一、项目主要研发内容、成果提供、技术、经济指标

(A)项目完成情况 生物医学材料是21世纪国内外的研究前沿之一。生物医学材料是用于对人体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料。植入件已经广泛用于各种治疗情况。但是植入件使用常并发生物材料为中心的感染(BCI)；在临床，BCI不仅发病率高且治疗效果差，感染进程常常持续到植入物取出为止。由BCI引发的感染及其它症状是临床植入手术的重大问题，并给病人带来经济上的重大负担。各国科学家对抗BCI研究主要经历三个阶段：第一阶段是在生物医学材料的表面直接涂敷抗菌物质或药物进行抗感染；第二阶段是使用药物缓释技术进行抗感染；第三阶段是使用可控制的药物释放技术进行抗感染。 高分子前体药物（polymer prodrug，简称前药，prodrug）是一种使用可拉药物释放技术的新型生物医学材料。前药是药物与聚合物的缀合物(conjugate)，本身并不具有药理作用，只在特定条件下控制降解释放出药物后才产生药理作用。因此高分子前药用于生物医学材料可以e 效担制BCI。 本项目设计和合成一类新型生物医学材料——酶专一性可控降解聚氨酯/药物缀合物(conjugate) (一种高分子前药polymer prodrug)。该材料把药物通过化学键耦合在聚氨酯链上，具有独特的化学结构，可被某种指定酶所控制降解，释放出其中所包含的药物。该材料是一种创新的药物控释材料，属于生物响应的药物释放系统。本项目设计和合成一类新型的聚氨酯前药——采用创新的药物生物单体技术，将喹诺酮类抗菌素先制备成药物生物单体。然后再链接到聚氨酯主链制得聚氨酯前药。该前药把药物通过化学键耦合在聚氨酯链上，具有独特的化学结构，只有在其周围有炎症酶(胆固醇酯酶)存在时，才会被触发降解(enzyme trigger degradation)，从而释放出抗感染药物。该前药应用于医用植入件，能够有效阻止细菌形成粘附在生物医学材料上的“生物膜(biofilm)”，从而从根本上解决细菌感染问题。 本工作在福建省科技厅重点项目“用于医用器件和组织的可控生物降解聚氨酯材料的设计与合成”(国际合作处，编号200610019)的资助下，已经按照合同，通过设计和筛选聚氨酯的硬段和软段并将其与喹诺酮类抗菌药物通过化学键耦合已合成出2种具有酶降解性的高分子前药物，并对这2种新型的可降解聚氨酯材料的分子量、分散性、热稳定性、药物含量、结构等进行了表征，还研究了加料顺序、软硬段浓度和扩链剂形式等对材料分子量、药物含量、分散性等的影响。研究了胆固醇酯酶对该聚氨硝前药物在体外环境中的降解过程及药物释放曲线，确认降解产物没有细胞毒性。国内目前未见此类与药物耦合在一起且可控降解的“高分子前药物”材料。 本项目已经基本完成合同指标 1)设计和合成了2种具有酶降解性的高分子前药物，并对这2种新型的可降解聚氨酯材料的分子量、分散性、热稳定性、药物含量、结构等进行了表征。这2种高分子前药物的分子量大于5万，且在没有胆固醇酯酶的环境中，30天内分子量没有显著变化。这2种高分子前药物的药物平均含量大于1 0％。研究胆固醇酯酶对前药物在体外(酶缓冲液)环境史筒健解过程及药物释放曲线，确认降解产物没有细胞毒性。还研究了加料顺序、软硬段浓度和扩链剂形式等对分子量、药物含量、分散技性等的影响。 2)把可降解聚氨醢／药物缀合物(高分子前药物)材料的制备工艺申报了 2个中国发明专利。发表了4篇论文。交流1篇论文。 (1)2007年7月25日 董声雄，计艳秋，陈汉杰．申请中国发明专利“聚氯酯高分予前药物的新型原料配方及制备方法”(申请号；200710009256.9； (2008年1月18日进入实质审查程序，公开号CN101099867A) （2）2007年7月25日董声雄，蔡细琼，陈汉杰. 申请中国发明专利“借助活性单体合成诺氟沙星高分子前药物的原料配方及期制备方法”（申请号：200710009258.8）(2008年1月18日进入实质审查程序，公开号CN101099868A) 发表4篇论文，交流1篇论文： 本项目具体工作分为以下3个部分： (一)设计和合成了新型的具有酶降解性的聚氨酯／盐酸环丙沙星高分子前药物。在用药物(盐酸环芮沙星≥代替传统扩链剂合成聚氨酯高分子前药物获得较优合成条件韵基础上，为了解决环丙沙星结构上仲胺和羧基两个活性基团的反应活性不同造成的药物含量低和药物结合率低的问题，创新性地提出一种新的合成聚氨酯高分子前药物的工艺路线：三乙二醇先通过酯化反应将两分子的环丙沙星耦合生成一种新型的只有两个活性相同的亚胺基团的聚氨酯扩链剂，称之为环丙沙星生物单体；然后用该扩链剂作为共聚单体之一，与软段PCL和硬段HDI共聚，合成聚氨酯高分子前药物。研究表明采用这种新工艺能够将药物较多地结合到聚合物的骨架上，且降解实验证明该新型高分子前药物能够被胆固醇酯酶降解释放出环丙沙星。还研究了加料顺序、软硬度浓度和扩链剂形式等对材料分子量、药物含量、分散性等影响。

研究结果得出：

（1）采用创新的合成工艺，用二月桂酸二丁基锡为催化剂，反应温度为60+1，溶剂为15%wt/vDMSO，合成的高分子前药物的药物含量大于10%，分子量大于5万且分子量分布较窄。

（2）采用环丙沙星作为扩链剂合成高分子前药时，在其他条件不变的情况下，高分子前药物含量随PCL相对分子量的减少而升高；高分子前药物的平均分子量随原料配比中PCL含量的升高而增大。因此可以通过选择合适PCL分子量及原料配比来设计高分子前药物的药物含量，通过改变PCL用量来设计高分子前药物的平均分子量。

（3）采用生物单体作为扩链剂合成高分子前药物时，高分子前药物的药物含量随PCL含量的降低而升高，高分子前药物的平均分子量随PCL相对分子量的降低而增大，因此可以通过改变PCL含量来设计高分子前药物的药物含量，通过选择合适PCL分子量来设计高分子前药物的平均分子量。

（4）采用环丙沙星生物单体作为聚氨酯高分子前药物合成的扩链剂能较多增加高分子前药物的药物含量。采用生物单体合成的聚氨酯高分子前药物具有比较高的药物含量(最高可达到45.5％)。 5)红外光谱和紫外光谱表明合成了聚氨酯的结构，环丙沙星有结合在高分子前药物上。DSC的研究表明，聚氨酯高分子前药物呈现部分相分离的两相结构，有明显的软段玻璃化转变区。 6)TG和DSC分析表明高分子前药物的热分解分为明显的两个阶段，初始分解温度约200—280℃左右，最大失重温度为320-356℃，最高失重温度约为418-450℃。

(二)设计和合成了新型的具有酶降解性的蒙氨酯／诺氟沙星高分子前药物。首先以诺氟沙星为原料制备诺氟沙星活性单体，再以六亚甲基二异氰酸酯与聚已内酯为原料，制餐聚氨酯载体，然后采用化学结合法将诺氟沙星活性单体结合在聚氯酯主链上，制备出高分子前药物。并通过高效液相色谱法、质谱分析法、红外光谱法、紫外分光光度计法等多种分析手段来表征高分子前药物，并测定其体外降解性能。

研究结果得出：

1)为制备该高分子前药物创建了一种新的活性单体技术。把诺氟沙星转化成诺氟沙星活性单体的新工艺分为三步：第一步是以诺氟沙星为原料制备诺氟沙星衍生物；第二步通过酯化反应由诺氟沙星衍生物来制备诺氟沙星活性单体中间体粗品，并对该粗品进行分离纯化，提取纯的诺氟沙星活性单体(中间体)；．第三步是较纯的诺氟沙星活性单体中间体经脱保护反应转化成诺氟沙星活性单体。

2）研究了诺氟沙星衍生物的合成及表征。采用三苯甲基衍生物法，常温下，在三乙胺的介质中，用三苯基氯甲烷与诺氟沙星反应，保护诺氟沙星上的氨基官能团，制备一种氨基带有三苯甲基保护基团的诺氟沙星衍生物。采用薄层层析法、高效液相色谱法、红外光谱法与质谱法等方法综会分析研究，制备得到的产物是氨基带有保护基团的诺氟沙星衍生物。

3）研究了诺氟沙星活性单体中间体的合成、表征及提纯。采用碳化二亚胺缩合法，在1-乙基-3-(3-二甲胺基丙基碳二亚胺)盐酸盐(简称EDC.HCI)（脱水剂）和4-二甲氨基吡啶（简称DMAP）催化剂作用下，诺氟沙星衍生物与三乙二醇发生分子间脱水，生成诺氟沙星性中间体粗品。然后采用薄层层析法、高效液相色谱法、红外光谱法与质谱法等方法综合分析研究，该粗品除了含有诺氟沙星活性单体中间体之外，还有副产物及杂质。接着采用硅胶柱层析法对该粗品进行分离提纯，再用高效液相色谱法、质谱分析法、红外光谱等进行分析研究。分离得到的诺氟沙星活性单体中间体，纯度达90％以上。

4)研究了诺氟沙星活性单体的合成与表征。较纯的诺氟沙星活性单体中间体，经脱保护转化成诺氟沙星活性单体，经分离提纯后，采用高效液相色谱法、质谱分析法、红外光谱法等方法分析研究，表明该合成产物是纯的诺氟沙星活性单体，其产率为60％左右。

5)研究了聚氨酯／诺氟沙星高分子前药物的制备与表征。以六亚甲基二异氰酸酯与聚已内酯为原料，在二月桂酸二丁基锡催化作用下，制备聚氨酯载体，然后将诺氟沙星活性单体作为共聚单体结合在聚氨酯主链上，制备出高分子前药物。采用紫外光谱和红外光谱表征高分子药物的结构，表明药物成功地挂接在撩载体上。采用凝胶渗透色谱表征其分子量及其分布，表明其平均分子量为6万～10 万，分散性为1.4～1.6。采用紫外可见分光光度法测定其含药量，表明该高分子前药物的含药量大于10％。

(三)研究了胆固醇酯酶对2种聚氨硝／高分子前药物在体外(酶缓冲液)环境中的降解过程及药物释放曲线，确认降解产物没有细胞毒性。以胆固醇酯酶(CE)对高分子前药物进行体外降解实验，结果表明，当胆固醇酯酶不奄在蜊分子前药刚开始只是水解，但一段时间后，其不再降解；当在炎症酶——胆固醇酯酶的存在时，高分子前药释放药物的多少随着酶溶液浓度大小变化而变化。酶溶液浓度越低，降解得越慢，释放药物越少；酶溶液浓度越高，降解得越快，释放药物越多。随着降解时间的延长，药物从聚氨酯中释放速率越来越慢及其释药速率会维持在一定的水平范围内。由此可见，以聚氨酯为载体的高分子前药物在胆固醇酯酶存在下是可控降解的。因此，该高分子前药物可以作生物响应的控释药物系统。 在全面总结的基础上，本课题组正在对聚氨酯高分子前药的制备工艺进行进一步优化，进行深入研究。同时通过与加拿大ViaPacific 公司陈汉杰研究员、福建医科大学药学院、福建省立医院骨科医生的合作，探索研究在体外、体内聚氨酯高分子前药的药物释放规律，以期应用于临床。

二、应用情况及推广前景

本项目合成聚氨酯／药物缀合物材料的原料用到从生物质资源转化来的聚乳酸。用生物法和化学法结合制备乳酸和聚乳酸及其下游产品有助于解决我国农林产品的出路问题，提高附加值，增加农民收入。该产业链用可再生资源代替日益枯竭的石油资源，改善生态环境，有利社会可持续发展。因此本项目成果在我省我国的推广应用，对科技、经济和社会发展都具有重要意义。国内目前未见此类与药物耦合在一起且可控降解的“前药物”材料。因此，本项目的成果将填补国内这种新型生物医学材料的空白，替代国外进口产品，节省大量外汇。举一例：介入治疗常用的药物涂层支架，进口的1000多美元／个。 推广应用前景：新一代可控生物降解聚氨酯/药物缀合物材料，在器官移植、药物控制释放、心血管病治疗、组织工程等方面极具潜力，开发应用前景十分诱人。主要应用欲矫形禾：关节取代物(大腿、膝)骨水泥，骨缺陷填充剂，骨折固定板，人造腱和韧带。心血管方面：血管搭桥，心脏瓣膜，心脏起博器，人造心脏和心室辅助部件，血管支架，扩张球囊，血液代用船。其它应用：组织螺钉和平钉，烧伤或损伤处的包扎物，人造燃缝合线，组织粘结剂和密封剂，DDS(药物释放系统)，胶囊的基质，组织工程的基质。