[發明專利]改性的藻酸鹽及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 200580044159.2
• 申請日: 2005-11-11
• 公開（公告）號: CN101103047A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發明（設計）人: G·斯卡夾克－布萊克;I·多納蒂
• 申請（專利權）人: FMC生物聚合物聯合股份有限公司
• 主分類號: C08B37/04
• 分類號: C08B37/04;C12P19/04
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 韋東

發明領域

本發明涉及通過本文所述的藻酸鹽聚合物的化學酶改性方法制備的改性的藻酸鹽，及其制備方法和應用。

發明背景

本申請要求2004年11月12日提交的美國臨時申請第60/627057號，2004年11月12日提交的美國臨時申請第60/627247號和2004年11月24日提交的美國臨時申請第60/630867的優先權，這三份申請通過引用包括在此。

從化學意義上講，藻酸鹽是沿著分子鏈以嵌段形式排列的1→4連接的β-D-甘露糖醛酸(M)和α-1-古洛糖醛酸(G)的線性共聚物，M(M-嵌段)和G(G-嵌段)殘基的均聚區域中散布有交替結構(MG-嵌段)的區域。從性質上講，藻酸鹽首先以均聚的聚甘露糖醛酸的形式制備，通過聚合后的差向異構化反應轉化為包含M和G單體的雜聚物，所述聚合后的差向異構化反應涉及聚甘露糖醛酸M殘基上的C-5轉化。該反應由聚甘露糖醛酸C-5差向異構化酶催化。

近來，發現產生藻酸鹽的細菌棕色固氮菌的基因組編碼七種不同的聚甘露糖醛酸C-5-差向異構化酶基因。這些基因在大腸桿菌中排序、克隆和表達；由此產生的酶被稱為AlgE1-AlgE7。由于所有天然藻酸鹽都是通過M到G的相同基本C-5轉化從均聚的聚甘露糖醛酸形成的，所以多糖中發現的組成和序列的顯著差異僅僅是因為不同差向異構化酶的不同催化性質造成的。例如，AlgE4主要形成MG-嵌段的藻酸鹽，AlgE6則將長G-嵌段引入聚合物。這些藻酸鹽改性酶的可獲得性及其應用使得能夠制備具有定制的結構和物理性質的藻酸鹽。

藻酸鹽在二價陽離子的存在下形成交聯凝膠，聚合物的G單體亞單元與離子鍵交聯。藻酸鹽在毫摩爾濃度鈣的存在下快速形成凝膠取決于G殘基的含量以及G和M殘基的序列模式。

過去十年，人們越來越有興趣將藻酸鹽應用于越來越高要求的最終使用，例如生物技術、生物醫學和藥物應用。使用藻酸鹽作為細胞和生物催化劑的固定化材料是這種趨勢的一個例子。這些體系在工業、醫學和農業中的可能應用非常廣泛，從由酵母制備乙醇和由雜交瘤制備單克隆抗體，到通過俘獲植物胚芽來大規模生產人工種子。

藻酸鹽凝膠也可用作固定細胞、移植和組織工程的細胞外基質材料(ECM)。然而，雖然藻酸鈣水凝膠具有令人感興趣的物理和傳質性質；但是因為生物學惰性(例如，細胞粘附和信號傳導)使其應用受到限制。雖然藻酸鹽俘獲是固定活細胞的非常溫和的技術，但是許多細胞需要與基質發生特異的相互作用以實現其增殖和發育。這種依賴固定的行為在大多數哺乳動物細胞中是常見的；然而藻酸鹽網絡本身不存在相互作用。

由于已知藻酸鹽是非生物粘附性材料，所以引入細胞特異性配基或細胞外信號傳導分子如肽或低聚糖是必要的，從而直接參與細胞-細胞和細胞-ECM的識別過程。這樣，報道了基于這種改性的藻酸鹽的第三代生物材料，能夠顯著提高與細胞的相互作用，揭示了聚合物工程和組織再生領域的新機會和未來發展。然而，除了基本的生物學性質，充分模擬ECM的平臺設計還依賴于物理性質，例如凝膠形成、機械強度和穩定性。

藻酸鹽的離子轉移膠凝化性質使其成為生物技術和醫學應用中吸引人的候選對象，尤其是在細胞和組織包封領域。例如，含朗格罕氏胰島的藻酸鹽-聚-L-賴氨酸膠囊(capsule)顯示在大型動物中可逆轉糖尿病，其中，膠囊所表現出的穩定和選擇性可滲透的屏障保護移植細胞免于接觸宿主的免疫系統。

已將各種配基偶聯于藻酸鹽聚合物以改善細胞/基質相互作用，如Mooney等于2003年11月4日公布的US?6,642,362。對藻酸鹽進行化學改性的主要問題在于，這種改性常常不是化學選擇性的。就是說，改性可發生在構成藻酸鹽的兩種糖單體(古洛糖醛酸(G)和甘露糖醛酸(M))上。還已知凝膠形成(尤其是凝膠強度)是與未改性的G的數量有關的性質。現有技術中所述的藻酸鹽的化學改性描述了不僅限于M殘基(M單元)而且在G-嵌段的G殘基(G單元)中發生的取代，從而降低可得G殘基的量，因而削弱二價陽離子的協同結合并降低凝膠形成速率，凝膠形成速率降低導致鹽水中凝膠形成較差和溶脹不受控制。如本文所述，“殘基”指單個M或G單元，“嵌段”指多個M、G或MG單元。