JP2008029710A - マイクロニードル型パッチ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】針の先端が真皮に到達することなく穿刺させることができ、そこからワクチン素材などの薬物を投与し得るマイクロニードル型パッチ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】シート状のパッチ部１の裏面に複数の微小突起状の針２が一体的に形成され、当該パッチ部１裏面を患者の皮膚に密着させつつ針２を皮膚に穿刺させ得るマイクロニードル型パッチにおいて、針２は、その基端から先端までの長さ寸法ｔが略５０〜１００μｍとされたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート状のパッチ部の裏面に複数の微小突起状の針が一体的に形成され、当該パッチ部裏面を患者の皮膚に接触させつつ針を皮膚に穿刺させ得るマイクロニードル型パッチ及びその製造方法に関するものである。

人の皮膚は、その表面から表皮、真皮及び皮下脂肪の３層に大きく分けられ、このうち表皮は、外界と接触する最外層としての角層、顆粒層、有棘層及び真皮と接触する基底層から構成されている。表皮は、掌や踵を除くと、その厚さが平均１００μｍ前後であり、１平方ミリあたり５００〜６００個のランゲルハンス細胞を有している。かかるランゲルハンス細胞は、皮膚に存在する或いは侵入した抗原を取り込んで活性化するとともに、所属リンパ節に移動し、Ｔ細胞を刺激して細胞障害性Ｔ細胞に分化させ、Ｔ細胞を介してＢ細胞を刺激することにより抗体を産出させる。この作用から、ランゲルハンス細胞は、生体を感染や癌等から防御するものとして知られている。

上記の如く感染や癌を防御するワクチンを表皮のランゲルハンス細胞に到達させるための手段として、注射針によるワクチン素材の投与が広く行われているが、かかる注射針による投与では、ワクチン素材が表皮を超えて真皮内に到達してしまい、ランゲルハンス細胞による取り込みが確実に行われないという不具合があった。また、注射針による投与は、患者にとって痛みが伴うとともに、出血や２次感染の危険性があり問題がある。

一方、ワクチン素材などの薬物を生体内に投与し得る針状構造体を備えたデバイスが従来より提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかるデバイス（マイクロニードル型パッチ）によれば、針部を有する針状構造体と生体との間に当該針部が貫通可能な薄膜フィルムを介在させ、針部を皮膚に穿刺させつつ薄膜フィルム内の薬物を投与することができる。この針部は、長さ寸法が２３０μｍとされ、支持部に５０本配列したシリコン製針状構造体とされている。
特開２００４−６５７７５号公報

しかしながら、上記従来のマイクロニードル型パッチにおいては、針部の長さが２３０μｍとされているため、患者の皮膚に穿刺させた場合、注射針と同様、先端が真皮に到達してしまい、そこからワクチン素材などの薬物を投与しても、ランゲルハンス細胞による取り込みが確実に行われないという不具合があった。また、針部が真皮に到達してしまうことから、患者にとって痛みが伴うとともに、出血や２次感染の危険性があるという問題もあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、針の先端が真皮に到達することなく穿刺させることができ、そこからワクチン素材などの薬物を投与し得るマイクロニードル型パッチ及びその製造方法を提供することにある。

請求項１記載の発明は、シート状のパッチ部の裏面に複数の微小突起状の針が一体的に形成され、当該パッチ部裏面を患者の皮膚に密着させつつ前記針を皮膚に穿刺させ得るマイクロニードル型パッチにおいて、前記針は、その基端から先端までの長さ寸法が略５０〜１００μｍとされたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のマイクロニードル型パッチにおいて、前記針の長さ寸法を異ならせ、前記パッチ部裏面からの当該針の高さを不均一としたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載のマイクロニードル型パッチにおいて、前記針は、生体内で分解され得る生分解性樹脂から成ることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３の何れか１つに記載のマイクロニードル型パッチにおいて、前記針は、基端側の直径が略１００μｍ以下の円錐形状とされたことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜請求項４の何れか１つに記載のマイクロニードル型パッチにおいて、前記針の表面には、微細な凹凸形状が付与されたことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１〜請求項５の何れか１つに記載のマイクロニードル型パッチにおいて、前記パッチ部は、可撓性部材から成り、その裏面全域が患者の皮膚の形状に倣って密着し得ることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、深さが略５０〜１００μｍとされた円錐形状の孔を複数有した型内に熱可塑性の特性を有した所定の樹脂材を溶融状態にて流し込み、当該樹脂材の冷却硬化後、離型することにより、シート状のパッチ部の裏面に、前記孔形状に倣った複数の微小突起状の針が一体的に形成されたマイクロニードル型パッチを得ることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項７記載のマイクロニードル型パッチの製造方法において、前記型は、切削加工等の機械加工にて高さ寸法が略５０〜１００μｍとされた円錐形状の微小突起状の針形状を複数並設させたマスターを形成し、電気めっきにより当該針形状を含むマスター上にＮｉ金属層を成長させることにより得られることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項８記載のマイクロニードル型パッチの製造方法において、前記マスターは、バイトによる旋盤加工により単一の前記針形状を有したブロックを形成し、当該ブロックを複数並設させて得られることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、パッチ部の裏面に形成された針が、その基端から先端までの長さ寸法が略５０〜１００μｍとされているので、その先端が真皮に到達することなく穿刺させることができ、そこからワクチン素材などの薬物を投与することができる。

請求項２の発明によれば、針の長さ寸法を異ならせ、パッチ部裏面からの当該針の高さを不均一としたので、パッチ部裏面を患者の皮膚に密着させつつ押圧した際、その押圧力を分散させて穿刺することにより、針が患者の皮膚にスムーズに入り込み、穿刺を良好に行わせることができる。

請求項３の発明によれば、針が生体内で分解され得る生分解性樹脂から成るので、例えば針を穿刺した際に折損して患者の体内に残存してしまった場合であっても、影響がなく安全であるとともに、マイクロニードル型パッチを廃棄しても容易に分解されるため、環境破壊等の不具合が防止される。

請求項４の発明によれば、針は基端側の直径が略１００μｍ以下の円錐形状とされているので、患者へ痛みが付与されるのを抑制するとともに、より良好な穿刺を可能とすることができる。

請求項５の発明によれば、前記針の表面には、微細な凹凸形状が付与されているので、当該針の表面に薬剤を塗布した際、凹凸形状に薬剤が保持され続け、その薬剤を良好に穿刺箇所から投与することができる。

請求項６の発明によれば、パッチ部が可撓性部材から成り、その裏面全域が患者の皮膚の形状に倣って密着し得るので、穿刺作業をより確実且つ良好に行わせることができる。

請求項７の発明によれば、深さが略５０〜１００μｍとされた円錐形状の孔を複数有した型内に熱可塑性の特性を有した所定の樹脂材を溶融状態にて流し込み、当該孔の形状を樹脂材に転写させることにより、容易且つ簡易にマイクロニードル型パッチを得ることができる。

請求項８の発明によれば、電気めっきにより針形状を含むマスター上にＮｉ金属層を成長させることにより型を得るので、針の長さ寸法等の変更を容易に行うことができるとともに、より安価にマイクロニードル型パッチを得ることができる。

請求項９の発明によれば、マスターは、バイトによる旋盤加工により単一の前記針形状を有したブロックを形成し、当該ブロックを複数並設させて得られるので、より安価にマイクロニードル型パッチを得ることができるとともに、バイトによる切削跡によりマスター表面に凹凸形状が付与されることから、針の表面に微細な凹凸形状が付与されたマイクロニードル型パッチを容易に得ることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係るマイクロニードル型パッチは、微小突起状の針を患者の皮膚に穿刺し、そこから薬剤（癌ペプチド等）を投与することにより、ランゲルハンス細胞を活性化させ、生体を感染や癌等から防御するための抗体や細胞傷害性Ｔ細胞を産出させるもので、図１に示すように、シート状のパッチ部１と、該パッチ部１と一体成形されて当該パッチ部１の裏面に複数形成された微小突起状の針２とから主に構成されている。

本マイクロニードル型パッチは、生体内で分解され得る生分解性樹脂を成形してパッチ部１と針２とを一体として得られたもので、適用可能な生分解性樹脂として、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、脂肪族共重合ポリエステル、ポリヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）等が挙げられる。これにより、例えば針２を穿刺した際に折損して患者の体内に残存してしまった場合であっても、当該針２が生分解性樹脂から成ることから、生体に影響がなく安全であるとともに、マイクロニードル型パッチを廃棄しても容易に分解されるため、環境破壊等の不具合が防止される。

尚、上記生分解性樹脂に代えて、熱可塑性の特性を有した他の樹脂材としてもよく、例えばポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネイト、ポリエチレン、ポリメチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ポリビニルアルコール、テフロン（登録商標）、ポリスルフォン等の高分子プラスチック、或いはチタン、チタン合金、ステンレス鋼、シリコン等の樹脂材以外の金属等としてもよい。

また、パッチ部１は、上記生分解性樹脂を薄膜状に形成して成ることにより、可撓性部材とされており、その裏面（針２が形成された面）全域が患者の皮膚の形状に倣って密着し得るよう構成されている。これにより、針２を患者に穿刺すべくパッチ部１を患者の皮膚に押圧させれば、その部位に倣って撓むことから良好に密着し、穿刺作業をより確実且つ良好に行わせることができる。

針２は、基端（パッチ部１側の端部）側の直径が略１００μｍ以下の円錐形状とされており、当該針２を皮膚に穿刺した際の患者へ痛みが付与されるのを抑制するとともに、より良好な穿刺を可能とすることができる。尚、患者の皮膚への穿刺が良好に行えれば、針２を他の形状（四角錐や円筒状等）としてもよい。

また、針２の表面には、図２に示すように、微細な凹凸形状（本実施形態においては、螺旋形状）が付与されており、当該針２の表面に薬剤を塗布した際、凹凸形状（螺旋形状）に薬剤が保持され続け、その薬剤を良好に穿刺箇所から投与することができる。針２表面の凹凸形状は、螺旋形状に限定されず、任意部位に凹部又は溝が複数形成されたもの、或いは先端から基端に沿ったスジ状の縦縞で、円錐表面の円周方向に波形の凹凸の溝を形成させたもの等としてもよい。

ここで、本実施形態に係る針２は、その基端から先端までの長さ寸法ｔが略５０〜１００μｍとされている。これにより、図３で示すように、皮膚の表面にパッチ部１の裏面を密着させれば、針２が体内に穿刺されるとともに、その先端が真皮まで到達せず、そこから薬物を投与することができる。また、マイクロニードル型パッチを密着させる前に、予め角層を剥離させて取り除いておけば、針２の穿刺をより良好且つ確実に行わせることができる。

更に、それぞれの針２は、その長さ寸法が異なっており、パッチ部１裏面からの当該針２の高さが不均一とされている。但し、各針２の長さ寸法は、略５０〜１００μｍの範囲内で異ならせている。例えば、長さ寸法が大きい針と小さい針とを交互に形成させたり、或いは等間隔又は不規則に混合して形成してもよい。このように、針２の長さ寸法を異ならせて高さを不均一とすることにより、パッチ部１裏面を患者の皮膚に密着させつつ押圧した際、その押圧力を分散させて穿刺することにより、針２が患者の皮膚にスムーズに入り込み、穿刺を良好に行わせることができる。

次に、上記の如きマイクロニードル型パッチの製造方法について説明する。
まず、金属製円柱状部材（丸棒）を旋盤加工機にセットし、その端面をバイトにより切削加工することにより、図４に示すように、端面の略中央に、高さ寸法ｔが略５０〜１００μｍである単一の微小突起状（針形状３ａ）が形成された円柱状のブロック３を得る。かかる針形状３ａは、旋盤加工機のバイトで切削加工して形成されるため、当該バイトによる切削跡（送りマーク）が螺旋状に形成されている。

上記の如きブロック３であって針形状３ａの高さ寸法が異なるものを複数用意するとともに、図５に示すように、それらブロック３を構造体４の孔４ａに挿通させる。孔４ａは、ブロック３の外径と略等しい内径を有しており、各孔４ａの開口から針形状３ａを臨ませている。これにより、針形状３ａを複数並設させることができ、針形状３ａを臨ませた構造体４から成るマスターを得ることができる。

然るに、図６で示すように、電気めっきにより針形状３ａを含むマスター上にＮｉ金属層を成長させ、当該Ｎｉ金属層をマスターから取り除けば、図７に示すような針形状３ａとは逆形状の孔５ａを複数有した型５を得ることができる（電鋳法による型の製造）。かかる型５の孔５ａは、針形状３ａの表面形状が転写して形成されたものであるため、当該針形状３ａと同様、深さ（高さ）寸法ｔが略５０〜１００μｍとされつつ、当該寸法ｔを異ならせて不均一なものとされている。

その後、図８に示すように、型５と別の型６とを対向して配置させ、内部にキャビティＣを形成するとともに、そのキャビティＣ内に熱可塑性の特性を有した樹脂材（本実施形態においては生分解性樹脂）を溶融状態にて流し込み、当該樹脂材の冷却効果後、離型すれば、図１で示すようなパッチ部１及び針２を有したマイクロニードル型パッチを得ることができる。勿論、針２は、孔５の形状が転写して倣った形状とされるため、その長さ寸法ｔが略５０〜１００μｍとされる。

本実施形態によれば、深さが略５０〜１００μｍとされた円錐形状の孔５ａを複数有した型５（キャビティＣ）内に熱可塑性の特性を有した所定の樹脂材を所定の圧力を付与しつつ溶融状態にて流し込み、当該孔５ａの形状を樹脂材に転写させることにより、容易且つ簡易にマイクロニードル型パッチを得ることができる（射出成形法による成形）。しかして、孔５ａには、マスターの針形状３ａ表面における螺旋状の切削跡が転写されており、かかる切削跡が針２に転写されるため、当該針２の表面には螺旋状の凹凸形状が付与されているとともに、長さ寸法を異ならせた不均一な高さの針２とされている。

また、電気めっき（電鋳法）により針形状を含むマスター上にＮｉ金属層を成長させることにより型（電鋳型）を得るので、針２の長さ寸法等の変更を容易に行うことができるとともに、より安価にマイクロニードル型パッチを得ることができる。即ち、例えば端面に任意高さ寸法の針形状３ａが形成されたブロック３を種々用意しておき、構造体４の孔４ａ内に挿通するブロック３を任意選択して変更すれば、針２の長さ寸法が所望のものに容易に変更することができるのである。

更に、マスターは、バイトによる旋盤加工により単一の針形状３ａを有したブロック３を形成し、当該ブロック３を構造体４に複数並設させて得られるので、より安価にマイクロニードル型パッチを得ることができるとともに、バイトによる切削跡によりマスター表面に凹凸形状（螺旋形状）が付与されることから、針２の表面に微細な凹凸形状が付与されたマイクロニードル型パッチを容易に得ることができる。尚、ブロック３及び構造体４を非鉄系ステンレス等とすれば、マスターを錆難くすることができる。

ところで、上記の如き電鋳法による型の製造に代えて、以下の方法とすることができる。上記マスターを利用し、金属粉末射出成形にて例えばチタン合金焼結体から成る型を得ることができる。かかる型によれば、チタンが樹脂との剥離性が良好なことから、マイクロニードル型パッチの成形時において剥離剤等を不要とすることができる。また、金属粉末射出成形の過程で生じる微細気孔により、型表面に凹凸形状が形成されることとなり、マイクロニードル型パッチの成形時、その凹凸形状が針の表面に転写される。

また、チタン合金材料をレーザ（フェムト秒レーザ）加工することにより、型を製造するようにしてもよい。具体的には、チタン合金材の表面にレーザを照射して、深さが略５０〜１００μｍとされた円錐形状の孔を複数形成することにより型を得るようにする。この場合、レーザ加工跡（孔周縁から頂部まで略直線状に延びる複数のスジ状縦縞で、円錐孔表面の円周方向に波形状の凹凸の溝形状）が孔内に形成されることとなるため、マイクロニードル型パッチの成形時、そのスジ状跡が針の表面に転写されて凹凸形状が付与されることとなる。

一方、上記の如き型を用いて本マイクロニードル型パッチを成形するには、射出成形法に代えて、例えばナノインプリント（ホットプレス）の如き半溶融樹脂を型のキャビティに押し当てて成形する方法、或いはコーター（遠心力を用いて型のキャビティ内に溶融樹脂を流し込む手段）を用いた成形方法としてもよい。

上記の如き製造方法にて得られたマイクロニードル型パッチによれば、針２の表面に薬剤を塗布した後、パッチ部１の裏面を患者の皮膚（例えば、腕の皮膚や胸、背中、腹などの皮膚）に密着させることにより、針２が皮膚を穿刺して、当該針２に塗布された薬剤が体内に投与されることとなる。また、針２の表面に薬剤を塗布せず、パッチ部１の裏面を皮膚に密着させて針２を穿刺させた後、マイクロニードル型パッチを皮膚から取り除き、穿刺跡から薬剤を投与させるようにしてもよい。

何れの場合であっても、本実施形態の如きマイクロニードル型パッチによれば、穿刺時、針２の先端が患者の真皮に到達してしまうのを回避できるので、患者にとって痛みが伴わず、出血や２次感染の危険性を回避しつつ薬剤を投与することができる。また、ワクチン素材を薬剤として投与すれば、ランゲルハンス細胞による取り込みが確実に行われることとなり、生体を感染や癌等から防御するための抗体や細胞傷害性Ｔ細胞を産出させることができる。

以上、本実施形態に係るマイクロニードル型パッチついて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特に、針で穿刺した後、その穿刺跡から薬剤を投与するものにおいては、当該針の表面に凹凸形状（螺旋形状等）が付与されていなくてもよい。また、針を樹脂材等で成形する際に塩等の異物（ニガリの主成分である塩化マグネシウム等）を含有させておき、成形後に当該異物を除去（塩の場合は温水等で溶解）することにより、針の表面に凹凸形状を付与するようにしてもよい。

更に、マイクロニードル型パッチの製造方法は、本実施形態のものに限定されず、板状部材（金属板等）の表面に直接機械加工やレーザ加工を施し、本実施形態の如き針を有したマイクロニードル型パッチを形成するようにしてもよい。また、パッチ部１の裏面に粘着剤を塗布しておき、当該粘着剤で皮膚に粘着させることにより、長時間に亘ってマイクロニードル型パッチを密着させておくことができる。

基端から先端までの長さ寸法が略５０〜１００μｍの針を有したマイクロニードル型パッチ及びその製造方法であれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付加されたもの等にも適用することができる。

本発明の実施形態に係るマイクロニードル型パッチを示す概要図 同マイクロニードル型パッチにおける針の拡大図 同マイクロニードル型パッチを患者の皮膚に密着させて針を穿刺した状態を示す模式図 同マイクロニードル型パッチを製造するためのマスターを構成するブロックを示す模式図 同マイクロニードル型パッチを製造するためのマスターを示す模式図 同マイクロニードル型パッチを製造するためのマスター及び該マスターで得られる型を示す模式図 同マイクロニードル型パッチを製造するための型を示す模式図 同マイクロニードル型パッチを製造するための型及び該型で得られるマイクロニードル型パッチを示す模式図

符号の説明

１ パッチ部
２ 針
３ ブロック
３ａ 針形状（マスター）
４ 構造体（マスター）
５ 型
５ａ 孔
６ 別の型
Ｃ キャビティ

Claims (9)

1. シート状のパッチ部の裏面に複数の微小突起状の針が一体的に形成され、当該パッチ部裏面を患者の皮膚に密着させつつ前記針を皮膚に穿刺させ得るマイクロニードル型パッチにおいて、
   前記針は、その基端から先端までの長さ寸法が略５０〜１００μｍとされたことを特徴とするマイクロニードル型パッチ。
2. 前記針の長さ寸法を異ならせ、前記パッチ部裏面からの当該針の高さを不均一としたことを特徴とする請求項１記載のマイクロニードル型パッチ。
3. 前記針は、生体内で分解され得る生分解性樹脂から成ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のマイクロニードル型パッチ。
4. 前記針は、基端側の直径が略１００μｍ以下の円錐形状とされたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記載のマイクロニードル型パッチ。
5. 前記針の表面には、微細な凹凸形状が付与されたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１つに記載のマイクロニードル型パッチ。
6. 前記パッチ部は、可撓性部材から成り、その裏面全域が患者の皮膚の形状に倣って密着し得ることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１つに記載のマイクロニードル型パッチ。
7. 深さが略５０〜１００μｍとされた円錐形状の孔を複数有した型内に熱可塑性の特性を有した所定の樹脂材を溶融状態にて流し込み、当該樹脂材の冷却硬化後、離型することにより、シート状のパッチ部の裏面に、前記孔形状に倣った複数の微小突起状の針が一体的に形成されたマイクロニードル型パッチを得ることを特徴とするマイクロニードル型パッチの製造方法。
8. 前記型は、切削加工等の機械加工にて高さ寸法が略５０〜１００μｍとされた円錐形状の微小突起状の針形状を複数並設させたマスターを形成し、電気めっきにより当該針形状を含むマスター上にＮｉ金属層を成長させることにより得られることを特徴とする請求項７記載のマイクロニードル型パッチの製造方法。
9. 前記マスターは、バイトによる旋盤加工により単一の前記針形状を有したブロックを形成し、当該ブロックを複数並設させて得られることを特徴とする請求項８記載のマイクロニードル型パッチの製造方法。

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