JP2013504763A - 中空微粒子体 - Google Patents
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Abstract
【選択図】なし
Description
ポリマー微粒子は、固体担体が固定相(stationary phase)と称されるクロマトグラフィーで使用されることが多い。クロマトグラフの特定のモードでは、固定相のコストは制限的でありうる。他のモードでは、固定相の物理的性質のせいで、方法の有効性を減じてしまう可能性がある。たとえば、アフィニティー、イオン交換及びゲル透過クロマトグラフィーで使用されることが多い軟質ポリマーは、微粒子が変形性であるため、高い流速では使用することができない。クロマトグラフィーの他の多くのモードで使用される硬質マクロポーラスポリマーは、機械的に脆いことが多いので、耐用年数が短い。
公知の固相担体は通常、用途に合うように特定のサイズ及び物理的性質のポリマー微粒子を含む。使い易さに関しては、これらのポリマー微粒子は球形であることが多く、規定の粒径分布をもつ。微粒子が球形の性質をもつと、ポリマーの流動性及び濾過特性が改善する。固体担体を使用することは操作的に好都合であるが、固相アプローチに対しては不都合な点がある。たとえば、ペプチド及びオリゴヌクレオチドの固相合成に通常使用される市販の担体は、複雑な製造プロセスなどのため高価なことがよくある。マイクロポーラス(microporous)ポリマー及びマクロポーラス(macroporous)ポリマーが通常使用される。マイクロポーラスポリマーは比較的低レベルの架橋剤(cross-linker)を含むので、ポリマー微粒子は好適な溶媒中で溶媒和して、膨潤する。マクロポーラスポリマーはポリマーマトリックス中に高レベルの架橋剤を含み、大きな細孔を含む。これらのポリマー微粒子は通常硬質であり、優れた流動特性をもち、充填カラムで使用するのに適している。
好適には微粒子体は浮揚性である。微粒子体は、液相で使用するのに適しており、ここで微粒子体は液相よりも低い密度をもつ。好ましくは、微粒子体は1g/cm3未満の密度、より好ましくは0.8g/cm3未満の密度、特に0.7g/cm3未満の密度をもつので、ジエチルエーテル中で浮揚性であることが可能である。さらに好ましくは、微粒子体は、0.5g/cm3未満の密度、より好ましくは0.3g/cm3以下の密度をもつ。好適には、微粒子体は少なくとも0.005g/cm3の密度、好適には少なくとも0.01g/cm3の密度をもつ。好ましくは、微粒子体は、0.01〜0.05g/cm3、より好ましくは0.01〜0.03g/cm3、たとえば0.015g/cm3の密度をもつ。望ましくは、微粒子体は、バッチ式の操作で使用することができ、迅速処理が可能になる。
本明細書中で使用する「ポリマー」なる用語は、ポリスチレン及びポリアクリロニトリルなどの有機ポリマーを包含する。好ましくは、中空微粒子体のポリマーは、ニトリル基などの誘導体化しえる官能基を含む。
中空微粒子は、好適にはポリマーを含む不活性材料を含むことができ、好ましくは本質的にポリマーからなる。
本発明は、貴金属触媒、たとえばパラジウム触媒を担持する際に特に有用である。特に好都合な例は、ポリ尿素に担持された酢酸パラジウムである。
微粒子体は、電子伝導及び発光ポリマーを含む用途で使用することができる。発光ポリマーを含む微粒子体はディスプレイパネル上に配置することができる。
その表面に結合した酵素をもつ中空の浮揚性微粒子体は、微粒子体の浮揚性により、グリセロールを回収する領域から離れて酵素が存在できるようにすることによって、プロセスから酵素の損失を減らす。この原理は、反応の成分または触媒を反応器に保持する予定で、前記成分または触媒は、本発明に従った浮揚性微粒子体により運ぶことができる任意の反応に適用することができる。
さらなる側面において、本発明は、反応生成物(reacted product)の合成プロセスであって、反応領域に、密度Dlの液体、密度Dtを有する本発明に従った微粒子体を充填する、ここでDtはDlよりも小さく、前記粒子状物の表面は反応部位を含む、前記物体上の反応部位と反応させるために一つ以上の反応体に関する条件下で反応領域に一つ以上の反応体を供給して反応生成物を提供する、各工程を含む前記合成プロセスを提供する。
微粒子体の攪拌を簡便化し、フィルタープレートの使用をやめる。本発明の浮揚性微粒子体を使用すると、固相合成は、標準的な溶液相反応器で実施することができる。これは、分離漏斗中、最も簡単な形態で固相合成を実施できる実験室では好都合である。プロセススケールでは、専門家によって濾過をする特注の固相反応器及び攪拌システムの必要性を回避することができる。本発明の微粒子体を使用すると、cGMP操作は、慣用のフィルタープレート取替え工程を回避することにより稼動停止時間が短くなることに加えて、より簡単な洗浄及び洗浄確認で好都合に簡便化することができる。
本発明はさらに、クロマトグラフィープロセスにおける固相として本発明に従った微粒子体の使用を提供する。
別の態様では、モノリス内の微粒子体の間の間隙は、細胞培養用の養分などの異なる成分で充填することができる。この例において、細胞は微粒子をコーティングしている表面ポリマー上で培養することができる。
ポリアクリロニトリルは、通常、それ自体、化学的に安定であるが、ジメチルホルムアミド(DMF)に溶解性であり、ポリアクリロニトリル壁を持つ中空微粒子体は、希DMF溶液が浸透するが、原形を保つことができる。これにより、材料は中空の微粒子体の壁の中を通って内部に運ばれ、中空微粒子の内寸の領域内でプロセスに暴露される。これにより、非常に狭い粒径分布の微粒子を製造することが可能になる。
さらなる用途では、本発明は細胞培養で使用することができる。動物細胞系の大量培養は、ウイルスワクチン及びバイオテクノロジーの多くの製品の製造になくてはならない。動物細胞培養における組換えDNA技術により製造されたバイオ製品としては、酵素、合成ホルモン、免疫生物学的物質(モノクローナル抗体、インターロイキン、リンホカイン)及び抗がん剤が挙げられる。多くのより単純なタンパク質は、細菌培養物中でrDNAを使用して産生することができる;グリコシル化(炭水化物変性)されているより複雑なタンパク質は現在、動物細胞中で製造しなくてはならない。そのような複雑なタンパク質の重要な例としては、ホルモン・エリトロポイエチンがある。哺乳類細胞培養を成長させるコストは高いので、各社とも絶えず技術改良をしている。
図1及び図2はそれぞれ、本発明の微粒子体の具体例の断面を示す図である。
図1は、粒子(1)に均一にコーティングされた表面ポリマー(2)を有する中空微粒子(1)を含む、均一形状をもつ中空微粒子体を示す図である。
図3は、微粒子体が均一形状を持つように、表面ポリマー(2)でコーティングされた複数の中空微粒子(1)を含む中空微粒子体を示す図である。
本発明を以下の非限定的な実施により説明する。
Expancel 920 DEX 80 d30(80μmポリアクリロニトリルバルーン)(100cm3)を水酸化カリウム溶液(4:1v/v水:メタノールの200cm3中200%w/v)、80℃で3時間処理した。中空微粒子を水(3×100cm3)、濃塩酸(3×100cm3)及びメタノール(3×100cm3)で洗浄してから風乾した。
Expancel 920 DEX 80 d30(80μmポリアクリロニトリルバルーン)(100cm3)を水酸化カリウム溶液(4:1v/v水:メタノールの200cm3中200%w/v)、80℃で20時間処理した。中空微粒子を水(3×100cm3)、濃塩酸(3×100cm3)及びメタノール(3×100cm3)で洗浄してから風乾した。
Expancel 920 DEX 80 d30(200cm3)をテトラヒドロフラン(THF)(400cm3)中に分散させて、THF中の水素化リチウムアルミニウム(2mmol/dm3の30cm3)をゆっくりと20分で添加した。反応を50℃で16時間、放置した。過剰量の水素化リチウムアルミニウムは水(100cm3)をゆっくりと添加して破壊し、次いでポリマーを水(5×200cm3)、THF(2×100cm3)、メタノール(5×200cm3)及びジエチルエーテル(1×100cm3)で洗浄してから、風乾した。収量5.8g。
実施例4:アミン充填量の増加
実施例3の生成物を、溶媒としてジクロロメタン(DCM)(100cm3)中のジイソプロピルカルボジイミド(0.76g,6mmol)及びN-メチルモルホリン(0.61g,6mmol)の存在下、Fmoc-Lys(Fmoc)-OH(1.8g,3mmol)と1時間反応させた。ポリマーをDCM(3×100cm3)で洗浄し、DCM中のピペリジン(100cm3,20%v/v)で30分間処理した。次いでポリマーをDCM(3×100cm3)、MeOH(3×100cm3)、水(3×100cm3)、MeOH(3×100cm3)及びジエチルエーテル(1×100cm3)で洗浄してから風乾した。収量6.3g(〜0.6mmol/g)。
実施例4のポリマー(1.9g)をDCM(30cm3)及びBIB(2cm3,8.8mmol)中に分散させ、続いてピリジン(2cm3)を添加した。反応を2時間放置し、次いでポリマーをDCM(3×30cm3)、MeOH(3×30cm3)、水(3×30cm3)、MeOH(3×30cm3)及びジエチルエーテル(1×30cm3)で洗浄してから風乾した。
実施例5で製造したBIB官能基化ポリマー(0.6g)を、ジメチルアクリルアミド(8.43g,85mmol)、エチレンビス-アクリルアミド(1.6g,9.8mmol)及びアクリロイルサルコシンメチルエステル(1.57g,10mmol)を含む水性モノマー溶液(100cm3)中に分散させた。CuBr(186mg,1.3mmol)及びN,N,N’,N”,N”-ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA)(0.675g,3.9mmol)をMeOH(5cm3)に溶解し、上記分散液に添加して重合を開始した。
実施例6で製造したポリマーでコーティングした中空球(2.5g)を一晩、エチレンジアミン(50cm3)で処理した。ポリマーを水及びMeOHで十分に洗浄してから、風乾した。
実施例6で製造したポリマーでコーティングした中空球(2.5g)を一晩、1,2-ビス(2-アミノエトキシ)エタン(50cm3)で処理した。ポリマーを水及びMeOHで十分に洗浄してから、風乾した。
Expancel 920 DEX 80 d30(100cm3)をMeOH中の濃塩酸(300cm3,1:1v/v)に分散して、80℃で4時間攪拌した。ポリマーを水及びMeOHで十分に洗浄してから、風乾した。
実施例9で製造したポリマー(50cm3)をエチレンジアミンに分散して、メチルエステルを置き換えて、室温で16時間攪拌した。ポリマーを水及びMeOHで十分に洗浄してから、風乾した。
実施例11:表面メチルエステルの一級アミンへの転換
実施例9で製造したポリマー(50cm3)をJeffamine 800(ビス-アミノEPG)に分散させて、メチルエステルを置き換え、90℃で6時間攪拌した。ポリマーを水及びMeOHで十分に洗浄してから、風乾した。
実施例12:モールドとしての中空ポリマー球
Expancel 920 DEX 80 d30(80cm3)を、ジメチルアクリルアミド(1.455g,14.7mmol)、メチレンビス-アクリルアミド(0.231g,1.5mmol)及びアクリロイルサルコシンメチルエステル(0.314g,2mmol)を含む水性DMF(30cm3,1:1v/v)中に分散させ、1時間放置した。
実施例12で製造したポリマーコーティング化中空球(0.5g)をエチレンジアミン(20cm3)で一晩処理した。ポリマーを水及びMeOHで十分に洗浄してから風乾した。
実施例14:中空ポリマー球のシリカコーティング
実施例9に記載の通りに製造したメチルエステル官能基中空ポリマー球(50cm3)を、MeOH(50cm3)中の3-アミノプロピルトリメトキシシラン(10cm3)で室温で一晩処理した。この微粒子をMeOH中の水(1:1v/v)で十分に洗浄し、次いで水酸化アンモニウム(0.1%v/v)を含有するMeOH(1:1v/v)中の水で3時間処理して、メトキシシランの加水分解を開始してシリカを形成した。このポリマーをアセトンで十分に洗浄して、アセトン中に1週間保存したままにしておいてから、濾過し、風乾した。
実施例6のポリマーを使用して、結合剤を微粒子体にカップリングさせ、次いでオキシトシンのアミノ酸を順にカップリングし、合成したペプチドを開裂してオキシトシンを生成することによる公知の慣用のペプチド合成法を使用して、ペプチドオキシトシンを製造した。
次いでFmoc-X-OHを微粒子体と結合剤に結合させて、結合剤のカップリング用に設定された手順を使用してピペリジン/DMFで処理する。所望のペプチド配列中のそれぞれのアミノ酸は、ペプチド鎖が完了するまで、同一手順により順に添加する。
微粒子体は、水を含有するジクロロメタン及びトリフルオロ酢酸(TFA)で好適に洗浄し、たとえば5%v/vを好適に添加する。溶液は好適には赤に変色し、このことは開裂が進行中であることを示している。10分後、好適にはさらにTFAを添加し、混合物を1時間放置して開裂させた。
Claims (36)
- ポリマーを含む中空微粒子と、場合により前記中空微粒子の外側に配置された表面ポリマーとを含む、微粒子体。
- 前記物体が、液相中で使用するためのものであり、且つ前記液相中で浮揚性である、請求項1に記載の微粒子体。
- 前記微粒子体が、1g/cm3未満の密度を有する、請求項1または2に記載の微粒子体。
- 前記微粒子体が0.01〜0.05g/cm3の範囲の密度を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の微粒子体。
- 前記ポリマーが、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル並びに、スチレン、アクリロニトリル、アクリレート、メタクリレート及び塩化ビニルから選択される複数のモノマーを含むコポリマーから選択される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の微粒子体。
- 前記ポリマーが、ニトリル基及び/または誘導体化ニトリル基を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の微粒子体。
- 前記中空微粒子が、通常、球形または楕円体である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の微粒子体。
- 前記物体が、表面ポリマーコーティングに複数の中空粒子を含む球形、楕円体または他の均一形状の凝集体を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の微粒子体。
- 前記中空微粒子が、1〜500μmの粒径を有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の微粒子体。
- 前記中空微粒子に直接または間接的に共有結合している表面ポリマーを含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の微粒子体。
- ポリアクリルアミド、ポリスチレン、セルロース、寒天、ポリアクリレート、ポリジメチルアクリルアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリメタクリレート、ポリ尿素、ポリアクリロイルモルホリン、ポリビニルアルコール、シリカ、ポリベータヒドロキシエステル及びポリアクリロニトリルから選択される一つ以上の表面ポリマーを含む、請求項10に記載の微粒子体。
- 前記中空微粒子の前記ポリマー、または、存在する場合には表面ポリマーが、ペプチド合成、オリゴヌクレオチド合成または固相合成で使用するためのアミン官能基を含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載の微粒子体。
- 前記物体が、前記中空微粒子をコーティングしている不活性材料を含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載の微粒子体。
- 前記不活性材料に結合、または、前記不活性材料が多孔質である場合には、前記不活性材料の細孔内に保持されている表面ポリマーを含む、請求項13に記載の微粒子体。
- 前記不活性材料が、ポリハイプ及び多孔質シリカから選択される、請求項13または14に記載の微粒子体。
- 前記中空微粒子状ポリマーまたは前記表面ポリマーにより担持されているか、またはこれと反応した機能性材料をさらに含む、請求項1〜15のいずれか1項に記載の微粒子体。
- 前記機能性材料が、触媒、ペプチド合成用開始剤種、オリゴヌクレオチド合成用開始剤種、固相有機合成用開始剤種、薬学的活性成分、農業化学的活性成分、タンパク質または他の生物学的高分子から選択される、請求項16に記載の微粒子体。
- 前記機能性材料が酵素を含む、請求項17に記載の微粒子体。
- 表面ポリマーの複数層が、親水性表面ポリマーを含む第一の層と、疎水性表面ポリマーを含む第二の層とを含む、請求項1〜18のいずれか1項に記載の微粒子体。
- 薬学的または農業化学的活性成分を含み、表面ポリマーの前記複数層が前記活性成分の制御放出を提供する、請求項19に記載の微粒子体。
- 請求項1〜19のいずれか1項に記載の微粒子体と、検出すべき検体と相互作用しえる物体により結合または保持される機能性材料とを含む、検体を検出するための医療診断機器。
- 前記機能性材料が、前記表面ポリマーにより担持された酵素を含む、請求項21に記載の医療診断機器。
- 三次元形状に配置、好ましくはカラムに含まれる、請求項1〜19のいずれか1項に記載の複数の微粒子体を含むモノリス。
- 前記微粒子を準備する工程、前記中空微粒子とモノマーまたはモノマーの溶液とを接触させる工程、前記モノマーを重合させて、(単数または複数の)中空微粒子をコーティングする表面ポリマーを形成する工程を含む微粒子体材料を製造する方法。
- モノマーまたはモノマーの溶液を前記中空微粒子に添加し、前記モノマーまたはモノマー溶液と非混和性である溶媒の存在下で重合を実施する、請求項24に記載の方法。
- 化学的、生物学的または物理学的プロセスにおける、請求項1〜20のいずれか1項に記載の微粒子体の使用。
- ペプチド、オリゴヌクレオチド、オリゴ糖から選択される種の固相合成;固相抽出;固相有機化学;固相試薬、金属及び他の触媒、生体触媒、酵素、タンパク質、ポリクローナル及びモノクローナル抗体を含む抗体、全細胞及びポリマーから選択される種の固定化;細胞培養;クロマトグラフィー分離用固定相の調製から選択されるプロセスにおける;または吸収剤としての微粒子体の請求項26に記載の使用。
- 反応領域において成分または触媒を保持するための、浮揚性、中空微粒子体の使用であって、前記物体は前記物体に結合している反応性分または触媒を有し、前記反応は、前記微粒子体及び前記成分または触媒よりも高い密度の重質成分を生成し、前記重質成分は前記反応領域から引き出されて、前記反応領域に前記微粒子体及び成分または触媒を残す、前記使用。
- 酵素触媒が前記担体に結合し、植物油を前記反応領域に供給し、前記反応領域からグリセロールを引き出す、請求項29に記載の使用。
- 脂肪酸及びグリセロールを製造するために反応領域中で浮揚性、中空微粒子体質と結合した植物油を加水分解しえる触媒を有する浮揚性、中空微粒子体と植物油とを接触させる工程、前記反応領域からグリセロールを引き出し、前記酵素を前記触媒領域に残す工程を含む、脂肪酸の製造方法。
- アルコールを前記反応領域に導入する工程、エステル化触媒の存在下で前記脂肪酸と前記アルコールとを接触させてバイオディーゼルを製造する工程をさらに含む、請求項30に記載の方法。
- 反応領域に、密度Dlの液体、密度Dtを有する請求項1〜20のいずれか1項に記載の微粒子体を充填する工程を含む反応生成物の合成プロセスであって、ここでDtはDlよりも小さく、前記粒子状物の表面は、反応生成物を提供するために前記物体上の反応部位と反応する一つ以上の反応体用の条件下で反応領域にひとつ以上の反応体を供給する反応部位を含む、前記プロセス。
- さらに反応生成物と反応させるために前記反応領域に反応体を供給して反応生成物を生成する工程、場合によりこの工程を同一または異なる反応体で繰り返して高分子を生成する、少なくとも一つのさらなる工程を含む、請求項32に記載のプロセス。
- オリゴヌクレオチド、ペプチドから選択される高分子を製造するための請求項33に記載のプロセスであって、前記高分子はペプチドであり、前記反応体はアミノ酸または反応生成物中にアミノ酸部分を提供しえる種であり、前記高分子は核酸配列であり、前記反応体はヌクレオシドまたは反応生成物中に核酸を提供しえる種である、前記プロセス。
- 前記表面ポリマーが、ポリジメチルアクリルアミド、ポリエチレングリコール及びポリスチレンから選択される、請求項32〜34のいずれか1つに記載のプロセス。
- 単一反応領域で二種の生成物を同時に製造するためのプロセスであって、前記反応領域に、密度Dlの液体、密度Dtを有し、上部合成反応用の物体を提供する本発明の微粒子体、及び密度Dbを有し、底部合成反応用の物体を提供する固体物体を充填する工程(ここでDtはDlよりも小さく、DlはDbより小さい)、前記上部合成反応用と前記底部合成反応用の反応体を、上部合成生成物と底部合成生成物とを生成させるために上部合成反応及び底部合成反応用の条件下で反応領域に供給する工程、場合により前記固体物体から前記粒状物を分離して、これにより上部合成生成物と底部合成生成物とを分離する工程を含む前記プロセス。
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