JP2006052158A - 生体低分子誘導体、架橋体及び生体内分解吸収性粘着性医用材料 - Google Patents

Abstract

【課題】生体高分子を接着成分、生体低分子を硬化成分として用いた生体用組織接着剤の
開発が行われている。外科手術において用いる際、組織の接着は部位によって迅速に硬化
することが望ましいが、この二成分系接着剤の硬化時間は、市販されている生体接着剤と
比較して遅いことが課題として挙げられる。そこで、生体に対する毒性が低く生体親和性
に優れ、かつ迅速に硬化する生体組織用接着剤の開発が望まれている。
【解決手段】生体由来のジカルボン酸であるリンゴ酸、オキサル酢酸、コハク酸、２−ケ
トグルタル酸、フマル酸、アスパラギン酸、グルタミン酸及びその誘導体を電子吸引性基
により修飾した生体低分子誘導体、及び該誘導体により得られる高分子架橋体を開発した
。この生体低分子誘導体を二成分系接着剤の硬化成分として用いることにより、接着強度
が高く、迅速に硬化する生体内分解吸収性粘着性医用材料を提供することが可能となった
。
【選択図】 なし

Description

本発明は、生体低分子誘導体、該誘導体により合成された高分子架橋体及び、該誘導体
を硬化成分とし、生分解性高分子を接着成分とする、生体用組織接着剤等の生体内分解吸
収性粘着性医用材料に関する。

これまで、生体用組織接着剤や生体由来の物質を用いた医療用デバイスには、人工的に
化学合成されたグルタルアルデヒドなどのアルデヒドを有する架橋剤や1−エチル3−（3
−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドなどの縮合剤等が用いられていた（例えば、
特許文献１、２）。

本発明者らは、クエン酸回路内に存在するトリカルボン酸であるクエン酸のカルボキシ
ル基を電子吸引性基によって少なくとも１つ以上修飾した生体低分子誘導体を開発し(特
許文献３)、該誘導体を硬化成分とし、有機溶媒溶液若しくは水溶液又は水−有機溶媒混
合溶液に溶解した生分解性高分子（コラーゲンやゼラチンなど）を接着成分とした生体内
分解吸収性粘着性医用材料を開発した（特願２００３−３５７１０、非特許文献１〜７）
。なお、アルカン二酸ジスクシンイミドによる分子間架橋タンパク質の生成方法が知られ
ている（特許文献４）。

特開平０９−１０３４７９号公報 特開平１１−２３９６１０号公報 特開２００４−９９５６２号公報 特開昭６１−６９７５９号公報 NIMS NOW, 2003, 6, June, Vol.3, No.6 Polymer Preprints, Japan 2003, Vol.52, No.5, 1132 Polymer Preprints, Japan 2003, Vol.52, No.12, 3559-3560 Polymer Preprints, Japan 2003, Vol.52, No.14, 4147 Polymer Preprints, Japan 2003, Vol.52, No.14, 4140 Abstract for 2003 Meeting of The Korean Society for Biomaterials, p.328-329 NIMS NOW, 2004, Jan. Vol.4, No.1

本発明者らが開発した上記の生体内分解吸収性粘着性医用材料は、生体軟組織の強度に
匹敵する高い接着性を有し、生体に対する毒性が低く生体親和性に優れた医療用の二成分
系接着剤である。このような接着剤を外科手術において用いる際、組織の接着は部位によ
って迅速に硬化することが望ましいが、硬化成分としてクエン酸誘導体を用いた場合の硬
化時間は、市販されている生体接着剤と比較して遅いことが課題として挙げられる。そこ
で、タンパク質、アミノ酸、有機酸などの生体由来分子で構成される架橋剤やそれを用い
た架橋剤を開発し、かつそれらを利用して短時間で硬化する生体内分解吸収性粘着性医用
材料の開発が望まれている。

このような課題を解決するため、本発明では、生体低分子であるジカルボン酸を電子吸
引性基により修飾した生体低分子誘導体を開発した。また、この誘導体を硬化成分、生分
解性高分子を接着成分として有機溶媒溶液若しくは水溶液又は水−有機溶媒混合溶液に溶
解して用いることにより、接着強度が高く、短時間で硬化する生体内分解吸収性粘着性医
用材料を開発した。

すなわち、本発明は、生体内に存在している分子、すなわち、生体由来分子であるジカ
ルボン酸を電子吸引性基により修飾した生体低分子誘導体である。生体由来分子を出発物
質として合成した生体低分子誘導体は、加水分解されると生体低分子となるため、人体に
対し無害であり、反応基を２個有するために迅速な反応が可能である。

また、本発明は、得られた生体低分子誘導体を用いて生分解性高分子を架橋することに
より得られた高分子架橋体である。得られる高分子架橋体は、生体内の分子のみで構成さ
れるため、生体内に適用後は生体内で代謝・排泄され、医療デバイスとして有用である。

また、本発明は、ジカルボン酸のカルボキシル基を電子吸引性基により修飾した生体低
分子誘導体を硬化成分、生分解性高分子のジメチルスルホキシド溶液若しくは緩衝溶液−
ジメチルスルホキシド混合溶液を接着成分とすることを特徴とする二成分系の生体内分解
吸収性粘着性医用材料である。かかる医用材料は、生体内に適用後は生体内で代謝され、
一定期間経過すると吸収、消失する特性があり、体内に異物として残存することがない。

また、電子吸引性基としては、スクシンイミジル、スルホスクシンイミジル、マレイミ
ジル、フタルイミジル、イミダゾールイル、ニトロフェニル、トレジル又はこれらの誘導
体の１種又は２種の組み合わせが挙げられる。

また、使用する生分解性高分子は、コラーゲン、アテロコラーゲン、アルカリ処理コラ
ーゲン、ゼラチン、アルブミンの１種又は２種以上の組み合わせが挙げられる。

また、生分解性高分子を溶解させる緩衝溶液は、塩酸塩、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、
炭酸塩、ホウ酸塩の１種又は２種以上の組み合わせが挙げられる。

発明者らが開発したリンゴ酸、オキサル酢酸、コハク酸、２−ケトグルタル酸、フマル
酸、アスパラギン酸、又はグルタミン酸からなる群から選ばれるジカルボン酸又はそれら
の誘導体を出発物質とする生体低分子誘導体を硬化成分とし、生体高分子を接着成分とす
る二成分系の生体内分解吸収性粘着性医用材料は、トリカルボン酸誘導体であるＣＡＤ（
Citric Acid derivative）を用いた接着剤よりも最大接着強度に達するまでの時間が短く
、本発明者らが開発したクエン酸誘導体を硬化成分とする生体用組織接着剤とほぼ同等の
高い接着強度を得ることが可能である。

本発明で生体低分子誘導体の出発物質として使用する２個のカルボキシル基を持つ生体
由来分子であるジカルボン酸は、リンゴ酸、オキサル酢酸、コハク酸、２−ケトグルタル
酸、フマル酸、アスパラギン酸、又はグルタミン酸からなる群から選ばれるジカルボン酸
又はそれらの誘導体である。誘導体としては、N-保護アスパラギン酸であるZ-アスパラギ
ン酸などが挙げられる。

本発明における生体低分子誘導体は、生体低分子の２個のカルボキシル基を電子吸引性
基、例えば、スクシンイミジル、スルホスクシンイミジル、マレイミジル、フタルイミジ
ル、イミダゾールイル、ニトロフェニル、トレジル又はこれらの誘導体の１種又は２種の
組み合わせと合成反応させ、活性エステルを導入したものである。

すなわち、本発明における生体低分子誘導体は、有機溶媒１００重量％に対して、生体
低分子であるジカルボン酸を０．００１〜１０重量％程度、より好ましくは３〜５重量％
程度加え、縮合剤、例えば、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジ
イミド（ＥＤＣ）、又は、ジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）を該溶媒１００重
量％に対して、０．００１〜２０重量％程度、より好ましくは８〜１０重量％程度を加え
、その存在下で電子吸引性基となる分子、例えば、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド０．０
０１〜１０重量％程度、より好ましくは５〜７重量％程度を加え、反応温度０〜１００℃
程度、より好ましくは、０〜３０℃程度、反応時間１〜４８時間程度、より好ましくは、
０．５〜２時間程度の適宜の条件を選択し、反応させることによって結晶状の生成物を形
成する。

この際析出する不純物（ジシクロヘキシルウレア）を濾過して取り除く。濾過して得ら
れた濾液の有機溶媒を減圧留去すると、結晶状の生成物が得られ、これを再結晶により精
製する。再結晶条件は好ましくはアルコール溶媒を用いることとし、これにより純度９８
％以上の生体低分子誘導体が得られる。以上の手順にて得られる生体低分子誘導体の化学
構造は、生体低分子の２つのカルボキシル基をスクシンイミジルエステル化したものであ
る。また、この生体低分子誘導体を用いることにより、コラーゲンなどの生分解性高分子
溶液を迅速に硬化させることが可能である。上記の反応条件を外れると、生体低分子誘導
体の合成収率の低下、また、不純物であるジシクロヘキシルウレアが大量に析出してくる
ため、純度が低下する。

上記の生体低分子誘導体を用いて、ジメチルスルホキシド溶液若しくは塩酸塩、硫酸塩
、硝酸塩、リン酸塩、炭酸塩、ホウ酸塩の１種又は２種以上の組み合わせからなる緩衝溶
液又は該緩衝溶液−ジメチルスルホキシド混合溶液に溶解した生分解性高分子を架橋して
架橋体を調製する。

架橋体を調製する際に用いる生分解性高分子は、コラーゲン（数１０種類のタイプによ
らない）、アテロコラーゲン（数１０種類のタイプによらない）、アルカリ処理コラーゲ
ン（数１０種類のタイプによらない）、ゼラチン、アルブミンの１種又は２種以上の組み
合わせが挙げられる。これらのタンパク質は、由来する生物によらない。

上記の生体低分子誘導体を硬化成分とし、ジメチルスルホキシド溶液若しくは塩酸塩、
硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、炭酸塩、ホウ酸塩の１種又は２種以上の組み合わせからなる
緩衝溶液又は該緩衝溶液とジメチルスルホキシドの混合溶液からなる溶媒に溶解したコラ
ーゲン、アテロコラーゲン、アルカリ処理コラーゲン、ゼラチン、アルブミンの１種又は
２種以上の組み合わせからなる生分解性高分子を接着成分とする二成分系の生体内分解吸
収性粘着性医用材料が得られる。

接着成分となる生分解性高分子には、天然の生分解性高分子としてコラーゲン（数１０
種類のタイプによらない）、アテロコラーゲン（数１０種類のタイプによらない）、アル
カリ処理コラーゲン（数１０種類のタイプによらない）、ゼラチン、アルブミンの１種又
は２種以上の組み合わせが挙げられる。タンパク質は、由来する生物によらない。

接着成分（生分解性高分子）と硬化成分（生体低分子誘導体）の割合は、ジメチルスル
ホキシド、緩衝溶液、又は緩衝溶液−ジメチルスルホキシド混合溶液等の溶媒中の接着成
分の濃度０．０１〜８０重量％程度に対し、硬化成分の濃度範囲は０．０１〜１０００ｍ
Ｍ程度とする。溶媒中の接着成分のより好ましい濃度範囲は、１０〜６０重量％程度であ
る。また、接着成分に対する硬化成分のより好ましい範囲は、１０〜３００ｍＭ程度であ
る。好ましくは、０〜１００℃、より好ましくは、４〜６０℃で反応させる。上記の反応
条件を外れると、硬化成分が硬化しない、反応時間が長くなるなどの問題が生じるので不
適当である。

なお、両者の配合に際しては、均一に反応をさせるため、硬化成分も上記溶媒に溶解し
、双方を上記濃度範囲となるように使用する直前に、適宜濃度の上記溶媒溶液として混合
するのが好ましい。

また、接着成分及び硬化成分溶液を作製するための緩衝溶液としては、炭酸水素ナトリ
ウム緩衝溶液、ホウ酸緩衝溶液、リン酸緩衝溶液等が挙げられる。これらの溶媒を使用す
ることにより、接着剤を付着させた周囲の生体組織を浸透圧、ｐＨの変化により壊死させ
ないようにすることができる。

また、緩衝溶液を調製する際に用いる無機塩の濃度範囲は０．０１Ｍから１０．０Ｍを
用いることができ、また適宜比率の緩衝溶液とジメチルスルホキシドの混合溶媒を用いて
もよい。接着成分と硬化成分を混合することにより、生分解性高分子中のアミノ基と生体
低分子誘導体のスクシンイミジルエステル基が反応してアミド結合を形成することにより
架橋体が生じる。この架橋体は、接着成分と硬化成分を混合してから約３０秒以内で得ら
れる。

なお、本発明の生体内分解吸収性粘着性医用材料は当該用途に適用後は生体内で分解し
、６ヶ月以内に吸収、消失する特性があり、体内に異物として残存することがない。また
、硬化成分及び接着成分の濃度を変えることにより分解速度をコントロールすることがで
きる。

以下、本発明について実施例を挙げて詳細に説明をする。
＜リンゴ酸の生体低分子誘導体の合成＞
リンゴ酸のテトラヒドロフラン（THF）溶液（５重量％）中に氷冷下にて、Ｎ−ヒドロ
キシスクシンイミドを２．２当量分と縮合剤としてＤＣＣ（Dicyclohexyl carbodiimide
を２．１当量分加え、１時間攪拌し、その後、室温にて２時間攪拌を行った。攪拌を行う
につれて反応溶液中には、不純物であるＤＣＣウレアが大量に析出してくる。続いて、析
出した不純物であるＤＣＣウレアをガラス濾過フィルターにて取り除き、反応系の溶媒で
あるＴＨＦを減圧留去した。その後、再結晶溶媒にエタノールを５０〜１００ｍＬ用いて
精製を行い、リンゴ酸の２つのカルボキシル基が、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドによっ
て修飾された生体低分子誘導体（MAD：Malic Acid Derivative）を合成した。化学構造は
１Ｈ−ＮＭＲにより確認した。

＜生体用組織接着剤の調製＞
実施例１にて合成した架橋剤（MAD）と比較例のＣＡＤを硬化成分として用いて、生体
材料の接着を行った。接着成分としては、アルカリ処理コラーゲン（AlCol）を用いた。
それぞれの接着剤の濃度については、最大接着強度が得られる条件（MAD濃度：200mM、CA
D濃度：100mM、AlCol濃度（AlColの溶媒に対する割合）：30w/v％）にて行った。また、
硬化成分及び接着成分の溶媒にはジメチルスルホキシド（DMSO）を用いた。

これらの接着剤を予め用意したコラーゲンケーシング（新田ゼラチン（株）社製、組成
：コラーゲン44％、セルロース18％、グリセリン15％、植物性油脂3％、CMC（Carboxymet
hyl Cellulose）2％、サイズ2.5×1cm）の１ｃｍ^２の面積に接着成分２０ｍｇ、硬化成分
１０μｌを塗布し、同等の大きさのコラーゲンケーシングをその接着面上に重ね合わせ、
最大接着強度に達するまでの時間を測定した。接着強度は、引っ張り試験機（英弘精機社
製TA-XT2i）により測定した。測定は、２５℃、測定スピードは２ｍｍ／ｓで行った。結
果を表１に示す。

表１の結果から、ジカルボン酸のＮ−スクシンイミド誘導体であるＭＡＤを硬化成分と
して用いた接着剤は、トリカルボン酸誘導体であるＣＡＤを用いた接着剤よりも最大接着
強度に達するまでの時間が短く、接着強度に関してもほぼ同等であることが確認された。

本発明の二成分系の生体内分解吸収性粘着性医用材料は、生体用組織接着剤として、皮
膚と皮膚などの軟組織間の接着、骨と骨などの硬組織間の接着、骨と軟骨などの硬組織と
軟組織の接着を目的として用いられる。また、止血剤、血管塞栓剤、シーラント、又は動
脈瘤の封止剤としても用いられる。

Claims (6)

1. 生体由来分子であるリンゴ酸、オキサル酢酸、コハク酸、２−ケトグルタル酸、フマル
   酸、アスパラギン酸、又はグルタミン酸からなる群から選ばれるジカルボン酸又はそれら
   の誘導体のカルボキシル基を電子吸引性基であるスクシンイミジル、スルホスクシンイミ
   ジル、マレイミジル、フタルイミジル、イミダゾールイル、ニトロフェニル、トレジル又
   はこれらの誘導体の１種又は２種の組み合わせによって修飾した生体低分子誘導体。
2. 請求項１記載の生体低分子誘導体を用いて、ジメチルスルホキシド溶液若しくは塩酸塩
   、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、炭酸塩、ホウ酸塩の１種又は２種以上の組み合わせからな
   る緩衝溶液又は緩衝溶液−ジメチルスルホキシド混合溶液に溶解した生分解性高分子を架
   橋することにより得られたことを特徴とする高分子架橋体。
3. 生分解性高分子がコラーゲン、アテロコラーゲン、アルカリ処理コラーゲン、ゼラチン
   、アルブミンの１種又は２種以上の組み合わせであることを特徴とする請求項２記載の高
   分子架橋体。
4. 請求項１記載の生体低分子誘導体を硬化成分とし、ジメチルスルホキシド溶液若しくは
   塩酸塩、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、炭酸塩、ホウ酸塩の１種又は２種以上の組み合わせ
   からなる緩衝溶液又は緩衝溶液とジメチルスルホキシドの混合溶液からなる溶媒に溶解し
   たコラーゲン、アテロコラーゲン、アルカリ処理コラーゲン、ゼラチン、アルブミンの１
   種又は２種以上の組み合わせからなる生分解性高分子を接着成分とすることを特徴とする
   二成分系の生体内分解吸収性粘着性医用材料。
5. 請求項４記載の二成分系生体内分解吸収性粘着性医用材料からなることを特徴とする軟
   組織と軟組織、軟組織と硬組織、又は硬組織と硬組織を接着する生体用組織接着剤。
6. 請求項４記載の二成分系生体内分解吸収性粘着性医用材料からなることを特徴とする止
   血剤、血管塞栓剤、シーラント、又は動脈瘤の封止剤。