聚合物植入物和获得聚合物植入物的方法

摘要

由可恢复的来源获得聚合物植入物，该植入物包含由至少一种选自聚羟基烷基酸酯(PHAs)及其共聚物的生物降解的聚合物形成的体(10)，在其微观结构中，所述体(10)掺入到足够量的活性成分中以控制哺乳动物的至少一个发情周期。本发明进一步涉及一种获得聚合物植入物的方法，包括下列步骤：将孕酮或孕激素，至少一种PHAs组的聚合物，一种定义为聚(ε－己内酯)和至少一种分散添加剂和/或溶剂混合，以获得胶体溶液；蒸发该胶体溶液的溶剂，并与分散于其中的组分形成糊剂；干燥该糊剂以除去残留的溶剂并控制聚合物组合物的粒度；挤出聚合物组合物并在植入体(10)中将后者进行模塑。

说明书

技术领域

本发明涉及控制孕激素释放的聚合物植入物，其组成使得所述聚合物植入物呈现生物降解和生物相容的性质，以便完善生殖技术，例如人工受精和胚胎移植。

本发明还涉及获得所述聚合物植入物的方法，所述聚合物植入物用于改善哺乳动物发情周期的同期。

背景技术

现有技术中已知存在控制动物、特别是具有经济利益的母牛和母羊的发情周期的装置和方法。在1960年代开始开发这些控制动物发情周期的方法。在该时期，人们的意图是建立人为的黄体期，采用通过几种途径、例如口服、皮下和阴道局部使用的施用外源性孕激素。

从该时期起，通过使用释放孕酮(P4)的阴道装置来控制发情周期受到全世界研究者的广泛关注。试验了数种激素组合，且产生了用于同期发情和排卵平稳的有效方案，提供用于牛、羊和山羊群的人工受精(AI)的新方法(increment)。

其中使用P4浸渍的阴道装置的发情同期的方案是基于该激素在该装置保留在动物中时抑制发情和排卵的能力。因此，移除该装置会导致发情期的抑制，使所治疗的动物明显发情，然后在短时间内排卵，其中可以以同期方式进行人工受精。通过抑制促黄体激素(LH)的释放会通过P4发生排卵抑制。在牛的最初发情期(发情前期)，血中的P4浓度较低，因此，与P4含量高的黄体期相比，脑垂体释放LH的频率更高。在黄体溶解期间和之后，P4的浓度降低到不可检测的水平，LH的频率显著升高。这种升高导致雌二醇的浓度增加，这会诱导LH排卵前的峰值和排卵。应当强调的是，雌二醇仅仅在P4不存在时诱导LH的峰，因此在移除阴道装置前，用外源性孕酮治疗的动物不会排卵。在该装置可保留7到10天并同时从所有动物中移除后，因此以同期的方式发生排卵的释放。

在此期间，由于使用简单和生育的结果更好，开发和使用阴道插入的材料是研究者的目标。

而且在1960年代期间，开发出了用孕酮浸渍的聚氨酯泡沫，其未能证明可以用于商业用途，因为在雌性中的保留率差异很大，且还有感染的可能，尽管该感染不会影响生育，但是仍然需要使用抗生素。

在1970开发出了阴道内子宫托，名为“阴道内孕酮释放装置(PRID)”，包含用孕酮浸渍的硅酮围绕的不锈钢螺旋线圈。通过固定在螺旋线圈末端的尼龙带可以从阴道中移除该装置。

商业可用的产品由与P4混合的硅酮基质组成并成型在一般由尼龙制成的支持体上。除了制造硅酮植入物的原料价格较高以外，该装置的制备体系缓慢，电能消耗高，在约200℃的温度下会发生这些产品的固化步骤，都使最终产品的价格更高，使小制造商的生产该装置的难度更大。

近来，用相同的硅酮材料开发出了“药物控释装置(CIDR)”，但是在牛、山羊、羊和母马中使用的是T-型和几种尺寸的。

当今，有一种电子控释的高技术体系，称作“智能生育装置(IBD)”，用于使牛的发情周期同期。该体系在预定期间释放孕酮、雌二醇和前列腺素。

所有这些硅酮装置除了在最终产品上反映高的制造成本外，在治疗的初期呈现非常高的激素释放指数，导致激素过量而损害动物的组织和体液。

迄今为止，由于动物产生的低指数以及人工受精和胚胎移植的高成本，人们很少考虑使用使发情周期同期的这些已知技术、体系和方法。兽群饲养者宣称不采用这些同期方法的主要理由是:需要操作动物以插入和移除子宫托，子宫托在阴道中的低保留率、感染的可能性和缺乏关于在固定时间使发情和人工受精周期同期的优点的信息。

在现有技术中还提出了由胶原基质获得的控释孕酮的装置，其制造成本较低并且由于它们具有生物相容性，具有较高的医学和药学应用价值。但是，已经证实，这些装置的动力学释放呈现异常的扩散，其中所要释放的药剂的浓度和释放的时间之间具有依赖性关系。

尽管该体系很有前途，但是在预定时间期间释放理想浓度的孕激素的优化要求使用更多量的附加激素，因此提高了治疗过程的成本，同时导致激素浪费和在动物组织中的激素蓄积。

当前已知的现有技术的另一个缺点是在治疗的初期和末期时，或多或少地都不能以渐进和均匀的方式释放特定量的激素，用过量的激素剂量没有使基质超负荷的危险。

所述植入物的所期望的性质是其的生物降解的。也期望，植入物的材料是生物降解的和可回收的，以使得尽可能地减小一次性材料的体积并降低与控制过程有关的成本。

因此，考虑到如上所述的不便性，控制动物的发情周期的聚合物植入物应当是用生物相容的和生物降解的材料制成的，并且在任何治疗期都呈现持续的和均匀释放的动力学，且应当在动物的肉和乳液中不出现毒性或残留物，且还优化生殖技术和动物的生产。

发明内容

由于已知的释放甾类化合物的植入装置的不便性，本发明的目的是提供一种控制哺乳动物排卵的聚合物植入物，由足够坚固的、生物相容的和生物降解的材料的组合构成，能够包含并以恒定和均匀的方式释放至少一个有效剂量的甾类化合物，由于其微观结构，可以用于促进激素的释放动力学的调节，以控制发情周期和提高动物的受精。

本发明的补充目的是提供如上所述的聚合物植入物，且在它的结构中其可以包含不同量的孕酮(P4)或孕激素，以在植入物发挥作用的不同时期逐渐地释放到动物中。

本发明的另一个目的是提供一种制造如上所述的聚合物植入物的方法。

实现本发明的这些和其它目的，包括提供一种控制孕酮释放的聚合物植入物，其存在定义为体的基质，其组成包括生物降解的组分，作为其微观结构的函数，聚合物的比例/含量是一定的方式以便能够在治疗期控制激素残留物，植入物是通过所述聚合物组合物形成的，并且可以在另外的动物中重新处理或再次使用。根据本发明，该聚合物植入物是由可再生来源获得的，包含由至少一种选自聚羟基烷基酸酯(PHAs)及其共聚物的生物降解的聚合物形成的体，在其微观结构中所述体掺入足够量的活性成分以控制哺乳动物的至少一个发情周期。

此外，根据本发明，该聚合物植入物是通过下列方法获得的，其包括下列步骤:在受控加热下，将选自孕酮和孕激素的活性成分；至少一种选自PHAs组的聚合物，一种定义为聚(ε-己内酯)的聚合物添加剂，和至少一种分散添加剂和/或溶剂混合，以形成胶体溶液；加热下对胶体溶液进行加压/过滤处理，以促进溶剂蒸发并与分散于其中的组分形成糊剂；对该糊剂进行真空干燥处理，以除去仍然存在的残留溶剂并控制聚合物组合物的粒度；将该聚合物组合物至少进行一次挤出处理；和通过注射方法，根据不同的使用途径将聚合物组合物进行模塑以形成植入体。

所提出的方法制备出了实体形式的植入物基质，其包含足够量的PHB和聚(ε-己内酯)(PCL)，以控制激素分散为时间和不同植入用途的不同阶段的温度的函数。所述植入物也具有更均匀释放的形式，避免了在使用的第一天释放出过量的激素，不会危及到治疗末期的释放，此外，可以通过几种其它的机制控制释放的动力学，这些基质是例如形成植入物的聚合物的微观结构，由微观结构导致的所述植入物的孔隙率，聚合物比例的改变，以及包含不同功能的添加剂。

附图说明

下面将会参考所附的附图来描述本发明，它们仅给出了聚合物组合物的一个实施方案的例子，其中:

附图1图解本发明的聚合物植入物的可能实施方案的后侧透视图；

附图2表示本发明的植入物相对于现有技术产品的孕酮体外释放曲线的比较图；

附图3表示从该溶液的植入物中孕酮(P4)的每日体外释放的图。

附图4表示从该溶液的植入物中孕酮(P4)体内的每日释放的图。

附图5表示本发明的植入物相对于现有技术的产品(DIB)(Argentinean硅酮的植入物)的孕酮平均体外释放的比较图；和

附图6表示图解本发明的聚合物植入物相对于现有技术的产品(DIB)在动物血中的孕酮浓度水平的图。

具体实施方式

在本发明的一个方面，提供一种几何形状可改变的阴道内植入物，以用于动物的阴道腔内部，并在腔内保留7到12天，然后从所述腔中移除，以允许发生发情和排卵，所述植入物包含由生物相容的和生物降解的聚合物组合物形成的体，其大小使得可以掺入并分散确定浓度的激素或孕激素，当需要时也保留激素添加剂。可以通过几种方法例如模塑、一般通过注射来制备聚合物材料中的植入物，至少一种生物降解的聚合物可以选自聚羟基烷基酸酯(PHAs)、聚羟基丁酸酯(PHB)和聚羟基戊酸酯(PHBV)，所述聚合物植入物的构造使得其壁的密度和结构大小能够导致界面粘附，所述界面粘附是生物降解的聚合物和激素的次级分子间相互作用的函数。

本发明的制备植入物的方法使用由聚羟基烷基酸酯(PHAs)获得的生物降解的聚合物作为结构基质，所述聚羟基烷基酸酯可以选自聚-3-羟基丁酸酯(PHB)、聚-(羟基丁酸酯-共-羟基戊酸酯)(PHBV)、这些聚合物和共聚物的混合物。

聚羟基烷基酸酯(PHAs)是生物降解的热塑性塑料，而且，它们是生物相容的，且已经公认它们是石油-衍生的热塑性塑料的潜在替代品。

对于由PHB或其共聚物聚(3-羟基丁酸-共-羟基戊酸)-PHBV制成的制品的使用者来说，在某些环境条件下，这些制品的降解速率是极为相关的。生物降解通常通过细菌、真菌和藻类的表面攻击而发生。因此，生物降解的聚合物以及PHB和PHBV的实际降解时间将取决于周围环境，以及制品的厚度。

接受这些聚合物作为合成聚合物的潜在生物降解的替代品的理由是它们在有氧和无氧环境中可以通过天然的生物矿化作用完全生物降解，分别产生CO₂/H₂O/生物菌质和CO₂/H₂O/CH₄/生物菌质。

在20世纪初的微生物文献中提及了该组的一员聚(3-羟基丁酸)或PHB。在1925年Maurice Lemoigne，of Pasteur Institute报道了详细的研究。他注意到在巨大芽孢杆菌培养基的细胞质流伴中包含的不溶颗粒，其在脂质的情况下中是常见的，在几次鉴定后，证明了它是具有经验式(C₄H₆O₂)的聚酯。

在细胞内，该聚合物充当能量和碳的来源，保持着无定形或非晶态。但是，在提取过程中，快速发生结晶，导致很高的结晶水平，并因此变得坚硬，由于其较低的冲击强度使得很难使用该聚合物。

由于其自然来源，PHB具有特殊的立体规则性；它的链是线性的，在羰基氧和甲基之间存在范德华型的相互作用并由于存在羟基通过氢桥存在相互作用。手性中心仅具有R构型，这意味着该聚合物是完全全同立构的，因此对于结晶是非常有利的。

3-羟基丁酸单体和PHB聚合物的结构式如下所示:

为了达到特定的处理-结构-性质-成本关系，除了PHB和/或其共聚物，该聚合物组合物还可以含有不同含量的生物降解的聚合物聚(己内酯)-PCL和添加剂。

为了减少由攻击性因素(剪切、温度和氧)的严重性而导致的降解，在聚合物植入物的制备方法中，期望加入热稳定的完整体系，其由以下组成:空间位阻的酚型第一抗氧化剂(含量占包括PHB和PCL的总含量的0.02％到0.5％质量)；有机亚磷酸酯型第二抗氧剂(含量占包括PHB和PCL的总含量的0.02％到0.5％质量)；内酯型热稳定剂(含量占包括PHB和PCL的总含量的0.02％到0.5％质量)。

为了获得互补的相互作用，可以使用过程辅助型第二共稳定剂(内润滑剂、外润滑剂和流动改性剂)。

为了对PHB和PCL的结晶过程(成核和生长)进行热力学和动力学控制，在聚合物组合物中，可以使用成核剂山梨醇或苯甲酸钠。根据所期望的结晶形态和结晶度，成核剂含量必须是多变化的，以以与在处理的最后阶段期间施加到聚合物材料的冷却梯度相结合的方式。

对动物生殖进行药物控制的激素-孕酮:

孕酮(P4)是一种甾类激素，是调节雌性生殖功能的主要组分。一般地，P4在哺乳动物中的主要作用是:

1)在子宫和卵巢中:通过促进子宫生长和抑制子宫肌膜收缩而参加导致成熟卵母细胞释放、促进孕体植入和妊娠保留的机制。

2)在乳腺中:在乳汁分泌的产生中导致小叶-泡状发生并在运输前抑制乳汁的蛋白质合成。

3)在脑中:对要求表达性行为的信号进行测量。

卵巢是哺乳动物中合成孕酮和雌二醇的主要场所。

这些激素是以在血流中提供其含量的周期性变化的方式合成的。在排卵前，这些卵泡的颗粒细胞合成和分泌雌激素。在排卵后，这些颗粒细胞经历成熟过程，且形成黄中带绿色的体(luteous body)(LB)，其负责在该周期的后续阶段P4的分泌。

如果没有受精，黄中带绿色的体继续生长10-12天，并遭受退化，因此停止分泌P4。当发生受精时，LB继续生长，并在怀孕的2或3个月内维持其功能。在这段时间后，它逐渐退化，胎盘发挥合成激素(P4是其中之一)的作用以维持妊娠。

或者，可以用孕激素替代孕酮(P4)。孕激素是合成性激素，其作用与P4的作用非常相似。在一些情况中，使用孕激素是有利的，因为它们比P4有效的多，需要非常低剂量的施用。这使得能够构造较小的装置，其不仅可以在阴道腔中使用，也可以在动物体的任何部分进行皮下植入，但是在将其肉预定供人食用的动物的情况下优选在耳廓中。孕激素、例如P4，也抑制排卵，当需要避孕时是可选择的药物。在孕激素中，可以使用甲羟孕酮、醋酸美仑孕酮、醋酸甲地孕酮、诺孕美特、左炔诺孕酮、孕二烯酮、醋酸氟孕酮及其它。

制造聚合物组合物的方法

为了将添加剂激素掺入并完全分散在生物降解的聚合物植入物中，已经开发出了经济上可行的体系来制备聚合物组合物，能够制造模塑的制品(挤出和注射)。

以其天然物理的形式的添加剂激素不能直接掺入到聚合物基质中，这是因为添加剂会改变其物理-化学性质。因此，主要是将该体系转变为胶体溶液。蒸发溶剂以使得与添加剂形成体系，所述添加剂完全分散并由于生物降解的聚合物-激素的次级分子间相互作用通过界面吸附机制被聚合物基质所包围。

该方法允许使用来自可再生来源的生物降解的聚合物，主要用于或者在制造模塑的组分期间或者在使用该组分的步骤期间需要耐热的用途。

在本发明的方法中，在形成胶体溶液的步骤中技术参数包括在具有叶片和螺旋的混合设备中添加和混合生物降解的聚合物、添加剂和溶剂。因此将会制得在胶体溶液中的这些组分的混合物。

在加压/过滤步骤期间，技术参数包括、特别是加压温度、例如70℃到90℃的温度，和在该过程中的压力条件和时间。重要的是观察开始、排出、加热曲线或图的阶段，以及汇集校正(assemblycalibration)。

将技术参数优化为聚合物组合物的基本配方以及原料的特征性质的函数。用于激素添加剂溶解的溶剂的量对于组成性质是特别重要的，加入分散添加剂能够协同地改善体系的均匀性，并由此改善产品的最终性质。

在具有叶片或螺旋的混合器中以高或中等转速、优选使用受控加热体系进行原料的混合。如下所例示，所有原料，例如生物降解的聚合物(PHB，和/或其共聚物和PCL)、激素添加剂、溶剂、分散添加剂和其它添加剂都放入到混合器中。

在形成胶体溶液后，在加热了的体系中进行加压/过滤步骤，以完全蒸发溶剂，并由此形成“糊剂”。将该过程所得到的物质转移到真空干燥体系中以除去可以分散在聚合物植入物中的残留溶剂。在加压步骤中，可以通过技术参数来控制聚合物组合物的粒度，决定和/或改变其最终热-机械性质。

制备聚合物组合物的方法可以任选替代为:以固态并在适当温度控制下将所开发的制剂的组分进行物理性预混合。

在该方法的顺序中，通过挤出制造该聚合物组合物的颗粒。

推荐使用高精密度的具有计重进料器/剂量装置()的同向旋转啮合的双螺杆挤出机。

在实施本发明的一个实施例中，挤出是用于产生组合物和它们的颗粒。使用具有运输元件(左/右手的)的模块螺杆面来控制压力场，使用捏合元件(捏合块)来控制融合和混合。已经证明该组元件是实现结构的适当形态学控制以及激素和添加剂在聚合物组合物中良好分散的基本因素。

下表1显示了PHB/PCL/激素/添加剂的聚合物组合物的挤出条件。

表1:

在一个阶段连续进行改变并将激素掺入到聚合物组合物中，包括下列步骤:

a)连续加入聚合物组合物，且如果需要，将在第一挤出区的固体或液体添加剂进料并开始混合。

b)在第二挤出区中加热并压缩聚合物组合物。

c)在第三挤出区中加热并混合，以形成熔化物。

d)在第四和五挤出区中压缩并混合，以使熔化物变均匀，通过使用真空脱气体系以消除聚合物组合物中残留的水汽。

e)通过挤出基质而挤出熔化物，然后在水中冷却，在环境温度下粒化并包装。

通过注射进行模塑:

为了制造用于控制动物生殖的装置的不同形式的体10，必须使用注射方法，其中根据不同用途所需的几何学将该聚合物组合物进行模塑。

必须使用注射机，它能够适当控制温度，并易于接受用于装置制备的模。

下表2表示PHB/PCL/激素/添加剂的聚合物组合物的注射条件。

表2:

 

温度曲线(℃)压力曲线/时间区1:150-155压力(bar):350-400区2:155-160增压(bar):360-390区3:170-175流速(cm³/s):15-25区4:170-175保持(bar):280-320区5:170-175保持时间(s):10-15模(℃):30-40反压(bar):35-45冷却时间(s):30-35给药速度(mm/分钟):10-15

聚合物组合物的配方

PHB可以是均聚物和/或它与戊酸酯-P(HB-HV)的共聚物，其中戊酸酯的含量为5％到40％，分子量为10.000到1.200.00Da，但是优选200.000到600.000Da。

PHB和/或它的共聚物可以进一步加入不同量的PCL，从5到60％，但是优选40到50％。PCL的分子量必须是10.000到800.000Da，但是优选100.000到500.000Da。

作为活性成分的孕酮(P4):

P4的含量范围可以是5到20％，优选8到10％。

或者，可以使用其它孕激素，例如醋酸甲羟孕酮、醋酸氟孕酮、醋酸美仑孕酮、左炔诺孕酮、诺孕美特或孕二烯酮，其浓度范围可以是1到20％。

用于热稳定性的添加剂:

为了减少由攻击性因素(剪切、温度和氧)的严重性而导致的降解，在聚合物植入物的制备方法中，应当促进完整的热稳定体系的加入，由以下组成:空间位阻的酚型第一抗氧化剂(含量占包括PHB和PCL的总含量的0.02％到0.5％质量)；有机亚磷酸酯型第二抗氧剂(含量占包括PHB和PCL的总含量的0.02％到0.5％质量)；内酯型热稳定剂(含量占包括PHB和PCL的总含量的0.02％到0.5％质量)。

在互补的相互作用中，可以使用过程辅助型第二共稳定剂(内润滑剂、外润滑剂和流动改性剂)，含量为0.5％到3％。

为了对PHB和PCL的结晶过程(成核和生长)进行热力学和动力学控制，在聚合物组合物中，可以使用成核剂山梨醇或苯甲酸钠。根据所期望的结晶形态和结晶度，成核剂含量(0到0.25％)必须是多变化的，以与在其处理的最后阶段期间施加到聚合物材料的冷却梯度结合的方式。

体外释放的动力学和装置的几何学

在产品创新方面，本文所述的聚合物组合物能够非常均匀地释放激素，具有避免在治疗开始时过度释放的优点，过度释放意味着激素的浪费并显然使成本增加。而且，近来已经证实，由于激素的缓释的商业可用的产品之一所提供的孕酮的细胞含量很高，瘤牛小牛的卵泡发育被改变。在该研究中，与来自欧洲的牛(Bos taurustaurus)相比，当用阴道装置CIDR治疗时，瘤牛小牛(Bos taurusindicus)的成长速率较低，主要卵泡的最大直径较小，排卵率较低，孕酮的血浆浓度较高。结论是尽管对于欧洲来源的动物足够，但是商业可用的阴道装置提供的孕酮含量是过量的，甚至对于雌性瘤牛的生育率是有害的。实际上，商业可用的产品的目标是保持孕酮的血浆含量为2ng/mL，且当用于瘤牛小牛时，提供约5.4ng/mL含量，损害了这些动物的生育率。人们已经确定，更足够用于瘤牛的产品必须释放较少量的P4，以提供接近理想的血浆含量。

孕酮从本发明的装置中释放主要是通过扩散机制发生的，因为从生物降解到显著地有助于释放激素所必需的时间远大于装置在动物中保留的时间，以便获得期望的治疗效果。

因此，在聚合物组合物的微观结构中的分子间间隙是调节激素的释放动力学的重要机制。可以通过所包含的聚己内酯的比例从5到60％来控制孕酮在这些组合物的微观结构的分子间间隙中的扩散。在这种情况下，在所得到的混合物中，对孕酮迁移的限制较低，因此，分别与两种聚合物相比，孕酮在所得到的混合物中的扩散更强。

可以控制释放速率的其它机制涉及所使用的PHB的分子量(PM)。已经证明，分子量为10.000到1.200.000Da的生物降解的聚合物PHB和共聚物P(HB-HV)在阴道、耳和皮下装置的制备中是有用的。在组合物中使用的PHB的PM越低，P4和孕激素的释放速率越高。

在附图2中可以看到相对于商业产品之一，通过本发明的聚合物组合物孕酮体外释放的曲线。

优选地，可以如附图1所示的形式将阴道装置进行模塑。与阴道膜接触的面积范围可以是70到200cm²，但应当优选位于120到150cm²。

在附图3中可以看到从2分钟到96小时的体外试验中，每24小时释放的P4的量。

如上所述，附图4，5和6表示显示相对于根据现有技术制造的硅酮植入物，孕酮从本发明的植入物中体外释放的性质的图。

该装置可以具有或不具有用于掺入激素的聚合物组合物层的支撑架，但是优选不使用支撑架。耳植入物优选是圆柱型的，直径2到3mm，长度可变，优选1和4cm。

可以通过挤出或注射制造本发明的产品，收率较高并且电能消耗较低。

作为以上所强调的方面的功能，本发明相对于现有技术具有优点，因为所使用的聚合物植入物是用生物相容和生物降解的材料制成的，而现有技术的那些是用硅酮制成的，仅仅是生物相容的。而且，本发明的植入物具有对所期望的用途更适合的机械性质，因为它可以模塑成不同的形状，且允许发生必要的变形以有利于插入，保留在阴道腔中，并在治疗结束时移除该装置。