專利名稱：可生物降解聚合物微粒子及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請主張于2009年6月5日申請的大韓民國專利申請第10-2009-0050043號享有優(yōu)先權(quán)，上述說明書整體為本發(fā)明的參考文獻(xiàn)。本發(fā)明涉及一種可生物降解聚合物微粒子及其制造方法。更具體地涉及一種將可生物降解聚酯聚合物溶解于DMSO并噴射至低溫的碳?xì)浠衔锶芤?，制造冷凍的DMSO微粒子后，將其放入低溫的鹽溶液，溶解DMSO和去除鹽的聚合物微粒子制造方法。
背景技術(shù)：
多孔性可生物降解聚合物支架(scaffold)作為各種組織再生的模具而廣泛使用。針對充分的細(xì)胞粘附密度、細(xì)胞增殖及分化，為了促進(jìn)其營養(yǎng)與氧氣供應(yīng)，支架需要一種空隙間連接優(yōu)良的多孔性結(jié)構(gòu)。制作多孔性可生物降解聚合物支架的方法很多，其中最廣泛利用的方法是致孔粒子浸出法(porogen leaching)。致孔粒子是應(yīng)用鹽、起泡鹽、碳水化合物、碳?xì)浠衔?、蠟等各種粒子，在聚合物/溶劑/致孔粒子混合物中，對致孔粒子選擇性地溶解或發(fā)泡而形成空隙的方法。除此之外，還有乳化/冷凍干燥、相分離法、臨界液體狀的膨脹、三維噴墨印刷等方法(A. G. Mikos, G. Sarakinos, S. M. Leite, J. P. Vacanti, R. Langer, Biomaterials, 14 (1993) 323-330 ；Z. Ma, C. Gao, Y. Gong, J. Shen, J. Biomed. Mater. Res. 67B (2003) 610-617 ； A. Park, B. Wu, L. G. Griffith, J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 9 (1998) 89-110)。這種多孔性聚合物支架引導(dǎo)細(xì)胞的粘附與分化，能夠有效使用于骨、軟骨間的再生。由于這種支架通過外科手術(shù)移植體內(nèi)，因此對于患者造成身體和精神層面的雙重壓力。 對此，為了最大限度地減少患者承受的不便，正在開發(fā)以注射型注入可生物降解聚合物支架的方法。這是通過注射包含細(xì)胞的聚合物液體并在光交聯(lián)或溶膠-凝膠現(xiàn)象下形成水凝膠的方法(J. j. Marler, A. Guha, J. Rowley, R. Koka, D. Monney, J. Upton, J. p. Vacanti, Plast. Reconstr. Surg. 105 (2000) 2049-2058 ；S. He, Μ. J. Yaszemski, A. W. Yasko, P. S. Engel，A. G. Mikos,Biomaterials,21(2000)2389-2394)。但這種水凝膠無法向需要附著于固體表面的細(xì)胞提供理想的環(huán)境，并且其機(jī)械強(qiáng)度較弱，很難保護(hù)填充內(nèi)部的細(xì)胞。為了解決上述缺點(diǎn)，包含由具有多孔性結(jié)構(gòu)的明膠制造的微粒子-熱穩(wěn)定型明膠微載體(Cultispher)的廣泛的天然及合成微粒子使用于附著依賴性動物細(xì)胞的培養(yǎng)，但其生物體適應(yīng)性較差，而且其機(jī)械強(qiáng)度也不理想。目前使用的注射用微粒子制造方法是乳化-溶劑蒸發(fā)法(Emulsification-Solv entEvaporation)。其中，ff/0/ff雙重乳化方法經(jīng)過兩次乳化步驟，在第一個乳化步驟中，根據(jù)W/0乳化液的穩(wěn)定性，決定多孔性結(jié)構(gòu)。乳化液從熱力學(xué)角度處于不穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)過集聚(Coalescence)、融合(Fusion)、相分離(Creaming)等過程，其水相與有機(jī)相試圖相互分離，因此制造方面存在困難(M. Kanouni, H. L. Rosano, N. Naouli, Adv. Colloid Interface Sci.99 (2002)229-254 ；A. J. Webster, Μ. Ε. Cates, Langmuir,14(1998)2068-2079)。另外，還有包含W/0/W雙重乳化步驟的微粒子載體制造方法，在溶解有脂肪族聚
3酯聚合物的有機(jī)相中，添加溶解有起泡鹽的水溶液，形成W/0乳化液，在包含有親水性表面活性劑的水溶液中進(jìn)行再分散和乳化。(韓國專利第801194號)上述微粒子載體具有可生物降解性、高空隙率、空隙間優(yōu)良的相互連接性等特性，但其機(jī)械強(qiáng)度較弱，量產(chǎn)工序方面存在難點(diǎn)。因此，一直以來不斷需要開發(fā)一種生物體適應(yīng)性、可生物降解性、多孔性、機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)秀且能夠調(diào)整載體大小使得能夠通過注射器進(jìn)行注入，以及方便量產(chǎn)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明相關(guān)發(fā)明人為了開發(fā)一種克服了以往微粒子制造方法所具有的技術(shù)缺點(diǎn)的新微粒子制造方法而進(jìn)行研究的過程中，了解到通過將可生物降解聚酯聚合物溶解于 DMSO并噴射至低溫的碳?xì)浠衔锶芤?，制造冷凍的DMSO微粒子后，將其放入低溫的鹽溶液并溶解DMS0，能夠制造出具有優(yōu)秀的生物體適應(yīng)性、可生物降解性、多孔性、機(jī)械強(qiáng)度等的聚合物微粒子，以此完成本發(fā)明。因此，本發(fā)明的目的是提供一種新的可生物降解聚合物微粒子的制造方法。為了達(dá)到上述目的，提供一種可生物降解聚合物微粒子的制造方法，其包括如下步驟(a)將可生物降解聚酯聚合物溶解于DMSO(Dimethyl Sulfoxide 二甲基亞砜)的步驟；(b)將上述溶液噴射至小于DMSO熔點(diǎn)溫度的碳5至10 (C5 C10)的碳?xì)浠衔锶芤翰⒅圃煳⒘Ｗ拥牟襟E；(c)將上述微粒子添加至鹽溶液，溶解DMSO并去除DMSO的步驟；以及(d)從上述微粒子中去除鹽的步驟。為了達(dá)到本發(fā)明的另一個目的，本發(fā)明提供一種根據(jù)本發(fā)明涉及的制造方法進(jìn)行制造的可生物降解聚合物微粒子。以下對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明涉及的可生物降解聚合物微粒子，其特征在于，將可生物降解聚酯聚合物溶解于DMS0，將上述溶液噴射至低溫的碳5至10 (C5 Cltl)的碳?xì)浠衔锶芤翰⒅圃炖鋬龅腄MSO微粒子后，將其放入低溫的鹽溶液溶解DMSO并去除鹽而完成制造。通常，有機(jī)溶劑之間的融合性較好，將有機(jī)溶劑噴射至其他有機(jī)溶劑(即，表示為 A有機(jī)溶劑及B有機(jī)溶劑)時，無法制造微粒子。這是由于將溶解有聚合物的A有機(jī)溶劑噴射至B有機(jī)溶劑的瞬間，兩個有機(jī)溶劑就會相互融合，無法使A有機(jī)溶劑凍結(jié)，進(jìn)而無法制造微粒子。本發(fā)明的著眼點(diǎn)在于，雖然DMSO與碳?xì)浠衔锸墙?jīng)常使用的有機(jī)溶劑，但其極性 (Polarity)差異較大，無法很好地融合。并且由于DMSO能夠很好地溶解聚酯聚合物，由于 DMSO的熔點(diǎn)(melting point ； 18°C )高使得能夠輕易地將其凍結(jié)，加上DMSO易溶于水，凍結(jié)后將凍結(jié)的粒子放入水中時，DMSO能夠輕易地溶解，溶解于DMSO的聚合物由于不溶于水使得按照DMSO被凍結(jié)的形態(tài)制造微粒子。本發(fā)明涉及的制造方法中，制造現(xiàn)有微粒子的方法主要采用乳化-溶劑蒸發(fā)法(E mulsification-SolventEvaporation)，這種方法由于使用表面活性劑等導(dǎo)致制造過程復(fù)雜化，同時在微粒子大小調(diào)整方面存在局限性，微粒子的空隙率調(diào)整也不容易。但本發(fā)明是根據(jù)將聚合物溶解于DMSO的濃度決定其空隙率，因此方便空隙率的調(diào)整，并且噴射溶解于聚合物的DMSO溶液時，通過控制外部的閥而調(diào)節(jié)溶液量與空氣量， 能夠方便調(diào)整微粒子大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)簡便的調(diào)節(jié)操作。同時，由于它是通過簡單的溶液噴射過程進(jìn)行制作，具有工序簡單且生產(chǎn)性好等優(yōu)點(diǎn)。更具體地說，本發(fā)明涉及的可生物降解聚合物微粒子的制造方法，包括如下步驟(a)將可生物降解聚酯聚合物溶解于DMSO(Dimethyl Sulfoxide)的步驟；(b)將上述溶液噴射至小于DMSO熔點(diǎn)溫度的碳5至10 (C5 Cltl)的碳?xì)浠衔锶芤翰⒅圃煳⒘Ｗ拥牟襟E；(c)將上述微粒子添加至鹽溶液，溶解DMSO并去除DMSO的步驟；及(d)從上述微粒子中去除鹽的步驟。(a)步驟是將可生物降解聚酯聚合物溶解于DMSO(Dimethyl Sulfoxide)的步驟。本發(fā)明涉及的可生物降解聚酯聚合物是脂肪族聚酯聚合物，但并不限于此，它可以是聚乳酸(Polylactic acid :PLA)、聚乙醇酸(Polyglycolic acid :PGA)、聚乳酸聚乙醇酸共聚物(Poly(D, L-lactic-co-glycolic acid)，PLGA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚戊內(nèi)酯、聚羥基丁酸、聚羥基或它們的衍生物，可以使一種或兩種成分以上的混合物。優(yōu)選地采用聚乳酸、聚乙醇酸、聚己內(nèi)酯，更優(yōu)選地采用聚乳酸或聚己內(nèi)酯。這些物質(zhì)作為聚合物其平均分子量優(yōu)選地應(yīng)為10000 250000。但本發(fā)明涉及的可生物降解聚合物微粒子的制造方法具有方便制造球形微粒子的特征與方便控制微粒子大小的特征，微粒子大小的控制不受限于平均分子量。 本發(fā)明中的可生物降解聚酯聚合物溶液能夠進(jìn)行調(diào)整使得相應(yīng)聚合物以1 % 25% (w/v)的濃度溶解于DMSO(Dimethyl Sulfoxide)，能夠調(diào)整通過這種濃度調(diào)整而制造的可生物降解多孔性微粒子的空隙率。當(dāng)聚合物溶液的濃度不足時，微粒子的機(jī)械強(qiáng)度較弱，使得實(shí)用性變差；當(dāng)超過25%時，粘度過高，導(dǎo)致噴射時形成纖維相(Fiber)等，效率性降低。本發(fā)明中為了溶解脂肪族聚酯聚合物而使用的有機(jī)溶劑其冰點(diǎn)較高，必須使用與碳?xì)浠衔飿?gòu)成相分離的DMSO (Dimethyl Sulfoxide)。(b)步驟是將上述由(a)步驟中制造的溶液噴射至小于DMSO熔點(diǎn)溫度的碳5至 10 (C5 Cltl)的碳?xì)浠衔锶芤翰⒅圃煳⒘Ｗ拥牟襟E。本發(fā)明涉及的碳?xì)浠衔锶芤菏窃跀z氏0°C以下條件下不凍且與DMSO相分離的碳5至10(C5 C1(I)的碳?xì)浠衔?，例如戊烷、正己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、石油醚等飽和碳?xì)浠衔锛八鼈兊幕旌衔?，?yōu)選地使用揮發(fā)性良好的正己烷。由于正己烷的高揮發(fā)性， 最終能夠在凍結(jié)干燥過程或自然干燥過程中輕易去除。不足碳5的碳?xì)浠衔铮鋼]發(fā)性過高，因此制造方面存在難題；而超過碳10的碳?xì)浠衔?，其?shí)用性較差。關(guān)于碳?xì)浠衔锶芤旱臏囟?，為?DMSO的凍結(jié)，可以是小于DMSO熔點(diǎn)的溫度，1氣壓的情況下優(yōu)選地應(yīng)為約小于18°C的溫度。為了促進(jìn)DMSO的凍結(jié)及微粒子的形成，優(yōu)選地采用_20°C 0°C，更優(yōu)選地采用-10°C _5°C。本發(fā)明中使用的脂肪族聚酯聚合物水溶液的噴射方式包含商用化噴嘴的使用，調(diào)
5整噴射空氣的量并調(diào)整噴射脂肪族聚酯聚合物溶液的量，只要是能夠噴射于碳?xì)浠衔锶芤旱奈矬w均不受限制。本發(fā)明涉及的這種制造方法，可以說是一種根據(jù)向低溫液體內(nèi)的噴射方法制造微粒子的方法。本發(fā)明中噴射的聚合物溶液的量可在0. 2g/min 20. Og/min范圍內(nèi)靈活地調(diào)整， 噴射空氣的量在1.01/min(liter per minute) 30. 01/min范圍內(nèi)調(diào)整，方便控制微粒子的大小。同時，通過本步驟，噴射至低溫碳?xì)浠衔锶芤旱奈⒘Ｗ釉谙喾蛛x及冷凍下保持其狀態(tài)并沉淀為冷凍狀態(tài)。冷凍微粒子的大部分是為了溶解脂肪族聚酯聚合物而使用的 DMS0，為了將DMSO從微粒子中去除，通過以下步驟以鹽溶液溶解DMS0。(c)步驟是將由(b)步驟制造的上述微粒子添加至鹽溶液，溶解DMSO并去除DMSO 的步驟。本發(fā)明中的鹽溶液應(yīng)在攝氏0°C以下條件下以不凍狀態(tài)保持。為了去除DMS0，可以使用水，但為了確保制造時微粒子的穩(wěn)定性，盡量使用攝氏0°c以下的溶液去除DMS0，優(yōu)選地使用5% 30%濃度的氯化鈉或氯化鈣水溶液。鹽溶液優(yōu)選地在-20 0°C條件下， 使用20% 25%氯化鈉溶液。當(dāng)小于-20°C時，由于鹽溶液凍結(jié)，因此無法使用。超過0°C 時，由于微粒子的穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致制造的粒子之間粘合，使得生產(chǎn)性下降。(d)步驟是從去除DMSO的微粒子中去除鹽的步驟。去除鹽的過程中通過添加過量水，優(yōu)選地添加D. D.W(deionized distilled water)進(jìn)行稀釋的方法去除。根據(jù)這種方法，能夠制造可生物降解聚合物微粒子。本發(fā)明的制造方法是利用了為了溶解脂肪族聚酯聚合物的DMSO與冷卻有機(jī)溶劑的碳?xì)浠衔锏南喾蛛x性質(zhì)，相比以往的制造方法，更加簡單和有效，量產(chǎn)工序具有簡單的特征，能夠方便調(diào)整微粒子大小，通過注射能夠注入至生物體。通過這種方法制造的本發(fā)明的可生物降解聚合物微粒子具有10 μ m 1000 μ m的直徑。本發(fā)明涉及的可生物降解聚合物微粒子的直徑能夠根據(jù)DMSO水溶液中可生物降解聚酯聚合物的濃度、噴射至碳?xì)浠衔锶芤旱膰娚淞考皣娚淇諝獾牧窟M(jìn)行合理調(diào)整，DMSO 水溶液的可生物降解聚酯聚合物濃度越高，噴射至碳?xì)浠衔锶芤旱膰娚淞吭蕉啵瑖娚渲撂細(xì)浠衔锶芤旱目諝饬吭缴?，則具有更大的直徑。本發(fā)明涉及的可生物降解聚合物微粒子能夠培養(yǎng)為包含細(xì)胞，用作可注射形態(tài)的細(xì)胞載體。本發(fā)明提供一種生物體適應(yīng)性、可生物降解性、多孔性、機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)秀且能夠調(diào)整載體大小使得能夠通過注射器進(jìn)行注入，以及方便量產(chǎn)的新的聚合物微粒子球制造方法。根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的微粒子具有可生物降解性，并且能夠調(diào)整為具有生物體適應(yīng)性的各種大小，通過注射器注入體內(nèi)，有效地用于受損組織或組織再生用細(xì)胞傳輸體。


圖1為在電子顯微鏡下觀察的根據(jù)本發(fā)明提供的方法制造的微粒子圖。 (XI，500 ；聚合物溶液濃度7% ；噴射量0. 2g/min ；噴射速度:51/min)圖2為在電子顯微鏡下觀察的根據(jù)本發(fā)明提供的方法制造的微粒子圖。(X300 ； 聚合物溶液濃度7% ；噴射量3. Og/min ；噴射速度31/min)
圖3為在電子顯微鏡下觀察的根據(jù)本發(fā)明提供的方法制造的微粒子圖。(X230 ； 聚合物溶液濃度7% ；噴射量5. Og/min ；噴射速度ll/min)圖4為在電子顯微鏡下觀察的根據(jù)本發(fā)明提供的方法制造的微粒子圖。(X550 ； 聚合物溶液濃度3% ；噴射量3. Og/min ；噴射速度31/min)圖5為在電子顯微鏡下觀察的根據(jù)本發(fā)明提供的方法制造的微粒子圖。(X350 ； 聚合物溶液濃度12% ；噴射量3. Og/min ；噴射速度31/min)
具體實(shí)施例方式以下將根據(jù)實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。但下述實(shí)施例的目的為了更好地說明本發(fā)明，本發(fā)明的內(nèi)容并不局限于下述實(shí)施例。實(shí)施例1根據(jù)本發(fā)明的聚合物微粒子的制造(1)將平均分子量為110000且醋酸與乙醇酸的比例為75 25的聚乳酸聚乙醇酸共聚物35g溶解于500ml DMSO (Dimethyl Sulfoxide 二甲基亞砜)并制造7% (w/v)聚合物溶液。向-5°C條件下冷卻的正己烷，噴射上述聚合物溶液0. 2g/min、空氣5. 01/min。此時，噴射的聚合物溶液在低溫的正己烷中以球形冷凍。獲得冷凍的微粒子后，將其放在以-20°C冷卻的25% (w/v)氯化鈉水溶液IOOOml 中，放置72小時，溶解DMSO成分后，獲得過濾后去除DMSO的聚合物微粒子。將其重新以 5000ml蒸餾水洗滌過濾，去除殘留DMSO及氯化鈉后，凍結(jié)干燥，完成本發(fā)明的可生物降解聚合物微粒子。(2)與此同時，溶解于DMSO的聚合物溶液以噴射量3. Og/min、噴射空氣量3. 01/ min的條件噴射至正己烷溶液，執(zhí)行上述(1)的方法，制造可生物降解聚合物微粒子。(3)接著，溶解于DMSO的聚合物溶液以噴射量5. Og/min、噴射空氣量1. 01/min的條件噴射至正己烷溶液，執(zhí)行上述(1)的方法，制造可生物降解聚合物微粒子。(4)將平均分子量為110000且醋酸與乙醇酸的比例為75 25的聚乳酸聚乙醇酸共聚物溶解于DMS0，使其分別呈3. 0%濃度與12. 0%濃度，按照7. 0%濃度的聚合物溶液， 以噴射量5. Og/min、噴射空氣量1. 01/min的條件制造。通過測定由這種聚合物溶液的濃度調(diào)整制造的可生物降解多孔性微粒子的外觀密度，比較出能夠調(diào)整空隙率。實(shí)施例2確認(rèn)本發(fā)明涉及的聚合物微粒子的物理特性為了確認(rèn)上述實(shí)施例1中制造的各個可生物降解聚合物微粒子的特性，以制造的可生物降解聚合物微粒子為對象，測定微粒子的大小、制造產(chǎn)量及外觀密度。此時，微粒子的大小是通過電子顯微鏡拍照進(jìn)行測定，制造產(chǎn)量則通過測定已投入聚合物的量比較最終獲得的微粒子量而計(jì)算。關(guān)于外觀密度的測定，將一定量的微粒子載體放入具有一定體積的量筒，利用按照一定速度和一定次數(shù)擊打(輕輕拍打的過程)的擊打密度測定器進(jìn)行測定。結(jié)果，如圖1 5及下述表1所示，微粒子的大小與聚合物溶液的噴射量呈正比， 并且與噴射空氣量呈反比，聚合物溶液濃度越高，其外觀密度則越高。根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的微粒子大小是進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)后適合投入體內(nèi)的合理大小，從產(chǎn)量來看，也具有經(jīng)濟(jì)性。表 權(quán)利要求
1.一種可生物降解聚合物微粒子的制造方法，包括如下步驟(a)將可生物降解聚酯聚合物溶解于DMSO(Dimethyl Sulfoxide)的步驟；(b)將所述溶液噴射至小于DMSO熔點(diǎn)溫度的碳5至10(C5 Cltl)的碳?xì)浠衔锶芤翰⒅圃煳⒘Ｗ拥牟襟E；(c)將所述微粒子添加至鹽溶液，溶解DMSO并去除DMSO的步驟；以及(d)從所述微粒子中去除鹽的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可生物降解聚合物微粒子的制造方法，其特征在于，所述可生物降解聚合物微粒子的直徑為10 μ m 1000 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可生物降解聚合物微粒子的制造方法，其特征在于，所述可生物降解聚合物是從聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸聚乙醇酸共聚物、聚己內(nèi)酯、聚戊內(nèi)酯、聚羥基丁酸及聚羥基中選擇的聚合物，其平均分子量是10000 250000。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可生物降解聚合物微粒子的制造方法，其特征在于，所述(a) 步驟的溶解將可生物降解聚酯聚合物溶解于DMS0，使其濃度為1 25%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可生物降解聚合物微粒子的制造方法，其特征在于，所述碳?xì)浠衔?hydrocarbon)從戊烷(pentane)、正己烷Qiexane)、庚烷Qi印tane)、辛烷 (octane)、壬烷(nonane)、癸烷(decane)及石油醚(petroleum ether)中選擇使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可生物降解聚合物微粒子的制造方法，其特征在于，所述鹽溶液為5 30%的氯化鈉(NaCl)或氯化鈣(CaCl2)水溶液。
7.—種通過權(quán)利要求1至6中的任一方法獲得的可生物降解聚合物微粒子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可生物降解聚合物微粒子及其制造方法。更具體地涉及一種將可生物降解聚酯聚合物溶解于DMSO并噴射至低溫的碳?xì)浠衔锶芤?，制造冷凍的DMSO微粒子后，將其放入低溫的鹽溶液，溶解DMSO和去除鹽的聚合物微粒子制造方法。本發(fā)明提供一種生物體適應(yīng)性、可生物降解性、多孔性、機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)秀且能夠調(diào)整載體大小使得能夠通過注射器進(jìn)行注入，以及方便量產(chǎn)的新的聚合物微粒子球制造方法。根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的微粒子具有可生物降解性，并且能夠調(diào)整為具有生物體適應(yīng)性的各種大小，通過注射器注入體內(nèi)，有效地用于受損組織或組織再生用細(xì)胞傳輸體。
文檔編號C08L67/04GK102369234SQ201080003496
公開日2012年3月7日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者李建必, 李甬勛, 金根豐 申請人:洛根生物技術(shù)有限公司