JP2020142069A - 硝子体代替物として用いるのに適する材料及び関連する方法 - Google Patents

硝子体代替物として用いるのに適する材料及び関連する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】硝子体代替物として用いるのに適する材料及び関連する方法の提供。【解決手段】マルチブロック熱ゲル化ポリマーを含む材料であって、前記マルチブロック熱ゲル化ポリマーは、親水性ポリマーブロック、感熱性ポリマーブロック、及び疎水性ポリマーブロックを含み、前記親水性ポリマーブロック、前記感熱性ポリマーブロック、及び前記疎水性ポリマーブロックは、ウレタン/カルバメート結合、カーボネート結合、エステル結合、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって化学的に一緒にカップリングされており、並びに、前記材料は、硝子体代替物として用いるのに適している、材料。【選択図】図1

Description

本開示は、広く、硝子体代替物として用いるのに適する材料及び関連する方法に関する。本開示は、合成硝子体代替物にも関する。
硝子体は、硝子体腔を占めている透明なゼラチン状の物質である。98〜99重量%の水を含む硝子体は、主としてコラーゲン線維及びヒアルロン酸から構成される天然のポリマーヒドロゲルである。眼窩内の膨圧を正常に維持して網膜を適切な位置に配置することに加えて、硝子体は、代謝物及び栄養の循環において重要な生理学的機能を有する。老化及び硝子体の変性によって硝子体の液化が進行し、それによって硝子体網膜牽引が高まる結果となる場合があり、網膜剥離などの視力を脅かす病状が引き起こされ得る。
網膜剥離は、発展途上国において5番目に多い失明の原因である。網膜剥離の修復の過程では、硝子体牽引を緩和するために、硝子体切除手術(硝子体が眼から取り出される)が実施される。硝子体は新たに再生することができないため、硝子体腔は、手術中及び手術後に、代替物で満たされる必要がある。理想的には、この代替物は、構造及び機能の両方において天然の硝子体に非常に近似しているべきである。手術後、それは、下地の網膜色素上皮への剥離した神経感覚網膜の再接着を促進するためのエンドタンポナーデ材として作用する必要がある。しかし、適切な硝子体代替物の探索は、依然として課題のままである。実際、用いられている現行の代替物は、いくつかの欠点を有し、望ましいものからは程遠い。これについて以下でさらに詳しく述べる。
現行の臨床的実践では、用いられる材料として、一時的な術中タンポナーデとして用いられるパーフルオロカーボン液体、並びに中期的及び長期的タンポナーデにそれぞれ用いられる膨張性ガス及びシリコーンオイルが挙げられる。しかし、表1にまとめたように、それらの使用に関連して複数の欠点が存在する。例えば、ガス代替物では、手術後の数週間にわたる腹臥位が必要となり(浮力に起因)、患者は飛行機に乗ることができない。シリコーンオイル代替物では、眼内圧の上昇、一時的な視力喪失、白内障形成、及び長期的な網膜毒性を含む合併症の可能性を伴う追加の除去手術が必要である。
多くの材料が提案され、試験されてきたが、理想的な硝子体代替物は依然として得られていない。
現在入手可能であるヒドロゲル(ゼラチン、ポリ(1−ビニル−2−ピロリジノン)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリルアミド(PAA)、4−アームポリ(エチレングリコール)(テトラ−PEG)を含む)などのポリマーヒドロゲル、架橋ヒアルロン酸、又は自己組織化ペプチドゲルは、天然の硝子体に類似していることから、考え得る硝子体代替物であるが、それらを硝子体タンポナーデとして使用することを妨げるいくつかの欠点が存在する。それらの欠点としては、(i)予備成形したポリマーヒドロゲルが、小孔針を通しての注射後に引張強度を維持することができないこと、(ii)網膜裂孔周囲での脈絡網膜癒着の形成を妨げる素早い生分解性(すなわち、短い滞留時間)、及び(iii)重度の眼内炎症及び長期的な毒性に繋がる低い生体適合性、が挙げられる。多くの場合、網膜裂孔全体に充分な表面張力を及ぼす能力は、評価されてこなかった、又は不充分であることが見出されてきた。例えば、いくつかの市販のヒドロゲルは、網膜裂孔の下に流れる傾向があることが示されており、網膜の再剥離を起こす結果となる。
上記に照らして、上記で述べた問題点に対処すること、又は上記で述べた問題点を少なくとも改善することが必要とされている。特に、硝子体代替物として用いるのに適する材料、その材料を製造する方法、並びに上記で述べた問題点に対処する、又は上記で述べた問題点を少なくとも改善する合成硝子体が求められている。
1つの態様では、マルチブロック熱ゲル化ポリマーを含む材料が提供され、前記マルチブロック熱ゲル化ポリマーは、親水性ポリマーブロック;感熱性ポリマーブロック;及び疎水性ポリマーブロックを含み、親水性ポリマーブロック、感熱性ポリマーブロック、及び疎水性ポリマーブロックは、ウレタン/カルバメート結合、カーボネート結合、エステル結合、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって化学的に一緒にカップリングされており、この材料は、硝子体代替物として用いるのに適している。
1つの実施形態では、親水性ポリマーブロック及び感熱性ポリマーブロックは、各々、ポリ(アルキレングリコール)を含む。
1つの実施形態では、親水性ポリマーブロックのポリ(アルキレングリコール)は、感熱性ポリマーブロックのポリ(アルキレングリコール)と異なる。
1つの実施形態では、親水性ポリマーブロックは、ポリ(エチレングリコール)を含み、感熱性ポリマーブロックは、ポリ(プロピレングリコール)を含む。
1つの実施形態では、疎水性ポリマーブロックは、ポリエステルを含む。
1つの実施形態では、疎水性ポリマーブロックは、ポリ(カプロラクトン)を含む。
1つの実施形態では、親水性ポリマーブロックの感熱性ポリマーブロックに対するモル比は、1:1〜10:1の範囲内である。
1つの実施形態では、疎水性ポリマーブロックは、マルチブロック熱ゲル化ポリマーの1重量%〜10重量%の量で存在する。
1つの実施形態では、材料は、水性媒体中に1重量/体積%〜30重量/体積%のマルチブロック熱ゲル化ポリマーを含む。
1つの実施形態では、材料は、60重量%超の高い含水率を有する。
1つの実施形態では、材料は、7.1〜7.7の範囲内のpH値を有する。
1つの実施形態では、材料は、20℃〜30℃の範囲内に入る温度では、流動性状態であり、36℃〜40℃の範囲内に入る温度では、非流動性ゲル様状態である。
1つの実施形態では、材料は、実質的に透明である。
1つの実施形態では、材料は、1.20〜1.48の範囲内に入る屈折率を有する。
1つの実施形態では、この生体材料は、実質的に金属を含まない。
1つの態様では、本明細書で開示される材料を製造する方法が提供され、この方法は:1又は複数の親水性ポリマー、1又は複数の感熱性ポリマー、及び1又は複数の疎水性ポリマーを、親水性ポリマーブロック、感熱性ポリマーブロック、及び疎水性ポリマーブロックがウレタン/カルバメート結合、カーボネート結合、エステル結合、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって化学的に一緒にカップリングされるように一緒にカップリングして、マルチブロックポリマーを形成すること、を含む。
1つの実施形態では、1又は複数の親水性ブロック、1又は複数の感熱性ブロック、及び1又は複数の疎水性ブロックは、1〜10:1:0.01〜1.5のモル比で混合される。
1つの実施形態では、混合工程は、70℃〜150℃の範囲内の高められた温度で行われる。
1つの実施形態では、混合工程は、少なくとも12時間にわたって行われる。
1つの実施形態では、カップリング工程は、カップリング剤の存在下で行われ、カップリング剤は、少なくとも2つのイソシアネート官能基を含有するイソシアネートモノマーを含む。
1つの実施形態では、カップリング剤は、ヘキサメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、ドデシレンジイソシアネート、トリレン2,4−ジイソシアネート、及びトリレン2,6−ジイソシアネートから成る群より選択されるジイソシアネートである。
1つの実施形態では、カップリング工程は、トルエン、ベンゼン、及びキシレンから成る群より選択される無水溶媒の存在下で行われる。
1つの実施形態では、カップリング工程は、アルキルスズ化合物、アリールスズ化合物、及びジアルキルスズジエステルから成る群より選択されるスズ触媒の存在下で行われる。
1つの実施形態では、方法はさらに、不純物からマルチブロックポリマーを取り出すこと、及びマルチブロックポリマーを水性媒体中に溶解して、マルチブロック熱ゲル化ポリマーを形成すること、を含む。
1つの態様では、本明細書で開示される材料を含む合成硝子体又はその部分が提供される。
定義
「生体材料」の用語は、単独であっても又は複雑なシステムの一部分としてであっても、生物学的システムと相互作用を起こすように操作された物質を広く意味する。生体材料は、治療目的(身体の組織機能の治療、増強、修復、又は置換)又は診断目的を例とする医療目的で用いられ得る。生体材料は、天然又は合成、生きている又は生命ではない材料であってよく、複数の成分から成っていてよい。
「実質的に透明」の用語は、本明細書において物体について記載するために用いられる場合、物体の表面に対して直角である入射光の50%以上が物体を透過可能であることを意味するものとして広く解釈されるべきである。いくつかの例では、光に対して実質的に透明である物体は、物体の表面に対して直角である入射光の60%以上、65%以上、70%以上、80%以上、85%以上、90%以上、又は95%以上を透過させる。1つの例では、光に対して実質的に透明である物体は、物体の表面に対して直角である入射光の70%超を透過させる。
「カップリングされた」又は「接続された」の用語は、本明細書で用いられる場合、特に断りのない限り、直接の接続、又は1若しくは複数の中間手段を通しての接続の両方を包含することを意図している。
「付随する」の用語は、本明細書において2つの要素に言及する際に用いられる場合、2つの要素の間の関係を広く意味する。関係としては、限定されないが、物理的、化学的、又は生物学的関係が挙げられる。例えば、要素Aが要素Bに付随する場合、要素A及びBは、互いに直接若しくは間接的に結合していてよく、又は要素Aは、要素Bを含有していてよく、若しくはその逆も同様である。
「隣接する」の用語は、本明細書において2つの要素に言及する際に用いられる場合、1つの要素が別の要素に非常に近接していることを意味し、場合によっては、しかし限定はされないが、それらの要素が互いに接触していてよく、又はそれらの要素が、それらの間に配置された1若しくは複数のさらなる要素によって分離されていることもさらに含んでよい。
「及び/又は」、例えば「X及び/又はY」の用語は、「X及びY」、又は「X又はY」のいずれかを意味するものと理解され、両方の意味又はいずれかの意味に対する明示的な支持を提供するものと解釈されるべきである。
さらに、本明細書の記述において、「実質的に」の語は、用いられる場合は常に、限定はされないが、「すべて」又は「完全に」などを含むものと理解される。加えて、「含んでいる」、「含む」などの用語は、用いられる場合は常に、そのような用語の後に列挙される要素/成分を、明示的に列挙されていない他の成分に加えて広く含むとする非限定的な記述言語であることを意図している。例えば、「含んでいる」が用いられる場合、「1つの」特徴に対する言及は、「少なくとも1つの」その特徴に対する言及であることも意図している。「〜から成っている」、「〜から成る」などの用語は、適切な文脈において、「含んでいる」、「含む」などの用語のサブセットとして見なされ得る。したがって、「含んでいる」、「含む」などの用語を用いる本明細書で開示される実施形態では、これらの実施形態が、「〜から成っている」、「〜から成る」などの用語を用いる対応する実施形態に対する教示も提供することは理解される。さらに、「約」、「およそ」などの用語は、用いられる場合は常に、妥当な変動を典型的には意味し、例えば、開示される値の+/−5%の変動、又は開示される値の4%の変動、又は開示される値の3%の変動、開示される値の2%の変動、又は開示される値の1%の変動である。
さらに、本明細書の記述において、ある特定の値は、範囲で開示され得る。範囲の終点を示す値は、好ましい範囲を例示することを意図している。範囲が記載されている場合は常に、その範囲が、すべての考え得るサブ範囲、さらにはその範囲内の個々の数値を包含し、教示することを意図している。すなわち、範囲の終点は、不変の限界として解釈されるべきではない。例えば、1%〜5%の範囲の記述は、1%〜2%、1%〜3%、1%〜4%、2%〜3%などのサブ範囲、さらには1%、2%、3%、4%、及び5%などのその範囲内の個々の値を具体的に開示することを意図している。上記の具体的開示の意図は、いかなる深さ/幅の範囲にも適用可能である。
加えて、いくつかの実施形態について述べる場合、本開示は、特定の順番の工程として、方法及び/又はプロセスを開示し得る。しかし、特に必要とされない限り、方法又はプロセスは、開示される工程の特定の順番に限定されるべきではないことは理解される。工程の他の順番も可能であり得る。本明細書で開示される工程の特定の順序は、過度な制限として解釈されるべきではない。特に必要とされない限り、本明細書で開示される方法及び/又はプロセスは、工程が記載される順序で行われることに限定されるべきではない。工程の順番は、変えられてよく、それでも本開示の範囲内に維持される。
さらに、本開示は、本明細書で考察される特徴/特性のうちの1又は複数を有する実施形態を提供するが、これらの特徴/特性のうちの1又は複数は、他の別の選択肢としての実施形態において放棄される場合もあり、本開示は、そのような放棄及びこれらの付随する別の選択肢としての実施形態に対する支持も提供することは理解される。
図1は、本明細書で開示される例としての実施形態に従う、網膜剥離の臨床的修復における硝子体代替物としてのポリマーの適用を示すための模式図100である。 図2は、本明細書で開示される様々な実施形態に従って設計された例示的ヒドロゲルに対して行った振動応力掃引測定実験(oscillatory stress sweep measurement experiments)から得られた結果を示すグラフである。 図3は、温度及びポリマー濃度の変動による、本明細書で開示される様々な実施形態に従って設計された例示的ヒドロゲルの粘度の変化を示すグラフである。記号(■)乃至(◆)は、7重量%〜2重量%の範囲内の平衡塩類溶液(BSS)中のEPCポリマーの異なる濃度を表す。EPCは、PEG−PPG−PCLトリブロックポリマーを表す。EPCサンプルにおいて、PEG:PPGの比は、4:1であり、PCLの濃度は、ポリマーの1重量%である。記号(○)は、EPEを表し、これは、PEG−PPG−PEGトリブロックポリマーを表す。 図4は、平衡塩類溶液(BSS)中、pH7.4及び37℃で測定した場合の、本明細書で開示される様々な実施形態に従って設計された例示的ヒドロゲルの質量減少率(単位は%)の変化を示すグラフである。クロス(×)は、EPC3%を表し、正方形(■)は、EPC7%を表し、三角形(▲)は、EPC12%を表す。 図5は、それぞれ24℃及び37℃の特定の温度で測定された、水中に3%(重量/体積)、5%(重量/体積)、及び7%(重量/体積)のゲルを有する熱ゲル化溶液の表面張力を示すグラフである。熱ゲル化溶液において、PEG:PPGの比は、4:1であり、PCLの濃度は、ポリマーの1重量%である。 図6は、せん断速度=1.25秒−1及び3℃/分の温度勾配で測定された、水中に3%(重量/体積)、5%(重量/体積)、及び7%(重量/体積)のゲルを有する熱ゲル化溶液の様々な温度での粘度の変化を示すグラフである。熱ゲル化水溶液において、PEG:PPGの比は、4:1であり、PCLの濃度は、ポリマーの1重量%である。 図7は、それぞれ24℃及び37℃の特定の温度でpH調節後(7.2〜7.3)に測定された、水中に3%(重量/体積)、5%(重量/体積)、及び7%(重量/体積)のゲルを有する熱ゲル化溶液のそれぞれの導電率を示すグラフである。エンドゾルバッファーのpHは、7.6である。熱ゲル化溶液において、PEG:PPGの比は、4:1であり、PCLの濃度は、ポリマーの1重量%である。 図8は、希釈ゲル溶液の細胞生存率(%)を示すグラフである。生体外試験に用いたゲル溶液は、水中の5%(重量/体積)PEG/PPG/PCLコポリマーゲル、水中の5%(重量/体積)PEG/PPG/PHBコポリマーゲル、及び水中の20%(重量/体積)PEG/PPGコポリマーゲルである。ゲル溶液は、それぞれ1:1、1:2、1:4、1:10、及び1:20の希釈率で、BSS溶液を用いて希釈した。 図9は、手術後の28日間にわたって、サーモゲル、すなわちPEG/PPG/PCLコポリマー(1)、PEG/PPG/PHBコポリマー(2)、及びPEG/PPGコポリマー(3)に対して得られた眼内圧(IOP)測定値を示すグラフである。コントロール(4)としてはBSSを用いた。 図10は、pH調節なしでヒドロゲルが注射されたウサギの眼に対するスリットランプ検査の過程で撮影した画像を示す。画像は、手術後の第1日、第7日、及び第14日に撮影した。白矢印は、眼底画像上の網膜剥離を指している。 図11は、正常BSS、pH調節なしのPVA、pH調節済みサーモゲル、及びpH調節なしのサーモゲルが注射されたウサギの眼のスペクトルドメイン光干渉断層撮影法(SD−OCT)画像を示す(白矢印は、網膜壊死の領域を示している)。画像は、手術の1か月後に撮影した。 図12は、標準BSS、PEG/PPG/PCLコポリマー、PEG/PPG/PHBコポリマーが注射されたウサギの眼のスペクトルドメイン光干渉断層撮影法(SD−OCT)画像及び組織学的検査を示す。 図13は、PEG/PPG/PCLコポリマーが注射されたウサギの眼の暗順応及び明順応網膜電図を、未手術のコントロールと共に示す。網膜電図は、手術後の第28日、第56日、及び第72日に記録した。 図14は、本明細書で開示される様々な実施形態に従って設計されたポリマーの生体適合性/無毒性を実証するための実験設定を示す模式的フローチャート200である。 図15Aは、歪み=1%、周波数=1Hz、及び温度勾配=3℃/分で測定された、3〜12重量%の範囲内の濃度のEPCサーモゲル化溶液の温度勾配を示すグラフである。熱ゲル化水溶液において、PEG:PPGの比は、4:1であり、PCLの濃度は、ポリマーの1重量%である。G’及びG’’の交差点は、ゾル−ゲル転移が発生した点である。図15Bは、歪み=1%、周波数=1Hz、及び温度勾配=3℃/分で測定された、3〜12重量%の範囲内の濃度のEPCサーモゲル化溶液の温度勾配を示すグラフである。熱ゲル化水溶液において、PEG:PPGの比は、4:1であり、PCLの濃度は、ポリマーの1重量%である。G’及びG’’の交差点は、ゾル−ゲル転移が発生した点である。図15Cは、歪み=1%、周波数=1Hz、及び温度勾配=3℃/分で測定された、3〜12重量%の範囲内の濃度のEPCサーモゲル化溶液の温度勾配を示すグラフである。熱ゲル化水溶液において、PEG:PPGの比は、4:1であり、PCLの濃度は、ポリマーの1重量%である。G’及びG’’の交差点は、ゾル−ゲル転移が発生した点である。図15Dは、振動温度掃引実験(oscillation temperature sweep experiment)で特定された溶液の複素粘度を示すグラフである。分かりやすくするために、y軸は対数スケールとしている。市販のシリコーン(Oxane(登録商標)1300,Bausch & Lomb,USA)オイルをコントロールとして用いた。図15Eは、特定の温度でDuNouyリングを用いた表面張力計で行った溶液の表面張力を示すグラフである。図15Fは、10〜50℃の温度にわたって示された、掃引実験から特定された溶液の膨張対抗力(N)を示すグラフである。 図16は、それぞれ25℃及び37℃の両方の温度での、0.1〜100%歪みにおける3重量%、7重量%、及び12重量%の濃度の熱ゲル化溶液の歪み振幅掃引(strain amplitude sweep)を示す。 図17は、それぞれ25℃及び37℃の両方の温度での、0.1〜100Hzにおける3重量%、7重量%、及び12重量%の濃度の熱ゲル化溶液の周波数掃引(frequency sweep)を示す。 図18は、手術後の第7日に、異なるヒドロゲルが移植された生きたウサギの生体イメージング時に撮影されたスペクトルドメイン光干渉断層撮影法(SD−OCT)画像を示す。B4、C4、D4、及びE4のスケールバーは、200μmを表す。 図19は、EPCゲル移植の3か月後におけるウサギの生体イメージング及び生体外網膜分析を示す。A3、B3、D3のスケールバーは、200μmを表す。A4、B4、D4、A5、B5、及びD5のスケールバーは、50μmを表す。 図20は、網膜電図検査(ERG)によるウサギ網膜の機能評価を示す。ウサギの眼にEPC7重量%を移植し、1ヶ月間(本明細書において「1M」と称する)、2ヶ月間(本明細書において「2M」と称する)、及び3ヶ月間(本明細書において「3M」と称する)にわたってモニタリングした。 図21は、EPCサーモゲルの移植後の眼内圧(IOP)を示す。(A)ウサギのIOPフォローアップ。データは、すべての群において、平均±s.e.mとしてプロットされている。(B)2体のNHPのIOPフォローアップ。 図22Aは、網膜剥離手術後に撮影した眼の画像を示す。画像A1〜A6は、網膜剥離手術の3ヶ月後に撮影した。画像B1〜B6は、網膜剥離手術の12ヶ月後に撮影した。 図22B(1)は、EPC−7%ゲルが充填された眼のERGパターンを示す。図22B(2)は、EPC−7%が充填された眼の黄斑のH&E分析を示す。図22B(3−1)及び図22B(3−2)は、黄班構造の概観を示し、スケールバー=50μmである。 図23は、網膜剥離手術後の網膜の自己蛍光画像及びSD−OCT画像を示す(白矢印は、シールされた網膜切除部位を示す)。 図24は、EPC再形成硝子体様体のプロテオームプロファイルを示す。(A)7%EPCゲルを移植したウサギの眼の移植3ヶ月後の肉眼的解剖:自然の硝子体(B)に類似の堅牢性の硝子体様体が観察された。 図25は、手術の3ヶ月後のEPC7%サーモゲルの質量分析(MS)を示す。(A)自然の硝子体。(B)ポジティブコントロールとしてEPC−7%ポリマーがスパイクされた自然の硝子体。(C)手術を受けたコントロールの手術の3か月後の硝子体腔からサンプリングした液体。(D)手術の3か月後のEPC−7%を充填した硝子体腔からの硝子体様体のサンプル、検出可能なEPC−7%ポリマーが存在しないことを示している。 図25は、手術の3ヶ月後のEPC7%サーモゲルの質量分析(MS)を示す。(A)自然の硝子体。(B)ポジティブコントロールとしてEPC−7%ポリマーがスパイクされた自然の硝子体。(C)手術を受けたコントロールの手術の3か月後の硝子体腔からサンプリングした液体。(D)手術の3か月後のEPC−7%を充填した硝子体腔からの硝子体様体のサンプル、検出可能なEPC−7%ポリマーが存在しないことを示している。 図25は、手術の3ヶ月後のEPC7%サーモゲルの質量分析(MS)を示す。(A)自然の硝子体。(B)ポジティブコントロールとしてEPC−7%ポリマーがスパイクされた自然の硝子体。(C)手術を受けたコントロールの手術の3か月後の硝子体腔からサンプリングした液体。(D)手術の3か月後のEPC−7%を充填した硝子体腔からの硝子体様体のサンプル、検出可能なEPC−7%ポリマーが存在しないことを示している。 図25は、手術の3ヶ月後のEPC7%サーモゲルの質量分析(MS)を示す。(A)自然の硝子体。(B)ポジティブコントロールとしてEPC−7%ポリマーがスパイクされた自然の硝子体。(C)手術を受けたコントロールの手術の3か月後の硝子体腔からサンプリングした液体。(D)手術の3か月後のEPC−7%を充填した硝子体腔からの硝子体様体のサンプル、検出可能なEPC−7%ポリマーが存在しないことを示している。 図26は、手術の2か月後及び3か月後のウサギの眼からのEPC−7%再形成硝子体様体サンプルのH NMRスペクトル(CDCl、25℃)を示す。(A)コントロールとして用いる純EPC−7%サーモゲル、ピーク「a〜d」は、PCL、PEG、PPGセグメント、及びイソシアネート部分のすべてが存在することを示している。(B)手術の2か月後のEPC−7%硝子体様体、サーモゲルのすべてのセグメント(すなわち、PCL、PEG、PPG、及びイソシアネート部分)の存在によって示されるように、EPCゲルが依然として存在していることを示している。(C)手術の3か月後のEPC−7%硝子体様体、EPC7%ゲルがまったく検出されていないことを示している(「a、b、c、又はd」に相当するいずれのピークも存在しないことによって示される)。溶媒不純物(アセトン)。 図26は、手術の2か月後及び3か月後のウサギの眼からのEPC−7%再形成硝子体様体サンプルのH NMRスペクトル(CDCl、25℃)を示す。(A)コントロールとして用いる純EPC−7%サーモゲル、ピーク「a〜d」は、PCL、PEG、PPGセグメント、及びイソシアネート部分のすべてが存在することを示している。(B)手術の2か月後のEPC−7%硝子体様体、サーモゲルのすべてのセグメント(すなわち、PCL、PEG、PPG、及びイソシアネート部分)の存在によって示されるように、EPCゲルが依然として存在していることを示している。(C)手術の3か月後のEPC−7%硝子体様体、EPC7%ゲルがまったく検出されていないことを示している(「a、b、c、又はd」に相当するいずれのピークも存在しないことによって示される)。溶媒不純物(アセトン)。 図26は、手術の2か月後及び3か月後のウサギの眼からのEPC−7%再形成硝子体様体サンプルのH NMRスペクトル(CDCl、25℃)を示す。(A)コントロールとして用いる純EPC−7%サーモゲル、ピーク「a〜d」は、PCL、PEG、PPGセグメント、及びイソシアネート部分のすべてが存在することを示している。(B)手術の2か月後のEPC−7%硝子体様体、サーモゲルのすべてのセグメント(すなわち、PCL、PEG、PPG、及びイソシアネート部分)の存在によって示されるように、EPCゲルが依然として存在していることを示している。(C)手術の3か月後のEPC−7%硝子体様体、EPC7%ゲルがまったく検出されていないことを示している(「a、b、c、又はd」に相当するいずれのピークも存在しないことによって示される)。溶媒不純物(アセトン)。 図27は、自然、EPC再形成、及びBSSコントロールのプロテオームにわたる、ラベルフリー定量(LFQ)強度に基づく最大から最小までのランク付けしたタンパク質存在量の比較を示す。挿入図は、タンパク質強度に従う各群におけるトップ10のタンパク質を示す。 図28は、自然の硝子体及び手術コントロールと比較した、EPC再形成硝子体様体における公知の硝子体構造成分の発現を示すヒートマップである。
硝子体代替物として用いるのに適する材料の例示的な限定されない実施形態、その材料の製造方法、合成硝子体、及び関連する方法が以下で開示される。
マルチブロックポリマーを含む材料が提供される。材料は、生体材料であってよい。様々な実施形態では、材料は、生分解性の水性生体材料を含む。有利には、様々な実施形態では、材料は、硝子体代替物/代用物 生体模倣/合成硝子体、及び/又はタンポナーデ材として用いるために、さらには眼の障害を治療する方法で用いるために適し得る、並びに/又はそのように用いるための臨床要件を満たし得る。例えば、材料は、眼科的障害を治療するための、及び眼の硝子体を置換するための手術補助材として役立ち得る。様々な実施形態では、材料は、上記で述べた従来の予備成形したヒドロゲルの固有の課題のうちの1又は複数を克服する、又は少なくとも改善する。
様々な実施形態では、マルチブロックポリマーは、マルチブロックコポリマーである。いくつかの実施形態では、マルチブロックポリマーは、3成分マルチブロックポリマーである。例えば、マルチブロックポリマーは、3つの異なるポリマーブロックを有し得る、又は3つの異なるポリマーブロックから成る。いくつかの実施形態では、マルチブロックコポリマーは、4つ以上のポリマーブロックを含む。マルチブロックポリマーは、感熱性、熱ゲル化性、及び/又は熱可逆性ポリマーであってよい。様々な実施形態では、マルチブロックポリマーは、硝子体代替物として用いるためのヒドロゲルとして機能する。
様々な実施形態では、マルチブロックポリマーは、架橋されていないポリマーである、又は架橋しない/架橋されない/架橋できないポリマーである。有利には、様々な実施形態では、本明細書で開示される材料/ポリマー/ゲルの製造/形成は、追加のいかなる架橋剤の使用も必要としない。そのような有利な効果は、天然由来のポリ(ヒドロキシブチレート)(PHB)を用いる方法などの公知の方法によっては実現することができない。そのような公知の方法では、開環合成は、熱力学的に困難であり、分子を得ることが難しいことは理解される。
様々な実施形態では、材料又はマルチブロックポリマーは、アモルファス状態/非結晶である。これは、結晶化効果の結果としての物理的架橋を含有する、例えばポリ(ヒドロキシブチレート)を用いた公知の方法によって合成されるポリマーとは対照的である。
様々な実施形態では、マルチブロックポリマーは、親水性ポリマーブロック、感熱性ポリマーブロック、及び疎水性ポリマーブロックを含む。マルチブロックポリマーは、少なくとも1つの以下の構造列A−B−Cの単位を有してよく、Aは、親水性ポリマーブロックを含み、Bは、感熱性ポリマーブロックを含み、Cは、疎水性ポリマーブロックを含む。いくつかの実施形態では、A、B、及びCの位置が、それらの間で交換されてよいことは理解されるであろう。様々な実施形態では、マルチブロックポリマーは、複数の親水性ポリマーブロック、複数の感熱性ポリマーブロック、及び/又は複数の疎水性ポリマーブロックを含んでよい。様々な実施形態では、マルチブロックコポリマーは、4つ以上のポリマーブロックを含む。ブロックは、ポリマー内でランダムに分布/配列されていてよい。
様々な実施形態では、親水性ポリマーブロック、感熱性ポリマーブロック、及び疎水性ポリマーブロックは、ウレタン/カルバメート結合、カーボネート結合、エステル結合、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって化学的に一緒にカップリングされている。例えば、親水性ポリマーブロック、感熱性ポリマーブロック、及び疎水性ポリマーブロックの各々は、ウレタン/カルバメート結合、カーボネート結合、エステル結合、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって、それぞれの隣接ブロックと結合されている。
様々な実施形態では、親水性ポリマーブロック及び感熱性ポリマーブロックは、各々、ポリ(アルキレングリコール)を含む。様々な実施形態では、親水性ポリマーブロックのポリ(アルキレングリコール)は、感熱性ポリマーブロックのポリ(アルキレングリコール)と異なる。例えば、親水性ポリマーブロックは、ポリ(エチレングリコール)を含んでよく、一方感熱性ポリマーブロックは、ポリ(プロピレングリコール)を含んでよい。
様々な実施形態では、疎水性ポリマーブロックは、ポリ(カプロラクトン)(例:ポリ(ε−カプロラクトン))などのポリエステルを含む。有利には、様々な実施形態では、ポリカプロラクトン(PCL)の使用によって、本発明で開示されるポリマーの合成において柔軟性が得られる。例えば、本発明で開示されるマルチブロックポリマーの合成にポリカプロラクトンを用いることによって、PCLの初期重合工程の過程でヒドロキシルハンドル(handle)/官能基を有する分子を組み込むことが可能となる。
様々な実施形態では、親水性ポリマーブロックの感熱性ポリマーブロックに対するモル比は、約1:1〜約10:1の範囲内である。親水性ポリマーブロックの感熱性ポリマーブロックに対するモル比は、約1:1、約2:1、約3:1、約4:1、約5:1、約6:1、約7:1、約8:1、約9:1、又は約10:1であってよい。様々な実施形態では、疎水性ポリマーブロックは、マルチブロックポリマーの約1重量%〜約10重量%の量/濃度で存在する。疎水性ポリマーブロックは、マルチブロックポリマーの約1重量%、約2重量%、約3重量%、約4重量%、約5重量%、約6重量%、約7重量%、約8重量%、約9重量%、又は約10重量%の量/濃度で存在してよい。いくつかの実施形態では、マルチブロックポリマーは、約1重量%のポリ(カプロラクトン)を含有する。様々な実施形態では、ポリマー中における親水性ブロック対感熱性ブロック対疎水性ブロックのモル比は、約1〜10:約1:約0.01〜1.5の範囲内である。
様々な実施形態では、材料は、本明細書で開示されるマルチブロックポリマー及び水/水性媒体/水性バッファーを含む/これらから本質的に成る/これらから成る。したがって、材料は、組成物又は製剤として存在し得る。様々な実施形態では、材料は、水性媒体中に約1重量/体積%〜約30重量/体積%のマルチブロック熱ゲル化ポリマーを含む。水性媒体は、平衡塩類溶液であってよい。様々な実施形態では、平衡塩類溶液は、生理学的pH及び等張塩濃度を有する溶液である。様々な実施形態では、平衡塩類溶液は、塩化カルシウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、酢酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、及び塩化ナトリウムなどのナトリウム、カリウム、カルシウム、及びマグネシウムの塩のうちの少なくとも1つを含む。様々な実施形態では、材料は、水/水溶液/バッファー溶液中、約30重量/体積%までのポリマーを含む、又は水/水溶液/バッファー溶液中、約1重量/体積%、約2重量/体積%、約3重量/体積%、約4重量/体積%、約5重量/体積%、約6重量/体積%、約7重量/体積%、約8重量/体積%、約9重量/体積%、約10重量/体積%、約11重量/体積%、約12重量/体積%、約13重量/体積%、約14重量/体積%、約15重量/体積%、約16重量/体積%、約17重量/体積%、約18重量/体積%、約19重量/体積%、約20重量/体積%、約21重量/体積%、約22重量/体積%、約23重量/体積%、約24重量/体積%、約25重量/体積%、約26重量/体積%、約27重量/体積%、約28重量/体積%、約29重量/体積%、若しくは約30重量/体積%からのポリマーを含む。様々な実施形態では、材料は、水/水溶液/バッファー溶液中、最大約30重量%までのポリマーを含む、又は水/水溶液/バッファー溶液中、約1重量%、約2重量%、約3重量%、約4重量%、約5重量%、約6重量%、約7重量%、約8重量%、約9重量%、約10重量%、約11重量%、約12重量%、約13重量%、約14重量%、約15重量%、約16重量%、約17重量%、約18重量%、約19重量%、約20重量%、約21重量%、約22重量%、約23重量%、約24重量%、約25重量%、約26重量%、約27重量%、約28重量%、約29重量%、若しくは約30重量%からのポリマーを含む。いくつかの実施形態では、材料は、約7〜約10分子量%の特定の濃度を有する。有利には、本明細書で開示される様々な実施形態に従うポリマーの特定の濃度を制御することによって、細胞に対する毒性が低く(通常、特定の濃度が極めて低い場合に、毒性が問題となる)、及び眼の眼内圧が高くなるリスクが低い(通常、特定の濃度が過剰に高い場合に、高眼内圧のリスクが発生する)サーモゲルが実現されるものと考えられる。
材料は、約60重量%超、約65重量%超、約70重量%超、約75重量%超、約80重量%超、約85重量%超、約90重量%超、約95重量%超、約96重量%超、約97重量%超、約98重量超、又は約99重量%超の高い含水率を有し得る。したがって、材料は、水性ポリマーであってよい。
様々な実施形態では、組成物は、約pH7.1〜約pH7.7、約pH7.2〜約pH7.6、約pH7.3〜約pH7.5、又は約pH7.4の範囲内の生理学的pH値に実質的に類似するpH値を有する。
様々な実施形態では、材料は、臨界ゲル化温度/熱可逆的ゾルゲル転移温度を有し/約33℃以上、約34℃以上、約35℃以上、約36℃以上、約36.5℃以上、約37℃以上、約37.5℃以上、約38℃以上、約38.5℃以上、約39.0℃以上、約39.5℃以上、約40℃以上、最大約40℃までの温度で、又は約36.5℃〜約37.5℃の範囲内の、若しくは約37℃の生きているヒトの体温に実質的に類似する温度で、液体/流動性状態から非流動性/ゲル様状態に変換される。例えば、材料は、環境室温(例:約20℃〜約30℃)で、液体/流動性状態であってよく、及び/又は生きているヒトの体温(例:約36℃〜約40℃)で、非流動性/ゲル様状態である。したがって、いくつかの実施形態では、材料は、20℃〜30℃の範囲内に入る温度では流動性状態であり、36℃〜40℃の範囲内に入る温度では、非流動性ゲル様状態である。有利には、様々な実施形態では、材料は、25℃では液体として(約1Pa・sの粘度)、約37℃ではゲルとして(約8Pa・s〜約110Pa・sの粘度範囲)送達可能である。さらにより有利には、材料は、液体形態で注入することによって眼に導入され、眼内でゲルを形成して、術後に硝子体を置換し得る。すなわち、様々な実施形態では、注入時に液体であってよい材料は、例えば37℃で眼内腔と接触すると素早くゲルを形成して、眼の形状を維持し、内部タンポナーデ効果を提供し得る。
様々な実施形態では、材料は、約30℃〜約40℃の温度で、最大約30重量%までの、約1重量%、約2重量%、約3重量%、約4重量%、約5重量%、約6重量%、約7重量%、約8重量%、約9重量%、約10重量%、約11重量%、約12重量%、約13重量%、約14重量%、約15重量%、約16重量%、約17重量%、約18重量%、約19重量%、約20重量%、約21重量%、約22重量%、約23重量%、約24重量%、約25重量%、約26重量%、約27重量%、約28重量%、約29重量%、又は約30重量%の臨界ゲル化濃度を有する。
いくつかの実施形態では、液体/流動性状態からゲル様状態への変換は、可逆的であり、例えば、外力の適用によって、ゲル様状態から液体/流動性状態へ逆方向に変換される。例えば、様々な実施形態では、ゲルは、液体状態に変形することができ、その状態から、外力を取り除くことで瞬間的に元の状態へ逆方向に転移する。有利には、これによって、その構造及び引張強度を保持した状態で、粘度又は表面張力の特性を損なうことなく、小孔針を通しての容易で迅速な注射が可能となり、注射後に、ゲルのin−situでの再形成が可能となる。
様々な実施形態では、材料は、実質的に透明であり、並びに/又は高い度合いの光学的透明性及び/若しくは天然の硝子体に実質的に類似する(例:体温において)屈折率を呈し、約1.20〜約1.48、約1.21〜約1.47、約1.22〜約1.46、約1.23〜約1.45、約1.24〜約1.44、約1.25〜約1.43、約1.26〜約1.42、約1.27〜約1.41、約1.28〜約1.40、約1.29〜約1.39、約1.30〜約1.38、約1.31〜約1.37、約1.32〜約1.36、約1.33〜約1.35、約1.339〜約1.349、約1.338〜約1.348、約1.337〜約1.347、約1.336〜約1.346、約1.335〜約1.345、又は約1.334〜約1.344などである。有利には、これによって、手術後速やかに良好な視力が確保される。
いくつかの実施形態では、材料は、パーフルオロカーボン液体(PFCL)及び/又は膨張性ガス及び/又はシリコーンオイルを実質的に含まない。いくつかの実施形態では、材料は、未反応ポリマー及び/又は有機溶媒及び/又は金属を実質的に含まない。
様々な実施形態では、材料又はマルチブロックポリマーは、実質的に重金属を含まない。例えば、材料又はマルチブロックポリマーは、アンチモン及び/又はヒ素及び/又はカドミウム及び/又はコバルト及び/又は銅及び/又は鉛及び/又はリチウム及び/又は水銀及び/又はニッケル及び/又はバナジウムを実質的に含まなくてよい。
様々な実施形態では、材料又はマルチブロックポリマーは、実質的に溶媒不純物を含まない。例えば、材料又はマルチブロックポリマーは、ベンゼン、及び/又は四塩化炭素、及び/又は1,2−ジクロロエタン、及び/又は1,1−ジクロロエテン、及び/又は1,1,1−トリクロロエタン、及び/又はアセトニトリル、及び/又はクロロベンゼン、及び/又はクロロホルム、及び/又はシクロヘキサン、及び/又は1,2−ジクロロエテン、及び/又はジクロロメタン、及び/又は1,2−ジメトキシエタン、及び/又はN,N−ジメチルアセタミド、及び/又はN,N−ジメチルホルムアミド、及び/又は1,4−ジオキサン、及び/又は2−エトキシエタノール、及び/又はエチレングリコール、及び/又はホルムアミド、及び/又はヘキサン、及び/又はメタノール、及び/又は2−メトキシエタノール、及び/又はメチルブチルケトン、及び/又はメチルシクロヘキサン、及び/又はN−メチルピロリドン、及び/又はニトロメタン、及び/又はピリジン、及び/又はスルホラン、及び/又はテトラヒドロフラン、及び/又はテトラリン、及び/又はトルエン、及び/又は1,1,2−トリクロロエテン、及び/又はキシレン(m−、p−、o−異性体)、及び/又は酢酸、及び/又はアセトン、及び/又はアニソール、及び/又は1−ブタノール、及び/又は2−ブタノール、及び/又は酢酸ブチル、及び/又はtert−ブチルメチルエーテル、及び/又はクメン、及び/又はジメチルスルホキシド、及び/又はエタノール、及び/又は酢酸エチル、及び/又はエチルエーテル、及び/又はギ酸エチル、及び/又はギ酸、及び/又はヘプタン、及び/又は酢酸イソブチル、及び/又は酢酸イソプロピル、及び/又は酢酸メチル、及び/又は3−メチル−1−ブタノール、及び/又はメチルエチルケトン、及び/又はメチルイソブチルケトン、及び/又は2−メチル−1−プロパノール、及び/又はペンタン、及び/又は1−ペンタノール、及び/又は1−プロパノール、及び/又は2−プロパノール、及び/又は酢酸プロピルを実質的に含まなくてよい。
様々な実施形態では、マルチブロックポリマー全体、又はポリマー内のブロックのうちの少なくとも1若しくは複数、又は材料は、生分解性であり、及び/又は自然に分解可能である。いくつかの例では、すべてのポリマーブロックが生分解性である。有利には、様々な実施形態では、材料又はマルチブロックポリマーが、生分解性であることから、それが手術で患者に硝子体代替物として挿入された場合、患者は、材料又はマルチブロックポリマーを除去するための第二の手術を受ける必要がない。
様々な実施形態では、材料は、短い滞留時間を有し、及び/又は約6ヶ月以内、約5ヶ月以内、約4ヶ月以内、約3ヶ月以内、若しくは約2ヶ月以内に、動物の体内で自然に分解可能である。いくつかの実施形態では、材料は、短い滞留時間を有し、及び/又は約2ヶ月〜約6ヶ月の期間で、動物の体内で自然に分解可能である。
様々な実施形態では、材料は、生体適合性及び/若しくは無毒性であり、並びに/又は動物若しくはヒトの体内で、特に動物若しくはヒトの眼内で、炎症若しくは有害な免疫反応を誘発しない。
材料は、少なくとも約1ヶ月、少なくとも約2ヶ月、少なくとも約3ヶ月、少なくとも約4ヶ月、少なくとも約5ヶ月、少なくとも約6ヶ月、又は最大約6ヶ月までにわたって動物又はヒトの体内に維持される間、その望ましい機械的/光学的特性を保持することができ得る。いくつかの実施形態では、材料/マルチブロックポリマー又は組成物は、材料/マルチブロックポリマー又は組成物が動物又はヒトの体内に維持される限りにおいて、その望ましい機械的/光学的特性を保持することができる。
様々な実施形態では、材料は、3桁にわたる応力(例えば、少なくとも約101Pa、少なくとも102Pa、又は少なくとも約103Paの領域の応力強さで)を受けた後であっても、その引張強度/機械的存続性を維持可能である。いくつかの例では、材料は、少なくとも約20、少なくとも約21、少なくとも約22、少なくとも約23、少なくとも約24、少なくとも約25、少なくとも約26、少なくとも約27、少なくとも約28、少なくとも約29、少なくとも約30、又は約30超のゲージサイズを有する小孔針を通した注射後に、高い歪みで巨視的に崩壊しない/せん断変形しない。
様々な実施形態では、材料は、約25mN/m〜約275mN/m、約30mN/m〜約270mN/m、約35mN/m〜約265mN/m、約40mN/m〜約260mN/m、約45mN/m〜約255mN/m、約50mN/m〜約250mN/m、約55mN/m〜約245mN/m、約60mN/m〜約240mN/m、約65mN/m〜約235mN/m、約70mN/m〜約230mN/m、約75mN/m〜約225mN/m、約80mN/m〜約220mN/m、約85mN/m〜約215mN/m、約90mN/m〜約210mN/m、約95mN/m〜約205mN/m、約100mN/m〜約200mN/m、約110mN/m〜約190mN/m、約120mN/m〜約180mN/m、約130mN/m〜約170mN/m、約140mN/m〜約160mN/m、又は約150mN/mなどの表面張力を網膜裂孔全体に及ぼして、材料が硝子体代替物として用いられた場合に、網膜剥離を緩和及び/又は防止するのに必要な支持を充分に提供することが可能である。
様々な実施形態では、材料は、環境室温(例:約20℃〜約30℃)で約5Pa・s以下の粘度を有し、及び/又は生きているヒトの体温(例:約36℃〜約40℃)で約5Pa・s〜約120Pa・sの粘度を有する。いくつかの実施形態では、材料は、約20℃〜約40℃の温度範囲わたって、約1Pa・s〜約1000Pa・s、約10Pa・s〜約990Pa・s、約20Pa・s〜約980Pa・s、約30Pa・s〜約970Pa・s、約40Pa・s〜約960Pa・s、約50Pa・s〜約950Pa・s、約60Pa・s〜約940Pa・s、約70Pa・s〜約930Pa・s、約80Pa・s〜約920Pa・s、約90Pa・s〜約910Pa・s、約100Pa・s〜約900Pa・s、約200Pa・s〜約800Pa・s、約300Pa・s〜約700Pa・s、約400Pa・s〜約600Pa・s、又は約500Pa・sの粘度を有する。
様々な実施形態では、材料は、環境室温(例:約20℃〜約30℃)で、約7mS/cm〜約13mS/cm、約8mS/cm〜約12mS/cm、約9mS/cm〜約11mS/cm、若しくは約10mS/cmの導電率、及び/又は生きているヒトの体温(例:約36℃〜約40℃)で、約10mS/cm〜約15mS/cm、約11mS/cm〜約14mS/cm、若しくは約12mS/cm〜約13mS/cmの導電率を有する。
本明細書で開示される材料を製造する方法も提供され、この方法は:1又は複数の親水性ポリマー、1又は複数の感熱性ポリマー、及び1又は複数の疎水性ポリマーを、親水性ポリマーブロック、感熱性ポリマーブロック、及び疎水性ポリマーブロックがウレタン/カルバメート結合、カーボネート結合、エステル結合、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって化学的に一緒にカップリングされるように一緒にカップリングして、マルチブロックポリマーを形成すること、を含む。
様々な実施形態では、カップリング工程は、1又は複数の親水性ポリマー、1又は複数の感熱性ポリマー、及び1又は複数の疎水性ポリマーを、金属触媒及び適切な溶媒の存在下でカップリング剤と共に混合して、親水性ポリマーブロック、感熱性ポリマーブロック、及び疎水性ポリマーブロックを含むマルチブロックポリマーを形成することを含み、親水性ポリマーブロック、感熱性ポリマーブロック、及び疎水性ポリマーブロックは、ウレタン/カルバメート結合、カーボネート結合、エステル結合、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって化学的に一緒にカップリングされる。
様々な実施形態では、材料又はマルチブロックポリマーを製造するために用いられる出発物質は、医療グレードの出発物質である。
様々な実施形態では、1又は複数の親水性ブロック、1又は複数の感熱性ブロック、及び1又は複数の疎水性ブロックは、約1〜10:1:0.01〜1.5のモル比で混合される。例えば、親水性ブロックの感熱性ブロックに対するモル比は、約1:1、約2:1、約3:1、約4:1、約5:1、約6:1、約7:1、約8:1、約9:1、又は約10:1であってよい。感熱性ブロックの疎水性ブロックに対するモル比は、約1:0.01、約1:0.02、約1:0.03、約1:0.04、約1:0.05、約1:0.06、約1:0.07、約1:0.08、約1:0.09、約1:0.1、約1:0.2、約1:0.3、約1:0.4、約1:0.5、約1:0.6、約1:0.7、約1:0.8、約1:0.9、約1:1、約1:1.1、約1:1.2、約1:1.3、約1:1.4、又は約1:1.5であってよい。有利には、様々な実施形態では、本明細書で開示されるポリマーブロックの特定のモル比が、全体としてマルチブロックポリマー又は材料に、生体適合性の全体としての特性を付与する。
いくつかの実施形態では、添加されるカップリング剤の量は、組成物中の反応性基の数に対して等量である。
様々な実施形態では、カップリング工程及び/又は混合工程は、約70℃〜約150℃、約72℃〜約148℃、74℃〜約146℃、約76℃〜約144℃、約78℃〜約142℃、約80℃〜約140℃、約82℃〜約138℃、約84℃〜約136℃、約86℃〜約134℃、約88℃〜約132℃、約90℃〜約130℃、約92℃〜約128℃、約94℃〜約126℃、又は約96℃〜約124℃、約98℃〜約122℃、約100℃〜約120℃、約102℃〜約118℃、約104℃〜約116℃、約106℃〜約114℃、約108℃〜約112℃、又は約110℃の高められた温度で行われる。
様々な実施形態では、カップリング工程及び/又は混合工程は、少なくとも約12時間、少なくとも約14時間、少なくとも約16時間、少なくとも約18時間、少なくとも約20時間、少なくとも約22時間、少なくとも約24時間、少なくとも約26時間、少なくとも約28時間、少なくとも約30時間、少なくとも約32時間、少なくとも約34時間、少なくとも約36時間、少なくとも約38時間、少なくとも約40時間、少なくとも約42時間、少なくとも約44時間、少なくとも約46時間、又は少なくとも約48時間にわたって行われる。
様々な実施形態では、カップリング工程及び/又は混合工程は、空気及び/若しくは水/水分の非存在下で、並びに/又は窒素などの不活性ガスの存在下で行われる。
様々な実施形態では、カップリング剤は、少なくとも2つの(2つ以上の)イソシアネート官能基を含有するイソシアネートモノマーを含む。カップリング剤は、ヘキサメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、ドデシレンジイソシアネート、トリレン2,4−ジイソシアネート、及びトリレン2,6−ジイソシアネートから成る群より選択されるジイソシアネートであってよい。
様々な実施形態では、溶媒は、トルエン、ベンゼン、及びキシレンから成る群より選択される無水溶媒を含む。
様々な実施形態では、金属触媒は、アルキルスズ化合物、アリールスズ化合物、並びにジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジオクタノエート、及びジブチルスズジステアレートなどのジアルキルスズジエステルから成る群より選択されるスズ触媒を含む。
様々な実施形態では、方法はさらに、不純物からマルチブロックポリマーを取り出すこと、及びマルチブロックポリマーを水性媒体中に溶解して、マルチブロック熱ゲル化ポリマーを形成すること、を含む。不純物からマルチブロックポリマーを取り出す工程は、マルチブロックポリマーを精製及び/又は洗浄することを含み得る。マルチブロックポリマーを水性媒体中に溶解する工程は、ポリマー(例:最終ポリマー粉末)を平衡塩類溶液(BSS)中に再溶解することを含み得る。様々な実施形態では、BSSは水性である。
様々な実施形態では、不純物からマルチブロックポリマーを取り出す工程は、未反応の反応体、溶媒、及び触媒を除去するための透析を含む(例:未反応のPEG、溶媒、及び金属触媒などを除去するための広範囲の透析(extensive dialysis))。
方法はまた、例えばオートクレーブ法又は技術によって、材料を滅菌することをさらに含んでよい。
本明細書で開示される材料を含む合成硝子体又はその部分も提供される。
硝子体代替物として適する流動性/注射用組成物/製剤の形態である、本明細書で開示される材料を含む生体模倣/合成硝子体/タンポナーデ材も提供される。
本明細書で開示される材料、ポリマー、若しくは流動性/注射用組成物/製剤、又は医療に用いるための前記ポリマー/組成物/製剤を含む生体模倣/合成硝子体/タンポナーデ材も提供される。
眼における薬物送達、眼の幹細胞移植に用いるための、増殖性硝子体網膜症などからの再発性網膜剥離の防止/予防に用いるための、又は網膜剥離、硝子体出血、網膜上膜、及び黄斑円孔などの眼科的障害/眼の悪化の予防若しくは治療に用いるための、本明細書で開示される材料、ポリマー、若しくは流動性/注射用組成物/製剤、又は生体模倣/合成硝子体/タンポナーデ材も提供される。
眼における薬物送達、眼の幹細胞移植に用いるための医薬の製造における、又は増殖性硝子体網膜症などからの再発性網膜剥離の防止/予防のための、若しくは網膜剥離、硝子体出血、網膜上膜、及び黄斑円孔などの眼科的障害/眼の悪化の予防若しくは治療のための医薬の製造における、本明細書で開示される材料、ポリマー、若しくは流動性/注射用組成物/製剤、又は生体模倣/合成硝子体/タンポナーデ材の使用も提供される。
網膜剥離、再発性網膜剥離、硝子体出血、網膜上膜、及び黄斑円孔などの眼科的障害/眼の悪化の防止又は治療の方法も提供され、その方法は、本明細書で開示される材料、ポリマー、若しくは流動性/注射用組成物/製剤、又は生体模倣/合成硝子体/タンポナーデ材の治療有効量を、それを必要とする患者に投与/注射/注入/送達することを含む。
眼科的障害/眼の悪化を治療する方法も提供され、その方法は、本明細書で開示される材料、ポリマー、若しくは流動性/注射用組成物/製剤、又は生体模倣/合成硝子体/タンポナーデ材の治療有効量を、それを必要とする対象/患者に投与/注射/注入/送達することを含み、組成物/ポリマーは、眼内に滞留し、治療が完了するまで網膜に対する支持を提供することが可能である。有利には、様々な実施形態では、材料又はマルチブロックポリマーは、良好な注射が可能であり、小孔針(23〜25G)を通した注射後に実質的にせん断変形しないことから、材料又はマルチブロックポリマーの手術中(例:眼の眼科的障害を治療するための硝子体切除)での使用は、比較的容易である。さらにより有利には、材料又はマルチブロックポリマーの使用により、それが光学的透明性を提供し、天然の/自然の硝子体に類似の屈折率を有することから、手術後速やかに良好な視力を提供することができる。
様々な実施形態では、本明細書で開示される眼科的障害/眼の悪化を防止又は治療する方法は、網膜を支持するためのガス浮力の使用を含まない、及び/又は、材料、ポリマー、若しくは流動性/注射用組成物/製剤、又は生体模倣/合成硝子体/タンポナーデ材の一部を続いて眼から除去する工程、又は患者/対象を続いて腹臥位とする工程を含まない。有利には、様々な実施形態では、材料又はマルチブロックポリマーの硝子体代替物としての使用が、網膜を支持するために浮力に依存していないことから、手術後に患者を不自然な腹臥位とする必要がない。
様々な実施形態では、本明細書で開示される材料又はマルチブロックポリマーは、以下の特性のうちの1又は複数を有する:(1)体温(37℃)での良好な透明性;(2)その高い(>90%)含水率に起因する1.339〜1.344の屈折率(自然の硝子体の1.337に類似);(3)25℃でゾル−ゲル転移状態の間に容易に注射可能であり、37℃の硝子体腔内においてin−situで迅速にゲルを形成すること;(4)手術後の腹臥位を必要とすることなく、膨張対抗力(swelling counter force)を働かせることを通して、網膜裂孔部位全体を覆い、剥離した網膜の再接着を支持するのに充分な表面張力を発生させるのに充分な表面張力及び膨張対抗力を有すること(すなわち、長期的タンポナーデとしての臨床的ゴールドスタンダードであるシリコーンオイルに類似);(5)ウサギの硝子体切除モデルにおいて、正常な眼内圧、レンズ透明性の維持、並びに正常な網膜構造及び機能を伴って最大6ヶ月間の生体適合性を示すこと;(6)非ヒト霊長類モデルにおいて、網膜修復手術後に網膜の接着を維持可能であること;(7)第二の除去手術を不要とする硝子体の生体内修復のための生分解性足場として作用すること。
実施例
本開示の例としての実施形態は、以下の例、表から、及び該当する場合は、図面と合わせて、当業者であれば、より良く理解され、容易に明らかとなる。構造的及び化学的変更に関連する他の改変が、本発明の範囲から逸脱することなく成され得ることは理解されたい。例としての実施形態は、必ずしも互いに除外される必要はなく、なぜなら、いくつかは、1又は複数の実施形態と組み合わされて、新規な例としての実施形態を形成してもよいからである。例としての実施形態は、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
例1:ポリマーの設計及び適用
本明細書で開示される様々な実施形態に従って設計された例示的なポリマーの化学構造を、スキーム1に示す。ポリマーは、ウレタン結合を介して一緒に結合された親水性ポリ(エチレングリコール)(PEG)、感熱性ポリ(プロピレングリコール)(PPG)、及び、限定されないが、生分解性ポリ(ε−カプロラクトン)(PCL)セグメントなどである疎水性生分解性ポリエステル、から成る3成分マルチブロック熱ゲル化ポリマーである。
ポリマーの合成
本明細書で開示される様々な実施形態に従うポリマーを製造するための一般的工程は、スキーム1に示されるように:1又は複数の親水性ポリマー、1又は複数の疎水性ポリマー、及び1又は複数の感熱性ポリマーを、金属触媒(以下の例では、ジブチルスズジラウレートを用いた)及び適切な溶媒(以下の例では、トルエンを用いた)の存在下、カップリング剤(以下の例では、1,6−ジイソシアナートヘキサンを用いた)と混合することを含む。
本明細書で開示される様々な実施形態に従って設計されたポリマーの製造例を、以下に詳細に記載する。
ポリ(PEG/PPG/PCLウレタン)を、PEG、PPG、及びPCL−ジオールから、1,6−ジイソシアナートヘキサンをカップリング剤として用いて合成した。添加した1,6−ジイソシアナートヘキサンの量は、溶液中の反応性ヒドロキシル基に対して等量であった。典型的には、0.25gのPCL−ジオール(Mn=2040、1.23×10−4mol)、5gのPEG(Mn=1890、2.65×10−3mol)、及び5gのPPG(Mn=1880、2.66×10−3mol)を、250mLの二口フラスコ中、高真空下、50℃で一晩乾燥した。次に、200mLの無水1,2−トルエンをフラスコに添加し、系中のいかなる微量の水も共沸蒸留によって除去し、フラスコ中には僅かに40mLのトルエンしか残らなかった。フラスコが75℃まで冷却された時点で、0.912gの1,6−ジイソシアナートヘキサン(5.43×10−3mol)及び2滴のジブチルスズジラウレート(約8×10−3g)を順に添加した。この反応混合物を、窒素雰囲気下、60〜110℃で24〜48時間にわたって撹拌した。得られたコポリマーを、ジエチルエーテルから沈澱させ、クロロホルムに再溶解することによってさらに精製し、続いてメタノール及びジエチルエーテルの混合物中に沈澱させた。単離及び精製後の収率は、85%であった。
有利には、本明細書で開示される様々な実施形態に従って設計されたポリマーは、37℃で眼内腔と接触すると素早くゲルを形成する。さらにより有利には、本明細書で開示されるポリマーの実施形態が、眼の内部(又は、硝子体腔内)でゲル化することから、ポリマーは、眼の硝子体腔内に導入されて、眼科的障害を治療するための手術補助材として使用され、硝子体を置換し得る。本明細書で開示されるポリマーの実施形態は、したがって、眼の形状を維持するための硝子体代替物として用いることができ、内部タンポナーデ効果を提供する。それらは、網膜剥離、硝子体出血、網膜上膜、黄斑円孔、及び幹細胞移植などであるがこれらに限定されない眼の眼科的障害を治療するための硝子体切除における硝子体代替物として用いることができる。加えて、ポリマーの実施形態は、生分解されるまで、長い期間にわたって(すなわち、3〜6ヶ月間)眼内に維持可能である。さらに、ポリマーの実施形態は、透明であり、硝子体と同じ屈折率を有する。本明細書で開示されるポリマーの実施形態は、網膜に対する物理的支持を提供可能であり、内部タンポナーデとして作用する。
重要なことには、以下の例で示されるように、本明細書で開示されるポリマー/ゲルの実施形態は、本技術分野における従来の予備成形したヒドロゲルの固有の課題を克服する。
硝子体代替物としてのポリマーの適用
図1は、本明細書で開示される例としての実施形態に従う、網膜剥離の臨床的修復における硝子体代替物としてのポリマーの適用を示すための模式図100である。
図1の(A1)は、網膜裂孔のある網膜剥離を示す。硝子体は、網膜裂孔の前側の縁(anterior lip)に接着しており、牽引を引き起こしている。自然の硝子体は、符号102で表す。図1の(A2)は、中心部硝子体切除(硝子体の除去)を示す。図1の(A3)は、液−空気置換後の網膜裂孔周囲の眼内レーザー照射を示す。空気充填された硝子体腔は、符号104で示す。図1の(A4)は、内部タンポナーデを提供するための眼内へのサーモゲル106の注射を示す。図1の(A5)は、サーモゲル106が網膜を支持し、網膜レーザー照射部位で脈絡網膜癒着を発生させている様子を示す。図1の(A6)は、生分解後に、サーモゲルが硝子体様体108によって置換されている様子を示す。
ゲルは、経扁平部硝子体切除によって残留硝子体、さらには網膜牽引帯を除去した後、液体として眼に導入され(注射によって)、次に、硝子体腔内でゲル化する。網膜は、従来の手段によって再接着される。最初に硝子体液が空気で置換され(液空気置換)、続いてゲルが注射される。これらのゲルは、生分解性であり、したがって、術後期にそれらを除去するための第二の手術の必要がない。ゲルの堅牢性及び柔らかさのために、それらは、網膜構造に対する緩やかな支持を提供し、シリコーンオイル又は他の液体材料の使用に伴って見られることの多い(これらの材料と網膜との間に残されたデッドスペースに起因して)体液、細胞の蓄積、及びその後の膜形成を防止する。
例2:ポリマーの開発及び特性決定
本明細書で開示される様々な実施形態に従って設計されたヒドロゲルを、開発し、特性決定した。特性決定の試験から得られた結果を、以下に提供する。
i)振動応力掃引測定
振動応力掃引測定実験を、本明細書で開示される様々な実施に従って設計された例示的ヒドロゲルに対して行い、結果を図2に提供する。示されるように、ヒドロゲルの機械的存続性を、3桁の応力にわたって維持することができる。
ii)温度及びポリマー濃度に対する粘度の依存性
図3は、温度及びポリマー濃度の変動による、本明細書で開示される様々な実施形態に従って設計された例示的ヒドロゲルの粘度の変化を示す。示されるように、粘度は、(1)個々の成分の比を変動させることによって、又は(2)溶液中のポリマー濃度を変動させることによって調節することができる。
iii)pH7.4及び37℃で測定したヒドロゲル(BSS中)の質量減少率(%)
図4は、平衡塩類溶液(BSS)中、pH7.4及び37℃で測定した場合の、本明細書で開示される様々な実施形態に従って設計された例示的ヒドロゲルの質量減少率(単位は%)の変化を示す。分解時間は、特定のいずれの臨床的適用にも合わせて変動可能である。例えば、ヒドロゲルは、網膜剥離(RD)修復のための短期的、中期的、又は長期的タンポナーデとして設計、開発することができる。
iv)熱ゲル化溶液の表面張力
水中に3%(重量/体積)、5%(重量/体積)、及び7%(重量/体積)のゲルを有する熱ゲル化溶液のそれぞれの表面張力を、それぞれ24℃及び37℃の特定の温度でDuNouyリングを備えた表面張力計で測定した。熱ゲル化溶液において、PEG:PPGの比は、4:1であり、PCLの濃度は、ポリマーの1重量%である。結果を図5に示す。
v)粘度温度勾配
図6は、せん断速度=1.25秒−1及び温度勾配=3℃/分で測定された、水中に3%(重量/体積)、5%(重量/体積)、及び7%(重量/体積)のゲルを有する熱ゲル化溶液の様々な温度での粘度の変化を示す。熱ゲル化水溶液において、PEG:PPGの比は、4:1であり、PCLの濃度は、ポリマーの1重量%である。
示されるように、3%(重量/体積)ポリマーに対する37℃での熱ゲル化溶液の粘度は、8.3Pa・sであり、5%(重量/体積)ポリマーに対する37℃での熱ゲル化溶液の粘度は、38.8Pa・sであり、7%(重量/体積)ポリマーに対する37℃での熱ゲル化溶液の粘度は、107Pa・sである。
vi)熱ゲル化溶液の導電率
水中に3%(重量/体積)、5%(重量/体積)、及び7%(重量/体積)のゲルを有する熱ゲル化溶液のそれぞれの導電率を、pH調節後(7.2〜7.3)、それぞれ24℃及び37℃の特定の温度で測定した。エンドゾルバッファーのpHは、7.6である。熱ゲル化溶液において、PEG:PPGの比は、4:1であり、PCLの濃度は、ポリマーの1重量%である。結果を図7に示す。
vii)温度勾配
水中に3%(重量/体積)、5%(重量/体積)、及び7%(重量/体積)のゲルを有する熱ゲル化溶液の温度依存性を、歪み=1%、周波数=1Hz、及び温度勾配=3℃/分で測定した。熱ゲル化水溶液において、PEG:PPGの比は、4:1であり、PCLの濃度は、ポリマーの1重量%である。
3%(重量/体積)ポリマーの場合、交差弾性率(modulus crossover mod)は、約3.018Paであり、温度は、約27.7℃であり、37℃でのG’は、8.2Paである。5%(重量/体積)ポリマーの場合、交差弾性率は、約11.64Paであり、温度は、約18.8℃であり、37℃でのG’は、184Paである。7%(重量/体積)ポリマーの場合、交差弾性率は、約14.79Paであり、温度は、約16.3℃であり、37℃でのG’は、448Paである。分かるように、溶液中のポリマーの濃度が上昇すると、37℃でのゲルの貯蔵弾性率が高まる結果となった。
viii)歪み振幅掃引
歪み振幅掃引実験を、水中に3%(重量/体積)、5%(重量/体積)、及び7%(重量/体積)のゲルを有する熱ゲル化溶液に対して、それぞれ25℃及び37℃の特定の温度で行った。熱ゲル化水溶液において、PEG:PPGの比は、4:1であり、PCLの濃度は、ポリマーの1重量%である。
異なる濃度の熱ゲル化溶液は、10〜100%の大きい振幅振動であっても、歪みの変化による影響を受けておらず、したがって、本明細書で開示される様々な実施形態に従って設計されたヒドロゲルは、高歪み時にも巨視的な崩壊を起こさない安定なゲルであることを示している。
ix)周波数掃引
周波数掃引実験を、水中に3%(重量/体積)、5%(重量/体積)、及び7%(重量/体積)のゲルを有する熱ゲル化溶液に対して、それぞれ25℃及び37℃の特定の温度で行った。熱ゲル化水溶液において、PEG:PPGの比は、4:1であり、PCLの濃度は、ポリマーの1重量%である。
x)誘導結合プラズマ質量分析を用いた元素分析
10重量%ポリマーのサンプルを、誘導結合プラズマ質量分析(ICP−MS)のためにTUV SUD PSB Pte.Ltd.に送付した。サンプルを水に溶解し、続いてICP−MSを用いて元素分析した。表2は、TUV SUDによって提供されたICP−MSの結果を示す。
結果から、本明細書で開示される様々な実施形態に従って開発されたポリマー中には、重金属が存在しないことが示された。
xi)残留有機溶媒試験
10重量%ポリマーのサンプルを、残留有機溶媒試験のためにTUV SUD PSB Pte Ltdに送付した。およそ1グラムのサンプルを、20mlのガラスバイアル中に密封し、90℃で20分間加熱し、その後水素炎イオン化検出器を備えたヘッドスペースガスクロマトグラフ(GC−FID)によって分析した。表3は、TUV SUDによって提供されたGC−FIDの結果を示す。
結果から、本明細書で開示される様々な実施形態に従って開発されたポリマー中には、溶媒不純物が存在しないことが示された。
例3:ポリマーの生体適合性
本明細書で開示される様々な実施形態に従って設計されたポリマーの生体適合性を評価するために、生体外及び生体内試験を行った。以下の例で示されるように、ヒドロゲルは、生体適合性(眼内において)であり、したがって、眼科的使用に適している。
i)生体外試験:ARPE−19細胞に対する細胞生存率試験
希釈ゲル溶液を、96ウェルプレート上のコンフルエントな網膜色素上皮ARPE−19細胞(ヒト細胞株)に適用し、24時間インキュベートした。MTTアッセイによって細胞生存率試験を行った。簡潔に述べると、MTTアッセイの前に、培養物を新しい培地で置換する。10μlのMTT溶液(5mg/ml)を各ウェルに添加し、37℃で4時間インキュベートした。MTT溶液の除去後、100μlのDMSOを各ウェルに添加してホルマザン結晶を溶解した。プレートを、室温で10分間暗所に保持し、その後、分光光度計を用いて570nmでの吸光度を読み取った。生体外試験に用いたゲル溶液は、(1)水中の5%(重量/体積)PEG/PPG/PCLコポリマーゲル、(2)水中の5%(重量/体積)PEG/PPG/PHBコポリマーゲル、及び(3)水中の20%(重量/体積)PEG/PPGコポリマーゲルである。ゲル溶液は、それぞれ1:1、1:2、1:4、1:10、及び1:20の希釈率で、BSS溶液を用いて希釈した。結果を図8に示す。
示されるように、ゲル群間で細胞生存率の差はない。すべての群での平均生存率は、80.87±12.61%であった。
ii)生体内試験
生体内試験では、22体のアルビノウサギを用いた。硝子体切除し、(0.5〜1.0ml)サーモゲルを実験用の眼に注射した。硝子体切除し、平衡塩類溶液(BSS)を充填した眼を、コントロールとして用いた。スリットランプ、スペクトルドメイン光干渉断層撮影法(SD−OCT)、カラー眼底などのイメージング、並びに網膜電図検査(ERG)、及び眼内圧(IOP)などの機能試験を行うことを含む、3ヶ月フォローアップの生体内試験を行った。
(a)眼内圧(IOP)測定
IOP測定に用いたサーモゲルは、(1)PEG/PPG/PCLコポリマー、(2)PEG/PPG/PHBコポリマー、及び(3)PEG/PPGである。コントロールとしてはBSSを用いた。測定は28日間にわたって行い、結果を図9に示す。
示されるように、IOP測定値は、正常範囲内に維持された(8.4〜13.9mmHg)。平均値は、11.2±2.6mmHgであった。
(b)pH調節なしの場合のヒドロゲルの生体適合性
ウサギに対するスリットランプ検査時に撮影した画像を図10に提供する。手術の1週間後に網膜剥離が発生したことが示される。
手術後第1日:
−炎症の徴候なし
−サーモゲルは光学的に透明
−POD1では、眼底は網膜と接着
手術後第7日:
−網膜は自然に剥離(図10の白矢印で示される)
手術後第14日:
−網膜剥離が拡大(図10の白矢印で示される)
(c)pH調節ありの場合のヒドロゲルの生体適合性(pH7.2〜7.4)
手術の1ヶ月後のSD−OCT
手術の1ヶ月後に撮影したウサギの眼のスペクトルドメイン光干渉断層撮影法(SD−OCT)画像を、図11に提供する。SD−OCT画像及び組織学的検査を図12に提供する。
SD−OCT画像は、BSSコントロール及びサーモゲルを充填した眼において、網膜層を示す正常な反射帯を示した。ヘマトキシリン・エオシン染色(H&E染色)後の組織学的検査で、正常な網膜構造が見られた。
暗順応網膜電図(ERG)
ウサギの眼の暗順応網膜電図を図13に提供する。手術後の網膜電図(ERG)で、b波の低下が観察され、それは、3ヶ月後まで、ゆっくり回復していた。硝子体切除及びサーモゲル置換の3ヶ月後のウサギにおける暗順応及び明順応ERGの波形は、正常な網膜構造及び網膜機能の両方を示した。
例4:EPCサーモゲルの生体適合性の実証
図14は、本明細書で開示される様々な実施形態に従って設計されたポリマーの生体適合性/無毒性を実証するための実験設定を示す模式的フローチャート200である。工程202では、25℃から37℃への温度変化で、ゾルゲル転移が発生している。ゾル状態のポリマー210は、37℃で素早くサーモゲル212を形成し、25℃に冷却すると、転移してその元の状態210に戻ることができる。工程204では、サーモゲル212が、網膜色素上皮(RPE)細胞に適用され、前記細胞214に対して細胞生存率試験が行われる。工程206では、硝子体切除の過程で、サーモゲル212が、ウサギの眼216に注射される。工程208では、ウサギの眼は、手術後少なくとも6ヶ月までフォローアップされる。
EPCサーモゲル
以下の例4、5、及び6では、開発したコポリマーサーモゲルは、ウレタン結合を介して一緒に結合された親水性PEG、感熱性ポリプロピレングリコール)(PPG)、及び疎水性生分解性ポリ(ε−カプロラクトン)(PCL)セグメントから成る(以降「EPC」と称する)。PEG:PPGの比は、4:1であり、PCLの濃度は、EPCポリマーの1重量%である。
EPCサーモゲルのレオロジー特性
異なる濃度(3重量%、7重量%、12重量%)のサーモゲルのゾルゲル転移特性を、レオロジー分析によって特性決定した。
図15A〜15Cに示すように、貯蔵弾性率及び損失弾性率(G’及びG’’)を、10℃〜70℃で特定した。3〜12重量%のEPC濃度の範囲において、ゲル化温度は、27.7℃から12.3℃に低下している。
溶液の複素粘度を、振動温度掃引実験で特定した(図15D)。ゲル状態では、EPCサーモゲルは、シリコーンオイルよりも高い複素粘度を示す。
溶液の表面張力測定を、特定の温度でDuNouyリングを用いた表面張力計で行った(図15E)。EPC−12%は、粘度が高過ぎて試験を行うことができなかった。データは、10〜30のデータ点の平均±SDを表す。スチューデントt検定を用いて統計分析を行った。#p<0.05、24℃のエンドゾルバッファーと比較。p<0.05、37℃のエンドゾルバッファーと比較。
掃引実験から特定された溶液の膨張対抗力(N)を、10〜50℃の温度にわたって示した(図15F)。膨張対抗力は、全体として温度と共に増加し、37℃では、EPC12%(2.031N)>EPC7%(0.843N)>EPC3%(−0.066N)、シリコンオイル(−0.023N)である。
振動周波数掃引及び振動振幅掃引実験も行った(図16及び図17)。図16は、それぞれ25℃及び37℃の両方の温度での、0.1〜100%歪みにおける3重量%、7重量%、及び12重量%の濃度の熱ゲル化溶液の歪み振幅掃引を示す。図17は、それぞれ25℃及び37℃の両方の温度での、0.1〜100Hzにおける3重量%、7重量%、及び12重量%の濃度の熱ゲル化溶液の周波数掃引を示す。
EPCサーモゲルの生体内生体適合性
EPCサーモゲルの生体内生体適合性を、ニュージーランドホワイト種(NZW)ウサギの眼科手術モデルを用いて実証した。23ゲージ中心部硝子体切除を、NZWウサギに対して行い、25眼にゾル状態のEPCサーモゲルを注射した。すべてのEPCサーモゲルについて、硝子体網膜手術の過程で、硝子体内でゲルをin−situ形成したことが観察された。これらのウサギを、手術後6ヶ月まで、考え得る合併症についてフォローアップした。
ゲル充填した眼を調べると、透明な角膜及びレンズが存在し、正常な網膜外観及び正常な眼内圧(IOP)であった。加えて、ヘマトキシリン・エオシン(H&E)染色では、正常な網膜構造が保存されていた。
図18は、手術後の第7日に、異なるヒドロゲルが移植された生きたウサギの生体イメージングを示す。スリットランプ写真から、前眼房の炎症はほんの僅かであり(カラムB1〜E1参照)、白内障形成はなく(カラムB2〜E2参照)、硝子体腔内のヒドロゲルは光学的に透明であることが示される。視神経乳頭及び網膜血管構造は、正常に見える(カラムB3〜E3参照)。白線は、SD−OCT画像を撮影した位置を示す(視神経乳頭より上側に1〜2視神経乳頭分の距離)。SD−OCT画像で観察されるように、3つの濃度(3重量%、7重量%、及び12重量%)のEPCヒドロゲルを移植したウサギはすべて、正常な網膜構造を有している(カラムD4、E4参照)。
図19は、EPCゲル移植の3か月後におけるウサギの生体イメージング及び生体外網膜分析を示す。第一のカラム(A1、B1、及びD1)では、手術を受けていないウサギ、BSSコントロールの手術を受けたウサギ、及びEPC7%サーモゲルの手術を受けたウサギのスリットランプ画像は、著しい炎症も白内障形成も示していなかった。第二のカラム(A2、B2、及びD2)では、眼底画像は、すべての群において正常な視神経乳頭外観及び血管形態を示していた。第三のカラム(A3、B3、及びD3)では、正常な光干渉断層撮影法(OCT)画像が、3つの群すべてにおいて得られた。ヘマトキシリン・エオシン(H&E)組織学的分析を、3つの群すべてにおいて行い、第四のカラム(A4、B4、及びD4)に示されるように、正常であった。
網膜の生体内機能評価を網膜電図検査(ERG)によって行い、1ヶ月での暗順応b波及び明順応30Hzフリッカー応答の緩やかな低下を示し、並びに3ヶ月までの完全な回復を示し、それは6ヶ月でも維持された(図20)。EPC7%ゲルを移植したウサギの眼では、1ヶ月において、暗順応b波振幅及び30HzフリッカーERG振幅の僅かに緩やかな低下が見られたが、3ヶ月までに正常と比較して完全に回復した。
例5:タンポナーデ材としての適切性及び有効性の確認
手術非ヒト霊長類(NHP)網膜剥離モデルにおいて、内部タンポナーデ材としての適切性及び有効性を確認した。
簡潔に述べると、2体のNHPで網膜剥離を誘導し、続いて網膜剥離修復及び硝子体腔へのゲルの注射完全充填(およそ1.5〜2.0ml)を行った。
EPCサーモゲルの移植後の眼内圧(IOP)を、図21に提供する。図21Aは、ウサギにおけるIOPフォローアップを示す。手術を受けていないウサギの眼の平均IOPは、14.3±1.8mmHg(10.6〜16.4mmHgの範囲)である。3%及7%EPCサーモゲルを移植したウサギの平均IOPは、正常限界内である(13.5±2.6mmHg、7.6〜18mmHgの範囲)。図21Bは、2体のNHPにおけるIOPフォローアップを示す。EPC7%を移植した両方の眼のIOPは、正常限界内に維持されていた(12〜17mmHgの範囲)。
非ヒト霊長類(NHP)手術網膜剥離モデルによって、EPC7%サーモゲルが有効なエンドタンポナーデであることが実証された。図22Aに示されるように、眼科画像を、網膜剥離手術の3ヶ月後(画像A1〜A6参照)及び12ヶ月後(画像B1〜B6参照)に撮影した。EPC7%を充填した眼のカラー眼底画像は、透明な硝子体、接着された網膜、及び医原性網膜裂孔周囲の脈絡網膜癒着の形成を示した(A1及びB1において白矢印で示した)。蛍光血管造影画像は、まったく漏出のない正常な網膜血管構造を示している(A2及びB2は、フルオレセイン注射後30秒以内に撮影し、一方A3及びB3は、10分後に撮影した)。自己蛍光画像(SLOを用いた網膜色素上皮(RPE)のレベルでの青色レーザー光に対するリポフスチンの自己蛍光のイメージング)は、網膜裂孔のレーザー照射領域を取り囲む正常な網膜を示した(A4及びB4において白矢印で示した)。網膜裂孔の部位で得たSD−OCTスキャン(A4及びB4において白線で示した)は、3ヶ月(A5)及び12ヶ月(B5)の両方で、充分な脈絡網膜癒着、及びそれを取り囲む平坦な(再接着した)網膜を示した。黄班のSD−OCTスキャン(A4及びB4において白線で示した)は、3ヶ月(A6)及び12ヶ月(B6)で、正常な中心窩輪郭及び網膜構造の両方を示した。フルフィールドERGは、手術後1ヶ月では、杆体よりも多い錐体の軽度の機能障害を示したが、3ヶ月には大きく回復し、12ヶ月までには完全に回復した。図22B(1)では、ERGパターンは、12ヶ月において、ベースラインと比較して正常な波形をEPC−7%ゲルを充填した眼で示しており、正常な黄班機能と一致していた。図22B(2)では、EPC−7%を充填した眼の黄班のH&E分析(図22B(3−1))は、図22B(3−2)に示されるコントロールと比較して正常である。図22B(3−1)及び図22B(3−2)の挿入図は、黄班構造の概観を示し、スケールバー=50μmである。
図23Aは、手術の1ヶ月後において、網膜が平坦であり、ヒドロゲルが無傷であることを示している。図23BのSD−OCT画像から、網膜の再接着が確認された。
手術後3ヶ月において、硝子体腔は、光学的に透明に維持されていた。前眼部の炎症又は白内障形成の徴候はなかった。重要なことには、IOPが、12〜17mmHgの正常範囲内に維持されていた(図21B)。さらに、12ヶ月において網膜が接着した状態で維持されており、これは、NHPに強制することはできない厳密な腹臥位とすることなく実現された。このことは、本発明で開示されるゲルが、ガス又はオイルによる場合のように浮力に依存する必要なしに、表面張力及び膨張対抗力を通して有効な内部タンポナーデとして機能する能力を実証するものである。
3ヶ月及び12ヶ月の両方における黄班の生きた状態での生体内OCTイメージングは、正常な網膜構造を示し、網膜切除部位は治癒していた。手術後1ヶ月では、ERGにおいて、軽度の錐体及び杆体の機能障害がフルフィールドERGに存在していたが、3ヶ月までに劇的な回復を、及び12ヶ月までに完全な回復を示した。ERGパターンは、12ヶ月で正常な波形を示し、正常な黄班機能と一致していた。ヘマトキシリン・エオシン(H&E)染色した組織の組織学的分析から、コントロールと比較して、ゲルを充填した眼の正常な黄班構造が示された。
例6:EPCサーモゲルの生分解性の実証
手術の3ヶ月後に眼球除去したウサギの眼球を解剖すると、自然の硝子体に類似の堅牢性を有する硝子体様体が形成されていた(図24)。生分解特性と一致して、3ヶ月までにゲルがもはや存在しないことを示すために、ゲルポリマーは、質量分析(MS)(図25)又は核磁気共鳴(NMR)(図26)によって、3ヶ月で検出されていない。
質量分析に基づくプロテオミクス解析を行って、この硝子体様材料を特性決定した。自然の硝子体中に識別される1177のタンパク質のうち、924のタンパク質が、移植の6か月後のゲル誘導硝子体様体中にも識別され、両者の間の類似性がより高く示された。
自然、EPC再形成、及びBSSコントロールのプロテオームにわたる、ラベルフリー定量(LFQ)強度に基づく最大から最小までのランク付けしたタンパク質存在量の比較を、図27に提供する。3つの反復サンプルにわたって信頼性高く定量されたタンパク質のみを可視化した。挿入図は、タンパク質強度に従う各群におけるトップ10のタンパク質を示す。
自然の硝子体及び手術コントロールと比較した、EPC再形成硝子体様体における公知の硝子体構造成分の発現を示すヒートマップを、図28に提供する。
当業者であれば、広く記載した本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、本明細書で開示される実施形態に対して他の変更及び/又は改変が成されてよいことは理解される。例えば、本明細書の記述において、異なる例示的実施形態の特徴について、異なる例示的実施形態にわたって混合、組み合わせ、交換、組み込み、適合、改変、包含などが成されてよい。本発明の実施形態は、したがって、あらゆる点において、限定的ではなく、例示的として見なされるべきである。

Claims (25)

  1. マルチブロック熱ゲル化ポリマーを含む材料であって、前記マルチブロック熱ゲル化ポリマーは、親水性ポリマーブロック、感熱性ポリマーブロック、及び疎水性ポリマーブロックを含み、
    前記親水性ポリマーブロック、前記感熱性ポリマーブロック、及び前記疎水性ポリマーブロックは、ウレタン/カルバメート結合、カーボネート結合、エステル結合、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって化学的に一緒にカップリングされており、
    並びに、前記材料は、硝子体代替物として用いるのに適している、
    材料。
  2. 前記親水性ポリマーブロック及び前記感熱性ポリマーブロックが、各々、ポリ(アルキレングリコール)を含む、請求項1に記載の材料。
  3. 前記親水性ポリマーブロックの前記ポリ(アルキレングリコール)が、前記感熱性ポリマーブロックの前記ポリ(アルキレングリコール)と異なる、請求項2に記載の材料。
  4. 前記親水性ポリマーブロックが、ポリ(エチレングリコール)を含み、前記感熱性ポリマーブロックが、ポリ(プロピレングリコール)を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の材料。
  5. 前記疎水性ポリマーブロックが、ポリエステルを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の材料。
  6. 前記疎水性ポリマーブロックが、ポリ(カプロラクトン)を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の材料。
  7. 前記親水性ポリマーブロックの前記感熱性ポリマーブロックに対するモル比が、1:1〜10:1の範囲内である、請求項1から6のいずれか一項に記載の材料。
  8. 前記疎水性ポリマーブロックが、前記マルチブロック熱ゲル化ポリマーの1重量%〜10重量%の量で存在する、請求項1から7のいずれか一項に記載の材料。
  9. 前記材料が、水性媒体中に1重量/体積%〜30重量/体積%の前記マルチブロック熱ゲル化ポリマーを含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の材料。
  10. 前記材料が、60重量%超の高い含水率を有する、請求項1から9のいずれか一項に記載の材料。
  11. 前記材料が、7.1〜7.7の範囲内のpH値を有する、請求項1から10のいずれか一項に記載の材料。
  12. 前記材料が、20℃〜30℃の範囲内に入る温度では、流動性状態であり、36℃〜40℃の範囲内に入る温度では、非流動性ゲル様状態である、請求項1から11のいずれか一項に記載の材料。
  13. 前記材料が、実質的に透明である、請求項1から12のいずれか一項に記載の材料。
  14. 前記材料が、1.20〜1.48の範囲内に入る屈折率を有する、請求項1から13のいずれか一項に記載の材料。
  15. 前記生体材料が、実質的に金属を含まない、請求項1から14のいずれか一項に記載の材料。
  16. 請求項1から15のいずれか一項に記載の材料を製造する方法であって、
    1又は複数の親水性ポリマー、1又は複数の感熱性ポリマー、及び1又は複数の疎水性ポリマーを、前記親水性ポリマーブロック、前記感熱性ポリマーブロック、及び前記疎水性ポリマーブロックがウレタン/カルバメート結合、カーボネート結合、エステル結合、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって化学的に一緒にカップリングされるように一緒にカップリングして、マルチブロックポリマーを形成すること、
    を含む、方法。
  17. 前記1又は複数の親水性ブロック、1又は複数の感熱性ブロック、及び1又は複数の疎水性ブロックが、1〜10:1:0.01〜1.5のモル比で混合される、請求項16に記載の方法。
  18. 前記混合工程が、70℃〜150℃の範囲内の高められた温度で行われる、請求項17に記載の方法。
  19. 前記混合工程が、少なくとも12時間にわたって行われる、請求項17〜18のいずれか一項に記載の方法。
  20. 前記カップリング工程が、カップリング剤の存在下で行われ、前記カップリング剤は、少なくとも2つのイソシアネート官能基を含有するイソシアネートモノマーを含む、請求項16〜19のいずれか一項に記載の方法。
  21. 前記カップリング剤が、ヘキサメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、ドデシレンジイソシアネート、トリレン2,4−ジイソシアネート、及びトリレン2,6−ジイソシアネートから成る群より選択されるジイソシアネートである、請求項20に記載の方法。
  22. 前記カップリング工程が、トルエン、ベンゼン、及びキシレンから成る群より選択される無水溶媒の存在下で行われる、請求項16〜21のいずれか一項に記載の方法。
  23. 前記カップリング工程が、アルキルスズ化合物、アリールスズ化合物、及びジアルキルスズジエステルから成る群より選択されるスズ触媒の存在下で行われる、請求項16〜22のいずれか一項に記載の方法。
  24. 前記方法がさらに、
    不純物から前記マルチブロックポリマーを取り出すこと、及び
    前記マルチブロックポリマーを水性媒体中に溶解して、マルチブロック熱ゲル化ポリマーを形成すること、
    を含む、請求項16〜23のいずれか一項に記載の方法。
  25. 請求項1〜15のいずれか一項に記載の材料を含む合成硝子体又はその部分。
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