(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジェミナルビスホスホネート置換基が懸垂したポリウレタンを含み、前記ジェミナルビスホスホネート置換基は前記ポリウレタン骨格のウレタン窒素から懸垂しており、かつ前記ジェミナルビスホスホネート置換基は含硫黄置換基であることを特徴とするポリウレタン組成物。
【請求項２】
前記ジェミナルビスホスホネート置換基が下記構造式を有するか、または該構造のイオンもしくは塩である請求項１に記載のポリウレタン組成物。
【化１】
0004733888.tif 000017
［式中、
Ｒ１は有機基であり；
Ｘは、C1-C18アルキレン、C2-C18アルケニレン、C6-C18アリーレン、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキレン、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルケニレンおよび複素環基からなる群から選択され；
Ｙは、水素、水酸基、アミノ、C1-C18アルキル、C1-C18アルキルアミノ、C1-C18アルコキシ、C1-C18ハロアルキル、C1-C18チオアルキル、C2-C18アルケニル、C6-C18アリール、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキル、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルケニルおよび複素環化合物からなる群から選択される。］
【請求項３】
Ｒ１が、C2-C18アルキレン、C2-C18アミノアルキレン、C2-C18ヒドロキシアルキレン、C2-C18ハロアルキレン、C2-C18メルカプトアルキレン、C2-C18アルケニレン、C6-C18アリーレン、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルキレン、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルケニレンおよび複素環基からなる群から選択される請求項２に記載のポリウレタン組成物。
【請求項４】
Ｒ１がC2-C6アルキレンからなる群から選択される請求項３に記載のポリウレタン組成物。
【請求項５】
Ｒ１がC2-C4アルキレンからなる群から選択される請求項４に記載のポリウレタン組成物。
【請求項６】
ジェミナルビスホスホネート置換基が懸垂したポリウレタンを含み、前記ジェミナルビスホスホネート置換基は前記ポリウレタン骨格のウレタン窒素から懸垂しており、かつ前記ジェミナルビスホスホネート置換基は含窒素置換基であり、下記構造式を有するか、または該構造のイオンもしくは塩であることを特徴とするポリウレタン組成物。
【化２】
0004733888.tif 000018
［式中、
Ｒ１は有機基であり；
Ｘは、C1-C18アルキレン、C2-C18アルケニレン、C6-C18アリーレン、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキレン、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルケニレンおよび複素環基からなる群から選択され；
Ｙは、水素、水酸基、アミノ、C1-C18アルキル、C1-C18アルキルアミノ、C1-C18アルコキシ、C1-C18ハロアルキル、C1-C18チオアルキル、C2-C18アルケニル、C6-C18アリール、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキル、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルケニルおよび複素環化合物からなる群から選択される。］
【請求項７】
Ｒ１が、C2-C18アルキレン、C2-C18アミノアルキレン、C2-C18ヒドロキシアルキレン、C2-C18ハロアルキレン、C2-C18メルカプトアルキレン、C2-C18アルケニレン、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルキレン、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルケニレンならびにシクロアルキレン、アリーレンもしくは複素環基が中間に挿入された２個のアルキレン領域を有する基からなる群から選択される請求項６に記載のポリウレタン組成物。
【請求項８】
Ｒ１がC2-C6アルキレンからなる群から選択される請求項７に記載のポリウレタン組成物。
【請求項９】
Ｒ１がC2-C4アルキレンからなる群から選択される請求項８に記載のポリウレタン組成物。
【請求項１０】
前記ポリウレタンが、ポリウレタン1ｇ当たり少なくとも10ミクロモルのジェミナルビスホスホネート置換基を有する請求項１〜９のいずれかに記載のポリウレタン組成物。
【請求項１１】
前記ジェミナルビスホスホネート置換基が、前記ポリウレタン骨格の前記ウレタン窒素の少なくとも0.5〜40％から懸垂している請求項１〜１０のいずれかに記載のポリウレタン組成物。
【請求項１２】
前記ポリウレタンが、該ポリウレタンから懸垂している少なくとも２種の異なるジェミナルビスホスホネート置換基を有する請求項１〜１１のいずれかに記載のポリウレタン組成物。
【請求項１３】
前記ポリウレタンが、該ポリウレタンから懸垂したジェミナルビスホスホネート置換基およびカチオン性置換基の両方を有する請求項１〜１２のいずれかに記載のポリウレタン組成物。
【請求項１４】
前記カチオン性置換基がチオアルキルアミン部分を含む請求項１３に記載のポリウレタン組成物。
【請求項１５】
前記チオアルキルアミン部分が４級アミン部分を有する請求項１４に記載のポリウレタン組成物。
【請求項１６】
前記カチオン性置換基が下記構造式を有する請求項１５に記載のポリウレタン組成物。
【化３】
0004733888.tif 000019
［式中、
Ｒ１は有機基であり；
Ｘは、C1-C18アルキレン、C2-C18アルケニレン、C6-C18アリーレン、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキレン、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルケニレンおよび複素環基からなる群から選択され；
Ｎ１は-NH3、１級有機アミン部分、２級有機アミン部分および３級有機アミン部分からなる群から選択される。］
【請求項１７】
前記ポリウレタンが非ポリウレタン系ポリマーと混合されている請求項１〜１６のいずれかに記載のポリウレタン組成物。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれかに記載のポリウレタン組成物を含む埋込可能な機器。
【請求項１９】
請求項１〜１７のいずれかに記載のポリウレタン組成物を含むフォーム。
【請求項２０】
ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンの製造方法であって、
1,ω-ジブロモアルキル化合物をポリウレタンのウレタンアミノ部分とグラフトして、ω-ブロモアルキル置換ポリウレタンを形成する工程；および
ジェミナルビスホスホネートチオールを前記ω-ブロモアルキル置換ポリウレタンとグラフトして、前記ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンを形成する工程
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記1,ω-ジブロモアルキル化合物がC2-C6の1,ω-ジブロモアルキル化合物からなる群から選択される請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記1,ω-ジブロモアルキル化合物がC2-C4の1,ω-ジブロモアルキル化合物からなる群から選択される請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記方法を50℃より低い温度で実施する請求項２０〜２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
前記ポリウレタンを非プロトン性溶媒中で強塩基と接触させて、ポリアニオン性ポリウレタンを形成し；
前記1,ω-ジブロモアルキル化合物を前記ポリアニオン性ポリウレタンと接触させることで、
前記1,ω-ジブロモアルキル化合物を前記ポリウレタンの前記ウレタンアミノ部分とグラフトする請求項２０〜２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記ジェミナルビスホスホネートチオールが、下記構造式を有するか、または該構造のイオンもしくは塩である請求項２０〜２４のいずれかに記載の方法。
【化４】
0004733888.tif 000020
［式中、
Ｘは、C1-C18アルキレン、C2-C18アルケニレン、C6-C18アリーレン、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキレン、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルケニレンおよび複素環基からなる群から選択され；
Ｙは、水素、水酸基、アミノ、C1-C18アルキル、C1-C18アルキルアミノ、C1-C18アルコキシ、C1-C18ハロアルキル、C1-C18チオアルキル、C2-C18アルケニル、C6-C18アリール、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキル、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルケニルおよび複素環置換基からなる群から選択される。］
【請求項２６】
チオアルキルアミンを前記ω-ブロモアルキル置換ポリウレタンとグラフトする工程をさらに含む請求項２０〜２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記チオアルキルアミンが下記構造式を有する請求項２６に記載の方法。
HS-X-N(R2)3
［式中、
Ｘは、C1-C18アルキレン、C2-C18アルケニレン、C6-C18アリーレン、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキレン、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルケニレンおよび複素環基からなる群から選択され；
各Ｒ２は独立に、-HおよびC1-C4アルキルからなる群から選択される。］
【請求項２８】
ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンの製造方法であって、
ω-ブロモカルボン酸をポリウレタンのウレタンアミノ部分とグラフトして、ω-カルボキシアルキル置換ポリウレタンを形成する工程、および
ジェミナルビスホスホネートアミンを前記ω-カルボキシアルキル置換ポリウレタンとグラフトして、前記ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンを形成する工程
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２９】
前記ω-ブロモカルボン酸がC2-C6のω-ブロモカルボン酸からなる群から選択される請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記ω-ブロモカルボン酸がC2-C4のω-ブロモカルボン酸からなる群から選択される請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記方法を50℃より低い温度で実施する請求項２８〜３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
前記ポリウレタンを非プロトン性溶媒中で強塩基と接触させて、ポリアニオン性ポリウレタンを形成し；
前記ω-ブロモカルボン酸を前記ポリアニオン性ポリウレタンと接触させることで、
前記ω-ブロモカルボン酸を前記ポリウレタンの前記ウレタンアミノ部分とグラフトする請求項２８〜３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
前記ジェミナルビスホスホネートアミンが、下記構造式を有するか、または該構造のイオンもしくは塩である請求項２８〜３２のいずれかに記載の方法。
【化５】
0004733888.tif 000021
［式中、
Ｘは、C1-C18アルキレン、C2-C18アルケニレン、C6-C18アリーレン、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキレン、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルケニレンおよび複素環基からなる群から選択され；
Ｙは、水素、水酸基、アミノ、C1-C18アルキル、C1-C18アルキルアミノ、C1-C18アルコキシ、C1-C18ハロアルキル、C1-C18チオアルキル、C2-C18アルケニル、C6-C18アリール、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキル、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルケニルおよび複素環置換基からなる群から選択される。］
【請求項３４】
チオアルキルアミンを前記ω-カルボキシアルキル置換ポリウレタンとグラフトする工程をさらに含む請求項２８〜３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記チオアルキルアミンが下記構造式を有する請求項３４に記載の方法。
HS-X-N(R2)3
［式中、
Ｘは、C1-C18アルキレン、C2-C18アルケニレン、C6-C18アリーレン、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキレン、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルケニレンおよび複素環基からなる群から選択され；
各Ｒ２は独立に、-HおよびC1-C4アルキルからなる群から選択される。］
【請求項３６】
ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンの製造方法であって、
1,ω-ジブロモアルキル化合物をポリウレタンのウレタンアミノ部分とグラフトして、ω-ブロモアルキル置換ポリウレタンを形成する工程；
前記ω-ブロモアルキル置換ポリウレタンをω-チオカルボン酸と接触させて、ω-カルボキシル-チオアルキル置換ポリウレタンを形成する工程；ならびに
ジェミナルビスホスホネートアミンを前記ω-カルボキシル-チオアルキル置換ポリウレタンとグラフトして、前記ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンを形成する工程
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３７】
ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンの製造方法であって、
ブロモ-エポキシアルキル化合物をポリウレタンのウレタンアミノ部分とグラフトして、ブロモ-エポキシアルキル置換ポリウレタンを形成する工程；および
ジェミナルビスホスホネートチオールを前記ブロモ-エポキシアルキル置換ポリウレタンとグラフトして、前記ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンを形成する工程
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３８】
前記ブロモ-エポキシアルキル化合物がC3-C6のブロモ-エポキシアルキル化合物からなる群から選択される請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記ブロモ-エポキシアルキル化合物がC3およびC4のブロモ-エポキシアルキル化合物からなる群から選択される請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記方法を50℃より低い温度で実施する請求項３７〜３９のいずれかに記載の方法。
【請求項４１】
前記ポリウレタンを非プロトン性溶媒中で強塩基と接触させて、ポリアニオン性ポリウレタンを形成し；
前記ブロモ-エポキシアルキル化合物を前記ポリアニオン性ポリウレタンと接触させることで、
前記ブロモ-エポキシアルキル化合物を前記ポリウレタンの前記ウレタンアミノ部分とグラフトする請求項３７〜４０のいずれかに記載の方法。
【請求項４２】
チオアルキルアミンを前記ブロモ-エポキシアルキル置換ポリウレタンとグラフトする工程をさらに含む請求項３７〜４１のいずれかに記載の方法。
【請求項４３】
前記チオアルキルアミンが下記構造式を有する請求項４２に記載の方法。
HS-X-N(R2)3
［式中、
Ｘは、C1-C18アルキレン、C2-C18アルケニレン、C6-C18アリーレン、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキレン、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルケニレンおよび複素環基からなる群から選択され；
各Ｒ２は独立に、-HおよびC1-C4アルキルからなる群から選択される。］
【請求項４４】
ポリウレタン誘導体の製造方法であって、非プロトン性溶媒および強塩基存在下で、２官能性リンカー試薬とポリウレタンを接触させて、活性化ポリウレタン誘導体を形成する工程を含み、前記２官能性リンカー試薬が臭素置換基および第２の官能基を有し、かつジブロモアルキル化合物、ブロモ-カルボキシアルキル化合物およびブロモ-エポキシアルキル化合物からなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項４５】
前記２官能性リンカー試薬が1,6-ジブロモヘキサンである請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記２官能性リンカー試薬が1,4-ジブロモブタンである請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記２官能性リンカー試薬が、ω-ブロモブタン酸、ω-ブロモヘキサン酸およびω-ブロモウンデカン酸からなる群から選択される請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記２官能性リンカー試薬がブロモアルキルオキシラン化合物である請求項４４に記載の方法。
【請求項４９】
前記第２の官能基がジェミナルビスホスホネート基である請求項４４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明の分野は、石灰化耐性、血栓形成耐性および劣化耐性のポリウレタンなど、in vivoおよびin vitroでの用途向けの改良されたポリウレタン組成物である。
【０００２】
発明の背景
ポリウレタンは、ジイソシアネートを、ジオールと、異なった構造を有する２種類以上のジオールと、またはジオールおよびジアミンの両方と縮合させることで製造することができるポリマーである。例えばポリウレタンは、図１Ａおよび図１Ｂに示した方法に従って製造することができる。図１Ａでは、ジイソシアネート（OCN-A-CNO）をジオール（HO-X-OH）と反応させてポリウレタンを形成する。ジイソシアネートおよびジオールに相当する末端基の割合は、所望の末端基を過剰に用いることで制御可能であることは明らかである。例えば図１Ａにおける反応を過剰のジイソシアネート存在下に実施する場合、得られるポリウレタンは各末端にイソシアネート（-NCO）基を有することになる。
【０００３】
それらを形成するのに使用される反応生成物の構造に応じて、ポリウレタンはエラストマーとして、または剛性で硬い熱硬化性樹脂として挙動し得る。図１Ａに示したジイソシアネートが、例えば下記の構造
【化６】
0004733888.tif 000002
を有する4,4'-メチレンビス（フェニルイソシアネート）である場合、図１Ａで「HS」（すなわち「硬部分」）と称している領域は比較的不撓性となる。図１Ａに示したジオールが例えばポリテトラメチレンオキサイド（すなわち、HO-(CH2CH2CH2CH2O)k-H；ｋは約10〜30である）である場合、「SS」（すなわち「軟部分」）と称される領域は比較的可撓性となる。ポリウレタンに所望の特性（例：可撓性、エラストマー性など）を与える硬部分および軟部分を有するポリウレタンを生じるポリウレタン前駆体を選択する方法は、当業界で公知である。
【０００４】
図１Ｂに示したように、セグメントポリウレタンの製造方法も当業界では公知である。これらの方法では、１種類以上のポリウレタン前駆体（OCN-P-NCO）を、鎖延長(chain extending)化合物（HZ-Y-ZH）と反応させて、セグメントポリウレタンを得る。当業界で公知のように、異なる種類のポリウレタン前駆体の割合、末端基および鎖延長剤(chain extender)となる物質を変えることで、セグメントポリマー中のポリウレタン部分の組成を制御することができる。
【０００５】
医療用セグメントポリウレタンは通常、図１Ａおよび１Ｂに示した方法に従い、分子量約1000〜3000のポリマージオール（例：ポリエーテル−ウレタン用のポリテトラメチレンオキサイドまたはポリカーボネート−ウレタン用のポリカーボネートジオール）とジイソシアネートを縮合させてポリウレタン前駆体を形成し、それを次にほぼ等量の鎖延長剤（例：1,4-ブタンジオールなどのジオールまたはジアミノシクロヘキサン異性体混合物などのジアミン）と反応させることで製造される。
【０００６】
ポリウレタンは、バルクポリマー、コーティング、填材およびフィルムを形成するのに用いることができる。それは硬化してからも容易に機械加工可能である。ポリウレタンはその特性のゆえに、医療目的および非医療目的に有用であり、少なくとも20世紀初頭以降、そのような目的において有用なものとなってきた。しかしながらこれまでのところ、血流その他の生物学的液体と接触して、石灰化を起こし、血栓形成を誘発し、および／または化学的および物理的に劣化するというポリウレタンの傾向のため、ポリウレタンの医療用途には制限があった。ポリウレタンの劣化は、少なくとも部分的に、ポリウレタン分子のブロック共重合体構造の化学的破壊によって生じるものと考えられている。
【０００７】
ポリウレタンの安定性を向上させるための先行技術の方法は、主として以下の２つのアプローチに基づくものであった。一方のアプローチでは、置換基が付加していても良い基を有する鎖延長化合物のポリウレタン骨格への組み込みを行う。例えば文献記載のように（Mikroyannidis, 1984, J. Polymer Sci., Polymer Chem. Ed. 22: 891-903）、ジヒドロキシ化合物である1,2-ジヒドロキシ-1,2-ビス（ジエトキシホスフィニル）エタンとジイソシアネートの縮合によって、燃焼性が低く、ポリマー骨格に結合したエステル化ホスホン酸基を有するポリウレタンが得られる。このポリマーは、1,4-ブタンジオールなどの標準的な鎖延長剤と比較してジヒドロキシ鎖延長化合物の反応性が低いために、生体医学用途で使用する場合には欠点を有する可能性がある。そのように、この方法で修飾したポリマーの分子量および物理特性のために、それを医療用途に用いることができない場合がある。
【０００８】
4級アンモニウム基およびホスホリルコリン基を有する鎖延長化合物が、医療用ポリウレタンの製造に用いられてきた（Baumgartner et al., 1996, ASAIO J. 42: M476-M479）。しかしながら、恐らくはホスホン酸水酸基がイソシアネートと反応する能力を有するために、そのような基を有する1,2-ジオールを用いて、ポリウレタンに非エステル化ホスホン酸基を挿入することはできないように思われる。同時に、ポリマー骨格に結合したホスホン酸エステルの開裂によって、ウレタン結合の同時開裂が生じるものと考えられる。
【０００９】
ポリウレタンを安定化させる第2のアプローチは、ポリウレタン鎖のウレタンアミン基のN-アルキル化に基づいたものである。強塩基存在下にポリウレタンをアルキル化剤と接触させることで、鎖のウレタンアミン基のアルキル化が生じて、さらに置換されたアミン基が生じる。強塩基は、ウレタン窒素からプロトンを引き抜く作用を有するものと考えられる。0℃をあまり超えない温度での水素化ナトリウムによる中等度のメタレーションはポリマー劣化をほとんど誘発しないことが示されている（Adibi et al., 1979, Polymer 20: 483-487）。ポリアニオンは、ジメチルホルムアミドおよびN,N-ジメチルアセトアミド（DMA）などの非プロトン性溶媒に可溶性のままである。
【００１０】
医療用ポリウレタンに対するこのN-アルキル化方法の第1の用途では、ヨウ化アルキルを用いてポリマー骨格にC2-C18アルキル鎖を結合させる水素化ナトリウム活性化ポリマーのN-アルキル化を行っている（Grasel et al., 1987, J. Biomed. Mat. Res. 21: 815-842）。そのようなアルキル鎖のポリウレタンへの付加によって、ポリマーの血液適合性が向上するものと考えられている。グラセルら（Grasel et al.）は、-5℃から0℃の温度で水素化ナトリウムによってポリウレタンを前処理し、活性化ポリマーのヨウ化アルキルとの反応を約50℃の温度で行っている。この温度では、ポリマー鎖の分解が起こる可能性がある。そのような方法をさらに発展させることで、水素化ナトリウムを用いてポリウレタン鎖を活性させ、4-ヨード酪酸または1,3-プロパンスルトンのナトリウム塩を用いて鎖をアルキル化することによって、3-カルボキシプロピル基および3-スルホノプロピル基でポリマー鎖を置換することが可能となった。3-カルボキシプロピル修飾ポリマーの製造は、4-ヨード酪酸ナトリウムのDMA中での溶解度が比較的低いために複雑なものとなっていた。この方法の別の欠点は、4-ヨード酪酸およびヨウ化アルキルが概して高価であり、保存安定性が不十分であるという点である。
【００１１】
そこで、先行技術のポリウレタンが示す用途限定効果を示さない改良されたポリウレタン組成物の製造方法が必要とされている。本発明は、血栓形成性が低く、石灰化が少なく、化学的および物理的劣化に対する耐性が高いポリウレタン組成物を提供することで、このニーズを満足するものである。
【００１２】
発明の概要
本発明は、ジェミナルビスホスホネート置換基（例えば、ポリウレタン骨格のウレタン窒素から懸垂）が懸垂したポリウレタンを含むポリウレタン組成物に関する。ジェミナルビスホスホネート置換基は例えば、含硫黄置換基または含窒素置換基であることができる。ジェミナルビスホスホネートの例には、下記構造式
【化７】
0004733888.tif 000003
または下記構造式
【化８】
0004733888.tif 000004
を有する部分、またはそれらのいずれかのイオンもしくは塩などがあり、上記式中、
Ｒ１は有機基であり；
Ｘは、C1-C18アルキレン、C1-C18アルケニレン、C1-C18アリーレン、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキレン、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルケニレンおよび複素環基からなる群から選択され；
Ｙは、水素、水酸基、アミノ、C1-C18アルキル、C1-C18アルキルアミノ、C1-C18アルコキシ、C1-C18ハロアルキル、C1-C18チオアルキル、C1-C18アルケニル、C1-C18アリール、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキル、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルケニルおよび複素環化合物からなる群から選択される。
【００１３】
Ｒ１は例えば、C2-C18アルキル（好ましくはC2-C6アルキルまたはC2-C4アルキル）、C2-C18アルキルアミノ、C2-C18アルコキシ、C2-C18ハロアルキル、C2-C18チオアルキル、C2-C18アルケニル、C2-C18アリール、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルキル、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC2-C18アルケニルおよび複素環化合物からなる群から選択することができる。
【００１４】
１態様においてポリウレタンは、ポリウレタン1ｇ当たり少なくとも約10ミクロモルのジェミナルビスホスホネート置換基を有する。例えばジェミナルビスホスホネート置換基がポリウレタン骨格のウレタン窒素の少なくとも約0.5〜40％から懸垂しているポリウレタンなどがある。
【００１５】
ポリウレタンが、それから懸垂している少なくとも２種類の異なるジェミナルビスホスホネート置換基を有するポリウレタン組成物も本発明に含まれる。
【００１６】
本発明の別のポリウレタン組成物ではポリウレタンは、それから懸垂したジェミナルビスホスホネート置換基およびカチオン性置換基（例：チオアルキルアミン部分）の両方を有する。カチオン性置換基がチオアルキルアミン部分である場合、それは例えば、４級アミン部分、または下記構造式
【化９】
0004733888.tif 000005
[式中、Ｒ１は有機基であり；
Ｘは、C1-C18アルキレン、C1-C18アルケニレン、C1-C18アリーレン、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキレン、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルケニレンおよび複素環基からなる群から選択され；
Ｎ１は-NH3、１級有機アミン部分、２級有機アミン部分および３級有機アミン部分からなる群から選択される。]
を有する部分であることができる。
【００１７】
本発明はさらに、ポリウレタンが非ポリウレタン系ポリマーと混合された本明細書に記載のポリウレタン組成物、ならびに本明細書に記載のポリウレタン組成物を含むフォームまたは埋込可能な機器を含むものである。
【００１８】
別の態様において本発明は、ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンの製造方法に関するものである。この方法は、
ｉ）1,ω-ジブロモアルキル化合物（例：C2-C6の1,ω-ジブロモアルキル化合物）をポリウレタンのウレタンアミノ部分とグラフトして、ω-ブロモアルキル置換ポリウレタンを形成する工程、および
ｉｉ）ジェミナルビスホスホネートチオールをω-ブロモアルキル置換ポリウレタンとグラフトして、ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンを形成する工程を含む。この合成方法の利点の一つは、約40℃より低い温度で、妥当な速度にてそれを行うことが可能であるという点である。その方法には変更を加えて、チオアルキルアミンをω-ブロモアルキル置換ポリウレタンとグラフトして、骨格からジェミナルビスホスホネート置換基およびカチオン性置換基の両方が懸垂した誘導体化ポリウレタンを得る工程をさらに含むようにすることができる。
【００１９】
ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンの別の製造方法は、
ｉ）ω-ブロモカルボン酸（例：C2-C6のω-ブロモカルボン酸）をポリウレタンのウレタンアミノ部分とグラフトして、ω-カルボキシアルキル置換ポリウレタンを形成する工程、および
ｉｉ）ジェミナルビスホスホネートアミンをω-カルボキシアルキル置換ポリウレタンとグラフトして、ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンを形成する工程を含む。この方法も約40℃より低い温度で行うことができ、前段落に記載の方法と同様に変更を加えて、チオアルキルアミンをω-カルボキシアルキル置換ポリウレタンとグラフトして、骨格からジェミナルビスホスホネート置換基およびカチオン性置換基の両方が懸垂した誘導体化ポリウレタンを得る工程をさらに含むようにすることができる。
【００２０】
ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンの混合型の製造方法では、
ｉ）1,ω-ジブロモアルキル化合物をポリウレタンのウレタンアミノ部分とグラフトして、ω-ブロモアルキル置換ポリウレタンを形成し；
ｉｉ）ω-ブロモアルキル置換ポリウレタンをω-チオカルボン酸と接触させて、ω-カルボキシル-チオアルキル置換ポリウレタンを形成し；
ｉｉｉ）ω-カルボキシル-チオアルキル置換ポリウレタンをジェミナルビスホスホネートアミンとグラフトして、ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンを形成する。
【００２１】
本発明には、ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンのさらに別の製造方法が含まれる。その方法は、
ｉ）ブロモ-エポキシアルキル化合物（例：C3-C6のブロモ-エポキシアルキル化合物）をポリウレタンのウレタンアミノ部分とグラフトして、ブロモ-エポキシアルキル置換ポリウレタンを形成する工程、および
ｉｉ）ジェミナルビスホスホネートチオールをブロモ-エポキシアルキル置換ポリウレタンとグラフトして、ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンを形成する工程を含む。上記の方法と同様に、この合成方法は、約40℃より低い温度で、妥当な速度にて行うことができ、変更を加えて、チオアルキルアミンをブロモ-エポキシアルキル置換ポリウレタンとグラフトして、骨格からジェミナルビスホスホネート置換基およびカチオン性置換基の両方が懸垂した誘導体化ポリウレタンを得る工程をさらに含むようにすることができる。
【００２２】
さらに別の態様において本発明は、ポリウレタン誘導体の製造方法に関する。この方法は、非プロトン性溶媒および強塩基存在下に、２官能性リンカー試薬とポリウレタンを接触させて、活性化ポリウレタン誘導体を形成する工程を含む。２官能性リンカー試薬は臭素置換基および第２の官能基を有しており、例えばジブロモアルキル化合物、ブロモ-カルボキシアルキル化合物およびブロモ-エポキシアルキル化合物からなる群から選択することができる。そのような２官能性リンカー試薬の例としては、1,6-ジブロモヘキサン、1,4-ジブロモブタン、ω-ブロモブタン酸、ω-ブロモヘキサン酸、ω-ブロモウンデカン酸およびブロモアルキルオキシラン化合物などがある。第２の官能基は例えば、ジェミナルビスホスホネート基であることができる。
【００２３】
図面の簡単な説明
上記の概要ならびに本発明の好ましい実施形態についての下記の詳細な説明に関しては、添付の図面を参照して読むことで理解を深めることができよう。本発明を説明することを目的として、図面においては、現在好ましい実施形態を示してある。しかしながら理解しておくべき点として、本発明は、示した詳細な手はずや手法に限定されるものではない。
【００２４】
なお、各図の説明については下記参照。
【００２５】
発明の説明
本発明は、例えば抗石灰化(anti-calcification)剤、抗凝血剤および安定剤を用いるさらなる誘導体化を受けることができるポリウレタン誘導体の、新規な低温（すなわち、40℃未満、30℃未満、15℃未満および好ましくは5℃未満であるが、好ましくは-20℃以上）での製造方法の発見に基づいたものである。この方法は、高いパーセント（すなわち、ポリウレタン鎖のウレタンアミン基の少なくとも約1％、好ましくは少なくとも約2％）を修飾可能であるという利点、ならびに反応混合物時の温度を低音に維持してポリウレタン鎖の著しい劣化を回避できるという利点を有する。さらに、本発明の方法で使用される誘導体化試薬は、複数の官能基を有するように選択して、別の誘導体化試薬と反応可能な官能基（例：臭素基またはカルボキシル基）を有するポリウレタン誘導体を形成できるようにすることができる。それによって、医療用途に用いた場合に、示される石灰化、血栓形成ならびに物理的および化学的劣化の程度が低い特殊なポリウレタン誘導体の製造が容易になる。
【００２６】
そこで本発明には、改良されたポリウレタン誘導体の製造方法、そのような方法を用いて製造されるポリウレタン、そのような誘導体を含む機器(device)、ならびに本明細書に記載の特定の誘導体化ポリウレタン(derivatized polyurethane)が含まれる。
【００２７】
定義
本明細書で使用する場合、以下の各用語は本節においてそれに関連する意味を有する。
【００２８】
「一つの」という冠詞は本明細書では、一つまたは複数の(即ち、少なくとも一つの)その冠詞の文法上の目的語を指すのに用いられる。例えば「一つの要素」とは、一つの要素または複数の要素を意味する。
【００２９】
「ポリウレタン」とは、ポリマー骨格にウレタン基を有する繰り返し単位を有するポリマーである。そのようなポリマーには例えば、ポリウレタンホモポリマー、少なくとも１個のポリウレタンブロックを有するブロックコポリマー、ならびにそのようなホモポリマーおよびブロックコポリマーを含むポリマーブレンドなどがある。
【００３０】
「ウレタン基」とは、ポリマー骨格の一部であって、下記式の構造を有する化学構造である。この場合の波線は骨格の残りの部分を表す。
【化１０】
0004733888.tif 000006
【００３１】
ポリマーの「骨格」とは、ポリマーの繰り返し単位を互いに連結する原子および原子間の化学結合の集合体である。
【００３２】
化学置換基は、それがポリマーのモノマー単位の原子に結合している場合、ポリマー骨格から「懸垂(pendant)」している。
【００３３】
「安定剤」は、ポリウレタン骨格から懸垂している場合またはポリウレタンを含む組成物に添加された場合に、その薬剤を含まない同様のポリウレタンまたは組成物と比較して、ポリウレタンの以下の特性の少なくとも一つを低下させる化合物である。
【００３４】
・ポリウレタンがin vivoで石灰化する傾向、
・ポリウレタンが、ヒト血液と接触すると血栓形成を誘発する傾向、
・ポリウレタンが化学的に劣化する傾向、
・ポリウレタンが物理的に劣化する傾向。
【００３５】
「ジェミナルビスホスホネート」化合物とは、2個のリン酸基を有し、それらの個々のリン原子を介してその化合物の単一の炭素原子に結合している２個のリン酸基を有する化合物である。
【００３６】
「ヘパリン」とは、特に硫酸ヘパリンなどの公知の種類の硫酸化グリコサミノグリカン類である。
【００３７】
「酸化防止剤」とは、ポリウレタンに付加した場合に、ポリウレタンに対する酸化損傷を阻害または低減する化合物（例：ビタミンＥ）である。
【００３８】
ポリマーに共有結合的に結合している場合、その組成物はポリマーに「グラフト」されている。
【００３９】
「埋込可能な(implantable)」機器とは、ヒトなどの動物の組織への永久的もしくは一時的挿入あるいは用途に適合させた機器である。
【００４０】
「フォーム」とは、それの塊の中に気体充填または液体充填した小胞を有するポリマー組成物である。本明細書で使用される場合、フォームには、小胞およびフォーム外部の間に通路が存在する「開小胞」フォームならびに小胞の一部もしくは全体が他の全ての小胞およびフォーム外部から隔離されている「閉小胞」フォームの両方が含まれる。
【００４１】
説明
さらなる誘導体化を受けることができるポリウレタン誘導体の本発明の製造方法は、非プロトン性溶媒および強塩基存在下に、ポリウレタンを多官能性リンカー試薬と接触させてポリウレタン誘導体を形成する工程を有する。リンカーには、二官能性リンカー（例：実施例において本明細書に記載のリンカーのいずれかの場合のような）、三官能性リンカー、四官能性リンカーなどがあり得る。この誘導体はさらなる誘導体化を受けることができるので、本明細書においては以後、「活性化」ポリウレタン誘導体と称する。それは、多官能性リンカー試薬が臭素置換基および少なくとも第２の官能基を有するためである。別の基（例：ジェミナルビスホスホネート化合物、ヘパリン類または酸化防止剤）を、上記第２の官能基とその基を反応させることで、ポリマーに付加させることができる。
【００４２】
多官能性リンカーの臭素置換基は、50℃未満、40℃未満、30℃未満、15℃未満またはさらに5℃未満の温度で非プロトン性溶媒中、強塩基存在下にポリウレタンを維持することによって得られるポリアニオン性ポリウレタンとの反応性が驚くほど高いことが認められた（特に、多官能性リンカーが1,ω-ジブロモアルキル化合物である場合）。
【００４３】
少なくとも１個の臭素置換基および少なくとも１個の他の官能基（それは例えば、別の臭素置換基、カルボキシル置換基、スルホン酸エステル置換基などであることができる）を持たなければならない以外、多官能性リンカーの化学構造はあまり重要ではない。多官能性リンカーは好ましくは有機化合物であり、臭素置換基および第２の官能基は好ましくは、リンカーの異なる炭素原子に結合している。多官能性リンカーは、下記一般式によって表すことができる：
Br-RL-(FG)n
[式中、
Ｂｒは臭素であり；
ｎは1-3またはそれ以上の整数であり（好ましくは1-3の整数）；
各ＦＧは独立に、ハロゲン（必ずしもＢｒではない）、カルボキシル基、スルホン酸エステル基（例：メシレート置換基｛CH3SO2O-｝、トリフレート置換基｛CF3SO2O-｝またはトシレート置換基）またはエポキシ環（例：オキシラン環）などの官能基であり；
ＲＬは、少なくとも１個の炭素原子を有する(n+1）価の有機基である。]。
【００４４】
ＲＬは例えば、C1-C18の直鎖または分岐のアルキレン基（例：メチレン、エチレン、ヘキシレン、-(CH2)10-など）、シクロアルカン基を有する２以上のアルキレン領域を有する化合物、シクロアリール基、またはそれらの間に挿入された複素環基であってもよい。ＦＧがハロゲンまたはスルホン酸エステル基である場合、それが結合し得る炭素原子は好ましくは脂肪族炭素である。しかしながら、ＦＧがエポキシ環である場合、それが結合している炭素原子は、脂肪族、不飽和または芳香族であることができる。１実施形態において、ＲＬはメチレン基であり、ｎは１であり、ＦＧはエポキシド環である（すなわち、リンカーは下記の構造を有するエピブロモヒドリンである）。
【化１１】
0004733888.tif 000007
【００４５】
本発明の方法の好ましい実施形態では、多官能性リンカー試薬はジブロモアルキル化合物、ブロモ-カルボキシアルキル化合物またはブロモ-エポキシアルキル化合物である。特に好ましいジブロモアルキル化合物には、1,6-ジブロモヘキサン（例：実施例１に例示したもの）、1,4-ジブロモブタン（例：実施例１４に例示したもの）および置換1,ω-ジブロモアルキル化合物のような1,ω-ジブロモアルキル化合物などがある。特に好ましいブロモ-カルボキシアルキル化合物には、ω-ブロモヘキサン酸およびω-ブロモウンデカン酸（例：実施例２に例示したもの）および置換ω-ブロモカルボン酸のようなω-ブロモカルボン酸などがある。特に好ましいブロモ-エポキシアルキル化合物には、エピブロモヒドリン（例：実施例３に例示したもの）のようなブロモ-オキシランアルキル化合物などがある。
【００４６】
比較的短いアルキル鎖長を有するジブロモアルキル化合物（例：ジブロモ-C2、-C3、-C4、-C5および-C6化合物）ならびに恐らくは比較的短いアルキル鎖長を有するブロモ-カルボキシアルキル化合物およびブロモ-エポキシアルキル化合物が、ウレタンアニオン部分と比較的高い反応性を示し得ることが認められている。反応性が高められたことにより、強さのやや低い塩基（例：リチウムtert-ブトキシド）を用いることができ、ポリウレタンの塩基媒介による劣化を低減できるという利点がある。
【００４７】
別の好ましい実施形態では、少なくとも１個の官能基がスルホン酸エステルである。従ってこの実施形態では、多官能性リンカー試薬は、例えばω-ブロモアルキル メシレート（すなわち、CH3SO2O(CH2)qBr；ｑは１以上の整数である）、ω-ブロモアルキル トリフレート（すなわち、CF3SO2O(CH2)qBr）およびω-ブロモアルキル トシレートなどのω-ブロモアルキル スルホン酸エステルであってもよい。
【００４８】
本発明の方法に従って誘導体化されるポリウレタンは実質的に、骨格に少なくとも１個のウレタン窒素を有するポリウレタンであることができる。
【００４９】
非プロトン性溶媒は、実質的にいかなる非プロトン性溶媒であっても良い。N,N-ジメチルアセトアミドの使用を本明細書では例示しているが、例えばN,N-ジメチルホルムアミド、1-メチル-2-ピロリジノン、テトラヒドロフラン、ジオキサンおよびジメチルスルホキシド（DMSO）などの非常に多様な他の非プロトン性溶媒を代わりに用いることができる。
【００５０】
強塩基も同様に、使用される非プロトン性溶媒に可溶であれば実質的にいかなる強塩基であっても良い。強塩基の例としては、水素化ナトリウム、リチウムジイソプロピルアミド、ナトリウムもしくはカリウムtert-ブトキシド、ジムシル（dimsyl）ナトリウム、水素化リチウム、ナトリウムアミド、リチウムN,N-ジシクロヘキシルアミドおよび他のリチウムN,N-ジアルキルアミド類などがある。塩基の対イオンが多官能性リンカー、誘導体化ポリウレタンまたはその両方に対して与え得る効果を考慮することが重要である。リンカーのポリウレタンとの反応が複雑化すると考えられることから、多官能性リンカーが溶液から沈殿しないようにすることが重要である。同様に、誘導体化ポリマー(derivatized polymer)を溶液状態のままとすることが望ましい場合、その誘導体化ポリマーを沈殿させると考えられる対イオンを持たない塩基を選択しなければならない。例えば、多官能性リンカーが１以上のカルボキシル基および数個のメチレン基を有する場合、ナトリウム対イオンを有する強塩基を避けることが好ましい場合がある。リチウム対イオンを有する同様の塩基が好ましい場合がある。上記のように、ポリウレタンアニオン性部分と比較的高い反応性を有する多官能性リンカーを用いる場合、塩基の強さは、比較的低い反応性を有する多官能性リンカーを用いる場合より低いものとすることができる。そこで例えば、リンカーが1,6-ジブロモヘキサンである場合にはリチウムジイソプロピルアミドなどの塩基を用いることが好ましく、リンカーがより反応性の高いもの（例；1,4-ジブロモブタン）である場合には、比較的強さの低い塩基（例：リチウムtert-ブトキシド）を用いることが好ましい。
【００５１】
次に、特定の３種類の多官能性リンカー（すなわち、1,ω-ジブロモアルキル化合物、ω-ブロモカルボン酸およびブロモ-エポキシアルキル化合物）に関して本発明の方法をさらに詳細に説明することで、本発明者らが発明と見なすものについてさらに詳細に説明する。本発明の方法が、例示される特定のリンカーに限定されるものではないことは明らかである。
【００５２】
ω-ブロモアルキル化ポリウレタンの合成
図２に例として示した本発明によれば、ポリウレタンを非プロトン性溶媒に溶解または懸濁させ、強塩基で処理して、ポリウレタン骨格の１以上のウレタンアミノ部分からプロトンを引き抜く。この処理によって、ポリウレタン骨格はポリアニオン性となる。ポリウレタン骨格のイオン化窒素原子の求核性がこれによって高められると考えられる。
【００５３】
1,ω-ジブロモアルカンなどの過剰の1,ω-ジブロモアルキル化合物とポリアニオン性ポリウレタンとを組み合わせることで、ポリウレタン骨格の窒素原子へのω-ブロモアルキル基の結合が生じる。1,ω-ジブロモアルキル化合物のポリウレタンアニオン基との反応性が高められる場合には（例えば、比較的短いアルキル鎖長を有する化合物を選択することで）、必要な塩基の強さを低くすることができる。
【００５４】
ω-ブロモアルキル化ポリウレタンの誘導体化
1,ω-ジブロモアルカンリンカーを用いて製造された本発明の活性化ポリウレタン誘導体に各種安定剤を結合させることができる。そのような薬剤には例えば、ジェミナルビスホスホネート化合物、ヘパリン類および酸化防止剤などがある。活性化誘導体を製造するのに使用されるリンカーが1,ω-ジブロモアルカンであった場合、ジェミナルビスホスホネート化合物がジェミナルビスホスホネートチオールであることが好ましい。好ましくは、ω-ブロモアルキル化ポリウレタンとジェミナルビスホスホネートチオールとの間の反応は、アルキル化に影響しない酸補足剤（例：立体障害３級アミン、水酸化テトラアルキルアンモニウムまたはホウ酸テトラアルキルアンモニウムのような弱酸のテトラアルキルアンモニウム塩）の存在下に行う。酸補足剤は、反応によって形成される臭化水素に結合することで、塩基性反応条件を維持するものである。所望の基を活性化ポリウレタン誘導体に付加させるように選択しなければならないことを除いて、ジェミナルビスホスホネートチオールの構造(identity)はあまり重要ではない。例を挙げると、ジェミナルビスホスホネートチオールは、下記の構造式を有するものまたはそのイオンもしくは塩であることができる。
【化１２】
0004733888.tif 000008
式中、
Ｘは、C1-C18アルキレン、C1-C18アルケニレン、C1-C18アリーレン、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキレン（例：-CH2CH2CH2SCH2-）、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルケニレンおよび複素環基からなる群から選択され；
Ｙは、水素、水酸基、アミノ、C1-C18アルキル、C1-C18アルキルアミノ、C1-C18アルコキシ、C1-C18ハロアルキル、C1-C18チオアルキル、C1-C18アルケニル、C1-C18アリール、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキル（例：-CH2CH2CH2SCH3）、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルケニルおよび複素環置換基からなる群から選択される。
【００５５】
この種の化合物の例としては、Ｘがメチレンであり、Ｙが水素である化合物（すなわち、2-メルカプトエチリデン-1,1-ビスホスホン酸）およびＸが-(CH2)3SCH2-であり、Ｙが水素である化合物（すなわち、2-（3-メルカプトプロピルチオ）-エチリデン-1,1-ビスホスホン酸）などがある。
【００５６】
ω-カルボキシアルキル化ポリウレタンの合成
図３に例として示した本発明によれば、ポリウレタンを非プロトン性溶媒に溶解または懸濁させ、強塩基で処理して、ポリウレタン骨格の１以上のウレタンアミノ部分からプロトンを引き抜く。この処理によって、ポリウレタン骨格はポリアニオン性となる。ポリウレタン骨格のイオン化窒素原子の求核性がこれによって高められると考えられている。本明細書に記載のω-ブロモアルキル化法とは対照的に、強塩基をカリウム含有または好ましくはリチウム含有塩基（例：リチウムジイソプロピルアミド）として、溶媒中の酸性ω-ブロモカルボン酸の溶解度が低下するのを回避することが好ましい。従って酸の塩を用いる場合も、それはカリウム塩または好ましくはリチウム塩とすべきである。
【００５７】
ω-ブロモヘキサン酸またはω-ブロモウンデカン酸などの過剰のω-ブロモカルボン酸とポリアニオン性ポリウレタンとを組み合わせることで、活性化ポリウレタン骨格の窒素原子へのω-カルボキシアルキル基の結合が生じる。
【００５８】
カルボキシアルキル化ポリウレタンは、1,ω-ジブロモアルキル化合物を用いてポリウレタンを誘導体化してω-ブロモアルキル誘導体化ポリウレタンを得て、次にその化合物を、カルボキシル基およびω-ブロモ基と置換して、ω-ブロモアルキル置換基のアルキル基と結合することができる基を有する化合物と反応させてカルボキシアルキル誘導体化ポリウレタンを得ることによっても形成することができる。例えばω-ブロモアルキル1誘導体化ポリウレタンを1-チオ-ω-カルボキシアルキル2化合物と反応させて、カルボキシアルキル2-S-アルキル1-誘導体化ポリウレタンを得ることができる。
【００５９】
ブロモアルキル化およびカルボキシアルキル化ポリウレタンの誘導体化
活性化ポリマーに連結したカルボキシレート基は、好適なカルボジイミド存在下でのエステル形成によって活性化することができる。そのようなエステルには例えば、N-ヒドロキシコハク酸イミドエステル、N-ヒドロキシマレイミドエステルおよびN-ヒドロキシフタルイミドエステルなどがある。例えば、ほとんどの有機溶媒で良好な溶解度を有することから、ジシクロヘキシルカルボジイミドが好ましい。カルボキシレート基の活性化後、カルボジイミドおよびN-ヒドロキシコハク酸イミド（または他のエステル前駆体）を反応混合物から除去する（例えば、これら化合物を含まない溶媒でポリマーを洗浄）。
【００６０】
次に、活性化カルボキシル基と結合を形成することができる少なくとも１個の基（例：アミノ基）を有する安定剤をポリマーと接触させて、安定剤とポリマーの結合を形成する。安定剤がジェミナルビスホスホネートである場合、その安定剤はジェミナルビスホスホネートアミンであることが好ましい。ジェミナルビスホスホネートアミンの構造は例えば、下記の化学式あるいはそのイオンまたは塩の形を有することができる。
【化１３】
0004733888.tif 000009
式中、
Ｘは、C1-C18アルキレン、C1-C18アルケニレン、C1-C18アリーレン、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキレン（例：-CH2CH2CH2SCH2-）、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルケニレンおよび複素環基からなる群から選択され；
Ｙは、水素、水酸基、アミノ、C1-C18アルキル、C1-C18アルキルアミノ、C1-C18アルコキシ、C1-C18ハロアルキル、C1-C18チオアルキル、C1-C18アルケニル、C1-C18アリール、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキル（例：-CH2CH2CH2SCH3）、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルケニルおよび複素環置換基からなる群から選択される。Ｙは好ましくはアミノではない。好適なジェミナルビスホスホネートアミンの特定の例には、Ｘがエチレンであり、Ｙが水酸基であるもの（すなわち、3-アミノ-1-ヒドロキシプロピリデン1,1-ビスホスホン酸；パミドロン酸）がある。ジェミナルビスホスホネートアミンがポリマーの溶解する溶媒に不溶である場合、そのアミンの可溶性塩を用いることができる（例：モノテトラブチルアンモニウム塩）。
【００６１】
エポキシアルキル化ポリウレタンの誘導体化
エポキシド環を開環することができる多くの化合物が当業界で公知であり、これら化合物のいずれかを用いて、本明細書に記載のエポキシアルキル化ポリウレタンをさらに誘導体化することができる。好ましくは、エポキシド環を開環（さらにポリマーを誘導体化）するのに用いる化合物はビスホスホネート基を有する。例を挙げると、チオール置換基（エポキシド環の開環およびそれの炭素原子との結合のため）およびビスホスホネート基の両方を有する化合物を用いることができる。そのような化合物には、本明細書の別の箇所に記載のような化合物Ｉおよび化合物ＩＩなどがある。適切な反応条件下で（例：40-70℃で数日間維持）、アミノ-ビスホスホネート（例：N,N-ジイソプロピルエチルアミン存在下でのパミドロン酸モノテトラブチルアンモニウム塩）およびヒドロキシビスホスホネート（例：H3C-COH-{PO3H2}2）などの他のビスホスホネート化合物を用いて、ポリウレタンから懸垂するエポキシド環を開環させることができることも認められている。チオールビスホスホネート化合物（例：化合物ＩおよびＩＩ）は、それが比較的温和な反応条件下で（例：0℃で5-15分間維持）エポキシド環を開環し、ビスホスホネート基によってエポキシド環を開環させることによって生成するホスホネートモノエステルの形成を実質的になくすという二重の利点を有する。
【００６２】
ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタン誘導体
本発明には、本発明の方法によって製造されるものなどの多くのポリウレタン誘導体が含まれる。しかしながら、本発明者らはさらに、ジェミナルビスホスホネート置換基が懸垂したポリウレタン誘導体が、医療用途で顕著な特性を示すことを発見した。詳細には、ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンは優れた抗石灰化特性を示し、生体液と接触して使用した場合にポリウレタンが石灰化する傾向を有することを考慮すると、それは重要な点である。
【００６３】
従って本発明には、ジェミナルビスホスホネート置換基が懸垂したポリウレタンを含むポリウレタン組成物が含まれる。好ましくはジェミナルビスホスホネート置換基は、ポリウレタン骨格のウレタン窒素から懸垂している。
【００６４】
ジェミナルビスホスホネート置換基は例えば、含硫黄置換基または含窒素置換基であることができる。例えば、ジェミナルビスホスホネート置換基が含硫黄置換基である場合、それは下記の構造式を有することができるか、そのイオンまたは塩であることができる。
【化１４】
0004733888.tif 000010
式中、
Ｒ１は例えば、C1-C18（好ましくはC2-C18）の直鎖もしくは分岐アルキレン（例：メチレン、エチレン、ヘキシレン、- (CH2)10-など）、アルキルアミノ、アルコキシ、ハロアルキル、チオアルキル、アルケニル、アルキル（アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有する）、アルケニル（アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有する）ならびに２個のアルキレン領域であって、その間にシクロアルキル、シクロアリールもしくは複素環基が挿入されたものを有する基のうちのいずれかなどの有機基であり；
Ｘは、C1-C18アルキレン、C1-C18アルケニレン、C1-C18アリーレン、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキレン（例：-CH2CH2CH2SCH2-）、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルケニレンおよび複素環基からなる群から選択され；
Ｙは、水素、水酸基、アミノ、C1-C18アルキル、C1-C18アルキルアミノ、C1-C18アルコキシ、C1-C18ハロアルキル、C1-C18チオアルキル、C1-C18アルケニル、C1-C18アリール、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキル（例：-CH2CH2CH2SCH3）、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルケニルおよび複素環化合物からなる群から選択される。
【００６５】
ジェミナルビスホスホネート置換基が含窒素置換基である場合、それは例えば下記構造式を有することができるか、あるいはそのイオンまたは塩であることができる。
【化１５】
0004733888.tif 000011
式中、Ｒ１、ＸおよびＹは上記で記載の通りである。
【００６６】
本発明のジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンは、ポリウレタン骨格のウレタン窒素の少なくとも1％、好ましくは約0.5-40％（より好ましくはウレタン窒素の1-20％または5-10％）が懸垂するジェミナルビスホスホネート置換基を有することを特徴とする。別の形で表現すると、本発明のジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンは、ポリウレタンが、ポリウレタン1g当たり約104-400（より好ましくは20-200）マイクロモルの置換基を有することを特徴とする。ポリウレタンは１種類のみのジェミナルビスホスホネート置換基を有することができるか、あるいは複数種のジェミナルビスホスホネート置換基を有することができる。
【００６７】
本発明のジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンは、ホモポリマー、少なくとも１個のジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンを有するブロックコポリマー、あるいはそのようなホモポリマーもしくはブロックコポリマーとの別のポリマーの混合物であることができる。
【００６８】
本発明のジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンは、in vivoで低い石灰化を示すことから、埋込可能な機器の製造に有用である。その機器は、全体または一部を本発明のポリウレタン製としたり、ポリウレタンでコーティングしたり、ポリウレタンを含浸させることができる。本発明のポリウレタンは例えば、ポリマー塊、フィルム、粒子状物またはフォームとして存在させることができる。
【００６９】
本発明のポリウレタンを用いて製造可能な埋込可能な機器には、分解性および非分解性縫合糸、支持ロッド埋込物などの整形外科補綴具、関節補綴具、骨折安定化用ピン、骨セメントおよびセラミック、腱再生埋込物、補綴埋込物、心臓弁補綴具などの心血管埋込物、ペースメーカー部品、除細動器部品、血管形成術機器、血管内ステント、急性および留置カテーテル、動脈管縫合機器、心房および心室中隔欠損縫合機器などの心臓カテーテルによって搬送可能な埋込物、尿道カテーテルおよびステントなどの泌尿器埋込物、神経外科シャントなどの神経外科埋込物、レンズ補綴具などの眼科埋込物、薄い眼科縫合糸、および角膜埋込物、歯科補綴具、包帯およびヘルニア修復メッシュなどの体内および体外創傷用包帯、ならびに当業者には容易に理解できる他の埋込可能な機器などがあるが、これらに限定されるものではない。
【００７０】
ビスホスホネート誘導体化／カチオン性部分(cationic moiety)誘導体化ポリウレタン誘導体
本発明はさらに、ジェミナルビスホスホネート置換基およびカチオン性置換基の両方が懸垂したポリウレタン誘導体を含む。そのようなポリウレタン誘導体は、非誘導体化ポリウレタンやジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンと比較して、改善された安定性、水分保持および抗石灰化特性を示すことができる。さらに、そのようなジェミナルビスホスホネート誘導体化／カチオン性部分誘導体化ポリウレタンの埋込に関連する副作用は、ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンや非誘導体化ポリウレタンの埋込に関連する副作用と比較して重大性が低いものとなり得る。
【００７１】
ポリウレタンをビスホスホネート部分で誘導体化する場合、ポリウレタンは生理pHで負電荷を示し、その電荷をおよび中和するカチオンと会合することができる。上記のように、ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンは、ナトリウムイオンなどの生理的に適切なカチオン存在下に、それを製造または処理する溶媒中で（例えば、ポリウレタンを用いる流延成形時のDMAなどの溶媒中）比較的低い溶解度を示すことができる。
【００７２】
ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンの、それを合成できる溶媒中での溶解度を高める対イオン（例：テトラブチルアンモニウムイオン）は、ポリウレタンに望ましくない特性を与える場合がある。例えばポリウレタンに会合した有機カチオン（例：テトラブチルアンモニウムイオン）は、ポリウレタンによる水分取り込みの速度、程度またはその両方を阻害することで、より迅速またはより大きい程度の水分取り込みを示した場合に予想されるものより、埋込時にポリウレタンを不安定なものとし得る。そこで、特にポリウレタンを動物の身体に埋め込むべき機器（例：ヒト用埋込可能な機器）の全体または一部に組み込んだり、あるいはそれを形成するのに用いる場合には、ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンから有機（または他の疎水性）カチオンを除去することが有利な場合がある。そのようなカチオンは、有機カチオン／疎水性カチオンを生理的に適切なカチオン（すなわち、Na+またはK+のようにヒト身体で少なくともマイクロモル濃度で通常存在するカチオン）に置き換えることでポリウレタンから除去することができる。
【００７３】
カチオン交換は、有機その他の疎水性カチオンを含むポリウレタンを、生理的に適切なカチオンを含む溶液（例：ナトリウムイオンまたはカリウムイオンを含むバッファー）と接触した状態に維持することで行うことができる。しかしながら、有機および疎水性カチオンは水溶液中で非常に低い溶解度を示し得ることから、このカチオン交換方法は非常に遅い可能性があり、所望の程度のカチオン交換が得られない場合がある（例えば、基材からのポリエチレンコーティングの分離を生じる）。
【００７４】
別のカチオン交換方法では、生理的に適切なカチオンがごく限られた溶解度を示し、ポリウレタン中に存在する有機その他の疎水性カチオンでもその水溶解度より高い溶解度を示す溶媒（例：エタノール）を使用する。ある種の実施形態では（例：心臓弁などの埋込可能な機器をコーティングするのにポリウレタンを使用する場合）、非水系溶媒の使用によって許容できない膨潤その他のポリウレタンの変形が生じる場合があることから、このカチオン交換法は望ましくない場合がある。
【００７５】
本発明者らは、カチオン交換の必要性を低下またはなくすジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリマーの合成方法を発見した。その方法では、上記の方法に従って、１以上のジェミナルビスホスホネート部分でポリウレタンを置換する。さらに、最終的なポリウレタンが、ポリウレタン骨格から懸垂したジェミナルビスホスホネート部分とポリウレタン骨格から懸垂したカチオン性部分の両方を有するように、１以上の種類のカチオン性部分でポリウレタンを誘導体化する。これら２つの誘導体化手順のタイミングはあまり重要ではない。ポリウレタンは、カチオン性部分による誘導体化の前、後またはその途中にジェミナルビスホスホネート部分で誘導体化することができる。
【００７６】
ポリウレタンに結合したカチオン性部分の詳細な性質および構造はあまり重要ではない。その部分は永久的電荷を有することができるか（例：４級アンモニウム基含有部分）、あるいはある種のpH値以下のみで帯電した構造を有することができる（例：３級、２級または１級アミン基含有部分）。アミン（４級、３級、２級または１級）部分によるポリウレタンの誘導体化が好ましい。ただし他のカチオン性部分を用いることができる。永久的帯電カチオン性部分を用いる場合に好ましくは、ポリウレタンの合成、カチオン交換または埋込に都合のいいpHで、カチオン性部分によってポリウレタンに与えられる正味正電荷が、ビスホスホネート部分によってポリウレタンに与えられる正味負電荷とほぼ等しくなるように、ポリウレタンをそのカチオン性部分によって誘導体化する。埋込に都合のいいpH値は、生理的pHである。合成またはカチオン交換に都合のいいpH値は、合成または交換の時間枠中に起こるポリウレタンの劣化が微小（または皆無）であるpH値である。例えばビスホスホネート部分：カチオン性部分の比は1:1-1:5とすることができ、好ましくは1:2である（すなわち、ポリマー上の正味電荷比が約ゼロである）。
【００７７】
ポリウレタンをジェミナルビスホスホネート部分とカチオン性部分の両方によって誘導体化できる方法の例を図６に示してある。上記のようなチオール基含有ジェミナルビスホスホネート化合物の使用の場合と同様に、チオール基含有アルキルアミンを用いて、ポリウレタン骨格にカチオン性基を結合させることができる。市販のチオール含有アルキルアミン化合物の例としては、2-ジエチルアミノエタンチオールがある。そのような化合物は、図７に示した方法に従って合成することもできる。例を挙げると、ポリウレタン化合物が下記式の構造を有する懸垂置換基を有するように、ポリエチレン化合物を修飾することができる。
【化１６】
0004733888.tif 000012
式中、Ｒ１は有機基であり；
Ｘは、C1-C18アルキレン、C1-C18アルケニレン、C1-C18アリーレン、アルキレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルキレン、アルケニレン鎖に組み込まれた1以上のＯ、ＳもしくはＮ原子を有するC1-C18アルケニレンおよび複素環基からなる群から選択され；
Ｎ１は-NH3、１級有機アミン部分、２級有機アミン部分および３級有機アミン部分からなる群から選択される。Ｎ１で存在し得る有機アミン部分の構造はあまり重要ではない。好ましくはこのアミン部分は、親水性を有する（例：トリブチルアミン部分の疎水性以下の疎水性を有する）。好適なＮ１部分の例としては、C1-C4アルキルアミン部分（例：ジメチルアミン部分およびトリブチルアミン部分）および複素環部分（例：Ｎ-モルホリノ部分）などがある。
【００７８】
ポリウレタンは、チオール基含有アミン化合物およびチオール基含有ジェミナルビスホスホネート化合物で同時に誘導体化することができる。そのような同時誘導体化を行う場合、当業者には公知の方法を用いて（例：化合物のポリウレタンとの反応性を考慮して）、これら２種類の化合物の相対量を調節して、ジェミナルビスホスホネート置換ポリウレタン部分およびカチオン性基置換ポリウレタン部分の所望の比を得ることができる。チオール基含有化合物は、ポリウレタン上に存在するブロモアルキル基（カルボキシアルキル、エポキシドその他の反応性基）の量に対して、かなり過剰に（例：3-20倍過剰）用いなければならない。当然のことながら、チオアルキルアミン以外のポリウレタン誘導体化剤を用いて、ポリウレタンがポリウレタン骨格に結合したカチオン性部分を有するように、そのポリウレタンを変性させることができる。
【００７９】
次に、以下の実施例を参照しながら、本発明について説明する。これらの実施例は、説明のみを目的として提供されるものであり、いかなる形でも、本発明がこれら実施例に限定されると解釈すべきではなく、むしろ本発明は、本明細書に示した内容の結果として明らかになるあらゆる改変形態も包含するものと解釈すべきである。
【００８０】
実施例
実施例１
1,ω-ジブロモアルキル連結基を用いるポリウレタンのジェミナルビスホスホネート誘導体化
本実施例に示した実験は、1,ω-ジブロモアルキル化合物をポリウレタン骨格のウレタンアミノ部分にグラフトして、チオール含有ビスホスホネートをグラフト可能なω-ブロモアルキル誘導体化ポリウレタンを得ることで製造されるジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンの製造を示すものである。
【００８１】
ω-ブロモアルキル化ポリウレタンの合成
ポリウレタンF2000 PEUを十分に乾燥し、アルゴン雰囲気下で無水N,N-ジメチルアセトアミドに溶解した。ポリウレタンF2000 PEUは、図１Ａおよび１Ｂに示した方法に従って、4,4-メチレンビス（フェニルイソシアネート）、分子量約1000のポリテトラメチレンオキサイドおよび鎖延長剤(chain extender)としての1,4-ブタンジオールを用いて、スルザー・カルボメディクス社（Sulzer Carbomedics, Inc., Austin, TX）が製造した医療用ポリエーテル-ウレタンのバッチであった。これらの成分のモル比は5:2:3であり、水酸基が約1.7％過剰であった。このポリマーのN,N-ジメチルアセトアミド中の25℃での固有粘度は1.04 dl/gであった。このポリウレタン製造物は、C 67.27％；H 9.56％；N 2.62％という元素含有率を有しており、1g当たり1.87ミリモルのウレタン基を含んでいた。
【００８２】
ポリウレタンF2000 PEUのN,N-ジメチルアセトアミド溶液を-5℃に維持し、力強く撹拌した。その溶液に、ポリウレタン溶液中のウレタンアミノ基のモル量（F2000 PEUの元素分析によって計算したもの）に対して5〜10モル％に等しい量で、水素化ナトリウム（あるいは一部の実験では、リチウムジイソプロピルアミド；LDA）を加えた。撹拌を続け、溶液を約15分間まで-5℃に維持し、その後ポリアニオン性ポリウレタンの形成が完了したものと仮定した。
【００８３】
約10倍過剰の（使用した水素化ナトリウムまたはLDAのモル量に対して）1,6-ジブロモヘキサンを溶液に導入した。LDAを用いた場合、1,6-ジブロモヘキサンを反応混合物に加えてからLDAを加えた。この混合物を、力強く撹拌しながら、4〜5時間にわたって0〜2℃に維持した。必要に応じて（例：LDAを用いた場合）、酢酸を加えることで混合物を酸性化した。冷（すなわち、通常は-30〜-60℃、ただし場合によっては-78℃という低温）メタノールを用いて、ポリウレタンを混合物から沈殿させた。沈殿ポリマーをメタノールで十分に洗浄し、水で十分に洗浄し、乾燥させた。次に、乾燥ポリマーをN,N-ジメチルホルムアミド（DMF）に溶解し、得られた溶液を濾過して不溶性不純物を除去した。ポリマーを、冷メタノールを用いてDMFから沈殿させ、メタノールで洗浄し、水で洗浄し、時間経過しても重量が一定となるまで凍結乾燥器で乾燥させた。
【００８４】
種々の実験でこのように製造した凍結乾燥ポリマーは、0.3〜1.7重量％の臭素（すなわち、ポリマー1g当たりω-ブロモアルキル基37.5〜212.5ミクロモル）を含んでおり、それはポリウレタン骨格のウレタン窒素の2〜12％にω-ブロモアルキル置換基が付加したことに相当するものであった。1H核磁気共鳴（NMR）分光法から誘導されたポリマーのω-ブロモアルキル化推定値も同様の結果を与えた。未反応ポリウレタンと比較したω-ブロモアルキル化ポリウレタンの固有粘度には、実質的に変化が検出されなかった。
【００８５】
ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンの合成
ω-ブロモアルキル化ポリウレタンのN,N-ジメチルアセトアミド溶液を、下記構造式ＩまたはＩＩを有するビスホスホネートチオールの同溶媒溶液と混合した。
【化１７】
0004733888.tif 000013
【００８６】
化合物ＩおよびＩＩを図４に示した方法に従って製造した。化合物Ｉは、文献記載の方法（Cohenら, 1998, Pharma. Res. 15: 607）に従って合成され、化合物ＩＩは実施例５に記載の方法に従って合成された。化合物ＩＩの合成によって、85％の化合物ＩＩおよび15％の化合物ＩＩＩの混合物を得た。
【化１８】
0004733888.tif 000014
【００８７】
化合物ＩＩＩは、本明細書に記載の活性化ポリウレタンと反応すると予想されるチオール基を持たないことから、このＩＩおよびＩＩＩの混合物をそれ以上精製せずに使用した。この合成の詳細については、本明細書の実施例５にある。
【００８８】
ポリマー中の臭素のモル量に対して10〜20倍モル過剰であると計算された量でビスホスホネートチオールを用いた。2〜3倍モル過剰（ビスホスホネートチオールのモル量に対して）のN,N-ジイソプロピルエチルアミンを混合物に加え、得られた反応混合物をアルゴン雰囲気下で、20℃〜25℃で20〜30時間にわたって維持し、次に37℃〜39℃で25〜40時間にわたって維持した。その後、酢酸を用いて過剰のアミンを中和し、前述の方法に従ってポリマーを沈殿させ、洗浄し、乾燥した。
【００８９】
得られたポリマーのリン含有率を求めたところ0.17〜0.63重量％であり、その含有率はポリマーのω-ブロモアルキル置換の程度によって決まるものであった。これらのデータは、ω-ブロモアルキル基へのビスホスホネートチオールの結合が実質的に定量的であったことを示している。
【００９０】
実施例２
ω-ブロモカルボン酸連結基を用いるポリウレタンのジェミナルビスホスホネート誘導体化
本実施例に示した実験は、ω-ジブロモカルボン酸化合物をポリウレタン骨格のウレタンアミノ部分にグラフトして、たとえばカルボジイミド存在下にN-ヒドロキシコハク酸イミドエステルによってω-カルボキシル基を活性化して、アミノビスホスホネートをグラフト可能なω-カルボキシアルキル誘導体化ポリウレタンを得ることで製造されるジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンの製造を示すものである。
【００９１】
ω-カルボキシアルキル置換ポリウレタンの合成
ポリウレタンF2000 PEUを無水N,N-ジメチルアセトアミドに溶解し、アルゴン雰囲気下に維持した。ω-ブロモカルボン酸（一部の実験ではω-ブロモヘキサン酸、他の実験ではω-ブロモウンデカン酸）を、ポリウレタン溶液中のウレタンアミノ基のモル量（元素分析によって計算したもの）に対して5〜10モル％に等しい量で、溶液に加えた。混合物を-5℃まで冷却し、LDA溶液を、ω-ブロモカルボン酸の量に対して2.5倍モル過剰に等しい量で加えた。これは、ω-ブロモカルボン酸をそれのリチウム塩に変え（それの溶解度を維持するため）、ポリアニオン性ポリウレタンを形成するために行った。混合物を、0℃〜10℃で3〜5時間維持した。その期間後、酢酸を加えることで混合物を酸性化し、冷メタノールでポリマーを沈殿させ、メタノールで洗浄し、クエン酸の2％（重量／体積）水溶液で洗浄し、水で洗浄し、凍結乾燥器で乾燥した。
【００９２】
1H NMR分光法では、ポリウレタン骨格の2％〜7％（実験によって決まる）の窒素原子がω-カルボキシアルキル基で置換されていることが示された。DMA中に加えた水酸化テトラブチルアンモニウムを用いるカルボキシル基の電位差滴定によっても、ポリマー中のN-ω-カルボキシアルキル置換について同様の推定値が得られた。ほとんど全てのω-ブロモヘキサン酸および60％〜70％のω-ブロモウンデカン酸がそれぞれの反応で消費されたと推算された。未反応ポリウレタンと比較して、ω-カルボキシアルキル化ポリウレタンの固有粘度には、実質的な変化が検出されなかった。
【００９３】
ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンの合成
ω-カルボキシアルキル置換ポリウレタンをテトラヒドロフラン（THF）に溶解し、その溶液に、ポリマー中のカルボキシル基のモル量に対してそれぞれ約10倍モル過剰となるように、N-ヒドロキシコハク酸イミドおよび1,3-ジシクロヘキシルカルボジイミドを加えた。この混合物を20℃〜25℃で20〜40時間撹拌し、その混合物から沈殿物（1,3-ジシクロヘキシル尿素と考えられる）を濾過した。ヘキサンを用いて、濾液からポリマーを沈殿させた。沈殿ポリマーをヘキサンで十分に洗浄し、真空乾燥した。乾燥ポリマー（すなわち、カルボキシル基がN-ヒドロキシコハク酸イミドエステル化によって活性化されているもの）を無水N,N-ジメチルアセトアミドに溶解した。ポリマー中のカルボキシル基の数に対して10〜25モル過剰に等しい量で、3-アミノ-1-ヒドロキシプロピリデン-1,1-ビスホスホン酸（パミドロン酸）モノ-テトラブチルアンモニウム塩の無水N,N-ジメチルアセトアミド溶液を加えた。塩のモル量に対して3〜4倍モル過剰のトリブチルアミンを混合物に加えて、パミドロン酸塩のアミノ基を活性化させた。混合物を37℃〜39℃で25〜40時間維持した。酢酸を加えることで、過剰のトリブチルアミンを中和した。得られたポリマーを冷メタノールを用いて沈殿させ、メタノールで洗浄し、水で洗浄し、凍結乾燥器で乾燥させた。
【００９４】
このポリマーについての予備研究により、ポリマーの約70％のカルボキシル基がそれに結合したビスホスホネート部分を有していることが示された。
【００９５】
この方法の変法として、反応の両段階でN,N-ジメチルホルムアミドを溶媒として用いる。過剰の1,3-ジシクロヘキシルカルボジイミドを、非常に低温の（すなわち-50℃〜-60℃）メタノールでポリマーを沈殿させることで除去する。この変法は、水酸基含有不純物とカルボキシル基の反応を回避するには好ましいものとなり得る。そのような不純物は、THFの酸化によってTHF中に存在する場合が多い。N-ヒドロキシコハク酸イミドエステルの分解は、塩基性触媒の非存在下での冷メタノール中では起こらない。N,N-ジメチルホルムアミド中で活性化されたカルボキシル基修飾の程度は、THF中で活性化されるポリマーを用いて得られる修飾の程度より大きく、ほぼ100％である。この変法を用いて製造されるポリマー中のリン含有率は約0.65重量％であり、これはポリウレタン骨格中の約6％の窒素原子の修飾に相当する。
【００９６】
実施例３
誘導体化ポリウレタン中のエポキシド環開環のモデル化
グリシジル化ポリウレタンの非ポリマー性モデル（フェニルグリシジルエーテル）を、テトラホウ酸テトラブチルアンモニウム存在下で、1-プロパンチオール（すなわち、チオール-ビスホスホネートのチオール含有部分のモデル）のN,N-ジメチルアセトアミド溶液と混合した。この反応は、図５に示した反応をモデル化したものである。エポキシド環開環反応は進行して、1H NMR分析を用いて評価したところ、0℃でわずか約15分間で完了した。
【００９７】
実施例４
ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンの特性
本実施例では、実施例１および２に記載の方法に従って製造されたジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンの特性について説明する。
【００９８】
これら２つの方法（すなわち、ω-ブロモアルキル化中間体またはω-カルボキシアルキル化中間体を使用）によって製造されたビスホスホネート誘導体化ポリウレタンは同様の特性を有することが認められた。ホスホネート基の対イオンが有機イオン（例：テトラブチルアンモニウム、トリブチルアンモニウムおよびそれらの混合物）である場合、ポリマーはTHFおよびN,N-ジメチルアセトアミドに可溶のままである。ポリマー溶液は非常に粘性があり、それはポリマーの誘導体化がポリウレタン鎖の劣化をほとんど起こさなかったことを示している。ホスホネート基の対イオンとしてナトリウムイオンを用いると、調べた全ての溶媒で、ジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリマーが不溶となった。これらの結果は、本発明のジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンは、それが有機対イオンを有する場合に、例えば薄いフィルムとして鋳造可能であること、ならびにメタノール中に加えた酢酸ナトリウムなどの試薬でフィルムを処理すると（すなわち、対イオンを変えるため）、フィルムが不溶化することを示している。
【００９９】
本発明のジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンは、かなりの量の水を吸収することができる（すなわち、誘導体化の程度に応じて、乾燥ポリマーの7〜20重量％）。本発明のジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンの水和フィルムは、それらの乾燥機械強度のかなりの部分を保持する。この点では、誘導体化ポリウレタンは、コラーゲンなどの構造細胞外基質生体ポリマーと類似している。
【０１００】
本発明のジェミナルビスホスホネート誘導体化ポリウレタンの31P NMR分光分析では、図２および３によれば、予想通り、ポリマーに含まれる実質的に全てのリンがポリマーに結合していることが示された。NMRピークは、パミドロネート修飾ポリウレタンの場合には20 ppmで認められ、チオール-ビスホスホネート修飾ポリウレタンの場合には19 ppmで認められた。NMRによって検出された総リン量の65％〜100％が、これらのNMRピークにあった。特定の理論に拘束されるものではないが、ω-ブロモアルキル化によって製造されるポリマーで検出されるリンの残りの部分は、ポリマーのブロモアルキル基によるホスホン酸基の部分的Ｏ-アルキル化によるものであり、パミドロネート修飾ポリマーでは、残りの部分はピロリン酸結合の形成によるものである可能性が高いものと考えられている。
【０１０１】
ω-ブロモアルキル化またはω-カルボキシアルキル化によって製造されるビスホスホネート誘導体化ポリマーのフーリエ変換赤外線分光分析を用いては、これらのポリマーを非誘導体化ポリウレタンと区別することはできなかった。
【０１０２】
誘導体化ポリマーの示差走査熱量測定は、これらポリマーのガラス転移温度が、非誘導体化ポリマーのガラス転移温度と本質的に同じであることを示していた。
【０１０３】
実施例５
化合物ＩＩの合成
ビニリデンビスホスホン酸（VBP）水和物3.00g（すなわち、無水酸15.0ミリモル）を水5mLに溶解し、40％水酸化テトラブチルアンモニウム水溶液14.7mL（すなわち、無水塩基約22.4ミリモル）を用いて中和して、pHを約４とした。溶液を50℃および20mmHgで真空乾燥した。残留物を1-ブタノール30mLとともに60℃および20mmHgで減圧下にて共蒸発した。VBPテトラブチルアンモニウム塩（13.52g）を含む残留シロップを、1-ブタノール約6mLで希釈し、アルゴン気流下に維持し、1,3-プロパンジチオール約75ミリモルと混合し、120〜122℃で2.5時間撹拌した。
【０１０４】
混合物を室温まで冷却した後、それを水約250mLで希釈し、ヘキサン250mLおよび次に100mLを用いて２回抽出して、未反応のジチオールを除去した。水層を真空乾燥し、1mmHgおよび50℃でN,N-ジメチルアセトアミド約100mLとともに共蒸発した。残留シロップ（15.5g）をN,N-ジメチルアセトアミド（DMA）を用いて希釈して約25gとした（すなわち、DMA約9.5gを用いて約24mLとした）。溶液の31P NMR分析により、溶液中のビスホスホネート化合物が、約85モル％の化合物ＩＩおよび15モル％の化合物ＩＩＩからなることが示された。未反応VBPは検出できなかった。溶液中の化合物ＩＩの濃度を求めたところ、約0.53Mであった。
【０１０５】
実施例６
市販のポリウレタン-尿素のビスホスホネート誘導体化
本実施例に記載の実験では、市販のポリウレタンをブロモアルキル化し、次にビスホスホネート含有化合物で誘導体化した。
【０１０６】
ポリマーのω-ブロモアルキル化
BIO-SPAN（登録商標）という名称の医療用ポリウレタン-尿素を、DMA中に溶解した24重量％溶液として、Polymer Technology Group Medical, LLC(Berkeley, CA)から入手した。ポリマーを冷メタノールを用いて沈殿させ、メタノールおよび次に水で十分に洗浄し、恒量となるまで凍結乾燥した。このポリウレタン製造物は、C 66.62％；H 9.79％；N 2.99％という元素含有率を有しており、ウレタン：尿素比1.5:1（1H NMRによって定量）を示し、1g当たり0.91ミリモルのウレタン基を含んでいた。
【０１０７】
乾燥ポリマー約15.5g（すなわち、元素分析および1H NMR分析による定量で、ウレタン連結約14.2ミリモルおよび尿素連結約9.45ミリモル）を、トルエン150mLに一晩中浸漬し、35〜45℃および1mmHgで４時間にわたって排気を行って、残留水分を除去した。ポリマーをアルゴン雰囲気下で無水DMA 330mLに溶解し、乾燥アルゴン気流下に維持した。
【０１０８】
1,6-ジブロモヘキサン約4.6mL（すなわち、約30ミリモル）を混合物に加え、それを-5℃まで冷却した。混合物を力強く撹拌しながら５分間かけて、混合物にLDA 2.7ミリモルの無水DMA（15mL）溶液を滴下添加した。撹拌を継続し、混合物を-1℃〜1℃で３時間維持した。その後、酢酸約1.2mL（すなわち、約21ミリモル）を用いて混合物を中和した。アルゴン気流を停止し、反応混合物を冷（-60℃）メタノール約1.2L中に注いだ。メタノール混合物を10℃まで昇温させて、凝固したポリマーを濾取した。ポリマーをメタノール600mLで数回に分けて洗浄し、その後水1Lで洗浄した。ポリマーを水約600mLとともに2時間撹拌し、回収して、水で洗浄し、凍結乾燥した。
【０１０９】
残留1,6-ジブロモヘキサンを除去するため、粗ポリマー15.3gをDMF 300mLに溶解し、フリット化ガラスフィルターに通した。冷メタノールを用いてポリマーを濾液から沈殿させ、濾過し、洗浄し、前述の方法に従って凍結乾燥した。ブロモアルキル化ポリマーの収量は14.5gであった。得られたブロモアルキル化ポリマーは0.62重量％の臭素を含有していることが確認され、それはポリマー1g当たりω-ブロモヘキシル基約78ミクロモルの付加に相当していた。
【０１１０】
ω-ブロモアルキル化ポリマーのビスホスホネート修飾
ブロモアルキル化ポリマー約2.20g（すなわち、ω-ブロモヘキシル基約0.17ミリモルを含む）を無水DMA 45mLに溶解し、アルゴン気流下に維持した。溶液を-5℃まで冷却した。溶液を力強く撹拌しながら、2-（3-メルカプトプロピルチオ）エチリデン-1,1-ビスホスホネート（化合物ＩＩ）の0.53M溶液約5.0mLを溶液に加えた。次に、DMAに溶解した(Bu4N)2B4O7の0.26M溶液約8.65mLを溶液に加えた。混合物を0〜5℃で30分間撹拌し、次に酢酸3.2mL（56ミリモル）を加えることで酸性化した。得られたポリマーを、冷（-60℃）メタノール約600mLを用いて沈殿させ、濾過し、メタノール約300mLで洗浄し、水約１Lで洗浄し、さらに水約500mL中で２時間撹拌した。ポリマーを再度回収し、水約１Lで洗浄し、恒量（2.17g）となるまで凍結乾燥した。
【０１１１】
回収されたポリマーのリン分析により、そのポリマーが0.507重量％のリンを含有していることが示され、それはポリマー1g当たりビスホスホニル基82ミクロモルによってポリマーが修飾されていることに相当するものであった。DMAとDMSO-d6との混合液中でのポリマーの31P NMRでは、19.5ppmに単一のピークが示された。不所望の反応生成物を検出することはできなかった。
【０１１２】
ポリマー約0.6gをDMAに溶解し、それを用いてフィルムを鋳造した。各回が水13mLとエタノール18mLとの混合液中に溶解した酢酸ナトリウム5gからなる溶液を２回用いて、得られたフィルムを室温で処理した。総処理時間は46時間であった。ナトリウム塩の形で得られたビスホスホネート誘導体化ポリマーのフィルムはDMAおよび調べた他の溶媒には不溶であった。フィルムは、その重量の約19.9％に等しい量で水を吸収した。
【０１１３】
実施例７
市販ポリカーボネート-ウレタンのビスホスホネート誘導体化
本実施例に記載の実験では、市販のポリウレタンをブロモアルキル化し、次にビスホスホネート含有化合物で誘導体化した。
【０１１４】
ポリマーのω-ブロモアルキル化
BIONATE（登録商標）80Aという名称の医療用ポリカーボネート-ウレタンを、固体ペレットとしてPolymer Technology Group Medical, LLC(Berkeley, CA)から入手した。このポリウレタン製造物は、C 62.46％；H 7.48％；N 3.41％という元素含有率を有しており、1g当たりウレタン基2.43ミリモルを含んでいた。ペレット約15.5g（すなわち、ウレタン基約38ミリモルを含有）を、トルエン約150mL中に一晩中浸漬した。過剰なトルエンを除去し、膨潤したペレットをトルエン約50mLですすぎ、次に35〜45℃および1mmHgで４時間にわたって排気した。乾燥アルゴン気流下にて、ポリマーを無水DMA約330mLに溶解し、1,6-ジブロモヘキサン約5.0mL（すなわち、約32ミリモル）を加えた。この混合物を-7℃まで冷却し、力強く撹拌し、５分間かけてLDA 5.0ミリモルの無水DMA（18mL）溶液を滴下添加した。撹拌を継続し、混合物を-1℃〜1℃で２時間維持した。その後、酢酸約2.4（すなわち、約44ミリモル）を用いて混合物を中和した。アルゴン気流を停止し、反応混合物を冷（-70℃）メタノール約1.2L中に注いだ。
【０１１５】
得られたポリマーを、実施例６のω-ブロモアルキル化部分に記載の方法に従って洗浄および凍結乾燥した。ω-ブロモアルキル化ポリマーの収量は15.1gであって、1.07重量％の臭素を含んでおり、それはポリマー1g当たりブロモアルキル基約134ミクロモルに相当する。
【０１１６】
ω-ブロモアルキル化ポリマーのビスホスホネート修飾
ブロモアルキル化ポリマー約4.78g（すなわち、ω-ブロモヘキシル基約0.64ミリモル）を無水DMA約95mLに溶解し、乾燥アルゴン気流下に維持し、-5℃まで冷却した。溶液を力強く撹拌しながら、DMA中に溶解した化合物ＩＩの0.53M溶液約7.0mLを加えた。次に、DMA中に溶解した(Bu4N)2B4O7の0.19M溶液約20mLを溶液に加えた。攪拌を継続し、混合物を-2℃〜5℃で45分間維持した。その後、酢酸約8mL（すなわち、約140ミリモル）で溶液を酸性化した。得られた溶液をフリット化ガラスフィルターに通し、冷（-60℃）メタノール約500mLを用いてポリマーを沈殿させた。沈殿したポリマーを水約250mLで洗浄し、次に水約500mLで洗浄し、次いで水約500mL中で23時間撹拌した。ポリマーを再度回収し、水約500mLで洗浄し、恒量（4.88g）となるまで凍結乾燥した。
【０１１７】
得られた誘導体化ポリマーのリン分析により、それが0.73重量％のリンを含有していることが示され、それはポリマー1g当たりビスホスホニル基118ミクロモルの付加に相当する。実施例６に記載の方法に従い、このポリマーを用いてフィルムを鋳造した。ナトリウム塩の形でそのフィルムは、水中でその重量の約15％を吸収した。
【０１１８】
実施例８
市販ポリウレタン-尿素のグリシジル化
本実施例に記載の実験では、市販のポリウレタンを、後にビスホスホネート含有化合物で誘導体化できるようにグリシジル化した。
【０１１９】
ウレタン連結約14.2ミリモルを含む乾燥ポリウレタン-尿素BIO-SPAN（登録商標)(実施例６と同様に入手および沈殿させたもの）約15.6gを、前述の方法に従い、さらに乾燥し、乾燥アルゴン気流下にて無水DMA（330mL）に溶解した。
【０１２０】
混合物にエピブロモヒドリン約5.0mL（すなわち、約58ミリモル）を加え、それを-9℃まで冷却した。混合物を力強く撹拌しながら、LDA 7.0ミリモルの無水DMA（20mL）溶液を５分間かけて混合物に滴下添加した。撹拌を継続し、混合物を−１℃〜1℃で２時間維持した。その後、酢酸約4.0mL（すなわち、約67ミリモル）を用いて混合物を中和した。アルゴン気流を停止し、反応混合物を冷（-60℃）メタノール約1.25L中に注いだ。メタノール混合物を0℃まで昇温させて、凝固したポリマーを濾取した。ポリマーをメタノール400mLで数回に分けて洗浄し、その後水1.3Lで洗浄した。ポリマーを水約600mLとともに1時間撹拌し、回収し、水洗し、凍結乾燥した。
【０１２１】
得られた生成物の重量は14.95gであり、ポリマー1g当たりエポキシ基0.40ミリモルを含有していた。
【０１２２】
実施例９
市販ポリカーボネート-ウレタンのグリシジル化
本実施例に記載の実験では、市販のポリウレタンを、後にビスホスホネート含有化合物で誘導体化できるようにグリシジル化した。
【０１２３】
ウレタン基約38ミリモルを含むポリカーボネート-ウレタンBIONATE（登録商標）(実施例７に記載のもの）ペレット約15.5gを、前述の方法に従い、さらに乾燥し、無水DMA（330mL）に溶解した。
【０１２４】
実施例７のω-ブロモアルキル化部分に記載の方法に従ってポリマーを洗浄および凍結乾燥した。グリシジル化ポリマーの収量は15.6gであり、ポリマー1g当たりエポキシ基0.40ミリモルを含有していた。
【０１２５】
実施例１０
実施例７のω-ブロモアルキル化ポリカーボネート-ウレタンのカルボキシル誘導体化
本実施例に記載の実験では、実施例７に記載のω-ブロモアルキル化ポリウレタンをさらに誘導体化して、臭素原子の代わりにカルボキシル含有部分を有するポリウレタンを得た。
【０１２６】
ω-ブロモアルキル化ポリカーボネート-ウレタン約4.06g（すなわち、ω-ブロモヘキシル基約0.54ミリモル；実施例７に記載の方法に従って、BIONATE（登録商標）80Aから誘導したもの）を無水DMA約60mLに溶解し、アルゴン雰囲気下に維持し、０℃まで冷却した。溶液を力強く撹拌しながら、調製したばかりのDMA中に溶解した3-メルカプトプロピオン酸テトラブチルアンモニウム塩の0.7M溶液約20mL（すなわち、約15ミリモル）を溶液に加えた。次に、調製したばかりのDMA中に溶解した(Bu4N)2B4O7の0.19M溶液約20mL（すなわち、約3.8ミリモル）を混合物に加えた。混合物を0〜5℃で1時間維持し、酢酸約12mL（すなわち、約210ミリモル）を用いて酸性化した。冷（-60℃）メタノール約800mLを用いてポリマーを沈殿させ、メタノールから濾過した。ポリマーをメタノール250mLで洗浄し、次に水500mLで洗浄した。次にポリマーを、クエン酸の１％水溶液約600mLとともに18時間撹拌し、再度回収し、水約600mLで洗浄し、恒量（3.99g）となるまで凍結乾燥した。
【０１２７】
DMF-d7中での1H NMR分析により、ポリマーが、最初のブロモアルキル化ポリマーにおけるω-ブロモヘキシル基の含有量に相当する量で、一方は2.53ppmおよび他方は2.60ppmの２つのピーク（いずれもｔ、２種類のCH2S、一方は3-メルカプトプロピオン酸に相当し、他方は1,6-ヘキシレンに相当する）を示すことがわかった。この結果は、本実施例に記載の実験中、実質的に全てのブロモアルキル基が反応して、-(CH2)6-S-(CH2)2-COOH基が結合したポリマーが得られたことを示している。このポリマーは、N-ヒドロキシコハク酸イミドを用いてエステル化することができた。
【０１２８】
実施例１１
誘導体化時のポリウレタン劣化回避
上記の方法に従って誘導体化したポリウレタン（PEU、PUUおよびPCU）の劣化を、サイズ排除クロマトグラフィー（SEC）によって原料ポリウレタンおよび誘導体化ポリウレタンを分析することで評価した。SECは、80℃に維持したウォーターズ社（商標, Milford, MA）のカラム（ULTRASTYRAGEL（商標）カラム）を直列で用いた以外、Santerreらの報告（Santerre et al., 1992, J. Biomed. Mater. Res. 26: 39-57）に記載の方法に従って行った。カラム充填剤は、（ポンプから検出器まで）105、104、104および103Åの孔径を有していた。ウォーターズ社（商標）410型屈折計を検出器として用いた。移動相は、0.08MのBu4N+Br-を含むDMFとした。9000-600000の範囲に狭い分子量分布を有するポリスチレン標準品を用いて、数平均分子量（Mn）値を計算した。この数平均分子量を表Ｉに示してある。
【０１２９】
【表１】
表Ｉ
0004733888.tif 000015
【０１３０】
表Ｉに示したデータは、ポリウレタンのブロモアルキル化によって、またはチオール含有化合物とブロモアルキル化ポリマーとの反応時に、ポリウレタン骨格の劣化がほとんど起こらなかったことを示している。恐らく静電効果の抑制が不十分であったためと考えられるが、ビスホスホネート修飾ポリマーについてMnの上昇が認められた。直接カルボキシル化（すなわち、-(CH2)5COOHで誘導体化したPEU、PUUおよびPCU）によって、わずかに骨格劣化が生じた。しかしながら、ブロモアルキル化によるポリマーのカルボキシル化ではその劣化が回避されたことから、それは好ましい合成方法となり得る。
【０１３１】
実施例１２
ビスホスホネート誘導体化ポリウレタンによる水分取込
乾燥した室温の空気雰囲気下、濾過した誘導体化PEUもしくはPCUポリマーの3-4％（重量／体積）THF溶液から、あるいは濾過した誘導体化PUUの3-4％（重量／体積）DMA溶液から、テフロン（TEFLON；商標）コート表面上で、ビスホスホネート誘導体化ポリウレタン（本明細書に記載の方法に従って製造）をフィルムとして鋳造した。ポリマー量を選択して、厚さ0.1-0.2mmのフィルムを形成した。形成されたフィルムを水と接触させ、水の取込を評価した。この実験の結果を表ＩＩに示してある。
【０１３２】
【表２】
表ＩＩ
0004733888.tif 000016
【０１３３】
ビスホスホネート修飾ポリウレタン鋳造フィルム（ナトリウム塩）による水分取込は誘導体化度に伴って上昇し、ビスホスホネート誘導体の性質によって決まるものではないように思われた。しかしながら、同じビスホスホネートを用いて誘導体化したポリウレタンが異なる水分取込特性を示したという点で、ポリウレタンの種類が水分取込に影響を及ぼしていた。誘導体化PCUは水分吸収が相対的に少なかったが、誘導体化PEUおよびPUUはそれよりかなり多く吸収した。
【０１３４】
実施例１３
ビスホスホネート誘導体化PUUのin vivoでの石灰化耐性
ポリウレタンまたはビスホスホネート誘導体化（ポリマー1g当たり0.09ミリモルのビスホスホネート）PUUから鋳造したフィルムを、文献記載の方法に従って（Joshi et al., 1996, J. Biomed. Mater. Res. 31: 201-207）24時間前にジヒドロタキステロールを投与しておいたラットの皮下に埋め込んだ。フィルムをラットに60日間留置し、回収して、その上での石灰化を評価した。未修飾ポリウレタンフィルム上での石灰化は、フィルム1mg当たり387.44±154.7ngの量であった。ビスホスホネート誘導体化PUUフィルム上での石灰化は、フィルム1mg当たり72.33±26.8ngの量であった。
【０１３５】
実施例１４
1,4-ジブロモブタンを用いたポリウレタン-尿素のブロモアルキル化
PUU（BIOSPAN（商標）；ウレタン連結約22ミリモルを含む乾燥ポリマー24.6g）を実施例６に記載の反応用に準備し、DMA 400mLに溶かし、乾燥アルゴン気流下に維持した。蒸留したばかりの1,4-ジブロモブタン（19mL、159ミリモル）をこの溶液と混合し、混合物を冷却して-5℃とした。混合物を-5℃から-7℃に維持して高撹拌しながら、リチウムジイソプロピルアミド(LDA）11ミリモルを含む脱水DMA（35mL）溶液を15分間かけて滴下した。次に、混合物を撹拌しながら、-1℃から1℃で１時間維持し、酢酸6.5mL（114ミリモル）を用いて中和した。アルゴン気流を停止し、反応溶液を濾過し、濾液を冷（-40℃）メタノール1700mLに投入した。この混合物を昇温させて約０℃とした後、ポリマーを濾取し、メタノール600mL、イソプロパノール300mL、メタノール500mL、次に水1500mLで十分に洗浄した。得られたスポンジ状ポリマー塊を、水2000mL存在下に10時間撹拌し、回収し、水で洗浄し、22.1gの恒量となるまで凍結乾燥した。生成物の1H NMRスペクトル分析（溶媒としてDMF-d7を使用）で、ブロモアルキル化ポリマーが、ポリマー1g当たり約0.2ミリモルのブロモアルキル基を含むことが示された。
【０１３６】
実施例１５
リチウムtert-ブトキシドを用いるポリエーテル-ウレタンのブロモアルキル化
医療用ポリエーテル-ウレタン（TECOTHANE（商標）TT-1074A、Thermedics, Inc., Woburn, MA）を、固体ペレットの形で入手した。そのポリマーは、4,4-メチレンビス（フェニルイソシアネート）、ポリテトラメチレンオキサイドおよび鎖延長剤（chain extender）としての1,4-ブタンジオールから製造されたものである。1H NMRスペクトル分析では、そのポリマーがポリマー1g当たり2.3ミリモルのウレタン連結を含んでいることを示していた。
【０１３７】
ペレット約15.8g（すなわち、ウレタン基約36ミリモルを含有）を、トルエン200mL中で3日間ゆっくり撹拌した。ポリマーを分離し、トルエン60mLずつで2回洗浄し、40-50℃および0.1mmHg圧下で５時間維持した。乾燥アルゴンを用いて減圧を緩め、ポリマーを脱水DMA 300mLに溶かし、一定の乾燥アルゴン気流下に維持した。
【０１３８】
蒸留したばかりの1,4-ジブロモブタン（15mL、126ミリモル）を混合物に加え、混合物を冷却して-5℃とし、混合物を-5℃から-7℃に維持して高撹拌しながら、10分間かけて脱水DMA 20mLで希釈したリチウムtert-ブトキシドの1Mヘキサン溶液7.6mL（すなわち、リチウムtert-ブトキシド7.6ミリモル）を滴下した。その後、混合物を-1℃から1℃で1時間撹拌状態に維持し、酢酸6.5mL（114ミリモル）を用いて中和した。中和後、アルゴン気流を停止し、反応溶液を濾過し、濾液を冷（-60℃）メタノール約1200mLに投入した。混合物を昇温させて約０℃とした後、ポリマーを分離し、メタノールで複数回（計350mL）およびイソプロパノール300mLで十分に洗浄した。洗浄したポリマーを小片（＜0.1g）に切った。それらの小片をイソプロパノール300mL中で15時間高撹拌して、過剰の1,4-ジブロモブタンを除去した。その処理後、小片をジブロモブタン含有イソプロパノールから分離し、新鮮なイソプロパノールで洗浄し、室温および圧力0.1mmHgで1時間維持して、ほとんどの溶媒を除去した。ポリマーをDMF 275mLに溶かし、濾過し、上記の方法に従って冷メタノール1200mLで沈殿させ、分離し、メタノール300mLで十分に洗浄した。
【０１３９】
ポリマー塊を小片に切り、水1500mL存在下に17時間撹拌し、分離して、15.5gの恒量となるまで凍結乾燥した。ブロモアルキル化ポリマーの1H NMRスペクトル分析（溶媒としてDMF-d7を使用）で、ポリマーが、ポリマー1g当たり約0.45ミリモルのブロモアルキル基を含むことが示された。
【０１４０】
リチウムtert-ブトキシドに代えてLDA（7.6ミリモル、すなわち等モル量）を用い、本実施例に記載の方法に従って、並行実験を行った。この実験では、ポリマーのブロモアルキル修飾はわずかに0.29ミリモル／gであった（1H NMRスペクトル分析によって測定）。これらの実験は、LDAと比較して、リチウムtert-ブトキシドの方が副反応（例：1,4-ジブロモブタンの脱臭化水素）を起こしにくいことが示唆される。リチウムtert-ブトキシドの90％を超える量がブロモアルキル化の有用な反応を行うのに使用されたが、同様の実験でのLDAの場合、その値は60％に過ぎなかった。
【０１４１】
実施例１６
ビスホスホネート-ジエチルアミノ修飾ポリウレタン-尿素の製造
ブロモアルキル化ポリウレタン-尿素（BIOSPAN（商標）；実施例１４に記載の方法に従って製造；ブロモブチル基約3.1mミリモルを含有）15.5gを、脱水DMA 255mLに溶かし、一定のアルゴン気流下に維持した。混合物を冷却して-2℃とし、市販の96％2-ジエチルアミノエタンチオール塩酸塩0.365g（アミノチオール塩酸塩約2.1ミリモル）を含むDMA溶液40mLをそれに加えた。次に、約0.64Mの2-メルカプトエチリデン-1,1-ビスホスホネート（化合物Ｉ、テトラブチルアンモニウム塩）およびビスホスホネート1モル当たり約1.5モルのBu4N+を含むDMA溶液19.6mLを同温度で導入した。最後に、調製したばかりの(Bu4N)2B4O7の0.18M DMA溶液65mL（すなわち約12ミリモル）を加えて、チオール基を活性化させた。（均一）混合物を、撹拌しながらアルゴン気流下に０℃で１時間維持した。酢酸8.5mL（すなわち148ミリモル）を用いて塩基を中和し、反応溶液を濾過した。冷（-65℃）メタノール1500mLを用いてポリマーを沈殿させた。ポリマー凝集物を濾取し、メタノールで数回洗浄し（計500mL）、次にメタノール300mL、水150mLおよびトリエチルアミン10mLからなる溶液で洗浄した。メタノール400mLでさらに洗浄した後、ポリマーを酢酸の3％メタノール溶液200mL、メタノール250mLおよび水で洗浄した。
【０１４２】
得られたポリマー塊を大量の水とともに15時間撹拌し、フィルターに回収し、15.1gの恒量となるまで凍結乾燥した。回収ポリマーのリン分析で、0.366重量％のリンを含む組成が示された。この値は、ポリマー1g当たり59ミクロモルのビスホスホネート基でポリマーが修飾されていることに相当する。ポリマーの31P NMR（DMAおよびDMSO-d6混合液中）は、19.3ppmに均一に固定化ビスホスホネート基の単一の広いピークを示していた。ポリマーの1H NMR（CF3COOHで酸性としたDMF-d7中）では、ポリマー1g当たり約0.13ミリモルの量で、1.33ppmに広い多重線として、固定化ジエチルアミノ基の末端-CH3部分の存在が示された。
【０１４３】
ポリマー約1.1gをDMAに溶かし、それを用いてフィルムを鋳造した。フィルムを数日間にわたって大量の水で処理し、風乾した。フィルムの水分吸収はわずか2.6％（重量基準、乾燥フィルムについて計算）であった。
【０１４４】
実施例１７
ビスホスホネート-トリブチルアミノ修飾BIOSPAN（商標）PUUの製造
トリブチルアミン9.53mL（すなわち、40ミリモル）、1,4-ジブロモブタン24mL（すなわち、200ミリモル）およびエタノール50mLを含む混合物を5時間還流した。溶媒および大部分の1,4-ジブロモブタンを減圧留去した。残留物を水に溶かし、ヘキサンで十分に抽出して、非極性不純物を除去した。水層を真空乾燥してシロップ15.96gを得たが、それはTLC分析（シリカゲル使用、CHCl3：メタノール＝9:1（体積基準）、I2室でのスポット検出、化合物ＩＶのRf値は約0.3）での評価で主にトリブチル-4-ブロモブチルアンモニウムブロマイド（化合物ＩＶ）を含むものであった。
【０１４５】
粗化合物ＩＶ約6.16gを、シリカゲルでのカラムクロマトグラフィーによって精製して、ほぼ純粋な４級アンモニウム塩（化合物ＩＶ）4.13gを得た。その生成物（化合物ＩＶ約10ミリモル）をイソプロパノール20mLおよび水8mLに溶かし、1,3-プロパンジチオール5.0mL（すなわち、50ミリモル）と混合し、アルゴン気流下に０℃まで冷却した。NaOHの18M水溶液（1.15mL、約20ミリモル）を加えて、チオール基のアルキル化を開始し、アルゴン気流を中断せずに混合物を0-5℃で１時間撹拌した。8.8Mの臭化水素酸水溶液1.7mL（すなわち約15ミリモル）を用いて過剰のアルカリを中和した。混合物を水200mLで希釈し、ヘキサンで十分に抽出した。水相を真空下に濃縮し、イソプロパノールと共留去した。残留物をトルエン20mLで希釈した。不溶物（大部分はNaBr）を濾去した。濾液を真空乾燥し、DMAに溶かし、同溶媒を用いて希釈して9.77とした。ヨウ素滴定分析によるとその溶液は、溶液1g当たり約0.74ミリモルのトリブチル-4-メルカプトブチルアンモニウムブロマイド（化合物Ｖ）を含有していた。
【０１４６】
実施例１４に記載の方法に従ってブロモアルキル化PUU（BIOSPAN（商標））を製造したところ、ポリマー1g当たり4-ブロモブチル基約0.22ミリモルを含むものであった。このポリマー約4.35g（すなわち、4-ブロモブチル基約１ミリモルを含有）をDMA 80mLに溶かし、アルゴン気流下に維持した。溶液を冷却して-5℃とし、化合物ＶのDMA溶液9.47g（すなわち、化合物Ｖ約7ミリモルを含有）をそれに加えた。次に、実施例５に記載の方法に従って得られた化合物ＩＩの0.53M DMA溶液6.8mL（すなわち、約3.6ミリモル）を同温度で導入した。調製したばかりの(Bu4N)2B4O7の0.2M DMA溶液25mL（すなわち約5ミリモル）を加えることで、チオール基を活性化させた。得られた（均一）混合物を、一定のアルゴン気流下に０℃で１時間撹拌した。酢酸8.5mL（すなわち149ミリモル）を加えることで過剰の塩基を中和し、冷（-60℃）メタノール800mL中でポリマーを沈殿させた。
【０１４７】
ポリマー塊を濾取し、メタノールで十分に洗浄し、次に水で洗浄した。ポリマーを真空乾燥し、DMA 85mLに溶かした。溶液を濾過し、ポリマーを沈殿させ、上記の方法に従って洗浄し、4.08gの恒量となるまで凍結乾燥した。リン分析で、ポリマーが0.465重量％のリンを含むことが示された。この値は、ポリマー1g当たり75ミクロモルのビスホスホネート基に相当する。ポリマーの1H NMR（CF3COOHで酸性としたDMF-d7中）では、ポリマー1g当たり約0.15ミリモルの量で、0.85ppmに広い三重線として、固定化トリブチルアミン基の末端-CH3部分の存在が示された。
【０１４８】
ポリマー約0.8gをDMAに溶かし、それを用いてフィルムを鋳造した。フィルムを数日間にわたって大量の水で処理し、風乾した。フィルムの水分吸収は2.4％（重量基準、乾燥フィルムについて計算）であった。
【０１４９】
本明細書で引用した各および全ての特許、特許出願および刊行物の開示内容は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【０１５０】
当業者には、本発明の広い発明概念から逸脱しない限りにおいて、上記の実施形態に変更を加えることが可能であることは明らかであろう。従って、本発明は開示されている特定の実施形態に限定されるものではなく、本明細書の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲に含まれる変更形態を包含するものであることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１Ａおよび１Ｂから構成される図１は、ポリウレタン（図１Ａ）およびセグメントポリウレタン（図１Ｂ）を形成するための１対の反応図式である。図１Ａにおいて、「Ｔ」は末端基（例：-Hまたは-CO-NH-A-NCO）を指す。
【図２】  図２は、1,ω-ジブロモアルカンおよびジェミナルビスホスホネートチオールを用いるポリウレタンの誘導体化に関する、本明細書に記載の反応図式である。この図においては、ｎは例えば2〜18であることができ、ＸおよびＹは本文で記載の通りである。波線はポリウレタン骨格を表す。
【図３】  図３は、ω-ブロモカルボン酸およびジェミナルビスホスホネートアミンを用いるポリウレタンの誘導体化に関して、本明細書に記載の反応図式である。この図において、ｎは例えば2〜18であることができ、ＸおよびＹは本文で記載の通りである。波線はポリウレタン骨格を表す。
【図４】  図４Ａおよび４Ｂから構成される図４は、本明細書に記載のジェミナルビスホスホネートチオールの形成方法を示す１対の反応図式である。
【図５】  図５は、ブロモ-エポキシアルキル化合物およびジェミナルビスホスホネートアミンを用いるポリウレタンの誘導体化に関する、本明細書に記載の反応図式である。この図においては、ｎは例えば2〜18であることができ、ＸおよびＹは本文で記載の通りである。波線はポリウレタン骨格を表す。
【図６】  図６は、チオールビスホスホネート化合物と永久荷電基（例：NR3+）または荷電可能基（例：-NR2）を有するチオール化合物（例：HS-Z-NR2またはHS-Z-NR3+などの化合物）との両方を用いるポリウレタンの誘導体化に関して、本明細書に記載の反応図式である。
【図７】  図７は、チオール含有４級アンモニウム塩（臭化トリブチル-4-メルカプトブチルアンモニウム｛化合物Ｖ｝）を製造することができる反応図式の例である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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