制備由生物相容性水凝膠制成的物體的方法,其在醫(yī)療領(lǐng)域且更特別在眼科中的用途
【專利摘要】本發(fā)明涉及在由特定材料制成的模具中通過(guò)模塑聚合物溶液制造由生物相容性水凝膠制成的物體的方法，所述方法包括下列步驟：(i)通過(guò)任選在非溶劑的存在下將丙烯腈與帶有陰離子基團(tuán)的烯屬不飽和共聚單體的共聚物溶解在非質(zhì)子溶劑中制備聚合物溶液，(ii)使步驟(i)結(jié)束時(shí)獲得的聚合物溶液在模具中成形并開(kāi)始膠凝化，所述模具由含有所述非溶劑的材料或所述非溶劑可滲透的材料構(gòu)成，(iii)將來(lái)自步驟(ii)的經(jīng)歷膠凝化的物體浸沒(méi)在非溶劑中。本發(fā)明還涉及由該方法獲得的由生物相容性水凝膠制成的物體，例如可植入角膜的角膜內(nèi)透鏡(或微透鏡)，或可用于眼科的任何其它植入物。
【專利說(shuō)明】制備由生物相容性水凝膠制成的物體的方法，其在醫(yī)療領(lǐng) 域且更特別在眼科中的用途

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在由特定材料制成的模具中通過(guò)模塑聚合物溶液制造由生物相容性 水凝膠制成的物體的方法。本發(fā)明還涉及由該方法獲得的由生物相容性水凝膠制成的物 體，如可植入角膜的角膜內(nèi)透鏡（intracorneal lenses)(或微透鏡，lenticules)或可用 于眼科的任何其它植入物。

【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)描述了通過(guò)在具有合適形狀的模具中模塑聚合物溶液獲得的 用于醫(yī)療和/或手術(shù)用途的水凝膠物體的幾種制造方法。在后來(lái)者中，我們可以提到"旋 鑄"法，也稱為離心澆鑄，由wichterl e(1960)用于由催化的甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA)制造 水凝膠角膜接觸鏡，其膠凝時(shí)間尤其取決于溫度。
[0003] 制造水凝膠物體的另一方法包括通過(guò)冷卻至低于膠凝點(diǎn)的溫度來(lái)膠凝聚合物溶 液（專利FR 2 051 147)。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于補(bǔ)償了放置在模具中的聚合物溶液的體 積變化。該方法（其基于通過(guò)將溫度降低至低于膠凝點(diǎn)來(lái)進(jìn)行的膠凝）無(wú)法由AN69(由 GAMBR0公司提供的共聚物）的陰離子共聚物溶液獲得透明水凝膠，而是獲得半透明的水凝 膠，其不可用于屈光眼科手術(shù)。
[0004] 由水凝膠制成的其它物體可以通過(guò)在室溫下用刀片、微型鋸或激光從一塊水凝 膠上機(jī)械切割、或通過(guò)用極高壓力下的水微射流切割、或通過(guò)在極低溫度下的冷凍加工 (cryo-machining)來(lái)制得。已經(jīng)測(cè)試了該方法用于由基于AN-69共聚物的水凝膠制造透 鏡，但是沒(méi)有成功。
[0005] 共聚物AN-69多年來(lái)一直用于制造血液透析膜（J. Denis等 人，Gut，1978, 19,787-793)。獲自該共聚物的水凝膠已經(jīng)用于在生物人工胰腺的 開(kāi)發(fā)中封裝膜島（J. Honiger 等人，The International Journal of Artificial Organs, 1994, 17, 046-052)，或以開(kāi)發(fā)生物人工肝臟為目的用于封裝肝細(xì)胞（J. Honinger 等人，Biomaterials, 1995, 16, 753-759 ;R. Sarkis 等人，Transplantation, 2000，第 70 卷，58-64 ;Journal of Hepatology, 2001，35, 208-216 ;E. Baldini 等人，Transplantation Proceeding, 2009, 41 (4)，1367-1369)。在治療關(guān)節(jié)炎的研宄中，已經(jīng)將小鼠細(xì)胞封裝在 AN-69 水凝膠的中空纖維中（N. Bessis 等人，Clin. Exp. Immunol.，1999, 117, 376-382) 和封裝在由相同水凝膠制成的膠囊中（N. Bessis等人，Rhumatologie, 2003, 70, 855-7)。 產(chǎn)生促紅細(xì)胞生成素的細(xì)胞也已經(jīng)被封裝在AN-69水凝膠的中空纖維中（E.Payen等 人，Haematologica, 1999, 84, EHA-4)。由此，該共聚物AN-69已經(jīng)廣泛證明了其生物相 容性和血液相容性的性質(zhì)，以及其不激活補(bǔ)體系統(tǒng)的能力（J. Honinger等人，J. Biomed. Mater. Res.，1997, 37, 548-553)。獲自該共聚物的水凝膠也廣泛用于眼科領(lǐng)域。事實(shí)上 角膜內(nèi)透鏡已經(jīng)由此類共聚物制造（專利EP 0 347 267 ;L. Laroche等人，Macromol. Symp.，1995, 100, 51-55)并植入到動(dòng)物體內(nèi)并且已在人體內(nèi)臨床評(píng)價(jià)20年。同樣的AN-69 水凝膠還已經(jīng)用于研宄上皮細(xì)胞的增殖以便開(kāi)發(fā)用于表層角膜鏡片術(shù)的透鏡（F. Maury等 人，Journal of Materials Science-Materials in medicine, 1997, 8, 571-576) 〇
[0006] 自20世紀(jì)80年代末期已經(jīng)由J. Honiger和L. Laroche利用水凝膠盤的熱成型來(lái) 制造角膜內(nèi)透鏡。這些透鏡的光學(xué)品質(zhì)是完美的。在植入角膜前，該透鏡用過(guò)乙酸消毒，隨 后用消毒的等滲溶液沖洗。根據(jù)藥典的新的、更嚴(yán)格的要求可以規(guī)定對(duì)可植入物體進(jìn)行殺 菌，而不再僅僅是去污。當(dāng)它們通過(guò)前述方法如濕熱、Y射線或加速電子消毒時(shí)，熱成型的 透鏡可能改變形狀，這會(huì)改變它們的光學(xué)倍率。
[0007] 由此，由上述方法獲得的角膜內(nèi)植入物的弱點(diǎn)在于它們?cè)谙静襟E過(guò)程中的形狀 保持能力不佳。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 申請(qǐng)人:由此已經(jīng)盡力提供透明和生物相容的水凝膠以用于制備高度可靠的用于 醫(yī)療或外科手術(shù)用途的物體，特別是用于對(duì)各種生物分子具有合適的滲透性的眼部植入 物。
[0009] 由此，本發(fā)明的第一目的是制造由生物相容性水凝膠制成的物體的方法，其包括 下列步驟：
[0010] (i)通過(guò)任選在非溶劑（nonsolvent)的存在下將丙稀腈與帶有陰離子基團(tuán)的稀 屬不飽和共聚單體的共聚物溶解在非質(zhì)子溶劑中制備聚合物溶液，
[0011] (ii)使步驟（i)結(jié)束時(shí)獲得的聚合物溶液在具有所需物體形狀的模具中成形并 開(kāi)始膠凝化，所述模具由含有所述非溶劑的材料或所述非溶劑可滲透的材料構(gòu)成，此步驟 優(yōu)選在室溫下進(jìn)行，
[0012] (iii)將來(lái)自步驟（ii)的經(jīng)歷膠凝化的物體浸沒(méi)在非溶劑中一段充足的時(shí)間以 允許溶劑與所述非溶劑完全交換，并獲得由水凝膠制成的物體。
[0013] 申請(qǐng)人:相當(dāng)意外地發(fā)現(xiàn)，使用由非溶劑構(gòu)成并對(duì)所述非溶劑可滲透的特定材料制 成的模具能夠同時(shí)確保在膠凝步驟時(shí)聚合物溶液中存在的溶劑與非溶劑之間的交換，并形 成具有所需形狀的水凝膠（在非溶劑為水時(shí)的情況下）。事實(shí)上，正是在模具中存在非溶劑 導(dǎo)致模塑的聚合物溶液膠凝。在本發(fā)明的方法結(jié)束時(shí)獲得的由水凝膠制成的眼植入物和/ 或角膜內(nèi)植入物除了其對(duì)生物細(xì)胞惰性的特性外還表現(xiàn)出以下特性：
[0014]-優(yōu)異的光學(xué)性能：對(duì)可見(jiàn)光完全透明，吸收UV輻射，折射率與角膜接近，
[0015] _非常良好的理化特性：對(duì)水、對(duì)生理鹽水、對(duì)小尺寸至中等尺寸分子的高滲透 性，對(duì)溶解的氣體的滲透性，高親水性，不具有有毒基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)，
[0016]-優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性，
[0017]-特殊的生物學(xué)性質(zhì)：在生理環(huán)境中是非生物可吸收的，可消毒和/或可重新消毒 的，在該環(huán)境中具有良好的耐老化性，在角膜基質(zhì)中植入位點(diǎn)具有良好的組織耐受性（不 會(huì)造成角膜上皮和內(nèi)皮的改變），對(duì)蛋白質(zhì)的低親和力。
[0018] 步驟（i)中的溶解可以在攪拌下在室溫至70°C的溫度下進(jìn)行，優(yōu)選在大約50°C的 溫度下進(jìn)行。
[0019] 本發(fā)明的方法的步驟（i)包括通過(guò)溶解制備丙烯腈/共聚單體共聚物，有利地該 丙烯腈/共聚單體共聚物具有90/10至100/0且優(yōu)選95/5至99/1的摩爾比。
[0020] 根據(jù)一個(gè)有利的實(shí)施方案，該烯屬不飽和共聚單體的陰離子基團(tuán)選自磺酸根、羧 酸根、磷酸根、膦酸根和硫酸根。
[0021] 該丙烯腈/共聚單體共聚物有利地是丙烯腈-甲代烯丙基磺酸鈉共聚物，如共聚 物AN-69 (供應(yīng)商GAMBRO)。這些共聚物不會(huì)表現(xiàn)出與細(xì)胞的相互作用，因此具有極大改進(jìn) 的耐受性。
[0022] 該丙烯酸酯/共聚單體共聚物溶解于其中的非質(zhì)子溶劑有利地選自有機(jī)或無(wú) 機(jī)極性非質(zhì)子溶劑，優(yōu)選選自二甲基甲酰胺（DMF)、二甲亞砜（DMSO)、N，N-二甲基乙酰胺 (DMAC)、N-甲基吡咯烷酮（NMP)。
[0023] 該非溶劑選自水、礦物鹽的水溶液和有機(jī)鹽的水溶液。
[0024] 根據(jù)該實(shí)施方案的一種有利的配置，當(dāng)該非溶劑是鹽的水溶液時(shí)，所述溶液濃度 為0. 5至5重量％，以便在聚合物溶液中獲得0. 03至1重量％、優(yōu)選0. 05至1重量％的鹽 濃度。
[0025] 甚至更優(yōu)選地，該礦物鹽和有機(jī)鹽是氯化鈉（生理溶液）或氯化鉀、碘酸鈉或碘酸 鉀、碳酸氫鈉或碳酸氫鉀、氯酸鈉或氯酸鉀、高碘酸鈉或高碘酸鉀、硝酸鈉或硝酸鉀、檸檬酸 鈉或檸檬酸鉀、酒石酸鈉或酒石酸鉀、抗壞血酸鈉或抗壞血酸鉀、乙酸鈉或乙酸鉀、乳酸鈉 或乳酸鉀。優(yōu)選的鹽水溶液是氯化鈉溶液。
[0026] 根據(jù)一個(gè)有利的實(shí)施方案，步驟（ii)中的模具是由水凝膠制成的模具。
[0027] 從本發(fā)明的意義上來(lái)說(shuō)，水凝膠是由具有親水性位點(diǎn)的聚合物鏈組成的材料。
[0028] 步驟（ii)中的模具可以是由水凝膠制成的模具，該水凝膠基于瓊脂糖、藻酸鹽、 聚甲基丙烯酸羥乙酯（PHEMA)、聚甲基丙烯酸羥丙酯（PHPMA)或聚丙烯酸鹽（鈉鹽或鉀 鹽）。
[0029] 有利地，步驟（ii)中的模具由以下成分構(gòu)成：
[0030] -1至10重量％、優(yōu)選2至6重量％的瓊脂糖或藻酸鹽，和
[0031] -90至99重量％、優(yōu)選94至98重量％的水或礦物鹽的水溶液或有機(jī)鹽的水溶液。
[0032] 尤其優(yōu)選地，步驟（ii)中的模具是由瓊脂糖水凝膠制成的模具。
[0033] 在本發(fā)明的方法的步驟（ii)的過(guò)程中形成水凝膠，此步驟也術(shù)語(yǔ)上稱為"分層 (demixing)"步驟或步驟（i)結(jié)束時(shí)獲得的均勾聚合物溶液的"相分離"步驟。
[0034] 根據(jù)三元相圖（共聚物/溶劑/非溶劑），平衡曲線將其中三種組分混溶的區(qū)域與 其中形成其它兩相（富聚合物的固相和貧聚合物的液相，或聚合物耗盡）的區(qū)域分離。在 形成水凝膠的過(guò)程中，該體系由初始的聚合物溶液演變?yōu)槠渲兴腥軇┍惶鎿Q為非溶劑的 組合物，這使凝膠轉(zhuǎn)化為水凝膠。由液體形式向膠凝形式的轉(zhuǎn)化通過(guò)使聚合物溶液與模具 中所含的非溶劑接觸來(lái)觸發(fā)，所述模具具有根據(jù)預(yù)期的后繼應(yīng)用預(yù)先選擇的形狀。與含有 非溶劑的模具的表面直接接觸的聚合物溶液的表面層開(kāi)始膠凝化并呈現(xiàn)模具的形狀。模塑 的物體的厚度越大，膠凝時(shí)間越長(zhǎng)。
[0035] 浸沒(méi)經(jīng)歷膠凝化的物體的步驟（iii)可以以兩個(gè)步驟進(jìn)行：
[0036] _首先：將經(jīng)歷膠凝化的物體浸沒(méi)在優(yōu)選在0至10°C的溫度下的非溶劑的冷浴中， 時(shí)間可以為5至15分鐘，和
[0037] -接著：將經(jīng)歷膠凝化的物體浸沒(méi)在在室溫下的非溶劑浴中15至45分鐘，優(yōu)選大 約30分鐘。
[0038] 在步驟（i)至（iii)后，本發(fā)明的方法還可以包含任選的消毒步驟。有利地，該消 毒步驟通過(guò)輻射消毒來(lái)進(jìn)行，例如用Y射線或用加速電子，更優(yōu)選通過(guò)使用Y射線或加速 電子的福射消毒。
[0039] 本發(fā)明還涉及通過(guò)本發(fā)明的方法獲得的由生物相容性水凝膠制成的物體。
[0040] 術(shù)語(yǔ)"由生物相容性水凝膠制成的物體"應(yīng)理解為用作醫(yī)療裝置的由非生活物質(zhì) (nonliving material)制造的物體，該醫(yī)療裝置意在與生物體系接觸并相互作用，而不會(huì) 使其變性，即不會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞組織行為異常，也不會(huì)導(dǎo)致在人或動(dòng)物體內(nèi)臟器官中循環(huán)的生 物流體中毒。這種接觸（在植入物情況下是顯而易見(jiàn)的）必須擴(kuò)展至在人或動(dòng)物體的表面 處或在外部上發(fā)生的接觸，例如在血液透析情況下與血液發(fā)生的那些接觸，或在角膜接觸 鏡的情況下與角膜發(fā)生的那些接觸。
[0041] 這些物體可以是用于醫(yī)療、生物、眼科和/或眼科外（extra-ophthalmologic)用 途的膜、線、棒或植入物。
[0042] 根據(jù)另一有利的實(shí)施方案，本發(fā)明的由生物相容性水凝膠制成的物體是眼植入 物。它們可以是具有或不具有光學(xué)或折光倍率的透鏡，更特別為意在植入到角膜中以便校 正視力缺陷的角膜內(nèi)透鏡。尤其優(yōu)選地，本發(fā)明的眼植入物是用于校正近視、遠(yuǎn)視、老花眼、 圓錐形角膜或LASIK后擴(kuò)張（醫(yī)源性圓錐形角膜）的角膜內(nèi)透鏡。在角膜中植入具有限定 形狀的微透鏡（該角膜例如用飛秒激光切割）允許從內(nèi)部改造（remodeled)因圓錐形角膜 病而變形的角膜。
[0043] 除了前述布置外，本發(fā)明包含通過(guò)下文中給出的其余部分的描述將變得清楚的其 它布置，下文涉及驗(yàn)證由本發(fā)明的方法獲得的由生物相容性水凝膠制得的物體的改進(jìn)的性 質(zhì)。
[0044] 實(shí)施例:根據(jù)本發(fā)明的方法制造AN-69共聚物的水凝膠角膜接觸鏡
[0045] 制各由瓊脂糖水凝膠制成的樽具:
[0046] 瓊脂糖水凝膠模具由角膜接觸鏡的聚丙烯基質(zhì)（凸起部分和凹陷部分）制備，該 角膜接觸鏡由Essilor公司提供。
[0047] 通過(guò)在80°C的溫度下在等滲溶液（0. 9%的NaCl在H20中）中溶解瓊脂糖來(lái)制備 2-4%的瓊脂糖水溶液。其隨后冷卻至40-50°C的溫度，并傾入聚丙烯基質(zhì)中（分別傾入該 兩個(gè)部分中）。
[0048] 在冷卻至室溫后，從模具中取出所獲得的瓊脂糖模具的兩個(gè)部分。模具的兩個(gè)部 分隨后被浸沒(méi)在生理溶液中（0. 9%的NaCl在H20中）。
[0049] 制各聚合物溶液:
[0050] 在攪拌下在60°C溫度下的水浴上制備對(duì)應(yīng)于下面所示組成的聚合物溶液：
[0051]

【權(quán)利要求】
1. 制造由生物相容性水凝膠制成的物體的方法，其特征在于其包括下列步驟： (i) 通過(guò)任選在非溶劑的存在下將丙烯腈與帶有陰離子基團(tuán)的烯屬不飽和共聚單體的 共聚物溶解在非質(zhì)子溶劑中制備聚合物溶液， (ii) 使步驟（i)結(jié)束時(shí)獲得的聚合物溶液在模具中成形并開(kāi)始膠凝化，所述模具由含 有所述非溶劑的材料或所述非溶劑可滲透的材料構(gòu)成， (iii) 將來(lái)自步驟（ii)的經(jīng)歷膠凝化的物體浸沒(méi)在非溶劑中。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該丙烯腈/共聚單體共聚物具有90/10至100/0、優(yōu) 選95/5至99/1的摩爾比。
3. 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中該烯屬不飽和共聚單體的陰離子基團(tuán) 選自磺酸根、羧酸根、磷酸根、膦酸根和硫酸根。
4. 如權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中該丙烯腈/共聚單體共聚物是丙烯腈-甲 代烯丙基磺酸鈉共聚物。
5. 如權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中該非質(zhì)子溶劑選自有機(jī)或無(wú)機(jī)極性非質(zhì)子 溶劑。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中該非質(zhì)子溶劑選自二甲基甲酰胺（DMF)、二甲亞砜 (DMSO)、N，N-二甲基乙酰胺（DMAC)、N-甲基吡咯烷酮（NMP)。
7. 如權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其中該非溶劑選自水、礦物鹽的水溶液和有機(jī)鹽 的水溶液。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中該非溶劑選自水或氯化鈉的水溶液。
9. 如權(quán)利要求1至8之一所述的方法，其中步驟（ii)中的模具是由水凝膠制成的模 具。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中步驟（ii)中的模具是由水凝膠制成的模具，該水凝 膠基于瓊脂糖、藻酸鹽、聚甲基丙烯酸羥乙酯（PHEM)、聚甲基丙烯酸羥丙酯（PHPM)或聚 丙烯酸鹽。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟（ii)中的模具是由瓊脂糖水凝膠制成的模 具。
12. 如權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的方法，其中步驟（ii)中的模具由以下成分構(gòu) 成： -1至10重量％、優(yōu)選2至6重量％的瓊脂糖或藻酸鹽，和 -90至99重量％、優(yōu)選94至98重量％的水或礦物鹽的水溶液或有機(jī)鹽的水溶液。
13. 如權(quán)利要求1至12之一所述的方法，其中浸沒(méi)步驟（iii)以兩個(gè)步驟進(jìn)行： -首先：將經(jīng)歷膠凝化的物體浸沒(méi)在優(yōu)選在0至l〇°C的溫度下的非溶劑的冷浴中，和 -接著：將經(jīng)歷膠凝化的物體浸沒(méi)在室溫下的非溶劑浴中。
14. 一種由生物相容性水凝膠制成的物體，其特征在于其根據(jù)權(quán)利要求1至13之一所 限定的方法獲得。
15. 如權(quán)利要求14所述的物體，其特征在于其選自用于醫(yī)療、生物、眼科和/或眼科外 用途的膜、線、棒或植入物。
16. 如權(quán)利要求15所述的物體，其特征在于其為眼植入物形式。
17. 如權(quán)利要求16所述的物體，其中所述眼部植入物是用于校正近視、遠(yuǎn)視、老花眼、 圓錐形角膜或LASIK后擴(kuò)張的角膜內(nèi)透鏡。
【文檔編號(hào)】C08L33/20GK104520334SQ201380041368
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月15日
【發(fā)明者】勞倫特·拉羅什 申請(qǐng)人:勞倫特·拉羅什