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JP4841066B2 - Nitric oxide-forming hydrogel materials - Google Patents

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Abstract

Hydrogels releasing or producing NO, most preferably polymerizable biodegradable hydrogels capable of releasing physiological amounts of NO for prolonged periods of time, are applied to sites on or in a patient in need of treatment thereof for disorders such as restenosis, thrombosis, asthma, wound healing, arthritis, penile erectile dysfunction or other conditions where NO plays a significant role. The polymeric materials can be formed into films, coatings, or microparticles for application to medical devices, such as stents, vascular grafts and catheters. The polymeric materials can also be applied directly to biological tissues and can be polymerized in situ. The hydrogels are formed of macromers, which preferably include biodegradable regions, and have bound thereto groups that are released in situ to elevate or otherwise modulate NO levels at the site where treatment is needed. The macromers can form a homo or hetero-dispersion or solution, which is polymerized to form a hydrogel material, that in the latter case can be a semi-interpenetrating network or interpenetrating network. Compounds to be released can be physically entrapped, covalently or ionically bound to macromer, or actually form a part of the polymeric material. The hydrogel can be formed by ionic and/or covalent crosslinking. Other active agents, including therapeutic, prophylactic, or diagnostic agents, can also be included within the polymeric material.

Description

【0001】
生理学的量のNOを長期に渡って放出または生成する生体適合性ポリマー物質は、再狭窄、血栓症、喘息、創傷治癒、関節炎、勃起障害等の障害、またはNOが重要な役割を果たす他の状態等の治療を必要とする患者の体外または体内部位に適用される。ポリマー物質は、フィルム、コーティングまたは微粒子として形成されることもできる。ポリマーは一般にマクロマーから形成され、マクロマーは生分解性領域を含み、その領域に原位置で放出される基が結合されており、治療が必要な部位におけるNO濃度を上昇、あるいはそうでなければ調整する。マクロマーはホモまたはヘテロ分散液または溶液を形成可能であり、これが重合されてポリマー物質が形成される。後者の場合は半相互貫通網目構造または相互貫通網目構造となることがある。放出される化合物は、物理的に捕捉されるか、マクロマーに共有結合またはイオン結合されるか、実際にポリマー物質の一部を形成する。ヒドロゲルは、イオン架橋および/または共有架橋によって形成できる。治療薬、予防薬または診断薬を含む他の活性剤も、ポリマー物質に含有させることが可能である。
【0002】
I.NO放出のためのポリマー物質
ポリマー物質は生体適合性であり、NOを放出または生成する。様々な好ましい実施形態において、ポリマーはまた生体適合性であり、ヒドロゲルを生成し、原位置で重合し、組織接着性である。これらの特性は、マクロマー成分の選択はもちろんのこと、各種グループの成分への添加によっても付与される。
【0003】
「重合可能な」という用語は、アクリル酸塩−型分子の、例えば炭素−炭素二重結合のマクロマー連結を生じる追加の共有結合を生成する領域を意味する。このような重合は特徴として、最終的にフリーラジカルを生成する、ある染料および化学化合物の光子吸着から生じるフリーラジカル形成によって開始される。しかしフリーラジカルは、当業者に知られているの他の方法および試薬を用いても得ることができる。
【0004】
A.ポリマー物質
ポリマー物質は生体適合性でなければならない、すなわち患者に投与またはインプラント後に、重大なまたは許容できない毒性または免疫反応を誘発してはならない。
【0005】
天然および合成ポリマーの両者を含め、生体適合性ポリマー物質が多数知られている。例としては、タンパク質(レシピエントと同一の起源の)、硫酸コンドロイチン、およびヒアルロン酸等の多糖類、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、およびアクリル酸塩が挙げられる。ポリマーは分解性でも、非分解性でもよい。
【0006】
大半のポリマー物質は、様々な成分によって付与される特性の組合わせに基づいて選択する。これらとしては、PEGまたはPVA等の水溶性領域、加水分解によって分解する領域等の生分解性領域、マクロマーを原位置で重合するのに使用できる基等があげられる。
【0007】
(水溶性および/または組織接着領域)
各種の水溶性物質をポリマーに混入することができる。「少なくとも実質的に水溶性」という用語は、溶解度が少なくとも約5g/100mlの水溶液であることを示す。好ましい実施形態において、核となる水溶性領域は、ポリ(エチレングリコール)、ポリ(エチレンオキシド)、ポリ(酢酸ビニル)、ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリ(エチルオキザゾリン)、ポリ(エチレンオキシド)−ポリ(プロピレンオキシド)ブロック共重合体、ポリサッカロース、ヒアルロン酸、デキストラン、硫酸ヘパリン、硫酸コンドロイチン、ヘパリンまたはアルギン酸塩等の多糖類または炭水化物、あるいはゼラチン、コラーゲン、アルブミンまたはオボアルブミン等のタンパク質から構成できる。
【0008】
親水性(すなわち水溶性)領域は一般に、組織接着性である。大量の露出カルボン酸基を含む疎水性および親水性ポリマーはどちらも、組織接着性または生体接着性である。細胞の炭水化物分子に結合するRGDペプチドおよびレクチン等のリガンドは、ポリマーにも接着可能であり、組織接着性を向上させる。
【0009】
(分解性領域)
αーヒドロキシ酸(すなわち、乳酸、グリコール酸)のポリエステル(Hollandら,1986 Controlled Release,4:155−180)は、クロージャデバイス(縫合および止め金)からドラッグデリバリーシステム(Smithらへの米国特許第4,741,337号;Spilizewskiら,1985 J.Control.Rel.2:197−203)に渡る応用について、最も広範に使用される生分解性物質である。Dombら、1989 Macromolecules,22:3200;Hellerら、1990 Biodegradable Polymers as Drug Delivery Systems、Chasin,M.およびLanger,R.編、Dekker、New York、121−161によって報告されているように、ポリ(ヒドロキシ酸)に加え、不安定な主鎖結合を利用するポリ無水物およびポリオルトエステルを含む他の複数のポリマーも生分解性であることが知られている。Miyakeら、1974が報告したように、インビボで使用する場合には天然型物質中に分解するポリマーを含むことが望ましいため、ポリアミノ酸も合成されている。
【0010】
ポリマーの分解に必要な時間は、適切なモノマーを選択して調整することができる。結晶度の違いも分解速度を変化させる。これらのポリマーは比較的疎水性であるため、実際の質量損失は、オリゴマーフラグメントが水に溶けるほど小さい場合にのみ開始する。したがって、最初のポリマー分子量が分解速度に影響を与える。
【0011】
生分解性領域は、インビボ条件下で加水分解できることが好ましい。加水分解性基は、グリコリド、ラクチド、ε−カプロラクトン、他のαーヒドロキシ酸のポリマーおよびオリゴマー、および非毒性であるか、または体内で正常な代謝産物として存在する他の生分解性ポリマーである。好ましいポリ(αーヒドロキシ酸)は、ポリ(グリコール酸)、ポリ(DL−乳酸)およびポリ(L−乳酸)である。他の有用な物質としては、ポリ(アミノ酸)、ポリ(無水物)、ポリ(オルトエステル)、およびポリ(リン酸エステル)である。例えば、ポリ(ε−カプロラクトン)、ポリ(ε−カプロラクトン)、ポリ(δ−バレロラクトン)、およびポリ(γ−ブチロラクトン)等のポリラクトンも有用である。
【0012】
生分解性領域は、エステル、ペプチド、無水物、オルトエステルおよびリン酸エステル結合等の、酵素による生分解を受ける結合を用いて、ポリマーまたはモノマーから構成されることもできる。例えば、架橋ゼラチン等の生物起源の分解性物質は知られている。ヒアルロン酸は架橋して、分解性膨潤ポリマーとして生医学用途に使用されている(Della Valleらへの米国特許第4,987,744号、Della Valleらへの米国特許第4,957,744号(1991)Polym.Mater.Sci.Eng.,62:731−735)。
【0013】
(生分解性ヒドロゲル)
水溶性領域と生分解性領域の両方を含む多くのポリマーについて述べられている。Sawhneyら(1990)J.Biomed.Mater.Res.24:1397−1411は、親水性および分解速度を向上させるためにラクチドおよびε−カプロラクトンをPEGと共重合した。Caseyらへの米国特許第4,716,203号(1987)は、5−25質量%の範囲のPEGを含むPGA−PEG−PGAブロック共重合体を合成した。Caseyらへの米国特許第4,716,203号(1987)は、再度5−25質量%の範囲のPEGを含むPGA−PEGジブロック共重合体の合成も報告している。Churchillらへの米国特許第4,526,938号(1985)は、PEGを同様の組成物に基づく、分子量5,000を超える非架橋物質について述べている。しかし、これらの物質は水溶性ではない。Cohnら(1988)のJ.Biomed.Mater.Res.22:993−1009は、水中で60%まで膨潤するPLA−PEG共重合体について述べた。これらのポリマーも水溶性ではなく、架橋していない。これらの物質に共通の特徴は、水溶性ポリマーと分解性ポリマーの両方を使用し、水に不溶であり、合計で60%まで膨潤することである。
【0014】
1995年4月25日にHubbellらに発行された米国特許第5,410,016号は、高い生体適合性と抗血栓性のために、生分解性を付与する短いポリラクチド延長部分および観察可能な熱生成なしで迅速な光重合を可能にするアクリル酸末端を有する、ポリエチレングリコール(PEG)をベースとする物質について述べている。これらの物質は、NOを放出または生成するヒドロゲルを生成するために容易に修正される。
【0015】
重合可能部分は、インビボでの均一分解を促進するために、少なくとも1つの分解性領域によって分離されている。これらのポリマーには複数の変形がある。例えば、重合可能領域が分解性領域によって分離されている限り、直接、分解性延長部に結合させたり、水溶性非分解性部分を通じて間接的に結合させることができる。例えば、マクロマー組成物が分解性領域に結合した簡単な水溶性領域を含む場合、ある重合可能領域は水溶性領域に結合し、別の重合可能領域は分解性延長部または領域に結合する。別の実施形態において、水溶性領域はマクロマー組成物の中核を形成し、中核に結合した少なくとも2つの分解性領域を有する。少なくとも2つの重合可能領域が前記分解性領域に結合しているため、重合可能領域は分解時に、特に重合ゲル形の場合に、分離されている。逆にマクロマー組成物の中核が分解性領域によって形成されていると、少なくとも2つの水溶性領域を中核に結合させることが可能であり、重合可能領域を各水溶性領域に結合させることができる。最終的な結果は、ゲル形成およびインビボ分解条件への露出後と同じになる。
【0016】
別の実施形態において、マクロマー組成物は水溶性主鎖領域およびマクロマー主鎖に結合した分解性領域を有する。少なくとも2つの重合可能領域が分解性領域に結合しているため、分解時にそれらが分離され、結果としてゲル生成物が溶解する。さらなる実施形態において、マクロマー主鎖は、分解性主鎖に結合した分岐またはグラフトとしての水溶性領域を持つ非分解性主鎖で形成されている。2つ以上の重合可能領域が水溶性分岐またはグラフトに結合している。別の変形において、主鎖は星形であり、水溶性領域、生分解性領域または生分解性でもある水溶性領域を含むことがある。この一般的な実施形態において、星形領域は、重合可能領域が結合した水溶性または生分解性分岐またはグラフトのいずれかを含む。再び重合可能領域は分解性領域により、ある点で分離される。
【0017】
(重合可能基)
重合可能基は、最も好ましくは可視または長波長紫外線照射におけるフリーラジカル生成による光開始によって重合可能である。好ましい重合可能領域はアクリル酸塩、ジアクリル酸塩、オリゴアクリル酸塩、ジメタクリル酸塩、オリゴメタクリル酸塩または他の生物学的に許容可能な光重合基である。好ましい三級アミンはトリエタノールアミンである。
【0018】
使用可能な光開始剤は、細胞毒性なしで、多くて数分、最も好ましくは数秒という短い時間枠内でのマクロマーのフリーラジカル生成重合による開始に使用できる光開始剤である。LWUV開始の開始剤として選択される好ましい染料は、エチルエオシン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、他のアセトフェノン誘導体、およびカンファーキノンである。全ての場合において、架橋および重合は、例えば2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノンまたはエチルエオシン(10−4−10−2ミリM)およびトリエタノールアミン(0.001〜0.1M)の組合わせ等の光活性化フリーラジカル重合開始剤によって共重合体内で開始される。
【0019】
光開始剤の選択は、光重合可能領域に大きく依存している。例えば、マクロマーが少なくとも1つの炭素−炭素二重結合を含む場合、染料による光吸収によって染料が三重項状態をとり、三重項状態は次にアミンと反応して、重合を開始するフリーラジカルを形成する。これらの物質と使用するのに好ましい染料としては、エオシン染料、および2,2−ジメチル−2−フェニルアセトフェノン、2−メトキシ−2−フェニルアセトフェノン等の開始剤、およびカンファーキノンが挙げられる。このような開始剤を使用すると、共重合体は、例えば長波長紫外線または約514nmのレーザー光によって原位置で重合される。
【0020】
重合は、波長約200〜700nmの波長の光、最も好ましくは長波長紫外範囲または可視範囲の320nm以上の光、最も好ましくは約514nmまたは365nmの光による照射によって開始される。
【0021】
複数の光酸化および光還元染料が、重合開始に使用できる。これらは例えば、アクリブラリン等のアクリジン染料;チオニン等のチアジン染料;ローズベンガル等のキサンチン染料;およびメチレンブルー等のフェナジン染料が含まれる。これらは、例えばトリエタノールアミン等のアミン;RSO等の硫黄化合物;イミダゾール等の複素環;エノラート;有機金属;およびN−フェニルグリシン等の他の化合物、等の共触媒とともに使用される。他の開始剤としては、カンファーキノンおよびアセトフェノン誘導体が挙げられる。
【0022】
熱重合開始剤系も使用できる。37℃で不安定であり、生理温度でフリーラジカル重合を開始するこのような系としては、例えばテトラメチルエチレンジアミンが存在する、または存在しない過硫酸カリウム;トリエタノールアミンが存在する、または存在しない過酸化ベンゾイル;および重亜硫酸ナトリウムが存在する過硫酸アンモニウムがある。
【0023】
光開始以外に、他の開始化学作用も使用できる。これらには、例えば重合可能領域として使用するマクロマーを含むイソシアネートまたはイソチオシアネートを用いた水およびアミン開始方式がある。
【0024】
(好ましい実施形態)
好ましい実施形態において、ポリマー物質は生分解性で、重合可能な、少なくとも実質的に水溶性マクロマー組成物である。第1のマクロマーは少なくとも1つの水溶性領域、少なくとも1つのNO保持領域および少なくとも1つのフリーラジカル重合可能領域を含む。第2のマクロマーは少なくとも1つの水溶性領域および少なくとも2つのフリーラジカル重合可能領域を含む。前記領域はある実施形態において、水溶性かつ生分解性であってもよい。前記マクロマー組成物は、重合可能領域を、例えば光感受性化学物質および染料によって生成したフリーラジカルに曝露することによって重合される。
【0025】
これらのマクロマーの例は、PVAまたはPEG−オリゴグリコリル−アクリル酸塩である。適切なエンドキャップを選択すると、重合とゲル化が迅速になる。アクリル酸塩は、紫外または可視光に短時間曝露することによって、例えばエオシン染料等の複数の開始系を使用して重合できるため好ましい。ポリ(エチレングリコール)またはPEG中央構造単位(核)は、優れた生体適合性を伴う、その高い親水性および水溶性に基づいて好ましい。ポリグリコール酸等の短いオリゴまたはポリ(αーヒドロキシ酸)は、エステル結合の無害の代謝産物であるグリコール酸内への加水分解によって迅速に分解するため、好ましい鎖延長部として選択される。結晶性の高いポリグリコール酸は水や大半の一般的な有機溶媒に不溶であるが、マクロマー組成物全体は水溶性であり、水性組織液に接触しながら生分解性網目内で迅速にゲル化される。このような網目は、水溶性薬剤および酵素を捕捉および均一に分散させ、それらを制御された速度で送達するのに使用できる。さらに前記網目は、水溶性薬剤の粒子懸濁液を捕捉するのに使用される。他の好ましい鎖延長部は、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリオルトエステル、およびポリ無水物である。ポリペプチドも使用できる。このような「ポリマー」ブロックは、ダイマー、トリマーおよびオリゴマーブロックを含むことを理解されたい。
【0026】
PVAは多くのペンダントヒドロキシル基を含む。これらのヒドロキシル基は容易に反応して、様々な架橋剤および酸化窒素供与体等の側鎖を形成する。PVAは水溶性で、優れた生体適合性を有する。PVAがペンダントヒドロキシル基を持つジアセタール結合によってメタクリル酸塩基に結合するように修飾し、適切な光開始剤を加えると、PVAは長波長紫外線によって光重合し、ヒドロゲルを生成する。別の好ましい実施形態において、米国特許第5,508,317号、第5,665,840号、5,849,841号、第5,932,674号、第6,011,077号、第5,939,489号および第5,807,927号に記載されているように、修飾ポリビニルアルコール(PVA)マクロマーからヒドロゲルが生成される。例えば、米国特許第5,508,317号で開示されたマクロマーは、架橋可能なオレフィン不飽和基を含むアクリルアミド基等のペンダント架橋可能基によって修飾されたPVAプレポリマーである。これらのマクロマーは、例えば光重合または酸化還元フリーラジカル重合によって重合できる。開始ポリマーは特に、ポリビニルアルコールの誘導体、または例えば1,3−ジオール骨組を含むビニルアルコールの共重合体である。架橋可能な基またはさらなる修飾因子は、様々な方法で、例えば1,3−ジオール単位の数パーセントを修飾して、架橋可能なラジカルを含む1,3−ジオキサンにすることによって、あるいは2−位置のさらなる修飾因子によって、開始ポリマーの骨組に結合できる。別の可能性は、開始ポリマーの数パーセントのヒドロキシル基を不飽和有機酸によってエステル化することであり、これらのエステル結合ラジカルは架橋可能な基を含んでいる。これらのマクロマーの疎水性は、一部のペンダントヒドロキシル基をさらに疎水性の高い置換基と置換することによって向上させることができる。疎水性等のマクロマーの特性は、マクロマー主鎖にコモノマーを組込むことによって修飾できる。他の手段によって架橋可能なペンダント基を持つマクロマーも形成できる。
【0027】
B.NO基または調整化合物
S−ニトロソチオール、有機硝酸塩および求核原子を持つNO錯体を含め、生理条件下でNOを生成する多数の分子(No供与体)が、インビトロおよびインビボの両方で同定および評価されている。L−アルギニンはNO合成酵素の基質であるため、NO供与体であり、それゆえL−アルギニンを投与すると内因性NO生産が向上し、大半の場合、NO供与体によって生じるのと同様の反応が誘発される。他のNO供与体としては、モルシドニン、CAS754、SPM−5185およびSIN−1が挙げられる。NOを生成および/または供与できる他の化合物を使用してもよい。これらとしては、有機硝酸塩、ニトロシル化化合物、ニトロソエステルおよびL−アルギニンが挙げられる。
【0028】
NOを生成する、あるいはNOを放出または発生する分子は、NOとの錯体を生成可能な求核原子および/またはS−ニトロソチオール等のチオールを含む領域に結合されていることが好ましい。
【0029】
C.予防薬、治療薬および診断薬
ポリマー物質は、全身的に放出される薬剤を装填することもできるが、ドラッグデリバリー、好ましくは前記物質が必要とされる部位におけるに予防薬、治療薬および診断薬の局所放出にも使用できる。これらの薬剤としては、タンパク質またはペプチド、多糖類、核酸分子、および天然および合成の簡単な分子が挙げられる。代表的な物質として、抗生物質、抗ウィルス剤および抗菌剤、抗炎症剤(ステロイド系または非ステロイド系)、ホルモン、成長因子、サイトカイン、神経刺激剤、血管収縮剤、および心血管反応に関与する他の分子、酵素、抗腫瘍剤、局部麻酔剤、抗血管形成剤、抗体、生殖器官に影響する薬剤、アンチセンスオリゴヌクレオチド等のオリゴヌクレオチドが挙げられる。診断物質は、放射性で、色素形成基質に結合または色素形成基質を切断するか、超音波、x−線、MRIまたは他の標準画像診断方法によって検出される。
【0030】
これらの薬剤は、ポリマーが適用される部位において(酵素または加水分解による)分解または拡散のどちらかによって放出されるように、重合前のマクロマーに混合するか、ポリマー内またはポリマー上に塗布するか、重合前または重合中にマクロマーに共有またはイオン結合させることが可能である。
【0031】
II.使用方法
A.コーティング;フィルム;微粒子
インビボ治療に関して述べられたが、本明細書で記載されるポリマー物質が細胞培養、細胞培養基質、またはステントまたはカテーテル等の医療用インプラントまたは機器のコーティングに使用可能であり、標準手法を用いて、患者に使用または投与される微粒子または他の種類の調合物に形成できることは明白である。
【0032】
B.治療用途
NOの生理学的量を長期に渡って放出可能なポリマー物質は、そのような治療が必要な部位または患者に適用できる。NOによって治療できる代表的な障害または症状としては、再狭窄、血栓症、喘息、創傷治療、関節炎、ペニスまたは婦人の勃起障害が挙げられる。前記物質は、通常マクロマー溶液として適用され、適用前に重合を開始できるが、原位置で重合される。
【0033】
(創傷治療)
前記調合物は、火傷、手術による創傷、開放性の脚および足の創傷等、あらゆる種類の創傷の治療に特に有用である。潰瘍と呼ばれる、開放性の脚の創傷には一般に3種類ある。いつも座っている年配者において、脚への血流が停滞した場合によく見られる、静脈鬱血性潰瘍;寝たきりで頻繁に寝返りを打てない人に最もよく起こる、圧力ずれまたは床ずれとも呼ばれる臥位潰瘍;足への血液循環の停滞によって起きる、糖尿病性足潰瘍である。老化人口の増加により、近い将来、効果的で使用者にとって扱いやすい潰瘍治療法に対する要求がますます高まるであろう。
【0034】
本明細書で使用される「創傷」という用語は、手術および外傷によって与えられたものを含め、火傷を含め、アテローム硬化症また糖尿病等の慢性または急性的な病状による損傷と同様に、あらゆる種類の組織損傷を指す。
【0035】
(再狭窄の治療)
好ましい用途は、手術後の患者での再狭窄の影響を減少させる方法である。前記方法は、動脈内表面を、感光性フリーラジカル重合可能開始剤および多数のマクロマーの水溶液によってコーティングすることである。コートした動脈に、マクロマーの重合を誘起するキセノンアークレーザ(Xenon arc laser)を照射する。新たに重合したポリマー組成物が生成すると、動脈内の生理条件によってNOの放出が誘起される。この放出は、長期間にわたって厳密に局在化される。
【0036】
(手術による癒着防止)
好ましい用途は、患者の外科手術後の癒着形成を低減する方法である。ある実施形態において前記方法は、患者の損傷した組織表面を、上記の感光性フリーラジカル重合可能開始剤の水溶液およびマクロマー水溶液によってコーティングすることを含む。コートした組織表面を、マクロマーの重合に十分な光に曝露させる。感光性フリーラジカル重合開始剤は、単一の化合物(例えば2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン)または染料および共触媒(例えばエチルエオシンおよびトリエタノールアミン)の組合わせでもよい。
【0037】
(組織の接着)
前記ポリマーの別の用途は、患者の組織表面を接着する方法である。ある実施形態において、マクロマーを光開始剤または光開始剤/共触媒混合物と混合し、水性混合物を形成し、前記混合物を組織接着が望ましい組織の表面に塗布する。前記組織表面は接着が望ましい組織と接触し、組織結合を生成する。次に、マクロマーが重合するまで、組織結合に照射する。
【0038】
(組織のコーティング)
これらのマクロマーの特に好ましい用途において、極薄コーティングは組織の表面、最も好ましくは血管等の組織の内腔に適用される。このようなコーティングのある用途は、再狭窄、突発的な再閉鎖、血管介入後の血管収縮等の治療または予防においてである。ある開始剤を組織表面に適用して、反応、吸収または組織に結合させると、未結合開始剤は希釈またはすすぎによって除去され、マクロマー溶液が塗布および重合される。この方法は、厚さ1〜500ミクロン、最も好ましくは約20ミクロンの均一なポリマーコーティングを生成することができ、血栓形成や局所炎症を引き起こさない。
【0039】
(組織支持体)
前記ポリマー物質は、体内で機械的機能を担わせるための成型品を形成することによって、組織支持体の生成にも使用できる。このような支持体としては、例えば出血器官用のシーラントと、骨欠陥用のシーラントおよび動脈瘤用の充填材が挙げられる。さらにこのような支持体は、器官、血管および管を管理時間の間、特殊な位置に保持するための狭窄を含むことも可能である。
【0040】
(制御ドラッグデリバリー)
上述したように、前記ポリマー物質は、ホルモン、酵素、抗生物質、抗腫瘍薬、細胞懸濁液を含む、治療薬、予防薬および診断薬としての生理活性物質の担体としても使用できる。前記ポリマー物質は、放出される薬剤の機能特性の一時的な維持はもちろんのこと、局所組織または全身循環のための薬剤の長期に渡る制御放出にも使用できる。
【0041】
薬剤をマクロマー溶液に混合し、次いで原位置で重合させる制御ドラッグデリバリーのための方法の変形において、マクロマーは生理活性物質と重合され、生理活性物質を含む小球体またはナノ粒子を形成する。前記マクロマー、光開始剤およびカプセル化される薬剤は水性混合物中で混合される。例えば、エマルジョンを形成するために油中で混合したり、ノズルを用いて油中で小滴を形成したり、またはノズルを使用して空気中で小滴を形成したりすることによる標準手法を用いて、混合物の粒子を形成する。懸濁液または小滴は、マクロマーの光重合に適した光を照射する。
【0042】
これらの物質は、前記ポリマーの水溶性領域によって、水がポリマー内に捕捉された物質に到達できるため、親水性物質の制御ドラッグデリバリーに特に有用である。さらに、前記物質を有機溶媒に曝露させずに、物質を含むマクロマー組成物を重合することが可能である。放出は、架橋間の分子量および架橋密度によって制御されるポリマー内の特徴的孔径によって、分解前のポリマーからの物質の拡散、および/または分解時のポリマーからの物質の拡散によって生じる。ゲルの固定ならびに保護効果によって、捕捉物質の不活性化は低減され、他の制御放出系に関係する破局的なバースト効果は回避される。捕捉物質が酵素である場合、基質がゲルを透過できるようにゲル比が選択されているならば、前記酵素は捕捉されながら基質に曝露される。末端エステル結合の漸進的な加水分解によるポリマーの分解により、インビボの自由巨大分子の最終的な制御放出が促進される。
【0043】
III.実施例
実施例1−3に示すように、3種類のNO生成、PEGベースポリマーを合成し、その放出速度をインビトロで整理条件下で決定した。適切な物質に対する生理反応は、培養した平滑筋細胞および内皮細胞を用いてインビトロで、ヒトの再狭窄に似たラットの頸動脈損傷モデルを使用してインビボで評価した。前記物質は、次にNaNOと反応してS−ニトロソチオールを生成する、ポリエチレングリコール(A)とポリシステイン(B)のBABブロック共重合体、次にNOガスと反応して求核試薬/NO錯体を生成する、ポリエチレングリコール(「PEG」)(A)とジエチレントリアミン(「DETA」)(B)のBABブロック共重合体、次にNOガスと反応して求核試薬/NO錯体を生成する、ポリエチレングリコール(A)およびポリリジン(B)のBABブロック共重合体が含まれる。すべてのポリマーは、原位置で迅速に光重合させるために、活性アクリル酸塩基によってさらに終結させた。
【0044】
PEG等の水溶性、生体適合性ポリマーが大量の前記物質を含み、分子量が十分大きいならば、このような物質は生体適合性が良好であり、各ポリマー鎖における2つのエステル結合および2つのアミド結合の存在によってゆっくりと生分解することが予想される。これら3種類の物質は、放出動態が大きく異なるものと予想されたために選択された:求核試薬/NO錯体は、5週間にわたってNOを放出することが示されているが(Smithら,(1996)J.Med.Chem.,39:1148−56)、S−ニトロソシステインの半減期は0.023時間である(Mathewsら,(1993)J.Pharmacol.Exp.Therap.,267:1529−37)。これらの共重合体によって生成されるNOの量は、システインまたはリジンに対するポリエチレングリコール(PEG)の比を変化させて調整してもよい。
【0045】
これらのマクロマー組成物が有利なのは、水性環境で迅速に重合できることである。したがって、生分解性バリア、生細胞または生理活性物質の担体、外科用接着剤として役立つ、組織上の原位置で正確に適合する半透過性、生分解性フィルムまたは膜を形成することができる。前記ポリマーは、インプラントサンプル上の最小繊維の過成長からわかるように、優れた生体適合性を示す。モデルのヒドロゲルは、長波長紫外線(LWUV)光に短時間曝露させると、水溶性前駆体から原位置でゲル化し、結果として、組織のタンパク質およびグリコサミノグリカン成分を含むヒドロゲルの相互貫通網目構造を形成した。
【0046】
実施例4および5に示すように、次の3種類のPVAヒドロゲルを作成し、NOおよび含有薬剤(bFGF)の放出を示した。PVA−NH−NOヒドロゲル;PVA−Cys−NOヒドロゲル;PVA−NO−bFGFヒドロゲル。結果は、PEGベースのヒドロゲルと同様である。
【0047】
実施例1:PEG−Cys−NOマクロマーおよびヒドロゲルの合成
図1に示すように、アクリロイルPEG−Cys−NOポリマーは最初に、50mM重炭酸ナトリウム緩衝液(pH8.5)中でポリエチレングリコールN−ヒドロキシスクシンイミドモノアクリレート(ACRL−PEG−NHS、分子量3400、Shearwater Polymersより市販で入手可能、Huntington,AL)をL−システインと1:2のモル比で2時間反応させて形成された。次に生成物をdiHO中でセルロースエステル膜(分子量カットオフ500、Spectrum Labs,Laguna Hills,CA)によって透析し、凍結乾燥した。アクリロイルPEG−Cys−NO共重合体の分析は、光散乱検出器および260nmのUV検出器を備えたゲル透過クロマトグラフィ(GPC)(Polymer Laboratories,Amherst,MA)を用いて行った。アクリロイル−PEG−Cysの合成が成功したかどうかは、蒸発光散乱検出器のピーク位置のシフトによって判定した。次に共重合体を問うモル量のNaNOとpH2および37℃にて20分間反応させ、S−ニトロソシステインを形成した。チオール基のS−ニトロソチオールへの変換は、Ellmanのアッセイ(Hermanson,(1995)Bioconjugate Techniques,San Diego,CA,Academic Press;88−90)を用いて測定した。溶液のpHを7.4に調整した後、アクリロイル−PEG−Cys−NOポリマーを、1500ppmの2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノンを長波長紫外線開始材として含む水性溶液中でPEG−ジアクリレート(分子量3400)と1:10のモル比で混合して、光重合可能なヒドロゲル中に混入した。この混合物中に含まれる0.15%のN−ビニルピロリドンは、光開始剤の溶媒として使用された。UV光(365nm、10mW/cm)への曝露を用いてポリマーを架橋すると、ヒドロゲルに変換された(Sawhneyら,(1993)Macromol 26:581−7)。
【0048】
実施例2:PEG−Lys−NOマクロマーおよびヒドロゲルの合成
図2に示すように、アクリロイル−PEG−Lys−NOヒドロゲル用に、ACRL−PEG−NHS(分子量3400、Shearwater Polymers)およびポリ−L−リジン(DP=5)を50mM重炭酸ナトリウム緩衝液(pH8.5)中で等モル比で反応させて共重合体を合成した。得られた共重合体をGPCで分析した後、水に溶解し、真空容器中でNOガスと反応させると、リジン側鎖基にアミン基を持つNO−求核試薬錯体が生成した。アミン基のNO−求核試薬錯体への変換度は、ニンヒドリンアッセイを用いて測定し、実施例1で述べたようなヒドロゲルが形成された。
【0049】
実施例3:PEG−DETA−NOマクロマーおよびヒドロゲルの合成
ジエチレントリアミン(DETA,Aldrich,Milwaukee,WI)は、ポリ−L−リジン(DP=5)を50mM重炭酸ナトリウム緩衝液(pH8.5)中のACRL−PEG−NHS(分子量3400、Shearwater Polymers)で等モル比で反応させ、凍結乾燥させて、上述したようにGPCで分析した。次に共重合体を水に溶解し、NOガスに曝露して、PEG−Lys−NOで述べたようにNO−求核試薬錯体を形成させ、ニンヒドリンアッセイを用いてアミン含有量を分析した。PEG−DETA−NOを凍結乾燥した後、図3に示すように、上述したように光重合させてヒドロゲルを形成した。
【0050】
実施例4:PVA−NH−NOマクロマーおよびヒドロゲルの合成
ポリ(ビニルアルコール)(Hoechst,Mowiol 4−88)をdiHOに溶解し、絶えず攪拌しながら丸底フラスコ中で95℃まで加温した。1時間後、前記溶液を室温まで冷却し、架橋化可能なアセタール基である、メタクリルアミドアセトアルデヒドジメチルアセタール(NAAADA)を加えた。アミンアセタール、ガンマ−ブチルアルデヒドジエチルアセタールも加え、氷酢酸および37%塩酸を用いて混合物を酸性とした。混合物を室温で9時間攪拌した後、トリエチルアミンを用いてpHを3.6に調整した。ポリマーを精製するために、次に溶液を分子量3000のセルロース膜を用いて、ポリマーの6倍の体積のdiHO中でダイアフィルトレーションした。ダイアフィルトレーションを用いてポリマー濃度を22%w/vに調整し、1N NaOHでpHを7.4に調整した。ポリマーのアミン濃度は、ニンヒドリンアッセイを用いて決定した。
【0051】
PVA−NHに結合したNO供与体を作成するために、中和したアミン修飾ポリマーを活栓付きの丸底フラスコに入れた。フラスコを真空にして、アミンのNO求核試薬錯体への変換が望ましい程度に行われるまで、酸化窒素ガスを満たした。光架橋ヒドロゲルは、PVA−NH−NOに0.1%IRGACURETM2959(Ciba−Geigy)光開始剤(溶液の総体積に基づく)を加え、次にUV光(2mW/cm、365nm)に30秒間曝露して形成した。光開始剤を添加すると、最終的なポリマー濃度は20%w/vとなる。
【0052】
実施例5:PVA−Cys−NOマクロマーおよびヒドロゲルの合成
PVA−NHは上記のように合成した。システインのアミン末端は無水酢酸を用いてアセチル貸し、システインのカルボキシル末端は、水溶性EDAC化学作用を用いてPVA−NHに結合させた。得られたPVA−Cysは次に、ダイアフィルトレーションを用いて精製し、濃度を22%w/vとした。PVA−Cys−NOは、システイン残基に亜硝酸ナトリウムを等モル量加え、pHを2に調整し、37℃で15分間インキュベートした。システインのCys−NOに対する反応程度は、EllmanおよびGriessの反応の両者を用いて分析した。光開始剤2,2−メチル−2−フェニルアセトフェノンをN−ビニルピロリドンに600mg/mlの濃度で溶解し、ポリマー溶液に加えた(溶液の総体積に基づいて0.1%)。次に、UV光に30秒間曝露してポリマーを架橋し、pH7.4、37℃のHEPES緩衝生理的食塩水中に入れた。
【0053】
実施例6:PVA−NO−bFGFヒドロゲルの合成
PVA−NO−bFGFヒドロゲルの場合、上の手順を用いてPVA−NOポリマーを作成した。UV光に曝露させる直前に、25μg/mlのbFGFをポリマー溶液に加え、よく混合した。ゲルは前述のように架橋され、pH7.4、37℃のHEPES緩衝生理的食塩水中で保存された。
【0054】
実施例7:ヒドロゲルからのNO放出
上述したようにNO放出物質の調製および光重合の後、ヒドロゲルを秤量し、pH7.4、37℃のHEPES緩衝生理的食塩水中で保存した。緩衝液の一部を各時点で除去し、新しい緩衝液を加えた。各時点で取り出したサンプルは次に、Griess反応に基づく比色アッセイを用いて亜硝酸塩含有量を分析した。
【0055】
ヒドロゲルの可能な保存条件を探るために、各種のpHレベルの緩衝液で保存したヒドロゲルのNO放出動態も調べた。ヒドロゲルからのNOの放出は、酸性pHレベルで著しく抑制された。
【0056】
アクリロイル−PEG−Lys−NOヒドロゲルからのNO放出を図4に示す。
【0057】
アクリロイル−PEG−DETA−NOヒドロゲルからのNO放出を図5に示す。
【0058】
アクリロイル−PEG−Cys−NOヒドロゲルからのNO放出を図6に示す。
【0059】
実施例8:PVA−NO−bFGFヒドロゲルからのNOおよびbFGFの放出
実施例6で述べたように調製したPVA−NO−bFGFヒドロゲルからのNO放出は、実施例7と同じ方法で決定し、図7Aに示す。bFGFの放出は、BCAアッセイ(Pierce Chemicals)を用いて定量し、図7Bに示す。NOの放出は12時間を大幅に超えて続くが、増大係数は最初の5時間以内で完全に放出される。
【0060】
実施例9:培養平滑筋細胞に対するNO放出マクロマーの影響:増殖および生存度
血管損傷後の平滑筋細胞(SMC)増殖を低減する物質の可能性を評価するため、培養平滑筋細胞をNO放出物質の存在下で培養し、これらの物質の細胞に対する影響を評価した。Wistar−Kyotoラットから単離した平滑筋細胞(継代11−15、T.Scott−Burden提供)を、10%FBS、2mM L−グルタミン、500単位のペニシリン、100mg/lのストレプトマイシンを追加した最小必須培地を用いて37℃のCO環境にて培養した。前記細胞を24ウェル組織培養プレート(Becton Dickinson,Franklin Lakes,NJ)に10,000細胞/cmの密度で播種した。播種1日後に、溶解形またはヒドロゲル形のいずれかのNO供与体をウェル内の培地に加えた。培養第4日に、トリプシンの単一細胞懸濁液を調製し、Coulterカウンタ(Multisizer番号0646,Coulter Electronics,Hialeah,FL)を用いて各グループの3個のサンプルをカウントして、細胞数を決定した。
【0061】
SMC増殖に対する溶液中のNO供与体の影響は、最初にNO用量反応曲線を実施して調べた。そこでは、ヒドロゲル研究に適切な用量を確認するために、細胞をある範囲のNO供与体濃度(1μM〜10mM)で培養した。NO−求核試薬錯体(Lys−NOおよびDETA−NO)は、水中でL−リジンまたはDETAのどちらかをNOガスと24時間反応させて作成した。可溶性Cys−NOは、pH2および37℃で等モル量のL−システインをNaNOと20分間反応させて合成した。すべてのNO供与体溶液は、細胞培養物に加える前にpH7.4に調整した。
【0062】
次に、上で決定したNOの最適用量を用いて、NO生成および制御ヒドロゲルの存在下での平滑筋細胞の増殖を調べた。アクリロイル−PEG−Lys−NO、アクリロイル−PEG−DETA−NO、アクリロイル−PEG−Cys−NOを含むヒドロゲルは、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノンを加える前にゲル溶液を0.2μmシリンジフィルタ(Gelman Sciences,Ann Arbor,MI)によって滅菌濾過したことを除いて、上記のように形成した。NO供与体を含まないPEG−ジアクリレートヒドロゲルは対照として使用した。ヒドロゲルは細胞培養インサート(8μm孔径、Becton Dickinson,Franklin Lakes,NJ)中で光重合させ、培養細胞上の培地中に置いた。
【0063】
3種類のヒドロゲルNO供与体すべてが、著しいSMC成長を示した(p<0.0001)。平滑筋細胞の数は播種密度の数に近いままであり、すべての実験で最終対照細胞数の10−15%の範囲であった。
【0064】
アクリロイル−PEG−Lys−NOヒドロゲルによるSMC増殖の阻害を、図8Bに示したマクロマー溶液対照と比較して、図8Aに示す。どちらもSMCの増殖を著しく阻害した。
【0065】
アクリロイル−PEG−DETA−NO−求核試薬錯体ヒドロゲルによるSMC増殖の阻害を、図9Bに示したマクロマー溶液対照と比較して、図9Aに示す。どちらもSMCの増殖を著しく阻害した。
【0066】
アクリロイル−PEG−Cys−NOヒドロゲルによるSMC増殖の阻害を、図10Bに示したマクロマー溶液対照と比較して、図10Aに示す。どちらもSMCの増殖を著しく阻害した。
【0067】
アクリロイル−PEG−Cys−NOヒドロゲル、アクリロイル−PEG−DETA−NOヒドロゲル、アクリロイル−PEG−Lys−NOヒドロゲルによるSMC増殖の阻害は、図11対照ヒドロゲルと比較した。すべてのNOヒドロゲルはSMC成長を著しく阻害した。
【0068】
実施例10:インビトロでの血小板接着に対するNO放出マクロマーの影響
これらの物質の血栓症予防に対する可能性を評価するために、血小板接着に対するNO放出マクロマーの影響を調べた。健康な志願者から静脈穿刺によって血液を採取し、10U/mlヘパリンで抗凝血処理をした。血小板および白血球細胞に対して、10μMの濃度のメパクリンで蛍光標識した。3%氷酢酸のdiHOによる2.5mg/mlコラーゲンI溶液を調製し、ガラススライドに塗布して、室温の加湿環境で45分間置いた。アクリロイル−PEG−Cys−NOおよびPEG−ジアクリレートヒドロゲルを上述のように調製し、標識した全血とともに37℃で30分間インキュベートした。ヒドロゲルを除去し、次に血液をコラーゲンでコートしたガラススライドとともに37℃で20分間インキュベートし(グループごとに2枚)、その後、HBSですすいだ。スライド1枚に付き、4個の領域を無作為に選択し、40xでの視野当たりの血小板数を蛍光顕微鏡(Zeiss Axiovert 135,Thornwood,NY)の下でカウントした。
【0069】
対照のPEG−ジアクリレートまたはアクリロイル−PEG−Cys−NOヒドロゲルに曝露した血小板の写真は、NO放出ヒドロゲルへの曝露によって、血小板が血栓形成表面に接着するのを阻害することを示している。血小板が通常接着する血栓形成表面として、コラーゲンでコートしたガラススライドを用いた。血液を対照PEG−ジアクリレートヒドロゲルとインキュベートすると、視野当たり69.25±4.46(平均±標準偏差)の接着血小板が見られた。血液を事前にアクリロイル−PEG−Cys−NOヒドロゲルに曝露させると、この数は視野当たり7.65±6.16個に減少した(p<0.0001)。
【0070】
本明細書で記載された方法および物質の修正または変形は、上述の詳細な説明および添付図から当業者には明らかとなるであろう。これらの方法および物質は、特許請求に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、S−ニトロソシステインヒドロゲル(アクリロイル−PEG−Cys−NO)の合成の概略図である。
【図2】図2は、アクリロイル−PEG−リジン−NO−求核試薬錯体ヒドロゲルの合成の概略図である。
【図3】図3は、アクリロイル−PEG−DETA−NO−求核試薬錯体ヒドロゲルの合成の概略図である。
【図4】図4は、pH7.4(丸)およびpH3.0(四角)におけるアクリロイル−PEG−Lys−NOヒドロゲルからのNOの時間放出(日数に対するNO放出%)を示すグラフである。
【図5】図5は、pH7.4(丸)およびpH2.0(四角)におけるアクリロイル−PEG−DETA−NOヒドロゲルからのNOの時間放出(日数に対するNO放出%)を示すグラフである。
【図6】図6は、pH7.4(丸)およびpH2.0(四角)におけるアクリロイル−PEG−Cys−NOヒドロゲルからのNOの時間放出(日数に対するNO放出%)を示すグラフである。
【図7Aおよび図7B】図7Aは、pH7.4、37℃におけるPVA−NO−bFGFヒドロゲルからのNOの時間放出(時間に対するポリマー1g当たりの放出NOμmol)を示すグラフである。図7Bは、pH7.4、37℃におけるPVA−NO−bFGFヒドロゲルからのNOの時間放出(時間に対するポリマー1g当たりの理論放出bFGF%)を示すグラフである。
【図8Aおよび図8B】図8Aおよび8Bは、アクリロイル−PEG−リジン−NOヒドロゲルが平滑筋細胞の増殖を阻害することを示すグラフである。図8A、対照細胞数の%、ヒドロゲル調合物。図8B、対照細胞数の%、可溶性ポリマー。
【図9Aおよび図9B】図9Aおよび9Bは、アクリロイル−PEG−DETA−NOヒドロゲル(図9A)および可溶性ポリマー(図9B)から放出されたNOによる、SMC増殖の阻害を対照のパーセンテージとして示すグラフである。
【図10Aおよび図10B】図10Aおよび10Bは、アクリロイル−PEG−CYSNO、Lys−NOヒドロゲル(図10A)および可溶性ポリマー(図10B)から放出されたNOによる、SMC増殖の阻害を対照のパーセンテージとして示すグラフである。
【図11】図11は、NOを含む対照ヒドロゲルと比較した、ヒドロゲル:アクリロイル−PEG−Lys−NO、アクリロイル−PEG−DETA−NOおよびアクリロイル−PEG−Cys−NOからのNO放出による平滑筋細胞成長の阻害の程度を比較するグラフである。平滑筋細胞成長の阻害パーセントは、対照のPEG−ジアクリレートヒドロゲルと比較した各NO−放出ヒドロゲルの細胞成長と比較して決定する。
(発明の背景)
通常は動脈壁の内膜層中の単層として存在する内皮細胞は、インビボで平滑筋細胞(SMC)の増殖の調節に重要な役割を果たしていると考えられている。内皮細胞は、経皮経腔冠状動脈血管形成および同様の手順によるものを含め、ほどんどの形の血管損傷によって深刻に阻害される。経皮経腔冠状動脈血管形成を受けた患者の約35〜50%が最初の治療の6ヶ月以内に、動脈の深刻な再狭窄化、すなわち再狭窄を臨床的に経験する。再狭窄は、動脈壁内の閉塞性新内膜層を作成するための基質タンパク質の分泌増加とともに、少なくとも部分的には、動脈壁内の平滑筋細胞の移動および増殖によるものである。同様の問題により、血管移植片の性能も制限される。血管形成術等によって起きる血管損傷後の動脈創傷治癒を調節するプロセスは、いまだによく理解されていないが、血液および血管壁由来の因子の複雑なカスケードを含むと思われる。
内膜肥厚および再狭窄を促進する多数の因子が、外因性タンパク質の投与、細胞の遺伝子変更、または抗体または他の特異性成長因子阻害剤を用いたある信号の遮断によって確認されている。これらの平滑筋細胞の有糸分裂誘発因子および化学遊走物質は、血液または血栓形成および血管壁自体の両方に由来するものである。内皮細胞は、平滑筋細胞の増殖をダウンレギュレートすることが知られている、硫酸ヘパリン、プロスタサイクリン(PG12)よびNOを含む多くの物質を生成する。
NOは、再狭窄予防に有用な内皮細胞由来の標的分子である。なぜなら、平滑筋細胞の増殖を制限することに加え(Gargら,(1989)J.Clin.Invest.,83:1774−7)、血小板の凝集を低減し(de Graafら,(1992)Circulation,85:2284−90;Radomskiら,(1987)Br.J.Pharmacol.,92:181−7)、内皮細胞の増殖を増大させ(Zicheら,(1993)Biochem.Biophys.Res.Comm.,192:1198−1203)、白血球凝着を減少させる(Leferら,(1993)Circulation,88:2337−50)ためであり、これらはすべて内膜肥厚および再狭窄の低下にたいへん望ましい(Loscalzo,(1996)Clin.Appl.Thromb.Hemostas.,2:7−10)。再狭窄プロセスは複雑であるため、複数の標的に作用するアプローチが最も成功すると思われる。
NOがこれらの複数の反応に影響するメカニズムは、今のところ十分に理解されていないが、NOは可溶性グアニル酸シクラーゼのヘモ部分に結合し、複数の細胞効果を持つ細胞間の第2のメッセンジャーである環状グアノシンモノリン酸塩(cGMP)のレベルを向上させることによって、グアニル酸シクラーゼを活性化することが知られている(Moroら,(1996)Proc.Natl.Acad.Sci.USA,93:1480−5)。NOの効果は、cGMPまたはより安定なcGMPの誘導体の投与によって模倣できることが多い(Gargら,(1989)J.Clin.Invest.,83:1774−7)。さらにNOは、細胞呼吸に関与する複数の酵素(Stuehrら,(1989)J.Exp.Med.,169:1543−55)と同様に、リボヌクレオチドをデオキシリボヌクレオチドに変換し、ひいてはDNA合成に著しい影響を与える(Lepoivreら,(1991)Biochem.Biophys.Res.Comm.,179:442−8;Kwonら,(1991)J.Exp.Med.,174:761−7)酵素である、リボヌクレオチドラクターゼを阻害することがわかっている。
生理条件下でNOを生成する多数の分子(NO供与体)がインビトロとインビボの両方で確認および評価されている。NO供与体分子は、NOを模倣する生理効果を及ぼし、S−ニトロソチオール(Diodatiら,(1993)Thromb.Haem.,70:654−8;Leferら,(1993)Circulation,88:2337−50;DeMeyerら,(1995)J.Cardiovasc.Pharmacol.,26:272−9)、有機硝酸塩(Ignarroら,(1981)J.Pharmacol.Exp.Ther.,218:739−49)およびNOと求核試薬の錯体(Diodatiら,(1993)Thromb.Haem.,70:654−8;Diadatiら,(1993)J.Cardiovasc.Pharmacol.,22:287−92;Maragosら,(1993)Cancer Res.,53:564−8)が挙げられる。これらの多くは、全身的に投与される低分子量分子であり、生理条件下での半減期が短いため、多くの組織タイプに活性を短期間及ぼす。さらに、L−アルギニンはNO供与体と考えられることが多く、L−アルギニンはNO合成酵素の基質であるため、L−アルギニンの投与によって、内因性のNO生成が向上し、大半の場合、NO供与体によって引き起こされる反応と似た反応を誘発する(Cookら,(1992)J.Clin.Invest.,90:1168−72)。
NO/求核試薬錯体を含むNO放出ポリマーの開発がSmithら,(1996)J.Med.Chem.,39:1148−56によって報告されている。これらの物質は、インビトロで5週間にもわたってNOを放出可能であり、培養中の平滑筋細胞の増殖を制限し、動脈−静脈シャントモデルにおいて、血小板の血管移植片物質への凝着を低減することができた。これらの物質は、カテーテル用抗血栓コーティング物質等の、局所的なNO生成が望ましい場合に、多くの臨床用途として有望であるが、これらの物質は多数の欠点を被っているため、インビボの組織の直接治療にはおそらく有用ではないだろう。これらのポリマーはフィルム、粉末または微粒子として作成できるが、細胞および組織に直接接触させて原位置で形成させることはできないため、ある組織に対するNO治療を厳密に局所化することが困難となり、適用部位にポリマーを保持しておくことに関する問題が起きる可能性がある。調合の問題によっても、腹腔鏡検査またはカテーテルに関する手順の間の局所投与が困難または不可能になる。さらに、ベースポリマーの生体適合性はインプラント可能なNO放出ポリマーにとって、特に長期使用向けの場合にはNO放出停止後に炎症または血栓反応が発生するおそれがあるため、重大な問題となる。
これらの化合物を治療が必要な部位に単独で投与したり、場合によっては、前記薬剤の全身的投与による副作用を低減および消滅できれば、特に長期に渡る場合は、さらに効果的である。
したがって、本発明の目的は、局部または局所的投与後に、NOおよび/またはNOレベルを調節する化合物の特定部位での制御放出用の薬剤を提供することである。
本発明のさらなる目的は、適用部位においてNOレベルを調節する化合物を放出するヒドロゲル物質を提供することによって、炎症反応を含む症状の治療方法を提供することである。
[0001]
Biocompatible polymeric substances that release or produce physiological amounts of NO over time can include restenosis, thrombosis, asthma, wound healing, arthritis, erectile dysfunction, or other disorders where NO plays an important role It is applied outside or inside the body of a patient in need of treatment such as a condition. The polymeric material can also be formed as a film, coating or particulate. Polymers are generally formed from macromers, which contain biodegradable regions with attached groups that are released in situ to increase or otherwise adjust the NO concentration at the site that requires treatment. To do. Macromers can form homo- or hetero-dispersions or solutions that are polymerized to form a polymeric material. In the latter case, it may be a semi-interpenetrating network structure or an interpenetrating network structure. The released compound is either physically trapped, covalently or ionically bound to the macromer, or actually forms part of the polymer material. Hydrogels can be formed by ionic and / or covalent crosslinking. Other active agents, including therapeutic, prophylactic or diagnostic agents can also be included in the polymeric material.
[0002]
I. Polymeric material for NO release
The polymeric material is biocompatible and releases or produces NO. In various preferred embodiments, the polymer is also biocompatible, forms a hydrogel, polymerizes in situ, and is tissue adhesive. These properties are imparted not only by selection of the macromer component, but also by addition to various groups of components.
[0003]
The term “polymerizable” refers to a region that creates an additional covalent bond that results in a macromer linkage of an acrylate-type molecule, eg, a carbon-carbon double bond. Such polymerization is characterized by the free radical formation that results from photon adsorption of certain dyes and chemical compounds that ultimately generate free radicals. However, free radicals can also be obtained using other methods and reagents known to those skilled in the art.
[0004]
A. Polymer material
The polymeric material must be biocompatible, i.e., must not induce a significant or unacceptable toxicity or immune response after administration or implantation in a patient.
[0005]
Many biocompatible polymeric materials are known, including both natural and synthetic polymers. Examples include proteins (from the same origin as the recipient), polysaccharides such as chondroitin sulfate, and hyaluronic acid, polyurethanes, polyesters, polyamides, and acrylates. The polymer may be degradable or non-degradable.
[0006]
Most polymer materials are selected based on a combination of properties imparted by various components. These include water-soluble regions such as PEG or PVA, biodegradable regions such as regions that degrade by hydrolysis, groups that can be used to polymerize macromers in situ, and the like.
[0007]
(Water-soluble and / or tissue adhesion area)
Various water-soluble substances can be mixed into the polymer. The term “at least substantially water soluble” indicates an aqueous solution having a solubility of at least about 5 g / 100 ml. In a preferred embodiment, the core water-soluble region is poly (ethylene glycol), poly (ethylene oxide), poly (vinyl acetate), poly (vinyl alcohol), poly (vinyl pyrrolidone), poly (ethyl oxazoline), Poly (ethylene oxide) -poly (propylene oxide) block copolymers, polysaccharides or carbohydrates such as polysaccharose, hyaluronic acid, dextran, heparin sulfate, chondroitin sulfate, heparin or alginate, gelatin, collagen, albumin or ovalbumin, etc. It can be composed of
[0008]
The hydrophilic (ie, water soluble) region is generally tissue adhesive. Both hydrophobic and hydrophilic polymers containing large amounts of exposed carboxylic acid groups are tissue or bioadhesive. Ligands such as RGD peptides and lectins that bind to cellular carbohydrate molecules can also adhere to polymers, improving tissue adhesion.
[0009]
(Degradable region)
Polyesters of α-hydroxy acids (ie, lactic acid, glycolic acid) (Holland et al., 1986 Controlled Release, 4: 155-180) are available from a closure device (suture and clasp) to a drug delivery system (US Pat. No. 4 to Smith et al.). 741,337; Spilizewski et al., 1985 J. Control. Rel. 2: 197-203), the most widely used biodegradable material. Domb et al., 1989 Macromolecules, 22: 3200; Heller et al., 1990 Biodegradable Polymers as Drug Delivery Systems, Chasin, M .; And Langer, R .; Hen, Dekker, New York, 121-161, in addition to poly (hydroxy acids), other polymers including polyanhydrides and polyorthoesters that utilize labile backbone bonds are also available. It is known to be biodegradable. As reported by Miyake et al., 1974, polyamino acids have also been synthesized since it is desirable to include a polymer that degrades into the natural form material for in vivo use.
[0010]
The time required for polymer degradation can be adjusted by selecting an appropriate monomer. The difference in crystallinity also changes the decomposition rate. Since these polymers are relatively hydrophobic, the actual mass loss only begins when the oligomeric fragments are so small that they are soluble in water. Thus, the initial polymer molecular weight affects the degradation rate.
[0011]
Preferably, the biodegradable region can be hydrolyzed under in vivo conditions. Hydrolyzable groups are glycolide, lactide, ε-caprolactone, other α-hydroxy acid polymers and oligomers, and other biodegradable polymers that are non-toxic or exist as normal metabolites in the body. Preferred poly (α-hydroxy acids) are poly (glycolic acid), poly (DL-lactic acid) and poly (L-lactic acid). Other useful materials are poly (amino acids), poly (anhydrides), poly (orthoesters), and poly (phosphate esters). For example, polylactones such as poly (ε-caprolactone), poly (ε-caprolactone), poly (δ-valerolactone), and poly (γ-butyrolactone) are also useful.
[0012]
Biodegradable regions can also be composed of polymers or monomers with linkages that undergo enzymatic biodegradation, such as ester, peptide, anhydride, orthoester and phosphate ester linkages. For example, biodegradable substances such as crosslinked gelatin are known. Hyaluronic acid is crosslinked and used in biomedical applications as a degradable swelling polymer (U.S. Pat. No. 4,987,744 to Della Valley et al., U.S. Pat. No. 4,957,744 to Della Valle et al.). (1991) Polym. Mater. Sci. Eng., 62: 731-735).
[0013]
(Biodegradable hydrogel)
Many polymers have been described that contain both water-soluble and biodegradable regions. Sawhney et al. (1990) J. MoI. Biomed. Mater. Res. 24: 1397-1411 copolymerized lactide and ε-caprolactone with PEG to improve hydrophilicity and degradation rate. US Pat. No. 4,716,203 to Casey et al. (1987) synthesized PGA-PEG-PGA block copolymers containing PEG in the range of 5-25% by weight. US Pat. No. 4,716,203 to Casey et al. (1987) also reports the synthesis of PGA-PEG diblock copolymers containing PEG in the range of 5-25% by weight again. U.S. Pat. No. 4,526,938 (1985) to Churchill et al. Describes non-crosslinked materials with molecular weights greater than 5,000 based on PEG based on similar compositions. However, these materials are not water soluble. Cohn et al. Biomed. Mater. Res. 22: 993-1009 described PLA-PEG copolymers that swell to 60% in water. These polymers are also not water-soluble and are not crosslinked. A common feature of these materials is that they use both water-soluble and degradable polymers, are insoluble in water, and swell up to a total of 60%.
[0014]
U.S. Pat. No. 5,410,016 issued to Hubbell et al. On April 25, 1995 describes a short polylactide extension that imparts biodegradability and observability due to high biocompatibility and antithrombotic properties Materials based on polyethylene glycol (PEG) with acrylic acid ends that enable rapid photopolymerization without heat generation are described. These materials are easily modified to produce hydrogels that release or produce NO.
[0015]
The polymerizable moieties are separated by at least one degradable region to facilitate uniform degradation in vivo. There are several variations of these polymers. For example, as long as the polymerizable region is separated by the degradable region, it can be bonded directly to the degradable extension or indirectly through a water-soluble non-degradable portion. For example, if the macromer composition includes a simple water-soluble region bonded to a degradable region, one polymerizable region binds to the water-soluble region and another polymerizable region binds to the degradable extension or region. In another embodiment, the water soluble region forms the core of the macromer composition and has at least two degradable regions attached to the core. Since at least two polymerizable regions are bonded to the degradable region, the polymerizable region is separated upon decomposition, particularly in the form of a polymer gel. Conversely, if the core of the macromer composition is formed by a degradable region, at least two water-soluble regions can be bound to the core, and a polymerizable region can be bound to each water-soluble region. The final result will be the same as after gel formation and exposure to in vivo degradation conditions.
[0016]
In another embodiment, the macromer composition has a water soluble backbone region and a degradable region attached to the macromer backbone. Since at least two polymerizable regions are bound to the degradable region, they are separated during degradation, resulting in dissolution of the gel product. In a further embodiment, the macromer backbone is formed of a non-degradable backbone with a water soluble region as a branch or graft attached to the degradable backbone. Two or more polymerizable regions are attached to a water-soluble branch or graft. In another variation, the backbone is star-shaped and may contain water-soluble regions, biodegradable regions, or water-soluble regions that are also biodegradable. In this general embodiment, the star region comprises either a water-soluble or biodegradable branch or graft to which a polymerizable region is attached. Again, the polymerizable region is separated at some point by the degradable region.
[0017]
(Polymerizable group)
The polymerizable group is most preferably polymerizable by photoinitiation by free radical generation upon visible or long wavelength UV irradiation. Preferred polymerizable regions are acrylates, diacrylates, oligoacrylates, dimethacrylates, oligomethacrylates or other biologically acceptable photopolymerizable groups. A preferred tertiary amine is triethanolamine.
[0018]
Usable photoinitiators are photoinitiators that can be used for initiation by free radical-generating polymerization of macromers within a short time frame of no more than a few minutes, most preferably a few seconds, without cytotoxicity. Preferred dyes selected as initiators for LWUV initiation are ethyl eosin, 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, other acetophenone derivatives, and camphorquinone. In all cases, crosslinking and polymerization is carried out, for example, 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone or ethyl eosin (10 -4 -10 -2 Initiated within the copolymer by a photoactivatable free radical polymerization initiator, such as a combination of milliM) and triethanolamine (0.001-0.1 M).
[0019]
The choice of photoinitiator is highly dependent on the photopolymerizable region. For example, if the macromer contains at least one carbon-carbon double bond, light absorption by the dye causes the dye to take the triplet state, which then reacts with the amine to form a free radical that initiates polymerization. To do. Preferred dyes for use with these materials include eosin dyes and initiators such as 2,2-dimethyl-2-phenylacetophenone, 2-methoxy-2-phenylacetophenone, and camphorquinone. With such an initiator, the copolymer is polymerized in situ by, for example, long wavelength ultraviolet light or laser light of about 514 nm.
[0020]
Polymerization is initiated by irradiation with light of a wavelength of about 200-700 nm, most preferably light of 320 nm or longer in the long wavelength ultraviolet range or visible range, most preferably about 514 nm or 365 nm.
[0021]
Multiple photooxidation and photoreduction dyes can be used to initiate the polymerization. These include, for example, acridine dyes such as acribraline; thiazine dyes such as thionine; xanthine dyes such as rose bengal; and phenazine dyes such as methylene blue. These include, for example, amines such as triethanolamine; RSO 2 R 1 Used together with cocatalysts such as sulfur compounds such as: heterocycles such as imidazole; enolates; organometallics; and other compounds such as N-phenylglycine. Other initiators include camphorquinone and acetophenone derivatives.
[0022]
Thermal polymerization initiator systems can also be used. Such systems that are unstable at 37 ° C. and initiate free radical polymerization at physiological temperatures include, for example, potassium persulfate in the presence or absence of tetramethylethylenediamine; excess in the presence or absence of triethanolamine. There is benzoyl oxide; and ammonium persulfate with sodium bisulfite present.
[0023]
In addition to photoinitiation, other initiation chemistries can be used. These include, for example, water and amine initiated systems with isocyanates or isothiocyanates containing macromers used as the polymerizable region.
[0024]
(Preferred embodiment)
In a preferred embodiment, the polymeric material is a biodegradable, polymerizable, at least substantially water soluble macromer composition. The first macromer includes at least one water soluble region, at least one NO retention region and at least one free radical polymerizable region. The second macromer includes at least one water soluble region and at least two free radical polymerizable regions. The region may be water soluble and biodegradable in certain embodiments. The macromer composition is polymerized by exposing the polymerizable region to free radicals generated, for example, by photosensitive chemicals and dyes.
[0025]
Examples of these macromers are PVA or PEG-oligoglycolyl-acrylate. Choosing the appropriate end cap speeds polymerization and gelation. Acrylates are preferred because they can be polymerized using a plurality of initiating systems, such as eosin dyes, by brief exposure to ultraviolet or visible light. Poly (ethylene glycol) or PEG central structural unit (core) is preferred based on its high hydrophilicity and water solubility with excellent biocompatibility. Short oligos or poly (α-hydroxy acids) such as polyglycolic acid are selected as preferred chain extensions because they degrade rapidly upon hydrolysis into glycolic acid, an innocuous metabolite of the ester bond. Highly crystalline polyglycolic acid is insoluble in water and most common organic solvents, but the entire macromer composition is water soluble and rapidly gels in a biodegradable network while in contact with aqueous tissue fluids. The Such a network can be used to capture and uniformly disperse water-soluble drugs and enzymes and deliver them at a controlled rate. Further, the mesh is used to capture a particle suspension of a water-soluble drug. Other preferred chain extensions are polylactic acid, polycaprolactone, polyorthoesters, and polyanhydrides. Polypeptides can also be used. It should be understood that such “polymer” blocks include dimer, trimer and oligomer blocks.
[0026]
PVA contains many pendant hydroxyl groups. These hydroxyl groups readily react to form side chains such as various crosslinkers and nitric oxide donors. PVA is water soluble and has excellent biocompatibility. When PVA is modified to bind to a methacrylate group via a diacetal bond with pendant hydroxyl groups and an appropriate photoinitiator is added, PVA is photopolymerized by long wavelength ultraviolet light to form a hydrogel. In another preferred embodiment, U.S. Pat. Nos. 5,508,317, 5,665,840, 5,849,841, 5,932,674, 6,011,077, , 939,489 and 5,807,927, hydrogels are produced from modified polyvinyl alcohol (PVA) macromers. For example, the macromer disclosed in US Pat. No. 5,508,317 is a PVA prepolymer modified with pendant crosslinkable groups such as acrylamide groups containing crosslinkable olefinically unsaturated groups. These macromers can be polymerized, for example, by photopolymerization or redox free radical polymerization. The starting polymer is in particular a derivative of polyvinyl alcohol or a copolymer of vinyl alcohol comprising, for example, a 1,3-diol framework. The crosslinkable group or further modifier can be modified in various ways, for example by modifying a few percent of 1,3-diol units to 1,3-dioxane containing a crosslinkable radical, or in the 2-position. Can be attached to the framework of the starting polymer. Another possibility is to esterify a few percent of the hydroxyl groups of the starting polymer with unsaturated organic acids, and these ester bond radicals contain crosslinkable groups. The hydrophobicity of these macromers can be improved by replacing some pendant hydroxyl groups with more hydrophobic substituents. Macromer properties such as hydrophobicity can be modified by incorporating comonomers into the macromer backbone. Macromers with pendant groups that can be cross-linked by other means can also be formed.
[0027]
B. NO groups or modulating compounds
A number of molecules that produce NO under physiological conditions (No donors) have been identified and evaluated both in vitro and in vivo, including S-nitrosothiols, organic nitrates and NO complexes with nucleophilic atoms. Since L-arginine is a substrate for NO synthase, it is a NO donor, and therefore administration of L-arginine improves endogenous NO production, and in most cases, a reaction similar to that produced by a NO donor is observed. Be triggered. Other NO donors include molsidin, CAS754, SPM-5185 and SIN-1. Other compounds that can generate and / or donate NO may be used. These include organic nitrates, nitrosylated compounds, nitrosoesters and L-arginine.
[0028]
Molecules that generate NO or that release or generate NO are preferably bound to a region containing a nucleophilic atom capable of forming a complex with NO and / or a thiol such as S-nitrosothiol.
[0029]
C. Prophylactic, therapeutic and diagnostic agents
The polymeric material can be loaded with systemically released drugs, but can also be used for drug delivery, preferably local release of prophylactic, therapeutic and diagnostic agents at the site where the material is needed. These agents include proteins or peptides, polysaccharides, nucleic acid molecules, and simple natural and synthetic molecules. Representative agents are involved in antibiotics, antiviral and antibacterial agents, anti-inflammatory agents (steroidal or nonsteroidal), hormones, growth factors, cytokines, neurostimulants, vasoconstrictors, and cardiovascular responses Other molecules, enzymes, antitumor agents, local anesthetics, antiangiogenic agents, antibodies, drugs that affect the reproductive organs, and oligonucleotides such as antisense oligonucleotides. The diagnostic agent is radioactive and is detected by ultrasound, x-ray, MRI or other standard imaging methods, binding to or cleaving the chromogenic substrate.
[0030]
These agents can be mixed with the prepolymerized macromer, or applied in or on the polymer, so that it can be released by either degradation or diffusion (by enzyme or hydrolysis) at the site where the polymer is applied. It can be covalently or ionically bound to the macromer before or during the polymerization.
[0031]
II. how to use
A. Coating; Film; Fine particle
Although described with respect to in vivo therapy, the polymeric materials described herein can be used for coating cell cultures, cell culture substrates, or medical implants or devices such as stents or catheters, using standard techniques, Clearly, it can be formed into microparticles or other types of formulations that are used or administered to a patient.
[0032]
B. Therapeutic use
Polymeric substances that can release physiological amounts of NO over time can be applied to the site or patient in need of such treatment. Representative disorders or symptoms that can be treated with NO include restenosis, thrombosis, asthma, wound treatment, arthritis, penis or erectile dysfunction in women. The material is usually applied as a macromer solution and can be polymerized before application, but is polymerized in situ.
[0033]
(Wound treatment)
The formulations are particularly useful for the treatment of all types of wounds, including burns, surgical wounds, open leg and foot wounds. There are generally three types of open leg wounds called ulcers. Venous congestive ulcers that are common in older people who are always sitting and when blood flow to the legs is stagnant; the most common position in bedridden people who are bedridden and often unable to roll over Ulcers: Diabetic foot ulcers caused by stagnant blood circulation to the feet. As the aging population increases, there will be an increasing demand for effective and user-friendly ulcer treatments in the near future.
[0034]
As used herein, the term “wound” refers to any type of injury, including those caused by surgery and trauma, including burns, as well as damage from chronic or acute medical conditions such as atherosclerosis or diabetes. Refers to tissue damage.
[0035]
(Treatment of restenosis)
A preferred application is a method of reducing the effects of restenosis in patients after surgery. The method is to coat the intra-arterial surface with an aqueous solution of a photosensitive free radical polymerizable initiator and a number of macromers. The coated artery is irradiated with a Xenon arc laser that induces macromer polymerization. When a newly polymerized polymer composition is produced, NO release is induced by physiological conditions in the artery. This release is strictly localized over a long period of time.
[0036]
(Prevention of adhesion due to surgery)
A preferred application is a method of reducing adhesion formation after a patient's surgery. In certain embodiments, the method comprises coating a patient's damaged tissue surface with an aqueous solution of the photosensitive free radical polymerizable initiator and an aqueous macromer solution described above. The coated tissue surface is exposed to sufficient light for macromer polymerization. The photosensitive free radical polymerization initiator may be a single compound (eg 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone) or a combination of a dye and a cocatalyst (eg ethyl eosin and triethanolamine).
[0037]
(Tissue adhesion)
Another application of the polymer is a method of adhering patient tissue surfaces. In certain embodiments, the macromer is mixed with a photoinitiator or photoinitiator / cocatalyst mixture to form an aqueous mixture and the mixture is applied to the surface of the tissue where tissue adhesion is desired. The tissue surface is in contact with tissue where adhesion is desired and creates a tissue bond. The tissue bond is then irradiated until the macromer polymerizes.
[0038]
(Tissue coating)
In particularly preferred applications of these macromers, the ultrathin coating is applied to the surface of the tissue, most preferably to the lumen of a tissue such as a blood vessel. One application for such coatings is in the treatment or prevention of restenosis, sudden reclosure, vasoconstriction after vascular intervention, and the like. When an initiator is applied to the tissue surface and allowed to react, absorb or bind to the tissue, unbound initiator is removed by dilution or rinsing, and the macromer solution is applied and polymerized. This method can produce a uniform polymer coating with a thickness of 1 to 500 microns, most preferably about 20 microns, and does not cause thrombus formation or local inflammation.
[0039]
(Tissue support)
The polymeric material can also be used to generate a tissue support by forming a molded product to provide mechanical functions within the body. Examples of such a support include a sealant for a bleeding organ, a sealant for a bone defect, and a filler for an aneurysm. In addition, such supports can include stenosis to hold organs, blood vessels, and tubes in a special position for management time.
[0040]
(Controlled drug delivery)
As described above, the polymer substance can also be used as a carrier for physiologically active substances as therapeutic, prophylactic and diagnostic agents, including hormones, enzymes, antibiotics, antitumor agents, and cell suspensions. The polymeric material can be used for long-term controlled release of the drug for local tissue or systemic circulation as well as for temporary maintenance of the functional properties of the released drug.
[0041]
In a variation of the method for controlled drug delivery in which the drug is mixed into the macromer solution and then polymerized in situ, the macromer is polymerized with the bioactive substance to form microspheres or nanoparticles containing the bioactive substance. The macromer, photoinitiator and encapsulated drug are mixed in an aqueous mixture. For example, standard techniques by mixing in oil to form an emulsion, using a nozzle to form droplets in oil, or using a nozzle to form droplets in air Used to form particles of the mixture. The suspension or droplets are irradiated with light suitable for macromer photopolymerization.
[0042]
These materials are particularly useful for controlled drug delivery of hydrophilic materials because the water-soluble regions of the polymer allow water to reach the material trapped within the polymer. Furthermore, it is possible to polymerize a macromer composition containing a substance without exposing the substance to an organic solvent. Release occurs by diffusion of the material from the polymer prior to degradation and / or diffusion of the material from the polymer upon degradation, due to the characteristic pore size within the polymer controlled by the molecular weight between crosslinks and the crosslink density. Gel immobilization as well as protective effects reduce capture material inactivation and avoid catastrophic burst effects associated with other controlled release systems. If the capture material is an enzyme, the enzyme is exposed to the substrate while being captured if the gel ratio is selected so that the substrate can permeate the gel. Degradation of the polymer by gradual hydrolysis of the terminal ester bond facilitates final controlled release of free macromolecules in vivo.
[0043]
III. Example
As shown in Example 1-3, three types of NO-producing, PEG-based polymers were synthesized and their release rates were determined in vitro under organized conditions. Physiological responses to appropriate substances were assessed in vitro using cultured smooth muscle cells and endothelial cells and in vivo using a rat carotid artery injury model resembling human restenosis. The substance is then NaNO 2 Polyethylene glycol (A) and polycysteine (B) BAB block copolymer that reacts with NO to produce nucleophile / NO complex that reacts with NO gas to produce S-nitrosothiol Polyethylene glycol (A) and polylysine which react with BAB block copolymer of ("PEG") (A) and diethylenetriamine ("DETA") (B) and then NO gas to form a nucleophile / NO complex The BAB block copolymer (B) is included. All polymers were further terminated with active acrylate groups for rapid photopolymerization in situ.
[0044]
If a water-soluble, biocompatible polymer, such as PEG, contains a large amount of the substance and the molecular weight is sufficiently high, such a substance is well biocompatible and has two ester linkages and two amides in each polymer chain. Slow biodegradation is expected due to the presence of binding. These three substances were chosen because they were expected to have very different release kinetics: nucleophiles / NO complexes have been shown to release NO over 5 weeks (Smith et al., (1996). ) J. Med. Chem., 39: 1148-56), S-nitrosocysteine has a half-life of 0.023 hours (Mathews et al., (1993) J. Pharmacol. Exp. Therap., 267: 1529-37). ). The amount of NO produced by these copolymers may be adjusted by changing the ratio of polyethylene glycol (PEG) to cysteine or lysine.
[0045]
The advantage of these macromer compositions is that they can be polymerized rapidly in an aqueous environment. Thus, semi-permeable, biodegradable films or membranes can be formed that fit exactly in situ on the tissue, serving as biodegradable barriers, live cells or bioactive agent carriers, surgical adhesives. The polymer exhibits excellent biocompatibility as can be seen from the minimal fiber overgrowth on the implant sample. Model hydrogels gel in situ from water soluble precursors upon brief exposure to long wavelength ultraviolet (LWUV) light, resulting in an interpenetrating network of hydrogels containing tissue protein and glycosaminoglycan components Formed.
[0046]
As shown in Examples 4 and 5, the following three PVA hydrogels were made to show the release of NO and the containing drug (bFGF). PVA-NH 2 -NO hydrogel; PVA-Cys-NO hydrogel; PVA-NO-bFGF hydrogel. The results are similar to PEG based hydrogels.
[0047]
Example 1: Synthesis of PEG-Cys-NO macromers and hydrogels
As shown in FIG. 1, acryloyl PEG-Cys-NO polymer is first made of polyethylene glycol N-hydroxysuccinimide monoacrylate (ACRL-PEG-NHS, molecular weight 3400, Shearwater) in 50 mM sodium bicarbonate buffer (pH 8.5). It was formed by reacting Huntington, AL) with L-cysteine at a molar ratio of 1: 2 for 2 hours. The product is then diH 2 Dialyzed in cellulose with a cellulose ester membrane (molecular weight cut-off 500, Spectrum Labs, Laguna Hills, Calif.) And lyophilized. Analysis of the acryloyl PEG-Cys-NO copolymer was performed using gel permeation chromatography (GPC) (Polymer Laboratories, Amherst, Mass.) Equipped with a light scattering detector and a 260 nm UV detector. Successful synthesis of acryloyl-PEG-Cys was determined by shifting the peak position of the evaporative light scattering detector. Next, the molar amount of NaNO interrogating the copolymer 2 And pH 2 and 37 ° C. for 20 minutes to form S-nitrosocysteine. Conversion of the thiol group to S-nitrosothiol was measured using an Ellman assay (Hermanson, (1995) Bioconjugate Technologies, San Diego, CA, Academic Press; 88-90). After adjusting the pH of the solution to 7.4, the acryloyl-PEG-Cys-NO polymer is PEG-diacrylate in an aqueous solution containing 1500 ppm 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone as a long wavelength UV initiator. (Molecular weight 3400) was mixed at a molar ratio of 1:10 and mixed in a photopolymerizable hydrogel. 0.15% N-vinylpyrrolidone contained in this mixture was used as the solvent for the photoinitiator. UV light (365 nm, 10 mW / cm 2 ) Was converted to a hydrogel when exposed to exposure to (Sawney et al., (1993) Macromol 26: 581-7).
[0048]
Example 2: PEG-Lys 5 -Synthesis of NO macromers and hydrogels
As shown in FIG. 2, acryloyl-PEG-Lys 5 For NO hydrogels, ACRL-PEG-NHS (molecular weight 3400, Shearwater Polymers) and poly-L-lysine (DP = 5) were reacted in an equimolar ratio in 50 mM sodium bicarbonate buffer (pH 8.5). A copolymer was synthesized. After the obtained copolymer was analyzed by GPC, it was dissolved in water and reacted with NO gas in a vacuum vessel to produce a NO-nucleophile complex having an amine group in the lysine side chain group. The degree of conversion of the amine group to the NO-nucleophile complex was measured using a ninhydrin assay and a hydrogel as described in Example 1 was formed.
[0049]
Example 3: Synthesis of PEG-DETA-NO macromers and hydrogels
Diethylenetriamine (DETA, Aldrich, Milwaukee, WI), poly-L-lysine (DP = 5), etc. with ACRL-PEG-NHS (molecular weight 3400, Shearwater Polymers) in 50 mM sodium bicarbonate buffer (pH 8.5) etc. Reacted at a molar ratio, lyophilized and analyzed by GPC as described above. The copolymer is then dissolved in water and exposed to NO gas to produce PEG-Lys. 5 A NO-nucleophile complex was formed as described for -NO and analyzed for amine content using a ninhydrin assay. PEG-DETA-NO was lyophilized and then photopolymerized as described above to form a hydrogel, as shown in FIG.
[0050]
Example 4: PVA-NH 2 -Synthesis of NO macromers and hydrogels
Poly (vinyl alcohol) (Hoechst, Mowiol 4-88) is diH 2 Dissolved in O and warmed to 95 ° C. in a round bottom flask with constant stirring. After 1 hour, the solution was cooled to room temperature and methacrylamide acetaldehyde dimethyl acetal (NAAADA), a crosslinkable acetal group, was added. Amine acetal and gamma-butyraldehyde diethyl acetal were also added and the mixture was acidified using glacial acetic acid and 37% hydrochloric acid. After the mixture was stirred at room temperature for 9 hours, the pH was adjusted to 3.6 using triethylamine. In order to purify the polymer, the solution is then used with a cellulose membrane with a molecular weight of 3000 and a volume of diH of 6 times the polymer. 2 Diafiltered in O. The polymer concentration was adjusted to 22% w / v using diafiltration and the pH adjusted to 7.4 with 1N NaOH. The amine concentration of the polymer was determined using the ninhydrin assay.
[0051]
PVA-NH 2 The neutralized amine-modified polymer was placed in a round bottom flask with a stopcock to make a NO donor bound to. The flask was evacuated and filled with nitric oxide gas until the desired conversion of the amine to the NO nucleophile complex occurred. The photocrosslinking hydrogel is PVA-NH 2 -NO with 0.1% IRGACURE TM 2959 (Ciba-Geigy) photoinitiator (based on the total volume of the solution) was added, followed by UV light (2 mW / cm 2 And 365 nm) for 30 seconds. When the photoinitiator is added, the final polymer concentration is 20% w / v.
[0052]
Example 5: Synthesis of PVA-Cys-NO macromers and hydrogels
PVA-NH 2 Was synthesized as described above. The amine terminus of cysteine is acetylated using acetic anhydride, and the carboxyl terminus of cysteine is PVA-NH using water soluble EDAC chemistry. 2 Bound to. The resulting PVA-Cys was then purified using diafiltration to a concentration of 22% w / v. For PVA-Cys-NO, an equimolar amount of sodium nitrite was added to the cysteine residue, the pH was adjusted to 2, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 15 minutes. The extent of reaction of cysteine to Cys-NO was analyzed using both Ellman and Griess reactions. The photoinitiator 2,2-methyl-2-phenylacetophenone was dissolved in N-vinylpyrrolidone at a concentration of 600 mg / ml and added to the polymer solution (0.1% based on the total volume of the solution). The polymer was then crosslinked by exposure to UV light for 30 seconds and placed in HEPES buffered saline at pH 7.4, 37 ° C.
[0053]
Example 6: Synthesis of PVA-NO-bFGF hydrogel
In the case of PVA-NO-bFGF hydrogel, the above procedure was used to make PVA-NO polymer. Just prior to exposure to UV light, 25 μg / ml bFGF was added to the polymer solution and mixed well. The gel was cross-linked as described above and stored in HEPES buffered saline at pH 7.4 and 37 ° C.
[0054]
Example 7: NO release from hydrogel
After preparation of the NO releasing material and photopolymerization as described above, the hydrogel was weighed and stored in HEPES buffered saline at pH 7.4, 37 ° C. A portion of the buffer was removed at each time point and fresh buffer was added. Samples taken at each time point were then analyzed for nitrite content using a colorimetric assay based on the Griess reaction.
[0055]
In order to explore possible storage conditions for the hydrogel, the NO release kinetics of the hydrogel stored in various pH level buffers were also investigated. NO release from the hydrogel was significantly suppressed at acidic pH levels.
[0056]
Acryloyl-PEG-Lys 5 -NO release from the NO hydrogel is shown in FIG.
[0057]
NO release from acryloyl-PEG-DETA-NO hydrogel is shown in FIG.
[0058]
NO release from acryloyl-PEG-Cys-NO hydrogel is shown in FIG.
[0059]
Example 8: Release of NO and bFGF from PVA-NO-bFGF hydrogel
NO release from PVA-NO-bFGF hydrogel prepared as described in Example 6 was determined in the same manner as Example 7 and is shown in FIG. 7A. bFGF release was quantified using the BCA assay (Pierce Chemicals) and is shown in FIG. 7B. The release of NO continues significantly beyond 12 hours, but the growth factor is completely released within the first 5 hours.
[0060]
Example 9: Effect of NO releasing macromer on cultured smooth muscle cells: proliferation and viability
In order to evaluate the potential of substances that reduce smooth muscle cell (SMC) proliferation after vascular injury, cultured smooth muscle cells were cultured in the presence of NO-releasing substances and the effects of these substances on the cells were evaluated. Minimal smooth muscle cells isolated from Wistar-Kyoto rats (passage 11-15, provided by T. Scott-Burden) plus 10% FBS, 2 mM L-glutamine, 500 units penicillin, 100 mg / l streptomycin CO at 37 ° C using essential medium 2 Cultured in the environment. The cells were transferred to a 24-well tissue culture plate (Becton Dickinson, Franklin Lakes, NJ) at 10,000 cells / cm. 2 Seeded at a density of One day after seeding, either the dissolved or hydrogel form of the NO donor was added to the medium in the wells. On the fourth day of culture, a single cell suspension of trypsin was prepared and 3 samples in each group were counted using a Coulter counter (Multisizer number 0646, Coulter Electronics, Hialeah, FL) to determine the number of cells. Were determined.
[0061]
The effect of NO donors in solution on SMC growth was examined by first performing a NO dose response curve. There, cells were cultured at a range of NO donor concentrations (1 μM to 10 mM) to confirm the appropriate dose for hydrogel studies. NO-nucleophile complexes (Lys-NO and DETA-NO) were made by reacting either L-lysine or DETA with NO gas for 24 hours in water. Soluble Cys-NO converts equimolar amounts of L-cysteine to NaNO at pH 2 and 37 ° C. 2 And synthesized for 20 minutes. All NO donor solutions were adjusted to pH 7.4 before being added to the cell culture.
[0062]
The optimal dose of NO determined above was then used to examine smooth muscle cell proliferation in the presence of NO production and control hydrogel. Acryloyl-PEG-Lys 5 -Hydrogels containing NO, acryloyl-PEG-DETA-NO, acryloyl-PEG-Cys-NO were prepared by subjecting the gel solution to 0.2 μm syringe filter (Gelman Sciences, Ann) before adding 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone. Formed as described above, except that it was sterile filtered through Arbor, MI). A PEG-diacrylate hydrogel containing no NO donor was used as a control. The hydrogel was photopolymerized in a cell culture insert (8 μm pore size, Becton Dickinson, Franklin Lakes, NJ) and placed in the medium on the cultured cells.
[0063]
All three hydrogel NO donors showed significant SMC growth (p <0.0001). The number of smooth muscle cells remained close to the number of seeding densities and ranged from 10-15% of the final control cell number in all experiments.
[0064]
Acryloyl-PEG-Lys 5 Inhibition of SMC proliferation by -NO hydrogel is shown in FIG. 8A compared to the macromer solution control shown in FIG. 8B. Both significantly inhibited SMC proliferation.
[0065]
Inhibition of SMC proliferation by acryloyl-PEG-DETA-NO-nucleophile complex hydrogel is shown in FIG. 9A compared to the macromer solution control shown in FIG. 9B. Both significantly inhibited SMC proliferation.
[0066]
Inhibition of SMC proliferation by acryloyl-PEG-Cys-NO hydrogel is shown in FIG. 10A compared to the macromer solution control shown in FIG. 10B. Both significantly inhibited SMC proliferation.
[0067]
Inhibition of SMC proliferation by acryloyl-PEG-Cys-NO hydrogel, acryloyl-PEG-DETA-NO hydrogel, acryloyl-PEG-Lys-NO hydrogel was compared to the FIG. 11 control hydrogel. All NO hydrogels significantly inhibited SMC growth.
[0068]
Example 10: Effect of NO releasing macromer on platelet adhesion in vitro
To evaluate the potential of these substances for preventing thrombosis, the effect of NO-releasing macromers on platelet adhesion was examined. Blood was collected from healthy volunteers by venipuncture and anticoagulated with 10 U / ml heparin. Platelets and white blood cells were fluorescently labeled with mepacrine at a concentration of 10 μM. 3% glacial acetic acid diH 2 A 2.5 mg / ml collagen I solution with O was prepared and applied to a glass slide and placed in a humidified environment at room temperature for 45 minutes. Acryloyl-PEG-Cys-NO and PEG-diacrylate hydrogels were prepared as described above and incubated with labeled whole blood at 37 ° C. for 30 minutes. The hydrogel was removed and then the blood was incubated with collagen-coated glass slides for 20 minutes at 37 ° C. (2 per group) and then rinsed with HBS. Four areas were randomly selected per slide, and the number of platelets per field at 40x was counted under a fluorescence microscope (Zeiss Axiovert 135, Thornwood, NY).
[0069]
Photographs of platelets exposed to control PEG-diacrylate or acryloyl-PEG-Cys-NO hydrogels show that exposure to NO-releasing hydrogels inhibits platelets from adhering to the clot-forming surface. A glass slide coated with collagen was used as a thrombus-forming surface to which platelets normally adhere. When blood was incubated with a control PEG-diacrylate hydrogel, 69.25 ± 4.46 (mean ± standard deviation) adherent platelets per field were seen. When blood was previously exposed to acryloyl-PEG-Cys-NO hydrogel, this number decreased to 7.65 ± 6.16 per field (p <0.0001).
[0070]
Modifications or variations of the methods and materials described herein will become apparent to those skilled in the art from the foregoing detailed description and accompanying drawings. These methods and materials are intended to be included in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic representation of the synthesis of S-nitrosocysteine hydrogel (acryloyl-PEG-Cys-NO).
FIG. 2 shows acryloyl-PEG-lysine 5 1 is a schematic diagram of the synthesis of —NO—nucleophile complex hydrogel. FIG.
FIG. 3 is a schematic representation of the synthesis of acryloyl-PEG-DETA-NO-nucleophile complex hydrogel.
FIG. 4 shows acryloyl-PEG-Lys at pH 7.4 (circle) and pH 3.0 (square). 5 -NO is a graph showing the time release of NO from hydrogel (% NO release with respect to days).
FIG. 5 is a graph showing the time release of NO from acryloyl-PEG-DETA-NO hydrogel at pH 7.4 (circle) and pH 2.0 (square) (% NO release vs. days).
FIG. 6 is a graph showing time release of NO from acryloyl-PEG-Cys-NO hydrogel (% NO release over days) at pH 7.4 (circles) and pH 2.0 (squares).
7A and 7B are graphs showing the time release of NO from PVA-NO-bFGF hydrogel at pH 7.4 and 37 ° C. (NO mol released per gram of polymer over time). FIG. 7B is a graph showing the time release of NO from the PVA-NO-bFGF hydrogel at pH 7.4, 37 ° C. (theoretical release bFGF% per gram polymer over time).
FIGS. 8A and 8B are graphs showing that acryloyl-PEG-lysine-NO hydrogel inhibits smooth muscle cell proliferation. FIG. 8A,% control cell number, hydrogel formulation. FIG. 8B,% control cell number, soluble polymer.
FIGS. 9A and 9B are graphs showing inhibition of SMC proliferation as a percentage of control by NO released from acryloyl-PEG-DETA-NO hydrogel (FIG. 9A) and soluble polymer (FIG. 9B). It is.
FIGS. 10A and 10B show the inhibition of SMC proliferation by NO released from acryloyl-PEG-CYSNO, Lys-NO hydrogel (FIG. 10A) and soluble polymer (FIG. 10B) as a percentage of the control. It is a graph to show.
FIG. 11 shows smooth muscle cells with NO release from hydrogels: acryloyl-PEG-Lys-NO, acryloyl-PEG-DETA-NO and acryloyl-PEG-Cys-NO compared to a control hydrogel containing NO. It is a graph which compares the degree of inhibition of growth. The percent inhibition of smooth muscle cell growth is determined relative to the cell growth of each NO-releasing hydrogel compared to the control PEG-diacrylate hydrogel.
(Background of the Invention)
Endothelial cells, usually present as a monolayer in the intimal layer of the arterial wall, are thought to play an important role in regulating smooth muscle cell (SMC) proliferation in vivo. Endothelial cells are severely inhibited by most forms of vascular injury, including by percutaneous transluminal coronary angioplasty and similar procedures. Approximately 35-50% of patients undergoing percutaneous transluminal coronary angioplasty experience clinical arterial severe restenosis, or restenosis, within 6 months of initial treatment. Restenosis is due, at least in part, to the migration and proliferation of smooth muscle cells within the arterial wall, along with increased secretion of matrix proteins to create an occlusive neointimal layer within the arterial wall. Similar problems limit the performance of vascular grafts. The process of regulating arterial wound healing after vascular injury, such as caused by angioplasty, is not yet well understood, but appears to involve a complex cascade of blood and vessel wall-derived factors.
A number of factors that promote intimal thickening and restenosis have been identified by the administration of exogenous proteins, cellular genetic alterations, or the blocking of certain signals using antibodies or other specific growth factor inhibitors. These smooth muscle cell mitogenic factors and chemoattractants are derived from both blood or thrombus formation and the vessel wall itself. Endothelial cells produce many substances including heparin sulfate, prostacyclin (PG12) and NO, which are known to down regulate smooth muscle cell proliferation.
NO is a target molecule derived from endothelial cells useful for preventing restenosis. Because, in addition to restricting smooth muscle cell proliferation (Garg et al., (1989) J. Clin. Invest., 83: 1774-7), platelet aggregation is reduced (de Graaf et al., (1992) Circulation, 85: 2284-90; Radomski et al., (1987) Br. J. Pharmacol., 92: 181-7) and increased endothelial cell proliferation (Ziche et al., (1993) Biochem. Biophys. Res. Comm., 192. 1198-1203) to reduce leukocyte adhesion (Lefer et al., (1993) Circulation, 88: 2337-50), all of which are highly desirable for reducing intimal thickening and restenosis (Loscalzo, (1996). ) Clin. Appl. mb.Hemostas., 2: 7-10). Because the restenosis process is complex, an approach that works with multiple targets appears to be most successful.
The mechanism by which NO affects these multiple reactions is not yet fully understood, but NO binds to the hemo moiety of soluble guanylate cyclase and is a second messenger between cells that has multiple cellular effects. It is known to activate guanylate cyclase by increasing the level of cyclic guanosine monophosphate (cGMP) (Moro et al., (1996) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93: 1480-5). The effect of NO can often be mimicked by administration of cGMP or a more stable derivative of cGMP (Garg et al. (1989) J. Clin. Invest., 83: 1774-7). Furthermore, NO converts ribonucleotides into deoxyribonucleotides and thus significantly contributes to DNA synthesis, as is the case with a plurality of enzymes involved in cell respiration (Stuhr et al., (1989) J. Exp. Med., 169: 1543-55). Ribonucleotide, an enzyme that affects (Lepoivre et al., (1991) Biochem. Biophys. Res. Comm., 179: 442-8; Kwon et al. (1991) J. Exp. Med., 174: 761-7) It has been shown to inhibit lactase.
A number of molecules (NO donors) that produce NO under physiological conditions have been identified and evaluated both in vitro and in vivo. NO donor molecules exert a physiological effect that mimics NO, and S-nitrosothiols (Diodati et al., (1993) Thromb. Haem., 70: 654-8; Lefer et al., (1993) Circulation, 88: 2337-50. DeMeyer et al., (1995) J. Cardiovasc. Pharmacol., 26: 272-9), organic nitrates (Ignaro et al., (1981) J. Pharmacol. Exp. Ther., 218: 739-49) and NO and nucleophilicity. Complexes of reagents (Diodati et al., (1993) Thromb. Haem., 70: 654-8; Diadati et al., (1993) J. Cardiovasc. Pharmacol., 22: 287-92; Maragos et al., (1993) Cancer Res., 53: 564-8). Many of these are low molecular weight molecules that are administered systemically and have a short half-life under physiological conditions, thus exerting activity on many tissue types for a short period of time. Furthermore, since L-arginine is often considered as a NO donor and L-arginine is a substrate for NO synthase, administration of L-arginine improves endogenous NO production and, in most cases, NO. It induces a reaction similar to that caused by the donor (Cook et al., (1992) J. Clin. Invest., 90: 1168-72).
The development of NO releasing polymers containing NO / nucleophile complexes is described in Smith et al. (1996) J. MoI. Med. Chem. 39: 1148-56. These substances are capable of releasing NO in vitro for 5 weeks, limiting smooth muscle cell proliferation in culture and preventing platelet adhesion to vascular graft material in an arterio-venous shunt model. It was possible to reduce. These materials are promising for many clinical applications where local NO production is desired, such as anti-thrombogenic coating materials for catheters, but these materials suffer from a number of drawbacks, so that in vivo tissue Probably not useful for direct treatment. Although these polymers can be made as films, powders or microparticles, they cannot be formed in situ in direct contact with cells and tissues, making it difficult to strictly localize NO treatment for certain tissues, Problems with keeping the polymer in place can occur. Formulation issues also make local administration difficult or impossible during laparoscopic or catheter procedures. Furthermore, the biocompatibility of the base polymer is a significant problem for implantable NO-releasing polymers, especially for long-term use, as an inflammation or thrombotic reaction can occur after cessation of NO release.
If these compounds can be administered alone at the site where treatment is required, or in some cases, the side effects of systemic administration of the drug can be reduced and eliminated, it is even more effective, especially over the long term.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide an agent for controlled release at a specific site of a compound that modulates NO and / or NO levels after local or topical administration.
It is a further object of the present invention to provide a method for the treatment of conditions including inflammatory reactions by providing a hydrogel material that releases a compound that modulates NO levels at the site of application.

Claims (20)

NOまたはNO供与体の制御放出のための、生体適合性で重合可能なマクロマー組成物であって、少なくとも1つのNO保持領域またはNO供与体を含み、
NOまたはNO供与体が、組織上での重合後に、生理条件下で前記マクロマー組成物から放出され、
前記マクロマー組成物が、水溶性領域、組織接着領域、および重合可能末端基領域からなる群から選択される領域と、タンパク質、炭水化物、核酸、有機分子、無機分子、生理活性分子、細胞、組織、および組織凝集体からなる群から選択される少なくとも1つの治療薬または診断薬とをみ、
前記マクロマー組成物が、アクリロイル-PEG-Cys-NOマクロマー、アクリロイル-PEG-Lys 5 -NOマクロマー、アクリロイル-PEG-DETA-NOマクロマー、PVA-NH 2 -NOマクロマー、PVA-Cys-NOマクロマー、およびPVA-NO-bFGFマクロマーからなる群より選択されるマクロマーを含む、
マクロマー組成物
A biocompatible and polymerizable macromer composition for controlled release of NO or NO donor , comprising at least one NO retention region or NO donor;
NO or NO donor is released from the macromer composition under physiological conditions after polymerization on tissue ,
The macromer composition is a water soluble region, a region selected from the group consisting of tissue adhesion area, and a polymerizable end group regions, proteins, carbohydrates, nucleic acids, organic molecules, inorganic molecules, bioactive molecules, cells, tissues, and I saw including at least one therapeutic or diagnostic agent is selected from the group consisting of tissue aggregates,
The macromer composition comprises acryloyl-PEG-Cys-NO macromer, acryloyl-PEG-Lys 5 -NO macromer, acryloyl-PEG-DETA-NO macromer, PVA-NH 2 -NO macromer, PVA-Cys-NO macromer, and Comprising a macromer selected from the group consisting of PVA-NO-bFGF macromers,
Macromer composition .
マクロマー組成物が、重合後にNOを放出しないマクロマーをさらに含む、請求項1に記載のマクロマー組成物The macromer composition of claim 1, wherein the macromer composition further comprises a macromer that does not release NO after polymerization. マクロマーが架橋可能な側基をさらに含む、請求項1に記載のマクロマー組成物The macromer composition of claim 1, wherein the macromer further comprises crosslinkable side groups. マクロマー組成物が少なくとも1つの分解性領域を含む、請求項1に記載のマクロマー組成物The macromer composition of claim 1, wherein the macromer composition comprises at least one degradable region. マクロマー組成物が水溶性である、請求項1に記載のマクロマー組成物The macromer composition of claim 1, wherein the macromer composition is water soluble. マクロマー組成物が組織に接着する、請求項1に記載のマクロマー組成物The macromer composition of claim 1, wherein the macromer composition adheres to tissue. マクロマー組成物が、分解性領域に結合する水溶性領域、水溶性領域に結合する少なくとも1つの重合可能領域、および分解性領域に結合する少なくとも1つの重合可能領域を含む、請求項1に記載のマクロマー組成物2. The macromer composition of claim 1, comprising a water soluble region that binds to the degradable region, at least one polymerizable region that binds to the water soluble region, and at least one polymerizable region that binds to the degradable region. Macromer composition . 分解性領域が中央核であり、少なくとも2つの水溶性領域が前記核に結合し、少なくとも1つの重合可能領域が各水溶性領域に結合している、請求項1に記載のマクロマー組成物2. The macromer composition of claim 1 , wherein the degradable region is a central nucleus, at least two water soluble regions are attached to the nucleus, and at least one polymerizable region is attached to each water soluble region. マクロマー組成物が、中央核を形成する水溶性領域、前記核に結合する少なくとも2つの分解性領域、および前記分解性領域に結合する少なくとも2つの重合可能領域を含む、請求項1に記載のマクロマー組成物2. The macromer of claim 1, wherein the macromer composition comprises a water soluble region that forms a central nucleus, at least two degradable regions that bind to the nucleus, and at least two polymerizable regions that bind to the degradable region. Composition . マクロマー組成物が、少なくとも1つの水溶性領域、少なくとも1つのNO保持領域、および少なくとも1つのフリーラジカル重合可能領域を含む、請求項1に記載のマクロマー組成物2. The macromer composition of claim 1, wherein the macromer composition comprises at least one water soluble region, at least one NO retention region, and at least one free radical polymerizable region. 少なくとも1つの分解性領域をさらに含む、請求項10に記載のマクロマー組成物The macromer composition of claim 10 , further comprising at least one degradable region. 生理条件下でNOを生成するNO供与体を含むか、または放出可能に結合している、請求項1に記載のマクロマー組成物2. The macromer composition of claim 1, comprising or releasably bound to a NO donor that produces NO under physiological conditions. 生理条件下でNOを放出する、請求項1に記載のマクロマー組成物The macromer composition of claim 1, which releases NO under physiological conditions. NOまたはNO供与体の制御放出のための、生体適合性で重合可能なマクロマー組成物の製造におけるマクロマーの使用であって、
前記マクロマー組成物が、少なくとも1つのNO保持領域またはNO供与体を含み、NOまたはNO供与体が、組織上での重合後に、生理条件下で前記マクロマー組成物から放出され、
前記マクロマー組成物が、水溶性領域、組織接着領域、および重合可能末端基領域からなる群から選択される領域と、タンパク質、炭水化物、核酸、有機分子、無機分子、生理活性分子、細胞、組織、および組織凝集体からなる群から選択される少なくとも1つの治療薬または診断薬を含み
前記マクロマー組成物が、アクリロイル-PEG-Cys-NOマクロマー、アクリロイル-PEG-Lys 5 -NOマクロマー、アクリロイル-PEG-DETA-NOマクロマー、PVA-NH 2 -NOマクロマー、PVA-Cys-NOマクロマー、およびPVA-NO-bFGFマクロマーからなる群より選択されるマクロマーを含む、
使用
Use of a macromer in the manufacture of a biocompatible and polymerizable macromer composition for the controlled release of NO or a NO donor ,
The macromer composition comprises at least one NO retention region or NO donor , wherein the NO or NO donor is released from the macromer composition under physiological conditions after polymerization on tissue;
The macromer composition is a water soluble region, a region selected from the group consisting of tissue adhesion area, and a polymerizable end group regions, proteins, carbohydrates, nucleic acids, organic molecules, inorganic molecules, bioactive molecules, cells, tissues, And at least one therapeutic or diagnostic agent selected from the group consisting of tissue aggregates ,
The macromer composition comprises acryloyl-PEG-Cys-NO macromer, acryloyl-PEG-Lys 5 -NO macromer, acryloyl-PEG-DETA-NO macromer, PVA-NH 2 -NO macromer, PVA-Cys-NO macromer, and Comprising a macromer selected from the group consisting of PVA-NO-bFGF macromers,
Use .
マクロマー組成物溶液が重合される部位に、重合開始剤最初に適用される請求項14に記載の使用At a site macromer composition solution is polymerized, the polymerization initiator is first applied, use according to claim 14. 重合開始剤が組織に結合し、そしてマクロマー組成物溶液を適用する前に未結合重合開始剤除去される請求項15に記載の使用 Polymerization initiator is bound to tissue, and unbound initiator prior to applying the macromer composition solution is removed, use according to claim 15. 障害または症状をNOによって治療するための薬剤の製造における、少なくとも1つのNO保持領域またはNO供与体を含む生体適合性で重合可能なマクロマー組成物の使用であって、
NOまたはNO供与体が、組織上での重合後に、生理条件下でマクロマー組成物から放出され、
マクロマー組成物が、水溶性領域、組織接着領域、および重合可能末端基領域からなる群から選択される領域を含み
前記マクロマー組成物が、アクリロイル-PEG-Cys-NOマクロマー、アクリロイル-PEG-Lys 5 -NOマクロマー、アクリロイル-PEG-DETA-NOマクロマー、PVA-NH 2 -NOマクロマー、PVA-Cys-NOマクロマー、およびPVA-NO-bFGFマクロマーからなる群より選択されるマクロマーを含む、
使用
Use of a biocompatible polymerizable macromer composition comprising at least one NO retention region or NO donor in the manufacture of a medicament for treating a disorder or condition with NO comprising :
NO or NO donor is released from the macromer composition under physiological conditions after polymerization on the tissue ,
The macromer composition comprises a region selected from the group consisting of a water soluble region, a tissue adhesion region, and a polymerizable end group region ;
The macromer composition comprises acryloyl-PEG-Cys-NO macromer, acryloyl-PEG-Lys 5 -NO macromer, acryloyl-PEG-DETA-NO macromer, PVA-NH 2 -NO macromer, PVA-Cys-NO macromer, and Comprising a macromer selected from the group consisting of PVA-NO-bFGF macromers,
Use .
マクロマー組成物が分解性領域をさらに含む、請求項17に記載の使用The use according to claim 17 , wherein the macromer composition further comprises a degradable region. 障害または症状が、創傷治療、再狭窄、血栓、喘息、関節炎、および勃起障害よりなる群より選択される、請求項17に記載の使用 18. Use according to claim 17 , wherein the disorder or condition is selected from the group consisting of wound treatment, restenosis, thrombus, asthma, arthritis, and erectile dysfunction. マクロマー組成物が組織に接着することにより、外科的癒着を防止するか、組織を接着させるか、組織に支持を与えるか、または組織をコートする、請求項17に記載の使用 By macromer composition to adhere to tissue, or to prevent surgical adhesions, or to adhere the tissue, or providing support to the tissue, or coating of tissue, use of claim 17.
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