JP7814384B2 - 生物活性合成コポリマー、生物活性高分子およびそれらの関連する方法 - Google Patents

生物活性合成コポリマー、生物活性高分子およびそれらの関連する方法

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Description

本開示は、広く、生物活性合成コポリマー、生物活性高分子および前記生物活性合成コポリマーを含む材料に関する。本開示はまた、前記生物活性合成コポリマー、前記生物活性高分子および前記材料を調製する方法に関する。
背景
長年にわたる生物の生物学および生理学のより良い理解は、生物系における既存の機能を増強するまたは置き換えるための代替材料を使用する可能性の評価につながってきた。
しかしながら、生物系中でまたは生物系と望ましく機能するための機械的および生物学的要件の両方を満たす適切な材料を特定することは、しばしば困難である。
これは、所望の生物学的属性を有する生物活性分子（例えばコラーゲン、キトサン等）が、しばしば、有用なバイオ医療用途について必要とされる機械的強度を欠くためである。例えば、そのような生物活性分子の多くは、非常に吸湿性であり、水分を吸収するとゲルとして存在し、これが、それらを、埋め込み型デバイスなどの重量を支えるバイオ医療用途における使用のためにはそれら自身では弱すぎるものとする。
一方、機械的に優れた特徴を有する合成材料は、生物系との絶え間ない相互作用を必要とする用途において適切に使用するためにそれらについて必要とされる生物学的属性を欠く。例えば、多くのそのような合成材料は、人体中に挿入するとき異物反応（ＦＢＲ）を誘導し得る。これが、移植部位周辺で引き出される炎症および他のタイプの望ましくない免疫応答をもたらし得る。
結果として得られた材料が所望の生物学的特性および機械的特性の両方を達成し得ることを期待して、これらの異なる材料を組み合わせることもまた、困難である。これは、ペプチドおよび炭水化物などの生物活性分子が、前者が親水性であり、一方で後者が疎水性であるため、しばしば合成ポリマーと適合しないためである。
すなわち、２つの異なる材料を物理的に一緒にブレンドすることはしばしば、２つの相互に適合しない材料の相分離をもたらし、得られた全体の材料を効果のないものとする。
それらの親水性における固有の違いは同様に、特にこれらの材料の分子量が比較的高いとき、これらの材料から生物活性ポリマーを化学的に合成することを極めて困難にする。これは、これら２つの化学的に異なるタイプの材料を化学的に一緒に組み合わせようとするときに克服する必要があるさまざまな複雑な化学的ハードル（例えば潜在的に高い分子内反応性、副生成物の望まれない化学的浸出等）に加えてである。
上記を考慮して、上述の問題に対処するかまたは少なくともそれらを改善する必要がある。特に、生物活性合成コポリマー、生物活性高分子、前記生物活性合成コポリマーを含む材料および上述の問題に対処するかまたは少なくともそれらを改善する関連する方法を提供する必要がある。
概要
一面においては、一般式（Ｉ）によって表される１つ以上の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）繰り返し単位および一般式（ＩＩ）によって表される１つ以上の繰り返し単位：
（式中、
Ｒ１は、任意に置換されたアルキルであり；
Ｒ２は、単結合、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニル、任意に置換されたアルキニル、任意に置換されたアルコキシアルキル、任意に置換されたアルキルカルボニルまたは任意に置換されたアルキルカルボニルアルキルから選択され；
Ｒ３は、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルまたは任意に置換されたアルキニルから選択され；
Ｌは、ヘテロアルキレンであり；
Ｘは、タンパク質、ペプチド、炭水化物、治療／薬物分子およびそれらの誘導体からなる群から選択される生物活性部分を含み；
Ｙ１は、合成ポリマーまたはその一部を含み；並びに
Ｚ１およびＺ２は、それぞれ独立して、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、ＲｂおよびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される）を含むポリ（ノルボルネン）主鎖を有する生物活性合成コポリマーが提供される。
一つの実施態様においては、一般式（Ｉ）の分子量は、一般式（ＩＩ）の分子量の３０％を超えて一般式（ＩＩ）の分子量と異ならない。
一つの実施態様においては、Ｌは、２０個の炭素原子から３００個の炭素原子を有するヘテロアルキレンである。
一つの実施態様においては、Ｌは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）である。
一つの実施態様においては、Ｌは、５００と７，０００との間の数平均分子量を有するポリエチレングリコール（ＰＥＧ）である。
一つの実施態様においては、Ｒ１は、Ｃ１－Ｃ４アルキルであり、かつＲ２は、Ｃ１－Ｃ２０アルキル、Ｃ２－Ｃ２０アルケニル、Ｃ２－Ｃ２０アルキニル、Ｃ１－Ｃ２０アルコキシ、Ｃ１－Ｃ２０アルコキシアルキル、Ｃ２－Ｃ２０アルキルカルボニルまたはＣ３－Ｃ２０アルキルカルボニルアルキルから選択される。
一つの実施態様においては、Ｒ１は、メチル、エチル、ｎ－プロピル、２－プロピル、イソプロピル、ｎ－ブチル、イソブチル、ｓｅｃ－ブチルまたはｔ－ブチルから独立して選択される直鎖または分枝Ｃ１－Ｃ４アルキル置換基であり、かつＲ２は、メチル、エチル、ｎ－プロピル、２－プロピル、イソプロピル、ｎ－ブチル、イソブチル、ｓｅｃ－ブチル、ｔ－ブチル、ヘキシル、アミル、１，２－ジメチルプロピル、１，１－ジメチルプロピル、ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、４－メチルペンチル、１－メチルペンチル、２－メチルペンチル、３－メチルペンチル、２，２－ジメチルブチル、３，３－ジメチルブチル、１，２－ジメチルブチル、１，３－ジメチルブチル、１，２，２－トリメチルプロピル、１，１，２－トリメチルプロピル、２－エチルペンチル、３－エチルペンチル、ヘプチル、１－メチルヘキシル、２，２－ジメチルペンチル、３，３－ジメチルペンチル、４，４－ジメチルペンチル、１，２－ジメチルペンチル、１，３－ジメチルペンチル、１，４－ジメチルペンチル、１，２，３－トリメチルブチル、１，１，２－トリメチルブチル、１，１，３－トリメチルブチル、５－メチルヘプチル、１－メチルヘプチル、オクチル、ノニルまたはデシルから独立して選択される直鎖または分枝Ｃ１－Ｃ２０アルキル置換基である。
一つの実施態様においては、Ｚ１およびＺ２は、ともにＣＲａＲｂであり、ここで、ＲａおよびＲｂは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される。
一つの実施態様においては、Ｘは、ペプチド配列、ラミニン由来ペプチド、インテグリン結合ペプチド、細胞透過性ペプチド、コラーゲン模倣物、コラーゲン断片、ヘパラン硫酸（ｈｅｐａｒｉｎ ｓｕｌｆａｔｅ）、グリコサミノグリカン（ＧＡＧ）およびそれらの誘導体からなる群から選択される、タンパク質、ペプチドまたは炭水化物を含む。
一つの実施態様においては、Ｘは、ＲＧＤ、ＳＲＧＤＳ、ＲＧＤＳ、Ａ５Ｇ８１（ＡＧＱＷＨＲＶＳＶＲＷＧＣ）、ＳＶＶＹＧＬＲ、（ＩＲＩＫ）２、（ＩＫＫＩ）３、ヘパリンオリゴ糖ＤＰ８、ＤＰ１０、ＤＰ１２、ＤＰ１４、ＤＰ１６、ＤＧＥＡ、（ＰＨｙｐＧ）ｎ型配列、（ＰＧＨｙｐ）ｎ型配列、（ＨｙｐＧＰ）ｎ型配列、（ＨｙｐＰＧ）ｎ型配列、（ＧＨｙｐＰ）ｎ型配列、（ＧＰＨｙｐ）ｎ型配列およびヒアルロン酸からなる群から選択される。
一つの実施態様においては、Ｘは、抗生物質、抗微生物剤、抗菌部分、血液希釈剤または抗炎症剤を含む。
一つの実施態様においては、Ｘは、ペニシリン、アモキシシリン、アムホテリシン、シプロフロキサシン（ＣＩＦ）、アトルバスタチン、アスピリン、ストレプトマイシン、リボスタマイシンおよびゲンタマイシンからなる群から選択される抗生物質、抗微生物剤、抗菌剤、血液希釈剤または抗炎症剤を含む。
一つの実施態様においては、Ｙ１は、一般式（ＩＩＩ）：
（式中、
Ａは、単結合、オキシ、カルボニル、オキシカルボニル、カルボキシル、任意に置換されたアルコキシ、任意に置換されたアルコキシアルキル、任意に置換されたアルキルカルボニル、任意に置換されたアルキルカルボニルアルキル、任意に置換されたカルボキシアルキル、任意に置換されたオキシカルボニルアルキル、任意に置換されたアルキルカルボキシルアルキル、または任意に置換されたアルコキシカルボニルアルキルから選択され；
Ｂは、１，２，３－トリアゾールまたはスクシンイミドから選択される環として任意に存在し；
Ｒ５は、単結合、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニル、任意に置換されたアルキニル、任意に置換されたアルコキシアルキル、任意に置換されたアルキルカルボニルまたは任意に置換されたアルキルカルボニルアルキルから選択され；
Ｙ２は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）（ＰＬＧＡ）、ポリ（カプロラクトン）（ＰＣＬ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアクリレート、ポリ（メタ）アクリレート、ポリアミド（ＰＡ）、およびそれらの一部からなる群から選択され；並びに
Ｔは、水素、ハロゲン、ヒドロキシル、アミノ、アシル、チオール、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニル、任意に置換されたアルキニル、任意に置換されたアルコキシ、任意に置換されたアルコキシアルキル、任意に置換されたアルキルカルボニル、任意に置換されたアルキルカルボニルアルキル、任意に置換されたカルボキシアルキル、任意に置換されたオキシカルボニルアルキル、任意に置換されたアルキルカルボキシルアルキルまたは任意に置換されたアルコキシカルボニルアルキルからなる群から選択される末端基である）によって表される。
一つの実施態様においては、Ｙ１は、以下の一般式（ＩＩＩａ）、（ＩＩＩｂ）、（ＩＩＩｃ）、（ＩＩＩｄ）、（ＩＩＩｅ）または（ＩＩＩｆ）：
から選択される。
一面においては、本明細書において開示する生物活性合成コポリマーを調製する方法であって、該方法は：
一般式（ＩＶ）によって表される１つ以上の生物活性高分子を、触媒の存在下で一般式（Ｖ）によって表される１つ以上の合成高分子と重合させて、生物活性合成コポリマー：、
（式中、
Ｒ１は、任意に置換されたアルキルであり；
Ｒ２は、単結合、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニル、任意に置換されたアルキニル、任意に置換されたアルコキシアルキル、任意に置換されたアルキルカルボニルまたは任意に置換されたアルキルカルボニルアルキルから選択され；
Ｒ３は、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルまたは任意に置換されたアルキニルから選択され；
Ｌは、ヘテロアルキレンであり；
Ｘは、タンパク質、ペプチド、炭水化物、治療／薬物分子およびそれらの誘導体からなる群から選択される生物活性部分を含み；
Ｙ１は、合成ポリマーまたはその一部を含み；並びに
Ｚ１およびＺ２は、それぞれ独立して、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、ＲｂおよびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される）を得ることを含む、方法が提供される。
一つの実施態様においては、触媒は、ルテニウム錯体を含む。
一つの実施態様においては、方法は、開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）を含む。
一面においては、本明細書において開示するコポリマーを調製するための、一般式（ＩＶ）によって表される生物活性高分子：
（式中、
Ｒ１は、任意に置換されたアルキルであり；
Ｒ３は、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルまたは任意に置換されたアルキニルから選択され；
Ｌは、ヘテロアルキレンであり；
Ｘは、タンパク質、ペプチド、炭水化物、治療／薬物分子およびそれらの誘導体からなる群から選択される生物活性部分を含み；並びに
Ｚ１は、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、ＲｂおよびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される）が提供される。
一面においては、本明細書において開示する生物活性高分子を調製する方法であって、該方法は：
（ｉ）一般式（ＶＩ）：
（式中、
Ｚ１は、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、ＲｂおよびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される）を有するジカルボン酸無水物を提供すること；
（ｉｉ）一般式（ＶＩ）を有する前記ジカルボン酸無水物をジアミンＲ４Ｒ３Ｎ－Ｌ－Ｒ１－ＮＨ２と反応させて、一般式（ＶＩＩ）：
（式中、
Ｒ１は、任意に置換されたアルキルであり；
Ｒ３およびＲ４は、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルまたは任意に置換されたアルキニルから選択され、ここで、Ｒ３およびＲ４の少なくとも１つは、Ｈであり；
Ｌは、ヘテロアルキレンであり；並びに
Ｚ１は、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、ＲｂおよびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される）を有するアミンを得ること；
（ｉｉｉ）一般式（ＶＩＩ）を有する前記アミンを酸含有生物活性部分Ｘ－Ｃ（＝Ｏ）ＯＨと反応させて、生物活性高分子を得ること（ここで、Ｘは、タンパク質、ペプチド、炭水化物、治療／薬物分子およびそれらの誘導体からなる群から選択される生物活性部分を含む）を含む、方法が提供される。
一つの実施態様においては、方法はさらに、一般式（ＶＩＩ）を有するアミンをＸ－Ｃ（＝Ｏ）ＯＨと反応させる工程の前に、一般式（ＶＩＩ）を有するアミンを精製して不純物を除去することを含む。
一つの実施態様においては、精製工程は、二重中和工程を含む。
一つの実施態様においては、二重中和工程は、酸で洗浄する第１の工程および塩基で洗浄する第２の工程を含む。
一面においては、薬剤における使用のための、本明細書において開示するコポリマーを含む材料が提供される。
一つの実施態様においては、材料は、創傷包帯、皮膚足場、骨足場、オルガノイド足場、インプラント、および医療デバイスからなる群から選択される器具の一部である。
定義
本明細書において使用する用語「ポリマー」は、繰り返し単位を含む化学化合物を指し、重合のプロセスを通して作り出される。ポリマーを構成する単位は典型的には、モノマーおよび／またはマクロモノマーから誘導される。ポリマーは典型的には、多数の構成単位の繰り返しを含む。
本明細書において使用する用語「モノマー」または「マクロモノマー」は、ポリマーを形成するためにそのような物質の１つ以上に共有結合し得る化学物質を指す。
本明細書において使用する用語「生物活性」は、生物学的効果、好ましくは生きている生命体、組織、または細胞に対して望ましいまたは正の生物学的効果を有する特性を広く指す。
本明細書において使用する用語「生体適合性」は、毒性反応、免疫反応、損傷などの有害な生理学的応答を実質的にまたは有意に引き出すことなく、生物系または生物系の一部と適合している特性を広く指す。そのような生物系または一部は、血液、細胞、組織、器官等を含む。
用語「結合（ｂｏｎｄ）」は、化合物または分子中の原子間の結合（ｌｉｎｋａｇｅ）を指す。結合は、単結合、二重結合、または三重結合であり得る。
以下の多くの置換基の定義において、「該基は末端基または架橋基であり得る」と述べられている。これは、該用語の使用が、基が末端基／部分である状況、並びに基が分子の２つの他の部分間のリンカーである状況を包含することを意図していることを意図している。例として１つの炭素原子を有する「アルキル」という用語を使用すると、末端基として存在するときは、１つの炭素原子を有する「アルキル」という用語は、－ＣＨ３を意味し得、架橋基として存在するときは、１つの炭素原子を有する「アルキル」という用語は、－ＣＨ２－を意味し得る等が理解されるであろう。
基または基の一部としての用語「アルキル」は、１から２０個の炭素原子、１から１０個の炭素原子、１から６個の炭素原子、または１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９若しくは２０個の炭素原子を有する直鎖または分枝脂肪族炭化水素基を指す。適切な直鎖および分岐アルキル置換基の例は、メチル、エチル、ｎ－プロピル、２－プロピル、イソプロピル、ｎ－ブチル、イソブチル、ｓｅｃ－ブチル、ｔ－ブチル、ヘキシル、アミル、１，２－ジメチルプロピル、１，１－ジメチルプロピル、ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、４－メチルペンチル、１－メチルペンチル、２－メチルペンチル、３－メチルペンチル、２，２－ジメチルブチル、３，３－ジメチルブチル、１，２－ジメチルブチル、１，３－ジメチルブチル、１，２，２－トリメチルプロピル、１，１，２－トリメチルプロピル、２－エチルペンチル、３－エチルペンチル、ヘプチル、１－メチルヘキシル、２，２－ジメチルペンチル、３，３－ジメチルペンチル、４，４－ジメチルペンチル、１，２－ジメチルペンチル、１，３－ジメチルペンチル、１，４－ジメチルペンチル、１，２，３－トリメチルブチル、１，１，２－トリメチルブチル、１，１，３－トリメチルブチル、５－メチルヘプチル、１－メチルヘプチル、オクチル、ノニル、デシル等を含む。該基は、末端基または架橋基であり得る。
基または基の一部としての用語「アルケニル」は、少なくとも１つの炭素－炭素二重結合を含有し、鎖中に２から２０個の炭素原子、２から１０個の炭素原子、２から６個の炭素原子、または２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９若しくは２０個の炭素原子を有する直鎖または分枝であり得る脂肪族炭化水素基を意味する。該基は、複数の二重結合を含有し得、各二重結合についての方向は、独立してＥまたはＺである。例示的なアルケニル基は、エテニル、ビニル、アリル、１－メチルビニル、１－プロペニル、２－プロペニル、２－メチル－１－プロペニル、２－メチル－１－プロペニル、１－ブテニル、２－ブテニル、３－ブテンチル、１，３－ブタジエニル、１－ペンテニル、２－ペンテンチル、３－ペンテニル、４－ペンテニル、１，３－ペンタジエニル、２，４－ペンタジエニル、１，４－ペンタジエニル、３－メチル－２－ブテニル、１－ヘキセニル、２－ヘキセニル、３－ヘキセニル、１，３－ヘキサジエニル、１，４－ヘキサジエニル、２－メチルペンテニル、１－ヘプテニル、２－ヘプテンチル、３－ヘプテニル、１－オクテニル、２－オクテニル、３－オクテニル、１－ノネニル、２－ノネニル、３－ノネニル、１－デセニル、２－デセニル、３－デセニル等を含むが、これらに限定されない。該基は、末端基または架橋基であり得る。
基または基の一部としての用語「アルキニル」は、少なくとも１つの炭素－炭素三重結合を含有し、鎖中に２から２０個の炭素原子、２から１０個の炭素原子、２から６個の炭素原子、または２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９若しくは２０個の炭素原子を有する直鎖または分枝であり得る脂肪族炭化水素基を意味する。該基は、複数の三重結合を含有し得る。例示的なアルキニル基は、アセチレニル、プロピニル、１－ブチニル、２－ブチニル、３－ブチニル、１－ペンチニル、２－ペンチニル、３－メチル－１－ブチニル、４－ペンチニル、１－ヘキシニル、２－ヘキシニル、５－ヘキシニル、１－ヘプチニル、２－ヘプチニル、６－ヘプチニル、１－オクチニル、２－オクチニル、７－オクチニル、１－ノニニル、２－ノニニル、８－ノニニル、１－デシニル、２－デシニル、９－デシニル等を含むが、これらに限定されない。該基は、末端基または架橋基であり得る。
本明細書において使用する用語「ヘテロアルキレン」は、Ｏ、ＮＲ、Ｓｉ、ＰまたはＳから選択されるヘテロ原子で置き換えられた１つ以上の－ＣＨ２－を有するアルキレンを指し、ここで、Ｒは、水素または本明細書において定義するアルキルである。用語「ヘテロアルキレン」は、直鎖状、分枝状または環状であり得、５００個までの炭素原子を含有し得る。
本明細書において使用する用語「アルコキシ」は、直鎖または分岐アルキルオキシ基を指す。例は、メトキシ、エトキシ、ｎ－プロポキシ、イソプロポキシ、ｔｅｒｔ－ブトキシ等を含む。
本明細書において使用する用語「アルコキシアルキル」は、－Ｒ－Ｏ－Ｒ’ （式中、ＲおよびＲ’は、本明細書において定義するアルキルである）を含有する基を広く指すことを意図している。該基は、末端基または架橋基であり得る。
本明細書において使用する用語「アルキルカルボニル」は、－Ｒ－Ｃ（＝Ｏ）－（式中、Ｒは、本明細書において定義するアルキルである）を含有する基を広く指すことを意図している。該基は、末端基または架橋基であり得る。
本明細書において使用する用語「アルキルカルボニルアルキル」は、－Ｒ－Ｃ（＝Ｏ）－Ｒ’ （式中、ＲおよびＲ’は、本明細書において定義するアルキルである）を含有する基を広く指すことを意図している。該基は、末端基または架橋基であり得る。
本明細書において使用する用語「カルボキシルアルキル」は、－Ｃ（＝Ｏ）－Ｏ－Ｒ（式中、Ｒは、本明細書において定義するアルキルである）を含有する基を広く指すことを意図している。該基は、末端基または架橋基であり得る。
本明細書において使用する用語「オキシカルボニルアルキル」は、－Ｏ－Ｃ（＝Ｏ）－Ｒを含有する基を広く指すことを意図しており、ここで、Ｒは、本明細書において定義するアルキルである。該基は、末端基または架橋基であり得る。
本明細書において使用する用語「アルキルカルボキシルアルキル」は、－Ｒ－Ｃ（＝Ｏ）－Ｏ－Ｒ’ （式中、ＲおよびＲ’は、本明細書において定義するアルキルである）を含有する基を広く指すことを意図している。該基は、末端基または架橋基であり得る。
本明細書において使用する用語「アルコキシカルボニルアルキル」は、－Ｒ－Ｏ－Ｃ（＝Ｏ）－Ｒ’ （式中、ＲおよびＲ’は、本明細書において定義するアルキルである）を含有する基を広く指すことを意図している。該基は、末端基または架橋基であり得る。
本明細書において使用する用語「オキシ」は、－Ｏ－を含有する基を広く指すことを意図している。
本明細書において使用する用語「カルボニル」は、－Ｃ（＝Ｏ）－を含有する基を広く指すことを意図している。
本明細書において使用する用語「オキシカルボニル」は、－Ｏ－Ｃ（＝Ｏ）－を含有する基を広く指すことを意図している。
本明細書において使用する用語「カルボキシル」は、－Ｃ（＝Ｏ）－Ｏ－Ｒ（式中、Ｒは、水素または有機基である）を含有する基を広く指すことを意図している。
用語「ハロゲン」は、塩素、フッ素、臭素またはヨウ素を表す。用語「ハロ」は、クロロ、フルオロ、ブロモまたはヨードを表す。
用語「アミン基」等は、－ＮＲ２（式中、Ｒは、独立して水素または有機基である）を含有する基を広く指すことを意図している。該基は、末端基または架橋基であり得る。
用語「アミド基」等は、－Ｃ（＝Ｏ）ＮＲ２（式中、Ｒは、独立して水素または有機基である）を含有する基を広く指すことを意図している。該基は、末端基または架橋基であり得る。
用語「任意に置換された」は、化学構造または部分を説明するために使用するとき、その水素原子の１つ以上が、アルコール、アルコキシ、アルカノイルオキシ、アルコキシカルボニル、アルケニル、アルキル（例えば、メチル、エチル、プロピル、ｔ－ブチル）、アルキニル、アルキルカルボニルオキシ（－ＯＣ（Ｏ）アルキル）、アミド（－Ｃ（Ｏ）ＮＨ－アルキル－または－アルキルＮＨＣ（Ｏ）アルキル）、アミン（アルキルアミノ、アリールアミノ、アリールアルキルアミノなどの）、アリール、アリールオキシ、アゾ、カルバモイル（－ＮＨＣ（Ｏ）Ｏ－アルキル－または－ＯＣ（Ｏ）ＮＨ－アルキル）、カルバミル（例えば、ＣＯＮＨ２、並びにＣＯＮＨ－アルキル、ＣＯＮＨ－アリール、およびＣＯＮＨ－アリールアルキル）、カルボキシル、カルボン酸、シアノ、エステル、エーテル（例えば、メトキシ、エトキシ）、ハロ、ハロアルキル（例えば、－ＣＣｌ３、－ＣＦ３、－Ｃ（ＣＦ３）３）、ヘテロアルキル、イソシアネート、イソチオシアネート、ニトリル、ニトロ、ホスホジエステル、スルフィド、スルホンアミド（例えば、ＳＯ２ＮＨ２）、スルホン、スルホニル（アルキルスルホニル、アリールスルホニルおよびアリールアルキルスルホニルを含む）、スルホキシド、チオール（例えば、スルフヒドリル、チオエーテル）またはウレア（－ＮＨＣＯＮＨ－アルキル－）などのの化学部分または官能基で任意に置換されている化学構造または部分を指す。
本明細書において使用する用語「マイクロ」は、約１ミクロンから約１０００ミクロンまでの寸法を含むように広く解釈されるべきである。
本明細書において使用する用語「ナノ」は、約１０００ｎｍ未満、約５００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満または約５０ｎｍ未満の寸法を含むように広く解釈されるべきである。
この説明において使用する用語「結合（ｃｏｕｐｌｅｄ）」または「接続（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」は、他に述べない限り、直接接続または１つ以上の中間手段を通した接続の両方をカバーすることを意図している。
２つの要素を指すときに本明細書において使用する用語「関連する」は、２つの要素間の広範な関係を指す。該関係は、物理的、化学的または生物学的関係を含むが、これらに限定されない。例えば、要素Ａが要素Ｂと関連しているとき、要素ＡおよびＢは互いに直接または間接的に付着し（ａｔｔａｃｈｅｄ）得るか、または要素Ａは要素Ｂを含有し得るか若しくはその逆である。
２つの要素を指すときに本明細書において使用する用語「隣接する」は、１つの要素が別の要素に近接していることを指し、互いに接触する要素であり得るが、これに限定されず、または１つ以上の、それらの間に配置されるさらなる要素によって分離されている要素をさらに含み得る。
用語「および／または」、例えば、「Ｘおよび／またはＹ」は、「ＸおよびＹ」または「ＸまたはＹ」のいずれかを意味すると理解され、両方の意味またはいずれかの意味についての明確な支持を提供するものと解されるべきである。
さらに、本明細書における説明においては、単語「実質的に」は、使用するときはいつでも、「完全に（ｅｎｔｉｒｅｌｙ）」または「完全に（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ）」等を含むが、これらに制限されないと理解される。さらに、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」などの用語は、使用するときはいつでも、それらが、明示的に列挙されていない他の構成要素に加えて、そのような用語の後に列挙される要素／構成要素を広く含むという点で、非制限的な記述言語であることを意図している。例えば、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」を使用するとき、「１つの」特徴への言及はまた、その特徴の「少なくとも１つの」への言及であることも意図している。「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ）」、「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔ）」などの用語は、適切な文脈においては、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」などの用語のサブセットとして見なされ得る。従って、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」などの用語を使用する、本明細書において開示する実施態様においては、これらの実施態様は、「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ）」、「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔ）」などの用語を使用する、対応する実施態様についての教示を提供することが理解されるであろう。さらに、「約」、「およそ」などの用語は、使用するときはいつでも、典型的には、合理的な変動、例えば、開示する値の＋／－５％の変動、または開示する値の４％の変動、または開示する値の３％の変動、開示する値の２％の変動または開示する値の１％の変動を意味する。
さらに、本明細書における説明においては、特定の値が、範囲中で開示され得る。範囲の終点を示す値は、好ましい範囲を例示することを意図している。範囲を説明するときはいつでも、その範囲は、その範囲内の個々の数値だけでなく、全ての可能な下位範囲をカバーし、教示することを意図している。すなわち、範囲の終点は、柔軟性のない制限として解釈されるべきではない。例えば、１％から５％の範囲の説明は、１％から２％、１％から３％、１％から４％、２％から３％等の下位範囲、並びに個別に、１％、２％、３％、４％、５％などのその範囲内の値を具体的に開示したことを意図している。範囲内の個々の数値はまた、整数、分数および小数も含むことが理解されるべきである。さらに、範囲を説明するときはいつでも、該範囲は、示された数値端点から２桁までの追加の小数点以下または有効数字（適切な場合）の値をカバーし、教示することも意図している。例えば、１％から５％の範囲の説明は、１．００％から５．００％およびまた１．０％から５．０％の範囲並びに該範囲にまたがる全てのそれらの中間値（１．０１％、１．０２％．．．４．９８％、４．９９％、５．００％および１．１％、１．２％．．．４．８％、４．９％、５．０％等）を具体的に開示したことを意図している。上記の特定の開示の意図は、範囲の任意の深さ／幅に適用可能である。
さらに、いくつかの実施態様を説明するとき、本開示は、方法および／またはプロセスを特定の一連の工程として開示している場合がある。しかしながら、他に必要とされない限り、方法またはプロセスは、開示した特定の一連の工程に限定されるべきではないことが理解されるであろう。他の一連の工程も、可能であり得る。本明細書において開示する工程の特定の順序は、過度の制限として解釈されるべきではない。他に必要とされない限り、本明細書において開示する方法および／またはプロセスは、記載する順序で行う工程に限定されるべきではない。工程の順序は、変更し得、依然として本開示の範囲内にある。
さらに、本開示が、本明細書において論じる特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）／特徴（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）の１つ以上を有する実施態様を提供する一方で、これらの特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）／特徴（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）の１つ以上はまた、他の代替実施態様においては放棄し得、本開示は、そのような放棄およびこれらの関連する代替実施態様についての支持を提供することが理解されるであろう。
実施態様の説明
生物活性合成コポリマー、該生物活性合成コポリマーを調製するための生物活性高分子、該生物活性合成コポリマーを含む材料および関連する方法の例示的で非限定的な実施態様を、以下に開示する。
生物活性合成コポリマー
一般式（Ｉ）によって表される１つ以上の繰り返し単位および一般式（ＩＩ）によって表される１つ以上の繰り返し単位：
（式中、
Ｒ１は、任意に置換されたアルキルであり；
Ｒ２は、単結合、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニル、任意に置換されたアルキニル、任意に置換されたアルコキシアルキル、任意に置換されたアルキルカルボニルまたは任意に置換されたアルキルカルボニルアルキルから選択され；
Ｒ３は、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルまたは任意に置換されたアルキニルから選択され；
Ｌは、ヘテロアルキレンであり；
Ｘは、タンパク質、ペプチド、炭水化物、治療／薬物分子およびそれらの誘導体からなる群から選択される生物活性部分を含み；
Ｙ１は、合成ポリマーまたはその一部を含み；並びに
Ｚ１およびＺ２は、それぞれ独立して、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、ＲｂおよびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される）を含むポリ（ノルボルネン）主鎖を有する生物活性合成コポリマーが提供される。
さまざまな実施態様において、一般式（Ｉ）によって表される繰り返し単位および／または部分Ｘは、生物活性、生体適合性および／または生分解性を有する。さまざまな実施態様において、一般式（ＩＩ）によって表される繰り返し単位および／または部分Ｙ１は、良好な機械的強度／硬度を有する。さまざまな実施態様において、一般式（ＩＩ）によって表される繰り返し単位および／または部分Ｙ１は、一般式（Ｉ）によって表される繰り返し単位および／または部分Ｘよりも高い機械的強度を有する。有利なことに、生物活性合成コポリマーにおける一般式（Ｉ）および（ＩＩ）によって表される繰り返し単位の存在は、該コポリマーに生物活性および機械的強度の両方を付与し、機械的に強い生物活性コポリマーにつながる。さまざまな実施態様において、該コポリマーはまた、生体適合性および／または生分解性であり得る。従って、さまざまな実施態様において、該コポリマーは、生体材料として分類することができる。有利なことに、合成生物活性側鎖の存在のため、生物活性合成コポリマーはまた、ペプチド、タンパク質、炭水化物またはグリコサミノグリカンなどの従来の生体分子よりも高い熱安定性も有し得る。さらにより有利なことに、生物活性合成コポリマーの熱安定性は、該コポリマーの実施態様が高温での加工、または２００℃を超える溶融押出などの過酷な材料加工についてさえ適することを可能とし、該コポリマーをバイオ医療デバイスなどの用途における使用について理想的／魅力的なものとする。さまざまな実施態様において、合成ポリマーは、実質的にまたは完全に非生物活性であるか、または少なくとも生物活性部分よりも生物活性が低い。
さまざまな実施態様において、Ｌは、生物活性部分Ｘをポリ（ノルボルネン）主鎖に連結するポリマーリンカーである。有利なことに、Ｌは、生物活性部分ＸのサイズおよびＹ１中に存在する合成ポリマーのサイズに基づいて、調整および／またはカスタマイズ可能であるように設計される。ポリマーリンカーＬの分子量および／または長さは、コポリマーが使用される用途に依存して、生物活性部分ＸおよびＹ１について選択した合成ポリマーの分子量および／または長さに適するようにカスタマイズし得る。例えば、皮膚足場においては、より短い合成ポリマー（例えば、ＰＣＬまたはＰＬＡ）の側鎖が速い分解のために好まれるが、一方で骨足場においては、より長い合成ポリマー（例えば、ＰＣＬまたはＰＬＡ）の側鎖が体の中でのより遅い分解のために選択される。理論によって拘束されるものではないが、骨組織は皮膚組織よりもゆっくり増殖すると予想され、そのため、骨足場は、骨組織が再生するために長期間にわたって体の中で無傷で留まる必要があり、急速に分解することはできないと考えられている。例えば、包帯、または特に熱安定性および／または機械的強度特性を必要とする非生分解性の不織繊維における用途については、一般的な溶媒におけるそれらの悪い溶解性のため、低分子量が合成ポリマーについて好まれる。さまざまな実施態様において、低分子量を有する合成ポリマーは、例えば、合成ポリマーが高度に不溶性であるとき、例えばポリアミド（ＰＡ）であるとき、約５，０００以下の分子量を有する合成ポリマーを含む。他の実施態様においては、例えば、合成ポリマーの不溶性が低いとき、約１０，０００以下の分子量を有する合成ポリマーが使用し得る／許容し得る。
さまざまな実施態様において、ポリマーリンカーＬの分子量および／または長さは、一般式（Ｉ）によって表される繰り返し単位の全体の分子サイズが、一般式（ＩＩ）によって表される繰り返し単位の分子サイズと同様である／同等であるように選択する。例えば、４，０００の分子量を有するＰＣＬをＹ１についての合成ポリマーの選択肢として選択し、約４００から約５００の分子量を有するペプチドを生物活性部分Ｘの選択肢として選択する場合、そのときは、Ｌは、約３，４００の分子量を含むように設計し得る。さまざまな実施態様において、一般式（Ｉ）の分子量を一般式（ＩＩ）の分子量に適合させるために調整されるのはＬの長さであることが理解されるであろう。
さまざまな実施態様において、一般式（Ｉ）の分子量は、一般式（ＩＩ）の分子量と同等である／実質的に同様である。さまざまな実施態様において、一般式（Ｉ）の分子量は、一般式（ＩＩ）の分子量の３０％を超えて一般式（ＩＩ）の分子量とは異ならない、またはその逆である。例えば、一般式（Ｉ）の分子量は、一般式（ＩＩ）の分子量より最大で約３０％多く若しくは最大で３０％少なくあり得るか、またはその逆である。一般式（Ｉ）の分子量は、一般式（ＩＩ）の分子量の約３０％を超えて、約２５％を超えて、約２０％を超えて、約１５％を超えて、約１０％を超えて、約５％を超えて、約４％を超えて、約３％を超えて、約２％を超えて、若しくは約１％を超えて一般式（ＩＩ）の分子量と異なり得ず、またはその逆である。さまざまな実施態様において、一般式（Ｉ）の分子量は、一般式（ＩＩ）の分子量の約２０％を超えて一般式（ＩＩ）の分子量とは異ならない、またはその逆である。例えば、一般式（Ｉ）の分子量は、一般式（ＩＩ）の分子量より最大で約２０％多く若しくは最大で２０％少なくあり得るか、またはその逆である。有利なことに、生物活性部分を有する繰り返し単位は、合成ポリマーを有する繰り返し単位の分子サイズ／重量／長さと同様であるそれを有するため、生物活性部分Ｘの長さを延長し、それによってＸが、「見える」こと、細胞への結合のために利用可能であることまたは所望の生物活性のためにその標的の生理学的部位にアクセス可能であること、すなわち合成ポリマーの海／マトリックス中に埋もれないことを可能にする。
さまざまな実施態様において、一般式（Ｉ）の分子量は、約１５，０００、約１４，０００、約１３，０００、または少なくとも約１２，０００である。さまざまな実施態様において、一般式（Ｉ）の分子量は、約１００から約１５，０００、約２００から約１４，０００、約３００から約１３，０００、約４００から約１２，０００、約５００から約１１，０００、約１，０００から約１０，０００、約１，５００から約９，５００、約２，０００から約９，０００、約２，５００から約８，５００、約３，０００から約８，０００、約３，５００から約７，５００、約４，０００から約７，０００、約４，５００から約６，５００、約５，０００から約６，０００または約５，５００である。さまざまな実施態様において、Ｘが１０を超えるアミノ酸を含有するより長いペプチドを含み、Ｌの分子量が約６，０００であるとき、そのときは、一般式（Ｉ）の分子量は、約７，０００を超える。
さまざまな実施態様において、一般式（ＩＩ）の分子量は、約１００から約１５，０００、約２００から約１４，０００、約３００から約１３，０００、約４００から約１２，０００、約５００から約１１，０００、約１，０００から約１０，０００、約１，５００から約９，５００、約２，０００から約９，０００、約２，５００から約８，５００、約３，０００から約８，０００、約３，５００から約７，５００、約４，０００から約７，０００、約４，５００から約６，５００、約５，０００から約６，０００または約５，５００である。
さまざまな実施態様において、一般式（Ｉ）および一般式（ＩＩ）の総分子量は、約３００，０００、約３００，０００以下、約２００，０００以下、約１００，０００以下、約９０，０００以下、約８０，０００以下、約７０，０００以下、約６０，０００以下、約５０，０００以下、約４５，０００以下、約４０，０００以下、約３５，０００以下、約３０，０００以下、約２５，０００以下、約２０，０００以下、または約１５，０００以下に保たれ、共重合を促進する。
さまざまな実施態様において、Ｌは、親水性である。Ｌが調整可能であるため、一般式（Ｉ）によって表される繰り返し単位の親水性、およびまた生物活性合成コポリマーの全体の親水性も、所望どおりに調整し得る。有利なことに、Ｌの存在は、一般式（Ｉ）によって表される繰り返し単位の親水性、およびまた生物活性合成コポリマーの全体の親水性を増加させる。さらにより有利なことに、Ｌの存在は、生物活性合成コポリマーの親水性を増加させ、従って疎水性である合成ポリマー鎖を軟かくし、該コポリマーを、加工後、より堅くないものとする。個々の生物活性部分は一般に親水性であり、一方で合成ポリマーは一般に疎水性であるため、生物活性部分および合成ポリマーは典型的には相互に適合しないことが、当業者によって理解されるであろう。有利なことに、一般式（Ｉ）によって表される繰り返し単位中のＬはまた、Ｌの末端に付着する生物活性部分Ｘの鎖長を延長するためにも使用される。
さまざまな実施態様において、Ｌは、アモルファスである。有利なことに、Ｌの存在は、生物活性合成コポリマーの非晶質性を増加させおよび／または結晶性を減少させ、該コポリマーを、ポリスチレン系材料などのより柔らかいまたはより堅くないプラスチックを作り出すのに有用なものとする。
さまざまな実施態様において、Ｌは、少なくとも２０個の炭素原子、少なくとも３０個の炭素原子、少なくとも４０個の炭素原子、少なくとも５０個の炭素原子、少なくとも６０個の炭素原子、少なくとも７０個の炭素原子、少なくとも８０個の炭素原子、少なくとも９０個の炭素原子、少なくとも１００個の炭素原子、少なくとも１５０個の炭素原子、少なくとも２００個の炭素原子、少なくとも２５０個の炭素原子または少なくとも３００個の炭素原子を有するヘテロアルキレンである。さまざまな実施態様において、Ｌは、Ｃ２０－Ｃ３００ヘテロアルキレンまたは２０個の炭素原子から３００個の炭素原子を有するヘテロアルキレンである。
さまざまな実施態様において、Ｌは、約５００と約７，０００との間の数平均分子量を有する。Ｌは、約６００、約７００、約８００、約９００、約１，０００、約１，５００、約２，０００、約２，５００、約３，０００、約３，５００、約４，０００、約４，５００、約５，０００、約５，５００、約６，０００、約６，５００または約７，０００の数平均分子量を有し得る。さまざまな実施態様において、Ｘが小さな生物活性部分を含むとき、一般式（Ｉ）および一般式（ＩＩ）の総分子量が約１０，０００以下に保たれるように、Ｌの分子量は、約７，０００に調整し得る。さまざまな実施態様において、Ｌの数平均分子量は、約１，０００から約６，０００である。
さまざまな実施態様において、Ｌ中のヘテロ原子は、Ｏである。さまざまな実施態様において、Ｌは、ポリアルキレングリコールである。さまざまな実施態様において、Ｌは、ポリ（Ｃ２－Ｃ４アルキレングリコール）である。Ｌは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）、ポリテトラメチレングリコール（ＰＴＭＧ）、ポリブチレングリコール（ＰＢＧ）等からなる群から選択し得る。有利なことに、ＰＥＧなどのポリアルキレングリコールの使用は、マクロモノマーおよび結果として得られるコポリマーの親水性を増加させ得る。さまざまな実施態様において、ＰＥＧなどのポリアルキレングリコールは、末端基としての代わりに、全体のポリマーにおけるスペーサー、リンカーまたは連結基として使用する。
さまざまな実施態様において、Ｌは、少なくとも約１０個の繰り返し単位、少なくとも約１５個の繰り返し単位、少なくとも約２０個の繰り返し単位、少なくとも約２１個の繰り返し単位、少なくとも約２２個の繰り返し単位、少なくとも約２３個の繰り返し単位、少なくとも約２４個の繰り返し単位、少なくとも約２５個の繰り返し単位、少なくとも約３０個の繰り返し単位、少なくとも約４０個の繰り返し単位、少なくとも約５０個の繰り返し単位、少なくとも約６０個の繰り返し単位、少なくとも約７０個の繰り返し単位、少なくとも約８０個の繰り返し単位、少なくとも約９０個の繰り返し単位、少なくとも約１００個の繰り返し単位、少なくとも約１５０個の繰り返し単位、少なくとも約２００個の繰り返し単位、または少なくとも約２５０個の繰り返し単位を有するポリアルキレングリコールである。さまざまな実施態様において、Ｌは、約１０個のモノマー／繰り返し単位から約２５０個のモノマー／繰り返し単位を含む。短いＰＥＧ鎖を使用する従来のポリマーとは異なり、本明細書において開示する生物活性合成コポリマーの実施態様は、Ｌに少なくとも２１個の繰り返し単位の長いポリアルキレングリコール鎖を組み込む。
さまざまな実施態様において、Ｌは、ＰＥＧ５００、ＰＥＧ６００、ＰＥＧ７００、ＰＥＧ８００、ＰＥＧ９００、ＰＥＧ１０００、ＰＥＧ１１００、ＰＥＧ１２００、ＰＥＧ１３００、ＰＥＧ１４００、ＰＥＧ１５００、ＰＥＧ２０００、ＰＥＧ２５００、ＰＥＧ３０００、ＰＥＧ３５００、ＰＥＧ４０００、ＰＥＧ４５００、ＰＥＧ５０００、ＰＥＧ５５００、ＰＥＧ６０００、ＰＥＧ６６００およびそれらの混合物からなる群から選択される。
さまざまな実施態様において、Ｘは、以下の配置：－Ｒ１－Ｌ－ＮＲ３－Ｃ（＝Ｏ）－Ｘ中のカルボン酸官能基を通してポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）主鎖に結合する。有利なことに、カルボン酸官能基を通してＸを連結することにより、Ｘ中のアミン末端基は、その生物活性を送達することのために完全に自由であり、従ってＸのバイオアベイラビリティを保証する。アミン基は生物活性を付与するため、生物活性部分中のアミン基をポリマー結合のために使い果たすことは望ましくないかもしれないことが理解されるであろう。
さまざまな実施態様において、Ｘは、ペプチド／アミド結合、すなわち－ＮＲ３－Ｃ（＝Ｏ）－を介してポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）主鎖に結合する。有利なことに、本明細書において開示する生物活性合成コポリマーは、エステル結合を含有する従来のポリマーよりもかなり強くおよび／または安定である。理論によって拘束されるものではないが、エステル結合は、生物活性部分を血流中に放出して、生物活性部分の早期代謝につながり得る加水分解をより受けやすいため、アミド結合は、エステル結合よりも強いと考えられている。
さまざまな実施態様において、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルコキシアルキル、アルキルカルボニルおよびアルキルカルボニルアルキル中のＨ原子の１つ以上は、ヒドロキシ、ヒドロキシアルキル、ハロゲン、ハロアルキル、シアノ、シアノアルキルおよびニトロによって任意に置き換えられる。
さまざまな実施態様において、Ｒ１は、Ｃ１－Ｃ２０アルキルから選択される。Ｃ１－Ｃ２０アルキル置換基は、メチル、エチル、ｎ－プロピル、２－プロピル、イソプロピル、ｎ－ブチル、イソブチル、ｓｅｃ－ブチル、ｔ－ブチル、ヘキシル、アミル、１，２－ジメチルプロピル、１，１－ジメチルプロピル、ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、４－メチルペンチル、１－メチルペンチル、２－メチルペンチル、３－メチルペンチル、２，２－ジメチルブチル、３，３－ジメチルブチル、１，２－ジメチルブチル、
１，３－ジメチルブチル、１，２，２－トリメチルプロピル、１，１，２－トリメチルプロピル、２－エチルペンチル、３－エチルペンチル、ヘプチル、１－メチルヘキシル、２，２－ジメチルペンチル、３，３－ジメチルペンチル、４，４－ジメチルペンチル、１，２－ジメチルペンチル、１，３－ジメチルペンチル、１，４－ジメチルペンチル、１，２，３－トリメチルブチル、１，１，２－トリメチルブチル、１，１，３－トリメチルブチル、５－メチルヘプチル、１－メチルヘプチル、オクチル、ノニル、デシル等から選択される直鎖または分枝置換基であり得る。Ｒ１は、直鎖または分枝Ｃ１－Ｃ４アルキル置換基であり得る。さまざまな実施態様において、Ｒ１の長さは、Ｌにおける繰り返し単位の長さと同じである。例えば、Ｌがポリ（ブチレングリコール）である場合、そのときは、Ｒ１は、ブチルである。別の例においては、Ｌがポリ（エチレングリコール）である場合、そのときは、Ｒ１は、エチルである。さまざまな実施態様において、Ｒ１は、Ｌに適合するように注意深く設計されることが理解されるであろう。
さまざまな実施態様において、Ｒ３は、Ｈ、Ｃ１－Ｃ２０アルキル、Ｃ２－Ｃ２０アルケニルまたはＣ２－Ｃ２０アルキニルから選択される。
さまざまな実施態様において、Ｚ１およびＺ２は、それぞれ独立して、ＣＨ２、Ｏ、ＮＨ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択される。ポリ（ノルボルネン）主鎖は、ポリ（ノルボルネン－イミド）、ポリ（ノルボルネン－ジカルボキシイミド）、ポリ（ノルボルネン）主鎖は、ポリ（５－ノルボルネン－２，３－ジカルボキシイミド）、ポリ（７－オキサノルボルネン）、ポリ（オキサノルボルネン－イミド）、ポリ（オキサノルボルネン－ジカルボキシイミド）等からなる群から選択し得る。さまざまな実施態様において、Ｚ１およびＺ２は、それぞれ独立して、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、Ｒｂ、およびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、Ｃ１－Ｃ２０アルキル、Ｃ１－Ｃ２０アルケニルおよびＣ１－Ｃ２０アルキニルからなる群から選択される。さまざまな実施態様において、Ｚ１は、ＣＨ２である。さまざまな実施態様において、Ｚ２は、ＣＨ２である。
さまざまな実施態様において、Ｘは、タンパク質、ペプチド、炭水化物、治療／薬物分子およびそれらの誘導体から選択される生物活性部分を含む。さまざまな実施態様において、タンパク質、ペプチド、炭水化物または治療／薬物分子それらの誘導体は、１つのカルボン酸末端基を含有するように任意に修飾されているまたは修飾されたタンパク質、ペプチド、炭水化物または治療／薬物分子を含む。いくつかの実施態様においては、生物活性部分は、１つのみのカルボン酸末端基を含有する。
さまざまな実施態様において、生物活性部分は、モノカルボン酸を含む。有利なことに、モノカルボン酸末端基を有する生物活性部分の使用は、さもなければ２つ以上のカルボン酸がある場合に起こり得る望ましくない架橋の可能性を回避する。さまざまな実施態様において従って、生物活性部分Ｘは、２つ以上のカルボン酸末端基、例えば、ジカルボン酸またはトリカルボン酸が実質的にない。
さまざまな実施態様において、Ｘは、タンパク質またはペプチドを含む。Ｘは、ペプチド配列、ラミニン由来ペプチド、インテグリン結合ペプチド、細胞透過性ペプチド、コラーゲン模倣物またはコラーゲン断片であり得る。さまざまな実施態様において、Ｘは、任意の配列の、２から５０個のアミノ酸残基、２から４０個のアミノ酸残基または２から２０個のアミノ酸残基を含む。さまざまな実施態様において、Ｘは、任意の配列の、５０個のアミノ酸残基、４０個のアミノ酸残基、３０個のアミノ酸残基、２５個のアミノ酸残基、２０個のアミノ酸残基、１５個のアミノ酸残基、１０個のアミノ酸残基、９個のアミノ酸残基、８個のアミノ酸残基を含む、７個のアミノ酸残基、６個のアミノ酸残基、５個のアミノ酸残基、４個のアミノ酸残基または３個のアミノ酸残基を含む。アミノ酸残基は、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、メチオニン、プロリン、フェニルアラニン、トリプトファン、アスパラギン、グルタミン、グリシン、セリン、トレオニン、セリン、アスパラギン、グルタミン、チロシン、システイン、リジン、アルギニン、ヒスチジン、アスパラギン酸およびグルタミン酸からなる群から選択し得る。さまざまな実施態様において、Ｘは、３から２０個の天然アミノ酸を含むペプチド配列である。Ｘは、アルギニン－グリシン－アスパラギン酸（ＲＧＤ）、ＳＲＧＤＳおよびＲＧＤＳからなる群から選択されるインテグリン結合ペプチド；ラミニン由来ペプチドＡ５Ｇ８１（ＡＧＱＷＨＲＶＳＶＲＷＧＣ）；オステオポンチン由来ペプチドＳＶＶＹＧＬＲ；（ＩＲＩＫ）２または（ＩＫＫＩ）３から選択される細胞透過性／抗微生物ペプチドであり得る。さまざまな実施態様において、Ｘは、任意の配列または順列の、３から２０単位の、グリシン（Ｇ）、プロリン（Ｐ）およびヒドロキシプロリン（Ｈｙｐ）を含むコラーゲン配列である。Ｘは、（ＰＨｙｐＧ）ｎ型配列、（ＰＧＨｙｐ）ｎ型配列、（ＨｙｐＧＰ）ｎ型配列、（ＨｙｐＰＧ）ｎ型配列、（ＧＨｙｐＰ）ｎ型配列、（ＧＰＨｙｐ）ｎ型配列またはコラーゲン模倣ＤＧＥＡを有するコラーゲン断片であり得る。
さまざまな実施態様において、Ｘは、炭水化物を含む。さまざまな実施態様において、Ｘは、単糖、二糖、オリゴ糖または多糖を含む。さまざまな実施態様において、Ｘは、２から５０個の糖単位、２から４０個の糖単位、２から２０個の糖単位または１０から１４個の糖単位を含む。さまざまな実施態様において、Ｘは、５０個の糖単位、４０個の糖単位、３０個の糖単位、２５個の糖単位、２０個の糖単位、１５個の糖単位、１４個の糖単位、１３個の糖単位、１２個の糖単位、１１個の糖単位、１０個の糖単位、９個の糖単位、８個の糖単位、７個の糖単位、６個の糖単位、５個の糖単位、４個の糖単位または３個の糖単位または２個の糖単位を含む。Ｘは、ヘパラン硫酸（ＨＳ）またはグリコサミノグリカン（ＧＡＧ）であり得る。さまざまな実施態様において、Ｘは、ＤＰ８、ＤＰ１０、ＤＰ１２、ＤＰ１４およびＤＰ１６からなる群から選択されるヘパラン硫酸／オリゴ糖である。さまざまな実施態様において、Ｘは、グリコサミノグリカン（ＧＡＧ）の最も単純な形態であるヒアルロン酸である。
さまざまな実施態様において、Ｘは、そのヒドロキシ基を介して一般式（Ｉ）の残りの部分に化学的に結合している。例えば、Ｘが炭水化物／糖類であるとき、Ｘを一般式（Ｉ）に連結するために、酸化および／または還元的アミノ化反応を炭水化物のヒドロキシ上で実施し得る。糖上の－ＣＨ２ＯＨは、－Ｃ（＝Ｏ）Ｈに酸化し得、これが引き続き、Ｌ上の－ＮＨ２末端を使用する還元的アミノ化を受け、ペプチド結合を作り出す。
さまざまな実施態様において、Ｘは、１つのカルボン酸末端基を含有したか、または含有するように修飾された炭水化物／糖類を含む。酸化などの１つ以上の化学反応による修飾を炭水化物／糖類上で実施して、カルボン酸基を作り出し得る。さまざまな実施態様において、修飾は、炭水化物／糖類中に元々存在するヒドロキシル基上で実施する。さまざまな実施態様において、炭水化物／糖類上の－ＣＨ２ＯＨを、完全に－Ｃ（＝Ｏ）ＯＨに酸化し、これが引き続き、Ｌ上の－ＮＨ２末端と反応して、炭水化物／糖類を一般式（Ｉ）の残りの部分：Ｘ－Ｃ（＝Ｏ）－ＮＨ－Ｌ－に連結するペプチド結合を作り出す。しかしながら、カルボン酸が炭水化物／糖類において天然に存在する場合は、炭水化物／糖類への修飾は何ら必要とされない／必要でない可能性があることが理解されるであろう。
さまざまな実施態様において、Ｘは、治療／薬物分子を含む。さまざまな実施態様において、Ｘは、抗生物質、抗微生物剤、抗菌剤、血液希釈剤または抗炎症剤を含む。Ｘは、ペニシリン、アモキシシリン、アムホテリシン、シプロフロキサシン（ＣＩＦ）、アトルバスタチン、アスピリンまたはストレプトマイシン、リボスタマイシン若しくはゲンタマイシンから選択されるアミノグリコシド系分子であり得る。Ｘは、カルボン酸基を含有する任意の治療または薬物分子であり得ることが理解されるであろう。
さまざまな実施態様において、Ｘは、－ＣＯＯＨ、－ＣＨ２ＯＨ、－ＣＨ２ＮＨ２および＝ＣＨＮＨ２からなる群から選択されるその化学部分の１つを介して、一般式（Ｉ）の残りの部分に化学的に結合している。例えば、薬物分子上の－ＣＨ２ＮＨ２または＝ＣＨＮＨ２は、Ｌ上の－ＮＨ２末端と反応する前に小さなジカルボン酸に結合して、薬物分子を一般式（Ｉ）の残りの部分：Ｘ－Ｃ（＝Ｏ）－ＮＨ－Ｌ－に連結するペプチド結合を作り出し得る。
さまざまな実施態様において、Ｘは、１つのカルボン酸末端基を含有したか、または含有するように修飾された治療／薬物分子を含む。酸化などの１つ以上の化学反応による修飾を治療／薬物分子上で実施して、カルボン酸基を作り出し得る。さまざまな実施態様において、修飾は、治療／薬物分子中に元々存在するヒドロキシル基上で実施する。例えば、さまざまな実施態様においてＸがリボスタマイシンまたはゲンタマイシンであるとき、薬物分子上の－ＣＨ２ＯＨを、完全に－Ｃ（＝Ｏ）ＯＨに酸化し、これが引き続き、Ｌ上の－ＮＨ２末端と反応して、薬物分子を一般式（Ｉ）の残りの部分：Ｘ－Ｃ（＝Ｏ）－ＮＨ－Ｌ－に連結するペプチド結合を作り出す。しかしながら、カルボン酸が治療／薬物分子中にすでに存在する場合は、治療／薬物分子への修飾は何ら必要とされない／必要でない可能性があることが理解されるであろう。
さまざまな実施態様において、生物活性部分は、１つのカルボン酸末端基を含有するように修飾されているか（ｉｓ ｍｏｄｉｆｉｅｄ）、または修飾されている（ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍｏｄｉｆｉｅｄ）。例えば、カルボン酸末端基が炭水化物または治療／薬物分子中に存在しない場合、炭水化物または治療／薬物分子を修飾して、炭水化物または治療／薬物分子の末端の１つにカルボン酸を付加し得る。修飾は、炭水化物中のヒドロキシ基をカルボン酸に変換するための酸化反応を含み得る。
さまざまな実施態様において、一般式（Ｉ）によって表される繰り返し単位は、コポリマーに対して、約１ｍｏｌ％から約１００ｍｏｌ％、約２ｍｏｌ％から約９９ｍｏｌ％、約３ｍｏｌ％から約９８ｍｏｌ％、約４ｍｏｌ％から約９７ｍｏｌ％、約５ｍｏｌ％から約９６ｍｏｌ％、約１０ｍｏｌ％から約９５ｍｏｌ％、約１５ｍｏｌ％から約９０ｍｏｌ％、約２０ｍｏｌ％から約８５ｍｏｌ％、約２５ｍｏｌ％から約８０ｍｏｌ％、約３０ｍｏｌ％から約７５ｍｏｌ％、約３５ｍｏｌ％から約７０ｍｏｌ％、約４０ｍｏｌ％から約６５ｍｏｌ％、約４５ｍｏｌ％から約６０ｍｏｌ％、または約５０ｍｏｌ％から約５５ｍｏｌ％の量である。さまざまな実施態様において、一般式（Ｉ）によって表される繰り返し単位は、コポリマーに対して約１ｍｏｌ％から約１０ｍｏｌ％の量である。さまざまな実施態様において、生物活性部分は、生物活性合成コポリマーの、約２ｍｏｌ％、約３ｍｏｌ％、約４ｍｏｌ％、約５ｍｏｌ％、約６ｍｏｌ％、約７ｍｏｌ％、約８ｍｏｌ％、約９ｍｏｌ％または約１０ｍｏｌ％である。
さまざまな実施態様において、Ｒ２は、Ｃ１－Ｃ２０アルキル、Ｃ２－Ｃ２０アルケニル、Ｃ２－Ｃ２０アルキニル、Ｃ１－Ｃ２０アルコキシアルキル、Ｃ２－Ｃ２０アルキルカルボニルまたはＣ３－Ｃ２０アルキルカルボニルアルキルから選択される。Ｃ１－Ｃ２０アルキル置換基は、メチル、エチル、ｎ－プロピル、２－プロピル、イソプロピル、ｎ－ブチル、イソブチル、ｓｅｃ－ブチル、ｔ－ブチル、ヘキシル、アミル、１，２－ジメチルプロピル、１，１－ジメチルプロピル、ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、４－メチルペンチル、１－メチルペンチル、２－メチルペンチル、３－メチルペンチル、２，２－ジメチルブチル、３，３－ジメチルブチル、１，２－ジメチルブチル、１，３－ジメチルブチル、１，２，２－トリメチルプロピル、１，１，２－トリメチルプロピル、２－エチルペンチル、３－エチルペンチル、ヘプチル、１－メチルヘキシル、２，２－ジメチルペンチル、３，３－ジメチルペンチル、４，４－ジメチルペンチル、１，２－ジメチルペンチル、１，３－ジメチルペンチル、１，４－ジメチルペンチル、１，２，３－トリメチルブチル、１，１，２－トリメチルブチル、１，１，３－トリメチルブチル、５－メチルヘプチル、１－メチルヘプチル、オクチル、ノニル、デシル等から選択される直鎖または分枝置換基であり得る。
さまざまな実施態様において、Ｙ１は、一般式（ＩＩＩ）：
（式中、
Ａは、単結合、オキシ、カルボニル、オキシカルボニル、カルボキシル、任意に置換されたアルコキシ、任意に置換されたアルコキシアルキル、任意に置換されたアルキルカルボニル、任意に置換されたアルキルカルボニルアルキル、任意に置換されたカルボキシアルキル、任意に置換されたオキシカルボニルアルキル、任意に置換されたアルキルカルボキシルアルキル、または任意に置換されたアルコキシカルボニルアルキルから選択され；
Ｂは、１，２，３－トリアゾールまたはスクシンイミドから選択される環として任意に存在し；
Ｒ５は、単結合、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニル、任意に置換されたアルキニル、任意に置換されたアルコキシアルキル、任意に置換されたアルキルカルボニルまたは任意に置換されたアルキルカルボニルアルキルから選択され；
Ｙ２は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）（ＰＬＧＡ）、ポリ（カプロラクトン）（ＰＣＬ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアクリレート、ポリ（メタ）アクリレート、ポリアミド（ＰＡ）およびそれらの一部からなる群から選択され；並びに
Ｔは、水素、ハロゲン、ヒドロキシル、アミノ、アシル、チオール、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニル、任意に置換されたアルキニル、任意に置換されたアルコキシ、任意に置換されたアルコキシアルキル、任意に置換されたアルキルカルボニル、任意に置換されたアルキルカルボニルアルキル、任意に置換されたカルボキシアルキル、任意に置換されたオキシカルボニルアルキル、任意に置換されたアルキルカルボキシルアルキルおよび任意に置換されたアルコキシカルボニルアルキルからなる群から選択される末端基である）によって表される。
さまざまな実施態様において、Ｙ２は、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ｎ－プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸ｎ－ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ｔｅｒｔ－ブチル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸２－エチルヘキシル、アクリル酸ベンジルおよびアクリル酸フェニルからなる群から選択される１つ以上のモノマーを含むポリアクリレートである。Ｙ２は、ポリ（アクリル酸メチル）、ポリ（アクリル酸エチル）、ポリ（アクリル酸ブチル）またはポリ（アクリル酸２－エチルヘキシル）であり得る。さまざまな実施態様において、Ｙ２は、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ｎ－プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸ｎ－ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸ｔｅｒｔ－ブチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸２－エチルヘキシル、メタクリル酸ベンジルおよびメタクリル酸フェニルからなる群から選択される１つ以上のモノマーを含むポリ（メタ）アクリレートである。Ｙ２は、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、ポリ（メタクリル酸エチル）およびポリ（メタクリル酸ブチル）またはポリ（メタクリル酸２－エチルヘキシル）であり得る。
さまざまな実施態様において、Ａは、単結合、オキシ、カルボニルまたはオキシカルボニルアルキルから選択される。Ａは、単結合、Ｏ、Ｃ（＝Ｏ）およびＯ－Ｃ（＝Ｏ）－Ｒであり得、ここで、Ｒは、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルまたは任意に置換されたアルキニルである。さまざまな実施態様において、Ｒは、メチル、エチル、ｎ－プロピル、２－プロピル、イソプロピル、ｎ－ブチル、イソブチル、ｓｅｃ－ブチル、ｔ－ブチル、ヘキシル、アミル、１，２－ジメチルプロピル、１，１－ジメチルプロピル、ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、４－メチルペンチル、１－メチルペンチル、２－メチルペンチル、３－メチルペンチル、２，２－ジメチルブチル、３，３－ジメチルブチル、１，２－ジメチルブチル、１，３－ジメチルブチル、１，２，２－トリメチルプロピル、１，１，２－トリメチルプロピル、２－エチルペンチル、３－エチルペンチル、ヘプチル、１－メチルヘキシル、２，２－ジメチルペンチル、３，３－ジメチルペンチル、４，４－ジメチルペンチル、１，２－ジメチルペンチル、１，３－ジメチルペンチル、１，４－ジメチルペンチル、１，２，３－トリメチルブチル、１，１，２－トリメチルブチル、１，１，３－トリメチルブチル、５－メチルヘプチル、１－メチルヘプチル、オクチル、ノニル、デシル等から選択される直鎖または分枝アルキル置換基である。さまざまな実施態様において、Ａは、単結合、Ｏ、Ｃ（＝Ｏ）またはＯ－Ｃ（＝Ｏ）－Ｃ１－Ｃ６アルキルから選択される。
さまざまな実施態様において、Ｂは存在しない。さまざまな実施態様において、Ｂは、１，２，３－トリアゾールまたはスクシンイミドから選択される環として存在する。有利なことに、１，２，３－トリアゾールは、使用するケミストリーのために、本系との接続性について適している。例えば、アジド－アルキンクリックケミストリーは、ノルボルネンジカルボキシイミドを合成ポリマーＹ２に連結する、１，２，３－トリアゾールを形成する。有利なことに、スクシンイミドは、使用するケミストリーのために、本系との接続性について適している。例えば、ビニル末端ポリオレフィン上へのマレイン酸無水物の付加は、コハク酸無水物を形成し、これは次いで、ノルボルネンジカルボキシイミド上に作り出されたアミン末端と（ヘキサメチレンジアミン（ＨＭＤＡ）または同様のジアミンを介して）反応して、ノルボルネンジカルボキシイミドを合成ポリマーＹ２に連結する、スクシンイミドを形成する。
さまざまな実施態様において、Ｒ５は、単結合、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルまたは任意に置換されたアルキニルから選択される。Ｒ５は、単結合またはエテニル、ビニル、アリル、１－メチルビニル、１－プロペニル、２－プロペニル、２－メチル－１－プロペニル、２－メチル－１－プロペニル、１－ブテニル、２－ブテニル、３－ブテンチル、１，３－ブタジエニル、１－ペンテニル、２－ペンテンチル、３－ペンテニル、４－ペンテニル、１，３－ペンタジエニル、２，４－ペンタジエニル、１，４－ペンタジエニル、３－メチル－２－ブテニル、１－ヘキセニル、２－ヘキセニル、３－ヘキセニル、１，３－ヘキサジエニル、１，４－ヘキサジエニル、２－メチルペンテニル、１－ヘプテニル、２－ヘプテンチル、３－ヘプテニル、１－オクテニル、２－オクテニル、３－オクテニル、１－ノネニル、２－ノネニル、３－ノネニル、１－デセニル、２－デセニル、３－デセニル等から選択される直鎖若しくは分枝アルケニル置換基であり得る。さまざまな実施態様において、Ｒ５は、単結合またはＣ２－Ｃ６アルケニルから選択される。
さまざまな実施態様において、Ｙ２は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）（ＰＬＧＡ）、ポリ（カプロラクトン）（ＰＣＬ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアクリレート、ポリ（メタ）アクリレート、ポリアミド（ＰＡ）、およびそれらの一部からなる群から選択される。さまざまな実施態様において、Ｙ２は、以下の特性の１つ以上を含む：生体吸収性；不活性；長い貯蔵寿命；機械的強度；耐衝撃性；熱安定性；弾性；弾性回復；滑らかさ；生分解性；軽量；および低毒性または無毒性。
さまざまな実施態様において、Ｙ２は、ポリエチレングリコールなどのポリアルキレングリコールが実質的にない。
さまざまな実施態様において、Ｔは、水素、ハロゲン、ヒドロキシル、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニル、任意に置換されたアルキニル、任意に置換されたアルキルカルボキシルアルキルおよび任意に置換されたアルコキシカルボニルアルキルからなる群から選択される末端基である。Ｔは、Ｈ、ＯＨ、Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ、Ｉから選択されるハロゲン、Ｃ１－Ｃ６アルキル、Ｃ１－Ｃ６アルキル－Ｃ（＝Ｏ）－Ｏ－Ｃ１－Ｃ６アルキルまたはＣ１－Ｃ６アルキル－Ｏ－Ｃ（＝Ｏ）－Ｃ１－Ｃ６アルキルであり得る。
さまざまな実施態様において、Ｙ１は、以下の一般式（ＩＩＩａ）、（ＩＩＩｂ）、（ＩＩＩｃ）、（ＩＩＩｄ）、（ＩＩＩｅ）または（ＩＩＩｆ）：
から選択され、ここで、ｎ≧１；およびｍ≧１である。
さまざまな実施態様において、一般式（ＩＩ）の総分子量は、約１５，０００以下または約１０，０００以下に保つ。一般式（Ｉ）および（ＩＩ）の総分子量が高すぎるとき、共重合が非効率になり得ることが理解されるであろう。さまざまな実施態様において、生物活性合成コポリマーを速い生分解を必要とする用途について使用するとき、一般式（ＩＩ）の分子量は、ｎおよび／またはｍの値を調整することによって低く保つ。
さまざまな実施態様において、Ｒ２－Ｙ１は、以下：
から選択され、ここで、ｎ≧１；およびｍ≧１である。
さまざまな実施態様において、生物活性合成コポリマー中の一般式（Ｉ）によって表される繰り返し単位の数の一般式（ＩＩ）によって表される繰り返し単位の数との比は、約１：１から約１：１００、約１：２から約１：９９、約１：３から約１：９８、約１：４から約１：９７、約１：５から約１：９６、約１：６から約１：９５、約１：７から約１：９０、約１：８から約１：８５、約１：９から約１：８０、約１：１０から約１：７５、約１：１５から約１：７０、約１：２０から約１：６５、約１：２５から約１：６０、約１：３０から約１：５５、約１：３５から約１：５０、または約１：４０から約１：４５である。さまざまな実施態様において、生物活性合成コポリマー中の一般式（Ｉ）によって表される繰り返し単位の数の一般式（ＩＩ）によって表される繰り返し単位の数との比は、約１：１０、約１：１５、約１：２０、約１：２５、約１：３０、約１：３５、約１：４０、約１：４５または約１：５０である。
さまざまな実施態様において、コポリマー中の一般式（Ｉ）によって表される繰り返し単位の数は、約１０から約１，０００である。さまざまな実施態様において、コポリマー中の一般式（ＩＩ）によって表される繰り返し単位の数は、約１０から約１，０００である。さまざまな実施態様において、骨足場構築については、ＰＬＡ側鎖は、約５０から約６０のラクチド単位を含む。
さまざまな実施態様において、生物活性合成コポリマーは、約１，０００から約３００，０００、２，０００から約２５０，０００、約３，０００から約２００，０００、約４，０００から約１５０，０００、約５，０００から約１００，０００、約１０，０００から約９０，０００、約２０，０００から約８０，０００、約３０，０００から約７０，０００、約４０，０００から約６０，０００、または約５０，０００の数平均分子量（Ｍｎ）を有する。
さまざまな実施態様において、生物活性合成コポリマーは、約１．０から約１０．０の多分散指数（ＰＤＩ）を有する。さまざまな実施態様において、生物活性合成コポリマーのＰＤＩは、約１．０、約１．５、約２．０、約２．５、約３．０、約３．５、約４．０、約４．５、約５．０、約５．５、約６．０、約６．５、約７．０、約７．５、約８．０、約８．５、約９．０、約９．５または約１０．０である。さまざまな実施態様において、生物活性合成コポリマーは、約１．０から約３．０、約１．０５から約２．９５、約１．１から約２．９、約１．２から約２．８、約１．４から約２．６、約１．６から約２．４、約１．８から約２．２または約２．０の多分散指数（ＰＤＩ）を有する。さまざまな実施態様において、生物活性合成コポリマーのＰＤＩは、１．５０以下である。
さまざまな実施態様において、一般式（Ｉ）によって表される１つ以上の繰り返し単位および一般式（ＩＩ）によって表される１つ以上の繰り返し単位は、少なくとも共有相互作用を介してポリ（ノルボルネン）主鎖に連結するように設計する。さまざまな実施態様において、一般式（Ｉ）によって表される各繰り返し単位は、ポリ（ノルボルネン）主鎖に共有結合し、および／または一般式（ＩＩ）によって表される各繰り返し単位は、ポリ（ノルボルネン）主鎖に共有結合している。有利なことに、生物活性部分（一般式（Ｉ）における）は生物活性合成ポリマーに共有結合しているので、生物活性は局在化している。さまざまな実施態様において、生体分子などの生物活性部分は、ポリマーから浸出せず、従って循環系に入るおよび／または身体系の意図しない部分に達する生体分子によって引き起こされる望ましくない／望まれない副作用を防止する。生物活性合成コポリマーの実施態様は従って、治療効果が達成される前に早期に代謝され得る薬物として投与される従来の生体分子が直面する問題を克服する。さまざまな実施態様において、薬物分子などの生物活性部分は、廃棄が不適切に管理される場合において環境中に漏出し得る媒体中に浸出しない。
ファンデルワールス相互作用などの他の相互作用もまた、コポリマー内に存在し得ることが理解されるであろう。
さまざまな実施態様において、生物活性合成コポリマーは、ブラシ、ボトルブラシ、ブロック、くしまたはグラフトコポリマー構造を含む。さまざまな実施態様において、繰り返し単位は、ポリマー内でランダムに分布／配置し得る。
さまざまな実施態様において、一般式（Ｉ）によって表される１つ以上の繰り返し単位は、２つ以上の異なるタイプの生物活性部分Ｘを含む。さまざまな実施態様において、一般式（Ｉ）によって表される１つ以上の繰り返し単位は、２、３、４、５、６、７または８個の異なるタイプの生物活性部分Ｘを含む。例えば、生物活性合成コポリマー内に、Ｘとしてペプチドを含む一般式（Ｉ）によって表される繰り返し単位およびＸとして炭水化物を含む一般式（Ｉ）によって表される繰り返し単位があり得る。有利なことに、さまざまな実施態様において、生物活性合成コポリマーは、２つ以上の異なるタイプの生物活性を付与する。
さまざまな実施態様において、一般式（ＩＩ）によって表される１つ以上の繰り返し単位は、２つ以上の異なるタイプの合成ポリマーＹ２を含む。さまざまな実施態様において、一般式（ＩＩ）によって表される１つ以上の繰り返し単位は、２、３、４、５、６、７または８個の異なるタイプの合成ポリマーＹ２を含む。
さまざまな実施態様において、生物活性合成コポリマーは、ランダムポリマーまたはブロックコポリマーである。いくつかの実施態様においては、ブロックポリマーは、ジブロックまたはトリブロックポリマーである。例えば、コポリマーは、２個または３個の異なるポリマーブロックを有し得るか、またはそれらから構成される。いくつかの実施態様においては、マルチブロックコポリマーは、３個を超えるポリマーブロックを含む。ブロックは、ポリマー内でランダムに分布／配置し得る。
さまざまな実施態様において、生物活性合成コポリマーは、以下の１つから選択される：一般式（Ｉ）中の（ＧＰＨｙｐ）３および一般式（ＩＩ）中のＰＣＬを含むＰＣＬ－（ＧＰＨｙｐ）３コポリマー；一般式（Ｉ）中のＤＧＥＡおよび一般式（ＩＩ）中のＰＡを含むＰＡ－ＤＧＥＡコポリマー；一般式（Ｉ）中のシプロフロキサシンおよび一般式（ＩＩ）中のＰＳを含むＰＳ－シプロフロキサシンコポリマー；一般式（Ｉ）中のＲＧＤおよび一般式（ＩＩ）中のＰＬＡを含むＰＬＡ－ＲＧＤコポリマー；一般式（Ｉ）中の（ＧＰＨｙｐ）３および一般式（ＩＩ）中のＰＬＧＡを含むＰＬＧＡ－（ＧＰＨｙｐ）３コポリマー；並びに一般式（Ｉ）中の（ＧＰＨｙｐ）３および一般式（ＩＩ）中のＰＭＭＡを含むＰＭＭＡ－（ＧＰＨｙｐ）３コポリマー。
有利なことに、本明細書において開示する生物活性合成コポリマーは、高度にカスタマイズ可能である。生物活性合成コポリマーが意図される用途に依存して、所望の生物活性を有するＸおよび所望の物理的属性を有するＹ２を選択して、一般式（Ｉ）および（ＩＩ）によって表される所望の繰り返し単位を有する生物活性合成コポリマーを最終的に取得し得る。
さまざまな実施態様において、生物活性合成コポリマーは、さらなる使用のためにベースポリマーとブレンドする。さまざまな実施態様において、ベースポリマーは、一般式（ＩＩ）において使用する合成ポリマーＹ２と同様であるかまたは同じタイプのものである。さまざまな実施態様において、医療グレードのポリマーを基材用に使用し、一方で低分子量合成ポリマーを生物活性合成コポリマーの合成側鎖において使用する。有利なことに、生物活性合成ポリマーの実施態様は、生体分子を、コポリマーの合成ポリマーサイドアームと同様の合成ポリマーのベース材料中に、相分離なしにブレンドすることを可能にする。
方法
生物活性合成コポリマーを調製する方法が提供され、該方法は：一般式（ＩＶ）によって表される１つ以上の生物活性高分子を一般式（Ｖ）によって表される１つ以上の合成高分子と重合させて、生物活性合成コポリマーを得ることを含む：
（式中、
Ｒ１は、任意に置換されたアルキルであり；
Ｒ２は、単結合、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニル、任意に置換されたアルキニル、任意に置換されたアルコキシアルキル、任意に置換されたアルキルカルボニルまたは任意に置換されたアルキルカルボニルアルキルから選択され；
Ｒ３は、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルまたは任意に置換されたアルキニルから選択され；
Ｌは、ヘテロアルキレンであり；
Ｘは、タンパク質、ペプチド、炭水化物、治療／薬物分子およびそれらの誘導体からなる群から選択される生物活性部分を含み；
Ｙ１は、合成ポリマーを含み；並びに
Ｚ１およびＺ２は、それぞれ独立して、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、ＲｂおよびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される）。
有利なことに、さまざまな実施態様において、本明細書において開示する生物活性合成コポリマーを調製する方法はまた、生物活性合成コポリマーを設計するためのモジュラー法でもある。
生物活性合成コポリマーを設計するモジュラー法も提供され、該方法は：所望の生物学的活性に基づいて第１のモジュールから１つ以上の高分子を選択すること（第１のモジュールは、公知の生物活性を有する一般式（ＩＶ）によって表されるノルボルネンジカルボキシイミド含有生物活性高分子のライブラリーからなる）；所望の物理的属性に基づいて第２のモジュールから１つ以上の高分子を選択すること（第２のモジュールは、公知の物理的属性を有する一般式（Ｖ）によって表されるノルボルネンジカルボキシイミド含有合成高分子のライブラリーからなる）；および該第１のモジュールから選択した該１つ以上の高分子を、該第２のモジュールから選択した該１つ以上の高分子と重合させて、生物活性合成コポリマーを得ることを含む。
有利なことに、本明細書において開示する方法は、所望の生物活性および物理的特性を有する生物活性合成コポリマーの迅速なカスタマイズおよび素早い開発／構築を可能にする。
さまざまな実施態様において、重合反応は、１つ以上のオレフィンメタセシス連鎖成長重合工程を含む。オレフィンメタセシス連鎖成長重合は、開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）であり得る。さまざまな実施態様において、ＲＯＭＰ反応は、マクロモノマーの反応性部分で、例えば、オレフィン／アルケン／Ｃ＝Ｃ部分で起こる。ＲＯＭＰは、「アームファースト」ＲＯＭＰ、「ブラシファースト」ＲＯＭＰ、「グラフトツー」ＲＯＭＰ、「グラフトフロム」ＲＯＭＰ、「グラフトスルー」ＲＯＭＰ、またはそれらの組合せを含む、多くの異なるアプローチを含み得る。有利なことに、ＲＯＭＰは、所望の生物活性を有する明確に定義された合成ポリマーの素早い開発／構築を可能にする。さまざまな実施態様において、標的の用途に依存して、目的の生物活性を有する適切な合成ポリマーおよび生体分子を選択し、ＲＯＭＰを使用して一緒に共重合させ得る。
さまざまな実施態様において、重合反応は、重合開始剤／触媒／促進剤の存在下で実施する。さまざまな実施態様において、重合開始剤／触媒／促進剤は、金属錯体を含む。金属錯体は、ルテニウム（Ｒｕ）、モリブデン（Ｍｏ）またはタングステン（Ｗ）錯体であり得る。さまざまな実施態様において、ＲＯＭＰは、ルテニウム錯体の存在下で実施する。有利なことに、他の遷移金属（例えば、ＷおよびＭｏ）と比較して、Ｒｕは、極性官能基の存在下でより安定であり、それによって、Ｒｕを、タンパク質、ペプチド、炭水化物、治療／薬物分子およびそれらの誘導体からなる群から選択される生物活性部分を含むＲＯＭＰ反応について適したオレフィンメタセシス触媒とする。さまざまな実施態様において、Ｒｕは、空気に安定（すなわち空気中で安定）および熱的に安定（すなわち高温で安定）である一方で、大規模に商業的に入手可能であり、これが、ＲＯＭＰを高温で行うことを可能にする。ルテニウム錯体は、第１世代のグラブス触媒、第２世代のグラブス触媒、ホベイダ・グラブス触媒、第３世代のグラブス触媒またはそれらの誘導体から選択されるグラブス触媒を含み得る。
さまざまな実施態様において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｌ、Ｘ、Ｙ１、Ｚ１およびＺ２は、１つ以上の特徴を含有しおよび／または上記のものと同様である１つ以上の特性を共有する。
さまざまな実施態様において、重合反応は、ａ）一般式（ＩＶ）によって表される１つ以上の生物活性高分子を一般式（Ｖ）によって表される１つ以上の合成高分子と混合して、溶液を得ること；ｂ）触媒をａ）からの該溶液に添加すること；およびｃ）生物活性合成コポリマーを沈殿させることを含む。
さまざまな実施態様において、工程ａ）および／または工程ｂ）は、約２０℃から約１００℃の範囲の温度で行うまたは取り組む。工程ａ）および工程ｂ）を行う温度は、約２０℃、約２５℃、約３０℃、約３５℃、約４０℃、約５０℃、約６０℃、約７０℃、約８０℃、約９０℃または約１００℃の温度から独立して選択し得る。
さまざまな実施態様において、工程ａ）および／または工程ｂ）は、約３０分から約３日の範囲の期間、行うまたは取り組む。工程ａ）および工程ｂ）を行う期間は、約３０分、１時間、２時間、３時間、４時間、５時間、１０時間、２０時間、１日、２日または３日の期間から独立して選択し得る。
さまざまな実施態様において、工程ａ）および／または工程ｂ）は、有機溶媒の存在下で行う。有機溶媒は、プロトン性溶媒、非プロトン性溶媒またはそれらの組合せであり得る。さまざまな実施態様において、工程ａ）および工程ｂ）についての有機溶媒は、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ベンゼン、トルエン、アセトニトリル（ＡＣＮ）、ジクロロメタン（ＤＣＭ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、ギ酸、酢酸等およびそれらの組合せからなる群から独立して選択する。さまざまな実施態様において、ギ酸および／または酢酸などのプロトン性溶媒は、特にＰＡ系材料について（例えばＹ１が式ＩＩＩｆを含むとき）使用し得る。さまざまな実施態様において、使用する有機溶媒は、工程ａ）およびｂ）について同じである。使用する溶媒のタイプは、使用する反応物のタイプに依存し、上記に限定されないことが理解されるべきである。
さまざまな実施態様において、工程ｃ）は、有機溶媒の混合物中で行う。有機溶媒の混合物は、１つ以上の非プロトン性有機溶媒および１つ以上のプロトン性有機溶媒を含有し得る。さまざまな実施態様において、工程ｃ）についての有機溶媒の混合物は、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ベンゼン、トルエン、アセトニトリル（ＡＣＮ）、ジクロロメタン（ＤＣＭ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、エチルビニルエーテル、メタノール、エタノール、ブタノール等およびそれらの組合せからなる群から選択される。使用する溶媒のタイプは、使用する反応物のタイプに依存し、上記に限定されないことが理解されるべきである。
有利なことに、上記の注意深く設計／制御した条件で重合を行うことにより、本明細書において開示する方法の実施態様は、個々の構成要素（例えば、Ｌ、Ｘ、Ｙ構成要素）の広く変化するおよび／または反対の特性を首尾よく克服して、本明細書において開示する生物活性合成コポリマーを構築した。
生物活性ホモポリマーを調製する方法も提供され、該方法は：一般式（ＩＶ）によって表される１つ以上の生物活性高分子を重合させて、生物活性合成ホモポリマーを得ることを含む：
（式中、Ｒ１は、任意に置換されたアルキルであり；Ｒ３は、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルまたは任意に置換されたアルキニルから選択され；Ｌは、ヘテロアルキレンであり；Ｘは、タンパク質、ペプチド、炭水化物、治療／薬物分子およびそれらの誘導体からなる群から選択される生物活性部分を含み；並びにＺ１は、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、ＲｂおよびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される）。
合成ホモポリマーを調製する方法も提供され、該方法は：一般式（Ｖ）によって表される１つ以上の合成高分子を重合させて、合成ホモポリマーを得ることを含む：
（式中、Ｒ２は、単結合、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニル、任意に置換されたアルキニル、任意に置換されたアルコキシアルキル、任意に置換されたアルキルカルボニルまたは任意に置換されたアルキルカルボニルアルキルから選択され；Ｙ１は、合成ポリマーを含み；並びにＺ２は、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、ＲｂおよびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される）。
生物活性高分子
本明細書において開示するコポリマーを調製するための、一般式（ＩＶ）によって表される生物活性高分子もまた、提供される：
（式中、
Ｒ１は、任意に置換されたアルキルであり；
Ｒ３は、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルまたは任意に置換されたアルキニルから選択され；
Ｌは、ヘテロアルキレンであり；
Ｘは、タンパク質、ペプチド、炭水化物、治療／薬物分子およびそれらの誘導体から選択される生物活性部分を含み；並びに
Ｚ１は、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、ＲｂおよびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される）。
さまざまな実施態様において、Ｒ１、Ｒ３、Ｌ、ＸおよびＺ１は、１つ以上の特徴を含有しおよび／またはすでに上記したものと同様である１つ以上の特性を共有する。
さまざまな実施態様において、生物活性高分子は、自己重合または共重合を受ける。そのさまざまな実施態様において、生物活性高分子はまた、生物活性マクロモノマーとしても振る舞う。
さまざまな実施態様において、Ｘは、以下の配置：－Ｒ１－Ｌ－ＮＲ３－Ｃ（＝Ｏ）－Ｘ中のカルボン酸官能基を通してノルボルネンジカルボキシイミドに結合する。有利なことに、カルボン酸官能基を通してＸを連結することにより、Ｘ中のアミン末端基は、その生物活性を送達することのために完全に自由であり、従ってＸのバイオアベイラビリティを保証する。アミン基は生物活性を付与するため、生物活性部分中のアミン基をポリマー結合のために使い果たすことは望ましくないかもしれないことが理解されるであろう。
さまざまな実施態様において、Ｘは、ペプチド／アミド結合、すなわち－ＮＲ３－Ｃ（＝Ｏ）－を介してノルボルネンジカルボキシイミドに結合する。有利なことに、本明細書において開示する生物活性高分子は、エステル結合を含有する従来の高分子よりもかなり強くおよび／または安定である。理論によって拘束されるものではないが、エステル結合は、生物活性部分を血流中に放出して、生物活性部分の早期代謝につながり得る加水分解をより受けやすいため、アミド結合は、エステル結合よりも強いと考えられている。
本明細書において開示する生物活性高分子を調製する方法も提供され、該方法は：（ｉ）一般式（ＶＩ）：
（式中、Ｚ１は、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、ＲｂおよびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される）を有するジカルボン酸無水物を提供すること；
（ｉｉ）一般式（ＶＩ）を有する前記ジカルボン酸無水物をジアミンＲ４Ｒ３Ｎ－Ｌ－Ｒ１－ＮＨ２と反応させて、一般式（ＶＩＩ）：
（式中、Ｒ１は、任意に置換されたアルキルであり；Ｒ３およびＲ４は、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルまたは任意に置換されたアルキニルから選択され、ここで、Ｒ３およびＲ４の少なくとも１つは、Ｈであり；Ｌは、ヘテロアルキレンであり；Ｚ１は、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、ＲｂおよびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される）を有するアミンを得ること；並びに
（ｉｉｉ）一般式（ＶＩＩ）を有する前記アミンを酸含有生物活性部分Ｘ－Ｃ（＝Ｏ）ＯＨと反応させて、生物活性高分子を得ること（ここで、Ｘは、タンパク質、ペプチド、炭水化物、治療／薬物分子およびそれらの誘導体からなる群から選択される生物活性部分を含む）を含む。
さまざまな実施態様において、Ｒ１、Ｒ３、Ｌ、ＸおよびＺ１は、１つ以上の特徴を含有しおよび／または上記のものと同様である１つ以上の特性を共有する。
さまざまな実施態様において、Ｒ３およびＲ４は、それぞれ独立して、Ｈ、Ｃ１－Ｃ２０アルキル、Ｃ２－Ｃ２０アルケニルまたはＣ２－Ｃ２０アルキニルから選択され、ここで、Ｒ３およびＲ４の少なくとも１つは、Ｈである。
さまざまな実施態様において、工程（ｉｉ）は、Ｘをノルボルネンジカルボン酸無水物に結合させるためのジアミンＲ４Ｒ３Ｎ－Ｌ－Ｒ１－ＮＨ２の使用を含む。使用するジアミンは、商業的に入手可能であるものであり得る。有利なことに、該方法は、簡単な反応であり、商業的に入手できず合成的に作製が困難であるポリ（エチレングリコール）アミノカルボン酸を必要としない。さまざまな実施態様において従って、該方法は、退屈な多段階でおよび／または低収率の合成手順を必要としない。さまざまな実施態様において、ジアミンＲ４Ｒ３Ｎ－Ｌ－Ｒ１－ＮＨ２は、一般式（ＶＩＩ）を有するアミンが２つの末端上でノルボルネンジカルボキシイミドと結合しない（さもなければ、ジアミンＲ４Ｒ３Ｎ－Ｌ－Ｒ１－ＮＨ２を末端基の代わりにリンカーにするであろう）ことを確実にするためにわずかに過剰に使用する。
さまざまな実施態様において、ジアミンは、Ｌがヘテロアルキレンであるヘテロアルキレンジアミンである。さまざまな実施態様において、Ｌは、Ｃ２０－Ｃ３００ヘテロアルキレンすなわち２０個の炭素原子から３００個の炭素原子を有するヘテロアルキレンである。さまざまな実施態様において、Ｌは、約５００と約７，０００との間の数平均分子量を有する。さまざまな実施態様において、Ｌ中のヘテロ原子は、Ｏである。さまざまな実施態様において、Ｌは、ポリアルキレングリコールである。さまざまな実施態様において、ジアミンは、Ｌがポリ（エチレングリコール）であるポリ（エチレングリコール）ジアミンである。さまざまな実施態様において、Ｌは、ＰＥＧ５００、ＰＥＧ６００、ＰＥＧ７００、ＰＥＧ８００、ＰＥＧ９００、ＰＥＧ１０００、ＰＥＧ１１００、ＰＥＧ１２００、ＰＥＧ１３００、ＰＥＧ１４００、ＰＥＧ１５００、ＰＥＧ２０００、ＰＥＧ２５００、ＰＥＧ３０００、ＰＥＧ３５００、ＰＥＧ４０００、ＰＥＧ４５００、ＰＥＧ５０００、ＰＥＧ６０００およびそれらの混合物からなる群から選択される。
さまざまな実施態様において、方法は、工程（ｉｉｉ）の前に、一般式（ＶＩＩ）を有するアミンを精製して、生成物を単離しおよび／または不純物を除去することをさらに含む。さまざまな実施態様において、精製工程は、酸または塩基の少なくとも１つで洗浄することを含む。精製工程は、一般式（ＶＩＩ）を有するアミンを中和するために、少なくとも１回、少なくとも２回、少なくとも３回、少なくとも４回、少なくとも５回、少なくとも６回、少なくとも７回または少なくとも８回、酸または塩基の少なくとも１つで洗浄することを含み得る。さまざまな実施態様において、精製工程は、二重中和工程を含む。一つの実施態様においては、二重中和は、未反応のジアミンＲ４Ｒ３Ｎ－Ｌ－Ｒ１－ＮＨ２を除去するために酸で洗浄する第１の工程および一般式（ＶＩＩ）を有するアミンを中和するために塩基で洗浄する第２の工程を含む。ジアミンＲ４Ｒ３Ｎ－Ｌ－Ｒ１－ＮＨ２は塩基性であるため、酸を前記ジアミンに添加することは、一般式（ＶＩＩ）を有するアミンからの除去のためにジアミンを中和するであろうことが理解されるであろう。酸で洗浄する第１の工程はアミン末端で一般式（ＶＩＩ）を有するアミンをプロトン化し得るが、塩基または過剰の塩基で洗浄する引き続く第２の工程は、プロトン化された形態をその遊離アミン形態に変換することもまた理解されるであろう。第１の中和工程について使用する酸は、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４およびＨ３ＰＯ４からなる群から選択し得る。第２の中和工程について使用する塩基は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＮＨ４ＯＨおよびＣａ（ＯＨ）２からなる群から選択し得る。さまざまな実施態様において、第２の中和工程は、塩基で少なくとも１回、少なくとも２回、少なくとも３回または少なくとも４回洗浄して、最大化収率のために一般式（ＶＩＩ）を有するアミンを完全に抽出することを含む。一つの実施態様においては、第２の中和は、塩基で２回洗浄することを含む。理論によって拘束されるものではないが、一般式（ＶＩＩ）を有するアミンのプロトン化形態の３０％までが、抽出中に水相中に存在し得ると考えられている。さまざまな実施態様において従って、塩基で洗浄する工程は、一般式（ＶＩＩ）を有するアミンを水相および有機相の両方から完全に抽出するために、水相を塩基で１回洗浄することおよび有機相を塩基で１回洗浄することを含む。有利なことに、結合後に二重中和工程を使用して遊離アミン末端を得ることにより、該方法は、保護／脱保護工程などのいかなる追加の工程についても必要性を排除する。ジアミン、特にポリ（エチレングリコール）ジアミンの使用は、極めて困難であり、典型的にはノルボルネンジカルボン酸無水物に結合するために１つのアミン末端の保護を必要とすることが、当業者によって理解されるであろう。実際、さまざまな実施態様において、ＰＥＧなどのポリアルキレングリコールは、末端基としての代わりに、全体のポリマー中のスペーサー、リンカーまたは連結基として使用する。すなわち、ＰＥＧジアミンの１つのアミン末端を保護して、それをノルボルネンジカルボン酸無水物と結合させることを考慮することは、直観的に見え得る。保護基は次いで、さらなる反応用にアミン末端を露出させるために除去し得る。しかしながら、これは、反応に余分な工程を加えるであろうし、そのため望ましくないかもしれない。本開示の実施態様は、ペプチドへのさらなる結合用の遊離アミン末端を得るために、結合後に二重中和工程を行うことによって、合成および精製工程におけるこの問題をうまく克服した。
生物活性合成コポリマーを含む材料
薬剤における使用のための、本明細書において開示するコポリマーを含む材料もまた、提供される。さまざまな実施態様において、材料は、創傷包帯、皮膚足場、骨足場、オルガノイド足場、インプラント、医療デバイスからなる群から選択される器具の一部であるか、またはその上で使用する。例えば、材料は、本明細書において開示する生物活性合成コポリマーを含む組織再生用の足場であり得る。材料は、医療デバイスにおいて使用するポリアミドの生体適合性をコラーゲンの刺激を通して増加させるのに適した材料であり得る。材料は、組織および血清取扱デバイスにおける使用について適した抗菌ポリスチレン材料であり得る。材料は、組織再生を刺激するのに適したポリラクチド足場であり得る。材料は、軟骨組織の再生を刺激するのに適したポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）足場であり得る。材料はまた、医療用インプラントにおける使用のためのポリ（メタクリル酸メチル）材料であり得る。
さまざまな実施態様において、材料は、エレクトロスピニング、溶融押出、ホットメルト押出、射出成形、フィラメント溶解製法、熱溶解積層法、付加製造、メルトブロー等を介して加工／印刷／三次元印刷する。
さまざまな実施態様において、材料または生物活性合成コポリマーは、人体または動物の体上／中で使用するとき、毒性反応／応答、免疫反応／応答、損傷などの有害な生理学的応答を実質的にまたは有意に引き出すことなく、生物系または生物系の一部と適合している。さまざまな実施態様において、ポリマーは、有害な生理学的応答を引き出す物質が実質的にない。
細胞増殖または骨組織若しくは皮膚組織の再生などの組織再生、または創傷治癒を加速する／刺激する／促進する方法もまた、提供され、該方法は、本明細書において開示する生物活性コポリマーまたは材料をヒトまたは動物の体に投与すること／適用することを含む。
細胞増殖または組織再生、または骨組織若しくは皮膚組織の再生などの創傷治癒を加速する／刺激する／促進するための薬剤の製造における、本明細書において開示する生物活性合成コポリマーまたは材料の使用もまた、提供される。
バイオフィルム根絶のための、本明細書において開示する生物活性合成コポリマーまたは材料の使用もまた、提供される。
さまざまな実施態様において、生物活性合成コポリマーは、幹細胞および／または増殖因子が実質的にない。さまざまな実施態様において、生物活性合成コポリマーは、非生物付着性である。
さまざまな実施態様において、生物活性部分は、コポリマーに直接化学的に連結している。さまざまな実施態様において、生物活性部分は、ポリマーマトリックス中にカプセル化されていない。
さまざまな実施態様において、生物活性部分（例えば、ペプチド）は、アミノ酪酸スペーサーを介してノルボルネンジカルボキシイミドに結合していない。
さまざまな実施態様において、生物活性部分は、特定の配列を有する構造的に明確に定義されたコラーゲンを含む。さまざまな実施態様において、生物活性部分は、広い分子量分布および／若しくは不明確な構造を有する、並びに／または人体において負の免疫応答を引き出すことが知られている、動物由来のコラーゲンが実質的にない。
さまざまな実施態様において、ポリエチレングリコールは、そのままではモノマーとして使用しない。例えば、さまざまな実施態様において、エチレングリコール単位は、コポリマー／高分子中に末端基として存在しない。
本明細書において開示する生物活性合成ポリマーおよび／または方法の実施態様は、光活性化などの活性化方法でのコポリマーからの薬物分子などの生物活性分子のいかなる放出をも含まない。生物活性合成ポリマーの実施態様は、光切断可能な基が実質的にない。
図１は、本明細書において開示するさまざまな実施態様に従う生物活性合成ポリマーの概略図１００である。 図２は、純粋なＲＧＤペプチド（「ＲＧＤ（ＰＵＲＥ）」）、ＮＢＰＥＧ３４００ＲＧＤマクロモノマー（「ＮＢ－ＰＥＧ３４００ＲＧＤ」）、ＮＢＰＣＬマクロモノマー（「ＮＢ－ＰＣＬ」）およびＰＣＬ－ＲＧＤ ＲＯＭＰコポリマー（「ＰＣＬ＿ＰＥＧ３４００＿ＲＧＤ」）の熱重量分析（ＴＧＡ）グラフである。 図３は、対照と比較した、本明細書において開示するさまざまな実施態様に従って調製したＰＣＬ－ペプチド系材料の生体適合性を示すグラフである。結果は、７２時間の期間にわたるＰＣＬ－ペプチド系材料上でのヒト線維芽細胞（Ｈｓ２７）の細胞生存率試験から得、ここで、３個のペプチド（ＳＲＧＤＳ、（ＧＰＨｙｐ）３およびＤＧＥＡ）のマクロモノマーを、ＰＣＬのマクロモノマーと共重合した。比較例は、市販の包帯Ａｌｌｅｖｙｎ（すなわちポリウレタン系包帯）およびＡｃｔｉｃｏａｔ（銀ナノ粒子系包帯）である。 図４は、７２時間後のＰＣＬ－ペプチド系材料のＢＭＰ－２誘導ＡＬＰ活性を示すグラフである。市販のＰＣＬを、対照として使用する。 図５は、ＮＢＰＥＧ３４００（ＧＰＨｙｐ）３マクロモノマー（「ＮＢ－ＰＥＧ－ＧＰＨＰ」）、ＰＡ６ ＲＯＭＰポリマー（「ＰＡ６－ｈｏｍｏｐｏｌｙ」）およびＰＡ６－（ＧＰＨｙｐ）３ ＲＯＭＰコポリマー（「ＰＡ６－ＧＰＨＰ」）の熱重量分析（ＴＧＡ）グラフを示す。 図６は、Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｃｅｌｌ Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ Ａｓｓａｙ（ＣｅｌｌＴｉｔｅｒ－Ｇｌｏ）を使用した、ポリアミド６（ＰＡ６）系エレクトロスパンシート上で培養したヒト線維芽細胞（Ｈｓ２７）の細胞生存率試験から得た細胞増殖結果を示すグラフである。ＰＡ－コラーゲン材料は、ＰＡ６－（ＰＨｙｐＧ）３、ＰＡ６－（ＧＰＨｙｐ）３およびＰＡ６－ＤＧＥＡであり、ここで、（ＰＨｙｐＧ）３および（ＧＰＨｙｐ）３はともに、コラーゲン断片であり、ＤＧＥＡは、コラーゲン模倣物である。使用した対照は、ＰＡ６側鎖を有するポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）；並びに側鎖としてＰＡ６およびｍＰＥＧ５０００を有するポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）である。ＰＡ６－ｈｏｍｏｐｏｌｙは、ＰＡ６側鎖を有するポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）を指し；ＰＡ６－ｍＰＥＧは、側鎖としてＰＡ６およびｍＰＥＧ５０００を有するポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）を指し；ＰＡ６－ＰＨＰＧは、ＰＡ６－（ＰＨｙｐＧ）３コポリマーを指し；ＰＡ６－ＧＰＨは、ＰＡ６－（ＧＰＨｙｐ）３コポリマーを指す。 図７は、Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｃｅｌｌ Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ Ａｓｓａｙ（ＣｅｌｌＴｉｔｅｒ－Ｇｌｏ）を使用した、ポリ（ラクチド）（ＰＬＡ）系エレクトロスパンシート上で培養したヒト線維芽細胞（Ｈｓ２７）の細胞生存率試験から得た細胞増殖結果を示すグラフである。生物活性合成コポリマーは、ＰＬＡ－ＲＧＤであり、市販のベースポリマーＰＬＡを、対照（「ＰＬＡ ｂｕｌｋ」）として使用する。 図８は、Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｃｅｌｌ Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ Ａｓｓａｙ（ＣｅｌｌＴｉｔｅｒ－Ｇｌｏ）を使用した、ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）（ＰＬＧＡ）系エレクトロスパンシート上で培養したヒト線維芽細胞（Ｈｓ２７）の細胞生存率試験から得た生体適合性結果を示すグラフである。生物活性合成コポリマーは、ＰＬＧＡ－ＲＧＤである。使用した対照は、市販のベースポリマーＰＬＧＡ（ＰＬＧＡ－Ｂｕｌｋ）、ＰＬＧＡ側鎖を有するポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）；並びに側鎖としてＰＬＧＡおよびｍＰＥＧ５０００を有するポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）である。ＰＬＧＡ－ｈｏｍｏは、ＰＬＧＡ側鎖を有するポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）を指し；ＰＬＧＡ－ｍＰＥＧは、側鎖としてＰＬＧＡおよびｍＰＥＧ５０００を有するポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）を指す。 図９は、Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｃｅｌｌ Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ Ａｓｓａｙ（ＣｅｌｌＴｉｔｅｒ－Ｇｌｏ）を使用した、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）系エレクトロスパンシート上で培養したヒト線維芽細胞（Ｈｓ２７）の細胞生存率試験から得た生体適合性結果を示すグラフである。生物活性合成コポリマーは、ＰＭＭＡ－（ＧＰＨｙｐ）３（「ＰＭＭＡ－ＧＰＨＰ」）である。使用した対照は、市販のベースポリマーＰＭＭＡ（ＰＭＭＡ－ｂｕｌｋ）、ＰＭＭＡ側鎖を有するポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）；並びに側鎖としてＰＭＭＡおよびｍＰＥＧ５０００を有するポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）である。ＰＭＭＡ－ｈｏｍｏは、ＰＭＭＡ側鎖を有するポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）を指し；ＰＭＭＡ－ｍＰＥＧは、側鎖としてＰＭＭＡおよびｍＰＥＧ５０００を有するポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）を指す。
本開示の例示的な実施態様は、以下の実施例、表および該当する場合は図面と併せて、よりよく理解され、当業者には容易に明らかであるであろう。本発明の範囲から逸脱することなく、構造的、および化学的変化に関連する他の修飾を行い得ることができることが理解されるべきである。例示的な実施態様は、いくつかは、１つ以上の実施態様と組み合わせて新しい例示的な実施態様を形成し得るため、必ずしも相互に排他的ではない。例示的な実施態様は、開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
実施例１：生物活性合成ポリマーを構築することへのモジュラーアプローチ
ペプチド、炭水化物または薬物分子のいずれかを含有する生物活性マクロモノマーの構築のための一般的な戦略を、開発した。単純な２工程の合成が、さまざまな鎖長の生物活性マクロモノマーの広いライブラリーの迅速な構築を可能にし、これが、標的の用途において必要とされる所望の生物活性を有する合成ポリマーの素早い開発を可能にする。生物活性マクロモノマーを所望の物理的特性を有する合成ポリマーのマクロモノマーと適合させることにより、さまざまな用途に適するように所望の高分子を構築するためのモジュラーアプローチが、このライブラリーを使用して可能となる。迅速なポリマーのカスタマイズをすなわち、達成することができる。
スキーム１に示すように、所望の生物活性材料を設計する／構築するためのモジュラービルディングブロックシステムを、開発した。いったん標的の医療用途を特定すると、「プラグアンドプレイ」アプローチ（スキーム１）を使用して、治療効果を有するだけでなく、容易な保管および取扱いに必要な機械的特性も有する、所望の生物活性合成材料を作り出すことができる。
モジュラーアプローチを使用することにより、モノマーの末端で生物活性分子からなるマクロモノマーを作り出し、他の合成ポリマーと共重合して、標的の生物活性を有する生物活性合成ポリマーを作り出すことができる。所望のポリマーは、生物活性分子を、カルボン酸基を有する任意のペプチドまたは炭水化物に切り替えることによって、本明細書において開示するさまざまな実施態様に従って開発した戦略を使用して高度にカスタマイズ可能である。これが、いったん標的の用途を特定すると、生物活性ポリマーの迅速な合成を可能にする。作り出した生物活性ポリマーは、皮膚細胞の再生、骨細胞の再生、抗菌活性、軟骨組織の再生、創傷治癒、コラーゲン産生、抗炎症からコレステロール合成阻害（例えば、薬物としてアトルバスタチンを使用して）に至る特性を有し得、ニーズに依存して、機械的に頑丈なまたは生分解性であるように作製することができる。モジュラー合成は従って、用途のポリマー特性への適合をはるかに単純でかつ効果的にする。
実施例２：生物活性合成コポリマーを調製する方法
本明細書において開示するさまざまな実施態様に従って生物活性合成コポリマーを調製する方法は、生物活性分子のマクロモノマーおよび合成ポリマーを別々に作り出すこと、および開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）技術を使用して、これらのさもなければ相互に適合しない分子を一緒に連結することを含む。結果は、生物活性分子および材料の全体的な機械的強度のための合成ポリマーの両方を有するブラシポリマーである（スキーム２）。マクロモノマーを別々に作り出すことにより、発明者らは、臨床医または医療技術企業がそこから選択するさまざまな特性を有するマクロモノマーのライブラリーを構築することができ、所望の治療効果を有する材料を、標的の用途に適するように、簡単にかつ迅速に構築することができる。マクロモノマーを別々に作り出すことにより、発明者らはまた、生物医学実験室における有効性の迅速な試験のための、マクロモノマーおよび最終的なコポリマーのライブラリーを構築することもできる。これらのマクロモノマー（ＭＭ）のさまざまな組合せはまた、実験室における生物活性の迅速なスクリーニングのための、さまざまな生物活性分子を含有する明確に定義されたブラシコポリマーのライブラリーも生成し得る。
以下の実施例においては、合成ポリマーおよびポリエチレングリコール（ＰＥＧ）部分上につながれた生物活性分子のペンダントアームを含有するブラシポリマーを、作り出した。合成ポリマーは、ポリ（カプロラクトン）（ＰＣＬ）、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）およびポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）（ＰＬＧＡ）などのポリエステル、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアクリレート、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）などのポリ（メタ）アクリレート並びにポリアミド（ＰＡ）を含み得る。生物活性分子は、３～２０個のアミノ酸残基からの、２０個の天然アミノ酸の任意の組合せのペプチド配列、グリコサミノグリカンなどの炭水化物または特定の抗生物質などのカルボン酸末端を含有する薬物分子から選択される生体分子を含み得る。生体分子はまた、ＤＧＥＡ、（Ｇｌｙ－Ｐｒｏ－Ｈｙｐ）３および（Ｐｒｏ－Ｈｙｐ－Ｇｌｙ）３などの、任意の配列の３～２０個のアミノ酸残基からのコラーゲン模倣ペプチドも含み得る。用途に依存して、開環メタセシス重合による、本明細書において開示するブラシポリマー技術を使用して、適切な合成ポリマーおよび目的の生物活性を有する生体分子を、選択し、一緒に共重合することができる。
得られたポリマーは、良好な材料の取扱いおよび加工性のためのはるかにより良好な物理的および機械的特性を有しながら、関与する生体分子の生物活性を示す。例えば、ＰＡ－コラーゲンコポリマーおよびＰＬＡ－ＲＧＤコポリマーの両方において、対照を超える細胞生存率または細胞増殖における改善が、観察された。
ポリマーを引き続き、ペンダントアーム上のそれと同様のポリマーとブレンドして、カテーテル、創傷包帯、組織足場、形成外科インプラント、補綴部品、軟骨関節インプラントなどのバイオ医療デバイスにおける使用のための生物活性材料を作り出すことができる。
本明細書において開示するさまざまな実施態様に従って生物活性合成ポリマーを調製する合成経路を、スキーム２に例示する。
以下の実施例においては、６個のタイプの合成ポリマーを、ブラシポリマー上の合成ポリマー側鎖用に選択した。選択する正確なポリマーは、製造するバイオ医療デバイスの性質、例えば、生分解性、柔軟性、耐衝撃性などの特性がデバイスの材料において必要とされるかどうかに依存する。
実施例３：生物活性マクロモノマーおよび合成方法
本明細書において開示するさまざまな実施態様に従う生物活性マクロモノマーの合成のための一般的な戦略を、開発した。さまざまな鎖長のポリエチレングリコールジアミン（例えば、ＭＷ＝１，０００－６，０００）を、シス－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボン酸無水物と反応させて、主要なマクロモノマー体、すなわちノルボルネンジカルボキシイミドおよびポリエチレングリコール（ＮＢＰＥＧ）を含有するマクロモノマー体を作り出す（スキーム３．１）。いったんＮＢＰＥＧを作り出すと、さまざまなペプチド、炭水化物または薬物分子を次いで、これらのＮＢＰＥＧ鎖と反応させて、所望の治療特性を有する生物活性マクロモノマーを作り出す。
マクロモノマーの本体を用いて、生物活性分子上のカルボン酸末端を使用して、ＮＢＰＥＧ上のアミン基と炭水化物またはペプチドのカルボン酸末端との間にペプチド／アミド結合を形成する縮合反応により、任意のペプチド、炭水化物または薬物分子（Ｒ）を使用することができる（スキーム３．２）。薬物分子の例は、アモキシシリンまたはシプロフロキサシンなどの抗生物質を含む。さまざまな実施態様において、Ｒは、抗菌ペプチド（ＩＲＩＫ）２または（ＩＫＫＩ）３のコポリマー；ヘパリンオリゴ糖ＤＰ１０、ＤＰ１２、ＤＰ１４；ＣＯＬまたはＲＧＤであり、ここで、ＣＯＬは、ＤＧＥＡ、（ＧＰＨｙｐ）ｎまたは（ＰＨｙｐＧ）ｎであり得る。さまざまな実施態様において、Ｒは、ＣＯ２Ｈ基または２０個の天然アミノ酸から形成される、３～２０個のアミノ酸残基のペプチド配列を有する、炭水化物または薬物分子である。さまざまな実施態様において、Ｒは、ＤＰ１２、ＤＰ１４、ＣＯＬまたはＲＧＤであり、ここで、ＣＯＬは、ＤＧＥＡまたは（ＧＰＨｙｐ）ｎであり得る。炭水化物がカルボン酸基を有さない場合、それを含むような炭水化物の修飾が必要であり得る。あるいは、アミン置換反応または還元的アミノ化反応をまた、炭水化物のヒドロキシ基またはカルボニル基上に行うこともできる。
実施例４：合成マクロモノマーおよび合成方法
スキーム４．１から４．５は、ＰＣＬ、ＰＬＡ、ＰＬＧＡ、ＰＳ、ＰＭＭＡおよびＰＡの合成マクロモノマーを示す。
ＰＬＡ、ＰＬＧＡ、ＰＣＬは、末端ヒドロキシ基を有するノルボルネンジカルボキシイミドリンカー上で開環重合を使用して作り出す。簡単に説明すると、シス－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボン酸無水物を３－アミノ－１－プロパノールと反応させて、開始剤分子を作り出す。この開始剤を次いで、Ｓｎ（Ｏｃｔ）２触媒の存在下でε－カプロラクトン（またはＰＬＡ形成についてはＤ，Ｌ－ラクチド；ＰＬＧＡ形成についてはＤ，Ｌ－ラクチドおよびグリコリド）と反応させて、ノルボルネンジカルボキシイミドリンカーである、Ｎ－［３－ヒドロキシルプロピル］－シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボキシイミド（ＮＰＨ）上にＰＣＬ鎖を形成して、ＰＣＬマクロモノマー（ＮＢ－ＰＣＬ）（スキーム４．１）（またはＮＢ－ＰＬＡマクロモノマー）を得る。
ＰＬＡマクロモノマーは、開環重合を使用して合成する。シス－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボン酸無水物を、最初に３－アミノ－１－プロパノールと反応させて、開始剤分子を提供する。このアルコール開始剤を次いで、Ｓｎ（Ｏｃｔ）２触媒の存在下でＤ，Ｌ－ラクチドと撹拌して、ＮＢ－ＰＬＡマクロモノマーを得る（スキーム４．２）。
ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）（ＰＬＧＡ）マクロモノマーは、シス－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボキシイミドアミノプロパノール開始剤分子を介して２工程で合成する（スキーム４．３）。
ＰＳは、アジド末端を重合反応後にポリマー鎖末端で形成し、そのためノルボルネンジカルボキシイミドリンカーがポリマー上で「クリック」されてＰＳ（ＮＢ－ＰＳ）マクロモノマーを作り出し得る、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）によって調製する（スキーム４．４ａから４．４ｃ）。
ＰＭＭＡ（ＮＢ－ＰＭＭＡ）マクロモノマーは、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）を使用して調製する。Ｎ－（ヒドロキシプロピル）－シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボキシイミド（ＮＰＨ）を、最初に臭化２－ブロモイソブチリルと反応させて、ノルボルネニル官能化ＡＴＲＰ開始剤を得る。ＮＢ－ＰＭＭＡマクロモノマーは次いで、ＣｕＢｒ／ＴＭＥＤＡ触媒系を使用して、ノルボルネニル官能化ＡＴＲＰ開始剤からポリマーを直接成長させることによって合成する（スキーム４．４ｄ）。
ポリアミド（ＰＡ）マクロモノマーは、触媒としてＨ２ＯおよびＨ３ＰＯ３を使用する、還流条件下のＮ－（カルボキシペンチル）－シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボキシイミド（ＮＣＰ）上でのε－カプロラクタムの開環重合によって作り出すことができる（スキーム４．５）。ＮＣＰは、ε－カプロラクタムＲＯＰについての開始剤として機能した。
実施例５：開環メタセシス重合触媒
生物活性マクロモノマーおよび合成ポリマー（ＰＣＬ、ＰＬＡ、ＰＬＧＡ、ＰＳ、ＰＭＭＡまたはＰＡ）マクロモノマーの両方を用いて、最終の生物活性コポリマーを、グラブス型触媒１または２を使用するＲＯＭＰによって調製する（スキーム５）。
実施例６：生物活性合成コポリマーの例
図１は、本明細書において開示するさまざまな実施態様に従って設計した生物活性合成コポリマー１００を示す。生物活性合成コポリマー１００は、ポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）主鎖１０２、合成ポリマー１０４ａ、１０４ｂおよび１０４ｃのペンダントアーム、並びにＰＥＧ鎖１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃにつながれた生物活性分子１０６ａ、１０６ｂおよび１０６ｃのペンダントアームを含む。概略図に示すように、ペンダントアームは、ポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）主鎖１０２に付着している。１０６ａ、１０６ｂおよび１０６ｃは、同じまたは異なるタイプの生物活性部分であり得る。
合成ポリマーの例は、ポリ（カプロラクトン）（ＰＣＬ）、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）およびポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）（ＰＬＧＡ）などのポリエステル、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアクリレート、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）などのポリ（メタ）アクリレート並びにポリアミド（ＰＡ）を含む。生物活性分子の例は、２０個の天然アミノ酸から形成される、３～２０個のアミノ酸残基のペプチド配列、ＤＧＥＡ、（Ｇｌｙ－Ｐｒｏ－Ｈｙｐ）３および（Ｐｒｏ－Ｈｙｐ－Ｇｌｙ）３などの任意の配列の３～２０個のアミノ酸残基からのコラーゲン模倣ペプチド、グリコサミノグリカンなどの炭水化物または特定の抗生物質などのカルボン酸末端を含有する薬物分子から選択される生体分子を含む。
標的の用途に依存して、生物活性マクロモノマーを、さまざまなタイプの合成ポリマーと適合させて、さまざまな物理的特性を有する材料を作り出すことができる。
例は、ＲＧＤを含む生物活性マクロモノマーであろう。ＲＧＤは、細胞の付着、移動および増殖のためにインテグリンに結合することができるペプチド配列である。そのため、ＲＧＤのマクロモノマーを、作り出す（スキーム６）。
ＲＧＤマクロモノマーは、生分解性マクロモノマーと一組にして、患者自身の皮膚が引き継いだ後に人体において分解するであろう皮膚足場を作り出し得る。このマクロモノマーはまた、ヘパラン硫酸を含むマクロモノマーおよびポリカプロラクトンを含むマクロモノマーと共重合させて、生体吸収性骨足場としての使用のための、骨組織の再生を可能にするトリブロックコポリマーを作り出し得る。ポリマーを構築することにおけるそのようなモジュラーアプローチは、さまざまな生物活性マクロモノマーの合成マクロモノマーとの適合が、患者のニーズに基づく機械的に強い治療材料を迅速に作り出すことを可能にする。治療剤（生物活性マクロモノマー）の投与量もまた、重合中にマクロモノマーの比を調整することにより、患者のニーズに適するように調整することができる。
ＲＧＤは、その酸末端、またはカルボン酸官能基を有する任意の炭水化物またはアモキシシリン若しくはシプロフロキサシンなどの任意の薬物分子を介して、任意のペプチド配列で置き換えることができる。
例えば、５個と１０個との間の二糖単位のヘパラン硫酸（ＨＳ）鎖などのグリコサミノグリカン（ＧＡＧ）を、生物活性部分として使用し得る。理論によって拘束されるものではないが、ＨＳ鎖は、骨形成タンパク質（ＢＭＰ）、特に筋芽細胞を骨芽細胞に分化転換することができるＢＭＰ－２に対して活性であると考えられている。理論によって拘束されるものではないが、六二糖単位を有するＨＳ断片であるＤＰ１２は、ＢＭＰ－２について最も高い結合親和性を有すると考えられている。ＤＰ１２と複合体を形成したＢＭＰ－２のインンビトロ実験は、細胞中でより大きな骨形成分化を示したが、一方で、ラットモデルを使用するインビボ実験は、ＤＰ１２がポリカプロラクトン（ＰＣＬ）チューブ中のコラーゲンスポンジの対照と比較して骨組織の再生を増強することを示した。従って、ＤＰ１２マクロモノマーを有するＰＣＬコポリマーを作り出し、これを次いで、ベースポリマーＰＣＬに添加し、全骨インプラントに加工することができる。ポリマーをベースポリマーＰＣＬ中にブレンドする前にＤＰ１２をＰＣＬ自体に化学的に連結することにより、本開示は有利なことに、ＧＡＧをインプラント上に局在化させて、移植部位を除く体の任意の他の場所での骨組織の再生などの望ましくない副作用を防止することが可能であることを示した。ＧＡＧはまた、ケラチノサイトの再生を増強することも知られているため、ＤＰ１４－ＰＣＬ／ＰＣＬブレンドは、骨足場として使用する他に、皮膚足場を作り出すために使用することもできる。
ＧＡＧの他に、皮膚および骨組織の再生に対して有用であるインテグリンバインダーまたはコラーゲン断片などのペプチドもまた、使用し得る。ＲＧＤなどの細胞外ペプチドは、インテグリンバインダーとして機能して、細胞の付着、移動および増殖を促進することができる。
ＲＧＤペプチドの他に、材料はまた、コラーゲン断片および模倣物で作り出し得る。骨は、機械的ストレスに適応し、骨格組織の完全性を維持するために、人のライフサイクル全体を通して自分自身を再構築する、石灰化されたコラーゲン組織である。現在の骨足場は典型的には、ときどきリン酸三カルシウムまたはヒドロキシアパタイトなどのいくらかのリン酸カルシウムセラミックスで石灰化された、コラーゲンスポンジでできている。コラーゲンの生体適合性およびその骨組織との類似性は、それを骨についての理想的な足場材料とする。理論によって拘束されるものではないが、ＰＣＬ足場におけるコラーゲン断片またはコラーゲン模倣物（ＣＯＬ）の使用は、全体のＰＣＬ系足場材料の生体適合性および生体模倣特性を増加させるのを助けると考えられている。使用し得る可能性のあるいくつかのコラーゲン模倣物は、ＤＧＥＡ並びにさまざまな長さのグリシン、プロリンおよびヒドロキシプロリン配列を有するコラーゲン断片を含む。理論によって拘束されるものではないが、ＤＧＥＡは、間葉系幹細胞の接着および骨芽細胞への分化を支援すると考えられている。さらに、理論によって拘束されるものではないが、細胞外マトリックス（ＥＣＭ）は、主にコラーゲン材料であるため、コラーゲンはまた、優れた皮膚足場材料となると考えられている。研究されている他のＥＣＭペプチドは、ラットにおける創傷治癒を促進することが報告されているラミニン由来のペプチドＡ５Ｇ８１を含む。
組織再生生体分子のほかに、（ＩＲＩＫ）２および（ＩＫＫＩ）３などの細胞透過性ペプチドもまた、非生物付着材料への組込みのための生物活性部分として使用し得る。生物付着は、カテーテル、腸ステントおよびさらには創傷包帯などのバイオ医療デバイスにおいて、深刻な問題である。緑膿菌などのバイオフィルム形成細菌を標的とする能力は、ヒトに毒性でない一方で、そのようなペプチドをバイオ医療デバイス材料についての魅力的な候補にする。
抗生物質などの薬剤分子もまた、ブラシポリマー中に組み込み得る。理論的には、カルボン酸末端を有する任意の薬物分子が、これらの生物活性合成ポリマーの作り出しを可能にするであろう。重合に成功した薬物分子のいくつかは、アモキシシリンおよびシプロフロキサシンを含む。ブラシポリマーは、抗菌デバイスにおける使用のためにも、作り出した。
要約すると、ポリマーの設計および合成へのモジュラーアプローチを使用することによって、生物活性合成ポリマーの迅速な構築のための生物活性マクロモノマーを作り出すための一般的な戦略を開発した。そのような治療材料合成へのモジュラーアプローチは、治療カスタマイズが各患者のニーズに適することを可能とし、そのため個人医療の理想的な状況に近づく。
要約すると、ポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）主鎖上に側鎖としてペグ化生体分子を有する、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリ（メタ）アクリレート、ポリ（ラクチド）、ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）、ポリ（ε－カプロラクトン）およびポリアミドなどの合成ポリマーを有する一連のポリマーを、ＲＯＭＰ技術を介して開発した。これらのポリマーのいくつかの生体適合性、骨増殖因子および皮膚細胞生存率もまた試験し、生物活性における損失なしに過酷な材料加工温度に耐える材料の能力を実証した。本明細書において提示する一般的な戦略は、生物添加剤をポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）主鎖上のポリマー側鎖と同様のタイプのベースポリマーとブレンドすることができる、バイオ医療デバイス用の材料における該生物添加剤としての使用のための生物活性合成ポリマーを作り出す方法を形成する。合成ポリマーの側鎖は、生体分子をベースの合成ポリマーとより適合するものとするのを助け、これが、それらを相分離なしに一緒にブレンドすることを可能にする。ブラシポリマーの形成はまた、極めて吸湿性である傾向があり、これが、材料としてのそれらの悪い取扱い性および低い加工性をもたらす、天然の生体分子自体と比較して、生体分子がより良好な構造的完全性を有することを可能にする。
実験手順
一般的な手順
開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）反応、ＰＳ（ＮＢ－ＰＳ）およびＰＣＬ（ＮＰＨ－ＰＣＬ）、マクロモノマー合成、生物活性マクロモノマー合成、および触媒２合成は、窒素雰囲気下、Ｖａｃｕｕｍ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅグローブボックス中で行った。Ｎ－（ヒドロキシプロピル）－シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボキシイミド（ＮＰＨ）、Ｎ－（カルボキシペンチル）－シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボキシイミド（ＮＣＰ）およびＮ－（ヒドロキシデカニル）－シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボキシイミド（ＮＤＨ）を得るためのＮＢＰＥＧおよびＮＢアミノアルコール縮合反応は、大気条件下、ドラフト中で行った。グローブボックス中で使用した全ての溶媒は、無水であり、購入したまま使用した。グラブス第２世代触媒（触媒１）は、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、ペプチドは、Ｂｉｏｍａｔｉｋ Ｉｎｃ．から購入した。ＰＥＧジアミンは、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ（１，０００および３，４００）またはＳｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ（６，０００）から購入した。ＨＯＢＴ、ＨＢＴＵ、ｉＰｒ２ＥｔＮは、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、シス－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボン酸無水物は、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒから購入した。ＤＰ１２は、Ｉｄｕｒｏｎから購入した。全ての購入試薬は、さらなる精製なしに使用した。
１Ｈ ＮＭＲスペクトルは、全ての生体分子系マクロモノマーについて溶媒としてＭｅＯＤを使用して、ＪＥＯＬ ５００ＭＨｚ ＮＭＲ分光計上で記録した。ＣＤＣｌ３を、ＰＣＬマクロモノマーについての溶媒として使用する。ゲル透過クロマトグラフィーは、Ａｃｑｕｉｔｙ ＡＰＣ ＸＴ４５、ＸＴ２００およびＸＴ４５０カラム、Ａｃｑｕｉｔｙ ＲＩ検出器を備えたＷａｔｅｒｓ Ａｑｕｉｔｙ ＡＰＣ Ｓｙｓｔｅｍ上で行った。ＴＨＦをサンプル調製において使用し、４０℃で１．０ｍｌ／分の流速を使用した。ポリスチレンを、キャリブレーション標準として使用した。ＴＧＡ／ＤＳＣは、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＳＤＴ２９６０同時のＤＳＣ－ＴＧＡを使用して測定する。
（Ｈ２ＩＭｅｓ）（ｐｙｒ）２（Ｃｌ）２ＲｕＣＨＰｈ（触媒２）の合成
ピリジン（２ｍＬ）を、スクリューキャップを有する２０ｍＬバイアル中の触媒１（０．５ｇ、０．５９ｍｍｏｌ）に添加した。反応物を室温で１５分間撹拌し、その間に赤から緑への色の変化が観察された。ヘキサン（１６ｍＬ）を緑色の溶液に添加し、緑色固体が沈殿し始めた。緑色沈殿物を、真空濾過し、ヘキサン（４×１０ｍＬ）で洗浄し、真空下で乾燥させて、触媒２を緑色粉末として得た。
Ｎ－（ヒドロキシプロピル）－シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボキシイミド（ＮＰＨ）の合成
丸底フラスコに、シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボン酸無水物（０．９８５ｇ、６．０ｍｍｏｌ）および３－アミノ－１－プロパノール（０．４７３ｇ、６．３ｍｍｏｌ）を入れた。フラスコに３０ｍＬのトルエンを添加し、その後トリエチルアミン（８４μＬ、０．６０ｍｍｏｌ）を添加した。Ｄｅａｎ－Ｓｔａｒｋトラップをフラスコに取り付け、反応混合物を４時間加熱還流（１３５oＣ）した。反応混合物を次いで、冷却し、真空中で濃縮して、淡黄色の油を得た。この残渣を、３０ｍＬのジクロロメタンで希釈し、０．２Ｍ ＨＣｌ（２０ｍＬ）および飽和ＮａＣｌ（２０ｍＬ）で洗浄した。有機層を、Ｎａ２ＳＯ４上で乾燥させ、真空中で濃縮し、真空オーブン中で一晩乾燥させて、１．２２ｇの白色固体を得た。１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ６．２７（ｔ、Ｊ＝２．０Ｈｚ、２Ｈ）、３．６４（ｔ、Ｊ＝６．４Ｈｚ、２Ｈ）、３．５３（ｑ、Ｊ＝６．１Ｈｚ、２Ｈ）、３．２６（ｓ、２Ｈ）、２．７１（ｍ、２Ｈ）、２．６０（ｍ、１Ｈ）、１．８４－１．７０（ｍ、２Ｈ）、１．５５（ｍ、１Ｈ）、１．２４（ｄ、１Ｈ）。
ＲＯＰによるＮＰＨ－ＰＣＬマクロモノマーの合成
さまざまな重合度（ＤＰ）を有するＮＰＨ－ＰＣＬマクロモノマーを、ＲＯＰによって調製した。例として、ε－ＣＬ（０．５ｍｌ、０．５２ｍｏｌ）を、トルエン（１ｍｌ）中に溶解したＮＰＨ開始剤（０．０５ｇ、０．２３ｍｍｏｌ）を含有する２０ｍｌシンチレーションバイアルに添加した。Ｓｎ（Ｏｃｔ）２（０．００３７ｇ、９．１μｍｏｌ）を混合物に添加し、得られた溶液を、１１０℃で９０分間撹拌し、メタノール中に沈殿させた。メタノール溶液を次いで冷凍庫中に一晩置いて、白色沈殿物を得、これを、濾過し、メタノールで洗浄した。残渣を次いで、真空下で一晩乾燥させる。ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝５，６１３、ＰＤＩ＝１．０８、収量０．４４７８ｇ。
濃度９１μｍｏｌ／ｍｌのＳｎ（Ｏｃｔ）２の標準溶液を、調製し、ＲＯＰ反応用に使用した。
ＲＯＰによるＮＰＨ－ＰＬＡマクロモノマーの合成
さまざまな重合度（ＤＰ）を有するＮＰＨ－ＰＬＡマクロモノマーを、ＲＯＰによって調製した。例として、フレームドライした２５ｍＬシュレンクチューブに、ＮＰＨ開始剤（１１０ｍｇ、０．５０ｍｍｏｌ）、Ｄ，Ｌ－ラクチド（８６４ｍｇ、６．０ｍｍｏｌ）、Ｓｎ（Ｏｃｔ）２（２ｍｇ）、および撹拌棒を入れた。チューブを、４回排気・窒素充填し、次いで１３０℃の油浴中に浸した。２．５時間後、内容物を、室温に冷却し、ジクロロメタンで希釈し、冷メタノール中に２回沈殿させた。マクロモノマーを、上澄みをデカントすることによって単離し、真空下で一晩乾燥させた。ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝２，４７１、ＰＤＩ＝１．２０、収量０．６００ｇ。１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：δ６．２８（ｂｒ ｔ、２Ｈ）、５．２７－５．０８（ｍ）、４．３５（ｍ、１Ｈ）、４．１９－４．０２（ｍ、２Ｈ）、３．６２－３．４４（ｍ、２Ｈ）、３．２７（ｓ、２Ｈ）、２．６９（ｍ、２Ｈ）、１．９７－１．４７（ｍ）、１．１９（ｄ、１Ｈ）。
Ｎ－（ヒドロキシデカニル）－シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボキシイミド（ＮＤＨ）の合成
丸底フラスコに、シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボン酸無水物（０．９５ｇ、５．８ｍｍｏｌ）および１０－アミノ－１－デカノール（１．０ｇ、５．８ｍｍｏｌ）を入れた。フラスコに、２０ｍＬのトルエンを添加し、その後トリエチルアミン（８０μＬ、０．５８ｍｍｏｌ）を添加した。加熱して、均一な溶液を得た。Ｄｅａｎ－Ｓｔａｒｋトラップをフラスコに取り付け、反応混合物を４時間加熱還流（１３５℃）した。反応混合物を次いで、冷却し、真空中で濃縮して、オフホワイトの固体を得た。この残渣を、２０ｍＬのＣＨ２Ｃｌ２中に溶解し、０．１Ｎ ＨＣｌ（１０ｍＬ）および飽和ＮａＣｌ（１０ｍＬ）で洗浄した。有機層を、ＭｇＳＯ４上で乾燥させ、真空中で濃縮して、１．９６ｇの無色の粘性油を得た。１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ１．２０－１．２８（ｍ、１３Ｈ）、１．４９－１．５６（ｍ、５Ｈ）、２．６５（ｄ、Ｊ＝１．５Ｈｚ、２Ｈ）、３．２６（ｔ、Ｊ＝１．５Ｈｚ、２Ｈ））、３．４４（ｔ、Ｊ＝７．５Ｈｚ、２Ｈ）、３．６２（ｔ、Ｊ＝６．５Ｈｚ、２Ｈ）、６．２７（ｔ、Ｊ＝２．０Ｈｚ、２Ｈ）。
Ｎ－（ペンチノイルデカニル）－シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボキシイミドの合成
丸底フラスコに、Ｎ－（ヒドロキシデカニル）－シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボキシイミド（ＮＤＨ）（０．８０ｇ、２．５ｍｍｏｌ）、Ｎ－（３－ジメチルアミノプロピル）－Ｎ’－エチルカルボジイミド塩酸塩（ＥＤＣ）（０．５８ｇ、３．０ｍｍｏｌ）、および４－ジメチルアミノピリジン（ＤＭＡＰ）（０．１０ｇ、０．８２ｍｍｏｌ）を添加し、その後１０ｍＬのＣＨ２Ｃｌ２を添加した。ペンチン酸（０．２５ｇ、２．５ｍｍｏｌ）を、注射器を介して５ｍＬのＣＨ２Ｃｌ２中の溶液として添加した。反応混合物を、室温で一晩撹拌させた。反応混合物を、水（２×２０ｍＬ）および飽和ＮａＣｌ（２０ｍＬ）で洗浄し、ＭｇＳＯ４上で乾燥させた。溶媒を蒸発させ、残った残留物をシリカゲルクロマトグラフィー（酢酸エチル／ヘキサン、１：９ ｖ／ｖ）によって精製して、０．８８ｇの生成物を無色の油として得た（８８％収率）。１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ１．２１－１．３３（ｍ、１３Ｈ）、１．４９－１．５４（ｍ、３Ｈ）、１．６２（ｔ、Ｊ＝７．５Ｈｚ、２Ｈ）、１．９７（ｔ、Ｊ＝２．５Ｈｚ、１Ｈ）、２．４８－２．５７（ｍ、４Ｈ）、２．６７（ｄ、Ｊ＝１．５Ｈｚ、２Ｈ）、３．２７（ｔ、Ｊ＝１．５Ｈｚ、２Ｈ）、３．４５（ｔ、Ｊ＝７．５Ｈｚ、２Ｈ）、４．０９（ｔ、Ｊ＝７Ｈｚ、２Ｈ）、６．２８（ｔ、Ｊ＝２．０Ｈｚ、２Ｈ）。
ＡＴＲＰ－クリックによるＮＢ－ＰＳマクロモノマーの合成
さまざまな重合度（ＤＰ）を有するＮＢ－ＰＳマクロモノマーを、ＡＴＲＰ、クリック反応を使用して調製した。例として、ＣｕＢｒ（０．１４３５ｇ、１ｍｍｏｌ）をグローブボックス中の２０ｍｌシンチレーションバイアル中に秤量した。スチレン（塩基性Ａｌ２Ｏ３を通して前濾過、１１．５ｍｌ、１００ｍｍｏｌ）を添加し、その後メチル－２－ブロモプロピオネート（１１２μｌ、１ｍｍｏｌ）およびＰＭＤＥＴＡ（２０９μｌ、１ｍｍｏｌ）を添加した。混合物を、８０℃で１時間加熱し、撹拌ＭｅＯＨ（４００ｍｌ）に滴下して、深青色の溶液中の白色沈殿物（ｐｐｔ）を得た。ｐｐｔを濾過して、青みがかった白色固体を得て、これを、最少量のＣＨ２Ｃｌ２中に再溶解し、ＭｅＯＨ中で再沈殿させ、濾過した。この再溶解、沈殿および濾過プロセスは、ＰＳ－Ｂｒの純粋な白色固体が得られるまで繰り返す。固体を次いで、真空オーブン中で一晩乾燥させる。ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝２，５２３、ＰＤＩ＝１．１８。
ＰＳ－Ｂｒ（０．５ｍｍｏｌ）およびＮａＮ３（２．５ｍｍｏｌ）をグローブボックス中の２０ｍｌシンチレーションバイアルに添加し、その後ＤＭＦ（１０ｍｌ）を添加し、混合物を４８時間撹拌して、ＮａＢｒの白色沈殿物を有する無色の溶液を得た。混合物を、ドラフト中の撹拌ＭｅＯＨのビーカーに添加した。白色沈殿物を、濾過し、ＭｅＯＨで洗浄し、真空オーブン中で乾燥させて、ＰＳ－Ｎ３プレポリマーを得た。
２０ｍｌシンチレーションバイアル中に、ＰＳ－Ｎ３プレポリマー（０．１ｍｍｏｌ）およびＮ－（ペンチノイルデカニル）－シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボキシイミド（０．１５ｍｍｏｌ）およびＣｕＢｒ（０．０１ｍｍｏｌ）を添加した。ＴＨＦ（２ｍｌ）およびＰＭＤＥＴＡ（０．０１ｍｍｏｌ）を添加し、混合物を５０℃で一晩撹拌した。ＭｅＯＨを冷却した反応混合物に添加して、白色沈殿物を得、これを、濾過し、ＭｅＯＨで洗浄し、その後真空オーブン中で乾燥させて、ＮＢ－ＰＳマクロモノマーを得た。１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：７．１０－６．４６（ｍ）、６．２８（ｓ、２Ｈ）、５．０４－４．９４（ｍ、１Ｈ）、４．１３－４．０（ｍ、２Ｈ）、３．５１－３．４０（ｍ、５Ｈ）、３．２７（ｓ、２Ｈ）、２．９１－２．８６（ｍ、２Ｈ）、２．６７－２．５６（ｍ、２Ｈ）、０．９２（ｂｒｓ、３Ｈ）。
ノルボルネニル官能化ＡＴＲＰ開始剤の合成
丸底フラスコに、Ｎ－（ヒドロキシプロピル）－シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボキシイミド（ＮＰＨ）（０．６６ｇ、３．０ｍｍｏｌ）を入れた。フラスコに、ジクロロメタン（１２ｍＬ）を添加し、その後トリエチルアミン（０．６３ｍＬ、４．５ｍｍｏｌ）を添加した。反応フラスコを氷水浴中に沈め、臭化２－ブロモイソブチリル（０．５５ｍＬ、４．５ｍｍｏｌ）を反応混合物に滴下した。添加が完了したとき、反応混合物を、室温で一晩撹拌させた。反応混合物を、０．１Ｍ ＨＣｌ（１５ｍＬ）、飽和ＮａＨＣＯ３溶液（１５ｍＬ）および飽和ＮａＣｌ（２×１５ｍＬ）で洗浄した。有機層を、Ｎａ２ＳＯ４上で乾燥させ、真空中で濃縮した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィー（ジクロロメタン）によって精製して、生成物を淡黄色固体（０．８０ｇ、７２％）として得た。１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ６．２８（ｔ、Ｊ＝１．８Ｈｚ、２Ｈ）、４．１７（ｔ、Ｊ＝６．５Ｈｚ、２Ｈ）、３．６１（ｔ、Ｊ＝７．１Ｈｚ、２Ｈ）、３．２８（ｓ、２Ｈ）、２．６９（ｄ、Ｊ＝１．８Ｈｚ、２Ｈ）、１．９９－１．９６（ｍ、８Ｈ）、１．５２（ｍ、１Ｈ）、１．２１（ｄ、Ｊ＝９．９Ｈｚ、１Ｈ）。
ＡＴＲＰによるＮＢ－ＰＭＭＡマクロモノマーの合成
さまざまな重合度（ＤＰ）を有するＮＢ－ＰＭＭＡマクロモノマーを、ＡＴＲＰを使用して調製した。例として、２５ｍＬシュレンクチューブに、ノルボルネニル官能化ＡＴＲＰ開始剤（５３ｍｇ、０．１４３ｍｍｏｌ）、ＭＭＡ（１．０６ｍＬ、１０．０ｍｍｏｌ）、アニソール（１．０ｍＬ）およびＴＭＥＤＡ（０．０１１ｍＬ、０．０７２ｍｍｏｌ）を入れた。溶液を、３回の凍結－ポンプ－解凍サイクルによって脱気した。最終サイクルの間、シュレンクチューブを窒素で満たし、ＣｕＢｒ（１０．３ｍｇ、０．０７２ｍｍｏｌ）を、凍結した反応混合物に素早く添加した。シュレンクチューブを、３回密閉・排気・窒素充填した。シュレンクチューブを室温に解凍し、重合を７０℃の油浴中で３時間行った。混合物を、中性アルミナを通して濾過し、ＭｅＯＨ中に沈殿させ、濾過した。固体を次いで、真空オーブン中で一晩乾燥させる。ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝５，１５８、ＰＤＩ＝１．１３。１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：δ６．３０（ｓ、２Ｈ）、４．１７（ｍ、２Ｈ）、３．７６（ｍ）、３．６５－３．５９（ｍ）、３．２８（ｓ、２Ｈ）、２．７２（ｓ、２Ｈ）、２．００－１．６９（ｍ）、１．０７－０．７５（ｍ）。
Ｎ－（カルボキシペンチル）－シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボキシイミド（ＮＣＰ）の合成
シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボン酸無水物（４．０ｇ、２４．３ｍｍｏｌ）および６－アミノヘキサン酸（３．３ｇ、２５．３ｍｍｏｌ）を、丸底フラスコ中に秤量した。固体混合物に、トルエン（５０ｍＬ）およびＥｔ３Ｎ（４１０μＬ、２．９２ｍｍｏｌ）を添加した。フラスコにＤｅａｎ－Ｓｔａｒｋトラップを取り付け、４時間加熱還流した。混合物を次いで、室温に冷却させ、ＣＨ２Ｃｌ２（５０ｍＬ）で希釈し、１Ｍ ＨＣｌ水溶液（２×２０ｍＬ）で洗浄した。有機層を、飽和ＮａＣｌ水溶液（２０ｍＬ）で洗浄し、Ｎａ２ＳＯ４で乾燥させ、濾過し、減圧下で濃縮して、ＮＣＰを淡黄色固体として得た。１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤ３ＯＤ、２５℃）δ６．２６（ｔ、２Ｈ、Ｊ＝２．０Ｈｚ）、３．４４（ｍ、２Ｈ）、３．２５（ｍ、２Ｈ）、２．６６（ｄ、２Ｈ、Ｊ＝１．０Ｈｚ）、２．３２（ｔ、２Ｈ、Ｊ＝７．２Ｈｚ）、１．６３（ｍ、２Ｈ）、１．５５（ｍ、２Ｈ）、１．４６－１．５１（ｍ、１Ｈ）、１．３３（ｍ、２Ｈ）、１．１９（ｄ、１Ｈ）。
ＲＯＰによるＮＣＰ－ＰＡ６マクロモノマーの合成
さまざまな重合度（ＤＰ）を有するＮＣＰ－ＰＡ６マクロモノマーを、ＲＯＰによって調製した。例として、ε－カプロラクタム（２．５６ｇ、１２ｍｍｏｌ）を、窒素導入口を有する、ＮＣＰ開始剤（０．２ｇ、０．６ｍｍｏｌ）を含有する５０ｍｌ丸底フラスコ（ｒｂｆ）中に秤量した。Ｈ３ＰＯ３（０．０８１ｇ）を有する脱イオンＨ２Ｏ（５ｍｌ）を混合物に添加し、得られた混合物を、１７０℃で３０分間加熱し、２４０℃で４時間維持した。Ｈ２Ｏを蒸留により除去し、反応物を真空下２４０℃でさらなる２時間加熱した。ベージュ色固体を、ＭｅＯＨから沈殿させ、それによって繰り返し洗浄した。真空オーブン中で一晩乾燥させて、ＮＣＰ－ＰＡ６を得た。１Ｈ ＮＭＲ［５００ＭＨｚ、ＤＣＯ２Ｄ／ＣＤ２Ｃｌ２（１：４）、］：δ６．４２（ｂｒ、ＰＡ６）、６．２８（ｓ、２Ｈ、ＮＣＰ）、３．４２（ｓ、６Ｈ、ＮＣＰ）、３．１４－３．１２（ｍ、ＰＡ６）、２．６７（ｓ、２Ｈ、ＮＣＰ）、２．１４－２．１２（ｍ、ＰＡ６）、１．５６－１．５３（ｍ、ＰＡ６）、１．４６－１．４４（ｍ、ＰＡ６）、１．２９－１．２５（ｍ、ＰＡ６）。
ＮＢＰＥＧマクロモノマー体（Ｈ２Ｎ－ＰＥＧ－ＮＨ２ １０００、３，４００および６０００用）の合成
ＰＥＧジアミン（１ｇ）およびシス－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボン酸無水物（１当量）を１００ｍｌのｒｂｆに添加し、その後トルエン（５０ｍｌ）を添加した。トリエチルアミン（１当量）を添加し、混合物を、水除去用にｄｅａｎ－ｓｔａｒｋトラップを取り付けて、還流下で一晩撹拌した。得られた溶液を蒸発乾固し、ジクロロメタン（４０ｍｌ）を添加し、その後０．１Ｍ ＨＣｌ（４０ｍｌ）を添加した。有機層を、抽出し、０．１Ｍ ＮａＯＨ（５０ｍｌ）で洗浄した。０．１Ｍ ＮａＯＨ（５０ｍｌ）を酸洗浄からの水性画分に添加し、その後ＣＨ２Ｃｌ２（３０ｍｌ）を添加した。有機層を、抽出し、合わせ、飽和ＮａＣｌで洗浄し、Ｎａ２ＳＯ４上で乾燥させた。物質を蒸発乾固させて、ＰＥＧジアミン１，０００については淡いオレンジ色の油、ＮＢＰＥＧ、並びにＰＥＧジアミン３，４００および６，０００についてはベージュ色固体を得た。１Ｈ ＮＭＲ（ＭｅＯＤ）：δ＝６．３６（ｔ、２Ｈ、ＮＢ）、３．６７（ｓ、ＰＥＧ）、３．２１（ｓ、２Ｈ、ＮＢ）、２．７４（ｓ、２Ｈ、ＮＢ）、１．９２（ｓ、２Ｈ）。
ＰＥＧ１０００、３，４００および６，０００についての代表的な調製物としてのＮＢＰＥＧ１０００ＲＧＤの合成
ＲＧＤ（ＯＭｅで保護されたアスパラギン酸上の１つのカルボン酸末端を有する）（０．０９３７ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）を、グローブボックス中で、４ｍｌバイアル中のＭｅＯＨ（２．５ｍｌ）中に溶解した。ｉＰｒ２ＥｔＮ（９１μＬ、０．５２ｍｍｏｌ）を添加し、混合物を撹拌した（Ａ）。ＨＯＢＴ（０．０３５３ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）およびＨＢＴＵ（０．０９９２ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）を２０ｍｌバイアル中のＭｅＯＨ（１２．５ｍｌ）中に４０℃で溶解し、その後（Ａ）からのＲＧＤ溶液を添加して、溶液（Ｂ）を得た。溶液Ｂを次いで、４０ｍｌバイアル中のＮＢＰＥＧ１０００（０．２５ｇ、０．２１８ｍｍｏｌ）に添加し、室温で一晩撹拌する。得られた混合物を次いで蒸発乾固し、油をジエチルエーテル（５０ｍｌ）に添加する。ジエチルエーテル溶液を、冷凍庫中で４８時間冷やし、デカントする。ＭｅＯＨ（５ｍｌ）を残渣に加えて、白色のｐｐｔを有するオレンジ色の溶液を得る。混合物をシリンジフィルターに通し、透明な濾液を蒸発乾固して、ＲＧＤＰＥＧＮＢのオレンジ色の油を９５％収率で得る。１Ｈ ＮＭＲ（ＭｅＯＤ）：δ＝７．７４（ｄｄ）、７．３５－７．４２（ｍ）、６．３２（ｔ）、４．３９（ｓ）、４．２０（ｓ）、３．６３（ｂｒ ｓ）、３．６０（ｄ）、３．１７（ｔ）、２．７０（ｄ）。ＭＡＬＤＩ－ＭＳ：６６１．３（［Ｍ－ＮＢ］＋２Ｈ＋）。
ＰＥＧ１０００、３，４００および６，０００についての代表的な調製物としてのＮＢＰＥＧ１０００ＤＧＥＡの合成
ＤＧＥＡ（ＯＭｅで保護されたＥおよびＡ上のカルボン酸を有する）（０．１０９ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）を、グローブボックス中でＭｅＯＨ（２．５ｍｌ）中に溶解した。ｉＰｒ２ＥｔＮ（９１μｌ、０．５２ｍｍｏｌ）を添加し、混合物を溶液Ａとして撹拌した。ＨＯＢＴ（０．０３５３ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）およびＨＢＴＵ（０．０９９２ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）をＭｅＯＨ（１２．５ｍｌ）中に４０℃で溶解し、その後溶液Ａを添加して、懸濁液Ｂを得た。懸濁液Ｂを次いで、ＮＢＰＥＧＮＨ２（０．２５ｇ、０．２１８ｍｍｏｌ）に添加し、室温で２４時間撹拌した。得られた淡黄色の混合物を次いで溶媒蒸発によって濃縮して、黄色の油状混合物を得た。混合物をＥｔ２Ｏ中に分散させ、溶液を冷凍庫中に４８時間置いた。Ｅｔ２Ｏ層を取り出し、ＭｅＯＨを残渣に添加して、黄色の懸濁液を得た。濾過および溶媒蒸発を行って、黄色の油状生成物ＮＢ－ＰＥＧ－ＤＧＥＡ（０．２８ｇ、収率７３％）を得た。
１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤ３ＯＤ、２５℃）：δ７．８０（ｄ、１Ｈ）、７．７１（ｄ、１Ｈ）、７．４４－７．３８（ｍ、２Ｈ）、６．３３（ｓ、２Ｈ）、４．４０（ｓ、２Ｈ）、４．２２（ｓ、１Ｈ）、３．９５（ｓ、１Ｈ）、３．６８（ｍ、６Ｈ）、３．６４（ｍ、８４Ｈ）、３．５７（ｍ、４Ｈ）、３．１８（ｓ、２Ｈ）、２．８２（ｓ、２Ｈ）、２．７２（ｓ、２Ｈ）、２．４７（ｍ、２Ｈ）、２．１４（ｍ、１Ｈ）、１．９６（ｍ、１Ｈ）、１．４８－１．４１（ｄｄ、２Ｈ）。
さまざまな配列並びにｎ＝６までの鎖長、ＰＥＧ１０００、３，４００および６，０００のグリシン、プロリンおよびヒドロキシプロリンのコラーゲン断片についての代表的な調製物としてのＮＢＰＥＧ１０００（ＧＰＨｙｐ）３の合成
（ＧＰＨｙｐ）３（０．２１３ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）を、グローブボックス中でＭｅＯＨ（２．５ｍｌ）中に溶解した。ｉＰｒ２ＥｔＮ（９１μｌ、０．５２ｍｍｏｌ）を添加し、混合物を撹拌した（溶液Ａ）。ＨＯＢＴ（０．０３５３ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）およびＨＢＴＵ（０．０９９２ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）をＭｅＯＨ（１２．５ｍｌ）中に４０℃で溶解し、その後溶液Ａを添加して、懸濁液Ｂを得た。懸濁液Ｂを次いで、ＮＢＰＥＧＮＨ２（０．２５ｇ、０．２１８ｍｍｏｌ）に添加し、室温で２４時間撹拌した。得られた淡黄色の混合物を次いで溶媒蒸発によって濃縮して、ベージュ色の混合物を得た。混合物を、Ｅｔ２Ｏ中に分散させ、４８時間凍結させた。Ｅｔ２Ｏ層を取り出し、ＭｅＯＨを残渣に添加して、ベージュ色の懸濁液を得た。濾過および溶媒蒸発を行って、ベージュ色の油状生成物ＮＢ－ＰＥＧ－（ＧＰＨｙｐ）３（０．２２ｇ、収率５０％）を得た。
１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤ３ＯＤ、２５℃）：δ６．３３（ｓ、２Ｈ）、４．７３－．４．４４（ｂｒ、４Ｈ）、３．６５（ｍ、８４Ｈ）、３．５７（ｍ、４Ｈ）、３．１８（ｓ、２Ｈ）、２．７２（ｓ、２Ｈ）、２．３９－１．８０（ｂｒ、８Ｈ）、１．４４－１．３７（ｄｄ、２Ｈ）。
ＮＢＰＥＧ３４００ＤＰ１２の合成
ＤＰ１２（０．０２１１ｇ、８．５μｍｏｌ）を、８ｍｌシンチレーションバイアル中でＭｅＯＨ（１．５ｍｌ）中に溶解した。ｉＰｒ２ＥｔＮ（３μｌ、１７μｍｏｌ）を添加し、混合物を撹拌した（溶液Ａ）。ＨＯＢＴ（０．００３２ｇ，８．５μｍｏｌ）およびＨＢＴＵ（０．００１２ｇ，８．５μｍｏｌ）をＭｅＯＨ（２．５ｍｌ）中に４０℃で溶解し、その後溶液Ａを添加して、懸濁液Ｂを得た。懸濁液Ｂを次いで、ＮＢＰＥＧ３４００ＮＨ２（０．０２５ｇ、７．０５μｍｏｌ）に添加し、室温で２４時間撹拌した。得られた淡黄色の混合物を次いで溶媒蒸発で濃縮して、ベージュ色の混合物を得た。混合物をＥｔ２Ｏ中に分散させ、混合物を冷凍庫中に８４時間置いた。Ｅｔ２Ｏをデカントし、ＭｅＯＨを残渣に添加して、淡黄色の溶液を得、これから溶液の濾過をし、その後の溶媒蒸発によって、オレンジ色の油を得た。
１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤ３ＯＤ、２５℃）：δ７．８１（ｄｄ、４Ｈ）、７．４４－７．５２（ｍ）、６．３６（ｔ、２Ｈ）、４．２８（ｂｒ、４Ｈ）、３．６７（ｓ、３０４Ｈ）、３．２１（ｓ、２Ｈ）、２．７７（ｓ、２Ｈ）、１．４８－１．３２（ｍ、１０Ｈ）。
ＰＣＬ－ペプチド型コポリマーについての代表的な調製物としてのＮＰＨ－ＰＣＬマクロモノマーおよびＮＢＰＥＧ３４００ＲＧＤマクロモノマーのＲＯＭＰについての典型的な手順
ＮＢＰＥＧ３４００ＲＧＤマクロモノマー（０．２当量）を４ｍｌシンチレーションバイアル中に秤量し、その後ＮＰＨ－ＰＣＬ（０．０５ｇ）を添加する。ＴＨＦ（ＮＰＨ－ＰＣＬに関して０．０２１Ｍ）を添加し、混合物を透明な溶液が得られるまで室温で撹拌する。ＴＨＦ中の触媒１または２の溶液（１．２５ｍｏｌ％、０．０５Ｍ）を該溶液に添加し、反応物を３０℃で２時間撹拌する。エチルビニルエーテルを反応混合物に添加し、その後ＭｅＯＨ（３ｍｌ）を添加し、混合物を冷凍庫中に１時間置いて、白色のｐｐｔを得る。混合物を遠心分離し、母液をデカントした。残渣をメタノール中に再懸濁し、遠心分離し、その後、母液を再びデカントして、残渣を洗浄した。ＭｅＯＨでの洗浄を３回行い、最終残渣を真空オーブン中で一晩乾燥させた。
ＰＣＬ－ＲＧＤコポリマーについて、ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝１４０，０００、ＰＤＩ＝１．２１。
ＰＬＡ－ペプチド型コポリマーについての代表的な調製物としてのＮＰＨ－ＰＬＡマクロモノマーおよびＮＢＰＥＧ１０００ＲＧＤマクロモノマーのＲＯＭＰについての典型的な手順
ＮＢＰＥＧ１０００ＲＧＤマクロモノマー（０．１当量）を４ｍｌシンチレーションバイアル中に秤量し、その後ＮＰＨ－ＰＬＡ（０．０５ｇ）を添加する。ＴＨＦ（ＮＰＨ－ＰＣＬに関して０．０５Ｍ）を添加し、混合物を透明な溶液が得られるまで室温で撹拌する。ＴＨＦ中の触媒２の溶液（１．２５ｍｏｌ％）を該溶液に添加し、反応物を１時間撹拌する。エチルビニルエーテルを反応混合物に添加し、その後ＭｅＯＨ（３ｍｌ）を添加し、混合物を冷凍庫中に１時間置いて、粘着性の固体を得る。母液をデカントし、残渣を、ＭｅＯＨで繰り返し洗浄し、その後真空オーブン中で乾燥させた。ＰＬＡ－ＲＧＤコポリマーについて、ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝７６，６８１、ＰＤＩ＝１．４４。
ＰＳ－ペプチド型コポリマーについての代表的な調製物としてのＮＢ－ＰＳマクロモノマーおよびＮＢＰＥＧ１０００ＲＧＤマクロモノマーのＲＯＭＰについての典型的な手順
ＮＢＰＥＧ１０００ＲＧＤ（０．１当量）を４ｍｌガラスバイアル中に秤量し、その後ＮＢ－ＰＳ（０．０５ｇ）を添加した。ＴＨＦ（０．６ｍｌ）を添加し、混合物を透明な溶液が得られるまで２５℃で撹拌する。ＴＨＦ中の触媒１または２の溶液（１．２５ｍｏｌ％、０．０５Ｍ）を該溶液に添加し、反応物を１時間撹拌する。エチルビニルエーテルを反応混合物に添加し、その後ＭｅＯＨ（３ｍｌ）を添加し、混合物を冷凍庫中に１時間置いて、白色沈殿物を得る。混合物を濾過し、残渣を、ＭｅＯＨで繰り返し洗浄し、その後真空オーブン中で乾燥させた。
ＰＳ－ＲＧＤコポリマーについて、ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝３３，４８４、ＰＤＩ＝１．４１。
ＰＭＭＡ－ペプチド型コポリマーについての代表的な調製物としてのＮＢ－ＰＭＭＡマクロモノマーおよびＮＢＰＥＧ１０００ＲＧＤマクロモノマーのＲＯＭＰについての典型的な手順
ＮＢＰＥＧ１０００ＲＧＤマクロモノマー（０．１当量）を４ｍｌシンチレーションバイアル中に秤量し、その後ＮＢ－ＰＭＭＡ（０．０５ｇ）を添加する。ＴＨＦ（ＮＢ－ＰＭＭＡに関して０．０５Ｍ）を添加し、混合物を透明な溶液が得られるまで室温で撹拌する。ＴＨＦ中の触媒２の溶液（１．２５ｍｏｌ％）を該溶液に添加し、反応物を１時間撹拌する。エチルビニルエーテルを反応混合物に添加し、その後ＭｅＯＨ（３ｍｌ）を添加し、混合物を冷凍庫中に１時間置いて、白色沈殿物を得る。残渣をメタノール中に再懸濁し、遠心分離し、その後母液を再びデカントして、残渣を洗浄した。ＭｅＯＨでの洗浄を３回行い、最終残渣を真空オーブン中で一晩乾燥させた。
ＰＭＭＡ－ＲＧＤコポリマーについて、ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝６８，５１２、ＰＤＩ＝１．７２。
ＰＡ－ペプチド型コポリマーについての代表的な調製物としてのＮＣＰ－ＰＡ６マクロモノマーおよびＮＢＰＥＧ３４００ＤＧＥＡマクロモノマーのＲＯＭＰについての典型的な手順
ＮＢＰＥＧ３４００ＤＧＥＡマクロモノマー（０．２当量）を４ｍｌガラスバイアル中に秤量し、その後ＮＣＰ－ＰＡ６（０．１２ｇ）を添加する。ＣＨ３ＣＯ２Ｈ（ＮＣＰ－ＰＡ６に関して０．０２１Ｍ）を添加し、混合物を透明な溶液が得られるまで８０℃で撹拌する。触媒２（１．２５ｍｏｌ％、ＣＨ２Ｃｌ２中０．０５Ｍ）を該溶液に添加し、反応物を８０℃で２４時間撹拌する。エチルビニルエーテルを反応物に添加し、その後ＭｅＯＨを添加する。混合物を冷凍庫中に１日間置いて、ベージュ色のｐｐｔを得た。懸濁液を遠心分離し、母液をデカントした。残渣を、ＭｅＯＨで繰り返し洗浄し、その後真空オーブン中で乾燥させて、ベージュ色の固体生成物を得た。１Ｈ ＮＭＲ［５００ＭＨｚ、ＤＣＯ２Ｄ／ＣＤ２Ｃｌ２（１：４）］：δ６．４２（ｂｒ、ＰＡ６）、３．６０（ｓ、ＰＥＧ）、３．１９－３．１３（ｍ、ＰＡ６）、２．１５－２．１２（ｍ、ＰＡ６）、１．６２－１．５６（ｍ、ＰＡ６）、１．４８－１．４２（ｍ、ＰＡ６）、１．２９－１．２３（ｍ、ＰＡ６）。
実施例７：生物活性合成コポリマーの例－
ヒトの皮膚および骨組織の再生のための生物添加剤としてのポリ（ε－カプロラクトン）－生体分子コポリマー
コラーゲン模倣物（ＣＯＬ）、インテグリン結合ペプチドおよびグリコサミノグリカン（ＧＡＧ）などのさまざまなペグ化生体分子を有する一連のポリ（ε－カプロラクトン）（ＰＣＬ）コポリマーを合成し、特徴付けた。そのようなコポリマーは、ヒトにおける、骨または皮膚のいずれかの再生用の組織再生足場を作り出すために使用することができる。
ＰＣＬは、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）のように局所的な酸性度を引き起こすことなく人体において生分解するその能力のため、この実施例における最適な合成ポリマーであり、該材料は、生体適合性である。ヘパリンオリゴ糖ＤＰ１２などの生体分子のＰＣＬ中への組込みは、骨組織の再生を可能にする骨足場材料について望まれるであろうが、一方で該材料自体は、最終的に体の中で生分解する。
しかしながら、ＤＰ１２での問題は、それが極めて吸湿性であり、使用前にコーティングの均一性を制御する手段が何らないため、それを移植前にＰＣＬチューブ上にコーティングすることが理想的ではないことである。さらに、ＧＡＧは高度に水溶性であるため、骨組織の再生が必要とされるＢＭＰ結合について、移植の際に体の中に浸出し、インプラント自体の上に残らない、高い傾向を有する。そのため、この実施例においては、ＤＰ１２マクロモノマーを有するＰＣＬコポリマーを作り出し、これを次いで、ベースポリマーＰＣＬに添加し、全骨インプラントに加工することができる。ポリマーをベースポリマーＰＣＬ中にブレンドする前にＤＰ１２をＰＣＬ自体に化学的に連結することにより、本開示は有利なことに、ＧＡＧをインプラント上に局在化させて、移植部位を除く体の任意の他の場所での骨組織の再生などの望ましくない副作用を防止することが可能であることを示した。
ＧＡＧの他に、インテグリンバインダーまたはコラーゲン断片などのペプチドもまた、骨組織の再生に向けて有用である。実際、これらの生体模倣分子（ＧＡＧ、インテグリンバインダー、コラーゲン断片）は、骨組織の再生について有用であるだけでなく、皮膚組織の再生についても有用である。そのため、本明細書において開示するさまざまな実施態様に従って合成したポリマーは、骨足場として機能するだけでなく、それらは、火傷患者などの広範囲の創傷を有する患者における皮膚組織の再生を可能にするために、皮膚足場においても用い得る。
ＲＧＤなどの細胞外ペプチドは、インテグリンバインダーとして機能して、細胞の付着、移動および増殖を促進することができる。ＲＧＤ配列は、ほとんどは天然コラーゲンにおいて見出されるが、しばしばコラーゲンが変性するまでインテグリン結合についてアクセスできない。そのため、コラーゲンからＲＧＤ配列を分離し、それを組織再生製品に直接適用することは、有用であろう。ＲＧＤは、そのインテグリン結合能力を通して細胞増殖および血管新生を誘導することができるので、皮膚および骨組織の再生製品において有利に使用し得る。しかしながら、多くの生体分子と同様に、それは、極めて吸湿性である。実際、それは、ＤＰ１２よりも吸湿性であり、湿った空気への５～１０分の曝露は、それを直ちに結晶性固体から液体に変える。ＲＧＤを合成ポリマーに固定してその取扱いの容易性を増加させることなしに、該ペプチドを、特に骨欠損における、修復部位に適用することは、極めて困難である。
骨は、機械的ストレスに適応し、骨格組織の完全性を維持するために、人のライフサイクル全体を通して自分自身を再構築する、石灰化されたコラーゲン組織である。現在の骨足場は典型的には、ときどきリン酸三カルシウムまたはヒドロキシアパタイトなどのいくらかのリン酸カルシウムセラミックスで石灰化された、コラーゲンスポンジでできている。コラーゲンの生体適合性およびその骨組織との類似性は、それを骨についての望ましい足場材料とする。この実施例においては、コラーゲン断片またはコラーゲン模倣物（ＣＯＬ）もまた、全体のＰＣＬ系足場材料の生体適合性および生体模倣特性を増加させるために、ＰＣＬ足場において使用した。ＤＧＥＡ並びにさまざまな長さのグリシン、プロリンおよびヒドロキシプロリン配列を有するコラーゲン断片などのいくつかのコラーゲン模倣物が、生物活性部分として使用されてきた（スキーム７を参照）。理論によって拘束されるものではないが、ＤＧＥＡは、間葉系幹細胞の接着および骨芽細胞への分化を支援すると考えられている。細胞外マトリックス（ＥＣＭ）は主にコラーゲン材料であるため、コラーゲンは、良好な骨足場材料であることの他に、優れた皮膚足場材料にもなる。そのため、同じＰＣＬ－ＣＯＬポリマーを、皮膚足場における用途のための、ＰＣＬ足場マトリックスへの生物添加剤としても使用し得る。
熱安定性
バイオマクロモノマーＮＢＰＥＧＲＧＤおよびＮＢＰＣＬ－ＰＥＧＲＧＤ ＲＯＭＰポリマーの熱安定性を、測定し、比較した。純粋なＲＧＤは１８１℃で熱分解を示すが、一方でマクロモノマーＮＢＰＥＧ３４００ＲＧＤは、２２０℃（ＲＧＤ損失）および３９８℃（ＰＥＧ損失）で２相の質量損失を示す。しかしながら、ＮＢＰＣＬマクロモノマーとの共重合をした際、全体の生物活性合成ポリマーは、３９３℃で１つの有意な質量損失を示すだけであり、これは、該合成ポリマー上のＲＧＤ部分の安定性における全体的な改善を示す。実際、ＮＢＰＣＬマクロモノマーの熱安定性はまた、全体の生物活性合成ポリマー製品中にＮＢＰＥＧ３４００ＲＧＤマクロモノマーを含めることで改善される（図２）。
生体適合性
コポリマーを、ＰＣＬを合成ポリマーとして、およびさまざまな特性の幅広いペプチドを生物活性マクロモノマーとして、すなわちコラーゲン断片（ＧＰＨｐ）３：ＧＰＨＰ；コラーゲン模倣物：ＤＧＥＡおよびインテグリン結合ペプチド：ＳＲＧＤＳおよびＲＧＤを使用して、作り出した。コポリマーを引き続き、医療グレードのＰＣＬとブレンドし、シートに３Ｄ印刷し、病院において最も一般的に使用されている市販の創傷包帯すなわちＡｌｌｅｖｙｎに対する細胞生存率および生体適合性について試験した。
図３に示すように、本明細書において開示するさまざまな実施態様に従って設計した全ての材料は、ヒト皮膚繊維芽細胞（Ｈｓ２７）を用いた７２時間の試験期間の後、市販の包帯よりも良好な細胞生存率を示した。
骨芽細胞の活性についてチェックするためのアルカリホスファターゼ（ＡＬＰ）アッセイを、骨足場について一般的に使用される材料である純粋なＰＣＬと比較して、骨組織の増殖について必要な骨増殖因子であるＢＭＰ－２との材料の適合性を決定するために材料に対して行った。アルカリホスファターゼ（ＡＬＰ）は、骨芽細胞活性について最も広く認識されている生化学マーカーである。ＢＭＰ－２の骨誘導性は、多能性筋芽細胞Ｃ２Ｃ１２細胞株を使用してインビトロで測定することができる。ＰＣＬ－ＲＧＤは、ＰＣＬと比較して優れたＡＬＰ活性を示した。純粋なＰＣＬ中の２０％ブレンドで、ＰＣＬ－ＲＧＤは、７２時間のインキュベーション後に４倍高い活性を示した。ＰＣＬ－（ＧＰＨｙｐ）もまた、ＰＣＬよりも改善された活性を示した（図４）。ＡＬＰアッセイは、ＢＭＰ－２および純粋なＰＣＬの対照と比較した、ＲＧＤおよびＧＰＨｙｐなどのＰＣＬペプチド材料の、細胞の骨形成活性を促進する能力を示す。
要約すると、生体吸収性ＰＣＬ側鎖およびヘパラン硫酸ＤＰ１２、コラーゲン模倣物または断片などの生物活性分子およびＲＧＤなどのインテグリンバインダーを有する一連のポリマーを、開発した。これらのコポリマーは、骨および皮膚の両方の組織の再生を増強し、組織を再生する足場材料についての有用な生物活性成分として機能するであろう。足場材料を作り出すための一般的な戦略は、そのような生物活性成分の、同様の性質の基材、すなわち、医療グレードのＰＣＬ自体とのブレンドを通してであろう。
実験手順
一般的な手順
開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）反応、ＰＣＬマクロモノマー（ＮＰＨ－ＰＣＬ）合成、生物活性マクロモノマー合成は、窒素雰囲気下、Ｖａｃｕｕｍ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅグローブボックス中で行った。ＮＢＰＥＧおよびＮＰＨ合成は、実施例６において提供する手順に従って、大気条件下、ドラフト中で行った。グローブボックス中で使用した全ての溶媒は、無水であり、購入したまま使用した。グラブス第２世代触媒は、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、ペプチドは、Ｂｉｏｍａｔｉｋ Ｉｎｃ．から購入した。ＰＥＧジアミンは、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ（１，０００および３，４００）またはＳｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ（６，０００）から購入した。ＨＯＢＴ、ＨＢＴＵ、ｉＰｒ２ＥｔＮは、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、シス－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボン酸無水物は、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒから購入した。ヘパリンオリゴ糖ＤＰ１２は、Ｉｄｕｒｏｎから購入した。全ての購入試薬は、さらなる精製なしに使用した。
１Ｈ ＮＭＲスペクトルは、全ての生体分子系マクロモノマーについて溶媒としてＭｅＯＤを使用して、ＪＥＯＬ ５００ＭＨｚ ＮＭＲ分光計上で記録した。ＣＤＣｌ３を、ＰＣＬマクロモノマーについての溶媒として使用する。ゲル透過クロマトグラフィーは、Ａｃｑｕｉｔｙ ＡＰＣ ＸＴ４５、ＸＴ２００およびＸＴ４５０カラム、Ａｃｑｕｉｔｙ ＲＩ検出器を備えたＷａｔｅｒｓ Ａｑｕｉｔｙ ＡＰＣ Ｓｙｓｔｅｍ上で行った。ＴＨＦをサンプル調製において使用し、４０℃で１．０ｍｌ／分の流速を使用した。
ＮＢＰＥＧおよびＮＢＰＥＧＲＧＤの合成は、実施例６において説明している。
ＢＭＰ－２結合研究については、足場を、１００％エタノールを使用して滅菌し、次いで滅菌水中ですすぎ、２４ウェルプレートに移した。ＢＭＰ－２（１００μＬ ＰＢＳ中５０ｎｇ）を、各足場の上部に直接添加し、室温で２０分間インキュベートした。ＢＭＰ－２のみを、空のウェルに直接添加した。細胞を、１ｍＬの５％ＦＣＳ培地中２×１０４細胞／ｃｍ２で、足場上および周囲のウェル中に直接添加した。細胞を、ＡＬＰアッセイの前に７２時間（３７℃、５％ＣＯ２）インキュベートした。
ＲＯＰによるＮＰＨ－ＰＣＬマクロモノマーの合成
さまざまな重合度（ＤＰ）を有するＮＰＨ－ＰＣＬマクロモノマーを、ＲＯＰによって調製した。例として、ε－ＣＬ（０．５ｍｌ、０．５２ｍｏｌ）を、トルエン（１ｍｌ）中に溶解したＮＰＨ開始剤（０．０５ｇ、０．２３ｍｍｏｌ）を含有する２０ｍｌシンチレーションバイアルに添加した。Ｓｎ（Ｏｃｔ）２（０．００３７ｇ、９．１μｍｏｌ）を混合物に添加し、得られた溶液を、１１０℃で９０分間撹拌し、メタノール中に沈殿させた。メタノール溶液を次いで冷凍庫中に一晩置いて、白色沈殿物を得、これを、濾過し、メタノールで洗浄した。残渣を次いで、真空下で一晩乾燥させる。ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝５，６１３、ＰＤＩ＝１．０８、収量０．４４７８ｇ。
濃度９１μｍｏｌ／ｍｌのＳｎ（Ｏｃｔ）２の標準溶液を、調製し、ＲＯＰ反応用に使用した。
ＰＥＧ１０００、３，４００および６，０００についての代表的な調製物としてのＮＢＰＥＧ１０００ＤＧＥＡの合成
ＤＧＥＡ（ＯＭｅで保護されたＥおよびＡ上のカルボン酸を有する）（０．１０９ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）を、グローブボックス中でＭｅＯＨ（２．５ｍｌ）中に溶解した。ｉＰｒ２ＥｔＮ（９１μｌ、０．５２ｍｍｏｌ）を添加し、混合物を溶液Ａとして撹拌した。ＨＯＢＴ（０．０３５３ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）およびＨＢＴＵ（０．０９９２ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）をＭｅＯＨ（１２．５ｍｌ）中に４０℃で溶解し、その後溶液Ａを添加して、懸濁液Ｂを得た。懸濁液Ｂを次いで、ＮＢＰＥＧＮＨ２（０．２５ｇ、０．２１８ｍｍｏｌ）に添加し、室温で２４時間撹拌した。得られた淡黄色の混合物を次いで溶媒蒸発によって濃縮して、黄色の油状混合物を得た。混合物をＥｔ２Ｏ中に分散させ、溶液を冷凍庫中に４８時間置いた。Ｅｔ２Ｏ層を取り出し、ＭｅＯＨを残渣に加えて、黄色の懸濁液を得た。濾過および溶媒蒸発を行って、黄色の油状生成物ＮＢ－ＰＥＧ－ＤＧＥＡ（０．２８ｇ、収率７３％）を得た。
１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤ３ＯＤ、）：δ７．８０（ｄ、１Ｈ）、７．７１（ｄ、１Ｈ）、７．４４－７．３８（ｍ、２Ｈ）、６．３３（ｓ、２Ｈ）、４．４０（ｓ、２Ｈ）、４．２２（ｓ、１Ｈ）、３．９５（ｓ、１Ｈ）、３．６８（ｍ、６Ｈ）、３．６４（ｍ、８４Ｈ）、３．５７（ｍ、４Ｈ）、３．１８（ｓ、２Ｈ）、２．８２（ｓ、２Ｈ）、２．７２（ｓ、２Ｈ）、２．４７（ｍ、２Ｈ）、２．１４（ｍ、１Ｈ）、１．９６（ｍ、１Ｈ）、１．４８－１．４１（ｄｄ、２Ｈ）。
さまざまな配列並びにｎ＝６までの鎖長、ＰＥＧ１０００、３，４００および６，０００のグリシン、プロリンおよびヒドロキシプロリンのコラーゲン断片についての代表的な調製物としてのＮＢＰＥＧ１０００（ＧＰＨｙｐ）３の合成
（ＧＰＨｙｐ）３（０．２１３ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）を、グローブボックス中でＭｅＯＨ（２．５ｍｌ）中に溶解した。ｉＰｒ２ＥｔＮ（９１μｌ、０．５２ｍｍｏｌ）を添加し、混合物を撹拌した（溶液Ａ）。ＨＯＢＴ（０．０３５３ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）およびＨＢＴＵ（０．０９９２ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）をＭｅＯＨ（１２．５ｍｌ）中に４０℃で溶解し、その後溶液Ａを添加して、懸濁液Ｂを得た。懸濁液Ｂを次いで、ＮＢＰＥＧＮＨ２（０．２５ｇ、０．２１８ｍｍｏｌ）に添加し、室温で２４時間撹拌した。得られた淡黄色の混合物を次いで溶媒蒸発によって濃縮して、ベージュ色の混合物を得た。混合物を、Ｅｔ２Ｏ中に分散させ、４８時間凍結させた。Ｅｔ２Ｏ層を取り出し、ＭｅＯＨを残渣に添加して、ベージュ色の懸濁液を得た。濾過および溶媒蒸発を行って、ベージュ色の油状生成物ＮＢ－ＰＥＧ－（ＧＰＨｙｐ）３（０．２２ｇ、収率５０％）を得た。
１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤ３ＯＤ）：δ６．３３（ｓ、２Ｈ）、４．７３－．４．４４（ｂｒ、４Ｈ）、３．６５（ｍ、８４Ｈ）、３．５７（ｍ、４Ｈ）、３．１８（ｓ、２Ｈ）、２．７２（ｓ、２Ｈ）、２．３９－１．８０（ｂｒ、８Ｈ）、１．４４－１．３７（ｄｄ、２Ｈ）。
ＮＢＰＥＧ３４００ＤＰ１２の合成
ＤＰ１２（０．０３０２ｇ、８．５μｍｏｌ）を、８ｍｌシンチレーションバイアル中でＭｅＯＨ（１．５ｍｌ）中に溶解した。ｉＰｒ２ＥｔＮ（３μｌ、１７μｍｏｌ）を添加し、混合物を撹拌した（溶液Ａ）。ＨＯＢＴ（０．００３２ｇ，８．５μｍｏｌ）およびＨＢＴＵ（０．００１２ｇ，８．５μｍｏｌ）をＭｅＯＨ（２．５ｍｌ）中に４０℃で溶解し、その後溶液Ａを添加して、懸濁液Ｂを得た。懸濁液Ｂを次いで、ＮＢＰＥＧ３４００ＮＨ２（０．０２５ｇ、７．０５μｍｏｌ）に添加し、室温で２４時間撹拌した。得られた淡黄色の混合物を次いで溶媒蒸発で濃縮して、ベージュ色の混合物を得た。混合物をＥｔ２Ｏ中に分散させ、混合物を冷凍庫中に８４時間置いた。Ｅｔ２Ｏをデカントし、ＭｅＯＨを残渣に添加して、淡黄色の溶液を得、これから溶液の濾過をし、その後の溶媒蒸発によって、オレンジ色の油を得た。
１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤ３ＯＤ）：δ７．８１（ｄｄ、４Ｈ）、７．４４－７．５２（ｍ）、６．３６（ｔ、２Ｈ）、４．２８（ｂｒ、４Ｈ）、３．６７（ｓ、３０４Ｈ）、３．２１（ｓ、２Ｈ）、２．７７（ｓ、２Ｈ）、１．４８－１．３２（ｍ、１０Ｈ）。
ＰＣＬ－ペプチド型コポリマーについての代表的な調製物としてのＮＰＨ－ＰＣＬマクロモノマーおよびＮＢＰＥＧ３４００ＲＧＤマクロモノマーのＲＯＭＰについての典型的な手順
ＮＢＰＥＧ３４００ＲＧＤマクロモノマー（０．２当量）を４ｍｌシンチレーションバイアル中に秤量し、その後ＮＰＨ－ＰＣＬ（０．０５ｇ）を添加する。ＴＨＦ（ＮＰＨ－ＰＣＬに関して０．０２１Ｍ）を添加し、混合物を透明な溶液が得られるまで室温で撹拌する。ＴＨＦ中の触媒１または２の溶液（１．２５ｍｏｌ％、０．０５Ｍ）を該溶液に添加し、反応物を３０℃で２時間撹拌する。エチルビニルエーテルを反応混合物に添加し、その後ＭｅＯＨ（３ｍｌ）を添加し、混合物を冷凍庫中に１時間置いて、白色のｐｐｔを得る。混合物を遠心分離し、母液をデカントした。残渣をメタノール中に再懸濁し、遠心分離し、その後、母液を再びデカントして、残渣を洗浄した。ＭｅＯＨでの洗浄を３回行い、最終残渣を真空オーブン中で一晩乾燥させた。
ＰＣＬ－ＲＧＤコポリマーについて、ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝１４０，０００、ＰＤＩ＝１．２１。
ＰＣＬホモポリマーについての代表的な調製物としてのＮＰＨ－ＰＣＬマクロモノマーのＲＯＭＰについての典型的な手順
ＮＰＨ－ＰＣＬマクロモノマー（０．６３ｇ）を１０ｍｌシンチレーションバイアル中に秤量し、その後ＴＨＦ（ＮＰＨ－ＰＣＬに関して０．０２１Ｍ）を添加し、混合物を透明な溶液が得られるまで２７℃で撹拌する。ＴＨＦ中の触媒１または２の溶液（１．２５ｍｏｌ％、０．０５Ｍ）を該溶液に添加し、反応物を２７℃で２時間撹拌する。エチルビニルエーテルを反応混合物に添加し、その後ＭｅＯＨ（５ｍｌ）を添加し、混合物を冷凍庫中に１日間置いて、白色のｐｐｔを得る。混合物を、濾過し、ＭｅＯＨで繰り返し洗浄し、最終生成物を真空オーブン中で一晩乾燥させた。
１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ４．０７－．４．０４（ｍ、ＰＣＬ）、２．３２－２．２９（ｍ、ＰＣＬ）、１．６５－１．６２（ｍ、ＰＣＬ）、１．３７－１．３１（ｍ、ＰＣＬ）．ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝２２５，０００、ＰＤＩ＝１．０９。ＴＧＡ：３１５．７℃
ＰＣＬ－ｍＰＥＧ型コポリマーについての代表的な調製物としてのＮＰＨ－ＰＣＬマクロモノマーおよびＮＢ－ｍＰＥＧ５０００マクロモノマーのＲＯＭＰについての典型的な手順
ＮＢ－ｍＰＥＧ５０００マクロモノマー（０．１ｅｑ．）を１０ｍｌシンチレーションバイアル中に秤量し、その後ＮＰＨ－ＰＣＬ（０．５ｇ）を添加する。ＴＨＦ（ＮＰＨ－ＰＣＬに関して０．０２１Ｍ）を添加し、混合物を透明な溶液が得られるまで４５℃で撹拌する。ＴＨＦ中の触媒１または２の溶液（１．２５ｍｏｌ％、０．０５Ｍ）を該溶液に添加し、反応物を４５℃で２時間撹拌する。エチルビニルエーテルを反応混合物に添加し、その後ＭｅＯＨ（５ｍｌ）を添加し、混合物を冷凍庫中に１日間置いて、白色のｐｐｔを得る。混合物を、濾過し、ＭｅＯＨで繰り返し洗浄し、最終生成物を真空オーブン中で一晩乾燥させた。
１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ４．０７－．４．０４（ｍ、ＰＣＬ）、３．６４（ｓ、ＰＥＧ）、２．３２－２．２８（ｍ、ＰＣＬ）、１．６５－１．６２（ｍ、ＰＣＬ）、１．３８－１．３２（ｍ、ＰＣＬ）。ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝１７１，０００、ＰＤＩ＝１．２１。ＴＧＡ：３１６．４℃
実施例８：生物活性合成コポリマーの例－
バイオ医療デバイスにおける生物添加剤としての使用のためのポリアミド－ペプチドブラシポリマー
コラーゲン模倣物およびインテグリン結合ペプチドなどのさまざまなペグ化生体分子を有する一連のポリアミド（ＰＡ）コポリマーを、開環メタセシス重合を使用して、合成し、特徴付けた。ブラシポリマーを、ペンダントアーム上のそれと同様のポリマーとブレンドして、カテーテル、形成外科インプラント、補綴部品、軟骨関節インプラントなどのバイオ医療デバイスにおける使用のための生物活性材料を作り出すことができる。
この実施例は、ポリアミド系であるバイオ医療デバイスにおける使用のための、ポリアミド（ＰＡ）およびコラーゲン模倣物を使用した別のタイプの生物活性ブラシポリマーを報告する。
ポリアミド（ＰＡ）は、この実施例における最適な合成ポリマーである。ＰＡ６、ＰＡ１２、ＰＡ６，６などのポリアミド（ＰＡ）は、管組織、サージカルガイド、人工装具、縫合糸および靭帯、腱修復におけるなどの、重要なバイオ医療用途を見出した、絹のような熱可塑性樹脂である。ＰＡは、他の材料と比較して最も少ない微生物汚染を有すると考えられている。ＰＡ型ポリマーは、多種多様の添加剤と混合して、多くのさまざまな特性変化を達成し得、これが、溶融押出、３Ｄ印刷および射出成形などの多種多様の材料加工方法を使用してデバイスを加工することを可能にする。しかしながら、ポリアミド鎖は、高温および減圧の過酷な条件下で重合する。このポリマーはまた、ほとんどの溶媒中に不溶であり、これが、この材料の調製の困難さを増大させる。
コラーゲン断片および模倣物を有するＰＡ系材料を、開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）技術を使用して作り出した。コラーゲンの生体適合性およびそのヒト組織との類似性は、それをバイオ医療デバイスについての理想的な材料とする。しかしながら、多くの生体分子と同様に、それは、極めて吸湿性である。コラーゲン断片または模倣物を合成ポリマーに固定してその取扱いの容易性を増加させることなしに、人体中への挿入のためのインプラントまたはバイオ医療デバイスを作り出すことは、ほぼ不可能である。架橋コラーゲンはしばしば創傷ケア製品において使用されるが、それらはまた、非常に吸湿性であり、水分を吸収するとゲルとして存在し、これが、それらを、埋め込み型デバイスとしての使用についてそれら自身では弱すぎるものとする。さらに、完全長のヒトコラーゲンは、複雑な合成を必要とし、しばしば緩衝液中で悪い溶解性を示す。わずかな長さの重要なペプチド配列を含む短いコラーゲン模倣ペプチド配列または断片が、それらの全長コラーゲン対応物と同様の生物学的応答を引き出すために使用されている。ＤＧＥＡ（Ａｓｐ－Ｇｌｙ－Ｇｌｕ－Ａｌａ）などのコラーゲン模倣物並びにさまざまな長さのグリシン、プロリンおよびヒドロキシプロリン配列を有するコラーゲン断片を、合成ポリマー中に組み込む。ＤＧＥＡは、細胞の接着、伸展および骨形成分化を促進することができ、これは、皮膚および軟骨骨の再生の両方における用途について有利であろう。
一方、バイオ医療デバイスの使用についてのＦＤＡ承認ポリマーであるポリアミドは、それは最終的には異物であるため、依然として宿主の体において炎症応答を引き起こす。異物反応（ＦＢＲ）がポリアミドによって引き起こされ、これが、移植部位の周囲での炎症をもたらし得る。理論によって拘束されるものではないが、ポリアミドポリマー材料におけるコラーゲン断片またはコラーゲン模倣物（ＣＯＬ）の使用は、ポリアミド系インプラントまたはデバイス全体の生体適合性および生体模倣特性を増加させるのを助け得ると考えられている。使用される可能性のあるいくつかのコラーゲン模倣物は、ＤＧＥＡ並びにさまざまな長さのグリシン、プロリンおよびヒドロキシプロリン配列を任意の順序で有するコラーゲン断片を含む。実際、細胞外マトリックス（ＥＣＭ）および骨は主にコラーゲン材料であるため、コラーゲン断片は、優れた皮膚および骨の再生材料になる。骨は特に、石灰化されたコラーゲンであり、軟骨関節は主に、コラーゲン繊維、グリコサミノグリカンおよびプロテオグリカンである。そのため、関節インプラントにおけるコラーゲン修飾ポリアミドの使用は、移植部位でのコラーゲン再生を刺激することによって関節の治癒を助けることにおいて特に有用であり得る。まさにこの特性はまた、それを、鼻形成術インプラントにおけるものなどの軟骨の骨が必要とされる形成外科インプラントにおける使用についても適したものとする。
バイオマクロモノマーおよび合成ＰＡマクロモノマーの両方を用いて、最終の生物活性ポリマーを、グラブス型触媒を使用するＲＯＭＰによって調製する（スキーム８）。
合成、金属触媒の除去および特徴付けに際し、生物活性ポリマーを、用途に依存して、最適な医療グレードのＰＡとブレンドし、フィラメント溶解製法（ｆｕｓｅｄ ｆｉｌａｍｅｎｔ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）（ｆｆｆ）若しくは熱溶解積層法（ｆｕｓｅｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ）（ＦＤＭ）のいずれかのタイプの３Ｄ印刷、溶融押出、メルトブローまたはエレクトロスピニングによって関連する形状に加工し、生体適合性について試験する。合成したコポリマーに対するＴＧＡ－ＤＳＣ分析は典型的には、加工前に材料のＴｇおよび分解温度などの熱的特性を確かめるために、材料の加工前に行う。
熱安定性
バイオマクロモノマーＮＢ－ＰＥＧ－（ＧＰＨｙｐ）およびＰＡ６ ＲＯＭＰポリマーの熱安定性を、測定し、比較した（図５）。見てわかるように、コポリマーＰＡ６－（ＧＰＨｙｐ）は、４５０℃超で分解するのみである。そのような高い熱安定性は、インプラント作製のために、ＦＦＦまたはＦＤＭタイプの３Ｄ印刷などのさまざまな材料加工方法を、本明細書において開示するさまざまな実施態様に従って設計した材料に対して行うことを可能にする。
生体適合性
ヒト線維芽細胞Ｈｓ２７を使用した生体適合性試験を、ＰＡ－コラーゲン材料、ＰＡ６－（ＧＰＨｙｐ）３、ＰＡ６－（ＰＨｙｐＧ）３およびＰＡ６－ＤＧＥＡの３つ上で行った（ここで、（ＧＰＨｙｐ）３および（ＰＨｙｐＧ）３はともに、コラーゲン断片であり、ＤＥＧＡは、コラーゲン模倣物である）。生物活性ポリマーを、医療グレードのＰＡ１２とブレンドし、繊維のシート中にエレクトロスピニングし、７０％ＥｔＯＨで滅菌し、乾燥させ、ヒト皮膚線維芽細胞（Ｈｓ２７）で７２時間インキュベートし、Ｃｅｌｌｔｉｔｒｅ－Ｇｌｏアッセイを使用して細胞生存率についてチェックした。細胞生存率データ（図６）から、本明細書において開示するさまざまな実施態様に従って設計した材料は、コラーゲン、ＰＡ６－ホモポリマーおよびＰＡ６－ｍＰＥＧ５０００のない対照よりも良好な細胞生存率を維持することができるだけでなく、それらは、生存細胞の増加した量を示しさえしたことが見てわかり、これは、７２時間時点でさえの細胞増殖を示唆する。これは、ＰＡ１２と１：９の比率でブレンドしたコポリマー中の、たった２％だけの（ＧＰＨｙｐ）３にもかかわらずである（ポリマー配合中、０．２％（ＧＰＨｙｐ）３）。実際、該材料は、純粋な医療グレードのＰＡ１２（Ｒｉｌｓａｍｉｄ（登録商標））よりも細胞生存率を著しく改善し、これは、バイオ医療デバイスの製造を意図した市販の医療グレードのポリマーの生体適合性を改善することにおける、生物活性ポリマーの重要性を示す。試験は、三連で行った。さまざまなブレンド比およびより多くの細胞アッセイ試験が、材料のこの細胞再生能力を再確認するために進行中である。それにもかかわらず、見てわかるように、予備的な結果は、勇気づけるものである。
要約すると、ポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）主鎖上に側鎖としてポリアミド６およびペグ化生体分子を有する一連のブラシポリマーを、ＲＯＭＰ技術を介して開発した。本明細書において提示する一般的な戦略は、生物添加剤をポリ（ノルボルネンジカルボキシイミド）主鎖上のポリマー側鎖と同様のタイプのベースポリマーとブレンドすることができる、バイオ医療デバイス用の材料における生物添加剤としての使用のための生物活性合成ポリマーを作り出す方法を形成する。この場合において、ベースポリマーは、ポリアミドである。合成ＰＡ６側鎖は、生体分子をベースポリマーＰＡ１２とより適合するものとするのを助け、これが、それらを相分離なしに一緒にブレンドすることを可能にする。ブラシポリマーの形成はまた、極めて吸湿性である傾向があり、これが、材料としてのそれらの悪い取扱い性および低い加工性をもたらす、天然の生体分子自体と比較して、生体分子がより良好な構造的完全性を有することを可能にする。予備的な細胞生存率試験は、生体分子のないＰＡ６ポリマーと比較して、ＰＡ６コラーゲン材料からの細胞生存率における改善、純粋な医療グレードのＰＡ１２と比較して、細胞生存率における著しくより大きな改善を示した。優れたヒト皮膚線維芽細胞の増殖が、純粋なＰＡ１２と比較して、ＰＡ－コラーゲン材料について観察された。
実験手順
一般的な手順
開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）反応および生物活性マクロモノマー合成は、窒素雰囲気下、Ｖａｃｕｕｍ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅグローブボックス中で行った。ＰＡ６マクロモノマー合成は、ベンチ上、正のＮ２フロー下で行った。ＮＢＰＥＧおよびＮ－（カルボキシペンチル）－シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボキシイミド（ＮＣＰ）を得るための反応は、実施例６において提供する手順に従って、大気条件下、ドラフト中で行った。使用した全ての溶媒は、無水であり、購入したまま使用した。グラブス触媒は、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、ペプチドは、Ｂｉｏｍａｔｉｋ Ｉｎｃ．から購入した。ＰＥＧジアミンは、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ（１，０００および３，４００）またはＳｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ（６，０００）から購入した。ＨＯＢＴ、ＨＢＴＵ、ｉＰｒ２ＥｔＮおよび２，２，２－トリフルオロエタノールは、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、シス－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボン酸無水物は、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒから購入した。ブレンド用の医療グレードのＰＡ１２（Ｒｉｌｓａｍｉｄ（登録商標））は、Ａｒｋｅｍａから購入した。全ての購入試薬は、さらなる精製なしに使用した。
１Ｈ ＮＭＲスペクトルは、全ての生体分子系マクロモノマーについて溶媒としてＣＤ３ＯＤを使用して、ＪＥＯＬ ５００ＭＨｚ ＮＭＲ分光計上で記録した。ＤＣＯ２Ｄ／ＣＤ２Ｃｌ２（１：４）を、ポリアミドペプチドマクロモノマーについての溶媒として使用する。
ＮＢＰＥＧマクロモノマー体（Ｈ２Ｎ－ＰＥＧ－ＮＨ２ １０００、３，４００および６０００用）の合成
ＰＥＧジアミン（１ｇ）およびシス－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボン酸無水物（１当量）を１００ｍｌのｒｂｆに添加し、その後トルエン（５０ｍｌ）を添加した。トリエチルアミン（１当量）を添加し、混合物を、水除去用にｄｅａｎ ｓｔａｒｋトラップを取り付けて、還流下で一晩撹拌した。得られた溶液を蒸発乾固し、ジクロロメタン（４０ｍｌ）を添加し、その後０．１Ｍ ＨＣｌ（４０ｍｌ）を添加した。有機層を、抽出し、０．１Ｍ ＮａＯＨ（５０ｍｌ）で洗浄した。０．１Ｍ ＮａＯＨ（５０ｍｌ）を酸洗浄からの水性画分に添加し、その後ＣＨ２Ｃｌ２（３０ｍｌ）を添加した。有機層を、抽出し、合わせ、飽和ＮａＣｌで洗浄し、Ｎａ２ＳＯ４上で乾燥させた。物質を蒸発乾固させて、ＰＥＧジアミン１，０００については淡いオレンジ色の油、ＮＢＰＥＧ、並びにＰＥＧジアミン３，４００および６，０００についてはベージュ色固体を得た。１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＭｅＯＤ）：δ＝６．３６（ｔ、２Ｈ、ＮＢ）、３．６７（ｓ、ＰＥＧ）、３．２１（ｓ、２Ｈ、ＮＢ）、２．７４（ｓ、２Ｈ、ＮＢ）、１．９２（ｓ、２Ｈ）。
ＰＥＧ１０００～６，０００についての代表的な調製物としてのＮＢＰＥＧ１０００ＤＧＥＡの合成
ＤＧＥＡ（ＯＭｅで保護されたＥおよびＡ上のカルボン酸を有する）（０．１０９ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）を、グローブボックス中でＭｅＯＨ（２．５ｍｌ）中に溶解した。ｉＰｒ２ＥｔＮ（９１μｌ、０．５２ｍｍｏｌ）を添加し、混合物を溶液Ａとして撹拌した。ＨＯＢＴ（０．０３５３ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）およびＨＢＴＵ（０．０９９２ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）をＭｅＯＨ（１２．５ｍｌ）中に４０℃で溶解し、その後溶液Ａを添加して、懸濁液Ｂを得た。懸濁液Ｂを次いで、ＮＢＰＥＧＮＨ２（０．２５ｇ、０．２１８ｍｍｏｌ）に添加し、室温で２４時間撹拌した。得られた淡黄色の混合物を次いで溶媒蒸発によって濃縮して、黄色の油状混合物を得た。混合物をＥｔ２Ｏ中に分散させ、混合物を冷凍庫中に４８時間置いた。Ｅｔ２Ｏ層を取り出し、ＭｅＯＨを残渣に添加して、黄色の懸濁液を得た。濾過し、および溶媒蒸発を行い、黄色の油状生成物ＮＢ－ＰＥＧ－ＤＧＥＡ（０．２８ｇ、収率７３％）を得た。１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤ３ＯＤ）：δ７．８０（ｄ、１Ｈ）、７．７１（ｄ、１Ｈ）、７．４４－７．３８（ｍ、２Ｈ）、６．３３（ｓ、２Ｈ）、４．４０（ｓ、２Ｈ）、４．２２（ｓ、１Ｈ）、３．９５（ｓ、１Ｈ）、３．６８（ｍ、６Ｈ）、３．６４（ｍ、８４Ｈ）、３．５７（ｍ、４Ｈ）、３．１８（ｓ、２Ｈ）、２．８２（ｓ、２Ｈ）、２．７２（ｓ、２Ｈ）、２．４７（ｍ、２Ｈ）、２．１４（ｍ、１Ｈ）、１．９６（ｍ、１Ｈ）、１．４８－１．４１（ｄｄ、２Ｈ）。
さまざまな配列およびｎ＝６までの鎖長、ＰＥＧ１０００－６，０００のグリシン、プロリンおよびヒドロキシプロリンのコラーゲン断片の代表的な調製物としてのＮＢＰＥＧ１０００（ＧＰＨｙｐ）ｎ（ｎ＝３）の合成
（ＧＰＨｙｐ）３（０．２１３ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）を、グローブボックス中で、ＭｅＯＨ（２．５ｍｌ）中に溶解した。ｉＰｒ２ＥｔＮ（９１μｌ、０．５２ｍｍｏｌ）を添加し、混合物を撹拌した（溶液Ａ）。ＨＯＢＴ（０．０３５３ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）およびＨＢＴＵ（０．０９９２ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）をＭｅＯＨ（１２．５ｍｌ）中に４０℃で溶解し、その後溶液Ａを添加して、懸濁液Ｂを得た。懸濁液Ｂを次いで、ＮＢＰＥＧＮＨ２（０．２５ｇ、０．２１８ｍｍｏｌ）に添加し、室温で２４時間撹拌した。得られた淡黄色の混合物を次いで溶媒蒸発によって濃縮して、ベージュ色の混合物を得た。混合物を、Ｅｔ２Ｏ中に分散させ、冷蔵庫中に４８時間入れた。Ｅｔ２Ｏ層を取り出し、ＭｅＯＨを残渣に添加して、ベージュ色の懸濁液を得た。濾過および溶媒蒸発を行って、ベージュ色の油状生成物ＮＢ－ＰＥＧ－（ＧＰＨｙｐ）３（０．２２ｇ、収率５０％）を得た。１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤ３ＯＤ）：δ６．３３（ｓ、２Ｈ）、４．７３－４．４４（ｂｒ、４Ｈ）、３．６５（ｍ、８４Ｈ）、３．５７（ｍ、４Ｈ）、３．１８（ｓ、２Ｈ）、２．７２（ｓ）、２Ｈ）、２．３９－１．８０（ｂｒ、８Ｈ）、１．４４－１．３７（ｄｄ、２Ｈ）。
Ｎ－（カルボキシペンチル）－シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボキシイミド（ＮＣＰ）の合成
シス－５－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボン酸無水物（４．０ｇ、２４．３ｍｍｏｌ）および６－アミノヘキサン酸（３．３ｇ、２５．３ｍｍｏｌ）を、丸底フラスコ中に秤量した。固体混合物に、トルエン（５０ｍＬ）およびＥｔ３Ｎ（４１０μＬ、２．９２ｍｍｏｌ）を添加した。フラスコにＤｅａｎ－Ｓｔａｒｋトラップを取り付け、４時間加熱還流した。混合物を次いで、室温に冷却し、ＣＨ２Ｃｌ２（５０ｍＬ）で希釈し、１Ｍ ＨＣｌ水溶液（２×２０ｍＬ）で洗浄した。有機層を、飽和ＮａＣｌ水溶液（２０ｍＬ）で洗浄し、乾燥させ（Ｎａ２ＳＯ４）、濾過し、減圧下で濃縮して、ＮＣＰを淡黄色固体として得た。１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤ３ＯＤ、２５℃）δ６．２６（ｔ、２Ｈ、Ｊ＝２．０Ｈｚ）、３．４４（ｍ、２Ｈ）、３．２５（ｍ、２Ｈ）、２．６６（ｄ、２Ｈ、Ｊ＝１．０Ｈｚ）、２．３２（ｔ、２Ｈ、Ｊ＝７．２Ｈｚ）、１．６３（ｍ、２Ｈ）、１．５５（ｍ、２Ｈ）、１．４６－１．５１（ｍ、１Ｈ）、１．３３（ｍ、２Ｈ）、１．１９（ｄ、１Ｈ）。
ＲＯＰによるＮＣＰ－ＰＡ６マクロモノマーの合成
さまざまな重合度（ＤＰ）を有するＮＣＰ－ＰＡ６マクロモノマーを、ＲＯＰによって調製した。例として、ε－カプロラクタム（２．５６ｇ、１２ｍｍｏｌ）を、正のＮ２圧下、ＮＣＰ開始剤（０．２ｇ、０．６ｍｍｏｌ）を含有する５０ｍｌのｒｂｆ中に秤量した。Ｈ３ＰＯ３（０．０８１ｇ）を有する脱イオンＨ２Ｏ（５ｍｌ）を混合物に添加し、得られた混合物を、１７０℃で３０分間加熱し、２４０℃で４時間維持した。Ｈ２Ｏを蒸留により除去し、反応物を真空下２４０℃でさらなる２時間加熱した。ベージュ色固体を、ＭｅＯＨから沈殿させ、濾過し、残渣を、ＭｅＯＨで繰り返し洗浄して、真空オーブン中で一晩乾燥させて、ＮＣＰ－ＰＡ６を得た。１Ｈ ＮＭＲ［５００ＭＨｚ、ＤＣＯ２Ｄ／ＣＤ２Ｃｌ２（１：４）］：δ６．４２（ｂｒ、ＰＡ６）、６．２８（ｓ、２Ｈ、ＮＣＰ）、３．４２（ｓ、６Ｈ、ＮＣＰ）、３．１４－３．１２（ｍ、ＰＡ６）、２．６７（ｓ、２Ｈ、ＮＣＰ）、２．１４－２．１２（ｍ、ＰＡ６）、１．５６－１．５３（ｍ、ＰＡ６）、１．４６－１．４４（ｍ、ＰＡ６）、１．２９－１．２５（ｍ、ＰＡ６）。
ＰＡ－ペプチド型コポリマーについての代表的な調製物としてのＮＣＰ－ＰＡ６マクロモノマーおよびＮＢＰＥＧ３４００ＤＧＥＡマクロモノマーのＲＯＭＰについての典型的な手順
ＮＢＰＥＧ３４００ＤＧＥＡマクロモノマー（０．２当量）を４ｍｌガラスバイアル中に秤量し、その後ＮＣＰ－ＰＡ６（０．１２ｇ）を添加した。ＣＨ３ＣＯ２Ｈ（ＮＣＰ－ＰＡ６に関して０．０２１Ｍ）を添加し、混合物を透明な溶液が得られるまで８０℃で撹拌した。ＣＨ２Ｃｌ２中の触媒２の溶液（１．２５ｍｏｌ％、０．０５Ｍ）を該溶液に添加した。そして、混合物を８０℃で２４時間撹拌する。エチルビニルエーテルを反応物に添加し、その後ＭｅＯＨを添加する。混合物を冷凍庫中に１日間置いて、ベージュ色のｐｐｔを得た。懸濁液を遠心分離し、母液をデカントした。残渣を、ＭｅＯＨで繰り返し洗浄し、その後真空オーブン中で乾燥させて、ＰＡ６－ＤＧＥＡコポリマーのベージュ色の固体生成物を得た。１Ｈ ＮＭＲ［５００ＭＨｚ、ＤＣＯ２Ｄ／ＣＤ２Ｃｌ２（１：４）、５００ＭＨｚ、２５℃］：δ６．４２（ｂｒ、ＰＡ６）、３．６０（ｓ、ＰＥＧ）、３．１９－３．１３（ｍ、ＰＡ６）、２．１５－２．１２（ｍ、ＰＡ６）、１．６２－１．５６（ｍ、ＰＡ６）、１．４８－１．４２（ｍ、ＰＡ６）、１．２９－１．２３（ｍ、ＰＡ６）。
実施例９：生物活性合成コポリマーの例－
組織および血清取扱デバイスにおける使用のための抗生物質含有ポリスチレン
ペグ化抗生物質およびポリスチレンを含有するブラシポリマーを、医療用ポリスチレンにおける抗菌添加剤としての使用のために作り出して、組織培養プレートおよび血清チューブなどの非浸出性抗生物質含有組織取扱デバイスを作り出した。そのようなデバイスは典型的には、医療グレードのポリスチレンでできており、抗生物質は通常、組織または血清がデバイス中に保持されているまたはデバイス上にコーティングされている媒体に添加するが、これは、コストのかかるアプローチである傾向がある。
この実施例は、組織培養プレートおよび血清サンプルチューブなどの組織および血清取扱デバイスにおける使用のための抗生物質含有ポリスチレンの開発を報告する。
ポリスチレン（ＰＳ）は、その低いコスト、エチレンオキシド、ＵＶおよびガンマ線照射などの一般的な滅菌技術による滅菌の容易さのため、この実施例における最適な合成ポリマーである。ＰＳは特に、他の一般的な医療デバイスポリマーの中で、ガンマ線および電子線照射に対して非常に安定であり、これが、これら２つの滅菌技術が使用前の滅菌について最も効果的な方法であるため、それを組織取扱デバイス用の非常に人気のある材料とする。さらに、該ポリマーにおける高い透明さが、デバイスの外側からの内容物の目視検査を可能とする、組織および血清取扱デバイスにおけるその使用を可能とする。
この戦略においては、抗生物質を、ノルボルネン－エキソ－ジカルボキシイミド（ＮＢ）部分を有するポリエチレングリコール（ＰＥＧ）鎖上につないで、バイオマクロモノマーを作り出し、その後ポリスチレンを有するノルボルネン－エキソ－ジカルボキシイミド合成マクロモノマーとのＲＯＭＰを行って、最終的な抗生物質含有ポリスチレン生物添加剤を作り出す。この生物添加剤は次いで、デバイス製造用のベースの医療グレードのポリスチレン中にブレンドすることができる。
ペニシリンクラスの抗生物質においては、作用機序は、環が酵素トランスペプチダーゼに結合し、細菌がその細胞壁において架橋を形成するのを防止する、β－ラクタム環中にある。ペプチドグリカンにおける架橋は、細菌細胞における細胞壁形成について必要とされる。細胞壁の産生を阻害することにより、細菌細胞は、急速に死滅する。そのため、ペニシリンのβ－ラクタム環は、抗菌効果のために細菌細胞にさらされたままにしておくべきである。ペニシリンは、β－ラクタム環からかなり離れているそのカルボン酸末端を介してつながるように選択し、そのようにしてこれが、細菌細胞へのその到達を可能にした。細菌細胞がペニシリン含有ポリスチレンと接触すると、細胞はペニシリンに結合し、その細胞壁はこの接触の結果として壊れ、そのようにして、細菌細胞が殺される。
シプロフロキサシン（ＣＩＦ）は、フルオロキノロン系広域抗生物質であり、特に緑膿菌などのグラム陰性菌に対して活性である。フルオロキノロン環は、必須の細菌酵素であるＤＮＡジャイレースに結合し、細菌細胞が複製するのを防止する。そのカルボキシル末端を介してＣＩＦをつなぎ、ブラシポリマーのサイドアーム中のそのフルオロキノロン環を露出させることにより（スキーム３．２）、細胞がポリマー表面と接触したときに、ＣＩＦ結合部位が細菌細胞の結合について利用可能とされ、それによってサンプル容器中に存在する細菌細胞が殺される。
アミノグリコシドは、臨床設定において抗感染薬として一般的に使用されている広域抗生物質である。そのような抗生物質は、殺菌性であり、複数のヒドロキシおよびアミノ官能基を有する親水性糖単位を含有する。アミノグリコシド系である抗生物質は、ストレプトマイシン、リボスタマイシンおよびゲンタマイシンを含む。これらは、抗生物質分子上の－ＣＨ２ＯＨ（ｓｔｒｅｐ）、－ＣＨ２ＮＨ２（ｒｉｂ）または－ＣＨ（ＣＨ３）ＮＨ２（ｇｅｎ）基を介してＮＢＰＥＧ部分に結合し得、分子上の結合部位を細菌細胞結合に露出したままにする。そのような抗生物質は、細菌のリボソームサブユニットに結合し、それらが増殖について不可欠なタンパク質を合成するのを防止する。これらの抗生物質を有するポリマーは、それらが細胞培養培地についての標準的な抗生物質レシピの一部であるため、ペニシリンは別にして組織培養デバイス用に有用である。いったん抗生物質を含有するマクロモノマーを合成すると、それらを、ＲＯＭＰ技術を使用してポリスチレンを有するマクロモノマーと共重合して、ノルボルネンジカルボキシイミド主鎖によって一緒に保持された、ポリスチレンおよび抗生物質の所望のブラシポリマーを作り出すことができる（スキーム９）。この抗生物質含有ポリスチレンブラシポリマーは次いで、医療デバイス製造用のベースの医療グレードのポリスチレン中にブレンドするための生物添加剤として使用する。
要約すると、抗生物質結合ポリスチレンコポリマーを、抗生物質がポリスチレンに共有結合し材料から浸出し得ない、抗生物質含有ポリスチレン組織取扱デバイスの作成のために開発している。これは、ノルボルネンジカルボキシイミドリンカー上のペグ化抗生物質に対するおよびノルボルネンジカルボキシイミドリンカー上のポリスチレンに対する開環重合メタセシス技術を使用することによって達成される。結果は、抗生物質分子上の活性基が殺菌効果のために細菌細胞結合に露出している、ペンダントペグ化抗生物質およびポリスチレンを有するブラシポリマーである。
実験手順
一般的な手順
開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）反応および生物活性マクロモノマー合成は、窒素雰囲気下、Ｖａｃｕｕｍ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅグローブボックス中で行った。ＮＢＰＥＧおよびＮＢＰＳ合成は、実施例６において提供する手順に従って、大気条件下、ドラフト中で行った。グローブボックス中で使用した全ての溶媒は、無水であり、購入したまま使用した。グラブス第２世代触媒は、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、ペプチドは、Ｂｉｏｍａｔｉｋ Ｉｎｃ．から購入した。ＰＥＧジアミンは、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ（１，０００および３，４００）またはＳｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ（６，０００）から購入した。アモキシシリン、シプロフロキサシン、リボスタマイシン、ＨＯＢＴ、ＨＢＴＵ、ｉＰｒ２ＥｔＮは、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、シス－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボン酸無水物は、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒから購入した。全ての購入試薬は、さらなる精製なしに使用した。
１Ｈ ＮＭＲスペクトルは、全ての生体分子系マクロモノマーについて溶媒としてＭｅＯＤを使用して、ＪＥＯＬ ５００ＭＨｚ ＮＭＲ分光計上で記録した。ＣＤＣｌ３を、ＰＳマクロモノマーについての溶媒として使用する。ゲル透過クロマトグラフィーは、Ａｃｑｕｉｔｙ ＡＰＣ ＸＴ４５、ＸＴ２００およびＸＴ４５０カラム、Ａｃｑｕｉｔｙ ＲＩ検出器を備えたＷａｔｅｒｓ Ａｑｕｉｔｙ ＡＰＣ Ｓｙｓｔｅｍ上で行った。ＴＨＦをサンプル調製において使用し、４０℃で１．０ｍｌ／分の流速を使用した。
ＮＢＰＥＧおよびＮＢ－ＰＳの合成は、実施例６において説明している。
ＰＥＧ１，０００～６，０００についての代表的な調製物としてのＮＢＰＥＧ１０００ＣＩＦの合成
シプロフロキサシン（０．０８６６ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）を、グローブボックス中で、４ｍｌバイアル中のＭｅＯＨ（２．５ｍｌ）中に懸濁した。ｉＰｒ２ＥｔＮ（９１μＬ、０．５２ｍｍｏｌ）を添加し、混合物を撹拌した（Ａ）。ＨＯＢＴ（０．０３５３ｇ，０．２６ｍｍｏｌ）およびＨＢＴＵ（０．０９９２ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）を２０ｍｌバイアル中のＭｅＯＨ（１２．５ｍｌ）中に４０℃で溶解し、その後（Ａ）からのＣＩＦ溶液を添加して、懸濁液を得た（Ｂ）。懸濁液Ｂを次いで４０ｍｌバイアル中のＮＢＰＥＧ１０００（０．２５ｇ、０．２１８ｍｍｏｌ）に添加し、混合物を室温で一晩撹拌して、白色の懸濁液を有する淡黄色の溶液を得る。混合物を次いで蒸発乾固し、油をジエチルエーテル（５０ｍｌ）に添加した。ジエチルエーテル溶液を、冷凍庫中で４８時間冷やし、デカントして、白色の粘着性残渣を得た。ＭｅＯＨ（３ｍｌ）を残渣に添加し、混合物を三角フラスコ中のジエチルエーテルに添加し、これを再び冷凍庫中にさらなる４８時間置いて、フラスコの底に黄色の油を得た。エーテルをデカントし、ＭｅＯＨ（３ｍｌ）を添加して、白色の沈殿を有する黄色の溶液を得た。混合物をシリンジフィルターに通し、透明な濾液を蒸発乾固して、ＮＢＰＥＧＣＩＦの黄色の油を得た。１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＭｅＯＤ）：δ＝７．７６（ｄｄｄ、２Ｈ）、７．４４－７．３７（ｍ）、６．３６（ｔ、２Ｈ）、３．６７（ｂｒ ｓ、８２Ｈ）、３．２１（ｔ、２Ｈ）、２．７５（ｄ、２Ｈ）、２．７３（ｓ、５Ｈ）、１．２５（ｄ、１Ｈ）。
例としてＮＢＰＥＧＣＩＦを使用した、ＲＯＭＰによるＰＳ抗生物質ポリマーについての代表的な合成
ＮＢＰＥＧ１０００ＣＩＦマクロモノマー（０．１ｅｑ）を４ｍｌガラスバイアル中に秤量し、その後ＮＢ－ＰＳ（０．０５０ｇ、０．０３０ｍｍｏｌ）を添加した。ＴＨＦ（ＮＢ－ＰＳに関して０．０５Ｍ）を添加し、混合物を透明な溶液が得られるまで室温で撹拌した。ＴＨＦ中の触媒２（実施例５において言及）の溶液（１．２５ｍｏｌ％、０．０５Ｍ）を該溶液に添加し、混合物を室温で２時間撹拌し、反応を、エチルビニルエーテルを添加することによって停止させた。ポリマー溶液を、メタノール中で沈殿させた。ポリマー混合物を遠心分離し、上澄みをデカントした。残渣を、ＭｅＯＨで繰り返し洗浄し、その後真空下で乾燥させて、白色粉末ポリマーを得た。１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ６．９９－７．１５（ｍ、３Ｈ、Ｐｈ）、６．４－６．８（ｍ、２Ｈ、Ｐｈ）、３．６０（ｓ、４Ｈ、ＰＥＧ）、１．９３（クインテット、１Ｈ、ＰＳ）、１．４２（ｔ、２Ｈ、ＰＳ）。ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝３０，０５６、ＰＤＩ＝１．３６
実施例１０：生物活性合成コポリマーの例－
ヒトの皮膚および骨組織の再生のための生物添加剤としてのポリラクチド－生体分子コポリマー
ポリラクチド（ＰＬＡ）側鎖並びにインテグリン結合ペプチド、コラーゲン模倣物または断片（ＣＯＬ）およびグリコサミノグリカン（ＧＡＧ）を含むペグ化生体分子を含有する一連のブラシコポリマーを、開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）を介して合成した。これらのコポリマーは、ヒトの皮膚または骨組織の再生のいずれかのための足場材料における生物添加剤として利用することができる。
この実施例において使用する生体分子は、ヘパリンオリゴ糖（ＨＳ）ＤＰ１２、ＤＰ１４、ＲＧＤなどのインテグリン結合ペプチド、さまざまな配列および長さのグリシン、プロリンおよびヒドロキシプロリン（Ｇ、Ｐ、Ｈｙｐ）の繰り返し単位を有するコラーゲン断片、並びにコラーゲン模倣ＤＧＥＡを含む。
ポリラクチド（ＰＬＡ）は、それが、生理学的条件下で分解して、人体においても存在する非毒性の乳酸を形成する、すなわち生体吸収性ポリマーであるため、この実施例における最適な合成ポリマーである。その生体適合性および良好な加工性のため、ＰＬＡおよびそのコポリマーは、医療用インプラントおよび組織工学において一般的に使用されている。皮膚または骨組織の再生を促進し得る生物活性分子を次いで、我々のアプローチにおける共重合を介して最終のポリマー中に組み込む。
いくつかの細胞外マトリックスタンパク質において見出されるＲＧＤ（Ａｒｇ－Ｇｌｙ－Ａｓｐ）などのインテグリン結合ペプチドは、細胞認識および細胞接着についての重要なモチーフとして同定されている。足場上へのＲＧＤの固定化は、細胞の付着、移動および増殖を増強することが示されている。ＲＧＤはまた、骨形成分化および石灰化を促進し、それによって骨の再生を誘導し得る。ＲＧＤの吸湿性の性質のため、それは、それ自身で取り扱うことおよび投与することは困難である。従って、ペプチドを合成ＰＬＡポリマー上に共有結合させることによって、それは、その安定性および取扱いの容易さを増加させるであろう。これらのＲＧＤ含有ポリマーを、引き続き基材とブレンドして、皮膚または骨の再生についての足場を作り出すことができる。
ＲＧＤペプチドに加えて、コラーゲン模倣物または断片を含有するポリマーもまた、合成した。コラーゲンは、細胞外マトリックスにおいて最も豊富なタンパク質であり、生体適合性を増加させ、組織の再生を促進するために、生体材料において広く使用されている。しかしながら、完全長のヒトコラーゲンは、複雑な合成を必要とし、しばしば緩衝液中で悪い溶解性を示す。わずかな長さの重要なペプチド配列を含む短いコラーゲン模倣ペプチド配列または断片が、それらの全長コラーゲン対応物と同様の生物学的応答を引き出すために使用されている。ＤＧＥＡ（Ａｓｐ－Ｇｌｙ－Ｇｌｕ－Ａｌａ）などのコラーゲン模倣物並びにさまざまな長さのグリシン、プロリンおよびヒドロキシプロリン配列を有するコラーゲン断片を、合成ポリマー中に組み込む。理論によって拘束されるものではないが、ＤＧＥＡは、細胞の接着、伸展および骨形成分化を促進すると考えられており、これは、皮膚および骨の再生の両方における用途について有利であろう。
ヘパラン硫酸（ＨＳ）は、硫酸基で大量に修飾された繰り返し二糖単位を有するＧＡＧである。理論によって拘束されるものではないが、５から１０個の間の二糖単位のＨＳ鎖が、骨形成タンパク質（ＢＭＰ）の結合に対して最も活性であると考えられている。理論によって拘束されるものではないが、ＨＳは、ＢＭＰ－２を媒介した筋芽細胞の骨芽細胞への分化を直接調節すると考えられている。特に、六二糖単位を有するＨＳ断片（ＤＰ１２）は、ＢＭＰ－２について最も高い結合親和性を有すると考えられている。ＤＰ１２と複合体を形成したＢＭＰ－２のインビトロ研究は、細胞中の増強された骨形成分化を実証したが、一方でラットモデルを使用したインビボ研究（ｗｏｒｋ）は、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）チューブ中のコラーゲンスポンジの対照と比較して、ＤＰ１２を使用した、改善された骨組織の再生を明らかにした。ＨＳは、血管新生因子と相互作用し、血管新生を誘導する。血管新生は、設計された組織全体を通して酸素および栄養素を送達するために、組織足場において重要である。さらに、ＨＳは、上皮修復を刺激し、創傷治癒を促進する増殖因子と相互作用し得る。ＤＰ１２またはＤＰ１４などのＨＳ分子を有するＰＬＡは、皮膚または骨組織の再生を可能にするための足場材料における使用にとって望ましいであろう。しかしながら、ＨＳ分子は、高度に吸湿性であり、ポリマー上に単純にコーティングすることはできない。ＨＳの高い水溶性はまた、それが体の中に浸出して、組織の再生が必要とされる所望の部位上に残らない可能性があることも意味する。本アプローチにおいては、ＨＳ分子を含有するマクロモノマーをＰＬＡマクロモノマーと共重合させて、皮膚足場または骨インプラントの製造のためにベースポリマーＰＬＡとブレンドされるであろう生物活性コポリマーを調製する。これが、ＨＳ分子が移植部位上に局在化し、体の他の部分において望ましくない効果を引き起こさないことを保証する。
最終のブラシコポリマーを、ＰＬＡマクロモノマーの生物活性マクロモノマーとの共重合を介して、グラブス型触媒を使用するＲＯＭＰ（スキーム１０）によって調製する。
生体適合性
ポリマーの生体適合性を実証するために、材料を、インビトロでヒト線維芽細胞上で試験した。生物活性合成ポリマー（ＰＬＡ－ＲＧＤ）を、基材としての市販のＰＬＡとブレンドし、薄いシート中にエレクトロスピニングした。市販のベースポリマーＰＬＡ（ＰＬＡ－ｂｕｌｋ）を、この研究についての対照として使用した。シートを次いでヒト線維芽細胞Ｈｓ２７上で試験し、全ての試験した材料は、７２時間後に高い細胞生存率を有する良好な生体適合性を示した（図７）。予備的なデータから、本明細書において開示するさまざまな実施態様に従って設計した生物活性合成ポリマーの＞１００％細胞生存率が観察されたが、これは、細胞増殖（ｃｅｌｌ ｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎ）（細胞増殖（ｃｅｌｌ ｇｒｏｗｔｈ））対細胞死（＜１００％）を示す。これは、ヒト線維芽細胞に対する材料の低い毒性を実証する。さらに、生物活性ポリマー含有ＰＬＡは、ベースポリマーＰＬＡと比較して細胞生存率における改善を示したが、これは、純粋なＰＬＡ自体の生体適合性を増強するそれらの能力を示す。この材料についての最良の組織再生結果を得るために、生物活性合成ポリマーにおける生体分子濃度およびブレンド比の最適化が、進行中である。
要約すると、生分解性ＰＬＡ側鎖並びにインテグリン結合ペプチド、コラーゲン模倣物または断片（ＣＯＬ）およびヘパラン硫酸（ＨＳ）などの生物活性分子を有する一連のブラシコポリマーを、合成した。これらの生物活性ポリマーを医療グレードのＰＬＡなどの基材とブレンドして、皮膚または骨の再生における使用のための足場材料を作り出すことができる。
実験手順
一般的な手順
開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）反応および生物活性マクロモノマー合成は、窒素雰囲気下、Ｖａｃｕｕｍ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅグローブボックス中で行った。ＰＬＡマクロモノマー（ＮＰＨ－ＰＬＡ）合成は、窒素雰囲気下、標準的なシュレンクライン技術を使用して行った。ＮＢＰＥＧおよびＮＰＨ合成は、実施例６において提供する手順に従って、大気条件下、ドラフト中で行った。使用した全ての溶媒は、無水であり、購入したまま使用した。グラブス第２世代触媒触媒は、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、ペプチドは、Ｂｉｏｍａｔｉｋ Ｉｎｃ．から購入した。触媒２（（Ｈ２ＩＭｅｓ）（ｐｙｒ）２（Ｃｌ）２ＲｕＣＨＰｈ）は、実施例６において提供する手順に従って合成した。ＰＥＧジアミンは、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ（１，０００および３，４００）またはＳｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ（６，０００）から購入した。ＨＯＢＴ、ＨＢＴＵ、ｉＰｒ２ＥｔＮは、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、シス－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボン酸無水物は、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒから購入した。全ての購入試薬は、さらなる精製なしに使用した。ヘパリンオリゴ糖ＤＰ１２およびＤＰ１４は、Ｉｄｕｒｏｎから購入した。
１Ｈ ＮＭＲスペクトルは、全ての生体分子系マクロモノマーについて溶媒としてＭｅＯＤまたはＤ２Ｏを使用して、ＪＥＯＬ ５００ＭＨｚ ＮＭＲ分光計上で記録した。ＣＤＣｌ３を、ＰＣＬマクロモノマーおよびＲＯＭＰポリマーについての溶媒として使用した。ゲル透過クロマトグラフィーは、Ａｃｑｕｉｔｙ ＡＰＣ ＸＴ４５、ＸＴ２００およびＸＴ４５０カラム、Ａｃｑｕｉｔｙ ＲＩ検出器を備えたＷａｔｅｒｓ Ａｑｕｉｔｙ ＡＰＣ Ｓｙｓｔｅｍ上で行った。ＴＨＦをサンプル調製において使用し、４０℃で１．０ｍｌ／分の流速を使用した。
ＮＢＰＥＧ、ＮＢＰＥＧＲＧＤ、ＮＢＰＥＧ（ＤＧＥＡ）、ＮＢＰＥＧ（ＧＰＨｙｐ）３およびＮＢＰＥＧＤＰ１２の合成は、実施例６において説明している。
ＲＯＰによるＮＰＨ－ＰＬＡマクロモノマーの合成
さまざまな重合度（ＤＰ）を有するＮＰＨ－ＰＬＡマクロモノマーを、ＲＯＰによって調製した。例として、２５ｍＬシュレンクチューブに、ＮＰＨ開始剤（１１０ｍｇ、０．５０ｍｍｏｌ）、Ｄ，Ｌ－ラクチド（８６４ｍｇ、６．０ｍｍｏｌ）、Ｓｎ（Ｏｃｔ）２（２ｍｇ）、および撹拌棒を入れた。チューブを、４回排気・窒素充填し、次いで１３０℃の油浴中に浸した。２．５時間後、内容物を、室温に冷却し、ジクロロメタンで希釈し、冷メタノール中に２回沈殿させた。母液をデカントし、残渣を、ＭｅＯＨで洗浄し、真空オーブン中で乾燥させた。
１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：δ６．２８（ｂｒ ｔ、２Ｈ）、５．２７－５．０８（ｍ）、４．３５（ｍ、１Ｈ）、４．１９－４．０２（ｍ、２Ｈ）、３．６２－３．４４（ｍ、２Ｈ）、３．２７（ｓ、２Ｈ）、２．６９（ｍ、２Ｈ）、１．９７－１．４７（ｍ）、１．１９（ｄ、１Ｈ）。
ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝２，４７１、ＰＤＩ＝１．２０、収量０．６００ｇ。
ＮＢＰＥＧ３４００ＤＰ１４の合成
ＤＰ１４（０．０２８５ｇ、８．４μｍｏｌ）を、８ｍｌシンチレーションバイアル中でＭｅＯＨ／ＤＭＦ（０．５ｍｌ／１．０ｍｌ）中に溶解した。ｉＰｒ２ＥｔＮ（２．９μｌ、１６．８μｍｏｌ）を添加し、混合物を撹拌した（溶液Ａ）。ＨＯＢｔ（０．００１１ｇ、８．４μｍｏｌ）およびＨＢＴＵ（０．００３２ｇ、８．４μｍｏｌ）をＭｅＯＨ（２．５ｍｌ）中に４０℃で溶解し、その後溶液Ａを添加して、懸濁液Ｂを得た。懸濁液Ｂを次いで、ＮＢＰＥＧ３４００ＮＨ２（０．０２５ｇ、７．０３μｍｏｌ）に添加し、室温で２４時間撹拌した。得られた淡黄色の混合物を遠心分離して、不溶性不純物を除去した。上澄みを、溶媒蒸発で濃縮し、次いで冷Ｅｔ２Ｏ中に沈殿させ、混合物を冷凍庫中に２４時間置いた。濾過を行って、オレンジ色の粉末生成物（４３．５ｍｇ、収率９０％）を得た。
１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、Ｄ２Ｏ）：６．３６（ｔ、２Ｈ）、４．３０（ｂｒ、４Ｈ）、３．７０（ｓ、３４０Ｈ）、２．８５（ｓ、２Ｈ）、２．７１（ｓ、２Ｈ）、１．４０－１．３２（ｍ、１０Ｈ）。
ＰＬＡ－ペプチド型コポリマーについての代表的な調製物としてのＮＰＨ－ＰＬＡマクロモノマーおよびＮＢＰＥＧ１０００ＲＧＤマクロモノマーのＲＯＭＰについての典型的な手順
ＮＢＰＥＧ１０００ＲＧＤマクロモノマー（０．１当量）を４ｍｌシンチレーションバイアル中に秤量し、その後ＮＰＨ－ＰＬＡ（０．０５ｇ）を添加する。ＴＨＦ（ＮＰＨ－ＰＬＡに関して０．０５Ｍ）を添加し、混合物を透明な溶液が得られるまで室温で撹拌する。ＴＨＦ中の触媒２の溶液（１．２５ｍｏｌ％）を該溶液に添加し、反応物を１時間撹拌する。エチルビニルエーテルを反応混合物に添加し、その後ＭｅＯＨ（３ｍｌ）を添加し、混合物を冷凍庫中に１時間置いて、粘着性の固体を得る。母液をデカントし、残渣を、ＭｅＯＨで繰り返し洗浄し、その後真空オーブン中で乾燥させた。
ＰＬＡ－ＲＧＤコポリマーについて、１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ５．２７－５．０８（ｍ、ＰＬＡ）、３．６０（ｓ、ＰＥＧ）、１．９７－１．４７（ｍ、ＰＬＡ）。ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝７６，７００、ＰＤＩ＝１．４４。
ＰＬＡ－ＣＯＬ型コポリマーについての代表的な調製物としてのＮＰＨ－ＰＬＡマクロモノマーおよびＮＢＰＥＧ１０００（ＧＰＨｙｐ）３マクロモノマーのＲＯＭＰについての典型的な手順
ＮＢＰＥＧ１０００（ＧＰＨｙｐ）３マクロモノマー（０．１当量）を４ｍｌシンチレーションバイアル中に秤量し、その後ＮＰＨ－ＰＬＡ（０．０５ｇ）を添加する。ＴＨＦ（ＮＰＨ－ＰＬＡに関して０．０５Ｍ）を添加し、混合物を４５℃で撹拌する。ＴＨＦ中の触媒２の溶液（１．２５ｍｏｌ％）を溶液に添加し、反応物を４５℃で２時間撹拌する。エチルビニルエーテルを反応混合物に添加し、その後ＭｅＯＨ（３ｍｌ）を添加し、混合物を冷凍庫中に１時間置いて、粘着性の固体を得る。母液をデカントし、残渣を、ＭｅＯＨで繰り返し洗浄し、その後真空オーブン中で乾燥させた。１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ５．２７－５．０８（ｍ、ＰＬＡ）、３．６０（ｓ、ＰＥＧ）、１．９７－１．４７（ｍ、ＰＬＡ）。ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝９７，２６２、ＰＤＩ＝１．１４。
ＰＬＡ－ＨＳ型コポリマーについての代表的な調製物としてのＮＰＨ－ＰＬＡマクロモノマーおよびＮＢＰＥＧ３４００ＤＰ１４マクロモノマーのＲＯＭＰについての典型的な手順
ＮＢＰＥＧ３４００ＤＰ１４マクロモノマー（０．１当量）を４ｍｌシンチレーションバイアル中に秤量し、その後ＮＰＨ－ＰＬＡ（０．０３ｇ）を添加する。ＴＨＦ（ＮＰＨ－ＰＬＡに関して０．０２Ｍ）を添加し、混合物を４５℃で撹拌する。ＴＨＦ中の触媒２の溶液（１．２５ｍｏｌ％）を溶液に添加し、反応物を４５℃で２時間撹拌する。エチルビニルエーテルを反応混合物に添加し、その後ＭｅＯＨ（３ｍｌ）を添加し、混合物を冷凍庫中に１時間置いて、粘着性の固体を得る。母液をデカントし、残渣を、ＭｅＯＨで繰り返し洗浄し、その後真空オーブン中で乾燥させた。１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ５．２７－５．０８（ｍ、ＰＬＡ）、３．６０（ｓ、ＰＥＧ）、１．９７－１．４７（ｍ、ＰＬＡ）。
実施例１１：生物活性合成コポリマーの例－
軟骨組織の再生のためのＰＬＧＡ－ペプチドおよび－オリゴ糖ポリマー
一連のポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）（ＰＬＧＡ）ペプチドおよびオリゴ糖ブラシポリマーを、開環メタセシス重合によって調製した。ＲＧＤなどの細胞外マトリックス（ＥＣＭ）ペプチド、コラーゲン断片およびヘパリンオリゴ糖などのオリゴ糖を、ペグ化し、ポリ（ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボキシイミド）主鎖上の、側鎖としてのＰＬＧＡに、開環メタセシス重合反応を介して連結した。得られたブラシポリマーは、ＰＬＧＡ系である軟骨組織再生材料についての生物添加剤として使用することができる。生物活性ＰＬＧＡ上の予備的なインビトロ試験は、７２時間時点である程度の細胞増殖を有する優れた細胞生存率を実証した。
この実施例において使用した生体分子は、軟骨組織を再生することが知られているＲＧＤ、コラーゲン断片およびコラーゲン模倣物などのＥＣＭペプチドを含む。この実施例において最適な合成ポリマーは、ＰＬＡの特性とポリ（グリコール酸）（ＰＧＡ）の特性との間の特性を有する生体吸収性ポリマーである、ＰＬＧＡである。作り出した全体のポリマーは、軟骨インプラントにおける使用のために骨誘導性である、熱的に安定で生物活性なポリマーであることが示されている。
本明細書において開示するさまざまな実施態様に従った生物活性合成ポリマー技術を使用して、コラーゲンを、これらのコラーゲン断片の機能性における損失なしに合成材料に導入することを可能にする、コラーゲン含有合成ポリマーを作り出す。さらに、これらの生物活性合成ポリマーにおけるＰＬＧＡ側鎖は、コラーゲンの熱安定性を増加させるのを助け、さもなければ吸湿性のコラーゲンの、疎水性であるベースポリマーＰＬＧＡ中への効率的なブレンドを可能にする。全体のＰＬＧＡ材料は、生物活性であるだけでなく、材料加工および半月板軟骨インプラントにおける使用のために、熱的に安定であり、機械的に強い。
ＰＬＧＡは、そのホモポリマー対応物であるＰＧＡおよびＰＬＡ（ここで、ＰＧＡは、ＰＬＡよりも結晶性が高く、融点が高い）と比較して、ポリマーの結晶性、融点および耐荷重能力のそのより良好な制御のため、合成ポリマーとして選択する。しかしながら、ＰＬＧＡは、その明らかな生体適合性にもかかわらず、非骨誘導性である。そのため、ＰＬＧＡを骨誘導性または骨伝導性である生物活性マクロモノマーと共重合させることにより、ＰＬＧＡ上に刺激を導入する必要がある。全体の材料は次いで、軟骨インプラントにおける使用のために、機械的に強く、熱的に安定な、骨誘導ポリマーである。ＰＬＧＡはまた、生分解性であり、これが、材料が体の中で分解した後に、患者自身の軟骨が合成材料を引き継ぐことを可能にする。ポリマーの副産物は、乳酸およびグリコール酸であり、それらの両方がヒトに無毒である。
材料の柔らかさおよびその親水性を増強するために、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）が、生物活性合成ポリマー鎖中に導入される。この同じ戦略を、材料の柔らかさ／硬さを調整することにおいて使用する。生物活性合成ポリマー中のＰＥＧ対ＰＬＧＡ側鎖含有量、並びにＰＬＧＡベース材料に対するＰＬＧＡ－ＣＯＬ生物活性合成ポリマーの比を調整することにより、材料の全体的な硬度を調整することができる。これは、関節軟骨インプラントにおいて特に重要である。関節軟骨インプラントの強度をさらに増強するために、足場の付加製造（ＡＭ）における格子設計を使用し／作り出し得る。材料の強度は、ＡＭを使用する格子設計を通して大きく増強し得るが、一方で足場における増強されたオッセオインテグレーション、および全体の足場の軽量のための、材料の多孔性を保持し得る。
ＥＣＭペプチドの他に、高度に硫酸化されたグリコサミノグリカンなどのヘパラン硫酸模倣物もまた、関節軟骨の再生について必要とされる必要な刺激を提供するために使用することができる。グリコサミノグリカン（ＧＡＧ）は、哺乳類の組織において広範に見出される不均一な多糖であり、ヘパラン硫酸（ＨＳ）は、多くの生理学的プロセスを調節するための大量のタンパク質と相互作用し得る、莫大な構造的多様性を有する高度に硫酸化されたＧＡＧである。ＨＳと相互作用するタンパク質は、増殖因子（ＧＦ）、ケモカイン、酵素阻害剤、細胞外マトリックスタンパク質および膜結合受容体を含む。ＨＳは、骨の増殖において重要である骨形成タンパク質ＢＭＰ－２、並びに血管形成について重要である血管内皮増殖因子（ＶＥＧＦ）および線維芽細胞増殖因子（ＦＧＦ）を含む、細胞の増殖および分化に関与する主要なＧＦの効力を高める。そのようなオリゴ糖をＰＬＧＡ中に組み込むことにより、ＢＭＰ結合特性がポリマーに導入され、材料を、軟骨インプラントにおいて使用することができる。高度な化学合成による材料設計および付加製造による足場設計製造の組合せを通して、さまざまなタイプの骨足場を、必要に応じて、骨のさまざまな部分の再生のために作り出す。あるいは、足場はまた、溶融押出、射出成形およびエレクトロスピニングなどの他の材料加工方法によっても製造することができる。
バイオマクロモノマーおよび合成マクロモノマーの両方を用いて、最終の生物活性合成ポリマーを、グラブス型触媒を使用するＲＯＭＰによって調製する（スキーム１１）。
生物活性ポリマーの特徴付けに際しては、ポリマーの融点および分解温度を確かめるためのＴＧ－ＤＳＣ分析を行う。ルテニウム触媒からの金属残留物が、バイオ医療デバイスにおける金属触媒についてのＩＳＯ１０９９３ガイドラインを下回る最小限に低下していることを保証するためのＩＣＰ－ＭＳも、材料加工の前に行う。いったんこれらのパラメータが確かめられると、材料は、材料の生体適合性および細胞生存率を確かめるためのインビトロ試験用のプロトタイプに加工することができる。
生体適合性
ポリマーの生体適合性を実証するために、ヒト線維芽細胞上の材料を、インビトロで試験した。生物活性合成ポリマー（ＰＬＧＡ－ＲＧＤ）を、基材としての市販のＰＬＧＡとブレンドし、薄いシート中にエレクトロスピニングした。市販のベースポリマーＰＬＧＡ（ＰＬＧＡ－Ｂｕｌｋ）、ＰＬＧＡ ＲＯＭＰホモポリマー（ＰＬＧＡ－ｈｏｍｏ）およびＰＬＧＡ－ｍＰＥＧ５０００を、この研究についての対照として使用した。シートを次いでヒト線維芽細胞Ｈｓ２７上で試験し、全ての試験した材料は、７２時間後に高い細胞生存率を有する良好な生体適合性を示した（図８）。予備的なデータから、本明細書において開示するさまざまな実施態様に従って設計した生物活性合成ポリマーの＞１００％細胞生存率があることがわかり、これは、細胞増殖（ｃｅｌｌ ｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎ）（細胞増殖（ｃｅｌｌ ｇｒｏｗｔｈ））対細胞死（＜１００％）を示す。これは、ヒト線維芽細胞に対する材料の低い毒性を実証する。さらに、全ての生物活性ポリマー含有ＰＬＧＡは、ベースポリマーＰＬＧＡと比較して細胞生存率における改善を示したが、これは、純粋なＰＬＧＡ自体の生体適合性を増強するそれらの能力を示す。この材料についての最良の組織再生結果を得るための、生物活性合成ポリマーにおける生体分子濃度およびブレンド比の最適化が、進行中である。
要約すると、ＰＬＧＡの生分解性合成ポリマー側鎖および細胞外マトリックスペプチドの生物活性側鎖または硫酸化グリコサミノグリカンを有する一連の生分解性ポリマーを、軟骨組織の再生のために、開発した。材料は、溶融押出、ＦＦＦまたはＦＤＭタイプの３Ｄ印刷およびエレクトロスピニングなどの多種多様な材料加工方法によって加工することができる。予備的なインビトロ試験は、幹細胞または増殖因子の導入なしに、良好な細胞生存率および増殖を実証した。
実験手順
一般的な手順
開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）反応および生物活性マクロモノマー合成は、窒素雰囲気下、Ｖａｃｕｕｍ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅグローブボックス中で行った。ＰＬＧＡマクロモノマー（ＮＰＨ－ＰＬＧＡ）合成は、窒素雰囲気下、標準的なシュレンクライン技術を使用して行った。ＮＢＰＥＧおよびＮＰＨ合成は、実施例６において提供する手順に従って、大気条件下、ドラフト中で行った。グローブボックス中で使用した全ての溶媒は、無水であり、購入したまま使用した。グラブス第２世代触媒触媒は、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、ペプチドは、Ｂｉｏｍａｔｉｋ Ｉｎｃ．から購入した。ＰＥＧジアミンは、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ（１，０００および３，４００）またはＳｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ（６，０００）から購入した。ＨＯＢＴ、ＨＢＴＵ、ｉＰｒ２ＥｔＮは、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、シス－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボン酸無水物は、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒから購入した。全ての購入試薬は、さらなる精製なしに使用した。
１Ｈ ＮＭＲスペクトルは、全ての生体分子系マクロモノマーについて溶媒としてＭｅＯＤを使用して、ＪＥＯＬ ５００ＭＨｚ ＮＭＲ分光計上で記録した。ＣＤＣｌ３を、ＰＬＧＡマクロモノマーについての溶媒として使用する。ゲル透過クロマトグラフィーは、Ａｃｑｕｉｔｙ ＡＰＣ ＸＴ４５、ＸＴ２００およびＸＴ４５０カラム、Ａｃｑｕｉｔｙ ＲＩ検出器を備えたＷａｔｅｒｓ Ａｑｕｉｔｙ ＡＰＣ Ｓｙｓｔｅｍ上で行った。ＴＨＦをサンプル調製において使用し、４０℃で１．０ｍｌ／分の流速を使用した。
ＮＢＰＥＧおよびＮＢＰＥＧ（ペプチド）の合成は、実施例６において説明している。
ＮＰＨ（ＰＬＧＡ）マクロモノマーの合成
さまざまな重合度（ＤＰ）を有するＮＰＨ－ＰＬＧＡマクロモノマーを、ＲＯＰによって調製した。例として、２５ｍＬシュレンクチューブに、ＮＰＨ開始剤（５５ｍｇ、０．２５ｍｍｏｌ）、Ｄ，Ｌ－ラクチド（８６４ｍｇ、６．０ｍｍｏｌ）、グリコリド（１７４ｍｇ、１．５ｍｍｏｌ）、Ｓｎ（Ｏｃｔ）２（２ｍｇ）、および撹拌棒を入れた。チューブを、４回排気・窒素充填し、次いで１２５℃の油浴中に浸した。３時間後、内容物を、室温に冷却し、ジクロロメタンで希釈し、冷ＭｅＯＨ中に沈殿させた。母液をデカントし、残渣を、ＭｅＯＨで洗浄し、その後真空オーブン中で乾燥させた。
１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ６．２８（ｂｒ ｔ、２Ｈ）、５．２７－５．０８（ｍ、ＰＬＡ）、４．８５－４．６５（ｍ、ＰＧＡ）４．３５（ｍ、１Ｈ）、４．１９－４．０２（ｍ、２Ｈ）、３．６２－３．４４（ｍ、２Ｈ）、３．２７（ｓ、２Ｈ）、２．６９（ｍ、２Ｈ）、１．９７－１．４７（ｍ、ＰＬＡ）、１．１９（ｄ、１Ｈ）。ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝４，３３６、ＰＤＩ－１．２７。
さまざまな配列並びにｎ＝６までの鎖長、ＰＥＧ１０００、３，４００および６，０００のグリシン、プロリンおよびヒドロキシプロリンのコラーゲン断片についての代表的な調製物としてのＮＢＰＥＧ１０００（ＧＰＨｙｐ）３の合成
（ＧＰＨｙｐ）３（０．２１３ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）を、グローブボックス中でＭｅＯＨ（２．５ｍｌ）中に溶解した。ｉＰｒ２ＥｔＮ（９１μｌ、０．５２ｍｍｏｌ）を添加し、混合物を撹拌した（溶液Ａ）。ＨＯＢＴ（０．０３５３ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）およびＨＢＴＵ（０．０９９２ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）をＭｅＯＨ（１２．５ｍｌ）中に４０℃で溶解し、その後溶液Ａを添加して、懸濁液Ｂを得た。懸濁液Ｂを次いで、ＮＢＰＥＧＮＨ２（０．２５ｇ、０．２１８ｍｍｏｌ）に添加し、室温で２４時間撹拌した。得られた淡黄色の混合物を次いで溶媒蒸発によって濃縮して、ベージュ色の混合物を得た。混合物を、Ｅｔ２Ｏ中に分散させ、４８時間凍結させた。Ｅｔ２Ｏ層を取り出し、ＭｅＯＨを残渣に添加して、ベージュ色の懸濁液を得た。濾過および溶媒蒸発を行って、ベージュ色の油状生成物ＮＢ－ＰＥＧ－（ＧＰＨｙｐ）３（０．２２ｇ、収率５０％）を得た。
１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤ３ＯＤ）：δ６．３３（ｓ、２Ｈ）、４．７３－．４．４４（ｂｒ、４Ｈ）、３．６５（ｍ、８４Ｈ）、３．５７（ｍ、４Ｈ）、３．１８（ｓ、２Ｈ）、２．７２（ｓ、２Ｈ）、２．３９－１．８０（ｂｒ、８Ｈ）、１．４４－１．３７（ｄｄ、２Ｈ）。
例としてＮＰＨ（ＰＬＧＡ）およびＮＢ－ＰＥＧ３．４ｋ（ＧＰＨｙｐ）３を使用した、ＲＯＭＰによるＰＬＧＡ－ＰＥＧ３．４Ｋ（ＧＰＨｙｐ）３ポリマーについての代表的な合成
ＮＢＰＥＧ３．４Ｋ（ＧＰＨｙｐ）３マクロモノマー（０．１当量）を４ｍｌガラスバイアル中に秤量し、その後ＮＰＨ（ＰＬＧＡ）（０．０５０、０．０１２ｍｍｏｌ）を添加した。ＴＨＦ（ＮＰＨ（ＰＬＧＡに関して０．０５Ｍ）を添加し、混合物を透明な溶液が得られるまで４０℃で撹拌した。ＴＨＦ中の触媒２の溶液（１．２５ｍｏｌ％、０．０５Ｍ）を該溶液に添加し、混合物を４０℃で２時間撹拌し、反応を、エチルビニルエーテルを添加することによって停止させた。ポリマー溶液を、メタノール中で沈殿させた。ポリマー混合物を遠心分離し、上澄みをデカントした．残渣を、ＭｅＯＨで繰り返し洗浄し、その後真空下で乾燥させた。得られたポリマーは、白色粉末である。
１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ５．２０（ｍ、１Ｈ、ＰＬＡ）、δ４．８（ｍ、２Ｈ、ＰＧＡ）、δ３．６３（ｓ、４Ｈ、ＰＥＧ）、δ１．５６（ｄ、３Ｈ、ＰＬＡ）。ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝６５，１６６、ＰＤＩ＝１．２３。
実施例１２：生物活性合成コポリマーの例－
医療用インプラントにおける生物添加剤としての使用のためのＰＭＭＡ－ペプチドコポリマー
ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）側鎖およびＰＥＧ部分上につながれた生体分子を含有する一連のブラシコポリマーを、開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）を介して合成した。生体分子は、ＤＧＥＡ、（Ｇｌｙ－Ｐｒｏ－Ｈｙｐ）３および（Ｐｒｏ－Ｈｙｐ－Ｇｌｙ）３などの、任意の配列の３～２０個のアミノ酸残基からのコラーゲン断片またはコラーゲン模倣ペプチドを含み得る。これらのブラシポリマーを、ベースポリマーＰＭＭＡとブレンドして、骨セメント、骨インプラントおよび頭蓋顔面インプラントなどのバイオ医療インプラントにおける使用のための生物活性材料を作り出すことができる。
この実施例は、ＰＭＭＡ系バイオ医療インプラントにおける生物活性ポリマーとしての使用のための、ＰＭＭＡ側鎖およびＰＥＧ部分上につながれたコラーゲン模倣物を含有するブラシコポリマーの簡単な合成を報告する。
ＰＭＭＡは、良好な機械的強度を有する、生体適合性で、非分解性でおよび軽量の熱可塑性樹脂であるため、この実施例において最適な合成ポリマーである。それは、バイオ医療用途において使用する最初の合成ポリマーであり、現在では眼内レンズ、鼻形成術、歯科および整形外科におけるなどのさまざまな医療用インプラントにおいて使用されている。ＰＭＭＡはまた、現在、頭蓋顎顔面再建用の、最も広く使用されているアロプラスチックインプラント材料でもある。ＰＭＭＡポリマーはしばしば、さまざまな量の添加剤または充填剤で修飾し、最終の材料において所望の特性を達成する。ＰＭＭＡ系インプラント材料は、射出成形または押し出しおよびまた３Ｄ印刷などの従来の成形方法を使用して製造することができる。３Ｄ印刷技術における急速な進歩に伴い、ＰＭＭＡは、カスタマイズされた医療用インプラント構造の製造のための患者固有のバイオ医療用途において、ますます利用されている。
この実施例においては、コラーゲン断片または模倣物を有するＰＭＭＡブラシコポリマーを、ＲＯＭＰを使用して合成した。コラーゲンは、細胞外マトリックスにおいて最も豊富なタンパク質であり、生体適合性を増加させ、組織の再生を促進するために、生体材料において広く使用されている。しかしながら、完全長のヒトコラーゲンは、複雑な合成を必要とし、しばしば緩衝液中で悪い溶解性を示す。わずかな長さの重要なペプチド配列を含む短いコラーゲン模倣ペプチド配列または断片を、それらの全長コラーゲン対応物と同様の生物学的応答を引き出すために使用し得る。しかしながら、多くの生体分子と同様に、これらのペプチドは、極めて吸湿性である。コラーゲン断片または模倣物を合成ポリマーに固定してその取扱いの容易性を増加させることなしに、人体中への挿入のためのインプラントを作り出すことは、困難である。さらに、ＰＭＭＡ医療用インプラントは、体にとって異物であり、宿主の免疫応答を引き起こし、組織の炎症につながり得る。ＰＭＭＡ自体はまた、それが接触する他の構造との構造のオッセオインテグレーションを支持しない。従って、理論によって拘束されるものではないが、ＰＭＭＡポリマー中にコラーゲン断片またはコラーゲン模倣物（ＣＯＬ）を組み込むことにより、それは、材料の生体適合性および生体模倣特性を増加させるのを助けるであろうと考えられている。使用される可能性のあるいくつかのコラーゲン模倣物は、ＤＧＥＡ（Ａｓｐ－Ｇｌｙ－Ｇｌｕ－Ａｌａ）並びにさまざまな長さのグリシン、プロリンおよびヒドロキシプロリン配列を任意の順序で有するコラーゲン断片を含む。理論によって拘束されるものではないが、ＤＧＥＡは、細胞接着、骨形成分化およびオッセオインテグレーションを促進すると考えられており、これは、骨または頭蓋顔面インプラントにおける用途について有利であろう。
最終のブラシコポリマーを、グラブス型触媒を使用するＲＯＭＰによって調製する（スキーム１２）。
生物活性ＰＭＭＡポリマーを、医療グレードのＰＭＭＡとブレンドし、押し出し、３Ｄ印刷またはエレクトロスピニングのいずれかによって適切な形状に加工し、生体適合性について試験し得る。
生体適合性
ポリマーの生体適合性を実証するために、材料を、インビトロでヒト線維芽細胞上で試験した。生物活性合成ポリマー（ＰＭＭＡ－ＧＰＨｙｐ）を、基材としての市販のＰＭＭＡとブレンドし、薄いシート中にエレクトロスピニングした。市販のベースポリマーＰＭＭＡ（ＰＭＭＡ－ｂｕｌｋ）ＰＭＭＡ ＲＯＭＰホモポリマー（ＰＭＭＡ－ｈｏｍｏ）およびＰＭＭＡ－ｍＰＥＧ５０００を、この研究についての対照として使用した。シートを次いでヒト線維芽細胞Ｈｓ２７上で試験し、全ての試験した材料は、７２時間後に高い細胞生存率を有する良好な生体適合性を示した（図９）。これは、本明細書において開示するさまざまな実施態様に従って設計した材料の、ヒト線維芽細胞に対する低い毒性を示す。さらに、生物活性ポリマー含有ＰＭＭＡは、ベースポリマーＰＭＭＡと比較して細胞生存率における改善を示したが、これは、純粋なＰＭＭＡ自体の生体適合性を増強するそれらの能力を示す。生物活性合成ポリマーにおける生体分子濃度およびブレンド比の最適化が、該材料の生体適合性を改善するためにこれから実施されるであろう。
要約すると、ＰＭＭＡ側鎖およびコラーゲン模倣物または断片（ＣＯＬ）などのペプチド分子を有する一連のブラシコポリマーを、合成した。これらの生物活性ポリマーは、整形外科または頭蓋形成術における使用のためのインプラント材料を作り出すための生物添加剤として使用することができる。
実験手順
一般的な手順
開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）反応および生物活性マクロモノマー合成は、窒素雰囲気下、Ｖａｃｕｕｍ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅグローブボックス中で行った。ＰＭＭＡマクロモノマー（ＮＢ－ＰＭＭＡ）合成は、窒素雰囲気下、標準的なシュレンク技術を使用して行った。ＮＢＰＥＧおよびノルボルネニル官能化ＡＴＲＰ開始剤合成は、実施例６において提供する手順に従って、大気条件下、ドラフト中で行った。グローブボックス中で使用した全ての溶媒は、無水であり、購入したまま使用した。グラブス第２世代触媒は、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、ペプチドは、Ｂｉｏｍａｔｉｋ Ｉｎｃ．から購入した。触媒２は、実施例６において提供する手順に従って合成する。ＰＥＧジアミンは、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ（１，０００および３，４００）またはＳｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ（６，０００）から購入した。ＨＯＢＴ、ＨＢＴＵ、ｉＰｒ２ＥｔＮは、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、シス－ノルボルネン－エキソ－２，３－ジカルボン酸無水物は、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒから購入した。全ての購入試薬は、さらなる精製なしに使用した。
１Ｈ ＮＭＲスペクトルは、全ての生体分子系マクロモノマーについて溶媒としてＭｅＯＤまたはＤ２Ｏを使用して、ＪＥＯＬ ５００ＭＨｚ ＮＭＲ分光計上で記録した。ＣＤＣｌ３を、ＰＭＭＡマクロモノマーおよびＲＯＭＰポリマーについての溶媒として使用した。ゲル透過クロマトグラフィーは、Ａｃｑｕｉｔｙ ＡＰＣ ＸＴ４５、ＸＴ２００およびＸＴ４５０カラム、Ａｃｑｕｉｔｙ ＲＩ検出器を備えたＷａｔｅｒｓ Ａｑｕｉｔｙ ＡＰＣ Ｓｙｓｔｅｍ上で行った。ＴＨＦをサンプル調製において使用し、４０℃で１．０ｍｌ／分の流速を使用した。
ＮＢＰＥＧ、ＮＢＰＥＧ（ＤＧＥＡ）およびＮＢＰＥＧ（ＧＰＨｙｐ）３の合成は、実施例６において説明している。
ＡＴＲＰによるＮＢ－ＰＭＭＡマクロモノマーの合成
さまざまな重合度（ＤＰ）を有するＮＢ－ＰＭＭＡマクロモノマーを、ＡＴＲＰによって調製した。２５ｍＬシュレンクチューブに、ノルボルネニル官能化開始剤（５３ｍｇ、０．１４３ｍｍｏｌ）、ＭＭＡ（１．０６ｍＬ、１０．０ｍｍｏｌ）、アニソール（１．０ｍＬ）およびＴＭＥＤＡ（０．０１１ｍＬ、０．０７２ｍｍｏｌ）を入れた。溶液を、３回の凍結－ポンプ－解凍サイクルによって脱気した。最終サイクルの間、シュレンクチューブを窒素で満たし、ＣｕＢｒ（１０．３ｍｇ、０．０７２ｍｍｏｌ）を、凍結した反応混合物に素早く添加した。シュレンクチューブを、３回密閉・排気・窒素充填した。シュレンクチューブを室温に解凍し、重合を７０℃の油浴中で３時間行った。混合物を、中性アルミナを通して濾過し、ＭｅＯＨ中に沈殿させ、濾過した。白色固体を、ＭｅＯＨで洗浄し、その後真空オーブン中で一晩乾燥させた。１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：δ６．３０（ｓ、２Ｈ）、４．１７（ｍ、２Ｈ）、３．７６（ｍ）、３．６５－３．５９（ｍ、ＰＭＭＡ）、３．２８（ｓ、２Ｈ）、２．７２（ｓ、２Ｈ）、２．００－１．６９（ｍ、ＰＭＭＡ）、１．０７－０．７５（ｍ、ＰＭＭＡ）。ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝５，１５８、ＰＤＩ＝１．１３。
分子量１，０００～６，０００のＰＥＧについてのＰＭＭＡ－ペプチド型コポリマーについての代表的な調製物としてのＮＢ－ＰＭＭＡマクロモノマーおよびＮＢＰＥＧ３４００（ＧＰＨｙｐ）３マクロモノマーのＲＯＭＰについての典型的な手順
ＮＢＰＥＧ３４００（ＧＰＨｙｐ）３マクロモノマー（０．１当量）を４ｍｌシンチレーションバイアル中に秤量し、その後ＮＢ－ＰＭＭＡ（０．０５ｇ）を添加した。ＴＨＦ（ＮＢ－ＰＭＭＡに関して０．０２Ｍ）を添加し、混合物を透明な溶液が得られるまで４５℃で撹拌した。ＴＨＦ中の触媒２の溶液（１．２５ｍｏｌ％）を該溶液に添加し、反応物を室温で２時間撹拌した。エチルビニルエーテルを反応混合物に添加し、その後ＭｅＯＨ（３ｍｌ）を添加し、混合物を冷凍庫中に１時間置いて、白色沈殿物を得た。母液をデカントし、残渣を、ＭｅＯＨで繰り返し洗浄し、その後真空オーブン中で乾燥させた。
１Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：３．６５－３．５９（ｍ、ＰＭＭＡおよびＰＥＧ）、２．００－１．６９（ｍ、ＰＭＭＡ）、１．０７－０．７５（ｍ、ＰＭＭＡ）。ＧＰＣ分析（ＴＨＦ）：Ｍｎ＝６５，６００、ＰＤＩ＝１．３７。
用途
本開示は、最適な合成ポリマーを用いた生物活性コポリマーの構築のために生物活性マクロモノマーを迅速に作り出す新しいモジュール合成法を提供する。生物活性マクロモノマーは、別の合成コポリマーと容易に共重合して、所望の物理的および機械的特性を有する生物活性ポリマーを形成し得る。有利なことに、ポリマーリンカーへの結合の際に、生物活性分子の増加した安定性がある。本明細書において開示する戦略の実施態様は、任意のペプチド、炭水化物または薬物分子を、生物活性の損失なしにポリマー合成において使用することを可能にする。本明細書において開示する戦略の実施態様はまた、生物活性マクロモノマーライブラリーの迅速な構築を可能にする。カルボン酸基を有する任意の生物活性分子を、使用し得る。要約すると、本開示は、バイオ医療材料のカスタマイズのための高度に万能の戦略を提供する。
本明細書において開示する方法の実施態様は、マクロモノマーを最適な合成ポリマーと一組にして、合成ポリマーの機械的および物理的特性並びに生物活性分子の生物学的活性の両方を有する生物活性ポリマーを作り出すことを可能にする。
本明細書において開示する方法の実施態様は、生物活性分子の合成ポリマー中への物理的ブレンドの代わりに、化学的に結合したさまざまなタイプの生物活性ポリマーを作り出すための簡単な戦略である。
有利なことに、非細胞または増殖因子に基づく生物活性が、本明細書において開示するポリマー上に提供される。本明細書において開示する生物活性合成ポリマーの実施態様は、組織再生、バイオフィルム根絶などの治療効果を増強する生物活性、並びにまたポリマーのような構造的完全性および機械的強度の両方を有する。本明細書において開示する生物活性合成ポリマーの実施態様は、生体分子を、コポリマーの合成ポリマーサイドアームと同様の合成ポリマーのベース材料中に、相分離なしにブレンドすることを可能にする。本明細書において開示する方法の実施態様は、合成ポリマーが、生体分子での修飾の際に、ヒト組織に対して生体適合性になることを可能にする。本明細書において開示する方法の実施態様は、広範囲の生体分子を使用して、任意の所望の治療効果を達成することを可能にする。本明細書において開示する方法の実施態様はまた、広範囲の合成ポリマーを使用して、標的バイオデバイス用の材料において必要とされるさまざまな機械的、物理的特性を達成することを可能にする。
本明細書において開示する生物活性合成ポリマーの実施態様は、バイオ医療デバイス用の生物添加剤として使用して、デバイス材料自体に治療効果を提供することを可能にし得る。
本明細書において開示する方法の実施態様は、非細胞ベースまたは増殖因子ベースの治療を使用し、これが、デバイスまたは足場などの材料の長い貯蔵寿命を可能にし、望ましくないまたは制御されない生物活性（例えば、組織再生）を防止する。
本明細書において開示する生物活性合成ポリマーの実施態様は、皮膚または骨足場についての生物添加剤として使用して、皮膚または骨組織の再生について必要とされる刺激を作る出し得る。
本明細書において開示する生物活性合成ポリマーの実施態様は、骨足場において使用して、結果としてＰＣＬをより「骨様」に、およびより生体適合性にし得る。研究は、骨細胞は、ＰＣＬに結合せず、コラーゲンがＰＣＬ上にコーティングされた後にＰＣＬに結合し始めるのみであることを示した。
本開示はまた、構造的完全性および機械的強度と一緒に、生体適合性および創傷治癒を増強する生物活性の両方を有する生物活性ポリアミド－ペプチドブラシポリマーを提供する。ポリアミド－ペプチドブラシポリマーの実施態様を、生物添加剤として合成側鎖に類似したポリマー中にブレンドして、カテーテル、形成外科インプラント、補綴部品、軟骨関節インプラントなどの医療デバイスにおける使用のための材料を作り出すことができる。有利なことに、本明細書において開示する生物活性ポリアミド－ペプチドブラシポリマーの実施態様は、移植前に熱によって滅菌し得、長寿命である。本明細書において開示する生物活性ポリアミド－ペプチドブラシポリマーの実施態様は、それが熱的に安定であるため、３ＤＰによる製品のカスタマイズを可能にする。本明細書において開示する生物活性ポリアミド－ペプチドブラシポリマーの実施態様は、体の中で炎症応答を引き起こし得るポリアミドの生体適合性を改善する。
本開示はまた、ポリマーのように構造的完全性および機械的強度を依然として有しながら、殺菌性であるように作製される生物活性ポリスチレンを提供する。さまざまな実施態様において、抗生物質は、共有結合によってポリマー上に付着しており、従って、廃棄が不適切に管理された場合に環境中に漏出し得る媒体中への抗生物質の浸出を防止する。さまざまな実施態様において、細菌細胞の浸透または細菌ＲＮＡ結合を可能にする、ポリマー鎖上に露出したままの抗生物質分子上の活性部位がある。本明細書において開示する生物活性合成ポリマーの実施態様は、抗生物質を、コポリマーの合成ポリマーサイドアームと同様の合成ポリマーのベース材料中に、相分離なしにブレンドすることを可能にする。抗生物質－ポリスチレンコポリマーの実施態様は、バイオ医療デバイス用の生物添加剤として使用して、添加する追加の薬剤なしにデバイス上に殺菌効果を提供し得る。
本開示はまた、軟骨インプラント材料の製造における生物添加剤として使用し得る生物活性ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）を提供する。例えば、生物活性ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）は、軟骨再生のための軟骨細胞結合能力を有する無細胞生分解性軟骨足場であり得る。本明細書において開示するポリマーの実施態様は、無細胞インプラント材料を組み込み、従って、より低い規制ハンドルおよびより速い市場への道を提供する。さまざまな実施態様において、生体分子が、合成ポリマーに共有結合され、浸出できないため、生物活性は、局所化される。さまざまな実施態様において従って、硫酸化糖の早期代謝または体の中の他の場所での意図しないＢＭＰ結合が防止される。さまざまな実施態様において、ポリマー上に結合した生体分子は、望ましくない副作用のために体の他の部分に浸出するか、または早期に代謝される代わりに、足場上に固定されたままである一方で、ＢＭＰに結合することができる。生物活性ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）の実施態様は、デバイス製造用の基材において使用するポリマーにより似たものにして、生体分子の主要なポリマーマトリックス中への効果的なブレンドを可能にし得る。さまざまな実施態様において、生物活性ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）の相分離は、ありそうにない。有利なことに、さまざまな実施態様において、生体分子は、ポリマーへの結合の際に改善された熱安定性を示し、これが、材料加工を可能にする。例えば、ポリマーは、フィラメント溶解製法、熱溶解積層法によって３Ｄ印刷可能であり、および／または足場中へカスタマイズされる。本明細書において開示する生物活性合成ポリマーの実施態様は、ペプチドおよびオリゴ糖を、コポリマーの合成ポリマーサイドアームと同様の合成ポリマーのベース材料中に、相分離なしにブレンドすることを可能にする。
本開示はまた、バイオ添加剤としてベースポリマーＰＭＭＡとブレンドして、整形外科または頭蓋インプラントなどの医療デバイスにおける使用のための材料を作り出し得る、ＰＭＭＡ－ペプチドブラシポリマーを提供する。本明細書において開示するＰＭＭＡ－ペプチドブラシポリマーの実施態様は、インプラントのカスタマイズおよび３Ｄ印刷による手術前の製造を可能にし、従って「適合」を改善し、手術時間を低下させる。本明細書において開示するＰＭＭＡ－ペプチドブラシポリマーの実施態様はまた、ＰＭＭＡの生体適合性を改善し、体の中の炎症応答を低下させる。さまざまな実施態様において、生体分子は、合成ポリマーに共有結合しており、浸出し得ない。
広く説明した本開示の精神または範囲から逸脱することなく、本明細書において開示する実施態様に対して他の変形および／または修飾を行い得ることが、当業者によって理解されるであろう。例えば、本明細書における説明において、さまざまな例示的な実施態様の特徴を、さまざまな例示的な実施態様にわたって、混合、組み合わせ、交換、組み込み、採用、修飾、包含等し得る。本実施態様は従って、全ての点で例示的であり、限定的ではないと見なされるべきである。

Claims (24)

  1. 一般式（Ｉ）によって表される１つ以上の繰り返し単位および一般式（ＩＩ）によって表される１つ以上の繰り返し単位：
    （式中、
    Ｒ１は、任意に置換されたアルキレンであり；
    Ｒ２は、単結合、任意に置換されたアルキレン、任意に置換されたアルケニレン、任意に置換されたアルキニレン、任意に置換されたアルキレンオキシアルキレン、任意に置換されたアルキレンカルボニルまたは任意に置換されたアルキレンカルボニルアルキレンから選択され；
    Ｒ３は、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルまたは任意に置換されたアルキニルから選択され；
    Ｌは、ポリアルキレングリコールであり；
    Ｘは、タンパク質、ペプチド、炭水化物、治療／薬物分子およびそれらの誘導体からなる群から選択される生物活性部分を含み；
    Ｙ１は、合成ポリマーを含み；並びに
    Ｚ１およびＺ２は、それぞれ独立して、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、ＲｂおよびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される）を含むポリ（ノルボルネン）主鎖を有する生物活性合成コポリマー。
  2. 一般式（Ｉ）の分子量が、一般式（ＩＩ）の分子量の３０％を超えて一般式（ＩＩ）の分子量と異ならない、請求項１のコポリマー。
  3. Ｌが２０個の炭素原子から３００個の炭素原子を有するポリアルキレングリコールである、請求項１から２のいずれか一項のコポリマー。
  4. Ｌがポリエチレングリコール（ＰＥＧ）である、請求項１から３のいずれか一項のコポリマー。
  5. Ｌが５００と７，０００との間の数平均分子量を有するポリエチレングリコール（ＰＥＧ）である、請求項１から４のいずれか一項のコポリマー。
  6. Ｒ１がＣ１－Ｃ４アルキレンであり、かつＲ２がＣ１－Ｃ２０アルキレン、Ｃ２－Ｃ２０アルケニレン、Ｃ２－Ｃ２０アルキニレン、Ｃ１－Ｃ２０アルキレンオキシ、Ｃ１－Ｃ２０アルキレンオキシアルキレン、Ｃ２－Ｃ２０アルキレンカルボニルまたはＣ３－Ｃ２０アルキレンカルボニルアルキレンから選択される、請求項１から５のいずれか一項のコポリマー。
  7. Ｒ１がメタンジイル、エタンジイル、プロパン－１，３－ジイル、プロパン－１，２－ジイル、ブタン－１，４－ジイル、２－メチルプロパン－１，３－ジイル、１－メチルプロパン－１，３－ジイルまたは１，１－ジメチルエタンジイルから独立して選択される直鎖または分枝Ｃ１－Ｃ４アルキレン置換基であり、かつＲ２がメタンジイル、エタンジイル、プロパン－１，３－ジイル、プロパン－１，２－ジイル、ブタン－１，４－ジイル、２－メチルプロパン－１，３－ジイル、１－メチルプロパン－１，３－ジイル、１，１－ジメチルエタンジイル、ヘキサン－１，６－ジイル１，２－ジメチルプロパン－１，３－ジイル、１，１－ジメチルプロパン－１，３－ジイル、ペンタン－１，５－ジイル、３－メチルブタン－１，４－ジイル、４－メチルペンタン－１，５－ジイル、１－メチルペンタン－１，５－ジイル、２－メチルペンタン－１，５－ジイル、３－メチルペンタン－１，５－ジイル、２，２－ジメチルブタン－１，４－ジイル、３，３－ジメチルブタン－１，４－ジイル、１，２－ジメチルブタン－１，４－ジイル、１，３－ジメチルブタン－１，４－ジイル、１，２，２－トリメチルプロパン－１，３－ジイル、１，１，２－トリメチルプロパン－１，３－ジイル、２－エチルペンタン－１，５－ジイル、３－エチルペンタン－１，５－ジイル、ヘプタン－１，７－ジイル、１－メチルヘキサン－１，６－ジイル、２，２－ジメチルペンタン－１，５－ジイル、３，３－ジメチルペンタン－１，５－ジイル、４，４－ジメチルペンタン－１，５－ジイル、１，２－ジメチルペンタン－１，５－ジイル、１，３－ジメチルペンタン－１，５－ジイル、１，４－ジメチルペンタン－１，５－ジイル、１，２，３－トリメチルブタン－１，４－ジイル、１，１，２－トリメチルブタン－１，４－ジイル、１，１，３－トリメチルブタン－１，４－ジイル、５－メチルヘプタン－１，７－ジイル、１－メチルヘプタン－１，７－ジイル、オクタン－１，８－ジイル、ノナン－１，９－ジイルまたはデカン－１，１０－ジイルから独立して選択される直鎖または分枝Ｃ１－Ｃ２０アルキレン置換基である、請求項１から６のいずれか一項のコポリマー。
  8. Ｚ１およびＺ２がともにＣＲａＲｂであり、ここで、ＲａおよびＲｂが、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される、請求項１から７のいずれか一項のコポリマー。
  9. Ｘがペプチド配列、ラミニン由来ペプチド、インテグリン結合ペプチド、細胞透過性ペプチド、コラーゲン模倣物、コラーゲン断片、ヘパラン硫酸、グリコサミノグリカン（ＧＡＧ）およびそれらの誘導体からなる群から選択される、タンパク質、ペプチドまたは炭水化物を含む、請求項１から８のいずれか一項のコポリマー。
  10. ＸがＲＧＤ、ＳＲＧＤＳ、ＲＧＤＳ、Ａ５Ｇ８１（ＡＧＱＷＨＲＶＳＶＲＷＧＣ）、ＳＶＶＹＧＬＲ、（ＩＲＩＫ）２、（ＩＫＫＩ）３、ヘパリンオリゴ糖ＤＰ８、ＤＰ１０、ＤＰ１２、ＤＰ１４、ＤＰ１６、ＤＧＥＡ、（ＰＨｙｐＧ）ｎ型配列、（ＰＧＨｙｐ）ｎ型配列、（ＨｙｐＧＰ）ｎ型配列、（ＨｙｐＰＧ）ｎ型配列、（ＧＨｙｐＰ）ｎ型配列、（ＧＰＨｙｐ）ｎ型配列およびヒアルロン酸からなる群から選択される、請求項１から９のいずれか一項のコポリマー。
  11. Ｘが抗生物質、抗微生物剤、抗菌剤、血液希釈剤または抗炎症剤を含む、請求項１から８のいずれか一項のコポリマー。
  12. Ｘがペニシリン、アモキシシリン、アムホテリシン、シプロフロキサシン（ＣＩＦ）、アトルバスタチン、アスピリン、ストレプトマイシン、リボスタマイシンおよびゲンタマイシンからなる群から選択される抗生物質、抗微生物剤、抗菌剤、血液希釈剤または抗炎症剤を含む、請求項１１のコポリマー。
  13. Ｙ１が一般式（ＩＩＩ）：
    （式中、
    Ａは、単結合、オキシ、カルボニル、オキシカルボニル、カルボニルオキシ、任意に置換されたアルキレンオキシ、任意に置換されたアルキレンオキシアルキレン、任意に置換されたアルキレンカルボニル、任意に置換されたアルキレンカルボニルアルキレン、任意に置換されたカルボニルオキシアルキレン、任意に置換されたオキシカルボニルアルキレン、任意に置換されたアルキレンカルボニルオキシアルキレン、または任意に置換されたアルキレンオキシカルボニルアルキレンから選択され；
    Ｂは、１，２，３－トリアゾールまたはスクシンイミドから選択される環として任意に存在し；
    Ｒ５は、単結合、任意に置換されたアルキレン、任意に置換されたアルケニレン、任意に置換されたアルキニレン、任意に置換されたアルキレンオキシアルキレン、任意に置換されたアルキレンカルボニルまたは任意に置換されたアルキレンカルボニルアルキレンから選択され；
    Ｙ２は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル、ポリ（乳酸）（ＰＬＡ）、ポリ（乳酸－ｃｏ－グリコール酸）（ＰＬＧＡ）、ポリ（カプロラクトン）（ＰＣＬ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアクリレート、ポリ（メタ）アクリレート、およびポリアミド（ＰＡ）からなる群から選択され；並びに
    Ｔは、水素、ハロゲン、ヒドロキシル、アミノ、アシル、チオール、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニル、任意に置換されたアルキニル、任意に置換されたアルコキシ、任意に置換されたアルコキシアルキル、任意に置換されたアルキルカルボニル、任意に置換されたアルキルカルボニルアルキル、任意に置換されたカルボキシアルキル、任意に置換されたオキシカルボニルアルキル、任意に置換されたアルキルカルボキシルアルキルまたは任意に置換されたアルコキシカルボニルアルキルからなる群から選択される末端基である）によって表される、請求項１から１２のいずれか一項のコポリマー。
  14. Ｙ１が以下の一般式（ＩＩＩａ）、（ＩＩＩｂ）、（ＩＩＩｃ）、（ＩＩＩｄ）、（ＩＩＩｅ）または（ＩＩＩｆ）：
    （式中、ｎ≧１；およびｍ≧１である）
    から選択され、および一般式（ＩＩ）によって表される繰り返し単位の総分子量が、１５，０００以下である、請求項１から１３のいずれか一項のコポリマー。
  15. 請求項１から１４のいずれか一項の生物活性合成コポリマーを調製する方法であって、該方法は：
    一般式（ＩＶ）によって表される１つ以上の生物活性高分子を、触媒の存在下で一般式（Ｖ）によって表される１つ以上の合成高分子と重合させて、生物活性合成コポリマー：

    （式中、
    Ｒ１は、任意に置換されたアルキレンであり；
    Ｒ２は、単結合、任意に置換されたアルキレン、任意に置換されたアルケニレン、任意に置換されたアルキニレン、任意に置換されたアルキレンオキシアルキレン、任意に置換されたアルキレンカルボニルまたは任意に置換されたアルキレンカルボニルアルキレンから選択され；
    Ｒ３は、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルまたは任意に置換されたアルキニルから選択され；
    Ｌは、ポリアルキレングリコールであり；
    Ｘは、タンパク質、ペプチド、炭水化物、治療／薬物分子およびそれらの誘導体からなる群から選択される生物活性部分を含み；
    Ｙ１は、合成ポリマーを含み；並びに
    Ｚ１およびＺ２は、それぞれ独立して、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、ＲｂおよびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される）を得ることを含む、方法。
  16. 触媒がルテニウム錯体を含む、請求項１５に記載の方法。
  17. 方法が開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）を含む、請求項１５から１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. 請求項１から１４のいずれか一項のコポリマーを調製するための、一般式（ＩＶ）によって表される生物活性高分子：
    （式中、
    Ｒ１は、任意に置換されたアルキレンであり；
    Ｒ３は、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルまたは任意に置換されたアルキニルから選択され；
    Ｌは、ポリアルキレングリコールであり；
    Ｘは、タンパク質、ペプチド、炭水化物、治療／薬物分子およびそれらの誘導体からなる群から選択される生物活性部分を含み；並びに
    Ｚ１は、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、ＲｂおよびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される）。
  19. 請求項１８の生物活性高分子を調製する方法であって、該方法は：
    （ｉ）一般式（ＶＩ）：
    （式中、
    Ｚ１は、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、ＲｂおよびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される）を有するジカルボン酸無水物を提供すること；
    （ｉｉ）一般式（ＶＩ）を有する前記ジカルボン酸無水物をジアミンＲ４Ｒ３Ｎ－Ｌ－Ｒ１－ＮＨ２と反応させて、一般式（ＶＩＩ）：
    （式中、
    Ｒ１は、任意に置換されたアルキレンであり；
    Ｒ３およびＲ４は、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルまたは任意に置換されたアルキニルから選択され、ここで、Ｒ３およびＲ４の少なくとも１つは、Ｈであり；
    Ｌは、ポリアルキレングリコールであり；並びに
    Ｚ１は、ＣＲａＲｂ、Ｏ、ＮＲｃ、ＳｉＲａＲｂ、ＰＲａまたはＳから選択され、ここで、Ｒａ、ＲｂおよびＲｃは、それぞれ独立して、Ｈ、任意に置換されたアルキル、任意に置換されたアルケニルおよび任意に置換されたアルキニルからなる群から選択される）を有するアミンを得ること；
    （ｉｉｉ）一般式（ＶＩＩ）を有する前記アミンを酸含有生物活性部分Ｘ－Ｃ（＝Ｏ）ＯＨと反応させて、生物活性高分子を得ること（ここで、Ｘは、タンパク質、ペプチド、炭水化物、治療／薬物分子およびそれらの誘導体からなる群から選択される生物活性部分を含む）
    を含む、方法。
  20. 方法が、一般式（ＶＩＩ）を有するアミンをＸ－Ｃ（＝Ｏ）ＯＨと反応させる工程の前に、一般式（ＶＩＩ）を有するアミンを精製して不純物を除去することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
  21. 精製工程が二重中和工程を含む、請求項２０に記載の方法。
  22. 二重中和工程が、酸で洗浄する第１の工程および塩基で洗浄する第２の工程を含む、請求項２１に記載の方法。
  23. 薬剤における使用のための、請求項１から１４のいずれか一項のコポリマーを含む材料。
  24. 材料が創傷包帯、皮膚足場、骨足場、オルガノイド足場、インプラント、および医療デバイスからなる群から選択される器具の一部である、請求項２３に記載の材料。
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