药品中的聚合物–来自绿色化学的新型交联环糊精

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环糊精衍生物
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聚合物是治疗应用中非常重要的成分,也是最大的、多功能的生物材料类别[1,2]。合成聚合物可以被设计和合成为具有广泛的结构和适当的物理和化学特性;它们被用于广泛的生物医学应用,如组织工程、药物输送、治疗学、诊断学和其他应用。

自上个世纪以来,聚合物的合成、加工和表征方法一直在快速发展,这为设计新型聚合物生物材料和了解生物系统与聚合物材料之间的生物相互作用带来了挑战和机遇[3]。

高分子材料拥有巨大的潜力,因为它们的化学灵活性产生了具有不同物理和机械性能的材料。可降解的聚合物是最令人感兴趣的,因为这些生物材料能够被分解、排泄或再吸收,而无需切除或手术修正[4]。

科学家和工程师们特别关注那些在自然界中出现的、可以被提取和改性的聚合物。多糖被用作生物材料,并且随着这些材料新的生物功能被发现而变得更加普遍。它们是由单糖单位通过糖苷键连接在一起的天然聚合物。此外,由于开发了新的合成路线来修饰多糖,可以研究的材料阵列也增加了。它们的生物降解性、可加工性和生物活性使多糖成为非常有前途的天然生物材料[4,5]。

英国克兰菲尔德大学[6-10]利用可再生资源并通过 “绿色化学 “工艺生产了基于环糊精的新型半合成聚合物系统。绿色化学的概念适用于化学产品的整个生命周期,从设计和制造到使用和最终处置[11],涉及到化学品、工艺和产品。

晶体β-环糊精的特性已经通过在水中与具有不同长度的聚乙二醇间隔物的无毒二环氧树脂系列交联而得到改变。得到了两种不同的具有大流体力学体积的聚合物系统。

・可溶交联的聚合物。
・水凝胶[12,13]。

反应参数的调整是为了获得水溶性和醇溶性产品,这些产品具有延展性,适合于加工,也容易通过后续的取代反应进一步改性。交联产品的热和热机械性能直接取决于聚乙烯间隔物的含量和长度。玻璃化温度(Tg)低至-30℃,这扩大了交联环糊精可作为软性聚合物加工的操作范围。带有较长聚乙烯间隔物的交联材料及其硝化类似物可以通过自我修复恢复其完整性。这种聚合物在溶液中的高流体力学体积增强了姜黄素等小分子的溶解和复合[15]。在烘箱中进一步的交联反应产生了不溶性的网络结构,具有良好的物理完整性和重要的膨胀力,可达200%。

通过绿色化学开发的新的聚合物环糊精系统是各种生物医学应用中很有前途的被动和/或主动成分,这里仅举几例。

・药物输送系统
・心脏疾病
・疫苗佐剂
・毒素的吸收
・涂料。

参考文献

  1. E. Mathiowitz, Encyclopedia of Controlled Drug Delivery (2-Volume Set), E. Mathiowitz ed. 1999, ISBN: 0-471-14828-8.
  2. M.F Maitz, Biosurface and Biotribology 2015, 1, 161, https://doi.org/10.1016/j.bsbt.2015.08.002.
  3. R. Blagoeva, A. Nedev, Bioautomation 2006, 4, 80. ISSN 1312–451X.
  4. B. D. UleryL. S. Nair,C. T. LaurencinJ Polym Sci B Polym Phys2011, 49, 832. DOI: 10.1002/polb.22259.
  5. J. Kost, Encyclopedia of Controlled Drug Delivery (2-Volume Set), E. Mathiowitz ed. 1999, p. 445. ISBN: 0-471-14828-8.
  6. F. Luppi, H. Cavaye, E. Dossi, Propellants, Explosives, Pyrotechnics 2018, 43, 1023. https://doi.org/10.1002/prep.201800137.
  7. F. Luppi, G. Kister, M. Carpenter, E. Dossi, Polymer Testing 2019, 73, 338. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2018.11.034.
  8. F. Luppi, N. Mai,G. Kister, P.P. Gill,S.E. Gaulter, C. Stennett, E. Dossi, Chemistry A European Journal 2019, Early view. https://doi.org/10.1002/chem.201903945.
  9. E. Dossi, G. Kister, M.E. Bolton, Oral contribution at 6th European Conference on Cyclodextrins 2019, Santiago de Compostella, 2-4 October.
  10. E. Dossi, M.E. Bolton, G. Kister, A. Afsar, 2021, in preparation for submission in Chemistry –  A European Journal.
  11. United States Environmental Protection Agency. Basics of green chemistry 2017. Available at: https://www.epa.gov/greenchemistry/basics-green-chemistry (Accessed: 6 June 2020)
  12. A. M. Lowman, N. A. Peppas, “Encyclopedia of Controlled Drug Delivery” (2-Volume Set) E. Mathiowitz ed. 1999, p 397. ISBN: 0-471-14828-8.
  13. N. A. Peppas, J. Zach Hilt, A. Khademhosseini, Robert Langer, Adv. Mater. 2006, 18, 1345. Doi: 10.1002/adma.200501612.
  14. Á. Haimhoffer, E. Dossi, V. Fejes, J. Váradi, G. Vasvári, I. Bácskay, F. Fenyvesi, 2021, in preparation for submission in Pharmaceutics.

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