增强肿瘤治疗的含多肽治疗剂的可注射剪切稀化水凝胶的制作方法

本发明涉及包含生物活性剂的剪切稀化生物材料及其制备和使用方法。

背景技术：

1、剪切稀化水凝胶是一种非牛顿材料，其在剪切应力作用下表现为粘性流体，然后在应力消除后恢复固体样性质[1]。由于这些特性，可注射的剪切稀化生物材料(stb)作为一组自复原材料正在引起人们的注意，这些材料允许在接近最终应用部位后进行流畅的输注和局部平衡。在临床应用中，stb可以通过手动压力使用针或普通/微导管递送到体内[2-4]。为了优化临床应用，有必要根据特定的临床情况调节stb的物理性质。许多生理和临床参数影响制剂设计，包括但不限于(1)肿瘤周围ph(肿瘤的环境ph)(2)肿瘤细胞密度，(3)肿瘤的细胞外基质合成，(4)治疗持续时间，(5)肿瘤的侵袭性，(6)包括中心坏死病变形成的肿瘤生理学，(7)肿瘤的可及性，(8)药物溶解度，和(9)药物/试剂的亲水性。通过改变物理性质，可以为特定的临床应用合成定制的水凝胶，例如栓塞一定尺寸的血管、受控的药物释放和调控组织工程支架的刚度。

2、传统stb的物理性质可以通过几种碳基、聚合的和无机的纳米材料的组合来调控[5-8]。几种生物材料(例如明胶、透明质酸、壳聚糖、胶原蛋白和藻酸盐)以前已经与无机成分一起用于形成stb[14-17]。具体地，明胶限制了非特异性蛋白质的吸附，增强了溶血，并最终延长血凝时间，从而显示出显著改善的stb在体外的血液相容性[18]。此外，明胶在组织工程和再生医学中的应用已获得美国食品药品监督管理局(fda)的批准[19-21]。传统的stb是通过将明胶与合成的粘土纳米颗粒混合来制备的[18,22]，用于止血和血管内栓塞。这些stb表现出强烈的剪切稀化行为，以及从凝血到最小化炎症反应的生物相容性。其他人已经扩展了这项工作，以实现stb作为栓塞剂[23]、功能化支架[24,25]、3d生物链接[26]和药物递送系统[27]。然而，不幸的是，合成粘土纳米颗粒(例如laponite)是结晶的纳米颗粒，其尺寸、表面化学是不容易调整的。此外，需要对laponite在各种体内用途中的生物相容性进行进一步研究，这一事实使其在临床应用中的使用变得复杂。

3、由于上述原因，本领域需要新的剪切稀化材料及其制备和使用方法。

技术实现思路

1、如下文所讨论，我们使用硅酸盐纳米片(laponite xlg)和明胶基聚合物开发了装载有免疫检查点抑制剂(ici)的可注射的剪切稀化生物材料(stb)。可注射的stb是一类能够在注射过程中通过施加剪切应力来注射，并在消除应力后快速自复原的水凝胶。stb在生物医学领域引起了相当大的关注，特别是用于以微创方式递送药物和细胞以及用于血管内栓塞，因为它能够容易地穿过注射器来应用并在目标部位处经历快速的溶胶-凝胶转变。laponite(laponite xlg)是直径25纳米且厚度约1纳米的一种合成的片状硅酸盐纳米颗粒。laponite的表面带负电，而它们的切片带正电。这些独特的特性不仅使这种粘土形成具有剪切稀化性能的水凝胶，而且赋予了它们通过静电相互作用吸附药物来输送各种药物的潜力。在本文中，我们描述了一种策略，通过结合检查点阻断和血管内栓塞，利用含有laponite和明胶的可注射的stb来增强肿瘤治疗。如方案1所示(图4)，pd-1阻断抗体(抗pd-1)分子首先通过静电相互作用吸附在laponite表面，随后穿过注射器以stb的形式递送到肿瘤附近的脉管系统。抗pd-1从stb中释放出来，然后进入肿瘤内部。

2、本文中公开的发明具有许多实施方式。本发明的实施方式包括，例如，包含明胶、硅酸盐纳米颗粒和多肽的物质的组合物，多肽通常是治疗剂，例如免疫检查点抑制剂抗体(例如抗pd-1)。在这种组合物中，明胶、硅酸盐纳米颗粒和多肽的量被选择以形成剪切稀化水凝胶。在本发明的某些实施方式中，组合物包含约1％(w/w)至约5％(w/w)的明胶(例如，范围为约1％(w/w)至约2％(w/w)至约3％(w/w)至约4％(w/w)至约5％(w/w)的明胶)(换句话说，范围为前述数值中的任意两个之间)，以及约1％(w/w)至约5％(w/w)的硅酸盐纳米颗粒(例如，范围为约1％(w/w)至约2％(w/w)至约3％(w/w)至约4％(w/w)至约5％(w/w)的硅酸盐纳米颗粒)。在本发明的某些实施方式中，组合物包含约0.5％(w/w)至约85％(w/w)的明胶和硅酸盐纳米颗粒(例如，范围为约0.5％(w/w)至约1％(w/w)至约2％(w/w)至约5％(w/w)至约10％(w/w)至约25％(w/w)至约50％(w/w)至约75％(w/w)至约85％(w/w)的明胶和硅酸盐纳米颗粒)。在本发明的某些实施方式中，硅酸盐纳米颗粒与明胶的比例为约1.0至约0.1(例如，范围为约1.0至约0.9至约0.8至约0.7至约0.6至约0.5至约0.4至约0.3至约0.2至约0.1)。在某些实施方式中，明胶是甲基丙烯酸酯化的明胶(gelma)、丙烯酸酯化的明胶或硫醇化的明胶。在本发明的某些实施方式中，组合物包含约0.5％(w/w)至约99％(w/w)的水(例如，范围为约0.5％(w/w)至约1％(w/w)至约2％(w/w)至约5％(w/w)至约10％(w/w)至约25％(w/w)至约50％(w/w)至约75％(w/w)至约90％(w/w)至约95％(w/w)至约97.5％(w/w)至约99％(w/w)水)。在某些实施方式中，组合物包含约0.01％(w/w)至约20％(w/w)的多肽治疗剂(例如，范围为约0.01％(w/w)至约0.02％(w/w)至约0.5％(w/w)至约1％(w/w)至约2％(w/w)至约5％(w/w)至约10％(w/w)至约15％(w/w)至约20％(w/w)的多肽治疗剂)。在某些实施方式中，多肽治疗剂选自细胞因子、抗体、抗癌酶、肿瘤抗原和促凋亡蛋白或肽。某些实施方式中，多肽治疗剂选自il-2、il-12、ifn-γ、tnf-α、曲妥珠单抗、帕妥珠单抗、贝伐珠单抗、利妥昔单抗、阿替利珠单抗、德瓦鲁单抗、纳武单抗、半胱氨酸蛋白酶-3、重组酶(cre)、l-天冬酰胺酶、核糖核酸酶a(rnase a)、脱氧核糖核酸酶i(dnase i)、cgamp合酶、颗粒酶b、过氧化氢酶、ova、trp2、hpg 10025-33、p-ah1-a5、mage-a3、p53、细胞色素c、klaklakklaklakgg、pten和saporin(皂草素)。通常，这些组合物还包含选自以下组的药物赋形剂：防腐剂、张力调节剂、洗涤剂、粘度调节剂、糖和ph调节剂。在本发明的一些实施方式中，组合物还包含人癌细胞。本发明的组合物包括一种或多种多肽治疗剂或其它试剂。在本发明的说明性实施方式中，治疗剂是抗pd-1抗体。

3、在本发明的一些实施方式中，各组分的量使得当置于ph值为7.4的环境中时，在15天的时间内，少于10％或少于5％的试剂从稀化水凝胶中释放出来；并且当置于ph为5.0的环境中时，在15天的时间内，超过5％或超过10％从剪切稀化水凝胶中释放出来。本发明在某些实施方式中，剪切稀化水凝胶需要至少5牛顿但小于30牛顿的注射力以从2.4fr导管/1cc注射器挤出所述剪切稀化水凝胶。

4、本发明的另一个实施方式是制备本文公开的剪切稀化生物相容性组合物的方法，该组合物包括将球形二氧化硅纳米颗粒、明胶和小治疗分子(例如抗pd-1抗体)以及任选地药物赋形剂组合在一起，以形成剪切稀化生物相容性组合物。在这些方法的某些实施方式中，球形二氧化硅纳米颗粒的表面性质、球形二氧化硅纳米颗粒的中值直径、球形二氧化硅纳米颗粒的相对量；和/或明胶的相对量或类似物被选择，来调节或调控剪切稀化生物相容性组合物的多肽释放曲线或一种或多种流变性质。通过以这种方式调控本发明组合物的机械性能，本发明的实施方式可以被定制用于各种不同的临床应用。

5、本发明的另一个实施方式是将本文公开的剪切稀化生物相容性组合物递送至预选位置(例如，包含癌细胞的体内位置)的方法。典型地，这种方法包括将组合物置于具有第一端和第二端的容器(例如导管)中，该第一端包括开口；向容器的第二端施加力，其中该力足以使组合物液化；然后将组合物从容器中递送穿过开口并到达预选位置。在一些实施方式中，容器包括装载有组合物的注射器，该注射器被配置用于与针和/或导管流体连通。这些方法的实施方式包括使用本文中公开的剪切稀化生物相容性组合物来递送治疗多肽(例如抗体)的治疗方案。在某些实施方式中，本公开涉及治疗在有需要的受试者中的实体肿瘤的方法，包括给受试者施用治疗有效量的本文中公开的剪切稀化生物相容性组合物。在某些实施方式中，实体肿瘤选自血管肿瘤、脑肿瘤(例如，脑膜瘤或胶质母细胞瘤)、脊柱肿瘤、颈动脉体肿瘤、肝癌、肺癌、神经内分泌肿瘤、肾肿瘤、胰腺肿瘤或前列腺肿瘤。在某些实施方式中，实体肿瘤选自皮肤癌(例如，黑色素瘤、肥大细胞瘤、鳞状细胞癌或基底细胞肿瘤)、乳腺癌、肉瘤性肿瘤(例如，纤维肉瘤、平滑肌肉瘤、横纹肌肉瘤、骨肉瘤或软骨肉瘤)和淋巴瘤性肿瘤。在某些实施方式中，组合物被施用到需要治疗的局部区域。在某些实施方式中，组合物提供治疗有效量的多肽治疗剂到局部区域的持续释放。在某些实施方式中，局部区域是实体肿瘤。在某些实施方式中，组合物提供肿瘤栓塞和治疗有效量的多肽治疗剂对肿瘤的持续释放。

6、从下面的详细描述中，本发明的其他目的、特征和优点对于本领域技术人员来说将变得显而易见。然而，应当理解，详细描述(具体实施方式)和特定示例虽然指示了本发明的一些实施方式，但却是通过说明而非限制的方式给出的。在不脱离本发明的精神的情况下，可以在本发明范围内进行许多改变和修改，并且本发明包括所有这些改变和修改。