JP2006510747A - 生分解性ポリウレタン／尿素組成物 - Google Patents

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Abstract

本発明は骨や軟骨の修復のような組織工学的用途における足場に使用するのに適する材料を形成するために生体内で低発熱をもって硬化することが可能である生体適合性の生分解性ポリウレタン／尿素ポリマー組成物に関する。これらポリマーは望ましくは流動可能かつ注入可能であり、そして治癒過程を助けるための生きている生物学的成分を支持することができる。それらは侵襲性外科的修復法のためには生体外で硬化されてもよく、又は代わりに、関節鏡によるような比較的非侵襲性の外科的修復法のために利用されてもよい。本発明はまた、ポリマー組成物の製造に有効なプレポリマーに関し、更には、本発明のポリマーを使用しての損傷組織の治療方法に関する。

Description

本発明は骨(bone)や軟骨(cartilage)の修復のような組織工学（再生医工学）(tissue engineering)用途における足場(scaffold)に使用するのに適する材料を形成するのに低発熱で生体内硬化(in-vivo curing)が可能である生体適合性の生分解性高分子組成物に関する。高分子は望ましくは流動可能および注入可能であり、そして治癒過程を助けるための生きている生物学的成分(living biological components)を支持することができる。それらは侵襲性外科的修復法(invasive surgical repair method)向けに生体外(ex-vivo)で硬化されてもよいし、又は代わりに、関節鏡(arthroscope)によるような比較的非侵襲性の外科的修復法に利用されてもよい。本発明はまた、それら高分子組成物を製造するのに有効なプレポリマーに関し、更に本発明の高分子を使用する損傷組織治療方法に関する。
生分解性合成高分子は骨や軟骨の修復を含めて様々な生物学的用途において他の素材よりも多数の利益を与える。たとえば、組織工学における足場の開発に関しては、主な利点は多様な用途に合うように機械的性質および分解反応速度(degradation kinetics)をテイラード化する能力を包含する。合成高分子は組織の成長に資する所期の細孔の形態的特徴をもって様々な形状に加工できるので組織工学的用途においても魅力的である。さらには、高分子は、たとえば、組織の内方成長(in-growth)を誘発すること又は問題の用途に高分子を適合させるために利用されることができる化学的官能基をもって設計され得る。
研究された膨大な数の生分解性高分子はポリエステル系統に属する。これらの中でも、ポリ（α−ヒドロキシ酸）たとえばポリ（グリコール酸）、ポリ（乳酸）およびそれらのコポリマーの範囲は歴史的に生分解性ポリエステルについて公開された素材の大部分を構成してきており、そして多数の臨床的用途における合成の生分解性材料１〜３としての長い使用の歴史を有している。これら用途の中でも、ポリ（グリコール酸）、ポリ（乳酸）およびそれらのコポリマー、ポリ−ｐ−ジオキサノン、およびトリメチレンカーボネートとグリコリドのコポリマーは最も広く使用されてきた。主な用途は再吸収可能な縫合材、薬物送達システム、および整形外科用固定用デバイスたとえばピン、ロッドおよびスクリューを包含する４〜５。これら用途には、合成高分子の系統の中でも、ポリエステルが魅力的である、何故ならば、エステル結合の加水分解による分解が容易であり、分解生成物が場合によっては代謝経路を通して再吸収されるし、そしてエステル分解速度を変更するように構造をテイラード化する可能性があるからである。
外傷／疾病による損傷した組織および器官を修復するための組織工学的解決における最近の関心は多数の厳しい要件を満たす新規な分解性高分子の開発を必要としてきた。これら要件は高分子足場の、組織成長中の機械的支持を提供し徐々に分解して生体適合性生成物になる能力から、細胞や成長因子などを組み入れ細胞伝達的および誘導的環境(cell-conductive and inductive environments)を提供する能力のようなもっと厳しい要求にまで、及ぶ。現在入手可能な分解性高分子の多くはこれら要件を満たしていない。更には、注入可能な液体／ペーストの形態で細胞送達システムとして機能することのできる現場重合性組成物の開発は組織工学的用途においてはますます魅力的になりつつある。
合成および天然の高分子やセラミックスからつくられた足場は整形外科的修復用に広く検討されてきた６。このアプローチは所期の細孔構造を生じさせる能力や、多様な用途に合うようにサイズ、形状および機械的性質を適合させる能力のような利点を有する。しかしながら、これら足場を複雑な幾何学的性質をもつ窪みまたは欠損にフィットするように造形し、骨組織に結合させ、そして細胞および成長因子を組み入れることや、切開手術の要求は、既知の足場用材料の使用の主要な幾つかの欠点である。
成長する細胞のための足場を成形加工するのに使用された合成高分子はポリ（エステル系統）に属する。たとえば、ポリ（グリコール酸）およびポリ（乳酸）は加水分解条件下でそれらの分解が比較的容易でありそして分解生成物が身体に再吸収されるので、最も普通に使用されてきた高分子である。しかしながら、これら高分子は、機械的性質の急速な喪失、加工の困難性、および組織壊死を生じさせる分解生成物の酸性を含めて、多数の欠点を有している７。
理想的には流動性でありそして欠損または窪みを充填するのに注入できる分解性高分子組成物の開発は多数の利益を有する。主な利点は組織工学的用途においてゲルの関節鏡的投与の可能性であり、多くの場合において手術を回避できる。かかる高分子は複雑な幾何学的性質をもつ窪みを充填し骨組織への良好な結合を与えるという利点も有している。細胞、成長因子、及びその他の、細胞成長を支援する成分の組み込みも、ゲルと一緒に組み入れることができる。かかる高分子システムはまた、成長および増殖中に栄養素が細胞へ流れるのを促進するための多孔性構造を硬化時に生じさせるように処方できる可能性を有している。さらに、かかるシステムは前もって組み込まれた生物学的成分と共に適切な細孔構造を有する複雑な形状をもつ足場を予め成形加工するのに有効であろう。
セラミックや合成高分子を基材とした注入可能な高分子組成物が報告されている。燐酸カルシウムセメントのようなセラミック材料は組織工学的用途においてインプラント(implant)部位での低下した組織再生につながる非常にゆっくりした分解や、劣った機械的性質という不利益を有している６。これら問題のいくつかを克服するために、ポリ（酸無水物）およびポリ（プロピレンフマレート）を基材とした注入可能な組成物が開発された。使用された一般的方法は加水分解性の官能基を骨格の中に有する重合性前駆物質の製造と、化学的開始または光開始どちらかを使用する遊離基手段による硬化を包含する。たとえば、ミコス(Mikos)と共同研究者ら８は機械的強さを改善するために無機質充填剤を組み入れることによってポリ（プロピレンフマレート）系の注入可能なシステムを開発した。同様に、光架橋性ポリ(酸無水物)は整形外科的用途に使用するために特に高い機械的強さの達成を目指して開発された。開発されたシステムはジメタクリル化された酸無水物を基本としていた９。両システムは開始剤を高レベルで必要とするばかりでなく、短い硬化時間を達成するために促進剤を必要とする。これら高分子組成物は一般的には劣った圧縮強さを有しており、そしてしばしば、機械的強さを改善するために充填剤の組み込みを要求する。光硬化性システムは特に厚いサンプルにおいては劣った光透過のせいで不完全硬化という制約も有する。さらに、上記高分子システムは異なる用途向けに性質をテイラード化するために利用可能なオプションに関して制約を有する。
ここ３０年にわたって、ポリウレタンの使用はそれらの優れた機械的性質と大きな化学的融通性のために生物医学的用途において探求されてきた。長年の研究は長期医用インプラントの範囲に有効な生体安定性(biostable)ポリウレタンの開発をもたらした１０。
幾つかの研究グループはポリエステルポリオールの範囲に基づいた生分解性ポリウレタンの製造および性質について報告した。ブルイン(Bruin)他１１は星形枝分れ(star branched)Ｌ−ラクチドおよびグリコリドとε−カプロラクトンの共重合体をエチル２，６−ジイソシアナトヘキサン（ＬＤＩ）で架橋することによる生分解性ポリ（エステル−ウレタン）エラストマー網目構造の合成について報告した。サアド(Saad)と共同研究者ら１２〜１３はポリ（３−ヒドロキシ酪酸）およびポリ（ポリカプロラクトン・コ・ジエチレングリコール）ポリオール類と脂肪族ジイソシアネート類とに基づいた生分解性の弾性高多孔性足場を報告した。ベネット(Bennett)他１４は、イソシアネートによって架橋されることができる、軟質セグメント形成性モノマーの星形高分子を基本とした、外科用デバイスに有効な高分子を開示した。
ザング(Zang)他１５はリシンジイソシアネートとグリセロールと水に基づいた生分解性のスポンジ状ポリウレタンを記載しており、それは生体外実験結果に基づいて示唆される通り生物医学的用途に有効であろう。ストーリー(Story)他１６〜１９はＬ−リシンジイソシアネートと、Ｄ，Ｌ−ラクチド／ε−カプロラクトン・ホモ−およびコ−ポリエステルトリオール類およびトリメチレンカーボネートホモポリエステルおよびコポリエステルトリオール類とからの、加水分解性ポリ（エステル網目構造）の製造を報告した。これら研究においては、網目構造ポリウレタンを形成するためにヒドロキシ官能性ポリエステルトリオールをリシンジイソシアネートやトルエンジイソシアネートのようなジイソシアネートと反応させた。同様に、ブルイン(Bruin)他２０は２層人工皮膚の成形加工用にＬＤＩとポリ（グリコリド・コ・ε−カプロラクトン）に基づいた生分解性ポリウレタン網目構造について報告した。
スパンーズ(Spaans)他２１〜２３は半月損傷の修復に適する微孔性構造を生成するために塩化ナトリウム結晶の存在下でジカルボン酸またはヒドロキシカルボン酸と反応させることによるイソシアナト末端ポリエステル網目構造からの生物医学的ポリウレタン−アミドを開示している。同様に、ファン・ティエン(van Tiene)他２４は膝半月板欠損の修復用に有効な多孔性足場を形成するように成形加工された、カプロラクトン／Ｌ−ラクチド系ポリウレタン網目構造について報告した。
ウッドハウス(Woodhouse)他２５は創傷用包帯に適する少なくとも一つのアミノ酸基を含有する骨格をもつ生分解性ポリウレタン材料を開示した。
文献の中には分解性ポリウレタンが広く報告されているにもかかわらず、組織工学用に生分解性であるように構造的にテイラード化された分解性ポリウレタンの開発に関係した研究は比較的少なかった。合成高分子の一クラスとして、ポリウレタンは材料を硬質組織ばかりでなく軟質組織の工学的用途における適用に合うように性質および化学的組成をもってテイラード化するための多くの機会を提供する。幾つかの研究論文は細胞成長を支持する多孔性足場を成形加工するための、分解性ポリウレタン軟質セグメントをもつポリウレタン、および方法を記載している。しかしながら、細胞、成長因子、及びその他の、細胞成長を支援する成分を組み入れることができる分解性ポリウレタン系の、望ましくは注入可能な、ポリマーシステムについては、又は細胞壊死を最小にするために低発熱でかかるポリマーを硬化することについては、報告されていない。
従って、本発明の目的は、生分解性の生体適合性ポリマーであって、生きている生物学的添加物および生きていない生物学的添加物を前記ポリマーの製造および使用中に支持することができ、かつ、流動性である、好ましくは注入可能である、前記ポリマーを提供することである。更なる目的は組織工学用足場として有効な生体適合性の生分解性ポリマーを形成するのに生体外または生体内で分解性オリゴマーによって硬化されてもよいプレポリマー組成物を提供することである。
製造されたこれらポリマーは望ましくは、生物学的成分たとえば細胞、成長因子およびその他の成分たとえばナノ粒子のハイドロキシアパタイト、燐酸カルシウムおよびその他粒子を組み入れることが可能であろうし、そして生物医学的用途向きの固体の多孔性足場を形成するために生体内または生体外で硬化されることができる。
（発明の概要）
この目的のためには、イソシアネートと、前記イソシアネートと反応してウレタンまたは尿素基を形成する少なくとも２つのそして好ましくは３つ以上の官能基を有する低分子量の多官能性コア分子との反応生成物を含んでいる、星形(star)、デンドリマー(dendrimer)または超枝分れ(hyper-branched)の流動性プレポリマー組成物が提供される。
本明細書全体を通して、用語「コア分子(core molecule)」はウレタンまたは尿素基を形成するようにイソシアネート基と反応することができる少なくとも２つのそして好ましくは３つ以上の官能基を有する分子を意味するために採用されるべきである。
コア分子の例は、限定されるものではないが、ジオール、トリオール、およびポリオールたとえば糖分子を包含する。
好ましくは、コア分子は４００以下の分子量を有する。
本発明の流動性プレポリマーの製造に適するイソシアネートは、場合によっては置換されていてもよい、脂肪族、芳香族およびヒンダードイソシアネート類からなる群から選ばれるものである。好ましくは、脂肪族イソシアネートは分子形状において非対称である、何故ならば、そうすることによってプレポリマー組成物の硬化および従って固化の速度が調節されてもよいからである。
これらプレポリマー組成物は、分解性アーム(degradable arm)をもつ官能性オリゴマー(functional oligomer)に引き合わされたときには、生体内または生体外で反応して組織工学用足場として使用できる多孔質または非多孔質の架橋ポリマーを形成する。
本発明による「官能性オリゴマー」は線状、星形、デンドリマーまたは超枝分れオリゴマーである。
本明細書全体を通して、用語「含む／含んでいる(comprises/comprising)」は使用されるときには、言及された特徴、整数、工程または成分の存在を特定するために採用されているが、一つまたはそれ以上のその他の特徴、整数、工程、成分またはそれの基の存在または追加を排除しない。
驚くべきことに、本発明によるプレポリマー組成物はそれを流動可能な形態で利用することを可能にさせる粘度を有しており、そして、引き延ばされた即ちゆっくりした硬化のための架橋剤と合わされ、それによって、それらを特に組織工学や修復を含めた生物学的用途に適合させる、ということが判明した。このプレポリマー組成物はその物理的および化学的特徴に対するリスクなしで滅菌することが、好ましくは、滅菌を確実にするためにγ線を使用して、可能である。
好ましくは、プレポリマー組成物の粘度は製造時には、室温で約１５，０００〜２００，０００ｃＳｔである。
好ましくは、プレポリマー組成物は生体内での組織修復を助けるための又はプレポリマー組成物から製造された生体適合性の生分解性ポリマー組成物に一定の物理的特徴を生じさせるための能力のために選ばれた生物学的なおよび無機質の成分を組み入れてもよい。これら生物学的なおよび無機質の成分は好ましくは、細胞、前駆細胞(progenitor cell)、成長因子、その他の、細胞成長を支援する成分、燐酸カルシウム、ハイドロキシアパタイト、ナノ粒子状の燐酸三カルシウムおよびハイドロキシアパタイトのタイプの充填剤、フィブリンやコラーゲンやトランスグルタミナーゼのシステムも含めた接着剤、シロキサン界面活性剤も含めた界面活性剤、シリカ粒子、粉末シリカ、プレポリマー組成物の中に細胞を接種するのに使用されてもよい中空繊維、およびその他の細孔形成剤(porogen)たとえばゼラチンビーズも含めた、からなる群から選ばれる。生物学的なおよび無機質の成分は必要に応じた量で存在してもよい、特に、生きている添加物たとえば細胞や前駆細胞の場合にはそうである。少なくとも２０％ｗ／ｗまでの量が許容できるであろう。
プレポリマー組成物を、流動性および好ましくは注入性が望ましい場合の用途に適合した粘度で、維持するのに、溶剤が必須ではないということは注目すべきである。これは生物学的用途においては特に重要である、何故ならば、多くの溶剤は生体適合性ではなく、そして事実、細胞持続性(cell sustainability)に対して毒性であろうからである。
本発明はまた、本発明に従って製造されたプレポリマーと、分解性アームをもつ、線状星形デンドリマー又は超枝分れ軟質セグメント形成性の官能性オリゴマーとの反応生成物を含んでいる、生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素ポリマー組成物を提供する。
本発明による「分解性アーム」はプレポリマー組成物を架橋させる官能性オリゴマー類の一部分であってもよいいずれかの分子状部分(molecular moiety)であり、その分子状部分の構造は、生体適合性の生分解性ポリウレタン／尿素組成物が生体内で分解した時に、好ましくは、生体適合性であり、かつ生体再吸収性(bioresorbable)である。
これら生体適合性の生分解性ポリウレタン／尿素組成物は好ましくは流動性であり、より好ましくは注入可能であり、しかも、それらをして生きている生物学的成分の支持に特に適合させるように低発熱で硬化する。それらは生体外で硬化されてから侵襲性の医学的手法を使用して植え込まれて(implanted)もよいし、又は関節鏡によるような非侵襲性の医学的方法による挿入の後で生体内で硬化されてもよい。硬化されたときには、本発明のポリウレタン／尿素組成物は、多孔質であってもよくそして細胞、前駆細胞、成長因子およびその他の細胞成長支援成分のような生物学的成分の包含を可能にするように相互貫通するポリマー網目構造を含有していてもよい生分解性の生体適合性足場を形成する。プレポリマーおよび官能性オリゴマーを適切に選択することによって、生体適合性の生分解性ポリウレタン／尿素組成物はそれらの用途に応じて変動可能である。以後、本発明のこの局面に従うポリマー組成物は「生体適合性の生分解性ポリウレタン／尿素組成物」と称する。
本発明はまた、本発明の硬化された生体適合性の生分解性ポリウレタン／尿素組成物を含んでいる生分解性の生体適合性高分子足場を提供する。
好ましくは、本発明のこの局面に従う硬化足場(cured scaffold)は０．０５〜８０ＭＰａの範囲の圧縮強さを有する。足場の圧縮強さは、その多孔度に応じて、及び添加された生物学的成分に応じて、変動するであろう。
好ましくは、この足場は１５０〜３００ミクロンのサイズ範囲の細孔を有する。より好ましくは、これら細孔は足場の製造に使用されたプレポリマー組成物の中に組み入れられた中空繊維から形成される。
より好ましくは、多孔性足場は治療患者の組織修復過程を助けるように選択された生きている生物学的成分を接種されている。そのように選択された生物学的成分は細胞、前駆細胞、成長因子、およびその他の、細胞成長を支援するための成分、であってもよい。適する細胞は骨芽細胞(osteoblast)、軟骨細胞(chondrocyte)、線維芽細胞(fibroblast)またはその他の前駆体細胞を包含する。
本発明の別の局面においては、
適する条件下で、イソシアネートを、前記イソシアネートと反応してウレタンまたは尿素基を形成する少なくとも２つのそして好ましくは３つ以上の官能基を有するコア分子と反応させて、流動可能な粘度をもつプレポリマーを生成し；そして
反応温度が９０℃を超えない、好ましくは６０℃を超えない、そしてより好ましくは４０℃を超えないような条件下で、前記プレポリマーを、分解性アームをもつ星形軟質セグメント形成性の官能性オリゴマーと、場合によっては適量の水および触媒をもって、反応させる
ことを含む、生体適合性の生分解性ポリウレタン／尿素組成物の製造方法が提供される。
好ましくは、生成されたプレポリマーの粘度は室温で約１５，０００〜２００，０００ｃＳｔである。
好ましくは、この方法はさらに、細胞、前駆細胞、成長因子、その他の、細胞成長を支援する成分、燐酸カルシウム、ハイドロキシアパタイト、ナノ粒子状の燐酸三カルシウムおよびヒドロキシルアパタイト、フィブリンやコラーゲンやトランスグルタミナーゼのシステムも含めた接着剤、シロキサン界面活性剤も含めた界面活性剤、シリカ粒子、粉末シリカ、糖、塩化ナトリウムのタイプの塩、プレポリマー組成物の中に細胞を接種するのに使用されてもよい中空繊維、およびその他の細孔形成剤たとえばゼラチンビーズも含めて、からなる群から選ばれた生物学的なおよび無機質の添加物を添加する工程を含む。より好ましくは、この工程はプレポリマー組成物の形成の中で行われる。
好ましくは、この方法はさらに、前記プレポリマーを高分子量の分解性ポリマーと反応させる工程を含む。高分子量の分解性ポリマーはＰＬＧＡ、ＰＬＬＡおよびポリ（酸無水物）からなる群から選ばれてもよく、そして細孔の相互貫通網目構造(interpenetrating network)の確立を助けるように働く。
本発明のもう一つの態様においては、
適する条件下で、イソシアネートを、前記イソシアネートと反応してウレタンまたは尿素基を形成する少なくとも２つのそして好ましくは３つ以上の官能基を有するコア分子と反応させて、流動可能なプレポリマーを生成し；そして
反応温度が９０℃を超えない、好ましくは６０℃を超えない、そしてより好ましくは４０℃を超えないような条件下で、前記プレポリマーを、分解性アームをもつ星形軟質セグメント形成性の官能性オリゴマーと、場合によっては適量の水および触媒をもって、反応させる
ことによって製造された、生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素組成物が提供される。
好ましくは、このように形成された生体適合性の生分解性ポリウレタン／尿素組成物は組織工学用足場として利用可能である。
好ましくは、生成されたプレポリマーの粘度は室温で約１５，０００〜２００，０００ｃＳｔである。
このように形成された生体適合性の生分解性ポリウレタン／尿素組成物は好ましくは多孔質である。
好ましくは、生体適合性の生分解性ポリウレタン／尿素組成物はさらに、細胞、前駆細胞、成長因子、その他の、細胞成長を支援する成分、燐酸カルシウム、ハイドロキシアパタイト、ナノ粒子状の燐酸三カルシウムおよびヒドロキシルアパタイト、フィブリンやコラーゲンやトランスグルタミナーゼのシステムも含めた接着剤、シロキサン界面活性剤も含めた界面活性剤、シリカ粒子、粉末シリカ、糖、塩化ナトリウムのタイプの塩、プレポリマー組成物の中に細胞を接種するのに使用されてもよい中空繊維、およびその他の細孔形成剤たとえばゼラチンも含めた、からなる群から選ばれた生物学的添加物を含む。
本発明のこれら態様においては、驚くべきことには、従来の方法においては硬質セグメントポリマーが第二の重合工程において導入されるのに、本発明の方法においては第二の重合すなわち架橋の工程での軟質セグメントポリマーの使用は架橋ポリマーの網目構造を生成するのにより少ない化学結合しか必要とされないという事実によって第二工程での低い収縮につながっているということが判明した。これは、たとえば骨の窪みと一時的なポリマー補綴(prosthesis)との間がぴったり合うことが重要である生物学的用途においては、特に有効である。
本発明による「硬質セグメント(hard segment)」ポリマーは、普通のタイプのモノマーの秩序ドメインの配列または形成からしばしば生じるその物理的強さを共重合体につぎ込むものである。
本発明による「軟質セグメント(soft segment)」ポリマーは代表的には、硬質セグメント形成性化合物の分子量よりも高い分子量をもつ無定形ポリオールから生成され、そして容易に秩序ドメインを形成しない。
本発明の別の態様においては、治療を必要としている患者の損傷した骨または軟骨を治療する方法が提供され、その方法は前記患者に本発明による生体適合性の生分解性ポリウレタン／尿素組成物を投与することを含み、前記投与は前記ポリウレタン／尿素組成物の硬化形態から生体外で形成された足場を植え込むことによって行われるか、又は生体内硬化で足場を形成するために前記ポリマーを未硬化形態で注入することによって行われる。好ましくは、組成物は損傷した骨または軟骨の修復を助けるための生物学的添加物、たとえば、細胞、前駆細胞、成長因子、またはその他の適する材料、を含んでいてもよい。使用される生物学的添加物は好ましくは、骨芽細胞、軟骨細胞、線維芽細胞、フィブリン、コラーゲン、トランスグルタミナーゼのシステム、など、を包含してもよい。
本発明はまた、本発明による生体適合性の生分解性ポリウレタン／尿素組成物の、骨や軟骨の修復のような組織工学的用途における補助のための組織工学用足場としての使用を提供する。
生体適合性の生分解性ポリウレタン／尿素組成物は、ＷＯ０２／０６２３５７（ＣＳＩＲＯおよびインダストリアル・テクノロジー・リサーチ・インスティチュート(Industrial Technology Research Institute)）に記載されているような方法に使用されてもよく、その内容はクロスリファレンスによって本明細書の中に組み入れられる。
本発明のその他の態様は本発明の各局面についての以下の詳細な記述から明らかになろう。
（発明の詳細）
本発明は、好ましくは低分子量の多官能性コア分子とイソシアネートから製造された、星形、デンドリマー、および超枝分れのプレポリマー類（以後、プレポリマーＡと称する）に関する。これらプレポリマーは官能性オリゴマー特に分解性アームをもつ星形形状分子（以後、成分Ｂと称する）と反応させられるとき、多様な組織工学的用途に適する多孔質または非多孔質の架橋ポリマーを形成するために生体内で又は生体外で架橋してもよい。
本発明によれば、低分子量のコア分子はイソシアネート基と反応してウレタンまたは尿素基を形成することができる少なくとも２つのそして好ましくは３つ以上の官能基を有するものとして定義される。たとえば、４個のヒドロキシル基をもつペンタエリスリトールは適するコア分子である。その他のコア分子の範囲も使用可能であり、幾つかの例は次の通りである：
１． グリセロール
２． ペンタエリスリトール
３． ジペンタエリスリトール
４． トリペンタエリスリトール
５． １，２，４−ブタントリオール
６． トリメチロールプロパン
７． １，２，３−トリヒドロキシヘキサン
８． ミオ(myo)−イノシトール
９． アスコルビン酸
１０．グルコースおよび異性体（Ｄ−ガラクトース、Ｄ−マンノース、Ｄ−フルクトース）
１１．マルトース
１２．スクロース
１３．マンニトール
１４．Ｎ−アセチル−Ｄ−グルコサミン
好ましくは、コア分子は４００以下の分子量を有する、星形、デンドリマーまたは超枝分れ分子である。選択されたコア分子の分子量が高いほど、流動性のそして好ましくは注入可能なプレポリマー組成物を生成する見込みが小さくなる。
本発明によるプレポリマーを製造するのに適するイソシアネートは、場合によって置換されていてもよい、脂肪族、芳香族およびヒンダードイソシアネート類からなる群から選ばれ、そして好ましくは、異なる反応度を有する複数のイソシアネート基をもつもの、即ち、非対称であるもの、である。任意的な置換はエステル基のアルキルに行われていてもよい。かかるイソシアネートの例を挙げる：
本発明によれば、コア分子とそれより多いイソシアネートは溶剤の存在なしで好ましく反応して星形プレポリマーを生成する。コア分子の量とイソシアネートの量は、ＮＯＣと、それと反応することができる官能基とに関して、化学量論的に釣り合っている。ポリウレタン合成に慣用されているＤＭＦ、ＴＨＦ、ＤＭＡｃのような普通溶剤がプレポリマーＡの製造に使用されてもよいということは理解される。しかしながら、一般的には、それらの生体適合性による問題によって、及びプレポリマーＡのコントロールされた流動性のせいで、溶剤は一般に必要ないであろう。伴われる代表的反応はスキーム１に示されている。反応条件および使用したコア分子とイソシアネートのタイプに依存して、反応中に、星形ポリマーと一緒に、樹枝状の(dendritic)及び超枝分れのプレポリマーが形成される。
プレポリマー（プレポリマーＡ）生成反応はポリウレタンを製造するのに有効な範囲の既知触媒を使用して触媒されてもよい。好ましい触媒はオクタン酸第一錫、２−エチルヘキサン酸第一錫、ジブチル錫ジラウレート、１，４−ジアザビシクロ[２．２．２]オクタン、トリエチルアミン、およびジアミノエタノールを包含する。有効であろうその他の触媒はテトラｎ−ブチルチタネート、チタンアセチルアセトネート、トリエタノールアミンチタネート、チタンエチルアセトアセテート、テトラエチルチタネート、テトライソプロピルチタネート、チタン乳酸キレート、およびデュポンからＴＹＺＯＲ範囲下で入手可能なその他触媒を包含する。触媒は、プレポリマーＡがその期間にわたって流動性で注入可能なままであることを望まれるその期間に依存して、利用されてもよいし又は利用されなくてもよい。これは生体適合性の生分解性ポリウレタン／尿素組成物が生体外または生体内で使用されるはずであるところの環境に依存するであろう。
プレポリマーＡは高分子足場を形成するように硬化されることのできる生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素組成物を生成するように成分Ｂによって硬化される。
本発明のプレポリマーを架橋するのに使用されてもよい分解性アームを有する官能性オリゴマー（成分Ｂ）はラクチド、グリコリド、ラクチド／グリコリド、カプロラクトン、プロピレンフマレート、グリコール酸、ジオキサノン、酸無水物、ポリオルトエステルなどを包含してもよい。両性イオン性である官能性オリゴマーは細胞成長を支援するので得られる足場が細胞接種されることになっている状況においては望ましいことであり得る。成分Ｂを成す官能性オリゴマーは必ずというわけではないがプレポリマーＡの中に可溶性であってもよい。官能性オリゴマーＢがプレポリマーＡの中に可溶性である場合、これは、たとえば、骨置換または一時的補綴のための関節鏡的治療におけるようないくつかの生物医学的用途において、本発明の未硬化の流動可能な生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素組成物の送達を助けるであろう。特に適する官能性オリゴマーおよび分解性アームは次のもの包含してもよい：
その他の適する官能性オリゴマーおよび分解性アームはエチレングリコール／ラクチド、ポリカプロラクトントリオール、ジヒドロキシポリカプロラクトンおよびその他のホスホリルコリンを包含する。
分解性アームを有する官能性オリゴマー、成分Ｂ、は特に、本発明の硬化ポリマー組成物に物理的性質を付与するように選択される。
硬化−架橋反応は穏やかな反応条件下で行うことができる。代表的には、反応は好ましくは２０℃〜３０℃の範囲の温度で行われる。触媒濃度は、反応混合物の温度が６０℃を、より好ましくは４０℃を、超えないで、そして混合物が約５〜４５分間で粘稠な液体からパテ様の稠度(consistency)にまで変化することができるように、調節されることができる。
本発明による硬化足場の機械的性質は大いに望ましい。特に、本発明の硬化足場は良好な圧縮強さを有する。図１は本発明の硬化ポリマー組成物の圧縮強さに対する水、ラクトースおよびトリエチレングリコールの影響を示している。それらはまた、たとえばγ線を使用して滅菌されることができ、そして酸化的または加水分解的な分解によって適切な時間枠内に分解するであろう。
生物学的添加物はプレポリマーＡまたは成分Ｂどちらに組み込まれてもよく、そして外科的または関節鏡的技術を使用して組織または骨の修復部位に注入されてもよく、それらは限定されるものではないが、細胞、成長因子、前駆細胞、天然接着剤たとえばフィブリン、コラーゲンまたはトランスグルタミナーゼシステム、を包含してもよい。
ハイドロキシアパタイトおよび燐酸三カルシウムのような無機質充填剤は、硬化足場を強化するために、そして細胞成長、特に骨芽細胞および軟骨細胞のタイプの細胞、を支援するために、プレポリマーＡまたは成分Ｂのどちらかに、好ましくはナノ粒子として、組み込まれることができる。好ましい態様においては、ナノ粒子は成分Ｂの中に組み込まれる。充填剤粒子が成分Ｂの中に分散されそしてプレポリマーＡと混合されて剛性の生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素組成物を生成する。ナノ粒子はより速く再吸収されるであろう従って大きい粒子よりも有利であろうということが推測される。
水は、硬化ポリマーの中に有孔性を付与するために二酸化炭素を発生させるために成分Ｂに添加されてもよい。水の量は所望される細孔のサイズおよび含有率に依存してコントロールされてもよい。有孔性は、浸出可能な化合物をプレポリマーＡの中または官能性オリゴマーの中どちらかに又は２つの成分の混合物の中に組み込むことによっても、生じさせることができる。普通の細孔形成剤は塩および糖の結晶を包含する。これら浸出性化合物を架橋ポリマーから除くことは水の中に浸漬することによって又は水性環境の中でゆっくり浸出させることによって可能であった。より多量の水が組み込まれそれによって細孔のサイズおよび分布を調節するように、シロキサン界面活性剤を含めて界面活性剤を組み込むことも可能であろう。ＷＯ０２／０６２３５７に記載されているようなゼラチンを含めて、その他の細孔形成剤が使用されてもよい。
生物学的成分は要求に適した量で添加されるであろう、特に、細胞、前駆細胞、フィブリン、コラーゲン、トランスグルタミナーゼシステム、およびその他の生活物質(living matter)の場合には、そうである。幾つかの成分の指標的量は次の通りである。燐酸カルシウムは好ましくは、約４％の量で添加されてもよい。ハイドロキシアパタイトは約５％の量で添加されてもよい。コラーゲンは約０．０１％未満の量で添加されてもよい。シロキサン界面活性剤は約５％の量で添加されてもよい。シリカ粒子は約５％の量で添加されてもよい。
今までに行った試行で、多孔性足場が構成されたのでＳＥＭで検査した。結果は図２に示されている。各種の、分解性の官能性オリゴマーの効果を確認し、そして得られた平均多孔度の平均多孔度を測定した。これら結果は図３に示されている。
相互貫通網目構造を形成するために分解性高分子量ポリマーを成分Ｂの中に組み入れることの影響も調べた。これらの導入は硬化ポリマー組成物の分解速度の変更を可能にする。ＰＬＧＡ、ＰＬＬＡおよび多糖類は有効であることが示された。図４は本発明による硬化足場の中の細孔のサイズおよび分布に対する高分子量分解性ポリマーおよび充填剤の組み入れの影響を示している。図５は多孔性に対する充填剤組み入れの影響を示している。図６は本発明による硬化足場の機械的性質に対する充填剤組み入れの影響を示している。
ポリ（ラクチド）、ポリ（グリコリド）およびそれらのコポリマー、ポリ（酸無水物）およびその他のポリエステルのような分解性ポリマーから製造された多孔質中空繊維は細胞接種をもって又は細胞接種なしで、プレポリマーＡの製造の中に又は成分Ｂの中に組み込まれてもよい。これら中空繊維は細胞成長のための栄養素を供給するためのチャンネルを形成し、そして細胞を接種するのに使用することもでき、従って、最初の混合過程中に細胞が損傷するのを防止する。図７は中空繊維を組み込んだ本発明の硬化ポリマーの多孔性を示している。
本発明の硬化足場について予行分解調査が試験管内(in vitro)方法によって完了した。促進加水分解（ＰＢＳの中で７０℃、ｐＨ７．４）調査が完了した。図８は本発明の様々なポリマーについて加水分解的分解の結果を示している。
本発明に従う一つの好ましい硬化された生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素組成物は官能性オリゴマー（成分Ｂ）としてホスホロコリン変性ポリカプロラクトントリオールを使用している。これらの硬化された生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素組成物について加水分解的分解の調査を行ったので、結果を図９に示してある。
本発明に従う硬化された生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素組成物の一範囲について酸化的分解の検討（ＣｏＣｌ２／Ｈ２Ｏ２の中で７０℃）が図１０に示されている。
実施例１〜５は多数の異なるコア分子を使用して本発明によるプレポリマーＡの製造を例証する。
材料：ペンタエリスリトール（アルドリッチ(Aldrich)）は真空（０．１トル）下で８０℃で一晩乾燥した。メチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエート（ＭＬＤＩ、日本の協和油化株式会社(Kyowa Yuka Co. Ltd.)）および２−エチルヘキサン酸第一錫(stannous 2-ethyl hexanoate)（ＳＥＨ、シグマアルドリッチ(Sigma Aldrich)）は受理したままで使用した。使用した全てのガラス器具は使用に先立って十分に洗浄し１０５℃で一晩乾燥した。
予め乾燥されたペンタエリスリトール（４．８１８ｇ）を、磁気的攪拌機と窒素入口と乾燥用管を装備した乾燥した三口フラスコの中に量り入れた。それから、そのフラスコにメチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエート（ＭＬＤＩ）（３０．０４ｇ）を、次に触媒２−エチルヘキサン酸第一錫（０．１重量％、０．０３４８ｇ）を窒素下で加えた。この反応混合物を窒素雰囲気下で攪拌し５０℃に７２時間加熱した。この均質なポリマー混合物を真空（０．１トル）下で５０℃で脱ガスしてから、それを窒素雰囲気下でバイアル(vial)に移し、そして冷蔵庫に保管した。プレポリマーの分子量および粘度はそれぞれゲル浸透クロマトグラフィー(gel permeation chromatography)（ＧＰＣ）およびボーリン・レオメーター(Bolin Rheometer)によって測定した。
ＧＰＣは、示差屈折計と４つのμ−スチラゲル(Styragel)カラム（１０５、１０４、１０３および１００Å）を装備したウォーター・アソシエーツ・リキッド・クロマトグラフ・システム(Water Associates Liquid Chromatograph system)（ウォーターズ(Waters)７１７）で行われた。移動相は１ｍＬ／分の流量におけるテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）であった。分析前に、プレポリマーをＴＨＦの中に溶解させることを、その溶液を５０℃で１時間温めることによって行い、そして０．４５ミクロンのフィルターに通して濾過した。このシステムはナロー分散(narrow disperse)ポリウレタン標準によって較正され、そして分子量はポリスチレン当量(polystyrene equivalent)として報告されている。
粘度は２３℃でボーリン・レオメーター(Bohlin Rheometer)（ＣＳＲ１０）を使用して測定された。
プレポリマーの数平均分子量および多分散度(polydispersity)はＧＰＣ分析に基づいてそれぞれ１３４８および１．７３であった。プレポリマー瞬間粘度(instantaneous viscosity)は８．７×１０４ｃＳｔであった。
材料：トリペンタエリスリトール（アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で８０℃で一晩乾燥した。ＭＬＤＩおよびＳＥＨは受理したままで使用した。
トリペンタエリスリトール（６．９８ｇ）を、磁気的攪拌機と窒素入口と乾燥用管を装備した乾燥した三口丸底フラスコの中に量り入れた。別にメチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエート（３１．８１ｇ）を秤量しそして前記フラスコに加え、次いで触媒２−エチルヘキサン酸第一錫（０．１重量％、０．０３８ｇ）を窒素下で加えた。この反応混合物を窒素雰囲気下で攪拌し５０℃で７日間加熱した。この均質なポリマー混合物を真空（０．１トル）下で上記温度で約１時間脱ガスしてから、それを窒素雰囲気下でバイアルに移し、そして冷蔵庫に保管した。プレポリマーは実施例１に記載した方法を使用して分子量および粘度について分析された。
プレポリマーの数平均分子量および多分散度はそれぞれ８２７および１．３６であった。瞬間粘度は３．２×１０４ｃＳｔであった。
材料：Ｄ−グルコース（アルドリッチ）は真空炉（０．１トル）の中で８０℃で一晩乾燥した。ＭＬＤＩおよび２−エチルヘキサン酸第一錫は受理したままで使用した。
予め乾燥されたＤ−グルコース（５．０ｇ）を、磁気的攪拌機と窒素入口と乾燥用管を装備した乾燥した三口丸底フラスコの中に量り入れた。それから、別にメチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエート（ＭＬＤＩ）（２９．４４ｇ）を秤量しそして前記フラスコに加え、次いで触媒２−エチルヘキサン酸第一錫（０．１重量％、０．０３４８ｇ）を窒素下で加えた。この反応混合物を窒素雰囲気下で攪拌し５０℃で７２時間加熱した。それから、この均質なポリマー混合物を真空（０．１トル）下で５０℃で脱ガスしてから、それを窒素雰囲気下でバイアルに移し、そして冷蔵庫に保管した。プレポリマーは実施例１に記載した方法を使用してＧＰＣおよびレオメーター（ＣＬＲ−１０）によって分析された。
プレポリマーの数平均分子量は１４３０であり、そして多分散度は１．７５であった。瞬間粘度は２３℃で１．５×１０５ｃＳｔであった。
材料：アスコルビン酸（アルドリッチ）は真空炉（０．１トル）の中で８０℃で一晩乾燥した。ＭＬＤＩおよび２−エチルヘキサン酸第一錫は受理したままで使用した。
予め乾燥されたアスコルビン酸（５．１５ｇ）を、磁気的攪拌機と窒素入口と乾燥用管を装備した乾燥した三口丸底フラスコの中に量り入れた。そのフラスコにメチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエート（２４．５７ｇ）を、次いで触媒２−エチルヘキサン酸第一錫（０．１重量％、０．０２９ｇ）を窒素下で加えた。この反応混合物を窒素雰囲気下で攪拌し５０℃に９日間加熱した。この均質なポリマー混合物を真空（０．１トル）下で５０℃で脱ガスし、窒素雰囲気下でバイアルに移し、そして冷蔵庫に保管した。プレポリマーは実施例１に記載した方法を使用してＧＰＣおよびレオメーターによって分析された。
プレポリマーの数平均分子量および多分散度はそれぞれ６７２および１．１２であった。
材料：グリセロール（アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で８０℃で３時間乾燥した。ＭＬＤＩは受理したままで使用した。
予め乾燥されたメチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエート（４１．４７ｇ）を、磁気的攪拌機と窒素入口と乾燥用管を装備した乾燥した三口丸底フラスコの中に量り入れた。グリセロール（６．０ｇ）を別に秤量し、そして７０℃における前記フラスコに滴加し、そして添加完了後にこの反応混合物を窒素下で８時間加熱した。プレポリマーは明澄であり、そして均質であった。それから、プレポリマーを真空（０．１トル）下で脱ガスし、窒素雰囲気下でバイアルに移し、そして冷蔵庫に保管した。プレポリマーは実施例１に記載した方法に従ってＧＰＣによって分析された。
プレポリマーの数平均分子量は１５４１であり、多分散度は１．８１であった。
実施例６〜８は異なるジイソシアネートを使用してプレポリマーＡの製造を例証する。
材料：ペンタエリスリトールは実施例１に記載通りに乾燥した。イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ、アルドリッチ）および２−エチルヘキサン酸第一錫は受理したままで使用した。
予め乾燥されたペンタエリスリトール（５．００ｇ）を、磁気的攪拌機と窒素入口と乾燥用管を装備した乾燥した三口フラスコの中に量り入れた。別にイソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）（３２．６５ｇ）を秤量しそして前記フラスコに加え、次いで触媒２−エチルヘキサン酸第一錫（０．１重量％、０．０３７ｇ）を窒素下で加えた。この反応混合物を窒素雰囲気下で攪拌し５０℃に５５時間加熱した。この均質なポリマー混合物を真空（０．１トル）下で５０℃で脱ガスし、窒素雰囲気下でバイアルに移し、そして冷蔵庫に保管した。プレポリマーは実施例１に記載した方法を使用してＧＰＣによって分析された。
プレポリマーの数平均分子量は１４０７であり、多分散度は１．２１であった。
材料：ペンタエリスリトール（アルドリッチ）は実施例１に記載通りに乾燥した。ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ、アルドリッチ）および２−エチルヘキサン酸第一錫は受理したままで使用した。
予め乾燥されたペンタエリスリトール（５．００ｇ）を、磁気的攪拌機と窒素入口と乾燥用管を装備した乾燥した三口丸底フラスコの中に量り入れた。それから、別にヘキサメチレンジイソシアネート（２４．７１ｇ）を秤量しそして前記フラスコに加え、次いで触媒２−エチルヘキサン酸第一錫（０．０２９ｇ、０．１重量％）を窒素下で加えた。この反応混合物を窒素雰囲気下で攪拌し５０℃に７２時間加熱した。それから、この均質なポリマー混合物を真空（０．１トル）下で５０℃で脱ガスし、窒素雰囲気下でバイアルに移し、そして冷蔵庫に保管した。プレポリマーは実施例１に記載した方法を使用してＧＰＣによって分析された。
プレポリマーの数平均分子量および多分散度はそれぞれ１０８３および１．５２であった。
材料：Ｄ−グルコース（アルドリッチ）は実施例３に記載通りに乾燥した。エチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエート（エチル−ＬＤＩ）および２−エチルヘキサン酸第一錫は受理したままで使用された。
予め乾燥されたＤ−グルコース（５．０ｇ）を、磁気的攪拌機と窒素入口と乾燥用管を装備した乾燥した三口丸底フラスコの中に量り入れた。別にエチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエート（エチル−ＬＤＩ）（３１．３８ｇ）を秤量しそして前記フラスコに加え、次いで触媒２−エチルヘキサン酸第一錫（０．１重量％、０．０３６ｇ）を窒素下で加えた。この反応混合物を窒素雰囲気下で攪拌し５０℃に７２時間加熱した。それから、この均質なポリマー混合物を真空（０．１トル）下で上記温度で脱ガスし、窒素雰囲気下でバイアルに移し、そして冷蔵庫に保管した。プレポリマーは実施例１に記載した方法を使用してＧＰＣによって分析された。
プレポリマーＧＰＣ分析は１５１０の数平均分子量と２．５の多分散度を示した。瞬間粘度は２３℃で２．６×１０４ｃＳｔであった。
この実施例は触媒を使用しないプレポリマーの製造を例証する。
材料：Ｄ−グルコース（アルドリッチ）は真空炉（０．１トル）の中で８０℃で一晩乾燥した。メチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエート（ＭＬＤＩ）は受理したままで使用した。
予め乾燥されたＤ−グルコース（５．０ｇ）を、磁気的攪拌機と窒素入口と乾燥用管を装備した乾燥した三口丸底フラスコの中に量り入れた。それから、ＭＬＤＩ（２９．４４ｇ）を秤量しそして前記フラスコに加えた。この反応混合物を窒素雰囲気下で攪拌し１００℃で６日間加熱した。この均質なポリマー混合物を真空（０．１トル）下で上記温度で脱ガスし、窒素雰囲気下でバイアルに移し、そして冷蔵庫に保管した。プレポリマーはＧＰＣおよびレオメーター（ＣＳＲ−１０）によって分析された。
プレポリマーの数平均分子量は１３３３であり、多分散度は１．８１であった。瞬間粘度は２３℃で１．２×１０５ｃＳｔであった。
材料：ペンタエリスリトールテトラキス（３−メルカプトプロピオネート）（ＰＥＴＭＰ、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間乾燥した。ＭＬＤＩは受理したままで使用した。
予め乾燥されたＰＥＴＭＰ（１０．０ｇ）を、磁気的攪拌機と窒素入口と乾燥用管を装備した乾燥した三口丸底フラスコの中に量り入れた。それから、別にメチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエート（ＭＬＤＩ）（１７．３７ｇ）を秤量しそして前記フラスコに加えた。この反応混合物を窒素雰囲気下で攪拌し７０℃で７２時間加熱した。それから、この均質なポリマー混合物を真空（０．１トル）下で上記温度で脱ガスしてから、それを窒素雰囲気下でバイアルに移し、そして冷蔵庫に保管した。プレポリマーは実施例１に記載した方法を使用してＧＰＣおよびレオメーター（ＣＳＲ−１０）によって分析された。
プレポリマーの数平均分子量は１５６４であり、多分散度は１．９４であった。瞬間粘度は２３℃で３．２×１０４ｃＳｔであった。
実施例１１〜１４は実施例１で製造されたプレポリマーを使用して多孔質ポリマーおよび非多孔質ポリマーの製造を例証する。
材料：ＭＬＤＩとペンタエリスリトールとのプレポリマーは実施例１に従って製造した。ポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、ＰＣＬＴ−３００、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥した。
実施例１で製造された脱ガスされたプレポリマー（２．２０ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーに、脱ガスかつ乾燥されたポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、０．８０ｇ）を加え、次いで水（０．００８ｇ）を加えた。この混合物を数秒間攪拌し、それから２−エチルヘキサン酸第一錫触媒（０．００３ｇ、０．１％）を加え、そしてさらに５分間攪拌した。このプレポリマー混合物は粘稠液体のままであったので、それを２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そしてテフロン（登録商標）金型の中の円柱状（６Ｄ×１２Ｈｍｍサイズ）キャビティ（複数）の各々に０．２９ｇずつ分配し、封止しそして３８℃で一晩硬化して多孔質の円柱状試験体を生じた。この硬化ポリマーサンプルはインストロン（モデル５５６８）を使用して、ＡＳＴＭ法Ｆ４５１−９５に従って圧縮強さおよび圧縮弾性率について試験された。
平均の圧縮強さおよび圧縮弾性率はそれぞれ２２．４±４．６ＭＰａおよび６１３±１３８ＭＰａであった。
硬化ポリマーのサンプルを走査電子顕微鏡法によって検査してポリマー多孔度を評価した。代表的な顕微鏡写真は図１１に示されており、それは硬化ポリマーサンプルが多孔質であることを例証している。
材料：ＭＬＤＩとペンタエリスリトールのプレポリマーは実施例１に従って製造した。ポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、ＰＣＬＴ−３００、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥した。ハイドロキシアパタイト（アルドリッチ）のナノ粒子（５０〜１００ｎｍ）は分散法によってＰＣＬ−３００の中に組み入れた。
実施例１で製造された脱ガスされたプレポリマー（１．１３ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーに、５重量％のナノ粒子のハイドロキシアパタイトを含有する脱ガスかつ乾燥されたポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、０．４１ｇ）を加え、その後で水（０．００４ｇ）を加えた。この混合物を、ヘラを使用して、数秒間攪拌し、それから２−エチルヘキサン酸第一錫触媒（０．００１５ｇ、０．１％）を加え、そしてさらに数分間攪拌した。このプレポリマー混合物は粘稠液体のままであったので、それを２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そしてテフロン（登録商標）金型の中の円柱状（６Ｄ×１２Ｈｍｍサイズ）キャビティ（複数）の各々に０．２９ｇずつ分配し、封止しそして３８℃で一晩硬化して多孔質の円柱状試験体を生じた。この硬化ポリマーサンプルはインストロン（モデル５５６８）を使用して、ＡＳＴＭ法Ｆ４５１−９５に従って圧縮強さおよび圧縮弾性率について試験された。
平均の圧縮強さおよび圧縮弾性率はそれぞれ１４．４±３ＭＰａおよび５１２±１１５ＭＰａであった。
材料：ＭＬＤＩとペンタエリスリトールのプレポリマーは実施例１に従って製造した。ポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、ＰＣＬＴ−３００、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥した。ラクトースは真空（０．１トル）下で８０℃で一晩乾燥した。
実施例１で製造された脱ガスされたプレポリマー（１．２４ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に量り入れた。脱ガスかつ乾燥されたポリカプロラクトントリオール（０．３２ｇ）およびラクロース（０．０５６ｇ）水（０．００４５ｇ）。この混合物を手動で数秒間攪拌し、それから２−エチルヘキサン酸第一錫触媒（０．００１６ｇ、０．１％）を加え、そしてさらに５分間攪拌した。このプレポリマー混合物は粘稠液体のままであったので、それを２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そしてテフロン（登録商標）金型の中の円柱状（６Ｄ×１２Ｈｍｍサイズ）キャビティ（複数）の各々に０．２９ｇずつ分配し、封止しそして３８℃で一晩硬化して多孔質の円柱状試験体を生じた。この硬化ポリマーサンプルはインストロン（モデル５５６８）を使用して、ＡＳＴＭ法Ｆ４５１−９５に従って圧縮強さおよび圧縮弾性率について試験された。
平均の圧縮強さおよび圧縮弾性率はそれぞれ１６．６±４ＭＰａおよび５３６±１２２ＭＰａであった。
実施例１で製造された、ペンタエリスリトールとＭＬＤＩの、脱ガスされたプレポリマー（３．６１ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２×２×１ｃｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーに、分子量ＭＷ３００の脱ガスされたポリカプロラクトントリオール（１．４６ｇ）を加え、その後で０．１重量％の２−エチルヘキサン酸塩触媒を加えた。このポリマー混合物を、ヘラを使用して手動で、数分間攪拌した。この粘稠ポリマーを２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そして多数取テフロン（登録商標）金型(multi-cavity TeflonTM mould)の各円柱状キャビティ（６ｍｍＤ×１２ｍｍＬ）の中に０．４５ｇずつ分配し、封止しそして３８℃で一晩硬化して非多孔質の円柱状ポリマー試験体を生じた。
この硬化ポリマーサンプルはインストロン（モデル５５６８）を使用して、ＡＳＴＭ法Ｆ４５１−９５に従って圧縮強さおよび圧縮弾性率について試験された。
ポリマーサンプルは平均の圧縮強さおよび圧縮弾性率それぞれ６１．９±５．３ＭＰａおよび８３７±２１６ＭＰａを示した。
材料：ＭＬＤＩとペンタエリスリトールのプレポリマーは実施例１に従って製造した。ポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、ＰＣＬＴ−３００、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥した。プレポリマーは真空（０．１トル）下で５０℃で攪拌しながら２０分間脱ガスした。
実施例１に従って製造された、ペンタエリスリトールとＭＬＤＩに基づいた、脱ガスされたプレポリマー（１．０ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられた２つのキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に別々に量り入れた。一方のキャビティの中のプレポリマーに、乾燥されたポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、０．４０６ｇ）を加え、そしてその混合物を数秒間攪拌した。触媒２−エチルヘキサン酸第一錫を加え（プレポリマーＡとＰＣＬＴの総重量に基づいて０．１％）、そして攪拌した。この反応混合物の粘度を、レオメーター（ＣＬＲ−１０）を使用して２３℃で監視した。図２はその期間にわたる粘度変化を示している。同様に、第二サンプルは乾燥されたポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、０．４０６ｇ）と２−エチルヘキサン酸第一錫（プレポリマーＡとＰＣＬＴの総重量に基づいて０．８％）を加えることによって製造し、そしてレオメーターを使用して粘度を監視した。第二サンプルにおける反応ゲル時間は、図２に示された高い方の粘度によって表わされているように、有意に短かった。
実施例１３〜１６は商業的に入手可能な範囲ばかりでなく実験室で合成されたポリオール（プレポリマーＢ）およびそれらの混合物に基づいたポリマーの製造と、機械的強さの改善のためにナノ粒子充填剤のような添加物をもつポリマーの製造を例証する。
材料：ＭＬＤＩとペンタエリスリトールのプレポリマーは実施例１に従って製造した。ポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、ＰＣＬＴ−３００、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥した。プレポリマーは真空（０．１トル）下で５０℃で攪拌しながら２０分間脱ガスした。
実施例１で製造された、ペンタエリスリトールとＭＬＤＩの、脱ガスされたプレポリマー（０．５６４ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーにポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、０．２０６ｇ）を、その後で水（０．００２ｇ）を、加えた。この混合物を数秒間攪拌し、それから、２−エチルヘキサン酸第一錫触媒（０．００４６ｇ、プレポリマーとＰＣＬＴと水の総重量に基づいて０．６％）を加え、そして反応温度を監視するために反応混合物の中に浸漬したサーモカップルプローブをもって攪拌した。この実験における触媒濃度は速い反応と短いゲル時間を達成するように調節されていた。到達した最大温度は図１３における温度プロフィールによって示されている通り４０℃であった。
材料：この実験では、実施例１で製造したプレポリマーを使用した。ポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、ＰＣＬＴ−３００、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥した。プレポリマーは０．１トルの真空下で５０℃で攪拌しながら２０分間脱ガスした。
エチレングリコールとラクチドに基づいたポリオール（ＥＧ：ラクチド）は下記手順に従って製造した。
再結晶化されたラクチド（５．７７ｇ、ＭＷ１４４、０．０４０１モル）とエチレングリコール（１３１．７３ｇ、ＭＷ６２．０２、２．１２モル）を、subaシールと冷却器と窒素入口を装備した乾燥した５００ｍＬの丸底フラスコの中に入れた。フラスコを窒素で一晩パージし、それから油浴の中で１時間９０℃に加熱した。反応温度を１３５℃に上げそして更に３日間加熱した。この反応系を５５℃に冷却し、そして真空（０．０２トル）下で５５℃で過剰エチレングリコールを完全に除去して無色の液体を生成した。１Ｈと１３ＣのＮＭＲは生成物の構造を支持した。
（参考文献：Makromol. Chem., 193, 1623-1631, 1992 J. of Polym. Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol. 39, 973-985, 2001. およびMacromol. Chem. Phys. 201, 11, 1067-1076, 2000.）
実施例１で製造された、ペンタエリスリトールとＭＬＤＩの、脱ガスされたプレポリマー（２．１７ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーに、脱ガスかつ乾燥されたポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、０．５７２ｇ）と、ＥＧ：ラクチドポリオール（ＭＷ１３４、０．１４７ｇ）を加え、その後で水（０．００８ｇ）を加えた。この混合物を数秒間攪拌してから、２−エチルヘキサン酸第一錫触媒（０．００２８ｇ、プレポリマーとＰＣＬＴと水の総重量に基づいて０．１重量％）を加え、そして更に５分間攪拌した。粘稠かつ注入可能な液体であるこの混合物を次いで、２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そして多数取テフロン（登録商標）金型の各円柱状キャビティ（６ｍｍＤ×１２ｍｍＨ）の中に０．４５ｇずつサンプルを分配し、封止しそして３８℃で一晩硬化して多孔質の円柱状ポリマー試験体を生じた。
この硬化ポリマーサンプルはインストロン（モデル５５６８）を使用して、ＡＳＴＭ法Ｆ４５１−９５に従って圧縮強さおよび圧縮弾性率について試験された。
ポリマーサンプルは平均の圧縮強さおよび圧縮弾性率それぞれ１２．８±４．１ｍｐａおよび３９３±４７ＭＰａを示した。
材料：この実験では、実施例１で製造したプレポリマーを使用した。ポリカプロラクトンジオール（ＭＷ１０００、ＰＣＬＤ−１０００、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥した。プレポリマーは真空（０．１トル）下で５０℃で攪拌しながら２０分間脱ガスした。
実施例１で製造された、ペンタエリスリトールとＭＬＤＩの、脱ガスされたプレポリマー（１．４０ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーに、脱ガスかつ乾燥された、分子量のポリカプロラクトンジオール（ＭＷ１０００、２．５７ｇ）と、水（０．００５ｇ）を加えた。この混合物を数秒間攪拌してから、２−エチルヘキサン酸第一錫触媒（０．００４ｇ、プレポリマーとＰＣＬＤと水の総重量に基づいて０．１重量％）を加え、そして更に５分間攪拌した。粘稠かつ注入可能な液体であるこの混合物を次いで、２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そして多数取テフロン（登録商標）金型の各円柱状キャビティ（６ｍｍＤ×１２ｍｍＬ）の中に０．２９ｇずつ分配し、封止しそして３８℃で一晩硬化して多孔質の円柱状ポリマー試験体を生じた。
この硬化ポリマーサンプルはインストロン（モデル５５６８）を使用してＡＳＴＭ法Ｆ４５１−９５に従って圧縮強さおよび圧縮弾性率について試験された。
ポリマーサンプルは平均の圧縮強さおよび圧縮弾性率それぞれ１．５±０．８ＭＰａおよび２．７±１．０ＭＰａを示した。
材料：この実験では、実施例８で製造したプレポリマーを使用した。ポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥した。
実施例８で製造された、Ｄ−グルコースとＥＬＤＩの、脱ガスされたプレポリマー（２．２７ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２×２×１ｃｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーに、脱ガスかつ乾燥されたポリカプロラクトリオール（ＭＷ３００、０．７７ｇ）と、水（０．００７ｇ）を加えた。この混合物を数秒間攪拌してから、１重量％の２−エチルヘキサン酸第一錫触媒（０．００３ｇ、プレポリマーとＰＣＬＴと水の総重量に基づいて０．１重量％）を加え、そして更に５分間攪拌した。粘稠かつ注入可能な液体であるこの混合物を２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そして多数取テフロン（登録商標）金型の各円柱状キャビティ（６ｍｍＤ×１２ｍｍＨ）の中に０．２９ｇずつ分配し、封止しそして３８℃で一晩硬化して多孔質の円柱状ポリマー試験体を生じた。
この硬化ポリマーサンプルはインストロン（モデル５５６８）を使用してＡＳＴＭ法Ｆ４５１−９５に従って圧縮強さおよび圧縮弾性率について試験された。ポリマーサンプルは平均の圧縮強さおよび圧縮弾性率それぞれ８．６±０．４ＭＰａおよび１０９±１１ＭＰａを示した。
実施例２０はプレポリマー、ジヒドロキシポリカプロラクトンホスホリルコリン(dihydroxypolycaprolactone phosphoryl choline)（ＤＰＣＬＰＣ）の製造法と、ジヒドロキシグリセロールホスホリルコリン(dihydroxyglycerol phosphoryl choline)（ＤＧＰＣ）の合成を記載する。
ジヒドロキシポリカプロラクトンホスホリルコリン（ＤＰＣＬＰＣ）は文献に報告された手順を改変して使用して製造された（参考文献：Polymer J, 22, p 355-360 (1990)）。
予め乾燥されたポリカプロラクトン−３００（１７．９８ｇ、０．０５９９モル）、トリエチルアミン（６．０４９ｇ、０．０５９９モル）および乾燥ＴＨＦ（１５０ｍＬ）を、suba シールと滴下漏斗と窒素入口を装備した５００ｍＬの三口丸底フラスコの中に入れた。この溶液を−３０℃に冷却し、そしてこの溶液に、少量のＴＨＦの中に溶解した８．５３６３ｇ（０．０５９９モル）の２−クロロ−２−オキソ−１，３，２−ジオキサホスホラン（ＣＯＰ）をシリンジによってゆっくり添加した。添加（約１時間）の間は反応系の温度を−３０℃に維持し、そしてその温度に更に２時間維持した。この反応混合物をゆっくり１０℃に加熱し、そしてブフナー漏斗を使用して注意深く減圧濾過した。ろ液を減圧下で蒸発させて明澄な粘稠液体を生じた。２−（２−オキソ−１，３，２−ジオキサホスホロキシ）ポリカプロラクトンジオールの収量は２３．７４ｇであった。
２−（２−オキソ−１，３，２−ジオキサホスホロキシ）ポリカプロラクトンジオール（２３．７４ｇ、０．０５３７モル）を、乾燥アセトニトリル（１３５ｍＬ）と共に、２５０ｍＬの耐圧ガラス瓶の中に入れた。ガラス瓶を−３０℃に冷却し、そしてこの溶液に無水トリメチルアミン（３．５４ｍＬ）を迅速に添加し、そして耐圧瓶を閉じて攪拌しながら５５℃に３日間加熱した。生成物を窒素下で１００ｍＬの丸底フラスコに移し、そして減圧乾燥して僅かに黄色い粘稠生成物を生じた。収量２９ｇ。ＩＲおよび１Ｈ ＮＭＲはジヒドロキシポリカプロラクトンホスホリルコリン（ＤＰＣＬＰＣ）の構造を確認した。
ジヒドロキシグルセロールホスホリルコリン（ＤＧＰＣ）は文献に報告された方法に従って製造された（参考文献：Polymer J, 22, 5, 355-360 (1990)およびAustralian Journal of Chemistry, 55, 629-634 (2002)）。
この場合には、ヒドロキシル基は、上記方法を使用してホスホリルコリンアームを導入する前には保護されていて、そして後で脱保護されてジヒドロキシグルセロールホスホリルコリン（ＤＧＰＣ）を生じた。
材料：ＭＬＤＩとペンタエリスリトールのプレポリマーは実施例１に従って製造した。ポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、ＰＣＬＴ−３００、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥した。ジヒドロキシポリカプロラクトンホスホリルコリン（ＤＰＣＬＰＣ）は実施例２０に記載した方法に従って製造した。
実施例１で製造された、ペンタエリスリトールとＭＬＤＩの、脱ガスされたプレポリマー（１．２４ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーに、脱ガスかつ乾燥されたポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、０．３５３ｇ）と、ＤＰＣＬＰＣ（ＭＷ５０１．４、０．２５２ｇ）を加え、その後に水（０．００４５ｇ）を加えた。この混合物を数秒間攪拌してから、２−エチルヘキサン酸第一錫触媒（プレポリマーとＤＰＣＬＰＣとＰＣＬＴと水の総重量に基づいて０．１重量％）を加え、そして更に５分間攪拌した。この粘稠なポリマーを次いで、２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そして多数取テフロン（登録商標）金型の各円柱状キャビティ（６ｍｍＤ×１２ｍｍＨ）の中に０．２４ｇずつ分配し、そして３８℃で一晩硬化して多孔質の円柱状ポリマー試験体を生じた。
この硬化ポリマーサンプルはインストロン（モデル５５６８）を使用してＡＳＴＭ法Ｆ４５１−９５に従って圧縮強さおよび圧縮弾性率について試験された。
ポリマーの平均の圧縮強さおよび圧縮弾性率はそれぞれ９．４±１．６ＭＰａおよび３９０±１ＭＰａであった。
材料；ＭＬＤＩとＤ−グルコースのプレポリマーは実施例３に従って製造した。プレポリマーは真空（０．１トル）下で５０℃で２０分間攪拌下で脱ガスした。ジヒドロキシポリカプロラクトンホスホリルコリン（ＤＰＣＬＰＣ）は実施例１５に記載した方法に従って製造した。ＤＰＣＬＰＣは真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥かつ脱ガスされた。
実施例３で製造した、Ｄ−グルコースとＭＬＤＩの、脱ガスされたプレポリマー（２．５０ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２×２×１ｃｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーに、脱ガスかつ乾燥されたＤＰＣＬＰＣ（ＭＷ５０１．４、２．５２ｇ）を加えた。この混合物を数秒間攪拌してから、０．１重量％の２−エチルヘキサン酸第一錫触媒（０．００５ｇ）を加えた。この混合物にゼラチンビーズ（水中の０．３ｍＬ、１００〜２００ミクロンのサイズ）を加えそして約１分間攪拌した。この粘稠ポリマーを次いで、２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そして多数取テフロン（登録商標）金型の各円柱状キャビティ（６ｍｍＤ×１２ｍｍＨ）の中に分配（０．２９ｇずつ）し、そして３８℃で一晩硬化して多孔質の円柱状ポリマー試験体を生じた。
この硬化ポリマーサンプルはインストロン（モデル５５６８）を使用してＡＳＴＭ法Ｆ４５１−９５に従って圧縮強さおよび圧縮弾性率について試験された。
ポリマーの平均の圧縮強さおよび圧縮弾性率はそれぞれ０．０５±０．１ＭＰａおよび０．１８±０．０３ＭＰａであった。
材料：ＭＬＤＩとＤ−グルコースのプレポリマーは実施例３に従って製造した。ポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、ＰＣＬＴ−３００、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥した。プレポリマーは真空（０．１トル）下で５０℃で２０分間攪拌しながら脱ガスした。ジヒドロキシポリカプロラクトンホスホリルコリン（ＤＰＣＬＰＣ）は実施例１５に記載した方法に従って製造した。
実施例３で製造された、Ｄ−グルコースとＭＬＤＩの、脱ガスされたプレポリマー（２．５０ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーに、脱ガスかつ乾燥されたポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、０．９０６ｇ）と、ＤＰＣＬＰＣ（ＭＷ５０１．４、０．２５２ｇ）を加えた。この混合物を、ヘラを使用して手動で、数秒間攪拌してから、２−エチルヘキサン酸第一錫触媒（０．００３６ｇ）を加えそして２０分間攪拌した。この混合物にゼラチン（０．３ｍＬ、平均サイズ１００〜２００ミクロン、水中）を加えそして約１分間攪拌した。この粘稠ポリマーを次いで、２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そして数個取テフロン（登録商標）金型の各円柱状キャビティ（６ｍｍＤ×１２ｍｍＨ）の中に０．２９ｇずつ分配し、そして３８℃で一晩硬化して多孔質の円柱状ポリマー試験体を生じた。
この硬化ポリマーサンプルはインストロン（モデル５５６８）を使用してＡＳＴＭ法Ｆ４５１−９５に従って圧縮強さおよび圧縮弾性率について試験された。
ポリマーの圧縮強さは０．３±０．２ＭＰａであり、圧縮弾性率は２．９±０．９ＭＰａであった。
材料：ＭＬＤＩとＤ−グルコースのプレポリマーは実施例３に従って製造した。ポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、ＰＣＬＴ−３００、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥した。
１，２−ジヒドロキシ−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミンプロパンスルホネート（ＤＤＡＰＳ）両性イオンは従来報告されている方法から採用された手順を使用して製造した（参考文献：Industrial and Engineering Chemistry, Vol 56, 41-45, Fischer, 1954）。
次の記述は使用された方法の簡単な説明である。
プロパンジオール（９．８８ｇ、０．０８２モル）を、乾燥用管と窒素入口を装備した三口フラスコの中に量り入れた。これに窒素下でメタノール（２０ｍＬ）を添加しそして溶解するまで攪拌した。室温で攪拌しながら、１，３−プロパンスルトン(sultone)（１０．１ｇ、０．０８２モル）をゆっくり添加した。この反応系を、ＤＤＡＰＳ両性イオンが析出するまで、約２時間攪拌した。この両性イオンを濾過し、そして冷メタノールで洗浄し、そして真空下で７０℃で乾燥して無定形粉末を生じた。１Ｈ ＮＭＲは１，２−ジヒドロキシ−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロパンスルホネートの構造を支持した。収量１２．５７ｇ。
実施例３で製造された、Ｄ−グルコースとＭＬＤＩの、脱ガスされたプレポリマー（２．０６ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーに、脱ガスかつ乾燥されたポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、０．６６ｇ）と、ＤＤＡＰＳ（ＭＷ２４１．１６、０．１ｇ）を加え、後で水（０．００７ｇ）を加えた。この混合物を数秒間攪拌してから、２−エチルヘキサン酸第一錫触媒（０．００２８ｇ）を加えそして数分間攪拌した。この粘稠ポリマーを次いで、２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そして多数取テフロン（登録商標）金型の各円柱状キャビティ（６ｍｍＤ×１２ｍｍＬ）の中に分配（０．２９ｇずつ）し、そして３８℃で一晩硬化して多孔質の円柱状ポリマー試験体を生じた。
この硬化ポリマーサンプルはインストロン（モデル５５６８）を使用してＡＳＴＭ法Ｆ４５１−９５に従って圧縮強さおよび圧縮弾性率について試験された。
ポリマーの圧縮強さは７．１±０．８ＭＰａであり、圧縮弾性率は８０．２±１４ＭＰａであった。
実施例１、２および３で製造されたプレポリマー、および、プレポリマー１を実施例１１、１２、１３および１６にそれぞれ例示されているようにポリカプロラクトントリオール、ＥＧ：ラクチドおよびハイドロキシアパタイトと混合することによって製造された硬化ポリマーを、ヒトおよびラットの幹細胞に対するそれらの細胞毒性について評価した。ＩＳＯ１０９９３−５（医療デバイスの生物学的評価）に明記通りのインターナショナル・オーガニゼーション・フォー・スタンダーダイゼーション・ガイドラインズ(International Organisation for Standadisation Guidelines) に記載された試験プロトコルを使用した。
試験管内で哺乳類細胞の生物学的応答を測定するための細胞毒性の試験は、ａ）デバイスの抽出物、ｂ）デバイスとの接触状態、において観測するために開発された。
使用した細胞はヒトおよびラットいずれかの起源から選ばれた幹細胞であった。
殆どの場合において、細胞毒性についての負および正の対照(a negative and positive control for cytotoxicity)と、試薬対照(a reagent control)を使用した。培養容器は組織培養級(tissue culture grade)（ＴＣＰ）のものであったので、良好な負の細胞毒対照(-ve cytotoxic control)を提供した。細胞は対数的成長期(logarithmic growth phase)にある細胞を確保するために８０％密集(confluence)で使用した。代謝的に活性な細胞によってのみ転化される試薬（ＭＴＳ）によって細胞毒性を測定する前に、細胞は３７℃で一晩(２４時間)試験条件下に維持された。
液状のモノマー／プレポリマーは予め接種された細胞の上で試験されたのであるが、培地交換(culture medium exchange)をもって添加され、そして細胞上に２４時間残されていた後に、培地を取り出してＭＴＳ試薬を添加し、さらに４時間インキュベートし、それから、吸光度をプレートリーダー(plate reader)上で読み取った。固体のサンプルは次のようにすることによって試験された：１）ポリマーを培地の中に一晩浸漬し、そして翌日にこの培地を取り出しそれを使用して細胞を新しいＴＣプレートに仕立て上げて、サンプルからの毒性浸出可能性について観察する、および２）細胞を直接にポリマーサンプルの上に接種する。細胞は上に記載した通り２４時間後に細胞毒性について試験された。
全ての場合において、血清を含有する培地が使用された。
結果は、サンプルの結果／負の細胞毒対照の結果によって算出された付着率(% Attachment)として記録され、％で表わされた。結果は表１にまとめられている。
加水分解的および酸化的環境下での生体外分解は、Biomaterials Vol. 17, No. 22, 2127 (1996)およびJournal of Biomedical Material Research 29, 467-475 (1995)の中にそれぞれ記載されている手順に従って検定された。次の記述は使用された手順の簡単な説明である。
この調査には、実施例１１、１３、１４、１７、２２および２３に記載されたポリマーが使用された。
加水分解的分解：３個の多孔質の円柱状試験体（６Ｄ×１２ｍｍＨ）（ｎ＝３）を、孔あき(perforated)テフロン（登録商標）かごの中に入れ、そして約４００ｍＬの緩衝食塩溶液を含有する５００ｍＬのショット瓶(Schott bottle)の中に置いた。ｐＨ７．４の燐酸塩緩衝食塩溶液(phosphate buffered saline solution)が使用された。ショット瓶をオーブンの中で７０℃で保管し、そして溶液ｐＨの測定を様々な時間間隔で行った。対照溶液のｐＨ変化も測定した。試験体を緩衝液から取り出し、そして脱イオン水で十分に洗浄し、そして窒素雰囲気下で４０℃で２４時間、次いで真空（０．１トル）下で４０℃で４８時間、乾燥した。乾燥重量を記録しそしてそれらの初期重量と比較して総重量損失を求めた。
酸化的分解：３個の多孔質の円柱状試験体（６Ｄ×１２Ｈｍｍ）（ｎ＝３）を、孔あきテフロン（登録商標）かごの中に入れ、そしてショット瓶の中の、０．１モルのＣｏＣｌ２を含有する４００ｍＬの過酸化水素溶液（３０％ｗ／ｖ）（ｐＨ３．６９）の中に浸けた。ショット瓶を７０℃のオーブンの中に置き、様々な時間間隔でｐＨを測定した。７日後に過酸化水素溶液を新しい溶液と交換した。対照溶液（試験体なし）のｐＨ変化も測定した。試験体を過酸化水素溶液から取り出し、そして脱イオン水で十分に洗浄し、そして窒素雰囲気下で４０℃で２４時間、次いで真空（０．１トル）下で４０℃で４８時間、乾燥した。乾燥重量を記録しそしてそれらの初期重量と比較して総重量損失を求めた。
ＰＢＳ緩衝液／ｐＨ７．４／７０℃（１月間）および酸化的環境ＣｏＣｌ２／Ｈ２Ｏ２／ｐＨ３．６９／７０℃（１５日間）
材料：ＭＬＤＩとＤ−グルコースのプレポリマーは実施例３に従って製造した。ポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、ＰＣＬＴ−３００、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥し、そして塩化ナトリウム（＋８０メッシュ）（アルドリッチ）は入荷したまま(as received)使用した。
実施例３で製造された脱ガスされたプレポリマー（１．８５ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーに、脱ガスかつ乾燥されたポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、０．７４ｇ）を加え、その後で１．７７ｇの、メッシュサイズ約８０のＮａＣｌを加えた。この混合物を手動で数秒間攪拌してから、２−エチルヘキサン酸第一錫触媒（０．００２６、０．１％）を加え、そして数分間攪拌した。このプレポリマー混合物は粘稠液体のままであったので、それを２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そしてテフロン（登録商標）金型の中の円柱状（６Ｄ×１２Ｈｍｍサイズ）キャビティ（複数）の各々に０．２９ｇずつ分配し、そして３８℃で一晩硬化した。それから、この硬化ポリマーを非常に過剰の脱イオン水の中に入れた。ＳＥＭ顕微鏡写真は２００〜３００ミクロンの多孔性を示した。
材料：ＭＬＤＩとＤ−グルコースのプレポリマーは実施例３に従って製造した。ポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、ＰＣＬＴ−３００、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥し、そしてＬ−リシン（アルドリッチ）は入荷したままで使用した。
実施例３で製造された脱ガスされたプレポリマー（１．６ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーに、脱ガスかつ乾燥されたポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、０．５１ｇ）を加え、その後でＬ−リシン（０．０４７ｇ）と水（０．００６ｇ）を加えた。この混合物を数秒間攪拌してから、２−エチルヘキサン酸第一錫触媒（０．００２、０．１％）を加え、そして更に５分間攪拌した。このプレポリマー混合物は粘稠液体のままであったので、それを２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そしてテフロン（登録商標）金型の中の円柱状（６Ｄ×１２Ｈｍｍサイズ）キャビティ（複数）の各々に０．２９ｇずつ分配し、そして３８℃で一晩硬化して多孔質の円柱状試験体を生じた。この硬化ポリマーサンプルはインストロン（モデル５５６８）を使用してＡＳＴＭ法Ｆ４５１−９５に従って圧縮強さおよび圧縮弾性率について試験された。
平均の圧縮強さおよび圧縮弾性率はそれぞれ２６．５±５ＭＰａおよび７０７±９１ＭＰａであった。
材料：ＭＬＤＩとＤ−グルコースのプレポリマーは実施例９に従って製造した。ポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、ＰＣＬＴ−３００、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥した。
実施例３で製造された脱ガスされたプレポリマー（１．３８ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーに、脱ガスかつ乾燥されたポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、０．５０ｇ）を、その後で水（０．００５ｇ）を、加えた。この混合物を５分間攪拌した。このプレポリマー混合物は粘稠液体のままであったので、それを２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そしてテフロン（登録商標）金型の中の円柱状（６Ｄ×１２Ｈｍｍサイズ）キャビティ（複数）の各々に０．２９ｇずつ分配し、そして３８℃で７２時間硬化して多孔質の円柱状試験体を生じた。この硬化ポリマーサンプルはインストロン（モデル５５６８）を使用してＡＳＴＭ法Ｆ４５１−９５に従って圧縮強さおよび圧縮弾性率について試験された。
平均の圧縮強さおよび圧縮弾性率はそれぞれ３０±４ＭＰａおよび５２１±１９９ＭＰａであった。
材料：ＭＬＤＩとペンタエリスリトールテトラキス（３−メルカプトプロピオネート）（ＰＥＴＰＭ）のプレポリマーは実施例１０に従って製造した。ポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、ＰＣＬＴ−３００、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥した。
実施例１０で製造された脱ガスされたプレポリマー（１．８１ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーに、脱ガスかつ乾燥されたポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、０．４８ｇ）を、その後で水（０．００４８ｇ）を、加えた。この混合物を手動で数秒間攪拌してから、２−エチルヘキサン酸第一錫触媒（０．００２３、０．１％）を加え、そして５分間攪拌した。このプレポリマー混合物は粘稠液体のままであってので、それを２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そしてテフロン（登録商標）金型の中の円柱状（６Ｄ×１２Ｈｍｍサイズ）キャビティ（複数）の各々に０．２９ｇずつ分配し、そして３８℃で一晩硬化して多孔質の円柱状試験体を生じた。この硬化ポリマーサンプルはインストロン（モデル５５６８）を使用してＡＳＴＭ法Ｆ４５１−９５に従って圧縮強さおよび圧縮弾性率について試験された。
平均の圧縮強さおよび圧縮弾性率はそれぞれ２０．２±３ＭＰａおよび５０７±１５６ＭＰａであった。
この実施例は、本発明の注入可能な生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素組成物と共にヒト間葉（骨髄）幹細胞(human mesenchymal (bone marrow) stem cells)を組み入れそして細胞生存率(cell viability)を危うくすることなく硬化して固体の多孔性足場を形成することが可能である、ということを例証する。加えて、これらプラグ(plug)の細胞培養は幹細胞が新しい組織基質(tissue matrix)を形成することができそして適切な培地をもってすると骨芽細胞様細胞に分化することができるということを示している。
この実験に使用された注入可能なポリマーシステムは、実施例１に従って製造されたプレポリマーと、実施例１１に記載したように乾燥されたポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００）とを基材としていた。
中空繊維には、細胞（５００μＬ中の２×１０６細胞を充填した２つのカートリッジ）を接種する前２時間の間に室温でフィブロネクチン（１０μｇ／ｍＬ）を予め塗布した。繊維を含有するカートリッジをそれから、培地（Ｍ１９９）＋１０％ＦＣＳを含有する１０ｃｍの深皿の中に入れた。一週間の間に培地を週２回交換した。カートリッジがばらばらにされ、そして繊維が約１ｍｍセグメントに切断された。これら細胞接種された中空繊維チューブを二等分し、そして実施例１１に記載したポリマー組成物と混合し、それから、ゴムチューブの中に注入し、そして４時間硬化するにまかせた。チューブから、細胞／中空繊維を含有するポリマープラグを取り出し、半分に切断し、そして２４ウェルの組織培養プレートの中に置いた。プラグの半分の片方は標準培地Ｍ１９９＋１０％ＦＣＳの中に維持され、そしてもう片方は、骨芽細胞分化を促進するためにβ−グリセロールホスフェート（１．５μｇ／ｍＬ）とデキサメタゾン(dexamethasone)（４０ｎｇ／ｍＬ）とアスコルベート(ascorbate)（２０μｇ／ｍＬ）を含有する分化用培地をさらに補充された。培養は２〜３日毎に培地を交換しながら６週間まで維持された。６週で、ポリマープラグを収穫し、そしてサンプルを加工して標準のヘマトキシリン・アンド・エオシン(haematoxylin & eosin)、ライトグリーン(light green)、シッフの試薬(Schiff's reagent)で染色したばかりでなく、骨無機化(bone mineralization)の検出のためにホン・コッサ(von Kossa)試薬でも染色した。
これら実験は培養後に繊維／ポリマー複合体の中に骨の分化した幹細胞（骨芽細胞様）と未分化の幹細胞が存在することを明らかにした。分化した細胞は褐色／黒色のホン・コッサ染色による証拠の通り骨無機物の存在を示した。これら結果は細胞がポリマー硬化過程を生き延びて分化することができて骨無機物を生産するという証拠を提供している。
この実施例は、本発明の注入可能な生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素組成物と共にヒトの軟骨細胞を組み入れそして細胞生存率を危うくすることなく硬化して固体の多孔性足場を形成することが可能である、ということを例証する。加えて、これらプラグの細胞培養は軟骨細胞が新しい組織基質を形成することを示している。
この実験に使用された注入可能な生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素組成物は実施例３に従って製造されたプレポリマーとポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００）とを基材としていた。
ヒト軟骨細胞は新鮮な軟骨組織からＰＣＴ ＷＯ０２／０６２３５７Ａ１の実施例１に従って単離された。新鮮な軟骨組織はＤＭＥＭ／１０％ＦＢＳまたは自己血清（ペニシリンおよびストレプトマイシンを１００μｇ／ｍＬ含有している）の中で収集される。秤量後、組織を、３〜４ｍＬのＤＭＥＭを含有する無菌ペトリ皿の中に入れ、そして鋭い無菌小刀を使用して１ｍｍ３の片に切断する。それから、それをＰＢＳ中の１０％ｗ／ｖのトリプシンによって３７℃で１時間消化させる。組織１ｇ当り約２ｍＬの１０％ｗ／ｖのトリプシンが使用される。残留組織片を遠心分離（１０００ｒｐｍ、５分間）によって収集し、そしてＰＢＳで、次いで水（組織１ｇ当り約５〜１０ｍＬを使用して）で洗浄する。それから、二次性消化工程を、組織１ｇ当り２ｍＬの細菌性コラゲナーゼとヒアルロニナーゼの混合物を使用して、３７℃で一晩行う。この消化用混合物は、２ｍｇのヒアルロニナーゼ（１５２０単位）と２００μＬのコラゲナーゼストック（３０００単位／ｍＬストックから採用、５０ｍＭのトリス(tris)と１０ｍＭのＣａＣｌ２のｐＨ７．０の緩衝液の中に−７０℃で貯蔵）を２ｍＬのＤＭＥＭに加えそして濾過滅菌することによって調製される。消化された組織を７μｍのナイロン製細胞ストレーナー(cell strainer)に通し、そして細胞を洗浄しそして遠心分離によって収集する。細胞の数および生存率は小さな既知アリコート上でのトリパン青カウント(trypan blue count)を使用して推定される。
ゼラチンビーズ(gelatin beads)はＰＣＴ ＷＯ０２／０６２３５７Ａ１の実施例７に従って製造された。ゼラチン微粒子は乳化法を使用して合成される。簡単に説明すると、まず、ゼラチンを５０ｍＭ酢酸の中に２０％（ｗ／ｖ）になるまで溶解する。２００ｍＬのオリーブ油を３７℃に温める。温オリーブ油を３００ｒｐｍで攪拌する。次いで、このオリーブ油に、３７℃に保たれた４０ｍＬのゼラチン溶液を、２０ゲージの針を通して適用する。この溶液は１０％ｗ／ｗの天然コラーゲンを含有しても調製される。その乳濁液を９０分間攪拌し続ける。次いで、乳濁液を、ゼラチン粒子を固化させるために４℃で３０分間攪拌することによって冷却する。この乳濁液に、ＰＢＳ中の０．２％トリトンＸ−１００の５００ｍＬを加え、そして室温で１０分間攪拌する。それから、この混合物を分離漏斗の中に入れ、そして１時間沈降させる。下方部分の液体を集め、そしてゼラチン微粒子が沈殿した後に、上方液体を注意深くデカンテーションし、そして粒子を２回水洗する。このゼラチン微粒子に、ＰＢＳ中の０．１％グルタルアルデヒドの５００ｍＬを加え、そして架橋のために１時間攪拌する。次いで、この架橋したゼラチンビーズを数回水洗し、そしてエタノールの中に浸漬する。エタノールをデカンテーションし、そしてゼラチン微粒子を真空下で乾燥する。細胞を接種する前に、ゼラチンをＰＢＳで一晩再水和し次いで軟骨細胞媒質で再水和する。ゼラチン微粒子の平均サイズは約１１０μｍである。
単離された軟骨細胞はＰＣＴ ＷＯ０２／０６２３５７Ａ１の実施例８に従ってゼラチンビーズの上に接種された。２５０〜５００ｃｍ２の表面積を与えるゼラチンビーズを３７℃における５０ｍＬの温かい培地（ＤＭＥＭ／１０％ＦＢＳまたは自己血清（１００μｇ／ｍＬのペニシリンおよびストレプトマイシンを含有））によって予め洗浄し、それから１２５ｍＬのスピナーボトル(spinner bottle)の中に入れる。ビーズまたは粒子に、１×１０５個の細胞（新たに単離された細胞又は先に濾過された細胞又は先に単離され凍結されていた細胞のどれか）を加える。それから、ボトルを３７℃のインキュベーター（５％ＣＯ２を有する）の中で、３時間は２５ｒｐｍで３０分毎に２分間の中断で、次いで次の３時間は４５ｒｐｍで３０分毎に２分間の中断で攪拌し、それからは連続で、まず１５分間４５ｒｐｍで、次いで１５分間５０ｒｐｍで、次いで１５分間５５ｒｐｍで、次いで６０ｒｐｍの最終速度まで攪拌する。それからはこの速度で細胞は元の接種物に依存して通常５〜８日で９０％密集が達成されるまで増殖される。
細胞収集のために、６ｍＬの温かい０．３％ｗ／ｖトリプシンを直接にビーズ上の洗浄済み細胞に加え、そして３７℃で２０分間インキュベートする。ゼラチンビーズは酵素によって消化されたので、強い機械的攪拌の必要なしに細胞を溶液の中に解放した。細胞を遠心分離によって１０００ｒｐｍで５分間収集した。上澄み液を除去し、そして細胞を５ｍＬの培地の中に穏やかに再分散させた。細胞を、トリパン青方式を使用して計数し、そして合成の送達用ポリマーとの混合物のために様々な細胞密度で、先に記載した通りの新鮮な０．０２５％架橋ゼラチンビーズの上に再接種させる。
実施例３に従って製造されたプレポリマー（１．００ｇ）とポリカプロラクトンジオール（ＭＷ３００）（０．４０２ｇ）を別々に１ｍＬシリンジの中に量り入れ、そしてガンマ線（２５ＫＧ）によって滅菌した。それらシリンジの中のそれらプレポリマーを無菌ポットの中に完全に移し、そして周囲温度で３分間混合した。この混合物をバイオハザード安全キャビネットの中で周囲温度で放置した。ポリマー混合物を、有意な硬化が起こったことを示すのに十分な粘度増加が始まるまで、ポットの中で様々な時間（１４〜８０分間）硬化するにまかせた。この実施例では、６３分で粘度増加を示した。ゼラチンビーズ上の収穫された細胞を、培地の量を最小にするために遠心分離してから、添加した。細胞／ビーズ（０．２５ｍＬ）とポリマーを、１５％の細胞／ビーズ−対−ポリマー混合物の比率を与えるように、１分間混合した。細胞／ビーズとポリマーの全体混合物を粘稠ドリップとして２４ウェルの組織培養容器の中に移した。硬化は固体プラグを形成するために更に２時間２５分の間続行された。培地（ＤＭＥＭ／１０％ＦＣＳ）を添加し、そしてプラグを培養し６日〜９週間の範囲の様々な時点で試験した。培地は２〜３日毎に交換し、そして組織プラグのサンプルは標準ヘマトキシリン・アンド・エオシン染色およびアルシャンブルー(alcian blue)染色のために収穫された。
これら実験は、増殖されそしてビーズ（ゼラチン）上に接種されたヒトの軟骨細胞はポリマー硬化過程を生き延びそして更には新しい基質を生産できる、ということを立証した。
材料：ペンタエリスリトール（アルドリッチ）は真空炉（０．１トル）の中で８０℃で一晩乾燥した。ＭＬＤＩおよび１，４−ジアザビシクロ[２．２．２]オクタン（ＤＡＢＣＯ８１５４、エア・プロダクツ・アンド・ケミカルズ社）は入荷したままで使用した。
予め乾燥されたペンタエリスリトール（５．０ｇ）を、磁気的攪拌機と窒素入口と乾燥用管を装備した乾燥した三口丸底フラスコの中に量り入れた。それから、メチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエート（２４．５７ｇ）を秤量しそして前記フラスコに加え、その後にＤＡＢＣＯ８１５４触媒（０．１重量％）を加えた。この反応混合物を窒素雰囲気下で攪拌し５０℃で４日間加熱した。この均質なポリマー混合物を次いで、真空（０．１トル）下で上記温度で脱ガスし、窒素雰囲気下でバイアルに移し、そして冷蔵庫に保管した。プレポリマーは実施例１に記載した方法を使用してＧＰＣおよびレオメーター（ＣＳＲ−１０）によって分析された。
プレポリマーの数平均分子量は１５７９であり、多分散度は１．６６であった。瞬間粘度は２３℃で１．０×１０５ｃＳｔであった。
この実施例は本発明に従って製造された多孔質ポリマーが生体適合性であることを例証する。生体適合性は多孔質ポリマー試験体をラットに２ヶ月間植え込むことによって評価された。
インプラント研究に使用された多孔質ポリマーはプレポリマーＡと成分Ｂを混合することによって製造され、その各組成物の詳細は表４に示されている。多孔質ポリマー円柱体。
全てのインプラントサンプル用には下記手順を使用して円柱状試験体（６Ｄ×１０Ｈｍｍ）が製造された。
脱ガスされたプレポリマーを、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｃｍ）の中に量り入れた。脱ガスかつ乾燥されたプレポリマーＢを秤量しそしてプレポリマーＡに加えた。この混合物を数秒間攪拌してから、２−エチルヘキサン酸第一錫触媒（混合物全体の０．２５％）を加え、そして２０分間攪拌した。この混合物にゼラチンビーズ（平均サイズ１００〜２００ミクロン、水中、プレポリマー混合物１．０ｇ当り０．１ｍＬ）を加えそして約１分間攪拌した。この粘稠ポリマーを次いで、２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そして多数取テフロン（登録商標）金型の各円柱状キャビティ（６ｍｍＤ×１０ｍｍＨ）の中に０．２９ｇずつ分配し、そして３８℃で一晩硬化して多孔質の円柱状ポリマー試験体を生じた。
植え込み手順および結果：予め成形されたポリマーの生体内生体適合性と生分解は雌ラットの中で標準方法を使用して行われた。手順は次の通りである：８週齢の雌のSprague Dawleyラットに、ケタミン(ketamine)／キシラジン(xylazine)混合物を使用して、麻酔をかけた。麻酔がかかったら、ラットの背中に皮下ポケット(subcutaneous pocket)をつくった。このポケットの中に、無菌の予め成形した６ｍｍＤ×１０ｍｍＨのポリマーを２個、一方をこの最初の切開の左に、そして他方を右に、挿入した。決まった場所に納まったら、傷を９ｍｍの創傷用クリップで閉じた。動物を最初の６時間は２時間毎に、そして最初の３日間は１２時間毎に監視した。強い監視は２週間毎に行い、それは体重を測定し、手術部位を目視監視し、そして分解を査定するためにデジタルカリパス(digital calliper)でポリマーを測定（長さと幅）することを含んでいた。
設定した時点で、ネンブタール(Nembutal)（ペントバルビタール・ナトリウム）を使用して動物を死亡させ、血清を集め、ポリマーを周辺組織と共に切り取った。ポリマーをホルマリンの中で固定(fix)し、そして組織学的分析(histological analysis)用に加工した。全ての主要器官は取り出す前に肉眼的病理学の徴候について査定した。取り出したら、これら器官を重量測定してから、ピースを組織学用に加工した。
生体内で２ヶ月後および４ヶ月後、全てのラットは疾病の徴候を示さず、全てが対照と同じような重量を取得しており、そして腫脹(swelling)またはポリマーの存在に対する悪い反応が存在しなかった。４ヵ月後では、ポリマーの周辺に小さな軟質カプセルが形成されていた。石灰化は認められなかった。２ヶ月および４ヶ月の時点でのヘマトキシリン・アンド・エオシン染色された区域の分析は正常にみえる真皮を示した。時たまの好中球(neutrophill)が注目されたが、ポリマーの若干の移動によって誘発された機械的せん断作用のせいで存在していた。２ヶ月で、いくつかのポリマーは皮膚組織に隣接したポリマー細孔の線維芽細胞浸潤(fibroblast infiltration)を有した。これは４ヶ月ではもっとはっきりしてきた。４ヶ月では、線維芽細胞浸潤は縁だけでなくポリマーの中へと更に進行していた。図１８は２ヶ月間植え込んだ後の良好な組織集成(tissue integration)を例証する組織画像を示している。
材料：ＭＬＤＩとＤ−グルコースのプレポリマーは実施例３に従って製造した。ポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥し、そして２−（２−アミノエチルアミノ）エタノール（アルドリッチ）は入荷したままで使用した。
実施例３で製造された脱ガスされたプレポリマー（１．３５ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に量り入れた。脱ガスかつ乾燥されたポリカプロラクトントリオール（０．４３８ｇ）と、水（０．００５ｇ）を加えた。この混合物を数分間攪拌してから、２−（２−アミノエチルアミノ）エタノール（０．０１４ｇ）を加え、そして更に１分間攪拌した。このプレポリマー混合物は粘稠液体のままであったので、それを２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そしてテフロン（登録商標）金型の中の円柱状（６ｍｍＤ×１２ｍｍＨ）キャビティ（複数）の各々に０．２９ｇずつ分配し、そして３８℃で一晩硬化して多孔質の円柱状試験体を生じた。この硬化ポリマーサンプルはインストロン（モデル５５６８）を使用してＡＳＴＭ法Ｆ４５１−９５に従って試験された。
平均の圧縮強さおよび圧縮弾性率はそれぞれ１８．４±４ＭＰａおよび６９１±１０４ＭＰａであった。
材料：ＭＬＤＩとＤ−グルコースのプレポリマーは実施例３に従って製造した。４アームのアミン末端ＰＡＭＡＭデンドリマー（ジェネレーション(generation)０）はメチルアルコール中の２０重量％溶液としてアルドリッチから購入した。ＰＢＳ緩衝液中のＰＡＭＡＭは、メタノールを蒸発させそして０．０１０４モルＰＢＳ緩衝液の中のデンドリマー２０ｍｇ／ｍＬをつくるように溶解させることによって製造した。
実施例３で製造された脱ガスされたプレポリマー（１．２９ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーに、緩衝液中のＰＡＭＡＭデンドリマーの溶液（ＭＷ５１６．６８、０．５ｇ）を加えた。この混合物を数秒間攪拌してから、２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そしてテフロン（登録商標）金型の中の円柱状（６Ｄ×１２Ｈｍｍサイズ）キャビティ（複数）の各々に０．２９ｇずつ分配し、そして３８℃で一晩硬化して固体の多孔質の円柱状試験体を生じた。
材料：ＭＬＤＩおよびチタン（ＩＶ）ブトキシドは受理したままで使用し、ペンタエリスリトール（アルドリッチ）は実施例１に記載したように乾燥した。
予め乾燥されたペンタエリスリトール（２．０ｇ）を、磁気的攪拌機と窒素入口と乾燥用管を装備した乾燥した三口丸底フラスコの中に量り入れた。メチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエート（ＭＬＤＩ）（１２．４６ｇ）を秤量しそして前記フラスコに加え、その後にチタン（ＩＶ）ブトキシド（０．０１４ｇ）を加えた。この反応混合物を窒素雰囲気下で攪拌し５０℃で２４時間加熱した。この均質なポリマー混合物を次いで、真空（０．１トル）下で脱ガスし、そして窒素雰囲気下でバイアルに移し、そして冷蔵庫に保管した。
プレポリマーの数平均分子量は１３６６であり、多分散度は１．８５であった。瞬間粘度は２３℃で８．０×１０４ｃＳｔであった。
製造された脱ガスされたプレポリマー（１．６２ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーに、脱ガスかつ乾燥されたポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、０．５９５ｇ）を、その後で水（０．００５ｇ）を、加えた。この混合物を数秒間攪拌してから、触媒チタン（ＩＶ）ブトキシド（０．００２、０．１％）を加え、そして攪拌した。このプレポリマー混合物は粘稠液体のままであったので、それを２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そしてテフロン（登録商標）金型の中の円柱状（６ｍｍＤ×１２ｍｍＨ）キャビティ（複数）の各々に０．２９ｇずつ分配し、そして３８℃で一晩硬化して多孔質の円柱状試験体を生じた。この硬化ポリマーサンプルはインストロン（モデル５５６８）を使用してＡＳＴＭ法Ｆ４５１−９５に従って試験したときに、圧縮強さおよび圧縮弾性率それぞれ２１．３±２．９ＭＰａおよび６７８±５７ＭＰａを示した。
材料：線状ポリカプロラクトンジオール（ＭＷ４００、アルドリッチ）は真空炉（０．１トル）の中で８０℃で３時間乾燥し、そして２−エチルヘキサン酸第一錫は受理したままで使用した。
予め乾燥されたポリカプロラクトンジオールＭＷ４００（５．０ｇ）を、磁気的攪拌機と窒素入口と乾燥用管を装備した乾燥した三口丸底フラスコの中に量り入れた。それから、そのフラスコにメチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエート（ＭＬＤＩ）（５．３ｇ）を加え、その後に０．１重量％の２−エチルヘキサン酸第一錫触媒を加えた。この反応混合物を窒素雰囲気下で攪拌し５０℃で４時間加熱した。この均質なポリマー混合物を真空（０．１トル）下で脱ガスし、そして冷蔵庫に保管した。プレポリマーはＧＰＣによって分析され、そして数平均分子量１９７０および多分散度１．５３を示した。
材料：Ｌ−リシン（アルドリッチ）、ＭＬＤＩおよび２−エチルヘキサン酸第一錫は入荷したままで使用した。
Ｌ−リシン（２．０３ｇ）を、磁気的攪拌機と窒素入口と乾燥用管を装備した乾燥した三口丸底フラスコの中に量り入れた。そのフラスコにメチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエート（ＭＬＤＩ）（８．８５ｇ）を加え、その後に０．１重量％の２−エチルヘキサン酸第一錫触媒を加えた。この反応混合物を窒素雰囲気下で攪拌し５０℃で１１２時間加熱した。この均質なポリマー混合物を真空（０．１トル）下で上記温度で脱ガスし、そして冷蔵庫に保管した。プレポリマーはＧＰＣによって分析され、そして数平均分子量６２０および多分散度１．２５を示した。
材料：ＭＬＤＩとＤＧ−グルコースのプレポリマーは実施例３に従って製造した。ポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、ＰＣＬＴ−３００、アルドリッチ）は真空（０．１トル）下で９０℃で３時間加熱することによって乾燥した。ペプチドＪＡＭＲ．４９（Ａｃ−ＧＥＫＧＰＡＧＥＲＧＡＸＧＰＡＧＰＲＧＰＸＧＰＸＧＰＸＧＰＸＧＶ−ＯＨ（Ｘ＝Ｈｙｐ））は入荷したままで使用した。
実施例３で製造された脱ガスされたプレポリマー（１．５２ｇ）を、テフロン（登録商標）ブロックの中につくられたキャビティ（２０×２０×１０ｍｍ）の中に量り入れた。このプレポリマーに、脱ガスかつ乾燥されたポリカプロラクトントリオール（ＭＷ３００、０．５４３ｇ）を加え、その後でペプチド（０．２０５ｇ）と水（０．００５ｇ）を加えた。この混合物を手動で数分間攪拌してから、２−エチルヘキサン酸第一錫触媒（０．００２、０．１％）を加え、そして攪拌した。このプレポリマー混合物は粘稠液体のままであったので、それを２．５ｍＬのシリンジの中に吸い入れ、そしてテフロン（登録商標）金型の中の円柱状（６ｍｍＤ×１２ｍｍＨ）キャビティ（複数）の各々に０．２９ｇずつ分配し、そして３８℃で一晩硬化して多孔質の円柱状試験体を生じた。この硬化ポリマーサンプルはインストロン（モデル５５６８）を使用してＡＳＴＭ法Ｆ４５１−９５に従って試験され、そして１４．２±６．９ＭＰａの圧縮強さおよび５１７±１９５ＭＰａの圧縮弾性率を示した。
本発明は、上に記述された通りのコア分子、イソシアネートまたは官能性オリゴマーと分解性アームに限定されるものではない、ということが理解されるであろう。むしろ、本発明の限定は、高分子の、場合によっては生きている、足場として成形するように、官能性オリゴマーによって生体内で又は生体外で低発熱で硬化する好ましくは注入可能な流動性のプレポリマー組成物を引き渡すための機能的要求によって判断されるであろう。しかしながら、注入可能な生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素組成物は特に、骨や軟骨に適用するのに有効であるための次のような要件を満たしていなければならない。理想的には、プレポリマーは何ら化学的変化を引き起こすことなく滅菌可能な液体／ペースト形態にあるべきであり、そして生物学的基質成分を組み入れる能力を有しているべきである。注入されたら、プレポリマー混合物は生物学的表面に結合するべきであり、そして硬化して用途に合う適切な機械的性質をもった固体のそして好ましくは多孔性の足場になる。硬化は最小の発熱をもってなされるべきであり、そして硬化中に伴われる化学反応は細胞または隣接組織を損傷すべきでない。硬化ポリマーは細胞の内方成長、増殖および遊走(migration)を促進する一方で、理想的には、身体に吸収されるか又は身体から放出される生体適合性の成分に分解されるべきである。
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Woodhouse KM, Skarja GA United States Patent 6221997 B1
本発明による硬化ポリマー足場の圧縮強さに対する、水、ラクトースおよびトリエチレングリコールの影響を示す。 本発明による多孔質ポリマー足場のＳＥＭ写真を示す。 本発明の硬化ポリマー足場の平均多孔度に対する、各種の、分解性の官能性オリゴマーの影響を示す。 本発明の硬化足場の中の細孔のサイズおよび分布に対する、高分子量の分解性ポリマーを組み込むことの影響を示す。 本発明の硬化足場の中の細孔のサイズおよび分布に対する、充填剤を組み込むことの影響を示す。 本発明の硬化ポリマー足場の機械的性質に対する、充填剤を組み込むことの効果を示す。 中空繊維を組み込んだ本発明による硬化ポリマー足場の多孔性を示す。 本発明による様々なポリマー足場について加水分解的分解の効果を示す。 ホスホコリン変性ポリカプロラクトントリオールを基材としたポリマー足場について加水分解的分解の効果を示す。 本発明の硬化ポリマー足場の一範囲について酸化的分解の効果を示す。 実施例１１に従って製造された硬化ポリマー足場のＳＥＭ写真を示す。 実施例１５による２３℃においての硬化時間によるポリマー粘度の変化を示す。 実施例１６によるポリマーの硬化／ゲル化の間の温度上昇を示す。 実施例３１による、ポリマー足場内の中空繊維内の生存幹細胞のクラスター（赤紫色）と新しい基質（桃色）を示す、６週培養のヘマトキシリン・アンド・エオシン染色を示す。 実施例３１による、骨芽細胞分化を促進するための分化用培地を補充されたポリマー足場内の中空繊維内で増殖されたヒト間葉系幹細胞の６週培養を示す。サンプルは骨無機化を示すホン・コッサ染色されている（褐色／黒色染色）。 実施例３２による、ポリマー足場内の再吸収されたゼラチンビーズ内の生存軟骨細胞のクラスターを示す４週培養のヘマトキシリン・アンド・エオシン染色を示す。 実施例３２による、ポリマー足場内のゼラチンビーズのまわりの生存軟骨細胞のクラスターを示す９週培養のアルシャンブルー染色を示す。桃色染色は細胞を表示し、細胞のまわりの青色は新しいグリコサミノグリカン合成を表示する。 実施例３４による、ラットでの、（ａ）ポリマー・インプラント・サンプル＃１、（ｂ）ポリマー・インプラント・サンプル＃２の、植え込み２ヶ月後のポリマー構造内への細胞集成(cellular integration)を示す顕微鏡写真を示す。

Claims (28)

  1. イソシアネートと、前記イソシアネートと反応してウレタンまたは尿素基を生成する少なくとも２つのそして好ましくは３つ以上の官能基を有する低分子量多官能性コア分子との反応生成物を含む、星形、デンドリマーまたは超枝分れの流動性プレポリマー組成物。
  2. 前記低分子量多官能性コア分子が、ジオール、トリオール、および糖分子のようなポリオールからなる群から選ばれる、請求項１のプレポリマー組成物。
  3. 前記低分子量コア分子が４００以下の分子量を有する、請求項１または２のプレポリマー組成物。
  4. 前記イソシアネートが、場合によって置換されていてもよい、脂肪族、芳香族またはヒンダードイソシアネートである、請求項１〜３のいずれか一項のプレポリマー組成物。
  5. 前記イソシアネートが脂肪族でありそして分子形状において非対称である、請求項１〜４のいずれか一項のプレポリマー組成物。請求項１〜４のいずれか一項のプレポリマー組成物。
  6. 製造された時のプレポリマー組成物の粘度が室温で約１５，０００〜２００，０００ｃＳｔである、請求項１〜５のいずれか一項のプレポリマー組成物。
  7. さらに、細胞、前駆細胞、成長因子、その他の、細胞成長を支援する成分、燐酸カルシウム、ハイドロキシアパタイト、フィブリン、コラーゲンおよびトランスグルタミナーゼシステムを包含する接着剤、シロキサン界面活性剤を包含する界面活性剤、シリカ粒子、粉末シリカ、糖および塩化ナトリウムのタイプの塩を包含する多孔形成剤、高分子中空繊維、およびゼラチンビーズからなる群から選ばれた生物学的および無機質の成分を含む、請求項１〜６のいずれか一項のプレポリマー組成物。
  8. ペンタエリスリトールとメチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエートとの反応生成物を含む、請求項１〜７のいずれか一項のプレポリマー組成物。
  9. グルコースとメチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエートとの反応生成物を含む、請求項１〜７のいずれか一項のプレポリマー組成物。
  10. グルコースとエチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエートとの反応生成物を含む、請求項１〜７のいずれか一項のプレポリマー組成物。
  11. 請求項１〜７のいずれか一項のプレポリマーと、分解性アームをもつ、線状星形デンドリマーまたは超枝分れ軟質セグメント形成性の官能性オリゴマーとの反応生成物を含む、生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素ポリマー組成物。
  12. 前記の、分解性アームをもつ、線状星形デンドリマーまたは超枝分れ軟質セグメント形成性の官能性オリゴマーが、ラクチド、グリコリド、ラクチド／グリコリド、カプロラクトン、プロピレンフマレート、グリコール酸、ジオキサノン、酸無水物、ポリオルトエステルおよびホスホリルコリンからなる群から選ばれる、請求項１１の生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素ポリマー組成物。
  13. 前記の、分解性アームをもつ、線状星形デンドリマーまたは超枝分れ軟質セグメント形成性の官能性オリゴマーが両性イオン性である、請求項１１または１２の生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素ポリマー組成物。
  14. 水と、ポリカプロラクトントリオールと、ペンタエリスリトールとメチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエートとの反応生成物を含むプレポリマーとの反応生成物を含む、請求項１１または１２の生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素ポリマー組成物。
  15. 水と、ポリカプロラクトントリオールと、グルコースとメチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエートとの反応生成物を含むプレポリマーと、の反応生成物を含む、請求項１１または１２の生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素ポリマー組成物。
  16. 水と、ポリカプロラクトントリオールと、グルコースとエチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエートとの反応生成物を含むプレポリマーと、の反応生成物を含む、請求項１１または１２の生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素ポリマー組成物。
  17. ポリカプロラクトントリオールと、ジヒドロキシポリカプロラクトンホスホリルコリンと、ペンタエリスリトールとメチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエートの反応生成物を含むプレポリマーと、の反応生成物を含む、請求項１１または１２の生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素ポリマー組成物。
  18. ポリカプロラクトントリオールと、１，２−ジヒドロキシ−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロパンスルホネート両性イオンと、グルコースとメチル２，６−ジイソシアナトヘキサノエートの反応生成物を含むプレポリマーと、の反応生成物を含む、請求項１１または１２の生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素ポリマー組成物。
  19. 請求項１４〜１８のいずれか一項の硬化された生体適合性の生分解性ポリウレタン／尿素ポリマー組成物を含む、生分解性の生体適合性高分子足場。
  20. ０．０５〜８０ＭＰａの範囲の圧縮強さを有する、請求項１９の生分解性の生体適合性高分子足場。
  21. １５０〜３００ミクロンの範囲の細孔を有する、請求項１９または２０の生分解性の生体適合性高分子足場。
  22. さらに、細胞、前駆細胞、成長因子、細胞成長を支援するためのその他成分、燐酸カルシウム、ハイドロキシアパタイト、フィブリン、コラーゲンおよびトランスグルタミナーゼシステムを包含する接着剤、シロキサン界面活性剤を包含する界面活性剤、シリカ粒子、粉末シリカ、糖および塩化ナトリウムのタイプの塩を包含する多孔形成剤、高分子中空繊維、およびゼラチンビーズからなる群から選ばれた生物学的成分を含む、請求項１４〜２１のいずれか一項の生分解性の生体適合性高分子足場。
  23. 請求項１１〜１８のいずれか一項の生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素ポリマー組成物を製造する方法であって、
    適する条件下で、イソシアネートを、前記イソシアネートと反応してウレタンまたは尿素基を形成する少なくとも２つのそして好ましくは３つ以上の官能基を有するコア分子と反応させて、流動可能な粘度をもつプレポリマーを生成し；そして
    反応温度が９０℃を超えない、好ましくは６０℃を超えない、そしてより好ましくは４０℃を超えないような条件下で、前記プレポリマーを、分解性アームをもつ星形軟質セグメント形成性の官能性オリゴマーと、場合によっては適量の水および触媒をもって、反応させる
    ことを含む、前記方法。
  24. 官能性オリゴマーが前記プレポリマーの中に可溶性である、請求項２３の方法。
  25. さらに、前記プレポリマーを、ＰＬＧＡ、ＰＬＬＡおよびポリ（酸無水物）からなる群から選ばれた高分子量分解性ポリマーと反応させる工程を含む、請求項２３または２４の方法。
  26. 適する条件下で、イソシアネートを、前記イソシアネートと反応してウレタンまたは尿素基を形成する少なくとも２つのそして好ましくは３つ以上の官能基を有するコア分子と反応させて、流動可能な粘度をもつプレポリマーを生成し；そして
    反応温度が９０℃を超えない、好ましくは６０℃を超えない、そしてより好ましくは４０℃を超えないような条件下で、前記プレポリマーを、分解性アームをもつ星形軟質セグメント形成性の官能性オリゴマーと、場合によっては適量の水および触媒をもって、反応させる
    ことによって製造された生分解性の生体適合性ポリウレタン／尿素足場。
  27. 損傷した骨または軟骨の治療をかかる治療を必要とする患者に行う方法であって、前記患者に、請求項１１〜１８のいずれか一項の生体適合性の生分解性ポリウレタン／尿素組成物を投与することを含み、前記投与は前記ポリウレタン／尿素組成物の硬化形態から生体外で形成された足場のインプラントによって、又は生体内硬化で足場を形成するために未硬化形態での前記ポリマーの注入によって、行われる、前記方法。
  28. 請求項１１〜１８のいずれか一項の生体適合性の生分解性ポリウレタン／尿素組成物の、骨や軟骨の修復のような組織工学的用途における補助のための足場としての使用。
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