JP3532587B2 - 架橋化タンパク質、その製造方法及びこれを用いた医用材料 - Google Patents

架橋化タンパク質、その製造方法及びこれを用いた医用材料

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光反応によって架橋した
架橋化コラーゲン又は架橋化ゼラチン、及び該化合物の
製造方法並びに該架橋化コラーゲン又は架橋化ゼラチン
を用いた医用材料に関する。
【0002】
【従来の技術】従来よりタンパク質の良好な生体適合性
を利用した医用材料、あるいは薬剤の徐放性担体などを
製造する際にタンパク質の分解性の制御、薬剤の徐放速
度の制御等の為にタンパク質の架橋反応が良く用いられ
ている。このタンパク質の架橋化手段としてはホルムア
ルデヒド、グルタルアルデヒド、ヘキサメチレンジアミ
ン等反応性化学物質を用いる場合、酵素を用いる場合、
あるいは紫外線、γ線など放射線を用いる場合等が知ら
れている。
【0003】しかし、これらのうち反応性物質等の化学
物質を用いた場合にはその未反応化学物質の除去、ある
いは用いた化学物質自体の毒性が問題となり、酵素を用
いる場合には適応出来るタンパク質が限られ、また放射
線を用いた場合には大がかりな装置が必要である。ある
いは、タンパク質自身が分解するなどの問題があった。
また、タンパク質に他の物質を混合して架橋した場合、
その物質の分解、あるいは活性の発現が困難、またはそ
の物質とタンパク質との間に架橋が入ることを防ぐこと
が困難となり、薬剤の徐放担体として用いる場合には大
きな問題となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者は大
がかりな装置を必要とせず、架橋化コラーゲン又は架橋
化ゼラチンより使用した架橋剤の除去が不必要で毒性な
どの問題もなく、且つ、生体適合性が良好で、汎用性が
高い医用材料の主成分として使用しうる架橋化コラーゲ
ン又は架橋化ゼラチンについて種々検討した結果、本発
明を完成するに到ったもので、本発明の目的は、新規な
架橋化コラーゲン又は架橋化ゼラチン、およびその製造
方法並びにこれを使用した医用材料を提供することであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、コラー
ゲン又はゼラチンに結合した光反応性化合物同志を光反
応によって架橋させることを特徴とする架橋化コラーゲ
ン又は架橋化ゼラチンであり、その製造方法としてコラ
ーゲン又はゼラチンに光反応性化合物を反応させて光反
応性化合物結合コラーゲン又はゼラチンを生成し、しか
る後、該光反応性化合物結合コラーゲン同士又はゼラチ
ン同士を光反応によって架橋させることを特徴とする架
橋化コラーゲン又は架橋化ゼラチンの製造方法である。
そして、得られた架橋化コラーゲン又は架橋化ゼラチン
を主成分とする医用材料である。すなわち、本発明にお
いては、主にコラーゲン又はゼラチンの側鎖アミノ基
(例えばリジン)またはカルボキシル基(例えばグルタ
ミン酸、アスパラギン酸)に光反応性化合物を導入し、
次いで、得られた光反応性化合物結合コラーゲン同士又
はゼラチン同士を光反応させて架橋させるのである。そ
して、得られた架橋化コラーゲン又は架橋化ゼラチン
生体適合性が良好なので例えば医薬徐放材として有用な
ものである。
【0006】以下に本発明を詳細に説明する。発明の
光反応性化合物としては光反応により該反応性基同士
より架橋化反応を起こすものであって、特にケイ皮酸及
びその誘導体、フェニドルアジド、クマリンあるいはチ
ミン誘導体が望ましい。ケイ皮酸誘導体としては酸ハロ
ゲン化物、または酸無水物等を、また、チミン誘導体と
しては2−カルボキシエチル誘導体等を挙げることが出
来る。
【0007】先に述べたように、これら化合物の光反応
性基のコラーゲン又はゼラチンへの導入は、主にコラー
ゲン又はゼラチンの側鎖アミノ基(例えばリジン)に導
入し易いと思われるが、その他カルボキシル基(例えば
グルタミン酸、アスパラギン酸)にも導入可能である。
導入方法としては上記化合物とアミノ基、あるいはカル
ボキシル基との通常の反応条件を用いることによって出
来、例えば、ケイ皮酸誘導体の場合には塩基性の条件下
で反応を進め、またチミン誘導体の場合には水溶性カル
ボキシイミド等を用いる脱水反応により反応を行うこと
が出来る。反応後、透析あるいは洗浄等により未反応の
光反応性化合物、あるいは反応基導入の際用いた試薬等
を反応液より除いた後に、光反応性基を導入した光反応
性化合物結合コラーゲン又はゼラチンを回収する。得ら
れた光反応性化合物結合コラーゲン又はゼラチンは、光
反応により架橋反応を生じるが、その際のコラーゲン又
はゼラチンの形態は任意であり、例えば、溶液、ゲル、
固体(例えばフィルム、糸、スポンジ、不織布、綿等)
コ−ティング等を挙げることが出来る。そして、その形
態は医用材料、例えば、薬剤徐放用担体等として用いる
際にはその用途にあった特定の形状にすることが好まし
い。光反応性物質とコラーゲン又はゼラチンを反応する
際のそれぞれのモル比により光反応性物質の導入率を調
節することが可能である。例えばチミン誘導体とゼラチ
ンの反応でのチミン誘導体の導入率は以下の様になる。
【0008】
【表1】
【0009】光反応に用いる光線の波長は光反応基の種
類によって異なるが、通常260〜400nm程度であ
る。例えば、270nm以下の波長を除去した高圧水銀
ランプを利用出来る。架橋を起こすための照射時間は波
長、温度、照射距離、タンパク質濃度、光反応性基の濃
度等によって異なり特に制限はないが、光反応基導入タ
ンパク質を乾燥した後に光照射した方が容易で、かつ架
橋率も高いゲルを得ることが出来る。得られた架橋化ゲ
ルは架橋の程度により膨潤率を調節することが出来る。
この膨潤率を調節することにより薬剤の徐放率の調節も
可能となる。
【0010】本発明の架橋化コラーゲン又は架橋化ゼラ
チンは人工皮膚、人工血管等の人工臓器、創傷カバ−
材、癒着防止膜等の医療用具の素材として利用可能であ
る。特に高含水率のゲルが得られることから人工水晶
体、バンデ−ジレンズ、コンタクトレンズ等の高酸素透
過性で、高い透明性が必要な眼科への利用が可能とな
る。以下に実施例により本発明を説明するが、本発明は
かかる実施例により限定されるものではない。
【0011】
【実施例】
実施例1 1−(2−Carboxyethyle)thymi
ne(チミン誘導体)の合成 チミン12.6g(0.1mol)を450mlのエタ
ノ−ル/ベンゼン混合溶媒(混合体積比;8/1)に溶
解し、ナトリウム(250mg)存在下で還流しなが
ら、エチルアクリレ−ト10.25g(0.125mo
l)を1時間かけて徐々に添加した後、3時間還流を続
けた。反応液を一晩放置して冷却させ、反応溶液から析
出した沈澱を回収し、エタノ−ル溶液から再結晶させ
た。得られた結晶17.94g(0.08mol)を2
50mlの6N塩酸水溶液に加え、反応の進行をTLC
で確認しながら加水分解反応を行った。得られたカルボ
キシエチルチミンの精製は水溶液から再結晶にて行っ
た。
【0012】チミン誘導体で修飾したゼラチンの合成 所定の仕込モル比に対応する合成カルボキシエチルチミ
ン(2.03〜216.3mg)を60mlの水に溶か
し、カルボキシエチルチミンの5当量のWSC(Wat
er Soluble Carbodiimide;和
光純薬)を加えた後、1gのウシ骨製ゼラチン(和光純
薬)を添加して撹拌しながら室温で2時間反応させた。
反応後未反応物を除去するため、透析膜としてダイアラ
イシスメンブラン36(和光純薬)を用い3日間純水中
で透析を行った。透析後、凍結乾燥によりチミンで修飾
したゼラチンを得た。この場合チミン誘導体の導入率は
1.4〜100%であった。修飾ゼラチンへのチミンの
導入量は、既知濃度のチミン水溶液の265nmでのU
V吸光度を用いて作製した検定曲線から求めた。
【0013】チミンで修飾したゼラチン水溶液及びキ
ャスト膜の光架橋化 チミン導入量が異なる修飾ゼラチンの水溶液(12.
5,20,25wt%)を特製のアクリル容器に1.5
ml入れ、UV27(270nm以上の光を通す)フィ
ルタを栓の代りに使い、400w Xe−Lampで一
定時間光照射しながら、ゼラチン水溶液のゲル化を追跡
した。ゲル化率は次のように求めた。UV照射後のゲル
を10mlの水に一晩浸漬する(50℃)ことによっ
て、架橋されていない物を溶解、除去する。得られたゲ
ルのみの乾燥重量%を求め、最初の水溶液中のチミン修
飾ゼラチンの重量%との比をゲル化率とした。
【0014】チミンの導入率が91%であるゼラチンハ
イブリッドの12.5,20,25%水溶液のゲル化程
度を5,10,20,30,45,60,120分間U
V照射して調べた結果を図1に示す。図1において、横
軸はUV照射時間、縦軸はゲル化度を示し、a線は1
2.5%,b線は20%,c線は25%の場合を表す。
チミン導入量の異なる種々の修飾ゼラチンの25%水溶
液をカ−バガラス上にキャストし、赤外線Lampで乾
燥させキャスト膜を得た。この膜をUV27(270n
m以上の光を通す)フィルタ付の400W Xe−La
mpで所定時間光照射しながら、膜のゲル化の経時変化
を追跡した。ゲル化膜の膨潤度は次の式を用いて求め
た。
【0015】
【化1】
【0016】チミン/ゼラチンのキャスト膜のゲル化率
の光照射時間依存性を調べた結果を図2に示す。図2に
おいて横軸は照射時間、縦軸はゲル化度を示し、a線は
チミンの導入量が51%、b線は45%、c線は20
%、d線は6%及びe線は1%の場合である。
【0017】サリチル酸を含むチミン/ゼラチンゲル
の作製と水中での薬物放出特性 水溶性のサリチル酸の含率がハイブリッドゲルに比べて
5,10,30,50wt%になるように作製したゲル
化膜(UV照射時間はいずれも1時間)を50mlの純
水中に浸漬(37℃)、所定時間毎に水溶液の297n
m(サリチル酸由来)での紫外光吸収を測定し、放出さ
れたサリチル酸の濃度を追跡することによって放出特性
の時間依存性を検討した。異なる濃度のサリチル酸を含
むチミン/ゼラチンゲルからのサリチル酸の放出特性の
時間依存性を調べた結果を図3及び図4に示す。図3は
チミンの導入率が20%、図4はチミンの導入率が51
%の場合である。図3及び図4におけるa線はゲル化率
が5%、b線はゲル化率が10%、c線はゲル化率が3
0%、d線はゲル化率が50%の場合を示す。ゲル化率
が率が異なっていてもゲルからのサリチル酸の放出は3
0分以内で完了し、ゲル化率が高いほど放出されるサリ
チル酸量は低下し、架橋により徐放を調節可能であっ
た。
【0018】インドメタシンを含むチミン/ゼラチン
ゲルの作製と水中での薬物放出特性 インドメタシンの含率が0.16,0.08,0.0
4,0.02%WT%であるPBS溶液を用いキャスト
膜を作成した。UV照射を1時間行いゲル化させた後に
この膜を純水中に浸漬し所定時間毎に水溶液の268n
m(インドメタシン由来)での紫外光吸収を測定し、放
出されたインドメタシンの濃度を追跡することによって
放出特性の時間依存性を検討した。
【0019】実施例2 チミン誘導体で修飾したコラ−ゲンの合成 所定の仕込モル比に対応する合成カルボキシエチルチミ
ン(2.03〜216.3mg)を60mlの水に溶か
し、カルボキシエチルチミンの5当量のWSC(Wat
er Soluble Carbodiimide;和
光純薬)を加えた後、1gのコラ−ゲンを添加して撹拌
しながら室温で5時間反応させた。反応後チミン誘導体
等を除去するため、ダイアライシスメンブラン36(和
光純薬)を用い3日間純水中で透析を行った。透析後、
遠心分離によりチミン誘導体で修飾したコラ−ゲンを集
めた。この場合チミン誘導体の導入率は8%であった。
【0020】チミンで修飾したコラ−ゲン水溶液及びキ
ャスト膜の光架橋化 先の反応で得られたチミン修飾コラ−ゲンの酸性水溶液
(0.3wt%)を特製のアクリル容器に1.5ml入
れ、UV27(270nm以上の光を通す)フィルタを
栓の代りに使い、400w Xe−Lampで一定時間
光照射しながら、コラ−ゲン水溶液のゲル化を行った。
また先のチミン修飾コラ−ゲンの酸性水溶液をカ−バガ
ラス上にキャストし、風乾させキャスト膜を得た。この
膜に400w Xe−Lampを一定時間光照射し光架
橋を導入した。
【0021】
【発明の効果】以上述べたように、本発明ではコラーゲ
ン又はゼラチンに光反応性化合物を結合させ、しかる
後、得られた光反応性化合物結合コラーゲン同士又はゼ
ラチン同士を光反応によって架橋させるのであるから大
装置を必要とせず、また、化学物質を使用した場合、必
要とされている未反応物質を除去することなく、容易に
架橋化コラーゲン又は架橋化ゼラチンが得られる等の効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】ゼラチンハイブリッドに対するUVの照射時間
とそのゲル化度との関係を示す。
【図2】チミン修飾ゼラチン膜のゲル化率の光照射時間
との関係図。
【図3】チミン修飾ゼラチン膜のゲル化率と膜からのサ
リチル酸の放出割合との関係図。
【図4】チミン修飾ゼラチン膜のゲル化率と膜からのサ
リチル酸の放出割合との関係図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07K 1/00 - 1/13 C07K 14/78 A61K 47/42 BIOSIS(DIALOG)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コラ−ゲン又はゼラチンに結合した光反
    応性化合物同志を光反応によって架橋させることを特徴
    とする架橋化コラ−ゲン又は架橋化ゼラチン
  2. 【請求項2】 光反応性化合物がケイ皮酸、フェニルア
    ジド、クマリン及びチミン誘導体からなる群から選ばれ
    たものである請求項1記載の架橋化コラ−ゲン又は架橋
    化ゼラチン
  3. 【請求項3】 コラ−ゲン又はゼラチンに光反応性化合
    物を反応させて光反応性化合物結合コラ−ゲン又はゼラ
    チンを生成し、しかる後、該光反応性化合物結合タンパ
    ク質同志を光反応によって架橋させることを特徴とする
    架橋化コラ−ゲン又は架橋化ゼラチンの製造方法。
  4. 【請求項4】 光反応性化合物がケイ皮酸、フェニルア
    ジド、クマリン及びチミン誘導体からなる群から選ばれ
    たものである請求項記載の架橋化コラ−ゲン又は架橋
    化ゼラチンの製造方法。
  5. 【請求項5】 コラ−ゲン又はゼラチンに結合した光反
    応性化合物同志を光反応によって架橋させた架橋化コラ
    −ゲン又は架橋化ゼラチンを主成分とする医用材料。
  6. 【請求項6】 薬剤の徐放担体として使用した請求項
    記載の医用材料。
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EP3305339B1 (en) * 2015-06-03 2021-05-05 Sewon Cellontech Co., Ltd Method for manufacturing collagen film using ultraviolet light, collagen film manufactured by using same, and biomaterial prepared using collagen film

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