JP2023037496A - Drug delivery device and method for producing the same - Google Patents

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拓也 宮崎
Takuya Miyazaki
バーテルメス ケヴィン
Barthelmes Kevin
清 池原
Kiyoshi Ikehara
亮 松元
Ryo Matsumoto
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Tokyo Medical and Dental University NUC
Kanagawa Institute of Industrial Science and Technology
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Tokyo Medical and Dental University NUC
Kanagawa Institute of Industrial Science and Technology
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Abstract

To provide a drug delivery device that includes a needle having sufficient mechanical strength, with reduced influence on drug delivery, and also has sufficient mechanical strength for puncturing.SOLUTION: A microneedle 10 has a base part 100 and at least one needle 110 supported by the base part 100. The base part 100 and the needle 110 comprise a porous body comprising a polymer, and a gel composition that is filled in the gap portion of the porous body, can carry a drug and has permeability for the drug.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、薬剤を担持することのできるニードルを有する薬剤送達デバイスおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a drug delivery device having a needle capable of carrying a drug and a method of manufacturing the same.

薬剤を経皮的に投与するデバイスとしてマイクロニードルが知られている。マイクロニードルは、例えば特許文献1に開示されるように、投与する薬剤を担持した長さが1mm以下の複数のニードルをアレイ状に配列したパッチとして提供され、皮膚表面に貼付することでニードルを経由して薬剤が送達されるように構成される。そのため、マイクロニードルは、低侵襲的に、かつ長時間にわたって連続的に薬剤を投与できるという特徴を有している。 A microneedle is known as a device for transdermally administering a drug. Microneedles, for example, as disclosed in Patent Document 1, are provided as a patch in which a plurality of needles with a length of 1 mm or less carrying a drug to be administered are arranged in an array, and are attached to the skin surface to release the needles. A drug is configured to be delivered via. Therefore, microneedles have the characteristic of being able to continuously administer drugs over a long period of time in a minimally invasive manner.

国際公開第2019/182099号WO2019/182099

マイクロニードル型薬剤送達デバイスを皮膚に装着する際には、ニードルが皮膚に十分に突き刺さるように、デバイスを皮膚にしっかりと押し当てる必要がある。しかしながら、従来のマイクロニードル型薬剤送達デバイスは、主にベース部分(リザーバ部分)の強度が不十分なために、穿刺する際に加圧しにくいことがあった。また、従来のマイクロニードルは、ニードルが非常に微細であることから力学的強度が不足し、ニードルを皮膚に穿刺する際にニードルが折れたり座屈したりすることがあった。これを防止するため、ニードルを高い力学的強度を有する材料で構成したり、ニードルの表面を高い力学的強度を有する材料でコーティングしたりすることが考えられる。しかし一般に、力学的強度が高い材料は密な構造を有しているため、ニードルからの薬剤の放出量が減少するなど薬剤の送達能が低下する可能性があった。 When attaching a microneedle-type drug delivery device to the skin, it is necessary to press the device firmly against the skin so that the needle penetrates the skin sufficiently. However, in conventional microneedle type drug delivery devices, mainly due to insufficient strength of the base portion (reservoir portion), it has been difficult to pressurize when puncturing. In addition, conventional microneedles lack mechanical strength because the needles are very fine, and the needles may break or buckle when the needles puncture the skin. In order to prevent this, it is conceivable to configure the needle with a material having high mechanical strength, or to coat the surface of the needle with a material having high mechanical strength. However, since materials with high mechanical strength generally have a dense structure, there is a possibility that the delivery performance of the drug may be lowered, for example, the amount of drug released from the needle may be decreased.

本発明は、ニードルが十分な力学的強度を有しつつ薬剤の送達への影響が抑制され、かつ、穿刺する際の加圧を容易にするのに十分な力学的強度を持つ薬剤送達デバイスおよびその製造方法を提供することを目的の一つとする。 The present invention provides a drug delivery device in which the needle has sufficient mechanical strength to suppress the effect on delivery of the drug and has sufficient mechanical strength to facilitate pressurization during puncture. One of the objects is to provide a manufacturing method thereof.

本発明の薬剤送達デバイスは、ベース部と、
前記ベース部に支持された少なくとも1つのニードルと、
を有し、
前記ベース部および前記ニードルは、ポリマーからなる多孔質体と、前記多孔質体の空隙部分に充填された、薬剤を担持することができ、かつ前記薬剤の透過性を有するゲル組成物とを含む。
The drug delivery device of the present invention comprises a base portion,
at least one needle supported by the base;
has
The base portion and the needle each include a porous body made of a polymer, and a gel composition capable of supporting a drug and permeable to the drug, which is filled in voids of the porous body. .

本発明の薬剤送達デバイスの製造方法は、ベース部と、前記ベース部に支持された少なくとも1つのニードルとを有する薬剤送達デバイスの製造方法であって、
前記ベース部および前記ニードルに対応するキャビティを有する型を用いて、ポリマーからなる多孔質体を成型する工程と、
前記多孔質体の空隙部分に、薬液を担持することができ、かつ前記薬液の透過性を有するゲル組成物を充填する工程と、
を有する。
A method for manufacturing a drug delivery device of the present invention is a method for manufacturing a drug delivery device having a base and at least one needle supported by the base, comprising:
a step of molding a porous body made of a polymer using a mold having cavities corresponding to the base portion and the needle;
a step of filling a void portion of the porous body with a gel composition capable of supporting a chemical solution and having permeability for the chemical solution;
have

(用語の定義)
本明細書において、「生理的条件」とは、生体内と同等のpH、温度およびイオン組成に調整された水溶液を意味する。例えば、pHは、好ましくは1~9、さらに好ましくは7~8、温度は、好ましくは30~40℃、イオン組成は、塩化ナトリウム濃度が好ましくは100~200mMである。
また、本明細書において「約」という用語は、それに続く数値の前後10%の範囲を指すために使用される。すなわち、約30mol%は27mol%~33mol%の範囲を意味する。
(Definition of terms)
As used herein, "physiological conditions" means an aqueous solution adjusted to pH, temperature and ionic composition equivalent to those in vivo. For example, the pH is preferably 1 to 9, more preferably 7 to 8, the temperature is preferably 30 to 40° C., and the ion composition is preferably sodium chloride concentration of 100 to 200 mM.
Also, the term "about" is used herein to refer to a range of 10% around the numerical value that follows. That is, about 30 mol % means a range of 27 mol % to 33 mol %.

本発明によれば、ニードルが十分な力学的強度を有しつつ薬剤の送達への影響が抑制され、かつ、穿刺する際に十分な力学的強度を持つ薬剤送達デバイスおよびその製造方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the present invention, there is provided a drug delivery device in which the needle has sufficient mechanical strength while suppressing the effect on delivery of the drug and has sufficient mechanical strength when punctured, and a method for manufacturing the same. be.

本発明の一形態によるマイクロニードルの模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a microneedle according to one aspect of the invention; FIG. 図1に示すマイクロニードルの製造に用いられる型の一形態の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of one embodiment of a mold used to manufacture the microneedles shown in FIG. 1; 評価1においてPES濃度およびベンゼン濃度を変更してマイクロニードルを作製したときの、ニードルの成型性を示す光学顕微鏡写真である。2 is an optical micrograph showing the moldability of needles when microneedles were produced by changing the PES concentration and the benzene concentration in Evaluation 1. FIG. 評価2においてベンゼン濃度を変更してマイクロニードルを作製したときの、ニードルの成型性を示す高額顕微鏡写真である。10 is a high-cost photomicrograph showing the moldability of needles when microneedles were produced by changing the benzene concentration in Evaluation 2. FIG. 評価3におけるポリマー多孔質体の走査型電子顕微鏡写真である。4 is a scanning electron micrograph of the porous polymer material in evaluation 3. FIG. 評価4によるポリマー多孔質/ゲル組成物複合マイクロニードルの光学顕微鏡写真である。1 is an optical micrograph of a polymer porous/gel composition composite microneedle according to evaluation 4. FIG. 評価5で測定されたニードルの力学的強度を表すグラフである。10 is a graph showing the mechanical strength of needles measured in evaluation 5. FIG. 評価6における、ポリマー多孔質/ゲル組成物複合マイクロニードルを貼付した後のマウスの皮膚表面の写真である。Fig. 10 is a photograph of the skin surface of a mouse after application of polymer porous/gel composition composite microneedles in Evaluation 6; 評価7における、薬剤の放出性を示すグラフである。10 is a graph showing drug release properties in Evaluation 7. FIG.

図1を参照すると、ベース部100と、複数のニードル110とを有し、皮膚に貼付するパッチとして提供される、本発明の一実施形態によるマイクロニードル10が示されている。ベース部100は、複数のニードル110を支持するシート状の部分であり、これらニードル110を支持できる力学的強度を有し、かつ、皮膚に沿って変形できる程度の可撓性を有している。複数のニードル110がベース部100に支持されることで、複数のニードル110は、ニードルアレイとして構成される。ニードル110は、このマイクロニードル10が送達する薬剤を担持することができ、かつ、薬剤の透過性を有する、ゲル組成物を含む。 Referring to FIG. 1, there is shown a microneedle 10 according to one embodiment of the present invention having a base portion 100 and a plurality of needles 110 and provided as a patch to adhere to the skin. The base portion 100 is a sheet-like portion that supports a plurality of needles 110, has mechanical strength capable of supporting these needles 110, and has flexibility to the extent that it can be deformed along the skin. . By supporting the plurality of needles 110 on the base portion 100, the plurality of needles 110 are configured as a needle array. Needle 110 comprises a gel composition that is capable of carrying the drug to be delivered by the microneedle 10 and is permeable to the drug.

以下、マイクロニードル10についてより詳しく説明する。 The microneedle 10 will be described in more detail below.

[薬剤]
本発明に係る薬剤送達デバイスを用いて送達され得る薬剤としては、タンパク質、ペプチド、核酸、他の高分子ポリマー、低分子化合物などが挙げられるが、これらに限定はされない。薬剤は、疾患の治療剤、予防薬、ワクチン、栄養サプリメントなどであってもよい。特に好ましい薬剤は、インスリンである。様々な天然型インスリンあるいは改変インスリンが市販品の購入あるいは合成により利用可能となっている。インスリンとしては、例えば、ヒューマリン(登録商標)を使用してもよい。ヒューマリン(登録商標)は、イーライリリー社が販売しているヒト(遺伝子組換え)インスリンである。インスリン製剤には、速効型、中間型、持効型を含む各種製剤が開発されており、適宜選択して使用することができる。
[Drug]
Drugs that can be delivered using the drug delivery device of the present invention include, but are not limited to, proteins, peptides, nucleic acids, other macromolecular polymers, low molecular weight compounds, and the like. A drug may be a therapeutic agent for a disease, a prophylactic agent, a vaccine, a nutritional supplement, or the like. A particularly preferred drug is insulin. Various natural insulins or modified insulins are available commercially or by synthesis. As insulin, for example, Humalin (registered trademark) may be used. Humalin® is a human (genetically-recombinant) insulin marketed by Eli Lilly and Company. Various types of insulin preparations have been developed, including rapid-acting, intermediate-acting, and sustained-acting types, and can be selected and used as appropriate.

[ベース部およびニードル]
ベース部100およびニードル110は、力学的強度を担うポリマー多孔質体と薬剤の担持および放出を担うゲル組成物とを有する。ゲル組成物は、ポリマー多孔質体の空隙を満たすように空隙中に存在し、これによって、ベース部100およびニードル110は、境界のない1つの部分として構成される。ベース部100の平面形状は、円形、楕円形および多角形など任意の形状であってよく、例えば矩形状とすることができる。以下に、ポリマー多孔質体およびゲル組成物について詳細に説明する。
[Base part and needle]
The base part 100 and the needle 110 have a polymer porous material responsible for mechanical strength and a gel composition responsible for drug loading and release. The gel composition resides in the voids to fill the voids of the polymeric porous body, thereby configuring the base portion 100 and the needle 110 as one piece without boundaries. The planar shape of the base portion 100 may be any shape such as circular, elliptical, and polygonal, and may be rectangular, for example. The polymer porous body and gel composition are described in detail below.

(ポリマー多孔質体)
ポリマー多孔質体は、ベース部100においては、ニードル110を皮膚に穿刺(刺入ともいう)する際に皮膚から受ける反力によるベース部100の撓みが抑制されるような力学的強度を提供し、ニードル110においては皮膚に穿刺する際の折れや座屈が抑制されるような力学的強度を提供する。
(Polymer porous body)
The porous polymer body provides mechanical strength to the base portion 100 such that bending of the base portion 100 due to the reaction force received from the skin when the needle 110 is punctured (also referred to as piercing) into the skin is suppressed. , the needle 110 provides mechanical strength to suppress breakage and buckling when puncturing the skin.

ポリマー多孔質体を構成するポリマーとして、ポリエーテルスルホン(PES)やポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリ乳酸、セルロースなどを挙げることができる。例えば、PESを用いた場合には、π-π相互作用や相分離により強固なゲルが形成され、共連続構造の間隙が形成されうる。ポリエーテルスルホンを用いたポリマー多孔質体は、例えば以下のようにして得ることができる。まず、原料ポリマーとなるポリエーテルスルホンをN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)やジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドなどの良溶媒である有機溶媒で所定の濃度となるように溶解したポリエーテルスルホン溶液(ポリマー溶液)を調製する。調製したポリエーテルスルホン溶液に、例えばベンゼンやトルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、水、メタノール、エタノール、ヘキサン、ペンタン、ジエチルエーテル、酢酸エチルなど、原料ポリマーの溶解度の小さい貧溶媒を添加する。このことによって、、貧溶媒中に有機溶媒が抽出されるとともにポリエーテルスルホン溶液中に貧溶媒が拡散し、原料ポリマーの濃度が高い層と原料ポリマーをほとんど含まない層に相分離が生じる。その後、メタノール洗浄等によって良溶媒、貧溶媒を共に除去することによって、ポリマー多孔質体が得られる。なお、相分離を例えば4℃といった低温下で行なうことによって、貧溶媒を添加せずにポリマー多孔質体を得ることも可能である。これは、低温下において原料ポリマーが沈殿することで相分離が惹起されるためであると考えられる。 Examples of polymers constituting the polymer porous body include polyethersulfone (PES), polyethylene, polypropylene, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polylactic acid, and cellulose. For example, when PES is used, a firm gel is formed by π-π interaction and phase separation, and gaps in a co-continuous structure can be formed. A polymer porous body using polyethersulfone can be obtained, for example, as follows. First, a polyethersulfone solution (polymer solution ) is prepared. To the prepared polyethersulfone solution is added a poor solvent such as benzene, toluene, xylene, tetrahydrofuran, water, methanol, ethanol, hexane, pentane, diethyl ether, ethyl acetate, etc., in which the starting polymer has low solubility. As a result, the organic solvent is extracted into the poor solvent and the poor solvent diffuses into the polyethersulfone solution, causing phase separation between a layer having a high raw material polymer concentration and a layer containing little raw material polymer. After that, by removing both the good solvent and the poor solvent by washing with methanol or the like, a polymer porous body is obtained. It is also possible to obtain a porous polymer body without adding a poor solvent by performing phase separation at a low temperature such as 4°C. It is considered that this is because phase separation is induced by precipitation of the starting polymer at low temperatures.

ポリマー溶液を調製する際のポリマー濃度、および貧溶媒を添加する際の貧溶媒濃度は、使用するポリマー、使用する貧溶媒、および相分離条件等によって適宜定めることができる。例えば、ポリマーがポリエーテルスルホンであり、貧溶媒がベンゼンであり、かつ相分離温度が室温である場合、好ましいポリマー濃度は約15~約25wt%(例えば約20wt%)であり、好ましい貧溶媒濃度は約20~約35wt%(例えば約25wt%)である。ここで、ポリマー濃度は、良溶媒を添加したポリマー溶液中のポリマーのwt%とし、貧溶媒濃度は、良溶媒および貧溶媒を添加したポリマー溶液中の貧溶媒のvol%とする。 The polymer concentration when preparing the polymer solution and the poor solvent concentration when adding the poor solvent can be appropriately determined depending on the polymer to be used, the poor solvent to be used, the phase separation conditions, and the like. For example, if the polymer is polyethersulfone, the antisolvent is benzene, and the phase separation temperature is room temperature, the preferred polymer concentration is about 15 to about 25 wt% (eg, about 20 wt%), and the preferred antisolvent concentration is is about 20 to about 35 wt% (eg, about 25 wt%). Here, the polymer concentration is wt % of the polymer in the polymer solution to which the good solvent is added, and the poor solvent concentration is vol % of the poor solvent in the polymer solution to which the good solvent and the poor solvent are added.

ポリマー多孔質体として、ポリマー粒子を焼結したポリマー焼結体を用いることもできる。ポリマー焼結体に用いるポリマーとしては、ポリエチレン(PE)を挙げることができる。粒子のサイズは、ベース部100およびニードル100の成型性に影響を及ぼさない限り限定されない。例えば、好ましい粒子のサイズの範囲としては、平均粒子径が10μm以上、または20μm以上であってよく、また、平均粒子径が300μm以下、200μm以下、100μm以下、または60μm以下であってよい。 A polymer sintered body obtained by sintering polymer particles can also be used as the polymer porous body. Polyethylene (PE) can be mentioned as a polymer used for the polymer sintered body. The particle size is not limited as long as it does not affect the moldability of the base portion 100 and the needle 100 . For example, preferred particle size ranges include an average particle size of 10 μm or more, or 20 μm or more, and an average particle size of 300 μm or less, 200 μm or less, 100 μm or less, or 60 μm or less.

多孔質体の気孔率は、ベース部100に必要とされる力学的強度およびベース部100が保持すべき薬剤の量に応じて任意に定めることができる。例えば、好ましい気孔率の範囲としては、20%以上、30%以上または40%以上であってよく、また80%以下、70%以下または60%以下であってよい。 The porosity of the porous body can be arbitrarily determined according to the mechanical strength required for the base portion 100 and the amount of drug that the base portion 100 should retain. For example, the preferred porosity range may be 20% or more, 30% or more, or 40% or more, and may be 80% or less, 70% or less, or 60% or less.

ポリマー多孔質体は、親水性基を持つポリマーでコーティングされてもよい。これにより、ポリマー多孔質体の空隙へのゲル組成物の充填性が向上し、結果的にベース部100およびニードル110の形成性が高くなる。ポリマーがポリエーテルスルホンである場合、親水性基を持つポリマーのコーディングは、例えば、ポリマー多孔質体にプラズマを照射し、プラズマ照射後のポリマー多孔質体に、メタノールで希釈したアクリル酸を添加し、アクリル酸をグラフト重合することで、ポリエーテルスルホンの表面にポリアクリル酸膜が形成され、ポリマー多孔質体に親水性を付与することができる。プラズマ処理を行なうことによって、ポリエーテルスルホンの表面の汚染物質が除去され(洗浄)、また、プラズマによって形成されたラジカルのポリエーテルスルホン表面への衝突により表面層の分子鎖が部分的に切断されて新たな官能基が生成される(表面改質)。 The polymeric porous body may be coated with a polymer having hydrophilic groups. This improves the fillability of the gel composition into the voids of the polymer porous body, resulting in enhanced formability of the base portion 100 and the needles 110 . When the polymer is polyethersulfone, coating with a polymer having a hydrophilic group can be performed, for example, by irradiating the porous polymer body with plasma and adding acrylic acid diluted with methanol to the porous polymer body after plasma irradiation. By graft-polymerizing acrylic acid, a polyacrylic acid film is formed on the surface of the polyethersulfone, and hydrophilicity can be imparted to the porous polymer material. Contaminants on the surface of the polyethersulfone are removed (washed) by the plasma treatment, and the molecular chains of the surface layer are partially cut by the collision of radicals formed by the plasma with the surface of the polyethersulfone. new functional groups are generated (surface modification).

ベース部100およびニードル110がポリマー多孔質体を有することで、この多孔質体を薬剤のリザーバとして利用し、薬剤を長期間(例えば7日間)にわたって放出することができるようになる。長期間にわたる薬剤の放出が可能なマイクロニードルは、血中グルコース濃度に応じて薬剤としてインスリンを投与するインスリン送達マイクロニードルとして好適に用いることができる。 Having the base portion 100 and the needle 110 have a porous polymer body allows the porous body to be used as a drug reservoir and release the drug over an extended period of time (eg, 7 days). A microneedle that can release a drug over a long period of time can be suitably used as an insulin delivery microneedle that administers insulin as a drug according to the blood glucose concentration.

(ゲル組成物)
ゲル組成物は、送達する薬剤に応じて、薬剤の透過性を有している限り、任意の成分を含むことができる。以下、マイクロニードル10を、薬剤としてインスリンを血中グルコース濃度に応じて送達するデバイスとして用いる場合に好ましいゲル組成物について説明する。
(Gel composition)
The gel composition can contain optional components so long as it is permeable to the drug, depending on the drug to be delivered. A gel composition that is preferable when the microneedle 10 is used as a device for delivering insulin as a drug according to blood glucose concentration will be described below.

この種のゲル組成物として好ましいのは、フェニルボロン酸系単量体ユニットを含む共重合体を含むゲル組成物である。ゲル組成物は、具体的には後述するようにフェニルボロン酸系単量体を含む単量体混合物を共重合することで得られ、その結果、共重合体の架橋分子構造を有するゲルが得られる。本出願において、「単量体ユニット」は、単量体に由来する(共)重合体中の構造単位を意味し、以下の説明において「単量体」を「単量体ユニット」の意味で使用することもある。フェニルボロン酸系単量体とは、下記式:

Figure 2023037496000002
(式中、Xは置換基を示し、好ましくはFであり、nは1~4の整数を表す。)
で表されるフェニルボロン酸官能基を有する単量体を意味する。 A preferred gel composition of this type is a gel composition containing a copolymer containing a phenylboronic acid-based monomer unit. The gel composition is specifically obtained by copolymerizing a monomer mixture containing a phenylboronic acid-based monomer as described later, and as a result, a gel having a crosslinked molecular structure of the copolymer is obtained. be done. In the present application, "monomer unit" means a structural unit in a (co)polymer derived from a monomer, and in the following description, "monomer" means "monomer unit". may also be used. A phenylboronic acid-based monomer is represented by the following formula:
Figure 2023037496000002
(Wherein, X represents a substituent, preferably F, and n represents an integer of 1 to 4.)
means a monomer having a phenylboronic acid functional group represented by

インスリン送達マイクロニードルでは、以下に記載するような、フェニルボロン酸構造がグルコース濃度に依存して構造を変化させるメカニズムを利用する。 Insulin delivery microneedles utilize the mechanism by which the phenylboronic acid structure changes its structure depending on the glucose concentration, as described below.

Figure 2023037496000003
Figure 2023037496000003

水中で解離したフェニルボロン酸(以下、本明細書において「PBA」と表記することもある)は糖分子と可逆的に結合し、上記の平衡状態を保っている。グルコース濃度が高くなると結合して体積も膨張するが、グルコース濃度が低い場合には収縮する。ニードル110が皮膚に穿刺された状態では、血液と接触したゲル界面でこの反応が生じ、界面でのみゲルが収縮して本発明者等が「スキン層」と呼ぶ脱水収縮層を生じる。この性質をインスリンの放出制御のために利用する。 Phenylboronic acid dissociated in water (hereinafter sometimes referred to as “PBA” in this specification) reversibly binds to sugar molecules and maintains the above equilibrium state. When the glucose concentration is high, it binds and expands in volume, but when the glucose concentration is low, it contracts. With the needle 110 pierced into the skin, this reaction occurs at the gel interface in contact with the blood, causing the gel to shrink only at the interface to form a dehydrated shrink layer that we call the "skin layer." This property is utilized for insulin release control.

好適に使用可能なゲル組成物は、上記の性質を有するフェニルボロン酸系単量体ユニットを含む共重合体を含むゲル組成物である。ゲル組成物は、特に限定するものではないが、例えば特許第5696961号公報に記載されたものが挙げられる。 A gel composition that can be suitably used is a gel composition containing a copolymer containing a phenylboronic acid-based monomer unit having the properties described above. The gel composition is not particularly limited, but includes, for example, those described in Japanese Patent No. 5,696,961.

ゲル組成物の調製のために使用するフェニルボロン酸系単量体は、限定するものではないが、例えば下記の一般式で表される。 The phenylboronic acid-based monomer used for the preparation of the gel composition is not limited, but is represented, for example, by the following general formula.

Figure 2023037496000004
[式中、RはHまたはCHであり、Fは独立に存在し、nが1、2、3または4のいずれかであり、mは0または1以上の整数である。]
Figure 2023037496000004
[wherein R is H or CH3 , F is independently present, n is either 1, 2, 3 or 4, and m is 0 or an integer greater than or equal to 1]. ]

上記のフェニルボロン酸系単量体は、フェニル環上の水素が、1~4個のフッ素で置換されたフッ素化フェニルボロン酸(以下、本明細書では「FPBA」と表記することもある)基を有し、当該フェニル環にアミド基の炭素が結合した構造を有する。上記構造を有するフェニルボロン酸系単量体は、高い親水性を有しており、またフェニル環がフッ素化されていることにより、pKaを生体レベルの7.4以下に設定し得る。さらに、このフェニルボロン酸系単量体は、生体環境下での糖認識能を獲得するのみならず、不飽和結合により後述するゲル化剤や架橋剤との共重合が可能となり、グルコース濃度に依存して相変化を生じるゲルとなり得る。 The above phenylboronic acid-based monomer is a fluorinated phenylboronic acid in which hydrogen on the phenyl ring is substituted with 1 to 4 fluorine atoms (hereinafter sometimes referred to as "FPBA" in this specification) and has a structure in which the carbon of the amide group is bonded to the phenyl ring. The phenylboronic acid-based monomer having the above structure has high hydrophilicity, and since the phenyl ring is fluorinated, the pKa can be set to 7.4 or less, which is the biological level. Furthermore, this phenylboronic acid-based monomer not only acquires the ability to recognize sugars in a biological environment, but also enables copolymerization with gelling agents and cross-linking agents, which will be described later, due to unsaturated bonds, and increases glucose concentration. It can result in a gel that undergoes a phase change depending on it.

上記のフェニルボロン酸系単量体において、フェニル環上の1つの水素がフッ素で置換されている場合、F及びB(OH)の導入箇所は、オルト、メタ、パラのいずれであってもよい。 In the above phenylboronic acid-based monomer, when one hydrogen on the phenyl ring is substituted with fluorine, the introduction point of F and B(OH) 2 may be ortho, meta, or para. good.

一般に、mを1以上としたときのフェニルボロン酸系単量体は、mを0としたときのフェニルボロン酸系単量体に比べて、pKaを低くすることができる。mは例えば20以下、好ましくは10以下、さらに好ましくは4以下である。 In general, a phenylboronic acid-based monomer with m of 1 or more can have a lower pKa than a phenylboronic acid-based monomer with m of 0. m is, for example, 20 or less, preferably 10 or less, more preferably 4 or less.

上記のフェニルボロン酸系単量体の一例としては、nが1、mが2であるフェニルボロン酸系単量体があり、これはフェニルボロン酸系単量体として特に好ましい4-(2-アクリルアミドエチルカルバモイル)-3-フルオロフェニルボロン酸(4-(2-acrylamidoethylcarbamoyl)-3-fluorophenylboronic acid、AmECFPBA)である。 An example of the above phenylboronic acid-based monomer is a phenylboronic acid-based monomer in which n is 1 and m is 2, which is particularly preferred as a phenylboronic acid-based monomer of 4-(2- Acrylamidoethylcarbamoyl)-3-fluorophenylboronic acid (4-(2-acrylamidoethylcarbamoyl)-3-fluorophenylboronic acid, AmECFPBA).

ゲル組成物は、生体内において生体機能に有毒作用や有害作用が生じない性質(生体適合性)を有するゲル化剤と、上記のフェニルボロン酸系単量体と、架橋剤とから調製され得る。調製方法は、特に限定するものではないが、ゲル(共重合体)の主鎖となるゲル化剤、フェニルボロン酸系単量体、および架橋剤を、所定の仕込みモル比で含む単量体成分と混合し、単量体を重合反応させることにより、調製することができる。重合のために、必要に応じて重合開始剤を使用する。 The gel composition can be prepared from a gelling agent having a property (biocompatibility) that does not cause toxic or adverse effects on biological functions in vivo, the above phenylboronic acid-based monomer, and a cross-linking agent. . The preparation method is not particularly limited, but a monomer containing a gelling agent, a phenylboronic acid-based monomer, and a cross-linking agent, which will be the main chain of the gel (copolymer), at a predetermined molar ratio It can be prepared by mixing the components and polymerizing the monomers. A polymerization initiator is optionally used for the polymerization.

ゲル組成物中に予めインスリンが含まれていることが好ましい。そのためには、インスリンが所定濃度で含まれたリン酸緩衝水溶液(PBS)等の水溶液中にゲルを浸すことにより、ゲル内にインスリンを拡散させることができる。次いで、水溶液中から取り出したゲルを、例えば塩酸中に所定時間浸すことで、ゲル本体の表面に薄い脱水収縮層(スキン層と呼ぶ)を形成することにより、ニードル110に薬剤を内包(ローディング)させることができる。 It is preferred that insulin is already included in the gel composition. For this purpose, insulin can be diffused into the gel by immersing the gel in an aqueous solution such as phosphate buffer solution (PBS) containing insulin at a predetermined concentration. Next, the gel taken out of the aqueous solution is immersed in, for example, hydrochloric acid for a predetermined period of time to form a thin dehydration shrinkage layer (called a skin layer) on the surface of the gel body, thereby encapsulating (loading) the drug in the needle 110. can be made

ゲル化剤と、フェニルボロン酸系単量体と、架橋剤との好適な比率は、生理的条件下でグルコース濃度に応じてインスリンの放出を制御可能な組成であれば良く、用いる単量体等によって変動するものであり、特に限定するものではない。本発明者等は既に、種々のフェニルボロン酸系単量体を種々の比率でゲル化剤および架橋剤と組み合わせてゲルを調製し、その挙動を検討している(例えば特許第5622188号公報を参照されたい)。当業者であれば、本明細書の記載および当分野で報告されている技術情報に基づいて、好適な組成のゲルを取得することが可能である。 A suitable ratio of the gelling agent, the phenylboronic acid-based monomer, and the cross-linking agent may be any composition capable of controlling the release of insulin according to the glucose concentration under physiological conditions. etc., and is not particularly limited. The present inventors have already prepared gels by combining various phenylboronic acid-based monomers with gelling agents and cross-linking agents in various ratios, and have studied their behavior (see, for example, Japanese Patent No. 5622188). see). A person skilled in the art can obtain a gel having a suitable composition based on the description of this specification and technical information reported in the art.

ゲル化剤、フェニルボロン酸系単量体、および架橋剤から得られる共重合体によって形成されるゲル本体が、グルコース濃度に応答して膨張又は収縮し得るとともに、pKa7.4以下の特性を維持でき、ゲル状に形成することができれば、ゲル化剤/フェニルボロン酸系単量体の仕込みモル比を、適宜の数値に設定してゲルを調製することができる。 A gel body formed by a copolymer obtained from a gelling agent, a phenylboronic acid-based monomer, and a cross-linking agent can swell or contract in response to glucose concentration while maintaining a pKa of 7.4 or less. If it is possible to form a gel, the gel can be prepared by setting the charging molar ratio of the gelling agent/phenylboronic acid-based monomer to an appropriate value.

ゲル化剤としては、生体適合性を有し、かつゲル化し得る生体適合性材料であればよく、例えば生体適合性のあるアクリルアミド系単量体が挙げられる。具体的には、N-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)、N,N-ジメチルアクリルアミド(DMAAm)、N,N-ジエチルアクリルアミド(DEAAm)等が挙げられる。 The gelling agent may be any biocompatible material that is biocompatible and capable of gelling, and examples thereof include biocompatible acrylamide-based monomers. Specific examples include N-isopropylacrylamide (NIPAAm), N,N-dimethylacrylamide (DMAAm), N,N-diethylacrylamide (DEAAm) and the like.

また、架橋剤としては、同じく生体適合性を有し、単量体を架橋できる物質であればよく、例えばN,N’-メチレンビスアクリルアミド(MBAAm)、エチレングリコールジメタクリレート(EGDMA)、N,N’-メチレンビスメタクリルアミド(MBMAAm)その他種々の架橋剤が挙げられる。 Also, the cross-linking agent may be any substance that similarly has biocompatibility and can cross-link the monomers. N'-methylenebismethacrylamide (MBMAAm) and various cross-linking agents are included.

好適な一実施形態では、ゲル組成物は、以下に示すように、N-イソプロピルメタクリルアミド(NIPAAm)、4-(2-アクリルアミドエチルカルバモイル)-3-フルオロフェニルボロン酸(AmECFPBA)、およびN,N’-メチレンビスアクリルアミド(MBAAm)を、適宜配合比で溶媒に溶解し、重合することによって得られるものである。重合は、常温および水性条件下で行うことができる。 In one preferred embodiment, the gel composition comprises N-isopropylmethacrylamide (NIPAAm), 4-(2-acrylamidoethylcarbamoyl)-3-fluorophenylboronic acid (AmECFPBA), and N, It is obtained by dissolving N'-methylenebisacrylamide (MBAAm) in a solvent in an appropriate compounding ratio and polymerizing it. Polymerization can be carried out under ambient and aqueous conditions.

Figure 2023037496000005
Figure 2023037496000005

溶媒としては、単量体を可溶な任意の溶媒を用いることができる。そのような溶媒として、例えば、水、アルコール、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、テトラヒドロフラン(THF)、イオン液体およびそれらの1種以上の組み合わせが挙げられる。これらの中でもメタノール水溶液を溶媒として好ましく用いることができる。 Any solvent that can dissolve the monomer can be used as the solvent. Such solvents include, for example, water, alcohols, dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), tetrahydrofuran (THF), ionic liquids and combinations of one or more thereof. Among these, a methanol aqueous solution can be preferably used as a solvent.

このような溶媒に、ゲル化剤、PBAおよび架橋剤を溶解したプレゲル溶液を作製し、重合を行う。 A pre-gel solution is prepared by dissolving a gelling agent, PBA and a cross-linking agent in such a solvent, and polymerization is carried out.

上記のゲル組成物では、フェニルボロン酸系単量体がゲル化剤および架橋剤と共重合してゲル本体を形成している。このゲルにインスリンを拡散させるとともに、ゲル本体の表面を脱水収縮層で取り囲む構成とすることができる。この構成をニードル110に適用することで、例えばpKa7.4以下であり、温度35℃~40℃の生理的条件下において、グルコース濃度が高くなると、ニードル110を構成するゲルが膨張する。これに伴って、脱水収縮層が消失し、ゲル内のインスリンを外部へ放出させることができる。 In the above gel composition, the phenylboronic acid-based monomer is copolymerized with the gelling agent and the cross-linking agent to form the gel body. Insulin can be diffused in this gel, and the surface of the gel body can be surrounded by a dehydration contraction layer. By applying this configuration to the needle 110, under physiological conditions such as a pKa of 7.4 or less and a temperature of 35° C. to 40° C., the gel forming the needle 110 expands when the glucose concentration increases. Along with this, the dehydration contraction layer disappears, and the insulin in the gel can be released to the outside.

一方、グルコース濃度が再び低くなると、膨張していたゲルが収縮して表面全体に再び脱水収縮層(スキン層)が形成され、ゲル内のインスリンが外部へ放出されることを抑制できる。 On the other hand, when the glucose concentration becomes low again, the swollen gel shrinks and a dehydrated shrink layer (skin layer) is formed again on the entire surface, thereby suppressing release of insulin in the gel to the outside.

従って、このようなゲル組成物は、グルコース濃度に応答してインスリンを自律的に放出させることができる。 Such gel compositions are therefore capable of autonomous release of insulin in response to glucose concentration.

重合には、開始剤、促進剤などの触媒を用いることができる。開始剤としては、例えば過硫酸アンモニウム(APS)を用いることができる。促進剤としては、例えばテトラメチルエチレンジアミン(TEMED)を用いることができる。この場合、プレゲル溶液1mlごとに、10重量%の過硫酸アンモニウム6.2μlおよびテトラメチルエチレンジアミン12μlを加え、室温にて重合を行ったところ、10分以内にゲル化が開始された。 Catalysts such as initiators and accelerators can be used in the polymerization. As an initiator, for example, ammonium persulfate (APS) can be used. Tetramethylethylenediamine (TEMED), for example, can be used as an accelerator. In this case, 6.2 μl of 10% by weight ammonium persulfate and 12 μl of tetramethylethylenediamine were added to each 1 ml of pregel solution, and polymerization was carried out at room temperature. Gelation started within 10 minutes.

ゲル組成物は、フェニルボロン酸系単量体ユニットを含む共重合体にさらにシルクフィブロイン(SF)を含む複合ゲル組成物であってもよい。この複合ゲル組成物は、フェニルボロン酸系単量体を含む単量体混合物を、SFの存在下で共重合することで得られ、その結果、共重合体の架橋分子構造中にSFの分子がほぼ均一に分散分布している。 The gel composition may be a composite gel composition containing silk fibroin (SF) in addition to a copolymer containing phenylboronic acid-based monomer units. This composite gel composition is obtained by copolymerizing a monomer mixture containing a phenylboronic acid-based monomer in the presence of SF. are distributed almost uniformly.

複合ゲル組成物に含まれるSFは、ベース部100にも使用できる。SFはニードル110に力学的強度を付与する。SFの量(固形分重量)は、マイクロニードルの力学的強度が好適な値となるように決めることができるが、単量体(フェニルボロン酸系単量体、ゲル化剤および架橋剤)の合計100重量部に対して、例えば10~90重量部とすることができ、好ましくは24~60重量部、より好ましくは40~60重量部である。単量体の合計に対するSFの重量分率を高くするほど複合ゲル組成物の力学的強度を高くすることができる。ただし、SFの重量分率を高くすると、それだけ単量体濃度が低くなる。単量体濃度が低すぎるとゲル組成物が形成されにくくなるので、ゲル組成物の形成が阻害されない範囲で単量体の合計に対するSFの重量分率を決定することが重要である。 The SF contained in the composite gel composition can also be used in the base portion 100. SF imparts mechanical strength to needle 110 . The amount of SF (solid content weight) can be determined so that the mechanical strength of the microneedle has a suitable value. It can be, for example, 10 to 90 parts by weight, preferably 24 to 60 parts by weight, and more preferably 40 to 60 parts by weight, relative to 100 parts by weight in total. The higher the weight fraction of SF with respect to the total monomers, the higher the mechanical strength of the composite gel composition. However, the higher the SF weight fraction, the lower the monomer concentration. If the monomer concentration is too low, it becomes difficult to form a gel composition, so it is important to determine the weight fraction of SF with respect to the total monomers within a range that does not inhibit the formation of the gel composition.

好適な一実施形態では、複合ゲル組成物は、N-イソプロピルメタクリルアミド(NIPAAm)、4-(2-アクリルアミドエチルカルバモイル)-3-フルオロフェニルボロン酸(AmECFPBA)、N,N’-メチレンビスアクリルアミド(MBAAm)およびSFを、適宜配合比で溶媒に溶解してプレゲル溶液を調製し、これを重合することによって得られる。プレゲル溶液は、ゲル化剤、PBAおよび架橋剤を必要に応じて含んでいてもよい。重合は、SFの変性を避けるために、常温および水性条件下で行うことが好ましい。 In one preferred embodiment, the composite gel composition comprises N-isopropylmethacrylamide (NIPAAm), 4-(2-acrylamidoethylcarbamoyl)-3-fluorophenylboronic acid (AmECFPBA), N,N'-methylenebisacrylamide It is obtained by dissolving (MBAAm) and SF in a solvent in an appropriate mixing ratio to prepare a pre-gel solution and polymerizing this. The pre-gel solution may optionally contain a gelling agent, PBA and a cross-linking agent. Polymerization is preferably carried out under ambient and aqueous conditions to avoid denaturation of the SF.

なお、SFはゲル化しやすい性質を有するため、プレゲル溶液の調製に際しては、溶媒中にゲル化剤、PBAおよび架橋剤等を溶解させた後に、その溶液にSFをSF溶液の状態で添加するようにすることが好ましい。 Since SF has the property of easily gelling, when preparing the pre-gel solution, the gelling agent, PBA, cross-linking agent, etc. are dissolved in a solvent, and then SF is added to the solution in the form of an SF solution. It is preferable to

溶媒としてメタノール水溶液を用いる場合、SF添加前のプレゲル溶液中のメタノールの体積%は、例えば、40体積%となるようなアルコール水溶液を用いることができる。この場合、SF添加後のプレゲル溶液中のメタノールの好ましい体積%は、3体積%~30体積%、より好ましくは5体積%~20体積%、最も好ましいのは8体積%である。また、溶媒としてエタノール水溶液を用いる場合、PBAはエタノール中での溶解度が低い。そのため、メタノール水溶液を用いる場合と比べて高い体積%、例えばSF添加前のプレゲル溶液中のエタノールの体積%が60体積%となるようにすることが好ましい。 When a methanol aqueous solution is used as a solvent, an alcohol aqueous solution can be used such that the volume % of methanol in the pre-gel solution before the addition of SF is, for example, 40 volume %. In this case, the preferred vol% of methanol in the pre-gel solution after SF addition is 3vol% to 30vol%, more preferably 5vol% to 20vol%, most preferably 8vol%. Moreover, when using an ethanol aqueous solution as a solvent, PBA has a low solubility in ethanol. Therefore, it is preferable that the volume % of ethanol in the pre-gel solution before the addition of SF is 60% by volume, which is higher than in the case of using an aqueous methanol solution.

ゲル組成物は、N-ヒドロキシエチルアクリルアミド(NHEAAm)のような水酸基を有する単量体を含んでいてもよい。これにより、温度変化に対する耐性を備えたゲル組成物が得られる。このようなゲル組成物は、以下の態様を含む。 The gel composition may contain a monomer having a hydroxyl group such as N-hydroxyethylacrylamide (NHEAAm). This results in a gel composition that is resistant to temperature changes. Such gel compositions include the following aspects.

下記一般式(1)

Figure 2023037496000006
[式中、RはH又はCHであり、Fは独立に存在し、nが1、2、3又は4のいずれかであり、mは0又は1以上の整数である。]で表されるフェニルボロン酸系単量体、及び下記一般式(2)
Figure 2023037496000007
[式中、R1はH又はCHであり、mは0又は1以上の整数であり、RはOH、1以上の水酸基で置換された飽和若しくは不飽和のC1-6アルキル基、1以上の水酸基で置換された飽和若しくは不飽和のC3-10シクロアルキル基、1以上の水酸基で置換されたNH、O及びSより選ばれる1~4個のヘテロ原子を含有するC3-12複素環式基、1以上の水酸基で置換されたC6-12アリール基、単糖基、又は多糖基である。]で表される単量体(以下、ヒドロキシル系単量体ともいう。)を含むゲル組成物。 General formula (1) below
Figure 2023037496000006
wherein R is H or CH3 , F is independently present, n is either 1, 2, 3 or 4, and m is 0 or an integer greater than or equal to 1; ] and a phenylboronic acid-based monomer represented by the following general formula (2)
Figure 2023037496000007
[wherein R1 is H or CH3 , m is 0 or an integer of 1 or more, R2 is OH, a saturated or unsaturated C1-6 alkyl group substituted with one or more hydroxyl groups, 1 saturated or unsaturated C 3-10 cycloalkyl group substituted with one or more hydroxyl groups, C 3-12 containing 1 to 4 heteroatoms selected from NH, O and S substituted with one or more hydroxyl groups It is a heterocyclic group, a C 6-12 aryl group substituted with one or more hydroxyl groups, a monosaccharide group, or a polysaccharide group. ] (hereinafter also referred to as a hydroxyl-based monomer).

上記一般式(2)の単量体は、分子内に水酸基を有している。特定の理論に拘束するものではないが、この水酸基は、ゲルの親水性を高めて、ボロン酸による疎水性を相殺するとともに、ゲル中のボロン酸に作用して、ゲルの過度な膨潤を防ぐ効果を有すると考えられる。mの上限は特に限定されないが、例えば20以下、好ましくは10以下、さらに好ましくは4以下である。 The monomer of general formula (2) has a hydroxyl group in the molecule. Without being bound by any particular theory, the hydroxyl groups increase the hydrophilicity of the gel to offset the hydrophobicity due to the boronic acid, and act on the boronic acid in the gel to prevent excessive swelling of the gel. It is considered to have an effect. Although the upper limit of m is not particularly limited, it is, for example, 20 or less, preferably 10 or less, and more preferably 4 or less.

上記のヒドロキシル系単量体の一例としては、Rが水素であり、mが1であり、RがOHである単量体が挙げられ、これはヒドロキシル系単量体として特に好ましいN-ヒドロキシエチルアクリルアミド(N-(Hydroxyethyl)acrylamide、NHEAAm)である。特に、側鎖をメチルの代わりにエチルとすることで、側鎖の回転自由度を高め、分子間(ボロン酸側鎖との)架橋反応の効率を格段に向上させる効果がある。そのため、NHEAAmとすることにより、グルコース濃度に依存して相変化を生じる最適なゲルとなり得る。なお、他のヒドロキシル系単量体の例においては、Rは例えば、カテコール基あるいはグリコリル基等の糖誘導体であってもよい。単糖は例えばグルコースでありうる。 Examples of the above hydroxyl-based monomers include monomers in which R 1 is hydrogen, m is 1, and R 2 is OH, which are particularly preferred as hydroxyl-based monomers. Hydroxyethylacrylamide (N-(Hydroxyethyl)acrylamide, NHEAAm). In particular, by using ethyl instead of methyl for the side chain, there is an effect of increasing the degree of freedom of rotation of the side chain and remarkably improving the efficiency of the intermolecular cross-linking reaction (with the boronic acid side chain). Therefore, by using NHEAAm, an optimum gel can be obtained that undergoes a phase change depending on the glucose concentration. In addition, in other examples of hydroxyl-based monomers, R2 may be a sugar derivative such as a catechol group or a glycolyl group. A monosaccharide can be, for example, glucose.

一般式(2)で表されるヒドロキシル系単量体は、ゲル組成物中に例えば、1mol以上、5mol%以上、10mol%以上、15mol%以上、20mol%以上、25mol%以上、30mol%以上、35mol%以上、40mol%以上、45mol%以上、50mol%以上、又は60mol%以上の割合で含まれることができる。また、一般式(2)で表されるヒドロキシル系単量体は、ゲル組成物中に例えば、90mol%以下、80mol%以下、70mol%以下、60mol%以下、50mol%以下、45mol%以下、40mol%以下、35mol%以下、30mol%以下、25mol%以下、又は20mol%以下の割合で含まれることができる。濃度範囲としては、一般式(2)で表されるヒドロキシル系単量体は、ゲル組成物中に例えば、10mol%~90mol%、15mol%~45mol%、20mol%~40mol%、又は25mol%~35mol%の範囲内の割合としてもよい。濃度範囲は、上記の上限と下限の任意の組み合わせにより特定されうる。好ましいヒドロキシル系単量体の割合は、約10mol%である。 The hydroxyl-based monomer represented by the general formula (2) contains, in the gel composition, It can be contained at a ratio of 35 mol% or more, 40 mol% or more, 45 mol% or more, 50 mol% or more, or 60 mol% or more. Further, the hydroxyl-based monomer represented by the general formula (2) is, for example, 90 mol% or less, 80 mol% or less, 70 mol% or less, 60 mol% or less, 50 mol% or less, 45 mol% or less, 40 mol% or less in the gel composition. % or less, 35 mol % or less, 30 mol % or less, 25 mol % or less, or 20 mol % or less. As the concentration range, the hydroxyl-based monomer represented by the general formula (2) is contained in the gel composition, for example, 10 mol% to 90 mol%, 15 mol% to 45 mol%, 20 mol% to 40 mol%, or 25 mol% to The ratio may be within the range of 35 mol %. Concentration ranges can be specified by any combination of the above upper and lower limits. A preferred proportion of hydroxyl-based monomers is about 10 mol %.

ゲル組成物は、生体内において生体機能に有毒作用や有害作用が生じない性質(生体適合性)を有するゲル化剤と、上記のフェニルボロン酸系単量体と、上記のヒドロキシル系単量体と、架橋剤とから調製され得る。ゲルの調製方法は、特に限定するものではないが、先ず、ゲルの主鎖となるゲル化剤と、フェニルボロン酸系単量体と、ヒドロキシル系単量体と、架橋剤とを、所定の仕込みモル比で混合し、重合反応をさせることにより、調製することができる。重合のために、必要に応じて重合開始剤を使用する。 The gel composition comprises a gelling agent having a property (biocompatibility) that does not cause toxic or adverse effects on biological functions in vivo, the above phenylboronic acid-based monomer, and the above-described hydroxyl-based monomer. and a cross-linking agent. The method for preparing the gel is not particularly limited. It can be prepared by mixing at a charged molar ratio and allowing a polymerization reaction to occur. A polymerization initiator is optionally used for the polymerization.

重合開始剤としては、例えば、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)(ABCN)などの当業者に公知の開始剤を使用することができる。ゲル組成物に加える重合開始剤の割合は、例えば約0.1mol%とすることができる。 As the polymerization initiator, for example, 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN), 1,1'-azobis (cyclohexanecarbonitrile) (ABCN) and other known initiators to those skilled in the art can be used. can be done. The proportion of polymerization initiator added to the gel composition can be, for example, about 0.1 mol %.

重合反応は、例えば、反応溶媒にジメチルスルホキシド(DMSO)を用いて行うことができ、反応温度は、例えば60℃とすることができ、反応時間は、例えば24時間とすることができるが、これらの条件は、当業者であれば適宜調整することができる。 The polymerization reaction can be carried out, for example, using dimethylsulfoxide (DMSO) as a reaction solvent, the reaction temperature can be, for example, 60° C., and the reaction time can be, for example, 24 hours. can be adjusted as appropriate by those skilled in the art.

水酸基を有する単量体を含むゲル組成物の好適な一形態としては、例えば、ゲル化剤(主鎖)としてN-イソプロピルメタクリルアミド(NIPMAAm)、フェニルボロン酸系単量体として4-(2-アクリルアミドエチルカルバモイル)-3-フルオロフェニルボロン酸(AmECFPBA)、ヒドロキシル系単量体としてN-ヒドロキシエチルアクリルアミド(NHEAAm)、架橋剤としてN,N’-メチレンビスアクリルアミド(MBAAm)、重合開始剤として2,2’-アゾビスイソブチロニトリルを、例えば、仕込みモル比62/27/11/5/0.1に調整したものが挙げられる。このように調整することで、正常血糖値(1g/L)近傍での温度依存性を大幅に軽減できる。しかしながら、これに限らず、ゲル化剤、フェニルボロン酸系単量体、ヒドロキシル系単量体及び架橋剤を含むゲル組成物によって形成できるゲル本体が、グルコース濃度に応答して膨張又は収縮し得るとともに、所望の温度耐性を示すことができれば、ゲル化剤/フェニルボロン酸系単量体/ヒドロキシル系単量体/架橋剤の仕込みモル比を、その他種々の数値に設定してゲルを調製してもよい。例えば、ゲル組成物は、N-イソプロピルメタクリルアミド(NIPMAAm)、4-(2-アクリルアミドエチルカルバモイル)-3-フルオロフェニルボロン酸(AmECFPBA)、N-ヒドロキシエチルアクリルアミド(NHEAAm)、N,N’-メチレンビスアクリルアミド(MBAAm)を、約62/約27/約11/約5(mol%)の仕込みモル比で重合して調製したものであってもよい。 A preferred embodiment of the gel composition containing a monomer having a hydroxyl group includes, for example, N-isopropylmethacrylamide (NIPMAAm) as a gelling agent (main chain) and 4-(2 -acrylamidoethylcarbamoyl)-3-fluorophenylboronic acid (AmECFPBA), N-hydroxyethylacrylamide (NHEAAm) as a hydroxyl-based monomer, N,N'-methylenebisacrylamide (MBAAm) as a cross-linking agent, and polymerization initiator For example, 2,2'-azobisisobutyronitrile is adjusted to a charging molar ratio of 62/27/11/5/0.1. By adjusting in this way, the temperature dependence in the vicinity of the normal blood sugar level (1 g/L) can be greatly reduced. However, not limited to this, a gel body that can be formed by a gel composition comprising a gelling agent, a phenylboronic acid-based monomer, a hydroxyl-based monomer, and a cross-linking agent can swell or shrink in response to glucose concentration. In addition, if the desired temperature resistance can be exhibited, gels can be prepared by setting the charging molar ratio of gelling agent/phenylboronic acid-based monomer/hydroxyl-based monomer/crosslinking agent to various other numerical values. may For example, the gel composition contains N-isopropylmethacrylamide (NIPMAAm), 4-(2-acrylamidoethylcarbamoyl)-3-fluorophenylboronic acid (AmECFPBA), N-hydroxyethylacrylamide (NHEAAm), N,N'- It may be prepared by polymerizing methylene bisacrylamide (MBAAm) at a charge molar ratio of about 62/about 27/about 11/about 5 (mol %).

水酸基を有する単量体を含むゲル組成物の好適な他の形態としては、例えば、ゲル化剤(主鎖)としてN-イソプロピルメタクリルアミド(NIPMAAm)、フェニルボロン酸系単量体として4-(2-アクリルアミドエチルカルバモイル)-3-フルオロフェニルボロン酸(AmECFPBA)、ヒドロキシル系単量体としてN-(2-ヒドロキシエチル)アクリルアミド(NHEAAm)、架橋剤としてN,N’-メチレンビス(アクリルアミド)(MBAAm)を、例えば、約60.7/約10.7/約23.8/約4.8の仕込みモル比で溶媒に添加し、これを重合開始剤として還元型開始剤を用いて重合して調製したものであってよい。例えば、ゲル組成物は、NIPMAAm、AmECFPBA、NHEAAm、MBAAmをそれぞれ、55~65mol%、8~12mol%、20~25mol%、2~8mol%の仕込みモル比で調製したものでありうる。還元型開始剤としては、例えば、過硫酸アンモニウム(APS)を用いることができる。還元型開始剤を用いることにより、薬剤の放出挙動が優れる比較的緩いゲル組成物が形成される。重合には、促進剤、例えばテトラメチルエチレンジアミン(TEMED)を併用することもできる。溶媒としては、例えば、水とメタノールを4/6の体積比で混合した溶液を用いることができる。

Figure 2023037496000008
Another preferred form of the gel composition containing a monomer having a hydroxyl group includes, for example, N-isopropylmethacrylamide (NIPMAAm) as a gelling agent (main chain) and 4-( 2-acrylamidoethylcarbamoyl)-3-fluorophenylboronic acid (AmECFPBA), N-(2-hydroxyethyl)acrylamide (NHEAAm) as a hydroxyl-based monomer, N,N'-methylenebis(acrylamide) (MBAAm) as a cross-linking agent ) is added to the solvent at a charge molar ratio of, for example, about 60.7/about 10.7/about 23.8/about 4.8, and polymerized using a reduction initiator as a polymerization initiator. It may be prepared. For example, the gel composition may be prepared by preparing NIPMAAm, AmECFPBA, NHEAAm, and MBAAm at molar ratios of 55-65 mol %, 8-12 mol %, 20-25 mol %, and 2-8 mol %, respectively. As a reducing initiator, for example, ammonium persulfate (APS) can be used. By using a reducing initiator, a relatively loose gel composition is formed with excellent drug release behavior. Accelerators such as tetramethylethylenediamine (TEMED) can also be used in combination with the polymerization. As the solvent, for example, a solution in which water and methanol are mixed at a volume ratio of 4/6 can be used.
Figure 2023037496000008

[ニードル]
(配置および形状)
ニードル110の長さは、ニードル110を皮膚に穿刺したときにニードル110が角質層に達する十分な長さを有していればよく、好ましくは5mm以下、より好ましくは1mm以下であってよい。ニードル110の数および配置は任意であってよい。例えば、複数のニードル110を、M×N(M、Nはそれぞれ1~30の整数)のマトリックス状に配列することができる。具体的な配置の一例としては、8mm×8mmの矩形領域中に、10×12本のニードル110が500μmピッチで配置される。ニードル110の形状は、皮膚に穿刺できる先端を有していれば任意であってよく、好ましくは円錐形状または角錐形状、例えばピラミッド形状とすることができる。
[needle]
(arrangement and shape)
The length of the needle 110 is long enough to reach the stratum corneum when the needle 110 pierces the skin, and is preferably 5 mm or less, more preferably 1 mm or less. The number and placement of needles 110 may be arbitrary. For example, a plurality of needles 110 can be arranged in an M×N matrix (M and N are integers from 1 to 30). As a specific arrangement example, 10×12 needles 110 are arranged at a pitch of 500 μm in a rectangular area of 8 mm×8 mm. Needle 110 may have any shape as long as it has a tip that can penetrate the skin, and may preferably be conical or pyramidal, for example pyramidal.

[ベース部およびニードルの形成]
ベース部100およびニードル110は、型を用いたマイクロモールディング技術を用いて一体的に形成することができる。型としては、例えば、図2に示すようなマイクロニードル型200を用いることができる。マイクロニードル型200は、ベース部100およびニードル110(図1参照)を合わせた形状に対応するキャビティ(凹部)201を有することができる。
[Formation of base portion and needle]
Base portion 100 and needle 110 may be integrally formed using micromolding techniques using a mold. As the mold, for example, a microneedle mold 200 as shown in FIG. 2 can be used. Microneedle mold 200 can have a cavity (recess) 201 corresponding to the combined shape of base portion 100 and needle 110 (see FIG. 1).

このようなマイクロニードル型200を用いた場合のマイクロニードルの製造方法の一例を、ポリマー多孔質体がポリエーテルスルホンで構成される場合を例に挙げて以下に説明する。まず、ポリエーテルスルホンを所定の濃度となるように有機溶媒(例えばDMFに溶解させてポリエーテルスルホン溶液とし、これをマイクロニードル型200のキャビティ201に注入する。その後、マイクロニードル型に注入されたポリエーテルスルホン溶液に非溶媒(例えばベンゼン)を所定の濃度となるように添加する。これを、ポリエーテルスルホン溶液の相分離に十分な時間以上静置した後、マイクロニードル型200から取り出し、メタノール洗浄する。これによって、マイクロニードルの形状に成型されたポリマー多孔質体が得られる。得られたポリマー多孔質体には親水処理を施すことができる。 An example of a method for manufacturing microneedles using such a microneedle mold 200 will be described below, taking as an example the case where the polymer porous body is composed of polyethersulfone. First, polyethersulfone is dissolved in an organic solvent (for example, DMF) to a predetermined concentration to obtain a polyethersulfone solution, which is injected into the cavity 201 of the microneedle mold 200. After that, the solution is injected into the microneedle mold. A non-solvent (e.g., benzene) is added to the polyethersulfone solution to a predetermined concentration, which is allowed to stand for a period of time sufficient for phase separation of the polyethersulfone solution, then removed from the microneedle mold 200, and methanol is added. The microneedle-shaped porous polymer body is thus obtained, and the obtained porous polymer body can be subjected to a hydrophilic treatment.

一方、ゲル組成物については、ゲル組成物を構成する単量体を含む単量体混合物を溶媒に溶解させた溶液(プレゲル溶液)を調製しておき、これをポリマー多孔質体に添加する。プレゲル溶液の添加によって、プレゲル溶液はポリマー多孔質体の空隙に浸入し、空隙にはプレゲル溶液が充填される。適宜方法により単量体混合物を重合することにより、プレゲル溶液はポリマー多孔質体の空隙に充填された状態でゲル組成物となる。これによって、ポリマー多孔質体とゲル組成物とが複合され、かつ、ベース部100およびニードル110が境界のない1つの部分として構成されたマイクロニードル10が製造される。 On the other hand, for the gel composition, a solution (pre-gel solution) is prepared by dissolving a monomer mixture containing the monomers constituting the gel composition in a solvent, and this is added to the porous polymer body. By adding the pre-gel solution, the pre-gel solution penetrates into the voids of the porous polymer body, and the voids are filled with the pre-gel solution. By polymerizing the monomer mixture by an appropriate method, the pregel solution becomes a gel composition in a state in which the voids of the polymer porous body are filled. As a result, the microneedle 10 is manufactured by combining the polymer porous material and the gel composition, and in which the base portion 100 and the needle 110 are configured as one portion without a boundary.

ポリマー多孔質体へのプレゲル溶液の添加は、例えば、ポリマー多孔質体をプレゲル溶液に浸漬し、その後、ポリマー多孔質体をプレゲル溶液から引き上げることによって行うことができる。ポリマー多孔質体をプレゲル溶液から引き出した後、単量体混合物を重合することによって、ポリマー多孔質の空隙にゲル組成物が充填されてポリマー多孔質とゲル組成物とが複合された構造体(マイクロニードル)を得ることができる。 Addition of the pre-gel solution to the porous polymer body can be performed, for example, by immersing the porous polymer body in the pre-gel solution and then pulling the porous polymer body out of the pre-gel solution. After the porous polymer material is extracted from the pre-gel solution, the voids of the porous polymer material are filled with the gel composition by polymerizing the monomer mixture to form a structure in which the porous polymer material and the gel composition are combined ( microneedles) can be obtained.

キャビティ201へのポリエーテルスルホン溶液(およびプレゲル溶液)の充填に関して、ニードル110は非常に微細な構造を有するので、所望の形状のニードル110を形成するためには、ニードル110に対応するキャビティ201の部分の先端まで溶液を充填することが重要である。そのため、溶液の重合前に、遠心処理または真空処理を行なうことが好ましい。 As for filling the cavity 201 with the polyethersulfone solution (and the pregel solution), the needle 110 has a very fine structure. It is important to fill the solution to the tip of the part. Therefore, it is preferable to perform centrifugation or vacuum treatment before polymerizing the solution.

遠心処理には、遠心分離機を利用することができる。より詳しくは、溶液を流し込んだマイクロニードル型200をファルコンチューブに入れ、遠心分離機を用いて遠心分離する。これにより溶液をキャビティ201の先端まで充填させることができる。 A centrifuge can be used for centrifugation. More specifically, the solution-filled microneedle mold 200 is placed in a falcon tube and centrifuged using a centrifuge. Thereby, the solution can be filled up to the tip of the cavity 201 .

真空処理は、例えば、多孔質材料でマイクロニードル型200を構成し、そのマイクロニードル型200を減圧下に置いてマイクロニードル型200内の空気を除去した後、溶液をマイクロニードル型200に流し込むことによって行なうことができる。これによって、ニードル110に対応するキャビティ201の部分の先端まで溶液を充填させることができる。マイクロニードル型200を構成する多孔質材料としては、例えばポリジメチルシロキサン(PDMS)を用いることができる。 The vacuum treatment is, for example, forming the microneedle mold 200 with a porous material, placing the microneedle mold 200 under reduced pressure to remove the air in the microneedle mold 200, and then pouring the solution into the microneedle mold 200. can be done by Thereby, the solution can be filled up to the tip of the portion of the cavity 201 corresponding to the needle 110 . Polydimethylsiloxane (PDMS), for example, can be used as the porous material forming the microneedle mold 200 .

遠心処理および真空処理のどちらの処理でも、得られるニードル110の形態に大きな差異は見られず、本発明においては遠心処理および真空処理のいずれも利用可能である。 There is no significant difference in the shape of needle 110 obtained by either centrifugal treatment or vacuum treatment, and both centrifugal treatment and vacuum treatment can be used in the present invention.

[マイクロニードルの評価]
次に、マイクロニードルの評価について説明する。
[Evaluation of microneedles]
Next, evaluation of microneedles will be described.

(評価1)ポリエーテルスルホンでのニードルの成型性
<実験1>
ポリエーテルスルホン(PES)を30wt%のN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)に添加し、110℃で溶解させたPES溶液を調製した。調製したPES溶液をさらに、所定の濃度となるようにDMFで希釈した。希釈したPES溶液を、ポリジメチルシロキサン(PDMS)製の図2に示したようなベース部およびニードルに相当するキャビティ201を有するマイクロニードル型200に注入した。その後、マイクロニードル型200に注入した希釈PES溶液にベンゼン濃度が所定の濃度となるようにベンゼンを添加し、室温で24時間静置することによって成型体を得た。得られた成型体を、マイクロニードル型200ごとメタノール洗浄してベンゼンを除去した後、マイクロニードル型200から取り出して。ベース部およびニードルが一体に形成されたポリマー多孔質体のみからなるマイクロニードルを作製した。
(Evaluation 1) Moldability of Needle with Polyethersulfone <Experiment 1>
Polyethersulfone (PES) was added to 30 wt % of N,N-dimethylformamide (DMF) and dissolved at 110° C. to prepare a PES solution. The prepared PES solution was further diluted with DMF to a predetermined concentration. The diluted PES solution was injected into a microneedle mold 200 made of polydimethylsiloxane (PDMS) and having a base and a cavity 201 corresponding to the needle as shown in FIG. After that, benzene was added to the diluted PES solution injected into the microneedle mold 200 so that the benzene concentration reached a predetermined concentration, and the solution was allowed to stand at room temperature for 24 hours to obtain a molded body. The obtained molding was washed with methanol together with the microneedle mold 200 to remove benzene, and then taken out from the microneedle mold 200 . A microneedle consisting of only a polymer porous body in which a base portion and a needle are integrally formed was produced.

以上の一連の処理を、DMFによる希釈後のPES溶液におけるPES濃度、およびベンゼン濃度を種々変更した複数種類のマイクロニードルを作製した。PES濃度は、15wt%、20wt%および25wt%、ベンゼン濃度は、20vol%、25vol%、30vol%および35wt%で行なった。 A plurality of types of microneedles were produced by variously changing the PES concentration and the benzene concentration in the PES solution diluted with DMF through the series of treatments described above. The PES concentrations were 15 wt%, 20 wt% and 25 wt%, and the benzene concentrations were 20 vol%, 25 vol%, 30 vol% and 35 wt%.

<結果>
作製した各マイクロニードルについて、光学顕微鏡を用いてニードルの形状観察を行なった。各マイクロニードルの顕微鏡写真を図3に示す。形状観察の結果、PES濃度については20wt%において成型性の高いマイクロニードルが得られた。これは、低濃度のPESではゲル化に不利である一方で、高濃度のPESでは高い粘度によりマイクロニードル型200のニードルに対応するキャビティの部分の先端までPES溶液が浸透しないためであると考えられる。また、ベンゼン濃度については、25wt%において成型性の高いマイクロニードルが得られた。これは、低濃度のベンゼンでは相分離を誘起できない一方で、高濃度のベンゼンではPES溶液がマイクロニードル型のニードルに対応するキャビティの部分の先端まで浸透する前に相分離が惹起され、PES溶液が沈殿するためであると考えられる。
<Results>
For each microneedle produced, the shape of the needle was observed using an optical microscope. A micrograph of each microneedle is shown in FIG. As a result of shape observation, microneedles with high moldability were obtained at a PES concentration of 20 wt %. It is believed that this is because low-concentration PES is disadvantageous for gelation, while high-concentration PES has high viscosity, and the PES solution does not permeate to the tip of the portion of the cavity corresponding to the needle of the microneedle mold 200. be done. In addition, microneedles with high moldability were obtained at a benzene concentration of 25 wt %. This is because a low concentration of benzene cannot induce phase separation, while a high concentration of benzene causes phase separation before the PES solution penetrates to the tip of the cavity corresponding to the microneedle needle, and the PES solution This is thought to be due to the precipitation of

(評価2)ベンゼンの有無によるニードルの成型性への影響
<実験2-1>
ポリエーテルスルホン(PES)を30wt%のN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)に添加し、110℃で溶解させたPES溶液を調製した。調製したPES溶液をさらに、PES濃度が20wt%となるようにDMFで希釈した。希釈したPES溶液を、ポリジメチルシロキサン(PDMS)製の図2に示したようなベース部およびニードルに相当するキャビティ201を有するマイクロニードル型200に注入した。その後、PES溶液を注入したマイクロニードル型200を4℃で24時間静置することによって成型体を得た。得られた成型体を、マイクロニードル型200ごとメタノール洗浄してベンゼンを除去した後、マイクロニードル型200から取り出して、ベース部およびニードルが一体に形成されたポリマー多孔質体のみからなるマイクロニードルを作製した。
(Evaluation 2) Effect of presence or absence of benzene on needle moldability <Experiment 2-1>
Polyethersulfone (PES) was added to 30 wt % of N,N-dimethylformamide (DMF) and dissolved at 110° C. to prepare a PES solution. The prepared PES solution was further diluted with DMF so that the PES concentration was 20 wt %. The diluted PES solution was injected into a microneedle mold 200 made of polydimethylsiloxane (PDMS) and having a base and a cavity 201 corresponding to the needle as shown in FIG. After that, the microneedle mold 200 injected with the PES solution was allowed to stand at 4° C. for 24 hours to obtain a molded body. The obtained molded body is washed with methanol together with the microneedle mold 200 to remove benzene, and then taken out from the microneedle mold 200 to obtain microneedles consisting only of a porous polymer body integrally formed with a base portion and a needle. made.

<実験2-2>
実験2-1においてPES溶液をマイクロニードル型200に注入した後、ベンゼン濃度が所定の濃度となるようにベンゼンを添加し、4℃で24時間静置した以外は実験2-1と同様にしてマイクロニードルを作製した。ベンゼン濃度は5vol%および15vol%の2種類で行なった。
<Experiment 2-2>
After injecting the PES solution into the microneedle mold 200 in Experiment 2-1, benzene was added so that the benzene concentration reached a predetermined concentration, and the mixture was allowed to stand at 4° C. for 24 hours in the same manner as in Experiment 2-1. A microneedle was produced. Two benzene concentrations, 5 vol % and 15 vol %, were used.

<結果>
作製した各マイクロニードルについて、光学顕微鏡を用いてニードルの形状観察を行なった。各マイクロニードルの顕微鏡写真を図4に示す。形状観察の結果、ベンゼン濃度0%においても成形性の高いマイクロニードルが得られた。これは、低温条件においてポリマーが沈殿することで相分離が惹起されるためであると考えられる。
<Results>
For each microneedle produced, the shape of the needle was observed using an optical microscope. A micrograph of each microneedle is shown in FIG. As a result of shape observation, microneedles with high formability were obtained even at a benzene concentration of 0%. It is believed that this is because phase separation is induced by precipitation of the polymer under low temperature conditions.

(評価3)ポリマー多孔質体の多孔性
<実験3>
実験1において、PES濃度25wt%およびベンゼン濃度20vol%で作製したマイクロニードルを、走査型電子顕微鏡を用いて表面観察を行なった。
(Evaluation 3) Porosity of porous polymer material <Experiment 3>
In Experiment 1, microneedles produced with a PES concentration of 25 wt % and a benzene concentration of 20 vol % were subjected to surface observation using a scanning electron microscope.

<結果>
走査型電子顕微鏡写真を図5に示す。走査型電子顕微鏡による表面観察の結果、多孔質構造が形成されていることから、ベンゼンによる相分離が効率的に惹起されていることが示唆された。
<Results>
A scanning electron micrograph is shown in FIG. As a result of surface observation with a scanning electron microscope, a porous structure was formed, suggesting that phase separation by benzene was efficiently induced.

(評価4)ポリマー多孔質/ゲル組成物複合マイクロニードルの成型性
<実験4>
ポリエーテルスルホン(PES)を30wt%のN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)に添加し、110℃で溶解させたPES溶液を調製した。調製したPES溶液をさらに、PES濃度が25wt%となるようにDMFで希釈した。希釈したPES溶液を、ポリジメチルシロキサン(PDMS)製の図2に示したようなベース部およびニードルに相当するキャビティ201を有するマイクロニードル型200に注入した。その後、マイクロニードル型200に注入した希釈PES溶液にベンゼン濃度が20vol%となるようにベンゼンを添加し、室温で24時間静置することによってポリマー多孔質体からなる成型体を得た。得られた成型体を、マイクロニードル型200ごとメタノール洗浄してベンゼンを除去した後、マイクロニードル型200から取り出した。
(Evaluation 4) Moldability of polymer porous/gel composition composite microneedles <Experiment 4>
Polyethersulfone (PES) was added to 30 wt % of N,N-dimethylformamide (DMF) and dissolved at 110° C. to prepare a PES solution. The prepared PES solution was further diluted with DMF so that the PES concentration was 25 wt %. The diluted PES solution was injected into a microneedle mold 200 made of polydimethylsiloxane (PDMS) and having a base and a cavity 201 corresponding to the needle as shown in FIG. After that, benzene was added to the diluted PES solution injected into the microneedle mold 200 so that the benzene concentration was 20 vol %, and the mixture was allowed to stand at room temperature for 24 hours to obtain a molded body composed of a porous polymer body. The obtained molding was washed with methanol together with the microneedle mold 200 to remove benzene, and then taken out from the microneedle mold 200 .

マイクロニードル型200から取り出した成型体にプラズマを照射し、成型体の表面改質を行なった。その後、アクリル酸を5%の濃度になるようにメタノールで希釈したアクリル酸溶液に成型体を浸漬し、60℃で1時間反応させることで成型体に親水性を付与した。プラズマ照射には、ヤマト科学株式会社製プラズマドライクリーナー(PDC210)を用い、出力300Wで15分間照射した。 The molded body taken out from the microneedle mold 200 was irradiated with plasma to modify the surface of the molded body. Thereafter, the molding was immersed in an acrylic acid solution diluted with methanol to a concentration of 5% acrylic acid, and reacted at 60° C. for 1 hour to impart hydrophilicity to the molding. A plasma dry cleaner (PDC210) manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd. was used for plasma irradiation, and irradiation was performed for 15 minutes at an output of 300 W.

その後、成型体をメタノール洗浄し、成型体にプレゲル溶液(モノマー濃度:3M、架橋剤密度:5%)を添加し、プレゲル溶液を重合させた。プレゲル溶液の重合後にプレゲル溶液を乾燥させることによって、ベース部およびニードルが一体に形成された、ポリマー多孔質体とゲル組成物とが複合したマイクロニードル(ポリマー多孔質/ゲル組成物複合マイクロニードル)を作製した。 Thereafter, the molded body was washed with methanol, and a pregel solution (monomer concentration: 3M, cross-linking agent density: 5%) was added to the molded body to polymerize the pregel solution. A microneedle composed of a composite of a porous polymer body and a gel composition, in which a base part and a needle are integrally formed by drying the pregel solution after polymerization of the pregel solution (porous polymer/gel composition composite microneedle) was made.

プレゲル溶液は、次のようにして調製した。ゲル化剤としてN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)、フェニルボロン酸系単量体として4-(2-アクリルアミドエチルカルバモイル)-3-フルオロフェニルボロン酸(AmECFPBA)、ヒドロキシル系単量体としてN-ヒドロキシエチルアクリルアミド(NHEAAm)、および架橋剤としてN,N’-メチレンビスアクリルアミド(MBAAm)をそれぞれメタノールと水の混合溶媒(メタノール/水=4/6、v/v)に溶解し、NIPAAm/AmECFPBA/NHEAAm/MBAAm=57.7/10.2/22.6/5.00の比で混合して混合溶液を得た。得られた混合溶液に、開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)および促進剤としてテトラメチルエチレンジアミン(TEMED)を添加し、プレゲル溶液を得た。 A pre-gel solution was prepared as follows. N-isopropylacrylamide (NIPAAm) as a gelling agent, 4-(2-acrylamidoethylcarbamoyl)-3-fluorophenylboronic acid (AmECFPBA) as a phenylboronic acid-based monomer, and N-hydroxyethyl as a hydroxyl-based monomer Acrylamide (NHEAAm) and N,N'-methylenebisacrylamide (MBAAm) as a cross-linking agent were respectively dissolved in a mixed solvent of methanol and water (methanol/water = 4/6, v/v), and NIPAAm/AmECFPBA/NHEAAm was obtained. /MBAAm=57.7/10.2/22.6/5.00 to obtain a mixed solution. Ammonium persulfate (APS) as an initiator and tetramethylethylenediamine (TEMED) as an accelerator were added to the resulting mixed solution to obtain a pregel solution.

<結果>
作製したポリマー多孔質/ゲル組成物複合マイクロニードルを、光学顕微鏡を用いて形状観察を行なった。本実験でのマイクロニードルの顕微鏡写真を図6に示す。形状観察の結果、ゲル組成物が充填されたポリマー多孔質体においてもニードルの形状が維持されていることが確認された。
<Results>
The shape of the fabricated porous polymer/gel composition composite microneedles was observed using an optical microscope. A micrograph of the microneedles in this experiment is shown in FIG. As a result of shape observation, it was confirmed that the shape of the needle was maintained even in the polymer porous body filled with the gel composition.

(評価5)ポリマー多孔質/ゲル組成物複合マイクロニードルの力学的特性
<実験5>
実験4と同様にして作製したポリマー多孔質/ゲル組成物複合マイクロニードルのニードルの力学的強度を、ボンドテスター(デイジ社製万能型ボンドテスター、型番:5000)により測定した。具体的には、マイクロニードルをボンドテスターに固定し、真空下でステンレスプローブをニードルの根元から200μmの位置にセットし、その後、ステンレスプローブを水平に動かすことによりニードルの降伏応力を測定し、その値をニードルの力学的強度の指標とした。
(Evaluation 5) Mechanical properties of polymer porous/gel composition composite microneedles <Experiment 5>
The mechanical strength of the needles of the polymer porous/gel composition composite microneedles prepared in the same manner as in Experiment 4 was measured using a bond tester (manufactured by Daisi Co., Ltd., universal type bond tester, model number: 5000). Specifically, the microneedle is fixed to a bond tester, a stainless steel probe is set at a position 200 μm from the root of the needle under vacuum, and then the stainless steel probe is moved horizontally to measure the yield stress of the needle. The value was used as an index of the mechanical strength of the needle.

<参照実験5-1>
実験4において、ポリマー多孔質体からなる成型体を得る一連の工程およびその後のアクリル酸溶液による処理を省略し、プレゲル溶液をマイクロニードル型200に注入することによってマイクロニードルを作製した。つまり、本実験ではゲル組成物のみからなるマイクロニードルを作製した。作製したマイクロニードルについて、実験5と同様に力学的強度を測定した。
<Reference experiment 5-1>
In Experiment 4, microneedles were produced by injecting a pre-gel solution into the microneedle mold 200, omitting a series of steps for obtaining a molded body made of a porous polymer body and the subsequent treatment with an acrylic acid solution. In other words, in this experiment, microneedles made only of the gel composition were produced. The mechanical strength of the produced microneedles was measured in the same manner as in Experiment 5.

<参照実験5-2>
実験4において、ポリマー多孔質体からなる成型体とゲル組成物との複合を省略してマイクロニードルを作製した。つまり、本実験ではポリマー多孔質体のみからなるマイクロニードルを作製した。作製したマイクロニードルについて、実験5と同様に力学的強度を測定した。
<Reference experiment 5-2>
In Experiment 4, a microneedle was produced by omitting the composite of the gel composition and the molding made of the porous polymer material. In other words, in this experiment, a microneedle made of only a porous polymer material was produced. The mechanical strength of the produced microneedles was measured in the same manner as in Experiment 5.

<結果>
実験5、参照実験5-1および参照実験5-2による測定結果を図7にグラフで示す。
グラフにおいて、「Naked MNs」、「PES MNs」および「Hybrid MSs」は、それぞれ参照実験5-1、参照実験5-2および実験5による結果である。グラフより、実験5が、参照実験5-1および参照実験5-2よりも高い最大応力を示したことから、弾性の高いポリエーテルスルホンと粘性の高いゲル組成物が相乗的にマイクロニードルの力学的特性を高めたことが示唆された。
<Results>
The measurement results of Experiment 5, Reference Experiment 5-1 and Reference Experiment 5-2 are shown graphically in FIG.
In the graph, "Naked MNs", "PES MNs" and "Hybrid MSs" are the results from Reference Experiment 5-1, Reference Experiment 5-2 and Experiment 5, respectively. From the graph, Experiment 5 showed a higher maximum stress than Reference Experiments 5-1 and 5-2. It was suggested that the

(評価6)ポリマー多孔質/ゲル組成物複合マイクロニードルの皮膚刺入性
<実験6>
実験4と同様にして作製したポリマー多孔質/ゲル組成物複合マイクロニードルをマウスの皮膚に1分間貼付し、トリパンブルー染色を実施して皮膚刺入性を可視化した。
(Evaluation 6) Skin penetration of polymer porous/gel composition composite microneedles <Experiment 6>
A polymer porous/gel composition composite microneedle prepared in the same manner as in Experiment 4 was applied to the skin of a mouse for 1 minute, and trypan blue staining was performed to visualize skin penetration.

<結果>
ポリマー多孔質/ゲル組成物複合マイクロニードルを貼付した後のマウスの皮膚表面の写真を図8に示す。マウスの皮膚表面にはトリパンブルー染色によるマイクロニードル由来の穴が確認された。このことから、ポリマー多孔質/ゲル組成物複合マイクロニードルは、優れた皮膚刺入性を有していることが確認された。
<Results>
FIG. 8 shows a photograph of the mouse skin surface after application of the polymer porous/gel composition composite microneedles. Microneedle-derived holes were confirmed on the mouse skin surface by trypan blue staining. From this, it was confirmed that the polymer porous/gel composition composite microneedles have excellent skin-penetrating properties.

(評価7)ポリマー多孔質/ゲル組成物複合マイクロニードルの薬剤放出性
<実験7>
実験4と同様にして作製したポリマー多孔質/ゲル組成物複合マイクロニードルに、FITC標識インスリン溶液を100μL添加し、室温で24時間静置した。その後、FITC標識インスリン溶液を添加したポリマー多孔質/ゲル組成物複合マイクロニードルを低グルコース溶液(100mg/dL)または高グルコース溶液(500mg/dL)中で静置し、放出されたFITC標識インスリンを、蛍光光度計(販売元:サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社、製品番号:NanoDrop3300)を用いて検出した。
(Evaluation 7) Drug release property of polymer porous/gel composition composite microneedle <Experiment 7>
100 μL of FITC-labeled insulin solution was added to polymer porous/gel composition composite microneedles prepared in the same manner as in Experiment 4, and allowed to stand at room temperature for 24 hours. After that, the polymer porous/gel composition composite microneedle to which the FITC-labeled insulin solution was added was placed in a low glucose solution (100 mg/dL) or a high glucose solution (500 mg/dL), and the released FITC-labeled insulin was , using a fluorometer (manufactured by Thermo Fisher Scientific, product number: NanoDrop3300).

<結果>
検出結果を図9にグラフで示す。グラフから、低グルコース溶液よりも高グルコース溶液において高濃度のFITC標識インスリンが検出されたことが分かる。このことから、ポリマー多孔質/ゲル組成物複合マイクロニードルはゲル特性を維持したままインスリンを担持できることが示唆された。
<Results>
The detection results are shown graphically in FIG. From the graph it can be seen that higher concentrations of FITC-labeled insulin were detected in the high glucose solution than in the low glucose solution. This suggested that the polymer porous/gel composition composite microneedles could carry insulin while maintaining gel properties.

10 マイクロニードル
100 ベース部
110 ニードル
200 マイクロニードル型
201 キャビティ

10 Microneedle 100 Base Part 110 Needle 200 Microneedle Mold 201 Cavity

Claims (13)

ベース部と、
前記ベース部に支持された少なくとも1つのニードルと、
を有し、
前記ベース部および前記ニードルは、ポリマーからなる多孔質体と、前記多孔質体の空隙部分に充填された、薬剤を担持することができ、かつ前記薬剤の透過性を有するゲル組成物とを含む、
薬剤送達デバイス。
a base;
at least one needle supported by the base;
has
The base portion and the needle each include a porous body made of a polymer, and a gel composition capable of supporting a drug and permeable to the drug, which is filled in voids of the porous body. ,
Drug delivery device.
前記ポリマーはポリエーテルスルホンである請求項1に記載の薬剤送達デバイス。 2. The drug delivery device of claim 1, wherein said polymer is polyethersulfone. 前記多孔質体が、親水性基を持つポリマーでコーティングされている請求項2に記載の薬剤送達デバイス。 3. The drug delivery device according to claim 2, wherein the porous body is coated with a polymer having hydrophilic groups. 前記親水性基を持つポリマーはポリアクリル酸である請求項3に記載の薬剤送達デバイス。 4. The drug delivery device according to claim 3, wherein the polymer with hydrophilic groups is polyacrylic acid. 前記前記ゲル組成物は、フェニルボロン酸系単量体ユニットを含む共重合体を含むゲル組成物である請求項1~4のいずれか一項に記載の薬剤送達デバイス。 The drug delivery device according to any one of claims 1 to 4, wherein the gel composition is a gel composition containing a copolymer containing a phenylboronic acid-based monomer unit. ベース部と、前記ベース部に支持された少なくとも1つのニードルとを有する薬剤送達デバイスの製造方法であって、
前記ベース部および前記ニードルに対応するキャビティを有する型を用いて、ポリマーからなる多孔質体を成型する工程と、
前記多孔質体の空隙部分に、薬液を担持することができ、かつ前記薬液の透過性を有するゲル組成物を充填する工程と、
を有する薬剤送達デバイスの製造方法。
1. A method of making a drug delivery device having a base and at least one needle supported by said base, comprising:
a step of molding a porous body made of a polymer using a mold having cavities corresponding to the base portion and the needle;
a step of filling a void portion of the porous body with a gel composition capable of supporting a chemical solution and having permeability for the chemical solution;
A method of manufacturing a drug delivery device comprising:
前記ポリマーはポリエーテルスルホンであり、
前記多孔質体を成型する工程は、
前記ポリエーテルスルホンを有機溶媒に溶解させたポリエーテルスルホン溶液を調製する工程と、
前記ポリエーテルスルホン溶液にベンゼンを添加する工程と、
前記ベンゼンを添加した前記ポリエーテルスルホン溶液を相分離させる工程と、
を含む、
請求項6に記載の薬剤送達デバイスの製造方法。
the polymer is polyethersulfone,
The step of molding the porous body includes:
preparing a polyethersulfone solution by dissolving the polyethersulfone in an organic solvent;
adding benzene to the polyethersulfone solution;
phase-separating the benzene-added polyethersulfone solution;
including,
7. A method of manufacturing a drug delivery device according to claim 6.
前記ポリエーテルスルホン溶液を調製する工程は、ポリエーテルスルホン濃度が15~25wt%となるように前記ポリエーテルスルホン溶液を調製することを含む、請求項7に記載の薬剤送達デバイスの製造方法。 8. The method of manufacturing a drug delivery device according to claim 7, wherein the step of preparing the polyethersulfone solution includes preparing the polyethersulfone solution so that the polyethersulfone concentration is 15-25 wt %. 前記ベンゼンを添加する工程は、ベンゼン濃度が20~35vol%となるように前記ベンゼンを添加することを含む、請求項7または8に記載の薬剤送達デバイスの製造方法。 The method for manufacturing a drug delivery device according to claim 7 or 8, wherein the step of adding benzene includes adding the benzene so that the benzene concentration is 20 to 35 vol%. 前記ゲル組成物を充填する工程の前に、親水性基を持つポリマーで前記多孔質体をコーティングする工程をさらに有する、請求項6~9のいずれか一項に記載の薬剤送達デバイスの製造方法。 The method for manufacturing the drug delivery device according to any one of claims 6 to 9, further comprising coating the porous body with a polymer having a hydrophilic group before the step of filling the gel composition. . 前記多孔質体をコーティングする工程は、
前記多孔質体にプラズマを照射することと、
プラズマ照射後の前記多孔質体にアクリル酸を添加することと、
前記アクリル酸をグラフト重合することと、
を含む、請求項10に記載の薬剤送達デバイスの製造方法。
The step of coating the porous body includes:
irradiating the porous body with plasma;
adding acrylic acid to the porous body after plasma irradiation;
graft polymerizing the acrylic acid;
11. A method of manufacturing a drug delivery device according to claim 10, comprising:
前記ゲル組成物を充填する工程は、
前記ゲル組成物を構成する単量体を含む単量体混合物を溶媒に溶解させたプレゲル溶液を調製する工程と、
前記多孔質体の空隙に前記プレゲル溶液が充填されるように前記プレゲル溶液を前記多孔質体に添加する工程と、
前記プレゲル溶液を前記多孔質体に添加した後、前記単量体混合物を重合する工程と、
を含む、請求項6~11のいずれか一項に記載の薬液送達デバイスの製造方法。
The step of filling the gel composition,
preparing a pre-gel solution in which a monomer mixture containing monomers constituting the gel composition is dissolved in a solvent;
adding the pre-gel solution to the porous body such that the pre-gel solution fills the voids of the porous body;
After adding the pre-gel solution to the porous body, polymerizing the monomer mixture;
The method for manufacturing the drug solution delivery device according to any one of claims 6 to 11, comprising
前記単量体混合物は、フェニルボロン酸系単量体を含む、請求項12に記載の薬剤送達デバイスの製造方法。


13. The method of manufacturing a drug delivery device according to claim 12, wherein the monomer mixture contains a phenylboronic acid-based monomer.


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