借助于含有硫酸化或磺化组分的水凝胶，用于区分螯合不同物质组的物质的方法和材料技术

本发明专利技术涉及一种在硫酸化和/或磺化水凝胶中区分螯合不同物质组A和B的物质，以及从生物流体中消耗物质组A的物质同时以不同方式从硫酸化和/或磺化水凝胶释放物质组A或B的物质进入生物流体，和/或减少硫酸化和/或磺化水凝胶中物质组B的物质的结合的方法。硫酸化和/或磺化水凝胶选自1型、2型、3型或4型水凝胶的组，并且水凝胶由不带电的组分和带电的组分组成。根据本发明专利技术，带电的组分的特征在于根据每个重复单元的硫酸根和/或磺酸根基团数量除以重复单元的摩尔质量计算的参数，对于1型，摩尔质量为0.0040‑0.0060摩尔/g，对于2型，摩尔质量为0.0025‑0.0040摩尔/g，对于3型，摩尔质量为0.0005‑0.0025摩尔/g，以及对于4型，摩尔质量为0.0040‑0.0100摩尔/g。溶胀的水凝胶具有小于20kPa的储能模量，并且溶胀的水凝胶的性质具有硫酸根或磺酸根基团的浓度为，以毫摩尔/ml表示，对于1型，0.09至0.20，对于2型，0.05至0.18，对于3型，0.01至0.12，以及对于4型，0.16至0.08。生物流体中物质组A的物质和物质组B的物质的浓度受到水凝胶类型的选择的影响。

Methods and materials for the identification of substances that chelate different substances groups by hydrogels containing sulfated or sulfonated components.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】借助于含有硫酸化或磺化组分的水凝胶，用于区分螯合不同物质组的物质的方法和材料本专利技术涉及借助于含有硫酸化和/或磺化组分的水凝胶用于区分螯合不同物质组A和B的物质，以及从生物流体中消耗物质组A的物质并同时从含有硫酸化和/或磺化组分的水凝胶中区分释放到物质组A或B的物质的生物流体中，和/或减少含有硫酸化或磺化组分的水凝胶中的物质组B的物质的结合的方法。本专利技术进一步涉及水凝胶，其可以基于作为网络组分的聚(4-苯乙烯磺酸-共-马来酸)和作为另一种网络组分的含胺或巯基的交联分子合成获得，并且可以被表征并作为材料用于上述方法，用于区分螯合不同物质组的物质。物质组A和B不是化学上定义的物质组，但根据水凝胶的类型，可以含有不同物质，其在相应的丛集和组合物中引起根据在整个系统中的本专利技术的区分螯合。因此，物质组A和B由它们在整个系统中的行为来定义。本专利技术的应用领域是生物技术和医学领域，其中某些物质在分子水平上选择性地从生物流体中除去并螯合在水凝胶中，而另一方面，其他物质没有被特异性螯合但是选择性地从水凝胶释放到生物流体中。因此，在更广泛的意义上，它是一种分子水平的分离过程。在更广泛的意义上，本专利技术的应用领域在于分级带负电的水凝胶在技术、生物医学和生物学应用中的用途，例如用于哺乳动物细胞的培养或表面的抗菌整理。具有硫酸化组分的水凝胶，例如星-PEG-葡萄糖胺环水凝胶(来自WO2010/060485A1)在领域中是已知的，并且正在研究用于生物技术应用或作为用于再生疗法的植入物或组织替代材料。这些材料的关键特征在于水凝胶组分的聚合物链上的硫酸根基团与可溶性蛋白质之间的相互作用，例如控制代谢、转运和信号传导功能的蛋白质，例如酶和信号分子，其中前者包括例如蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶，后者包括例如激素、神经递质、细胞因子、生长因子和趋化因子。对这些蛋白质的亲和力至关重要的相互作用主要基于在施用条件下带负电荷的水凝胶的硫酸根或磺酸基团和带正电荷的蛋白质的氨基酸侧链之间的静电力。该原理已经在本领域广泛用于开发含有硫酸化糖(糖胺聚糖＝GAG)的水凝胶中，用于持续释放信号分子，例如生长因子VEGF(血管内皮生长因子)和FGF-2(成纤维细胞生长因子2)。此外，通过降低下面的星-PEG-GAG水凝胶中的硫酸化程度，可以逐渐增加FGF-2和VEGF的释放。含有磺酸基团的合成聚合物，例如聚苯乙烯磺酸(PSS)，J.Phys.Chem.B[物理化学期刊B],2007,111(13),第3391-3397页,DOI:10.1021/jp067707d9.，或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(美国专利号5,451,617和5,011,275以及美国专利申请号2008/011412)作为磺化组分来产生水凝胶，例如用于隐形眼镜。然而，目前还没有已知的带有磺酸基团的共价交联的含水聚合物网络，即水凝胶，其中聚(4-苯乙烯磺酸-共-马来酸)的羧基已被用作与含氨基的短交联剂或含氨基的聚合物交联。另一个缺点是经迄今为止的研究，含有硫酸化或磺化组分(或结构单元)的水凝胶和蛋白质之间的相互作用主要仅来自具有一种至两种信号分子的溶液，并且通常不在生理学相关条件下。然而，在相关的生物学上下文中，具有多种不同蛋白质的生物流体以不同浓度存在，其中信号分子仅在100pg/ml-2000ng/ml范围内以低水平存在于生物流体中，而其他蛋白质如白蛋白以约60mg/ml的高浓度存在。这里，信号分子的带正电荷的区域与水凝胶中带负电荷的硫酸根或磺酸根基团之间的主要静电吸引力起重要作用，其中蛋白质的等电点(IEP)通常可用于估计这些主要静电吸引力。然而，除了可以基于IEP估计的生理条件下的净电荷之外，电荷的分布，例如带正电荷的电荷簇的存在，以及受蛋白质大小和蛋白质结构和受较弱的非离子分子间力(例如疏水相互作用、氢键或偶极相互作用)形成影响的次级相互作用发挥作用，因此迄今为止还不可能预测蛋白质和水凝胶绝对或相对结合。此外，还有另外的竞争过程经常被忽视，例如由于目标蛋白与白蛋白的相互作用(其负责控制渗透压和运输过程的调节)以及白蛋白与水凝胶之间的相互作用。此外，文献中用于预测带电聚合物和蛋白质之间分子相互作用的结合常数仅适用于描述溶液中各个分子-蛋白质复合物的相互作用，而在水凝胶中聚合物网络中的相邻的聚合物链和电荷或亲和中心的三维分布对所产生的相互作用具有强烈影响，因此对水凝胶中蛋白质的结合具有强烈影响。因此，迄今为止还没有阐明含有硫酸化和/或磺化组分(结构单元)的水凝胶与复杂生物流体的分子组分之间的结合选择性。因此，所建立的方法和过程仅能够在有限程度上通过含有应用相关生物流体中的硫酸化或磺化组分(结构单元)的水凝胶选择性地控制信号分子的水平。本专利技术的目的是提出一种允许有意地影响生物流体中某些物质浓度的方法。该目的通过具有根据独立权利要求的特征的方法和材料来实现。作为适于进行该方法的材料，使用基于聚(4-苯乙烯磺酸共-马来酸)的全合成水凝胶体系作为合成组分，其在生理条件下带负电，因此其对于不同物质群的物质的区分螯合中对于部分带正电的生物分子具有亲和力。在从属权利要求中叙述了该方法和材料的进一步发展。术语“完全合成”是指水凝胶化不需要生物来源的组分。因此，可以排除不良免疫原性反应的风险。在本专利技术的上下文中，从物质组A和B的物质的螯合是指这些物质(例如信号分子、因子或酶)与水凝胶材料中的亲和中心的结合，从而降低浓度或从与水凝胶直接接触的生物流体中完全去除这些物质。水凝胶由带电或不带电的结构单元组成。作为含有硫酸根和/或磺酸根基团的水凝胶，本专利技术包括具有下列性质和以下组成的水凝胶：通过共价(化学)交联或物理交联(例如根据WO2014040591A2)在两个水凝胶组分或水凝胶结构单元之间形成聚合物网络。水凝胶的第一结构单元或组分是在生理条件下不带电荷的分子，也称为不带电的结构单元(UGB)，并且优选具有20g/摩尔至100,000g/摩尔的摩尔质量。不带电荷的分子有利地选自或衍生自以下类别：聚乙二醇、聚(2-噁唑啉)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)和/或聚丙烯酰胺(PAM)或短双官能性交联剂分子。此外，UGB具有至少两个官能团，优选4至8个特别有利于交联的官能团。用于交联的合适官能团(在GB或UGB下)可包括胺、巯基、羧基、酸酐、马来酰亚胺、乙烯基砜、丙烯酸酯、羟基、异氰酸酯、环氧化物和醛基，或基于静电力、疏水性相互作用、氢键、偶极相互作用能够形成非共价键的基团。第二结构单元(组分)由具有(硫)硫酸根或磺酸根基团的聚合物组成，因此在生理条件下(带电的结构单元，GB)(任选地具有2,000至250,000g/摩尔的摩尔质量)带负电荷，能够水凝胶网络中主要经由静电(离子)相互作用结合蛋白质，并且在较小程度上经由较弱的键如范德华力、氢键或疏水相互作用结合蛋白质。根据本专利技术，显著决定蛋白质结合的亲和中心是在生理条件下大部分带负电的硫酸根或磺酸基团。硫酸化或磺化聚合物是从天然来源获得的硫酸化糖胺聚糖，例如肝素和选择性脱硫肝素、硫酸软骨素、硫酸肝素、硫酸角质素、硫酸化透明质酸、以及基于甘露糖、乳糖、葡聚糖和聚磺化化合物的硫酸化乙二醇聚合物，其可具有含硫单体，例如，苯乙烯磺酸(SS)、乙烯基磺酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在硫酸化和/或磺化水凝胶中区分螯合不同物质组A和B的物质、以及从生物流体中消耗物质组A的物质同时从所述硫酸化和/或磺化水凝胶中区分释放物质组A或B的物质进入所述生物流体、或减少所述硫酸化和/或磺化水凝胶中物质组B的物质的结合的方法，其中所述硫酸化和/或磺化水凝胶选自下组：1型、2型、3型或4型水凝胶，并且所述水凝胶由不带电的结构单元和带电的结构单元组成，其特征在于所述带电的结构单元的特征在于根据每个重复单元的硫酸根和/或磺酸根基团数量除以重复单元的摩尔质量计算的参数，对于1型，摩尔质量为0.0040‑0.0060摩尔/g，对于2型，摩尔质量为0.0025‑0.0040摩尔/g，对于3型，摩尔质量为0.0005‑0.0025摩尔/g，以及对于4型，摩尔质量为0.0040至0.0100摩尔/g，并且溶胀的水凝胶具有小于20kPa的储存模块，并且所述溶胀的水凝胶的性质具有硫酸根或磺酸根基团的浓度为，以毫摩尔/ml表示，对于1型，在0.09至0.20之间，对于2型，在0.05至0.18之间，对于3型，在0.01至0.12之间，以及对于4型，在0.16至0.8之间，并且其特征在于通过选择水凝胶的类型来确定对所述生物流体中物质组A的物质和物质组B的物质的浓度的影响。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.10 DE 102017105195.31.一种在硫酸化和/或磺化水凝胶中区分螯合不同物质组A和B的物质、以及从生物流体中消耗物质组A的物质同时从所述硫酸化和/或磺化水凝胶中区分释放物质组A或B的物质进入所述生物流体、或减少所述硫酸化和/或磺化水凝胶中物质组B的物质的结合的方法，其中所述硫酸化和/或磺化水凝胶选自下组：1型、2型、3型或4型水凝胶，并且所述水凝胶由不带电的结构单元和带电的结构单元组成，其特征在于所述带电的结构单元的特征在于根据每个重复单元的硫酸根和/或磺酸根基团数量除以重复单元的摩尔质量计算的参数，对于1型，摩尔质量为0.0040-0.0060摩尔/g，对于2型，摩尔质量为0.0025-0.0040摩尔/g，对于3型，摩尔质量为0.0005-0.0025摩尔/g，以及对于4型，摩尔质量为0.0040至0.0100摩尔/g，并且溶胀的水凝胶具有小于20kPa的储存模块，并且所述溶胀的水凝胶的性质具有硫酸根或磺酸根基团的浓度为，以毫摩尔/ml表示，对于1型，在0.09至0.20之间，对于2型，在0.05至0.18之间，对于3型，在0.01至0.12之间，以及对于4型，在0.16至0.8之间，并且其特征在于通过选择水凝胶的类型来确定对所述生物流体中物质组A的物质和物质组B的物质的浓度的影响。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述水凝胶的带电的结构单元具有每个重复单元的硫酸根和/或磺酸根基团数量除以重复单元的摩尔质量，对于1型，摩尔质量为0.0050摩尔/g，对于2型，摩尔质量为0.0035摩尔/g或0.0038摩尔/g，对于3型，摩尔质量为0.0019摩尔/g，以及对于4型，摩尔质量为0.0045摩尔/g，并且其特征在于所述溶胀的水凝胶的性质具有硫酸根或磺酸根的浓度为，以毫摩尔/ml表示，对于1型，0.12，对于2型，0.12或0.14，对于3型，0.06，以及对于4型，0.28或0.16。3.一种在硫酸化和/或磺化水凝胶中区分螯合不同物质组A和B的物质、以及从生物流体中消耗物质组A的物质同时从所述硫酸化和/或磺化水凝胶中区分释放物质组B的物质进入生物流体、或减少所述硫酸化和/或磺化水凝胶中物质组B的物质的结合的方法，其中所述硫酸化和/或磺化水凝胶选自下组：1型、2型、3型或4型水凝胶，并且所述水凝胶由不带电的结构单元和带电的结构单元组成，其特征在于所述带电的结构单元具有每摩尔聚合物的硫酸根或磺酸根基团的摩尔浓度为，对于1型，60-80，对于2型，30-75，对于3型，10-30，以及对于4型，80-120，并且其特征在于所述水凝胶中所述带电的结构单元的浓度GB为，以毫摩尔/ml表示，对于1型，0.0015至0.0025，对于2型，0.0015至0.0030，对于3型，0.0010至0.0040，以及对于4型，0.0018至0.0050，并且其特征在于溶胀的水凝胶具有储能模量小于20kPa，其中所述水凝胶中硫酸根或磺酸根基团的浓度为，以毫摩尔/ml表示，对于1型，在0.09和0.20之间，对于2型，在0.05和0.18之间，对于3型，在0.01和0.12之间，以及对于4型，在0.16和0.80之间，并且其特征在于所述生物流体中物质组A的物质和物质组B的物质的浓度受到水凝胶类型的选择的影响。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述带电的结构单元具有每摩尔聚合物的硫酸根或磺酸根基团的摩尔浓度为，对于1型，70.2，对于2型，48.4或75.0，对于3型，23.4，以及对于4型，90.0，并且其特征在于所述水凝胶中所述带电的结构单元的浓度GB为，以毫摩尔/ml表示，对于1型，0.0018，对于2型，0.0025或0.0018，对于3型，0.0027，以及对于4型，0.0031或0.0018，并且其特征在于所述溶胀的水凝胶具有储能模量小于20kPa，其中所述水凝胶中硫酸根或磺酸根基团的浓度为，以毫摩尔/ml表示，对于1型，0.12，对于2型，0.12或0.14，对于3型，0.06，以及对于4型，0.28或0.16。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于通过GB和/或UGB上的来自胺、巯基、羧基、酸酐、马来酰亚胺、乙烯基砜、丙烯酸酯、羟基、异氰酸酯、环氧化物和醛的类型、或基于静电力或疏水相互作用、氢键或偶极相互作用能够形成非共价键的基团的合适官能团的反应，使所述结构单元与所述水凝胶交联。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于所述带电的结构单元与所述水凝胶的交联通过具有摩尔质量UGB<500g/摩尔的小双官能性交联分子直接交联进行。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于从天然来源获得的硫酸化糖胺聚糖，例如肝素和选择性脱硫肝素、硫酸软骨素、硫酸肝素、硫酸角质素、硫酸化透明质酸、以及基于甘露糖、乳糖、葡聚糖和多磺化化合物的硫酸化甘油聚合物，所述多磺化化合物携带苯乙烯磺酸(SS)、乙烯基磺酸(VS)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、氨基丙磺酸(APS)或茴香脑磺酸(AS)作为含硫单体，并且其特征还在于与含有上述连接基团的单元的共聚物被选择为带电的结构单元，并且其特征在于选择聚乙二醇、聚(2-噁唑啉)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)和/或聚丙烯酰胺(PAM)或短双官能性交联剂分子作为不带电的结构单元。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于在1型水凝胶中，选择物质bNGF、PDGF-BB、VEGF-A、嗜酸性粒细胞趋化因子、GRO-α、IL-8、IP-10、MCP-1、MIP-1α、MIP-1β、调节活化正常T细胞表达和分泌因子、SDF1-α、IFN-γ、IL-12p40、IL-4、骨硬化蛋白和/或DKK1中的至少一种作为物质组A的物质，其中将所述物质从所述生物流体中消耗至超过所述溶液初始浓度的50％并且螯合在所述水凝胶中。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于在1型水凝胶中，选择物质FGF-2、TGFb1、EGF、HGF、PLGF、GM-CSF、IL-1β、IL-10、IL-6和/或TNF-α中的至少一种作为物质组B的物质，其中所述物质仅结合多达所述水凝胶中溶液初始浓度的50％或从其中释放。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于在2型水凝胶中，选择物质bNGF、PDGF-BB、VEGF-A、嗜酸性粒细胞趋化因子、GRO-α、IL-8、IP-10、MCP-1、调节活化正常T细胞表达和分泌因子、SDF1-α、IFN-γ、IL-12p40、IL-4和/或DKK1中的至少一种作为物质组A的物质，其中所述物质从所述生物流体中消耗至超过所述溶液初始浓度的50％并且螯合在所述水凝胶中。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于在2型水凝胶中，选择物质FGF-2、TGFb1、EGF、HGF、PLGF、GM-CSF、IL-1β、IL-10、IL-6、TNF-α和/或骨硬化蛋白中的至少一种作为物质组B的物质，其中所述物质仅结合多达所述水凝胶中溶液初始浓度的50％或从其中释放。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于在3型水凝胶中，选择物质bNGF、PDGF-BB、VEGF-A、嗜酸性粒细胞趋化因子、GRO-α、IP-10、调节活化正常T细胞表达和...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢卡斯·席默尔，乌维·弗罗依登伯格，卡斯滕·韦纳尔，帕桑特·阿塔拉，
申请(专利权)人：德累斯顿协会莱布尼茨聚合物研究所，
类型：发明
国别省市：德国,DE