JP2001518528A

JP2001518528A - 制御された半減期を有する分解性ポリ（エチレングリコール）ヒドロゲルおよびその前駆体

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Publication number: JP2001518528A
Application number: JP2000511806A
Authority: JP
Inventors: ハリス，ジェイ・ミルトン
Original assignee: シアウォーター・ポリマーズ
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 2001-10-16
Anticipated expiration: 2018-01-23
Also published as: DK1019446T3; EP1019446B2; ATE358150T1; AU6029398A; DK1019446T4; DE69837443D1; DE69837443T2; US7964217B2; PT1019446E; EP1019446A1; US20040076602A1; JP4083384B2; EP1019446B1; ES2281925T3; WO1999014259A1; DE69837443T3; US20020064546A1; CA2303365C; CA2303365A1; ES2281925T5

Abstract

(57)【要約】本発明は、架橋されたポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）構造体の加水分解による分解性のゲルに関する。水の添加によって、このような架橋構造体は膨潤し、そしてヒドロゲルになる。このヒドロゲルは、互いに反応する官能基を鎖の末端に含有する２つの異なるＰＥＧ誘導体を反応させて、ポリマー鎖の間に新しい共有結合を形成させることによって調製することができる。ＰＥＧ誘導体は、加水分解により分解し得る架橋構造体の内部に共有結合が得られるように選ばれる。加水分解による分解は、ゲル成分の溶解、および捕捉された分子（これには薬物が含まれる）の制御された放出をもたらし得る。ＰＥＧ以外の試薬を避けることができる。加水分解速度は、加水分解により分解し得る官能基に隣接する原子を変えることによって制御することができ、それによって、十分に精密な制御がインビボでの薬物送達に得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、ポリ（エチレングリコール）ヒドロゲル、その前駆体、該前駆体お
よびヒドロゲルの作製方法、ならびに該前駆体およびヒドロゲルの使用に関する
。

【０００２】

【従来の技術】

ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）は、その最も一般的な形態において、
各末端がヒドロキシル基で終わる線状ポリマーである：

【化６】ＨＯ−ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_n−ＣＨ₂ＣＨ₂−ＯＨこのポリマーは、簡略化された形ではＨＯ−ＰＥＧ−ＯＨと表すことができる。
この場合、−ＰＧＥ−は下記の構造単位を表していることが理解される：

【化７】 −ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_n−ＣＨ₂ＣＨ₂− ｎは、典型的には、約１０〜２０００の範囲である。

【０００３】ＰＥＧは生物工学において非常に利用されており、そして様々な適用において
有用である。このような適用は、ヒドロゲルとしての適用が含まれるが、薬物送
達のため、そして表面を改変して非付着性を促進させるために行われ、そして様
々な薬物および表面に共有結合させるために行われる。ＰＥＧは毒性がなく、免
疫応答を促進する傾向を有さず、そして水および多くの有機溶媒に溶解し得る。

【０００４】ＰＥＧポリマーは、不溶性分子に共有結合させて、得られるＰＥＧ−分子の結
合体を可溶性にすることができる。例えば、グリーンワルド（Ｇｒｅｅｎｗａｌ
ｄ）、ペンドリ（Ｐｅｎｄｒｉ）およびボリカル（Ｂｏｌｉｋａｌ）は、Ｊ．Ｏ
ｒｇ．Ｃｈｅｍ．６０、３３１頁から３３６頁（１９９５年）において、水に溶
けない薬物のタキソールは、ＰＥＧに結合させたとき、水に溶解し得ることを記
載している。

【０００５】デービス（Ｄａｖｉｓ）他は、米国特許第４，１７９，３３７号において、Ｐ
ＥＧに結合させたタンパク質は、腎臓クリアランス速度の低下および低下した免
疫原性のために血中循環半減期が増大していることを記載している。ポリマーに
毒性がないことおよび身体からのそのクリアランス速度は、薬学的適用での重要
な検討事項である。薬学的適用および多くの主要な参考が、ハリス（Ｈａｒｒｉ
ｓ）による書籍（Ｊ．Ｍ．Ｈａｒｒｉｓ編、「ポリ（エチレングリコール）化学
の生物医学的および生物工学的な適用（Biomedical and Biotechnical Applicat
ions of Polyethylene Glycol Chemistry)」、Plenum、New York、１９９２年）に記載されている。

【０００６】ＰＥＧは、メトキシ−ＰＥＧ−ＯＨ（あるいは、簡便には、ｍＰＥＧ）として
広く使用されている。これは、一方の末端が比較的不活性なメトキシ基であり、
そしてもう一方の末端が、化学的改変が容易に行われるヒドロキシル基である。

【化８】ＣＨ₃Ｏ−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_n−ＣＨ₂ＣＨ₂−ＯＨｍＰＥＧ

【０００７】ＰＥＧは、また、エチレンオキシドを様々なポリオール類（これにはグリセロ
ール、ペンタエリトリトールおよびソルビトールが含まれる）に付加することに
より調製することができる分岐状の形態で広く使用されている。例えば、ペンタ
エリトリトールから調製される４アーム型の分岐状ＰＥＧを下記に示す：

【化９】 C(CH₂-OH)₄ + nC₂H₄O → C[CH₂O-(CH₂CH₂O)_n-CH₂CH₂-OH]₄

【０００８】分岐状ＰＥＧは、一般形ではＲ（−ＰＥＧ−ＯＨ）_nと表すことができる：この場合、Ｒは、グリセロールまたはペンタエリトリトールを含むことができる中
心のコア分子を表し、そしてｎはアームの数を表す。

【０００９】ＰＥＧを分子に結合させるためには、ＰＥＧの「活性化誘導体」を使用するこ
とが必要である。ＰＥＧ末端に位置するヒドロキシル基または化学的改変が容易
に行われる他の基は、そのような基を、タンパク質、表面および酵素などが含ま
れる別の分子の基との反応に好適な官能基で修飾または置換することによって活
性化される。例えば、カルボキシメチル化ＰＥＧのスクシンイミジル「活性エス
テル」は、イワサキ（Ｋ．Ｉｗａｓａｋｉ）およびイワシタ（Ｙ．Ｉｗａｓｈｉ
ｔａ）により米国特許第４，６７０，４１７号に記載されているように、タンパ
ク質表面のアミノ基との共有結合を形成する。

【００１０】米国特許第４，６７０，４１７号に記載されている合成を、タンパク質のアミ
ノ基と反応する活性エステルとともに下記に示す：この場合、スクシンイミジル
基はＮＨＳと表され、タンパク質はＰＲＯ−ＮＨ₂と表されている：

【化１０】 PEG-O-CH₂-CO₂-NHS + PRO-NH₂ → PEG-O-CH₂-CO₂-NH-PRO

【００１１】ＰＥＧ−Ｏ−ＣＨ₂−ＣＯ₂−ＮＨＳなどのスクシンイミジル「活性エステル」
は、活性化されたカルボン酸ＰＥＧの形態で広く使用されている。これらは、様
々なカルボン酸ＰＥＧをＮ−ヒドロキシルスクシンイミドと反応することにより
調製される。

【００１２】様々な問題がこの分野で生じている。ＰＥＧを活性化するために使用されてい
る官能基の中には、インビボでの薬物送達のために使用したときに、毒性の残基
またはそうでなければ望ましくない残基を生じさせ得る官能基がある。官能基を
ＰＥＧに結合させるために工夫されている結合の中には、望ましくない免疫応答
を生じさせ得る結合がある。いくつかの官能基は、タンパク質表面の特定の基と
の反応に十分な選択性またはそうでなければ適切な選択性を有さず、タンパク質
を不活性化させ易い傾向を有し得る。

【００１３】水で膨潤したゲルであるＰＥＧヒドロゲルが、外傷被覆および薬物送達のため
に使用されている。ＰＥＧヒドロゲルは、水の添加によって不溶性の膨潤ゲルが
得られるように、化学的に架橋された網目構造体またはマトリックスに可溶性の
親水性ポリマーを取り込むことによって調製される。薬物として有用な物質は、
典型的には、インビボでの送達を行うためにＰＥＧヒドロゲルに共有結合してい
ない。その代わりに、物質が架橋マトリックスの内部に捕捉され、そして物質は
マトリックス内のすき間を通過する。この不溶性マトリックスは身体内に限りな
く留まることができ、そして薬物放出の制御は、典型的にはあまり精密ではあり
得ない。

【００１４】このようなヒドロゲルを調製する１つの方法が、エンブレイ（Ｅｍｂｒｅｙ）
およびグラント（Ｇｒａｎｔ）により米国特許第４，８９４，２３８号に記載さ
れている。線状ポリマーの末端が、様々な強固で非分解性の化学的結合により連
結されている。例えば、線状ＰＥＧは、トリオールおよびジイソシアネートを反
応させて、水中で分解しない加水分解に安定なウレタン結合を形成させることに
よって架橋網目構造体に組み込まれる。

【００１５】ＰＥＧヒドロゲルの調製に関する関連の方法が、ギャエット（Ｇａｙｅｔ）お
よびフォーティエ（Ｆｏｒｔｉｅｒ）によりＪ．ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＲｅｌ
ｅａｓｅ、３８、１７７頁から１８４頁（１９９６年）に記載されている。この
場合、線状のＰＥＧが、ｐ−ニトロフェニルカーボネートとして活性化され、そ
してタンパク質（ウシ血清アルブミン）との反応により架橋された。形成された
結合は加水分解に安定なウレタン基であり、そしてこのヒドロゲルは水中で分解
しない。

【００１６】チュウ（Ｎ．Ｓ．Ｃｈｕ）により米国特許第３，９６３，８０５号に記載され
ている別の方法において、非分解性のＰＥＧ網目構造体が、多官能性モノマーと
混合されたフリーラジカル開始剤を使用することにより形成された他のポリマー
とのＰＥＧ鎖の不規則な絡み合いによって調製されている。キング（Ｐ．Ａ．Ｋ
ｉｎｇ）は、米国特許第３，１４９，００６号において、高分子量のＰＥＧを放
射線誘導で架橋することにより調製された非分解性のＰＥＧヒドロゲルを記載し
た。

【００１７】ナガオカ（Ｎａｇａｏｋａ）他は、米国特許第４，４２４，３１１号において
、ＰＥＧメタクリレートを、メタクリル酸メチルなどの他のコモノマーと共重合
することによってＰＥＧヒドロゲルを調製した。実質的な非ＰＥＧポリマー成分
がこの方法によって導入される。ビニル重合することにより、ＰＥＧが結合した
ポリエチレン骨格が得られる。メタクリル酸メチルコモノマーは、さらなる物理
的強度をゲルに与えるために加えられている。

【００１８】サウニー（Ｓａｗｈｎｅｙ）、パサク（Ｐａｔｈａｋ）およびハベル（Ｈｕｂ
ｂｅｌｌ）は、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、２６、５８１頁（１９９３年）
において、下記に示されているように、アクリレート基の末端を有するポリグリ
コリドまたはポリラクチドおよびＰＥＧのブロックコポリマーの調製を記載して
いる。

【００１９】

【化１１】 CH₂=CH-CO-(O-CH₂-CO)_n-O-PEG-O-(CO-CH₂-O)_n-CO-CH=CH₂ 上式において、グリコリドブロックは−Ｏ−ＣＨ₂−ＣＯ−ユニットであり；メチル基をメチレンに加えることによってラクチドブロックが得られ；ｎは２の倍
数であり得る。アクリレート基のビニル重合によって、ポリエチレン骨格を有す
る不溶性の架橋ゲルが得られる。

【００２０】実質的に非ＰＥＧ成分がヒドロゲルに導入される。エステル基である上記ポリ
マー骨格のポリラクチドまたはポリグリコリドのセグメントは、ゆっくりと加水
分解的に分解されやすく、その結果として、架橋ゲルは、ゆっくり分解して溶解
する。

【００２１】非ＰＥＧ成分は、ヒドロゲルに複雑さを持ち込み易く、そしてマトリックスの
分解および溶解によって、ヒドロゲルが薬物送達のためにインビボで使用された
ときに、望ましくない成分または毒性成分が血流中に放出され得る。

【００２２】薬物送達に好適であり、そして薬物送達システムを増強し得る特徴的な特性を
有する代替可能なＰＥＧヒドロゲルを提供することが望ましい。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】

本発明は、制御された分解が可能な化学的に架橋された分解性のＰＥＧヒドロ
ゲル、および実質的な非ＰＥＧ成分の非存在下でこのようなＰＥＧヒドロゲルを
作製するための方法を提供する。架橋が加水分解により分解され、そしてマトリ
ックスの内部に捕捉され得る薬物分子を放出する弱い化学的結合がヒドロゲルに
導入される。ゲルは実質的に非毒性のＰＥＧフラグメントに分解され、そしてこ
のフラグメントは典型的には身体から除去される。加水分解に不安定な結合の周
りの原子を変化させることによって、加水分解による分解速度および薬物放出を
精密に制御することができる。加水分解に不安定な結合の例には、カルボン酸エ
ステル、リン酸エステル、アセタール、イミン、オルトエステル、ペプチドおよ
びオリゴペプチドが含まれる。このような弱い結合は、下記に示されているよう
に、異なる末端基を有する２つのＰＥＧを反応することによって得られる：

【化１２】 −ＰＥＧ−Ｚ＋Ｙ−ＰＥＧ− → −ＰＥＧ−Ｗ−ＰＥＧ− 上記において、−Ｗ−は、加水分解に不安定な弱い結合を表す。Ｚ−およびＹ−
は、互いに反応して弱い結合−Ｗ−を形成し得るＰＥＧ分子の末端に位置する基
を表す。

【００２４】例えば、Ｚ基およびＹ基の下記の組合せを使用して、上記のＷ基のいくつかを
得ることができる：

【化１３】 -PEG-CO₂H + HO-PEG- → -PEG-CO₂-PEG- エステル -PEG-OPO₃H₂ + HO-PEG → -PEG-OPO₃(H)-PEG- リン酸エステル -PEG-CHO + (HO-PEG)₂- → -PEG-CH(O-PEG)₂- アセタール -PEG-CHO + NH₂-PEG- → -PEG-CH=N-PEG- イミン

【００２５】本発明のＰＥＧヒドロゲルは、２工程または１工程のいずれかの方法で作製す
ることができる。１工程の方法では、適切な末端基を有する２つの異なるＰＥＧ
を１段階で反応させる。本発明による１工程法の具体例を、線状のＰＥＧ酸を、
ヒドロキシル基の末端を有する３アーム型ＰＥＧと連結することに関する下記の
式で示す。弱いエステル結合が形成される。

【化１４】

【００２６】重合度はｍによって示され、これは、「マトリックス」を示し、そして固体の
集合物として架橋ポリマーが形成されることを示すことを目的とする。重合度は
、架橋の形成により、大きくなり、そして不明確になることを理解しなければな
らない。形成されるＰＥＧヒドロゲルは、水中で膨潤する目に見える固体の集合
物であり、この集合物は、理論的には、すべての可能な架橋が形成されている。
しかし、通常、生じた架橋度を測定することはできない。

【００２７】マトリックス内に捕捉された薬物分子の放出速度は、加水分解によるゲルの分
解速度を制御することによって制御される。加水分解によるゲルの分解速度は、
ヒドロゲルマトリックスを形成するＰＥＧの結合度を制御することによって調節
することができる。１０本の分岐またはアームを有する多アーム型ＰＥＧは、３
アーム型ＰＥＧよりもゆっくり分解して、薬物分子を放出する。

【００２８】加水分解による分解速度および薬物放出の十分に精密な制御は、加水分解に不
安定な結合の周りの原子を変えることによって得ることができる。典型的には、
上記の構造におけるｎ値（メチレン基の数）を大きくすると、エステルの加水分
解速度は低下し、そしてゲルの分解に要する時間は増大する。上記の例において
ｎが１である場合、ゲルのエステル結合は、ｐＨ７および３７℃で約４日の半減
期で加水分解される。ｎが２である場合、エステル結合の加水分解による分解の
半減期は、ｐＨ７および３７℃で約４３日である。

【００２９】リン酸エステル、アセタール、イミンおよび他の加水分解に不安定な結合を同
様に形成させることができ、そしてその加水分解速度は、加水分解に不安定な結
合に隣接するメチレン基の数を制御し、そしてＰＥＧ分岐度を制御することによ
って同様に制御することができる。

【００３０】本発明の分解性ヒドロゲルはまた、２工程プロセスで作製することができる。
最初の工程において、加水分解に不安定な結合をその骨格に有する可溶性の未架
橋ＰＥＧが調製される。次工程において、加水分解に不安定な結合をその骨格に
有するこのようなＰＥＧが、加水分解に安定な結合によって、他のＰＥＧと連結
される。例えば、下記のＰＥＧは、加水分解に不安定なエステル結合をその骨格
に２つ有する：

【化１５】 NHS-O₂C-CH₂-O-PEG-O-CH₂-CO₂-PEG-O₂C-CH₂-O-PEG-O-CH₂-CO₂-NHS

【００３１】上記のＰＥＧは、Ｎ−ヒドロキシルスクシンイミド分子（ＮＨＳ）により各末
端で活性化される：この場合、活性なスクシンイミジルエステル部分はＮＨＳ−
ＣＯ₂−であり、これがアミノ基と反応し得る。このＰＥＧを多アーム型ＰＥＧアミンと連結させた場合、活性なエステルとアミンとの反応から形成される安定
なアミド結合、および骨格に既に存在する加水分解に不安なエステル結合によっ
て繋がれた架橋された網目構造体が得られる。前記の例の場合のように、ゲルの
分解速度は、エステル結合に隣接するメチレン基の数を変えることにより制御さ
れる。

【００３２】ＰＥＧヒドロゲルを作製するための上記の２段階方法を使用して、注射可能な
薬物システムのために、インシチュウで、生体組織内でゲルを作製し、そして物
質を捕捉することができる。薬物は、ヒドロゲルの１つの反応性ＰＥＧ成分と一
緒にすることができ、そしてゲルを形成する別の反応性ＰＥＧ成分と一緒に注射
することができる。薬物は、反応系に近いために形成されたマトリックス内に捕
捉される。

【００３３】従って、本発明は、特に、不安定な結合の加水分解速度が制御され得る加水分
解に不安定な結合を有する分解性のＰＥＧヒドロゲルを提供する。本発明のＰＥ
Ｇヒドロゲルは、精密に制御されたインビボでの放出を行うために、共有結合の
非存在下で、タンパク質、酵素および様々な他の物質を含む薬物を物理的に捕捉
することができる。分解したゲルは、著しく分解していないゲルが除去され得る
よりも容易に身体から除去され得る。

【００３４】

【課題を解決するための手段】

本発明の前記および他の目的、利点および特徴、ならびにそれらが達成される
方法は、例示的な実施形態を表している添付した図面と組み合わせて、本発明の
下記の詳細な説明を検討したときに、より容易に明らかになる。

【００３５】図１は、加水分解に不安定な結合Ｗまたは弱い結合Ｗによって繋がれたポリ（
エチレングリコール）（ＰＥＧ）マトリックスを示す。図１に示すＰＥＧは、３
つの分岐またはアームを有する。分岐度は、ゲルの物理的強度および圧縮性を制
御するために、本発明のヒドロゲルにおいて変えることができる。一般に、分岐
度が大きいほど、そして分岐が短いほど、ゲルの強度（耐圧縮性または耐伸長性
）は大きくなる。同様に、分岐度が大きいほど、そして分岐が短いほど、空隙は
小さくなり、そして水分含有量は低くなる。

【００３６】加水分解に不安的なＰＥＧを有する分解性のＰＥＧヒドロゲルは、下記の一般
式で示されているように、１工程で調製することができる：

【化１６】 Z-PEG-Z + R(CH₂-O-PEG-Y)_p → {R[CH₂-O-PEG-W-PEG-W-]_p}_m 上式において、ｍは「マトリックス」を意味し、そして固体の集合体である架橋
ポリマーが形成されるような重合度を示す。ｍは大きく、不明確である。ｐは３
から１０であり、反応物である分岐状ＰＥＧのＲ（ＣＨ₂−Ｏ−ＰＥＧ−Ｙ）_pの
分岐度（アーム数）を示す。ＰＥＧゲルの加水分解速度は、典型的には、ｐが増
大することによって長くなる。Ｒは、複数アーム型ＰＥＧを作製するのに適切な
中心の分岐基であり、これには、グリセロール、グリセロールオリゴマー、ペン
タエリトリトール、ソルビトール、トリメチオールプロパン(trimethyolpropane
)およびジ（トリメチロールプロパン）からなる群から選択される基が含まれる。ＺおよびＹは、反応して加水分解に不安定な結合Ｗを形成する基である。反応
して加水分解に不安定な結合Ｗを形成し得るＺ基およびＹ基の組合せの例には、
下記の群から選択される組合せが含まれる：カルボン酸エステルを形成するため
に反応するアルコールおよびカルボン酸、イミンを形成するために反応するアミ
ンおよびアルデヒド、ヒドラゾンを形成するために反応するヒドラジドおよびア
ルデヒド、リン酸エステルを形成するために反応するアルコールおよびホスフェ
ート(phosphate)、アセタールを形成するために反応するアルデヒドおよびアルコール、オルトエステルを形成するために反応するアルコールおよびホルメート
(formate)、ＰＥＧアミンをカルボキシル末端のＰＥＧ−ペプチドと反応させて新しいペプチド結合を形成することによって形成されるペプチド、ＰＥＧカルボ
ン酸をアミン末端のＰＥＧ−ペプチドと反応させて新しいペプチドを形成するこ
とによって形成されるペプチド、ならびにＰＥＧホスホルアミダイト(phosphora
midite)を５’−ヒドロキシル末端のＰＥＧオリゴヌクレオチドと反応させることによって形成されるオリゴヌクレオチドからなる群。

【００３７】Ｚ基は線状ＰＥＧに示され、そしてＹ基は分岐状ＰＥＧに示されていることに
注意しなければならない。しかし、同じ弱い結合Ｗが形成される線状ＰＥＧのＹ
基および分岐状ＰＥＧのＺ基により、反応は進行し、そしてゲルが形成される。

【００３８】ＰＥＧカルボン酸基およびＰＥＧヒドロキシル基（それぞれ、Ｚ基およびＹ基
）の反応により形成される加水分解に不安定なカルボン酸エステル結合を有する
ＰＥＧヒドロゲルを作製するための１工程方法の具体例は、下記の式によって表
される：

【化１７】 HO₂C-(CH₂)_n-O-PEG-O-(CH₂)_n-CO₂H + R(CH₂-O-PEG-OH)_p → → {R[CH₂-O-PEG-O₂C-(CH₂)_n-O-PEG-O(CH₂)_nCO₂-]_p}_m

【００３９】上式において、ｍ、ｐおよびＲは、上記に示されている通りである。ｎは約１
から１０であり、ゲルの加水分解速度を制御するために変化させることができる
。ｎの増大は、典型的には、加水分解速度を低下させる。

【００４０】この例において、ヒドロキシル基は分岐状ＰＥＧに存在し、そしてカルボン酸
基は線状ＰＥＧに存在することに留意すること。あるいは、ヒドロキシル基は線
状ＰＥＧに存在することができ、そしてカルボン酸基は分岐状ＰＥＧに存在する
ことができる。

【００４１】分解性のＰＥＧヒドロゲルはまた、２工程で調製することができる。最初の工
程において、１つまたは複数の加水分解に不安定な結合Ｗをその骨格に有する線
状ＰＥＧが作製される。この線状ＰＥＧは、Ｕ−ＰＥＧ−Ｗ−ＰＥＧ−Ｕの一般
式を有する：ただし、Ｕは反応性の末端基を表し、そしてＷは加水分解に不安定
な結合である。

【００４２】次工程において、加水分解に不安定な結合をその骨格に有するＰＥＧを別のＰ
ＥＧと反応させる。第２のＰＥＧは、Ｒ（ＣＨ₂−Ｏ−ＰＥＧ−Ｖ）_pの一般式で
示される分岐状ＰＥＧである：ただし、Ｖは反応性の末端基を表す。ｐは３から
１０であり、反応物である分岐状ＰＥＧのＲ（ＣＨ₂−Ｏ−ＰＥＧ−Ｖ）_pの分岐
度（アーム数）を示す。ＰＥＧゲルの加水分解速度は、典型的には、ｐを大きく
することによって長くなる。Ｒは、複数アームのＰＥＧを作製するのに適切な中
心の分岐基であり、これには、グリセロール、グリセロールオリゴマー、ペンタ
エリトリトール、ソルビトール、トリメチオールプロパンおよびジ（トリメチロ
ールプロパン）からなる群から選択される基が含まれる。

【００４３】第１のＰＥＧおよび第２のＰＥＧにおけるそのＰＥＧポリマー鎖の末端に位置
する官能基のＵおよびＶは反応して、加水分解に安定な架橋Ｘが形成される。こ
れは、下記の式によって表される：

【化１８】 U-PEG-W-PEG-U + R(CH₂-O-PEG-V)_p → → {R[CH₂-O-PEG-X-PEG-W-PEG-X-]_p}_m

【００４４】再度ではあるが、ｍは「マトリックス」を意味し、そして固体の集合物である
架橋ポリマーが形成されるような重合度を示す。Ｗは、カルボン酸エステル、イ
ミン、リン酸エステル、アセタール、オルトエステル、ペプチドおよびオリゴヌ
クレオチドを含む加水分解に不安定な基である。ＵおよびＶは、互いに反応し得
る基であって、アミンと反応する活性エステル（炭酸エステルを含む）、アルコ
ールと反応するイソシアナート、アミンと反応するイソシアナート、アミンおよ
び還元剤と反応するアルデヒド、アミンと反応するエポキシド、ならびにアミン
と反応するスルホン酸エステルを含む基である。

【００４５】ＵおよびＶの反応によって形成される加水分解に安定な結合Ｘには、活性エス
テルとアミンとの反応から得られるアミド、イソシアナートとアルコールとの反
応から得られるウレタン、イソシアナートとアミンとの反応から得られる尿素、
アルデヒドとアミンおよび還元剤との反応から得られるアミン、エポキシドとア
ミンとの反応から得られるアミン、ならびにスルホン酸エステルとアミンとの反
応から得られるスルホンアミドが含まれる。

【００４６】２工程方法の具体例は、下記の式において示されているように、加水分解に安
定なアミド結合Ｘと、活性エステルＵおよびアミンＶの反応から形成される加水
分解に不安定なカルボン酸エステル結合Ｗとを有する分解性のＰＥＧヒドロゲル
の調製である。

【化１９】 NHS-O₂C-(CH₂)_n-O-PEG-W-PEG-O-(CH₂)_n-CO₂-NHS + R(CH₂-O-PEG-NH₂)_p → {R[CH₂-O-PEG-NHCO-(CH₂)_n-O-PEG-W-PEG-O-(CH₂)_n-CONH-]_p}_m

【００４７】上記の記号ｎ、ｍ、ｐおよびＲは、既に記載されている通りである。Ｗは、−
Ｏ−（ＣＨ₂）_r−ＣＯ₂−の式による加水分解に不安定なエステル結合である：ただし、ｒは約１から１０である。

【００４８】アミノ基Ｖは分岐状ＰＥＧに存在し、そして活性エステルＵは線状ＰＥＧに存
在する。この２つの基は、アミノ基が線状ＰＥＧに存在し、そして活性エステル
が分岐状ＰＥＧに存在するように交換できることを認識しなければならない。

【００４９】別の２段階方法において、ポリマー鎖末端基Ｕ−Ｒ’の近くに加水分解に不安
的な結合Ｗを有する反応物の線状ＰＥＧが最初の工程で調製される。別の工程に
おいて、ポリマー鎖末端基Ｕ−Ｒ’の近くに加水分解に不安的な結合Ｗを有する
ＰＥＧを、反応性基Ｖを有する分岐状ＰＥＧと反応させて、加水分解に安定な架
橋Ｘを形成させる。

【００５０】

【化２０】 U-R'-W-PEG-W-R'-U + R(CH₂-O-PEG-V)_p→ {R[CH₂-O-PEG-X-R'-W-PEG-W-R'-X]_p}_m

【００５１】上記の記号ｍ、ｐおよびＲは、既に定義されている通りである。Ｒ’は、約１
〜１０個の炭素を有する小さな炭化水素フラグメントである。Ｗは、既に定義さ
れているように、カルボン酸エステル、イミン、リン酸エステル、アセタール、
オルトエステル、ペプチドおよびオリゴヌクレオチドが含まれる加水分解に不安
定な基である。ＵおよびＶは、互いに反応し得る基であって、アミンと反応する
活性エステル（炭酸エステルを含む）、アルコールと反応するイソシアナート、
アミンと反応するイソシアナート、アミンおよび還元剤と反応するアルデヒド、
アミンと反応するエポキシド、ならびにアミンと反応するスルホン酸エステルを
含む基である。

【００５２】ＵおよびＶの反応により形成される加水分解に安定な結合はＸである。Ｘには
、活性エステルとアミンとの反応から得られるアミド、炭酸エステルとアミンと
の反応から得られるウレタン、イソシアナートとアルコールとの反応から得られ
るウレタン、イソシアナートとアミンとの反応から得られる尿素、アルデヒドと
アミンおよび還元剤との反応から得られるアミン、エポキシドとアミンとの反応
から得られるアミン、ならびにスルホン酸エステルとアミンとの反応から得られ
るスルホンアミドが含まれる。

【００５３】下記の式によって示されている具体例は、加水分解に不安定なカルボン酸エス
テル基Ｗと、活性エステルＵおよびアミンＶの反応により形成される加水分解に
安定なアミドＸとを含有するＰＥＧヒドロゲルの形成である：この場合、加水分
解に不安定なカルボン酸エステル基Ｗは、前駆体の線状ＰＥＧにおける小さな炭
化水素フラグメントによりＵ基および／またはＶ基から離れている。

【００５４】

【化２１】 NHS-O₂C-(CH₂)_i-O₂C-(CH₂)_n-O-PEG-O-(CH₂)_n-CO₂-(CH₂)_i-CO₂-NHS + R(CH₂-O-PEG-NH₂)_p → {R[CH₂-O-PEG-NHCO-(CH₂)_i-O₂C-(CH₂)_n-O-PEG-O-(CH₂)_n- CO₂-(CH₂)_n-CONH-]_p}_m

【００５５】上式において、ｉは約１〜１０であり、小さな炭化水素フラグメントＲ’の長
さを規定する。記号ｎ、ｍ、ｐおよびＲは、上記に定義されている通りである。
アミノ基は分岐状ＰＥＧに示され、そして活性エステルは線状ＰＥＧに示されて
いる。この２つの基は、アミノ基が線状ＰＥＧに存在し、そして活性エステルが
分岐状ＰＥＧに存在するように交換できることを認識しなければならない。

【００５６】当業者は、Ｙ基と反応するＺ基に対して、あるいはＶ基と反応するＵ基に対し
て言及されるとき、場合に応じて所望する結合Ｗまたは結合Ｘを得るために、一
般に受け入れられている化学的手順および標準的な手順に従って、さらなる試薬
または工程を用いることができることを認識しなければならない。採用すること
でき、そして当業者には容易に明らかであり得る可能な経路が、多すぎるために
ここで述べることはできないが、数多く存在する。例えば、当業者は、アルコー
ルおよびカルボン酸を反応させる場合、酸を、典型的には、別の形態（酸化物の
形態）に変換し、その後、アルコールと反応させることを理解していることが予
想され得る。いくつかの例を下記の実施例において明らかにする。

【００５７】本発明の架橋ＰＥＧポリマー構造体から作製されるヒドロゲルは、薬物送達シ
ステムにおいて、そして外傷の手当て用品のために使用することができる。外傷
の手当て用品は、体内で時間とともに分解する手当て用品を提供するために体内
で使用することができる。本発明のヒドロゲルは、治療薬剤を火傷に適用するた
めに、火傷に対する薬物送達システムにおいて有用に適用することができる。薬
物成分の制御された放出が得られるように、ヒドロゲルの加水分解速度が制御さ
れている薬物送達システムを調製することができる。「薬物」は、ヒトおよび他
の動物における疾患の診断、治療、軽減、処置または防止を行うこと、あるいは
そうでなければ身体的または精神的な満足度を高めることを目的とする任意の物
質を意味する。本発明は、一般に、生体組織において、あるいは生体組織から取
り出された物質において何らかの活性または機能を有する生物学的に活性な物質
を送達するために使用することができる。

【００５８】「基（ｇｒｏｕｐ）」、「官能基」、「部分、基（ｍｏｉｅｔｙ）」、「活性
基」、「反応性部位」および「ラジカル」の各用語はすべて、完全ではないが、
化学の分野では同義的であり、そして分子の異なる特徴的な部分またはユニット
、および何らかの機能または活性を発揮し、そして他の分子または分子の他の部
分と反応し得るユニットを示すためにこの分野および本明細書中において使用さ
れている。

【００５９】用語「結合」は、化学反応の結果として通常形成され、そして典型的には共有
結合である基を示すために使用されている。加水分解に安定な結合は、そのよう
な結合が水中で安定であり、そして有用なｐＨの水と長時間（潜在的には、限り
なく）反応しないことを意味する。加水分解に不安定な結合は、水と反応して、
典型的には、ヒドロゲルの分解およびマトリックス内に捕捉された物質の放出を
もたらす結合である。そのような結合は、加水分解に曝され、そして加水分解性
であると言われる。架橋されたポリマー構造体の分解に要する時間は、加水分解
速度として示され、通常、その半減期に関して測定される。

【００６０】当業者は、Ｙ基と反応するＺ基に対して、あるいはＶ基と反応するＵ基に対し
て言及されるとき、場合に応じて所望する結合Ｗまたは結合Ｘを達成するために
、一般に受け入れられている化学的手順および標準的な手順に従って、さらなる
試薬または工程を用いることができることを認識しなければならない。採用する
ことができ、そして当業者には容易に明らかであり得る可能な経路が、多すぎる
ためにここで述べることはできないが、数多く存在する。例えば、当業者は、ア
ルコールおよびカルボン酸を反応させる場合、酸を、典型的には、別の形態（酸
化物の形態）に変換し、その後、アルコールと反応させることを理解しているこ
とが予想され得る。いくつかの例を下記の実施例において明らかにする。

【００６１】下記の実施例は、本明細書中の様々な例の合成を示す。

【００６２】

【実施例】

実施例１実施例１は、加水分解に不安定なエステル結合を有する分解性ＰＥＧヒドロゲ
ルの調製を示す。直径１インチのアルミニウムの鍋で、二官能性ＰＥＧ２０００
酸（６００ｍｇ，０．６ｍｍｏｌの末端基、アラバマ州ハンツビルのＳｈｅａｒ
ｗａｔｅｒＰｏｌｙｍｅｒｓ社から入手可能）と１等量の８アーム型ＰＥＧ１
０，０００（７５０ｍｇ，シアウォーター・ポリマーズ（Ｓｈｅａｒｗａｔｅｒ
Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）社）を３０ｍｇの２−エチルヘキサン酸第一スズ（シグマ
・ケミカル（ＳｉｇｍａＣｈｅｍｉｃａｌ）社）と混合し、溶解した。使用し
たＰＥＧ酸には、ＰＥＧカルボキシメチル酸（−ＰＥＧ−ＯＣＨ₂ＣＯＯＨ）、ＰＥＧプロピオン酸（−ＰＥＧ−Ｏ−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＯＯＨ）、およびＰＥＧコハ
ク酸（−ＰＥＧ−ＯＯＣＣＨ₂ＣＨ₂ＣＯＯＨ）が含まれていた。その溶融物の薄
い膜が鍋の表面を均一に覆った後、その鍋を１３０℃および１００ミリトルの真
空下で６から２４時間にわたり加熱した。堅い、透明なゲルが生成した。窒素流
で冷却すると、ゲルは半透明になった。そして薄い円盤に切断して、次の手順で
精製した。

【００６３】その粗ゲルを氷酢酸中で膨張させ、２から３日の間に、この溶媒で３回洗浄し
た。膨張の程度が低いヒドロゲルの場合には、高度に架橋されたゲルの破壊を防
止するために、氷酢酸で洗浄する前にジオキサンで膨張させた。洗浄後、ゲルを
真空乾燥した。そのゲルのスズ含有量を誘導結合プラズマ分光法で６０ｐｐｍ
未満と測定した。

【００６４】実施例２実施例２は、加水分解に不安定なイミン結合を有する分解性ＰＥＧヒドロゲル
の調製を示す。試験管中で、二官能性ＰＥＧプロピオンアルデヒド３４００（１
００ｍｇ，５８．８μｍｏｌ，ＳｈｅａｒｗａｔｅｒＰｏｌｙｍｅｒｓ社）お
よび８アーム型ＰＥＧアミン１０，０００（７４ｍｇ，５８．８μｍｏｌ）を１
，４−ジオキサン（アルドリッチ・ケミカル（ＡｌｄｒｉｃｈＣｈｅｍｉｃａ
ｌ）社）に溶解した。その試験管を油浴で７０℃に約２時間加熱した。次いで、
そのゲルを室温で減圧乾燥した。

【００６５】使用したＰＥＧアルデヒドには、ＰＥＧプロピオンアルデヒド（−ＰＥＧ−Ｏ
ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨＯ）、ＰＥＧアセトアルデヒド（−ＰＥＧ−ＯＣＨ₂ＣＨＯ）、およびＰＥＧベンズアルデヒド（−ＰＥＧ−Ｏ−Ｃ₆Ｈ₄−ＣＨＯ）が含まれてい
た。

【００６６】下記の実施例３および４は、本発明の分解性ヒドロゲルの調製に使用する、加
水分解に不安定な結合を有するＰＥＧ誘導体の調製を示す。

【００６７】実施例３実施例３は、加水分解に不安定な骨格結合とその各末端にＮＨＳ活性炭酸を有
するＰＥＧ誘導体の合成を示す。そのＰＥＧ誘導体は、ＮＨＳ−ＯＯＣＯ−ＰＥ
Ｇ−Ｗ−ＰＥＧ−ＯＣＯＯ−ＮＨＳと表すことができる。ここで、Ｗは加水分解
に不安定な結合を表す。１００ｍｌの丸底フラスコで、ベンジルオキシ−ＰＥＧ
カルボキシメチル酸３４００（３．４ｇ，１ｍｍｏｌ，Ｓｈｅａｒｗａｔｅｒ
Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社）を２時間トルエン中で共沸蒸留し、それから室温まで冷却
した。塩化チオニル（２Ｍ，４ｍｌ，８ｍｍｏｌ，Ａｌｄｒｉｃｈ社）の塩化メ
チレン溶液を注入し、その混合物を窒素雰囲気下で一晩撹拌した。その溶媒を回
転蒸発によって濃縮し、そのシロップを五酸化二リン（Ｐ₂Ｏ₅）粉末の上で約４
時間真空乾燥した。その残留分に、無水塩化メチレン（５ｍｌ）と、トルエン（
２０ｍｌ）中で共沸乾燥したベンジルオキシ−ＰＥＧ３４００（２．５５ｇ，
０．７５ｍｍｏｌ）を添加した。そのベンジルオキシ−ＰＥＧ塩化アシルを溶解
した後、新たに蒸留したトリエチルアミン（０．６ｍｌ）を添加した。その混合
物を一晩撹拌して、トリエチルアミン塩をろ過して取り除き、生成物をエチルエ
ーテルで沈殿させて収集した。それを水に溶解して塩化メチレンで抽出すること
によってさらに精製した。その有機相を無水硫酸ナトリウムで乾燥し、真空濃縮
し、そしてエチルエーテル中に沈殿させた。その沈殿物を真空中で乾燥した。そ
の生成物の高速液体クロマトグラフィー（ゲル透過クロマトグラフィー）は、ベ
ンジルオキシ−ＰＥＧの１００％がＰＥＧエステルに転換し、ベンジルオキシ−
ＰＥＧ酸の約１５重量％が残ったことを示した。

【００６８】その混合物を、イオン交換カラム（ジエチルアミノエチルセファローズの高速
流、Ｐｈａｒｍａｃｉａ社）でクロマトグラフィーにより精製して、ベンジルオ
キシ−ＰＥＧ酸を除いた。純度１００％のα−ベンジルオキシ−ω−ベンジルオ
キシＰＥＧエステル６８００が得られた。収量は、４．１グラム（８０％）であ
った。

【００６９】１，４−ジオキサン（２０ｍｌ）中のα−ベンジルオキシ−ω−ベンジルオキ
シＰＥＧエステル６８００（２ｇ，０．５９ｍｍｏｌ）の溶液を水素（圧力２気
圧）およびＰｄ／Ｃ（１ｇ，１０％Ｐｄ）を用いて一晩水素化分解した。触媒
をろ過して除き、大部分の溶媒を回転蒸発器で除いた後生成物をエチルエーテル
中に沈殿させた。ろ過によってα−ヒドロキシ−ω−ヒドロキシＰＥＧエステル
６８００を収集し、真空乾燥した。収量は、１．５グラム（７５％）であった。

【００７０】 α−ヒドロキシ−ω−ヒドロキシＰＥＧエステル６８００（１．５ｇ，０．４
４ｍｍｏｌ末端基）を１００ｍｌのアセトニトリルと共沸乾燥してから、室温ま
で冷却した。この溶液にジサクシミディル炭酸（ＤＳＣ）（０．８８ｍｍｏｌ，
Ｆｌｕｋａ社）とピリジン（０．１ｍｌ）を添加した。そして、その溶液を室温
で一晩撹拌した。溶媒を真空下で除き、シロップを真空中で乾燥した。その生成
物を３５ｍｌの乾燥塩化メチレンに溶解し、不溶性固形物をろ過して除き、そし
てろ液を塩化ナトリウムが飽和したｐＨ４．５の酢酸緩衝液で洗浄した。その有
機相を無水硫酸ナトリウムの上で乾燥し、真空濃縮し、そしてエチルエーテル中
に沈殿させた。その沈殿物をＰ₂Ｏ₅の上で真空乾燥した。収量は、１．４ｇ（９
３％）であった。ＮＭＲ（ジメチルスルホキシド−ｄ₆）の結果は次の通りであった。（１）ベンジルオキシ−ＰＥＧプロピオン酸からの生成物は、δ 3.5(br
m, PEG)、2.55(t, -OCH₂CH ₂COOPEG-)、4.13(t, -PEG-COOCH ₂CH₂O-)、4.45(t, -PEGO
CH₂CH ₂OCO-NHS)、2.80(s, NHS, 4H)、(2)ベンジルオキシシ-PEGカルボキシメチル酸からの生成物は、δ 3.5(br m, PEG)、4.14(s, -OCH ₂COOPEG-)、4.18(t, -OCH₂COOC H ₂ CH₂-)、4.45(t, -PEGO-CH₂CH ₂OCONHS)、2.81[s, NHS, 4H]。

【００７１】実施例４実施例４は、加水分解に不安定な骨格結合と末端のＮＨＳ活性エステルを有す
るＰＥＧ誘導体の合成を示す。そのＰＥＧ誘導体は、式ＮＨＳ−ＯＯＣ−（ＣＨ ₂ ）_n−Ｏ−ＰＥＧ−Ｗ−ＰＥＧ−Ｏ−（ＣＨ₂）_n−ＣＯＯＮＨＳで表すことがで
きる。ただし、Ｗは加水分解に不安定な結合である。１００ｍｌの丸底フラスコ
で、α−ヒドロキシ−ＰＥＧ酸２０００（４ｇ，２ｍｍｏｌ，Ｓｈｅａｒｗａｔ
ｅｒＰｏｌｙｍｅｒｓ社）と二官能性ＰＥＧプロピオン酸２０００（４ｇ，２
ｍｍｏｌ，ＳｈｅａｒｗａｔｅｒＰｏｌｙｍｅｒｓ社）を、窒素雰囲気下で７
０ｍｌのトルエンと共沸蒸留した。２時間後に、その溶液を室温まで冷却して、
２−エチルヘキサン酸第一スズ（２００ｍｇ，ＳｉｇｍａＣｈｅｍｉｃａｌ社
）を添加した。次いで、その溶液を窒素雰囲気下で２４時間還流させた。それか
ら、その溶媒を真空下で濃縮し、シロップを１００ｍｌのエーテル中に沈殿させ
た。その生成物を、ろ過して収集し、真空乾燥し、そしてｐＨ５．０の酢酸ナ
トリウム緩衝溶液に溶解した。そのすこし乳状の溶液を遠心分離機にかけて、上
部の透明な溶液を塩化メチレンで３回抽出した。その有機相を無水硫酸ナトリウ
ムの上で乾燥し、ろ過し、真空濃縮し、そしてエーテル中に沈殿させた。その生
成物をろ過して収集し、そして真空乾燥した。収量は、７ｇ（８８％）であった
。高速液体クロマトグラフィーの結果は、生成物が７０％、二酸の反応物が１５
％、そして一塩基酸が１５％であった。その混合物を、イオン交換クロマトグラ
フィーおよびゲル透過クロマトグラフィーでさらに精製した。¹ＨＮＭＲ（ジメチルスルホキシド−ｄ₆）の結果は次の通りであった。（１）ＰＥＧカルボキシメチル酸からの生成物は、δ 3.5(br m, PEG)、4.15(s, -OCH ₂COOCH₂-)、4.18(t,
-OCH₂COOCH ₂CH₂-)、(2)PEGプロピオン酸からの生成物は、δ 3.5(br m, PEG)、2.58
(t, -OCH₂CH ₂COOCH₂-)、4.13(t, -OCH₂CH₂COOCH ₂CH₂-)。

【００７２】丸底フラスコで、弱い結合を有する二官能性酸（前の段階で得られた）（２ｇ
、ほぼ１ｍｍｏｌの末端基）とＮ−ヒドロキシコハク酸イミド（ＮＨＳ）（１２
６ｍｇ，１．０５ｍｍｏｌ）を５０ｍｌの乾燥塩化メチレンに溶解した。この溶
液に、５ｍｌの乾燥塩化メチレンに入れたジシクロヘキシルカルボジイミド（２
４０ｍｇ，１．１５ｍｍｏｌ）を添加した。その混合物を窒素雰囲気下で一晩撹
拌した。その溶媒を濃縮し、シロップを１５ｍｌの無水トルエンに再溶解した。
不溶性の塩をろ過で除き、ろ液を２００ｍｌの乾燥エチルエーテル中に沈殿させ
た。その沈殿物をろ過して収集し、真空中で乾燥した。収量は、１．８８ｇ（９
４％）であった。¹ＨＮＭＲ（ジメチルスルホキシド−ｄ₆）の結果は次の通りで
あった。δ 3.5(br m, PEG)、2.8(s, NHS, 4H)、4.6(s, -PEG-O-CH ₂-COONHS)、また
は2.85(t, -PEG-O-CH₂CH ₂-COONHS)。

【００７３】実施例５実施例５は、分岐ＰＥＧアミンおよび実施例３に従って作られたＰＥＧ誘導体
からの分解性ＰＥＧヒドロゲルの調製を示す。実施例３でのＰＥＧ誘導体は加水
分解に不安定な骨格結合とＮＨＳ−ＯＯＣＯ−ＰＥＧ−Ｗ−ＰＥＧ−ＯＣＯＯ−
ＮＨＳで表すことができる末端がＮＨＳの活性炭酸とを有する。試験管中で、１
００ｍｇ（４．７μｍｏｌ）の二官能性ＰＥＧ活性炭酸６８００（実施例３で調
製されたＮＨＳ−ＯＯＣＯ−ＰＥＧ−Ｗ−ＰＥＧ−ＯＣＯＯ−ＮＨＳ）を０．７
５ｍｌの水に溶解し、０．１５ｍｌの８アーム型−ＰＥＧ−アミン１０，０００
の緩衝液（０．１Ｍのホスフェート、ｐＨ７）（２５０ｍｇ／ｍｌ）を添加し
た。急速に振とうしてから置くと、数分でゲルが生成した。緩衝液の適当なｐＨ
範囲は５．５から８であることが分かった。

【００７４】実施例６実施例６は、分岐ＰＥＧアミンおよび実施例４に従って作られたＰＥＧ誘導体
からの分解性ＰＥＧヒドロゲルの調製を示す。実施例４でのＰＥＧ誘導体は加水
分解に不安定な骨格結合とＮＨＳ−ＯＯＣ−（ＣＨ₂）_n−Ｏ−ＰＥＧ−Ｗ−ＰＥ
Ｇ−Ｏ−（ＣＨ₂）_n−ＣＯＯ−ＮＨＳで表すことができる末端がＮＨＳの活性炭
酸とを有する。１００ｍｇ（約５０μｍｏｌ）の二官能性ＰＥＧ活性エステル（
実施例４で調製されたＮＨＳ−ＯＯＣ−（ＣＨ₂）_n−Ｏ−ＰＥＧ−Ｗ−ＰＥＧ−
Ｏ−（ＣＨ₂）_n−ＣＯＯ−ＮＨＳ）を０．７５ｍｌの水に溶解し、０．２５ｍｌ
の８アーム型−ＰＥＧ−アミン１０，０００の緩衝溶液（０．１Ｍのホスフェー
ト、ｐＨ７）（２５０ｍｇ／ｍｌ）を添加した。急速に振とうしてから置くと、
数分でゲルが生成した。緩衝液の適当なｐＨ範囲は５．５から８であることが分
かった。

【００７５】実施例７実施例７は、実施例８の反応性ＰＥＧを調製するのに使われるＨＯＯＣ−ＣＨ ₂ −ＣＨ（ＣＨ₃）−ＯＯＣ−（ＣＨ₂）_n−Ｏ−ＰＥＧ−Ｏ−（ＣＨ₂）_n−ＣＯＯ
ＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂−ＣＯＯＨと表すことができる二官能性ＰＥＧ−ヒドロキシ
酪酸（ＨＢＡ）の合成を示す。ＰＥＧ酸２０００（２．０ｇ，１ｍｍｏｌ、カル
ボキシメチル酸（ＣＭ）またはプロピオン酸（ＰＡ））を窒素雰囲気下において
６０ｍｌのトルエンで共沸乾燥した。２時間後、その溶液を室温まで冷却し、塩
化チオニル（塩化メチレン中、３ｍｌ、６ｍｍｏｌ）を添加した。次いで、その
混合物を室温で一晩撹拌した。そして、その溶液を回転蒸発により濃縮した。そ
の残留分を、Ｐ₂Ｏ₅粉末を用いて真空中で約４時間乾燥した。３−ヒドロキシ酪
酸（０．３０ｇ，２．７ｍｍｏｌ）を７０ｍｌの１，４−ジオキサンで、約２０
ｍｌの溶液が残るまで共沸乾燥した。次に、その溶液を窒素雰囲気下で室温まで
冷却し、前段階からの乾燥したＰＥＧ塩化アシルを加えた。そのＰＥＧが溶解し
た後、０．６ｍｌの乾燥トリエチルアミンをその系に注入して、その反応混合物
を一晩撹拌した。その塩を溶液からろ過し、溶媒を回転蒸発器で濃縮し、そして
シロップを真空中で乾燥した。その粗生成物を、１００ｍｌの蒸留水に溶解し、
ｐＨを３．０に調整した。その生成物を、合計８０ｍｌの塩化メチレンで３回抽
出した。その有機相を無水硫酸ナトリウムの上で乾燥し、ろ過し、真空濃縮し、
そして１００ｍｌのエチルエーテル中に沈殿させた。その生成物をろ過して収集
し、真空乾燥した。収量は、１．８４ｇ（９２％）であった。¹ＨＮＭＲ（ジメチルスルホキシド−ｄ₆）の結果は次の通りであった。δ 3.5(br m, PEG)、2.54(
d, PEGCOOCH(CH₃)CH ₂COOH)、5.1(h, PEGCOOCH(CH₃)CH₂COOH)、1.21(d, PEG-COOCH(
CH ₃)CH₂COOH)、2.54(t, PEGOCH₂CH ₂COO(PA))、4.05(s,PEGOCH ₂COO (CM))。

【００７６】実施例８実施例８は、本発明のＰＥＧヒドロゲルを調製するのに使われるＮＨＳ−ＯＯ
Ｃ−ＣＨ₂−ＣＨ（ＣＨ₃）−ＯＯＣ−（ＣＨ₂）_n−Ｏ−ＰＥＧ−Ｏ−（ＣＨ₂）_n −ＣＯＯＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂−ＣＯＯＮＨＳと表すことができる二官能性ＰＥＧ
−ＨＢＡ−ＮＨＳ二重エステルの合成を示す。ＰＥＧ−３−酪酸（１ｇ，約０．
５ｍｍｏｌ、実施例７で調整された）および６４ｍｇのＮ−ヒドロキシコハク酸
イミド（ＮＨＳ）（０．５３ｍｍｏｌ）を３０ｍｌの乾燥塩化メチレンに溶解し
、続いて５ｍｌの乾燥塩化メチレンに入れたジシクロヘキシルカルボジイミド（
ＤＣＣ，１２６ｍｇ，０．６ｍｍｏｌ）を添加した。その溶液を窒素雰囲気下で
一晩撹拌し、溶媒を回転蒸発により除去した。その残留分を１０ｍｌの乾燥トル
エンと一緒に４５℃で撹拌し、不溶性固形物をろ過により除去した。その生成物
を、１００ｍｌの乾燥エチルエーテル中に沈殿させ、その沈殿物をろ過して収集
し、真空乾燥した。収量は、０．９４ｇ（９４％）であった。¹ＨＮＭＲ（ジメチルスルホキシド−ｄ₆）の結果は次の通りであった。δ 3.5(br m, PEG)、3.0−
3.2(m, -COOCH(CH₃)CH ₂COONHS)、5.26(h, -COOCH(CH₃)CH₂COONHS)、1.3(d, -CO-OC
H(CH ₃)CH₂COONHS)、2.54(t, -PEGOCH₂CH ₂COO-(PA))、4.1(s, -PEGOCH ₂COO-(CM))。

【００７７】実施例９実施例９は、分岐ＰＥＧアミンと、ＮＨＳ−ＯＯＣ−ＣＨ₂−ＣＨ（ＣＨ₃）−
ＯＯＣ−（ＣＨ₂）_n−Ｏ−ＰＥＧ−Ｏ−（ＣＨ₂）_n−ＣＯＯＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂ −ＣＯＯＮＨＳと表すことができる実施例８のＰＥＧ−ＨＢＡ−ＮＨＳ二重エス
テルとから分解性のＰＥＧヒドロゲルの調製を示す。ＰＥＧ−ＨＢＡ−ＮＨＳ二
重エステル２０００（１００ｍｇ、約０．１ｍｍｏｌ、実施例８）を０．５ｍ
ｌの水に溶解し、８アーム型−ＰＥＧ−アミン１０，０００の緩衝液（０．５ｍ
ｌ，２５０ｍｇ／ｍｌ）を添加した。急速に振とうしてから置くと、数分でゲル
が生成した。緩衝液の適当なｐＨ範囲は５．５から８であることが分かった。

【００７８】本発明を特別に例示された実施例で説明した。しかしながら、前述の説明は、
本発明を例示された実施例に限定することを意図するものではなく、熟練した技
術者は、前述の明細書に記述された本発明の範囲および精神の範囲内で変形形態
が可能であることを理解するはずである。それどころか、本発明は、添付の請求
の範囲によって定義される本発明の真の精神および範囲の中に含まれる可能性の
ある全ての代替、変更、および等価物を含んでいる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、ＰＥＧが３つの分岐またはアームを有するＰＥＧヒドロゲルの概略図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実質的に非ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）ポリマー
の存在しないＰＥＧポリマーを含み、該ＰＥＧポリマー間に結合を有する架橋さ
れたポリマー構造体であって、該結合の少なくともいくつかは加水分解に不安定
な結合を含む架橋されたポリマー構造体。
【請求項２】上記加水分解に不安定な結合が、上記架橋されたポリマー構
造体が水溶液中で加水分解するのに十分である、請求項１に記載の架橋されたポ
リマー構造体。
【請求項３】上記構造体が、加水分解を受ける水溶液中でＰＥＧヒドロゲ
ルを生成する、請求項１に記載の架橋されたポリマー構造体。
【請求項４】上記生成したＰＥＧヒドロゲルが、上記ＰＥＧポリマー間の
上記結合の構造体によって少なくとも部分的に決められる加水分解速度を有する
、請求項３に記載の架橋されたポリマー構造体。
【請求項５】上記結合が、上記加水分解に不安定な結合の上記加水分解速
度を少なくとも部分的に決めるのに十分な上記加水分解に不安定な結合に接近し
て、一以上のメチレン基を含む、請求項４に記載の架橋されたポリマー構造体。
【請求項６】上記加水分解速度が、上記メチレン基の数が増加するにつれ
て減少する、請求項５に記載の架橋されたポリマー構造体。
【請求項７】上記加水分解に不安定な結合が、エステル、イミン、ヒドラ
ゾン、アセタール、オルトエステル、ペプチド、およびオリゴヌクレオチドから
成る群から選ばれる結合を含む、請求項１に記載の架橋されたポリマー構造体。
【請求項８】上記加水分解に不安定なエステル結合が、カルボン酸エステ
ルおよびリン酸エステルから成る群から選ばれる結合を含む、請求項７に記載の
架橋されたポリマー構造体。
【請求項９】上記加水分解に不安定なカルボン酸エステル結合が、ＰＥＧ
アルコールとＰＥＧカルボン酸との反応生成物であり、上記加水分解に不安定な
リン酸エステル結合が、ＰＥＧアルコールとＰＥＧホスフェートとの反応生成物
である、請求項８に記載の架橋されたポリマー構造体。
【請求項１０】上記イミンが、アミンとアルデヒドとの反応生成物であり
、上記ヒドラゾンが、ヒドラジドとアルデヒドとの反応生成物であり、上記アセ
タールが、アルデヒドとアルコールとの反応生成物であり、上記オルトエステル
が、ホルメートとアルコールとの反応生成物であり、上記加水分解に不安定なペ
プチド結合が、アミンおよびカルボキシルで終結したＰＥＧ−ペプチド接合体の
反応生成物であるペプチド結合並びにカルボン酸およびアミンで終結したＰＥＧ
−ペプチド接合体との反応生成物であるペプチド結合からなる群から選ばれた結
合を含み、上記加水分解に不安定なオリゴヌクレオチド結合が、ホスホルアミダ
イトと５'−ヒドロキシで終結したＰＥＧオリゴヌクレオチドとの反応生成物である、請求項７に記載の架橋されたポリマー構造体。
【請求項１１】上記構造体が、水溶液中で分解しない加水分解に安定な結
合をも含む請求項１に記載の架橋されたポリマー構造体。
【請求項１２】上記加水分解に安定な結合が、アミド、ウレタン、尿素、
アミン、およびスルホンアミドから成る群から選ばれた結合を含む、請求項１１
に記載の架橋されたポリマー構造体。
【請求項１３】上記アミド結合が、エステルとアミンとの反応生成物であ
り、上記ウレタン結合が、イソシアナートとアルコールとの反応生成物であり、
上記尿素結合が、イソシアナートとアミンとの反応生成物であり、上記加水分解
に安定なアミン結合が、還元剤の存在下でのアルデヒドとアミンとの反応生成物
およびエポキシドとアミンとの反応生成物から成る群から選ばれ、上記スルホン
アミド結合がアミンとスルホン酸エステルとの反応生成物である、請求項１２に
記載の架橋されたポリマー構造体。
【請求項１４】上記アミド結合が、カルボン酸エステルとアミンとの反応
生成物である、請求項１３に記載の架橋されたポリマー構造体。
【請求項１５】請求項１に記載の架橋されたポリマー構造体で作られたポ
リ（エチレングリコール）ヒドロゲルを含む薬物送達システム。
【請求項１６】実質的に非ＰＥＧポリマーの存在しないＰＥＧポリマーを
含み、該ＰＥＧポリマー間に結合を有するポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ
）ヒドロゲルであって、該結合の少なくともいくつかが、加水分解条件下で加水
分解が可能であり、該加水分解可能な結合が、エステル、イミン、ヒドラゾン、
アセタール、オルトエステル、ペプチド、およびオリゴヌクレオチドから成る群
から選ばれる結合を含む、ＰＥＧヒドロゲル。
【請求項１７】請求項１５に記載のＰＥＧヒドロゲルを含む薬物送達シス
テム。
【請求項１８】ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）を含み、【化１】｛R[CH₂-O-PEG-W-PEG-W-]_p}_m, ｛R[CH₂-O-PEG-X-PEG-W-PEG-X-]_p}_m, ｛R[CH₂-O-PEG-X-R'-W-PEG-W-R'-X-]_p}_m から成る群から選ばれる式を有する架橋されたポリマー構造体であって、ｍは「
マトリックス」を意味し、その架橋された構造体が固体集合体であることを示し
、ｐは約３〜１０で、該架橋された構造体を形成するポリマー上のアームの数を
表しており、Ｒは複数アームのＰＥＧを作るのに適した中央分岐部分であり、Ｒ
′は約１〜１０の炭素を有する炭化水素のフラッグメントであり、Ｗは、エステ
ル、イミン、ヒドラゾン、アセタール、オルトエステル、ペプチド、およびオリ
ゴヌクレオチドから成る群から選ばれる結合を含む加水分解に不安定な結合であ
り、Ｘは、アミド、ウレタン、尿素、アミン、およびスルホンアミドから成る群
から選ばれた結合を含む加水分解に安定な結合である、架橋されたポリマー構造
体。
【請求項１９】上記Ｒが、グリセロール、グリセロールオリゴマー、ペン
タエリトリトール、ソルビトール、トリメチオールプロパン、およびジ（トリメ
チロールプロパン）から成る群から選ばれた部分である、請求項１８に記載の架
橋されたポリマー構造体。
【請求項２０】上記加水分解に不安定な結合Ｗが、、アルコールとカルボ
ン酸との反応生成物であるカルボン酸エステル結合、アルコールとホスフェート
との反応生成物であるリン酸エステル結合、アミンとアルデヒドとの反応生成物
であるイミン結合、ヒドラジドとアルデヒドとの反応生成物であるヒドラゾン結
合、アルデヒドとアルコールとの反応生成物であるアセタール結合、ホルメート
とアルコールとの反応生成物であるオルトエステル結合、アミンおよびカルボキ
シルで終結しているＰＥＧ−ペプチド接合体との反応生成物であるペプチド結合
ならびにカルボン酸およびアミンで終結しているＰＥＧ−ペプチド接合体との反
応生成物であるペプチド結合から成る群から選ばれた結合を含むペプチド結合、
およびホスホルアミダイトと５'−ヒドロキシルで終結しているＰＥＧオリゴヌクレオチドとの反応生成物であるオリゴヌクレオチド結合を含む、請求項１８に
記載の架橋されたポリマー構造体。
【請求項２１】上記加水分解に安定な結合Ｘが、エステルとアミンとの反
応生成物であるアミド結合、イソシアナートとアルコールとの反応生成物である
ウレタン結合、イソシアナートとアミンとの反応生成物である尿素結合、還元剤
存在下でアルデヒドとアミンとの反応生成物ならびにエポキシドとアミンとの反
応生成物から成る群から選ばれたアミン結合、およびアミンとスルホン酸エステ
ルとの反応生成物であるスルホンアミド結合を含む、請求項１８に記載の架橋さ
れたポリマー構造体。
【請求項２２】上記アミド結合が、カルボン酸エステルとアミンとの反応
生成物である、請求項２１に記載の架橋されたポリマー構造体。
【請求項２３】請求項１８に記載の架橋されたポリマー構造体で作られた
ポリ（エチレングリコール）ヒドロゲルを含む薬物送達システム。
【請求項２４】ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）を含み、そして式【化２】｛R[CH₂-O-PEG-O₂C-(CH₂)_n-O-PEG-O(CH₂)_n-CO₂-]_p}_m を有する架橋されたポリマー構造体であって、ｍは「マトリックス」を意味して
、その架橋された構造体が、固体集合体であることを示し、ｐは約３〜１０で、
該架橋された構造体を形成するポリマー上のアームの数を表しており、Ｒは、グ
リセロール、グリセロールオリゴマー、ペンタエリトリトール、ソルビトール、
トリメチオールプロパン、およびジ（トリメチロールプロパン）から成る群から
選ばれた部分であり、そしてｎは約１〜１０である、架橋されたポリマー構造体
。
【請求項２５】ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）を含み、式【化３】｛CH₃C[CH₂-O-PEG-O₂C-(CH₂)_n-O-PEG-O(CH₂)_n-CO₂--]₃}_m を有する架橋されたポリマー構造体であって、ｍは「マトリックス」を意味して
、その架橋された構造体が固体集合体であることを示し、ｎは約１〜１０である
、架橋されたポリマー構造体。
【請求項２６】ｎが２に等しいと、そのエステル結合はｐＨ７および３７
℃で約４日という加水分解半減期を有し、そしてｎが３に等しいと、そのエステ
ル結合はｐＨ７および３７℃で約４３日の加水分解半減期を有する、請求項２５
に記載の架橋されたポリマー構造体。
【請求項２７】実質的に非ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）ポリマ
ーの存在しないＰＥＧポリマーを含み、該ＰＥＧポリマー間に結合を有する架橋
されたポリマー構造体の製造方法であって、該結合の少なくともいくつかが、加
水分解に不安定な結合を含み、該方法が、線状ポリ（エチレングリコール）（Ｐ
ＥＧ）を分岐ＰＥＧと反応させて該ＰＥＧポリマー間に結合を有する架橋構造体
を提供することを含み、該結合の少なくともいくつかが、加水分解可能な結合を
有する、架橋された構造体の製造方法。
【請求項２８】線状ＰＥＧを分岐ＰＥＧと反応させる段階が、その線状Ｐ
ＥＧおよび分岐ＰＥＧを生物の中にまたは生物から採取した物質の中に、時間お
よび空間的に非常に近接して別々に注入し、その線状ＰＥＧと分岐ＰＥＧを生体
内で反応させてヒドロゲルを生成する段階を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】少なくとも１つの生物学的活性物質を請求項２８に記載の
線状ＰＥＧまたは分岐ＰＥＧと混合すること、その線状ＰＥＧおよび分岐ＰＥＧ
を生物または生物から採取した物質の中に時間および空間的に非常に近接して別
々に注入すること、その線状ＰＥＧおよび分岐ＰＥＧを生体内で反応させてその
生物学的活性物質が捕捉されている分解性ヒドロゲルのマトリックスを生成する
こと、およびそのヒドロゲルを分解し、その生物学的活性物質を送り込ませるた
めに、そのヒドロゲルを加水分解させることを含む生物にまたは生物から採取し
た物質に生物学的活性物質を送り込む方法。
【請求項３０】式Ｚ−ＰＥＧ−Ｚの線状ポリ（エチレングリコール）（Ｐ
ＥＧ）ポリマーを式Ｒ（ＣＨ₂−Ｏ−ＰＥＧ−Ｙ）_pの分岐ＰＥＧポリマーと反応
させて式｛Ｒ［ＣＨ₂−Ｏ−ＰＥＧ−Ｗ−ＰＥＧ−］_p｝_mの架橋された構造体を提供することを含む架橋されたポリマー構造体の製造方法であって、ｍは「マト
リックス」を意味して、その架橋構造体が固体集合体であることを示し、ｐは約
３〜１０で、該架橋された構造体を形成するポリマー上のアームの数を示し、Ｒ
は複数アームの付いたＰＥＧを作るのに適した中央分岐部分であり、ＺはＹと反
応して加水分解に不安定な基Ｗを生成し、ＺおよびＹはアルコール、カルボン酸
、アミン、アルデヒド、ヒドラジド、アルデヒド、ホスフェート、ホルメート、
カルボキシルで終結したＰＥＧ−ペプチド、アミンで終結したＰＥＧ−ペプチド
、ＰＥＧホスホルアミダイト、および５′−ヒドロキシルで終結したＰＥＧオリ
ゴヌクレオチドから成る群から選ばれ、Ｗは、エステル、イミン、ヒドラゾン、
アセタール、オルトエステル、ペプチド、およびオリゴヌクレオチドから成る群
から選ばれる、架橋されたポリマー構造体の製造方法。
【請求項３１】線状ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）を次の式によ
り分岐ＰＥＧポリマーと反応させることを含む架橋されたポリマー構造体の製造
方法であって、【化４】 U-PEG-W-PEG-U + R(CH₂-O-PEG-V)_p → →｛R[CH₂-O-PEG-X-PEG-W-PEG-X-]_p}_m Ｗは、エステル、イミン、ヒドラゾン、アセタール、オルトエステル、ペプチド
、およびオリゴヌクレオチドから成る群から選ばれ、Ｕは、Ｖと反応してＸを生
成し、ＵおよびＶは、活性エステル、アミン、イソシアナート、アルデヒド、エ
ポキシド、および硫酸エステルから成る群から選ばれ、Ｘは、アミド、ウレタン
、尿素、アミン、およびスルホンアミドから成る群から選ばれ、ｍは、「マトリ
ックス」を意味し、その架橋された構造体が固体集合体であることを示し、ｐは
、約３〜１０で、該架橋された構造体を形成するポリマーへのアームの数を示し
、Ｒは、複数アームを持ったＰＥＧを作るのに適した中央分岐部分である、架橋
されたポリマー構造体の製造方法。
【請求項３２】線状ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）を次の式によ
り分岐ＰＥＧポリマーと反応させることを含む架橋されたポリマー構造体の製造
方法であって、【化５】 U-R'-W-PEG-W-R'-U + R(CH₂-O-PEG-V)_p → {R[CH₂-O-PEG-X-R'-W-PEG-W-R'-X]_p}_m Ｒ′は、約１〜１０の炭素を有する炭化水素フラッグメントであり、Ｗは、エス
テル、イミン、ヒドラゾン、アセタール、オルトエステル、ペプチド、およびオ
リゴヌクレオチドから成る群から選ばれ、Ｕは、Ｖと反応してＸを生成し、Ｕお
よびＶは、活性エステル、アミン、イソシアナート、アルデヒド、エポキシドお
よび硫酸エステルから成る群から選ばれ、Ｘは、アミド、ウレタン、尿素、アミ
ン、およびスルホンアミドから成る群から選ばれ、ｍは、「マトリックス」を意
味し、その架橋された構造体が固体集合体であることを示し、ｐは、約３〜１０
で、該架橋された構造体を形成するポリマーへのアームの数を示し、Ｒは、複数
のアームを持ったＰＥＧを作るのに適した中央分岐部分である、架橋されたポリ
マー構造体の製造方法。