JP2019513513A - 放出可能なドーパントを有するセラミック粒子を含有するナノファイバーマット - Google Patents
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Abstract
Description
ナノファイバーマットを形成している電界紡糸ナノファイバー、並びに
前記ナノファイバーの全体にわたって分散し、かつセラミックマトリックス及び前記セラミックマトリックス内に、放出可能なようにカプセル封入されているドーパントを含むセラミック粒子、を含むナノファイバーマットであって、
セラミック粒子が、ナノファイバーの電界紡糸中にナノファイバーの全体にわたって分散され、ここで、前記ドーパントは前記電界紡糸中に前記セラミックマトリックスによって保護されている、ナノファイバーマットが提供される。
ナノファイバーマットを形成している電界紡糸ナノファイバー、
前記ナノファイバー全体にわたって分散し、かつセラミックマトリックス及び前記セラミックマトリックス内に、放出可能なようにカプセル封入されているドーパントを含むセラミック粒子、及び
ナノファイバー全体にわたって分散されている遊離ドーパント
を含むナノファイバーマットを提供する。
電界紡糸ナノファイバーの前駆体を含有する電界紡糸溶液を用意するステップ、
セラミックマトリックス、及び前記セラミックマトリックス内に、放出可能なようにカプセル封入されているドーパントを含むセラミック粒子を、前記電界紡糸溶液に添加するステップ、並びに、
前記セラミック粒子を含む電界紡糸溶液を電界紡糸して、前記セラミック粒子が、形成された電界紡糸ナノファイバーの全体にわたって分散している前記ナノファイバーマットを形成するステップ
を含む、方法が提供される。
カプセル封入されているリドカインを製造するための材料
リドカイン及びテトラヒドロフラン(THF)、フェニルトリメトキシシラン(PTMS)及び(3-アミノプロピル)トリエトキシシラン(APTES)、テトラエチルオルトシリケート(TEOS)及びTertigol NP-15(NP-15)。
リドカインのカプセル封入は、国際公開第2006/133519号に開示された方法に従って実質的に達成された。その開示は、上で議論したようにその全体が本明細書に組み込まれる。
製造に続いて、粒子の組成、大きさ及び装填量を確認するために、一連の技法によって粒子を特徴付けた。組成は熱重量分析/示差熱分析(TGA/DTA)によって決定し、前の粒子処方と一致した(図2)。大きさは、静的光散乱(Malvern Mastersizer 2000μu)(図3)、走査電子顕微鏡法(SEM、Jeol NeoScope JCM-5000)(図4)及び透過型電子顕微鏡法(TEM、Philips CM10)(図5)によって決定した。これらの分析は、約60nmの球状粒子が均一な形態を示して生成されたことを示した。
ポリビニルアルコール(PVA)は合成親水性ポリマーであり、ビニルポリマーのグループに属する。PVAは単純な化学構造を構成し、官能性の水酸基を含有している。それは水などの極性溶媒に可溶である。PVAは、エステル結合が形成される場合、メタノール中のポリ酢酸ビニルをポリマー類似の加水分解又は加アルコール分解することによって調製される。Sigma Aldrich製のMowiol(登録商標)18-88を、ポリビニルアルコール溶液の調製に使用した。
PVAを、60℃に高められた温度の蒸留水中に、24時間絶えず撹拌しながら溶解し、12重量%の濃度を達成した。3つの形態(粉末、カプセル封入されている、及び両方の組み合わせ)の様々な量のリドカインを、PVA溶液中に添加した。リドカインのPVA溶液中での均一な分散のために、QSonica超音波処理器を使用した。リドカイン又はリドカインセラミック粒子を含有するすべての溶液を、電界紡糸装置を使用して電界紡糸した。ナノファイバーを不織布上に収集した。直径1.6mmの針を電極として使用した。
電界紡糸プロセスのすべてのパラメーターを、以下の表に記述する。
ナノファイバーから放出されたリドカインの量の定量に、HPLCを使用した。典型的には、HPLC分離は、固定相(クロマトグラフィーカラム)と移動相(液体)との間の分析物の分布による、分析物の分離に基づく。リドカインの場合には、パッチから、皮膚又は緩衝液からの抽出物をC18逆相カラム上に装填し、アセトニトリルと0.1%トリフルオロ酢酸溶液との混合物中に溶出させた。存在するリドカインの量を定量化するために、UV-Vis検出器を使用した。
繊維及び粒子からのリドカインの放出を、閉じた構造のナノ粒子アダプターを備えるSotax CE7 smart USP4システムを使用して、最初に研究した。このシステムは、再循環される脱イオン(DI)水を、試料を含有する透析チューブに、指定の時間、連続的に流し、様々な時点で上澄み液の留分を収集する。次に、収集した留分を、HPLCによって分析する。この方法を使用して、遊離リドカイン(すなわち、粒子中ではないリドカイン)を有する繊維と、カプセル封入されているリドカイン(すなわち、粒子中のリドカイン)を有する繊維とを比較し、2種類の繊維の放出プロファイルに著しい差はなかったことが見出された(図6)。したがって、ナノファイバーマットに組み込まれた粒子は、繊維に遊離リドカインを含有するマットからと同じくらい効率的にリドカインを放出することができた。
USP4装置は放出の研究に有効ではあるが、この方法によって経皮的にリドカインの放出動力学を検出することは不可能である。バリヤー(この場合皮膚)は経皮的な透過中に大きな役割を果たす。経皮侵入は、インビトロ又はインビボで試験することができる。経皮的なインビトロでの吸収を試験する古典的方法は、フランツセルと呼ばれる静的な垂直拡散セルである(図7)。実験は、ヒト又は動物の皮膚で一般に実施される。ヒトの皮膚は、ヒトが使用する製品を開発するための最良の標準である。
ナノファイバーの構造を、金によるスパッタコーティングの後に、走査電子顕微鏡(SEM)(Zeiss)を使用して分析した。電界紡糸繊維の直径を、画像分析ソフトウェア(NIS Elements)を使用して、SEM画像から分析した。ナノファイバーの直径は、すべての調製された層で300nm以下であった(図8参照)。
様々な方法(すなわち、直接ナノファイバーに、ナノファイバー中のセラミック粒子に、など)で固定されたリドカインの、皮膚の中及び皮膚を通した浸透分析を、フランツセル法を使用して実施した。ヒトの皮膚をバリヤー膜として使用した。続いて試料をHPLCによって分析した。pH7.4を有するリン酸塩緩衝食塩水(PBS)を、アクセプター緩衝液として使用した。それを32℃で連続的に撹拌した。2cm2の面積を有する試料を、各ナノファイバー層について分析した。
水溶液中のリドカインのラグタイム(lag time)(図15)は、皮膚で15時間(表8)であることが見出された。この理由で、浸透研究の第1セットでは、皮膚を通した浸透分析用の試料を12時間後に収集した。
3つのさらなるフランツセル研究を行った。その結果を以下に概説する。パッチは4℃で4か月間貯蔵した後でも安定であり、組み合わせパッチからのリドカインの放出は、早くも2時間で開始すると結論付けられた。これは、市販のパッチから得られるものより常におよそ2〜7倍多かった。パッチは、以下のように調製した。
フランツセル実験において、ヒトの皮膚を、FITC標識シリカ粒子(約60nm)を含有する組み合わせパッチで処理した。この処理された皮膚から得られた角質層(SC、すなわち角質化死細胞からなる皮膚の最外層)を15層に分割し、蛍光レベルを24時間にわたる蛍光分析によって別個の層で定量した。
国際公開第2006/133519号に開示された方法の改良を使用して、シリカマトリックス中でのリドカインのカプセル封入を最適化し、リドカインを装填した適切な大きさ(およそ60nm)の粒子を製造し、特性評価し、ナノファイバー不織マットにうまく組み込んだ。
Claims (27)
- ナノファイバーマットを形成している電界紡糸ナノファイバー、並びに
前記ナノファイバーの全体にわたって分散し、かつセラミックマトリックス及び前記セラミックマトリックス内に、放出可能なようにカプセル封入されているドーパントを含むセラミック粒子を含むナノファイバーマットであって、
セラミック粒子がナノファイバーの電界紡糸中にナノファイバーの全体にわたって分散され、ここで、前記ドーパントは前記電界紡糸中に前記セラミックマトリックスによって保護されている、ナノファイバーマット。 - 電界紡糸ナノファイバーが、生分解性ポリマー又は非生分解性ポリマーを含む、請求項1に記載のナノファイバーマット。
- 電界紡糸ナノファイバーが、酢酸セルロース、コラーゲン、エラスチン、ゼラチン、ヒアルロン酸、ポリアクリロニトリル、ポリカプロラクトン、ポリジオキサノン、ポリエチレンオキシド、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ(D-ラクチド)、ポリ(D,L-ラクチド-コ-カプロラクトン)、ポリ(D,L-ラクチド-コ-グリコリド)(PLGA)、ポリラクチド、ポリ(L-ラクチド)、ポリ(L-ラクチド-コ-カプロラクトン-コ-グリコリド)、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルピロリドン、アルギン酸ナトリウム、ゼイン及びポリビニルアルコール(PVA)からなる群から選択される、請求項2に記載のナノファイバーマット。
- 電界紡糸ナノファイバーが、ポリビニルアルコール(PVA)、例えば12重量%PVA溶液から形成されている、請求項3に記載のナノファイバーマット。
- ドーパントが、電界紡糸するポリマー溶液の溶媒に難溶性である、請求項1から4のいずれか一項に記載のナノファイバーマット。
- 粒子が、固形物、多孔性球体又は、コアを包囲する1つ以上の層を有するコアを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載のナノファイバーマット。
- 粒子がコアを包囲する1つ以上の層を有するコアを含み、ドーパントがコア、シェル又は両方に配置されている、請求項6に記載のナノファイバーマット。
- 同一又は異なるドーパントがコア及びシェルに含まれる、請求項7に記載のナノファイバーマット。
- セラミックマトリックスが、前駆体物質の重合生成物及び/又は縮合生成物及び/又は架橋生成物である、請求項1から8のいずれか一項に記載のナノファイバーマット。
- セラミックマトリックスが加水分解されたシラン、例えば加水分解されたオルガノシランを含む、請求項9に記載のナノファイバーマット。
- セラミックマトリックスが有機修飾されたセラミック、例えば有機修飾されたシリカ(オルガノ-シリカ)を含む、請求項9に記載のナノファイバーマット。
- セラミックマトリックスが結合された有機基を含む、請求項9に記載のナノファイバーマット。
- 結合された有機基が、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、tert-ブチル、ペンチル、ヘキシル、イソオクチル、デシル、ドデシル、シクロヘキシル、シクロオクチル又はシクロペンチルから選択される、請求項12に記載のナノファイバーマット。
- 結合された有機基が、(例えば、官能基、ハロゲン、アリール基などで)置換されていてもよく、又は置換されていなくてもよい、請求項13に記載のナノファイバーマット。
- 前駆体物質が、オルガノトリアルコキシシランを含み、かつセラミックマトリックスがトリアルコキシアミノアルキルシラン触媒の存在下で形成されている、請求項9に記載のナノファイバーマット。
- ドーパントが、疎水性及び親水性の小分子薬物、例えば、抗生物質(クロラムフェニコール)、鎮痛薬(非ステロイド系抗炎症薬(例えばジクロフェナク及びイブプロフェン)、ジブカイン、ブピバカイン、カプサイシン、アミトリプチリン、三硝酸グリセリン、オピオイド、メントール、ピメクロリムス、及びフェニトイン)、乗物酔い用スコポラミン(トロパンアルカロイド薬物);治療目的用タンパク質、例えば、ステロイドホルモン(皮膚湿疹又は産児制限、HRT、エストロゲン又はテストステロン)、成長因子、サイトカイン、抗体(創傷治癒用)、ワクチン(頬側パッチ)、狭心症用ニトログリセリン(舌下パッチ)、ビタミンB12;並びに蛍光性又は放射性トレーサーからなる群から選択される、請求項1から15のいずれか一項に記載のナノファイバーマット。
- ドーパントがリドカインである、請求項16に記載のナノファイバーマット。
- ドーパントが、粒子の重量若しくは体積の約0.01〜50%、又は粒子の重量若しくは体積の、約0.01〜10%、0.01〜1%、0.01〜0.5%、0.01〜0.1%、0.01〜0.05%、0.1〜30%、1〜30%、5〜30%、10〜30%、0.1〜10%、0.1〜1%、若しくは1〜10%を占めている、請求項1から17のいずれか一項に記載のナノファイバーマット。
- 粒子の直径が、粒子がマットの繊維の完全性を損なうことなくマットのナノファイバー中に組み込まれ得るようなものである、請求項1から18のいずれか一項に記載のナノファイバーマット。
- セラミック粒子が、約1nm〜約1000nmの直径を有する、請求項19に記載のナノファイバーマット。
- セラミック粒子の直径が繊維の直径の1.5倍未満であり、より好ましくは繊維の直径より小さく、さらにより好ましくは繊維の直径の1/2である、請求項19に記載のナノファイバーマット。
- セラミック粒子が、約2〜400m2/gの比表面積を有する、請求項1から21のいずれか一項に記載のナノファイバーマット。
- ドーパントを、約1分〜2週間の期間にわたってセラミック粒子から放出することができる、請求項1から22のいずれか一項に記載のナノファイバーマット。
- セラミック粒子が、許容できる担体、希釈剤、賦形剤及び/又はアジュバントとともに組成物の形態をしている、請求項1から23のいずれか一項に記載のナノファイバーマット。
- ナノファイバーマットを形成している電界紡糸ナノファイバー、
前記ナノファイバーの全体にわたって分散し、かつセラミックマトリックス及び前記セラミックマトリックス内に、放出可能なようにカプセル封入されているドーパントを含むセラミック粒子、並びに
ナノファイバーの全体にわたって分散している遊離ドーパント
を含むナノファイバーマット。 - ナノファイバーマットを形成する方法であって、
電界紡糸ナノファイバーの前駆体を含有する電界紡糸溶液を用意するステップ、
セラミックマトリックス、及び前記セラミックマトリックス内に、放出可能なようにカプセル封入されているドーパントを含むセラミック粒子を、前記電界紡糸溶液に添加するステップ、並びに
前記セラミック粒子を含む電界紡糸溶液を電界紡糸して、前記セラミック粒子が、形成された電界紡糸ナノファイバーの全体にわたって分散している前記ナノファイバーマットを形成するステップ
を含む、方法。 - 粉末形態のドーパントを前記電界紡糸溶液に添加するステップ、並びに
セラミック粒子及び粉末形態のドーパントを含む電界紡糸溶液を電界紡糸して、前記セラミック粒子及びドーパントが、形成された電界紡糸ナノファイバーの全体にわたって分散している前記ナノファイバーマットを形成するステップ
を含む、請求項26に記載の方法。
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