生物活性涂層的制作方法
【專利說明】生物活性涂層 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本技術(shù)領(lǐng)域設(shè)及抗微生物和抗血栓形成聚合物;含有其的化合物、涂層和材料；由 其制備或涂有其的制品；W及制備其的方法。
[0002] 背景 近年來，抗微生物材料已經(jīng)廣泛地用作各種表面的涂層，特別是那些用于醫(yī)學(xué)應(yīng)用的 表面。運(yùn)些涂層減少了基于感染的并發(fā)癥的可能性?？刮鄄牧线€已用于涂覆運(yùn)些表面并減 少與設(shè)備相關(guān)的并發(fā)癥的可能性。 巧00引發(fā)明概述 本文所描述的聚合物材料可W涂覆在各種制品上并可增強(qiáng)抗微生物性質(zhì)并減少血小 板粘附。運(yùn)些聚合物材料可用于制備或涂覆各種醫(yī)用裝置。本發(fā)明的實(shí)施方案包括包含與 相同的聚合物骨架連接的抗微生物和抗血栓形成部分的聚合物或包含具有抗微生物部分 的聚合物和具有抗血栓形成部分的聚合物的聚合物共混物。
[0004]本發(fā)明解決的任務(wù)是，提供了包含抗微生物成分和抗血栓形成成分兩者的聚合 物，其中意外地發(fā)現(xiàn)，各個(gè)成分在其功能性方面不是相互排他的，籍此獲得增強(qiáng)的抗微生物 活性。也已發(fā)現(xiàn)，本文所描述的聚合物和聚合物共混物與目前在用的聚合物相比意外地具 有優(yōu)異的抗微生物活性，特別是在抗革蘭氏陰性菌方面（例如綠脈桿菌（Pseudomonas aeruginosa))。
[000引可能發(fā)現(xiàn)，無致血栓性成分通常具有不增強(qiáng)蛋白/血小板結(jié)合或激活血小板的性 能，也就是說，其對(duì)于防止凝塊形成可視為消極現(xiàn)象;然而抗血栓形成成分，例如肝素和其 他多糖(包括氨基葡聚糖），可視為積極現(xiàn)象，在防止凝塊形成中起特定的作用。
[0006] 更具體而言，本發(fā)明提供了如隨附權(quán)利要求W及在本說明書中進(jìn)一步描述的其他 方面兩者中所給出的化合物、聚合物涂層、醫(yī)用裝置、制備該聚合物的方法和聚合物共混 物。
[0007] 在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種化合物，其包含聚合物、抗血栓形成劑和抗微生物 劑，其中抗血栓形成劑和抗微生物劑共價(jià)地連接到聚合物。在某些優(yōu)選的情況中，所述聚合 物可包含聚合的乙締基型基團(tuán)、締丙基型基團(tuán)、甲基丙締酸醋基團(tuán)、丙締酸醋基團(tuán)或其組 合。所述聚合物還可包括共聚物。
[0008] 抗血栓形成劑和抗微生物劑的任一個(gè)或兩者可為側(cè)基。側(cè)基包括連接到聚合物骨 架鏈的基團(tuán)。運(yùn)類連接可通過將部分(moieties)(適合的物類例如單體、低聚物等)直接或 分階段(例如起初由適當(dāng)?shù)奈镱愋纬梢环N聚合物，該聚合物自身可為共聚物，隨后連接側(cè)接 的官能團(tuán)）共聚W產(chǎn)生具有側(cè)基的較長(zhǎng)鏈聚合物結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)化合物 中，抗血栓形成劑和抗微生物劑可各自被各自共價(jià)連接到具有連接基團(tuán)的聚合物。在某些 實(shí)施方案中，所述連接基團(tuán)包括聚氧乙締基團(tuán)、胺基團(tuán)、酸基團(tuán)或其組合。
[0009] 在本發(fā)明涵蓋的某些化合物中，所述抗血栓形成劑可包括多糖、氨基葡聚糖、華法 令、水賠素、肝素基團(tuán)、透明質(zhì)酸基團(tuán)或其組合。在為肝素基團(tuán)的情況下，所述抗血栓形成劑 可適當(dāng)?shù)匕ǜ嗡匮苌?、肝素胺、肝素鹽、硫酸肝素、硫酸類肝素、甲基丙締酸肝素、甲基 丙締酸肝素季錠鹽絡(luò)合物、肝素甲基丙締酸鹽或聚（乙二醇）甲基丙締酸肝素。
[0010] 在某些實(shí)施方案中，所述抗微生物劑可包括脈基團(tuán)或季錠鹽。優(yōu)選的脈基團(tuán)可包 括脈衍生物(guanide derivative)、脈衍生物(guanidine derivative)、雙脈基團(tuán)、雙脈衍 生物、聚氨基丙基雙脈基團(tuán)、聚(六亞甲基雙脈)基團(tuán)、聚(六亞甲基雙脈)衍生物基團(tuán)、雙氯 苯雙脈己烷基團(tuán)或雙氯苯雙脈己燒衍生物基團(tuán)。
[0011] 在本發(fā)明的化合物、聚合物和方法中，聚合物上抗血栓形成劑部分的數(shù)目與抗微 生物劑部分的數(shù)目的比率(即，其摩爾比）可通常為約1:3至約1:25，或約1:6至約1:20。
[0012] 本發(fā)明的化合物還可包含共價(jià)連接到聚合物的潤(rùn)滑劑基團(tuán)和/或抗污基團(tuán)。潤(rùn)滑 基團(tuán)和抗污或不污基團(tuán)為在環(huán)境中分別具有潤(rùn)滑劑或抗污或不污效果的基團(tuán)，在該環(huán)境中 本發(fā)明與時(shí)間相關(guān)部署。因此，潤(rùn)滑基團(tuán)包括在相關(guān)環(huán)境中與不含運(yùn)類基團(tuán)或部分的相應(yīng) 化合物或涂層相比較時(shí)減小了本發(fā)明的化合物或涂層的摩擦系數(shù)的基團(tuán)或部分。W相應(yīng)的 方式，抗污或不污基團(tuán)減少或防止生物和/或化學(xué)物質(zhì)擱置并粘附在表面。本發(fā)明還延伸到 包含本發(fā)明的化合物的聚合物涂層。運(yùn)類聚合物涂層可包含與潤(rùn)滑劑和/或抗污或不污化 合物共混的本發(fā)明的化合物。
[0013] 在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述聚合物涂層可包含潤(rùn)滑劑，所述潤(rùn)滑劑包括N-乙締基化咯燒酬基團(tuán)和/或甘油甲基丙締酸醋基團(tuán)。在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述聚合 物涂層可包括包含W下物質(zhì)中的一種或多種的抗污化合物：甲基丙締酷氧基乙基憐酸膽 堿、憐酸2-((2-(甲基丙締酷氧基）乙基)二甲基錠基）乙醋2-甲氧基乙醋、憐酸2-((2-(甲基 丙締酷氧基）乙基)二甲基錠基)丙醋2-甲氧基乙醋或其組合。
[0014] 本發(fā)明延伸到采用了運(yùn)類化合物或涂層的醫(yī)用裝置，且具體而言衍生到具有根據(jù) 本發(fā)明的涂層的醫(yī)用裝置。運(yùn)類醫(yī)用裝置可包括但不限于人造血管、屯、臟支架、靜脈支架、 動(dòng)脈支架、腎臟支架、輸尿管支架、瓣膜、屯、瓣膜小葉、分流器、屯、臟裝置、起搏器、經(jīng)皮導(dǎo)管、 透析口或化療口。所述化合物和涂層通常被施用到在使用時(shí)暴露于生物環(huán)境(例如體液、組 織等)的裝置表面。
[0015] 本發(fā)明還延伸到制備聚合物的方法，所述方法包括使抗微生物劑和抗血栓形成劑 的混合物聚合，其中所述抗微生物劑包含具有共價(jià)連接的抗微生物化合物和第一可聚合基 團(tuán)的第一骨架前體，且所述抗血栓形成劑包含具有共價(jià)連接的抗血栓形成化合物和第二可 聚合基團(tuán)的第二骨架前體。在適當(dāng)?shù)那闆r下，所述方法進(jìn)一步包括往混合物中加入自由基 引發(fā)劑。
[0016] 在某些優(yōu)選的方法中，第一可聚合基團(tuán)和/或第二可聚合基團(tuán)包括可聚合的乙締 基型基團(tuán)、締丙基型基團(tuán)、甲基丙締酸醋基團(tuán)、丙締酸醋基團(tuán)或其組合。
[0017] 在某些優(yōu)選的方法中，所述抗微生物劑化合物包括脈基團(tuán)、脈衍生物、雙脈基團(tuán)、 雙脈衍生物、聚氨基丙基雙脈基團(tuán)、聚氨基丙基雙脈衍生物、聚(六亞甲基雙脈)基團(tuán)、聚(六 亞甲基雙脈)衍生物基團(tuán)、聚六亞甲基脈基團(tuán)、聚六亞甲基脈衍生物、雙氯苯雙脈己烷基團(tuán)、 雙氯苯雙脈己燒衍生物基團(tuán)、或季錠鹽。
[0018] 本發(fā)明還提供了聚合物共混物，所述聚合物共混物包括與抗血栓形成聚合物共混 的抗微生物聚合物，其中所述抗微生物聚合物包含第一骨架、共價(jià)連接到第一骨架的第一 連接基團(tuán)和共價(jià)連接到第一連接基團(tuán)的抗微生物基團(tuán)，且其中所述抗血栓形成聚合物包含 第二骨架、共價(jià)連接到第二骨架的第二連接基團(tuán)和共價(jià)連接到第二連接基團(tuán)的抗血栓形成 基團(tuán)。
[0019] 本發(fā)明的方法還可包括使?jié)櫥瑒┗鶊F(tuán)和/或抗污基團(tuán)與另一骨架前體反應(yīng)，所述 另一骨架前體可為第=骨架前體，包含連接基團(tuán)和第=可聚合基團(tuán)W形成添加劑，在聚合 之前將該添加劑與所述混合物混合。
[0020] 在所述聚合物共混物中，第一骨架和/或第二骨架可優(yōu)選地包含聚合的乙締基型 基團(tuán)、締丙基型基團(tuán)、甲基丙締酸醋基團(tuán)、丙締酸醋基團(tuán)或其組合。
[0021 ]運(yùn)里在權(quán)利要求書和說明書中在表述"抗血栓形成劑"、"抗微生物劑"、"治療劑"、 "潤(rùn)滑劑"、"抗污功能劑"等中所用的術(shù)語(yǔ)"劑"不僅僅延伸至化合物本身(包括但不限于單 體和聚合物），還延伸到化合物具有相關(guān)性質(zhì)的相應(yīng)活性部分，例如基團(tuán)(radicals)和基團(tuán) (groups)D
[0022] 附圖簡(jiǎn)述 圖1為一系列光學(xué)顯微鏡照片，示出了在未涂布的聚氨醋;涂有90%聚六亞甲基雙脈聚 合物：10%肝素聚合物的聚氨醋；W及涂有75%聚六亞甲基雙脈聚合物:25%肝素聚合物的聚 氨醋上的血小板粘附。
[0023] 圖2圖示了與包含組合聚合物涂層、抗微生物聚合物涂層或者無涂層的導(dǎo)管相關(guān) 的溶液的濁度。
[0024] 圖3為一系列光學(xué)顯微鏡照片，示出了在未涂布的聚氨醋W及涂有兩種聚合物中 的一種的聚氨醋上的血小板粘附。
[002引圖4圖示了當(dāng)用綠脈桿菌(Pseudomonas aeruginosa)挑戰(zhàn)時(shí)，與不包含涂層、包含 抗微生物聚合物涂層、或包含含有肝素的組合涂層的導(dǎo)管相關(guān)的溶液的濁度。
[0026] 圖5圖示了當(dāng)用糞腸球菌化nterococcus faecalis)挑戰(zhàn)時(shí)，與不包含涂層、包含 抗微生物聚合物涂層、或包含含有肝素的組合涂層的導(dǎo)管相關(guān)的溶液的濁度。
[0027] 圖6圖示了當(dāng)用大腸桿菌化scherichia coli)挑戰(zhàn)時(shí)，與不包含涂層、包含抗微生 物聚合物涂層、或包含含有肝素的組合涂層的導(dǎo)管相關(guān)的溶液的濁度。
[002引圖7圖示了當(dāng)用金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus)挑戰(zhàn)時(shí)，與不包含涂 層、包含抗微生物聚合物涂層、或包含含有肝素的組合涂層的導(dǎo)管相關(guān)的溶液的濁度。
[0029] 圖8圖示了當(dāng)用金黃色葡萄球菌(Sta地ylococcus aures)挑戰(zhàn)時(shí)，與不包含涂層、 包含抗微生物聚合物涂層、或包含含有肝素的組合涂層的導(dǎo)管相關(guān)的溶液的濁度。
[0030] 圖9圖示了當(dāng)用綠脈桿菌(Pseudomonas aeruginosa)挑戰(zhàn)時(shí)，與不包含涂層、包含 抗微生物聚合物涂層、或包含含有肝素的組合涂層的導(dǎo)管相關(guān)的溶液的濁度。
[0031] 圖10圖示了涂有抗微生物聚合物、組合聚合物或共混聚合物的表面的血小板粘 附。
[0032] 圖11為示出了未涂布的聚氨醋的血小板粘附的光學(xué)顯微圖。
[0033] 圖12為示出了涂有組合聚合物的聚氨醋的血小板粘附的光學(xué)顯微圖。
[0034] 圖13為組合聚合物隨時(shí)間的表面肝素活性圖。
[0035] 詳述 聚合^通過有時(shí)被稱作單體的較小單元的重復(fù)構(gòu)成的分子。聚合物通常通過特定的 化學(xué)流程制備，該特定的化學(xué)流程使得單體W化學(xué)方式相互反應(yīng)W形成分子鏈，該分子鏈 在長(zhǎng)度上可W從短分子到非常長(zhǎng)的分子。聚合物可組裝成更大的材料，例如，許多聚合物可 連接在一起形成水凝膠。聚合物可交聯(lián)或可不交聯(lián)。交聯(lián)為將一個(gè)聚合物鏈與另一聚合物 鏈連接的共價(jià)鍵。
[0036] 抗血栓形成和抗微生物基團(tuán)可為側(cè)基，該側(cè)基獨(dú)立地選擇并連接到聚合物骨架。 可將各種側(cè)基獨(dú)立地連接到聚合物骨架，使得聚合物包含聚合物骨架和多個(gè)側(cè)基。此外，其 他側(cè)基可連接到聚合物，或者聚合物可不含除了抗血栓形成和/或抗微生物基團(tuán)之外的側(cè) 基。聚合物組合物通常具有可籠統(tǒng)地通過平均性質(zhì)表征的分子量分布。聚合物或聚合物骨 架的重量可例如從最小100道爾頓、或最小1，〇〇〇道爾頓高至最大例如1，〇〇〇,〇〇〇道爾頓或 10，000，000道爾頓。因此，聚合物或聚合物骨架的示例性分子量范圍可能為100至10，000， 000道爾頓，或1，000至1，000，000道爾頓。高度交聯(lián)的聚合物可能不容易通過分子量來表 征，但是該聚合物則可通過聚合物中的聚合物鏈和交聯(lián)度來表征。可為側(cè)基的抗血栓形成 或抗微生物基團(tuán)的量可自由地變化，例如從包括側(cè)基的總化合物的約0.1%至約99% w/w。在 進(jìn)一步的實(shí)施方案中，抗血栓形成側(cè)基相對(duì)于聚合物總重量的濃度（即重量比例）可為至少 1%，或至少1.5%，其可不超過8%，，或不超過20%。因此，抗血栓形成基團(tuán)的濃度范圍包括例如 約1%至約20%，或約1.5%至約8%。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，抗微生物側(cè)基相對(duì)于聚合物總重 量的濃度(重量比例)可為至少2%，或至少6%，且可不超過7%、8%或10%。因此抗微生物基團(tuán)的 濃度范圍包括例如約2%至約10%，或約6%至約7%或8%。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將知曉，其他范 圍也被本公開所考慮并在本公開的范圍內(nèi)。技術(shù)人員將立刻理解，在明確陳述限值范圍內(nèi) 的所有值和范圍被納入考慮中。為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)些范圍，例如可使單體化合物由濃縮狀態(tài)聚合， 或者與各種其他單體混合來聚合?；蛘?，可選擇充當(dāng)聚合物骨架的聚合物并用抗血栓形成/ 抗微生物側(cè)基W及其他側(cè)基進(jìn)行輕度或重度修飾。
[0037] 圖1表示在放大400倍下獲得的未涂布聚氨醋（圖1A)、涂有聚合物(90% PHMB-聚合 物（其中TOMB表示聚六亞甲基雙脈）和10%肝素聚合物）的聚氨醋（圖1B) W及涂有聚合物 (75% PHMB-聚合物和25%肝素聚合物）的聚氨醋（圖1C)在暴露于1 X IO5血小板AU富血小 板血漿(platelet rich plasma,PRP)之后血小板粘附的一系列S個(gè)光學(xué)顯微鏡照片（顯微 照片）。顯然組合涂層各自減小了血小板粘附。
[0038] 圖2圖示了涂有抗微生物聚合物或組合聚合物(抗微生物聚合物+肝素)并用綠脈 桿菌(Pseudomonas aeruginosa)挑戰(zhàn)的血液透析導(dǎo)管的生物膜介導(dǎo)的濁度。具體而言，圖2 示出了與涂有組合聚合物(組合聚合物33,表示為A，和組合聚合物46,表示為B)、抗微生物 聚合物(表示為C)和未涂布(D)的底材相關(guān)的溶液的濁度， (A) 涂有低肝素組合聚合物的雙腔14化聚氨醋透析導(dǎo)管 (B) 涂有高肝素組合聚合物的雙腔14化聚氨醋透析導(dǎo)管 (C) 涂有抗微生物聚合物的雙腔14化聚氨醋透析導(dǎo)管 (D) 未涂布的雙腔14化聚氨醋透析導(dǎo)管。
[0039] 底材用細(xì)菌源處理正確量的時(shí)間使得細(xì)菌粘附在表面，隨后漂洗。隨后將處理過 的底材置于溶液中并讓細(xì)菌繁殖。在設(shè)定的時(shí)間周期后，測(cè)定溶液的光學(xué)密度(0D)。較高的 光學(xué)密度表明在溶液中存在更多的細(xì)菌并因此在底材上存在更多的細(xì)菌。由圖2可看出，組 合聚合物針對(duì)綠脈桿菌(P. aeriginosa)相對(duì)于未涂布的底材和僅涂有抗微生物聚合物的 底材兩者在抗微生物性質(zhì)方面提供了明顯改進(jìn)。
[0040] 圖3為如圖2中所測(cè)試的未涂布的聚氨醋（圖3A)、涂有組合聚合物33的聚氨醋（圖 3B)和涂有組合聚合物44的聚氨醋（圖3C)在暴露于I X IO5血小板AU PRP之后血小板粘附 的一系列S個(gè)光學(xué)顯微鏡照片(400倍顯微照片）。發(fā)現(xiàn)組合涂層減少了血小板粘附。
[0041] 實(shí)施例1描述了抗血栓形成單體的合成。一般而言，將帶有連接基團(tuán)（聚（乙二醇）） 的包含可聚合物基團(tuán)（例如甲基丙締酸醋）的單體(例如聚（乙二醇）甲基丙締酸醋）活化且 隨后與通常為活性形式(例如鹽）的所需抗血栓形成基團(tuán)混合。隨后將單體純化。采用類似 于實(shí)施例1中方法的方法來產(chǎn)生實(shí)施例4-6、39和43中的抗微生物單體。
[0042] 實(shí)施例2描述了絡(luò)合(如果需要)抗血栓形成單體的方法W保護(hù)官能團(tuán)或使得更易 于溶解該單體。單體/聚合物可如實(shí)施例3所述脫絡(luò)合。
[0043] 實(shí)施例7描述了合成組合聚合物的方法。一般而言，將抗血栓形成單體或抗微生物 單體與一種或多種共聚單體混合、脫氣并加熱到反應(yīng)溫度。隨后加入聚合引發(fā)劑，隨后抗血 栓形成單體或抗微生物單體消失。讓反應(yīng)進(jìn)行確定量的時(shí)間，且隨后巧滅。隨后純化得到的 聚合物。采用類似于實(shí)施例7中方法的方法產(chǎn)生實(shí)施例8-14、40和44中的組合聚合物。
[0044] 實(shí)施例15描述了合成抗微生物聚合物的方法。一般而言，將抗微生物單體與一種 或多種共聚單體混合、脫氣并加熱到反應(yīng)溫度。隨后加入聚合引發(fā)劑。讓反應(yīng)進(jìn)行到所需粘 度并隨后巧滅。隨后純化得到的聚合物。采用類似于實(shí)施例15中方法的方法產(chǎn)生實(shí)施例16 中的抗微生物聚合物。
[004引實(shí)施例17描述了合成抗血栓形成聚合物的方法。一般而言，將抗血栓形成單體與 一種或多種共聚單體混合、脫氣并加熱到反應(yīng)溫度。隨后加入聚合引發(fā)劑。讓反應(yīng)進(jìn)行到所 需粘度并隨后巧滅。純化得到的聚合物。采用類似于實(shí)施例17中方法的方法產(chǎn)生實(shí)施例18-20中的抗血栓形成聚合物。
[0046] 實(shí)施例21-27描述了使用熱固化、UV固化和浸涂用聚合物涂料涂布底材的可能方 法。
[0047] 實(shí)施例28描述了測(cè)試涂好底材的抗微生物性質(zhì)