一种聚氨基酸共聚物、抗骨肿瘤骨材料及其制备

技术领域

本发明具体涉及一种聚氨基酸共聚物、抗骨肿瘤骨材料及其制备，属于高分子合成与加工领域。

背景技术

骨肿瘤治疗是集手术、化疗和放疗相结合的综合治疗，目前临床上常采用的方法是口服药物或者静脉注射，但是全身性用药可能会导致一系列副作用且药物利用率低，药物作用时间过短，且需定期注射或口服药物。针对现阶段化疗药物缺点，目前研究者大多集中在以骨水泥为药物载体、纳米药物微球或纳米聚合物前药的研究。

载药骨水泥，主要是指将含有抗肿瘤的药物，如：长春新碱、表柔比星、顺铂、甲氨蝶呤、阿霉素、5-氟尿嘧啶等通过共混的方式加入到硫酸钙、磷酸钙、羟基磷灰石等骨水泥中。载药骨水泥具有良好的抗肿瘤作用，但肿瘤药物与骨水泥之间相互作用较差，药物释放周期短，且肿瘤药物释放不可控。此外，骨水泥降解后期力学性能较差，一般只能用于填充材料。

载药纳米微球，一般是指将具有功能型的聚合物制成纳米微球，在制备微球过程中，将肿瘤药物，如长春新碱、表柔比星、顺铂等包裹在纳米微球内。纳米微球一般通过注射方式使用，当到达肿瘤部位时，肿瘤部位的微环境会使纳米微球结构破坏，从而释放肿瘤药物。但纳米粒子载药量及其体内释放率相对较低，且受到人体各种屏障及清除效应，作用于肿瘤部位药物浓度仍然偏低。

聚合物前药，一般是将药物接枝到聚合物分子链结构，接着制备成聚合物纳米微球，通过定期注射方式使用。聚合物前药虽然具有一定抗肿瘤作用，但其药物接枝率仍较低，且纳米粒子肿瘤内部渗透率低，其抗肿瘤效果仍有待提高。纳米粒子的代谢对肾脏、肝脏等器官有较大危害，具有高毒性。

发明内容

针对上述缺陷，本发明旨在制备一类直接作用于肿瘤导致的骨缺损部位，实现不注射、能可控降解、低毒、持续抗骨肿瘤的聚氨基酸共聚物及其复合材料，根据调控其比例含量，可作为骨肿瘤导致骨缺损的填充降解材料或支撑型材料来使用。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种聚氨基酸共聚物，其结构式如式Ⅰ所示：

/>

其中，30≤m＜100，0≤n＜60，0＜p≤10；

R

R2选自下述基团中的一种：

进一步，所述式I所示的聚氨基酸共聚物具有抗骨肿瘤性能，对骨肉瘤、软骨肉瘤、尤文肉瘤等具有抑制作用。

本发明要解决的第二个技术问题提供式I所示聚氨基酸共聚物的制备方法，所述制备方法为：在惰性气体(如氮气)保护下，将6-氨基己酸、其他氨基酸与抗骨肿瘤物质加入水中，搅拌下逐步升温至160～190℃脱水，然后升温至190～260℃，熔融状态下反应2.5～5h，制得式I所示聚氨基酸共聚物。

进一步，各原料的配比为：30％≤6-氨基己酸占总原料的摩尔比＜100％，0％＜其他氨基酸占总原料的摩尔比＜60％，0％＜抗肿瘤物质占总原料的摩尔比≤10％；各原料的总摩尔量为100％。

进一步，所述其他氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、络氨酸、色氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、赖氨酸、精氨酸或4-氨基丁酸中的至少两种。

进一步，所述抗骨肿瘤物质为异抗瘤氨酸

进一步，所述聚氨基酸共聚物的粒径为0.3mm～5mm；如果粒径太大不好植入，粒径太小，容易被组织液冲走。

本发明要解决的第三个技术问题是提供一种具有抗骨肿瘤性能的复合材料，所述复合材料为式I所示的聚氨基酸共聚物与钙盐类化合物熔融共混制得的复合材料，钙盐类化合物的质量为复合材料总质量的30～70％。

进一步，所述钙盐类化合物为：羟基磷灰石、纳米羟基磷灰石、硫酸钙、磷酸钙、磷酸氢钙、碳酸钙、乳酸钙、柠檬酸钙、甘油磷酸钙、葡萄糖酸钙或抗坏血酸钙中的至少一种。

进一步，所述具有抗骨肿瘤性能的复合材料对骨肉瘤、软骨肉瘤、尤文肉瘤等具有抑制作用。

本发明要解决的第四个技术问题是提供上述具有抗骨肿瘤性能的复合材料的制备方法，所述制备方法为：将式I所示的聚氨基酸共聚物与钙盐类化合物混匀，然后经熔融共混制得具有抗骨肿瘤性能聚氨基酸共聚物/钙盐复合材料。

进一步，所述熔融共混的温度为190～230℃。

本发明的有益效果：

1、本发明所用原料均为市售医用级原料，原料易得。

2、本发明复合材料经两步法制得，工艺简单，周期短，简便易行。

3、本发明制备的聚氨基酸共聚物及其复合材料，根据调控其比例成分，制得复合材料可用于骨肿瘤导致缺损的填充材料或支撑材料。所述聚氨基酸共聚物/钙盐类复合材料在SBF溶液中浸泡7天后，表面沉积大量的羟基磷灰石，表现出优异的生物活性；并且复合材料一个月降解率为3.8～45.2％，支撑型复合材料降解后力学性能仍能满足人体硬质骨力学性能需求。

4、本发明制备的聚氨基酸共聚物及其复合材料直接作用于肿瘤导致的缺损部位，材料能可控释放药物小分子及其衍生物，对骨肉瘤、软骨肉瘤、尤文肉瘤等具有抑制作用，且对肝脏、肾脏副作用较小。

具体实施方式

本发明首次以多种氨基酸，以及能够与所选氨基酸反应的抗骨肿瘤物质作为反应单体，通过共聚制得了一种新型的聚氨基酸共聚物，其具有抗骨肿瘤性能；进一步与钙盐类化合物熔融共混可制得具有抗骨肿瘤性能的复合材料；与现有的抗骨肿瘤材料相比，本发明通过调控氨基酸单体的种类与含量，制得了一种具有降解性能可控(通过调控可制得全降解或微降解的材料)、力学性能可控、可持续释放药物的抗骨肿瘤复合材料。制得的全降解型材料植入骨组织部位后，在骨重建前后期能降解释放钙磷盐及抗肿瘤药物小分子及其衍生物；制得的微降解支撑型材料在骨重建前后期也能降解释放钙磷盐及抗肿瘤物质，但降解前后期仍能保持满足人体硬骨修复的力学性能要求。

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明包括范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

将0.9mol 6-氨基己酸，0.01mol异抗瘤氨酸、0.05mol甘氨酸、0.02mol丙氨酸、0.02mol亮氨酸加入水中，氮气氛围保护下，搅拌并逐步升温至160℃脱水，升温至190℃，熔融状态下进行反应2h，接着升温至220℃反应0.5h；反应结束后，制得淡黄色含异抗瘤氨酸的聚氨基酸共聚物，产率，96％。将其粉碎成粒径为0.3～5mm的颗粒待用。

将50克含异抗瘤氨酸的聚氨基酸共聚物与50克羟基磷灰石共混，在挤出机中于190℃挤出，粉碎成粒径为0.3～5mm含异抗瘤氨酸的聚氨基酸共聚物/羟基磷灰石复合材料，接着注塑成标准力学样条。用无水乙醇浸泡10分钟后超声清洗5分钟，于40℃真空烘箱下干燥12h，经环氧乙烷灭菌。

将复合材料颗粒浸泡在模拟体液(SBF，pH＝7.40)中，7天后，表面沉积大量磷灰石，显示良好的生物活性。力学性能结果显示，复合材料弯曲强度为90MPa，压缩强度为104MPa，三个月浸泡后，复合材料的弯曲强度为85MPa，压缩强度为98MPa。在PBS溶液中一个月降解失重率为4.2％，三个月降解失重率为5.4％。经测试，含异抗瘤氨酸的聚氨基酸共聚物与含异抗瘤氨酸的聚氨基酸共聚物/羟基磷灰石复合材料对骨肉瘤均具有较好的抑制作用。

实施例2

将0.9mol 6-氨基己酸，0.01mol抗瘤氨酸、0.01mol异亮氨酸、0.01mol缬氨酸、0.01mol苏氨酸、0.01mol丝氨酸、0.04mol苯丙氨酸加入水中，搅拌并逐步升温至160℃脱水，升温至190℃，熔融状态下进行反应3h，接接着升温至260℃反应2h；反应结束后，制得淡黄色含抗瘤氨酸的聚氨基酸共聚物，产率，97％。将其粉碎成粒径为0.3～5mm的颗粒待用。

将40克含抗瘤氨酸的聚氨基酸共聚物与60克纳米羟基磷灰石共混，在挤出机中于230℃挤出，粉碎成粒径为0.3～5mm含抗瘤氨酸的聚氨基酸共聚物/纳米羟基磷灰石复合材料。用无水乙醇浸泡10分钟后超声清洗5分钟，于40℃真空烘箱下干燥12h，经环氧乙烷灭菌。

将复合材料颗粒浸泡在模拟体液(SBF，pH＝7.40)中，7天后，表面沉积大量磷灰石，显示良好的生物活性。力学性能结果显示，复合材料弯曲强度为83MPa，压缩强度为120MPa，降解失重率为3.8％。经测试，含抗瘤氨酸的聚氨基酸共聚物与含抗瘤氨酸的聚氨基酸共聚物/纳米羟基磷灰石复合材料对软骨肉瘤均具有抑制作用。

实施例3

将0.6mol 6-氨基己酸，0.1mol L-硒-甲基硒代半胱氨酸、0.1mol络氨酸、0.1mol色氨酸、0.05mol脯氨酸、0.05mol羟脯氨酸，搅拌并逐步升温至170℃脱水，升温至220℃，熔融状态下进行反应2h，接接着升温至230℃反应1h。反应结束后，制得乳白色含L-硒-甲基硒代半胱氨酸聚氨基酸共聚物，产率，93％。将其粉碎成粒径为0.3～5mm的颗粒待用。

将50克含L-硒-甲基硒代半胱氨酸聚氨基酸共聚物与45克硫酸钙，5克磷酸氢钙共混，在挤出机中于220℃挤出，粉碎成粒径为0.3～5mm含L-硒-甲基硒代半胱氨酸聚氨基酸共聚物/硫酸钙/磷酸氢钙复合材料。用无水乙醇浸泡10分钟后超声清洗5分钟，于40℃真空烘箱下干燥12h，经环氧乙烷灭菌。

将复合材料颗粒浸泡在模拟体液(SBF，pH＝7.40)中，3天后，表面沉积大量磷灰石，显示良好的生物活性，复合材料在PBS溶液中一个月降解失重率为36％，三个月降解失重率为63％。经测试，含L-硒-甲基硒代半胱氨酸聚氨基酸共聚物与含L-硒-甲基硒代半胱氨酸的聚氨基酸共聚物/硫酸钙/磷酸氢钙复合材料对骨肉瘤均具有较好的抑制作用。

实施例4

将0.9mol 6-氨基己酸，0.01mol硒代蛋氨酸、0.03mol脯氨酸、0.03mol羟脯氨酸、0.01mol赖氨酸、0.02mol精氨酸加入水中，搅拌并逐步升温至190℃脱水，升温至220℃，熔融状态下进行反应3h，接接着升温至230℃反应2h。反应结束后，制得乳白色含硒代蛋氨酸聚氨基酸共聚物，产率，94％。将其粉碎成粒径为0.3～5mm的颗粒并注塑成标准样条。

将50克含硒代蛋氨酸聚氨基酸共聚物与50克磷酸钙共混，在挤出机中于210℃挤出，粉碎成粒径为0.3～5mm含硒代蛋氨酸聚氨基酸共聚物/磷酸钙复合材料。用无水乙醇浸泡10分钟后超声清洗5分钟，于40℃真空烘箱下干燥12h，经环氧乙烷灭菌。

将复合材料颗粒浸泡在模拟体液(SBF，pH＝7.40)中，5天后，表面沉积大量磷灰石，显示良好的生物活性。力学性能结果显示，复合材料弯曲强度为85MPa，压缩强度为112MPa，在PBS溶液中一个月降解失重率为5.8％。经测试，含硒代蛋氨酸聚氨基酸共聚物与含硒代蛋氨酸的聚氨基酸共聚物/磷酸钙复合材料对尤文肉瘤具有较强的抑制作用。

实施例5

将0.9mol 6-氨基己酸，0.01mol甲氨蝶呤、0.03mol甘氨酸、0.03mol丙氨酸、0.03mol亮氨酸加入水中，氮气氛围保护下，搅拌并逐步升温至180℃脱水，升温至190℃，熔融状态下进行反应2h，接着升温至220℃反应1h。反应结束后，制得乳白色含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物，产率，97％。将其粉碎成粒径为0.3～5mm的颗粒并注塑成标准样条。

将70克含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物与30克羟基磷灰石共混，在挤出机中于200℃挤出，粉碎成粒径为0.3～5mm含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物/羟基磷灰石复合材料。用无水乙醇浸泡10分钟后超声清洗5分钟，于40℃真空烘箱下干燥12h，经环氧乙烷灭菌。

将复合材料颗粒浸泡在模拟体液(SBF，pH＝7.40)中，3天后，表面沉积大量磷灰石，显示良好的生物活性。力学性能结果显示，复合材料弯曲强度为92MPa，压缩强度为105MPa，在PBS溶液中一个月降解失重率为4.6％。经测试，含甲氨蝶呤氨基酸共聚物与含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物/磷酸氢钙复合材料对骨肉瘤具有较强的抑制作用。

实施例6

将0.3mol 6-氨基己酸，0.01mol甲氨蝶呤、0.6mol 4-氨基丁酸，0.03mol甘氨酸、0.03mol丙氨酸、0.03mol亮氨酸加入水中，氮气氛围保护下，搅拌并逐步升温至180℃脱水，升温至190℃，熔融状态下进行反应2h，接着升温至210℃反应1h。反应结束后，制得乳白色含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物，产率，97％。将其粉碎成粒径为0.3～5mm的颗粒待用。

将40克含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物与55克硫酸钙，5克磷酸氢钙共混，在挤出机中于200℃挤出，粉碎成粒径为0.3～5mm含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物/硫酸钙/磷酸氢钙复合材料。用无水乙醇浸泡10分钟后超声清洗5分钟，于40℃真空烘箱下干燥12h，经环氧乙烷灭菌。

将复合材料颗粒浸泡在模拟体液(SBF，pH＝7.40)中，7天后，表面沉积大量羟基磷灰石，显示良好的生物活性。复合材料在PBS溶液中一个月降解失重率为45.2％。经测试，含甲氨蝶呤氨基酸共聚物与含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物/乳酸钙/磷酸氢钙复合材料对骨肉瘤具有较强的抑制作用。

实施例7

将0.9mol 6-氨基己酸，0.01mol甲氨蝶呤、0.03mol甘氨酸、0.03mol丙氨酸、0.03mol亮氨酸加入水中，氮气氛围保护下，搅拌并逐步升温至180℃脱水，升温至190℃，熔融状态下进行反应2h，接着升温至220℃反应1h。反应结束后，制得乳白色含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物，产率，97％。将其粉碎成粒径为0.3～5mm的颗粒待用。

将40克含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物与50克碳酸钙,10克磷酸氢钙共混，在挤出机中于200℃挤出，粉碎成粒径为0.3～5mm含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物/碳酸钙/磷酸氢钙复合材料。用无水乙醇浸泡10分钟后超声清洗5分钟，于40℃真空烘箱下干燥12h，经环氧乙烷灭菌。

将复合材料颗粒浸泡在模拟体液(SBF，pH＝7.40)中，3天后，表面沉积大量磷灰石，显示良好的生物活性。经测试，含甲氨蝶呤氨基酸共聚物与含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物/碳酸钙/磷酸氢钙复合材料对软骨肉瘤具有较强的抑制作用。

实施例8

将0.9mol 6-氨基己酸，0.01mol甲氨蝶呤、0.03mol甘氨酸、0.03mol丙氨酸、0.03mol亮氨酸加入水中，氮气氛围保护下，搅拌并逐步升温至180℃脱水，升温至190℃，熔融状态下进行反应2h，接着升温至220℃反应1h。反应结束后，制得乳白色含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物，产率，97％。将其粉碎成粒径为0.3～5mm的颗粒待用。

将40克含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物与57克柠檬酸钙，3克磷酸钙共混，在挤出机中于200℃挤出，粉碎成粒径为0.3～5mm含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物/柠檬酸钙/磷酸钙复合材料。用无水乙醇浸泡10分钟后超声清洗5分钟，于40℃真空烘箱下干燥12h，经环氧乙烷灭菌。

将复合材料颗粒浸泡在模拟体液(SBF，pH＝7.40)中，7天后，表面沉积少量磷灰石，显示较好的生物活性。经测试，含甲氨蝶呤氨基酸共聚物与含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物/柠檬酸钙/磷酸钙复合材料对骨肉瘤具有较强的抑制作用。

实施例9

将0.9mol 6-氨基己酸，0.01mol甲氨蝶呤、0.03mol甘氨酸、0.03mol丙氨酸、0.03mol亮氨酸加入水中，氮气氛围保护下，搅拌并逐步升温至180℃脱水，升温至190℃，熔融状态下进行反应2h，接着升温至220℃反应1h。反应结束后，制得乳白色含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物，产率，97％。将其粉碎成粒径为0.3～5mm的颗粒待用。

将70克含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物与28克甘油磷酸钙,2克磷酸氢钙共混，在挤出机中于200℃挤出，粉碎成粒径为0.3～5mm含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物/甘油磷酸酸钙/磷酸氢钙复合材料。用无水乙醇浸泡10分钟后超声清洗5分钟，于40℃真空烘箱下干燥12h，经环氧乙烷灭菌。

将复合材料颗粒浸泡在模拟体液(SBF，pH＝7.40)中，7天后，表面沉积大量磷灰石，显示良好的生物活性。经测试，含甲氨蝶呤氨基酸共聚物与含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物/甘油磷酸钙/磷酸氢钙复合材料对骨肉瘤具有较强的抑制作用。

实施例10

将0.9mol 6-氨基己酸，0.01mol甲氨蝶呤、0.03mol甘氨酸、0.03mol丙氨酸、0.03mol亮氨酸加入水中，氮气氛围保护下，搅拌并逐步升温至180℃脱水，升温至190℃，熔融状态下进行反应2h，接着升温至220℃反应1h。反应结束后，制得乳白色含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物，产率，97％。将其粉碎成粒径为0.3～5mm的颗粒待用。

将30克含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物与65克葡萄糖酸钙,5克磷酸氢钙共混，在挤出机中于200℃挤出，粉碎成粒径为0.3～5mm含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物/葡萄糖酸钙/磷酸氢钙复合材料。用无水乙醇浸泡10分钟后超声清洗5分钟，于40℃真空烘箱下干燥12h，经环氧乙烷灭菌。

将复合材料颗粒浸泡在模拟体液(SBF，pH＝7.40)中，7天后，表面沉积大量磷灰石，显示良好的生物活性。经测试，含甲氨蝶呤氨基酸共聚物与含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物/葡萄糖酸钙/磷酸氢钙复合材料对骨肉瘤具有较强的抑制作用。

实施例11

将0.9mol 6-氨基己酸，0.01mol甲氨蝶呤、0.03mol甘氨酸、0.03mol丙氨酸、0.03mol亮氨酸加入水中，氮气氛围保护下，搅拌并逐步升温至180℃脱水，升温至190℃，熔融状态下进行反应2h，接着升温至220℃反应1h。反应结束后，制得乳白色含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物，产率，97％。将其粉碎成粒径为0.3～5mm的颗粒待用。

将30克含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物与67克抗坏血酸钙,3克磷酸钙共混，在挤出机中于200℃挤出，粉碎成粒径为0.3～5mm含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物/抗坏血酸钙/磷酸钙复合材料。用无水乙醇浸泡10分钟后超声清洗5分钟，于40℃真空烘箱下干燥12h，经环氧乙烷灭菌。

将复合材料颗粒浸泡在模拟体液(SBF，pH＝7.40)中，7天后，表面沉积大量磷灰石，显示良好的生物活性。经测试，含甲氨蝶呤氨基酸共聚物与含甲氨蝶呤聚氨基酸共聚物/抗坏血酸钙/磷酸钙复合材料对骨肉瘤均具有较强的抑制作用。

对比例1

将0.9mol 6-氨基己酸，0.05mol甘氨酸、0.02mol丙氨酸、0.02mol亮氨酸、加入水中，氮气氛围保护下，搅拌并逐步升温至160℃脱水，升温至190℃，熔融状态下进行反应2h，接着升温至220℃反应0.5h。反应结束后，制得聚氨基酸，产率，97％。将其粉碎成粒径为0.3～5mm的颗粒待用。

将50克聚氨基酸与50克羟基磷灰石共混，在挤出机中于190℃挤出，粉碎成粒径为0.3～5mm的聚氨基酸/羟基磷灰石复合材料。用无水乙醇浸泡10分钟后超声清洗5分钟，于40℃真空烘箱下干燥12h，经环氧乙烷灭菌。

将复合材料颗粒浸泡在模拟体液(SBF，pH＝7.40)中，7天后，表面沉积大量羟基磷灰石，显示良好的生物活性。经测试，聚氨基酸与聚氨基酸/羟基磷灰石复合材料对脊髓瘤、骨肉瘤、尤文肉瘤等均无抑制作用。

对比例2

将0.9mol 6-氨基己酸，0.01mol异亮氨酸、0.01mol缬氨酸、0.01mol苏氨酸、0.01mol丝氨酸、0.04mol苯丙氨酸加入水中，搅拌并逐步升温至160℃脱水，升温至190℃，熔融状态下进行反应3h，接接着升温至260℃反应2h。反应结束后，制得聚氨基酸，产率，97％。将其粉碎成粒径为0.3～5mm的颗粒待用。

将40克聚氨基酸与60克纳米羟基磷灰石共混，在挤出机中于230℃挤出，粉碎成粒径为0.3～5mm的聚氨基酸/纳米羟基磷灰石复合材料。用无水乙醇浸泡10分钟后超声清洗5分钟，于40℃真空烘箱下干燥12h，经环氧乙烷灭菌。

将复合材料颗粒浸泡在模拟体液(SBF，pH＝7.40)中，7天后，表面沉积大量羟基磷灰石，显示良好的生物活性。经测试，聚氨基酸与聚氨基酸/纳米羟基磷灰石复合材料对软骨肉瘤、尤文肉瘤、骨肉瘤等均无抑制作用。