JP2023527796A - インサイチュゲル化両性イオン性ヒドロゲル組成物、及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

本開示は、官能化された両性イオン性ポリマーをベースとするインサイチュ－ゲル化ヒドロゲル組成物に関する。得られたヒドロゲルは、高度な防汚特性、接着防止特性、及び潤滑特性を示すことにより、生物医学用途に関連するバルクヒドロゲル又はヒドロゲルベースのコーティングの作製を可能にする。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年５月２８日に出願された米国仮出願第６３／０３１，１６９号に対する優先権の利益を主張し、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本出願は、第１及び第２の前駆体ポリマーを含むヒドロゲル組成物であって、前駆体ポリマーが、求電子物質－求核物質結合を介して架橋される両性イオン性コポリマーである、ヒドロゲル組成物に関する。

材料表面上への非特異的なタンパク質の吸着及び微生物の付着を防止することは、依然として多くの生物学的又は工学的用途における課題となっている^１～４。非特異的なタンパク質の吸着は、異物反応を引き起こす最初のステップであると考えられており、これは、移植された生体材料の機能を阻害し、組織の炎症を誘発する可能性がある^５、６。一方、バイオセンサーの電極界面上での非特異的な生物汚損（ｂｉｏｆｏｕｌｉｎｇ）は、それらの感度及び選択性に悪影響を及ぼし、信号対雑音比を制限し、誤った信号及び精度の低下につながる^７、８。両性イオン性材料は、非特異的なタンパク質吸着に抵抗し、バイオセンサー、医療用埋め込みデバイス創傷治癒、生物分離などを含む複数の用途にわたって細胞及び微生物の接着を制限する、有望な超低生物付着材料として浮上している。両性イオン性材料の効果的な非汚損特性は、各モノマー残基内のカチオン基とアニオン基の両方の組み合わせに起因しており^９、１０、結果として、材料への水の結合が非常に効果的になり、ひいては汚損が低減される^１１。

両性イオン性ポリマーの多くの用途により、ブラシ又は薄膜表面コーティングの作製が注目されているが、ヒドロゲルの構成ブロックとして両性イオン性材料を使用することによっても、バルク生物医学デバイスにおける両性イオン性材料の機能特性の活用に関心が集まっている^１、１２。しかしながら、両性イオン性ヒドロゲルの大半の従来の調製（通常はフリーラジカル共重合による）では、弾性バルクヒドロゲルを容易に注入できず、侵襲的な外科的処置へのそれらのインビボ適用が制限される^{１３、１４}。

その結果、所望の器官又は組織内でゲル化する前に侵襲性を最低限に抑えて投与できる注入可能な両性イオン性ヒドロゲルの開発が、大きな注目を集めている^{１５、１６}。効果的でインビボに適した注入可能なヒドロゲルプラットフォームは、（１）部位特異的投与が容易に行えるように十分にゆっくりとゲル化するが、プレゲルポリマーの最小限の拡散が標的部位から離れて発生するように十分に迅速にゲル化し、（２）追加の添加物若しくは刺激剤を使用せずに、インビボ環境における物理的及び／又は化学的架橋の形成を促進し、（３）用途に適した速度で、身体によって除去され得る分解物に分解されなければならない^{１３、１５～２０}。

インサイチュ－ゲル化ポリマーは、他のデバイス上にヒドロゲルベースのコーティングを生成する場合にも有益であり得る。特に、共有結合インサイチュ－ゲル化ヒドロゲルは、下地表面へのコーティングの共有結合的固定を容易にする点、並びに複雑な装置若しくは他の添加物を必要としない単純な印刷及び／又は浸漬コーティング法によるコーティングの適用を可能にする点で利点を与えることができる^{７、１１、１５、２１～３２}。

本開示は、求核性部分又は求電子性部分のいずれかで官能化されている前駆体両性イオン性ポリマーを含むヒドロゲル組成物に関する。一実施形態では、両性イオン性ポリマーは、［２－（メタクリロイルオキシ）エチル］ジメチル－（３－スルホプロピル）アンモニウムヒドロキシド（ＤＭＡＰＳ）モノマーから合成されて、官能化されたポリＤＭＡＰＳポリマーを作製する。官能化された前駆体両性イオン性ポリマーを混合すると、防汚特性、潤滑特性、及び生体適合特性を示すヒドロゲルが直接形成され、一方で、ポリマーが注入可能又は印刷可能とされ、機械的及び化学的な調整可能性という追加の利点が得られる。

本開示は、ヒドロゲル組成物であって、
ａ．求核物質で官能化された両性イオン性コポリマーである少なくとも１つの第１の前駆体ポリマーと、
ｂ．求電子物質で官能化された両性イオン性コポリマーである少なくとも１つの第２の前駆体ポリマーと、を含み、
ｃ．第１及び第２の前駆体ポリマーが、共有結合を介して架橋される、ヒドロゲル組成物を対象とする。

一実施形態では、本開示は、ヒドロゲル組成物であって、
ａ．ヒドラジドで官能化された両性イオン性コポリマーである第１の前駆体ポリマーと、
ｂ．アルデヒド及び／又はケトンで官能化された両性イオン性コポリマーである第２の前駆体ポリマーと、を含み、
ｃ．第１及び第２の前駆体ポリマーが、共有結合を介して架橋される、ヒドロゲル組成物を対象とする。

更に、本開示はまた、二連式（ｄｏｕｂｌｅ－ｂａｒｒｅｌ）注射器送達方法であって、
ａ．求核物質で官能化された両性イオン性コポリマーである第１の前駆体ポリマーと、
ｂ．求電子物質で官能化された両性イオン性コポリマーである第２の前駆体ポリマーと、を含み、
ｃ．注入すると、第１及び第２の前駆体ポリマーが、インサイチュでヒドロゲル組成物を形成する、方法を含む。

次に、添付の図面を参照して、本出願の実施形態をより詳細に説明する。

両性イオン性前駆体ポリマーの合成の一例を示す概略図であり、求核性ヒドラジドコポリマーはＺＨと表記され、少なくともアルデヒド又はケトン部分からなる求電子性コポリマーはＺＡ、ＺＫ、及びＺＫ－ｃｏ－Ａと表記される。これらの合成及び構造は、本開示のヒドロゲル組成物の例である。 加水分解に不安定なヒドラゾン結合を介して本開示の注入可能な両性イオン性ヒドロゲルを形成する例を示す。一実施形態では、注入可能な両性イオン性ゲルは、求核性前駆体コポリマー（ヒドラジド、ＺＨと表記）及び求電子性前駆体コポリマー（アルデヒド、ケトン、又はケトン－コ－アルデヒド、それぞれＺＡ、ＺＫ、又はＺＫ－ｃｏ－Ａと表記）からなる。混合すると、コポリマーは、両性イオン特性を維持しながら、調整可能なヒドラゾン架橋を作製する。 一実施形態では、本開示のヒドロゲルを使用して達成することができる様々なタイプの物理的特性を、前駆体の官能性度の関数として示す。Ａ）１０ｍＭリン酸緩衝生理食塩水（ｐＨ７．４）における平衡質量ベースの膨潤率。Ｂ）１００ｍＭ ＨＣｌにおける分解速度。Ｃ）粘度対せん断速度。Ｄ）貯蔵（中実）及び損失（中空）せん断弾性率。Ｅ）圧縮弾性率。 一実施形態では、本開示の両性イオン性ヒドロゲルのトライボロジー特徴を、Ａ）前駆体の官能性度と溶液中のポリマー濃度の関数として、及びＢ）複数のサイクルにわたる一定のポリマー濃度での前駆体の官能性度の関数として、並びにＣ）主鎖がＤＭＡＰＳの代わりにＰＥＧベース（ＰＯＥＧＭＡ）である注入可能なヒドロゲルと比較した、本開示の注入可能な両性イオン性ヒドロゲルの潤滑性に関して示す。 一実施形態では、本開示のヒドロゲルへのウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）及びフィブリノーゲン（Ｆｉｂ）のタンパク質吸着を、前駆体ポリマーの官能性度とＢＳＡ（Ａ）及びＦｉｂ（Ｂ）それぞれのタンパク質濃度の関数として示す。 一実施形態では、標識された３Ｔ３マウス線維芽細胞の細胞接着を示す。２４時間後（Ａ）及び７２時間後（Ｂ）それぞれの前駆体の官能性度の関数としての蛍光細胞密度。 本開示の実施形態における本開示の前駆体ポリマーへの曝露から２４時間後の３Ｔ３マウス線維芽細胞及びＣ２Ｃ１２マウス筋芽細胞の細胞生存率を示す。Ａ）３Ｔ３マウス線維芽細胞、Ｂ）Ｃ２Ｃ１２マウス筋芽細胞。 本開示の一実施形態におけるＥ．ｃｏｌｉの細菌表面接着を示す。Ａ）前駆体の官能性度の関数として。Ｂ）本開示の様々なヒドロゲル製剤のインキュベーション及び処理後の寒天プレートにおけるＥ．ｃｏｌｉコロニーの画像。 本開示の一実施形態における蛍光標識されたＣ２Ｃ１２マウス筋芽細胞の放出を、１４日間にわたる前駆体の官能性度（行）及び時間（列）の関数として示す。 本開示の一実施形態における基材浸漬コーティングプロセスを示す。 本開示の一実施形態における、天然及び浸漬コーティングされたセルロース系膜の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。Ａ）酢酸セルロース（ＣＡ）膜及びＢ）ニトロセルロース（ＮＣ）膜（様々なポリＤＭＡＰＳ製剤の１つのコートと比較して変更点はない）。 本開示の一実施形態においてコーティングを施した場合と施していない場合の天然及び修飾されたセルロース系膜についての水接触角並びに水滴の経時変化を、前駆体の官能性度の関数として示す。同じ行の後続の各画像は、列の上に示される期間での単一の水滴を追跡する。Ａ）酢酸セルロース、Ｂ）ニトロセルロース。 本開示の一実施形態における、ヒドロゲルのコーティングを施した場合と施していない場合のセルロース系膜へのウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）及びフィブリノーゲン（Ｆｉｂ）のタンパク質吸着を、ＢＳＡ及びＦｉｂそれぞれの前駆体の官能性度並びにタンパク質濃度の関数として示す。Ａ）酢酸セルロースへのＦｉｂ、Ｂ）酢酸セルロースへのＢＳＡ、Ｃ）ニトロセルロースへのＦｉｂ、Ｄ）ニトロセルロースへのＢＳＡ。 、本開示の一実施形態においてヒドロゲルのコーティングを施した場合と施していない場合の、標識された３Ｔ３マウス線維芽細胞の天然及び修飾された酢酸セルロース膜への細胞接着を、２４時間後の前駆体官能性の関数として示す。 ヒト滑液及び市販の関節内補充薬と比較した、本開示の一実施形態におけるヒドロゲルの粘度対せん断速度応答を示す。 硬質シリカ－アルミナ界面及び市販の関節内補充薬と比較した、本開示の一実施形態におけるヒドロゲルの相対潤滑性を示す。 滑膜細胞培養培地の存在下での市販の関節内補充薬と比較した、本開示の一実施形態におけるヒドロゲルの膨潤及び分解特性を示す。 本開示の一実施形態におけるヒドロゲルの皮下注射に対する特徴的な慢性組織応答を示す。

ａ．定義
別段の指示がない限り、この項及び他の項で説明される定義及び実施形態は、当業者によって理解されるように、それらが好適である本明細書で説明される本出願の全ての実施形態及び態様に適用可能であるように意図される。

本出願の範囲を理解する上で、本明細書で使用される「含む」という用語及びその派生語は、述べられた特徴、要素、成分、グループ、整数、及び／又はステップの存在を指定する無制限の用語であることが意図されるが、他の記載されていない機能、要素、成分、グループ、整数、ステップの存在を除外するものではない。上記は、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語及びそれらの派生語など、同様の意味を持つ単語にも適用される。本明細書で使用される場合、「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ）」という用語及びその派生語は、述べられた特徴、要素、成分、群、整数、及び／又は工程の存在を指定する制限的用語であることが意図され、他の述べられていない特徴、要素、成分、群、整数、及び／又は工程の存在を除外する。本明細書で使用される「から本質的になる」という用語は、述べられた特徴、要素、成分、グループ、整数、及び／又はステップの存在、並びに機能、要素、成分、グループ、整数、及び／又はステップの基本的で新規な特徴に実質的に影響を与えないものに実質的に影響しないものの存在を指定することを意図している。

本明細書で使用される「実質的に」、「約」、「およそ」などの程度の用語は、最終結果が大幅に変更されないような変更された用語の妥当な量の偏差を意味する。これらの偏差が修飾語の意味を否定しない場合、これらの程度の用語は、修飾語の少なくとも±５％の偏差を含むと解釈されるべきである。

本出願で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上明確に別段の指示がない限り、複数の参照を含む。

「追加の」又は「第２の」成分を含む実施形態では、本明細書で使用される第２の成分は、他の成分又は第１の成分とは化学的に異なる。「第３の」成分は、他の成分、第１の成分、及び第２の成分とは異なり、かつ、更に列挙された又は「追加の」成分もまた、同様に異なる。

本明細書で使用される場合、「及び／又は」という用語は、列挙された品目が個別に又は組み合わせて存在する又は使用されることを意味する。事実上、この用語は、列挙された品目の「少なくとも１つ」又は「１つ以上」が使用される又は存在することを意味する。

本明細書で使用される場合、「好適な」という用語は、特定の化合物又は条件の選択が、実行される特定の合成操作、及び変換される分子の同一性に依存することを意味するが、選択は十分に当業者の技術の範囲内であろう。本明細書に記載された全てのプロセス／方法ステップは、示された生成物を提供するのに十分な条件下で実施されるべきである。当業者は、例えば、反応溶媒、反応時間、反応温度、反応圧力、反応物比、及び反応を無水雰囲気下で実行すべきか、不活性雰囲気下で実行すべきかを含む全ての反応条件を、所望の生成物の収率を最適化するために変更することができ、そうすることが当業者のスキルの範囲内であることを理解するであろう。

本明細書で使用される場合、「アルキル」という用語は、単独で使用されるか、別の基の一部として使用されるかにかかわらず、直鎖又は分枝鎖の飽和アルキル基を意味し、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ－ブチル、ｓ－ブチル、イソブチル、ｔ－ブチル、２，２－ジメチルブチル、ｎ－ペンチル、２－メチルペンチル、３－メチルペンチル、４－メチルペンチル、ｎ－ヘキシルなどを含む。Ｃ_１－６アルキルという用語は、１個、２個、３個、４個、５個、又は６個の炭素原子を有するアルキル基を意味する。

本明細書で使用される場合、「アルキレン」という用語は、単独で使用されるか、別の基の一部として使用されるかにかかわらず、二価のアルキル基、すなわち、両端が別の基で置換されているアルキル基を意味する。Ｃ_０－２アルキレンという用語は、０個、１個、又は２個の炭素原子を有するアルキレン基を意味する。アルキレン基において、水素原子のうちの１つ以上（全部を含む）が任意選択的にＦ又は^２Ｈで置き換えられていることは、本出願の一実施形態である。

本明細書で使用される場合、「アリール」という用語は、環中の原子の数に応じて、例えば６～１０個の炭素原子、及び少なくとも１個の芳香環を含有する単環式、二環式、又は三環式の芳香環系を意味し、フェニル、ナフチル、アントラセニル、１，２－ジヒドロナフチル、１，２，３，４－テトラヒドロナフチル、フルオレニル、インダニル、インデニルなどを含むがこれらに限定されない。

本明細書で使用される場合、「ヘテロアリール」という用語は、少なくとも１つの芳香環と、Ｎ、Ｏ及び／又はＳなどの少なくとも１つのヘテロ原子と、を含有する環状基を指す。Ｃ_５－１０ヘテロアリールという用語は、５個、６個、７個、８個、９個、又は１０個の原子を有するアリール基であって、少なくとも１個の原子が、Ｎ、Ｏ及び／又はＳなどのヘテロ原子であり、チエニル、フリル、ピロリル、ピリジジル、インドリル、キノリル、イソキノリル、テトラヒドロキノリル、ベンゾフリル、ベンゾチエニルなどを含むがこれらに限定されない、アリール基を意味する。

本明細書で使用される場合、「重合可能な」という用語は、ポリマーを生成するのに適切な条件下で、同じ又は異なる他のモノマーと反応する個々のモノマーの特性を指す。

本明細書で使用される場合、「エチレン性不飽和」という用語は、末端、内部若しくはペンダントのエチレン性不飽和又はそれらの任意の組み合わせを有し、かつ重合反応に関与し得るモノマーを指す。エチレン性不飽和は、二重又は三重の炭素－炭素結合であってもよい

本明細書で使用される場合、「誘導体」という用語は、親化合物と同じ基本的な炭素骨格及び官能性を含むが、親化合物の１つ以上の置換基又は置換を担持することもできる物質を指す。例えば、スルホベタインのアルキル誘導体には、アルキル基がスルホベタイン主鎖上で置換されている任意の化合物が含まれる。

本明細書で使用される場合、「前駆体ポリマー」又は「ポリマー」という用語は、反応性官能基、例えば求核性若しくは求電子性部分を含むように修飾されているポリマー又はコポリマーを指す。一実施形態では、本開示の（前駆体）ポリマーは、ポリ（スルホベタイン）ポリマー上にヒドラジド反応性基、又はアルデヒド及び／若しくはケトン反応性官能基を含む。

本明細書で使用される場合、「コポリマー」という用語は、２つ以上の異なるモノマーから誘導されるポリマーとして定義される。一実施形態では、本開示のコポリマーは、２－（メタクリロキシ）エチル］ジメチル－（３－スルホプロピル）アンモニウムヒドロキシド（ＤＭＡＰＳ）とアクリル酸とのコポリマーを含む。他のコポリマーとしては、例えば、ＤＭＡＰＳと、Ｎ－（２，２－ジメトキシエチル）メタクリルアミド（ＤＭＥＭＡｍ）及び／若しくはジアセトンアクリルアミド（ＤｉＡＡＡｍ）、アリルアルデヒド、２－（メタクリロイルオキシ）エチルアセトアセテート（ＡＡＥＭ））、並びに／又はＮ－（（２－メチル－１，３－ジオキソラン－２－イル）メチル）メタクリルアミド（ＭＤＭ）とのコポリマーが挙げられる。

「両性イオン性」という用語は、同じモノマー単位に１つのカチオン性官能基及び１つのアニオン性官能基が存在し、結果として、考慮される特定のｐＨ値で、モノマー内の正味電荷がゼロになるか、又はポリマー内のモノマー残基がゼロになるモノマーを指す。例えば、ｐＨに応じて、両性イオン性部分は、カチオン基及びアニオン基を含有しなくてもよいが、それでも両性イオン性であると考えられる。

本明細書で使用される場合、「求核物質で官能化された」「又は求核性部分」という用語は、ポリマー又はコポリマーの一部が、求電子物質又は求電子性部分と反応して、共有結合性架橋結合を形成することができる求核性部分で官能化されている、例えば少なくとも５つの繰り返し単位から構成されるポリマー又はコポリマーを指す。

本明細書で使用される場合、「求電子物質で官能化された」又は「求電子性部分」という用語は、ポリマー又はコポリマーの一部が、求核物質又は求核性部分と反応して、共有結合性架橋結合を形成することができる求電子性部分で官能化されている、例えば少なくとも５つの繰り返し単位から構成されるポリマー又はコポリマーを指す。

本明細書で使用される場合、「ポリマー主鎖」という用語は、一緒になってポリマー分子の連続鎖（直鎖又は分枝鎖）を作製する一連の共有結合原子を含む好適なポリマーの主鎖を指す。

本明細書で使用される場合、「架橋された」又は「架橋」という用語は、第１の（前駆体）ポリマーを第２の（前駆体）ポリマーに連結する結合として定義される。例えば、結合は、共有結合であり得る。例えば、「架橋」は、反応性ヒドラジドとアルデヒド及び／又はケトン官能基との間に形成される可逆的なヒドラゾン結合である。

本明細書で使用される場合、「ヒドロゲル」という用語は、水に溶解することなく、膨潤し、その構造内にかなりの割合の水を保持する能力を示すポリマー材料を指す。

本明細書で使用される場合、「ｗ／ｗ」という用語は、１００ｇの溶液中の溶質のグラム数を意味する。

本明細書で使用される場合、「ｗ／ｖ」という用語は、１００ｍＬの溶媒中の溶液のグラム数を指す。

本明細書で使用される場合、「ヒドロカルビル部分」という用語は、脂肪族であり、置換基として若しくは親ヒドロカルビル鎖に介在する部分としてＯ、Ｎ、ＮＲ、Ｓ及び／又はＰを任意選択的に含有し、その中のヒドロカルビル部分が、メチル、エチル、プロピル、ブチルなどの－（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキル基で任意選択的に置換されている有機部分を指す。

ｉｉ．材料の合成
本開示は、概して、求核物質で官能化された両性イオン性コポリマーである第１の前駆体ポリマーと、求電子物質で官能化された両性イオン性コポリマーである第２の前駆体ポリマーと、を含み、第１及び第２の前駆体ポリマーが、求核性及び求電子性部分の反応によって共有結合を介して架橋される、ヒドロゲル組成物に関する。一実施形態では、本開示の両性イオン性ヒドロゲル組成物は、化学的及び機械的に調整可能であり、かつ注入可能である。

本開示は、ヒドロゲル組成物であって、
ａ．第１のポリマーであって、以下のモノマー単位：
ｉ．考慮される特定のｐＨ、例えば中性ｐＨで少なくとも１つのカチオン電荷及び少なくとも１つのアニオン電荷を含む１つ以上の第１の重合可能なエチレン性不飽和両性イオン性モノマー；並びに
ｉｉ．求核性部分で官能化された１つ以上の重合可能なエチレン性不飽和モノマーを含む、第１のポリマーと、
ｂ．第２のポリマーであって、以下のモノマー単位：
ｉ．考慮される特定のｐＨ、例えば中性ｐＨで少なくとも１つのカチオン電荷及び少なくとも１つのアニオン電荷を含む１つ以上の第２の重合可能なエチレン性不飽和両性イオン性モノマー；並びに
ｉｉ．求電子性部分で官能化された１つ以上の重合可能なエチレン性不飽和モノマーを含む、第２のポリマーと、を含み、
第１及び第２のポリマーが、求核性及び求電子性部分の反応によって共有結合を介して架橋されて、ヒドロゲル組成物を形成する、ヒドロゲル組成物を含む。

一実施形態では、第１及び第２の両性イオン性部分は、独立して又は同時に、以下の構造を有し、

式中、
Ｘは、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
Ｒ_１は、Ｈ、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキル、ＯＨ、又は－Ｏ－（ＣＨ_２）_ｘ（式中、ｘは、１～１０の整数である）であり、
Ｒ_２は、アニオン部分及びカチオン部分を含むヒドロカルビル部分である。

一実施形態では、ヒドロカルビル部分は、Ｃ_１－Ｃ_２０－ヒドロカルビル部分、又はＣ_１－Ｃ_１０－ヒドロカルビル、又はＣ_１－Ｃ_６－ヒドロカルビル部分であり、当該部分中の１つ以上の炭素原子は、任意選択的に、酸素原子、硫黄原子（例えば、スルフェート基）、又は窒素原子（Ｃ_１－Ｃ_６－アルキルで置換）で置き換えられている。

別の実施形態では、第１及び第２の両性イオン性部分は、独立して又は同時に、以下の構造を有し、

式中、
Ｘは、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
Ｒ_１は、Ｈ、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキル、ＯＨ、又は－Ｏ－（ＣＨ_２）_ｘ（式中、ｘは、１～１０の整数である）であり、
Ｙ及びＹ’は、独立して又は同時に、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキレンであり、任意選択的に、１つ以上の炭素原子は、酸素原子で置換されており、
Ｗは、カチオン部分又はアニオン部分であり、
Ｔは、アニオン部分又はカチオン部分であり、
Ｗがカチオン部分である場合、Ｔはアニオン部分であり、Ｗがアニオン部分である場合、Ｔはカチオン部分であり、
モノマーの正味の電荷は、対象とする特定のｐＨ、例えば中性ｐＨでゼロである。

別の実施形態では、カチオン部分は、アミン又はアンモニウム部分である。

別の実施形態では、アミン部分は－ＮＲ’－であり、アンモニウム部分は－Ｎ^＋Ｒ’Ｒ’’－であり、式中、Ｒ’及びＲ’’は、独立して若しくは同時に、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである。

別の実施形態では、アニオン部分は、スルフェート、カルボキシル、ホスフェート、又はボロネート部分である。

別の実施形態では、第１及び第２の両性イオン性モノマーは、独立して又は同時に、以下の構造を有し、

式中、
Ｘは、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
Ｒ_１は、Ｈ、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキル、ＯＨ、又は－Ｏ－（ＣＨ_２）_ｘ（式中、ｘは、１～１０の整数である）であり、
Ｒ’及びＲ’’は、独立して若しくは同時に、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルであり、
ｎは、１～１０の整数である。

一実施形態では、両性イオン性部分の正味電荷は、ゼロであり、ｐＨに応じて、カチオン部分及びアニオン部分は、中性であってもよい。

別の実施形態では、第１及び第２の両性イオン性モノマーは、以下の構造を有する。

別の実施形態では、求核性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、以下の式を有し、

式中、
Ｘは、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
Ｒ_３は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルであり、
Ｍは、（Ｃ_０－Ｃ_３）－アルキレンであり、
Ｖは、求核性部分を含むヒドロカルビル部分である。

別の実施形態では、求核性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、以下の式を有し、

式中、
Ｘは、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
Ｒ_３は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルであり、
Ｍは、（Ｃ_１－Ｃ_３）－アルキレンであり、
Ｖは、求核性部分を含むヒドロカルビル部分である。

一実施形態では、求核性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、以下の式を有し、

式中、
Ｘは、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
Ｒ_３は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルであり、
Ｖは、求核性部分を含むヒドロカルビル部分である。

一実施形態では、ヒドロカルビル部分は、Ｃ_１－Ｃ_２０－ヒドロカルビル部分、又はＣ_１－Ｃ_１０－ヒドロカルビル、又はＣ_１－Ｃ_６－ヒドロカルビル部分であり、当該部分中の１つ以上の炭素原子は、任意選択的に、酸素原子、硫黄原子（例えば、スルフェート基）、又は窒素原子（Ｃ_１－Ｃ_６－アルキルで置換）で置き換えられている。

一実施形態では、求核性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、以下の式を有し、

式中、ｍは、１～１０であり、Ｒ_３は、Ｈ又はＣＨ_３である。

一実施形態では、求核性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、以下の式を有する。

別の実施形態では、求電子性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、以下の式を有し、

式中、
Ｘは、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
Ｒａは、Ｈ又は－ＣＯＯＨであり、
Ｒ_３は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルであり、（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキル基は、任意選択的に－ＣＯＯＨ基で置換されており、
Ｍは、（Ｃ_０－Ｃ_３）－アルキレンであり、
Ｖは、少なくとも１つの求電子部分を含むヒドロカルビル部分である。

一実施形態では、ヒドロカルビル部分は、Ｃ_１－Ｃ_２０－ヒドロカルビル部分、又はＣ_１－Ｃ_１０－ヒドロカルビル、又はＣ_１－Ｃ_６－ヒドロカルビル部分であり、当該部分中の１つ以上の炭素原子は、任意選択的に、酸素原子又は窒素原子（Ｃ_１－Ｃ_６－アルキルで置換）で置き換えられている。

一実施形態では、求電子性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、以下の式を有し、

式中、
Ｘは、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
Ｒａは、Ｈ又は－ＣＯＯＨであり、
Ｒ_３は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルであり、（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキル基は、任意選択的に－ＣＯＯＨ基で置換されており、
Ｖは、少なくとも１つの求電子性部分を含むヒドロカルビル部分である。

一実施形態では、ヒドロカルビル部分は、Ｃ_１－Ｃ_２０－ヒドロカルビル部分、又はＣ_１－Ｃ_１０－ヒドロカルビル、又はＣ_１－Ｃ_６－ヒドロカルビル部分であり、当該部分中の１つ以上の炭素原子は、任意選択的に、酸素原子、硫黄原子（例えば、スルフェート基）、又は窒素原子（Ｃ_１－Ｃ_６－アルキルで置換）で置き換えられている。

一実施形態では、求電子性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、以下の式を有し、

式中、
Ｒ_３は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルであり、
Ｒ_４は、Ｈ、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキルであり、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキル中の１つ以上のＣＨ_２基は、Ｃ＝Ｏで置き換えられており、
ｖは、１～１０の整数であり、
基（ＣＨ_２）_ｖ中の１つ以上の炭素原子は、酸素原子又は窒素原子（ＮＨ若しくはＮＲ’（式中、Ｒ’は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである））で置き換えられている。

一実施形態では、Ｒ_４は、（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキル若しくは（Ｃ_１－Ｃ_３）－アルキル、又はメチル、エチル、若しくはプロピルであり、アルキル基中の１つのＣＨ_２基は、Ｃ＝Ｏで置き換えられている。

別の実施形態では、求電子性モノマーは、２－（メタクリロイルオキシ）エチルアセトアセテート、ジアセトンアクリルアミド、アリルアルデヒド、及び／又はＮ－（（２－メチル－１，３－ジオキソラン－２－イル）メチル）メタクリルアミドである。

別の実施形態では、求核性部分は、ヒドラジド若しくはアミン誘導体、カルボニル水和物、アルコール、シアノヒドリン若しくはシアノヒドリン誘導体、チオール若しくはチオール誘導体、又はリンイリド若しくはその誘導体である。

別の実施形態では、求核性部分は、ヒドラジド部分である。

更なる実施形態では、求電子性部分は、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、エステル、アミド、マレイミド、アシル（酸）塩化物、酸無水物、若しくはアルケン基、又はそれらの誘導体である。

別の実施形態では、求電子性部分は、アルデヒド又はケトン部分である。

一実施形態では、第１及び第２のポリマーは、マイケル付加、ジスルフィド、イミン、ヒドラゾン、オキシム、チオアセタール、［２＋４］ディールス－アルダー付加環化、及び／又はアルキン－アジド化学を介して架橋される。

更なる実施形態では、第１及び第２のポリマーは、ヒドラゾン結合を介して架橋される。

更なる実施形態では、重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、アクリル酸若しくはその誘導体、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、又はビニル酢酸から誘導される。

別の実施形態では、求電子性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、Ｎ－（２，２－ジメトキシエチル）メタクリルアミド（ＤＭＥＭＡｍ）、ジアセトンアクリルアミド、アリルアルデヒド、２－（メタクリロイルオキシ）エチルアセトアセテート、及び／又はＮ－（（２－メチル－１，３－ジオキソラン－２－イル）メチル）メタクリルアミドである。

別の実施形態では、組成物は、注入可能な生物学的潤滑剤又は関節内補充薬として使用される。

更なる実施形態では、組成物は、
ａ．第１又は第２の前駆体ポリマーを基材上に吸着又は反応させることと、
ｂ．基材を代替前駆体ポリマーでコーティングすることと、
ｃ．任意選択的に、ステップ（ａ）及び（ｂ）を繰り返すことと、によって、基材のためのコーティングとして使用される。

更なる実施形態では、組成物は、
ａ．生細胞を前駆体ポリマーの１つ以上と混合することと、
ｂ．コポリマーを共押出して、インサイチュヒドロゲルを形成し、それにより細胞をカプセル化することと、によって、細胞のための注入可能な送達ビヒクルとして使用される。

本開示はまた、本開示のヒドロゲル組成物の関節への投与後の関節の潤滑及び／又は関節内補充のための方法を含む。

一実施形態では、対象は、ヒトである。

別の実施形態では、関節は、膝関節又は股関節である。

別の実施形態では、関節は、関節炎の関節又は骨関節炎の関節である。

別の実施形態では、第１及び第２のポリマーは、対象の関節に関節内注射され、ヒドロゲル組成物は、インサイチュで形成される。

別の実施形態では、ヒドロゲルは、抗体、ステロイド、抗炎症剤、成長因子、ペプチド、又は状態を治療するのに適した別の薬剤を含む治療剤を更に含む。

本開示はまた、ヒドロゲル組成物であって、
ａ．第１のポリマーであって、以下のモノマー単位：
ｉ．対象とする特定のｐＨ、例えば中性ｐＨで少なくとも１つのカチオン電荷及び少なくとも１つのアニオン電荷を含む１つ以上の第１の重合可能なエチレン性不飽和両性イオン性モノマー；並びに
ｉｉ．求核性部分で官能化された１つ以上の重合可能なエチレン性不飽和モノマーを含む、第１のポリマーと、
ｂ．第２のポリマーであって、以下のモノマー単位：
ｉ．対象とする特定のｐＨ例えば中性ｐＨで少なくとも１つのカチオン電荷及び少なくとも１つのアニオン電荷を含む１つ以上の第２の重合可能なエチレン性不飽和両性イオン性モノマー；並びに
ｉｉ．求電子性部分で官能化された１つ以上の重合可能なエチレン性不飽和モノマーであって、少なくとも１つの重合可能なエチレン性不飽和モノマーの求電子性部分がケトン基、カルボン酸、エステル、アミド、アシル塩化物、酸無水物、又はアルケン基を含む、１つ以上の重合可能なエチレン性不飽和モノマーを含む、第２のポリマーと、を含み、
第１及び第２のポリマーが、求核性及び求電子性部分の反応によって共有結合を介して架橋されて、ヒドロゲル組成物を形成する、ヒドロゲル組成物を含む。

一実施形態では、少なくとも１つの求電子性部分は、ケトン基を含む。

一実施形態では、少なくとも１つの求電子性部分は、ケトン基を含み、第２のポリマーは、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、エステル、アミド、マレイミド、アシル（酸）塩化物、酸無水物、若しくはアルケン基、又はそれらの誘導体を有するモノマーを更に含み得る。

一実施形態では、第１及び第２の両性イオン性部分は、独立して又は同時に、以下の構造を有し、

式中、
Ｘは、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
Ｒ_１は、Ｈ、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキル、ＯＨ、又は－Ｏ－（ＣＨ_２）_ｘ（式中、ｘは、１～１０の整数である）であり、
Ｒ_２は、アニオン部分及びカチオン部分を含むヒドロカルビル部分である。

一実施形態では、ヒドロカルビル部分は、Ｃ_１－Ｃ_２０－ヒドロカルビル部分、又はＣ_１－Ｃ_１０－ヒドロカルビル、又はＣ_１－Ｃ_６－ヒドロカルビル部分であり、当該部分中の１つ以上の炭素原子は、任意選択的に、酸素原子、硫黄原子（例えば、スルフェート基）、又は窒素原子（Ｃ_１－Ｃ_６－アルキルで置換）で置き換えられている。

別の実施形態では、第１及び第２の両性イオン性部分は、独立して又は同時に、以下の構造を有し、

式中、
Ｘは、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
Ｒ_１は、Ｈ、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキル、ＯＨ、又は－Ｏ－（ＣＨ_２）_ｘ（式中、ｘは、１～１０の整数である）であり、
Ｙ及びＹ’は、独立して又は同時に、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキレンであり、任意選択的に、１つ以上の炭素原子は、酸素原子で置換されており、
Ｗは、カチオン部分又はアニオン部分であり、
Ｔは、アニオン部分又はカチオン部分であり、
Ｗがカチオン部分である場合、Ｔはアニオン部分であり、Ｗがアニオン部分である場合、Ｔはカチオン部分であり、
モノマーの正味の電荷は、対象とする特定のｐＨ、例えば中性ｐＨでゼロである。

一実施形態では、Ｒ_１は、Ｈ、又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキル、又はメチル、エチル、若しくはプロピルである。

一実施形態では、カチオン部分は、アミン又はアンモニウム部分である。

別の実施形態では、アミン部分は－ＮＲ’－であり、アンモニウム部分は－Ｎ^＋Ｒ’Ｒ’’－であり、式中、Ｒ’及びＲ’’は、独立して若しくは同時に、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである。

別の実施形態では、アニオン部分は、スルフェート、カルボキシル、ホスフェート、又はボロネート部分である。

別の実施形態では、第１及び第２の両性イオン性モノマーは、独立して又は同時に、以下の構造を有し、

式中、
Ｘは、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
Ｒ_１は、Ｈ、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキル、ＯＨ、又は－Ｏ－（ＣＨ_２）_ｘ（式中、ｘは、１～１０の整数である）であり、
Ｒ’及びＲ’’は、独立して若しくは同時に、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルであり、
ｎは、１～１０の整数である。

更なる実施形態では、第１及び第２の両性イオン性モノマーは、以下の構造を有する。

別の実施形態では、求核性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、以下の式を有し、

式中、
Ｘは、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
Ｒ_３は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキル（若しくは（Ｃ_１－Ｃ_３）－アルキル）であり、
Ｍは、（Ｃ_０－Ｃ_３）－アルキレンであり、
Ｖは、求核性部分を含むヒドロカルビル部分である。

一実施形態では、ヒドロカルビル部分は、Ｃ_１－Ｃ_２０－ヒドロカルビル部分、又はＣ_１－Ｃ_１０－ヒドロカルビル、又はＣ_１－Ｃ_６－ヒドロカルビル部分であり、当該部分中の１つ以上の炭素原子は、任意選択的に、酸素原子、硫黄原子（例えば、スルフェート基）、又は窒素原子（Ｃ_１－Ｃ_６－アルキルで置換）で置き換えられている。

更なる実施形態では、求核性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、以下の式を有し、

式中、
Ｘは、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
Ｒ_３は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキル（若しくは（Ｃ_１－Ｃ_３）－アルキル）であり、
Ｖは、求核性部分を含むヒドロカルビル部分である。

一実施形態では、ヒドロカルビル部分は、Ｃ_１－Ｃ_２０－ヒドロカルビル部分、又はＣ_１－Ｃ_１０－ヒドロカルビル、又はＣ_１－Ｃ_６－ヒドロカルビル部分であり、当該部分中の１つ以上の炭素原子は、任意選択的に、酸素原子、硫黄原子（例えば、スルフェート基）、又は窒素原子（Ｃ_１－Ｃ_６－アルキルで置換）で置き換えられている。

一実施形態では、求核性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、以下の式を有し、

式中、ｍは、１～１０、又は１、２、３、４、５、６、７、８、９、若しくは１０である。

一実施形態では、求核性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、以下の式を有する。

別の実施形態では、求電子性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、以下の式を有し、

式中、
Ｘは、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
Ｒａは、Ｈ又は－ＣＯＯＨであり、
Ｒ_３は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキル（若しくは（Ｃ_１－Ｃ_３）－アルキル）であり、（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキル基は、任意選択的に－ＣＯＯＨ基で置換されており、
Ｍは、（Ｃ_０－Ｃ_３）－アルキレンであり、
Ｖは、少なくとも１つの求電子性部分を含むヒドロカルビル部分であり、少なくとも１つの求電子性部分は、ケトン基を含む。

一実施形態では、ヒドロカルビル部分は、Ｃ_１－Ｃ_２０－ヒドロカルビル部分、又はＣ_１－Ｃ_１０－ヒドロカルビル、又はＣ_１－Ｃ_６－ヒドロカルビル部分であり、当該部分中の１つ以上の炭素原子は、任意選択的に、酸素原子、硫黄原子（例えば、スルフェート基）、又は窒素原子（Ｃ_１－Ｃ_６－アルキルで置換）で置き換えられている。

一実施形態では、求電子性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、以下の式を有し、

式中、
Ｘは、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
Ｒａは、Ｈ又は－ＣＯＯＨであり、
Ｒ_３は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキル（若しくは（Ｃ_１－Ｃ_３）－アルキル）であり、（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキル基は、任意選択的に－ＣＯＯＨ基で置換されており、
Ｖは、少なくとも１つの求電子性部分を含むヒドロカルビル部分であり、少なくとも１つの求電子性部分は、ケトン基を含む。

一実施形態では、ヒドロカルビル部分は、Ｃ_１－Ｃ_２０－ヒドロカルビル部分、又はＣ_１－Ｃ_１０－ヒドロカルビル、又はＣ_１－Ｃ_６－ヒドロカルビル部分であり、当該部分中の１つ以上の炭素原子は、任意選択的に、酸素原子、硫黄原子（例えば、スルフェート基）、又は窒素原子（Ｃ_１－Ｃ_６－アルキルで置換）で置き換えられている。

一実施形態では、求電子性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、以下の式を有し、

式中、
Ｒ_３は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキル（若しくは（Ｃ_１－Ｃ_３）－アルキル）であり、
Ｒ_４は、Ｈ、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキルであり、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキル中の１つ以上のＣＨ_２基は、任意選択的にＣ＝Ｏで置き換えられており、
ｖは、１～１０の整数であり、
基（ＣＨ_２）_ｖ中の１つ以上の炭素原子は、任意選択的に、酸素原子又は窒素原子（ＮＨ若しくはＮＲ’（式中、Ｒ’は、Ｃ_１－Ｃ_６－アルキルである））で置き換えられている。

一実施形態では、Ｒ_４は、（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキル若しくは（Ｃ_１－Ｃ_３）－アルキル、又はメチル、エチル、若しくはプロピルであり、アルキル基中の少なくとも１つのＣＨ_２基は、Ｃ＝Ｏで置き換えられている。

一実施形態では、求電子性部分がケトンである場合、Ｒ_４は、Ｈであることはできない。別の実施形態では、第２の求電子性部分は、アルデヒド基であり、Ｒ_４は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキルであり、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキル中の末端ＣＨ_２基は、任意選択的にＣ＝Ｏで置き換えられて、アルデヒドを形成する。

一実施形態では、ケトン官能基は、例えば、環状アセタールなどのアセタールとしての別の基から任意選択的に誘導される。例えば、－Ｃ（＝Ｏ）－ＣＨ_３は、

として存在し、加水分解後、－Ｃ（＝Ｏ）－ＣＨ_３に変換され得る。

一実施形態では、求電子性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、以下の式を有する。

一実施形態では、求核性部分は、ヒドラジド若しくはアミン誘導体、カルボニル水和物、アルコール、シアノヒドリン若しくはシアノヒドリン誘導体、チオール若しくはチオール誘導体、又はリンイリド若しくはその誘導体である。

別の実施形態では、求核性部分は、ヒドラジド部分である。

一実施形態では、少なくとも１つの求電子性部分は、ケトン基を含み、第２のポリマーは、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、エステル、アミド、マレイミド、アシル（酸）塩化物、酸無水物、若しくはアルケン基、又はそれらの誘導体を有するモノマーを更に含み得る。

一実施形態では、第２のポリマーは、アルデヒド部分とケトン部分の両方を含む。

一実施形態では、第１及び第２のポリマーは、ヒドラゾン結合を介して架橋される。

別の実施形態では、重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、アクリル酸若しくはその誘導体、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、又はビニル酢酸から誘導される。

一実施形態では、求電子性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、Ｎ－（２，２－ジメトキシエチル）メタクリルアミド、Ｎ－（（２－メチル－１，３－ジオキソラン－２－イル）メチル）メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、アリルアルデヒド、又は２－（メタクリロイルオキシ）エチルアセトアセテートである。

別の実施形態では、本開示は、ヒドロゲル組成物であって、
ａ．求核物質で官能化された両性イオン性コポリマーである少なくとも１つの第１の前駆体ポリマーと、
ｂ．求電子物質で官能化された両性イオン性コポリマーである少なくとも１つの第２の前駆体ポリマーと、を含み、
第１及び第２の前駆体ポリマーが、求核性及び求電子性部分の反応によって共有結合を介して架橋される、ヒドロゲル組成物を含む。

一実施形態では、求核物質で官能化された両性イオン性コポリマーは、ヒドラジド若しくはアミン誘導体、カルボニル水和物、アルコール、シアノヒドリン若しくはシアノヒドリン誘導体、チオール若しくはチオール誘導体、又はリンイリド若しくはその誘導体である求核性部分を含む。

一実施形態では、求核性部分は、ヒドラジド部分である。

一実施形態では、求電子物質で官能化された両性イオン性コポリマーは、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、エステル、アミド、マレイミド、アシル（酸）塩化物、酸無水物、若しくはアルケン基、又はその誘導体である求電子性部分を含む。

一実施形態では、求電子性部分は、アルデヒド又はケトン部分である。

一実施形態では、組成物は、
ａ．ヒドラジドで官能化された両性イオン性コポリマーである少なくとも１つの第１の前駆体ポリマーと、
ｂ．アルデヒド及び／又はケトンで官能化された両性イオン性コポリマーである少なくとも１つの第２の前駆体ポリマーと、を含み、
第１及び第２の前駆体ポリマーが、ヒドラゾン結合を介して架橋される。

一実施形態では、第１の前駆体ポリマーは、以下のモノマー単位：
ａ．両性イオン性である第１のモノマーと、
ｂ．ヒドラジド部分で官能化されているか、又は官能化され得る少なくとも１つの第２の重合可能なモノマーと、を含む、コポリマーである。

一実施形態では、第１のモノマーは、式（Ｉ）の構造を有し、

式中、
Ｒ１は、Ｈ、（Ｃ_１－Ｃ_１０）アルキル、ＯＨ、Ｏ（ＣＨ_２）_ｘＨ（式中、ｘは、１～１０の範囲である）、又は重合を実質的に損なわない任意の官能基であり、
Ｒ２は、エステル（アクリル、メタクリル）、アミド（アクリルアミド、メタクリルアミド）、アルキル基（アリル）、芳香族基（スチレン）、又は存在しない（ビニル）であり、
Ｒ３は、（Ｃ１－Ｃ１０）アルキル、アルキルエーテル、又は別のヒドロカルビル部分であり、
Ｒ４は、アミン若しくはアンモニウム官能基であるカチオン成分、又はサルフェート、カルボキシル、ホスフェート、若しくはボロネート官能基であるアニオン成分のいずれかであり、
Ｒ５は、（Ｃ_１－Ｃ_１０）アルキル、アルキルエーテル、又は別のヒドロカルビル部分であり、
Ｒ６は、Ｒ４のリストから選択された荷電基であるが、Ｒ４と反対の電荷のものであり、
Ｒ７は、Ｈ、（Ｃ_１－Ｃ_１０）アルキル、（Ｃ_２－Ｃ_１０）アルキニル、－（Ｃ_０－Ｃ_４）－アルキレン－（Ｃ_６－Ｃ_１０）アリール、－（Ｃ_０－Ｃ_４）－アルキレン－（Ｃ_５－Ｃ_１０）－ヘテロアリール、－Ｃ（Ｏ）ＮＲ’、又は－Ｃ（Ｏ）ＯＲ’であり、式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）アルキルであり、ｎは、６～３０の任意の整数であり、
モノマーの正味の電荷は、関心のある特定のｐＨ、例えば中性ｐＨでゼロである。

一実施形態では、第２の重合可能なモノマーは、カルボン酸部分を有する。

一実施形態では、第２の重合可能なモノマーは、アクリル酸又はその誘導体、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、又はビニル酢酸である。

一実施形態では、第１又は第２の前駆体ポリマーは、第３のモノマーを更に含む。

一実施形態では、第２の前駆体ポリマーは、以下のモノマー単位：
ａ．両性イオン性である第１のモノマーと、
ｂ．アルデヒド部分及び／又はケトン部分で官能化され得る少なくとも１つの第２の重合可能なモノマーと、を含む、コポリマーである。

一実施形態では、第１のモノマーは、式（Ｉ）の構造を有し、

式中、
Ｒ１は、Ｈ、（Ｃ_１－Ｃ_１０）アルキル、ＯＨ、Ｏ（ＣＨ_２）_ｘＨ（式中、ｘは、１～１０の範囲である）、又は重合を実質的に損なわない任意の官能基であり、
Ｒ２は、エステル（アクリル、メタクリル）、アミド（アクリルアミド、メタクリルアミド）、アルキル基（アリル）、芳香族基（スチレン）、又は存在しない（ビニル）であり、
Ｒ３は、（Ｃ１－Ｃ１０）アルキル、アルキルエーテル、又は別のヒドロカルビル部分であり、
Ｒ４は、アミン若しくはアンモニウム官能基であるカチオン成分、又はサルフェート、カルボキシル、ホスフェート、若しくはボロネート官能基であるアニオン成分のいずれかであり、
Ｒ５は、（Ｃ_１－Ｃ_１０）アルキル、アルキルエーテル、又は別のヒドロカルビル部分であり、
Ｒ６は、Ｒ４のリストから選択された荷電基であるが、Ｒ４と反対の電荷のものであり、
Ｒ７は、Ｈ、（Ｃ_１－Ｃ_１０）アルキル、（Ｃ_２－Ｃ_１０）アルキニル、－（Ｃ_０－Ｃ_４）－アルキレン－（Ｃ_６－Ｃ_１０）アリール、－（Ｃ_０－Ｃ_４）－アルキレン－（Ｃ_５－Ｃ_１０）－ヘテロアリール、－Ｃ（Ｏ）ＮＲ’、又は－Ｃ（Ｏ）ＯＲ’であり、式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）アルキルであり、ｎは、６～３０の任意の整数であり、
モノマーの正味の電荷は、関心のある特定のｐＨ、例えば中性ｐＨでゼロである。

一実施形態では、第２の重合可能なモノマーは、アセタール部分又はケタール部分で官能化される。

別の実施形態では、第２の重合可能なモノマーは、Ｎ－（２，２－ジメトキシエチル）メタクリルアミド、Ｎ－（（２－メチル－１，３－ジオキソラン－２－イル）メチル）メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、アリルアルデヒド、及び／又は２－（メタクリロイルオキシ）エチルアセトアセテートである。

別の実施形態では、前駆体ポリマーは、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、ビニル酢酸若しくはｔｅｒｔ－ブチル－２－アクリロイルヒドラジンカルボキシレート（ＢＡＨＣ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノエチルアクリレート（ＤＭＡＥＡ）、アミノエチルメタクリレート（ＡＥＭＡ）、アリルアミン、ジアセトンアクリルアミド、アリルアルデヒド、２－（メタクリロイルオキシ）エチルアセトアセテート、Ｎ－（（２－メチル－１，３－ジオキソラン－２－イル）メチル）メタクリルアミド、又は上記のもののうちのいずれかの誘導体である第３のモノマーを更に含む。

一実施形態には、以下の事項が含まれる：
ａ．第１の前駆体ポリマーは、少なくとも１つの両性イオン性モノマーとアクリル酸とのコポリマーであり、
ｂ．第２の前駆体ポリマーは、少なくとも１つの両性イオン性モノマーと、Ｎ－（２，２－ジメトキシエチル）メタクリルアミド（ＤＭＥＭＡｍ）、２－（メタクリロイルオキシ）エチルアセトアセテート（ＡＡＥＭ）、ジアセトンアクリルアミド（ＤｉＡＡＡｍ）、アリルアルデヒド、及び／又はＮ－（（２－メチル－１，３－ジオキソラン－２－イル）メチル）メタクリルアミド（ＭＤＭ）とのコポリマーであり、
ここで、アクリル酸は、ヒドラジド部分として官能化されたカルボン酸基を有し、Ｎ－（２，２－ジメトキシエチル）メタクリルアミドは、アルデヒド部分に変換されるアセタール基を有し、２－（メタクリロイルオキシ）エチルアセトアセテート、ジアセトンアクリルアミド、及び／又はＮ－（（２－メチル－１，３－ジオキソラン－２－イル）メチル）メタクリルアミドは、ケトン部分を有するか、又はケトン部分を有するように変換することができ、ヒドラゾン結合が、ヒドラジドとアルデヒド又はケトン部分との間に形成される。

一実施形態では、組成物は、注入可能な生物学的潤滑剤又は関節内補充薬として使用される。

別の実施形態では、組成物は、
ａ．第１又は第２の前駆体ポリマーを基材上に吸着又は反応させることと、
ｂ．基材を代替前駆体ポリマーでコーティングすることと、
ｃ．任意選択的に、ステップ（ａ）及び（ｂ）を繰り返すことと、によって、基材のためのコーティングとして使用される。

別の実施形態では、組成物は、
ａ．生細胞を前駆体ポリマーの１つ以上と混合することと、
ｂ．コポリマーを共押出又は混合して、細胞をカプセル化するインサイチュ－ゲル化ヒドロゲルを形成することと、によって、細胞のための注入可能な送達ビヒクルとして使用される。

したがって、本開示は、ヒドロゲル組成物であって、
ａ．求核物質で官能化された両性イオン性コポリマーである少なくとも１つの第１の前駆体ポリマーと、
ｂ．求電子物質で官能化された両性イオン性コポリマーである少なくとも１つの第２の前駆体ポリマーと、を含み、第１及び第２の前駆体ポリマーが、求核性及び求電子性部分の反応によって共有結合を介して架橋される、ヒドロゲル組成物を対象とする。

別の実施形態では、求核物質で官能化された両性イオン性コポリマーは、ヒドラジン若しくはアミン誘導体、カルボニル水和物、アルコール、シアノヒドリン若しくはシアノヒドリン誘導体、チオール若しくはチオール誘導体、又はリンイリド若しくはその誘導体である求核性部分を含む。別の実施形態では、求核性部分は、ヒドラジドである。

別の実施形態では、求電子物質で官能化された両性イオン性コポリマーは、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、エステル、アミド、マレイミド、アシル（酸）塩化物、酸無水物、若しくはアルケン、又はその誘導体である求電子性部分を含む。別の実施形態では、求電子性部分は、アルデヒド又はケトンである。

別の実施形態では、ヒドロゲル組成物は、２つ以上の第１の前駆体ポリマーを含む。別の実施形態では、ヒドロゲル組成物は、２つ以上の第２の前駆体ポリマーを含む。

別の実施形態では、本開示は、ヒドロゲル組成物であって、
ａ．ヒドラジドで官能化された両性イオン性コポリマーである少なくとも１つの第１の前駆体ポリマーと、
ｂ．アルデヒド及び／又はケトンで官能化された両性イオン性コポリマーである第２の前駆体ポリマーと、を含み、第１及び第２の前駆体ポリマーが、ヒドラゾン結合を介して架橋される、ヒドロゲル組成物を対象とする。

一実施形態では、第１及び第２の前駆体ポリマーは、腎（腎臓）クリアランスの分子量カットオフ未満の分子量を有する。別の実施形態では、第１及び第２の前駆体ポリマーは、約７０ｋＤａ未満、又は約６０ｋＤａ未満の分子量を有する。別の実施形態では、第１及び第２の前駆体ポリマーは、約１０ｋＤａ～約６０ｋＤａ、又は約２０ｋＤａ～約５０ｋＤａの分子量を有する。

一実施形態では、第１の前駆体ポリマーは、以下のモノマー単位：
ａ．両性イオン性である第１のモノマーと、
ｂ．求核性部分で官能化されているか、又は官能化され得る少なくとも１つの第２の重合可能なモノマーと、を含む、コポリマーである。

一実施形態では、第１のモノマーは、式（Ｉ）の構造を有し、

式中、
Ｒ１は、Ｈ、（Ｃ１－Ｃ１０￢）アルキル、ＯＨ、Ｏ（ＣＨ２）_ｘＨ（式中、ｘは１～１０の範囲である）、又は重合を実質的に損なわない任意の官能基であり。
Ｒ２は、エステル（アクリル、メタクリル）、アミド（アクリルアミド、メタクリルアミド）、アルキル基（アリル）、芳香族基（スチレン）、又は存在しない（ビニル）であり
Ｒ３は、（Ｃ１－Ｃ１０）アルキル、アルキルエーテル、又は別のヒドロカルビル部分であり、
Ｒ４は、アミン若しくはアンモニウム官能基であるカチオン成分、又はサルフェート、カルボキシル、ホスフェート、若しくはボロネート官能基であるアニオン成分のいずれかであり、
Ｒ５は、（Ｃ１－Ｃ１０）アルキル、アルキルエーテル、又は別のヒドロカルビル部分であり、
Ｒ６は、Ｒ４のリストから選択された荷電基であるが、Ｒ４と反対の電荷のものであり、
Ｒ７は、Ｈ、（Ｃ１－Ｃ１０￢）アルキル、（Ｃ２－Ｃ１０￢）アルキニル、－（Ｃ０－Ｃ４）－アルキレン－（Ｃ６－Ｃ１０￢）アリール、－（Ｃ０－Ｃ４）－アルキレン－（Ｃ５－Ｃ１０）￢ヘテロアリール、－Ｃ（Ｏ）ＮＲ’、又は－Ｃ（Ｏ）ＯＲ’であり、式中、Ｒ’は、Ｈ又は（Ｃ１－Ｃ６）アルキルであり、ｎは、６～３０の任意の整数であり、
モノマーの正味の電荷は、関心のある特定のｐＨ、例えば中性ｐＨでゼロである。

別の実施形態では、第２の重合可能なモノマーは、少なくとも１つの求核性部分で官能化されているか、又は官能化されることができ、求核性部分は、ヒドラジン若しくはアミン誘導体、カルボニル水和物、アルコール、シアノヒドリン若しくはシアノヒドリン誘導体、チオール若しくはチオール誘導体、又はリンイリド若しくはその誘導体である。別の実施形態では、求核性部分は、ヒドラジドである。

別の実施形態では、第１の前駆体ポリマーは、以下のモノマー単位：
ａ．両性イオン性である第１のモノマーと、
ｂ．ヒドラジド部分で官能化されているか、又は官能化されることができる少なくとも１つの第２の重合可能なモノマーと、を含む、コポリマーである。

一実施形態では、カルボン酸は、ヒドラジド部分に官能化されることができるので、第２の重合可能なモノマーは、カルボン酸部分を有する。別の実施形態では、第２の重合可能なモノマーは、アクリル酸又はその誘導体、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、又はビニル酢酸である。更なる実施形態では、第２のモノマーは、アクリル酸又はその誘導体である。別の実施形態では、第２の重合可能な部分は、ビニルアルコール又はアリルアルコールであり、ヒドラジド部分に官能化されることができる。別の実施形態では、第２の重合可能な部分は、ヒドラジド部分などの求核性部分を含む。一実施形態では、第２の重合可能な部分は、ヒドラジド部分で官能化されたアクリル酸である。

本開示の別の実施形態では、第１の前駆体ポリマーは、両性イオン性モノマー及び官能性モノマーと共重合できる３つ以上のモノマーを更に含むコポリマーである。

本開示の別の実施形態では、第２の前駆体ポリマーは、以下のモノマー単位：
ａ．両性イオン性である第１のモノマーと、
ｂ．求電子性部分で官能化されているか、又は官能化されることができる少なくとも１つの重合可能なモノマーと、を含む、コポリマーである。

別の実施形態では、第２の重合可能なモノマーは、１つ以上の求電子性部分で官能化されているか、又は官能化されることができ、求電子性部分は、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、エステル、アミド、マレイミド、アシル（酸）塩化物、酸無水物、若しくはアルケン、又はその誘導体である。別の実施形態では、求電子性部分は、アルデヒド及び／又はケトン部分である。

一実施形態では、第２の前駆体ポリマーは、以下のモノマー単位：
ａ．両性イオン性である第１のモノマーと、
ｂ．求電子性部分で官能化されているか、又は官能化されることができる第２の重合可能なモノマーであって、求電子性部分がアルデヒドである、第２の重合可能なモノマーと、
ｃ．求電子性部分で官能化されているか、又は官能化されることができる第３の重合可能なモノマーであって、求電子性部分がケトンである、第３の重合可能なモノマーと、を含む、コポリマーである。

一実施形態では、第２の重合可能なモノマーは、アセタール部分又はケタール部分で官能化されている。なぜなら、これらの部分は、重合後にアルデヒド又はケトン部分に変換できるからである。更なる実施形態では、第２の重合可能なモノマーは、Ｎ－（２，２－ジメトキシエチル）メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、アリルアルデヒド、２－（メタクリロイルオキシ）エチルアセトアセテート、及び／又はＮ－（（２－メチル－１，３－ジオキソラン－２－イル）メチル）メタクリルアミドである。

他の実施形態では、第１及び第２の前駆体ポリマーは、最終的な前駆体ポリマー、したがってヒドロゲル組成物の特性を調整するために他のモノマーを更に含み得るコポリマーである。別の実施形態では、第１及び第２の前駆体ポリマーはまた、重合後に修飾されて、ヒドロゲル組成物に官能基を導入し得る。

一実施形態では、本開示のヒドロゲル組成物は、
ａ．メタクリル酸スルホベタインとアクリル酸のコポリマーであり、後にヒドラジド部分を含むように官能化される第１の前駆体ポリマーと、
ｂ．メタクリル酸スルホベタインと、後に加水分解されてアルデヒド部分を形成するＮ－（２，２－ジメトキシエチル）メタクリルアミド、並びに／又はケトン部分を有するか、後に加水分解されてケトン部分を有することができる（Ｎ－（（２－メチル－１，３－ジオキソラン－２－イル）メチル）メタクリルアミド）、ジアセトンアクリルアミド、及び／若しくは２－（メタクリロイルオキシ）エチルアセトアセテートとのコポリマーである第２の前駆体ポリマーと、を含む。

一実施形態では、本開示のヒドロゲル組成物は、約５０ｍｏｌ％、約６０ｍｏｌ％、約７０ｍｏｌ％、約７５ｍｏｌ％、約８０ｍｏｌ％、約９０ｍｏｌ％、又は約９５ｍｏｌ％の両性イオン性モノマーを含む。

別の実施形態では、ヒドロゲル組成物は、約１０ｍｇ／ｍＬ～約６００ｍｇ／ｍＬ若しくは約２０ｍｇ／ｍＬ～約３００ｍｇ／ｍＬの範囲内である、ヒドラジドで官能化された両性イオン性ポリマーの濃度並びにアルデヒド及び／又はケトンで官能化された両性イオン性ポリマーの濃度を含む。更なる実施形態では、ヒドロゲル組成物の、ヒドラジドで官能化された両性イオン性ポリマーの濃度並びにアルデヒド及び／又はケトンで官能化された両性イオン性ポリマーの濃度は、約５０ｍｇ／ｍＬ～約２００ｍｇ／ｍＬの範囲内である。

一実施形態では、ヒドロゲル組成物の、ヒドラジドで官能化された両性イオン性ポリマー並びにアルデヒド及び／又はケトンで官能化された両性イオン性ポリマーを含む官能化度は、約２ｍｏｌ％～約５０ｍｏｌ％の範囲内である。別の実施形態では、ヒドロゲル組成物の、ヒドラジドで官能化された両性イオン性ポリマー並びにアルデヒド及び／又はケトンで官能化された両性イオン性ポリマーを含む官能化度は、約５ｍｏｌ％～約３０ｍｏｌ％の範囲内である。

一実施形態では、本出願のヒドロゲル組成物は、例えば、前駆体ポリマーのモノマーの選択及び同一性に基づいて、化学的及び機械的に調整可能である。一実施形態では、第１及び／又は第２の前駆体ポリマーは、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、ビニル酢酸、又はｔｅｒｔ－ブチル２－アクリロイルヒドラジンカルボキシレート、２－ジメチルアミノエチルメタクリレート、２－ジメチルアミノエチルアクリレート、アミノエチルメタクリレート、若しくはアリルアミンを含むことにより、ｐＨ応答性ヒドロゲルをもたらす。一実施形態では、ヒドロゲルは、生物活性ヒドロゲルをもたらす細胞特異的リガンドを含む。別の実施形態では、２つ以上のヒドラジドで官能化された両性イオン性ポリマーと、２つ以上のアルデヒド及び／又はケトンで官能化された両性イオン性ポリマーとを一緒に混合して、構成前駆体ポリマーの中間特性を有するヒドロゲルを作製する。

一実施形態では、選択された両性イオン性モノマーと重合可能なビニル、（メタ）アクリル、（メタ）アクリルアミド、アリル、又はスチレンなどの任意のフリーラジカル重合可能なモノマーを使用して、前駆体ポリマーを官能化することができる。一実施形態では、コモノマーは、（メタ）アクリル型コモノマーである。

本開示の別の実施形態では、第１及び／又は第２の前駆体ポリマーの同一性に応じて、ヒドロゲル組成物は、異なるゲル化時間を有する。一実施形態では、即時ゲル化は、薬物が事前ゲル化組成物から拡散するのを回避する薬物送達用途に有用である。他の実施形態では、２～９０分のゲル化時間は、例えば生物学的バリア用途において、ゲル化が起こる前にポリマーが広がって間隙を埋めることを可能にするか、又はヒドロゲルの適切な外科的配置若しくは注入配置を可能にするのに好ましい。他の実施形態では、３０分以上のゲル化時間は、例えば、大きな表面積がヒドロゲルの均等な分布を必要とする表面コーティング用途において好ましい。

一実施形態では、本出願のヒドロゲル組成物の乾燥状態に対する質量ベースの膨潤率（Ｑ_ｍ）、分解速度、及び貯蔵弾性率（Ｇ’）は、官能化度、並びにヒドラジドで官能化された両性イオン性ポリマーとアルデヒド及び／又はケトンで官能化された両性イオン性ポリマーとの濃度によって制御される。

一実施形態では、乾燥状態に対する質量ベースの膨潤率（Ｑ_ｍ）は、約２．０～約１００．０、約３．０～約５０．０、又は約４．０～約２０．０である。更なる実施形態では、貯蔵弾性率（Ｇ’）は、約０．０５ｋＰａ～約１００ｋＰａ、約０．１ｋＰａ～約５０ｋＰａ、又は約１．０ｋＰａ～約２５ｋＰａである。

一実施形態では、前駆体ポリマーの同一性に応じて、ヒドロゲル組成物の安定性を調整することができる。一実施形態では、本出願のヒドロゲル組成物は、少なくとも約３～１２か月の期間、インビボで安定である。別の実施形態では、本出願のヒドロゲル組成物は、少なくとも１日、２日、７日、又は４週間の期間、インビボで安定である。

一実施形態では、外部環境に応じて、本開示のヒドロゲル組成物は、約６０％（ｗ／ｗ）の水、約７０％（ｗ／ｗ）の水、又は約８０％（ｗ／ｗ）の水のプラトー含水量まで解膨潤する（ｄｅ－ｓｗｅｌｌ）。別の実施形態では、ヒドロゲル組成物は、約９０％（ｗ／ｗ）又は約９９％（ｗ／ｗ）の水まで膨潤する。

一実施形態では、例えばヒドラゾン結合形成によるヒドラゾン架橋は、生物医学用途に有用である。なぜなら、ヒドラゾン結合は、加水分解及び酵素作用によって分解可能であり、したがって分解して、腎臓からのクリアランスのために低分子量の前駆体ポリマーを放出することができるからである。一実施形態では、架橋結合の可逆的又は分解可能な性質により、ヒドロゲル組成物は、インビボで分解可能であり、架橋されていない前駆体ポリマーと比較して同じ又は類似の分子量を有する第１及び第２の前駆体ポリマーを再形成する。一実施形態では、ヒドロゲルは、腎（腎臓）クリアランスの分子量カットオフ未満の分子量を有する。別の実施形態では、ヒドロゲルは、約８０ｋＤａ未満、又は約６０ｋＤａ未満の分子量を有する。別の実施形態では、ヒドロゲルは、約１０～約６０ｋＤａ、又は約２０～約４０ｋＤａの分子量を有する。

一実施形態では、ヒドラジドで官能化された両性イオン性ポリマー並びにアルデヒド及び／又はケトンで官能化された両性イオン性ポリマーは、ヒドロゲル前駆体ポリマー及びヒドロゲル分解物の両方を表す。

一実施形態では、本出願のヒドロゲル組成物は、細胞及びタンパク質に弱く結合し、したがって、ヒドロゲルが生物医学用途（薬物負荷ヒドロゲルの注入など）で使用される場合、炎症応答を最小限に抑える。別の実施形態では、ヒドロゲル組成物は、非細胞毒性である。一実施形態では、本出願のヒドロゲル組成物は、注入可能である。別の実施形態では、本出願のヒドロゲル組成物は、滑らかである。

本開示の一実施形態では、本開示のヒドロゲル組成物は、薬物送達ビヒクル、細胞送達ビヒクル、軟組織の機械的支持、生物学的潤滑剤、防汚表面、及び他の用途を含む生物医学用途において有用である。別の実施形態では、ヒドロゲル組成物の分解性（例えば、酸分解性）は、細胞内薬物送達ビヒクルとして有用である（すなわち、分解は、細胞外よりもエンドソーム内でより速く起こる）。別の実施形態では、ヒドロゲル組成物の膨潤能力は、おむつ及び他の衛生製品などの超吸収用途に使用することができる。

本開示の一実施形態では、ヒドロゲル組成物は、二連式注射器に収容され、二連式注射器は、
ａ．本開示で定義される第１の前駆体ポリマーを収容する第１のバレルと、
ｂ．本開示で定義される第２の前駆体ポリマーを収容する第２のバレルと、を含み、第１及び第２の前駆体ポリマーは、注入されると、本開示で定義されるヒドロゲル組成物をインサイチュで形成する。

一実施形態では、二連式注射器は、状態の治療のための薬物及び／又は細胞を更に含む。一実施形態では、ヒドロゲルの分解時間は、治療薬又は細胞が放出される速度を制御することによって変更することができる。一実施形態では、インサイチュで形成されたヒドロゲル組成物は、例えば、それが位置する環境に応答性であり、環境シグナルに基づいて薬物及び／又は細胞を送達することができる。１つのそのような実施形態では、インサイチュで形成されたヒドロゲル組成物は、ｐＨ応答性であり、ｐＨが低下すると分解し、ヒドロゲル組成物が、例えば、身体がより酸性である感染部位で薬物送達組成物として作用することを可能にし、この条件下で、ヒドロゲルの架橋がより速く解離し、薬物がより高速に放出される。別の実施形態では、ヒドロゲルは、細胞を含む又は含まないヒドロゲル構造を印刷するための印刷可能なバイオインクとして使用される。別の実施形態では、ヒドロゲルは、細胞療法若しくは組織再生のためのインビトロ薬物スクリーニング又はインビボ生物医学移植に有用な細胞化された組織模倣物を３Ｄ印刷するために使用される。

一実施形態では、本開示は、生細胞をカプセル化するための方法であって、
ａ．第１及び第２のポリマーを提供することと、
ｂ．生細胞を第１のポリマー又は第２のポリマーのうちの１つと混合することと、
ｃ．第１及び第２のポリマーが、細胞をカプセル化するために定義された形状を有するヒドロゲル組成物を形成するように、第１及び第２のポリマーを同時印刷又は同時送達することと、を含み、
ヒドロゲル組成物が、
第１のポリマーであって、以下のモノマー単位：
ｉ．中性ｐＨで少なくとも１つのカチオン電荷及び少なくとも１つのアニオン電荷を含む１つ以上の第１の重合可能なエチレン性不飽和両性イオン性モノマー；並びに
ｉｉ．求核性部分で官能化された１つ以上の重合可能なエチレン性不飽和モノマーを含む、第１のポリマーと、
第２のポリマーであって、以下のモノマー単位：
ｉｉｉ．中性ｐＨで少なくとも１つのカチオン電荷及び少なくとも１つのアニオン電荷を含む１つ以上の第２の重合可能なエチレン性不飽和両性イオン性モノマー；並びに
ｉｖ．求電子性部分で官能化された１つ以上の重合可能なエチレン性不飽和モノマーを含む、第２のポリマーと、を含み、
第１及び第２のポリマーが、求核性及び求電子性部分の反応によって共有結合を介して架橋されて、ヒドロゲル組成物を形成する、方法を含む。

本出願の別の実施形態では、既存の基材は、
ａ．本明細書で定義される第１又は第２の前駆体ポリマーを基材上に吸着又は反応させることと、
ｂ．ステップ（ｉ）からの基材を相補的前駆体ポリマーでコーティングすることと、
ｃ．任意選択的に、ステップ（ｉ）及び（ｉｉ）を繰り返すことと、によって、本開示のヒドロゲル組成物でコーティングすることができ、ヒドロゲル組成物が、基材上に形成される。一実施形態では、少なくとも１つの第１前駆体ポリマー又は少なくとも１つの第２前駆体ポリマーは、任意の方法で基材上にポリマーを浸漬させるか、印刷するか、塗装するか、噴霧するか、又は送達することによって、基材上に吸着、反応、又はコーティングされ、結果として、ヒドロゲル組成物を形成するポリマーが得られる。

一実施形態では、本開示のヒドロゲル組成物は、層ごとの浸漬技術を使用して基材上に積層され、前駆体ポリマーは、基材に適用されて基材をコーティングし、前駆体ポリマーの少なくとも一部は、基材上に吸着又は反応される。第１のコートは、本開示に記載されるように、第１の前駆体ポリマー又は第２の前駆体ポリマーのいずれかであり得る。第１の層でコーティングすると、他方の（相補的な）前駆体ポリマーが基材上にコーティングされ、共有結合性架橋（前駆体ポリマーがヒドラジド並びにアルデヒド及び／又はケトンで官能化されている場合、ヒドラゾン結合など）が２つの層の間に形成され、それによって基材上にヒドロゲルが形成される。このプロセスは、異なる厚さのヒドロゲルでコーティングされた基材を形成するために、交互の前駆体ポリマーを使用して、所望であれば何度でも繰り返される。別の実施形態では、基材上に形成されたヒドラゾン結合などの共有結合性の架橋結合は、後に還元されて非分解性結合を形成し得る。一実施形態では、基材は、セルロース、ポリスルホン、ポリ（エーテルスルホン）、酢酸セルロース、又はポリアクリロニトリルである。別の実施形態では、基材は、定義された透過性を有する膜の形態である。他の実施形態では、基材としては、ポリエチレン、ポリエステル、シリコーン、又はポリメチルメタクリレートなどの生体材料（タンパク質吸着を抑制すると炎症が抑制される）が挙げられる。他の実施形態では、汚水処理膜は、汚れの少ないヒドロゲル組成物で処理することができる。

一実施形態では、表面上のポリマーが固定化される任意の方法でポリマーを基材上に浸漬させるか、印刷するか、塗装するか、噴霧するか、又は送達することによって、基材上に吸着、反応、又はコーティングされた官能性ポリマーコーティングを提供するために、第１の前駆体ポリマーのみが基材に適用される。

別の実施形態では、本開示のヒドロゲル組成物は、バイオセンサーへの非特異的オフターゲット結合を最小限に抑えるためのバイオセンシング用途に適用される。更なる実施形態では、バイオセンシング用途としては、固体表面及び多孔性表面の両方へのコーティングが挙げられるが、これらに限定されない。一実施形態では、コーティングされた固体及び多孔性表面は、本開示のヒドロゲル組成物を使用する高分子電解質の層ごとの堆積に類似した単一又は連続的な層ごとの浸漬技術を使用して調製される。別の実施形態では、固体及び多孔性表面は、生物分離用途のためにコーティングされる。更なる実施形態では、非特異的タンパク質吸着を最小限に抑えるために、固体及び多孔性表面がコーティングされる。一実施形態では、ヒドロゲル組成物は、非特異的結合に対して表面を不動態化し、それによって検知事象の特異性及びシグナル対ノイズを増加させる。

別の実施形態では、本開示のヒドロゲル組成物は、膜又は他の多孔性媒体などの多孔性表面をコーティングするために適用される。一実施形態では、本開示の前駆体ポリマーを使用することにより、コーティング前に材料を表面官能化する必要が回避され（前駆体ポリマーの少なくとも一部が、最初の適用ステップにおいて、基材上に吸着されるか、又は適切な官能基化学により共有結合される）、ブラシ構造とは異なる薄層ゲル構造（タンパク質不動態化層からの生物活性剤の送達により適している）の容易な作製を可能にする。

一実施形態では、本開示のヒドロゲル組成物は、非分解性ヒドロゲル組成物である。一実施形態では、可逆的なヒドラゾン架橋結合は、好適な還元剤によって還元されて、不可逆的な結合を生成する。別の実施形態では、好適な還元剤には、シアノ水素化ホウ素ナトリウムが含まれるが、これに限定されない。

一実施形態では、ヒドロゲル組成物は、生物学的潤滑剤及び／又は関節内補充用途に有用であり、ヒドロゲル組成物は、注入、移植、又は堆積され得る。一実施形態では、ヒドロゲルの防汚特性は、表面への汚損実体の吸着を防止し、ひいては材料に対する炎症応答を抑制する。別の実施形態では、ヒドロゲルは、市販の生物学的潤滑剤の約０．７５倍～約０．５倍～約０．１倍の摩擦係数を有する。別の実施形態では、生物学的潤滑剤は、関節注射及び細胞送達用途に適用される。

本出願の第１及び／又は第２の前駆体ポリマーは、当技術分野で知られている任意の重合技術を使用して合成することができる。一実施形態では、前駆体ポリマーは、連鎖移動フリーラジカル共重合を使用して調製される。別の実施形態では、前駆体ポリマーは、原子移動ラジカル重合又は可逆的付加－開裂連鎖移動重合を含むがこれらに限定されない制御ラジカル重合を使用して調製され、これにより、定義された狭い範囲の分子量を有するこのような前駆体の調製が可能になり、一実施形態では、例えば薬物送達用途においてヒドロゲルが身体から除去される能力が促進される。

以下の非限定的な例は、本開示のヒドロゲル組成物の本用途を例示するものである。

材料：
Ｎ－（２，２－ジメトキシエチル）メタクリルアミド（ＤＭＥＭＡｍ）及びＮ－（（２－メチル－１，３－ジオキソラン－２－イル）メチル）メタクリルアミド（ＭＤＭ）を、報告されたプロトコル^{１９、３３}に従って合成した。［２－（メタクリロイルオキシ）エチル］ジメチル－（３－スルホプロピル）アンモニウムヒドロキシド（ＤＭＡＰＳ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｓｉｇｍａ、９５％）、アクリル酸（ＡＡ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｓｉｇｍａ、９９％）、過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｓｉｇｍａ）、アジピン酸ジヒドラジド（ＡＤＨ、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ、９８％）、ｎ’－エチル－ｎ－（３－ジメチルアミノプロピル）－カルボジイミド（ＥＤＣ、Ｃａｒｂｏｓｙｎｔｈ、商用グレード）、２－（メタクリロイルオキシ）エチルアセトアセテート（ＡＡＥＭ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｓｉｇｍａ、９５％）、ジアセトンアクリルアミド（ＤｉＡＡＡｍ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｓｉｇｍａ、９９％）、塩酸（ＨＣｌ、１００ｍＭ、ＬａｂＣｈｅｍ）、ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｓｉｇｍａ、＞９６％）、ヒト血漿由来フィブリノーゲン（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｓｉｇｍａ、５０～７０％））、フルオレセインイソチオシアネート（ＦＩＴＣ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｓｉｇｍａ）、ファロイジン－ｉＦｌｕｏｒ ４８８試薬（Ａｂｃａｍ）４’，６－ジアミジノ－２－フェニルインドール（ＤＡＰＩ、ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）、及びカルボキシフルオレセインジアセテートスクシンイミジルエステルキット（ＣｅｌｌＴｒａｃｅ ＣＦＳＥ、ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ）は、全て受け取ったまま使用した。３Ｔ３マウス線維芽細胞（ＡＴＣＣ：Ｃｅｄａｒｌａｎｅ）、Ｃ２Ｃ１２マウス筋芽細胞（ＡＴＣＣ：Ｃｅｄａｒｌａｎｅ）は、業者から入手した。ダルベッコ改変イーグル中～高グルコース（ＤＭＥＭ）、ウシ胎児血清（ＦＢＳ）、ペニシリンストレプトマイシン（ＰＳ）、及びトリプシン－ＥＤＴＡを含む培地内容物は、Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ Ｃａｎａｄａ（Ｂｕｒｌｉｎｇｔｏｎ，ＯＮ）から購入した。全ての実験で、Ｍｉｌｌｉ－Ｑグレードの水を使用した。

実施例１：プレポリマーの合成及びヒドロゲルの調製
ヒドラジドで官能化された前駆体（ＺＨ）の合成：
ＺＨ前駆体は、ＡＰＳ（４０ｍｇ、０．１７５ｍｍｏｌ）、ＤＭＡＰＳ（４．０ｇ、１４．４ｍｍｏｌ）、及びＡＡ（ＺＨ_２０の場合、０．２５ｇ、３．５ｍｍｏｌ）を２５０ｍＬシュレンクフラスコに添加することによって調製した。２０ｍＬのＤＩＷを添加し、溶液を窒素で少なくとも３０分間パージした。続いて、フラスコを密閉し、磁気攪拌下、７５℃で予熱した油浴に一晩浸した。得られたポリ（ＤＭＡＰＳ－ｃｏ－ＡＡ）ポリマーを、最低６（６＋時間）サイクルでＤＩＷに対する透析により精製し、凍結乾燥して乾燥させた。その後、ＺＨ前駆体のカルボン酸基を、大過剰のアジピン酸ジヒドラジド（ＡＤＨ）のカルボジイミド媒介結合を介してヒドラジド基に変換した。ポリマー（３．８ｇ）を、１００ｍＬのＤＩＷに溶解し、２５０ｍＬ丸底フラスコに添加した。ＡＤＨ（３．１ｇ、１７．７ｍｍｏｌ、５ｍｏｌ当量）を添加し、０．１Ｍ ＨＣｌを使用して溶液のｐＨをｐＨ＝４．７５に調整した。続いて、ＥＤＣ（１．３９ｇ、８．９ｍｍｏｌ、２．５ｍｏｌ当量）を添加し、０．１Ｍ ＨＣｌを４時間かけて滴下することにより、ｐＨをｐＨ＝４．７５で維持した。溶液を一晩攪拌したままにし、最低６（６＋時間）サイクルでＤＩＷに対して透析し、凍結乾燥した。塩基から酸への電気伝導度滴定を使用して、官能化度を決定した。ポリマーは、４℃でＰＢＳ中の２０ｗ／ｗ％溶液として保存した。

アルデヒドで官能化された前駆体（ＺＡ）の合成：
ＺＡ前駆体は、ＡＰＳ（４０ｍｇ、０．１７５ｍｍｏｌ）、ＤＭＡＰＳ（４．０ｇ、１４．４ｍｍｏｌ）、及びＤＭＥＭＡｍ（ＺＡ_２０の場合、０．６２ｇ、３．６ｍｍｏｌ）を２５０ｍＬシュレンクフラスコに添加することによって調製した。２０ｍＬのＤＩＷを添加し、溶液を窒素で少なくとも３０分間パージした。続いて、フラスコを密閉し、磁気攪拌下、７５℃で予熱した油浴に一晩浸した。重合後、溶媒を除去し、ポリ（ＤＭＡＰＳ－ｃｏ－ＤＭＥＭＡｍ）ポリマーを、最低６（６＋時間）サイクルでＤＩＷに対する透析により精製し、凍結乾燥して乾燥させた。続いて、上記で調製したコポリマー３．５ｇを２５０ｍＬ丸底フラスコ中の７５ｍＬのＤＩＷ及び２５ｍＬの１．０Ｍ ＨＣｌに溶解することにより、ポリ（ＤＭＡＰＳ－ｃｏ－ＤＭＥＭＡｍ）のアセタール基をアルデヒドに変換した。溶液を２４時間攪拌したままにし、最低６（６＋時間）サイクルで透析し、凍結乾燥して乾燥させた。ポリマーは、４℃でＰＢＳ中の２０ｗ／ｗ％溶液として保存した。

ケトンで官能化された前駆体（ＺＫ）の合成：
ＺＫ前駆体は、ＡＰＳ（４０ｍｇ、０．１７５ｍｍｏｌ）、ＤＭＡＰＳ（４．０ｇ、１４．４ｍｍｏｌ）、及びＡＡＥＭ、ジアセトンアクリルアミド、又はＮ－（（２－メチル－１，３－ジオキソラン－２－イル）メチル）メタクリルアミドのいずれか（ＺＫ_２０の場合は３．６ｍｍｏｌ、他の組成の場合は適切にスケーリング）を２５０ｍＬシュレンクフラスコに添加することによって調製した。２０ｍＬのＤＩＷを添加し、溶液を窒素で少なくとも３０分間パージした。続いて、フラスコを密閉し、磁気攪拌下、７５℃で予熱した油浴に一晩浸した。重合後、溶媒を除去し、ＺＫポリマーを、最低６（６＋時間）サイクルでＤＩＷに対する透析により精製し、凍結乾燥して乾燥させた。ポリマーは、４℃でＰＢＳ中の２０ｗ／ｗ％溶液として保存した。

ケトン－コ－アルデヒドで官能化された前駆体（ＺＫ－ｃｏ－Ａ）の合成：
ＺＫ－ｃｏ－Ａ前駆体は、ＡＰＳ（４０ｍｇ、０．１７５ｍｍｏｌ）、ＤＭＡＰＳ（４．０ｇ、１４．４ｍｍｏｌ）、ＤＭＥＭＡｍ（０．１５８ｇ、０．９１ｍｍｏｌ）、及びＤｉＡＡＡｍ（ＺＫ_１５－ｃｏ－Ａ_５の場合、０．４６２ｇ、２．７３ｍｍｏｌ）を２５０ｍＬシュレンクフラスコに添加することによって調製した。２０ｍＬのＤＩＷを添加し、溶液を窒素で少なくとも３０分間パージした。続いて、フラスコを密閉し、磁気攪拌下、７５℃で予熱した油浴に一晩浸した。重合後、溶媒を除去し、ポリ（ＤＭＡＰＳ－ｃｏ－ＤＭＥＭＡｍ－ｃｏ－ＤｉＡＡＡｍ）ポリマーを、最低６（６＋時間）サイクルでＤＩＷに対する透析により精製し、凍結乾燥して乾燥させた。ポリマーは、４℃でＰＢＳ中の２０ｗ／ｗ％溶液として保存した。

化学的特徴付け
水性サイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）は、Ｗａｔｅｒｓ ５１５ ＨＰＬＣポンプ、Ｗａｔｅｒｓ ７１７ ｐｌｕｓオートサンプラー、３つのＵｌｔｒａｈｙｄｒｏｇｅｌカラム（３０ｃｍ×７．８ｍｍ（内径）；排除限界：０～３ｋＤａ、０～５０ｋＤａ、２～３００ｋＤａ）、及びＷａｔｅｒｓ ２４１４屈折率検出器からなるシステム上で実行した。０．３Ｍ硝酸ナトリウム及び０．０５Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７）からなる移動相（流速０．８ｍＬ／分）を、分析した全てのポリマーに使用し、１０６～５８４×１０^３ｇ／ｍｏｌの範囲の狭分散ポリ（エチレングリコール）標準（Ｗａｔｅｒｓ）でシステムを較正した。溶媒として重水素化クロロホルムを使用して、Ｂｒｕｋｅｒ製ＡＶＡＮＣＥ ６００ＭＨｚ分光計で^１Ｈ－ＮＭＲを実行した。ポリマーのアクリル酸含有量は、分析試料として５０ｍＬの１ｍＭ ＮａＣｌに溶解した５０ｍｇのポリマーを使用し、滴定剤として０．１Ｍ ＮａＯＨを使用して、塩基から酸への電気伝導度滴定（ＭａｎＴｅｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ）を使用して測定した。

結果及び考察：
ヒドラジドで官能化されたポリＤＭＡＰＳ前駆体（ＺＨ）を、ＤＭＡＰＳ及びＡＡの従来のフリーラジカル重合とそれに続くカルボジイミド触媒カップリングを使用したＡＤＨの重合後コンジュゲーションによって合成した。アルデヒドで官能化されたポリＤＭＡＰＳ前駆体（ＺＡ）を、ＤＭＡＰＳ及びＤＭＥＭＡｍのフリーラジカル重合とそれに続く酸触媒によるアセタールの脱保護によって合成して、アルデヒドを形成した。ケトンで官能化されたポリＤＭＡＰＳ前駆体（ＺＫ）を、ＤＭＡＰＳ及び記載されている３つのケトン含有モノマー又はケトン前駆体モノマー（ＡＡＥＭ、ＤｉＡＡＡｍ、又はＮ－（（２－メチル－１，３－ジオキソラン－２－イル）メチル）メタクリルアミド）のうちの１つのフリーラジカル重合によって合成した。ケトン－ｃｏ－アルデヒドで官能化されたポリＤＭＡＰＳ前駆体（ＺＫ－ｃｏ－Ａ）を、ＤＭＡＰＳ、ＤＭＥＭＡｍ、及びＤｉＡＡＡｍのフリーラジカル重合とそれに続く酸触媒によるアセタールの脱保護によって合成して、アルデヒドを形成した。実行した合成と、得られた両性イオン性ポリマーの化学構造を図１に示す。前駆体ポリマーの数平均分子量は、４０～６０×１０^３ｇ／ｍｏｌであった。ポリマー前駆体の分子量は、フリーラジカル重合の持続時間を変更することによって、又は追加の連鎖移動剤（例えば、ＴＧＡ）を添加することによって、更に制御できる。ヒドラジド、アルデヒド、ケトン、及びケトン－ｃｏ－アルデヒドで官能化されたポリマーは、それらの官能性度ｙ及びｚに従って、それぞれＺＨ_ｙ、ＺＡ_ｙ、ＺＫ_ｙ、及びＺＫ_ｙ－ｃｏ－Ａ_ｚ（式中、ｙ及びｚは、各前駆体ポリマー中のモノマー残基の総数に対する各官能基のモルパーセントを示す）の形式で表記される。

実施例２：ヒドロゲルの物理化学的特性
注入可能なヒドロゲルの調製：
ヒドロゲルは、１０ｍＭ ＰＢＳに溶解したヒドラジドで官能化された（ＺＨ）並びにアルデヒド及び／又はケトンで官能化された（ＺＡ、ＺＫ、又はＺＫ－ｃｏ－Ａ）前駆体の共押出によって調製した。両方のポリマー前駆体溶液の機械的混合は、出口にスタティックミキサーを取り付けた二連式注射器（Ｍｅｄｍｉｘ Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｌシリーズ）を使用して達成した。全てのインビトロ試験用のヒドロゲルディスクは、実験に適した形状及びサイズのシリコーン金型に反応性ポリマー前駆体を二連式注射器から押出し、それに続いて、試験前にゲルが平衡架橋を達成するまで室温でインキュベートすることによって調製した（図２）。

膨潤速度：
ヒドロゲルの膨潤率は、ｐＨ＝７．４の１０ｍＭ ＰＢＳ中での重量測定によって決定した。初期重量Ｗ_０のヒドロゲルパック（ｎ＝３）を細胞培養インサートに入れ、これらを６ウェル細胞培養プレートに入れ、ＰＢＳに完全に浸した。所定の時間間隔で、細胞培養インサートをウェルから取り出し、ＰＢＳを排出し、ヒドロゲルを穏やかに乾燥させて、吸収されなかったＰＢＳを除去した。ヒドロゲルディスクを秤量し（Ｗ_ｔ）、新鮮なＰＢＳ溶液に完全に再び浸し、１１００時間（４５日間）繰り返し試験した。エラーバーは、反復測定の標準偏差を表す。膨潤率（ＳＲ）は、任意の時点での質量（Ｗ_ｔ）を元の質量（Ｗ_０）で割って決定した。

分解速度：
ヒドロゲルの分解は、ｐＨ１．０の１００ｍＭ ＨＣｌ中、３７℃で測定した。これらの酸触媒条件を、より測定可能な時間枠でヒドロゲルの分解特性を比較するために使用した。ヒドロゲル（ｎ＝３）を細胞培養インサートに入れ、その後、これらを６ウェル細胞培養プレートに入れ、ＨＣｌ溶液に完全に浸した。所定の時間間隔で、細胞培養インサートをウェルから取り出し、ＨＣｌ溶液を排出し、ヒドロゲルを穏やかに乾燥させて、吸収されなかった溶液を吸い取った後にヒドロゲルを秤量した。続いて、ヒドロゲルが完全に分解されるまで（すなわち、ヒドロゲルとＨＣｌ浴溶液との間に分離相が観察されなくなるまで）、ヒドロゲルを新鮮なＨＣｌ溶液に完全に再び浸した。エラーバーは、反復測定の標準偏差を表す。

ヒドロゲルのレオロジー：
ヒドロゲルのレオロジー特性は、プレート直径８ｍｍ、プレート間隔１ｍｍの平行プレート形状で動作するＤｉｓｃｏｖｅｒｙ Ｓｅｒｉｅｓ Ｈｙｂｒｉｄ Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ（ＤＨＲ）ＩＩレオメーター（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）を使用して測定した。レオロジー特性は、最初に０．０１～１００／秒のせん断速度でフロー掃引を実施して、製剤の粘度対せん断速度プロファイルを特定することによって測定した。ヒドロゲルの線形粘弾性範囲を特定するために、１Ｈｚで０．１～１００％の歪みの歪み掃引を実施した。線形範囲内から歪みを選択し、定数として設定して、１～１００ラジアン／秒の周波数掃引を実行し、それにより、せん断弾性率（Ｇ’）及び損失弾性率（Ｇ’’）を測定した。全ての測定は２５℃で３回実施し、エラーバーは反復測定の標準偏差を表す。

圧縮弾性率：
ヒドロゲルの圧縮弾性率は、Ｂｉｏｍｏｍｅｎｔｕｍ Ｍａｃｈ－１ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ上で非拘束圧縮試験を実行することによって測定した。ヒドロゲルを、シリコーン金型（直径：１．２７ｃｍ、高さ：０．６５ｃｍ）内で円筒形状（直径１２．７ｍｍ、高さ３．５ｍｍ）にて形成し、完全に架橋させた。ヤング率を測定するために、試料を、毎秒０．０３ｍｍの速度で当初の試料の高さの２０％まで圧縮した。

ヒドロゲルのトライボロジー：
ヒドロゲルのトライボロジー特性は、線形モードで動作するＡｎｔｏｎ Ｐａａｒ ＴＲＢ^３トライボメーターを使用して測定した。ヒドロゲルパック（ｎ＝３）をガラス顕微鏡スライド上に堆積させ、ゲル化させ、シリコーン環状金型（直径：１．２７ｃｍ、高さ：０．６５ｃｍ）を使用して一貫した高さを確保した。非多孔性の６ｍｍアルミナボールを無負荷でゲルの上部に配列した。その後、５Ｎの垂直力を加え、ボールを１Ｈｚで１００サイクルにわたってゲルを横切って直線的に４ｍｍ引きずった。顕微鏡スライド及びゲルの摩擦係数は、それぞれμ_ｍ及びμ_ｓとして記録した。ヒドロゲルの相対潤滑性は、ゲルの摩擦係数の逆数を顕微鏡スライドの摩擦係数の逆数で割ることによって計算した。全ての測定は３回行い、エラーバーは反復測定の標準偏差を表す。

結果及び考察：
両性イオン性ヒドロゲルは、二連式注射器を使用して、１０ｍＭ ＰＢＳ中のＺＨ_２０及びＺＡ_２０溶液、ＺＨ_１０及びＺＡ_１０溶液、並びにＺＨ_５及びＺＡ_５溶液のそれぞれを５０、１００、又は１５０ｍｇ／ｍＬ押出すことによって調製した。ゲルの具体的な命名法は、ＺＮ_ｘ／Ｅ_ｙ（Ｗ％）の形式に従う。式中、Ｎは、求核性部分の組み合わせを表し、ｘは、求核性部分の官能性度を表し、Ｅは求電子性部分の組み合わせを表し、ｙは、求電子性部分の官能性度を表し、Ｗは、溶液中のポリマー濃度を表す。例えば、ＺＨ_１０／Ａ_１０（１５％）は、溶液中１５重量％のポリマーでＺＨ_１０及びＺＡ_１０からなるポリＤＭＡＰＳヒドロゲルである。別の例では、ＺＨ_２０／Ｋ_１５－ｃｏ－Ａ_５（５％）は、溶液中５重量％のポリマーでＺＨ_２０及びＺＫ_１５－ｃｏ－Ａ_５からなるポリＤＭＡＰＳヒドロゲルである。前駆体濃度と官能性度に応じて、特定の用途ごとに必要とされる数時間（約８時間）～数秒（１秒未満）の範囲の時間枠にわたってゲル化が行われる。ほぼ即時のゲル化は、より高いポリマー濃度又はより高い官能性モノマー含有量を使用して達成できる（表１）。注目すべきことに、前駆体ポリマーの両性イオン性質は、予想外に、同様の濃度／官能化度を有する同様の化学で架橋された中性ポリ（オリゴエチレングリコールメタクリレート）（ＰＯＥＧＭＡ）ベースのポリマーによる以前の観察と比較して、ゲル化を最大１桁加速させ、はるかに低いポリマー濃度でのゲル化及び／又はポリマー官能化が可能になり、ひいては用途の汎用性が向上する。

ヒドロゲルは、ＰＢＳ中で調製した後にＰＢＳ中で膨潤し、約３０時間後に平衡膨潤に達する。ヒドロゲルの官能化度によって架橋密度が決定され、これが、得られたヒドロゲルの平衡質量ベースの膨潤率（図３Ａ）、分解速度（図３Ｂ）、粘度（図３Ｃ）、貯蔵せん断弾性率及び損失弾性率（図３Ｄ）、並びに圧縮弾性率（図３Ｅ）を制御する。特に注目すべきことに、多くのポリＤＭＡＰＳベースのヒドロゲル製剤が非常に安定であり、同様の架橋化学を持つ中性ＰＯＥＧＭＡベースのポリマーに比べて分解速度が遅い。更に注目すべきことに、ＺＨ_２０／Ａ_２０（１０％）とＺＨ_１０／Ａ_１０（１０％）はどちらもＰＢＳ中で４か月以上安定である。理論に束縛されることを望むものではないが、このゲル安定性の向上は、共有結合性ヒドラゾン架橋化学と、モノマーの両性イオン性質に固有の静電相互作用との相乗効果によるものであると考えられる。同様に、これらの架橋相互作用の組み合わせにより、以前に報告された注入可能な合成ポリマーベースのヒドロゲルと比較して、ヒドロゲルの機械的特性（せん断及び圧縮）が向上する。

注入可能な両性イオン性ヒドロゲルのトライボロジー特性を評価して、異なるポリＤＭＡＰＳ製剤を、ヒドラゾン結合を介して架橋された同様のＰＯＥＧＭＡベースの注入可能なゲルと比較することにより、それらの潤滑性を評価した。５Ｎの通常荷重でのボール・オン・プレート実験を実行した。ほとんどのポリＤＭＡＰＳ注入可能ゲルは、ブランク基材よりも約５倍潤滑性が高いことが示され、非常に弱いゲル製剤ＺＨ_１０／Ａ_１０（５％）及びＺＨ_５／Ａ_５（５％）を除いて、異なるポリＤＭＡＰＳヒドロゲル間で統計的差異はなかった（図４Ａ）。また、ポリＤＭＡＰＳヒドロゲルは、同等のＰＯＥＧＭＡヒドロゲルよりも６０％潤滑性が高いことも観察された（図４Ｃ）。更に、両性イオン性ゲル製剤の潤滑性は、官能化度又はポリマー濃度の影響をほとんど受けず（図４Ｂ）、ヒドロゲルの非常に好ましい潤滑性を大幅に低下させることなく、他の全てのヒドロゲル特性を調整できる（図３）。

実施例３：ヒドロゲルの生物学的用途
インビトロタンパク質吸着アッセイ：
ヒドロゲルへのタンパク質の吸収は、９６ウェルプレートにおいてアッセイした。ＰＢＳで希釈した５％、１０％、又は２０％の官能化度を有するＺＨ及びＺＡポリマー溶液（１００ｍｇ／ｍＬ）を滅菌し、３０μＬの各前駆体溶液を各ウェルに押出し、均一なゲル化を確実にするために混合し、完全なゲル化を確実にするために一晩放置した。ゲル化が完了したら、２００μＬの１０ｍＭ ＰＢＳを各ウェルに添加し、ヒドロゲルを平衡まで膨潤させた後、タンパク質を添加した。次いで、吸収されなかったＰＢＳを除去し、１００μＬのＢＳＡ－ＦＩＴＣ又はＦｉｂ－ＦＩＴＣ溶液（ＰＢＳ中１２５、２５０、５００、若しくは１０００μｇ／ｍＬ）のいずれかを添加した。ヒドロゲルを３７℃で４時間インキュベートした。４時間後、ヒドロゲルをすすいで、吸収されなかったタンパク質を除去し、４９５ｎｍの励起波長及び５２０ｎｍの発光波長を使用するＴｅｃａｎ Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｍ２００ Ｐｒｏプレートリーダーを使用して蛍光シグナルを測定し、原液対照を比較した。共焦点レーザー走査顕微鏡（ＣＬＳＭ、Ｎｉｋｏｎ）を使用してゲルを更に試験し、ヒドロゲルとタンパク質溶液の蛍光強度を直接画像化して比較した。全ての測定は３回行い、エラーバーは反復測定の標準偏差を表す。

インビトロ細胞接着アッセイ：
ヒドロゲルへの細胞接着は、モデル細胞として３Ｔ３線維芽細胞を使用して４８ウェルプレートにおいてアッセイした。ヒドロゲルを各ウェルに直接押出し、１００μＬの各滅菌ポリマー前駆体溶液（１０ｍＭ ＰＢＳ中１００ｍｇ／ｍＬ）を添加し、混合し、完全なゲル化を確実にするために一晩放置した。次いで、２００μＬのＰＢＳを各ウェルに添加し、ゲルを平衡まで膨潤させた。過剰なＰＢＳを除去し、３Ｔ３細胞をヒドロゲルの上部に１×１０^５細胞／ウェルの密度で５００μＬ培地に播種し、３７℃で２４時間インキュベートした。インキュベーション後、培地を除去し、ヒドロゲルと対照ウェルをＰＢＳで洗浄して、非接着細胞を除去した。細胞を各ウェルに１ｍｌの４％パラホルムアルデヒド（ＰＢＳ中ｗ／ｖ）で３０分間固定し、ファロイジン－ｉＦｌｕｏｒ ４８８試薬で４０分間染色し、２－（４－アミジノフェニル）－６－インドールカルバミジン二塩酸塩（ＤＡＰＩ）で１０分間染色した。ウェルプレートを共焦点レーザー走査顕微鏡（ＣＬＳＭ、Ｎｉｋｏｎ）で画像化し、蛍光強度を評価した。ＩｍａｇｅＪを使用して細胞数をカウントした。全ての測定は３回行い、エラーバーは反復測定の標準偏差を表す。

細菌表面接着試験：
ルリア・ベルターニ（ＬＢ）培養液は、ＬＢ（２５ｇ）を１０００ｍＬの蒸留水に混合し、得られた溶液を滅菌することによって調製した。Ｅ．ｃｏｌｉを、ＬＢ培養液を含むチューブに移し、３７℃で２４時間インキュベートした。Ｅ．ｃｏｌｉ懸濁液を１０００倍（１０００×）に希釈し、希釈液１ｍＬを２４ウェルプレートの各ウェルに移した。完全に膨潤した両性イオン性ヒドロゲルを、Ｅ．ｃｏｌｉ懸濁液に完全に浸漬するまでウェルに入れ、振とうしながら３７℃で１２時間インキュベートした。細菌懸濁液を除去し、ヒドロゲルを滅菌ＰＢＳで洗浄して、吸着していない細菌又はゆるく結合した細菌を除去した。ヒドロゲルを、１時間振とうしながら３ｍＬのＰＢＳに浸漬して、ヒドロゲル上のゆるく結合した細菌を全て除去した。その後、溶液を１０００倍に希釈し、１０μＬを移して寒天プレートに広げた。寒天プレートを３７℃で２４時間インキュベートした後、Ｅ．ｃｏｌｉコロニー形成単位をカウントした。全ての測定は３回行い、エラーバーは反復測定の標準偏差を表す。

ヒドロゲルからのインビトロ細胞放出：
ヒドロゲルからの細胞放出を、Ｃ２Ｃ１２マウス筋芽細胞を使用して調査した。キットの説明書に従って、カルボキシフルオレセインジアセテートスクシンイミジルエステル（ＣＦＳＥ）を使用して細胞を標識した。標識細胞を培地に分散させ、次いで、培地及び前駆体ポリマー溶液中の細胞の合計細胞密度が１０^５細胞／ｍＬになるように、ＺＨ前駆体に混合した。ＺＡ（細胞を含まない）及びＺＨ（細胞を負荷した）をそれぞれ１００μＬずつ９６ウェルプレートに分注し、ゲル化させた。次に、ゲルを９６ウェルプレートから４８ウェルプレートに移し、過剰な培地（５００μＬ）に浸した。共焦点レーザー走査顕微鏡（ＣＬＳＭ、Ｎｉｋｏｎ）により、ウェルプレートを２４時間、７２時間、及び７日間隔で画像化した。明視野イメージングと蛍光イメージング（ＣＦＳＥ検出）を重ね合わせて、ゲルと細胞をそれぞれ識別した。

インビボ宿主応答：
ヒドロゲルのホスト応答を、ＢＡＬＢ／Ｃマウスに対して調査した。ＺＨ及びＺＡ前駆体は、ポリマーを滅菌ＰＢＳに溶解し、更に０．３μｍの注射器フィルターでろ過することによって調製した。前駆体ポリマーを無菌の二連式注射器に充填し、総量０．３０ｍＬの前駆体溶液を２２Ｇ針で３～６週齢の雄のＢＡＬＢ／Ｃマウス（Ｃｈａｒｌｅｓ Ｒｉｖｅｒ）の首筋に皮下注射した。所定の期間（急性の場合は２日、慢性の場合は４週間）の後、マウスを屠殺し、ゲル及びゲル周囲組織を切除し、ホルマリンで２４時間固定した。固定した試料をトリミングし、組織学的カセットに移し、エタノール中で少なくとも２４時間保存した。次いで、各組織試料を、ワックス固定並びにヘマトキシリン及びエオシン（Ｈ＆Ｅ）による組織学用に準備した。０～４の宿主インビボ細胞毒性の等級付けシステムを使用し、各試料には盲検化された（ｂｌｉｎｄｅｄ）観察者によるスコアが付けられた。全ての実験は３回実行し、エラーバーは反復スコアの標準偏差を表す。

結果及び考察：
注入可能な両性イオン性ヒドロゲルの生体界面特性は、タンパク質吸着（図５）及び細胞接着（図６）アッセイを使用して評価した。ポリＤＭＡＰＳベースのヒドロゲル（５ｍｏｌ％、１０ｍｏｌ％、及び２０ｍｏｌ％の反応性ヒドラジド及びアルデヒド基前駆体ポリマーのそれぞれについて、１００ｍｇ／ｍＬ）を、２つの豊富なヒト血漿タンパク質、ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）、及びフィブリノーゲン（Ｆｉｂ）とともにインキュベートした。ヒドロゲルは、優れた防汚特性を示し、ＢＳＡとフィブリノーゲンをそれぞれ約３％と約６．７％しか吸着せず（図５Ａ、Ｂ）、これは、他のスルホベタインベースの材料^{３４～３６}及び生体材料用途のゴールドスタンダードとして一般的に使用されているポリ（エチレングリコール）ベースの界面^{３、３７、３８}と同等であるか、又はそれ以上である。

３Ｔ３マウス線維芽細胞（１×１０^５細胞／ウェル）のポリＤＭＡＰＳ両性イオン性ヒドロゲル（５ｍｏｌ％、１０ｍｏｌ％、及び２０ｍｏｌ％の反応性ヒドラジド及びアルデヒド基前駆体ポリマーの１００ｍｇ／ｍＬ溶液を使用して調製）への細胞接着は、ウェルプレート対照に対して、２４時間及び７２時間のインキュベーション後に最小限となる。細胞接着が２４時間後に約４００分の１に減少した（２．６ｌｏｇ）ことが認められ（図６Ａ、Ｃ）、一方、１０ｍｏｌ％及び２０ｍｏｌ％のポリＤＭＡＰＳについては、接着が７２時間後に５６００分の１に減少した（３．７ｌｏｇ）ことが認められた（図６Ｂ、Ｄ）。５ｍｏｌ％ポリＤＭＡＰＳベースのゲルは、７２時間後に細胞接着をわずかに低い１５５分の１に減少させ（２．２ｌｏｇ）、ゲルの分解に起因する防汚特性がやや低いと、細胞の増殖及び成長のためにより多くの空間が利用できるようになる。ＺＨ_ｙ及びＺＡ_ｙポリマー（個々の前駆体ポリマーと形成されたヒドロゲルの両方を表す）は、２４時間の曝露後、分解物（１０００μｇ／ｍＬ）の濃度をはるかに超える濃度であっても、３Ｔ３マウス線維芽細胞又はＣ２Ｃ１２マウス筋芽細胞に対して有意なインビトロ毒性を与えなかった。これは、材料の分解物が細胞適合性であることを示唆している（図７）。

ポリＤＭＡＰＳベースのゲルへのＥ．ｃｏｌｉの細菌接着は、ヒドロゲル（５ｍｏｌ％、１０ｍｏｌ％、及び２０ｍｏｌ％の反応性ヒドラジド及びアルデヒド基前駆体ポリマーのそれぞれについて、１００ｍｇ／ｍＬの溶液）をＥ．ｃｏｌｉの希釈溶液に入れ、１２時間インキュベートすることによって評価した。続いて、ヒドロゲルをＰＢＳで穏やかに洗浄して、結合していない細菌又は結合がゆるい細菌を除去し、次いで、３ｍＬのＰＢＳに浸漬し、１時間強く振とうした。次に、完全に分離した細菌を、寒天上に様々な希釈度でプレーティングした。ＺＨ_２０／Ａ_２０（１０％）、ＺＨ_１０／Ａ_１０（１０％）、及びＺＨ_５／Ａ_５（１０％）は、接着をそれぞれ７５分の１、９０分の１、及び３３分の１に減少させた（図８Ａ）。ＺＨ_５／Ａ_５（１０％）の接着防止特性がより低いのは、ゲルの構造（ｍｅｃｈａｎｉｃｓ）が著しく弱いことと、経時的な分解がより速いことに起因する。

ヒドロゲルが分解するときの生存可能なＣ２Ｃ１２マウス筋芽細胞の細胞放出を、異なるポリＤＭＡＰＳベースの両性イオン性ゲル製剤に対して評価した。Ｃ２Ｃ１２細胞をキットの指示に従ってＣｅｌｌ Ｔｒａｃｅ ＣＦＳＥで蛍光標識し、５ｍｏｌ％、１０ｍｏｌ％、及び２０ｍｏｌ％の官能基（全て１０重量％の濃度）を有する前駆体ポリマーを使用してポリＤＭＡＰＳベースのゲルを調製した。細胞をヒドラジド成分に加え、ゲルを４時間にわたってインキュベートすることにより、９６ウェルプレートで５×１０^３細胞／ゲルの細胞密度で調製した。次に、ゲルを４８ウェルプレートに移し、過剰な培地に浸した。ゲルを、２４時間、７２時間、１週間、及び２週間の間隔で共焦点顕微鏡下で画像化した。細胞の放出は、ゲルの分解に直接関係していることが認められた（図９、図３Ｂ）。それにより、最も速く分解するゲル（ＺＨ_５／Ａ_５（１０％））は細胞を培地に放出し、一方、最も分解が遅いゲルは、閉じ込められた細胞の大部分を保持した。しかしながら、試験した全ての製剤においてヒドロゲル内に残存する細胞について、２週間の全期間にわたって高い細胞生存率が維持された。更に、ヒドロゲルから放出された細胞は、プレート上に接着及びプレート上で増殖し、高い生存率を確認した。

ヒドロゲルに対する宿主の応答を評価するために、ＢＡＬＢ／Ｃマウスでインビボ皮下試験を実施した。マウスにポリＤＭＡＰＳベースのゲルの様々な製剤を注入し、急性（２日）及び慢性（４週間）の期間、マウスを維持及び監視した。モニタリング期間中、マウスはしかめっ面スケールによる不快感の顕著な兆候を示さなかった。屠殺時に、ヒドロゲル及び周囲組織を皮下空間から切除した。ポリＤＭＡＰＳベースのゲルは、同様の物理的特性を有する注入されたＰＯＥＧＭＡゲルと比較して、膜への接着と統合の程度が大幅に低く、皮下空間の周りを自由に移動できた。これは、注入可能なヒドロゲルの例外的な結果である。

実施例４：ヒドロゲルの表面コーティング用途
セルロースベースの表面コーティング：
膜を表面コーティングするためのポリＤＭＡＰＳベースのヒドロゲルの使用を、酢酸セルロース（ＣＡ）及びニトロセルロース（ＮＣ）膜を修飾する浸漬コーティング技術を使用して評価した。アルデヒド又はヒドラジド基の官能化度が５％、１０％、又は２０％のポリＤＭＡＰＳ前駆体ポリマーを、４０ｍｇ／ｍＬ又は１５ｍｇ／ｍＬでＰＢＳに溶解した。ＣＡ及びＮＣ膜を、室温で４時間、ＺＡポリマー溶液に完全に浸した。試料を溶液から取り出し、ＰＢＳで２回洗浄し、周囲条件（約２３℃、相対湿度約３０％）で一晩乾燥させた。続いて、乾燥セルロース膜を相補的ＺＨ溶液に４時間浸し、ＰＢＳで２回洗浄し、一晩乾燥させた。ＺＡ、次にＺＨに膜を浸漬するプロセスは、１つのコーティングステップとみなされ、その後のＺＡ、次にＺＨへの順次浸漬は、２番目、３番目、４番目などのコーティングとして識別される。

表面形態：
ポリＤＭＰＡＳによる表面コーティングの前後に、膜を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって画像化した。帯電効果を回避するために、試料を金でスパッタコーティングし（層厚＝３６ｎｍ）、５ｍｍの作動距離を使用して２０ｋＶの電圧で画像化した。

水接触角：
膜の水接触角に対するヒドロゲル表面コーティングの影響を、Ｓａｎｙｏ ＶＣ８－３５１２Ｔカメラを装備したモデル１００－００－１１５ ＮＲＬ接触角ゴニオメーター（Ｒａｍｅ－Ｈａｒｔ、Ｓｕｃｃａｓｕｎｎａ，ＮＪ）を使用して評価した。修飾及び未修飾のＣＡ及びＮＣ膜の表面上に５μＬの蒸留脱イオン水の液滴を適用することにより、接触角を測定した。液滴をビデオで追跡して、最初の接触角と、膜を通過する液滴の浸透の動力学を追跡した。

タンパク質吸着：
タンパク質吸着に対するヒドロゲル表面コーティングの影響は、０．５ｃｍ×０．５ｃｍの正方形の膜試料を４８ウェルプレートのウェル内のＰＢＳに浸し、試料を２４時間にわたって水和させることによって評価した。次に、吸収されなかったＰＢＳを除去し、１ｍＬの１００μｇ／ｍＬ ＦＩＴＣ標識タンパク質溶液（ＢＳＡ又はＦｉｂ）を各ウェルに加えた。試料を穏やかに振とうしながら２５℃で４時間インキュベートした。４時間後、膜を除去し、Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｍ２００ Ｐｒｏ（Ｔｅｃａｎ）プレートリーダーを使用して標準曲線に対して溶液中の残留タンパク質濃度を測定した。

細胞接着：
浸漬コーティングされたセルロース膜上の細胞接着を測定するために、試料を０．５ｃｍ×０．５ｃｍの正方形に切断し、２４時間にわたってＰＢＳに浸して、膜を水和させた。過剰なＰＢＳを除去し、３Ｔ３マウス線維芽細胞を１×１０^５細胞／ウェルの密度で試料に播種し、１０００μＬのＤＭＥＭ培地に懸濁した。細胞を３７℃で２４時間インキュベートした後、培地を除去し、試料をＰＢＳで３回洗浄して、非接着細胞を除去した。各ウェルに１ｍＬの４ｗ／ｖ％パラホルムアルデヒドＰＢＳ溶液を加えることによって細胞を固定し、３０分間インキュベートし、ファロイジン－ｉＦｌｕｏｒ ４８８試薬（４０分間）及び２－（４－アミジノフェニル）－６－インドールカルバミジン二塩酸塩（ＤＡＰＩ、１０分）を使用して細胞を染色した。次に、共焦点レーザー走査顕微鏡法（ＣＬＳＭ）を使用して細胞接着を評価した。

結果及び考察：
天然及びポリＤＭＡＰＳベースのヒドロゲルでコーティングされたセルロースベースの膜のトポグラフィーをＳＥＭで観察した（図１１）。ＺＨ_５／Ａ_５（４％）及びＺＨ_１０／Ａ_１０（４％）ヒドロゲルを１回コーティングした後、膜に有意な形態学的変化はなく、これは、これらの製剤が膜表面コーティングの有効な候補であることを示唆している。しかしながら、ゲル化速度の速いヒドロゲルＺＨ_２０／Ａ_２０（４％）を１回コーティングすると、形態が有意に変化し、その後、膜は完全に滑らかになり、細孔は塞がれる。

ヒドロゲルコーティングの前後のＣＡ及びＮＣ膜の水接触角測定（図１２）は、コーティングされた膜が初期接触角に有意な変化を示さないことを示した。天然及び修飾されたＮＣ膜は両方とも、５秒以内に末端０°接触角に達し、これは、ヒドロゲルコーティングの存在下でも膜の細孔を通って水が急速に輸送されることを示唆している（図１２Ａ）。低分子量カットオフＣＡ膜を通る水の輸送ははるかに遅く（約１７４０秒）、適用されたポリマーの官能性度の関数として、ヒドロゲルコーティング時に輸送時間がわずかに増加する（ＺＨ_１０／Ａ_１０（４％）のコーティングで約１８１０秒、ＺＨ_２０／Ａ_２０（４％）の１つのコーティングで約２１００秒）。しかしながら、全体として、ヒドロゲルコーティングが水接触角又は膜を通る水の輸送に与える影響は、最小限である。

非特異的タンパク質及び細胞接着に対するポリＤＭＡＰＳベースのヒドロゲルコーティングの影響を、ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）、フィブリノーゲン（Ｆｉｂ）、及び３Ｔ３マウス線維芽細胞を使用して評価した（図１３～１４）。使用した全ての表面コーティング製剤（５％、１０％、又は２０％ｍｏｌの官能性度、ＰＢＳに４０ｍｇ／ｍＬ又は１５０ｍｇ／ｍＬのポリマー濃度で溶解）は、タンパク質接着の減少を示し、ＣＡ膜上のＺＨ_２０／Ａ_２０（１５％）コーティングに対するフィブリノーゲンの吸着は、非特異的タンパク質を２桁減少させた。最も目立たない変化（ＮＣ上のＺＨ_１０／Ａ_１０（４％））でさえ、ＢＳＡ結合を６６％減少させた。同様の傾向が３Ｔ３マウス線維芽細胞でも観察され、全てのヒドロゲルが細胞接着を少なくとも９０％減少させ、ＺＨ_２０／Ａ_２０ヒドロゲルは細胞接着を２桁減少さる。このように、膜輸送特性に観察される最小限の変化にもかかわらず、汚損の大幅な減少が両性イオン性ヒドロゲルコーティングで達成される。

実施例５：生物学的潤滑剤及び関節内補充薬
ポリマー合成
ヒドラジドで官能化された両性イオン性前駆体ポリマー（ＺＨ）を、フリーラジカル重合によって合成した。４ｇのＤＭＡＰＳ及び０．１７６ｇのＡＡ（ＺＨ_２０）又は０．４４２２ｇのＡＡ（ＺＨ_３０）をモノマーとして２５０ｍＬの１口丸底フラスコに添加した。４０ｍｇのＡＰＳを開始剤として添加し、全ての内容物を２０ｍＬのＤＩＷに溶解した。フラスコを少なくとも３０分間窒素でパージし、続いて７５℃の油浴に浸し、Ｎ_２下で２４時間攪拌した。得られたポリマーをＤＩＷに対して徹底的に透析し（６サイクル、少なくとも６時間／サイクル）、凍結乾燥してバルクポリマーを得た。次いで、ＡＡのカルボン酸基を、大過剰のアジピン酸ジヒドラジドのカルボジイミド媒介結合を介してヒドラジド基に変換した。ポリマーをＤＩＷに溶解し、２５０ｍｌ丸底フラスコに移した。ＡＤＨ（ＺＨ_２０の場合は３．１０ｇ、及びＺＨ_３０の場合は４．６５ｇ）を添加し、溶解させた後、ＥＤＣ（ＺＨ_２０の場合は１．４０ｇ及びＺＨ_３０の場合は２．０８ｇ）を添加した。ＨＣｌを用いて４時間にわたって反応物をｐＨ４．７５で維持し、室温で一晩攪拌した。得られた溶液を前述のようにＤＩＷに対して透析し、凍結乾燥して最終ＺＨポリマーを得た。ポリマーを無菌ＰＢＳ（２０ｗ／ｗ％）に溶解し、０．４５μｍフィルターに通し、必要になるまで無菌状態で保存した。官能基化度は、ＭａｎＴｅｃｈ自動滴定装置による塩基から酸への滴定によって計算した。^１Ｈ ＮＭＲスペクトルは、溶媒として酸化重水素（Ｄ_２Ｏ）を使用して、Ｂｒｕｋｅｒ製ＡＶＡＮＣＥ ６００ＭＨｚ分光計で記録した。

アルデヒドで官能化された両性イオン性前駆体ポリマー（ＺＡ）を、フリーラジカル重合によって合成した。４ｇのＤＭＡＰＳ及び０．６２ｇのＤＭＥＭＡｍをモノマーとして２５０ｍＬの１口丸底フラスコに添加した。４０ｍｇのＡＰＳを開始剤として添加し、全ての内容物を２０ｍＬのＤＩＷに溶解した。フラスコを少なくとも３０分間窒素でパージし、続いて７５℃の油浴に浸し、Ｎ_２下で２４時間攪拌した。得られたポリマーを脱アセチル化して、１Ｍ ＨＣｌを添加し、一晩攪拌することにより、アルデヒド基を露出させた。次いで、材料をＤＩＷに対して透析し（６サイクル、少なくとも６時間／サイクル）、凍結乾燥してバルクポリマーを得た。ポリマーを無菌ＰＢＳ（２０ｗ／ｗ％）に溶解し、０．４５μｍフィルターに通し、必要になるまで無菌状態で保存した。官能化度は、Ｂｒｕｋｅｒ製ＡＶＡＮＣＥ ６００ＭＨｚ分光計でＤ_２Ｏ中の^１Ｈ ＮＭＲスペクトルによって分析した。

ケトンで官能化された両性イオン性前駆体ポリマー（ＺＫ）を、フリーラジカル重合によって合成した。試験したＡＡＥＭベースのポリマーの場合、４ｇのＤＭＡＰＳ、０．６８６ｇのＡＡＥＭ、及び４０ｍｇのＡＰＳを２５０ｍｌの１口丸底フラスコに入れ、２０ｍＬのＤＩＷに溶解した。フラスコを少なくとも３０分間Ｎ_２でパージし、続いて７５℃の油浴に浸し、Ｎ_２下で２４時間攪拌した。得られた生成物をＤＩＷに対して６時間のサイクルを少なくとも６回で透析し、凍結乾燥し、滅菌ＰＢＳ（２０ｗ／ｗ％）に溶解した。次に、溶液を０．４５μｍフィルターでろ過し、４℃の冷蔵庫に保存した。Ｎ－（（２－メチル－１，３－ジオキソラン－２－イル）メチル）メタクリルアミド（ＭＤＭ）をケトンコモノマーとして使用したＺＫ_３０ポリマーの場合、４ｇのＤＭＡＰＳ、１．１３７ｇのＭＤＭ、及び４５ｍｇのＡＰＳを添加し、残りの手順は上記のとおりに行った。

ケトン－ｃｏ－アルデヒドで官能化された両性イオン性前駆体ポリマー（ＺＫ－ｃｏ－Ａ）を、フリーラジカル重合を使用して両性イオン性モノマーをアルデヒドモノマーとケトンモノマー（ＤｉＡＡＡｍ）の両方と共重合することによって合成した。４ｇのＤＭＡＰＳ、０．４６２ｇのＤｉＡＡＡｍ、０．１５８ｇのＤＭＥＭＡｍ、及び４０ｍｇのＡＰＳを２５０ｍＬの一口丸底フラスコに添加し、２０ｍＬのＤＩＷに溶解した。少なくとも３０分のＮ_２パージの後、フラスコを７５℃の油浴に浸し、Ｎ_２下で一晩攪拌した。アルデヒド基は、ＨＣｌを加えてＤＭＥＭＡｍを脱アセチル化し、一晩攪拌することによって形成した。ポリマーをＤＩＷに対して６時間のサイクルを少なくとも６回で透析し、凍結乾燥し、滅菌ＰＢＳ（２０ｗ／ｗ％）に溶解し、０．４５μｍフィルターに通し、必要になるまで４℃で保存した。

ヒドロゲルの調製
スタティックミキサーを備えた二連式注射器に前駆体ポリマーを充填した。様々なＺＨ製剤を一方のバレルに充填し、相補的なＺＡ又はＺＫ又はＺＫ－ｃｏ－Ａをもう一方のバレルに充填した。内容物を、付属の静的ミキサー及び２５Ｇニードルを通して押出した。注射器を通過できなかった製剤は廃棄し、反転試験を使用して残りの製剤のゲル化時間を評価した。関連するゲル化時間（１分～１０分）を有する製剤は、更なる実験のために保持した。

ヒドロゲルの粘弾性特性
レオロジー実験は、主要な市販の関節内補充薬と比較して、両性イオン性ヒドロゲル製剤で実施した。ヒドロゲルを、３７℃に設定されたペルチェベース及び１０００μｍの高さに設定された２０ｍｍの平行プレートを装填したＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ Ｈｙｂｒｉｄ Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ ２（ＤＨＲ２）上に共押出した。プレート上でゲルが完全にゲル化した後（＞３０分）、フロー掃引を実行して、試料の粘度せん断応答を分析した。市販のヒアルロン酸ベースの関節内補充薬であるＯｒｔｈｏｖｉｓｃ（登録商標）を、対照として同じ実験に供した。

ヒドロゲルのトライボロジー特性
両性イオン性ヒドロゲルの摩擦係数及び相対潤滑性を、Ａｎｔｏｎ Ｐａａｒ製ＴＲＢ３トライボメーターで評価した。試料を、０．５インチの丸型シリコーン金型内の非多孔性アルミナ基材上に押出し、完全にゲル化させた。１０Ｎ荷重のシリカボールを試料上に配置し、０．５Ｈｚで１００サイクル、続いて５Ｈｚの周波数で１００サイクルの４ｍｍ直線運動に供した。同じ手順を繰り返して、市販のヒアルロン酸ベースの関節内補充薬であるＯｒｔｈｏｖｉｓｃ（登録商標）（対照）の潤滑性を評価し、シリカボールをアルミナシート上で直接試験する（骨同士の接触をシミュレートする）ベースライン測定を行った。逆分析ビューを使用して摩擦係数を記録し、直線運動下での各サイクル内の平均係数を評価した（ボールの方向変化は無視）。試料の相対潤滑性は、測定されたヒドロゲル潤滑性をシリカ－アルミナ潤滑性の結果で割ることによって定量した。

インビトロでのヒドロゲルの分解速度
様々なヒドロゲル製剤の分解速度は、ゲルを生物学的に関連する条件下に置くことによって調査した。滅菌ヒドロゲル配合物を共押出し（各前駆体ポリマー０．２５ｍＬ）、０．５インチの丸型シリコーン金型内で完全にゲル化させた。次いで、ヒドロゲルを、６ウェルプレートセルストレーナーに移し、５ｍＬのＤＭＥＭ／Ｆ１２培地中のＣＲＬ－１８３２滑膜細胞（１０^３細胞／ｍＬ）を含む６ウェルプレートのウェルに浸した。培地を３日又は４日ごとに補充し、細胞を毎週同じ濃度で継代させた。選択した時点（１週間、２週間、４週間、及び８週間）で、ゲルをセルストレーナーから取り出し、ＰＢＳで十分に洗浄し、乾燥させ、秤量した。乾燥ヒドロゲルの質量は、ヒドロゲルの当初の乾燥質量に対して正規化した。

ヒドロゲルのインビボ宿主応答
ヒドロゲルの皮下インビボ宿主応答を、ＢＡＬＢ／Ｃマウスを使用して調査した。全てのプロトコルは、ＭｃＭａｓｔｅｒ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙのＡｎｉｍａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｅｔｈｉｃｓ Ｂｏａｒｄによって承認された。滅菌二連式注射器に、バイオセーフティキャビネット内の対応する滅菌前駆体ポリマーを充填した。ヒドロゲルを、マウスの首の後ろの首筋の皮下空間に注入した。マウスをケージ内で自由に歩き回らせ、不快感又は病気の兆候がないか毎日監視した。急性（２日）及び慢性（４週間）の時点の後、マウスをＣＯ_２窒息により屠殺した。注入部位の周囲の組織、及びゲルがまだ付着している組織を収集し、Ｈ＆Ｅ染色を使用して組織学によって分析した。

結果と考察
ヒドロゲルは、注射器バレル注射器を介した共押出によって作製した。ゲル化時間は、臨床的に関連するインサイチュゲル化ポリマーにとって重要な考慮事項である。理論に束縛されることを望むものではないが、非常に短いゲル化時間は、針によるプライミング、及び外科医が滑液腔を見つける必要性のため、投与が困難になる可能性があり、一方、非常に長いゲル化時間は、注入部位から洗い流される可能性、及び患者を長時間静止させることの非現実性のため、効果がない可能性がある。ゲル化期間は、バイアル反転試験を使用して評価され、関連する両性イオン性ヒドロゲル製剤の結果が表２に報告されている。ヒドラジド／アルデヒド及びヒドラジド／ケトン－ｃｏ－アルデヒドポリマーはいずれも、関節内補充薬の投与に通常必要な時間である１～１０分以内にゲル化を誘発することができる。ＡＡＥＭとは異なり、立体障害の少ないＭＤＭケトンモノマーを使用すると、かなり高速なゲル化が得られ、それにより、ケトンのみで官能化されたポリマーＺＫ_３０も所望の時間枠内でゲル化を誘発することができる（表３）。

次に、適切なゲル化時間を有するヒドロゲルをレオロジー分析に供し、粘度／せん断減粘挙動を評価した。図１５は、ヒドロゲルの粘度が、目標の１～１０分間のゲル化時間ウィンドウ内で依然としてゲル化する適切なポリマー濃度で、関節に見られる天然の滑液の粘度と一致し得ることを示している。更に、ヒドロゲルは、既存の主要な市販の関節内補充薬（Ｏｒｔｈｏｖｉｓｃ（登録商標））と同様の粘性特性を有する。

トライボロジー試験は、Ａｎｔｏｎ Ｐａａｒ製ＴＲＢ３トライボメーターを使用して、（骨をモデル化するために）アルミナの非多孔性シート上に配置された０．５インチの丸型シリコーン金型でヒドロゲルを作製し、次にゲルを０．５Ｈｚで１００サイクルの直線運動（歩行）及び５Ｈｚで１００サイクルの直線運動（走行）に供することによって実施し、次いで摩擦係数を測定し、ヒドロゲルを使用しないベースラインと比較した。図１６は、ヒドロゲルを使用せずに調製されたアルミナシートに対して測定された潤滑性に対して正規化された、摩擦係数に反比例するヒドロゲルの相対潤滑性を示す。主要な市販の製剤（Ｏｒｔｈｏｖｉｓｃ（登録商標））と比較して、両性イオン性ヒドロゲルは、調査した周波数範囲に応じて２～５倍高い相対潤滑性（つまり、２～５倍低い摩擦係数）を示し、これは、関節潤滑に対する潜在的な有用性を示唆している。

次いで、ヒドロゲルのインビトロ分解を、滑膜細胞順化培地を使用して評価し、ヒドロゲルの質量を時間の関数として測定して、分解と膨張の両方を経時的に追跡した。図１７は、注入可能な両性イオン性ヒドロゲルが滑膜細胞代謝産物の存在下で、主要な市販の関節内補充薬（Ｏｒｔｈｏｖｉｓｃ（登録商標））よりも有意に長く持続することができ、１つの製剤が１か月の観察期間全体にわたって最小限の（＜２０％）膨張を示すことができ、一方、市販の材料が３日以内にほぼ完全に分解されたことを示している。最小限の膨潤を伴うこのような安定性により、長期にわたる効果的な関節内補充のための有益な特性の組み合わせが得られる。

ＺＨ２０／Ａ２０両性イオン性ヒドロゲル（５重量％ポリマー）の皮下注射をマウスに実行し、注射からの代表的な慢性（２８日）の組織像が図１８に示される。ヒドロゲルは、凝集した塊としてとどまるのではなく、より大きな不規則な粒子に分解するように見える。これは、関節内のヒドロゲルの耐荷重特性及びせん断減粘特性を更に改善し得る特徴である。しかしながら、材料は、観察された非常に遅い滑膜細胞順化培地の分解速度と一致して、１か月の期間後も概ね保持されていた。ゲルと組織の界面で顕著な炎症は観察されず、線維化応答の証拠もなかった。そのため、材料は、インビボで十分に許容されるようである。

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１４．Ｓｍｅｅｔｓ，Ｎ．Ｍ．Ｂ．；Ｂａｋａｉｃ，Ｅ．；Ｐａｔｅｎａｕｄｅ，Ｍ．；Ｈｏａｒｅ，Ｔ．，Ｉｎｊｅｃｔａｂｌｅ ｐｏｌｙ（ｏｌｉｇｏｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）－ｂａｓｅｄ ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ ｗｉｔｈ ｔｕｎａｂｌｅ ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｕｒｓ：Ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ．Ａｃｔａ ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｉａ ２０１４，１０（１０），４１４３－４１５５．
１５．Ｃｈａｎｇ，Ｊ．；Ｔａｏ，Ｙ．；Ｗａｎｇ，Ｂ．；Ｇｕｏ，Ｂ．－ｈ．；Ｘｕ，Ｈ．；Ｊｉａｎｇ，Ｙ．－ｒ．；Ｈｕａｎｇ，Ｙ．，Ａｎ ｉｎ ｓｉｔｕ－ｆｏｒｍｉｎｇ ｚｗｉｔｔｅｒｉｏｎｉｃ ｈｙｄｒｏｇｅｌ ａｓ ｖｉｔｒｅｏｕｓ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｂ ２０１５，３（６），１０９７－１１０５．
１６．Ｌｉ，Ｙ．；Ｒｏｄｒｉｇｕｅｓ，Ｊ．；Ｔｏｍａｓ，Ｈ．，Ｉｎｊｅｃｔａｂｌｅ ａｎｄ ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ：ｇｅｌａｔｉｏｎ，ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｒｅｖｉｅｗｓ ２０１２，４１（６），２１９３－２２２１．
１７．Ｒｅｎ，Ｚ．；Ｚｈａｎｇ，Ｙ．；Ｌｉ，Ｙ．；Ｘｕ，Ｂ．；Ｌｉｕ，Ｗ．，Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｂｏｎｄｅｄ ａｎｄ ｉｏｎｉｃａｌｌｙ ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｄ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ ｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇ Ｃａ ２＋－ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｆｏｒ ｃｅｌｌ ｄｅｔａｃｈｍｅｎｔ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｂ ２０１５，３（３０），６３４７－６３５４．
１８．Ｂａｋａｉｃ，Ｅ．；Ｓｍｅｅｔｓ，Ｎ．Ｍ．Ｂ．；Ｂａｄｖ，Ｍ．；Ｄｏｄｄ，Ｍ．；Ｂａｒｒｉｇａｒ，Ｏ．；Ｓｉｅｂｅｒｓ，Ｅ．；Ｌａｗｌｏｒ，Ｍ．；Ｓｈｅａｒｄｏｗｎ，Ｈ．；Ｈｏａｒｅ，Ｔ．，Ｉｎｊｅｃｔａｂｌｅ ａｎｄ Ｄｅｇｒａｄａｂｌｅ Ｐｏｌｙ（Ｏｌｉｇｏｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）Ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ ｗｉｔｈ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｃｈａｒｇｅ Ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ ａｓ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｐｅｐｔｉｄｅ－Ｆｒｅｅ Ｃｅｌｌ Ｓｃａｆｆｏｌｄｓ．ＡＣＳ Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１７，４（１１），３７１３－３７２５．
１９．Ｓｍｅｅｔｓ，Ｎ．Ｍ．Ｂ．；Ｂａｋａｉｃ，Ｅ．；Ｐａｔｅｎａｕｄｅ，Ｍ．；Ｈｏａｒｅ，Ｔ．，Ｉｎｊｅｃｔａｂｌｅ ａｎｄ ｔｕｎａｂｌｅ ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）ａｎａｌｏｇｕｅ ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｏｌｙ（ｏｌｉｇｏｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）．Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ２０１４，５０（２５），３３０６－３３０９．
２０．Ｕｒｏｓｅｖ，Ｉ．；Ｂａｋａｉｃ，Ｅ．；Ａｌｓｏｐ，Ｒ．Ｊ．；Ｒｈｅｉｎｓｔａｄｔｅｒ，Ｍ．Ｃ．；Ｈｏａｒｅ，Ｔ．，Ｔｕｎｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｉｎｊｅｃｔａｂｌｅ ｐｏｌｙ（ｏｌｉｇｏｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ ｂｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ ｐｏｌｙｍｅｒ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｗｅｉｇｈｔ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｂ ２０１６，４（４０），６５４１－６５５１．
２１．Ｌｕｔｏｌｆ，Ｍ．Ｐ．；Ｌａｕｅｒ－Ｆｉｅｌｄｓ，Ｊ．Ｌ．；Ｓｃｈｍｏｅｋｅｌ，Ｈ．Ｇ．；Ｍｅｔｔｅｒｓ，Ａ．Ｔ．；Ｗｅｂｅｒ，Ｆ．Ｅ．；Ｆｉｅｌｄｓ，Ｇ．Ｂ．；Ｈｕｂｂｅｌｌ，Ｊ．Ａ．，Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｍａｔｒｉｘ ｍｅｔａｌｌｏｐｒｏｔｅｉｎａｓｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｉｓｓｕｅ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｅｌｌ－ｉｎｖａｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ２００３，１００（９），５４１３－５４１８．
２２．Ｏｂａｒａ，Ｋ．；Ｉｓｈｉｈａｒａ，Ｍ．；Ｉｓｈｉｚｕｋａ，Ｔ．；Ｆｕｊｉｔａ，Ｍ．；Ｏｚｅｋｉ，Ｙ．；Ｍａｅｈａｒａ，Ｔ．；Ｓａｉｔｏ，Ｙ．；Ｙｕｒａ，Ｈ．；Ｍａｔｓｕｉ，Ｔ．；Ｈａｔｔｏｒｉ，Ｈ．，Ｐｈｏｔｏｃｒｏｓｓｌｉｎｋａｂｌｅ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｈｙｄｒｏｇｅｌ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｆｉｂｒｏｂｌａｓｔ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ－２ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｓ ｗｏｕｎｄ ｈｅａｌｉｎｇ ｉｎ ｈｅａｌｉｎｇ－ｉｍｐａｉｒｅｄ ｄｂ／ｄｂ ｍｉｃｅ．Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ ２００３，２４（２０），３４３７－３４４４．
２３．Ｑｉｕ，Ｙ．；Ｐａｒｋ，Ｋ．，Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ ｆｏｒ ｄｒｕｇ ｄｅｌｉｖｅｒｙ．Ａｄｖａｎｃｅｄ ｄｒｕｇ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｒｅｖｉｅｗｓ ２００１，５３（３），３２１－３３９．
２４．Ｂｌａｃｋｍａｎ，Ｌ．Ｄ．；Ｇｕｎａｔｉｌｌａｋｅ，Ｐ．Ａ．；Ｃａｓｓ，Ｐ．；Ｌｏｃｏｃｋ，Ｋ．Ｅ．Ｓ．，Ａｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｚｗｉｔｔｅｒｉｏｎｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ａｔ ｓｕｒｆａｃｅｓ．Ｃｈｅｍ Ｓｏｃ Ｒｅｖ ２０１９，４８（３），７５７－７７０．
２５．Ｌｅｅ，Ｃ．－Ｊ．；Ｗｕ，Ｈ．；Ｈｕ，Ｙ．；Ｙｏｕｎｇ，Ｍ．；Ｗａｎｇ，Ｈ．；Ｌｙｎｃｈ，Ｄ．；Ｘｕ，Ｆ．；Ｃｏｎｇ，Ｈ．；Ｃｈｅｎｇ，Ｇ．，Ｉｏｎｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｌｙｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ．ＡＣＳ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ２０１８，１０（６），５８４５－５８５２．
２６．Ｄｅ Ｆｒａｎｃｅ，Ｋ．Ｊ．；Ｃｈａｎ，Ｋ．Ｊ．Ｗ．；Ｃｒａｎｓｔｏｎ，Ｅ．Ｄ．；Ｈｏａｒｅ，Ｔ．，Ｅｎｈａｎｃｅｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ－ｐｏｌｙ（ｏｌｉｇｏｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）ｉｎｊｅｃｔａｂｌｅ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｒｏｓｓ－ｌｉｎｋｉｎｇ．Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ２０１６，１７（２），６４９－６６０．
２７．Ｄｏｎｇ，Ｄ．；Ｌｉ，Ｊ．；Ｃｕｉ，Ｍ．；Ｗａｎｇ，Ｊ．；Ｚｈｏｕ，Ｙ．；Ｌｕｏ，Ｌ．；Ｗｅｉ，Ｙ．；Ｙｅ，Ｌ．；Ｓｕｎ，Ｈ．；Ｙａｏ，Ｆ．，Ｉｎ Ｓｉｔｕ “Ｃｌｉｃｋａｂｌｅ”Ｚｗｉｔｔｅｒｉｏｎｉｃ Ｓｔａｒｃｈ－Ｂａｓｅｄ Ｈｙｄｒｏｇｅｌ ｆｏｒ ３Ｄ Ｃｅｌｌ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ．ＡＣＳ Ａｐｐｌ Ｍａｔｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ２０１６，８（７），４４４２－５５．
２８．Ｓｉｎｃｌａｉｒ，Ａ．；Ｏ’Ｋｅｌｌｙ，Ｍ．Ｂ．；Ｂａｉ，Ｔ．；Ｈｕｎｇ，Ｈ．Ｃ．；Ｊａｉｎ，Ｐ．；Ｊｉａｎｇ，Ｓ．，Ｓｅｌｆ－Ｈｅａｌｉｎｇ Ｚｗｉｔｔｅｒｉｏｎｉｃ Ｍｉｃｒｏｇｅｌｓ ａｓ ａ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒ Ｍａｌｌｅａｂｌｅ Ｃｅｌｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓ ａｎｄ Ｉｎｊｅｃｔａｂｌｅ Ｔｈｅｒａｐｉｅｓ．Ａｄｖ Ｍａｔｅｒ ２０１８，３０（３９），ｅ１８０３０８７．
２９．Ｓｕｎｄａｒａｍ，Ｈ．Ｓ．；Ｈａｎ，Ｘ．；Ｎｏｗｉｎｓｋｉ，Ａ．Ｋ．；Ｅｌｌａ－Ｍｅｎｙｅ，Ｊ．Ｒ．；Ｗｉｍｂｉｓｈ，Ｃ．；Ｍａｒｅｋ，Ｐ．；Ｓｅｎｅｃａｌ，Ｋ．；Ｊｉａｎｇ，Ｓ．，Ｏｎｅ－ｓｔｅｐ ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ ｏｆ ｚｗｉｔｔｅｒｉｏｎｉｃ ｓｕｌｆｏｂｅｔａｉｎｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｏｎ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ ｓｕｒｆａｃｅｓ．ＡＣＳ Ａｐｐｌ Ｍａｔｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ２０１４，６（９），６６６４－７１．
３０．Ｓｕｎｄａｒａｍ，Ｈ．Ｓ．；Ｈａｎ，Ｘ．；Ｎｏｗｉｎｓｋｉ，Ａ．Ｋ．；Ｂｒａｕｌｔ，Ｎ．Ｄ．；Ｌｉ，Ｙ．；Ｅｌｌａ－Ｍｅｎｙｅ，Ｊ．Ｒ．；Ａｍｏａｋａ，Ｋ．Ａ．；Ｃｏｏｋ，Ｋ．Ｅ．；Ｍａｒｅｋ，Ｐ．；Ｓｅｎｅｃａｌ，Ｋ．；Ｊｉａｎｇ，Ｓ．，Ａｃｈｉｅｖｉｎｇ Ｏｎｅ－ｓｔｅｐ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｏａｔｉｎｇ ｏｆ Ｈｉｇｈｌｙ Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ Ｐｏｌｙ（Ｃａｒｂｏｘｙｂｅｔａｉｎｅ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）Ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｏｎ Ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅｓ．Ａｄｖ Ｍａｔｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ２０１４，１（６）．
３１．Ｈｅ，Ｈ．；Ｘｉａｏ，Ｚ．；Ｚｈｏｕ，Ｙ．；Ｃｈｅｎ，Ａ．；Ｘｕａｎ，Ｘ．；Ｌｉ，Ｙ．；Ｇｕｏ，Ｘ．；Ｚｈｅｎｇ，Ｊ．；Ｘｉａｏ，Ｊ．；Ｗｕ，Ｊ．，Ｚｗｉｔｔｅｒｉｏｎｉｃ ｐｏｌｙ（ｓｕｌｆｏｂｅｔａｉｎｅ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ ｗｉｔｈ ｏｐｔｉｍａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｗｏｕｎｄ ｈｅａｌｉｎｇ ｉｎ ｖｉｖｏ．Ｊ Ｍａｔｅｒ Ｃｈｅｍ Ｂ ２０１９，７（１０），１６９７－１７０７．
３２．Ｃｈｅｎ，Ｙ．；Ｗａｎｇ，Ｗ．；Ｗｕ，Ｄ．；Ｎａｇａｏ，Ｍ．；Ｈａｌｌ，Ｄ．Ｇ．；Ｔｈｕｎｄａｔ，Ｔ．；Ｎａｒａｉｎ，Ｒ．，Ｉｎｊｅｃｔａｂｌｅ Ｓｅｌｆ－Ｈｅａｌｉｎｇ Ｚｗｉｔｔｅｒｉｏｎｉｃ Ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂｅｎｚｏｘａｂｏｒｏｌｅ－Ｓｕｇａｒ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ２０１８，１９（２），５９６－６０５．
３３．Ｐａｔｅｎａｕｄｅ，Ｍ．；Ｃａｍｐｂｅｌｌ，Ｓ．；Ｋｉｎｉｏ，Ｄ．；Ｈｏａｒｅ，Ｔ．，Ｔｕｎｉｎｇ Ｇｅｌａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ ａｎｄ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｉｎｊｅｃｔａｂｌｅ Ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ Ｕｓｉｎｇ Ｋｅｔｏｎｅ－Ｈｙｄｒａｚｉｄｅ Ｃｒｏｓｓ－Ｌｉｎｋｉｎｇ．Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ２０１４，１５（３），７８１－７９０．
３４．Ｌｅｅ，Ｓ．Ｙ．；Ｌｅｅ，Ｙ．；Ｌｅ Ｔｈｉ，Ｐ．；Ｏｈ，Ｄ．Ｈ．；Ｐａｒｋ，Ｋ．Ｄ．，Ｓｕｌｆｏｂｅｔａｉｎｅ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ ｈｙｄｒｏｇｅｌ－ｃｏａｔｅｄ ａｎｔｉ－ｆｏｕｌｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｆｏｒ ｉｍｐｌａｎｔａｂｌｅ ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｂｉｏｍａｔｅｒ Ｒｅｓ ２０１８，２２，３．
３５．Ｌｕ，Ａ．；Ｗｕ，Ｚ．；Ｌｕｏ，Ｘ．；Ｌｉ，Ｓ．，Ｐｒｏｔｅｉｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｃｒｏｐｈａｇｅ ｕｐｔａｋｅ ｏｆ ｚｗｉｔｔｅｒｉｏｎｉｃ ｓｕｌｆｏｂｅｔａｉｎｅ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｍｉｃｅｌｌｅｓ．Ｃｏｌｌｏｉｄｓ Ｓｕｒｆ Ｂ Ｂｉｏｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ２０１８，１６７，２５２－２５９．
３６．Ｓｕ，Ｙ．－ｌ．；Ｌｉ，Ｃ．，Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｂｏｖｉｎｅ ｓｅｒｕｍ ａｌｂｕｍｉｎ ｏｎ ｐｏｌｙ（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）－ｂａｓｅｄ ｚｗｉｔｔｅｒｉｏｎｉｃ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ．Ｒｅａｃｔｉｖｅ ａｎｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ ２００８，６８（１），１６１－１６８．
３７．Ｄｕ，Ｈ．；Ｃｈａｎｄａｒｏｙ，Ｐ．；Ｈｕｉ，Ｓ．Ｗ．，Ｇｒａｆｔｅｄ ｐｏｌｙ－（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）ｏｎ ｌｉｐｉｄ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｉｎｈｉｂｉｔｓ ｐｒｏｔｅｉｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｅｌｌ ａｄｈｅｓｉｏｎ．Ｂｉｏｃｈｉｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ａｃｔａ－Ｂｉｏｍｅｍｂｒ．１９９７，１３２６（２），２３６－２４８．
３８．Ｘｕ，Ｌ．Ｃ．；Ｓｉｅｄｌｅｃｋｉ，Ｃ．Ａ．，Ｐｒｏｔｅｉｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，ｐｌａｔｅｌｅｔ ａｄｈｅｓｉｏｎ，ａｎｄ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ａｄｈｅｓｉｏｎ ｔｏ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ－ｇｌｙｃｏｌ－ｔｅｘｔｕｒｅｄ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌ ｓｕｒｆａｃｅｓ．Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｐａｒｔ Ｂ ２０１７，１０５（３），６６８－６７８．

Claims (35)

1. ヒドロゲル組成物であって、
   ａ．少なくとも１つの第１のポリマーであって、以下のモノマー単位：
   ｉ．中性ｐＨで少なくとも１つのカチオン電荷及び少なくとも１つのアニオン電荷を含む１つ以上の第１の重合可能なエチレン性不飽和両性イオン性モノマー；並びに
   ｉｉ．求核性部分で官能化された１つ以上の重合可能なエチレン性不飽和モノマーを含む、少なくとも１つの第１のポリマーと、
   ｂ．少なくとも１つの第２のポリマーであって、以下のモノマー単位：
   ｉ．中性ｐＨで少なくとも１つのカチオン電荷及び少なくとも１つのアニオン電荷を含む１つ以上の第２の重合可能なエチレン性不飽和両性イオン性モノマー；並びに
   ｉｉ．求電子性部分で官能化された１つ以上の重合可能なエチレン性不飽和モノマーであって、少なくとも１つの重合可能なエチレン性不飽和モノマーの前記求電子性部分がケトン基を含む、１つ以上の重合可能なエチレン性不飽和モノマーを含む、少なくとも１つの第２のポリマーと、を含み、
   前記第１及び第２のポリマーが、前記求核性及び求電子性部分の反応によって共有結合を介して架橋されて、前記ヒドロゲル組成物を形成する、ヒドロゲル組成物。
2. 前記第１及び第２の両性イオン性部分が、独立して又は同時に、以下の構造を有し、
   

   

   式中、
   Ｘが、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’が、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
   Ｒ_１が、Ｈ、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキル、ＯＨ、又は－Ｏ－（ＣＨ_２）_ｘ（式中、ｘが、１～１０の整数である）であり、
   Ｒ_２が、アニオン部分及びカチオン部分を含むヒドロカルビル部分である、請求項１に記載のヒドロゲル組成物。
3. 前記第１及び第２の両性イオン性部分が、独立して又は同時に、以下の構造を有し、
   

   

   式中、
   Ｘが、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’が、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
   Ｒ_１が、Ｈ、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキル、ＯＨ、又は－Ｏ－（ＣＨ_２）_ｘ（式中、ｘが、１～１０の整数である）であり、
   Ｙ及びＹ’が、独立して又は同時に、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキレンであり、任意選択的に、１つ以上の炭素原子が、酸素原子で置換されており、
   Ｗが、カチオン部分又はアニオン部分であり、
   Ｔが、アニオン部分又はカチオン部分であり、
   Ｗがカチオン部分である場合、Ｔがアニオン部分であり、Ｗがアニオン部分である場合、Ｔがカチオン部分であり、
   前記モノマーの正味の電荷が、ゼロである、請求項２に記載のヒドロゲル組成物。
4. 前記カチオン部分が、アミン又はアンモニウム部分である、請求項３に記載のヒドロゲル組成物。
5. 前記アミン部分が、－ＮＲ’－であり、前記アンモニウム部分が、－Ｎ^＋Ｒ’Ｒ’’－であり、式中、Ｒ’及びＲ’’が、独立して若しくは同時に、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである、請求項４に記載のヒドロゲル組成物。
6. 前記アニオン部分が、スルフェート、カルボキシル、ホスフェート、又はボロネート部分である、請求項３に記載のヒドロゲル組成物。
7. 前記第１及び第２の両性イオン性モノマーが、独立して又は同時に、以下の構造を有し、
   

   

   式中、
   Ｘが、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’が、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
   Ｒ_１が、Ｈ、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキル、ＯＨ、又は－Ｏ－（ＣＨ_２）_ｘ（式中、ｘが、１～１０の整数である）であり、
   Ｒ’及びＲ’’が、独立して若しくは同時に、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルであり、
   ｎが、１～１０の整数である、請求項３に記載のヒドロゲル組成物。
8. 前記前記第１及び第２の両性イオン性モノマーが、以下の構造を有する、請求項７に記載のヒドロゲル組成物。
   

   
9. 求核性部分で官能化された前記重合可能なエチレン性不飽和モノマーが、以下の式を有し、
   

   

   式中、
   Ｘが、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’が、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
   Ｒ_３が、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルであり、
   Ｍが、（Ｃ_０－Ｃ_３）－アルキレンであり、
   Ｖが、求核性部分を含むヒドロカルビル部分である、請求項１に記載のヒドロゲル組成物。
10. 求核性部分で官能化された前記重合可能なエチレン性不飽和モノマーが、以下の式を有し、
    

    

    式中、
    Ｘが、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’が、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
    Ｒ_３が、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルであり、
    Ｖが、求核性部分を含むヒドロカルビル部分である、請求項９に記載のヒドロゲル組成物。
11. 求核性部分で官能化された前記重合可能なエチレン性不飽和モノマーが、以下の式を有し、
    

    

    式中、ｍが、１～１０であり、Ｒ_３が、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである、請求項９に記載のヒドロゲル組成物。
12. 求核性部分で官能化された前記重合可能なエチレン性不飽和モノマーが、以下の式を有する、請求項１０に記載のヒドロゲル組成物。
    

    
13. 求電子性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーが、以下の式を有し、
    

    

    式中、
    Ｘが、Ｏ又はＮＲ’（式中、Ｒ’が、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルである）であり、
    Ｒａが、Ｈ又は－ＣＯＯＨであり、
    Ｒ_３が、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルであり、前記（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキル基が、任意選択的に－ＣＯＯＨ基で置換されており、
    Ｍが、（Ｃ_０－Ｃ_３）－アルキレンであり、
    Ｖが、少なくとも１つの求電子性部分を含むヒドロカルビル部分であり、少なくとも１つの求電子性部分が、ケトン基を含む、請求項１に記載のヒドロゲル組成物。
14. 求電子性部分で官能化された重合可能なエチレン性不飽和モノマーが、以下の式を有し、
    

    

    式中、
    Ｘが、Ｏ又はＮＲ’であり、式中、Ｒ’が、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルであり、
    Ｒａが、Ｈ又は－ＣＯＯＨであり、
    Ｒ_３が、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルであり、前記（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキル基が、任意選択的に－ＣＯＯＨ基で置換されており、
    Ｖが、少なくとも１つの求電子性部分を含むヒドロカルビル部分である、請求項１３に記載のヒドロゲル組成物。
15. 求電子性部分で官能化された前記重合可能なエチレン性不飽和モノマーが、以下の式を有し、
    

    

    式中、
    Ｒ_３が、Ｈ又は（Ｃ_１－Ｃ_６）－アルキルであり、
    Ｒ_４が、Ｈ、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキルであり、（Ｃ_１－Ｃ_１０）－アルキル中の１つ以上のＣＨ_２基が、任意選択的にＣ＝Ｏで置き換えられており、
    ｖが、１～１０の整数であり、
    基（ＣＨ_２）_ｖ中の１つ以上の炭素原子が、任意選択的に、酸素原子又は窒素原子（ＮＨ若しくはＮＲ’（式中、Ｒ’が、Ｃ_１－Ｃ_６－アルキルである））で置き換えられている、請求項１３に記載のヒドロゲル組成物。
16. 求電子性部分で官能化された前記重合可能なエチレン性不飽和モノマーが、以下の式を有する、請求項１５に記載のヒドロゲル組成物。
    

    
17. 前記求核性部分が、ヒドラジド若しくはアミン誘導体、カルボニル水和物、アルコール、シアノヒドリン若しくはシアノヒドリン誘導体、チオール若しくはチオール誘導体、又はリンイリド若しくはその誘導体である、請求項１に記載のヒドロゲル組成物。
18. 前記求核性部分が、ヒドラジド部分である、請求項１７に記載のヒドロゲル組成物。
19. 少なくとも１つの求電子性部分が、ケトン基を含み、前記第２のポリマーが、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、エステル、アミド、マレイミド、アシル（酸）塩化物、酸無水物、若しくはアルケン基、又はそれらの誘導体を有するモノマーを更に含み得る、請求項１に記載のヒドロゲル組成物。
20. 前記第２のポリマーが、アルデヒド部分とケトン部分の両方を含む、請求項１８に記載のヒドロゲル組成物。
21. 前記第１及び第２のポリマーが、ヒドラゾン結合を介して架橋される、請求項１に記載のヒドロゲル組成物。
22. 前記重合可能なエチレン性不飽和モノマーが、アクリル酸若しくはその誘導体、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、又はビニル酢酸から誘導される、請求項９に記載のヒドロゲル組成物。
23. 求核性部分で官能化された前記重合可能なエチレン性不飽和モノマーが、Ｎ－（２，２－ジメトキシエチル）メタクリルアミド、（Ｎ－（（２－メチル－１，３－ジオキソラン－２－イル）メチル）メタクリルアミド）、ジアセトンアクリルアミド、アリルアルデヒド、２－（メタクリロイルオキシ）エチルアセトアセテート、及び／又はＮ－（（２－メチル－１，３－ジオキソラン－２－イル）メチル）メタクリルアミドである、請求項１に記載のヒドロゲル組成物。
24. 関節の潤滑及び／又は関節内補充のための方法であって、対象の関節にヒドロゲル組成物を投与することを含み、前記ヒドロゲル組成物が、
    ａ．少なくとも１つの第１のポリマーであって、以下のモノマー単位：
    ｉ．中性ｐＨで少なくとも１つのカチオン電荷及び少なくとも１つのアニオン電荷を含む１つ以上の第１の重合可能なエチレン性不飽和両性イオン性モノマー；並びに
    ｉｉ．求核性部分で官能化された１つ以上の重合可能なエチレン性不飽和モノマーを含む、少なくとも１つの第１のポリマーと、
    ｂ．少なくとも１つの第２のポリマーであって、以下のモノマー単位：
    ｉ．中性ｐＨで少なくとも１つのカチオン電荷及び少なくとも１つのアニオン電荷を含む１つ以上の第２の重合可能なエチレン性不飽和両性イオン性モノマー；並びに
    ｉｉ．求電子性部分で官能化された１つ以上の重合可能なエチレン性不飽和モノマーを含む、少なくとも１つの第２のポリマーと、を含み、
    前記第１及び第２のポリマーが、前記求核性及び求電子性部分の反応によって共有結合を介して架橋されて、前記ヒドロゲル組成物を形成する、方法。
25. 前記対象が、ヒトである、請求項２４に記載の方法。
26. 前記関節が、膝関節又は股関節である、請求項２４に記載の方法。
27. 前記関節が、関節炎の関節又は骨関節炎の関節である、請求項２４に記載の方法。
28. 前記第１及び第２のポリマーが、前記対象の前記関節に関節内注射され、前記ヒドロゲル組成物が、インサイチュで形成される、請求項２４に記載の方法。
29. 前記ヒドロゲルが、治療剤を更に含む、請求項２４に記載の方法。
30. 対象に細胞を送達するための方法であって、
    ａ．第１及び第２のポリマーを提供することと、
    ｂ．生細胞を前記第１のポリマー又は前記第２のポリマーのうちの１つと混合することと、
    ｃ．前記ポリマーを前記対象に注入することであって、前記第１及び第２のポリマーが、前記対象への前記細胞の前記送達のために前記細胞をカプセル化するヒドロゲル組成物をインサイチュで形成することと、を含み、
    前記ヒドロゲル組成物が、
    前記第１のポリマーであって、以下のモノマー単位：
    ｉ．中性ｐＨで少なくとも１つのカチオン電荷及び少なくとも１つのアニオン電荷を含む１つ以上の第１の重合可能なエチレン性不飽和両性イオン性モノマー；並びに
    ｉｉ．求核性部分で官能化された１つ以上の重合可能なエチレン性不飽和モノマーを含む、前記第１のポリマーと、
    前記第２のポリマーであって、以下のモノマー単位：
    ｉｉｉ．中性ｐＨで少なくとも１つのカチオン電荷及び少なくとも１つのアニオン電荷を含む１つ以上の第２の重合可能なエチレン性不飽和両性イオン性モノマー；並びに
    ｉｖ．求電子性部分で官能化された１つ以上の重合可能なエチレン性不飽和モノマーを含む、前記第２のポリマーと、を含み、
    前記第１及び第２のポリマーが、前記求核性及び求電子性部分の反応によって共有結合を介して架橋されて、前記ヒドロゲル組成物を形成する、方法。
31. 前記組成物が、成長因子、サイトカイン、状態を治療するための薬物、抗体、抗炎症剤、免疫調節剤、抗線維化剤、又は抗凝固剤である治療剤を含む、請求項３０に記載の方法。
32. 生細胞をカプセル化するための方法であって、
    ａ．第１及び第２のポリマーを提供することと、
    ｂ．生細胞を前記第１のポリマー又は前記第２のポリマーのうちの１つと混合することと、
    ｃ．前記第１及び第２のポリマーが、前記細胞をカプセル化するために定義された形状を有するヒドロゲル組成物を形成するように、前記第１及び第２のポリマーを同時印刷又は同時送達することと、を含み、
    前記ヒドロゲル組成物が、
    前記第１のポリマーであって、以下のモノマー単位：
    ｉ．中性ｐＨで少なくとも１つのカチオン電荷及び少なくとも１つのアニオン電荷を含む１つ以上の第１の重合可能なエチレン性不飽和両性イオン性モノマー；並びに
    ｉｉ．求核性部分で官能化された１つ以上の重合可能なエチレン性不飽和モノマーを含む、前記第１のポリマーと、
    前記第２のポリマーであって、以下のモノマー単位：
    ｉｉｉ．中性ｐＨで少なくとも１つのカチオン電荷及び少なくとも１つのアニオン電荷を含む１つ以上の第２の重合可能なエチレン性不飽和両性イオン性モノマー；並びに
    ｉｖ．求電子性部分で官能化された１つ以上の重合可能なエチレン性不飽和モノマーを含む、前記第２のポリマーと、を含み、
    前記第１及び第２のポリマーが、前記求核性及び求電子性部分の反応によって共有結合を介して架橋されて、前記ヒドロゲル組成物を形成する、方法。
33. 薬物スクリーニング、生物医学的インプラントの作製、及び／又は再生療法の創出のための、請求項３２に記載の方法。
34. 前記組成物が、成長因子、サイトカイン、状態を治療するための薬物、抗体、抗炎症剤、免疫調節剤、抗線維化剤、又は抗凝固剤である治療剤を含む、請求項３２に記載の方法。
35. 請求項１に記載のヒドロゲル組成物で基材をコーティングするための方法であって、
    ａ．前記基材上に第１又は第２のポリマーを吸着又は反応させることであって、前記第１及び第２のポリマーが、請求項１に記載のとおりである、吸着又は反応させることと、
    ｂ．前記基材を前記ポリマーの他方でコーティングすることと、
    ｃ．任意選択的に、ステップ（ａ）及び（ｂ）を繰り返すことと、を行って、
    前記基材上にコーティングされた前記ヒドロゲル組成物を形成することを含む、方法。

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