[发明专利]用于递送生物活性材料的低分子量支化聚胺

说明书

联合研发协议的各方

本发明是在International Business Machines Corporation和the Agency For Science，Technology and Research的联合研发协议下做出的。

背景

本发明涉及用于递送生物活性材料的低分子量支化聚胺，更具体地，涉及氨基甲酸酯官能化的低分子量支化聚乙烯亚胺，其包含用于基因递送的疏水氨基甲酸酯端基。

基于核酸的疗法在治疗人类疾病上大有前景。理论上，不仅错误和缺陷基因可以被功能基因修正和替换，而且多余的基因表达也可以通过使用RNA干预而被抑制到正常水平。通常，有两个主要类型的基因递送载体，即病毒载体和非病毒载体。尽管病毒载体具有优越的转导能力，但是病毒载体的致免疫和致癌的可能性限制了其临床应用。为了避免这个问题，已经报道了一些非病毒基因递送系统，其包括(1)核酸与包括脂类、聚合物和肽在内的多种阳离子分子的复合以及(2)核酸与诸如胆固醇和细胞穿透肽的天然配体的结合。非病毒基因递送载体正在受到更多的关注，这是由于其生物安全性、低生产成本、运输和储存方便、再生产性，以及用于靶向特定细胞类型的可调的官能性。

在各种类型的非病毒载体中，支化聚乙烯亚胺(重均分子量(Mw)为25kDa，数均分子量(Mn)为10kDa，在本文中称为bPEI-25)，其含有伯、仲和叔胺基团，提供了高的体外基因转染效率，并且视为工业标准。bPEI-25在生理pH下具有高阳离子电荷密度，其中bPEI-25中的约20％的胺基团(即伯胺)被质子化。这使得bPEI-25能够与带负电的核酸在宽泛的pH范围内静电相互作用并且使它们能够复合成纳米粒子。一旦bPEI-25/核酸纳米复合物被细胞吸收同化，那么仲胺和叔胺促进核酸从核内体通过“质子海绵效应”释放。对于脱氧核糖核酸(DNA)，所释放的核酸被摄入细胞核给予了高的基因转移效率。

尽管有着高的基因转染效率，bPEI-25的净正电荷具有涉及以下的主要缺点，即，涉及毒性、聚集以及bPEI-25/核酸复合物与细胞组分和非细胞组分(尤其在体内)的不期望的非特异性相互作用。副作用包括肝坏死、聚集的血小板的粘连以及更高剂量的全身注射之后的休克。

考虑到bPEI-25所面临的细胞毒性问题，低分子量支化聚乙烯亚胺(Mw为约2.0kDa，Mn为约1.8kDa，在本文中称为bPEI-2)也已获得关注，这是由于其有利的细胞毒性谱。当用于体内治疗目的时，低分子量使得bPEI-2可以从肾脏排泄。然而，bPEI-2的主要缺点是其低效的转染能力，使其不足以用作基因转染载体。

因此，对于开发更有效且细胞毒性更低的用于递送生物活性材料的聚乙烯亚胺衍生物，存在着持续的需求。

概述

因此，公开了支化聚胺，其包含：

约8至约12个骨架叔胺基团，约18至约24个骨架仲胺基团，大于0的正数n'个骨架末端伯胺基团，以及大于0的正数q个通式(2)的骨架末端氨基甲酸酯基团：

其中：

(n'+q)为等于约8至约12的数，

通式(2)的星号键与支化聚胺的骨架氮连接，

L'为包含3至30个碳的二价连接基团，以及

q/(n'+q)×100％等于约9％至约40％。

还公开了支化聚胺，其包含：

约8至约12个骨架叔胺基团，约18至约24个骨架仲胺基团，大于0的正数n'个骨架末端伯胺基团，以及大于0的正数q个通式(4)的骨架末端氨基甲酸酯基团：

其中

通式(4)的星号键与支化聚胺的骨架氮连接，

R¹为氢、甲基或乙基，

R²为氢或包含1至27个碳的单价基团，

(n'+q)为等于约8至约12的数，以及

q/(n'+q)×100％等于约9％至约40％。

进一步公开了方法，其包括：

用环状碳酸酯单体处理包含约8至约12个伯胺基团、多个仲胺基团和多个叔胺基团的支化第一聚合物而不使所述环状碳酸酯单体聚合，从而形成包含以下的支化聚胺：i)约8至约12个骨架叔胺基团，ii)约18至约24个骨架仲胺基团，iii)大于0的正数n'个骨架末端伯胺基团，以及iv)大于0的正数q个通式(2)的骨架末端氨基甲酸酯基团：

其中：