CZ201453A3

CZ201453A3 - Biodegradabilní hydrogel s řízenou dobou života a způsob jeho přípravy

Info

Publication number: CZ201453A3
Application number: CZ2014-53A
Authority: CZ
Inventors: Lucy Vojtová; Lenka Michlovská; Jana Oborná; Josef Jančář; Milada Vávrová
Original assignee: Vysoké Učení Technické V Brně
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-05-13
Also published as: CZ305137B6

Abstract

Předkládané řešení poskytuje biodegradabilní hydrogel s řízenou dobou života připravitelný z blokového kopolymeru .alfa.,.omega.-itakonyl[(polylaktid-co-polyglykolid)-b-polyethylenglykol-b-(polylaktid-co-polyglykolidu)] síťováním pomocí chladného modrého světla za katalýzy směsí kafrchinonu a terciárního aminu bez přítomnosti síťovacího činidla. Dále řešení zahrnuje způsob přípravy biodegradabilního hydrogelu podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, kdy se nejprve modifikuje blokový kopolymer b-(polylaktid-co-polyglykolid)-b-polyethylenglykol-b-(polylaktid-co-polyglykolid) anhydridem kyseliny itakonové, a následně se vytvořený modifikovaný blokový kopolymer chemicky zesíťuje pomocí chladného modrého světla za katalýzy směsí kafrchinonu a terciárního aminu při teplotě v rozmezí 23 až 130 .degree.C, bez použití síťovacího činidla.

Description

Předkládaný vynález se týká biodegradabilního hydrogelu s řízenou dobou života a způsobu jeho přípravy.

Dosavadní stav techniky

V průběhu posledních dvou desetiletí se biodegradabilní polymery a jejich kopolymery dostaly do popředí vědeckého zájmu v biomedicíně a nacházejí uplatnění jak v oblasti tkáňového inženýrství, buněčných terapií_ztak i jako nosiče léčiv. Nejvíce jsou studované alifatické polyestery, jejichž esterová vazba podléhá homogenní hydrolýze. Nejznámější z nich je polyglykolid (PGA), polylaktid (PLA) a jejich statistický kopolymer polylaktid-copolyglykolid (PLGA). Kopolymer nese vlastnosti jednotlivých homopolymerů a navíc jde změnou poměru PGA/PLA nastavit rychlost jeho hydrolytické degradace. Často bývá hydrofobní PLGA modifikován hydrofilním polyetylenglykolem (PEG). Nejvíce studovaný triblokový kopolymer PLGA-PEG-PLGA je netoxický, biodegradabilní, biokompatibilní a termo-citlivý. Ve vodném roztoku je PLGA-PEG-PLGA při pokojové teplotě tekutý a při teplotě lidského těla přechází na tuhý hydrogel (YU, Lin, Huan ZHANG a Jiandong DING. Effects of precipitate agents on temperature-responsive sol-gel transitions of PLGA-PEGPLGA copolymers in water. Colloid and Polymer Science. 2010, roč. 288, 10-11, s. 1151k /£1159; PRATOOMSOOT, Chayanin, Hidetoshi TANIOKA, Kuniko HOŘI, Satoshi

KAWASAKI, Shigeru KINOSHITA, Patrick J. TIGHE, Harminder DUA, Kevin M. SHAKESHEFF a Felicity Rosamari A.J. ROSE. A Thermoreversible Hydrogel as a biosynthetic bandage for comeal wound repair. Biomaterials. 2008, roč. 29, č. 3, s. 272-281). Po stanovené době se rozloží na netoxické produkty a poté Krebsovým cyklem až na vodu a oxid uhličitý. Komerčně je tento triblokový kopolymer známý jako injekčně vstřikovatelný nosič léčiv ReGel® a byl použit například jako nosič inzulínu pro léčbu Diabetes mellitus 1. typu (ZENTNER, Gaylen M, Ramesh RATHI, Chung SHIH, James C. MCREA, Min-Hyo SEO, Hunseung OH, B.G. RHEE, Jiri MESTECKY, Zina MOLDOVEANU, Michael MORGAN a Steve WEITMAN. Biodegradable block copolymers for delivery of proteins and water-insoluble drugs. Joumal of Controlled Release. 2001, roč. 72, 1-3, s. 203-215). V ·? <4 » ’ ’t t » 9 »a -» . ·»: 9 9 kombinaci s léčivem paclitaxel se používá pod názvem OncoGel® při léčbě rakoviny (ELSTAD, Nancy L. a Kirk D. FOWERS. OncoGel (ReGel/paclitaxel) - Clinical applications for a novel paclitaxel delivery systém. Advanced Drug Delivery Reviews. 2009, roč. 61, č. 10, s. 785-^794).

Nicméně, vzhledem k tomu, že termogelační sol-gel proces je reverzibilní (vratný) a kopolymery mají nízký stupeň funkcionality (obsahují pouze hydroxylové funkční skupiny), je jejich použití v medicíně značně omezené. Z tohoto důvodu je velká pozornost věnována právě modifikaci funkčními skupinami a chemickému (nevratnému) síťování těchto materiálů, čímž se rozšíří jejich možnosti aplikace. Chemické síťování pozitivně ovlivňuje rychlost a mechanismus degradace polymerů. Výsledné hydrogely jsou stabilnější, a proto degradují pomaleji (ZALDIVAR, D, C PENICHE, A GALLARDO a J ROMAN. Biocompatible hydrogels of controlled hydrophobicity from copolymers of N-vinyl-2-pyrrolidone and furfuryl methacrylate. Biomaterials. 1993, roč. 14, č. 14, s. 10734079). Tyto vlastnosti jsou upřednostňovány zejména u dočasných ortopedických implantátů, které během hojení a růstu lidské kosti pozvolna degradují (KHARAS, Gregory B., Marina KAMENETSKY, James SIMANTIRAKIS, Kimberly C. BEINLICH, Ann-Marie T. RIZZO, Gretchen A. CAYWOOD a Kenneth WATSON. Synthesis and characterization of fumarate-based polyesters for use in bioresorbable bone_cement composites. Joumal of Applied

Polymer Science. 1997, roč. 66, č. 6, 1123'4137; MUGGLI, Dina Svaldi, Amy K. BURKOTH, Sarah A. KEYSER, Hyun R. LEE a Kristi S. ANSETH. Reaction Behavior of Biodegradable, Photo-Cross-Linkable Polyanhydrides. Macromolecules. 1998, roč. 31, č. 13, s. 41204125).

Za účelem získání funkcionalizovaných polymerů vhodných k síťování byly hydroxyly terminované poly(a-kaprolakton), polylaktid (PLA) a polyglykolid (PGA) modifikovány anhydridem kyseliny maleinové, kyselinou fumarovou, akryláty, anhydridem kyseliny methakrylové a (3-izokyanátopropyl)triethoxysilanem (HAN, Yang-Kyoo, Peter G. EDELMAN a Samuel J. HUANG. Synthesis and Characterization of Crosslinked Polymers for Biomedical Composites. Joumal of Macromolecular Science: Part A - Chemistry. 1988, roč. 25, 5-7, s. 847-869; TURUNEN, Markus PK, Harri KORHONEN, Jukka TUOMINEN a Jukka V SEPPÁLÁ. Synthesis, characterization and crosslinking of functional star-shaped poly(8-caprolactone). Polymer Intemational. 2002, roč. 51, č. 1, s. 92-100; HAN, Dong Keun a Jeffřey A. HUBBELL. Synthesis of Polymer Network Scaffolds from 1 -Lactide and Polyethylene glycol) and Their Interaction with Cells. Macromolecules. 1997, roč. 30, č. 20,

s. 6077-6083; HELMINEN, A., H. KORHONEN a J.V. SEPPÁLÁ. Biodegradable crosslinked polymers based on triethoxysilane terminated polylactide oligomers. Polymer. 2001, roč. 42, č. 8, s. 3345-3353. ISSN 00323861; TIAN, D„ Ph. DUBOIS a R. JÉRÓME. Biodegradable and biocompatible inorganic-organic hybrid materials. I. Synthesis and characterization. Joumal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 1997, roč. 35, č. 11,

2295- 230; KORHONEN, Harri, Antti HELMINEN a Jukka V SEPPÁLÁ. Synthesis of polylactides in the presence of co-initiators with different numbers of hydroxyl groups. Polymer. 2001, roč. 42, č. 18, s. 754Γ-7549).

Použití anhydridu kyseliny itakonové pro modifikaci polymerů bylo publikováno pouze v případě modifikace poly(E-kaprolaktonu) (TURUNEN et al. Polymer International. 2002, roč.

b

51, č. 1, s. 92-100), poly(8-kaprolaktonu)/PEG (RAMOS, Monica. Multi-component Hydrophilic-hydrophobic Systems from Itaconic Anhydride. United States, 2002. Doctoral Dissertations. University of Connecticut) a v nedávné době původci tohoto vynálezu, kde byly studovány podmínky funkcionalizace PLGA-PEG-PLGA triblokového kopolymeru (MICHLOVSKÁ, Lenka, Lucy VOJTOVÁ, Ludmila MRAVCOVÁ, Soňa HERMANOVÁ, Jiří KUČERÍK a Josef JANČÁŘ. Functionalization Conditions of PLGA-PEG-PLGA Copolymer with Itaconic Anhydride. Macromolecular Symposia. 2010, roč. 295, č. 1, s. 119-124). Zesíťované polyestery vznikly vytvrzováním těchto funkcionalizováných polymerů s použitím termoiniciátorů, redoxních systémů nebo fotoiniciátorů (LANG, Meidong a ChihChang CHU. Functionalized multiarm poly(e-caprolactone)s: Synthesis, structure analysis, and network formation. Joumal of Applied Polymer Science. 2002-11-28, roč. 86, č. 9, s.

2296- 2306; LANG, Meidong, Renee Puisan WONG a Chih-Chang CHU. Synthesis and structural analysis of functionalized póly (e-caprolactone)-based three-arm stár polymers. Joumal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 2002-04-15, roč. 40, č. 8, s. 1127^ 1141; BURDICK, Jason A., Laney M. PHILPOTT a Kristi S. ANSETH. Synthesis and characterization of tetrafunctional lactic acid oligomers: A potential in šitu forming degradable orthopaedic biomaterial. Joumal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 2001, roč. 39, č. 5, 683-692; TOREY, Robson F„ Jeffrey S. WIGGINS, Kenneth A. MAURITZ a Aaron D. PUCKETT. Bioabsorbable composites. I: Fundamental design considerations using free radically crosslinkable matrices. Polymer Composites. 1993, roč.

i i'

14, č. 1, s. 7-16; HAN, Yang-Kyoo, Peter G. EDELMAN a Samuel J. HUANG. Synthesis and Characterization of Crosslinked Polymers for Biomedical Composites. Joumal of Macromolecular Science: Part A - Chemistry. 1988, roč. 25, 5-7, s. 847-869; WO 03033563).

•i * *

Původci tohoto vynálezu byla nedávno publikována modifikace PLGA-PEG-PLGA kopolymeru pomocí anhydridu kyseliny itakonové za vzniku ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA:

Anhydrid kyseliny itakonové může být získán z obnovitelných zdrojů jak destilací kyseliny citrónové, tak pyrolýzou kyseliny itakonové. Ta vzniká v současné době převážně fermentací polysacharidů (např. z melasy a vedlejších produktů cukrovamického průmyslu) pomocí bakterie Aspergillus terreus (US 6^171^.831). Je obecně známé, že anhydrid kyseliny itakonové podléhá za fyziologických podmínek degradaci na netoxické produkty, kdy nejprve hydrolyzuje ve vodě na kyselinu itakonovou. Adler a kol. zjistili, že kompletní oxidací kyseliny itakonové pomocí mitochondrií získaných z jater morčat v přítomnosti Mg²⁺vzniknou jako hlavní degradační produkty acetát, laktát a oxid uhličitý (ADLER, Julius, ShuFang WANG a LARDY. The Metabolism of Itaconic Acid by Liver Mitochondria. Joumal of Biological Chemistry. 1957, roč. 229, č. 2, s. 865-879).

Podstata vynálezu

Předmětem předkládaného vynálezu je biodegradabilní hydrogel s řízenou dobou života připravitelný z blokového kopolymeru a,co-itakonyl[b-(polylaktid-co-polyglykolid)-b-

x (PEG) je v rozmezí 22 až 35;

2y (LA) nezávisle je v rozmezí 19 až 41;

2z (GA) nezávisle je v rozmezí 7 až 18; a stupeň substituce

-í ·

2a (ITA) na koncích kopolymeru za původní -OH skupiny je v rozmezí 0,35 až 2, síťováním pomocí chladného modrého světla za katalýzy směsí kafrchinonu a terciárního aminu bez přítomnosti síťovacího činidla.

Terciárním aminem je s výhodou látka obecného vzorce R.3N⁺X’, kde každý R je nezávisle vybrán z C1-C4 alkylů, a X je anion karboxylové kyseliny, např. metakrylát, akrylát, benzoát. Výhodněji je terciární amin vybrán ze skupiny zahrnující 2-(dietylamino)etyl metakrylát (DEAEM), etyl-4-(dimetylamino)benzoát.

Kafrchinon (CQ) je triviální název alifatického diketonu l,7,7-trimethyl-bicyklo(2,2,l)-heptan-2,3-dionu, který má maximální účinnost při vlnové délce 468 nm. Kafrchinon se v inertní atmosféře snadno redukuje na α-hydroxyketony, zatímco v přítomnosti kyslíku se částečně oxiduje na málo reaktivní monoester a anhydrid kyseliny kafrové. Z tohoto důvodu je výhodnější provádět síťování v přítomnosti inertní atmosféry, např. dusíku.

Chladné modré světlo je záření o vlnové délce v rozmezí 430 až 490 nm, běžně používané například v zubním lékařství k bělení zubů.

Předmětem předkládaného vynálezu je dále způsob přípravy biodegradabilního hydrogelu podle vynálezu, při němž se nejprve modifikuje blokový kopolymer b-(polylaktid-co- polyglykolid)-b-polyethylenglykol-b-(polylaktid-co-polyglykolid) anhydridem kyseliny itakonové, a následně se vytvořený modifikovaný blokový kopolymer vzorce I chemicky zesíťuje pomocí chladného modrého světla za katalýzy směsí kafrchinonu a terciárního aminu při teplotě v rozmezí 23 až 130 °C, bez použití síťovacího činidla.

Pro dokonalé rozpuštění všech komponent a dokonalou homogenizaci reakční směsi mohou být použita organická rozpouštědla, např. aceton, tetrahydrofuran, dichlormethan, toluen, nebo jejich směsi, které se po připravení reakční směsi a nadávkování do formičky odpaří.

Rozpouštědla mohou být použita přímo v kvalitě p.a. nebo po přečištění např. destilací při normálním nebo sníženém tlaku, případně sušením hygroskopickými látkami (hydrid vápenatý, uhličitan vápenatý, kovový sodík/benzofenon atd.).

/bj&ínení

PeFÍs-vyobraz-em-/

Obr. 1: Botnání a degradace ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA vzorků ve vodě při 20 °C.

Obr. 2: Vzorky hydrogelů a) ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA (s 37'mol% JTA) a b) ITA/PLGA- PEG-PLGA/ITA (s 63 :mol%; ITA) vnabotnalém stavu po 11. dni botnání ve vodě při laboratorní teplotě.

Obr. 3: Úbytek dvojných vazeb a nárůst nových RRC-CHR vazeb během síťovaní stanovených pomocí ATR-FTIR spektroskopie.

Obr. 4: Procentuální zastoupení jednotlivých vazeb v ATR-FTIR spektrech k nesíťovaným kopolymerům.

Obr. 5: Termální stabilita nesíťovaných a síťovaných kopolymerů stanovená pomocí termogravimetrické analýzy.

ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA makromonomery byly připraveny dle publikace MICHLOVSKÁ, Lenka, Lucy VOJTOVÁ, Ludmila MRAVCOVÁ, Soňa HERMANOVÁ, Jiří KUČERÍK a Josef JANČÁŘ. Functionalization Conditions of PLGA-PEG-PLGA Copolymer with Itaconic Anhydride. Macromolecular Symposia. 2010, roč. 295, č. 1, s. 119124 s hmotnostním poměrem PLGA/PEG 2,5 a molámím poměrem LA/GA 3,0 o obsahu ITA na koncích polymeru 37 lmol%) (stupeň substituce 0,74 z maximální hodnoty 2, kdy maximálně 2 konce polymeru mohou být funkcionalizované pomocí ITA) a 63 'mol%· (stupeň substituce 1,26). Makromonomery byly přečištěny ve fosfátovém pufru s pH 7,48.

Navázání ITA na oba konce polymeru bylo potvrzeno pomocí protonové nukleární magnetické rezonance *H NMR. Oproti původnímu spektru nemodifikovaného kopolymerů PLGA-PEG-PLGA je ve spektru ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA navíc kromě dvojné vazby z ITA při δ = 5,75 a 6,4 ppm, také pík při δ = 3,4 ppm, který odpovídá 0¾ protonu z ITA navázané na konec kopolymerů.

Příprava zesíťovaného hydrogelu byla prováděna pod dusíkem. 0,2 g ITA/PLGA-PEGPLGA/ITA kopolymeru předsušeného v exikátoru po dobu 30 minut bylo umístěno na termostatický blok s teplotou 80 °C. Ke vzorku kopolymeru bylo přidáno 0,05 ml roztoku CQ v acetonu o koncentraci 0,674 mol dm'³ a 0,003 ml katalyzátoru DEAEM. Po dokonalém smísení a homogenizaci byl viskózní vzorek nadávkován do 2 připravených formiček a chemicky síťován mění UV lampou s vlnovou délkou 430 až 490 nm a světelnou intenzitou 800 až 1200 mW.cm při teplotě 60 °C po dobu 5 až 40 minut. Získaný zesítěný hydrogel byl vysušen ve vakuové sušárně při laboratorní teplotě po dobu 8 hodin. Suchý xerogel byl uchováván pod dusíkem v ledničce pro další použití a analýzy.

Hydrolytická stabilita připravených vzorků byla měřena v ultra čisté vodě při pH 6,7 při laboratorní teplotě. Na grafu závislosti obsahu vody ve vzorku na čase (Obr. 1) je zřejmé, že originální (referenční) nesíťovaný kopolymer obsahující 37;mol%| ITA (který neobsahuje žádné uzly sítě) přijímá vodu od počátku botnání velmi rychle až do hodnoty 2547 %, při které se začal vzorek rozpadat a po 48 hodinách se úplně rozpustil. Oproti tomu u stejného vzorku, ale síťovaného 5 minut modrou lampou, dochází během prvních sedmi dní k pozvolné difúzi rozpouštědla do sítě polymeru s pomalu se zvyšujícím stupněm botnání až do hodnoty 574 %. Tam voda nejdříve hydratovala hydrofílní skupiny polethylenglykolu a karboxylové koncové skupiny (primárně vázaná voda). Se zvyšujícím se časem začaly hydrolyzovat esterové vazby části řetězců, snížila se hustota sítě a více se zpřístupnily nové hydroxylové a karboxylové skupiny, které dále vázaly vodu až do hodnoty 1103% (sekundárně vázaná voda). Následně začalo docházet k rozpadu síťových uzlů, hydrolýze zbytku esterových vazeb PLGA a k uvolňování většího množství kyseliny mléčné a glykolové. Z tohoto důvodu se urychlilo rozpouštění a degradace vzorku a vzorek byl úplně rozpuštěn po 10 dnech od začátku botnání. Pokud byl stejný vzorek síťován delší dobu (40 minut), došlo k výrazně vyššímu nárůstu hustoty zesítění a vzorek začal sekundárně vázat vodu až po 9. dni až do maximální hodnoty 3581 % (jeho hmotnost se zvýšila téměř 37x). Po 11. dni se začal vzorek rozpouštět a rozpadl se úplně 16. den botnání. Jiná situace nastala, když byl zesítěn vzorek makromonomeru obsahující 63^!moí%( ITA po dobu 40 min modrou lampou. Vzorek botnal pomalu a až do 8. dne se choval stejně jako vzorek předešlý jen s obsahem 37'mol%iTTA. Poté ovšem nedošlo k prudkému nárůstu obsahu vody, ale k pozvolnému pouze jen do hodnoty obsahu vody 813 %. V období mezi 13. a 20. dnem nastala rovnováha mezi difúzí a hydrolýzou a vzorky se kromě degradace začínají i rozpouštět. Vzorek s obsahem 63’mol% 1 • · · «

ITA byl úplně rozpuštěn po 32 dnech od začátku botnání. Z uvedeného grafu je zřejmé, že dobu hydrolytické stability (degradace) je možné ovlivnit jak dobou síťování, tak i množstvím navázané ITA.

y

Na 0br. 2 jsou fotografie vzorků a) ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA (37 moL%i ITA) a b) ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA (63 ^!mol%HTA) vnabotnalém stavu po 11. dni botnání. Je zřejmé, že vzorek méně zesítěný s obsahem 37:mol%'|ITA je schopný absorbovat více vody než vzorek více zesítěný.

Před síťováním, těsně po síťování a po degradaci (po botnání) ve vodě při laboratorní teplotě, byly měřeny molekulové hmotnosti a indexy polydisperzity ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA kopolymerů (viz Tab. 1). Z hodnot je patrné, že jak molekulové hmotnosti M_n, tak i indexy polydisperzity (PDI) po zesítění výrazně stouply^ a to jak s rostoucím množstvím navázané ITA, tak i s časem síťování. Největší rozdíl byl zaznamenán u vzorku ITA/PLGA-PEGPLGA/ITA s obsahem 63'mol%jITA síťovaného 40 min, kdy se po degradaci ve vodě M_nsnížila (polymerní síť i řetězec se rozpadl), ale PDI se navíc množstvím nestejně dlouhých řetězců navýšila.

Tab. 1: Molekulové hmotnosti a indexy polydisperzity ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA kopolymerů.

ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA kopolymer	Před degradací	Po degradaci
M_n [g.mof¹]	PDI	M_n [g.mof¹]	PDI
37'mpÍ%íITA nesíťovaný	7255	1,235	-	-
63^!moj%)lTA nesíťovaný	7394	1,209	-	-
37imol%íITA síťovaný 5 min	7163	1,495	6568	1,496
37 mo\|%‘\|ITA síťovaný 40 min	7483	1,564	6591	1,569
63. ιηοΙ'/ο ΙΤΛ síťovaný 40 min	8270	1,594	5990	1,714

Před síťováním a po síťování byl zaznamenán úbytek dvojných vazeb při vlnové délce 1750 cm'¹ a vznik nových RRC-CHR vazeb při 795 cm'¹. Nesíťovaný vzorek s 37‘mol%(ITA obsahoval 51 % dvojných vazeb a vzorek s 63 ’mol%_; ITA 65 % dvojných vazeb. Množství ITA i doba síťování měla vliv na úbytek dvojných vazeb i na nárůst nových RRC-CHR vazeb (Obr. 3 a Tab 2a). Při síťování vzorku s 37 ’mol%íITA po dobu 5 minut došlo pouze k4% úbytku dvojných vazeb a k 3% nárůstu nových vazeb. Zatímco u síťování po dobu 40 minut došlo k 45% úbytku dvojných vazeb a nárůstu nových vazeb o 36 % pro vzorek s 37 mol% > 1TA a 71% úbytku dvojných vazeb a nárůstu nových vazeb o 73 % pro vzorek s 63’mol%ITA síťovaný 40 minut (Obr. 4 a Tab 2b).

Tab. 2a: Procentuální zastoupení jednotlivých vazeb v ATR-FTIR spektrech.

ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA kopolymer	Dvojné vazby [%]	Nové vazby [%]
3 7 ^!mol%i IT A nesíťovaný	51	0
63^:mol.%i ITA nesíťovaný	65	0
37;moJ%/ITA síťovaný 5 min	49	3
37 mol%;ITA síťovaný 40 min	28	36
63mol%;ITA síťovaný 40 min	19	73

Tab. 2b: Procentuální zastoupení jednotlivých vazeb v ATR-FTIR spektrech k nesíťováným kopolymerům (tzn. nesíťovaný je 100 % a síťované se k nim přepočítají).

ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA kopolymer	Úbytek dvojných vazeb [%]	Vznik nových vazeb [%]
37.’moJ%iITA nesíťovaný	0	0
63.'mo(%}ITA nesíťovaný	0	0
37 mol%\|lT/\ síťovaný 5 min	4	3
37'mo(%;ITA síťovaný 40 min	45	36
63mol%iITA síťovaný 40 min	71	73

Síťováním se také zvýšila termální stabilita kopolymerů (($br. 5 a Jab. 3). Oproti originálním (nezesítěným) kopolymerům, které začaly degradovat při 219 a 222 °C (T_onset), síťované hydrogely začaly degradovat později až při 238 až 240 °C. Výrazně se navýšila teplota maximální rychlosti rozkladu esterových vazeb (Tam¹) z původních 264 na 290 °C a mírně i rozkladu éterových vazeb (T_dm ²) z 373^ na 380 °C pro kopolymery s 63 mol % ITA. Výpočtem nové skokové změny druhého píku při 344 °C byla určena konverze síťování na 78,2 % po době 40 min.

(J vzorků s 37lmol%TTA se teplota maximální rychlosti rozkladu esterových vazeb (Tdm*) navýšila z původních 276 na 286 a 293 °C pro vzorek síťovaný 5 a 40 minut a mírně i rozkladu éterových vazeb (Td_m ²) z 369na 381 a 380 °C.

Tab. 3: Termální stabilita nesíťováných a síťovaných kopolymerů stanovená pomocí termogravimetrické analýzy.

Teplota [°C]	ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA kopolymer
37imol%íITA nesíť.	63imoj%\|ITA nesíť.	37:mpl%íITA síť. 5 min	37·ιηο1θ/_Ο:ΙΤΑ síť. 40 min	63ímol%)ITA síť. 40 min
Tonset	219	222	239	240	238
Tdm¹	276	264	286	293	290
Tdm²	369	373	381	380	380

Průmyslová využitelnost

Biodegradabilní hydrogely podle vynálezu najdou využití zejména v medicínských aplikacích, např. pro vlhké krytí popálenin nebo jako nosiče buněk v tkáňovém inženýrství kostí a chrupavek.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Biodegradabilní hydrogel s řízenou dobou života připravitelný z blokového kopolymeru a,o>-itakonyl[b-(polylaktid-co-polyglykolid)-b-polyethylenglykol-b-(polylaktid-co- kde polymerační stupeň x je v rozmezí 22 až 35;
2y nezávisle je v rozmezí 19 až 41;

2z nezávisle je v rozmezí 7 až 18;

a stupeň substituce

2a je v rozmezí 0,35 až 2, síťováním pomocí chladného modrého světla za katalýzy směsí kafrchinonu a terciárního aminu bez přítomnosti síťovacího činidla.

2. Způsob přípravy biodegradabilního hydrogelu podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačený tím, že se nejprve modifikuje blokový kopolymer b-(polylaktid-co-polyglykolid)-b-polyethylenglykol-b-(polylaktid-co-polyglykolid) anhydridem kyseliny itakonové za vzniku kopolymeru a,o-itakonyl[b-(polylaktid-co-polyglykolid)-b-polyethylenglykol-b-(polylaktid kde polymerační stupeň x je v rozmezí 22 až 35;

2y nezávisle je v rozmezí 19 až 41;

••V sil

2z nezávisle je v rozmezí 7 až 18;

a stupeň substituce

2a je v rozmezí 0,35 až 2, a následně se vytvořený modifikovaný blokový kopolymer chemicky zesíťuje pomocí chladného modrého světla za katalýzy směsí kafrchinonu a terciárního aminu při teplotě v rozmezí 23 až 130 °C, bez použití síťovacího činidla.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že terciárním aminem je látka obecného vzorce R.3N⁺X‘, kde každý R je nezávisle vybrán z C1-C4 alkylů, a X je anion karboxylové kyseliny.
4. Způsob podle nároku 3, vyznačený tím, že terciární amin je vybrán ze skupiny zahrnující 2(dietylamino)etyl metakrylát a etyl-4-(dimetylamino)benzoát.
5. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že síťování se provádí v přítomnosti inertní atmosféry.
6. Kompozice pro přípravu hydrogelu podle nároku 1, vyznačená tím, že obsahuje kopolymer a,<n-itakonyl[b-(polylaktid-co-polyglykolid)-b-polyethylenglykol-b-(polylaktid-co- kde polymerační stupeň x je v rozmezí 22 až 35;

2y nezávisle je v rozmezí 19 až 41;

2z nezávisle je v rozmezí 7 až 18;

a stupeň substituce

2a je v rozmezí 0,35 až 2, kafrchinon a terciární amin.

PV ίΰ'Μ-ύΆ>

1/3

Obr. 1

a)

Obr.2

Obsah vody [%]

2/3

Počet vazeb [%] ? Počet vazeb [%]

ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA kopolymer

37 mol% ITA nesíťovaný

63mol%ITA 37mol%ITA 37mol%ITA 63 mol % ITA nesíťovaný síťovaný 5 min síťovaný 40 min síťovaný40 min

ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA kopolymer

Obr. 4 i

eu 173

J »>

» »ř ?;

> i J » i fΛ t

J » - I t*

ITA/PLGA-PEG-PLGA/ITA kopolymer