JP2020526240A - 感光性アレイ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
本発明に係る「感光性アレイ」は、基材内又は基材上に配された少なくとも1つの感光性要素(「チップ」)、好ましくは少なくとも2つの感光性要素のアレイを含む又はからなる。換言すれば、本発明に係る「アレイ」又は「感光性アレイ」は、好ましくは、基材内又は基材上に配された少なくとも2つの感光性要素(チップ)の存在を特徴とする。各感光性要素(チップ)は、感光性要素の上又は中に(画素)アレイ状に配された少なくとも1つの画素又は好ましくは複数の画素を含む。
本明細書に記載の本発明の電気刺激(好ましくは感光性)アレイは、適切な基材(及び任意に更にコーティング)を含む。
・本明細書に記載される複数の電気刺激(好ましくは感光性)要素の送達を促進する。
・個別に移植された平らなチップに比較して、非平面/曲線/不規則な形状(例えば、眼の形状)によりよく適合する。
・より多くの画素を提供するためにタイリングすることにより、電気刺激(好ましくは感光性)要素の利益/機能性を最適化する。
・電気刺激(好ましくは感光性)要素の取り扱いを容易にし、前記要素への損傷を避ける。
・身体構造又は組織との接触を容易にし、外傷を避ける。
・薬物送達及び補完療法に使用できる。
・アレイの前側と後側を区別できるので、製造及び特に移植中の取り扱いを容易にする。
・最適化された治療結果及び/又は特定の適用分野のために、電気刺激(好ましくは感光性)要素を所望のパターンで配することができる。
基材
本発明に係る「支持された」アレイでは、電気刺激(好ましくは感光性)要素は、支持層、特にフィルム又は膜として構成される適切な基材上に配されることが好ましい。
本発明の電気刺激(好ましくは感光性)アレイ、特に本明細書に記載の支持されたアレイは、適切なコーティング材料で更にコーティングされてもよい。前記コーティング材料は、更なる機能性又は有利な特性をアレイに付与し得る。例えば、コーティング材料に治療剤又は細胞を提供してもよい。柔軟で、粘性があり、可撓性のあるコーティングは、更に、脆弱な電気刺激(好ましくは感光性)要素を損傷から保護し、移植中又は移植後の繊細な標的細胞/組織の機械的ストレス又は外傷を避けることができる。コーティングは、連続(即ち、支持されたアレイを完全に被覆する/囲む)又は不連続(即ち、支持されたアレイの一部のみを被覆する)であってもよい。コーティングは、好ましくは、生体適合性及び生分解性であることができる。コーティングは、好ましくは、非導電性であることができる。コーティングは、電流が刺激電極から標的細胞/組織に流れることを可能にするノッチ又は穴を有することができる。コーティングは、任意に基材とは独立して、不透明、半透明、又は透明であることができる。コーティングは、着色されてもよく、その上面と下面が異なる色で着色されてもよい。
基材
本発明に係る「埋め込まれた」アレイにおいては、電気刺激(好ましくは感光性)要素は、好ましくは、前記感光性要素を囲むカプセルとして構成される適切な基材に配される。
支持されたアレイと同様に、埋め込まれたアレイを適切なコーティング材料で更にコーティングしてもよい。適切なコーティング材料としては、本明細書において「カプセル」材料として例示される材料を挙げることができる。したがって、適切なコーティング材料は、コラーゲン、ポリイミド、パリレン、ヒアルロン酸、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリ(乳酸)(PLA)、ポリグリコール酸(PGA)、ポリ(ラクチド−コ−グリコール酸)(PLGA)、ゼラチン、ヒドロゲル、又はバイオ接着剤から選択することができる。前記コーティング材料は、更なる機能性又は有利な特性をアレイに付与し得る。例えば、コーティング材料に治療剤又は細胞を提供してもよい。柔軟で、粘性があり、可撓性のあるコーティングは、更に、脆弱な電気刺激(好ましくは感光性)要素を損傷から保護し、移植中又は移植後の繊細な標的細胞/組織の機械的ストレス又は外傷を避けることができる。コーティングは、連続(即ち、埋め込まれたアレイを完全に被覆する/囲む)又は不連続(即ち、埋め込まれたアレイの一部のみを被覆する)であってもよい。コーティングは、基材の文脈において本明細書に記載されるように、好ましくは、生体適合性であり、任意に生分解性であることができる。コーティングは、好ましくは、非導電性であることができる。コーティングは、ノッチ又は穴を有することができる。コーティングは、任意に基材とは独立して、不透明、半透明、又は透明であることができる。コーティングは、着色されてもよく、その上面と下面が異なる色で着色されてもよい。
本発明アレイとその要素−即ち、少なくとも1つの電気刺激(好ましくは感光性)要素及びその基材−は、その所望の適用可能性(例えば、網膜インプラントとして)を可能にし、好ましくは本明細書に例示する有益な特性の少なくとも1つを示す任意の適切な方法で組み立てられる又は構成されることができる。用語「アレイ設計」は、特に、(1)基材内又は基材上の電気刺激(好ましくは感光性)要素の配列、及び(2)結果として得られるアレイの形状又は形態(通常、相互に依存し得る)を意味する。
本発明アレイは、好ましくは、複数の少なくとも2つの電気刺激(好ましくは感光性)要素(又は「チップ」)を含むことができる。好ましくは、本発明アレイは、少なくとも2個、3個、又は4個の電気刺激(好ましくは感光性)要素を含むことができる。前記電気刺激(好ましくは感光性)要素は、それらが所望の機能を発揮できる方法で、前記基材内又は前記基材上に配することができる。
本発明アレイ自体は、その製造並びに意図される使用及び機能(例えば、網膜インプラントとして)を好ましくは容易にする任意の形状を有することができる。一般に、アレイの形状は、電気刺激(好ましくは感光性)要素の配列に適合してもしなくてもよい(例えば、実質的に線形状、円形状、三角形状、四角形状、五角形状、六角形状、七角形状、又は八角形状、ハニカムパターン、グリッドパターン、又は任意/非対称)に配することができる)。したがって、本発明に係る感光性アレイは、実質的に線形状、円形状、楕円形状、三角形状、四角形状、五角形状、六角形状、七角形状、八角形状、又は非対称の形状を有することができる。
本発明は、感光性要素を含む感光性アレイを提供する。本発明アレイに含まれる「感光性要素」は、好ましくは、少なくとも1つのダイオードを含む少なくとも1つの「画素」、刺激電極、並びに、好ましくは対向電極及び抵抗体を含む。好ましくは、前記抵抗体は、刺激電極と対向電極との間に設けることができる。ダイオードと抵抗体は、好ましくは、電気的に互いに並列に接続することができる。個々の画素は、画素アレイ状に配列できる。これらの特定の領域を互いに分離させるために、画素の個々のダイオード間及び/又は画素アレイの画素間に溝を設けることができる。電気的接続を確立するために、ダイオードと電極との間の電気的接点を設けることができる。したがって、本発明アレイの感光性要素は、刺激(又は「作用」)電極、並びに任意に対向(又は「リターン」)電極及び電極間の電気回路に設けられた(シャント)抵抗体を含む。抵抗体の抵抗は、好ましくは、例えば、本明細書に記載される、抵抗、刺激電極のサイズ、及び少なくとも1つのダイオードのサイズの所定の関係にしたがって決定することができる。
本発明アレイの電気刺激(好ましくは感光性)要素はそれぞれ、好ましくは、前記要素の刺激電極と対向電極との間に好ましくは配された抵抗体を含むことができる。抵抗体は、好ましくは、前記画素のダイオードに並列に電気的に接続される。抵抗体は、シャント抵抗体、巻かれた抵抗体(wrapped resistor)、又は別のタイプの抵抗体(例えば、不定抵抗(indefinite resistance)を有する抵抗体)であることができるが、シャント抵抗体が好ましいことがある。適切な抵抗体の選択は、特に、本発明アレイの各電気刺激要素、好ましくは感光性要素(及びダイオード及びそれに含まれる電極)の画素のジオメトリに依存し得る。好ましい実施形態では、本発明の感光性アレイに含まれる感光性要素は、その全体を参照により本明細書に援用するWO2016/180517 A1に記載された感光性要素に対応する。別の好ましい実施形態では、本発明の感光性アレイに含まれる感光性要素は、その全体を参照により本明細書に援用するWO2016/180535A1に記載された感光性要素に対応する。
(フォト)ダイオードは、よく使用される光検出器である。これらは通常、p−n接合を含む半導体デバイスであり、多くの場合、n層とp層との間の真性(非ドープ)層である。真性層を有するダイオードは、p−i−n又はPINフォトダイオードと呼ばれる。空乏領域又は真性領域で吸収された光は、電子−正孔ペアを生成し、その大部分が電流(光電流)に寄与する。通常、(フォト)ダイオードで使用される半導体材料は、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ化リン化インジウムガリウム(InGaAsP)、及びヒ化インジウムガリウム(InGaAs)を含む。
本発明アレイを形成する電気刺激(好ましくは感光性)要素はそれぞれ、刺激電極(又は活性電極)を含み、刺激電極は、好ましくは、本発明アレイの移植時に関心のある身体部分(例えば、眼)における標的細胞/組織に電気刺激を伝達できるように構成及び配置される。したがって、刺激電極は、埋め込み後、上で定義したように、標的細胞/組織と接触して配置されることが好ましい(即ち、前記細胞/組織と直接接触してもしなくてもよい)。
本発明アレイの電気刺激(好ましくは感光性)要素は、刺激電極によって伝達される刺激信号のためのリターン電流経路を提供する対向電極(「リターン電極」又は「接地電極」とも呼ばれる)を更に含むことが好ましい。
本発明の好ましい実施形態においては、本発明アレイの電気刺激(好ましくは感光性)要素に好ましくは存在する抵抗体の抵抗の所定の関係は、次の関係にしたがって、「ダイオードサイズ」の「電極サイズ」に対する関係によって決定される。
Rは、(シャント)抵抗体の抵抗[kOhm]であり、
Dは、ダイオードサイズ[μm]であり、
Eは、電極サイズ[μm]であり、
mは、指数である。
Rは、シャント抵抗体の抵抗[kOhm]であり、
Eareaは、電極の有効電極面積[μm2]であり、
Dareaは、ダイオードの有効ダイオード面積[μm2]であり、
nは指数であり、
aは定数である。
本発明に係る電気刺激(好ましくは感光性)アレイは、更なる眼外又は眼内デバイスと共に使用することができる。
本発明の更なる態様は、本明細書に記載のアレイを製造するための方法に関する。この方法は、少なくとも、(1)好ましくは本明細書に記載される基材を提供する工程、(2)少なくとも2つの電気刺激(好ましくは感光性)要素(「インプラント」)を提供する工程であって、そのそれぞれが、少なくとも1つの刺激電極、対向電極、及び任意に少なくとも1つのダイオード及び/又は抵抗体を有する少なくとも1つの画素を含む工程(抵抗体の抵抗は、抵抗、刺激電極のサイズ、及びダイオードのサイズの所定の関係にしたがって選択されることが好ましい)、(3)前記基材内又は前記基材上に前記電気刺激(好ましくは感光性)要素を配する工程、(4)任意に、本明細書に記載のコーティング、上層、及び/又は治療剤を追加する工程を含む。
Rは、シャント抵抗体の抵抗[kOhm]であり、
Eareaは、電極の有効電極面積[μm2]であり、
Dareaは、ダイオードの有効ダイオード面積[μm2]であり、
nは指数であり、
aは定数である。
本発明に係る電気刺激アレイ、及び好ましくは感光性アレイは、関心のある身体部分の標的細胞又は組織、特に神経細胞を(電気的に)刺激することが想定される(したがって好ましくはそのように構成される)。この目的のために、本発明アレイは、関心のある組織又は身体部分に埋め込まれ、標的細胞又は組織(即ち、本発明アレイによって(電気的に)刺激される細胞又は組織)と接触して配され得る。用語「電気刺激アレイ」及び「感光性アレイ」は、埋め込み型及び非埋め込み型のアレイを含む。「接触して配される」は、本発明アレイが、好ましくは標的細胞又は組織の(電気)刺激することを可能にする方法で配されることを意味する。前記アレイによって生成される信号(電流)が好ましくは標的細胞又は組織に到達し刺激する限り、標的細胞/組織と本発明アレイとの間は、直接的接触又は間接的接触のいずれであってもよい。標的細胞/組織は、通常、アレイ(電気刺激アレイ又は感光アレイを含む)に隣接する又は囲む。
以下の実施例は、本発明に係る各種電気刺激(特に感光性の)アレイの製造方法について説明する。
パリレン
感光性要素を、プレート(例えば、プレート上のフィルムの接着を避けるためにPTFEプレートなど)上に、前記プレート上に電極側を下にして、一列に配置する。1〜10μmのパリレンCフィルムを、インプラントの後部に堆積させる(薄膜堆積)。パリレンフィルムを所望の形状にカットする。
オプション1:感光性要素を、例えば接着などによりポリイミドフィルム上に組み立てる。
オプション2:インプラントの製造プロセスにおいて、感光性要素をウエハ上のポリイミドの層に組み込む。
オプション3:ポリイミドのフィルムを、感光性要素の後部に堆積させる(薄膜堆積)。アレイを所望の形状にカットする。
感光性要素を、固定具(例えば、プレート上のフィルムの接着を避けるためのPTFE固定具など)に、前記固定具において電極側を下にして、一列に配置する。前記固定具は、所望の基材の形状で、インプラントの上部に空洞又は数ミクロンの深さを備えている必要がある。空洞内の感光性要素の後部には、最大100μmのポリマー接着剤のフィルムを堆積させる。接着剤は紫外線で硬化される。
最大100μmのPDMSのフィルムを、感光性要素の後部に堆積させ、硬化する。アレイを所望の形状にカットする。
コラーゲン
感光性要素を、非架橋コラーゲンに埋め込む。その後、架橋を誘導し、感光性要素の周りにコラーゲンの膜を形成する。
感光性要素を、粘性のあるヒアルロン酸に浸す。ヒアルロン酸に埋め込まれた感光性要素は、感光性要素を埋め込んでいるヒアルロン酸のドロップを流す(flushing)ことにより黄斑下に送達できる。
Claims (42)
- 感光性要素のアレイを含む感光性アレイであって、前記感光性要素が少なくとも1つの画素を含み、前記少なくとも1つの画素が、少なくとも1つのダイオード、刺激電極、並びに好ましくは対向電極及び抵抗体を有し、前記アレイが、基材内又は基材上に配された少なくとも2つの感光性要素を含むことを特徴とする感光性アレイ。
- 各感光性要素が、複数の画素アレイを含む請求項1に記載の感光性アレイ。
- 前記感光性要素が、感光性チップである請求項1から2のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記抵抗体の抵抗が、抵抗、前記刺激電極のサイズ、及び前記ダイオードのサイズの所定の関係にしたがって選択される請求項1から3のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記抵抗体の抵抗が、以下の式によって決定される請求項1から4のいずれかに記載の感光性アレイ。
Rは、前記抵抗体の抵抗であり、
Eareaは、電極面積であり、
Dareaは、有効ダイオード面積であり、
nは指数であり、
aは定数である。) - 2個、3個、又は4個の感光性要素のアレイを含む請求項1から5のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記少なくとも2つの感光性要素が、実質的に細長い形状、円形状、楕円形状、三角形状、四角形状、五角形状、六角形状、七角形状、又は八角形状の形状を有する請求項1から6のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記アレイが、少なくとも0mm、より好ましくは0.01mm、0.05mm、0.10mm、0.20mm、0.25mm、0.30mm、0.50mm、0.60mm、0.70mm、0.80mm、0.90mm、又は1.0mmの距離を置いて前記基材内又は前記基材上に配された少なくとも2つの感光性要素を含む請求項1から7のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記少なくとも2つの感光性要素が、(i)前記基材内に完全に又は部分的に埋め込まれている、又は(ii)任意に接着力又はバイオ接着剤により、前記基材に結合されている請求項1から8のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記少なくとも2つの感光性要素が、実質的に線形状、蛇行状、円形状、三角形状、四角形状、五角形状、六角形状、七角形状、八角形状に、規則的又は不規則的なタイリングパターン、ハニカムパターン、グリッドパターン、充填又は非充填パターン、均一又は不均一パターン、又は任意/非対称に、前記基材内又は前記基材上に配されている請求項1から9のいずれかに記載の感光性アレイ。
- コーティングを更に含む請求項1から10のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記コーティングが、連続又は不連続である請求項11に記載の感光性アレイ。
- 前記基材及び/又は任意に前記コーティングが、好ましくは(a)それが移植される身体の部分の形状に適合するのに十分に可撓性であり、(b)移植時及び/又は移植後に感光性インプラントの折り畳みを防ぐのに十分に剛性である材料から(実質的に)なる請求項1から12のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記基材及び/又は任意に前記コーティングが、生体適合性である請求項1から13のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記基材及び/又は任意に前記コーティングが、(本質的に)非導電性である請求項1から14のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記基材及び/又は任意に前記コーティングが、前記感光性要素の前記刺激電極が、周囲の標的細胞及び/又は組織を刺激できるように構成される請求項1から15のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記基材及び/又は任意に前記コーティングが、生分解性である請求項1から16のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記感光性要素上に配された上層を含む請求項1から17のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記基材、コーティング、及び/又は前記上層が、ノッチ又は穴を有する請求項1から18のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記基材、コーティング、及び/又は前記上層が、抗感染剤、抗炎症剤、遺伝子治療剤、及び治療細胞から任意に選択される少なくとも1つの活性剤を含む請求項1から19のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記基材及び/又は前記コーティングの上面及び下面が、異なる色で着色されている請求項1から20のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記基材が、その上に配された前記感光性要素を支持する層として構成される請求項1から21のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記基材が、フィルム又は膜として構成される請求項22に記載の感光性アレイ。
- 前記感光性要素が、前記基材の横方向のマージンの少なくとも1つを超えて延在する請求項22から23のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記基材が、少なくとも1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、又は10mm、好ましくは3mm〜7mmの長さを有する請求項22から24のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記基材が、少なくとも0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、又は1.5mm、好ましくは0.5mm〜1mmの幅を有する請求項22から25のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記基材が、1μm〜500μm、より好ましくは10μm〜200μm、最も好ましくは10μm〜100μm、特に好ましくは少なくとも10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、又は150μm、少なくとも0.1μm、0.5μm、1.0μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μmの厚みを有する請求項22から26のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記基材及び/又は前記上層が、パリレン、ポリイミド、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリエステル、又はポリ(乳酸)(PLA)、ポリ(グリコール酸)(PGA)、ポリ(ラクチド−コ−グリコール酸)(PLGA)、又はバイオ接着剤を含むポリマーから選択される材料を含む請求項18、19、22から26のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記基材が、前記感光性要素を封入するカプセルとして構成される請求項1から21のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記基材が、固体、ゲル、又は粘性流体である請求項29に記載の感光性アレイ。
- 前記基材及び/又は前記コーティングが、コラーゲン、ヒアルロン酸、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリ(乳酸)(PLA)、ポリ(グリコール酸)(PGA)、ポリ(ラクチド−コ−グリコール酸)(PLGA)、ゼラチン、ヒドロゲル、又はバイオ接着剤から選択される材料を含む請求項11、12、29、及び30のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記カプセルが、請求項31に記載の少なくとも2つの異なる材料から組み立てられている請求項29から31のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 好ましくは請求項22から27のいずれかに記載の層として構成された基材、、及び/又は好ましくは請求項29から31のいずれかに記載のカプセルとして構成された基材を含む請求項1から32のいずれかに記載の感光性アレイ。
- インプラント、好ましくは網膜インプラントとして使用するための請求項1から33のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記アレイが、2個、3個、4個、又はそれ以上の複数の感光性要素(50)のアレイを含み、各感光性要素(50)が、少なくとも1つ、好ましくは複数の画素アレイ(1)を含み、前記感光性要素(50)が、基材(20)上に配され、前記基材が、フィルム又は膜として構成される請求項1から34のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記基材(20)が、可撓性の生体適合性及び/又は非導電性材料からなり、前記材料が、好ましくはパリレン、ポリイミド、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリエステル、又はポリ(乳酸)(PLA)、ポリ(グリコール酸)(PGA)、ポリ(ラクチド−コ−グリコール酸)(PLGA)、又はバイオ接着剤を含むポリマーから選択される請求項35に記載の感光性アレイ。
- コーティング(22、22’)を更に含む請求項35から36のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記コーティングが、生分解性又は非生分解性材料、又はその両方からなり、前記材料が、任意に、コラーゲン、ヒアルロン酸、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリ(乳酸)(PLA)、ポリ(グリコール酸)(PGA)、ポリ(ラクチド−コ−グリコール酸)(PLGA)、ゼラチン、又はハイドロゲル、又はバイオ接着剤から選択される請求項35から37のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記アレイが、2個、3個、4個、又はそれ以上の複数の感光性要素(50)のアレイを含み、各感光性要素(50)が、少なくとも1つ、好ましくは複数の画素アレイ(1)を含み、前記要素(50)が、前記基材(20)内に配され、前記基材が、カプセルとして構成される請求項1から34のいずれかに記載の感光性アレイ。
- 前記基材(20)が、可撓性の生体適合性及び/又は非導電性材料からなり、前記材料が、好ましくは、コラーゲン、ヒアルロン酸、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリ(乳酸)(PLA)、ポリ(グリコール酸)(PGA)、ポリ(ラクチド−コ−グリコール酸)(PLGA)、ゼラチン、又はヒドロゲル、又はバイオ接着剤から選択される請求項39に記載の感光性アレイ。
- 請求項1から40のいずれかに記載の感光性アレイを製造するための方法であって、
(1)好ましくは請求項8から33のいずれかに定義される基材を提供することと、
(2)好ましくは請求項1から7のいずれかに定義される少なくとも2つの感光性要素を提供することと、
(3)前記感光性要素を前記基材内又は前記基材上に配することと、
(4)任意に、コーティング、上層、及び/又は治療剤を追加することとを含むことを特徴とする方法。 - 前記感光性要素が、(a)前記感光性要素を前記基材内に埋め込む、又は(b)任意に接着力又はバイオ接着剤によって、前記感光性要素を前記基材に結合させることにより、前記基材内又は前記基材上に配される請求項41に記載の方法。
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