JP2024507349A - 糖尿病性創傷治癒のための形状記憶接着性材料 - Google Patents
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Abstract
【課題】接着性材料及び使用方法の両方の更なる改良。【解決手段】創傷、特に糖尿病性創傷の接着及び収縮のための、その閉鎖及び治癒を促進する形状記憶接着性材料。本形状記憶接着剤は、予備延伸して乾燥させることにより、予備設定された歪みを有する接着性構造体をもたらすものであり、ここでこの接着剤は、湿潤した表面との接触時における迅速でロバストな接着と続く予測的収縮の能力を有する。好ましい実施形態によれば、本形状記憶接着性材料は、1つ以上の親水性ポリマー又はコポリマーと、1つ以上のアミンカップリング基と、1つ以上の架橋剤との組み合わせを含む。【選択図】なし
Description
関連出願の相互参照
本願は、2021年2月12日に出願された「SHAPE MEMORY ADHESIVE MATERIALS FOR DIABETIC WOUND HEALING」と題される米国仮特許出願第63/148,901号に対する優先権の利益を主張する。この先行出願の開示は、全体として参照により本明細書に援用される。
本願は、2021年2月12日に出願された「SHAPE MEMORY ADHESIVE MATERIALS FOR DIABETIC WOUND HEALING」と題される米国仮特許出願第63/148,901号に対する優先権の利益を主張する。この先行出願の開示は、全体として参照により本明細書に援用される。
連邦政府の支援に関する記載
本発明は、国防総省国防高等研究事業局(Defense Advanced Research Projects Agency:DARPA)から交付された助成金番号第D20AC00004号に基づく連邦政府の支援を受けて行われた。連邦政府は本発明に一定の権利を有する。
本発明は、国防総省国防高等研究事業局(Defense Advanced Research Projects Agency:DARPA)から交付された助成金番号第D20AC00004号に基づく連邦政府の支援を受けて行われた。連邦政府は本発明に一定の権利を有する。
発明の分野
本発明は、概して、創傷、特に糖尿病性創傷の接着及び収縮のための、その閉鎖及び治癒を促進する材料及び方法に関する。詳細には、本発明は、創傷の一軸又は二軸収縮を達成するための水和ベースの接着及び形状記憶機構を実現する形状記憶接着性材料を提供する。
本発明は、概して、創傷、特に糖尿病性創傷の接着及び収縮のための、その閉鎖及び治癒を促進する材料及び方法に関する。詳細には、本発明は、創傷の一軸又は二軸収縮を達成するための水和ベースの接着及び形状記憶機構を実現する形状記憶接着性材料を提供する。
発明の背景
創傷治癒能力の障害及び結果として生じる慢性創傷は、糖尿病患者において急速に増加している主要な合併症の一つである。詳細には、糖尿病性足病変は、糖尿病患者のクオリティ・オブ・ライフを大きく損なう主要な合併症に相当し、米国だけでも年間の新規糖尿病性足部潰瘍(DFU)は75万例を超え、下肢切断術は7万例に上る。非常に懸念されることに、切断術は当初下落した後、この十年で再び増加が認められている。米国においてDFU及び切断術の治療にかかる費用は、2001年には110億ドルと推定された。急速な人口の高齢化、世界的な糖尿病患者数の増加、並びにクオリティ・オブ・ライフの重大な低下を含めた臨床的及び経済的損害を所与とすれば、糖尿病性創傷の治療は、有効な解決法が必要とされている主要な臨床的課題である。ここ数十年にわたり、幾つかの皮膚足場及び成長因子ベースの治療を含め、DFUの治療に向けた治療戦略が導入され、試験されているにもかかわらず、治療を受けたDFU患者の50%超は反応がなく、その利益はどちらかと言えば限られている。病変の深刻さに加え、この有効な治療の欠如は、糖尿病性創傷治癒に向けた新規の治療的解決法の開発が決定的に重要であることを強調するものである。
創傷治癒能力の障害及び結果として生じる慢性創傷は、糖尿病患者において急速に増加している主要な合併症の一つである。詳細には、糖尿病性足病変は、糖尿病患者のクオリティ・オブ・ライフを大きく損なう主要な合併症に相当し、米国だけでも年間の新規糖尿病性足部潰瘍(DFU)は75万例を超え、下肢切断術は7万例に上る。非常に懸念されることに、切断術は当初下落した後、この十年で再び増加が認められている。米国においてDFU及び切断術の治療にかかる費用は、2001年には110億ドルと推定された。急速な人口の高齢化、世界的な糖尿病患者数の増加、並びにクオリティ・オブ・ライフの重大な低下を含めた臨床的及び経済的損害を所与とすれば、糖尿病性創傷の治療は、有効な解決法が必要とされている主要な臨床的課題である。ここ数十年にわたり、幾つかの皮膚足場及び成長因子ベースの治療を含め、DFUの治療に向けた治療戦略が導入され、試験されているにもかかわらず、治療を受けたDFU患者の50%超は反応がなく、その利益はどちらかと言えば限られている。病変の深刻さに加え、この有効な治療の欠如は、糖尿病性創傷治癒に向けた新規の治療的解決法の開発が決定的に重要であることを強調するものである。
動物試験では、非糖尿病性創傷と比較した糖尿病性創傷の収縮能の低下が、糖尿病性創傷の治癒不良の原因の一つであることが指摘されている。従って、糖尿病性創傷の機械的調節は、糖尿病性創傷の治癒を加速させる魅力的な手法を提示する。しかしながら、機械的調節手法に見込まれる治療利益についての研究は、DFUなどの糖尿病性創傷に関しては、幾つかの技術的限界に起因して十分になされていない。機械的補強又は刺激用の既存の創傷ドレッシング材及び包帯には、湿潤した創傷皮膚に長い期間(例えば、数日)にわたって迅速且つロバストな接着を形成する能力及び創傷の機械的収縮の設定可能性の両方が欠けている。そのため、現行の創傷ドレッシング材は受動的な被覆に限られており、もたらされる収縮は無制御で効果がなく、創傷を完全に閉鎖できる可能性を与えるものではない。現在までのところ、湿潤した創傷皮膚に対して正確に制御された長期の収縮を及ぼす有効な方法は存在しない。
従って、接着性材料及び使用方法の両方の更なる改良が、特にそれらが、糖尿病性創傷など、湿潤した創傷組織に正確な収縮を及ぼすように設計されるかかる接着性材料及び方法に関するとき、大いに必要とされている。
発明の概要
本発明は、創傷、特に糖尿病性創傷を接着して正確に収縮させることによりその閉鎖及び治癒を促進する形状記憶接着性材料を提供する。
本発明は、創傷、特に糖尿病性創傷を接着して正確に収縮させることによりその閉鎖及び治癒を促進する形状記憶接着性材料を提供する。
一態様によれば、本発明は、創傷を治癒する方法であって、創傷を取り囲む組織表面に乾燥した形状記憶接着性材料を適用することであって、乾燥した形状記憶接着剤が乾燥した予備延伸された構成を有し、組織表面がその上に配置された流体を有すること;及び乾燥した予備延伸された形状記憶接着性材料に流体の少なくとも一部分を吸収させて水和したゴム状の状態に変化させることにより、(i)創傷を取り囲む組織表面への水和ベースの接着及び(ii)乾燥した予備延伸された構成からの形状記憶接着性材料の収縮を誘発することを含む方法を提供する。
別の態様によれば、本発明は、糖尿病性創傷を治癒する方法であって、糖尿病性創傷を取り囲む組織表面に乾燥した形状記憶接着性材料を適用することであって、乾燥した形状記憶接着剤が乾燥した予備延伸された構成を有し、組織表面がその上に配置された流体を有すること;及び乾燥した予備延伸された形状記憶接着性材料に流体の少なくとも一部分を吸収させて水和したゴム状の状態に変化させることにより、(i)糖尿病性創傷を取り囲む組織表面への水和ベースの接着及び(ii)乾燥した予備延伸された構成からの形状記憶接着性材料の収縮を誘発することを含む方法を提供する。
これらの態様に係る実施形態は、以下の特徴のうちの1つ以上を含み得る。形状記憶接着性材料の収縮は、予備延伸された構成からの長さ及び/又は幅の収縮並びに組織表面の収縮を含む。組織表面の収縮は、創傷の閉鎖及び治癒を促進する。組織表面の収縮は、創傷の一軸又は二軸収縮をもたらす。形状記憶接着性材料の収縮は、乾燥した予備延伸された構成に保存されている予め決められた予備延伸された量に基づき予め決められている。組織が収縮すると、創傷直径が減少し、及び創傷の縁部周辺のフープ応力が減少することにより創傷が機械的に調節される。創傷直径の減少及び/又はフープ応力の減少の程度は、創傷サイズと比較した形状記憶接着性材料の相対的なサイズを基準とする。水和ベースの接着は、流体の吸収と、続く組織表面上への物理的な共有結合性の架橋の形成を含む。乾燥した形状記憶接着性材料は1つ以上の治療用薬剤を含有し、及び本方法は、1つ以上の治療用薬剤を組織表面及び/又は創傷へと放出させることを更に含む。乾燥した形状記憶接着性材料は、1つ以上の親水性ポリマーと、1つ以上のアミンカップリング基と、1つ以上の架橋剤とを含む。1つ以上の親水性ポリマーは、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸ヒドロキシエチル、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリスチレンスルホン酸、カゼイン、アルブミン、ゼラチン、コラーゲン、キトサン、ヒアルロン酸、アルギン酸、酸化アルギン酸塩、ペクチン、及びこれらの組み合わせから選択される。1つ以上のアミンカップリング基は、N-ヒドロキシスクシンイミドエステル、N-ヒドロキシスルホスクシンイミドエステル、アルデヒド、イミドエステル、エポキシド、イソシアネート、カテコール、及びこれらの組み合わせから選択される。1つ以上の架橋剤は、ゼラチンメタクリレート、ヒアルロン酸メタクリレート、酸化メタクリル酸アルギン酸塩、ポリカプロラクトンジアクリレート、N,N’-ビス(アクリロイル)シスタミン、N,N’-メチレンビス(アクリルアミド)、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、及びこれらの組み合わせから選択される。本方法は、生体適合性誘発溶液を適用することにより、必要に応じて接着した形状記憶接着剤を組織表面から非外傷的に剥離することを更に含む。創傷は広域切除創であり、乾燥した形状記憶接着性材料は、創傷を横方向及び縦方向の両方に収縮させて機械的に調節する等方的に予備設定された形状記憶接着性材料である。創傷は細い切開創であり、乾燥した形状記憶接着性材料は、創傷を単一方向に収縮させて機械的に調節する異方的に予備設定された形状記憶接着性材料である。本方法は、2日以上経った後、5日以上経った後、7日以上経った後、10日以上経った後、又は14日以上経った後に乾燥した形状記憶接着性材料を取り外すことを更に含む。本方法は、乾燥した形状記憶接着性材料を取り外した後に、創傷を取り囲む組織表面に第2の乾燥した形状記憶接着性材料を適用することを更に含む。本方法は、乾燥した形状記憶接着性材料を取り外した後に、創傷を検査すること、及び創傷面積の減少が約50%未満である場合、創傷を取り囲む組織表面に第2の乾燥した形状記憶接着性材料を適用することを更に含む。第2の乾燥した形状記憶接着剤は、取り外された乾燥した形状記憶接着剤と異なる乾燥した予備延伸された構成を有する。本方法は、乾燥した形状記憶接着性材料を取り外した後に、創傷を検査すること、及び創傷検査に基づいて、予め決められた収縮を有する第2の乾燥した形状記憶接着剤を選択することを更に含む。第2の乾燥した形状記憶接着剤の予め決められた収縮は、取り外された乾燥した形状記憶接着剤の予め決められた収縮と異なる。本方法は、約2~14日後に第2の乾燥した形状記憶接着性材料を取り外すこと、創傷を検査すること、及び創傷面積の減少が約50%未満である場合、創傷を取り囲む組織表面に第3の乾燥した形状記憶接着性材料を適用することを更に含む。本方法は、第2の乾燥した形状記憶接着性材料を取り外した後に、創傷を検査すること、及び創傷検査に基づいて、予め決められた収縮を有する第3の乾燥した形状記憶接着剤を選択することを更に含む。第3の乾燥した形状記憶接着剤の予め決められた収縮は、第2の乾燥した形状記憶接着剤の予め決められた収縮と異なる。
当業者には、以下の図面及び明細書を考察すれば、本発明の他のシステム、方法及び特徴が明らかであるか、又は明らかになるであろう。かかる追加的なシステム、方法、及び特徴は全て、この明細書に包含され、本発明の範囲内にあり、且つ添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。
図面の簡単な説明
添付の図面は、本発明の更なる理解を提供するために含めるものであり、本明細書に援用され、且つその一部をなす。本図面の構成要素は必ずしも一定の縮尺でなく、代わりに本発明の原理を明確に示す際には強調が置かれている。本図面は本発明の実施形態を示しており、本明細書と併せると、本発明の原理を説明するのに役立つ。
添付の図面は、本発明の更なる理解を提供するために含めるものであり、本明細書に援用され、且つその一部をなす。本図面の構成要素は必ずしも一定の縮尺でなく、代わりに本発明の原理を明確に示す際には強調が置かれている。本図面は本発明の実施形態を示しており、本明細書と併せると、本発明の原理を説明するのに役立つ。
及び形状記憶接着剤直径を創傷直径の3倍としたときの、代表的な有限要素法結果を示す。
の関数としての創傷閉鎖比についての有限要素法及び実験結果を示す。
の形状記憶接着剤による創傷周囲のフープ応力σθについての有限要素法結果を示す。
の形状記憶接着剤による創傷周囲の半径方向応力σrについての有限要素法結果を示す。
及び形状記憶接着剤(ドレッシング材)直径を創傷直径の3倍としたときの、代表的な有限要素法結果を示す。
の関数としての創傷閉鎖比についての有限要素法及び実験結果を示す。
の形状記憶接着剤による創傷周囲のフープ応力σθについての有限要素法結果を示す。
の形状記憶接着剤による創傷周囲の半径方向応力σrについての有限要素法結果を示す。
)、及び本発明の形状記憶接着剤(歪みが設定されている
)についての0日目(D0)及び10日目(D10)における創傷の代表的な肉眼的観察像を示す。
)(青色の点、n=3)及び本発明の形状記憶接着剤(ドレッシング材)(
)(赤色の点、n=4)の分散を示す主成分分析(PCA)プロットをグラフで示す。
、ステップ(2)は、生体接着剤層を水和したまま保ちながらエラストマー裏当て樹脂層を乾燥させ、ステップ(3)は、生体接着剤層とエラストマー裏当て層との組立て体を予備延伸し
、ステップ(4)は、生体接着性パッチを各方向について予備延伸し、及びステップ(5)は、生体接着性パッチを乾燥させて、それにより形状記憶生体接着性パッチを提供する。
対
の理論値及び実験値を示す。
対
の理論値及び実験値を示す。値は平均値及び標準偏差を表す(n=4)。
に対する公称収縮応力についての実験値及び理論値。値は平均値及び標準偏差を表す(n=4)。
詳細な説明
以下の定義は、本明細書に開示される実施形態の特徴に適用される用語の解釈に有用であり、あくまでも本開示の範囲内にある要素を定義することを意図しているに過ぎない。
以下の定義は、本明細書に開示される実施形態の特徴に適用される用語の解釈に有用であり、あくまでも本開示の範囲内にある要素を定義することを意図しているに過ぎない。
本明細書で使用されるとき、用語「形状記憶接着性材料」は、単層状又は多層状の形状記憶接着性材料であって、少なくとも接着剤層を備えるものを指す。「形状記憶接着性材料」は、接着剤層の1つ以上の表面に配置された1つ以上の非接着性裏当て層を備え得る。「形状記憶接着性材料」は、フィルム、パッチ、テープ、ストリップ、シート、ドレッシング材などの形態であってもよく、そのため、その形態に応じて、「形状記憶接着性パッチ」、「形状記憶接着性テープ」、「形状記憶接着性フィルム」、「形状記憶接着性ストリップ」、「形状記憶接着性シート」、「形状記憶ドレッシング材」等と同義的に称され得る。
本明細書で使用されるとき、用語「パッチ」、「テープ」、「フィルム」、「ストリップ」、及び「シート」は、本発明の接着性材料について記載する場合、厚さと比較すると相対的に面積が大きい構造を指す。かかる構造は可撓性をもたらし、これは、生体の様々な組織表面など、動き、屈曲、延伸、捩り等がある表面に適用されるときに特に有益であり得る。
本明細書で使用されるとき、用語「予備設定された歪み」及び「歪みを設定された」は、本発明の形状記憶接着性材料又はドレッシング材について記載する場合、予め決められた量の延伸/歪みを保持するように加工されていて、そのため、流体と接触してそれを吸収すると、形状記憶接着性材料の予測的収縮が生じる形状記憶接着性材料を指す。
本明細書で使用されるとき、用語「乾燥した」は、本発明の接着性材料、接着剤層、及び非接着性裏当て層について記載する場合、使用時の材料又は層の平衡水分率を下回っている材料又は層を指す。そのため、本発明の乾燥した接着性材料、乾燥した接着剤層、及び乾燥した非接着性裏当て層が流体と接触した状態に置かれると、それを接着させることになる湿潤した組織又は他の湿潤した若しくは湿潤させた(例えば、生理食塩水によって湿潤させた)表面など、乾燥した接着性材料、乾燥した接着剤層、及び乾燥した非接着性裏当て層は、湿潤した又は湿潤させた表面から流体(例えば、水、生理食塩水、水分、並びに血漿、間質液、リンパ液、脳脊髄液、及び胃腸液などの生理的体液)を吸収することになる。概して、乾燥した接着性材料、乾燥した接着剤層、及び乾燥した非接着性裏当て層は、乾燥した材料又は層の総重量を基準として約50重量%未満の液体成分を有することになる。
本明細書で使用されるとき、用語「ゴム状」は、本発明の接着剤層及び非接着性裏当て層の状態についての記載に使用される場合、低いヤング率、延伸の緩和後(又は除去後)の弾性回復等、エラストマーゴムの機械的特性及び挙動を呈する材料を指す。
本明細書で使用されるとき、用語「ガラス状」は、本発明の接着剤層及び非接着性裏当て層の状態についての記載に使用される場合、高いヤング率、及び延伸の緩和後(又は除去後)の塑性変形等、プラスチックの機械的特性及び挙動を呈する材料を指す。
本明細書で使用されるとき、用語「吸収する」は、乾燥した接着性材料、乾燥した接着剤層、及び乾燥した非接着性裏当て層が、それが接触した状態に置かれている湿潤した表面から流体(例えば、水、生理食塩水、水分、並びに血漿、間質液、リンパ液、脳脊髄液、及び胃腸液などの生理的体液)を吸収する機構について記載する場合、流体からの原子又は分子が乾燥した接着性材料、乾燥した接着剤層、及び乾燥した非接着性裏当て層に入り込むことを指す。
本明細書で使用されるとき、用語「体液」は、血液、唾液、胃腸液、リンパ液、脳脊髄液、胃腸液、及び粘液を含めた水性の生理的流体を指す。
本明細書で使用されるとき、用語「湿潤した表面」及び「湿潤した組織」は、水、生理食塩水、水分、並びに血漿、唾液、粘液、間質液、リンパ液、脳脊髄液、及び胃腸液などの生理的体液を含めた流体を含有する、又はそれで被覆されている生物組織を含めた表面を指す。
本明細書で使用されるとき、用語「被覆されている」は、接着性材料が適用される表面が流体で「被覆されている」との記載に使用される場合、流体で部分的又は完全に被覆されている表面を指す。そのため、「被覆されている」には、接着性材料が適用される表面に流体の層全体が配置されていて、接着性材料の適用時に、流体の層が接着性材料全体を表面から隔てることになるような構成が含まれ得る。「被覆されている」にはまた、接着性材料が適用される表面のうち一部分のみ(100%より小さく、概して50%より大きい)が、そこに配置された流体の層を有し、従って接着性材料の1ヵ所以上の一部分が流体によって表面と隔てられ、接着性材料の1ヵ所以上の一部分が表面と直接接触しているような構成も含まれ得る。
本明細書で使用されるとき、「膨潤」は、予備延伸された乾燥した接着性材料、予備延伸された乾燥した接着剤層、及び予備延伸された乾燥した非接着性裏当て層についての記載に使用される場合、流体及び/又は1つ以上の湿潤した表面との接触時における予備延伸された乾燥した接着性材料、予備延伸された乾燥した接着剤層、及び予備延伸された乾燥した非接着性裏当て層による流体の吸収及び膨潤を指す。かかる「膨潤」は、概して、予備延伸された乾燥した接着性材料、予備延伸された乾燥した接着剤層、及び予備延伸された乾燥した非接着性裏当て層による含水量の増加及び続く総容積の増加を指す。
本明細書で使用されるとき、用語「収縮」は、予備延伸された乾燥した接着性材料、予備延伸された乾燥した接着剤層、及び/又は予備延伸された非接着性裏当て層についての記載に使用される場合、予備延伸された乾燥した接着性材料、予備延伸された乾燥した接着剤層、及び予備延伸された乾燥した非接着性裏当て層による流体の吸収時の長さ及び/又は幅方向におけるサイズの減少を指す。
本明細書で使用されるとき、用語「迅速且つ予測的な収縮」及び「予測可能な機械的収縮」は、形状記憶接着性材料それ自体並びに形状記憶接着剤が1つ以上の標的表面に及ぼす効果についての記載に使用される場合、それが約3分以内、好ましくは約1分以内に起こる点で「迅速」であり;且つ規定の予測されるサイズ変化から約20%の範囲内の誤差、好ましくは規定の予測されるサイズ変化から約10%未満の範囲内の誤差、特に規定の予測されるサイズ変化から10%未満の範囲内の誤差のサイズの収縮量を達成可能な点で「予測可能」である収縮を指す。
本明細書で使用されるとき、用語「生体接着剤」は、乾燥した生体接着性材料についての記載に使用される場合、その材料が生物組織の表面への接着を形成する能力を指す。
本明細書で使用されるとき、「生分解性」は、接着性材料についての記載に使用される場合、生きている動物の体内での内因性酵素及び/又は動物の体内水分による接着性材料の一部又は全体の分解及び/又は続く除去を指す。
本明細書で使用されるとき、用語「瞬間」は、接着性材料と1つ以上の標的表面との間の瞬間の一時的な物理的架橋についての記載に使用される場合、接着性材料が1つ以上の標的表面と接触を成した瞬間からの、0秒より長く、最長約1分まで又はそれ以内の、より好ましくは約50秒以下、より好ましくは約40秒以下、より好ましくは約30秒以下、より好ましくは約20秒以下、より好ましくは約15秒以下、より好ましくは約10秒以下、より好ましくは約9秒以下、より好ましくは約8秒以下、より好ましくは約7秒以下、より好ましくは約6秒以下、及びより好ましくは約5秒以下の時間経過を指す。
本明細書で使用されるとき、用語「一時的」は、接着性材料と1つ以上の標的表面との間の瞬間の一時的な物理的架橋についての記載に使用される場合、瞬間の一時的な物理的架橋が形成された時点と、瞬間の一時的な物理的架橋が形成されてから24時間を超えた後などの十分に長い時間との間に及ぶ時間範囲を指す。
本明細書で使用されるとき、「迅速」又は「急速」は、接着性材料と1つ以上の標的表面との間の速い共有結合性の架橋についての記載に使用される場合、0秒より長く、最長5分までの且つ5分を含む、より好ましくは約4.5分以下、より好ましくは約4分以下、より好ましくは約3.5分以下、より好ましくは約3分以下、より好ましくは約2.5分以下、より好ましくは約2分以下、より好ましくは約1.5分以下、及びより好ましくは約1分以下の接着性材料が1つ以上の標的表面と接触を成した瞬間からの時間経過を指す。
本明細書で使用されるとき、用語「物理的架橋」は、接着性材料と1つ以上の標的表面との間の相互作用についての記載に使用される場合、その接着は、限定はされないが、水素結合、静電結合、ファンデルワールス相互作用、π-π結合、及び疎水性相互作用を含め、1種類以上の物理的相互作用によって持続する。
本明細書で使用されるとき、用語「共有結合性架橋」は、接着性材料と1つ以上の標的表面との間の相互作用についての記載に使用される場合、その接着は、限定はされないが、炭素-炭素結合、炭素-窒素結合、炭素-酸素結合、炭素-硫化物結合、及びケイ素-酸素結合を含め、1種類以上の共有結合性化学結合によって持続する。
本明細書で使用されるとき、用語「迅速」は、接着性材料によって提供される迅速な接着についての記載に使用される場合、0秒より長く、最長5分までの且つ5分を含む、より好ましくは約4.5分以下、より好ましくは約4分以下、より好ましくは約3.5分以下、より好ましくは約3分以下、より好ましくは約2.5分以下、より好ましくは約2分以下、より好ましくは約1.5分以下、及びより好ましくは約1分以下の時間を指す。この時間は、接着性材料が標的表面に適用されて軽い圧力が加えられた瞬間から、接着性材料が接着する時点まで測られる。接着の形成は、引っ張ったときに接着性材料が標的表面と分離しないような、単純な引張試験及び目視検査により実験的に決定することができる。
本明細書で使用されるとき、用語「軽い」は、接着性材料に加えられる圧力についての記載に使用される場合、約50kPa以下、例えば約1kPa~約50kPaの範囲の圧力を指す。例えば、軽い圧力と言えば、約45kPa以下、約40kPa以下、約35kPa以下、約30kPa以下、約25kPa以下、約20kPa以下、約15kPa以下、約10kPa以下、約8kPa以下、約6kPa以下、約5kPa以下、約4kPa以下、約3kPa以下、約2kPa以下の圧力、更には約1kPaもの低い圧力を指すことになり得る。例示的実施形態によれば、好適な軽い圧力は、約10kPaである。
本明細書で使用されるとき、用語「強靱」は、接着性材料によって形成される接着について記載する場合、少なくとも約100Jm-2、120Jm-2、140Jm-2、160Jm-2、180Jm-2、200、Jm-2、220Jm-2、240Jm-2、少なくとも約250Jm-2、少なくとも約260Jm-2、少なくとも約270Jm-2、少なくとも約280Jm-2、少なくとも約290Jm-2、更には少なくとも約300Jm-2の値の界面靱性を指す。
本明細書で使用されるとき、用語「強力」は、接着性材料によって形成される接着について記載する場合、少なくとも約10kPa、少なくとも約20kPa、少なくとも約30kPa、少なくとも約40kPa、少なくとも約50kPa、少なくとも約60kPa、及び少なくとも約70kPaのせん断又は引張強度を指す。
本明細書で使用されるとき、用語「ロバスト」は、接着性材料によって標的表面に形成される接着について記載する場合、まとめて、100Jm-2を超える界面靱性、30kPaを超えるせん断強度、及び10kPaを超える引張強度、好ましい実施形態では、少なくとも約240Jm-2の界面靱性、少なくとも約70kPaのせん断強度及び少なくとも約50kPaの引張の測定値を含めた、接着の靱性及び強度を指す。
本明細書で使用されるとき、用語「可撓性」は、形状記憶接着性材料について記載する場合、パッチ、テープ、フィルム、ストリップ、又はシートの形態の薄い材料を機械的破損なしに10mm未満、好ましくは5mm未満の最小曲率半径で物理的に捩る及び/又は曲げることができる特性を指す。
本発明は、概して、予備設定された歪みを有する形状記憶接着性材料を提供し、ここでこの接着剤は、その上に配置された流体を有する表面との接触時に、迅速でロバストな接着と、続く予測的収縮の能力を有する。詳細な実施形態において、表面は、湿潤した創傷皮膚表面である。この形状記憶接着剤は、所望の時間にわたって維持することのできる接着及び収縮をもたらすように構成され、これは必要に応じて容易に取り外すことができるため、ひいては治癒、特に糖尿病性創傷の治癒を加速させる新規の治療プラットフォームがもたらされる。
ここで、本発明の実施形態を詳細に参照することになり、それらの例については添付の図面に図解されている。可能な限り、図面及び明細書では、同じ又は同様のパーツを参照するのに同じ参照符号が使用される。
一態様によれば、本発明は、上面3と下面5とを有する接着剤層2を少なくとも備える形状記憶接着性材料1を提供する。図1Cに示されるとおり、好ましい実施形態によれば、形状記憶接着性材料1は、接着剤層2と、接着剤層2の上面3に配置された非接着性裏当て層4とを備える多層状の構造を含む(図1C)。好ましくは、形状記憶接着性材料1は、概して、シート、テープ、パッチ、又はフィルムの形態である(これらはいずれも、有孔であっても、部分的に有孔であっても、又は有孔でなくてもよい)。
接着剤層2は、概して、1つ以上の親水性ポリマー又はコポリマーと、1つ以上のアミンカップリング基と、1つ以上の架橋剤との組み合わせを含む。より詳細には、接着剤層2は、(i)アミンカップリング基がグラフトされた乾燥した状態で水を吸収する1つ以上の親水性ポリマー又はコポリマーと、(ii)架橋剤との組み合わせを含む予備延伸された乾燥した接着剤層(図1B)の形態である。
本発明の実施形態によれば、(i)1つ以上の親水性ポリマー又はコポリマーは、限定はされないが、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸ヒドロキシエチル、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリスチレンスルホン酸、ポリウレタン、カゼイン、アルブミン、ゼラチン、コラーゲン、キトサン、ヒアルロン酸、アルギン酸、酸化アルギン酸塩、ペクチン、セルロース、酸化セルロース、及びこれらの組み合わせを含めた、乾燥した状態で水を吸収する任意の従来の親水性ポリマーから選択される。本接着性材料は幅広い種類の生物医学的適用に使用され得るため、本発明で使用するポリマーは、好ましくは生体適合性である(しかし、生物医学的適用以外であれば、生体適合性ポリマー材料の利用に限る必要はないであろう)。好ましい実施形態によれば、1つ以上の親水性ポリマーは、ポリ(アクリル酸)、カゼイン、アルブミン、及びアルギン酸など、1つ以上の負電荷基を含有し、その負電荷基が、湿潤した表面上にある界面液体の迅速な吸収及び除去に望ましい吸湿特性を与える。
本発明の実施形態によれば、(ii)1つ以上のアミンカップリング基は、限定はされないが、N-ヒドロキシスクシンイミドエステル、N-ヒドロキシスルホスクシンイミドエステル、アルデヒド、イミドエステル、エポキシド、イソシアネート、カテコール、及びこれらの組み合わせを含めた、従来のアミンカップリング基から選択される。本接着性材料は幅広い種類の生物医学的適用に使用され得るため、本発明で使用するアミンカップリング基は、好ましくは生体適合性である(しかし、生物医学的適用以外であれば、生体適合性アミンカップリング基の利用に限る必要はないであろう)。かかるアミンカップリング基は、1つ以上の親水性ポリマーにその1つ以上のアミンカップリング基をグラフトすることができるように、及び続いてその1つ以上のアミンカップリング基が、接着性材料を使用する湿潤した/湿潤させた表面と共有結合性の架橋を形成するように構成される。
本発明の実施形態によれば、(iii)1つ以上の架橋剤は、限定はされないが、ゼラチンメタクリレート、ヒアルロン酸メタクリレート、酸化メタクリル酸アルギン酸塩、ポリカプロラクトンジアクリレート、N,N’-ビス(アクリロイル)シスタミン、N,N’-メチレンビス(アクリルアミド)、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、及びこれらの組み合わせを含めた、従来の架橋剤から選択される。本接着性材料は幅広い種類の生物医学的適用に使用され得るため、本発明で使用する架橋剤は、好ましくは生体適合性である(しかし、生物医学的適用以外であれば、生体適合性架橋剤の利用に限る必要はないであろう)。
本発明によれば、接着剤層2は、予備延伸された乾燥した層の形態であって、それが流体の存在下にある1つ以上の標的表面(例えば、湿潤した組織)と接触した状態に置かれたとき、それが流体を吸収し、乾燥した層の膨潤が引き起こされるようなものである。乾燥した接着剤層2が流体を吸収して膨潤することにより、接着剤層2と(特に、接着剤層2のカルボン酸基、ヒドロキシル基、スルホン酸基、アミン基、及びカテコール基と)組織表面との間に瞬間の一時的な架橋がもたらされ、更には、続いて1つ以上のアミンカップリング基(例えば、NHSエステル基、スルホ-NHSエステル基、アルデヒド基、イミドエステル基、エポキシド基)と1つ以上の表面との間で、組織表面に天然に存在するアミン基を介した速い共有結合性のカップリング又は架橋が可能となる。接着剤層2が流体の存在下にある1つ以上の標的表面(例えば、湿潤した組織)と接触した状態に置かれたとき、それが流体を吸収し、本明細書に更に詳細に記載される水和ベースの形状記憶機構が誘発されるような接着剤層2の予備延伸がもたらされる。
形状記憶接着剤1は、接着剤層2の上面及び/又は下面3、5に接して配置された1つ以上の取外し可能な又は一体型の(取外し不能な)非接着性裏当て層4を更に備え得る。例えば、1つ以上の裏当て層4が上面及び/又は下面3、5に接して配置されることにより、特に形状記憶接着性材料1を取り扱い易くなり、水分及び望ましくない接着からの保護がもたらされ得る。好ましくは、裏当て層4は、それが配置される接着剤層2の表面3、5全体を被覆するように配置される。しかしながら、必要に応じて、裏当て層4は、それが配置される表面3、5の一部分のみ(又はその1ヵ所以上の一部分のみ)を被覆し、一方で表面3、5の1ヵ所以上の一部分は露出したまま残るように構成することもできる。
例示的実施形態によれば、形状記憶接着剤1は、接着剤層2の上面3に配置された裏当て層4を備える(例えば、図1Cに示されるとおり)。接着剤層2の下面5は露出していてもよく(即ち、裏当て層4が提供されない)、又は、必要に応じて、取外し可能な裏当て層4(図示せず)が提供されてもよい。使用時には、接着剤層2の露出した下面5が、接着させる標的表面と接触した状態に置かれる。裏当て層4が下面5に提供される場合、それを使用前に取り外して下面5を露出させることになり得る。片面接着(即ち、接着剤層2の下面5のみでの標的表面への接着)については、上面3に提供される裏当て層4は、使用時に表面への接着から上面3(又は上面3の1ヵ所以上の一部分)を保護する非接着剤層の形態である。この実施形態において、上面にあるこの裏当て層4は、使用前又は使用時に取り外されることのない一体型の裏当て層又は取外し可能な裏当て層4の形態であってもよい。
両面接着が望ましい実施形態によれば、裏当て層4は形状記憶接着性材料1から完全に若しくは部分的に省かれてもよく、又は上面3及び/又は下面5の上に提供し、使用前に取り外すことにより下面及び上面3、5を露出させてもよく、これは次には、複数の標的表面の間へと、それらの表面への接着のため挟み込まれる可能性がある。
適用によっては、1つ以上の取外し可能な及び1つ以上の一体型の裏当て層4の組み合わせを単一の表面に配置することにより、その表面のうち取外し可能な裏当て層4が上に配置されている部分のみの接着特性を、そうした部分から取外し可能な裏当て層4を取り外すことによって使用し得る一方で、その表面のうち一体型の裏当て層4が上に配置されている部分の接着特性は利用しないことが望ましい場合もある。例えば、接着剤層2の下面5の中央部分が、その上に配置されている一体型の裏当て層を有してもよく、一方、下面5の中央部分を取り囲む部分が、その上に配置されている1つ以上の取外し可能な裏当て層を有してもよい(図示せず)。これにより、取外し可能な裏当て層4の取外し時に接着剤層2の下面5が接着剤層2の外側部分又は外周に沿って標的表面に接着することになる一方、接着剤層2の中央部分は、一体型の裏当て層4が取り外されないため接着しないことになるような構成がもたらされることになる。本発明の実施形態は、詳細な用途及び標的表面に基づく任意の他の好適な構成の取外し可能な及び一体型の裏当て層4を更に含む。
裏当て層4は、概して、下層にある接着剤層2が意図した使用時より前に表面に接着するのを防ぐため、及び/又は接着性材料1を使用している間に下層にある接着剤層2が非標的表面に接着するのを(例えば、上面又は下面3、5が接着するのを)防ぐために提供される。そのため、裏当て層4は、接着剤層2の接着特性を遮断するものである。接着は、接着剤層2が流体と接触することによって誘発されるため、裏当て層4は、概して、液体が下層の接着剤層2と接触した状態になるのを防ぐ任意の材料で作られ得る。本発明の実施形態によれば、裏当て層4は、湿潤した組織表面など、湿潤した表面に対して非接着性の生体適合性材料で作られた予備延伸された乾燥したポリマー裏当て層(図1及び図3)である。非接着性裏当て層4の形成における使用に好適な一部の例示的ポリマー材料としては、限定はされないが、ポリウレタン、シリコーンゴム、スチレン-ブタジエン-スチレンコポリマー、ブチルゴム、ラテックスゴム、及びヒドロゲルが挙げられる。
例示的実施形態において、本発明の形状記憶接着性材料1は、キトサンとN-ヒドロキシスクシンイミド(NHS)エステルがグラフトされたポリ(アクリル酸)(PAA)との相互貫入網目で形成される乾燥した接着剤層2の1つ以上の表面3、5に配置された親水性ポリウレタンで形成される1つ以上の乾燥した非接着性ポリマー裏当て層4を含む。
本発明によれば、形状記憶接着性材料1には、乾燥した状態で保存された予め決められた量の予備延伸に基づき速く正確に調整可能な機械的収縮を達成するように構成された水和ベースの形状記憶機構が提供される。水和ベースの形状記憶機構は、水和したゴム状の状態及び乾燥したガラス状の状態におけるヒドロゲル(接着剤層2を形成する)の機械的弾性率変化が大きいことに頼るものである。概して、接着剤層2は、その乾燥した状態では、ある特定のヤング率を実証する一方、その膨潤した水和したゴム状の状態にあるときは、これは数桁低いヤング率を実証する。例えば、一実施形態において、接着剤層2は、乾燥した状態では約5.4GPaのヤング率を呈する一方、生理食塩水中で膨潤しているときは、これは36kPaのヤング率(12kPaのせん断弾性率に等しい)を呈する(例えば、図2を参照のこと)。水和ベースの形状記憶機構を利用することにより、形状記憶接着性材料1を形成する非接着性ポリマー裏当て層4及び接着剤層2をその水和した状態(即ち、機械的特性及び挙動が、低いヤング率、延伸緩和後の弾性回復等、エラストマーゴムのものであるようなゴム状の状態)で各方向(特に長さ及び幅)に規定量にまで予備延伸し、次に予備延伸された接着性材料1をその乾燥して安定した状態(即ち、機械的特性及び挙動が、高いヤング率、延伸緩和後の塑性変形等、プラスチックのものであるようなガラス状態)に乾燥させると、形状記憶特性が提供される。
流体(例えば、水又は生理食塩水、間質液、及び湿潤した組織からの細胞内液を含めた他の生理的流体)によって水和すると、形状記憶接着性材料1は、乾燥したガラス状態からその水和したゴム状態に迅速に遷移し(典型的には約3分未満、一部の実施形態では約2分未満、及び一部の実施形態では約1分未満のうちに)、記憶された予備延伸の弾性回復によって収縮する。同時に、形状記憶接着性材料1の水和により、接着剤層2の乾燥した架橋機構もまた活性化するため、標的表面上又はその近傍に存在する界面の流体又は他の生理的流体若しくは外部から加えられた流体の吸収と、続く標的表面に対する物理的な共有結合性の架橋の形成による迅速且つロバストな接着が形成される。この接着と収縮とが組み合わさる結果として、形状記憶接着性材料1は、下層にある糖尿病性創傷など、下層にある標的表面を収縮させて機械的に調節する能力を有する(図1B、図2A~図2B)。
様々な実施形態によれば、接着剤層2及び/又は裏当て層4など、形状記憶接着性材料1の1つ以上の層は、使用時に送達するための1つ以上の治療用薬剤を含有する。詳細には、1つ以上の治療用薬剤は、下層にある組織及び/又は創傷に放出するため、接着剤層2ヒドロゲル組成物の中に含まれることができる。そのため、本発明の形状記憶接着性材料1は、治療用薬剤を創傷へと長時間にわたって安定して放出する一方で、同時に、予備設定された収縮を通じて創傷の治癒及び閉鎖を促進する能力を有する多用途の薬物送達プラットフォームとして更に働き得る。
本発明の実施形態によれば、形状記憶接着性材料1は、標的表面への接着後、生体適合性誘発溶液を適用することにより、必要に応じてその表面からそれを非外傷的に剥離できるように構成される。例えば、誘発溶液を適用すると、下層にある組織にいかなる機械的損傷も引き起こすことなく、接着した形状記憶接着性材料1を誘発溶液の適用後約5分以内に容易に取り外すことが可能になる(図4)。このように歪みを設定可能なドレッシング材を必要に応じて取り外し可能である点は、創傷ドレッシング材を頻繁に交換する必要のある臨床セッティングでの様々な創傷、特に糖尿病性創傷のケアに極めて有利な特徴となり得る。誘発溶液は、概して、限定はされないが、重炭酸塩、重炭酸ナトリウム、リン酸二ナトリウム、2-(N-モルホリノ)エタンスルホン酸を含めた、物理的架橋を壊す試薬と;限定はされないが、L-グルタチオン、システイン、2-メルカプトエタノール、ジチオスレイトール、グアニジンを含めた、共有結合性架橋を壊す試薬との組み合わせである。好ましい実施形態によれば、誘発溶液は、還元してリン酸緩衝生理食塩水(PBS)中に溶解させた0.5M重炭酸ナトリウムと50mM L-グルタチオンとで形成される。
形状記憶接着性材料の加工
本発明の水和ベースの形状記憶機構に基づけば、形状記憶接着性材料1は、多段階の予備延伸及び乾燥工程を通じて加工される(例えば、図1C、図12を参照のこと)。形状記憶接着性材料1を形成する1つ又は複数の乾燥した非接着性裏当て層4及び乾燥した接着剤層2は、両方とも流体を吸収するように構成され、湿潤した生理環境でその個別の特性に基づいて様々な程度にまで膨潤することになるため(図13A~図13Cに示されるとおり)、形状記憶接着性材料1の加工工程は5段階に分割した。
本発明の水和ベースの形状記憶機構に基づけば、形状記憶接着性材料1は、多段階の予備延伸及び乾燥工程を通じて加工される(例えば、図1C、図12を参照のこと)。形状記憶接着性材料1を形成する1つ又は複数の乾燥した非接着性裏当て層4及び乾燥した接着剤層2は、両方とも流体を吸収するように構成され、湿潤した生理環境でその個別の特性に基づいて様々な程度にまで膨潤することになるため(図13A~図13Cに示されるとおり)、形状記憶接着性材料1の加工工程は5段階に分割した。
ステップ1.非接着性ポリマー裏当て樹脂層4(即ち、硬化前)を調製されたままの状態の接着剤層2の上に(例えば、スピンコーティング、スプレーコーティング、浸漬コーティング、シルク印刷、ダイレクトインクライティング等によって)配置し、及び接着剤層2を
で予備延伸することにより、非接着性ポリマー裏当て層4と接着剤層2との間の膨潤の不一致を解消してなくす(図12のステップ1)。このステップの後、得られたゴム状の状態にある接着剤層2は、長さ及び幅が
及び厚さが
の寸法を有する。この予備延伸ステップの間にポリマー裏当て樹脂層4が接着剤層2に配置されるが、この非接着性裏当て樹脂層4は未硬化であり、従って流体又は樹脂状態であることが注記される。そのため、裏当て樹脂層4は、接着剤層2の予備延伸時には「予備延伸される」とは見なされず、むしろその流体状態で流動する。従って、このステップでは、未硬化の裏当て樹脂層4に対して予備延伸特性は付与されない。必要に応じて、ステップ1の一部の実施形態において、接着剤層2は、非接着性ポリマー裏当て樹脂層4を接着剤層2上に配置する前に予備延伸される。
で予備延伸することにより、非接着性ポリマー裏当て層4と接着剤層2との間の膨潤の不一致を解消してなくす(図12のステップ1)。このステップの後、得られたゴム状の状態にある接着剤層2は、長さ及び幅が
及び厚さが
の寸法を有する。この予備延伸ステップの間にポリマー裏当て樹脂層4が接着剤層2に配置されるが、この非接着性裏当て樹脂層4は未硬化であり、従って流体又は樹脂状態であることが注記される。そのため、裏当て樹脂層4は、接着剤層2の予備延伸時には「予備延伸される」とは見なされず、むしろその流体状態で流動する。従って、このステップでは、未硬化の裏当て樹脂層4に対して予備延伸特性は付与されない。必要に応じて、ステップ1の一部の実施形態において、接着剤層2は、非接着性ポリマー裏当て樹脂層4を接着剤層2上に配置する前に予備延伸される。
ステップ2.非接着性ポリマー裏当て層4を予備延伸された接着剤層2上で硬化させる(図12のステップ2)。非接着性ポリマー裏当ての硬化は、限定はされないが、樹脂中の溶媒の蒸発、熱硬化、高エネルギー光(例えば、紫外線)の照射、及び架橋剤による化学的硬化を含めた、従来の硬化機構によって達成することができる。詳細には、裏当て層4のこの硬化は、溶媒(例えば、水)の過剰な蒸発を防ぐであろう任意の好適な手段を用いて接着剤層2を水和した状態に保ちながら行う。例えば、溶媒の過剰な蒸発は、高湿(例えば、80%を超える相対湿度)のチャンバにてこの工程を実施すること、工程を急速に(例えば、10分未満のうちに)実施すること、又は両方の組み合わせによって防ぎ得る。このステップの後、ゴム状の状態にある非接着性裏当て層4は、長さ及び幅が
及び厚さがHbackingの寸法を有する;ゴム状の状態にある接着剤層2は、長さ及び幅が
及び厚さが
の寸法を有する。
及び厚さがHbackingの寸法を有する;ゴム状の状態にある接着剤層2は、長さ及び幅が
及び厚さが
の寸法を有する。
ステップ3.非接着性裏当て層4及び接着剤層2の両方を長さ及び/又は幅方向に、
で予備延伸することにより、湿潤した生理環境中での膨潤による接着性材料1の寸法の変化を解消してなくす(図12のステップ3)。このステップの後、長さ及び幅の両方の予備延伸が行われる場合、ゴム状の状態にある非接着性裏当て層4は、長さ及び幅が
及び厚さが
の寸法を有する;ゴム状の状態にある接着剤層2は、長さ及び幅が
及び厚さが
の寸法を有する。ステップ3で長さ方向のみ又は幅方向のみ(但し両方ではない)に予備延伸が行われる実施形態であれば、上記の修正後の寸法は、予備延伸が行われるその方向にのみ提供されることになり得る。
で予備延伸することにより、湿潤した生理環境中での膨潤による接着性材料1の寸法の変化を解消してなくす(図12のステップ3)。このステップの後、長さ及び幅の両方の予備延伸が行われる場合、ゴム状の状態にある非接着性裏当て層4は、長さ及び幅が
及び厚さが
及び厚さが
の寸法を有する。ステップ3で長さ方向のみ又は幅方向のみ(但し両方ではない)に予備延伸が行われる実施形態であれば、上記の修正後の寸法は、予備延伸が行われるその方向にのみ提供されることになり得る。
ステップ4.非接着性裏当て層4及び接着剤層2の両方を長さ及び/又は幅方向に
で予備延伸することにより、予備延伸が行われる各方向について所望の量の収縮を加える(図12のステップ4)。このステップの後、長さ及び幅の両方向に予備延伸が行われる実施形態について、ゴム状の状態にある非接着性裏当て層4は、長さが
幅が
及び厚さが
の寸法を有する;ゴム状の状態にある接着剤層2は、長さが
幅が
及び厚さが
の寸法を有する。ステップ4で長さ方向のみ又は幅方向のみ(但し両方ではない)に予備延伸が行われる実施形態であれば、上記の修正後の寸法は、予備延伸が行われるその方向にのみ提供されることになり得る。更に、形状記憶は、ステップ4で予備延伸が行われる1つ又は複数の方向にのみ提供されることになり得る(即ち、水和時の収縮/流体吸収は、予備延伸された方向にのみ起こることになる)。従って、例えば、ステップ4が長さ及び幅の両方向に予備延伸することを含む実施形態では、水和/流体吸収時に、形状記憶接着性材料1は長さ及び幅の両方が収縮することになる。他方で、予備延伸が長さ方向のみに行われる場合、水和/流体吸収時に、形状記憶接着性材料1は長さ方向にのみ収縮することになる。
で予備延伸することにより、予備延伸が行われる各方向について所望の量の収縮を加える(図12のステップ4)。このステップの後、長さ及び幅の両方向に予備延伸が行われる実施形態について、ゴム状の状態にある非接着性裏当て層4は、長さが
幅が
及び厚さが
の寸法を有する;ゴム状の状態にある接着剤層2は、長さが
幅が
及び厚さが
の寸法を有する。ステップ4で長さ方向のみ又は幅方向のみ(但し両方ではない)に予備延伸が行われる実施形態であれば、上記の修正後の寸法は、予備延伸が行われるその方向にのみ提供されることになり得る。更に、形状記憶は、ステップ4で予備延伸が行われる1つ又は複数の方向にのみ提供されることになり得る(即ち、水和時の収縮/流体吸収は、予備延伸された方向にのみ起こることになる)。従って、例えば、ステップ4が長さ及び幅の両方向に予備延伸することを含む実施形態では、水和/流体吸収時に、形状記憶接着性材料1は長さ及び幅の両方が収縮することになる。他方で、予備延伸が長さ方向のみに行われる場合、水和/流体吸収時に、形状記憶接着性材料1は長さ方向にのみ収縮することになる。
ステップ5.予備延伸された接着性材料1を乾燥させて、予備延伸された構成に基づく形状記憶を付与する(図12のステップ5)
このステップの後、ゴム状の状態にある非接着性ポリマー裏当て層4は、長さが
幅が
及び厚さが
の寸法を有する;ガラス状の状態にある接着剤層2は、長さが
幅が
及び厚さが
の寸法を有する。
このステップの後、ゴム状の状態にある非接着性ポリマー裏当て層4は、長さが
幅が
及び厚さが
の寸法を有する;ガラス状の状態にある接着剤層2は、長さが
幅が
及び厚さが
の寸法を有する。
上述の5段階のステップを経る工程が、接着性材料1に所望の形状記憶特性を付与するには好ましい工程であるものの、一部の実施形態では、全5段階よりも少ない、所望の水和ベースの形状記憶特性を付与する基本的な予備延伸及び乾燥工程を含むステップが行われてもよいことが注記される。また、5段階のステップを経る工程は、概して概説されるとおり行うことができるが、ステップ/サブステップを行う順序について、何らかの調整を加えてもよいことも注記される。従って、当業者は、5段階のステップを経る工程を概略的な指針として用いることができ、必要に応じて、特定の形状記憶特性を達成するために順序及び/又は特定のステップを含めるかどうかについて修正することができる。
例えば、一部の実施形態では、形状記憶(収縮)を接着性材料1の全ての層でなく、ある決まった層に提供することが望ましい場合もある。そのため、そうした1つ又は複数の特定の層における予備延伸ステップを提供するのみとなるようにステップを修正することができる。例えば、適用によっては、硬化させる裏当て層4には必ずしも水和ベースの形状記憶を付与しなくてもよく、ひいては、接着剤層2を予備延伸して接着剤層2に形状記憶を付与することのみが必要となる(裏当て層4に形状記憶を付与するいかなる追加の予備延伸工程も除かれる)。別の代替的実施形態によれば、接着性材料1の寸法変化を解消してなくすために行われるステップ3は、概してステップ4の予備延伸中に所望の程度にまで達成することができる。そのため、一部の実施形態において、ステップ3は省くことができる。詳細には、ステップ3は、流体に曝露されたとき接着剤層2及び1つ又は複数の裏当て層4の両方が概して膨潤することになり、その結果、一般には体積の増加が生じるが、長さ、幅、及び/又は厚さの増加もまた生じ得る(このため、各材料の具体的な特性に応じて増加の程度が異なることになり得る)という可能性を考慮している。従って、ステップ3は、形状記憶接着剤に「膨潤しない」という特徴を取り入れるための別個のステップとして提供されてもよい。これに関連して、一部の実施形態において、本発明は、この結果が達成されるように調整されたステップ3を行い、ステップ4を省き(及び、従って、接着剤に収縮形状記憶特性を付与することを省き)、ステップ5に直接進むことにより、流体吸収時の膨潤が解消されてなくなる接着剤を提供する。
本発明によれば、予備延伸条件に基づき接着性材料1に等方性又は異方性のいずれの形状記憶を予備設定することも可能である。詳細には、ステップ5において、長さ及び幅の両方向について予備延伸が行われ、各方向の予備延伸が等しいならば(ここで「等しい」予備延伸とは、元の寸法からの等倍数又は等割合の延伸として定義され、例えば、ここでは長さ及び幅が両方ともその元の寸法の2倍に予備延伸される)、ひいては等方性の形状記憶収縮が予備設定される。もし他方で、長さ及び幅方向の予備延伸が等しくないならば(例えば、長さの予備延伸が元の長さ寸法の2倍で、幅の予備延伸が元の幅寸法の1.5倍であるなど、幅よりも長さの方が予備延伸が大きいならば)、ひいては異方性の形状記憶収縮が予備設定される。別の実施形態において、異方性の形状記憶収縮の極端な例では、一方向の予備延伸のみが行われることによって予備設定され(例えば、延伸するのは長さのみで、幅についてはなし、又は幅のみで、長さについてはなし)、ここでは単一の予備延伸方向を除けば収縮はないことになる。予備延伸の種類は、詳細な目的の糖尿病性創傷など、形状記憶接着性材料1が使用される標的表面の形状及び種類に基づき得る。例えば、広域切除創の糖尿病性創傷(又は、例えば、略円形及び楕円形の創傷を含め、横方向及び縦方向の両方に閉鎖する必要のある創傷を有する任意の下層にある表面)については、下層にある創傷を横方向及び縦方向(即ち、長さ及び幅)の両方に収縮させて機械的に調節する等方性の歪みが設定された形状記憶接着性材料1に基づく治療が有利となり得る(例えば、図2A及び図3A~図3Cを参照のこと)。他方で、細い切開創の糖尿病性創傷(又は、主に単一方向、例えば、横又は縦のいずれか一方に閉鎖する必要のある任意の下層にある表面)については、下層にある創傷を主として単一方向(例えば縦方向)に収縮させて機械的に調節する異方性の歪みが設定された形状記憶接着性材料1に基づく治療が有利となり得る(例えば、図2B及び図3D~図3Fを参照のこと)。
例示的実施形態によれば、調製されたままの状態の接着剤層2の膨潤比は、
であり、接着剤層2の平衡膨潤比は、
であり、非接着性ポリマー裏当て層4の平衡膨潤比は、
であり、膨潤の不一致を解消してなくすための予備延伸比は、
であり、及び形状記憶接着性材料1の膨潤を解消してなくすための予備延伸比は、
である。接着剤層2及び非接着性ポリマー裏当て層4の組成の種々の選択肢を、各組成に対応する適切な値を実現することにより好適に代用し得ることが注記される。
であり、接着剤層2の平衡膨潤比は、
であり、非接着性ポリマー裏当て層4の平衡膨潤比は、
であり、膨潤の不一致を解消してなくすための予備延伸比は、
であり、及び形状記憶接着性材料1の膨潤を解消してなくすための予備延伸比は、
である。接着剤層2及び非接着性ポリマー裏当て層4の組成の種々の選択肢を、各組成に対応する適切な値を実現することにより好適に代用し得ることが注記される。
形状記憶接着性材料1の保存された予備延伸及び結果としてもたらされる下層にある標的表面(例えば、糖尿病性創傷を含む表面)の機械的調節は、予測的な有限要素法モデルに基づいて高度に制御可能な方法で設計し、実現することができる。概して、有限要素法モデルは、それが糖尿病性創傷適用に適用されることに伴い、糖尿病性創傷によく見られる形態である皮膚の円形の創傷に基づく。モデルでは、形状記憶接着性材料1による創傷の機械的調節をより良く解明するため、皮膚にある自然発生的な既存の予備歪み及び引張が考慮される。皮膚には自然発生的な予備歪み及び引張があるため、円形の創傷にはその直径の初期の拡大が起こり、フープ応力が実質的に増加し(自然の状態の2倍を超える)(図5D及び図6D)、創傷縁部の周囲に応力集中が生じ、これは、特に糖尿病性創傷では、創傷閉鎖及び治癒を損ない得るものである(図5B、図5E及び図6B、図6E)。このモデルは、エキソビボ糖尿病マウス皮膚(図5B~図5D)及びブタ皮膚(図6B~図6D)に関する実験で妥当性が確認されており、ここでは有限要素法モデルによって予測される創傷閉鎖比が実験的測定値とほぼ一致することが実証された。
このように、本発明の形状記憶接着性材料1は、糖尿病マウス皮膚及びブタ皮膚において、(i)創傷直径の減少(図5B~図5D及び図6B~図6D)、及び(ii)創傷縁部周囲のフープ応力の減少(図5B、図5E、図5F及び図6B、図6E、図6F)により、創傷と比較した形状記憶接着性材料1の相対的サイズ(図5D及び図6D)及び設定された二軸予備延伸の量
に基づく様々な程度にまで創傷を機械的に調節することが示された。詳細には、本発明の形状記憶接着性材料1は、創傷縁部周囲のフープ応力集中を少ない予備延伸量(
=1.1及び1.2)で有効に減少させて、多い予備延伸量
ではフープ応力を圧縮に変化させることが示された(図5E及び図6E)。
に基づく様々な程度にまで創傷を機械的に調節することが示された。詳細には、本発明の形状記憶接着性材料1は、創傷縁部周囲のフープ応力集中を少ない予備延伸量(
=1.1及び1.2)で有効に減少させて、多い予備延伸量
ではフープ応力を圧縮に変化させることが示された(図5E及び図6E)。
本形状記憶接着性材料の調整可能な機械的収縮
乾燥した状態では、形状記憶接着性材料1は、接着剤層2がガラス状(例えば、約100MPa~約10GPaのヤング率)であることに起因して可撓性のフィルムである(図14A及び図14Cを参照のこと)。水和して膨潤すると(例えば、湿潤した生理環境に提供されたとき)、形状記憶接着性材料1は、水和した接着剤層2が乾燥したガラスから水和したゴム状に遷移するため、延伸可能な(元の長さの少なくとも2倍を超える、好ましくは3倍を超える最大引張延伸)且つ軟質の(1MPa未満のヤング率、333kPa未満のせん断弾性率に等しい(ヤング率の約3分の1のせん断弾性率)ヒドロゲルになる(図14B及び図14Dを参照のこと)。更には、形状記憶接着性材料1は、少なくとも約300Jm-2、一部の実施形態では少なくとも約350Jm-2、及び例示的実施形態では少なくとも約400Jm-2の高い破壊靱性(図15A~図15Cを参照のこと)及び600Jm-2を超える非接着性ポリマー裏当てと生体接着剤層との間の高い界面靱性(図16)を示し、これが機械的破損に対するロバストな機械的特性をもたらす。
乾燥した状態では、形状記憶接着性材料1は、接着剤層2がガラス状(例えば、約100MPa~約10GPaのヤング率)であることに起因して可撓性のフィルムである(図14A及び図14Cを参照のこと)。水和して膨潤すると(例えば、湿潤した生理環境に提供されたとき)、形状記憶接着性材料1は、水和した接着剤層2が乾燥したガラスから水和したゴム状に遷移するため、延伸可能な(元の長さの少なくとも2倍を超える、好ましくは3倍を超える最大引張延伸)且つ軟質の(1MPa未満のヤング率、333kPa未満のせん断弾性率に等しい(ヤング率の約3分の1のせん断弾性率)ヒドロゲルになる(図14B及び図14Dを参照のこと)。更には、形状記憶接着性材料1は、少なくとも約300Jm-2、一部の実施形態では少なくとも約350Jm-2、及び例示的実施形態では少なくとも約400Jm-2の高い破壊靱性(図15A~図15Cを参照のこと)及び600Jm-2を超える非接着性ポリマー裏当てと生体接着剤層との間の高い界面靱性(図16)を示し、これが機械的破損に対するロバストな機械的特性をもたらす。
形状記憶接着性材料1の水和時、加工及び形状記憶工程の間に加えられた予備延伸に基づき各方向に収縮することにより、その元の構成が弾性回復する(図1C及び図12)。完全に膨潤した平衡状態では、寸法収縮
(図17A~図17B)であり、及び形状記憶接着性材料1の収縮によって発生する機械的応力(図18A~図18B)は、等方性(即ち、
)及び異方性(即ち、
)の両方の形状記憶接着性材料1について、理論的予測に従う。提案される本構造体のこの予測的且つ完全に調整可能な形状記憶挙動は、水和ベースの形状記憶機構及び高度に設定可能な加工工程という独自の利点によって生じるものである。
(図17A~図17B)であり、及び形状記憶接着性材料1の収縮によって発生する機械的応力(図18A~図18B)は、等方性(即ち、
)及び異方性(即ち、
)の両方の形状記憶接着性材料1について、理論的予測に従う。提案される本構造体のこの予測的且つ完全に調整可能な形状記憶挙動は、水和ベースの形状記憶機構及び高度に設定可能な加工工程という独自の利点によって生じるものである。
本形状記憶接着性材料の接着性能
本発明の形状記憶接着性材料1は、その乾燥した接着剤層2の加工のおかげで、湿潤した表面に対してであっても(例えば、5秒以内に)迅速且つロバストな接着を形成するように構成される。形状記憶接着性材料1の接着性能を特徴付けるため、界面靱性を測定する180度剥離試験(ASTM F2256)、せん断強度を測定するラップせん断試験(ASTM F2255)、創傷閉鎖強度を測定する創傷閉鎖強度試験(ASTM F2458-05)、及び破裂強度を測定する破裂強度試験(ASTM F2392-04)を含めた4つの標準的な特徴付けを実施した(図19A~図19D)。
本発明の形状記憶接着性材料1は、その乾燥した接着剤層2の加工のおかげで、湿潤した表面に対してであっても(例えば、5秒以内に)迅速且つロバストな接着を形成するように構成される。形状記憶接着性材料1の接着性能を特徴付けるため、界面靱性を測定する180度剥離試験(ASTM F2256)、せん断強度を測定するラップせん断試験(ASTM F2255)、創傷閉鎖強度を測定する創傷閉鎖強度試験(ASTM F2458-05)、及び破裂強度を測定する破裂強度試験(ASTM F2392-04)を含めた4つの標準的な特徴付けを実施した(図19A~図19D)。
本発明の形状記憶接着性材料1は、シアノアクリレートベースのDermabond(登録商標)、ポリエチレングリコールベースのCoseal、フィブリンベースのTachsil(登録商標)、Tegaderm(商標)、及びEmbrace(登録商標)を含めた既存の組織接着剤及び創傷ドレッシング材と比較して、350Jm-2を超える界面靱性、115kPaを超えるせん断強度、7Nを超える創傷閉鎖強度、及び310mmHgを超える破裂強度と、優れた接着性能を実証した(図20A~図20D)。
本発明の形状記憶接着性材料1は、特に、生体組織での使用、特に糖尿病性創傷を治癒するために設計されるため、この形状記憶接着性材料1は、加工及び使用に際して生体適合性であるように加工される。形状記憶接着性材料1及びその必要に応じた剥離工程の生体適合性を評価するため、マウス胚線維芽細胞(mEF)に基づきインビトロ細胞生存度アッセイを実施し、ラットモデルに基づきインビボ背部皮下移植を実施した(図7)。形状記憶接着性材料1のインビトロ生体適合性は、対照媒体(DMEM)と同等であることが実証されたが、24時間培養した後のmEFについて、インビトロ細胞生存度の統計的に有意な差は見られなかった(図7A)。盲検化した病理学者によって行われた組織学的評価によれば、形状記憶接着性材料1により、移植後4週間で、それぞれ、FDA承認済みの市販の組織接着剤Coseal及びDermabond(登録商標)(CA)によって発生するのと同等か又はそれより低い軽度から中等度の炎症反応が発生したことが指摘された(図7B~図7D、図7G)。更に、形状記憶接着性材料1の誘発可能な剥離工程により、手術後2週間でシャム対照群(移植のない手術)によって発生するのと同等の軽度の炎症反応が発生した(図7E~図7G)。
本発明の実施形態によれば、急性期又は短期の期間(即ち、創傷治癒の観点で、機械的効果が優位である約3日より短い期間)のうちに、形状記憶接着性材料1は、湿潤した/湿潤させた創傷組織への適用、機械的収縮を加え、続いて創傷縁部を近づけることによって糖尿病性創傷治癒を有効に促進する(図5C、図5D及び図6C、図6D)。慢性期又は長期の期間(例えば、創傷治癒の観点で、生物学的治癒過程が主要な因子となる約3日より長い期間)のうちに、形状記憶接着性材料1は、フープ応力集中の低減を含め、創傷周囲の応力状態のリモデリングを通じて有利な機械的環境をもたらすことにより、糖尿病性創傷治癒を促進する(図5B、図5E、図5F及び図6B、図6E、図6F)。
形状記憶接着性材料1のインビボでの使用を評価するため、確立された糖尿病性創傷治癒不良モデル-db/dbマウスを使用した。形状記憶接着性材料1を6mm背部切除創に適用すると、開放創率%及び再上皮化の程度の両方によって評価したとき、傷害10日後に創傷閉鎖の改善が得られた(図8D、図8E、図8G)。歪みを設定可能なドレッシング材は、傷害後5日目までに、Tegaderm(TD)のみは81.1±14.2%及び歪みのないドレッシング材は96.7±24.4の%開放創率であったのに対し、55.4±22.6%という顕著な創傷閉鎖亢進を呈した。興味深いことに、歪みのないドレッシング材の成績はTD対照よりも悪かった(図8D)。更には、10日目に、歪みドレッシング材では、TD及び歪みなしの両群と比較して、治癒の有意な向上につながった(28.9±16.7%の開放創面積率に対し、それぞれ63.9±17.8%及び63.7±21%)(図8E)。加えて、形状記憶接着性材料1によって治療した創傷は、CD31+血管の密度が高いことから明らかで(図8H、図8I)、及びコラーゲン沈着の増大がマッソンのトリクローム染色の定量化(図8F)により示されたとおり、血管新生の亢進を呈した。また、形状記憶接着性材料1で治療した創傷では、周皮細胞及び血管内皮細胞マーカーαSMAレベルが増加する傾向にあるという実証もあった(図8J、図8K)。創傷内のCD68+マクロファージ又は増殖性Ki67+細胞の数の点では、差は認められなかった(図9C~図9F)。
観察された創傷治癒加速機構をより良く理解するため、D10創傷組織に関してバルクRNA-seqを実施した。主成分分析(PCA)により、治療に基づく試験片の別個のクラスターが明らかになったことから、トランスクリプトームプロファイルが個別的であることが指摘される(図10A)。Tegaderm(TD)のみと比べた形状記憶接着性材料1で治療した創傷に関するlog(変化倍数)<1又は>1及び偽発見率(FDR)<0.05での遺伝子発現差解析により、歪みのないドレッシング材に対して形状記憶接着性材料1を使用したとき、3,581個の有意に修飾された遺伝子(1681個が上方制御された)(図10B)及び62個の遺伝子(14個が上方制御された)(図10C)が同定された。歪み(即ち形状記憶接着性材料1の適用)と比較して歪みなし条件及びTD条件で高発現であった遺伝子には、Myh7、Myl3、Myh8、Myoc、Myom2及びTnnt1など、筋収縮及び代謝関連マーカーが含まれた。更には、発現差のあった上位の遺伝子の過剰出現分析により、筋収縮に関連付けられる複数の過程のエンリッチメントが明らかになった(図10D~図10G)。TDに対する歪みなし条件の同様の分析では、最もエンリッチされたものとしてサイトカインに関係するパスウェイが生じた(図11)。まとめると、これらの知見は、本発明の形状記憶接着性材料1をマウス皮膚に適用すると、ケラチノサイト遊走が速まることによって創傷の被覆が促進され、及び筋線維芽細胞の存在量の減少につながる組織の引張りが軽減されることを示唆している。
本発明の形状記憶接着性材料1による糖尿病性創傷治癒の実現可能性について更に検証するため、確立されたエキソビボヒト皮膚培養モデルを使用した予備的研究を使用した(図21A)。切除したての皮膚から脂肪組織を除いて清浄にし、マウスモデルで使用する同様のサイズのパッチに適合するように約2×2平方cmに切断し、ペトリ皿に真皮側を下にして置いて、表皮が気液界面に保たれていることを確実にした。次に6mm生検パンチを利用して、真皮下層にまで延びる部分的な厚さの創傷を負わせ、ひいてはケラチノサイトの遊走が創傷のある範囲全体にわたることを可能にした。傷害後すぐに、Tegadermのみのドレッシング材(TD)、対照の歪みのないドレッシング材
及び形状記憶接着性材料(歪み、
)を創傷に適用した(図21B、図21C)。高血糖培養培地を加え、毎日交換し続けて創傷後4日目に研究が完了したところで、組織学及びRNA/タンパク質単離のため創傷を回収した。遊走上皮舌状進入部によって被覆されていない真皮の長さを測定することにより、創傷閉鎖を定量化した。初期分析で、Tegadermの挙動が歪みなしドレッシング材と同様であったことが示されたため、歪みなしドレッシング材と本発明の形状記憶接着性材料1との間の違いに焦点を置いた。本発明の形状記憶接着性材料1は、歪みのないドレッシング材よりも高い創傷閉鎖効率を実証した(図21D)。加えて、経験豊かな皮膚病理学者の指導下でCD31組織発現を評価したところ、特に創傷範囲近傍で血管の存在の顕著な増加が明らかになった(図21E、図21F)。これらの結果からは、本発明の形状記憶接着性材料1がヒト創傷の治癒を効率に促進すること、及びそれがDFU治療に特に有益であることが明らかになる。
及び形状記憶接着性材料(歪み、
)を創傷に適用した(図21B、図21C)。高血糖培養培地を加え、毎日交換し続けて創傷後4日目に研究が完了したところで、組織学及びRNA/タンパク質単離のため創傷を回収した。遊走上皮舌状進入部によって被覆されていない真皮の長さを測定することにより、創傷閉鎖を定量化した。初期分析で、Tegadermの挙動が歪みなしドレッシング材と同様であったことが示されたため、歪みなしドレッシング材と本発明の形状記憶接着性材料1との間の違いに焦点を置いた。本発明の形状記憶接着性材料1は、歪みのないドレッシング材よりも高い創傷閉鎖効率を実証した(図21D)。加えて、経験豊かな皮膚病理学者の指導下でCD31組織発現を評価したところ、特に創傷範囲近傍で血管の存在の顕著な増加が明らかになった(図21E、図21F)。これらの結果からは、本発明の形状記憶接着性材料1がヒト創傷の治癒を効率に促進すること、及びそれがDFU治療に特に有益であることが明らかになる。
例示的実施形態のための材料及び方法
形状記憶接着性材料の調製。接着剤層を調製するため、アクリル酸(30w/w%)、キトサン(HMC+ Chitoscience Chitosan 95/500、95%脱アセチル化、2w/w%)、α-ケトグルタル酸(0.2w/w%)、及びポリ(エチレングリコールメタクリレート)(PEGDMA;Mn=550、0.03w/w%)を脱イオン水に溶解させた。次に、100mgの機能性単量体(ジスルフィド結合を有するNHSエステル官能化単量体)を1mlアセトンに溶解させて、10mlの上記ストック溶液を加えることにより、前駆溶液を得た。次にこの前駆溶液をスペーサー付きのガラス成形型(特に言及されない限り厚さは210μmである)に注入し、紫外線チャンバ(284nm、10W出力)にて30分間硬化させた。非接着剤層樹脂として、エタノール/水混合物(95:5v/v)中の10w/w%親水性ポリウレタン(Advansource Biomaterials)を、調製されたままの状態の組織接着剤の上に様々な速度でスピンコートした。
形状記憶接着性材料の調製。接着剤層を調製するため、アクリル酸(30w/w%)、キトサン(HMC+ Chitoscience Chitosan 95/500、95%脱アセチル化、2w/w%)、α-ケトグルタル酸(0.2w/w%)、及びポリ(エチレングリコールメタクリレート)(PEGDMA;Mn=550、0.03w/w%)を脱イオン水に溶解させた。次に、100mgの機能性単量体(ジスルフィド結合を有するNHSエステル官能化単量体)を1mlアセトンに溶解させて、10mlの上記ストック溶液を加えることにより、前駆溶液を得た。次にこの前駆溶液をスペーサー付きのガラス成形型(特に言及されない限り厚さは210μmである)に注入し、紫外線チャンバ(284nm、10W出力)にて30分間硬化させた。非接着剤層樹脂として、エタノール/水混合物(95:5v/v)中の10w/w%親水性ポリウレタン(Advansource Biomaterials)を、調製されたままの状態の組織接着剤の上に様々な速度でスピンコートした。
次に、一体となった層状構造体に対し、横及び/又は縦方向に(調製している形状記憶接着性材料1が等方性か、それとも異方性かに応じて)一定量の予備延伸を加え、続いて乾燥させることにより、形状記憶接着性材料1に予備延伸を設定した。この調製した乾燥した形状記憶接着性材料1を乾燥剤(活性炭入りのシリカゲルパケット、McMaster Carr)と共にプラスチックバッグに密封し、使用時まで-20℃で保存した。誘発溶液を調製するため、0.5M重炭酸ナトリウム(SBC)及びL-グルタチオン還元型(GSH)をリン酸緩衝生理食塩水(PBS)に溶解させた。使用前に、0.2μm滅菌シリンジフィルタを使用することによって誘発溶液をろ過した。
インビトロ生体適合性。細胞培養用の形状記憶接着性材料馴化培地を使用することにより、インビトロ生体適合性試験を行った。インビトロ生体適合性試験用の形状記憶接着性材料馴化培地を調製するため、20mgの形状記憶接着性材料を1mLダルベッコ変法イーグル培地(DMEM)中37℃で24時間インキュベートした。そのままのDMEMを対照として使用した。野生型マウス胚線維芽細胞(mEF)を96ウェルプレートに播いた(各例につきN=6)。次に細胞を形状記憶接着性材料馴化培地で処理し、5%CO2にて37℃で24時間インキュベートした。哺乳類細胞用のLIVE/DEAD生死判別/細胞傷害性キット(Thermo Fisher Scientific)で、培養培地に4μMカルセイン及びエチジウムホモ二量体-1を加えることによって細胞生存度を決定した。共焦点顕微鏡(SP 8、Leica)を使用して、それぞれ、495nm/515nmの励起/発光で生細胞を、及び495nm/635nmで死細胞を画像化した。細胞生存度は、ImageJを使用することによって生細胞(緑色蛍光)及び死細胞(赤色蛍光)をカウントすることにより計算した。
エキソビボ研究。ブタ皮膚創傷の等方性の閉鎖については、ブタの腹部に8mm生検パンチで穴を開けた。ブタ皮膚創傷の異方性の閉鎖については、ブタの腹部にメスで3cm長さの裂傷を設けた。糖尿病マウス皮膚創傷の閉鎖については、背部皮膚に6mm生検パンチで穴を開けた。エキソビボ研究には、
の本発明の形状記憶接着性材料(二軸及び一軸の両方の予備延伸について)を使用した。
の本発明の形状記憶接着性材料(二軸及び一軸の両方の予備延伸について)を使用した。
インビボ生体適合性。全てのインビボ研究に、雌のスプラーグドーリーラット(225~250g、Charles River Laboratories)を使用した。移植前、無菌法を用いて形状記憶接着性材料を調製し、更に紫外光下で3時間滅菌した。背部皮下腔への移植のため、麻酔室内でイソフルラン(酸素中1~2%イソフルラン)を使用してラットを麻酔した。ノーズコーンを使用して麻酔を維持した。背中の毛を取り除き、手術の間、動物を加熱パッド上に置いた。皮下腔には、動物の背中の中央を各インプラントにつき1~2cm皮膚切開することにより到達した。インプラント留置用の腔を作り出すため、切開から動物の肩甲骨に向かって鈍的解剖を実施した。シャム手術群については、皮下ポケットにインプラントを留置しなかった(n=4)。誘発可能な剥離群については、切開の上方に設けた皮下ポケットに形状記憶接着性材料(10mm幅及び20mm長さ)を留置し、1mLの誘発溶液を適用してから5分後に剥離した(n=4)。ドレッシング材群については、切開の上方に設けた皮下ポケットに形状記憶接着性材料(10mm幅及び20mm長さ)を留置し、剥離しなかった(n=4)。市販の組織接着剤群については、切開の上方に設けた皮下ポケットに0.5mLのCoseal(n=4)及びDermabond(登録商標)シアノアクリレート接着剤(n=4)を注入した。切開を結節縫合(4-0 Vicryl、Ethicon)を用いて閉鎖し、3~6mlの生理食塩水を皮下注射した。設けた各皮下ポケットの間に重なりがないことを確実にして、1動物当たり最大4つのインプラントを留置した。移植から4週間後、動物をCO2吸入により安楽死させた。目的の皮下領域を切除し、組織学的分析のため10%ホルマリンに24時間固定した。
固定した組織試料を70%エタノール中に入れ、マサチューセッツ工科大学のコッホ統合がん研究所(Koch Institute for Integrative Cancer Research)にあるHope Babette Tang(1983)Histology Facilityへと組織学的処理及びヘマトキシリン・エオシン(H&E)染色に出した。盲検化した病理学者により、0~5の段階評価(0、正常又は存在しない;1、極めて軽度又は最小限;2、軽度;3、中等度;4、重度又は顕著;5、極めて重度)で組織学的評価が実施され、皮下インプラントを取り囲む組織の炎症の程度が評価された。急性炎症の程度は、好中球数に基づいた。慢性炎症の程度は、リンパ球、マクロファージ、及び形質細胞の存在に基づいた。炎症の程度は、各組織学試験片における全体的な指標の存在に基づき評価された(存在しない、最小限、軽度、中等度、又は顕著に存在する)。これらの図には、各群の代表的な画像を示す。
インビボ創傷治癒研究。Jackson Laboratoriesから雄db/dbマウス(在庫番号000642)を入手し、手術前の少なくとも1週間にわたって動物施設に順化させた。マウスは定期的に秤量し、市販の血糖値測定器(Contour、Bayer)でその血中グルコースを評価し、250mg dL-1超であることを確かめた。12週齢のマウスをイソフルランを使用して麻酔し、その除毛して消毒した背部に2つの円形生検パンチ6mm(Integra Miltex)全厚創傷を設けた。本発明の形状記憶接着性材料、歪みのないドレッシング材又はドレッシング材なしを創傷に直ちに置いた。次に、保護のため、創傷を密封ドレッシング材(Tegaderm、3M)で被覆した。術後、マウスは個別に飼育し、毎日観察し続け、10日目になったところで過剰量のCO2で安楽死させた。0日目及び10日目に、台上に固定した標準的なiphone5カメラで創傷を写真に撮り、デジタルノギス(Thermo Fisher、14-648-17)で測定した。面積計算のため、創傷の隣にスケールバーとして定規を置いた。ImageJ及びノギス測定値の両方を使用して創傷閉鎖を定量化し、0日目と比較した治癒割合として表した。
組織学及び免疫組織化学。10日目に犠牲死させた後の創傷組織を創傷中心で二等分した。片方はRNAlater(Thermo Fisher)に浸漬して-20℃で保存した一方、もう片方は10%ホルマリンに固定し、パラフィン包埋用に処理した。5μm厚さの切片を使用した。マッソンのトリクローム染色(MTS)及びH&E染色をBIDMC Histology Coreで実施した。免疫組織化学については、組織切片を脱パラフィン化し、再び水和させて、プレッシャークッカーにてクエン酸塩緩衝液pH6.0で25分間にわたって抗原回復を達成した。次にこれを室温にて1%BSAで1.5時間ブロックした。使用した一次抗体は、ウサギ抗CD68(1:100;Abcam、ab125212)、ウサギ抗α平滑筋アクチン(1:100;Abcam、ab5694)、ウサギ抗Ki67(1:300;Abcam、ab15580)及びウサギ抗CD31(1:100;Abcam、ab28364)であった。一次抗体によって4℃で一晩染色した後、NovaRED(Vector Laboratories)を室温にて1時間加えた。次に組織切片を脱水し、Permount(ThermoFisher、SP15-100)にマウントし、Nikon Eclipse E200明視野(Nikon)正立顕微鏡で可視化した。Motic Images Plus 3.0(Motic)及びImageJ/FIJIソフトウェアパッケージで画像を処理し、盲検化方式で定量化し、1視野当たりの陽性細胞/構造体として提示した。MTS定量化については、FIJIプラグインColour Deconvolutionを使用してコラーゲン(青色)染色率を計算した。再上皮化は、創傷を被覆する遊走上皮の舌状進入部の長さを測定することにより定量化した。
RNA抽出、シーケンシング及び分析。GENEWIZ,LLC.(South Plainfield、NJ、USA)において、RNA抽出、ライブラリ調製、及びシーケンシング反応が行われた。Qiagen RNeasy Plus Universalミニキットを製造者の指示(Qiagen、Hilden、Germany)に従い使用して、全RNAを抽出した。抽出したRNA試料をQubit 2.0蛍光光度計(Life Technologies、Carlsbad、CA、USA)を使用して定量化し、Agilent TapeStation 4200(Agilent Technologies、Palo Alto、CA、USA)でRNAの完全性を確かめた。Illumina用のNEBNext Ultra RNAライブラリ調製キットを製造者の指示(NEB、Ipswich、MA、USA)に従い使用してRNAシーケンシングライブラリを調製した。簡潔に言えば、初めにオリゴ(dT)ビーズでmRNAを濃縮した。濃縮したmRNAを94℃で15分間断片化した。続いて第1鎖及び第2鎖cDNAを合成した。cDNA断片を末端修復し、3’末端でアデニル化し、cDNA断片にユニバーサルアダプターをライゲートし、続いてサイクルを制限したPCRによってインデックス付加及びライブラリ濃縮を行った。このシーケンシングライブラリをAgilent TapeStation(Agilent Technologies、Palo Alto、CA、USA)で検証し、Qubit 2.0蛍光光度計(Invitrogen、Carlsbad、CA)を使用することによるとともに、定量的PCR(KAPA Biosystems、Wilmington、MA、USA)により定量化した。フローセルの1レーンでシーケンシングライブラリをクラスタリングした。クラスタリング後、フローセルをIllumina HiSeq 4000機器にロードし、2×150bpペアエンド(PE)構成を用いて試料をシーケンシングした。HiSeq Control Software(HCS)による画像解析及びベースコールを行った。Illuminaのbcl2fastq 2.17ソフトウェアを使用して、Illumina HiSeqから生成された未加工の配列データ(.bclファイル)をfastqファイルに変換し、デマルチプレックス化した。インデックス配列同定には、1つのミスマッチは許容した。
リードクオリティをFastQCを使用して評価し、データをCutadaptで前処理して、ベストプラクティスに従いアダプターを除去した。STAR及びfeatureCountsでGRCm38トランスクリプトーム(Ensembl 93バージョン)に対する遺伝子発現を定量化した。DESeq2を使用して遺伝子発現差解析を実施した一方、機能エンリッチメント研究にはClusterProfilerを利用した。log2|変化倍数|≧1及び偽発見率(FDR)≦0.05の遺伝子を統計的に有意と見なした。
統計分析。全ての比較試験の統計的有意性の評価にMATLABソフトウェアを使用した。全てのパラメトリック検定についてデータ分布は正規分布を仮定したが、正式に検定したわけではない。複数の試験片間を比較する統計分析では、一元配置ANOVAと、続くチューキーの多重比較検定を行い、閾値は、*p≦0.05、**p≦0.01、及び***p≦0.001とした。2データ群間の統計分析では、2標本スチューデントt検定を使用し、有意性の閾値は、*p≦0.05、**p≦0.01、及び***p≦0.001に設けた。インビボ創傷治癒実験については、データはGraphpad Prism 7.04において、クラスカル・ワリス検定(Kruskar-Wallis test)と2段階ベンヤミニ(Benjamini)・クリーガー(Krieger)・イェクティエリ(Yekutieli)の多重比較補正を用いて分析した。
本発明は、このように、接着性材料の、特にそれらの接着性材料が糖尿病性創傷への使用に関するときの既存の限界を克服する新型の形状記憶接着剤を提供する。詳細には、非糖尿病性創傷と比較した糖尿病性創傷の収縮能の低下が、糖尿病性創傷の治癒不良の原因の一つと考えられている。本形状記憶接着性材料は、湿潤した創傷組織に対し、瞬間であってもロバストな接着を形成すると同時に、創傷組織周囲に高度に設定可能な機械的収縮を作り出してその閉鎖及び治癒を容易にする能力のある生体材料である。この形状記憶接着性材料は更に、その独自の組成及び湿潤した創傷組織へのロバストな接着能力のおかげで、治療用薬剤を創傷へと長時間にわたって安定して放出する能力を有する多用途の薬物送達プラットフォームとして働き得る。
Claims (33)
- 創傷を治癒する方法であって、
前記創傷を取り囲む組織表面に乾燥した形状記憶接着性材料を適用することであって、前記乾燥した形状記憶接着剤が乾燥した予備延伸された構成を有し、前記組織表面がその上に配置された流体を有することと、
前記乾燥した予備延伸された形状記憶接着性材料に前記流体の少なくとも一部分を吸収させて水和したゴム状の状態に変化させることにより、(i)前記創傷を取り囲む前記組織表面への水和ベースの接着及び(ii)前記乾燥した予備延伸された構成からの前記形状記憶接着性材料の収縮を誘発すること、
を含む方法。 - 糖尿病性創傷を治癒する方法であって、
前記糖尿病性創傷を取り囲む組織表面に乾燥した形状記憶接着性材料を適用することであって、前記乾燥した形状記憶接着剤が乾燥した予備延伸された構成を有し、前記組織表面がその上に配置された流体を有することと、
前記乾燥した予備延伸された形状記憶接着性材料に前記流体の少なくとも一部分を吸収させて水和したゴム状の状態に変化させることにより、(i)前記糖尿病性創傷を取り囲む前記組織表面への水和ベースの接着及び(ii)前記乾燥した予備延伸された構成からの前記形状記憶接着性材料の収縮を誘発することと、
を含む方法。 - 前記形状記憶接着性材料の収縮が、前記予備延伸された構成からの長さ及び/又は幅の収縮並びに前記組織表面の収縮を含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記組織表面の収縮が、前記創傷の閉鎖及び治癒を促進する、請求項3に記載の方法。
- 前記組織表面の収縮が、前記創傷の一軸又は二軸収縮をもたらす、請求項3に記載の方法。
- 前記形状記憶接着性材料の収縮が、前記乾燥した予備延伸された構成に保存されている予め決められた予備延伸された量に基づき予め決められている、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記組織が収縮すると、創傷直径が減少し、及び前記創傷の縁部周辺のフープ応力が減少することにより、前記創傷が機械的に調節される、請求項4に記載の方法。
- 創傷直径の減少及び/又はフープ応力の減少の程度が、創傷サイズと比較した前記形状記憶接着性材料の相対的なサイズを基準とする、請求項7に記載の方法。
- 水和ベースの接着が、流体の吸収と、続く前記組織表面上への物理的な共有結合性の架橋の形成を含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記乾燥した形状記憶接着性材料が1つ以上の治療用薬剤を含有し、及び前記方法が、前記1つ以上の治療用薬剤を前記組織表面及び/又は創傷へと放出させることを更に含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記乾燥した形状記憶接着性材料が、1つ以上の親水性ポリマーと、1つ以上のアミンカップリング基と、1つ以上の架橋剤とを含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記1つ以上の親水性ポリマーが、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸ヒドロキシエチル、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリスチレンスルホン酸、カゼイン、アルブミン、ゼラチン、コラーゲン、キトサン、ヒアルロン酸、アルギン酸、酸化アルギン酸塩、ペクチン、及びこれらの組み合わせから選択される、請求項11に記載の方法。
- 前記1つ以上のアミンカップリング基が、N-ヒドロキシスクシンイミドエステル、N-ヒドロキシスルホスクシンイミドエステル、アルデヒド、イミドエステル、エポキシド、イソシアネート、カテコール、及びこれらの組み合わせから選択される、請求項11に記載の方法。
- 前記1つ以上の架橋剤が、ゼラチンメタクリレート、ヒアルロン酸メタクリレート、酸化メタクリル酸アルギン酸塩、ポリカプロラクトンジアクリレート、N,N’-ビス(アクリロイル)シスタミン、N,N’-メチレンビス(アクリルアミド)、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、及びこれらの組み合わせから選択される、請求項11に記載の方法。
- 生体適合性誘発溶液を適用することにより、必要に応じて前記接着した形状記憶接着剤を前記組織表面から非外傷的に剥離することを更に含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記創傷が広域切除創であり、前記乾燥した形状記憶接着性材料が、前記創傷を横方向及び縦方向の両方に収縮させて機械的に調節する等方的に予備設定された形状記憶接着性材料である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記創傷が細い切開創であり、前記乾燥した形状記憶接着性材料が、前記創傷を単一方向に収縮させて機械的に調節する異方的に予備設定された形状記憶接着性材料である、請求項1又は2に記載の方法。
- 2日以上経った後に組織表面から残る前記乾燥した形状記憶接着性材料を取り外すことを更に含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 5日以上経った後に前記乾燥した形状記憶接着性材料を取り外すことを更に含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 7日以上経った後に前記乾燥した形状記憶接着性材料を取り外すことを更に含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 10日以上経った後に前記乾燥した形状記憶接着性材料を取り外すことを更に含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 14日以上経った後に前記乾燥した形状記憶接着性材料を取り外すことを更に含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記乾燥した形状記憶接着性材料を取り外した後に、前記創傷を取り囲む前記組織表面に第2の乾燥した形状記憶接着性材料を適用することを更に含む、請求項18~22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の乾燥した形状記憶接着剤が、取り外された前記乾燥した形状記憶接着剤と異なる乾燥した予備延伸された構成を有する、請求項23に記載の方法。
- 前記乾燥した形状記憶接着性材料を取り外した後に、前記創傷を検査すること、及び創傷検査に基づいて、予め決められた収縮を有する前記第2の乾燥した形状記憶接着剤を選択することを更に含む、請求項23に記載の方法。
- 前記第2の乾燥した形状記憶接着剤の前記予め決められた収縮が、取り外された前記乾燥した形状記憶接着剤の予め決められた収縮と異なる、請求項25に記載の方法。
- 前記乾燥した形状記憶接着性材料を取り外した後に、前記創傷を検査すること、及び創傷面積の減少が約50%未満である場合、前記創傷を取り囲む前記組織表面に第2の乾燥した形状記憶接着性材料を適用することを更に含む、請求項18~22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の乾燥した形状記憶接着剤が、取り外された前記乾燥した形状記憶接着剤と異なる乾燥した予備延伸された構成を有する、請求項27に記載の方法。
- 前記乾燥した形状記憶接着性材料を取り外した後に、前記創傷を検査すること、及び創傷検査に基づいて、予め決められた収縮を有する前記第2の乾燥した形状記憶接着剤を選択することを更に含む、請求項27に記載の方法。
- 前記第2の乾燥した形状記憶接着剤の前記予め決められた収縮が、取り外された前記乾燥した形状記憶接着剤の予め決められた収縮と異なる、請求項29に記載の方法。
- 約2~14日後に前記第2の乾燥した形状記憶接着性材料を取り外すこと、前記創傷を検査すること、及び創傷面積の減少が約50%未満である場合、前記創傷を取り囲む前記組織表面に第3の乾燥した形状記憶接着性材料を適用することを更に含む、請求項27に記載の方法。
- 前記第2の乾燥した形状記憶接着性材料を取り外した後に、前記創傷を検査すること、及び創傷検査に基づいて、予め決められた収縮を有する前記第3の乾燥した形状記憶接着剤を選択することを更に含む、請求項31に記載の方法。
- 前記第3の乾燥した形状記憶接着剤の前記予め決められた収縮が、前記第2の乾燥した形状記憶接着剤の予め決められた収縮と異なる、請求項32に記載の方法。
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