнительные разбавляющие мономеры могут присутствовать или отсутствовать.

Подходящие сшивающие функциональные группы включают (но не ограничиваются только ими) радикально полимеризуемые группы, такие как винил, винил-бензол, акрилат, акриламид, метакрилат, метакриламид, и ионно полимеризуемые группы, такие как оксетан, азиридин и оксиран.

В альтернативном способе получения биоразлагаемый гидрогель по настоящему изобретению получают реакцией химического связывания. В таких реакциях, исходным соединением является, по меньшей мере, одно макромолекулярное исходное соединение, имеющее комплементарные функциональные группы, которые вступают в такие реакции, как реакция конденсации или присоединения. В одном альтернативном варианте используется всего одно макромолекулярное исходное соединение, которое представляет собой гетеромультифункциональный реагент основной цепи, содержащий некоторое число полимеризуемых функциональных групп.

Альтернативно, в случае двух или более макромолекулярных исходных соединений, одно из этих исходных соединений представляет собой поперечносшивающий реагент, имеющий по меньшей мере две одинаковые полимеризуемые функциональные группы, а другое исходное соединение представляет собой гомомультифункциональный или гетеромультифункциональный реагент основной цепи, также содержащий несколько полимеризуемых функциональных групп.

Подходящие полимеризуемые функциональные группы, имеющиеся в поперечносшивающем реагенте, включают первичные и вторичные амины, карбоновые кислоты и их производные, малеимид, тиол, гидроксил и другие альфа-бета-ненасыщенные акцепторы Михаэля, такие как винилсульфоновые группы, предпочтительно терминальные первичные и вторичные амины, карбоновые кислоты и их производные, малеимид, тиол, гидроксил и другие альфа-бета-ненасыщенные акцепторы Михаэля, такие как винилсульфоновые группы. Подходящие полимеризуемые функциональные группы, имеющиеся в реагенте основной цепи, включают (но не ограничиваются только ими) первичные и вторичные амины, карбоновые кислоты и их производные, малеимид, тиол, гидроксил и другие альфа-бета-ненасыщенные акцепторы Михаэля, такие как винилсульфоновые группы.

Предпочтительно, фрагмент основной цепи отличается наличием разветвляющегося ядра, от которого отходят, по меньшей мере, три полимерных цепочки на основе PEG. Соответственно, в предпочтительном аспекте настоящего изобретения, реагент основной цепи содержит разветвляющееся ядро, от которого отходят, по меньшей мере, три полимерных цепочки на основе PEG. Такие разветвляющиеся ядра могут состоять из поли- или олигоспиртов в связанной форме, предпочтительно пентаэритритола, трипентаэритритола, гексаглицерина, сахарозы, сорбита фруктозы, маннита, глюкозы, целлюлозы, амилозы, крахмалов, гидроксиалкил-крахмалов, поливиниловых спиртов, декстранов, гиалурононанов, или разветвляющиеся ядра могут состоять из поли- или олигоаминов, таких как орнитин, диаминомасляная кислота, трилизин, тетрализин, пентализин, гексализин, гептализин, октализин, нонализин, декализин, ундекализин, додекализин, тридекализин, тетрадекализин, пентадекализин или олиголизины, полиэтиленимины, поливиниламины.

Предпочтительно, от разветвляющегося ядра отходят 3-16 полимерных цепочек на основе PEG, более предпочтительно 4-8. Предпочтительные разветвляющиеся ядра могут содержать пентаэритритол, трилизин, тетрализин, пентализин, гексализин, гептализин или олиголизин, низкомолекулярные полиэтиленимины, гексаглицерин, трипентаэритритол в связанной форме. Предпочтительно, от разветвляющегося ядра отходят 3-16 полимерных цепочек на основе PEG, более предпочтительно 4-8. Предпочтительно, полимерная цепь на основе PEG представляет собой подходящим образом замещенное производное поли(этиленгликоля).

Термин "полимерная цепь на основе поли(этиленгликоля)" или "цепь на основе PEG" относится к олиго- или полимерной молекулярной цепи.

Предпочтительно, такая полимерная цепь на основе поли(этиленгликоля) присоединена к разветвляющемуся ядру, она представляет собой линейную поли(этиленгликольную) цепь, один конец которой присоединен к разветвляющемуся ядру, а другой - к сверхразветвленному фрагменту. Понятно, что цепь на основе PEG может заканчиваться или прерываться алкильными или арильными группами, необязательно замещенными гетероатомами и химическими функциональными группами.

Если термин "полимерная цепь на основе поли(этиленгликоля)" применяется в отношении поперечносшивающего реагента, он относится к поперечносшивающему фрагменту или цепи, содержащей по меньшей мере 20 мас.% этиленгликольных фрагментов.

Предпочтительные структуры, содержащие полимерные цепочки на основе PEG, отходящие от разветвляющегося ядра, подходящие для реагентов основной цепи, представляют собой мульти-разветвленные PEG-производные, такие как, например, описанные в списке товаров JenKem Technology, USA (доступен для скачивания с www.jenkemusa.com на 28 июля 2009 г), 4-разветвленные PEG-производные (пентаэритритольное ядро), 8-разветвленные PEG-производные (гексаглицериновое ядро) и 8-разветвленные PEG-производные (трипентаэритритольное ядро). Наиболее предпочтительными являются 4-разветвленный PEG-амин (пентаэритритольное ядро) и 4-разветвленный PEG-карбоксил (пентаэритритольное ядро), 8-разветвленный PEG-амин (гексаглицериновое ядро), 8-разветвленный PEG-карбоксил (гексаглицериновое ядро), 8-разветвленный PEG-амин (трипентаэритритольное ядро) и 8-разветвленный PEG-карбоксил (трипентаэритритольное ядро). Предпочтительные молекулярные веса для таких мульти-разветвленных PEG-производных в реагенте основной цепи составляют от 1 кДа до 20 кДа, более предпочтительно от 1 кДа до 15 кДа, и еще более предпочтительно от 1 кДа до 10 кДа. Понятно, что терминальные амино-группы дополнительно конъюгированы, давая соединяющие и реакционно-способные функциональные группы в фрагменте основной цепи.

Термины "разветвляющееся ядро" и "ядро" используются взаимозаменяемо.

Сверхразветвленный дендритный фрагмент имеет полимеризуемые функциональные группы. Предпочтительно, каждый дендритный фрагмент имеет молекулярный вес от 0.4 кДа до 4 кДа, более предпочтительно от 0.4 кДа до 2 кДа. Предпочтительно, каждый дендритный фрагмент содержит, по меньшей мере, 3 разветвления и, по меньшей мере, 4 полимеризуемые функциональные группы, и максимально 63 разветвления и 64 полимеризуемые функциональные группы, предпочтительно, по меньшей мере, 7 разветвлений и, по меньшей мере, 8 полимеризуемых функциональных групп, и максимально 31 разветвление и 32 полимеризуемые функциональные группы.

Примерами таких дендритных фрагментов являются трилизин, тетрализин, пентализин, гексализин, гептализин, октализин, нонализин, декализин, ундекализин, додекализин, тридекализин, тетрадекализин, пентадекализин, гексадекализин, гептадекализин, октадекализин, нонадекализин, орнитин и диаминомасляная кислота. Примерами таких предпочтительных дендритных фрагментов являются трилизин, тетрализин, пентализин, гексализин, гептализин, наиболее предпочтительны трилизин, пентализин или гептализин в связанной форме.

Поперечносшивающий реагент может представлять собой линейную или разветвленную молекулу, и предпочтительно представляет собой линейную молекулу. Если поперечносшивающий реагент содержит две полимеризуемые функциональные группы, его называют "линейный поперечносшивающий реагент"; если поперечносшивающий реагент содержит более двух полимеризуемых функциональных групп, он рассматривается как "разветвленный поперечносшивающий реагент".

Поперечносшивающий реагент имеет на концах две полимеризуемые функциональные группы и может не содержать биоразлагаемую группу или может содержать по меньшей мере одну биоразлагаемую связь. Предпочтительно, поперечносшивающий реагент содержит, по меньшей мере, одну биоразлагаемую связь.

В одном варианте выполнения поперечносшивающий реагент состоит из полимера. Предпочтительно, поперечносшивающие реагенты имеют молекулярный вес в диапазоне от 60 Да до 5 кДа, более предпочтительно от 0.5 кДа до 4 кДа, еще более предпочтительно от 1 кДа до 4 кДа, еще более предпочтительно от 1 кДа до 3 кДа.

Помимо олигомерных или полимерных поперечносшивающих реагентов, могут использоваться низкомолекулярные поперечносшивающие реагенты, особенно когда гидрофильные высокомолекулярные фрагменты основной цепи применяются для формирования биоразлагаемого гидрогеля.

В одном варианте выполнения поперечносшивающий реагент содержит мономеры, соединенные биоразлагаемыми связями, т.е. поперечносшивающий реагент сформирован из мономеров, соединенных биоразлагаемыми связями. Такие полимерные поперечносшивающие реагенты могут содержать до 100 биоразлагаемых связей или более, в зависимости от молекулярного веса поперечносшивающего реагента и молекулярного веса мономерных единиц. Примеры таких поперечносшивающих реагентов могут содержать полимеры на основе поли(молочной кислоты) или поли(гликолевой кислоты).

Предпочтительно, поперечносшивающие реагенты имеют в своей основе PEG, предпочтительно представлены только одной молекулярной цепью на основе PEG. Предпочтительно, поперечносшивающие реагенты на основе поли(этиленгликоля) представляют собой углеводородные цепочки, содержащие соединенные единицы этиленгликоля, где поперечносшивающие реагенты на основе поли(этиленгликоля) содержат каждый, по меньшей мере, m единиц этиленгликоля, и где m представляет собой целое число в диапазоне от 3 до 100, предпочтительно от 10 до 70. Предпочтительно, поперечносшивающие реагенты на основе поли(этиленгликоля) имеют молекулярный вес в диапазоне от 0.5 кДа до 5 кДа.

Пример упрощенного реагента основной цепи изображен на Фиг.1 для иллюстрации использующейся терминологии. От центрального разветвляющегося ядра (©) отходят четыре полимерные цепочки на основе PEG (тонкая черная линия), по концам которых присоединены сверхразветвленные дендритные фрагменты ("Hyp"; овалы). Сверхразветвленные дендритные фрагменты несут полимеризуемые функциональные группы (маленькие белые кружки), из которых показана только часть, т.е. сверхразветвленный дендритный фрагмент содержит больше реакционно-способных функциональных групп, чем показано на Фиг.1.

На Фиг.2 показаны четыре примера поперечносшивающих реагентов. Помимо их полимеризуемых функциональных групп (маленькие белые кружки), поперечносшивающие реагенты могут содержать одну или более биоразлагаемых связок (белые стрелки), которые содержат биоразлагаемую связь.

Поперечносшивающий реагент 2А не содержит биоразлагаемой связи. Если такие поперечносшивающие реагенты используются для синтеза биоразлагаемого гидрогеля, образуются биоразлагаемые связки по реакции полимеризуемой функциональной группы поперечносшивающего реагента с полимеризуемой функциональной группой реагента основной цепи.

Поперечносшивающий реагент 2 В содержит одну биоразлагаемую связку, поперечносшивающий реагент 2С содержит две биоразлагаемые связки, и Поперечносшивающий реагент 2D содержит четыре биоразлагаемые связки.

Участок между полимеризуемой группой и первой биоразлагаемой связью называется спейсер и обозначается в различных поперечносшивающих фрагментах звездочками, где это применимо.

Реакционно-способный биоразлагаемый гидрогель Реакционно-способный биоразлагаемый гидрогель по настоящему изобретению представляет собой мульти-функционализованный материал, то есть содержит реакционно-способные функциональные группы и соединяющие функциональные группы в виде трехмерной сшитой матрицы, набухающей в воде.

Реакционно-способный биоразлагаемый гидрогель состоит из фрагментов основной цепи, связанных гидролитически разрушаемыми связями, и фрагменты основной цепи могут быть соединены посредством поперечносшивающих фрагментов.

В одном варианте выполнения фрагменты основной цепи реакционно-способного биоразлагаемого гидрогеля могут быть соединены напрямую, т.е. без поперечносшивающих фрагментов. Сверхразветвленные дендритные фрагменты двух фрагментов основной цепи такого реакционно-способного биоразлагаемого гидрогеля могут быть напрямую связаны через соединяющую функциональную группу, соединяющую два сверхразветвленных дендритных фрагмента. В альтернативном случае, два сверхразветвленных дендритных фрагмента двух разных фрагментов основной цепи могут быть соединены через два спейсерных фрагмента, разделенных соединяющим функциональным фрагментом.

Предпочтительно, реакционно-способный биоразлагаемый гидрогель состоит из фрагментов основной цепи, связанных гидролитически разрушаемыми связями, и фрагменты основной цепи соединены посредством поперечносшивающих фрагментов.

Термин биоразлагаемая или гидролитически разрушаемая связь описывает связки, которые являются неферментативно гидролитически разрушаемыми в физиологических условиях (водный буфер при рН 7.4, 37°С), времена их полужизни находятся в диапазоне от одного часа до трех месяцев, они включают (но не ограничиваются только ими), аконитилы, ацетали, ангидриды карбоновых кислот, сложные эфиры, имины, гидразоны, полуамиды малеиновой кислоты, ортоэфиры, фосфамиды, сложные эфиры фосфорной кислоты, фосфосилиловые эфиры, силиловые эфиры, сложные эфиры сульфокислот, ароматические карбаматы, их комбинации и т.д. Предпочтительные биоразлагаемые связки представляют собой сложные эфиры, карбонаты, сложные эфиры фосфорной кислоты и сложные эфиры сульфокислот, а наиболее предпочтительными являются сложные эфиры или карбонаты.

В реакционно-способных биоразлагаемых гидрогелях по настоящему изобретению, скорость гидролиза биоразлагаемых связей между фрагментами основной цепи и поперечносшивающими фрагментами определяется числом и типом соединенных атомов в спейсерных фрагментах между сверхразветвленным фрагментом и соединяющими функциональными группами. Например, выбирая из янтарной, адипиновой или глутаровой кислот для формирования поперечносшивающего PEG-сложного эфира, можно варьировать время полужизни реакционно-способного биоразлагаемого гидрогеля.

Каждый поперечносшивающий фрагмент имеет на концах, по меньшей мере, две гидролитически разрушаемые связи. Помимо концевых биоразлагаемых связей, поперечносшивающие фрагменты могут содержать дополнительные биоразлагаемые связи. Таким образом, каждый конец поперечносшивающего фрагмента, связанный с фрагментом основной цепи, содержит гидролитически разрушаемую связь, и в поперечносшивающем фрагменте необязательно могут присутствовать дополнительные биоразлагаемые связи.

Реакционно-способный биоразлагаемый гидрогель может содержать один или более различных типов поперечносшивающих фрагментов, предпочтительно один, поперечносшивающий фрагмент может представлять собой линейную или разветвленную молекулу, и предпочтительно представляет собой линейную молекулу. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения, поперечносшивающий фрагмент связан с фрагментами основной цепи, по меньшей мере, двумя биоразлагаемыми связями.

Предпочтительно, поперечносшивающие фрагменты имеют молекулярный вес в диапазоне от 60 Да до 5 кДа, более предпочтительно, от 0.5 кДа до 4 кДа, еще более предпочтительно от 1 кДа до 4 кДа, еще более предпочтительно от 1 кДа до 3 кДа. В одном варианте выполнения поперечносшивающий фрагмент состоит из п