JP2010511439A - 薄膜応用のためにジェランガムをイオン架橋する方法及びそれにより作製される医療デバイス - Google Patents

Abstract

種々の応用、例えば医療デバイス、例えば移植可能な血管移植片、ステント移植片及び／又はステントのための、イオン架橋したジェランガム被覆及び薄膜を作製するために提供される方法。

Description

本発明は、ジェランガムを架橋する方法及びこれらの材料から作製される生成物に関する。

ポリマー系被覆は医療デバイスのために提案されており、医療デバイスとしては例えば、移植可能な、経皮的な（percutaneous）、皮膚貫通的な（transcutaneous）、又は表面加工された医療デバイス、例えば血管ステント、ステント移植片、カテーテル、骨ねじ、関節修復移植物、組織修復移植物、フィードチューブ、シャント、気管内チューブ等がある。米国特許出願公開第2003/0158958号、米国特許出願公開第2003/004559号及び米国特許第6,723,350号を参照されたい。ステントは、一般的に生体適合材料、好ましくは金属材料又はプラスティック材料から形成される縦長の管状デバイスである。ステントは、狭窄症及び血管等の身体脈管における狭窄の処置において有用である。様々な身体脈管疾患の処置にステントが使用されることは広く知られている。当該デバイスは、脈管内で、脈管の崩壊部分、具体的には、閉塞し、弱化し、もしくは異常拡張した部分を補強するための「永久ステント」として、又は疾患のある脈管に治療処置を提供するための「一時的ステント」としてのいずれかで移植される。ステントは、典型的には疾患状態の脈管の再狭窄を防止するため血管の形成後に使用される。ステントは、他の身体脈管、例えば尿道及び胆管において有用である可能性がある。ステント移植片は、移植片の内側又は外側にステントを使用するものである。かかる移植片は、生体適合材料、典型的にはダクロン又はポリテトラフルオロエチレン（PTFE）から形成される、一般的に縦長の管状デバイスである。ステント移植片及び血管移植片は、典型的には脈管系統における動脈瘤を処置するために使用する。分岐ステント移植片及び分岐血管移植片は、異常な動脈瘤を処置するために使うことができる。移植片は、体液（例えば血液）がその（１又は複数の）壁から漏出しないよう、移植片を通って流れる体液に対して不浸透性であることが望ましい。

ステント及びステント移植片は、典型的には柔軟性のある立体配置を有するが、これは適切な部位への腔内カテーテル挿入のために、当該デバイスを径方向に圧縮した状態で設置させるためである。好ましい位置が定まると、当該デバイスは、身体脈管中で補強されるように径方向に拡張する。当該デバイスの径方向への拡張は、カテーテルに取り付けた拡張性バルーンにより達成してもよく、又は当該デバイスが、配置されると径方向へ広がるような自己拡張型のものでもよい。

Ashton等の米国特許出願公開第2003/0158598号には、薬物負荷ポリマーマトリクス及び多糖類（ペクチン）での、ステント、ステント移植片、及び移植片の被覆についての記載がある。ペクチンは時間経過と共に分解し、ポリマーマトリクス中に負荷された薬物の放出速度を制御するために使用される。米国特許出願公開第2003/0004559号には、別々の押し出しプロセスで形成された、内部及び外部細孔性の拡張ポリテトラフルオロエチレン（ePTFE）チューブを使用する血管移植片についての記載がある。中間エラストマー層はこの２つのチューブの間に配置される。かかる中間層は、密閉能の向上をもたらすために多糖類のゲルを含浸してもよい。

Burrell等による米国特許第6,723,350号には、広範な医療デバイスへ応用される滑らかな被覆についての記載がある。当該被覆は、ゲル様の均一性を有する液体媒体から調製される多糖類系化合物により実現できる。

典型的に多糖類溶液は、ゲル化剤の導入まで溶液状態を維持する。ペクチンの場合、ゲル化のためにカルシウムイオン（Ｃａ²⁺）を溶液に添加する。所望の特性を有するゲルを作製するために、当該イオンは最少濃度とする必要がある。過剰な濃度は、事前ゲル化及び離漿傾向が発生する原因となる。離漿は、ゲルの収縮又は構造変化による水分排除（又は除去）のプロセスである。

以上の各応用において、ペクチン系膜を各デバイスに応用する方法論は、均一な被覆の形成を阻害又は困難にする。さらに、従来技術の多糖類系膜は、柔軟性がより制限され、伸縮性が低いことが多い。この特徴は当該被覆の耐久性を低減させ、これらの医療的応用市場での受容性を低減させる可能性がある。

すなわち、当業界には、均一な被覆及び伸縮性を必要とする医療デバイス応用、例えば脈管ステント、ステント移植片、及び血管移植片に適した、生体適合性膜及び含浸物並びに被覆の形成のための改良方法を提供する必要性が存在する。

本発明は、操作容易性及び血管系への非侵襲的な取り付けの点で医師を支援する、体内移植物用の改良された柔軟性を有する、生体適合膜を調製するための方法を提供する。

本発明はまた、体内移植物に被覆を必要とする応用に適するよう伸縮性を有する、生体適合膜の調製するための方法を提供する。

本発明はまた、膜で被覆された移植された医療デバイスの認識において、医師を支援できる色を有する、生体適合膜の調製するための方法を提供する。

本発明はまた、医療デバイス、例えば血管移植片、ステント、又はステント移植片を、イオン架橋したジェランガムの均一被覆で被覆するための方法を提供する。

本発明はまた、材料の外表面が、材料の内表面よりも高い架橋密度を有するよう、勾配のある被覆を調製するための方法を提供する。

これらの目的に応じて、柔軟性及び色において改良された性能を有する、生体適合ジェランガム系膜が提供される。膜は、広範にわたる移植可能な医療デバイス、例えばステント、ステント移植片、及び血管移植片への応用に適する。

本発明の実施態様によると、例えば医療移植物の一部等のワークピース上に、イオン架橋したジェランガム被覆又は膜を作製する方法が提供される。例えばジェランガム及び溶液中で、ジェランガムのイオン架橋を提供する化合物を含有する溶液が形成される。当該溶液は、ジェランガムが溶液中で液状となる高温まで加熱され、その後ワークピース上にイオン架橋したジェランガム被覆を形成させるため、ワークピースに塗布される。ワークピース上の過剰ゲルは、好ましくは被覆ワークピースを絞ることにより除去できる。ジェランガム被覆ワークピースは、発熱性物質及び過剰な架橋剤を除去するために別の溶液（例えば、DI水）に曝すことができる。ワークピースはまた、その得られたワークピースを可塑化するために、別の溶液（例えば、グリセリン溶液）に曝すことができる。最終的に、イオン架橋したジェランガム系被覆は、乾燥させることができる。得られた被覆は実質的に白であり且つ柔軟性がある。

本発明の別の実施態様によると、例えば医療移植物の一部等のワークピース上に、イオン架橋したジェランガム被覆又は膜を作製する方法が提供される。最初にジェランガムを溶液中に溶解させ、医療移植物に塗布する。その後塗布した溶液を、溶解している液体を実質的に除去するために乾燥させる。このプロセスは、ジェランガム被覆を作製する。その後ジェランガム被覆は、多価陽イオンを含む溶液の添加により、イオン架橋される。得られた被覆は実質的に白であり且つ柔軟性がある。

別の実施態様によると、厚み方向に密度勾配を有する、イオン架橋したジェランガム被覆又は膜を作製する方法が提供される。この密度勾配は、内部及び外部の架橋密度が膜の全体にわたって変化するよう、より制御された手順で、乾燥した被覆を架橋剤に慎重に曝すことにより作製できる。

別の実施態様によると、塩化カルシウムはジェランガムの架橋を開始するために溶液において使用される。

本発明のさらなる目的及び利点は、提供した図面と共に、以下に示す詳細な説明の参照により、当業者に明らかになるであろう。

図１は、本発明に従いイオン架橋したジェランガム被覆で形成させた、血管移植片の概略図である。

本特許出願の目的において、「イオン架橋」は、ポリマー（例えばジェランガム）が、そのポリマーの鎖間でのイオン結合形成により変換されるプロセスのことを言う。イオン結合はポリマー鎖の間に橋を形成する多価対イオンを必要とする。ポリマーは、当該イオン架橋を受けた後に、「イオン架橋」される。薄膜は厚さ１ミリメートル（mm）以下の材料の層である。

ジェランガムは、微生物スフィンゴモナスエロデア（Sphingomonas elodea）により産生される親水コロイド多糖類である。これは、容易に利用可能な炭水化物の原材料の発酵により製造される。必要に応じて、アルカリで脱アシル化を行う。分子量は、１〜2,000,000ダルトンの範囲である。自然に発生する高アシル状態は、高温（70〜80℃）から熱可逆性であるが、低アシル状態は可逆性でない。

ジェランガムの分子構造は、グルコース、ラムノース、及びグルクロン酸の繰り返し単位を基本とする直鎖である。天然（アシル化）状態におけるアシル基には、アセチル基及びグリセリル基がある。いずれの置換基も、グルコース残基上に存在し、平均すると、１繰り返し当たり１のグリセリル基及び１つおきの繰り返しにつき１のアセチル基となる。アシル化状態は、柔軟で、伸縮性のある、非脆性ゲルを作製する。脱アシル状態は、アシル基を完全に欠如しており、硬く、非伸縮性の脆性ゲルを作製する。

ジェランガムは、自由流動性の白色粉末として利用できる。典型的にジェランガムは水中に溶解され、0.03〜１％固体含量の溶液を作製するように混合される。溶液の粘性は固体含量と共に上昇し、およそ0.2％（w/w）で「流体ゲル」から半固体になる。溶解プロセスは、低温及び低イオン含量（およそ＜0.03％）で支援されるが、これはより高温では凝集を促進し、また適度なイオン含量は粉末の水和温度を上昇させるためである。ジェランガムは通常、アルコール等の極性溶媒には溶解しない。グリセリン等の化学物質は、粉末分散を促進させる処理助剤として使用してもよい。

ジェランガムは、高温（およそ70℃より上）で液体であり、この温度より下げるとゲル状態である傾向がある。ジェランガムは、「スナップ−セッティング」の特徴を示すが、これは設定温度に到達すると、非常に急速にゲル化することを意味する。

ジェランガムは、Viegas 等の米国特許第6,136,334号に記載の通り、インサイツ(in-situ)強膜への応用のために使用されている。ただし、Viegas 等は、設置したpHバッファ化ゲルについて記載し、これは目への薬物送達を促進する目的である。他の参考文献としては、Alupei, LC; Grecu, L; Gurlui, S.; Popa, M.; Strat, G.; Strat, M. The study of the structure and optical properties of gellan-PVA, gellan-PVP and gellan-PVI composites," Proc. Int. Symp. Electrets. 2002, pp. 426-429 及びBalasubramaniam, J.; Kumar, M. T.; Pandit, J. K.; Kant, S., "Gellan- based scleral implants of indomethacin: In vitro and in vivo evaluation," Drug Delivery: Journal of Delivery and Targeting of Therapeutic Agents, 11/6 (371-379), 2004 がある。

ジェランガムはまた、Epstein 等の米国特許第6,923,996号に記載の通り、インスリン送達のためのデバイスとして使用されている。ただし、Epstein 等は、医療移植物のための、ジェランガムを含むポリマー種について記載し、これはガムによる特別な利益を強調していない。Li, J; Kamath, K; Dwivedi, C, "Gellan film as an implant for insulin delivery," J. Biomater. Appl, 15(4), Apr 2001, pp. 321-43も参照されたい。

本発明の目的に従って、イオン架橋したジェランガム被覆は、以下のように作製される。ジェランガムをジェランガム分散液（例えばグリセリン）に分散させる。この分散物を、その後ジェランガム溶解液（例えば水又は極性溶媒）に添加する。得られた溶液を、その後、ジェランガムのイオン架橋を含む化合物を含む、別の溶液（例えば塩化カルシウム又は塩化バリウム）に曝す。イオン架橋したジェランガム溶液を、ジェランガムが溶液中で液状である高温まで加熱し、その後、イオン架橋したジェランガム被覆をワークピース上に形成させる、又はイオン架橋したジェランガムをワークピースの隙間に含浸させるために、ワークピースに塗布する。ワークピース上の過剰ゲルは除去される。ジェランガム被覆ワークピースを、発熱物質を除去するため、別の溶液（例えば、DI水）に曝すことができる。ワークピースを、得られたワークピースを可塑化するため、別の溶液（例えば、グリセリン溶液)に曝すこともできる。最終的に、イオン架橋したジェランガム系被覆は、ジェランガム溶解液の大部分を除去するために乾燥させる。

別の実施態様によれば、イオン架橋したジェランガム被覆は、以下の通りに作製される。ジェランガムを例えばグリセリン等のジェランガム分散液に分散させる。この分散物を、ジェランガムのイオン架橋物を含む、化合物（例えば、塩化バリウム又は塩化カルシウム）を含む、溶液（例えば、水溶液又は極性溶液）に添加する。イオン架橋したジェランガム溶液は、ジェランガムが溶液中で液状であるような高温まで加熱し、イオン架橋したジェランガム被覆をワークピース上に形成させる、又はイオン架橋したジェランガムをワークピースの隙間に含浸させるために、ワークピースに塗布する。ワークピース上の過剰ゲルは除去される。イオン架橋したジェランガム被覆ワークピースを、例えばDI水で、発熱物質を許容レベルまで減少させるために、濯ぐことができる。ワークピースを、その後、得られたワークピースを可塑化するため、別の溶液（例えば、グリセリン溶液)に曝すことができる。最終的に、イオン架橋したジェランガム系被覆は乾燥できる。

この方法論が、多様な応用物、例えば医療デバイス（例えば移植可能な血管移植片、ステント等）に適した、均一なイオン架橋したジェランガム被覆又は皮膜を形成することが理解されるであろう。

他の多糖類材料から作製される被覆及び／又は膜と異なり、ジェランガムは、あざやかな白色の薄膜を形成するとともに、他の多糖類から作製された膜と比較してより柔軟性もある、特有の組み合わせを提供する。ジェランガムはまた、他の多糖類から作製された膜より、脆性が低いという利点が付与された膜を作製する。その結果、これらの性能の組み合わせは、医療デバイス及び／又は移植膜の応用に特別な利益をもたらす。例えば、医師は、オフホワイト又は黄色っぽい色の医療デバイスの受け入れを躊躇する傾向がある。人は一般的に、変色したデバイスを古い又は不潔なものと関連付ける。従って、見掛けが新品同様な白であるデバイスを好む。従来の血管移植片はコラーゲン又はゼラチン製のゲルで被覆され、外見は大抵黄色である。さらに、コラーゲン又はゼラチンのあるバッチは、他のものよりわずかに黄色味が多いことがあり、医師はこれらの違いを識別し、供給メーカーに色の悪いデバイスを返品することも頻繁にある。新品同様な白色であるジェラン系膜は、一般的に医師からの受容性がより高いであろう。

色に加えて、ジェランガムにより作られる膜は、他の多糖類由来又はゼラチンのコラーゲン由来の膜と比較した場合、軟らかく、しなやかである。血管移植片については、このしなやかさは３つの理由のために重要である。第一に、当該移植片は皮膚の下（ここがトンネルを空ける場所である場合）での操作、及び移植される場合身体の輪郭をなぞることがより容易である。第二に、当該移植片の軟らかさは、縫合する場合に生来の動脈に過度のストレスをかけないことが望ましいという点で、重要である。硬い移植片は、吻合部を引っ張り、崩壊又は組織に過度の傷跡を残す原因となる。第三に、移植片はジェランガム被覆で処理しないと、たわみ、曲がる可能性がある（これはその後の漏出をもたらす可能性がある）。

本発明のイオン架橋したジェランガム被覆は、血管移植片への応用において、他の利点を有する。例えば、
血液漏出なく移植片を密封でき、
密封達成のために必要なジェランガムは低濃度であり、
浸漬溶液として移植片に塗布し、処理を容易にさせるゲルを形成させるために乾燥させることができ、
ジェランガムは一般に細菌から設計され、すなわちバッチ間の均一性が高く、他の植物由来材料（例えば、ペクチン、アルギン酸塩）とは異なり、
ジェランガムは生体適合性及び血液適合性があり、並びに
ジェランガムは比較的高価でない、ことが挙げられる。

ジェランガムはまた、コラーゲンとは異なり、狂牛病のプリオンを保持しない点で、重要な付加的利益を有する。

塩化バリウム又は塩化カルシウム以外のイオン架橋化合物が使用できる。当該化合物は、好ましくは二価カチオン、例えばカルシウム（Ca²⁺）、バリウム（Ba²⁺）、マグネシウム（Mg²⁺）、ストロンチウム（Sr²⁺）、及び／又は他の多価イオンである。

本発明のイオン架橋したジェランガム被覆又は膜を、以下の８の実施例で説明する。

はじめに、ジェランガム粉末を、十分に分配した（凝集のない）ジェランガム粉末のスラリーを作製するため、グリセリンと混合した。その後スラリーを少量ずつ添加し、低濃度のCa²⁺イオン（およそ0.03％）及び冷水を含む溶液を勢いよく攪拌し、それにより溶液のジェランガムをイオン架橋した。その後、イオン架橋したジェランガム溶液を、溶液の底部及び表面の両方で勢いよく攪拌しながら、徐々に85℃まで加熱した。溶液は、ジェランガムを濃度0.03％〜１％の濃度範囲で所望の通りに使用してよい。イオン架橋したジェランガム溶液を、ワークピース上に被覆し（又はワークピース内に含浸し）、過剰なゲルを除去し、ワークピースを水に浸す。その後グリセリン溶液に浸し、最後に水を除去するためにワークピースを乾燥させ、これによりワークピース上にイオン架橋したジェランガムの均一な被覆を作製する。イオン架橋したジェランガム被覆ワークピースを、室温又は加温オーブン内で高温条件に置くことにより、乾燥を達成できる。イオン架橋したジェランガムのより薄い被覆は、基底層の最上面に、イオン架橋したジェランガムを、塗布／乾燥させることにより、又は固体含量がより高いジェランガム溶液を使用することにより、作製できる。乾燥させたイオン性ジェランガム架橋の被覆は、被覆中に残存したいくらかの水及び溶媒（例えば０〜20％）を有する可能性がある。乾燥させたジェランガム被覆は、所望ならばワークピースから除去してよい。

上記実施例において、水中で塩化カルシウム溶液を調製する。塩化カルシウムの濃度は、ほぼ０〜10％（質量／質量）、好ましくは0.05〜５％（質量／質量）、最も好ましくは0.05〜0.15％（質量／質量）の範囲が可能である。他の化合物が、液体の塩化カルシウム溶液中で混合できるのは、他の（１又は複数の）化合物が当該液体の塩化カルシウム溶液の存在下で、カルシウムイオンと競合又はカルシウムイオンを流用しない場合に限られる。ジェランガム溶液（及び、被覆が除去されていない場合はワークピースの可能性もある）を、既定の温度（例えば85℃）、既定の時間（例えば２分）で液体の塩化カルシウム溶液に曝す。溶液のカルシウム二価カチオン（Ca²⁺イオン）は、沈水させたジェランガムのポリマー鎖間に橋を形成し、その結果ジェランガムをイオン架橋する。塩化カルシウム濃度並びに塩化カルシウムに曝す温度及び時間は、飽和点までの、イオン架橋する程度に影響を与えるだろう。従って、異なるイオン架橋程度が、所望の異なるジェランガム特性を提供できる。さらに、ジェランガムは多重被覆により、所望の厚みまで積載することができ、塩化カルシウム濃度及び曝す時間を、（１又は複数の）内側（内部）層と比較して外側にイオン架橋密度の勾配を生み出すよう制御することができる。

はじめに、高アシルジェランガム粉末を、十分に分配した（凝集のない）ジェランガム粉末のスラリーを作製するため、グリセリンと混合した。その後スラリーを少量ずつ、塩化バリウム及び冷水の溶液に添加し、均一になるまで勢いよく攪拌した。その後、溶液を、溶液中でジェランガムが液状であるように、勢いよく攪拌しながら、徐々に85℃まで加熱した。得られた溶液は、ワークピース上で被覆され（又はワークピース中に含浸され）、過剰なゲルは除去した。得られたワークピースを、発熱物質を許容レベルまで低下させるためDI水中で濯ぎ、その後被覆されたワークピースを可塑化するためにグリセリン溶液に浸す。最後に、ワークピースを、水を除去するために乾燥させ、これによりワークピース上にイオン架橋したジェランガムの均一な被覆を作製する。イオン架橋したジェランガム被覆ワークピースを、室温又は加温オーブン内で高温条件に置くことにより、乾燥を達成できる。イオン架橋したジェランガムのより薄い被覆は、基底層の最上面に、イオン架橋したジェランガムを、塗布／乾燥させることにより、又は固体含量がより高いジェランガム溶液を使用することにより、作製できる。乾燥させたイオン性ジェランガム架橋の被覆は、被覆中に残存したいくらかの水及び溶媒（例えば０〜20％）を有する可能性がある。乾燥させたジェランガム被覆は、所望ならばワークピースから除去してよく、その結果イオン架橋したジェランガムの膜が実現できる。

上記実施例において、ジェランガム、グリセリン及び塩化バリウムの水溶液は、好ましくは以下の通りであり、
ジェランガムの濃度は、0.025％〜およそ１％（質量／質量）の間で所望の通りに変化でき、
塩化バリウムの濃度は、ほぼ０〜10％（質量／質量）及びより好ましくは約0.04％（質量／質量）の範囲が可能であり、
他の化合物が、液体の塩化カルシウム溶液中で混合できるのは、他の（１又は複数の）化合物が当該液体の塩化バリウム溶液の存在下で、バリウムカチオンと競合又はバリウムカチオンを流用しない場合に限られる。

水溶液において、ジェランガムを、高温（例えば85℃）、既定の時間（例えば２分）で液体の塩化バリウム溶液に曝す。水溶液のバリウム二価カチオン（Ba²⁺イオン）は、沈水させたジェランガムのポリマー鎖間に橋を形成し、その結果ジェランガムをイオン架橋する。塩化バリウム濃度並びに塩化バリウムに曝す温度及び時間は、飽和点までの、イオン架橋する程度に影響を与えるだろう。従って、異なるイオン架橋程度が、所望の異なるジェランガム特性を提供できる。さらに、ジェランガムは多重被覆により、所望の厚みまで積載することができ、塩化カルシウム濃度及び曝す時間を、１又は複数の）内側（内部）層と比較して外側にイオン架橋密度の勾配を生み出すよう制御することができる。

ジェランガム溶液を、0.5g高アシルジェランガム及び10gグリセリンを79.5gの蒸留水に溶解させることにより作製した。溶液を85℃まで加熱し、1.5% BaCl₂又は1.5% CaCl₂のいずれかを10g添加した。これにより、0.5％ジェランガム、0.15% BaCl₂（又は CaCl₂）及び10％グリセリン（％は全て、質量／質量）の溶液を得た。10mLの溶液を秤量台に置き、室温で乾燥させ、その後50℃で一昼夜放置した。一方で他の溶液を、溶液に架橋剤を添加せずに作製し、室温ゲルの表面に5％溶液として架橋剤を添加した。非密封の二重に織ったベロアの血管移植片の断片を、当該溶液中に浸漬し、過剰ゲルを除去するために絞り、50℃で一昼夜乾燥させた。膜を、電子ビーム（e-beam）又はエチレンオキシド（EtO）ガスのいずれかで滅菌した。膜からゲルディスクを作るために＃５パンチを使用し、ディスクを、５％イソプロパノール添加の10mLリン酸バッファ化食塩水中に沈めた。浸したディスクを37℃で１〜14日間インキュベートし、その間、膨張／分解を定性的に、及び質量損失（浸漬前質量に対する）を定量的に評価した。さらに、移植片断片の、浸透性及び縫合保持について試験した。データから示されたのは、（１）ジェランガム被覆は電子ビームで滅菌されず、（２）0.15％に達するゲル溶液へのCaCl₂添加は、最も低い分解及び穏やかな膨張により示される最良の被覆を作り出し、及び（３）好ましい立体配置中で被覆された移植片は、低い透過性及び高い縫合保持強度を示したことである。

ジェランガム溶液を、0.5％高アシルジェランガム及び架橋剤を濃度0.125％、0.25％、0.5％、１％、及び２％で含有するよう作製した。膜ディスク及び移植片を、各溶液から作製した。ディスク及び移植片を、リン酸バッファ化食塩水に、37℃で、１、２、４、及び７日間浸漬させた。各時点で、ディスクの質量及び厚みの変化を評価し、移植片の浸透性を試験した。さらに、膜ディスクを、コラーゲンスラリーからも作製し、コラーゲン被覆移植片をジェランガム被覆移植片と同様に処理及び試験した。データからは、架橋剤濃度２％使用で作製したベースライン（０日目）移植片は非常に浸透性が高く、架橋剤濃度が0.5％、１％、及び２％で作製のものは１日後の溶液中での沈殿レベルが高いことが示された。0.25％架橋剤含量を含有するディスクも、２日目の溶液中で沈殿が見られた。ディスクの質量増分及び厚み増加は、ジェランガムディスクの方がコラーゲンのものと比較してかなり大きな値であった。0.125％又は0.25％の架橋剤を含有するユニットの移植片浸透性は、全ての時点で0 cc / cm² / 分であった。

ジェランガム被覆した二重に織ったベロア血管移植片を、0.5％高アシルジェランガム、0.15％ CaCl₂、10％ グリセリン、及び蒸留水で構築した。EtO滅菌後、これを従来の多様な機能試験を用いることで試験した。データから、当該移植片は、ねじれ耐性、浸透性（急性の、及び食塩水浸漬後の）、縫合保持強度、長辺方向伸長強度、及び被覆均一性において十分に機能を有することが示された。

さらに、ジェランガム被覆した二重に織ったベロア血管移植片を、0.5％高アシルジェランガム、0.15％ CaCl₂、10％ グリセリン、及び蒸留水で構築した。いくつかをEtO滅菌した。これを（被覆前に対する）質量増分及び浸透性（滅菌前対滅菌後）について評価した。データから、被覆された移植片質量増分は十分に制御され、浸透性は、滅菌前 2 cc / cm² / 分未満で滅菌後はより高いことが示された。

さらに、ジェランガム被覆した二重に織ったベロア血管移植片を、１％高アシルジェランガム、0.15％ CaCl₂、及び蒸留水で組成した。グリセリンは、粉末分散助剤として3.5％で、浸漬後に可塑剤として10％で、溶液に添加した。データから、質量増分は十分に制御され、浸透性（滅菌前及び滅菌後）は通常＜１cc / cm² / 分であると示された。

ジェランガム被覆した織布及び編布の血管移植片を、１％高アシルジェランガム粉末、浸漬溶液のジェランガムイオン架橋用0.04％BaCl₂、及び蒸留水の溶液に浸漬することで構築した。ジェランガム粉末を浸漬溶液に添加する前に、ジェランガム粉末を、粉末分散助剤としてのグリセリンと混合する。浸漬溶液中でのグリセリン濃度は3.5％である。浸漬溶液を、ジェランガムが溶液中で液状であるように、一定の攪拌をしながら高温（好ましくは約85℃）に加熱する。加熱空気領域を浸漬溶液上に保持する。織布及び編布の血管移植片を１分間浸漬溶液に沈め、その後引き出す時に加熱空気領域に通し、過剰ゲルを垂らすよう補助する。その後、過剰ゲルを除去するため、被覆移植片を２つのローラーの間で絞り（好ましくは、２回の通過を利用し、各通過の間に被覆グラフトを90度回転させる）、その後、発熱物質を許容レベルにまで低減するためDI水中で濯いだ。その後、被覆移植片を可塑化するため、被覆移植片をグリセリン溶液（10％ 質量/質量）に曝した。最後に、被覆移植片を乾燥させ（例えば60℃で60分間、その後室温で一昼夜）、その後EtO滅菌した。

本発明の別の実施態様によれば、イオン架橋したジェランガムの膜又は被覆は、以下に従って実現できる。

はじめに、ジェランガム粉末を、均一なジェランガム溶液を作製するため、水中に溶解させる。この溶解処理は冷水を用いることにより支援できる。溶液中のジェランガム分散を支援するために、低濃度で、溶液中に一価又は二価イオンを添加してもよい。溶液中のジェランガム濃度は、0.025％からおよそ１％の間で所望の通りに変えることができる。ジェランガム溶液を、ワークピースに対し被覆し、スプレーし、又は含浸させ、水及び任意の溶媒を除去するために乾燥させ、ワークピース上にジェランガムの乾燥膜を作製する。好ましくは、かかる溶液の塗布が薄膜を作製する。乾燥プロセスは、ジェランガム被覆ワークピースを、室温又は加温オーブン内で高温条件に置くことにより、乾燥を達成できる。ジェランガムのより薄い膜又は被覆は、基底層の最上面に、イオン架橋したジェランガムを、塗布／乾燥させることにより、又は固体含量がより高いジェランガム溶液を使用することにより作製できる。乾燥させたジェランガムの膜は、いくらかの残存溶媒を保有する可能性がある（例えば０〜20％の間の水及び溶媒が膜の裏側に残されている可能性がある）。乾燥させたジェランガム膜は、所望ならばワークピースから除去できる。

水中で塩化カルシウム溶液を調製する。塩化カルシウムの濃度は、ほぼ０〜２％（質量／質量）、好ましくは0.05〜0.5％（質量／質量）、最も好ましくは0.05〜0.15％（質量／質量）の範囲が可能である。他の（１又は複数の）化合物が、液体の塩化カルシウム溶液中で混合できるのは、他の（１又は複数の）化合物が当該液体の塩化カルシウム溶液の存在下で、カルシウムイオンと競合又はカルシウムイオンを流用しない場合に限られる。乾燥させたジェランガム膜（及び、膜が除去されていない場合はワークピースの可能性もある）を、既定の温度（例えば室温）、既定の時間（例えば30分）で液体の塩化カルシウム溶液に曝す。溶液のカルシウム二価カチオン（Ca²⁺イオン）は、沈水させたジェランガムのポリマー鎖間に橋を形成し、その結果ジェランガムをイオン架橋する。塩化カルシウム濃度並びに塩化カルシウムに曝す温度及び時間は、飽和点までの、イオン架橋する程度に影響を与えるだろう。従って、異なるイオン架橋程度は、所望の異なるジェランガム特性を提供できる。さらに、ジェランガムは多重被覆により、所望の厚みまで積載することができ、塩化カルシウム濃度及び曝す時間を、（１又は複数の）内側（内部）層と比較して外側にイオン架橋密度の勾配を生み出すよう制御することができる。

具体的なジェランガムのカルシウム反応性は、そのエステル化度及び分子のロットにおける均一性に依存する。Ca²⁺イオンをゲル化のためにガム溶液に添加すると、溶液はゲル化及び肥濃化を開始する。ジェランは、70℃未満に冷却するとゲル化する点で、ペクチンと異なる。70℃超では、例えばCa²⁺等の一価及び二価イオンが存在しても、流体のままである。

架橋溶液には、他の架橋剤、例えば塩化バリウム又は、他の二価カチオン（例えばカルシウム（Ca²⁺）、バリウム（Ba²⁺）、マグネシウム（Mg²⁺）、ストロンチウム（Sr²⁺）、及び／又は他の多価イオンを含んでなる他の化合物が使用できる。

本発明のさらなる他の実施態様においては、上記のイオン架橋したジェランガム被覆は、他の医療デバイス、例えば移植可能なステント、ステント移植片、血管移植片、及び他の移植可能な医療デバイスに応用可能である。これらの応用において、上記の代表的なデバイスに、ジェランガムを被覆し、スプレーし、又は含浸させる。イオン架橋したジェランガム被覆は、デバイスの表面を体液（例えば脈管応用における血液）に対し不浸透性状態にするため、又は場合によっては、ジェランガム被覆の下に並べられた放出構造（例えばポリマーマトリクス）中に負荷された治療薬物の放出速度を制御するために使用できる。

本明細書中で記載されるジェランガム被覆／膜は、広範な医療デバイス、例えばカテーテル、骨ねじ、関節修復移植物、組織修復移植物、フィードチューブ、シャント、気管内チューブ等のための滑らかな被覆層としても使用できる。

本明細書で記載されるジェランガム被覆／膜は、治療薬物を薬物送達の目的で保持するために使用することもできる。医療デバイスへの応用のために、薬物をイオン架橋したジェランガム溶液の一部として混合することができる。あるいは、医療デバイスへの応用（例えば、血管移植片）のために、これを乾燥させその後（１又は複数の）架橋剤に曝す場合は、薬物を非架橋ジェランガム溶液の一部として混合することができる。さらに別の選択肢においては、治療薬物を含有する溶液中に、医療デバイスを使用前に浸漬させることができる。この応用によれば、ジェランガム被覆／膜が低速で徐々に分解することに伴い、当該薬物はジェランガム被覆／膜から溶出できる。血管応用（医療デバイスが、血管移植片、ステント移植片、ステント等である場合）のために、治療薬物が抗凝血剤、例えばヘパリンでもよい。ヘパリンは、イオン架橋したジェランガムのカチオン（例えばBs²⁺）とイオン結合できる。

図１に示す通り、本発明に従い、イオン架橋したジェランガム被覆を移植片10の管状構造12に塗布する。ジェランガム被覆は、中央内腔14を通って流れる血液に対して管状構造12を不浸透性の状態にする。中央内腔14は、管状構造12の内部壁表面16により規定される。

ジェランガム被覆は、時間と共に体内で炎症細胞の作用により分解され、宿主組織は、炎症からの回復の過程を、増殖、再構築相までたどることができる。炎症相（通常、数日かかる）において、血小板凝集及びスロンビンが当該表面を被覆し、マクロファージは貪食作用並びに場合によっては酵素的及び酸化的分解により、ジェランガム被覆の分解を開始する。増殖相及び最後の再構築相（通常、数日〜数週／月継続する）において、管状構造の隙間で、細胞外マトリクス及びコラーゲンが線維芽細胞により形成され、その結果ジェランガム層の代替として置換された血液不浸透性の層を提供する。イオン架橋したジェランガム被覆は、任意の上記方法を利用して管状構造12に塗布してもよい。

本明細書には、均一なイオン架橋したジェランガム膜又は被覆を形成するための方法のいくつかの実施態様、並びにそれらに基づく生成物が記載及び説明されている。本発明の具体的な実施態様を記載したが、本発明の範囲を制限する意図はなく、当業者が許容し得る程度に本発明の範囲は広く、且つ明細書も同様に解釈されることを意図している。すなわち、具体的な濃度、温度、及び加熱時間を開示したが、他のこのようなパラメータが同様に使用できるのは当然のことである。さらに、具体的な型の移植可能な医療デバイスのための応用を開示したが、本発明の原理は他の移植可能な医療デバイスにも使用できると解されるべきである。さらに、上記の応用は流体の不浸透性及び放出速度制御のためにジェランガム系膜及び被覆を利用するが、これは当該ジェランガム系膜及び被覆が他の応用のためにも使用できると解すべきである。従って、請求の範囲の記載に従いその精神及び範囲から逸脱することなく、当業者が本発明にさらに他の変更を加えるのは当然可能である。

Claims (42)

1. ワークピースを被覆するための方法であって、
   ａ）ジェランガム及び溶液中でジェランガムのイオン架橋を提供する化合物を含有する溶液を形成すること、及び
   ｂ）ワークピース上にイオン架橋したジェランガム被覆を形成するために、ワークピースに前記溶液を塗布すること、
   を含んでなる方法。
2. 前記イオン架橋したジェランガム被覆が白色を有する、請求項１に記載の方法。
3. 移植可能な医療デバイスの製造方法であって、
   ａ）少なくとも１の部品を提供すること、
   ｂ）ジェランガム及び溶液中でジェランガムのイオン架橋を提供する化合物を含有する溶液を形成すること、及び
   ｃ）少なくとも１の部品上にイオン架橋したジェランガム被覆を形成するために、当該少なくとも１の部品に前記溶液を塗布すること、
   を含んでなる製造方法。
4. 前記イオン架橋したジェランガム被覆が、接触する身体器官から前記被覆を識別できる白色を有する、請求項３に記載の方法。
5. 前記溶液が水を含んでなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記溶液が極性溶媒を含んでなる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. ジェランガムのイオン架橋を提供する前記化合物が、二価カチオンを含んでなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記二価カチオンが、Ca²⁺、Sr²⁺、Mg²⁺、及びBa²⁺からなる群から選択される、請求項７に記載の方法。
9. ジェランガムのイオン架橋を提供する前記化合物が、塩化カルシウムを含んでなる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. ジェランガムのイオン架橋を提供する前記化合物が、塩化バリウムを含んでなる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記ジェランガムとグリセリン等の分散剤との混合物を形成すること、及び
    当該ジェランガム及び分散剤の混合物を溶液に添加すること、
    をさらに含んでなる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. イオン架橋したジェランガム被覆を可塑化するグリセリン溶液等の剤を、イオン架橋したジェランガム被覆に塗布することをさらに含んでなる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記ワークピース又は少なくとも１の部品に溶液を塗布する前に、溶液中でジェランガムが液状であるように、溶液を高温（好ましくは85℃）に加熱することをさらに含んでなる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記少なくとも１の部品が、血管移植片の管状部分を含んでなる、請求項３に記載の方法。
15. 前記管状部分が、血液がその管状壁を通って漏出しないように、イオン架橋したジェランガム被覆で密封した織布又は編布により実現される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記溶液中に管状部分を沈めること、
    溶液から管状部分を引き出すこと、
    引き出し後に管状部分から過剰なゲルを絞り出すこと、及び
    管状部分を乾燥させること、
    をさらに含んでなる請求項１５に記載の方法。
17. 前記絞りが、管状部分を２つのローラーの間で絞ること（好ましくは、２回通過させ、通過の途中で被覆グラフトを90度回転させること）により実施される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記溶液の上に加熱空気領域を維持すること、及び
    引き出しの際、管状部分を加熱空気領域に通過させること、
    をさらに含んでなる請求項１６に記載の方法。
19. 前記少なくとも１の部品が、ステント移植片の部分を含んでなる、請求項３に記載の方法。
20. 前記少なくとも１の部品が、ステントの部分を含んでなる、請求項３に記載の方法。
21. 前記少なくとも１の部品が、抗凝血剤（好ましくはヘパリン）を含有する、請求項１４〜２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 少なくとも１の部品に溶液を塗布する前に、前記抗凝血剤を溶液に添加する、請求項２１に記載の方法。
23. 前記ジェランガム被覆が治療剤を含有する、請求項３に記載の方法。
24. ワークピース上にジェランガム被覆を作製するための方法であって、
    ａ）第一溶液に、ジェランガムを含有する材料を溶解させること、
    ｂ）ワークピース上に被覆を形成させるため、第一溶液をワークピースに塗布すること、
    ｃ）被覆を乾燥させること、及び
    ｄ）乾燥後に前記被覆を、被覆のジェランガムのイオン架橋を提供する化合物を含有する第二溶液に曝すこと、
    を含んでなる方法。
25. 前記被覆が白色を有する、請求項２４に記載の方法。
26. 移植可能な医療デバイスの製造方法であって、
    ａ）少なくとも１の部品を提供すること、
    ｂ）第一溶液にジェランガム材料を溶解させること、
    ｃ）少なくとも１の部品上にジェランガム被覆を形成させるため、少なくとも１の部品に第一溶液を塗布すること、
    ｄ）ジェランガム被覆を乾燥させること、及び
    ｅ）乾燥後に、ジェランガム被覆を、ジェランガム被覆のイオン架橋を促進させる化合物を含有する第二溶液に曝すこと、
    を含んでなる製造方法。
27. 前記ジェランガム被覆が、接触する身体器官から前記被覆を識別できる白色を有する、請求項２６に記載の方法。
28. 前記第一溶液が、水及び極性溶媒の一方を含んでなる、請求項２４〜２７のいずれか１項に記載の方法。
29. ジェランガム被覆のイオン架橋を提供する前記化合物が、二価カチオンを含んでなる、請求項２４〜２８のいずれか１項に記載の方法。
30. 前記二価カチオンが、Ca²⁺、Sr²⁺、Mg²⁺、及びBa²⁺からなる群から選択される、請求項２９に記載の方法。
31. 前記第二溶液が、塩化カルシウム及び塩化バリウムの一方を含んでなる、請求項２４〜３０のいずれか１項に記載の方法。
32. 乾燥ステップ後、曝すステップ前に、前記第一溶液をワークピース又は部品に再塗布し、得られた構造を乾燥させ、多層ジェランガム被覆を実現すること、をさらに含んでなる請求項２４〜３１のいずれか１項に記載の方法。
33. イオン架橋したジェランガム材料の外側部分から内側部分の、イオン架橋したジェランガム材料の密度勾配を提供するための曝すステップを制御すること、をさらに含んでなる請求項３２に記載の方法。
34. 前記少なくとも１の部品が、血管移植片の管状部分を含んでなる、請求項２６に記載の方法。
35. 前記管状部分が、血液がその環状壁を通って漏出しないように、ジェランガム被覆により密封される織布で実現される、請求項３４に記載の方法。
36. 前記少なくとも１の部品が、ステント移植片の部分を含んでなる、請求項２６に記載の方法。
37. 前記少なくとも１の部品が、ステントの部分を含んでなる、請求項２６に記載の方法。
38. 前記少なくとも１の部品が、抗凝血剤（好ましくはヘパリン）を含有する、請求項３４〜３７に記載の方法。
39. 第一溶液が少なくとも１の部品に塗布される前に、前記抗凝血剤が第一溶液に添加される、請求項３８に記載の方法。
40. 前記ジェランガム被覆が治療剤を含有する、請求項２６に記載の方法。
41. 材料からなる少なくとも１の膜を含んでなる医療デバイスであって、
    前記少なくとも１の膜はイオン架橋したジェランガムを含有するとともに、
    （i）イオン性ジェランガムを含有する複数の膜を積層してなる、多層構造の一部である、前記少なくとも１の膜、
    （ii）１ミリメートル未満の厚みを有する、前記少なくとも１の膜、
    （iii）均一な被覆を提供する、前記少なくとも１の膜、及び
    （iv）実質的に白色である、前記少なくとも１の膜、
    からなる群の少なくとも１つを有する医療デバイス。
42. 前記医療デバイスが、ステント、ステント移植片、及び血管移植片からなる群から選択される、請求項４１に記載の医療デバイス。

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