JP2008507326A - 医療用インプラントの生体適合性を改善するナノコーティング - Google Patents

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Abstract

【要旨】
500nm以下の1以上のナノ粒子及び前記ナノ粒子を受入可能なインプラント表面を含むインプラント表面用コーティング。前記インプラントは、金属、炭素、石墨、ポリマー、タンパク質、核酸、微生物、ヒドロゲル、流動体、多孔性及びポリマーブレンド粒子、及びこれらの組合せから成る群から選択される。前記コーティングは、タンパク質の折畳み解除の低下、炎症性及び線維細胞の蓄積防止、細胞の付着部位数の減少、有害な生物学的反応の防止のような特性をインプラント表面で促進させる。前記コーティングは、物理的及び/又は化学的結合により任意の物質に適用できる。前記コーティングはさらに界面活性剤及びナノ粒子上に吸着、吸収又は取り込まれたタグを含むことができる。前記インプラント表面のコーティングは、化粧品、治療薬、予防剤、再建材、モニタリング及び交換のために、また、in vitroの目的のために用いられる。

Description

発明の詳細な説明
連邦政府支援研究開発に関する記載
合衆国政府は本発明において支払い済みライセンスを有し、さらに国立衛生研究所により付与されたEB-00287の条項によって規定されたとおり、特許権者が合理的条件で他者にライセンスを供与することを要求する権利を限定的条件下で有する。
背景技術
本発明は一般的には医療用インプラントの分野に関し、特に生体適合性が改善された医療用インプラントを提供することに関する。
医療用インプラント及び装置は現代医学の実施に重要な役割を果たしている。残念なことには、生物体に導入した後、多くのインプラント及び装置が一連の生物学的反応の引き金となっており、それらの多くは身体にとって有害である。そのような有害な生物学的反応には、インプラントの拒絶をもたらし得る炎症、線維症、血栓症及び感染症が含まれる。
これらの有害な反応をもたらす１つの成分は、インプラント仲介タンパク質の“変性”であり、インプラントの表面へのタンパク質吸着を介して生じるように思われる生物学的過程である。吸着は、自然に吸着され、部分的に“変性した”フィブリノゲンを含む宿主タンパク質の無秩序層によって先導される（L. Tang and J.W. Eaton, Fibrin(ogen) mediates acute inflammatory responses to biomaterials. J. Exp. Med., 1993, 178:2147-56；Hu et al. Molecular basis of biomaterial-mediated foreign body reactions. Blood 2001, 98:1231-38；前記文献は参照により本明細書に含まれる）。変性タンパク質、例えばフィブリノゲンはしたがって、それらの吸着後にインプラントに炎症性細胞を部分的には誘引することによってインプラントに対する有害な生物学的反応の促進に必要とされる。残念なことに、この変性及び吸着過程をどのように防ぐかは未だ知られていない。実際には、そのような有害な生物学的反応を促進しないインプラント及び装置が求められている。このことはおそらく、身体と適合し（例えば生体適合性）、タンパク質の変性及び/又はインプラント表面へのタンパク質の吸着を促進しないインプラント及び表面を同定することによって達成され得るであろう。
今日までに、生体適合インプラント及び装置の作成によって親水性表面を有する物質が得られ、タンパク質（例えばフィブリノゲン）の変性を防ぐと考えられてきた。失望させられたことには、ポリエチレングリコールを含む、これら物質のうちもっとも親水性が強いものでさえ、インプラント又は装置の表面に配置したときに、タンパク質の構造変化及び有害な生物学的反応を促すことが見出された。
現時点では、全てではないにしてもほとんどのインプラントが、生物体に導入されたとき、一連の生物学的反応の引き金となり、本明細書ではこれを異物反応という。生物学的反応は、一般的には、インプラントの表面に集合及び/又は粘着する炎症細胞及び線維細胞の蓄積を伴う。医療用インプラント又は装置を失敗に導くのは、この細胞の蓄積、それら細胞の副生成物及び付随する免疫応答である。
従来のコーティング技術はインプラントの生体適合性の改善のために開発されてきた。しかしながら、これらの技術は、タンパク質の変性及びタンパク質/細胞蓄積を減少させるために物質表面の化学反応を変化させることを目的に工夫されてきた。従来技術は、一般的には、表面によって誘発されたタンパク質の変性及びその後の有害反応を顕著に減少させることに失敗している。したがって、生物でタンパク質の変性及びその後の有害反応を防止する表面を有する改善されたインプラントがなお必要とされている。
発明の開示
本発明は、インプラント又は装置を生物に導入したときに生じる有害反応に付随する多くの課題を解決する。本発明は調製物を提供し、前記調製物は生物に導入されたときタンパク質の変性（例えば折畳みの解除）及びその後に続く有害反応を防止する。
一般的に及びある形態では、本発明はナノ粒子調製物であり、前記調製物は生物において生じるタンパク質の折畳み解除及び後に続く解除による有害な反応を低下させ又は妨げる。有害な反応には、生物学的過程及び／又は細胞表面相互作用、例えば炎症細胞の蓄積、タンパク質の折畳み解除、タンパク質の変性、線維性組織の形成、血栓症及び装置を中心とする感染が含まれる。ナノ粒子調製物は、直径が500ナノメートル（nm）以下のナノ粒子、及び前記ナノ粒子を受け入れることができるインプラント表面を含む。したがって、本発明は、生物に導入したときに体内での有害反応を防ぐインプラント上の生体適合コーティングを提供する。
別の形態では、本発明は、500ナノメートル以下のナノ粒子を含む、インプラント表面をコーティングするナノ粒子調製物であり、この場合、前記ナノ粒子は、その必要がある生物に移植された後で、タンパク質の折畳み解除、タンパク質変性の低下、炎症性細胞の蓄積防止、線維細胞の蓄積防止、線維組織の形成防止、血栓症又は装置を中心とする感染の防止、細胞付着部位数の減少、有害な生物学的反応の低下及び前記の組合せから成る群から選択される特性をインプラント表面で促進する。
また別の形態では、本発明は、500ナノメートル以下の1つ又は2つ以上のナノ粒子を含み、ナノ粒子によってインプラントの表面をコーティングする、インプラント表面をコーティングするナノ粒子調製物を提供すし、この場合、前記ナノ粒子は、タンパク質の折畳み解除、タンパク質変性の低下、炎症性細胞の蓄積防止、線維細胞の蓄積防止、線維組織の形成防止、血栓症又は装置を中心とする感染の防止、細胞付着部位数の減少、有害な生物学的反応の低下及び前記の組合せから成る群から選択される特性をインプラント表面で促進させる。前記方法は、前記インプラントを生物に導入したときにタンパク質の折畳み解除又は変性を防止するナノ粒子調製物でインプラント又は装置をコーティングすることを含むことができる。
本発明の利点は、本発明を介してもたらされる、タンパク質の折畳みの解除、有害な生物学的反応、タンパク質吸着及びタンパク質変性の低下又は防止がナノ粒子組成とは無関係又は別個であるらしいという発見を含む。さらにまた、本発明のナノ粒子調製物は、インプラントの表面特性又は機能に悪影響を与えない。
本発明の上記記載の特徴及び利点は、図面と併せて以下の詳細な説明を読み進むにつれ、本発明の他の重要な特徴とともに当業者にはよりいっそう理解されよう。
本発明の特徴及び利点のより完全な理解のために、添付の図面とともに本発明の詳細な説明に対する説明が「図面の簡単な説明」において加えられている。図面においては、異なる図面の一致する数字は一致する部分を指す。
詳細な説明
本発明の種々の態様の製造及び使用を下記で詳細に説明するが、本発明は、多様な状況において具体化することができる多くの発明性のある概念を提供していることが理解されるべきである。本明細書で述べる特定の観点及び態様は、本発明を実施し使用するための単なる例示であり、本発明の範囲を制限しない。
下記の記載において、同様な部分は、本明細書及び図面を通してそれぞれ同じ引用数字を用いて示される。図面の図形は必ずしも一定の比率にあるわけではなく、さらに、ある種の特徴は、縮尺において又は明確さ及び簡明さのためにいくぶん一般化若しくは模式的形態で誇張されて示されている。
本発明は、表面“コーティング”と同様なインプラントの表面を提供し、前記表面は、有害な異物反応、例えば前記インプラント表面へのタンパク質の粘着を低下及び／又は防止する。本発明は、インプラントの生体適合性及び血液適合性をナノ粒子のコーティングを用いることによって改善し、この場合、各粒子は一般的に直径が500nm以下である。このように、本発明のナノ粒子は、タンパク質の“変性”及び後に続く異物反応を減少させる。
タンパク質が“変性”するとき、又は折畳みを解除するとき、前記タンパク質は、物質の表面上の多数の部位に粘着し、かつ相互反応するか、又は付着する。物質を粒子で“コーティング”することによって、相互反応又若しくは付着部位の数、又はタンパク質−表面相互反応の程度は減少する（図1参照）。しかしながら粒子があまりに大きいと、タンパク質はなお折畳みを解除させるか、又は変性することができ、したがって前記粒子に吸着する。したがって、粒子サイズ及び結果として粒子の相対的表面を本発明のナノ粒子のサイズまで減少させるなら、タンパク質はもはや折畳みを解除させたり、又は変性したりすることができない。インプラント表面のナノ粒子の存在は、したがって、タンパク質の変性及びインプラント表面への粘着過程を低下させ、さらに、後に続く有害反応又は異物反応を減少させる。このように、本発明にしたがえば、インプラントのナノ粒子コーティングは、生体適合性の改善、したがってそのような移植が必要な生物でインプラントの治療有効性の改善を提供する。
上記の改善はナノ粒子組成とは別個である。したがって、1つ又は2つ以上の分解性ポリマー、非分解性ポリマー、金属、タンパク質、核酸、微生物（細菌及びウイルス）及び類似の組合せを含むナノ粒子調製物の組成物を用い、生物に導入されるインプラントの生体適合性を改善することができる。
本明細書で用いられる、医療用インプラント又は装置は、“コーティング”を適用することができる表面を有する任意の物質を含む。これは、化粧品、再建材、モニタリング又は交換目的、例えば関節インプラント、乳房移植、歯科用インプラント、チップ又はイオン移植、脳移植、網膜移植、うずまき管移植、顔面移植、器官移植のために導入される移植片、及び人工装具を含む。前記にはまた、例えば粒子、カテーテル、及び生物に導入される他の装置、例えば薬剤放出粒子、小型センサー及びステントが含まれる。本明細書で用いられる、前記インプラント“物質”は、医療用インプラント又は装置に関して用いられる任意の有機又は無機物質であり得る。
本明細書で用いられる、物質表面に適用される“コーティング”には、“ナノ粒子”、“ナノ粒子様物”、“顕微鏡的粒子”又は“官能化粒子”が含まれる。また別には、前記物質表面を表面改変方法、例えばプラズマ重合、スポットコーティングなど、によって処理して、粒子様構造を前記表面に生じさせることができる。このような粒子は、一般的には、サイズが数マイクロメートルから数ミリメートル又は準顕微鏡的（１マイクロメートル未満）であり、さらに、半透性の殻を有する円筒形又は球形であるか、又は透過性のナノボール様の形状を有することができる固形のコロイド状物である。１つ又は2つ以上の薬剤又は他の関連する物質、本明細書で“タグ”と称するもの（例えば標識のため、分子リガンドとして、診断又は治療のため、例えば医療処置、核医薬又は放射線療法のために使用されるもの）を、本発明のナノ粒子とともに含有させることができる。前記含有は、捕捉、カプセル化、吸収、吸着、共有結合、又は他の付着を介して実施することができる。本発明のナノ粒子は、必要に応じてそれ自体さらに被覆することができる。
本発明のナノ粒子は一般的には、金属粒子、炭素粒子、無機化学物質粒子、有機化学物質粒子、セラミック粒子、グラファイト粒子、ポリマー粒子、タンパク質粒子、ペプチド粒子、DNA粒子、RNA粒子、細菌/ウイルス粒子、ヒドロゲル粒子、流動体粒子、又は多孔性粒子として提供される。したがって、ナノ粒子は、例えば金属、炭素、グラファイト、ポリマー、タンパク質、ペプチド、DNA/RNA、微生物（細菌/ウイルス）及び高分子電解質であることができ、さらに光若しくは色彩吸収染料、同位体、放射性核種、タグとともにロードすることができるか、又は気体が充填された孔を有する多孔性であってもよい。本明細書で用いられる、“ヒドロゲル”という用語は、ポリマー溶液を意味し、時にゾルと称され、小型のイオン又は反対荷電をもつポリマーによって、又は化学的架橋によってゲル状態に変換される。
本発明の適切なポリマーは、水溶性ポリマーのコポリマーを含み、前記水溶性ポリマーはデキストラン、ポリメタクリルアミドの誘導体、PEG、マレイン酸、リンゴ酸及び無水マレイン酸を含むがただしこれらに限定されることはなく、さらに前記ポリマー及び1-エチル-3(3-ジメチルアミノプロピル)-カルボジイミド（カルボジイミドとも称される）を含む適切なカップリング剤を含むことができる。ポリマーは分解性でも、非分解性でも、又は高分子電解質物質であってもよい。分解性ポリマー物質は、例えばポリ-L-グリコール酸（PLGA）、ポリ-DL-グリコール酸、ポリ-L-乳酸（PLLA）、PLLA-PLGAコポリマー、ポリ(DL-ラクチド)-ブロックメトキシポリエチレングリコール、ポリカプロラクトン、ポリ(カプロラクトン)-ブロック-メトキシポリエチレングリコール（PCL-MePEG）、ポリ(DL-ラクチド-コ-カプロラクトン)-ブロック-メトキシポリエチレングリコール（PDLLACL-MePEG）、いくつかの多糖類（例えばヒアルロン酸、ポリグリカン、キトサン）、タンパク質（例えばフィブリノゲン、アルブミン、コラーゲン、細胞外マトリックス）、ペプチド（例えばRGD、ポリヒスチジン）、核酸（例えばRNA、DNA、一又は二本鎖）、ウイルス、細菌、細胞及び細胞フラグメント、有機又は炭素含有物質を含む。非分解性物質は、天然又は合成ポリマー物質（例えばポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、テトラフタレート、ポリエーテル、ウレタン、塩化ポリビニル、シリカ、ポリジメチルシロキサン、アクリレート、アクリルアミド、ポリ(ビニルピリジン)、ポリアクロレイン、ポリグルタルアルデヒド、いくつかの多糖類（例えばヒドロキシプロピルセルロース、セルロース誘導体、デキストラン(商標)、デキストロース、シュクロース、フィコール(商標)、パーコール(商標)、アラビノガラクタン、デンプン）及びヒドロゲル（例えばポリエチレングリコール、エチレンビニルアセテート、N-イソプロピルアクリルアミド、ポリアミン、ポリエチレンイミン、ポリ塩化アルミニウム）を含む。
本発明のナノ粒子がさらに別の層又はコーティングを必要とする場合は、適切な典型的な層は、例えば界面活性剤、例えばグリセロール、ソルビトール及び他の多官能性アルコールの脂肪酸エステル（例えばグリセロールモノステアレート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノオレート）、ポリソルベート、ポロキサマー、ポロキサミン、ポリオキシエチレンエーテル及びポリオキシエチレンエステル、エトキシル化トリグリセリド、エトキシル化フェノール及びエトキシル化ジフェノール、ゲナポル（Genapol）TM及びバウキ（Bauki）シリーズの界面活性剤、脂肪酸の金属塩、脂肪アルコールスルフェートの金属塩、ラウリル硫酸ナトリウム及びスルホスクシネートの金属塩を含むものを含む。
本発明の粒子は、当業者に公知の慣用の方法によって製造される。前記技術は、連続水相中でのエマルジョン重合、連続有機相中でのエマルジョン重合、界面重合、溶媒沈積、溶媒蒸発、有機ポリマー溶液の脱溶媒和、エマルジョン中での水溶性ポリマーの架橋、巨大分子の脱溶媒和、及び炭水化物の架橋を含む。これらの製造方法は、上記に記載した広範囲のポリマー物質を用いて実施することができる。必要とされる溶媒又は乳化剤の除去はいずれも、当業者に周知の多数の方法を含むことができる。ナノ粒子生成のための材料及び製造方法の例は刊行物に記載されている（以下を参照されたい：J. Kreuter, 1991, Nanoparticles-preparation and applications; In: M. Donbrow (Ed), Microcapsules and nanoparticles in medicine and pharmacy. CRC Press, Boca Raton, Fla., pp. 125-148；Z. Hu J. Gao 2002, Optical properties of N-isopropylacrylamide microgel spheres in water., Langmuir 18:1306-67；E. Ghezzo et al. 1992, Hyaluronic acid derivative microspheres as NGF delivery devices: Preparation methods and in vitro release characterization. Int. J. Pharm. 87:21-29（前記文献は参照により本明細書に含まれる））。
ナノコーティングは、ある種の細胞、タンパク質、増殖因子、ペプチド、生物学的物質及び化学物質を特異的に蓄積させるために構成することができる。このような事例では、ナノ粒子には、特定の生物学的成分に対して高い親和性をもつように“タグを付す”ことができる。実際、そのような細胞/タンパク質-親和性粒子又は“タグ”で構成されたコーティングは、細胞及びタンパク質の特異的蓄積を高めることができる。“タグ”が本発明のナノ粒子と接触するときに前記タグを予め作成したナノ粒子に吸着又は吸収させるか、又は製造過程でナノ粒子に取り込ませてもよい。吸収、吸着及び取り込みの方法は、当業者にとって一般的な知識である。本明細書で用いられるモノマー及び/又はポリマー、溶媒、乳化剤、タグ及び他の補助物質の選択は、製造されるナノ粒子によって決定され、当業者には制限なくかつ容易に選択されるであろう。タグ対ナノ粒子比は必要に応じて変動し得る。
本明細書で用いられる、“タグ”は、ナノ粒子を改変する能力を有するナノ粒子への添加を含む。そのようなタグは、薬剤、物質を認識する分子リガンド（例えば分子/化合物）、細胞、器官、又は問題の組織を含み、例えば抗体、抗原、タンパク質、ペプチド、核酸配列、脂肪酸又は炭水化物部分、化学物質であり得る。それらはまた、細胞、器官又は組織上の認識部位を模倣する改変された化合物又はポリマーでもよい。タグは、物質、器官又は組織の一部分を認識することができ、前記部分は、細胞表面マーカー、細胞表面レセプター、免疫複合体、抗体、MHC、細胞外マトリックスタンパク質、血漿、細胞膜、細胞外タンパク質、ポリペプチド、補助因子、増殖因子、脂肪酸、流動体、炭水化物鎖、遺伝子配列、サイトカイン又は他のポリマーを含むが、これらに限定されない。
本発明のナノ粒子は、物理的吸着又は化学的結合を含む、当業者の公知の方法によってインプラントの表面に適用することができる。本発明に従って記載された技術はin vivo及びin vitroで用いることができる。例えば、ナノ粒子は血液バッグ及び/又は血液チューブのコーティングに用いることができる。本発明にしたがって粒子を製造し、さらにインプラントをコーティングする技術は、下記に示す例によってさらに説明される。
ナノ粒子の製造及び生体適合性の例
N-イソプロピルアクリルアミド（NIPA）粒子及びヒドロ-プロピルセルロース（HPC）粒子を100nmから20μmの範囲のサイズで製造した。前記粒子をBalb/Cマウスの皮下間隙に移植した。移植してから3日−21日後に、有害反応及び異物反応、例えば炎症性応答及び線維性応答が存在しないか、又は小さな粒子を移植したときには応答がより明瞭でなくなったかを決定した。組織の有害反応に関してそのようなサイズ依存性は材料（すなわち粒子）の組成とは別個であった。一般的には、500nm未満のサイズを有する粒子は、図２Ａ及び２Ｂに示したように最小の応答を示した。
図２Ａ及び２Ｂは、200倍で撮影した写真であり、Balb/Cマウスの皮下間隙移植後7日における、本発明のNIPA粒子に対する有害反応又は異物反応の有無を示している。図２Ａでは、直径が100ナノメートルのNIPA粒子は、直径が10マイクロメートルのNIPA粒子と比べたとき、図２Ｂに示したように最少の異物反応（例えば炎症）しか誘引しないことが見出された。
低フィブリノゲン血症マウスともいわれるフィブリノゲン枯渇マウスを、アンクロド（蛇毒）を移植の3日前にマウスに反復投与することによって創出した。図２Ｃに示すように、これらの低フィブリノゲン血症マウスは、フィブリノゲンが枯渇しているために直径が10マイクロメートルの粒子に対して有害反応又は異物反応を誘引しなかった。前記と同じ粒子を低フィブリノゲン血症マウスの移植前に4時間、3マイクログラム/mLのフィブリノゲンとともに予備インキュベート（フィブリノゲンを補充）した場合、有害反応が再び観察された。このように、フィブリノゲンが大型の粒子に吸着することができる場合には、低フィブリノゲン血症マウスにおいても有害反応（例えば炎症）が出現するであろう。ナノメートル（nm）サイズの粒子に対するそのようなマイクロメートル（μm）サイズの粒子に対する組織反応の定量的な結果は図２Ｅに要約されている。
本発明者らによる以前の実験では、変性フィブリノゲンは、寸法が大きいバイオマテリアル又は粒子に結合し、前炎症経過をもたらすことが示された。したがって、皮下移植モデルを用いて、サイズが大きい粒子（例えば直径が10マイクロメートル）をBalb/cマウスの皮下に移植した。図３Ａに示すように、大量のフィブリノゲン（フィブリノゲンに対するペルオキシダーゼ結合抗体で検出）が、これらの大型粒子の周囲に蓄積するのが見出された。同じマウスモデルで同じサイズの粒子であるが、最初にアンクロドで処理したマウスを用いたとき、前記粒子インプラントの周囲に蓄積したフィブリノゲンの量は顕著に減少した（図３Ｂ参照）。これらの結果は、ナノ粒子インプラント（約100nmの直径）を移植したマウス（図３Ｃ）、及びアンクロドで予備処理した後にナノ粒子を移植したマウス（図３Ｄ）で観察された結果に匹敵した。ナノ粒子インプラントを与えられたマウスでは、前記移植部位周辺のフィブリノゲンの変性又は蓄積はほとんど観察されなかった（図３Ｃ及び３Ｄ）。フィブリノゲンの蓄積は、マウスフィブリノゲンに対する免疫組織化学的染色を用い、400倍に設定した顕微鏡下で組織サンプルを観察して決定した。
生物にインプラントを挿入した後の有害な生物学的反応はまた炎症性細胞の蓄積及び線維性皮膜の形成も含むので、これらの反応は、大型粒子及びナノ粒子の移植に続いて観察された。図４Ａ（100倍）に示すように、直径が10マイクロメートルの大型粒子インプラントは、皮下移植モデルを用いたマウスでCD11b-陽性炎症細胞の補充を誘引することが見出された。アンクロドでこれらのマウスを処理することによって、図４Ｂ（100倍）に示すように、フィブリノゲン蓄積（おそらくフィブリノゲンの変性）及び炎症部位周辺の炎症細胞凝集の両方が減少した。他方、アンクロドで処置してフィブリノゲンが枯渇したマウス（図４Ｄ）又はフィブリノゲンレベルに影響がなかったマウス（図４Ｃ）で示すように、同じ移植モデルを用いたが直径が100nmのナノ粒子が移植されたとき、移植部位周辺で炎症細胞蓄積が最少となった。図４Ｃ及び４Ｄは、それぞれ図４Ａ及び４Ｂの点線枠の拡大視野（400倍）である。粒子インプラントに対する炎症反応の程度は、CD11b-陽性炎症細胞に対する免疫組織化学染色を用いて判定した。
ナノ粒子によるコーティング及びそれらの生体適合性の例
ポリ-L-乳酸（PLLA）線維を直径100nmのナノ粒子で被覆した。NIPAナノ粒子被覆線維を皮下移植法を使用してマウスに導入し、続いて移植7日後に組織サンプルを調べた。図５Ａは、そのようなナノ粒子で被覆した線維は有害な生物学的反応、例えば炎症及び炎症細胞蓄積又はタンパク質粘着を生じなかったことを示している。このことは、被覆されなかった線維又は大型粒子（直径がマイクロメートル）で被覆した線維とは対照的であった。非被覆線維又は大型粒子被覆線維では、有害反応及び異物反応が誘引された（図５Ｂ）。
同様に、皮下移植モデルを用いて、100nmの直径のナノ粒子で被覆したPETフィルムを移植した場合は、有害反応は明瞭ではなかったが、一方、大型粒子（直径がマイクロメートル）で被覆したPETフィルムを移植した場合には反応は明瞭であった（データは示されていない）。直径が500nm未満のナノ粒子によるコーティングは、食細胞の蓄積を顕著に、70%を超えて低下させ、線維組織の形成を50%を超えて低下させた。コーティング材料としてヒドロキシルプロピルセルロース（HPC）粒子を用いた同様な実験で類似の結果が得られた。
ナノ粒子を、極めて多様な物質と物理的又は化学的に結合させることができ、前記物質は非分解性ポリマー、分解性ポリマー、金属、ヒドロゲル、炭素、タンパク質、有機/無機化学物質、薬剤、生物学的ポリマー、リン脂質ポリマー、歯、骨、及び軟組織物質を含む。
タンパク質の変性を防ぐナノ粒子の例
大型粒子（例えば直径がマイクロメートルのもの）はフィブリノゲンを変性させ得るが、ナノ粒子（直径が少なくとも約100nm又は500nm未満）はタンパク質の変性を防ぐことが、in vitroモデルを用いて見出された（図６Ｃ）。粒子を介するフィブリノゲンの変性の程度は、酵素結合免疫吸着アッセイ（ELISA）及びフィブリノゲンP2エピトープを用いて判定した。直径10マイクロメートルの大型粒子及び直径約100ナノメートルのナノ粒子の両粒子を、1mg/mLのヒトフィブリノゲンとともに37℃で4時間インキュベートした。続いて標準的方法にしたがってNIPA粒子をP2エピトープに関してELISAアッセイに付した。図６Ａは、大型粒子（Ａ）はナノ粒子（Ｃ）よりも多くのP2暴露の引き金となりP2暴露を増加させることを示した。フィブリノゲンを含まないマイクロ粒子（Ｃ）及びナノ粒子（Ｄ）はP2抗体に対して非常に低い親和性を有する。同様な結果がまたHPC粒子を用いた実験からも得られた（データは示されていない）。
本発明のナノ粒子は、移植の必要がある生物に移植されるべきインプラント表面のコーティングを提供する。前記コーティングは物理的及び／又は化学的結合を介して任意の物質に適用することができ、前記結合は、手法、例えばプラズマ重合又はスポットコーティングを含む。一般的には、インプラント表面に適用される場合、本発明のコーティングは、化粧品、治療薬、予防剤、再建材、モニタリング及び交換であり得る目的のために用いられる。さらに、本発明のコーティングはin vitroの目的に用いることができる。図7は、そのようなコーティングは一般的に少なくとも一層の厚さを有すること、粒子様構造（例えばプラズマ重合、スポットコーティング、レーザー沈積及び関連技術を用いる）を含むことができること、及びインプラント表面、例えば小さい2mmの棒状物又はマイクロ粒子の表面で用いることができることを図示している。
本明細書で示される本発明のさらに別の目的、利点及び新規な特徴は、前述の詳細な説明を読んだ後で当業者には明白となるか、又は本発明の実施によって知ることができよう。本発明の目的及び利点は、本明細書で特に指摘した装置及び組合せによって実現化され達成されよう。
図１は、本発明のある観点に従うナノ粒子の模式図を示す。 図２Ａは、本発明の100nmのNIPA粒子との接触後、マウスで異物反応がないことを示す。 図２Ｂは、10マイクロメートルのNIPA粒子との接触後のマウスにおける炎症反応及び線維性反応の一例を示す。 図２Ｃは、本発明のマイクロ粒子との接触後、低フィブリノゲンマウスで異物反応がないことを示す。 図２Ｄは、フィブリノゲンとともに予備インキュベートした10マイクロメートルのミクロ粒子との接触後の高フィブリノゲンマウスにおける“正常な”異物反応を示す。 図２Ｅは、種々の被覆及び非被覆インプラントとの接触後のマウスにおける異物反応の程度を示す（粒子インプラントに結合した細胞の数として）。 図３Ａは、10マイクロメートルのミクロ粒子を皮下移植した後の未処置Balb/Cマウスにおけるフィブリノゲンの蓄積を示す。 図３Ｂは、10マイクロメートルのミクロ粒子を皮下移植した後のアンクロイド処置Balb/Cマウスにおけるフィブリノゲンの蓄積を示す。 図３Ｃは、100nmのナノ粒子を皮下移植した後の未処置Balb/Cマウスにおけるフィブリノゲンの蓄積を示す。 図３Ｄは、100nmのナノ粒子を皮下移植した後のアンクロド処置Balb/Cマウスにおけるフィブリノゲンの蓄積を示す。 図４Ａは、10マイクロメートルのNIPA粒子を皮下移植した後の炎症反応を示す（２００倍）。 図４Ｂは、10マイクロメートルのNIPA粒子を皮下移植した後の炎症反応を示す（６００倍）。 図４Ｃは、100nmのNIPAナノ粒子を移植後に炎症反応が存在しないことを示す（２００倍）。 図４Ｄは、100nmのNIPAナノ粒子を移植後に炎症反応が存在しないことを示す（６００倍）。 図５Ａは、本発明の100nmのナノ粒子で共有結合により被覆したポリ-L-乳酸線維の移植7日後に有害な反応又は異物反応がないことを示す。 図５Ｂは、“非被覆”ポリ-L-乳酸線維の移植7日後の有害な反応又は異物反応を示す。 図６Ａは、ヒトフィブリノゲンとともに予備インキュベートした10マイクロメートルのミクロ粒子に吸着したフィブリノゲン上のフィブリノゲンP2エピトープ暴露を示す。 図６Ｂは、ヒトフィブリノゲンとともに予備インキュベートした100ナノメートルのナノ粒子に吸着したフィブリノゲン上のフィブリノゲンP2エピトープ暴露を示す。 図６Ｃは、フィブリノゲン非含有10マイクロメートルのミクロ粒子に吸着したフィブリノゲン上のフィブリノゲンP2エピトープ暴露を示す。 図６Ｄは、ヒトフィブリノゲン非含有100ナノメートルのナノ粒子に吸着したフィブリノゲン上のフィブリノゲンP2エピトープ暴露を示す。 図７は、可能なナノ粒子コーティングの模式図を示す。

Claims (44)

  1. 500ナノメートル以下の1つ又は2つ以上のナノ粒子及び前記ナノ粒子を受け入れることができるインプラント表面を含む、インプラント表面をコーティングするためのナノ粒子調製物。
  2. 前記ナノ粒子が、金属、炭素、グラファイト、ポリマー、ヒドロゲル、タンパク質、ペプチド、核酸、細菌、ウイルス、流動体、多孔性及びポリマーブレンド粒子、並びに前記の組合せから成る群から選択される、請求項1のナノ粒子調製物。
  3. 前記ナノ粒子が、移植の必要がある生物に移植された後、タンパク質の折畳み解除の低下、タンパク質変性の低下、炎症性細胞の蓄積防止、線維細胞の蓄積防止、線維組織の形成防止、血栓症又は装置を中心とする感染の防止、細胞付着部位数の減少、有害な生物学的反応の低下及び前記の組合せから成る群から選択される特性をインプラント表面で促進させる、請求項1のナノ粒子調製物。
  4. 前記ナノ粒子の表面にさらに界面活性剤を含む、請求項1のナノ粒子調製物。
  5. 前記界面活性剤が、グリセロール、ソルビトール、多官能性アルコール、グリセロールモノステアレート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノオレート、ポリソルベート、ポロアキシマー、ポロアキシミン、ポリオキシエチレンエーテル、及びポリオキシエチレンエステル、エトシル化トリグリセリド、エトキシル化フェノール及びエトキシル化ジフェノールの脂肪酸エステル、ゲナポル（Genapol）TM及びバウキ（Bauki）シリーズの界面活性剤、脂肪酸の金属塩、脂肪アルコールスルフェート金属塩、ラウリル硫酸ナトリウム、スルホスクシネートの金属塩、並びに前記の組合せから成る群から選択される、請求項４のナノ粒子調製物。
  6. 前記ナノ粒子と接触するタグをさらに含み、前記接触が吸着、吸収、取り込み及び前記の組合せから成る群から選択される、請求項1のナノ粒子調製物。
  7. 前記タグが、細胞、タンパク質、ペプチド、DNA、RNA、微生物、ウイルス、細菌、分子リガンド、器官、組織及び前記の組合せから成る群から選択される物質を認識する、請求項6のナノ粒子調製物。
  8. 前記タグが、薬剤、分子リガンド、抗体、抗原、タンパク質、ペプチド、核酸配列、脂肪酸、炭水化物部分、化学物質及び前記の組合せから成る群から選択される、請求項6のナノ粒子調製物。
  9. 前記インプラントが、化粧品、治療薬、予防剤、再建材、モニタリング用及び前記の組合せから成る群から選択される用途を有する、請求項1のナノ粒子調製物。
  10. 前記ナノ粒子が、N-イソプロピルアクリルアミド、ヒドロプロピルセルロース、ポリ-L-乳酸及び前記の組合せから成る群から選択される、請求項1のナノ粒子調製物。
  11. 500ナノメートル以下のナノ粒子を含むインプラント表面をコーティングするためのナノ粒子調製物であって、前記ナノ粒子が、移植の必要がある生物に移植された後、タンパク質の折畳み解除の低下、タンパク質変性の低下、炎症性細胞の蓄積防止、線維細胞の蓄積防止、線維組織の形成防止、血栓症又は装置を中心とする感染の防止、細胞付着部位数の減少、有害な生物学的反応の低下及び前記の組合せから成る群から選択される特性をインプラント表面で促進させる、前記ナノ粒子調製物。
  12. 前記ナノ粒子が、金属、炭素、グラファイト、ポリマー、ヒドロゲル、流動体、タンパク質、ペプチド、核酸、微生物、細菌、ウイルス、多孔性及びポリマーブレンド粒子、並びに前記の組合せから成る群から選択される、請求項11のナノ粒子調製物。
  13. 前記ナノ粒子の表面にさらに界面活性剤を含む、請求項１1のナノ粒子調製物
  14. 前記界面活性剤が、グリセロール、ソルビトール、多官能性アルコール、グリセロールモノステアレート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノオレート、ポリソルベート、ポロアキシマー、ポロアキシミン、ポリオキシエチレンエーテル、及びポリオキシエチレンエステル、エトシル化トリグリセリド、エトキシル化フェノール及びエトキシル化ジフェノールの脂肪酸エステル、ゲナポルTM及びバウキシリーズの界面活性剤、脂肪酸の金属塩、脂肪アルコールスルフェートの金属塩、ラウリル硫酸ナトリウム、スルホスクシネートの金属塩、並びに前記の組合せから成る群から選択される、請求項13のナノ粒子調製物。
  15. 前記ナノ粒子と接触するタグをさらに含み、前記接触が吸着、吸収、取り込み及び前記の組合せから成る群から選択される、請求項11のナノ粒子調製物。
  16. 前記タグが、細胞、微生物、タンパク質、分子リガンド、器官、組織及び前記の組合せから成る群から選択される物質を認識する、請求項15のナノ粒子調製物。
  17. 前記タグが、薬剤、分子リガンド、抗体、抗原、タンパク質、ペプチド、核酸配列、脂肪酸、炭水化物部分、化学物質及び前記の組合せから成る群から選択される、請求項15のナノ粒子調製物。
  18. 前記インプラントが、化粧品、治療薬、予防剤、交換物、再建材、モニタリング用及び前記の組合せから成る群から選択される用途を有する、請求項11のナノ粒子調製物。
  19. 前記ナノ粒子が、N-イソプロピルアクリルアミド、ヒドロプロピルセルロース、ポリ-L-乳酸及び前記の組合せから成る群から選択される、請求項11のナノ粒子調製物。
  20. 500ナノメートル以下のナノ粒子を選択する工程及びナノ粒子でインプラントの表面をコーティングする工程を含む、インプラント表面をコーティングするナノ粒子を調製する方法であって、ナノ粒子が、タンパク質の折畳み解除の低下、タンパク質変性の低下、炎症性細胞の蓄積防止、線維細胞の蓄積防止、線維組織の形成防止、血栓症又は装置を中心とする感染の防止、細胞付着部位数の減少、有害な生物学的反応の低下及び前記の組合せから成る群から選択される特性を前記インプラント表面で促進させる、前記ナノ粒子の調製方法。
  21. 金属、炭素、グラファイト、ポリマー、ヒドロゲル、流動体、多孔性及びポリマーブレンド粒子、並びに前記の組合せから成る群からナノ粒子を選択する工程をさらに含む、請求項20の方法。
  22. 前記ナノ粒子の表面に界面活性剤を添加する工程をさらに含む、請求項20方法。
  23. 前記界面活性剤が、グリセロール、ソルビトール、多官能性アルコール、グリセロールモノステアレート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノオレート、ポリソルベート、ポロアキシマー、ポロアキシミン、ポリオキシエチレンエーテル、及びポリオキシエチレンエステル、エトシル化トリグリセリド、エトキシル化フェノール及びエトキシル化ジフェノールの脂肪酸エステル、ゲナポルTM及びバウキシリーズの界面活性剤、脂肪酸の金属塩、脂肪アルコールスルフェートの金属塩、ラウリル硫酸ナトリウム、スルホスクシネートの金属塩、並びに前記の組合せから成る群から選択される、請求項22の方法。
  24. 前記ナノ粒子と接触するタグを含ませる工程をさらに含み、ここで前記接触が吸着、吸収、取り込み及び前記の組合せから成る群から選択される、請求項20の方法。
  25. 前記タグが、細胞、タンパク質、核酸、微生物、細菌、ウイルス、ペプチド、分子リガンド、器官、組織及び前記の組合せから成る群から選択される物質を認識する、請求項24の方法。
  26. 前記タグが、薬剤、分子リガンド、抗体、抗原、タンパク質、ペプチド、核酸配列、脂肪酸、炭水化物部分、化学物質及び前記の組合せから成る群から選択される、請求項24の方法。
  27. 前記インプラントが、化粧品、治療薬、予防剤、交換物、再建材、モニタリング用及び前記の組合せから成る群から選択される用途を有する、請求項20の方法。
  28. 前記ナノ粒子が、N-イソプロピルアクリルアミド、ヒドロプロピルセルロース、ポリ-L-乳酸及び前記の組合せから成る群から選択される、請求項20の方法。
  29. 500ナノメートル以下の1つ又は2つ以上のナノ粒子及び前記ナノ粒子を受け入れることができるポリ乳酸線維を含むインプラント表面を含む、インプラント表面をコーティングするためのナノ粒子調製物であって、前記ナノ粒子が、移植の必要がある生物に移植された後、タンパク質の折畳み解除の低下、タンパク質変性の低下、炎症性細胞の蓄積防止、線維細胞の蓄積防止、線維組織の形成防止、血栓症又は装置を中心とする感染の防止、細胞付着部位数の減少、有害な生物学的反応の低下及び前記の組合せから成る群から選択される特性を前記インプラント表面で促進させる、前記ナノ粒子調製物。
  30. 前記ナノ粒子の表面に界面活性剤をさらに含む、請求項29のナノ粒子調製物。
  31. 前記界面活性剤が、グリセロール、ソルビトール、多官能性アルコール、グリセロールモノステアレート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノオレート、ポリソルベート、ポロアキシマー、ポロアキシミン、ポリオキシエチレンエーテル、及びポリオキシエチレンエステル、エトシル化トリグリセリド、エトキシル化フェノール及びエトキシル化ジフェノールの脂肪酸エステル、ゲナポルTM及びバウキシリーズの界面活性剤、脂肪酸の金属塩、脂肪アルコールスルフェートの金属塩、ラウリル硫酸ナトリウム、スルホスクシネートの金属塩、並びに前記の組合せから成る群から選択される、請求項30のナノ粒子調製物。
  32. 前記ナノ粒子と接触するタグをさらに含み、ここで前記接触が吸着、吸収、取り込み及び前記の組合せから成る群から選択される、請求項29のナノ粒子調製物。
  33. 前記タグが、細胞、タンパク質、分子リガンド、器官、組織及び前記の組合せから成る群から選択される物質を認識する、請求項32のナノ粒子調製物。
  34. 前記タグが、薬剤、分子リガンド、抗体、抗原、タンパク質、ペプチド、核酸配列、脂肪酸、炭水化物部分、化学物質及び前記の組合せから成る群から選択される、請求項32のナノ粒子調製物。
  35. 500ナノメートル以下の1つ又は2つ以上のナノ粒子及び前記ナノ粒子を受け入れることができるPETフィルムを含むインプラント表面を含む、インプラント表面をコーティングするためのナノ粒子調製物であって、ナノ粒子が、タンパク質の折畳み解除の低下、タンパク質変性の低下、炎症性細胞の蓄積防止、線維細胞の蓄積防止、線維組織の形成防止、血栓症又は装置を中心とする感染の防止、細胞付着部位数の減少、有害な生物学的反応の低下及び前記の組合せから成る群から選択される特性を前記インプラント表面で促進させる、前記ナノ粒子調製物。
  36. 前記ナノ粒子の表面に界面活性剤をさらに含む、請求項35のナノ粒子調製物。
  37. 前記界面活性剤が、グリセロール、ソルビトール、多官能性アルコール、グリセロールモノステアレート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノオレート、ポリソルベート、ポロアキシマー、ポロアキシミン、ポリオキシエチレンエーテル、及びポリオキシエチレンエステル、エトシル化トリグリセリド、エトキシル化フェノール及びエトキシル化ジフェノールの脂肪酸エステル、ゲナポルTM及びバウキシリーズの界面活性剤、脂肪酸の金属塩、脂肪アルコールのスルフェート金属塩、ラウリル硫酸ナトリウム、スルホスクシネートの金属塩、並びに前記の組合せから成る群から選択される、請求項36のナノ粒子調製物。
  38. 前記ナノ粒子と接触するタグをさらに含み、ここで前記接触が吸着、吸収、取り込み及び前記の組合せから成る群から選択される、請求項35のナノ粒子調製物。
  39. 前記タグが、細胞、タンパク質、DNA、RNA、ペプチド、微生物、細菌、ウイルス、分子リガンド、器官、組織及び前記の組合せから成る群から選択される物質を認識する、請求項38のナノ粒子調製物。
  40. 前記タグが、薬剤、分子リガンド、抗体、抗原、タンパク質、ペプチド、核酸配列、脂肪酸、炭水化物部分、化学物質及び前記の組合せから成る群から選択される、請求項38のナノ粒子調製物。
  41. 前記インプラント表面が、非分解性ポリマー、分解性ポリマー、金属、ヒドロゲル、炭素、タンパク質、有機化学物質、無機化学物質、薬剤、生物学的ポリマー、リン脂質ポリマー、歯、骨、軟組織物質及び前記の組合せから成る群から選択される、請求項35のナノ粒子調製物。
  42. 500ナノメートル以下の1つ又は2つ以上のナノ粒子を含む、インプラント表面用ナノ粒子調製物であって、前記ナノ粒子が、タンパク質の折畳み解除の低下、タンパク質変性の低下、炎症性細胞の蓄積防止、線維細胞の蓄積防止、線維組織の形成防止、血栓症又は装置を中心とする感染の防止、細胞付着部位数の減少、生物学的副反応の低下及び前記の組合せから成る群から選択される特性を促進させる、前記ナノ粒子調製物。
  43. 前記インプラント表面が、プラズマ重合、スポットコーティング及び前記の組合せから成る群から選択される表面改変方法によって改変される、請求項42のナノ粒子調製物。
  44. 前記インプラント表面の改変が前記表面でナノ粒子を生じさせる、請求項43のナノ粒子調製物。
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