FR2516524A1 - Biomateriaux a base de nouveaux polymeres a biodegradabilite reglable a volonte et leurs procedes de preparation - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION EST RELATIVE A DES POLYMERES A BIODEGRADABILITE REGLABLE A VOLONTE, AINSI QU'A LEURS PROCEDES DE PREPARATION. CES POLYMERES SONT CARACTERISES EN CE QU'ILS SONT CONSTITUES D'OLIGOMERES BIFONCTIONNELS REUNIS PAR PONTAGE PYROPHOSPHATE, DE FORMULEI CI-APRES: (CF DESSIN DANS BOPI) OU: N2 OL REPRESENTE UN OLIGOMERE APPROPRIE Y ET Z REPRESENTENT LES DEUX FONCTIONS DE L'OLIGOMERE, LESQUELLES PEUVENT ETRE IDENTIQUES OU DIFFERENTES, ET QUI PEUVENT ETRE LES GROUPES OH, NH, NRH, R ETANT UN GROUPE ALKYLE SUBSTITUE OU NON, ETR REPRESENTE UN CATION, UN ATOME D'HYDROGENE OU UN GROUPE ALKYLE, ARYLE, ARALKYLE, SUBSTITUES OU NON. APPLICATION EN TANT QUE SUBSTITUTS DE LIQUIDES NATURELS DE L'ORGANISME.

Description

La présente invention est relative a des biomatériaux â base de nouveaux polymères a biodégradabilité réglable à volonté,ainsi qu'à leurs procédés de préparation et à leur application en tant que substituts de liquides naturels de l'organisme.

Le terme "biodégradabilité11 employé dans la pré- sente invention, est utilisé dans le sens le plus large, à savoir la faculté pour un polymère de pouvoir être hydro lysé, résorbé et éliminé dans un milieu biologique, et notamment au sein d'un organisme vivant.

Les besoins en substituts de liquides naturels de l'organisme (aussi bien humain qu'animal), comme le substitut du liquide céphalo-rachidien, le substitut de la lymphe et surtout les besoins en substituts de plasma sanguin croissent d'une année à l'autre.

Ces substituts ont un avantage immense par rapport au plasma humain naturel : ce dernier présente de grandes difficultés pour l'approvisionnement, il doit être conservé lyophilisé et dans des récipients en verre, et il est en outre très coûteux.

Pour servir de substitut de plasma sanguin, une solution aqueuse doit être isotonique et doit contenir n- viron 10 % de polymères hydrosolubles de masse moléculaire inférieure à 80 000 pour n'être pas trop visqueuse et suffi samment élevée toutefois pour ne pas diffuser dans l'orga- nisme à travers les parois des vaisseaux Sanguins. L'eau est alors retenue par le polymère qui compose le substitut à l'intérieur des vaisseaux sanguins, ce qui assure dans le système circulatoire, un volume de liquide suffisant pour obtenir une bonne et régulière circulation, et pour éviter le "dessmorçage" de la pompe cardiaque
Le polymère idéal doit être en outre non toxique, non antigénique, biodégradable et facilement éliminable, notamment par les reins.

Les meilleurs substituts actuellement connus, sont constitués de dextranes (polyoses naturels solubles et biodégradables) et des gU3atines modifiees. La rapidité de leur dégradation explique l'absence habituelle de réactions de défense antigénique yis-à-vis de ces polymères naturels étrangers. Cependant, leur tolérance n'est pas toujours parfaitement garantie et la qualité des produits utilisés varie malheureusement d'une source à l'autre. On a également proposé comme substitut du plasma sanguin, de la polyvinylpyrrolidone. Ce polymère synthétique qui est bien toléré en petite quantité et qui peut être préparé de manière identique, constante et reproductible, n'est pas biodégradable et n'est pas éliminable, et son accumulation dans l'organisme peut provoquer des troubles.

La présente invention s'est par conséquent donné pour but de pourvoir à des biomatériaux qui allient les avantages des polymères synthétiques et ceux des polymères naturels, à savoir la grande régularité de la qualité du produit synthétique et la biodégradabilité d'un produit naturel. Elle s'est donné en outre pour but de disposer de produits de qualité, ajustables et réglables à volonte, notamment en ce qui concerne la masse moléculaire et la vitesse de dégradation et/ou d'élimination.

La présente invention a pour objet des polymères à biodégradabilité réglable à volonté, caractérisés en ce qu'ils sont constitués d'oligomères bifonctionnels réunis par pontage, du type pyrophosphate, de formule I ci-après

où : n 2
OL représente un oligomère approprié Y et Z,représentent les deux fonctions de 1 'oligomère,lésquelles
peuvent être identiques ou différentes, et qui peuvent être les groupes OH, NH2, NR1H, R1 étant
un groupe alkyle substitué ou non, et
R représente un cation, un atome d'hydrogène ou
un groupe alkyle, aryle, aralkyle, substitués
ou non.

Suivant un mode de réalisation avantageux de l'ob- jet de l'invention, les oligomères OL formant le polymère sont identiques.

Suivant un autre mode de réalisation avantageux de l'objet de l'invention, les oligomères formant le polymère sont de nature différente.

En alliant les ponts pyrophosphate facilement hydrolysables (et en fixant à volonté le nombre de ces ponts), avec des oligomères choisis pour leurs qualités physiques, mécaniques, chimiques et physiologiques, la
Demanderesse a pu réaliser des polymères biodégradables de qualité exceptionnelle, satisfaisant à tous les critères exigibles des polymères utilisés dans un domaine aussi délicat qu'est le domaine mEdico-chirurgical.

En choisissant, de plus, des oligomères de masse moléculaire plus ou moins importante, on parvient à déterminer les caractéristiques et les propriétés physicochimiques et physiologiques des matériaux préparés.

Conformément à l'invention, les oligomères sont choisis de préférence dans le groupe des polyoxyéthylenes.

Les polyoxyéthylènes (POE) sont des oligomères synthétiques commerciaux solubles dans l'eau et déjà utilisés en médecine interne humaine, donc réputés non toxiques et disponibles en qualité pharmaceutique. Injectés dans le système sanguin, ils sont facilement éliminables par voie rénale lorsque leur masse moléculaire est suffisamment faible. La présente invention a retenu de préférence le POE de masse Mn 4000 + 500.

La présente invention a également pour objet un procédé de préparation des polymères à biodégradabilité réglable conformes à l'invention, caractérisé en ce qu'on fait réagir sur un olioomère bifonctionnel, un agent de phosphorylation, et en ce qu'on procède à la polycondensation.

Conformément à la présente invention, on fait réagir sur l'oligomère bifonctionnel, en quantites au moins stoechiométriques, le chloro-2-oxo-2-dioxaphospholane de de formule II ci-après :

pour obtenir le composé de formule III ci-dessous :

Le chloro-2-oxo-2-dioxaphospholane, qui est un excellent agent de phosphorylation, est obtenu, par exemple, suivant les indications du Brevet Français 2 193 023.

Ces réactions de phosphorylation peuvent être effectuées soit dans un milieu solvant si l'oligomere est soluble, soit en suspension, dans le cas oA l'oligomère n'est pas soluble.

Conformément à l'invention, l'agent de phosphorylation constitué par le chloro-2-oxo-2-dìoxaphospholane fixé sur les deux fonctions de l'oligomère OL, est transformé - avant de procéder à la polycondensation - en composé de formule IV

par traitements successifs avec le cyanure de sodium et avec une base (comme décrit par exemple dans le Brevet français 2 193 023 précédemment cité).

Le produit IV obtenu est traité ensuite par un acide fort en auantités stoechiometriques Pour obtenir V

que l'on traite par un agent de condensation (tel que dicyclohexylcarbodiimide, trichloroacétonitrile, dicetène), le groupement substituant éventuel R (tel que défini plus haut) étant alors éventuellement fixé par des doubles échanges classiques et habituels.

La présente invention a en outre pour objet l'utilisation des polymères conformes à la présente invention en tant que substituts des liquides naturels de l'organisme (humain ou animal), notamment du plasma, du liquide céphalorachidien, de la lymphe, en particulier.

Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la description qui va suivre.

La présente invention vise particulièrement les procédés de préparation de polymères à biodégradabilité variable et réglable à volonté, les polymères et les biomatériaux obtenus, ainsi que ies moyens propres à la mise en oeuvre de ces procedés, les procèdes d'ensemble et les chaînes de fabrication dans lesquels sont inclus les procédés conformes à la présente invention, de m.ême que les objets constitués par, ou contenant. les polymères conformes à la présente invention.

L'invention pourra Outre mieux comprise à l'aide du complément de decripLion qui va suivre, qui se réfère à des exemples de préparation et à des caractéristiques de polymères conformes à la présente invention.

I1 doit être bien entendu, toutefois, que les dif férents exemples et caracteristiques sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, mais n'en constituent en aucune manière une limitation.

EXEMPL 1 -- SYNTHESE DE POLYMERES ENCHAINES PAR DES PONTS
PYROPHOSPHATE - Synthese du chloro-2-oxo-2-dioxaphospholane
Cette synthèse est effectuée suivant les indica- tions du Journal of American Chemical Society, p. 5491 (1950).

- Synsthèse du dérivé cycloglycophosphate du polyoxy-
éthylène 4000
20 g de polyoxyétbylne 4000 sont solubilisés dans 100 ml de dichlorométhane anhydre (fraichement distillé sur CaCl2). On ajoute 3 ml de triéthylamine anhydre1 on refroidit ce mélange dans un ban de glace et on addi- tionne goutte-à-goutte, sous agitation, 1,1 ml (excès de 10 t) de chloro-2-oxo-2-dioxaphospholane, et on agite 3 heures à OOC. Le précipité de chlorhydrate de triéthylamine est filtré à froid (1,350 g). Le polymère en solution dans le dichlorométhane est précipité dans 2 litres d'éther anhydre. I1 est obtenu sous forme de poudre avec un rendement de 91 % (20 g), et séché à l'étuve sous vide.

- Synthèse du dérivé ss cyanoéthylé du Shosphate du poly-
oxyéthylène 4000
L'utilisation,pour cette synthèse, d'un excès de cyanure de sodium, donne naissance à un dégagement d'acide cyanhydrique, qu'il convient de détruire.

A 20 g de cycloglycophosphate du polyoxyéthylène 4000 dissous dans 100 ml de DMSO (distillé sur hydrure de calcium) ou de DMF, on ajoute un excès de cyanure de sodium (1,5 g) et on chauffe le mélange à 800C pendant 24 heures
On élimine le DMSO ou le DMF par évaporation sous vide, on solubilise le résidu par du dichlorométhane anhydre et on précipite le polymère dans l'éther. (On vérifie que le polymère ne contient plus les ions cyanure). Rende-ment : 85 % (17 g). Be polymère est séché à l'étuve sous vide.

- Synthèse du tétrasel de sodium du phosphate du POE 4000
A 16 g de dérivé ss cyanoéthylé du phosphate du polyoxyéthylène 4000 , on ajoute la quantité stoechiométrique de soude en milieu méthanolique. On agite le mélange à la température ambiante, pendant deux heures. On précipite ensuite le polymère dans l'éther et on le sèche dans l'étuve sous vide. Rendement : 30 % (14 g).

On contrôle le produit par dosage acidimétrique par retour : à 0,27873 g de tétrasel de sodium du phosphate du POE 4000, on ajoute un excès d'acide, soit 7 ml d'HCl 0,1N, et on dose par retour avec une solution de soude 0,02N.

Les pK du phosphate du POE 4000 (2,5 et 6,5) sont proches de ceux de l'acide phosphorique (2,1 ; 7,2 ; 12,4).

La masse théorique du produit obtenu est 4280, ce
3 qui correspond à un volume théorique de dosage de 65 cm
La courbe acidimétrique montre que la phosphorylation est totale.

Le spectre RMN de 31p donne un signal triplet à + 5,35 ppm. J = 4,6 Hz.

EXEMPLE 2 - SYNTHESE DE L'ACIDE LIBRE DU PHOSPHATE DU POE 4000
a) Methode par acidification a l'acide chlorhydrigue
Le tétrasel de sodium du phosphate du POE 4000 (5,4 g) est solubilisé dans de l'eau déminéralisée. On acidifie la solution par addition d'HCl 1N, on neutralise les deux premières basicités du phosphate du POE 4000 (5,5 ml PK 6,5), puis on rajoute la mtme quantité d'acide pour neutraliser les deux dernières basicités qui ne sont pas dosables (PK = 2,5) On évapore à sec. On dissout le polymère dans le dichiorométhane où le chlorure de sodium formé précipite (on vérifie que ce précipité ne contient pas de phosphore par le réactif molybdique et qu'il correspond à la quantité attendue, soit 0,3 g). On précipite le polymère obtenu dans l'éther et on le sèche à l'étuve.

Rendement : 87 t (4,6 g).

b) Méthode par échange d'ions
21,2 g de tétrasel de sodium du phosphate de
POE 4000 sont solubilisés dans 500 ml d'eau déminéralisée.

On y ajoute 110 g de résine échangeuse d'ions DOWEX 50 forme H+ (1,3 mEq/g de H+), et on agite 4 heures à température ordinaire.

Après filtration de la résine, on évapore lentement l'eau sous vide de trompe à eau en maintenant la solution à une température inférieure à 40 C.

L'eau résiduelle est éliminée par séchage sous vide poussé (0,1 mm Hg). Rendement : 17 g. Un dosage par la soude 0,01 N, puis par l'acide chlorhydrique 0,01 N en retour, montre que le polymère contient plus de 97 % de la quantité théorique de phosphore et que le produit se présente à plus de 95 % sous forme tétracide.

EXEMPLE 3 - POLYCONDENSATION
a) 7,5 g de tétracide préparé conformément à l'Exemple 2 b) sont dissous dans 100 ml de dichloroéthane.

On ajoute 0,30 ml de pyridine anhydre dans la solution (une mole de pyridine par groupe phosphate). On ajoute lentement une solution de 2 g de dicyclohexylcarbodiimide dans du dichloroéthane (2,5 moles par phosphate). On porte progressivement la température entre 70 et 800C en agitant. Au bout de deux heures, on refroidit la solution, on filtre la dicyclohexylurée précipitée, on précipite le polymère à l'éther, on l'isole et on le sèche sous vide. Rendement 5,3 g. Viscosimétrie : le polymère possède la viscosité d'un
POE monodisperse de Mn 34500 + 1000. I1 lui est donc attribué une masse viscosimétrique de 34500.

b) 20 g de tétracide prépare conformément à l'Exemple 2 b) sont dissous dans 250 ml de dichloroéthane. On ajoute 0,85 ml- de pyridine anhydre et on porte la solution à 600C, puis on ajoute goutte a goutte en 2 heures, 4,95 g de dicyclohexylcarbodiimide dissous dans 50 ml de dichloroéthane. A la fin de l'addition, la solution forme un gel qui est détruit par addition de 250 ml supplémentaires de dichloroéthane.

La solution est maintenue 20 heures au reflux du dichloroéthane. On refroidit ensuite la solution en évaporant sous vide une partie du solvant. La solution visqueuse obtenue est filtrée pour éliminer la dicyclohexylurée, et le polymère est précipité par addition d'éther.

Après lavage et séchage, on obtient 14 g de produit de masse viscosimétrique 50000 + 4000.

c) 3,2 g de tétracide préparé selon l'Exemple 2 a) sont dissous dans 75 ml de dichlorométhane. On ajoute à la solution 0,25 ml de pyridine anhydre et 6,25 g de dicyclo hexylcarbodiîmide. Après 40 heures de réaction à température ordinaire, on ajoute un peu d'eau pour précipiter la dicyclo hexylurée.

Après filtration, on précipite le polymère à l'éther.

Après séchage, on récupère 1,69 g de polymère de masse viscosimétrique 15000 + 1500.

La résonance magnétique nucléaire du 31p indique trois massifs principaux vers - 5,4 ppm, + 0,4 pppm et + 10,8 pppm; ce dernier particulièrement important, est caractéristique du groupement pyrophosphate.

TABLEAU I
HYDROLYSE DU POLYMERE SOUS FORME DISSOUTE IN VITRO
L'hydrolyse a été conduite à 800C dans le tampon de Michaelis, pH = 7,3, sur un échantillon de polycondensat de masse moléculaire 15000. Elle a été contrôlée par la mesure de masse.

<tb>

<SEP> Objet <SEP> Formule <SEP> Masse <SEP> molé- <SEP> liasse <SEP> molé
<tb> <SEP> culaire <SEP> culaire
<tb> <SEP> après
<tb> <SEP> 2 <SEP> -0-8-oln <SEP> 2 <SEP> jours
<tb> Poudre <SEP> ç <SEP> POE±-O-P-O-P-O <SEP> t <SEP> Mn=15000 <SEP> Mn <SEP> = <SEP> 5800
<tb> <SEP> çn
<tb>
I I I
I1 rrsulte de la description qui précède que quels que soient les modes de mise en oeuvre, de réalisation et d'application adoptés, l'on obtient des biomatériaux qui présentent par rapport aux biomatériaux visant au même but antérieurement connus,des avantages importants et notamment: - accessibilité par voie entièrement synthetique, - une biocompatibilité excellente, - une parfaite élimination par la voie rénale après hydro
lyse de ponts pyrophosphate.

Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre, de réalisation et d'application qui viennent d'etre décrits de façon plus explicite ; elle en embrasse au con traire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée, de la présente invention.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS

   10- Polymères à biodégradabilité réglable à volonté, caractérisés en ce qu'ils sont constitués d'oligomères bifonctionnels réunis par pontage pyrophosphate, de formule I ci-après

   

   où : n v 2

   OL représente un oligomêre approprié

   Y et Z représentent les deux fonctions de l'oligomère,

   lesquelles peuvent être identiques ou différentes,

   et qui peuvent être les groupes OH, NH2, NR1H, R1

   étant un groupe alkyle substitué ou non, et

   R représente un cation, un atome d'hydrogène ou un

   groupe alkyle, aryle, aralkyle, substitués ou non.

   20- Polymère selon la Revendiation 1, caractérisé en ce que les oligomères OL formant le polymère, sont identiques.

   30- Polymère selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les oligomeres formant le polymère, sont de nature différente.

   40- Polymère selon l'une quelconque des Revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les oligomères sont choisis dans le groupe des polyoxyethylenes.

   5 - Procédé de préparation des polymères selon les

   Revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on fait réagir sur un oligomère bifonctionnel, un agent de phosphorylation et en ce qu'on procède à la polycondensation.

   60- Procédé selon la Revendication 5, caractérisé en ce qu'on fait réagir sur l'oligomère bifonctionnel, en quantités au moins stoechiométriques, le chloro-2-oxo-2 dioxashospholane de formule II ci-après

   

   pour obtenir le composé de formule III ci-de.;.ous :

   

   7 - Procédé selon l'une quelconque des Revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'agent de phosphorylation constitué par le chloro-2-oxo-2-dioxaphospholane fixé sur les deux fonctions de ltoligomere OL, est transformé avant de procéder à la polycondensation - en composé de formule IV ci-après

   

   par traitement successifs avec le cyanure de sodium et avec une base.

   80- Procéde selon la Revendication 7, caractérisé en ce que le composé IN est traité ensuite par un acide fort en quantités stoechiométriques ou traité par échange d'ions pour obtenir V

   

   que l'on traite par un agent de condensation.

   90- Procédé selon la Revendication 8, caractérisé en ce que l'agent de condensation est choisi dans le groupe qui comprend le dicyclohexylcarbodiimide, le trichloroacétonitrile et le dicétène.

   100- Produits solubles obtenus à partir de polymères selon l'une quelconque des Revendications 1 à 4, utilisables comme biomatériaux, tels que substituts des liquides naturels de l'organisme (humain ou animal), notamment du plasma, du liquide céphalo-rachidien, de la lymphe, en particulier.