JP2013540756A - 医療デバイスのコーティングに使用するためのラジカル重合性フェノチアジンマクロモノマー - Google Patents

Abstract

本発明は、フェノチアジンベースのマクロモノマー化合物およびこれを製造する方法に関する。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、その開示が参照によって本明細書に組み込まれる、２０１０年９月２３日に出願された「ＲＡＤＩＣＡＬＬＹ ＰＯＬＹＭＥＲＩＺＡＢＬＥ ＭＡＣＲＯＭＯＮＯＭＥＲ」という表題の出願番号第６１／３８５，７３７号の利益を主張する。

Ｂｌｏｃｚｙｎｓｋｉらに対する米国特許第５，５２０，７８６号（以下「‘７８６」という）は、電子移動メディエーターとしての使用に適したフェノチアジンおよびフェノキサジンの化合物のファミリーを記載している。

本発明の一態様は、下式（Ｉ）
（式中、「リンカー」は、酵素または生体分子を反応させる、結合するまたは捕捉することができる脂肪族基またはＰＥＧであり、
Ｗは、Ｈまたは下式
を有する群から誘導された成分からなる群から選択され、
「試薬」（ｒｅａｇｅｎｔ）は、別の分子とさらに反応、架橋または重合することができる成分である）
のフェノチアジンベースのマクロモノマー化合物およびこれを製造する方法に関する。

本発明の別の態様は、下式（Ｉａ）
（式中、「リンカー」は、脂肪族基またはＰＥＧであり、酵素または生体分子を反応させる、結合するまたは捕捉することができ、
「試薬」は、別の分子とさらに反応、架橋または重合することができる成分である）
のフェノチアジンベースのマクロモノマー化合物およびこれを製造する方法に関する。

本発明は、式（Ｉａ）のマクロモノマーを、互いにまたはその他のモノマー、ポリマー、マクロモノマーと反応、架橋または重合させることにも関する。いくつかの実施形態において、式（Ｉａ）の化合物のモノマーを含むホモポリマーまたはヘテロポリマーが形成される。その他の実施形態において、式（Ｉａ）の化合物のモノマーならびにその他のモノマー、ポリマーおよびマクロモノマーを含むホモポリマーまたはヘテロポリマーが形成される。

本発明は、さらに、架橋または重合した式（Ｉ）のマクロモノマーのフィルムまたは層を形成することに関する。本発明は、さらに、架橋または重合した式（Ｉ）のマクロモノマーを、トランスデューサー、電極またはその他のデバイスの表面上に薄い膜として施すことにも関する。

いくつかの実施形態において、本発明は、ラジカル重合などによって重合することができるように、フェノチアジン、すなわちＭＬＢ（本明細書でさらに記載する）の官能性を変化させることに関する。

いずれの特定の理論に縛られるものではないが、式（Ｉ）または（Ｉａ）のマクロモノマーを反応、架橋またはそうでなければ重合させることによって、フラビンアデニンジヌクレオチド（「ＦＡＤ」）および／またはニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（「ＮＡＤ」）を含めた対象の酵素および／またはその他の生体分子を捕捉、結合および／またはこれらと反応することができるポリマー、コポリマー、ゲル、ヒドロゲルまたは粘性溶液を形成することができると考えられる。本発明は、捕捉、結合または反応した生体材料を含有し得る形成したポリマー、コポリマー、ゲル、ヒドロゲルまたは粘性溶液を、デバイス、トランスデューサーまたは電極の表面上にフィルムまたは層として施すことも考慮している。また、捕捉、結合または反応した生体材料を含有し得るポリマー、コポリマー、ゲル、ヒドロゲルまたは粘性溶液は、デバイス、トランスデューサーまたは電極の表面上にフィルムまたは層として成長または固定化することができる。

本発明は、式（Ｉ）または（Ｉａ）
（式中、「リンカー」は、脂肪族基またはＰＥＧであり、酵素または生体分子を反応させる、結合するまたは捕捉することができ、
Ｗは、Ｈまたは下式
を有する群から誘導された成分からなる群から選択され、
「試薬」は、必須ではないが、別の分子とさらに反応、架橋または重合することができる成分である）
のマクロモノマー化合物およびこれを製造する方法に関する。

式（Ｉ）および（ＩＩａ）を含む各構成成分ならびにその合成方法は、本明細書でさらに詳細に記載されるであろう。

リンカーが付着している基礎部分は、フェノチアジン、フェノチアジン−前駆体またはフェノチアジン−誘導体（以後「フェノチアジン系」）を含む。いくつかの実施形態において、フェノチアジン系は、式（ＩＩ）：
に示される一般構造を有する。

式（ＩＩ）の化合物は、任意の位置で、例えば任意の環炭素またはヘテロ原子の位置で、誘導体化し得る。このようなさらなる誘導体化は、追加的な架橋および／またはポリマーを基質上に添加することを可能にし得ると考えられる。式（ＩＩ）の化合物は、例えば式（ＩＩａ）において、任意の環の位置でカルボン酸基およびスルホン酸基を含む基で誘導化され得る。

一実施形態において、式（ＩＩ）および（ＩＩａ）のフェノチアジンは、式（ＩＩＩ）
に示される構造、すなわち（Ｚ）−２−（３Ｈ−フェノチアジン−３−イリデンアミノ）ベンゼン−１，４−ジスルホニックを有する。

特に興味深いものとして、例えば式（ＩＶａ）および（ＩＶｂ）における１つまたは複数の連結部分（「リンカー」）を含有する、式（ＩＩ）または式（ＩＩＩ）のフェノチアジン化合物がある。このリンカーは、任意の環の位置に存在し得る。

いくつかの実施形態において、式（ＩＶａ）および（ＩＶｂ）の化合物は、式（ＩＶｃ）および（ＩＶｄ）に示される構造を有する。

リンカーは、試薬（「試薬」）分子をフェノチアジン系にカップリングすることができる任意の基とすることができる。いくつかの実施形態において、リンカーは、約２個〜約１２個の間の炭素原子を有する、置換または非置換の脂肪族基である。その他の実施形態において、リンカーは、約２個〜約８個の間の炭素原子を有する、置換または非置換の脂肪族基である。さらにその他の実施形態において、リンカーは、約２個〜約４個の間の炭素原子を有する、置換または非置換の脂肪族基である。いくつかの実施形態において、脂肪族基は、ハロゲン、アルコキシまたはアルキル基で置換される。

当業者は、さらなる反応のための適切な末端官能性および／または脱離基を有するリンカーを選択するであろう。いくつかの実施形態において、リンカーの末端官能基および／または脱離基は、ヒドロキシル基またはハロゲン化物基である。好ましい実施形態において、リンカーは、末端ヒドロキシル基を有する。

その他の実施形態において、フェノチアジン−リンカー複合体は、式（Ｖａ）または（Ｖｂ）
（式中、ｎは、１〜１２の範囲の整数である）
の構造を有する。

さらにその他の実施形態において、リンカーは、ポリエチレングリコール分子（以後「ＰＥＧ」）から誘導される。その最も一般的な形態において、ＰＥＧは、その両端がヒドロキシル基で終端している直鎖のポリマー（ｎが正の整数であるＨＯ−ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ−（ＣＨ_２−ＣＨ_２Ｏ）_ｎ−ＣＨ_２ＣＨ_２−ＯＨ（より簡素にＨＯ−ＰＥＧ−ＯＨと表される））である。いくつかの実施形態において、ＰＥＧは、アルコキシ−ＰＥＧ−ＯＨとして一般的に使用され、その１つの末端は比較的不活性なアルコキシ基であるが、もう一方の末端は、化学修飾を受けやすいヒドロキシル基である。

式（ＩＶａ）、（ＩＶｂ）、（ＩＶｃ）、（ＩＶｄ）、（Ｖａ）および（Ｖｂ）の化合物は、スキーム１にあるような試薬と反応して、式（Ｉ）および（Ｉａ）のマクロモノマー化合物を形成することができる出発物質である。

その他の実施形態において、式（Ｉ）の化合物は、例えばリンカーへの試薬のカップリング後に基「Ｗ」が導入される場合、式（ＩＶａ）または（ＩＶｃ）の化合物を適切な試薬と直接カップリングすることによって合成することができる。

リンカーへの試薬のカップリングは、当業者に知られる方法によって、例えば求核置換によって達成することができる。試薬および／またはリンカーの官能性によって酸性または塩基性である反応条件は、当技術分野でよく知られている。置換反応で典型的に使用される任意の溶媒を、ここで使用することができ、当業者は、最良の収率および／または反応性をもたらす溶媒を選択することができる。

試薬は、リンカーと反応させて、式（Ｉ）もしくは（Ｉａ）のマクロモノマー化合物、または適切に誘導体化されたその任意の類似体をもたらすことができるならば、どんな分子でもよい。好ましい実施形態において、試薬は、式（Ｉ）もしくは（Ｉａ）のその他のマクロモノマーを含む別の分子と、またはその他のモノマー、ポリマー、マクロモノマーと、反応、架橋または重合することができるように選択される。いくつかの実施形態において、試薬は、２つの官能基を含有する。例えば、試薬は、カルボニル中心（例えば、エステルまたはハロゲン化アシル）を含有していてもよく、ビニル基または別のエチレン不飽和基を含有していてもよい。これらの実施形態において、いずれの特定の理論に縛られるものではないが、カルボニル中心は、その他の分子とのさらなる反応、架橋または重合に利用できるビニル基またはその他のエチレン不飽和基を脱離させるリンカー上の官能性と反応すると考えられる。いくつかの実施形態において、試薬は、下式（ＶＩ）
（式中、Ｙは、Ｏ−Ｒ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒまたはＩであり、
Ｒは、Ｈまたは１〜４個の間の炭素原子を有する低級アルキル基であり、
Ｚは、約２個〜約８個の間の炭素原子を有し、少なくとも１つのビニル基またはエチレン不飽和基を含む、置換または非置換の脂肪族基である）
を有する。

いくつかの実施形態において、Ｚは、約２個〜約６個の間の炭素原子および少なくとも１つのビニル基またはその他のエチレン不飽和基を有する脂肪族基である。その他の実施形態において、Ｚは、約２個〜約４個の間の炭素原子および少なくとも１つのビニル基またはその他のエチレン不飽和基を有する脂肪族基である。これらの実施形態のいずれかにおいて、ビニル基またはその他のエチレン不飽和基は、脂肪族鎖内または末端位置にあってよく、任意の立体化学構造（Ｅ、Ｚ、シス、トランス）をさらに有してもよい。

いくつかの実施形態において、式（ＶＩ）の化合物は、当業者に知られている様々なアクリル酸、メタクリル酸、またはエチレン不飽和試薬である。

いくつかの実施形態において、試薬は、下式（ＶＩＩ）
［式中、Ｙは、Ｏ−Ｒ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒまたはＩであり、
Ｒは、Ｈまたは１〜４個の間の炭素原子を有する低級アルキル基であり、
Ｒ_１、Ｒ_２およびＲ_３は、Ｈ、ＯＨ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｏ−Ｒ（Ｒは、既に定義した通りである）、または１〜４個の炭素原子を有する置換または非置換の低級アルキル基（アルキル基は、１つまたは複数のヒドロキシル基またはハロゲン化物基で置換されていてもよい）から独立に選択される。例えば、Ｒ_１およびＲ_２は、共にＨであってよく、一方、Ｒ_３は、−ＣＨ_２−Ｃｌ、−ＣＨ_２−Ｂｒ、ＣＨ_２−ＩまたはＣＨ_２−ＯＨである］
を有する。

好ましい実施形態において、Ｒ_１、Ｒ_２およびＲ_３のそれぞれは、Ｈである。その他の好ましい実施形態において、式（ＶＩＩ）の化合物は、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピルおよびアクリル酸ブチルを含めたアクリル酸である。

いくつかの実施形態において、試薬は、式（ＶＩＩＩ）
を有する。

リンカーおよび試薬を有する式（Ｉ）のマクロモノマーの例として：
（式中、ｎは、１〜１２の範囲の整数である）
（式中、ｎは、１〜１２の範囲の整数である）
が挙げられる。

アゾ化合物を含めたその他の反応性モノマー（試薬）も、本発明によって考慮される。

式（Ｉ）または（Ｉａ）のマクロモノマーは、開始剤、触媒、熱またはＵＶ−照射の存在下で架橋または重合され得る。架橋または重合は、生体分子の存在下で行うことができる。別法として、生体分子は、架橋および／または重合の後に導入することができる。

さらなる架橋および／または重合を助けるために、その他の架橋成分が添加され得る。

架橋または重合されたマクロモノマーは、エンドキャップされ得る、すなわち、末端反応性官能基が、さらなる架橋または重合を遅らせるまたは阻止する部分と反応し得る。「エンドキャッピング（ｅｎｄ−ｃａｐｐｉｎｇ）」が、さらに多くの生体分子を捕捉する、結合するまたは反応させることが可能である。さらに、ポリマーまたはコポリマーのサイズ（分子量）が、制御され得る。

（追加的な実施形態）
（実施例１）
フェノチアジン−モノマー（ここでは、式（ＩＩ）または（ＩＩＩ））、開始剤、架橋剤（ＰＥＧベースの架橋剤を含める）ならびに生体適合性および酵素固定のためのその他のモノマーの混合物を、トランスデューサーの表面上に直接重合することができた。まず、この表面は、得られたポリマーの接着を補助するために、最初に修飾することができる。得られたポリマーは、高度に架橋することができた、または好ましくは適切に固定された酵素を有するヒドロゲルは、グルコースの検出を仲介することができた。

（実施例２）
フェノチアジン−モノマーブラシ（ｂｒｕｓｈ）は、トランスデューサーの表面から成長することができた。このことが達成できた１つの可能な方法は、場合によりシランカップリングを介して、トランスデューサーにイニファーターを固定し、ＵＶ−放射を介してブラシを成長させることである。これによって、センサー表面の近くに高密度のフェノチアジン誘導体をもたらすことができた。また、重合は、酵素固定モノマー、モノマーおよび架橋剤の存在下で行われ、得られたブラシの特性を変えることができた。

（実施例３）
式（Ｉ）の重合性マクロモノマーを重合して、短いポリ（フェノチアジン）鎖とすることができた。次いで、これらの鎖を、上述のセンサー表面上に固定することができた。得られたポリマーは、マクロモノマーが局所的に高濃度で固定されることを除いて、実施例１の通りであった。このことは、特にこれらの短いポリ（フェノチアジン）鎖が、架橋剤に対して高濃度で存在した場合、電子の移動および仲介を補助することができたと考えられる。

本発明を、特定の実施形態に関して本明細書に記載してきたが、これらの実施形態は、本発明の原則および適用を単に例示しているものと理解されたい。したがって、多数の変更が、例示的な実施形態に対してなされ得ること、およびその他の構成が、添付の特許請求の範囲によって定義された通り、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく考案され得ることを理解されたい。

Claims (26)

1. 下式
   （式中、Ｒ_１、Ｒ_２およびＲ_３は、Ｈ、ＯＨ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｏ−Ｒおよび１〜４個の間の炭素原子を有する置換または非置換の低級アルキル基からなる群から独立に選択され、前記アルキル基は、１つまたは複数のヒドロキシル基またはハロゲン化物基で置換されていてもよく、
   Ｒは、Ｈまたは１〜４個の間の炭素原子を有する低級アルキル基であり、
   Ｗは、Ｈまたは下式
   を有する群から誘導された成分であり、
   リンカーは、ポリエチレングリコールまたは約２個〜約１２個の間の炭素原子を有する、置換または非置換の脂肪族基から誘導される）
   を有する化合物。
2. 前記化合物が、式（Ｘ）
   を有する、請求項１に記載の化合物。
3. 前記化合物が、式（Ｘａ）
   （式中、ｎは、１〜１２の範囲の整数である）
   を有する、請求項１又は２に記載の化合物。
4. 前記リンカーが、ポリエチレングリコールから誘導される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の化合物。
5. Ｒ_１、Ｒ_２およびＲ_３が、Ｈ、メチル、エチル、プロピルまたはブチルから独立に選択される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の化合物。
6. Ｒ_１、Ｒ_２およびＲ_３のうち少なくとも１つがＨである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の化合物。
7. 前記化合物が、式（ＩＸ）
   を有する、請求項１に記載の化合物。
8. 前記リンカーが、ポリエチレングリコールから誘導される、請求項７に記載の化合物。
9. 前記化合物が、式（ＩＸａ）
   （式中、ｎは、１〜１２の範囲の整数である）
   を有する、請求項１に記載の化合物。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の化合物を含む少なくとも１つのユニットを含むポリマー。
11. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の化合物を含む少なくとも２つのユニットを含むポリマー。
12. 前記ポリマーが、生体分子に架橋されている、請求項１０又は１１に記載のポリマー。
13. 前記ポリマーが、異なるポリマーまたはコポリマーに架橋されている、請求項１０又は１１に記載のポリマー。
14. 請求項１０又は１１に記載のポリマーおよび生体分子を含む粘性溶液。
15. 前記生体分子が酵素である、請求項１４に記載の粘性溶液。
16. 前記生体分子がフラビンアデニンジヌクレオチドである、請求項１４に記載の粘性溶液。
17. 前記生体分子がニコチンアミドアデニンジヌクレオチドである、請求項１４に記載の粘性溶液。
18. 前記生体分子が、前記ポリマーのマトリックス内で捕捉される、請求項１４に記載の粘性溶液。
19. 請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のポリマーを含むフィルムコーティング。
20. 請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のポリマーを含むコーティングを含む医療デバイスであって、前記コーティングが前記医療デバイスの少なくとも１つの表面に少なくとも部分的に施される、医療デバイス。
21. 前記医療デバイスが、センサー、トランスデューサーまたは電極である、請求項２０に記載の医療デバイス。
22. 開始剤、熱またはＵＶ−放射からなる群から選択される触媒の存在下で、少なくとも２当量の請求項１に記載の化合物を反応させてポリマーを形成することを含む、請求項１に記載の化合物を重合または架橋する方法。
23. 前記架橋が、１種または複数の生体分子の存在下で行われる、請求項２２に記載の方法。
24. 前記ポリマーを末端反応性官能基と反応させるステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
25. 前記重合が、医療デバイスの表面上で行われる、請求項２２に記載の方法。
26. 前記医療デバイスが、センサー、トランスデューサーまたは電極である、請求項２５に記載の方法。