[发明专利]用于基因治疗和药物递送的生物可降解聚合物、其复合物及与其相关的方法

说明书

背景

本发明涉及用于基因治疗和药物递送的生物可降解聚合物，并且更尤其是其与生物活性分子的复合物。

基因治疗的最近进展导致亟需用于基因转染的较便宜、非细胞毒载体材料的更宽广的选择。载体材料在细胞外环境中应该包裹和保护基因货物(cargo)，将其转运过细胞膜，并在细胞内的适当位点释放该货物。通常，将载体材料分为病毒载体和非病毒载体。病毒载体在基因递送和表达方面具有良好的功效。然而，它们时常引起免疫学副反应，其生产昂贵，并且其局限于封装基因。

非病毒载体包括阳离子聚合物和阳离子脂质(脂质复合物(lipoplex))。由于其潜在的低生产成本和分子设计的灵活性，这些材料作为病毒载体的替代物引起越来越多的关注。阳离子聚合物和阳离子脂质能静电结合至负电荷的遗传物质，以形成具有减少的净电荷的载体-基因复合物。所述复合物可潜在地促进遗传物质有效地转染至细胞中。

理想地，聚合物-基因复合物应经胞吞作用进入细胞的胞浆。溶酶体中的酶可分解基因，在输入进溶酶体之前，复合物必须从酸性内体逃逸至细胞溶胶中。对于所述行为的关键设计特征是调整聚合物载体的胺残基，以提供缓冲能力，这引起内体的渗透膨胀和破裂，释放生物活性货物和/或生物活性货物-载体复合物(即聚合物复合物(polyplex))至胞浆中(质子海绵假说)，并由此启动基因转染。例如，阳离子聚合物如聚(乙烯亚胺)(PEI)上游离的胺残基可有效缓冲内体中的质子，引起内体的渗透膨胀和破裂。将PEI认为是具有优秀转染效率的良好的非病毒载体。这归因于其高的电荷密度和高密度的近中性仲胺位点，高电荷密度促进紧密复合物的形成，高密度的近中性仲胺位点提供缓冲能力。然而，PEI是不可生物降解的，并且还认为其具有高细胞毒性。因此，基于阳离子聚合物的合成转染载体设计中的挑战是实现低细胞毒性和高转染效率。已报道聚(β-氨基酯)(PBAEs)、修饰的PEIs、聚(氨基酸)、聚(β-氨基磺酰胺)(PBASs)、基于聚(L-赖氨酸)(PLL)的树枝状聚合物(dendrimers)和聚(酰氨基胺)(PAMAM)树枝状聚合物作为有效的非病毒载体，用于安全的基因递送。然而，所述聚合物有数个待解决的问题，尤其在合成方法方面。经缩聚作用制备的PBAEs和PBASs具有相对宽的分子量分布，PEI及其衍生物通常含有一些难以控制的枝状结构，树枝状聚合物需要多个步骤，以产生需要的分子量，并且基于氨基酸的聚合物具有高的生产成本，这归因于昂贵的原料。

经静电相互作用的聚合物-基因复合物形成是用于遗传物质的有效的运输和保护策略，然而，该紧密包裹还存在卸装基因的问题。已探究了多个策略，以便于生物活性货物的释放，所述策略包括可降解的系统、可逆的交联、适当带电的阳离子聚合物、分级自组装的pH-敏感的三元共聚物和大量电荷移位(charge-shifting)策略。

存在对用于基因转染和药物递送的较便宜的、较小细胞毒的、更易生物降解的合成载体的持续需求。所述载体应具有可预测的分子量和低的多分散性，并与生物活性分子特别是核苷酸形成可逆的细胞外复合物。

简述

因此，在一实施方案中，公开了可生物降解的阳离子聚合物，其包含：

通过开环聚合而衍生自第一种环状羰基单体的第一种重复单元，其中超过0％的第一种重复单元包含含有季胺基团的侧链基团；

衍生自用于开环聚合的单体二元醇引发剂的亚单元；和

任选的封端(endcap)基团。

在另一实施方案中，公开了形成可生物降解的阳离子聚合物的方法，其包括：

形成第一种混合物，该混合物包含第一种环状羰基单体、催化剂、加速剂、单体二元醇引发剂和任选的溶剂，其中所述第一种环状羰基单体包含能与叔胺反应形成季胺的一价离去基团；

形成第一种聚合物，其包含通过开环聚合而衍生自第一种环状羰基单体的第一种重复单元；

任选地封端第一种聚合物，以形成前体聚合物；和

用叔胺处理该前体聚合物，以形成阳离子聚合物，其中超过0％的衍生自第一种环状羰基单体的第一种重复单元包含含有季胺的侧链基团。

在另一实施方案中，公开了形成可生物降解的阳离子嵌段共聚物的方法，其包括：

形成反应混合物，该反应混合物包含催化剂、加速剂、单体二元醇引发剂和任选的溶剂；