JP2016144690A - 中空のマイクロニードルアレイ及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のマイクロニードルデリバリーシステムにおいては、より高速の注入速度が試みられる場合に著しい痛みが示されたとの報告がなされていた。【解決手段】マイクロニードルのアレイ１１は、基材１２と、該基材１２から突出するように配置され、１００μｍ超〜１ｍｍ未満の長さを有する１０〜３０個の中空のマイクロニードル１４とを備える。隣接するマイクロニードル１４は、平均１．５ｍｍ以上の間隔を持つ。マイクロニードルのアレイ１１は、２０μＬ／分超の速度で、マイクロニードル１４を通して２００μＬ超の流体を注入することができる。マイクロニードル１４のうちの少なくとも一部は、勾配のある側壁を有し、該勾配のある側壁は、チャネルの出口孔を含む。【選択図】図１A

Description

本発明は、中空のマイクロニードルのドラッグ・デリバリー用品に関する。

経皮的貼付剤は、皮膚を通して容易に吸収される小分子の脂肪親和性薬物の投与に長く使用されてきた。この非侵襲的送達経路は、多くの薬物の生物学的利用能を劇的に低減し得る消化器系及び肝門脈系の両方をバイパスして、薬物を体循環に直接吸収させるので、経口送達に不適合な多くの薬物の投与に有利である。経皮的送達はまた、患者の不快感、針嫌い、投与を行う人に誤って怪我を負わせるリスク、及び鋭利物の処理にまつわる問題を大幅に軽減することによって、皮下注射に関連する多くの難題を克服する。

これらの多くの利点にもかかわらず、薬物の経皮的送達は、皮膚を通した吸収に適合するクラスの分子に制限される。小分子の塩類及び治療用タンパク質の送達は、従来の経皮的送達では、吸収を促進する賦形剤が存在する場合でも、皮膚がこれらの分子に有効な保護バリヤーを提供するので、通常行うことができない。

多種多様な設計及び材料に基づくマイクロニードル（マイクロブレードを含む）のドラッグ・デリバリー用品が提案された。例えば薬物が上にコーティングされた中空でないものもあれば、例えばリザーバから薬物が送達される中空のものもある。金属で作られたものもあれば、シリコン材料からエッチングされたもの、あるいは、ポリカーボネート等のプラスチックで作られたものもある。

マイクロニードルの個数、寸法、形状、及び配置もまた、著しく多様である。単一のニードルを有するものもあれば、特に中空でないマイクロニードルにおいて、アレイごとに何百ものニードルを有するものもある。大半は、寸法が１００μｍ〜２ｍｍの範囲である。

マイクロニードルは、皮内及び経皮的な薬物送達に有望であり、特に、ワクチン又は効能のある薬物の場合等の、比較的少量の薬物が必要な場合に有望である。

必要に応じて、多くの患者にとって不安及び／又は痛みの原因となり得る、従来の皮下注射針に取って代わることは、言うまでもなくマイクロニードルの所望の有益性のうちの１つである。更に、例えば、ワクチンのように、筋肉注射によるよりも皮膚に送達することに利点がある薬物もある。しかしながら、マイクロニードルデリバリーシステムは、かなり低速の送達速度を提供するものとして見なされていることが多く、したがって、少量の製剤の使用、又は長期送達期間のどちらかが要求されることによって、システムの有用性は限定される。例えば、マイクロニードルを使用する典型的な皮内注入は、３０ｍｃＬ／時未満の低注入速度、及び２００ｍｃＬ未満の低注入量で文書化されてきた。より高速の注入速度が試みられる場合、著しい痛みが示されたとの報告もある。

使用するマイクロニードルの個数、及び単位面積当たりの密度は、事実上痛みを誘発させることなく、はるかに高速の送達速度を生じ得ることが、今では判明している。これは、注射可能な製剤を高速かつ無痛に送達するために、皮下注射に取り代わってマイクロニードルアレイを使用する可能性を初めて提示する。

方法は、１個のマイクロニードルが隣接するマイクロニードルと平均１．５ｍｍ以上の間隔を持ち、１００μｍ〜１ｍｍの長さを有する１０〜３０個の中空のマイクロニードルのアレイを患者の皮膚に貼り付けて、２０μＬ／分超の速度で、中空のマイクロニードルを通して２００μＬ超の流体を送り出すことによって、最小の痛みで迅速かつ大量に皮内注入することを伴う。

好ましい構成では、本発明のマイクロニードルアレイは、最大１ｍＬまで、又はそれ以上の液体製剤を、驚くべき５００μＬ／分の高速で送達することができる。したがって、例えば、毎時（毎分ではなく）１０μＬの遅い速度で１００μＬしか送達しない他に報告されるマイクロニードルアレイとは対照的に、本発明のマイクロニードルアレイは、約１分、又はそれ以下で、まるまる１ｍＬを皮内注入で送達することができる。

本発明によるマイクロニードルアレイは、１平方ｃｍ当たり３０〜５０個のマイクロニードルの間隔の密度で、１３〜２０個のマイクロニードルを概して有する。一実施形態では、１８個のマイクロニードルが使用される。好ましくは、マイクロニードルは、隣接するマイクロニードル間で少なくとも２ｍｍの間隔を空けて配置される。

マイクロニードルは、５００μｍ〜７５０μｍの長さ、及び断面積２０〜５０平方μｍの平均チャネル孔を概して有する。

本発明の方法は、マイクロニードルを通して少なくとも７５０μＬの流体が送り出される注入を提供することができる。流体は、少なくとも４００μＬ／分の速度で中空のマイクロニードルを通して送り出されてもよい。送り出し中の背圧は、通常２５ｐｓｉ（１７２．４ｋＰａ）以下であり、概して２０ｐｓｉ（１３７．９ｋＰａ）で維持される。

マイクロニードルは、それぞれのマイクロニードルの側壁に設置された出口孔を有する。

マイクロニードルは通常、真皮に１００μｍ〜４００μｍ貫通する（したがって、貫通の深さはマイクロニードル自体の全高ではない）。

いかなる特定の理論に拘束されることを望むことなく、多くの従来技術のマイクロニードルアレイは、多数の密接するマイクロニードルを使用するようであり、それは皮膚組織内に収容できる流体の量及び速度を制限する可能性がある。そのようなデバイスで流体を急速に注入しようすると、過度の背圧、注入中に流体が皮膚から逆流して漏れる、ニードルアレイが外れる、組織がドーム形成する、及び／又は著しい痛み、のいずれかを生じる可能性がある。

本明細書で使用される場合、特定の用語は、以下に説明する意味を有するものと理解される。

「マイクロニードル」は、治療薬の経皮的送達を促進するために、又は皮膚を通して流体のサンプリングを促進するために、角質層を貫通するように設計されたアレイに関連する特定の微視的構造をいう。例として、マイクロニードルには、マイクロブレードを含む針、又は針状の構造、並びに角質層を貫通できる他の構造が挙げられる。

本発明の特徴及び利点は、発明を実施するための形態、及び添付の特許請求の範囲を考慮することで理解される。本発明のこれら並びに他の特徴及び利点は、本発明の様々な例示的な実施形態に関連して以下で説明され得る。上記の本発明の概要は、本発明の開示した各実施形態又はすべての実現形態を説明することを意図したものではない。以下の図面及び発明を実施するための形態は、実例となる実施形態をより具体的に例示するものである。

これから、本発明の好ましい実施形態について、添付の図面を参照して以下により詳細に説明する。
マイクロニードルアレイの一実施形態の斜視図であり、更に１個の中空のマイクロニードルの詳細図。 マイクロニードルアレイの一実施形態の斜視図であり、更に１個の中空のマイクロニードルの詳細図。 中空のマイクロニードル貼付剤を除去して染色した無毛モルモットの皮膚の画像。 中空のマイクロニードル貼付剤を除去して染色した無毛モルモットの皮膚の画像。 メチレンブルーを示しているマイクロニードルの注入部位の画像。 メチレンブルーを示しているマイクロニードルの注入部位の画像。 送達経路ごとのナロキソン血中濃度対時間の比較グラフ。 注入の痛み対特定注入カテゴリをプロットする図。 最大注入圧力対特定注入カテゴリをプロットする図。 最大注入速度対特定注入カテゴリをプロットする図。 注入量対特定注入カテゴリをプロットする図。 注入の痛み対最大注入圧力をプロットする図。 注入の痛み対最大注入速度をプロットする図。 注入の痛み対注入量をプロットする図。

上で特定した図面は、本発明のいくつかの実施形態を示しているが、考察部分で述べているように、他の実施形態も考えられる。いかなる場合も、本開示は、本発明を、限定するのではなく代表して提示するものである。本発明の原理の範囲及び趣旨に含まれる多数の他の修正形態及び実施形態が、当業者によって考案され得ることを理解されたい。図面は縮尺通りに描かれていない場合がある。図の全体にわたって、同様の参照番号を用いて同様の部分を示している。

本発明は、以下の非限定的な実施形態を参照して記載される。

マイクロニードルアレイ
マイクロニードルデバイス１０は、複数の１８個のマイクロニードル１４がそこから延在する基材１２を備えるマイクロニードルアレイ１１を有する。それぞれのマイクロニードル１４は、基部１６から先端１８までおよそ５００μｍの高さを有する。中空のチャネル（図示せず）は、基材１２及びマイクロニードル１４を通して延在し、マイクロニードルの先端近くにおいてチャネル開口部２０で抜ける。これによって、アレイの後部から（例えばリザーバ（図示せず）から）それぞれのマイクロニードル１４を通って、流体連通が可能である。チャネルは、マイクロニードル１４の中心軸線に沿って伸びるが、皮下注射針と同様に、マイクロニードルの勾配のある側壁で抜けて、挿入時の組織による閉塞を防ぐのに役立つ。チャネルは、約２０〜５０平方μｍの平均断面積を有する。

隣接したマイクロニードル１４間で距離ｄが２ｍｍになるように、マイクロニードル１４は、離間して配置される。ディスクの形状をした基材１２は約１．２７平方ｃｍの面積を有し、マイクロニードル１４の最外列の外辺部を使用して測定する場合、マイクロニードル１４は、約０．４２平方ｃｍの面積に広がっている。これにより、マイクロニードルの密度は、マイクロニードル約１４個／平方ｃｍになる。

マイクロニードルアレイ１１は、医療用グレードのポリカーボネート等のポリマーを熱サイクル射出成形によって作製した後、レーザードリルでマイクロニードルのチャネルが形成される。

アレイ周縁構造体２２は、基材１２の外辺部２４から外に向かって延在し（extent）、注入中に中空のマイクロニードルアレイ１１を皮膚に固定させる粘着ディスク（図示せず）（３Ｍ １５１３ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｔａｐｅ，３Ｍ Ｃｏｒｐ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ ＭＮ）を組み込む裏張り部材（図示せず）を、マイクロニードル基材１２に取り付けるために使用される。粘着性リングを含むマイクロニードルデバイス１０全体の表面と接触している皮膚は、約５．５平方ｃｍとなる。

マイクロニードルデバイス１０は通常、外部アプリケータ（図示せず）を使用して、皮膚に付けられる。マイクロニードルが、単に皮膚を変形するのではなく（rather then）皮膚を貫通するように、アプリケータは、例えば、バネ機構を使用して、所望の速度が得られるように設計される。付けられると、粘着性リングは、マイクロニードルデバイスを皮膚に対して固定させる。様々なアプリケータデバイスが、例えば、国際公開特許第ＷＯ２００５／１２３１７３号、同第２００６／０５５８０２号、同第２００６／０５５７９号、同第２００６／０５５７７１号、同第２００６／１０８１８５号、同第２００７／００２５２１号、及び同第２００７／００２５２２号に開示される（すべて、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）。

マイクロニードルアレイを通して送達される流体は、流体を収容するリザーバ（図示せず）に収容することが可能であるか、あるいは、例えば、チューブ又はルアコネクタを使用して接続が可能である注射器、又は他の容器等の外部源から、流体を送り出すことによって送達されることも可能である。薬物は、製剤中に溶解させるか、又は懸濁させることができ、典型的な製剤は、皮下注射針から注入可能なタイプのものである。

処方可能であり皮下注射経由で送達可能ないかなる物質も使用されてもよく、医薬品、栄養薬剤、薬用化粧品（cosmaceutical）、診断用薬、及び治療薬が挙げられる（便宜上、総じて「薬物」と本明細書で言及される）。本発明で注射可能な薬剤に有用な薬物の例には、ＡＣＴＨ（例えば、副腎皮質刺激ホルモン注射）、黄体形成ホルモン放出ホルモン（例えば、ゴナドレリン塩酸塩）、成長ホルモン放出ホルモン（例えば、セルモレリン酢酸塩）、コレシストキニン（シンカリド）、副甲状腺ホルモン及びその断片（例えば、テリパラチド酢酸塩）、甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン（thyroid releasing hormone）及びその類似体（例えば、プロチレリン）、セクレチン及び同類物、α１アンチトリプシン、抗血管新生薬、アンチセンス、ブトルファノール、カルシトニン及び類似体、セレデース、ＣＯＸ−ＩＩ抑制剤、外皮用剤、ジヒドロエルゴタミン、ドーパミン作動薬及び拮抗薬、エンケファリン及び他のオピオイドペプチド、上皮成長因子、エリスロポエチン及び類似体、卵胞刺激ホルモン、Ｇ−ＣＳＦ、グルカゴン、ＧＭ−ＣＳＦ、グラニセトロン、成長ホルモン及び類似体（成長ホルモン放出ホルモンを含む）、成長ホルモン拮抗薬、ヒルジン、並びにヒルログ、ＩｇＥ抑制剤、インスリン、インスリノトロピン及び類似体等のヒルジンの類似体、インスリン様成長因子、インターフェロン、インターロイキン、黄体形成ホルモン、黄体ホルモン分泌促進（releasing）ホルモン及び類似体、ヘパリン、低分子量ヘパリン及び他の天然グリコアミノグリカン、修飾グリコアミノグリカン、又は合成（synethetic）グリコアミノグリカン、Ｍ−ＣＳＦ、メトクロプラミド、ミダゾラム、単クローン抗体、ＰＥＧ化抗体、ＰＥＧ化タンパク質、又は親水性ポリマー、疎水性ポリマー、若しくは追加の官能基で変更した任意のタンパク質、融合タンパク質、単鎖抗体断片、又は付着タンパク質、巨大分子、若しくはその追加の官能基の任意の組み合わせを備える同断片、麻薬性鎮痛薬、ニコチン、非ステロイド性抗炎症剤、オリゴ糖、オンダンセトロン、副甲状腺ホルモン及び類似体、副甲状腺ホルモン拮抗薬、プロスタグランジン拮抗薬、プロスタグランジン、組み換え型可溶性レセプター、スコポラミン、セロトニン作動薬及び拮抗薬、シルデナフィル、テルブタリン、血栓溶解薬、組織プラスミノーゲン活性化因子、ＴＮＦ拮抗薬及びＴＮＦ拮抗薬、キャリア／アジュバントの有無に関係なく、予防薬及び治療用抗原（サブユニットタンパク質、ペプチド及び多糖類、多糖類複合体、トキソイド、遺伝的ワクチン、弱毒生、リアソータント、不活性化、全細胞、ウイルス性、及びバクテリアのベクターが挙げられるが、これらに限定されない）を含む、依存症、関節炎、コレラ、コカイン常用、ジフテリア、破傷風、ＨＩＢ、ライム病、髄膜炎菌、麻疹、耳下腺炎、風疹、水痘、黄熱病に関連したワクチン、呼吸系発疹ウイルス、ダニ媒介日本脳炎、肺炎球菌、連鎖球菌、腸チフス、インフルエンザ、Ａ型肝炎、Ｂ型肝炎、Ｃ型肝炎及びＥ型肝炎を含む肝炎、中耳炎、狂犬病、ポリオ、ＨＩＶ、パラインフルエンザ、ロタウイルス、エプスタイン・バーウイルス（Virsu）、ＣＭＶ、クラミディア、判別不能ヘモフィルス、モラクセラカタラーリス、ヒト乳頭腫ウイルス、ＢＣＧを含む結核、淋病、喘息、アテローム性動脈硬化症マラリア、大腸菌、アルツハイマー病、ピロリ菌、サルモネラ、糖尿病、癌、単純ヘルペス、ヒト乳頭腫及び同類物、風邪薬等の主な治療学のすべてを含む等の他の物質、抗依存症、抗アレルギー、反吐剤、肥満治療、反骨粗鬆症（antiosteoporeteic）、感染症用薬、鎮痛剤、麻酔薬、拒食症、抗関節炎薬、抗喘息薬、抗痙攣薬、抗うつ薬、糖尿病薬、抗ヒスタミン剤、抗炎症薬、片頭痛治療剤、乗物酔治療剤、鎮吐薬、抗悪性腫瘍剤、パーキンソン病治療薬、かゆみ止め、抗精神病薬、解熱剤、抗コリン作用薬、ベンゾジアゼピン拮抗薬、全身刺激剤、冠状動脈刺激剤、抹消及び大脳刺激剤、骨刺激剤を含む血管拡張剤、中枢神経系興奮薬、ホルモン、催眠薬、免疫抑制薬、筋弛緩剤、副交感神経遮断薬、副交感神経興奮薬（parasympathomimetrics）、プロスタグランジン、タンパク質、ペプチド、ポリペプチド及び他の巨大分子、覚醒剤、鎮静剤、性的機能低下及び精神安定剤が挙げられるが、これらに限定されない。

円錐形、円筒状、角錐形状、切頭、非対称、及びこれらの組み合わせ等の広範囲な中空のマイクロニードル形状が使用できることが理解される。更に、ポリマー、金属、及びシリコンベース等の様々な材料を使用することができ、射出成形、スタンピング、及びフォトリソグラフィの使用等の任意の適切な方法で製造することができる。基材上のマイクロニードルの配置は、ランダム、多角形、正方形、及び円形等の任意のパターンであり得る（皮膚と接触するアレイの表面に向かって見た場合）。

上記の説明に加えて、米国特許第６，８８１，２０３号、同第６，９０８，４５３号、同第２００５−０２６１６３１号、国際公開特許第２００５／０６５７６５号、同第２００５／０８２５９６号、同第２００６／０６２９７４号、同第２００６／１３５７９４号、米国特許第２００６／０４８６４０号、米国仮出願第６０／７９３６１１号、米国特許第２００７／０６４７８９号、国際公開特許第２００６／０６２８４８号、同第２００７／００２５２３号、及び米国仮出願第６０／７９３５６４号の特許文献は、本発明による使用に有用である、あるいは適応性がある、マイクロニードルデバイス、材料、製造、アプリケータ、及び使用を開示する。

実験
図１Ａに関連して上述のマイクロニードルアレイデバイスが、次の実験及び実施例に使用された。

動物モデル及び皮膚の準備
無毛モルモット（ＨＧＰ）
オスのＨＧＰを、ＩＡＣＵＣ承認の３Ｍ動物使用の適用に準拠して、Ｃｈａｒｌｅｓ Ｒｉｖｅｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＭＡ）から注文し、そのプロトコルに基づいて使用した。本試験で使用した動物はすべて、体重が０．８〜１ｋｇであった。

家畜ブタ
試験は、ＩＡＣＵＣ承認の３Ｍ動物使用の適用に準拠して取得した、体重がおよそ１０〜３０ｋｇである、生後およそ６〜１８週のメスの家畜ブタに行った。注入中、及び本試験全体を通して、ブタは、イソフルラン（２〜５％）と酸素との混合の麻酔下に維持された。ブタの上臀部を、最初に手術用クリッパー（クリップ刃＃５０）を使用して剃毛し、次に少量のＧｉｌｌｅｔｔｅ Ｆｏａｍシェービングクリームを使用して、Ｓｃｈｉｃｋ３かみそりで剃毛した。剃毛後、部位を水で濯ぎ、軽くたたいて水気を拭き取ってから、イソプロピルアルコール（Ｐｈｏｅｎｉｘ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ，Ｉｎｃ．，Ｓｔ．Ｊｏｓｅｐｈ，ＭＯ）で拭いた。

血清ナロキソン測定
それぞれの時点で、Ｖａｃｕｔａｉｎｅｒ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｓ Ｓｅｔ（Ｂｅｃｔｏｎ Ｄｉｃｋｅｎｓｏｎ ＆ Ｃｏ．，Ｆｒａｎｋｌｉｎ Ｌａｋｅｓ，ＮＪ）を使用して、ブタの耳静脈から１．５〜２ｍＬの全血を採取した。血液は、少なくとも３０分間室温で放置した後、１５００ｒｐｍで１０分間遠心分離した。遠心分離後、血清は全血から分離されて、抽出まで冷所に保管された。

固相抽出カートリッジ（Ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ，Ｔｏｒｒａｎｃｅ，ＣＡ）を使用して、室温の血清試料を調製した。カートリッジをメタノール（ＥＭＤ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ，Ｇｉｂｂｓｔｏｗｎ，ＮＪ）で処理して、血清試料を加える前に、試薬グレード水で平衡化した。２ｍＬの５％メタノール水溶液（試薬グレード水）、及び１００％メタノールで溶出したナロキソンで、血清を洗浄した。溶離液は、１４ｍＬのガラス管すなわち１６×１００ｍｍの管に採取され、３７℃の水浴中で１５ｐｓｉ（１０３．４ｋＰａ）の窒素で乾固した。

抽出物は、５％アセトニトリル／９５％ ０．１％ギ酸（Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ，Ｗａｒｄ Ｈｉｌｌ，ＭＡ）水溶液で調製再し、微小遠心管に移して（Ｅｐｐｅｎｄｏｒｆ，Ｗｅｓｔｂｕｒｙ，ＮＹ）１４０００ｒｐｍで１０分間遠心分離した。

抽出物はＬＣＭＳＭＳを使用して、定量的に分析された。分離は、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｅｃｌｉｐｓｅ ＸＤＢ−Ｃ１８カラム（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）、続いてＰｈｅｎｏｍｅｎｅｘ Ｃ１８ Ｇｕａｒｄ Ｃｏｌｕｍｎ（Ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ，Ｔｏｒｒｅｎｃｅ，Ｃａ）の順で使用して行った。移動相は、０．１％ギ酸及びアセトニトリルであり、ギ酸は、１分間で９５％から１０％に傾斜した。Ｔｕｒｂｏ ＩｏｎＳｐｒａｙインタフェースを用いて、陽イオンモードで作動するＳｃｉｅｘ ＡＰＩ３０００トリプル四重極質量分析計（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｆｏｓｔｅｒ Ｃｉｔｙ，ＣＡ）が、次のｍ／ｚ遷移から生じる生成イオンを定量的にモニタするために使用された。３２８．１７→３１０．１０及び３４２．１６→３２４．３０。ナロキソンの線形範囲は、１／ｘ曲線重み付けを使用して、０．１〜１００ｎｇ／ｍＬを評価した。

様々な大きさのブタに投薬したので、ブタの体重に関して血液ナロキソン濃度を標準化するために、血液ナロキソン濃度は、ブタの体重の６２ｍＬ血液／ｋｇの変換係数で乗算して、次に、投薬時のブタの体重（ｋｇ）で乗算した。最終的な計算値を、μｇナロキソン／ブタとしてプロットした。

ＨＧＰ及びブタへの貫通の深さ
技術文献に基づき、かつミクロ構造の寸法を考慮して、角質層を貫通するために１ミクロ構造当たり０．００４〜０．１６Ｎの力が必要であると推定された。Ｓ．Ｐ．Ｄａｖｉｄ，Ｂ．Ｊ．Ｌａｎｄｉｓ，Ｚ．Ｈ．Ａｄａｍｓ，Ｍ．Ｇ．Ａｌｌｅｎ，Ｍ．Ｒ．Ｐｒａｕｓｎｉｔｚ．Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏｎｅｅｄｌｅｓ ｉｎｔｏ ｓｋｉｎ：ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｎｅｅｄｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｆｏｒｃｅ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ．３７：１１５〜１１６（２００４）。本明細書で用いられるミクロ構造の十分な耐久性を確実にするために、アレイは非弾性表面に接して押され、およそ２４５Ｎの力がアレイに加えられたとき、先端に曲げが生じた。

汗腺がないことを除いて、ブタの皮膚は概して、厚さ、毛の密度、及び下層組織への付着に関して、ヒトの皮膚に類似すると見なされる。これらの試験で使用したブタの表皮の深さが、ヒトに見られるものとほぼ同等である場合、貫通の深さのデータは、本明細書で使用する中空のマイクロニードルデバイス（図１Ａを参照）の注入の深さがおそらく１８０〜２８０μｍ（平均２５０μｍ）であり、注入中に遭遇する背圧の大きさに影響を与え得る真皮又は表皮のどちらかに一致するであろう深さであることを示している。したがって、マイクロニードルの高さは約５００μｍであるが、実際の貫通の深さはその約半分であることが理解される。

貫通の深さ（ＤＯＰ）の実験は、ＨＧＰ及び家畜ブタの両方に行われ、結果が表Ｉに要約される。

ミクロ構造の破損は力試験の実験で観察されず、ＤＯＰ試験の後で、針の破断も観察されなかった。

図２Ａ及び２Ｂは、貼付剤を除去した後の、ＨＧＰの貼付部位を示す。図２Ａは、貼付前にマイクロニードルにコーティングされたローダミンＢ染料によって作られたマーキングを示す。図２Ｂは、マイクロニードルアレイを除去した後、メチレンブルーで染色されたマーキングを示す。１８個のミクロ構造のそれぞれによる角質層の貫通は、図２Ｂのメチレンブルーのドットパターンから明白である。貼付中及び貼付後、血液は観察されなかった。

ブタに、５％滅菌デキストロース溶液、又は０．００１％メチレンブルー溶液を使用して、最大１ｍＬまでの注入を数回行った。一旦調合物が送達されると、デバイスは、システムの背圧が注入前のレベルに戻る間、最大１０分間までそのまま放置された。図２は、８００μＬの０．００１％メチレンブルー配合物をブタに皮内注入した結果を示す。皮膚は、貼付剤を除去した後、触ってみると乾いており、注入した配合物の濃青色により、処置の視覚的な評価を行うことができる。

図３Ａ及び３Ｂは、ブタに０．０５％メチレンブルー配合物を皮内注入し、貼付剤除去後、それぞれ、Ｔ＝０分、Ｔ＝９分の画像を示す。皮膚は触ってみると乾いていた。

皮膚上の青点はそれぞれ、アレイの１８個の中空のミクロ構造のうちの１個に対応する。染料は、９分後に多少にじんで（拡散して）見えたが、青色の染色は、２４時間後も本質的に変化なく残り、膨疹は１時間未満で消えた。染料が組織内に実際に染色した、つまり沈殿したのであり、その意味では、注入後の長時間の皮内注入パターンとしての有効な指標では恐らくないと考えられる。

注入後に中空のマイクロニードル貼付剤を除去する際に、少量（１〜３μＬ）の配合物が、皮膚の表面上に通常観察された。この流体をティッシュで軽く拭き取って除去するとき、追加の流体は観察されない。中空のマイクロニードルアレイの寸法のピンク色のしみが、貼付剤を除去する際に通常見られるが、しみは、５分以内にほとんど区別がつかなくなるまで消えてしまう。更にほぼ中空のマイクロニードルアレイの寸法の小さいドームが、ブタの皮膚上に同様に観察された。軽く押すと、ドームはへこんだが、「漏れ」なかった。ドームは、目視による、及び手で触れることによる両方で、貼付した貼付剤を除去して４０分以内に消散した。貼付後２４時間、及び４８時間の貼付部位の観察において、紅斑も浮腫も認められなかった。

実施例１．ブタへの大量デキストロースの注入
大量注入が家畜ブタに実証された。ブタに使用した注入システムは、貼付後に中空のマイクロニードルアレイ貼付剤に接続されて、標準医療用具を用いて、配合物の送達を提供する。中空のマイクロニードル貼付用貼付剤は、インライン滅菌済みＤＴＸ Ｐｌｕｓ ＴＮＦ−Ｒ圧変換器（ＢＤ Ｉｎｆｕｓｉｏｎ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ，Ｓａｎｄｙ，ＵＴ）を含む、市販の滅菌済みＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ＩＶ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ Ｓｅｔ（Ｖｙｇｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｅｃｏｕｅｎ，Ｆｒａｎｃｅ）を経由して、Ｍｅｄｆｕｓｉｏｎ ３５００シリンジポンプ（Ｓｍｉｔｈｓ Ｍｅｄｉｃａｌ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）につながれる。Ｍｅｄｆｕｓｉｏｎ ３５００ポンプは、病院現場で一般に使用され、あらかじめ設定された安全停止機能有する。圧力数値を、２秒ごとにおよそ１測定の速度で記録した。５％デキストロースＵＳＰ注射剤液（Ｂａｘｔｅｒ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ，Ｄｅｅｒｆｉｅｌｄ，ＩＬ）をそのまま注入に使用した。０．００１％メチレンブルー溶液を滅菌水で調製して、投与前にろ過した。

試験は、ＩＡＣＵＣ承認の３Ｍ動物使用の適用に準拠して取得した、生後およそ６〜１８週で、体重がおよそ１０〜３０ｋｇのメスの家畜ブタに行った。注入中、及び本試験全体を通して、ブタは、イソフルラン（２〜５％）と酸素との混合の麻酔下に維持された。ブタの上臀部を、最初に手術用クリッパー（クリップ刃＃５０）を使用して剃毛し、次に少量のＧｉｌｌｅｔｔｅ Ｆｏａｍシェービングクリームを使用して、Ｓｃｈｉｃｋ ３かみそりで剃毛した。剃毛後、部位を水で濯ぎ、軽くたたいて水気を拭き取ってから、イソプロピルアルコール（Ｐｈｏｅｎｉｘ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ，Ｉｎｃ．，Ｓｔ．Ｊｏｓｅｐｈ，ＭＯ）で拭いた。

最大１ｍＬの５％デキストロース水溶液、あるいは最大４２５ｍｃＬのナロキソンを、ブタの上臀部に送達した。注入システムに漏れが無いことを確認するために、注入中、背圧が絶えずモニタされた。ブタに用いた典型的な注入速度プロファイルを、下の表ＩＩに収載する。

注入後、中空のマイクロニードルアレイを除去すると、皮膚下に小さい泡状突起が残った。この泡状突起は、４０分以内に完全に消えた。貼付剤除去後４８時間の観察中に、ブタに部位反応は観察されなかった。

デキストロース注入中、及びメチレンブルー注入中に、背圧が連続的にモニタされ記録された。３つの注入に対する測定した最大背圧を、注入状態と共に、表ＩＩＩに収載する。

実施例２．ナロキソン注入、及び結果とした生じたＰＫプロファイル
注入の定量化を改善させるために、中空のマイクロニードルＰＯＣデバイスを使用して、ナロキソンの１ｍｇ／ｍＬの市販配合物をブタに注入した。ナロキソンは、μ−オピオイドレセプター競合拮抗薬で、ヘロイン等の薬物の過剰投与を抑制するために主に使用される。ナロキソンは、速く反応させるために通常は静脈内に投与され、経口投与の場合、約２％のみ生体に作用する。ナロキソンは吸収性が良いが、初回通過中にほぼ９０％が除去される。文献レビューによると、ナロキソンの半減期は成人の場合３０〜８１分で、小児の場合はそれより相当長い（およそ３時間）。ナロキソンは代謝産物として尿に排泄される。

注入前、及び注入後最大２時間までの特定の時点に、ブタの耳静脈から血液試料が採取された。試料は、血清中のナロキソン濃度を判定するために調製され分析された。比較するために、未処置のブタに、同じナロキソンの市販配合物を皮下注射、又は静脈注射のどちらかを使用して投与した。皮内注入と同様に、ナロキソン濃度を調べるために、血液試料が採取され分析された。

中空のマイクロニードル注入後、皮下注射後、及びＩＶ注射後に発生するＰＫプロファイルを比較するために、３匹の別個の動物を本試験に使用した。ブタは、投与時に体重１０〜２２ｋｇ、生後１．５〜３か月の範囲であった。塩酸ナロキソンの市販配合物（１ｍｇ／ｍＬ）（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｄｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｌｔｄ，Ｓｏ．Ｅｌ Ｍｏｎｔｅ，ＣＡ）が注入に使用された。表ＩＶは、中空のマイクロニードルデバイスを用いたナロキソン投与で使用された注入プロファイルを示す。

送達経路ごとの、ナロキソン血中濃度対時間の比較グラフが図４に示される。ブタはまた、皮下注射によってナロキソンを投与された。これらのブタは、中空のマイクロニードルデバイスによってナロキソンを投与されたブタと体重及び年齢が類似していた。これらの結果は、中空のマイクロニードルと皮下注射との比較可能なナロキソンの送達を示す。注入開始後の最大２時間まで採取した血液試料に基づいて、中空のマイクロニードル技術によって投与されたナロキソンの生物学的利用能は、皮下投与からの結果の１０７＋／−３５％であると推測される。

実施例３．デキストロースを用いたヒトへの注入試験
上述した用具と同じものを使用して、大量、高速注入をヒトで実証した。ヒト臨床試験において、２８人の被験者に、４〜６回連続の中空のマイクロニードルによるプラセボ注入が、上腕、及び／又は大腿部に投与された。背圧は、注入全体を通して、連続的にモニタされた。１０点の痛みの尺度（図４を参照）を使用して、被験者はそれぞれ、中空のマイクロニードル貼付剤の貼付、及び除去に関連する痛みを評価することを求められた。被験者は、注入中１０分ごとに、又は注入が１０分未満で終了した場合は注入の終了時に、注入に関連した痛みを評価することも求められた。

図５、９、１０、及び１１は、次の痛みの尺度に基づいて、痛みに伴うデータをプロットする。

１２５回の注入が開始されたうち、４６回の注入は、７５０μＬ以上投与された。試験中、１０〜４３３μＬ／分の注入速度にわたって、異なる注入速度プロファイルが使用された。被験者が知覚した痛みと注入量との間に統計的有意差はなかった。表Ｖは、大量の注入を受ける被験者（カテゴリ３、＞７５０μＬ）に対して、最大注入速度、注入量、及び注入中の最大不快感をカテゴリごとに要約する。

図５〜８は、カテゴリごとに分類された注入パラメータの分布の要約を収載する。図５は、注入の痛み対カテゴリをプロットする。図６は、最大注入圧力対カテゴリをプロットする。図７は、最大注入速度対カテゴリをプロットする。図８は、注入量対カテゴリをプロットする。

表ＶＩは、カテゴリ３の注入すべてに対する注入パラメータの要約を収載する。

図９〜１１は、カテゴリ３（７５０〜１０００μＬ）の注入のみに対して注入の痛みと様々な注入パラメータとの関係をプロットする。図９は、注入の痛み対最大注入圧力をプロットする。図１０は、注入の痛み対最大注入速度をプロットする。図１１は、注入の痛み対注入量をプロットする。

本発明に対する様々な予見できない修正及び変更は、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく当業者に明らかとなるであろうことが理解される。本発明は、本明細書で述べる例示的な実施形態及び実施例によって不当に限定されることを意図するものではないこと、また、こうした実施例及び実施形態は、本明細書において以下に記述する特許請求の範囲によって（be）のみ限定されることを意図する本発明の範囲に関する例示のためにのみ提示されることを理解すべきである。

Claims (5)

1. 中空のマイクロニードルのアレイであって、
   基材と、
   該基材から突出するように配置され、１００μｍ超〜１ｍｍ未満の長さを有する１０〜３０個の中空のマイクロニードルであって、１個の前記マイクロニードルは、隣接する他の前記マイクロニードルと平均１．５ｍｍ以上の間隔を持つ、中空のマイクロニードルと、を備え、
   ２０μＬ／分超の速度で、前記中空のマイクロニードルを通して２００μＬ超の流体を注入することができ、
   前記マイクロニードルのうちの少なくとも一部は、勾配のある側壁を有し、該勾配のある側壁は、チャネルの出口孔を含む、中空のマイクロニードルのアレイ。
2. １３〜２０個の前記マイクロニードルを有する、請求項１に記載の中空のマイクロニードルのアレイ。
3. 注入中の背圧は、２５ｐｓｉ（１７２．４ｋＰａ）以下である、請求項１又は２に記載の中空のマイクロニードルのアレイ。
4. 前記マイクロニードルは、各々の前記マイクロニードルの一側壁に設置された出口孔を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の中空のマイクロニードルのアレイ。
5. 前記マイクロニードルは、互いに平均少なくとも２ｍｍの間隔を空けて配置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の中空のマイクロニードルのアレイ。