JP2009509676A - ナノ粒子と接合された活性物質のイオントフォレーシス送達 - Google Patents

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Abstract

生体界面に活性物質を送達するためのイオントフォレーシス装置であって、電位を提供するように動作可能な作用側電極要素、並びに複数のナノ粒子を含む内部活性物質貯留槽（各ナノ粒子はそれぞれのリンカーを介して複数の活性物質に接合される）を包含するイオントフォレーシス装置が提供される。
【選択図】 図１

Description

本開示は一般的に、イオントフォレーシスの分野に、さらに特定的には起電力の影響下での治療薬等の活性物質の送達に関する。
［関連出願の相互参照］
本出願は、米国特許仮出願第６０／７２２，２６０号（２００５年９月３０日提出）の米国特許法第１１９条（ｅ）項下での利益を主張する。
イオントフォレーシスは、活性物質、例えばイオン性薬剤又は他の治療薬を生体界面、例えば皮膚、粘膜（mucus）に運ぶために起電力を用いる。
イオントフォレーシス装置は、典型的には、電源、例えば化学電池の反対極又は端子に各々接続される作用側電極構造体及び対向電極構造体を包含する。各電極構造体は、典型的には、起電力を印加するためのそれぞれの電極要素を包含する。このような電極要素はしばしば、犠牲要素又は化合物、例えば銀又は塩化銀を含む。
活性物質は陽イオン性又は陰イオン性であり、そして電源は、活性物質の極性に基づいて適切な電圧極性を印加するために構成され得る。イオントフォレーシスは、有益には、活性物質の送達速度を増強するか又は制御するために用いられ得る。米国特許第５，３９５，３１０号で示されるように、活性物質は、貯留槽、例えばキャビティ中に貯留され得る。代替的には、活性物質は、多孔性構造又はゲルのような貯留槽中に貯留され得る。また、米国特許第５，３９５，３１０号で示されるように、イオン交換膜が活性物質貯留槽と生体界面との間の極性選択的障壁として役立つように配置され得る。
イオントフォレーシス装置の商業的受入れはさらに、種々の因子、例えば製造コスト、貯留寿命又は保管中の安定性、貯留寿命又は保管中の安定性、活性物質送達及び放出の効率及び／又は適時性、生物学的能力、及び／又は処分問題によっている。これらのうち、生体組織又は循環中の活性物質の送達の適時性及び放出パターンは、これらの特質が活性物質の薬物動態及び治療効能に直接的に関連するため、特に興味深い。１つ又は複数の上記の因子に取り組むイオントフォレーシス装置が望ましい。
添付の図面中では、同一参照番号は類似の要素又は作用を示す。添付の図中の要素のサイズ及び相対位置は、必ずしもスケール通りには描かれていない。例えば種々の要素の形状及び角度はスケール通りには描かれていないし、これらの要素のいくつかは、添付の図面を見やすくするために随意に拡大され、配置される。さらに、図示される要素の特定の形状は、特定の要素の実際の形状に関する何らの情報を伝えることも意図されず、専ら図面中での認識を容易にするために選択されている。
一実施形態において、生体界面に活性物質を送達するためのイオントフォレーシス装置であって、電位を提供するように動作可能な作用側電極要素、並びに各々がそれぞれのリンカーを介して複数の活性物質に接合される複数のナノ粒子を含む内部活性物質貯留槽を包含する、イオントフォレーシス装置が提供される。接合されるナノ粒子は、好ましくは生体界面の下にある生体組織中に活性物質のデポー（depot）を形成する。酵素的切断は、持続的にナノ粒子から活性物質を脱離させ得る。
さらなる実施形態は、イオントフォレーシスによる活性物質の経皮投与のための方法であって、対象の生体界面上にイオントフォレーシス装置の、電位を提供するように動作可能な作用側電極要素と、各々がそれぞれのリンカーを介して１つ又は複数の活性物質に接合される複数のナノ粒子を含む第一の活性物質貯留槽を有する作用側電極構造体及び対向電極構造体を配置すること、並びに、限られた期間に渡って、対象にナノ粒子に接合される治療的有効量の活性物質を投与するのに十分量の電流を印加することを包含する方法を記載する。
本明細書中に記載されるイオントフォレーシス装置は、活性物質貯留槽中に収容されるナノ粒子に共有結合的に接合される活性物質を含む。特に活性物質は、リンカーを介して生体適合性ナノ粒子の表面に連結されるか又は繋ぎ止められ、複合体を形成し得る。複合体は、イオントフォレーシス装置又はマイクロニードル装置により、生体界面、例えば皮膚又は粘膜を通って輸送され得る。遊離活性物質の持続性放出は、活性物質が皮膚の内側の天然酵素によりナノ粒子から切断される場合に可能である。
抗体のような活性物質に接合されるナノ粒子（例えば金）は、静脈内投与されることが既知である。ナノ粒子は、高い血管透過性のため、標的組織に優先的に送達され得る。しかしながらこのようにして投与されるナノ粒子は、マクロファージにより封鎖され得るし、或いはそうでなければ免疫系又は免疫器官、例えば肝臓及び脾臓により迅速に排除され得る。これに対比して、皮下投与されるナノ粒子は、静脈内投与と比較してさらにゆっくりと身体から掃去される。これによりデポーの構築が可能になり、ここで活性物質は内因性酵素により切断されると持続性放出される。この貯蔵作用は、そうでなければ体循環中に迅速に吸収される傾向がある低分子量親水性活性物質の持続性放出に関して特に有益である。
下記において、或る種の特定の詳細は、種々の開示実施形態の十分な理解を提供するために説明される。しかしながら、実施形態は1つ又は複数のこれらの特定の詳細なしに、或いは他の方法、構成要素、材料等を用いて実行され得ると当業者は認識するだろう。その他の場合、制御装置に関連した既知の構造物、例えば電圧及び／又は電流調整器（これらに限定されない）は、当該実施形態の不必要に曖昧な記述を避けるために詳細に示されても記載されてもいない。
文脈から他の解釈が必要である場合を除いて、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲全体を通して、「含む」という語及びその変形、例えば「含む（comprises）」及び「含む（comprising）」は、非限定で包括的な意味で、「包含するが、限定されない」と解釈されるべきである。
本明細書全体を通して、「一実施形態」又は「１つの実施形態」という言及は、実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造又は特質が少なくとも１つの実施形態に包含されるということを意味する。したがって本明細書全体を通して種々の箇所における「一実施形態における」又は「１つの実施形態における」という語句の出現は、必ずしもすべてが同一実施形態を指すわけではない。さらに、特定の特徴、構造物又は特質は、１つ又は複数の実施形態において任意の好適な様式で組合せられ得る。
本明細書中及び添付の特許請求の範囲で用いる場合、「ナノ粒子」又は「ナノ粒子担体」という用語は、リンカーを介して活性物質に接合するように表面処理され得る微小担体構造物を指す。イオントフォレーシス送達中に十分量のナノ粒子が実質的に無傷のままであるように、ナノ粒子は、使用環境による化学的な及び／又は物理的な分解に対応でき、そして十分な耐性がある。ナノ粒子の生物分解は、活性物質の放出後に許容可能になる。
一実施形態では、ナノ粒子は、１〜１０００ｎｍの大きさの固体コロイド粒子であり得る。ナノ粒子は、約１０００ｎｍ以下、例えば５、１０、１５、２０、２５、３０、５０、１００、５００及び７５０ｎｍの任意の直径を有し得る。別の実施形態では、ナノ粒子は、中空又は多孔性でもあり得る。さらに別の実施形態では、ナノ粒子は、コア／シェル構造を有し得る。別の型のナノ粒子は、本明細書中の教示を考慮して、当業者により用いられ得る。
一実施形態では、ナノ粒子は、金属性構成成分を含む。典型的には、金属性構成成分は、元素金属又は金属の錯体、例えば半導性金属酸化物である。ナノ粒子の例としては、金、銀又はＴｉＯ２粒子が挙げられるが、これらに限定されない。さらに典型的には、金属性構成成分は金である。別記しない限り、本明細書中に記載される金ナノ粒子としては、固体金粒子又は多孔性金粒子、中空金シェル、並びにコア物質上に堆積される金シェルを有するコア／シェル構造のナノ粒子が挙げられる。コア物質は、高分子であり、無機（例えばシリカ）であり、又は異なる金属であり得る。
金ナノ粒子は、イオントフォレーシス装置において活性物質の担体として特に有用である。有意には、金表面は、容易に化学的に修飾されて、活性物質とさらに共有結合し得るリンカーを提供し得る。本明細書中で用いる場合、「共有結合する」、「結合する」及び「接合する」はすべて、安定化学結合を形成するプロセスを指す。特に金ナノ粒子は、第四級アンモニウムハロゲン化物、アミン、チオール、イソチオシアネート等のような官能基を有する有機分子の単分子層で覆われ得る。有機分子が活性物質とさらに結合され得る付加的官能基を有する場合、金ナノ粒子は活性物質のための安定担体になる。大きさに応じて、金ナノ粒子はその表面に１つより多くの活性物質を収容し得る。
さらに金ナノ粒子は、正味電荷を担持するように表面修飾され得る。例えば化学的還元により水性溶媒中に調製されるコロイド金は通常は、陰イオン（例えばクエン酸塩）で覆われる。負の表面電荷は典型的には、粒子間に反発力を提供して、それらが塊にならないようにする。金粒子はまた、正電荷を担持するように修飾され、例えば金粒子は、第四級アンモニウムハロゲン化物、（ＮＲ４）＋Ｂｒ−（式中、各Ｒは独立してアルキルであり得る）により表面処理され、安定化され得る。中性金ナノ粒子も、本明細書中で意図される範囲内である。
さらに、金粒子はそれらの低毒性に関して既知であり、そしてそれ自体有益である抗微生物特性を有し得る。
金ナノ粒子の水性分散液が調製され得る。要するに、金ナノ粒子は、新たに調製されたクエン酸ナトリウムで塩化金（ＨＡｕＣｌ４）を還元し、還流下で沸騰させることにより合成され得る。金ナノ粒子は、製造業者、例えばSigma-Aldrich(Milwaukee, WI)から市販もされている。
上記のように、本明細書中に記載されるナノ粒子は、リンカーを介して活性物質と接合され得る。「リンカー」という用語は、ナノ粒子を活性物質に連結する共有結合の多様な基を指す。共有結合は、任意に単結合、二重結合、三重結合の又は芳香族の炭素−炭素結合、並びに炭素−窒素結合、窒素−窒素結合、炭素−酸素結合、炭素−硫黄結合、リン−酸素結合及びリン−窒素結合を含めた安定化学結合の組合せであり得る。本発明の装置に適したリンカーの型は、それらがナノ粒子と活性物質との安定共有結合を同時に形成する限り、特に限定されない。付加的には、リンカーは、或る種の生物学的条件下では活性物質から脱離されるようになる傾向がある。例えばリンカーと活性物質との間の結合は、酵素分解の基質になり得る。
リンカーは典型的には、少なくとも二官能性であり、即ち２つの官能基を含み、そのうちの一方はナノ粒子との結合のためであり、他方は活性物質との結合のためである。結合は典型的には、チオ−金属結合及び窒素−金属結合のほかに、カルボン酸エステル、アミド、エーテル、チオエーテル、カルバメート、スルホンアミド、尿素又はウレタン部分の形成を生じる。或る種の実施形態では、官能基のうちの１つはヒドロキシ官能基であり、そして他の官能基はチオールである。ヒドロキシ官能基を有するリンカーは、カルボン酸官能基を有する活性物質に容易に結合され得る。チオール基は、金との安定結合を形成することが既知である。
一実施形態では、リンカーはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）誘導体である。ＰＥＧの天然型は、低度の免疫原性及び抗原性を示す線状ポリエーテルジオールである。ポリマー主鎖は、本質的には化学的に不活性であり、そして末端第一のヒドロキシル基は誘導体化のために利用可能である。ＰＥＧ活性化及び官能化の方法は、包括的に再検討されている（例えばMonfardini, C. and Veronese, F., 「循環中の物質の安定化（Stabilization of substances in circulation）」 Bioconjugate Chem 9: 418-450, 1998）。特に、末端ヒドロキシ基及びチオール基を含有する二官能性ＰＥＧは、「ヘテロ二官能性ポリ（エチレングリコール）スペーサを用いて官能化した金ナノ粒子の生物医学的用途（Biomedical Applications of Gold nanoparticles Functionalized Using Hetero-Bifunctional Poly(ethyleneglycol) Spacer）」 Fu, W., et al., Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 805, AA5.4.1, 2005に記載された方法に従って調製され得る（これらの記載内容は全て参照により本明細書中で援用される）。ＰＥＧ及びその誘導体によるナノ粒子の表面修飾は、ナノ粒子の生成中の組入れにより、或いは粒子の表面との共有結合により実施され得る。典型的には、ＰＥＧ断片の分子量は、少なくとも２００である。さらに典型的には、ＰＥＧ断片の分子量は約５００〜２０００ダルトンの範囲である。
概してイオントフォレーシス中は、荷電種又は非荷電種（例えば活性物質及びナノ粒子）は、透過性生体界面を通って、下にある生体組織中に移動し得る。典型的には、イオントフォレーシス装置は、電気反発力及び電気浸透力の両方を生じる。荷電種に関しては、移動は主に、逆帯電した活性電極と荷電種との間の電気反発により駆動される。電気反発力のほかに、液体（例えば溶媒又は希釈液）の電気浸透流もまた、荷電種の輸送に関与し得る。或る種の実施形態では、電気浸透溶媒流は、荷電種の移動を増強し得る第二の力である。非荷電種又は中性種に関しては、移動は主に、溶媒の電気浸透流により駆動される。
「活性物質」とは、任意の宿主、動物、脊椎動物又は無脊椎動物、例えば魚類、哺乳類、両生類、爬虫類、鳥類及びヒトからの生物学的応答を引き出す化合物、分子又は治療薬を指す。活性物質の例としては、治療用物質、薬学的物質、調合薬（例えば薬剤、治療用化合物、薬学的塩等）、非調合薬（例えば化粧用物質等）、ワクチン、免疫学的作用物質、局所麻酔薬又は全身麻酔薬又は鎮痛剤、抗原又はタンパク質又はペプチド（例えばインスリン）化学療法薬、抗腫瘍薬が挙げられる。
いくつかの実施形態では、「活性物質」という用語はさらに、活性物質、並びにその薬理学的活性塩、薬学的に許容可能な塩、プロドラッグ、代謝産物、類似体等を指す。いくつかのさらなる実施形態では、活性物質としては、少なくとも１つのイオン性、陽イオン性、陰イオン性、イオン化可能な及び／又は中性の治療薬及び／又はその薬学的に許容可能な塩が挙げられる。
いくつかの実施形態では、活性物質は、正に荷電され、及び／又は水性媒質中で正電荷を生じ得る１つ又は複数の「陽イオン性活性物質」を含み得る。例えば多数の生理活性物質は、陽イオンに容易に転化可能であるか又は水性媒質中で正荷電イオン及び対イオンに解離し得る官能基を有する。その他の活性物質は、分極されるか又は分極可能であり、即ち別の部分に比してある部分で極性を示す。例えばアミノ基を有する活性物質は、典型的には、適切なｐＨで第四級アンモニウム陽イオン（−ＮＲ３Ｈ＋）の形態をとる（プロトン化アミンとも呼ばれる）。以下で詳細に考察するように、「カイン」類の鎮痛薬及び麻酔薬のほとんどを含めた多数の活性作用物質は、アミン基を含む。これらのアミン基は、イオントフォレーシス装置においてプロトン化形態で存在し得る。
他の実施形態では、活性物質は、負電荷を含有するように容易に転化し得る、又は水性媒質中で負荷電イオン及び対イオンに解離し得る官能基を含み得る。負に荷電した活性物質は、「陰イオン性活性物質」とも呼ばれる。例えばカルボン酸基を有する活性物質は、典型的には固体状態で−ＣＯＯＨの形態をとり、そして適切なｐＨの水性媒質中で−ＣＯＯ−に解離し得る。他の実施形態では、活性物質は、−ＳＯ３ −、−ＰＯ４ ２−等のような荷電官能基を含み得る。
他の活性物質は、分極されるか又は分極可能であり、即ち、別の部分に比してある部分で極性を示す。
「活性物質」という用語は、電気浸透流を介して送達され得る電気的に中性な物質、分子又は化合物も指し得る。電気的に中性な物質は典型的には、溶媒の流れにより運ばれ得る。したがって適切な活性物質の選択は、当業者の知識内である。
いくつかの実施形態では、１つ又は複数の活性物質は、鎮痛薬、麻酔薬、麻酔ワクチン（anesthetics vaccines）、抗生物質、アジュバント、免疫学的アジュバント、免疫原、寛容原、アレルゲン、トル様受容体アゴニスト、トル様受容体アンタゴニスト、免疫アジュバント、免疫調節物質、免疫応答物質、免疫刺激物質、特異的免疫刺激物質、非特異的免疫刺激物質及び免疫抑制物質又はその組合せから選択され得る。
このような活性物質の非限定例としては、リドカイン（登録商標）、アルチカイン及び−カイン類の他のもの；モルヒネ、ヒドロモルホン、フェンタニル、オキシコドン、ヒドロコドン、ブプレノルフィン、メタドン及び類似のオピオイドアゴニスト；コハク酸スマトリプタン、ゾルミトリプタン、ナラトリプタンＨＣｌ、安息香酸リザトリプタン、リンゴ酸アルモトリプタン、コハク酸フロバトリプタン、及びその他の５−ヒドロキシトリプタミン１受容体サブタイプアゴニスト；レシキモド、イミキモド（imiquidmod）、並びに類似のＴＬＲ７及びＴＬＲ８アゴニスト及びアンタゴニスト；ドンペリドン、塩酸グラニセトロン、オンダンセトロン及びこのような抗嘔吐薬；酒石酸ゾルピデム及び類似の睡眠導入薬；Ｌ−ドーパ及びその他の抗パーキンソン薬；アリピプラゾール、オランザピン、クエチアピン、リスペリドン、クロザピン及びジプラシドン、並びにその他の神経弛緩薬；糖尿病薬、例えばエキセナチド；並びに肥満及びその他の疾患の治療のためのペプチド及びタンパク質が挙げられる。
麻酔性活性物質又は鎮痛薬のさらなる非限定例としては、アンブカイン、アメトカイン、ｐ‐アミノ安息香酸イソブチル、アモラノン、アモキセカイン、アミロカイン、アプトカイン、アザカイン、ベンカイン、ベノキシネート、ベンゾカイン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアラニルベンゾカイン、Ｎ，Ｎ−ジメチルグリシルベンゾカイン、グリシルベンゾカイン、βアドレナリン受容体アンタゴニスト、ベトキシカイン、ブメカイン、ブピバカイン（bupivicaine）、レボブピバカイン（levobupivicaine）、ブタカイン、ブタンベン、ブタニリカイン、ブテサミン、ブトキシカイン、メタブトキシカイン、カルビゾカイン、カルチカイン、セントブクリジン、セパカイン、セタカイン、クロロプロカイン、コカエチレン、コカイン、プソイドコカイン、シクロメチカイン、ジブカイン、ジメチソキン、ジメトカイン、ジペロドン、ジクロニン、エコグニン、エコゴニジン、アミノ安息香酸エチル、エチドカイン、ユープロシン、フェナルコミン、ホモカイン、ヘプタカイン、ヘキサカイン、ヘキソカイン、ヘキシルカイン、ケトカイン、ロイシノカイン、レボキサドール、リグノカイン、ロツカイン、マーカイン、メピバカイン、メタカイン、塩化メチル、ミルテカイン、ネパイン、オクタカイン、オルトカイン、オキセタザイン、パレントキシカイン、ペンタカイン、フェナシン、フェノール、ピペロカイン、ピリドカイン、ポリドカノール、ポリカイン、プリロカイン、プラモキシン、プロカイン（ノボカイン（登録商標））、ヒドロキシプロカイン、プロパノカイン、プロパラカイン、プロピポカイン、プロポキシカイン、ピロカイン、クアタカイン、リノカイン、リソカイン、ロドカイン、ロピバカイン、サリチルアルコール、テトラカイン、ヒドロキシテトラカイン、トリカイン（tolycaine）、トラペンカイン、トリカイン（tricaine）、トリメカイン、トロパコカイン、ゾラミン、その薬学的に許容可能な塩、及びその混合物が挙げられる。
或る種の実施形態では、活性物質は低分子量分子（ＭＷ＜１０００）であり得る。或る種の態様では、分子は極性高分子電解質であり得る。或る種の他の態様では、分子は親水性であり得る。他の態様では、分子は親油性であり得る。或る種の実施形態では、高分子量の高分子電解質活性物質は、タンパク質、ポリペプチド又は核酸であり得る。
上記のように、本明細書中に記載される装置は、低分子量の活性物質の送達に特に適している。これらの活性物質は身体の免疫系又は免疫器官に取り込まれるのが迅速すぎて、それらは有効でないと思われる。
本明細書中に記載されるイオントフォレーシス装置に適した活性物質は、一部は、本明細書中に記載されるようにリンカーを介してナノ粒子に共有結合されるそれらの能力に基づいて選択される。本明細書中で用いる場合、「ナノ粒子複合体」、「活性物質複合体」、「ナノ粒子接合活性物質」はすべて、１つ又は複数の活性物質と共有結合されたナノ粒子を指す。多数の活性物質は、カルボキシレート官能性を有する。「カルボキシレート」とは、カルボン酸及びその誘導体、例えばカルボン酸エステル及びアミドを指す。リンカーのカルボキシレート基とヒドロキシ官能基との間のカップリングは、エステル化及びトランスエステル化により達成されて、エステル結合を形成し得るが、このような方法は当該技術分野で既知である。
典型的には、活性物質は、活性物質及びリンカーが結合しているエステル結合部位で、ナノ粒子から酵素的に切断され得る。皮膚は、活性物質を脱離し、そしてその遊離形態で循環中に放出させ得る種々の型のエステラーゼに富む。有意には、リンカーの構造によって、酵素的切断の反応速度が調整され得る。例えばエステル結合部位に立体障害を有するリンカー部分に関しての切断速度は、このようなリンカー部分が酵素の活性部位で完全でない適合を形成するため、低減されると思われる。
したがって、活性物質と接合されるナノ粒子のイオントフォレーシス送達は、このような活性物質の制御放出を実行し得る。「制御放出」とは、本明細書中で用いる場合、活性物質を宿主の生体系に利用可能にするための方法及び組成物を意味する。制御放出は、即時放出、遅延放出及び持続性放出の使用を包含する。「即時放出」とは、宿主の生物系への即座の放出を指す。「遅延放出」とは、投与後しばらくの間活性成分が宿主に利用可能にされないことを意味する。「持続性放出」とは一般に、宿主に利用可能な活性物質のレベルが長時間に亘って或るレベルで保持される活性物質の放出を指す。特に持続性放出の組成物は、薬剤を徐々に放出するように意図され、そして放出は一般に律速段階である。
有益には、本装置のナノ粒子複合体は、生体界面、例えば皮膚を通って輸送される。皮下に蓄積されるナノ粒子は、全身投与されるナノ粒子よりも、身体の免疫系又は器官にはるかに取り込まれにくいと思われるため、活性物質デポーは生体界面を越えて生体組織中に形成され得る。その遊離形態での活性物質の放出は、酵素的切断の割合により確定され、そしてリンカー構造の適切な設計により調整され得る。「活性物質デポー」とは、イオントフォレーシス後の生体組織中の限定領域内の活性物質又はその複合体の蓄積又は濃縮集団を指す。活性物質は、デポーから循環中に持続的に拡散され得る。
したがって本明細書中に記載されるイオントフォレーシス装置は、イオントフォレーシス装置により生じる電気反発力及び電気浸透力下で、透過性生体界面を通るナノ粒子複合体の輸送を提供する。
したがってさらなる実施形態は、イオントフォレーシスによる活性物質の経皮投与のための方法であって、対象の生体界面上にイオントフォレーシス装置の作用側電極構造体及び対抗電極構造体を配置すること（作用側電極構造体はさらに、電位を提供するように動作可能な作用側電極要素、並びに複数のナノ粒子を含む内部活性物質貯留槽であって、各ナノ粒子がそれぞれのリンカーを介して１つ又は複数の活性物質に接合される活性物質貯留槽を含む）、そして限られた時間に渡って、対象においてナノ粒子に接合される治療的有効量の活性物質を投与するのに十分量の電流を印加すること、を包含する方法を記載する。
さらなる実施形態では、当該方法は、経皮投与後にナノ粒子から活性物質を放出することを包含する。リンカーの種類並びにリンカーと活性物質との間の接合点を切断する誘発事象によって、活性物質は異なるプロファイルに従って放出され得る。典型的には、活性物質の放出プロファイルは、制御放出又は持続性放出であり得る。標的化放出もあり得る。好ましい実施形態では、活性物質の放出は、標的治療部位、例えば腫瘍部位により誘発される。例えば或る種の酵素は、腫瘍部位に存在し得るが、しかし他の場所には乏しい。これらの酵素により切断されるように意図されるリンカーは、腫瘍部位での活性物質の放出を引き起こし得る。
本明細書中並びに添付の特許請求の範囲で用いる場合、「膜」という用語は、透過性である場合も、透過性でない場合もある層、障壁、又は物質を意味する。別記しない限り、膜は、固体、液体又はゲルの形態をとり得るし、そして明確な格子又は架橋構造を有しても、有しなくてもよい。
本明細書中並びに添付の特許請求の範囲で用いる場合、「イオン選択膜」という用語は、イオンに対して実質的に選択性であり、或る種のイオンを通す一方で、他のイオンの通過を遮断する膜を意味する。イオン選択膜は、例えば電荷選択膜の形態をとり得るか、又は半透性膜の形態をとり得る。
本明細書中並びに添付の特許請求の範囲で用いる場合、「イオン選択膜」又は「電荷選択膜」という用語は、主にイオンにより保有される極性又は電荷に基づいて、イオンを実質的に通過及び／又は実質的に遮断する膜を意味する。電荷選択膜は典型的にはイオン交換膜を指し、そしてこれらの用語は、本明細書中で並びに添付の特許請求の範囲において互換的に用いられる。電荷選択膜又はイオン交換膜は、陽イオン交換膜、陰イオン交換膜及び／又は両極性膜の形態をとり得る。陽イオン交換膜は、陽イオンの通過のみを実質的に可能にし、そして陰イオンを実質的に遮断する。市販の陽イオン交換膜の例としては、ＮＥＯＳＥＰＴＡ、ＣＭ−１、ＣＭ−２、ＣＭＸ、ＣＭＳ及びＣＭＢ（株式会社トクヤマ）の呼称で入手可能なものが挙げられる。逆に陰イオン交換膜は、陰イオンの通過のみを実質的に可能にし、そして陽イオンを実質的に遮断する。市販の陰イオン交換膜の例としては、ＮＥＯＳＥＰＴＡ、ＡＭ−１、ＡＭ−３、ＡＭＸ、ＡＨＡ、ＡＣＨ及びＡＣＳ（同じく株式会社トクヤマ）の呼称で入手可能なものが挙げられる。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いる場合、「両極性膜」という用語は、２つの異なる電荷又は極性に対して選択的である膜を意味する。別記しない限り、両極性膜は、一体膜構造又は多重膜構造の形態をとり得る。一体膜構造は、陽イオン交換物質又は基を含む第一の部分、並びに陰イオン交換物質又は基を含む第一の部分と向き合った第二の部分を包含し得る。多重膜構造（例えば二重皮膜）は、陰イオン交換膜に付着又は結合される陽イオン交換膜により形成され得る。陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜は最初に異なる構造物として出発し、その結果生じる両極性膜の構造中でそれらの弁別性を保持し得るか、又は保持し得ない。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いる場合、「半透性膜」という用語は、イオンのサイズ又は分子量に基づいて実質的に選択的である膜を意味する。したがって半透性膜は、第一の分子量又はサイズのイオンを実質的に通す一方で、第一の分子量又はサイズより大きい第二の分子量又はサイズのイオンの通過を実質的に遮断する。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いる場合、「多孔性膜」という用語は、問題のイオンに関して実質的に選択的ではない膜を意味する。例えば多孔性膜は、極性に基づいて実質的に選択的でなく、そして対象の要素又は化合物の分子量又はサイズに基づいて実質的に選択的でないものである。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いる場合、「貯留槽」という用語は、液体状態、固体状態、気体状態、混合状態及び／又は遷移状態で、要素又は化合物を保持するための任意の形態のメカニズムを意味する。例えば別記しない限り、貯留槽は、構造物により形成される１つ又は複数のキャビティを含み得るし、そしてこのようなものが少なくとも一時的に要素又は化合物を保持し得る場合には、１つ又は複数のイオン交換膜、半透性膜、多孔性膜及び／又はゲルを含み得る。典型的には、貯留槽は、生体界面への起電力によるこのような作用物質の放出の前に、生物学的活性物質を保持するのに役立つ。貯留槽は、電解質溶液も保持し得る。
本明細書中で提示される見出しは、便宜上に過ぎず、当該実施形態の範囲又は意味を説明するものではない。
図１及び図２は、一例示実施形態に従って、イオントフォレーシスにより、生体界面１８（図２）、例えば皮膚又は粘膜の一部に作用側電極構造体１２に含有される活性物質を供給するように動作可能である電源１６とそれぞれ電気的に結合される作用側電極構造体１２及び対向電極構造体１４を含むイオントフォレーシス装置１０を示す。
例として示される実施形態では、作用側電極構造体１２は、作用側電極構造体１２の内部２０から外部２２に向かって、作用側電極要素２４、電解質２８を貯留する任意の電解質貯留槽２６、任意の内部イオン選択膜３０、リンカー３９を介してナノ粒子４１に接合された
活性物質３６を貯留する内部活性物質貯留槽３４、付加的活性物質４０を任意に貯蔵する任意の最外部イオン選択膜３８、最外部イオン選択膜３８の外表面４４により保有される任意のさらなる活性物質４２、並びに外部リリースライナー４６を含む。別記しない限り、活性物質３６、４０及び４２は、以下で言及される場合、封入形態又は遊離形態で存在すると考えられる。上記要素又は構造物の各々を、以下で詳細に考察する。
作用側電極要素２４は、電源１６の第一の電極１６ａと連結され、そして作用側電極構造体１２に配置されて、起電力又は電流を印加して、作用側電極構造体１２の種々の他の部材を介してナノ粒子に接合した活性物質３６、４０、４２を輸送する。作用側電極要素２４は、種々の形態をとり得る。例えば作用側電極要素２４は、犠牲要素、例えば化合物又はアマルガム、例えば銀（Ａｇ）又は塩化銀（ＡｇＣｌ）を包含し得る。このような化合物又はアマルガムは典型的には、１つ又は複数の重金属、例えば鉛（Ｐｂ）を用い、これは、製造、貯蔵、使用及び／又は処分に関する問題点を生じさせる。その結果として、いくつかの実施形態は、有益には、非金属作用側電極要素を用い得る。このようなものは、例えば多重層、例えば炭素を含むゲル又はポリマーマトリクス、並びに炭素繊維又は炭素繊維紙を含む導電性シートを含み、例えば同一出願人による係属中の特願２００４／３１７３１７号公報（２００４年１０月２９日提出）に記載されている。
内部活性物質貯留槽３４は一般に、このようなイオン選択膜が用いられるべきものである場合、内部イオン選択膜３０と最外部イオン選択膜３８との間に配置される。内部活性物質貯留槽３４は、ナノ粒子複合体３７を一時的に保持し得る任意の構造を含めた種々の形態をとり得る。例えば内部活性物質貯留槽３４は、ナノ粒子複合体３７が液体分散状態である場合、パウチ又はその他の容器、孔、キャビティ又は隙間を有する膜の形態をとり得る。ナノ粒子複合体３７は、それぞれのリンカー３９を介して多数の活性物質３６に結合されるナノ粒子４１（例えば金）を含む（例証を分かりやすくするために、このような複合体が１つだけ示されている）。
作用側電極構造体１２は、任意的に、作用側電極要素２４と作用側電極要素２４に近位の最外部作用側電極イオン選択膜３８との間に配置される電解質貯留槽２６を包含し得る。電解質２８は、効率を増強し及び／又は送達速度を増大するために、イオンを提供するか又は電荷を供与して、作用側電極要素２４上の気泡（例えば水素）の形成を防止又は阻害し得る。この電気分解の排除又は低減は次いで、さもなければ、例えば効率低減、移送速度低減及び／又は生体界面１８に生じ得る刺激等の不利益を生じさせるであろう酸及び／又は塩基（例えばＨ＋イオン、ＯＨ−イオン）の形成を阻害又は低減させ得る。さらに以下で考察するように、いくつかの実施形態では、電解質２８は、最外部作用側電極イオン選択膜３８の活性物質を置換するための、例えば、最外部作用側電極イオン選択膜３８がイオン交換膜の形態をとる場合には、イオン交換基５０に結合した活性物質４０を置換するためのイオンを提供又は供与し得る。このようなものは生体界面１８への活性物質４０の移動を促して、例えば送達速度を増大及び／又は安定化し得る。適切な電解質は、０．５Ｍフマル酸二ナトリウム：０．５Ｍポリアクリル酸（５：１）の溶液の形態をとり得る。
内部イオン選択膜３０は任意に、電解質２８及び内部活性物質貯留槽３４を分離するように配置され得る。内部イオン選択膜３０は、電荷選択膜の形態をとり得る。例えばナノ粒子４１が正に荷電する場合、内部イオン選択膜３０は、陰イオンを実質的に通し、そして陽イオンを実質的に遮断するように選択的である陰イオン交換膜の形態をとり得る。内部イオン選択膜３０は、有益には、電解質２８と内部活性物質貯留槽３４との間の望ましくない要素又は化合物の移動を防止し得る。例えば内部イオン選択膜３０は、電解質２８からのナトリウム（Ｎａ＋）、水素（Ｈ＋）イオンの移動を防止又は阻害し、これは、イオントフォレーシス装置１０の移動速度及び／又は生物学的適合性を増大し得る。
任意的に、最外部イオン選択膜３８は概して、作用側電極構造体１２を通って作用側電極要素２４と向かい合って配置される。最外部膜３８は、図１及び図２に図示した実施形態のように、イオン交換膜の形態をとることができ、当該イオン選択膜３８の孔４８（図を分かりやすくするために図１及び図２では１つだけが示されている）はイオン交換物質又は基５０（図を分かりやすくするために図１及び図２では３つだけが示されている）を有している。起電力又は電流の影響下では、イオン交換物質又は基５０は選択的に、それぞれ接合した活性物質３６、４０と同じ極性を有するイオンを実質的に通す一方で、反対極性を有するイオンを実質的に遮断する。したがって最外部イオン交換膜３８は、電荷選択的である。ナノ粒子４１が陽イオン性である場合、最外部イオン選択膜３８は陽イオン交換膜の形態をとり得る。代替的には、ナノ粒子４１が陰イオン性である場合、最外部イオン選択膜３８は陰イオン交換膜の形態をとり得る。上記のように、本明細書中に記載されるナノ粒子は電気的に中性でもあってもよく、この場合、イオン交換膜は、それにもかかわらず、内部活性物質貯留槽に望ましくないイオンが進入し活性物質の輸送を妨げ得るのを遮断するために用いられ得る。
最外部イオン選択膜３８は有益には、ナノ粒子に任意的に接合した活性物質４０を貯蔵し得る。特にイオン交換基又は物質５０は、起電力又は電流の非存在下で活性物質の極性と同じ極性を有するイオンを一次的に保持し、そして起電力又は電流の影響下で同様の極性又は電荷を有する代替イオンに置換されると、それらのイオンを実質的に放出する。
最外部イオン選択膜３８はまた、任意的にナノ粒子に接合した付加的活性物質４０を予備的に装荷し得る。最外部イオン選択膜３８がイオン交換膜である場合、相当量の活性物質４０が最外部イオン選択膜３８の孔、キャビティ又隙間４８中のイオン交換基５０と結合し得る。
物質５０のイオン交換基と結合できない活性物質４２は、さらなる活性物質４２として最外部イオン選択膜３８の外表面４４に付着し得る。代替的には又は付加的には、さらなる活性物質４２は、例えば噴霧、フラッジング、コーティングにより、静電的に、蒸着により、及び／又は別のやり方で、最外部イオン選択膜３８の外表面４４の少なくとも一部分に積極的に堆積及び／又は付着され得る。いくつかの実施形態では、さらなる活性物質４２は、外表面４４を十分に被覆し及び／又は十分な厚みを有することで明確な層５２を形成し得る。他の実施形態では、さらなる活性物質４２は、その語の通常の意味での層を構成するほどには、容積、厚み又は被覆面積において十分でない場合もある。
活性物質４２は接合形態又は遊離形態に関わらず、種々の高濃縮形態、例えば固体形態、ほぼ飽和された溶液形態又はゲル形態で堆積され得る。固体形態である場合、水和の供給源が提供され、作用側電極構造体１２に組込まれるか、又は使用直前にその外部から適用され得る。活性物質４２がナノ粒子に接合される場合、固体形態は水和の際に個々のナノ粒子の分散液を形成できなければいけない。
いくつかの実施形態では、活性物質３６、付加的活性物質４０及び／又はさらなる活性物質４２は、同一の又は類似の組成物又は要素であり得る。他の実施形態では、活性物質３６、付加的活性物質４０、及び／又はさらなる活性物質４２は、互いに異なる組成物又は要素であり得る。いくつかの実施形態では、活性物質３６、４０及び４２の１つ又はすべてがナノ粒子に接合されるが、但しそれらの少なくとも１つはナノ粒子に接合される。したがって第一の型の活性物質は、内部活性物質貯留槽３４中に貯留され得る一方で、第二の型の活性物質は最外部イオン選択膜３８中に貯蔵され得る。このような実施形態では、第一の型又は第二の型の活性物質は、さらなる活性物質４２として最外部イオン選択膜３８の外表面４４上に堆積され得る。代替的には、第一の型及び第二の型の活性物質の混合物は、さらなる活性物質４２として最外部イオン選択膜３８の外表面４４上に堆積され得る。さらにそれに代わるものとして、第三の型の活性物質の組成物又は要素が、さらなる活性物質４２として最外部イオン選択膜３８の外表面４４上に堆積され得る。別の実施形態では、第一の型の活性物質は活性物質３６として内部活性物質貯留槽３４中に貯留され、そして付加的活性物質４０として最外部イオン選択膜３８中に貯蔵され得る一方で、第二の型の活性物質はさらなる活性物質４２として最外部イオン選択膜３８の外表面４４上に堆積され得る。１つ又は複数の異なる活性物質が用いられる実施形態では、活性物質３６、４０、４２に接合したナノ粒子は典型的には、共通の極性を有して、活性物質３６、４０、４２が互いに競合するのを防ぐ。他の組合せも可能である。
外部リリースライナー４６は一般に、最外部イオン選択膜３８の外表面４４により保有されるさらなる活性物質４２の上に重なるか又はそれを覆って配置され得る。外部リリースライナー４６は、起電力又は電流の印加前に、貯蔵中、さらなる活性物質４２及び／又は最外部イオン選択膜３８を保護し得る。外部リリースライナー４６は、耐水性物質製の選択的に剥離可能なライナー、例えば感圧性接着剤と一般的に関連するリリースライナーであり得る。内部リリースライナー４６は、図１では配置された状態で示されており、そして図２では取り外されているということに留意されたい。
界面結合媒質（示されていない）は、電極構造体と生体界面１８との間に用いられ得る。界面結合媒質は、例えば接着剤及び／又はゲルの形態をとり得る。ゲルは、例えば水和ゲルの形態をとり得る。
図１及び図２に示した実施形態では、対向電極構造体は、対向電極構造体１４の内部６４から外部６６に向かって順に、対向電極要素６８、電解質７２を貯留する電解質貯留槽７０、内部イオン選択膜７４、緩衝物質７８を貯留する任意の緩衝剤貯留槽７６、任意の最外部イオン選択膜８０、並びに任意の外部リリースライナー８２を包含する。
対向電極要素６８は、電源１６の第二の電極１６ｂと電気的に結合され、第二の電極１６ｂは第一の電極１６ａと逆の極性を有する。対向電極要素６８は、種々の形態をとり得る。例えば対向電極要素６８は、犠牲要素、例えば化合物又はアマルガム、例えば銀（Ａｇ）又は塩化銀（ＡｇＣｌ）を包含し得るか、或いは非犠牲要素、例えば上記の炭素ベースの電極要素を包含し得る。
電解質貯留槽７０は、種々の形態、例えば電解質７２を保持し得る任意の構造をとり、そしていくつかの実施形態では、例えば電解質７２がゲル、半固体又は固体形態である場合、電解質７２自体でさえあり得る。例えば電解質貯留槽７０は、特に電解質７２が液体である場合、パウチ又はその他の容器、或いは孔、キャビティ又は隙間を有する膜の形態をとり得る。
電解質７２は一般に、対向電極要素６８と、対向電極要素６８に近位の最外部イオン選択膜８０との間に配置される。上記のように、電解質７２は、イオンを提供するか又は電荷を供与して、対向電極要素６８上の気泡（例えば水素）の生成を防止又は阻害し、そして酸又は塩基の形成を防止又は阻害するか、或いはそれを中和し、これにより効率が増強され及び／又は生体界面１８の刺激の可能性を低減し得る。
内部イオン選択膜７４は、電解質７２と緩衝物質７８との間に、及び／又は電解質７２を緩衝物質７８から分離するよう配置される。内部イオン選択膜７４は、例えば第一の極性又は電荷を有するイオンの通過を実質的に許容する一方で、第二の反対極性を有するイオン又は電荷の通過を実質的に遮断する図示したイオン交換膜などの電荷選択膜の形態をとり得る。内部イオン選択膜７４は典型的には、最外部イオン選択膜８０により通されるものと逆の極性又は電荷を有するイオンを通す一方で、同様の極性又は電荷を有するイオンを実質的に遮断する。代替的には、内部イオン選択膜７４は、サイズに基づいて選択的である半透性膜又は微小孔膜の形態をとり得る。
内部イオン選択膜７４は、緩衝物質７８への望ましくない要素又は化合物の移動を防止し得る。例えば内部イオン選択膜７４は、電解質７２から緩衝物質７８中への水酸基（ＯＨ−）又は塩素（Ｃｌ−）イオンの移動を防止又は阻害し得る。
任意の緩衝剤貯留槽７６は一般に、電解質貯留槽と最外部イオン選択膜８０との間に配置される。緩衝剤貯留槽７６は、緩衝物質７８を一時的に保有し得る種々の構造をとり得る。例えば緩衝剤貯留槽７６は、キャビティ、多孔性膜又はゲルの形態をとり得る。
緩衝物質７８は、最外部イオン選択膜４２を通して生体界面１８への移動のためのイオンを供給し得る。従って、緩衝物質７８は、例えば塩（例えばＮａＣｌ）を含み得る。
対向電極構造体１４の最外部イオン選択膜８０は、種々の形態をとり得る。例えば最外部イオン選択膜８０は、電荷選択性イオン交換膜、例えば陽イオン交換膜又は陰イオン交換膜の形態をとり、これは、イオンにより保有される電荷に基づいてイオンを実質的に通過及び／又は遮断する。適切なイオン交換膜の例は上記されている。代替的には、最外部イオン選択膜８０は、イオンのサイズ又は分子量に基づいてイオンを実質的に通過及び／又は遮断する半透性膜の形態をとり得る。
対向電極構造体１４の最外部イオン選択膜８０は、作用側電極構造体１２の最外部イオン選択膜３８のものと逆の電荷又は極性を有するイオンに対して選択的である。したがって例えば作用側電極構造体１２の最外部イオン選択膜３８が生体界面１８への活性物質３６、４０、４２の負荷電イオンの通過を許容する場合、対向電極構造体１４の最外部イオン選択膜８０は、生体界面１８への正荷電イオンの通過を許容する一方で、負の電荷又は極性を有するイオンの通過を実質的に遮断する。他方、作用側電極構造体１２の最外部イオン選択膜３８が生体界面１８への活性物質３６、４０、４２の正荷電イオンの通過を許容する場合、対向電極構造体１４の最外部イオン選択膜８０は、生体界面１８への負荷電イオンの通過を許容する一方で、正の電荷又は極性を有するイオンの通過を実質的に遮断する。
外部リリースライナー８２は一般に、最外部イオン選択膜８０の外表面８４の上に重なるか又はそれを覆って配置され得る。内部リリースライナー８２は図１では配置された状態で示されており、そして図２では取外されているということに留意されたい。外部リリースライナー８２は、起電力又は電流の印加前に、貯蔵中、最外部イオン選択膜８０を保護し得る。外部リリースライナー８２は、耐水性物質製の選択的に剥離可能なライナー、例えば感圧性接着剤と一般的に関連するリリースライナーであり得る。いくつかの実施形態では、外部リリースライナー８２は、作用側電極構造体１２の外部リリースライナー４６と同一の広がりを有し得る。
電源１６は、１つ又は複数の化学電池、スーパーキャパシタ又はウルトラキャパシタ、或いは燃料電池の形態をとり得る。電源１６は、例えば０．８Ｖ ＤＣの公差の１２．８Ｖ ＤＣの電圧と０．３ｍＡの電流とを提供し得る。電源１６は、選択的に、制御回路を介して、例えば炭素繊維リボンを介して、作用側電極構造体１２ａ及び対向電極構造体１４と電気的に結合され得る。イオントフォレーシス装置１０は、電極構造体１２、１４に送達される電圧、電流及び／又は電力を制御するために、ディスクリートの回路要素及び／又は集積回路要素を包含し得る。例えばイオントフォレーシス装置１０は、電極要素２０、４０に定電流を提供するためのダイオードを包含し得る。
上記のように、それぞれの活性物質３６、４０、４２のそれぞれのナノ粒子担体は、陽イオン性又は陰イオン性であり得る。その結果として、電源１６の端子又は極１６ａ、１６ｂは逆にされ得る。同様に、最外部イオン選択膜３８、８０、及び内部イオン選択膜３０、７４の選択性は、逆にされ得る。
イオントフォレーシス装置１０は、作用側電極構造体１２及び対向電極構造体１４を形成する種々の他の構造の露出側面に隣接する不活性成型物質８６をさらに含み得る。成型物質８６は、有益には、作用側電極構造体１２及び対向電極構造体１４の種々の構造に対する環境的保護を提供し得る。
図２で最も良く分かるように、作用側電極構造体１２及び対向電極構造体１４は、生体界面１８上に配置される。生体界面上の配置は、回路を閉じて、起電力を印加させ、及び／又は作用側電極構造体、生体界面１８及び対向電極構造体１４を介して、電流を電源１６の一方の極１６ａから他方の極１６ｂに流させ得る。
起電力及び／又は電流の存在下で、ナノ粒子（金など）に接合された活性物質３６は、生体界面１８に向けて輸送される。付加的活性物質４０は、同じ電荷又は極性を有するイオン（例えば活性物質３６）の置換によりイオン交換基又は物質５０により放出され、そして生体界面１８に向けて輸送される。活性物質３６の一部は付加的活性物質４０に置換され得る一方で、活性物質３６の一部は最外部イオン選択膜３８を通して生体界面１８に移動され得る。最外部イオン選択膜３８の外表面４４により保有されるさらなる活性物質４２も、生体界面１８に移動される。
要約に記載されたものを含めて上記の例証的実施形態についての記載は、網羅的であるように意図されないし、添付の特許請求の範囲を開示された精確な形態に限定するものでもない。例示の目的で特定の実施形態及び実施例を本明細書に記載しているが、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り、そして当業者に理解されるように、種々の等価の改変がなされ得る。本明細書中に提供される教示は、他の物質送達システム及び装置に適用可能であり、必ずしも一般的に上記した例示的なイオントフォレーシス活性物質システム及びイオントフォレーシス活性物質装置であるというわけではない。例えばいくつかの実施形態は、いくつかの貯留槽、膜又は構造を省き得る。例えばいくつかの実施形態は、作用側電極要素２０及び対向電極要素４０に印加される電圧、電流又は電力を制御するための制御回路又はサブシステムを包含し得る。さらにまた例えばいくつかの実施形態は、最外部作用側電極イオン選択膜３８と生体界面１８との間に介在される界面層を包含し得る。いくつかの実施形態は、付加的イオン選択膜、イオン交換膜、半透性膜及び／又は多孔性膜、並びに電解質及び／又は緩衝剤のための付加的貯留槽を含み得る。
種々の導電性ヒドロゲルが既知であり、対象の皮膚に或いは対象へ電気刺激を接続するための装置内に電気的界面を提供するために医療分野で用いられてきた。ヒドロゲルは皮膚を水和し、したがってヒドロゲルにより電気刺激のための炎症に対して保護する一方で、皮膚を膨潤し、活性構成成分のより効率的な移動を可能にする。このようなヒドロゲルの例は、米国特許第６，８０３，４２０号、同第６，５７６，７１２号、同第６，９０８，６８１号、同第６，５９６，４０１号、同第６，３２９，４８８号、同第６，１９７，３２４号、同第５，２９０，５８５号、同第６，７９７，２７６号、同第５，８００，６８５号、同第５，６６０，１７８号、同第５，５７３，６６８号、同第５，５３６，７６８号、同第５，４８９，６２４号、同第５，３６２，４２０号、同第５，３３８，４９０号及び同第５，２４０，９９５号（これらの記載内容はその全体において参照により本明細書中で援用される）に開示されている。このようなヒドロゲルのさらなる例は、米国特許出願第２００４／１６６１４７号、同第２００４／１０５８３４号、及び同第２００４／２４７６５５号（これらの記載内容はその全体において参照により本明細書中で援用される）に開示されている。種々のヒドロゲル及びヒドロゲルシートの製品商標名としては、Ｃｏｒｐｌｅｘ（商標）（Corium）、Ｔｅｇａｇｅｌ（商標）（3M）、ＰｕｒａＭａｔｒｉｘ（商標）（BD）、Ｖｉｇｉｌｏｎ（商標）（Bard）、ＣｌｅａｒＳｉｔｅ（商標）（Conmed Corporation）、ＦｌｅｘｉＧｅｌ（商標）（Smith & Nephew）、Ｄｅｒｍａ−Ｇｅｌ（商標）（Medline）、Ｎｕ−Ｇｅｌ（商標）（Johnson & Johnson）、及びＣｕｒａｇｅｌ（商標）（Kendall）或いはアクリルヒドロゲル・フィルム（Sun Contact Lens Co., Ltd.から入手可能）が挙げられる。
上記の種々の実施形態は、有益には、種々の微細構造、例えばマイクロニードルを用い得る。マイクロニードル及びマイクロニードルアレイ、それらの製造及び使用が記載されている。マイクロニードルは、独立して、又はアレイで、中空、固体及び透過性、固体及び半透性、或いは固体及び非透過性であり得る。固体、非透過性マイクロニードルはさらに、それらの外表面に沿って溝を含み得る。複数のマイクロニードルからなるマイクロニードルアレイは、種々の形状、例えば長方形又は円形で配列され得る。マイクロニードル及びマイクロニードルアレイは、種々の材料、例えばケイ素、二酸化ケイ素、成型プラスチック材料、例えば生分解性ポリマー又は非生分解性ポリマー、セラミック、並びに金属から製造され得る。マイクロニードルは、独立して、又はアレイで、中空開口部を通して、固体透過性物質又は半透性物質を通して、或いは外部溝を介して、流体を投与するか又はサンプリングするために用いられ得る。マイクロニードル装置は、例えば生体界面、例えば皮膚又は粘膜を介して、生きている身体に種々の化合物及び組成物を送達するために用いられる。或る種の実施形態では、活性物質化合物及び組成物は、生体界面に又は生体界面を介して送達され得る。例えば皮膚を介して化合物又は組成物を送達するのに際しては、個々の或いはアレイでの（単一又は複数の）マイクロニードルの長さ、及び／又は挿入深度は、化合物又は組成物の投与が表皮中だけ、表皮を通して真皮、又は皮下に投与されるかを制御するために用いられ得る。或る種の実施形態では、マイクロニードル装置は、高分子量活性物質、例えばタンパク質、ペプチド及び／又は核酸を含むもの並びにその対応する組成物の送達のために有用であり得る。例えば流体がイオン性溶液である或る種の実施形態では、（単一又は複数の）マイクロニードル又は（単一又は複数の）マイクロニードルアレイは電源とマイクロニードル（単数又は複数）の先端との間の電気的連続性を提供し得る。（単一又は複数の）マイクロニードル又は（単一又は複数の）マイクロニードルアレイは、本明細書中に記載されるようなイオントフォレーシス法により、化合物又は組成物を送達するか又はサンプリングするために有益に用いられ得る。或る種の実施形態では、例えばアレイ中の複数のマイクロニードルは、有益には、イオントフォレーシス装置の最外部生体界面の接触表面上に形成され得る。このような装置により送達されるか又はサンプリングされる化合物又は組成物は、例えば高分子量活性物質、例えばタンパク質、ペプチド及び／又は核酸を含み得る。
或る種の実施形態では、化合物又は組成物は、生体界面に、生体界面の中に、又は生体界面を介して、活性物質を送達するために、電源に電気的に結合された作用側電極構造体及び対向電極構造体を含むイオントフォレーシス装置により送達され得る。作用側電極構造体は、以下のものを包含する：電源の正電極に接続される第一の電極部材、第一の電極部材と接触し、そして第一の電極部材を介して電圧を印加される活性物質溶液を有する活性物質貯留槽、マイクロニードルアレイであり得、活性物質貯留槽の前面に対面して配置される生体界面接触部材、並びにこれらの部材を収容する第一のカバー又は容器。対向電極構造体は、以下のものを包含する：電源の負電極に接続される第二の電極部材、第二の電極部材と接触し、そして第二の電極部材を介して電圧が印加される電解質を担持する電解質貯留槽、並びにこれらの部材を収容する第二のカバー又は容器。
或る種の他の実施形態では、化合物又は組成物は、生体界面に、生体界面の中に、又は生体界面を介して、活性物質を送達するために、電源に電気的に結合された作用側電極構造体及び対向電極構造体を含むイオントフォレーシス装置により送達され得る。作用側電極構造体は、以下のものを包含する：電源の正電極に接続される第一の電極部材、第一の電極部材と接触し、そして第一の電極部材を介して電圧を印加される電解質を有する第一の電解質貯留槽、第一の電解質貯留槽の前面に配置される第一の陰イオン交換膜、第一の陰イオン交換膜の前面に対して配置される活性物質貯留槽、マイクロニードルアレイであり得、活性物質貯留槽の前面に対面して配置される生体界面接触部材、並びにこれらの部材を収容する第一のカバー又は容器。対向電極構造体は、以下のものを包含する：電源の負電極に接続される第二の電極部材、第二の電極部材と接触し、そして第二の電極部材を介して電圧を印加される電解質を担持する第二の電解質貯留槽、第二の電解質貯留槽の前面に配置される陽イオン交換膜、陽イオン交換膜の前面に対して配置され、そして第二の電解質貯留槽及び陽イオン交換膜を介して第二の電極部材から電圧が提供される電解質を担持する第三の電解質貯留槽、第三の電解質貯留槽の前面に対して配置される第二の陰イオン交換膜、並びにこれらの部材を収容する第二のカバー又は容器。
マイクロニードル装置、それらの使用及び製造についての或る程度の詳細は、米国特許第６，２５６，５３３号、同第６，３１２，６１２号、同第６，３３４，８５６号、同第６，３７９，３２４号、同第６，４５１，２４０号、同第６，４７１，９０３号、同第６，５０３，２３１号、同第６，５１１，４６３号、同第６，５３３，９４９号、同第６，５６５，５３２号、同第６，６０３，９８７号、同第６，６１１，７０７号、同第６，６６３，８２０号、同第６，７６７，３４１号、同第６，７９０，３７２号、同第６，８１５，３６０号、同第６，８８１，２０３号、同第６，９０８，４５３号及び同第６，９３９，３１１号（これらの記載内容はすべて、参照により本明細書中で援用される）に開示されている。その中の教示のいくつか又はすべてが、マイクロニードル装置、それらの製造、並びにイオントフォレーシス用途におけるそれらの使用に適用され得る。
種々の実施形態の態様は、必要な場合、本明細書中で同定されるそれらの特許及び出願を含めてさらなる実施形態を提供するために種々の特許、出願及び出版物の系、回路及び概念を用いるよう修正され得る。いくつかの実施形態は、上記の膜、貯留槽及びその他の構造のすべてを包含し得る一方で、他の実施形態は、膜、貯留槽又は他の構造のいくつかを省略し得る。さらなる他の実施形態は、一般的に上記した膜、貯留槽及び構造の付加的なものを用い得る。さらなる実施形態は、一般的に上記した膜、貯留槽及び構造の付加的なものを用いながら、上記の膜、貯留槽及び構造のいくつかを省略し得る。
上記の様々な実施形態を組合せて、さらなる実施形態を提供することができる。本明細書で言及され、且つ／又は出願データシートに列挙されるすべての米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願及び非特許出版物は、下記に列記のものを非限定的に含めて、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
特許第３０４０５１７号として２０００年３月３日に発行され、特開平０４−２９７２７７号公報を有する１９９１年３月２７日に出願された特願平０３−８６００２号公報、特開２０００−２２９１２８号公報を有する１９９９年２月１０日に出願された特願平１１−０３３０７６号公報、特開２０００−２２９１２９号公報を有する１９９９年２月１２日に出願された特願平１１−０３３７６５号公報、特開２０００−２３７３２６号公報を有する１９９９年２月１９日に出願された特願平１１−０４１４１５号公報、特開２０００−２３７３２７号公報を有する１９９９年２月１９日に出願された特願平１１−０４１４１６号公報、特開２０００−２３７３２８号公報を有する１９９９年２月２２日に出願された特願平１１−０４２７５２号公報、特開２０００−２３７３２９号公報を有する１９９９年２月２２日に出願された特願平１１−０４２７５３号公報、特開２０００−２８８０９８号公報を有する１９９９年４月６日に出願された特願平１１−０９９００８号公報、特開２０００−２８８０９７号公報を有する１９９９年４月６日に出願された特願平１１−０９９００９号公報、ＰＣＴ公開番号ＷＯ０３０３７４２５を有する２００２年５月１５日に出願されたＰＣＴ特許出願ＷＯ２００２ＪＰ４６９６、２００４年３月９日に出願された米国特許出願第１０／４８８９７０号、２００４年１０月２９日に出願された特願２００４／３１７３１７号公報、２００５年９月３０日に出願された米国仮特許出願第６０／７２２，２９８号、２００４年１１月１６日に出願された米国仮特許出願第６０／６２７，９５２号、２００５年９月３０日に出願された米国仮特許出願第６０／７２２，２６０号、２００４年１１月３０日に出願された特願２００４−３４７８１４号公報、２００４年１２月９日に出願された特願２００４−３５７３１３号公報、２００５年２月３日に出願された特願２００５−０２７７４８号公報、２００５年３月２２日に出願された特願２００５−０８１２２０号公報。
種々の実施形態の態様は、必要な場合、さらなる実施形態を提供するために種々の特許、出願及び出版物のシステム、回路及び概念を用いるように変形され得る。いくつかの実施形態は、上記の膜、貯留槽及びその他の構造のすべてを包含し得るが、他の実施形態は、膜、貯留槽又は他の構造のいくつかを省略し得る。さらなる他の実施形態は、一般的に上記した膜、貯留槽及び構造の付加的なものを用いることができる。さらなる実施形態は、一般的に上記した膜、貯留槽及び構造の付加的なものを用いながら、上記の膜、貯留槽及び構造のいくつかを省略することができる。
上記の詳細な記載にかんがみて、様々な変更が為され得る。概して、添付の特許請求の範囲においては、用いられる用語は、本明細書及び添付の特許請求の範囲に開示される特定の実施形態に限定するように解釈されるべきでなく、添付の特許請求の範囲に従って動作するすべてのシステム、装置及び／又は方法を含むように解釈されるべきである。したがって本発明は本開示により限定されなるものでなく、その範囲は添付の特許請求の範囲により専ら確定されるべきものである。
一例示実施形態による作用側電極構造体及び対向電極構造体を含むイオントフォレーシス装置のブロック図である。 生体界面上に配置される図１のイオントフォレーシス装置のブロック図であって、外部リリースライナーは、一例示実施形態により活性物質に露出されるために除去される。

Claims (27)

  1. 生体界面に活性物質を送達するためのイオントフォレーシス装置であって、
    電位を提供するように動作可能な作用側電極要素と、それぞれのリンカーを介して１つ又は複数の活性物質に接合される複数のナノ粒子を含む第一の活性物質貯留槽とを有する作用側電極構造体、及び
    対向電極構造体を包含するイオントフォレーシス装置。
  2. 前記ナノ粒子の少なくともいくつかが金属性である、請求項１に記載のイオントフォレーシス装置。
  3. 前記ナノ粒子の少なくともいくつかが金である、請求項２に記載のイオントフォレーシス装置。
  4. 前記ナノ粒子の少なくともいくつかが銀又は酸化チタンである、請求項２に記載のイオントフォレーシス装置。
  5. 前記ナノ粒子の少なくともいくつかが固体中空シェルであり、又はコア／シェル構造を有する、請求項１に記載のイオントフォレーシス装置。
  6. 前記ナノ粒子が約１０〜５００ｎｍの直径を有する、請求項１に記載のイオントフォレーシス装置。
  7. 前記ナノ粒子の少なくともいくつかが金属硫黄結合によりそれぞれのリンカーに結合される、請求項１に記載のイオントフォレーシス装置。
  8. 前記リンカーの少なくともいくつかがカルボン酸エステル結合によりそれぞれの活性物質に結合される、請求項１に記載のイオントフォレーシス装置。
  9. 前記リンカーがポリ（エチレングリコール）誘導体である、請求項１に記載のイオントフォレーシス装置。
  10. 前記ポリ（エチレングリコール）誘導体が約５００〜２０００ダルトンの分子量を有する、請求項９に記載のイオントフォレーシス装置。
  11. 前記ナノ粒子の少なくともいくつかが荷電される、請求項１に記載のイオントフォレーシス装置。
  12. 前記ナノ粒子の少なくともいくつかが電気的に中性である、請求項１に記載のイオントフォレーシス装置。
  13. 電解質組成物を含む電解質貯留槽、及び
    前記電解質貯留槽と前記第一の活性物質貯留槽との間に配置される内部イオン選択膜をさらに包含する、請求項１に記載のイオントフォレーシス装置。
  14. 使用中に生体界面の近位に存在する外表面を有する最外部イオン選択膜をさらに包含する、請求項１３に記載のイオントフォレーシス装置。
  15. 最外部イオン選択膜中に貯蔵される付加的活性物質をさらに包含する、請求項１４に記載のイオントフォレーシス装置。
  16. 前記付加的活性物質がそれぞれの付加的ナノ粒子に接合される、請求項１５に記載のイオントフォレーシス装置。
  17. 前記最外部イオン選択膜の外表面上に堆積されるさらなる活性物質をさらに包含する、請求項１３に記載のイオントフォレーシス装置。
  18. 前記さらなる活性物質がそれぞれのさらなるナノ粒子に接合される、請求項１７に記載のイオントフォレーシス装置。
  19. 前記活性物質を送達後に酵素的切断により放出することができる、請求項１に記載のイオントフォレーシス装置。
  20. １つ又は複数のマイクロニードルをさらに包含する、請求項１に記載のイオントフォレーシス装置。
  21. イオントフォレーシスによる活性物質の経皮投与のための方法であって、
    対象の生体界面上にイオントフォレーシス装置の、電位を提供するように動作可能な作用側電極要素と、各々がそれぞれのリンカーを介して１つ又は複数の活性物質に接合される複数のナノ粒子を含む第一の活性物質貯留槽を有する作用側電極構造体及び対向電極構造体を配置すること、並びに
    限られた期間に渡って、対象にナノ粒子に接合される治療的有効量の活性物質を投与するのに十分量の電流を印加することを包含する方法。
  22. 前記ナノ粒子の少なくともいくつかが金属性である、請求項２１に記載の方法。
  23. 前記ナノ粒子の少なくともいくつかが金である、請求項２１に記載の方法。
  24. 前記ナノ粒子が金属硫黄結合により前記リンカーに結合される、請求項２１に記載の方法。
  25. 前記リンカーがカルボン酸エステル結合により活性物質に結合される、請求項２１に記載の方法。
  26. 前記リンカーがポリ（エチレングリコール）誘導体である、請求項２１に記載の方法。
  27. 前記ナノ粒子が経皮投与中に前記それぞれの活性物質に接合されたままである、請求項２１に記載の方法。
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