JP2011516462A - 磁性粒子イメージング用生体適合物 - Google Patents

Abstract

本発明は、生体適合物の非侵襲イメージングのための材料及び方法に関する。磁性粒子イメージング方法を使用してインビボ及びインビトロで視覚化されることができる生体適合物が提供される。これらの材料は、生体適合物の発達、リモデリング又は分解を監視するために用いられることができる。別の見地において、本発明による生体適合物は、物質デリバリの追跡を可能にし、活性薬剤の目標とされるデリバリを視覚化するために使用されることができる。

Description

本発明は、インビボ及びインビトロで生体適合物を非侵襲イメージングするための材料及び方法に関する。

生体適合物は、多くの生医学アプリケーションにおいて用いられている。例えば、生体適合物は、インプラントと同様に、人工組織構造物、マイクロキャリア又はマイクロコンテナを含む。しかしながら、今日まで、例えばインビボ及びインビトロでこのような生体適合物のリモデリング、発達（development）又は生分解を視覚化し又は監視するためのイメージング技法は、ほとんど使用されていない。コンピュータトモグラフィ、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）又は超音波イメージングが、提案されており、このような監視のために利用されることができるが、各々それらの不利益を有する。概して、造影剤は、これらの技法の感度を増大するために使用される。

信号強調薬剤及び磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）を使用して人工構造物のリモデリングを監視する方法は、米国特許出願公開第２００６／０２０４４４５号明細書に記述されている。しかしながら、コントラスト強調されるＭＲＩは、造影剤によってもたらされる磁界中の水（まれに脂質）のプロトン緩和を検知する。従って、生体適合物と身体流体又は組織との間のまさにインタフェースにおける造影剤のみが、信号強調に寄与する。これは、信号対雑音比の劇的な制限をもたらす。代替として、造影剤は、生体適合物のバルク内に水によってカプセル化されることができ、これは、信号対雑音比を改善するが、組織構造を複雑にし、そのアプリケーションの数を制限する。

多くの生医学アプリケーションにおいて、インビトロ及びインビボで生体適合材料を視覚化することが重要である。

生医学アプリケーションの１つの主要な分野は、組織機能の置き換え、修復、メンテナンス又は増強を目的とする治療ストラテジの発展を含む組織エンジニアリングに関する。例えば、足場のような人工組織構造物に細胞をシードすることによって、組織は、損傷された組織を回復させるために、インビトロ又はインビボで成長される。組織形成のプロセスの間、組織は、発達され、それから、より天然の組織になるようにリモデリングされる。しかしながら、非常にゆっくり行われる組織のリモデリングは、周囲組織の病理学的応答及び血管の順応不整合を生じさせることがあり、他方で、急速なリモデリングは、操作された構造物の早期の不良を生じさせうる。更に、外科的な除去の必要性を回避するために、人工組織構造物は周囲組織によって好適に吸収されるべきであるので、生分解性は多くの場合重要なファクタである。分解が発生するレートは、可能な限り組織形成のレートと一致しなければならない。従って、インビトロ及びインビボで人工組織構造物のような生体適合材料の発達、リモデリング及び生分解を監視することを可能にする材料又は方法を提供することが有利である。

組織エンジニアリングにおける主な問題は、損傷された組織にデリバリするための適当な表現型を有する十分な数の細胞の利用可能性である。一般に、この問題は、マイクロキャリア及び／又はマイクロコンテナを用いる細胞増幅用のバイオリアクタ培養システムを使用することによって克服される。足場依存性細胞の伝播のための基体としての役目を果たす他に、マイクロキャリア及び／又はマイクロコンテナは、欠損の部位に拡張された未分化細胞又は分化細胞をデリバーするために、又は生物内に活性薬剤をデリバーするために、使用されることもできる。しかしながら、細胞又は活性薬剤の目標とするデリバリの効率は、使用されるイメージングプロシージャに大きく依存する。従って、インビトロ及びインビボで細胞又は活性薬剤の目標とされるデリバリを監視する方法を提供することが有利である。更に、ターゲット部位への細胞又は活性薬剤の改善された目標とされるデリバリを可能にするマイクロキャリア及び／又はマイクロコンテナを提供することが有利である。

一般に広く使われている別の種類の生体適合物は、インプラントである。特に最小限の侵襲性の外科手術において、特定のインプラントの正確な配置及び方向付けは難しい。一般に、最小限の侵襲性のプロシージャの可視性は、内視鏡又は他のこのような挿入可能な拡大及び／又は照明装置を用いることにより、達成される。内視鏡によって生成される画像は、ある種の接眼レンズを通じて、又は外科手術に隣接するビデオ表示スクリーン上で、観察されることができる。代替として、特にグラフトインプラントプロシージャのような多くの外科手術は、インプラント上の放射線不透過マーカ及び外部イメージャを利用する。大きな前進が、この点においてなされているが、これらのシステムは、相対的に高価であり、すべては、手術室において殺菌又はシールドを必要とする。従って、生体適合材料が生物に導入された後、それら生体適合材料の監査を可能にする改善された方法のニーズがなおある。更に、生体適合物が所望の目標部位に導入された後、位置付けられ又は検出されることが可能な生体適合物を提供することが有利である。

上述のニーズ又は目的の１つ又は複数によりよく対処するために、本発明の第１の見地において、磁性粒子イメージング（ＭＰＩ）に適した少なくとも１つのトレーサ薬剤を含む生体適合物が提供される。

本発明の別の見地において、生体適合物を視覚的に監視する方法であって、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤を含む生体適合物を準備するステップと、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤を含む生体適合物を目標部位に導入するステップと、磁性粒子イメージングによって信号を検出するステップと、を含む方法が提供される。

本発明の別の見地において、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤を含む人工組織構造物が提供される。

本発明の更に別の見地において、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤を含むマイクロキャリアが提供される。

本発明の更に別の見地において、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤を含むインプラントが提供される。

本発明の更に別の見地において、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤は、薬学的に許容できるシェルによって囲まれる。

本願明細書において使用される「生体適合物」なる語は、生物系に対して毒性の又は有害な効果を引き起こさない人工物をさす。

本願明細書において使用される「足場（scaffold）」なる語は、フレームワーク又はマトリックスを形成する拡張される繰り返し構造を有する材料を意味し、かかるフレームワーク又はマトリックス上又は内には、付加のコンポーネントが、付加のフィーチャを材料に与えるために導入されうる。

本願明細書において使用される「生分解可能」なる語は、生物によって吸収され又は分解されることができる材料をさす。

本願明細書において使用される「マイクロキャリア」なる語は、細胞培養をサポートするために又は薬剤デリバリシステムとして、使用される、硬質の又は半硬質の任意には多孔性の粒状物質をさす。

本願明細書において使用される「マイクロコンテナ」なる語は、細胞培養をサポートするための、硬質の又は半硬質の、任意には多孔性の材料をさす。マイクロコンテナ内で、細胞は、例えば細胞操作又は細胞デリバリのようなアプリケーションの最中、少なくともある時間の間、環境からシールドされることができる。

「目標部位」なる語は、本発明の目的のために、例えば損傷された組織を置き換えるために、生体適合物がその効果をもつべきであるロケーションとして規定される。目標部位は、例えばペトリ皿のようにインビトロの、又は例えば生物内のようにインビボの、ロケーションを含みうる。

本願明細書において使用される「インプラント」なる語は、補綴、治療、診断又は実験の目的で、生物内に挿入され又はグラフトされるオブジェクト又は材料をさす。

本願明細書において使用される「ＭＰＩトレーサ薬剤」なる語は、例えば独国特許出願公開第１０１５１７７８号明細書に記述される磁性粒子イメージング（ＭＰＩ）方法において用いられることができる粒状物質をさす。

本発明のコンテクストの中で「薬学的に許容できるシェル」とは、患者に投与される場合、致命的な副作用が起こらないように、ＭＰＩトレーサ薬剤のコアを被覆する物質の層又は物質混合物である。

本発明のこれら及び他の見地は、以下に記述される実施形態から明らかになり、それらを参照して説明される。

本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つの磁性粒子イメージング（ＭＰＩ）トレーサ薬剤を含む生体適合物が提供される。高められる又は良好な信号対雑音比は、例えば独国特許出願第１０１５１７７８号明細書に記述される磁性粒子イメージング（ＭＰＩ）技法によって得られうることが分かった。この方法において、相対的に低い磁界強度を有する第１のサブゾーン及び相対的に高い磁界強度を有する第２のサブゾーンが形成されるような磁界強度の空間分布を有する磁界が、検査領域に生成される。検査領域には磁性粒子が既に導入されている。検査領域のサブゾーンの空間位置は、シフトされ、それによって、検査領域における粒子の磁化が局所的に変化する。検査領域内の磁化に依存する信号が記録され、検査領域の磁性粒子の空間分布に関する情報を抽出することによって、その画像が、確立されることができる。従って、この方法は、高い空間解像度を有する非侵襲イメージングの可能性を提供する。

本発明の他の実施形態によれば、生体適合物を視覚的に監視する方法であって、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤を含む生体適合物を準備するステップと、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤を含む生体適合物を目標部位に導入するステップと、磁性粒子イメージングによって信号を検出するステップと、を含む方法が提供される。

一実施形態において、生体適合物は、生物に導入するのに適したものである。生物は、微生物、植物、又は例えば人間、猿、犬、猫、マウス、ラット、牧牛用の馬、豚、山羊又は羊のような哺乳動物でありうる。

本発明の生体適合物は、生物系に対して毒性の又は有害な効果を引き起こさない任意の材料から製造されることができる。好適には、個々の生体適合物のための標準の又は一般に使用される物質である材料が、使用される。例は、合成及び天然ポリマ、貴金属、チタン及び他の金属、ポーセリン、アルミナ及び他のセラミックを含む。

一実施形態によれば、生体適合物は、少なくとも部分的に生分解可能である。

一般的な生分解可能な有機材料は、例えば、コラーゲン、セルロース、シリコン、ポリ（乳酸）のようなポリ（アルファエステル）、ポリ（グリコール酸）、ポリオルトエステル又はポリアンヒドリドのような天然又は合成ポリマを含みうる。例示の実施形態において、生分解可能な材料は、ヒドロゲルを含む。ヒドロゲルは、例えば、組織エンジニアリング、細胞治療アプリケーション又は薬学活性剤の制御されたリリースにおいて、有用でありうる広いレンジの分解時間によって生分解可能にされることができる。

生分解可能な無機材料の例は、マグネシウム又は亜鉛の少なくとも１つに基づく金属又は合金、又はＭｇ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｗ、Ｌｎ、Ｓｉ又はＹのうちの少なくとも１つを含む合金である。例えば、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム及び水酸化カルシウム又はその混合物のような、アルカリ土類金属酸化物又は水酸化物も適切である。本発明の例示的な実施形態において、生体適合物は更に、無機複合材料又は有機複合材料又はハイブリッド無機／有機複合材料を含むことができる。

一実施形態において、生体適合物は、人工組織構造物である。人工組織構造物は、例えば、細胞がアタッチし、成長することを可能にする支えとなるフレームワークを提供する足場でありうる。一般に、足場は、損傷された組織を回復させるために周囲の健康組織からの細胞の成長を誘導する目的で、損傷された組織領域に配置されることができる。例示的な実施形態において、足場は、細胞アタッチメントを可能にするために、相互接続された孔の３次元構造を有する。

人工組織構造物に適した合成ポリマの例は、例えばポリ（ウレタン）、ポリ（シロキサン）又はシリコン、ポリ（エチレン）、ポリ（ビニルピロリドン）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（Ｎ−ビニルピロリドン）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（ビニルアセテート）、ポリアクリルアミド、ポリ（エチレンコビニルアセテート）、ポリ（エチレングリコール）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリ（ラクチドコグリコリド）（ＰＬＧＡ）、ナイロン、ポリアミド、ポリアンヒドリド、ポリ（エチレンコビニルアルコール）（ＥＶＯＨ）、ポリカプロラクトン、ポリ（ビニルアセテート）、ポリビニルハイドロキサイド、ポリ（酸化エチレン）（ＰＥＯ）及びポリオルトエステル又はこれらの任意の組み合わせである。

人工組織構造物のために一般に使用される生分解可能な合成材料は、ポリ乳酸（ＰＬＡ）であり、これは、乳酸を形成するためにヒト身体内で分解することができるポリエステルであり、身体から容易に除去されることができる天然に存在する化学物質である。同様の材料は、ＰＬＡと同様の分解メカニズムをもつポリグリコール酸（ＰＧＡ）及びポリカプロラクトン（ＰＣＬ）であるが、ＰＬＡと比較して、それぞれ分解のより速い及びより遅いレートを示す。人工組織構造物は、例えばコラーゲン又はフィブリンのようなタンパク質材料、及びキトサン又はグリコサミノグリカン（ＧＡＳ）のようなポリサッカライド材料のような天然材料から作られることもできる。更に、人工組織構造物は、脱細胞化されたマトリックス、すなわち器官又はその一部のような生物構造を含むことができ、生物構造から、細胞及び組織コンテントが、損われていない無細胞基盤を残して人工方法によって除去される。脱細胞化されたマトリックスは、硬質でありえ、又は半硬質でありえ、それらの形状を変える能力を有する。

別の実施形態において、生体適合物は、マイクロキャリアである。マイクロキャリアは、例えば表面のみに対する細胞アタッチメントを可能にするために、硬質であり、又は例えば内部への細胞の閉じ込めを容易にするために、多孔性である。マイクロキャリアは、球状、非球状又は不規則な形状を有することができる。適切なマイクロキャリアの例は、マイクロスフェア、リポソーム及びナノ粒子を含むことができる。例示的な実施形態において、マイクロキャリアは球状であり、１乃至３００μｍのレンジの大きさである。別の例示的な実施形態において、マイクロキャリアは、細胞がその上に成長することができる利用可能な表面領域を増大するために、相互接続された孔の３次元構造を有する。更に別の例示的な実施形態において、マイクロキャリアは、機能的な多層構造を含む。代替として又は付加的に、生物活性薬剤は、マイクロキャリアにトラップされることができ、生物の中でリリースされることができる。活性薬剤のリリースは、インビトロ又はインビボで、直ちに又は制御された態様で行われることができる。

マイクロキャリアは、無機又は有機材料から製造されることができる。適切な無機材料は、例えば、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、ガラス、ヒドロキシラパタイト、バイオセラミック又はこれらの材料の組み合わせを含むことができる。有機材料は、例えば、コラーゲン、ゼラチン、キチン、キトサン又はキトサン誘導体、フィブリン、デキストラン、アガロース又はアルギン酸カルシウムのような生物高分子、骨又は脱ミネラル化された骨、軟骨、腱、靭帯、筋膜、腸管粘膜又は他の結合組織のような組織の粒子、又はこれらの材料の化学的に修飾された誘導体を含みうる。有機材料は更に、例えば、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン、ポリカーボネート、ポリエステルアミド、ポリアンヒドリド、ポリ（アミノ酸）、ポリオルトエステル、ポリアセチル、ポリアクリレート、ポリシアノアクリレート、ポリエーテルエステル、ポリ（ジオキサノン）、ポリ（アルキレンアルキレート）、ポリエチレングリコール及びポリオルトエステルの共重合体、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、フッ化ポリビニル、ポリ（ビニルイミダゾール）、クロロスルホン酸ポリオレフィン、酸化ポリエチレン又はポリペプチド、及びこれらのブレンド及び共重合体のような、合成ポリマ材料を含むことができる。クロスリンクデキストランに基づくマイクロスフェアの製造に関する例は、Hennink他による文献（Biomacromolecules 2006, 7, 1983-2990及びJournal of controlled Release 2007, 122(1), 71-78）に記述されている。

別の実施形態において、生体適合物は、マイクロコンテナである。マイクロコンテナは、細胞アタッチメントを可能にすることができるとともに、例えば細胞操作又は細胞デリバリのようなアプリケーションの最中、少なくともある時間の間、環境から細胞をシールドすることができる。マイクロコンテナは、平坦な２次元のオブジェクト（「薄片」）でありえ、このオブジェクトは、硬質又は半硬質の、任意には多孔性の材料を含み、かかる材料は、例えば加熱、ｐＨの変化又は電磁波に対する露呈、のような外部刺激の適用時、平坦な状態から丸くなった状態に変えられる。薄片の形状は、例えば、正方形、長方形又は平行四辺形に似得る。同様に、薄片は、円、楕円、台形様、六角形、多角形又は三角形の形状を有することもできる。薄片の一般的な寸法は、細胞の寸法のオーダであり、又は幾分それより大きく、例えば、このような薄片の大きさ又は長さは、１０μｍｍ乃至１００ｍｍである。薄片の厚さは、例えば１００ｎｍ乃至１ｍｍでありうる。丸くなった状態は、例えば、二重層、三重層、多層又は勾配構造を含むことができる。例えば、丸くなった状態は、ちょうど実質的に閉じた少なくとも部分的に多層である柱体又は柱状体を含む。好適には、細胞は、薄片上にのみ存在し、薄片の間の物質上には存在しない。しかしながら、更に、細胞は、薄片間の間質に存在することも望ましい。生物の内部への細胞のリリースは、薄片の丸くなった状態及び平坦な状態の間の変化を制御することによって、制御されたやり方で、行われることができる。

マイクロコンテナは、生分解可能な生体適合材料から製造されることができる。例えば、ヒドロゲル材料が適切でありうる。一般的なヒドロゲル材料は、例えば、ポリ（メタ）アクリル材料、置換されたビニル材料又はその混合物、及びエポキサイド、オキセタン又はチオールを含むことができる。他の適切な材料は、例えば、ポリ（グリコール酸）、ポリ（乳酸）及びそれらの共重合体及び誘導体を含む。用いられることができる他の材料は、例えば、アルギン酸、ヒアルロン酸、キトサン、コラーゲン、ゼラチン、シルク又はそれらの組み合わせを含むことができる。

他の実施形態において、生体適合物は、インプラントである。インプラントの例は、例えば、脈管エンドプロステーシス、腔内エンドプロセテーシス、冠状動脈ステント又は周辺ステントのようなステント、外科、歯科又は整形外科のインプラント、インプラント可能な整形外科の固定補助具、整形外科の骨プロステーシス又は関節プロステーシス、人工心臓又はその一部、人工心臓バルブ、心臓ペースメーカケーシング又は電極、皮下及び／又は筋内インプラント、インプラント可能な薬剤デリバリ装置、マイクロチップ、又はインプラント可能な外科ニードル、スクリュー、ネイル、クリップ又はステープル、又はシードインプラント等含むことができる。一般に、インプラントは、ポリマ、セラミック又は金属のようなソリッド材料から作られる。薬剤デリバリを可能にするために、インプラントは、多孔質表面を有して、又は多孔質材料を使用することによって、生成されることもでき、薬剤は、インビボリリースのために細孔システムに含められることができる。

任意の適切なインプラント材料が、本発明のインプラントの製造において使用されることができる。例えば、インプラントは、例えば、周期系の主グループ金属、すなわち銅、金及び銀、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオビウム、タンタル、クロミウム、モリブデン、タングステン、マンガン、レニウム、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム又はプラチナのような遷移金属又は希土類元素から選択される金属又は金属合金から作られることができる。材料は更に、例えば、熱硬化性又は熱可塑性ポリマ、合成ラバー、押し出し可能なポリマ、注入成形ポリマ、成形可能なポリマ、スピン可能な、ウィービング可能な、ニッティング可能なポリマ、オリゴマ又はプレポリマ化した形又はこれらの混合物のような有機材料から作られることもできる。適切なポリマは、例えば、ホモポリマ、共重合体、ポリ（メタ）アクリレートのプレポリマ形式及び／又はオリゴマ、不飽和ポリエステル、飽和ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレンのようなポリオレフィン、アルキド樹脂、エポキシポリマ又は樹脂、フェノキシポリマ又は樹脂、フェノールポリマ又は樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリエステルアミドイミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリフェノール、ポリビニルエステル、ポリシリコン、ポリアセタール、セルロースアセテート、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリフルオロカーボン、ポリフェニレンエーテル、ポリアリレート、シアナトエステルポリマ及びこれらの混合物を含む。

磁性粒子イメージング（ＭＰＩ）は、磁性粒子、すなわちＭＰＩトレーサ薬剤、の直接的な３Ｄイメージングを可能にする。本発明のコンテクストにおいて、「磁性粒子」なる語は、「磁化可能な粒子」ともいう。空間的な画像は、検査領域に導入されるＭＰＩトレーサ薬剤によって生成される磁界を測定することによって生成される。磁性粒子イメージング方法は、例えば、独国特許出願公開第１０１５１７７８号明細書又は米国特許出願公開第２００６／０２１０９８６号明細書に開示されている。前記文献に記述されているように、磁性粒子の空間分布の変化が、検査領域において決定されることができることが分かっている。検査領域は、生体組織、又は微生物、植物若しくは哺乳動物のような生物に存在する。例えば、磁性粒子の空間分布の変化は、局所的な濃度、圧力、剪断、粘性、温度及び／又は局所的なｐＨ値と相関付けられることができる。更に、粒子は、異なるタイプの組織において、異なる程度で濃縮される。この効果は、このような粒子の分布を視覚化することによって、いわゆる「分子イメージング」を可能にするとともに、例えば組織の発達、リモデリング又は分解を監視するために使用されることができる。

本発明の実施形態に適したＭＰＩトレーサ薬剤は、例えば、国際公開第２００４／０９１３９７号パンフレット、米国特許出願公開第２００７／００３６７２９号明細書、独国特許出願公開第１０１５１７７８号又は同第１０２３８８５３号明細書に記述されている。ＭＰＩトレーサ薬剤は、適切な大きさ及び形状を有することができる。例示的な実施形態において、ＭＰＩトレーサ薬剤は、ただ１つの磁区（モノドメイン）がその中に形成され、ホワイト領域がないように、寸法形成される。本発明の１つ変形例によれば、適切な粒径は、５ｎｍから乃至約５０００ｎｍ、１０乃至８００ｎｍ、又は２０乃至５０ｎｍのレンジにある。一般に、上限は、使用される材料に依存する。

本発明の実施形態に関して、粒子が生体適合性をもつことが必要条件である。ＭＰＩトレーサ薬剤の適切な材料は、マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）、マグヘマイト（γ−Ｆｅ_２Ｏ_３）及び／又は不定比性酸化鉄又はこれらの混合物を含むことができる。更に、他の金属酸化物が、酸化鉄に加えられることができ、前記金属酸化物は、好適には、マグネシウム、亜鉛及びコバルトから選択される。これらの他の金属酸化物は、全体で最大２０％の割合で酸化鉄に加えられることができる。更に、マンガン、ニッケル、銅、バリウム、ストロンチウム、クロミウム、ランタン、ガドリニウム、ユウロピウム、ジスプロシウム、ホルミウム、イッテルビウム及びサマリウムは、５％未満、好適には１％未満の包含量でありうる。しかしながら、任意の他の適切な磁性材料又は磁化可能な材料が、使用されることができる。

ＭＰＩトレーサ薬剤の生体適合性は、磁性材料をカプセル化することによって、更に改善され又は変更されることができる。一実施形態において、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤は、薬学的に許容できるシェルによって囲まれることができる。例示的な実施形態において、薬学的に許容できるシェルが作られる物質又は物質混合物は、生分解可能であり、例えば、使用されることができる小さいユニットに分裂されることができ、及び／又は生物によって除去されることができる。複数のこのような物質及びそれらを生成する方法は、従来技術において、例えば米国特許第５４９２８１４号公報又は米国特許出願公開第２００７／００３６７２９号明細書に、記述されている。薬学的に許容できるシェルは、例えば合成ポリマ又は共重合体、スターチ、デキストラン、サイクロデキストラン、脂肪酸、ポリサッカライド、レシチン、モノ−、ジ−又はトリ−グリセリド、タンパク質、ポリペプチド又はこれらの混合物を含むことができる。

一実施形態において、薬学的に許容できるシェルによって囲まれる少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤は、更に、シェルの表面に固定化される少なくとも１つのリガンドを含む。これは、ＭＰＩトレーサ薬剤が組み込まれ又は付着される生体適合材料に、親和性又は特異性の相当な増加を提供することができる。例えば、デキストランのようなポリサッカライド又はポリビニルアルコールのようなポリマが、リガンドとして使用されることができる。

本発明の別の実施形態において、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤は、非磁性核及び例えば上述の磁性材料を含むコーティングを含むことができる。例示的な実施形態において、非磁性核は、例えばシリカ又はラテックスのような生理的に許容できる天然材料を含むことができる。

少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤を含む生体適合材料は、当技術分野において知られている任意の適切な方法を使用して、合成されることができる。適用可能な方法の例は、ナノファイバセルフアッセンブリ、ウェット又はドライスピニング方法、エレクトロスピニング、ニッティング又はウィービングのようなテキスタイル技術、溶剤キャスティング又は乳化／凍結乾燥である。代替的に又は付加的に、適切なバルク材料は、フォールディング、エンボッシング、パンチング、プレッシング、押し出し、ギャザリング、注入成形及び成形又は形成される前又は後の同様のものによって、適切なやり方で構造化されることができる。

テキスタイル技術は、それぞれ異なるポリマの不織メッシュの準備のために成功裏に用いられるすべてのアプローチを含むことができる。例えば、それは、少なくとも１つのポリマを含む液体の表面における電界生成を伴うエレクトロスピニングのプロセスに関する。結果として得られる電気力は、電荷を保持する液体ジェットを生成する。液体ジェットは、適切な電位の他の帯電しているオブジェクトに引き寄せられることができ、液体ジェットが伸び、進むにつれて、それは硬化し、乾燥する。例えば人工組織構造物として適切である多孔質材料の製造の多くの例は、エレクトロスピニングを使用するものであり、例えば米国特許出願公開第２００６／０２０４４４５号明細書において見ることができる。

一実施形態において、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤が、生体適合物に組み込まれる。例えば、少なくとも１つのＭＰＩトレース薬剤は、生体適合物内に埋め込まれ、トラップされ又はからめられることができ、又はその空胴、筐体、インクルージョン若しくはポケット内に包含されることができる。少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤は、生体適合物を製造するための対応する方法において用いられる開始材料との混合、混和又は融合によって、生体適合物に組み込まれることができる。代替として、生体適合物は、後に、例えば少なくとも１つのＭＰＩトレース薬剤を含むバルク材料に生体適合物を浸漬することによって、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤で充填されることができる。

別の実施形態において、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤が、生体適合物の表面に付着される。例えば、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤が、生体適合物の特定の部位に結合されることができる。例示的な実施形態において、ＭＰＩトレーサ薬剤は、生体適合物の表面に吸収されることができる。別の例示的な実施形態において、共有結合が、少なくとも１つのＭＰＩトレース薬剤の薬学的に許容できるシェル上に固定化される少なくとも１つのリガンドと、生体適合物の表面上の官能基との間に形成されることができる。

一実施形態において、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤が、磁性粒子イメージングによって生体適合物を視覚的に監視するために使用される。例示的な実施形態において、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤が、人工組織構造物の発達、リモデリング及び分解を監視するために使用される。例えば、磁性粒子イメージング（ＭＰＩ）は、トレーサ薬剤の局所的な濃度の定量化のために使用されることができる。任意の理論に束縛されることを望まずに、本願発明者は、生物分解性及びリモデリングが「アブレーション」を生じさせ、すなわち或る時間にわたるＭＰＩ信号低減によって監視されることができるＭＰＩトレーサ薬剤の除去を生じさせると確信する。リモデリングは更に、３Ｄ画像構造自体の変形を生じさせうる。監視は、インビトロ又はインビボで行われることができる。例えば、脈管及び組織器官構造物が、監視されることができる。

別の例示的な実施形態において、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤によって機能化され又はＭＰＩトレーサ薬剤とブレンドされるインプラントは、磁性粒子イメージングを使用して視覚化される。

別の実施形態において、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤は、物質デリバリの追跡及び監視のために使用される。例示的な実施形態において、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤が、活性薬剤をロードされたマイクロキャリアを利用して、活性薬剤の目標とされるデリバリを可視化するために使用される。別の例示的な実施形態において、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤が、組織エンジニアリング用の材料をロードされたマイクロキャリアを利用して組織構造を監視するために使用される。組織エンジニアリング用の適切な治療薬剤又は材料は、例えば細胞、生物医薬又は医薬である。更に別の実施形態において、少なくとも１つのＭＰＩトレーサ薬剤が、細胞をロードされたマイクロコンテナを利用して細胞の目標とされるデリバリを可視化するために使用される。

本発明は、その特定の実施形態に関して詳しく記述されているが、上述の実施形態は、説明的又は例示的であり、制限的なものとして考えられるべきではないことに留意すべきである。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示される実施形態に対する変更は、開示及び添付の請求項の検討に基づいて、本発明を実施する際に当業者によって理解され、達成されることができる。請求項において、「含む、有する」なる語は、他の構成要素又はステップを排除せず、不定冠詞「a」又は「an」は、複数性を排除しない。以下において、本発明は、例の観点で説明される。しかしながら、この例は、本発明の範囲に関して本発明を制限することを決して意図せず、その例示の実施形態のうちの１つを通じて本発明を説明するのに役立つ。

例
例１−ＭＰＩトレーサ薬剤を含む分解可能な足場の製造。
４５重量パーセントのコラーゲンＩ、１５重量パーセントのエラスチン、及び４０重量パーセントのポリ（ラクティックコグリコール酸）（ＰＬＧＡ）が、約３０ｎｍの大きさを有する酸化鉄磁性ナノ粒子とブレンドされる。溶質は、１０ｗ／ｖ ％（１００ｍｇ／ｍｌ）の総濃度で、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロ−２−プロパノールに溶解される。得られた溶剤は、エレクトロスピニングを受ける。高度に多孔性の足場が、得られる。高分子量ＰＬＧＡが、足場の機械的強度を増大するために、溶剤に加えられることができる。足場は、１ｍｍの一般的な厚さ及び数センチメートルの横方向の大きさをもつ。

例２−ＭＰＩトレーサ薬剤を含む二重層マイクロコンテナの製造。
０．１重量パーセントのイニシエータ（イルガキュア６５１）及び１：１０イニシエータ：インヒビタ（４−メトキシフェノール）で補充されるエベクリル１８１０が、（１０分間ＵＶオゾン処理された）ガラス基体上に、３０秒間、３０００ＲＰＭでスピンコーティングされる。その後、基体は、一方が正方形でもう一方がストライプ状の２つのマスクの下に位置付けられ、フィルタによりＵＶ装置ＵＶ２において１秒間照射される。イソプロピルアルコールでリンスした後、パターンが得られる。

続いて、２つの平坦な平行基体によって形成される細胞を作るために、パターニングされたエベクリル層を有するガラス板が、２つの基体のうちの１つとして使用される。パターニングされたエベクリル層は、細胞の内側に位置付けられる。細胞の間隔は、スペーサとして厚さ５０μｍのテープを使用することによって、５０μｍにセットされ、細胞は、毛管力を介して、５０／５０重量パーセントの水／メタノール中、約３０ｎｍの大きさを有する酸化鉄磁性ナノ粒子とブレンドされる５０重量パーセントのｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡ）（１ｍｏｌ％ジエチレングリコールジアクリレート（ＤＥＧＤＡ））を含む反応性混合物で満たされる。細胞は、シャドーマスク（正方形の形状）の下に配置され、４分間ＵＶ光によって照射される。照射後に、細胞は、上部基体を除去することによって開かれ、水でリンスされる。薄片を形成する重合複合材料素子を含む下部基体は、室温で、水槽中に置かれる。室温で、ＰＮＩＰＡＡヒドロゲルは、水中で強い膨張を示し、結果として、パターニングされた薄片が、基体からリリースされ、エベクリル１８１０ストライプに対して垂直な方向に丸くなる。３３℃以上に水槽を加熱すると、ＰＮＩＰＡＡヒドロゲルが崩壊し（ＰＮＩＰＡＡは、３３℃でＬＣＳＴを有する）、ヒドロゲル層が縮む。その結果、水槽を３３℃以上に加熱すると、二重層は、丸まった状態から広がる。

Claims (12)

1. 少なくとも１つの磁性粒子イメージングトレーサ薬剤を含む生体適合物。
2. 前記生体適合物が人工組織構造物である、請求項１に記載の生体適合物。
3. 前記生体適合物が、マイクロキャリア又はマイクロコンテナである、請求項１に記載の生体適合物。
4. 前記生体適合物がインプラントである、請求項１に記載の生体適合物。
5. 前記少なくとも１つの磁性粒子イメージングトレーサ薬剤が前記生体適合物に組み込まれている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の生体適合物。
6. 前記少なくとも１つの磁性粒子イメージングトレーサ薬剤が前記生体適合物の表面に付着されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の生体適合物。
7. 前記少なくとも１つの磁性粒子イメージングトレーサ薬剤が、薬学的に許容できるシェルによって囲まれている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の生体適合物。
8. 前記薬学的に許容できるシェルによって囲まれる前記少なくとも１つの磁性粒子イメージングトレーサ薬剤は、前記シェルの表面に固定化される少なくとも１つのリガンドを含む、請求項７に記載の生体適合物。
9. 前記少なくとも１つの磁性粒子イメージングトレーサ薬剤は、５乃至５０００ｎｍの間の、好適には２０乃至５０ｎｍの間の粒子サイズを有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の生体適合物。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の生体適合物を視覚的に監視する方法であって、
    少なくとも１つの磁性粒子イメージングトレーサ薬剤を含む生体適合物を準備するステップと、
    前記少なくとも１つの磁性粒子イメージングトレーサ薬剤を含む前記生体適合物を目標部位に導入するステップと、
    磁性粒子イメージングによって、前記少なくとも１つの磁性粒子イメージングトレーサ薬剤から生じる信号を検出するステップと、
    を含む方法。
11. 前記信号を検出する前記ステップは、
    前記信号をローカライズするステップと、
    前記信号を定量化するステップと、
    前記生体適合物について得られる前記磁性粒子イメージングデータを評価するステップと、
    を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の生体適合物を磁性粒子イメージングを使用して視覚的に監視するための磁性粒子イメージングトレーサ薬剤の使用。