JP2023526504A - 少なくとも1つのエラストマーマトリックスおよび非硫酸化多糖を含む生体材料およびその使用 - Google Patents
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Abstract
Description
- 少なくとも1つのエラストマーマトリックスと、
- 非硫酸化糖類ポリマーと、
を含む組織修復用生体材料を対象とする。
- 少なくとも1つのエラストマーマトリックスと、
- 非硫酸化糖類ポリマーと、
を含む、組織修復用生体材料を対象とする。
- 細胞が及ぼす力のストレスだけでなく修復すべきゾーン内の再生プロセスにも耐え、このゾーン内の軟組織のための支持体となるのに十分な機械的特性、
- 本発明の生体材料の内部血管新生を可能にしながら、線維芽細胞、栄養素およびこれらのプロセスの規則化に介入する他の分子の循環を可能にする孔隙率および相互連結度、
- 細胞接着、およびこれらのプロセスの規則化に介入する分子の吸着を可能にする粗度、
を有することを示した。
- ポリ(エステル-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックスであって、ここでエステルは、カプロラクトンオリゴマー(PCL)、乳酸オリゴマー(PLA)、グリコール酸オリゴマー(PGA)、ヒドロキシ酪酸オリゴマー(PHB)、ヒドロキシ吉草酸オリゴマー(PVB)、ジオキサノンオリゴマー(PDO)、ポリ(エチレンアジピン酸)オリゴマー(PEA)、ポリ(ブチレンアジピン酸)オリゴマー(PBA)またはこれらの組合せの中から選択されている;および
-非硫酸化多糖。
- ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックス、および
- 非硫酸化多糖。
- ポリ(乳酸-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックス、および
- 非硫酸化多糖。
- ポリ(グリコール酸-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックス、および
- 非硫酸化多糖。
- ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)およびポリ(乳酸-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックス、および
- 非硫酸化多糖。
- ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)およびポリ(グリコール酸-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックス、および
- 非硫酸化多糖。
- ポリ(乳酸-尿素-ウレタン)およびポリ(グリコール酸-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックス、および
- 非硫酸化多糖。
- ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)、ポリ(乳酸-尿素-ウレタン)およびポリ(グリコール酸-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックス、および
- 非硫酸化多糖。
- ポリ(ヒドロキシ酪酸-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックス、および
- 非硫酸化多糖。
- ポリ(ヒドロキシ吉草酸-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックス、および
- 非硫酸化多糖。
- ポリ(ジオキサノン-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックス、および
- 非硫酸化多糖。
- ポリ(エチレンアジピン酸-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックス、および
- 非硫酸化多糖。
- ポリ(ブチレンアジピン酸-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックス、および
- 非硫酸化多糖。
- ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーを含むエラストマーマトリックスおよび
- ヒアルロン酸。
- ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックス、および
- 高分子量のヒアルロン酸。
- ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックス、および
- 高分子量のヒアルロン酸。
- ポリ(エステル-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックスであって、ここでエステルは、カプロラクトンオリゴマー(PCL)、乳酸オリゴマー(PLA)、グリコール酸オリゴマー(PGA)、ヒドロキシ酪酸オリゴマー(PHB)、ヒドロキシ吉草酸オリゴマー(PVB)、ジオキサノンオリゴマー(PDO)、ポリ(エチレンアジピン酸)オリゴマー(PEA)、ポリ(ブチレンアジピン酸)オリゴマー(PBA)またはこれらの組合せの中から選択されている;および
- 非硫酸化多糖。
- ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックス、および、
- 高分子量のヒアルロン酸。
a) ポリ(エステル-尿素-ウレタン)の合成に必要な化合物を含む有機相を調製するステップと、
b) エマルジョンを形成するために、水性液相中で非硫酸化多糖を可溶化させ、その後ステップa)の有機相中に可溶化された非硫酸化多糖を添加するステップと、
c) 前記生体材料を得るために、ステップb)で得られたエマルジョンを重合/架橋するステップと、
d) ステップc)で得られた前記生体材料を洗浄するステップと、
e) ステップd)で得られた前記生体材料を乾燥させるステップ。
f1) 真空下で1時間、本発明に係る生体材料を滅菌水中に接触させるステップ、
f2) 滅菌水を置換し、真空下において4時間、本発明に係る生体材料を置換済み滅菌水中に接触させるステップ、
f3) ステップe2)に由来する本発明に係る生体材料を真空下で1時間70%のエタノール中に接触させるステップ、
f4) 70%エタノールを滅菌水で置換し、周囲圧力下で一晩、ステップe3)に由来する本発明に係る生体材料を滅菌水中に接触させるステップ、
f5) 水中でステップf4)に由来する本発明に係る生体材料をオートクレーブにより滅菌するステップ。
a) ポリ(エステル-尿素-ウレタン)の合成に必要な化合物を含む有機相を調製するステップ、
b) エマルジョンを形成するために、水性液相中で非硫酸化多糖を可溶化し、その後ステップa)の有機相中に可溶化された非硫酸化多糖を添加するステップ、
c) 前記多孔質生体材料を得るために、ステップb)で得られたエマルジョンを重合/架橋するステップ、
d) ステップc)で得られた前記多孔質生体材料を洗浄するステップ、
e) ステップd)で得られた前記生体材料を乾燥させるステップ、
f) ステップd)に由来する生体材料を滅菌するステップ、および
g) 任意には、生体材料を保存するステップ。
a) ポリ(エステル-尿素-ウレタン)の合成に必要な化合物を含む有機相を調製するステップであって、ポリカプロラクトントリオールオリゴマーおよび表面活性剤Span80を有機溶媒中で可溶化させることからなる第1のステップa1)、その後有機層を形成するために、ステップa1)の溶液中に架橋剤HMDIおよび触媒DBTDLを添加することからなる第2のステップa2)を含むステップ、
b) エマルジョンを形成するために、滅菌精製水ベースの水性液相中で非硫酸化多糖を可溶化させ、その後ステップa)の液体に対して有機相中に可溶化された非硫酸化多糖を添加するステップ、
c) 前記多孔質生体材料を得るために、ステップb)で得られたエマルジョンを重合/架橋するステップ、および
d) ステップc)で得られた前記生体材料を洗浄するステップ、
e) ステップd)で得られた前記生体材料を少なくとも15日間乾燥させるステップ、
f) ステップe)に由来する多孔質生体材料を滅菌するステップ、および
g) 任意には、生体材料を保存するステップ。
a) ポリ(エステル-尿素-ウレタン)の合成に必要な化合物を含む有機相を調製するステップであって、ポリカプロラクトントリオールオリゴマーおよび表面活性剤Span80をトルエン中で可溶化させることからなる第1のステップa1)、その後有機層を形成するために、ステップa1)の溶液中に架橋剤HMDIおよび触媒DBTDLを添加することからなる第2のステップa2)を含むステップ、
b) エマルジョンを形成するために、滅菌精製水ベースの水性液相中でヒアルロン酸、有利には、高分子量のヒアルロン酸を可溶化させ、その後ステップa)の液体に対して有機相中で可溶化された非硫酸化多糖を添加するステップ、
c) 前記多孔質生体材料を得るために、ステップb)で得られたエマルジョンを重合/架橋するステップ、
d) ステップc)で得られた前記生体材料を洗浄するステップ、
e) ステップd)で得られた前記生体材料を少なくとも15日間乾燥させるステップ、
f) ステップe)に由来する多孔質生体材料を滅菌するステップ、および
g) 任意には、生体材料を保存するステップ。
第1段階において、高分子量のヒアルロン酸を37℃で24時間、滅菌精製水中で可溶化させた。その後、溶液を0.2μmのフィルタ上で濾過した。第2段階で、高い内部相のエマルジョンを得るために、この水溶液を、ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーマトリックスの合成に必要な化合物を含む有機相中に注いだ。その後、このエマルジョンの重合/架橋により、本発明に係る多孔質生体材料を得る。複数のヒアルロン酸濃度を試験した。複数の水相/有機相体積比を試験した。異なる合成温度もまた検討した。これらの異なるパラメータは、材料の細孔サイズに影響を及ぼす。歯肉代用物といった利用分野において選定された足場は、平均サイズ600+/-170μmで50μmから1400μmまでの直径を有する細孔を有するものである。これらの材料は、以下の実施例において特徴付けされている。
- 水相中のヒアルロン酸濃度:1mg/mL
- 水相/有機相体積比:92.5/7.5%
- 合成温度:37℃で18時間;55℃で4時間;100℃で2時間。
得られた本発明に係る多孔質生体材料の物理化学的特性を、以下の方法によって試験した:
- 合成した生体材料中に存在する化学官能基の分析のための、フーリエ変換赤外線分光法(FTIR);
- 生体材料の形態学的観察のための、3D顕微鏡法(VHX Keyence);
- 多孔質構造の相互連結度を決定するための体積吸収率(rv)測定;
- 多孔質生体材料のヤング係数(E1 *)を評価することを可能にする、膨張による架橋結節点間の平均分子質量(Mc)の測定。
3D顕微鏡法によって得られた画像(図1)は、本発明に係る生体材料が、平均サイズ600+/-170μmで直径50μmから1400μmまでのマルチスケール細孔サイズを有する相互連結度の高い(rv=100%)多孔質形態(孔隙率=90+/-2%)を有していることを示している。
FTIR分析(図2)により、ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーマトリックス内のヒアルロン酸の存在が確認される。ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーマトリックス単独のスペクトルは、3333cm-1、1537cm-1および1248cm-1におけるウレタンの-NH基、1730cm-1におけるウレタンのおよび1620cm-1における尿素の-C=O基、1575cm-1における尿素の-CNH基、および1164cm-1における-COOエステル基のような、これらの材料を表わすスペクトル帯を有している。ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーマトリックス単独および本発明に係る多孔質生体材料に対応するスペクトルの間のサブストラクションは、この本発明に係る多孔質生体材料の中のヒアルロン酸の存在を、特に多糖の環の-CCH、-OCHおよび-COH基に典型的な1612cm-1における帯ならびに1554cm-1および1381cm-1における帯の存在を介して明らかにしている。
架橋結節間の平均モル質量(Mc)を、トルエン中の膨張測定によって決定した。ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーマトリックス単独は、4860+/-240g/molのMc値を有し、これによって、多孔質材料のヤング係数E1 *を評価することが可能になる。220+/-25kPaの値は、材料のエラストマー性を証明している。ヒアルロン酸を含む本発明に係る多孔質生体材料(ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーマトリックス単独と等価の孔隙率の細孔サイズを有するもの)は、5380+/-1460g/molのMc値を有し、これにより123+/-11kPaのE1 *の値を推定することが可能となる。したがって、ヒアルロン酸は、ポリマーマトリックスのエラストマー性を保存しながら、本発明に係る多孔質生体材料の係数のわずかな減少に寄与し、こうして、本発明に係る生体材料は、材料の内部での細胞遊走の際に線維芽細胞によって及ぼされる収縮力に耐えることができる。
組織工学のための多孔質生体材料の製造の際の重要な基準は、この多孔質生体材料が経時的に新形成組織によって置換されなければならないことから、その吸収性にある。インビトロ分解研究を、ISO10993-13規格にしたがって実施した。分解反応速度を、特に、37℃、55℃および75℃における水吸着率および質量損失の測定によって評価した(図3)。ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーマトリックス単独とヒアルロン酸を含む本発明に係る生体材料の間では、6ヵ月目までは37℃および55℃でいかなる差異も確認されなかった。75℃での加速分解試験は、ヒアルロン酸を含む本発明に係る生体材料がポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーマトリックス単独よりも極めてわずかではあるが急速に分解することを示した。これは、材料の親水性の増大に起因するものである。本発明に係る生体材料は、37℃で6ヵ月超安定している。生体材料の寿命は、より極端な条件のためインビボで著しく短縮される。それでも、本発明に係る生体材料は、組織工学の利用分野において使用されるために十分な安定性を有するものである。
ヒアルロン酸を含む本発明に係る多孔質生体材料と、ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーマトリックス単独の「誘引」能力を試験するために、歯肉線維芽細胞を用いたコロニー形成試験を実施した。材料を80%のコンフルエンスで歯肉線維芽細胞マット上に被着させる。細胞遊走を、材料との接触から10日後、30日後および40日後に決定した。材料の上および内部に存在する細胞の集計を、酵素処理による細胞の剥離後に実施する。得られた結果は、細胞が材料内を遊走する能力を有することを示している(図4)。歯肉線維芽細胞は、材料の細孔の表面で、遊走し、増殖し、展延する能力を有する(図5)。
ラット(Sprague-Dawley、生後8週目の雄ラット)の背側正中線に沿って、皮下で足場を移植することによって、インビボ試験を実施した。この研究により、移植の際の本発明に係る多孔質生体材料の生体適合性、バイオインテグレーションおよび有効性を評価することが可能になる。
- ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーマトリックス単独の動物グループ
- 非硫酸化多糖を含むポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーマトリックスの動物グループ。
ケタミン/キシラジン1.2mL/kgの筋肉注射により、動物を麻酔する(50/15mg/kg)。動物の背部をねじり、その後Betadine(登録商標)で消毒する。ラットの背に正中切開を施し、皮膚弁を両側でもち上げる。ポリマーマトリックス(直径1cm×厚み2~3mm)を、正中線の両側に挿入し、安定化させる。その後、5.0の吸収可能な縫合糸により皮膚平面を縫合する。
ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーマトリックスをその保存媒質(70%エタノール)から取り出し、撹拌下で5分間、生理学的血清で濯ぐ。その後、これらのエラストマーマトリックスを皮下ポケット内に設置する。
7~36日後に動物を屠殺する。エラストマーマトリックスを取り出し、10%のパラホルムアルデヒドで固定し、増大するアルコール浴中で脱水させ、次にパラフィンに包埋する。その後、手動式ミクロトームで5μMのカットを行なう。
実験室用ラットにおいて背部分に皮下移植された生体材料の細孔には、ヘマトキシリンエオシン(図7)およびピクロシリウスレッド(図8)による染色の後の組織学切片が示すように、原線維性結合組織が侵入している。
ヒアルロン酸の定量アッセイは、アルシアンブルーを用いて比色アッセイ技術によって行なわれる。簡潔に言うと、ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーマトリックス単独(エラストマー)および、ヒアルロン酸を含む本発明に係る多孔質生体材料(エラストマー-HA)を切断し、計量しその後2時間アルシアンブルー溶液中でインキュベートする。余剰の色素を酢酸ナトリウム緩衝溶液(50mM/MgCl250mM、pH5.8)で置換する。その後、材料を60%のエタノール溶液、次に80%の酢酸溶液中でインキュベートする。675nmで光学密度を測定する。
ベータ処理による滅菌は、電子加速器によって発出されたベータ線に対して、調節された速度で連続して生体材料を通過させることからなる電離方法によって行なわれた。15、25および45Gyの線量を試験した。例えば、25kGy+/-10%で行なわれる線量は、以下の処理条件下で実施された:周波数640Hz/走査設定値2.6/回転数:1/速度:0.898m/min。
Claims (15)
- 組織修復用生体材料において、
- 少なくとも1つのエラストマーマトリックスと、
- 非硫酸化多糖と、
を含む生体材料。 - 少なくとも1つのエラストマーマトリックスが、ポリ(エステル-尿素-ウレタン)系エラストマーを含み、エステルが、カプロラクトンオリゴマー(PCL)、乳酸オリゴマー(PLA)、グリコール酸オリゴマー(PGA)、ヒドロキシ酪酸オリゴマー(PHB)、ヒドロキシ吉草酸オリゴマー(PVB)、ジオキサノンオリゴマー(PDO)、ポリ(エチレンアジピン酸)オリゴマー(PEA)、ポリ(ブチレンアジピン酸)オリゴマー(PBA)またはこれらの組合せの中から選択されてることを特徴とする、請求項1に記載の生体材料。
- 非硫酸化多糖が、ヒアルロン酸であることを特徴とする、請求項1または2に記載の生体材料。
- エラストマーマトリックスが、0.1~6.0のイソシアネート指数を有することを特徴とする、請求項1から3のいずれか一つに記載の生体材料。
- 前記生体材料が、500μm~2000μmのマルチスケール細孔サイズを有することを特徴とする、請求項1から4のいずれか一つに記載の生体材料。
- 前記生体材料が、60%以上の全孔隙率を有することを特徴とする、請求項1から5のいずれか一つに記載の生体材料。
- - ポリ(カプロラクトン-尿素-ウレタン)系エラストマーを含む少なくとも1つのエラストマーマトリックスと、
- 非硫酸化多糖と、
を含み、非硫酸化多糖が、1,000kDa以上の分子量を有するヒアルロン酸であることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一つに記載の生体材料。 - 前記生体材料が、スポンジ、フィルム、包帯、顆粒、モノリスまたは膜の形態であることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一つに記載の生体材料。
- 組織欠損の補強、再建および/または補填、有利には、軟組織および/または上皮組織の欠損の補強、再建および/または補填、有利には、皮膚および/または粘膜の欠損の補強、再建および/または補填における使用のための、請求項1から8のいずれか一つに記載の生体材料。
- 組織の補強、再建および/または補填が、補強、再建および/または補填を行なうべき組織欠損の体積の5体積%以上である、請求項9に記載の生体材料。
- 歯肉組織の再建および/または補強における使用のための、請求項1から10のいずれか一つに記載の生体材料。
- 内臓組織および/または骨盤組織および/または頭頂組織の再建および/または補強、有利には骨盤臓器脱の治療、骨盤組織の修復、壁の再建および/または補強、消化器創傷の再建および/または補強における使用のための、請求項1から10のいずれか一つに記載の生体材料。
- 火傷、有利には熱傷、冷凍火傷、電気火傷、化学火傷、放射線火傷および光化学火傷の治療における使用のための、請求項1から10のいずれか一つに記載の生体材料。
- 生体材料の調製方法において、
a) ポリ(エステル-尿素-ウレタン)の合成に必要な化合物を含む有機相を調製するステップと、
b) エマルジョンを形成するために、水性液相中で非硫酸化多糖を可溶化し、その後ステップa)の有機相中に可溶化された非硫酸化多糖を添加するステップと、
c) 前記生体材料を得るために、ステップb)で得られたエマルジョンを重合/架橋するステップと、
d) ステップc)で得られた前記生体材料を洗浄するステップと、
e) ステップd)で得られた前記生体材料を乾燥させるステップと、
を含む方法。 - 非硫酸化多糖の量が、エマルジョン中に存在する水性液相の質量との関係において0.05%~2.0%(w/w)を占めている、請求項14に記載の生体材料の調製方法。
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