JP2023501200A - 共重合体を利用した光架橋型生分解性組織接着剤の製造 - Google Patents
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Abstract
本発明は、共重合体を利用した光架橋型生分解性組織接着剤の製造に関するものであって、延伸率、機械的物性及び組織接着力に優れたヒアルロン酸共重合体化合物を提供し、これは、根本的に相分離されず、所望の接着特性及び物性を有した組織接着剤を製造することができる特徴がある。
Description
本発明は、共重合体を利用した光架橋型生分解性組織接着剤の製造に関する。
医療用組織接着剤は、傷部位の止血や接合または治療部位を保護して傷の回復を目的として使われる。
従来のシアノアクリル酸（ｃｙａｎｏａｃｒｙｌａｔｅ）系の組織接着剤は、速い接着性能を示すが、濡れた表面で接着性と柔軟性とが落ち、分解過程でホルムアルデヒドのような毒性副産物が生成されて生体適合性が低い。また、形成された接着層が不透明であり、不均一であって、眼球表面のように高い光透過性が要求される表面には適用し難いという限界があった。
また、体内血液の凝固過程を利用したフィブリン（ｆｉｂｒｉｎ）系の組織接着剤は、生体適合性は高い方であるが、粘膜と濡れた組織とに接着力が低いという短所があった。
最近、ＵＶのような光によって即席でハイドロゲルを形成して組織と高い接着力を保持することができる光架橋型組織接着剤が注目を浴びている。これは、一般的に水溶性高分子に光架橋グループを導入して光架橋型高分子を製造し、それを溶かした溶液に光を照射してハイドロゲルを形成することにより、所望の組織に高い接着力を果たすことができる。
特に、人体内の多様な組織の構成成分であるヒアルロン酸（Ｈｙａｌｕｒｏｎｉｃ ａｃｉｄ、ＨＡ）は、傷の回復に役に立ち、光架橋グループを導入することによって、傷の縫合だけではなく、組織再生にも役に立つ。
しかし、従来の光架橋型ＨＡは、柔軟性が落ち、物性調節が難しくて制限的な分野のみで活用されるという問題点があった。
したがって、柔軟でありながらも、機械的物性が向上すると同時に接着力も向上する共重合体を利用した光架橋型ヒアルロン酸化合物及びそれを用いた組織接着剤についての研究が必要な実情である。
本発明の目的は、優れた延伸率と機械的物性及び皮膚、粘膜組織でも優れた接着力の特性を示すために、光架橋の長さが異なるヒアルロン酸化合物を共重合したヒアルロン酸共重合体化合物を提供することである。
また、本発明の他の目的は、前記ヒアルロン酸共重合体化合物を利用した生分解性組織接着剤を提供することである。
前記目的を果たすために、本発明は、下記化学式１で表される化合物を提供する。
前記化学式１において、
ｍまたはｎは、それぞれ１～１０，０００の整数であり、
Ｘ１～Ｘ８は、それぞれ同一または異なり、ＯＨまたは化学式１－１の置換基であり、
前記化学式１－１において、ｐまたはｑは、それぞれ０～１０の整数である。
また、本発明は、前記化学式１ないし化学式３で表される化合物を含み、光架橋反応を通じて形成されることを特徴とするハイドロゲルを提供する。
また、本発明は、前記化学式１の化合物を含む生分解性組織接着剤を提供する。
本発明によって製造されたヒアルロン酸共重合体化合物は、単一成分であって、根本的に相分離されず、優れた延伸率及び機械的特性を有するだけではなく、皮膚、粘膜組織でも優れた接着力を有する。
また、光架橋の長さが異なるヒアルロン酸化合物を共重合することにより、接着剤の物性を調節することができて、身体の多様な部位に使える医療用接着剤として用いられ、医療用止血剤、創傷被覆剤、癒着防止剤としても有用に活用可能である。
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明者らは、延伸率、機械的強度及び組織接着力に優れた特性を有する光架橋の長さが異なるヒアルロン酸化合物を共重合したヒアルロン酸共重合体化合物を合成し、これは、根本的に相分離されず、所望の接着特性及び物性を有した組織接着剤を製造することができて、身体の多様な部位に使える医療用接着剤、医療用止血剤、創傷被覆剤、癒着防止剤として有用に用いられうるということを明らかにして、本発明を完成した。
本発明は、下記化学式１で表される化合物を提供する。
前記化学式１において、
ｍまたはｎは、それぞれ１～１０，０００の整数であり、
Ｘ１～Ｘ８は、それぞれ同一または異なり、ＯＨまたは化学式１－１の置換基であり、
前記化学式１－１において、ｐまたはｑは、それぞれ０～１０の整数である。
この際、Ｘ１～Ｘ４及びＸ５～Ｘ８は、それぞれ少なくとも１つ以上の化学式１－１の置換基を必須的に含み、残りは、ヒドロキシ基であり、化学式１－１の置換基の置換率は、１～４００％になる。
特に、前記化学式１において、ｍまたはｎは、それぞれ１～１０，０００の整数であり、Ｘ１～Ｘ４は、少なくとも１つ以上の化学式１－１の置換基を含み、Ｘ５～Ｘ８も、少なくとも１つ以上の化学式１－１の置換基を含むが、Ｘ１～Ｘ４の置換基と異なる置換基を含み、ｐまたはｑは、それぞれ０～１０の整数であることが望ましい。
前記のように、化学式１の化合物は、生体適合性に優れたヒアルロン酸繰り返し単位にエチレン性不飽和基を有することを特徴とする。
また、前記化学式１で表される化合物は、下記化学式２または化学式３で表される化合物である。
前記化学式２または化学式３において、
ｍまたはｎは、１～１０，０００の整数である。
この際、前記化学式１で表される化合物は、ｍとｎとが９：１～７：３の比率でランダム共重合することができ、望ましくは、７：３の比率でランダム共重合して形成することができるが、これに制限されるものではない。
前記化学式１ないし化学式３の化合物は、光架橋の長さが異なるヒアルロン酸化合物をランダム共重合したヒアルロン酸共重合体化合物であって、２つ以上の高分子を単純に混合して生じうる相分離及び製品の商品性の低下の問題点を解決することができる。
本発明の一実施例によれば、ＨＡＭＡとＨＡＰＡとがランダム共重合して製造された化学式２の化合物は、単純ＨＡＭＡとＨＡＰＡとの混合物よりも機械的強度が向上することを確認し、延伸率及び接着力も優れていることを確認した。すなわち、本発明によれば、共重合体ハイドロゲルの内部に多重網状構造が生じて柔軟性も高くなりながら同時に機械的強度も高くなる一方、一般的に、混合物の場合には、強度が高い単一物質（ＨＡＭＡ）よりも混合物の強度が高くなることが困難であり、通常の平均値の強度を示すだけである。
また、本発明は、前記化学式１ないし化学式３で表される化合物を含み、光架橋反応を通じて形成されることを特徴とするハイドロゲルを提供する。前記ハイドロゲルは、生理活性物質または薬物伝達体用担体や、組織再生及び充填用のインプラント素材などとして活用可能であるが、これに限定されるものではない。
また、本発明は、前記化学式１ないし化学式３で表される化合物のうち何れか１つの化合物を含む生分解性組織接着剤を提供する。
この際、前記化合物は、光によって架橋反応が起こってハイドロゲル（ｈｙｄｒｏｇｅｌ）を形成して組織と高い接着力を保持することができる光架橋型生分解性組織接着剤である。この際、光架橋反応は、ＵＶによる架橋反応だけではなく、吸収波長が異なる光開始剤を使用すれば、可視光線を含めた他の波長の光でも光架橋反応によるハイドロゲルの形成が可能である。
また、前記生分解性組織接着剤は、医療用接着剤、医療用止血剤、創傷被覆剤、癒着防止剤、細胞培養支持体、３Ｄプリンタバイオインク（ｐｒｉｎｔｅｒ ｂｉｏｉｎｋ）及びバイオコーティング材料からなる群から何れか１つ以上選択される用途として用いられうるが、これに限定されるものではない。
従来の光架橋型ヒアルロン酸メタクリレート（Ｈｙａｌｕｒｏｎｉｃ ａｃｉｄ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ；ＨＡＭＡ）は、光架橋時に柔軟性が不足であって、制限的な分野に活用されてきた。それを改善するために、延伸率に優れたヒアルロン酸ブチルアクリレート（Ｈｙａｌｕｒｏｎｉｃ ａｃｉｄ ｂｕｔｙｌａｃｒｙｌａｔｅ；ＨＡＢＡ）またはヒアルロン酸ペンタアクリレート（Ｈｙａｌｕｒｏｎｉｃ ａｃｉｄ Ｐｅｎｔａｃｒｙｌａｔｅ；ＨＡＰＡ）を混合してヒドロゲル組織接着剤の機械的物性を調節することにより、動きがある部分に使用範囲を広げることができ、これを通じて組織の接着力の増大も期待することができる。
しかし、２つ以上の高分子を単純に混ぜることは、内外部的な要因によって相分離が生じてしまい、これは、製品の商品性の低下に繋がる。
本発明では、それを解決するために、ヒアルロン酸に２つ以上の長さが互いに異なる光架橋性官能基を同時に導入して柔軟でありながらも、機械的物性に優れた新たな光架橋型共重合体を合成した。
共重合体は、単一成分であって、根本的に相分離される危険要素を有さない。また、前記合成された新たな光架橋型共重合体は、柔軟でありながら機械的強度に優れているだけではなく、接着剤の物性を自在に調節することができるので、身体の多様な部位に使える医療用接着剤の開発が可能である。
また、本発明による共重合体化合物は、医療用止血剤、創傷被覆剤、癒着防止剤、細胞培養支持体、３Ｄプリンタバイオインク及びバイオコーティング材料への応用が可能であるが、これに制限なしに生体接着剤として使われることができれば、いずれも応用可能である。
以下、実施例を通じて本発明をさらに詳しく説明する。これらの実施例は、単に本発明をより具体的に説明するためのものであって、本発明の要旨によって、本発明の範囲が、これらの実施例によって制限されないということは当業者にとって自明である。
＜合成例１＞ＨＡＭＡ－ｃｏ－ＨＡＰＡ共重合体の合成
[反１］
前記反応式１でのように、精製水１００ｍｌにヒアルロン酸１０ｇ（２６ｍｍｏｌ）を溶かし、０～５℃に冷却させた。これに無水メタクリル酸（ｍｅｔｈａｃｒｙｌｉｃ ａｎｈｙｄｒｉｄｅ）３６．４ｍｍｏｌ、４－ペンテン酸無水物（４－ｐｅｎｔｅｎｏｉｃ ａｎｈｙｄｒｉｄｅ）１５．６ｍｍｏｌと３Ｍ ＮａＯＨ １００ｍｌの溶液を添加した後、２日間撹拌した。この反応物をエタノールに沈澱して精製し、真空乾燥してＨＡＭＡ－ＨＡＰＡランダム共重合体を製造した（以下、「ＨＡＭＡ－ｃｏ－ＨＡＰＡ」と称する）。
収率：８２％、１Ｈ－ＮＭＲ（３００ＭＨｚ、Ｄ２Ｏ）：δ（ｐｐｍ）＝６．５、６．１、５．６（ＣＨ＝ＣＨ２）、４．５－４．３（ＣＨ２）、３．８－３．０（ＣＨ）、２．５－２．３５（ＣＨ２ＣＨ２）、１．８（ＣＨ３）、１．７（ＣＨ３）（図４参照）。
前記合成されたＨＡＭＡ－ｃｏ－ＨＡＰＡでｍとｎとの比率は、７：３であり、添加される無水メタクリル酸及び４－ペンテン酸無水物の比率を１０：０、９：１で異ならせたＨＡＭＡ－ｃｏ－ＨＡＰＡ共重合体を製造して、下記の実施例のサンプルとして利用した。
＜比較例１＞ＨＡＭＡ及びＨＡＰＡ間の混合物の製造
精製水１００ｍｌにヒアルロン酸１０ｇ（２６ｍｍｏｌ）を溶かし、０～５℃に冷却させた。これに無水メタクリル酸１０４ｍｍｏｌと３Ｍ ＮａＯＨ １００ｍｌの溶液を添加した後、２日間撹拌した。この反応物をエタノールに沈澱して精製し、真空乾燥してヒアルロン酸メタクリレート（ＨＡＭＡ）を製造した（図５参照）。
精製水１００ｍｌにヒアルロン酸１０ｇ（２６ｍｍｏｌ）を溶かし、０～５℃に冷却させた。これに４－ペンテン酸無水物１５６ｍｍｏｌと３Ｍ ＮａＯＨ １００ｍｌの溶液を添加した後、２日間撹拌した。この反応物をエタノールに沈澱して精製し、真空乾燥してヒアルロン酸ペンタアクリレート（ＨＡＰＡ）を製造した（図６参照）。
前記製造されたＨＡＭＡとＨＡＰＡとの混合比を１０：０、９：１、８：２、７：３、６：４及び５：５で異ならせて単純混合することにより、ＨＡＭＡ及びＨＡＰＡ間の混合物をそれぞれ製造した。
＜実施例１＞ＨＡＭＡ－ｃｏ－ＨＡＰＡの機械的強度及び柔軟性の分析
前記合成例１で添加される無水メタクリル酸及び４－ペンテン酸無水物の比率を異ならせてＨＡＭＡとＨＡＰＡとの比率が１０：０、９：１及び７：３で合成された共重合体ＨＡＭＡ－ｃｏ－ＨＡＰＡの引張強度（Ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）、引張弾性係数（Ｔｅｎｓｉｌｅ ｍｏｄｕｌｕｓ）、靭性（Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）及び延伸率（Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）を引張実験を通じて測定した。
引張実験は、ＡＮＤ社の万能材料試験機（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）を使用してＡＳＴＭ方法によってドッグボーン（Ｄｏｇｂｏｎｅ）の形態で成形された試験片を１ｍｍ／ｍｉｎの速度で測定した。
引張強度は、応力－ひずみ線図（Ｓｔｒａｉｎ－ｓｔｒｅｓｓ ｃｕｒｖｅ）で最大応力を測定し、引張弾性係数は、応力と変形率との間の勾配を測定した。靭性は、試片が破断される地点（Ｆｒａｃｔｕｒｅ）までの全面積を積分して分析を行い、延伸率は、破断点での変形率を測定して分析を行った。
その結果、図１のように、ＨＡＭＡとＨＡＰＡとの単純混合によって形成された混合物は、架橋の長さが長いＨＡＰＡの比率が高くなることによって形成されたハイドロゲルの引張強度が低くなることを確認した。
しかし、前記合成例１によるＨＡＭＡ－ｃｏ－ＨＡＰＡ共重合体を製造した場合、引張実験でむしろ架橋の長さが長いＨＡＰＡの比率が高くなることによって形成されたハイドロゲルの引張強度と引張弾性係数とが高くなる結果を示した（図２Ａ及び図２Ｂ参照）。
また、変形に対する抵抗性を示す靭性実験でＨＡＭＡ－ｃｏ－ＨＡＰＡ共重合体がＨＡＭＡ化合物よりも２倍以上高い結果を示し（図２Ｃ）、延伸率も、従来の光架橋型単一高分子（ＨＡＭＡ、ＭＡ：ＰＡ＝１０：０）よりも格段に向上した結果を示した（図２Ｄ）。
したがって、ＨＡＭＡとＨＡＰＡとを単純混合することではない共重合体を合成することによって、機械的強度の向上だけではなく、柔軟性も向上することを確認した。
＜実施例２＞ＨＡＭＡ－ｃｏ－ＨＡＰＡの接着性能の分析
前記合成例１から製造されたＨＡＭＡ－ｃｏ－ＨＡＰＡ共重合体の接着性能を評価するために、添加される無水メタクリル酸及び４－ペンテン酸無水物の混合比を１０：０及び９：１で異ならせて合成された共重合体ＨＡＭＡ－ｃｏ－ＨＡＰＡのＬａｐ ｓｈｅａｒ ｔｅｓｔを進行した。
ゼラチンで作られた人工皮膚の間にＨＡＭＡ－ｃｏ－ＨＡＰＡ溶液を塗布した後、ＵＶを５秒間照射し、両先端を引っ張って接着力を評価した。
その結果、図３のように、ＨＡＭＡ－ｃｏ－ＨＡＰＡ共重合体がＨＡＭＡ単一高分子よりも高い接着力を示し、これは、機械的物性の向上によるものと判断される。
以上、本発明の内容の特定の部分を詳しく記述したところ、当業者にとって、このような具体的な記述は、単に望ましい実施形態に過ぎず、これにより、本発明の範囲が制限されるものではないという点は明白である。したがって、本発明の実質的な範囲は、特許請求の範囲とそれらの等価物とによって定義される。
Claims (7)
- 下記化学式１で表される化合物：
ｍまたはｎは、それぞれ１～１０，０００の整数であり、
Ｘ１～Ｘ８は、それぞれ同一または異なり、ＯＨまたは化学式１－１の置換基であり、
- 前記化学式１において、ｍまたはｎは、それぞれ１～１０，０００の整数であり、Ｘ１～Ｘ４は、少なくとも１つ以上の化学式１－１の置換基を含み、Ｘ５～Ｘ８も、少なくとも１つ以上の化学式１－１の置換基を含むが、Ｘ１～Ｘ４の置換基と異なる置換基を含み、ｐまたはｑは、それぞれ０～１０の整数であることを特徴とする、請求項１に記載の化合物。
- 前記化学式１で表される化合物は、
下記化学式２または化学式３で表される化合物であることを特徴とする、請求項１に記載の化合物：
ｍまたはｎは、１～１０，０００の整数である。 - 前記化学式１で表される化合物は、
ｍとｎとが９：１～７：３の比率でランダム共重合されていることを特徴とする、請求項１に記載の化合物。 - 請求項１から請求項４のうち何れか一項に記載の化合物を含み、光架橋反応を通じて形成されることを特徴とする、ハイドロゲル。
- 請求項１から請求項４のうち何れか一項に記載の化合物を含む、生分解性組織接着剤。
- 前記化合物は、光によって架橋反応が起こってハイドロゲルを形成することを特徴とする、請求項６に記載の生分解性組織接着剤。
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