JP5187711B2

JP5187711B2 - 抗血栓性材料および抗血栓性材料用組成物

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Publication number: JP5187711B2
Application number: JP2006032456A
Authority: JP
Inventors: 和敏原口; 敢武久
Original assignee: Kawamura Institute of Chemical Research
Current assignee: Kawamura Institute of Chemical Research
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2026-02-09
Also published as: JP2007211134A

Description

本発明は、高分子ヒドロゲルまたはその乾燥体からなる生体適合性ゲル材料及び生体適合性ゲル材料用組成物に関するものである。

高分子ヒドロゲル材料は、特に水溶性有機高分子と水膨潤性粘土鉱物からなる三次元網目を形成した有機・無機複合ヒドロゲルとすることにより、極めて優れた力学物性、透明性、膨潤性、膨潤／収縮性などを発現することが報告されている（特許文献１，２）。有機・無機複合ヒドロゲルは組成（ポリマー、粘土鉱物）及び含水率を制御することにより、極めて広範囲な物性制御ができることが報告されている（特許文献１，２、非特許文献１，２，３）。かかる高分子ヒドロゲル材料は柔軟でタフネスのある含水材料であることから、生体または生体成分と接触する用途において用いられることが期待される。しかし、最も効果的な物性向上が行えるアルキル置換アクリルアミド誘導体モノマー（例：Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド）の重合物（水溶性高分子）を用いた有機・無機複合ヒドロゲルでは血液との接触により血栓ができやすく（抗血栓性が悪く）、また該モノマーが生体に対する刺激性や毒性を有する可能性があることから、生体または生体由来成分と接触する用途においては、より安全な生体適合性を有するゲル材料が求められていた。

特開２００２−５３６２９特開２００２−５３７６２ K. Haraguchi and T. Takehisa, Advanced Material, vol.14, No.16, 1120-1124(2002). K. Haraguchi, R. Farnworth, A. Ohbayashi and T. Takehisa, Macromolecules, vol.36, No. 15, 5732-5741(2005). K. Haraguchi and Huan-Jun Li, Angew.Chem.Int.Ed, vol.44, 6500-6504(2005).

本発明が解決しようとする課題は、力学物性と共に生体適合性に優れた抗血栓性材料およびそれを得るための組成物を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究に取り組んだ結果、特にポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）などの生体適合性を有する水溶性高分子と水膨潤性粘土からなる有機・無機複合ヒドロゲルまたはその乾燥体からなる生体適合性ゲル材料が上記問題を解決し、優れた生体適合性を、優れた力学物性と共に併せ持つことを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、（Ａ）生体適合性を有する水溶性高分子と、（Ｂ）水に均一分散可能な水膨潤性粘土鉱物と、（Ｃ）水との三成分を構成成分として含み、（Ａ）と（Ｂ）からなる三次元網目の中に（Ｃ）が包含されている有機・無機複合ヒドロゲル又はその乾燥体からなる抗血栓性材料を提供するものである。

また本発明は、（Ｂ）水に均一分散可能な水膨潤性粘土鉱物と、（Ｄ）生体適合性水溶性高分子のモノマーとを含有する抗血栓性材料用組成物を提供するものである。

本発明の生体適合性ゲル材料は、従来の力学的強靱さを有する有機・無機複合ヒドロゲルと比べて、血液との接触における抗血栓性をはじめとして、低タンパク質吸着性、生体内包埋時の非癒着性、非炎症性など、優れた生体適合性を力学的強靱さと併せて有する。したがって、本発明の生体適合性ゲル材料は、抗血栓性、タンパク質非吸着性、生体内非癒着性等を有する材料として有用である。

本発明は、（Ａ）生体適合性を有する水溶性高分子と、（Ｂ）水に均一分散可能な水膨潤性粘土鉱物、及び（Ｃ）水との三成分を構成成分として含み、（Ａ）と（Ｂ）からなる三次元網目の中に（Ｃ）が包含されている有機・無機複合ヒドロゲル又はその乾燥体からなる生体適合性ゲル材料、およびそれを得るための生体適合性ゲル材料用組成物に関する。

本発明に用いられる（Ａ）生体適合性を有する水溶性高分子としては、水溶性高分子であって、且つ生体適合性を有するもの、且つ（Ｂ）水に均一分散可能な水膨潤性粘土鉱物と三次元網目を形成することの出来るものであることが必須である。好ましくは、水酸基、リン酸基、アミノ基のいずれか一つまたは複数を有するものである。（Ａ）生体適合性を有する水溶性高分子を例示すれば、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシエチルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルアクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシプロピルメタクリレート）、ポリ（２−ヒドロキシブチルアクリレート、ポリ（２−ヒドロキシブチルメタアクリレートなどの水酸基含有ポリ（メタ）アクリレート、ポリ（メトキシポリエチレングリコールアクリレート）、ポリ（メトキシポリエチレングリコールメタクリレート）などのポリエチレングリコール鎖を含有するポリ（メタ）アクリレート、ポリ（２−メタクリルオキシエチルホスホリルコリン）などのリン脂質類似構造を有するリン酸基含有ポリメタクリレート、ポリ（アリルアミン）などのアミノ基含有ポリマー等が例示される。これらは単独で、あるいは二種以上を併用して用いることができる。また、生体適合性を促進するためにより優れた生体適合性を有する高分子または物質を上記（Ａ）と併せて用いることや、力学物性などの他の性質を改良するために生体適合性を阻害しない範囲で他の生体適合性を有しない水溶性ポリマーまたは非水溶性ポリマーを上記（Ａ）と併せて用いることは可能である。例えば、力学物性の改良には、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドなどのアクリルアミド誘導体は有効に用いられる。

本発明に用いられる（Ｄ）生体適合性水溶性高分子のモノマーとしては、反応により上記（Ａ）となるモノマーまたはオリゴマーが用いられる。

本発明における生体適合性とは、生体または生体由来成分との接触において、生体または生体由来成分の機能を損なうことなく、且つ、安全に用いられる性質をいう。具体的には、血液に対する抗血栓性、タンパク質に対する低吸着性、生体に対する非癒着性や非炎症性、細胞に対する非毒性、生体組織に対する非刺激性などがあげられる。

本発明に用いられる、（Ｂ）水に均一分散可能な水膨潤性粘土鉱物としては、粘土鉱物のうち水に微細、且つ均一に分散可能で、水に溶解もしくは膨潤する性質を有するものであり、特に水中で分子状（単一層状）又はそれに近いレベルで均一分散可能な層状粘土鉱物であることが好ましい。例えば、水膨潤性スメクタイトや水膨潤性雲母などが用いられる。具体的には、ナトリウムを層間イオンとして含んだ水膨潤性ヘクトライト、水膨潤性モンモリロナイト、水膨潤性サポナイト、水膨潤性合成雲母などが挙げられる。

本発明において、水膨潤性粘土は特に水中に溶解していることが望ましい。ここで溶解とは、粘土鉱物の沈殿もしくは濁った水溶液となるような大きな粘土鉱物凝集体が無い状態を意味する。より好ましくは１〜１０層程度のナノメーターレベル（の厚み）で分散しているもの、特に好ましくは１又は２層程度の厚みで分散しているものである。

本発明における生体適合性ゲル材料用組成物としては、上記の（Ｄ）生体適合性水溶性有機高分子のモノマーと、（Ｂ）水に均一分散可能な水膨潤性粘土鉱物を含むことが必須であり、更に、（Ｃ）水や（Ｅ）無機質や有機質の充填剤を含む場合が含まれる。更に、必要に応じて（Ｂ）存在下に（Ｄ）が重合するための開始剤や触媒を加えられる。ここで、（Ｅ）無機質や有機質の充填剤としては、微粒子状、粉末状、繊維状などのシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ヒドロキシアパタイト、フッ素樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、アミド樹脂、エポキシ樹脂などが例示される。（Ｅ）の割合としては、（Ｄ）に対して、０．１〜１００質量部に至る広い範囲から目的に応じて選択出来る。また、生体適合性ゲル材料用組成物としては、組成物の安定性確保のため、触媒および開始剤を別々に含む２液型として、それらを混合することでゲル材料が得られるようにすることは有効である。

本発明に用いられる生体適合性のゲル材料においては、（Ａ）生体適合性を有する水溶性高分子と（Ｂ）水に均一分散可能な水膨潤性粘土鉱物が三次元網目を形成し、（Ｃ）水を包含してなる有機・無機複合ヒドロゲルまたはその乾燥物であれば良く、（Ａ）と（Ｂ）の割合は上記性質（生体適合性）が達成されれば良く、また用いる（Ａ）や（Ｂ）の種類によっても異なり必ずしも限定されないが、好ましくは（Ｂ）／（Ａ）の質量比が０．０１〜１０、より好ましくは０．０３〜５．０、特に好ましくは０．０５〜３．０である。

（Ｂ）／（Ａ）の質量比が０．０１未満では本発明の目的とする生体適合性ゲル材料が出来ず、１０を越えると生体適合性ゲル材料もしくはその乾燥体が脆かったり、もしくは製造上、均一な材料を合成しにくいなどの問題が生じてくる。

本発明に用いられる生体適合性ゲル材料の合成方法としては、水に微細分散した水膨潤性粘土の共存下に生体適合性水溶性高分子のモノマーを重合させる方法があげられ、特にラジカル重合は好ましく用いられる。重合において、１又は２層、もしくは１〜１０層程度のナノメーターレベルで分散した粘土鉱物が、生体適合性水溶性高分子の架橋剤の働きをして、生体適合性水溶性高分子と粘土鉱物が水膨潤状態で均一に複合化した構造を形成される。

上記のラジカル重合反応は、分子状酸素の不存在下で過酸化物の存在及び／又は紫外線照射等の公知の方法により行わせることができる。更に、この重合反応は加熱又は紫外線照射により加速することもできる。ラジカル重合用開始剤及び触媒としては、公知慣用のラジカル重合開始剤及び触媒のうちから適時選択して用いることができる。

具体的には、重合開始剤として、水溶性の過酸化物、例えばペルオキソ二硫酸カリウムやペルオキソ二硫酸アンモニウム、水溶性のアゾ化合物（例：ＶＡ−０４４、Ｖ−５０、和光純薬工業株式会社製）などが用いられる。また触媒としてはＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミンやβ−ジメチルアミノプロピオニトリルなどが用いられる。重合温度は、重合触媒や開始剤の種類に合わせて０℃〜１００℃の範囲で設定できる。また重合時間も触媒、開始剤、重合温度により異なるが、一般に数十秒〜数時間の間で行える。

上記ラジカル重合反応において更に公知の界面活性剤を共存させ、得られるヒドロゲルを微粒子形態で調製することや、有機質及び／または無機質の微粒子や繊維を共存させて、得られるヒドロゲルの中に有機質及び／または無機質材料を充填することも可能である。

本発明の生体適合性ゲル材料は、生体適合性水溶性高分子と水膨潤性粘土とが三次元網目を形成してなるものであり、有機架橋剤の添加は特に必要としないが、用途に応じて、上記成分と共に有機架橋剤が含まれていても良い。

含まれる有機架橋剤濃度は特に限定されず、目的に応じて選択できる。これらの有機架橋剤としては、従来から公知のＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−プロピレンビスアクリルアミド、ジ（アクリルアミドメチル）エーテル、１，２−ジアクリルアミドエチレングリコール、１，３−ジアクリロイルエチレンウレア、エチレンジアクリレート、Ｎ，Ｎ’−ジアリルタータルジアミド、Ｎ，Ｎ’−ビスアクリリルシスタミンなどの二官能性化合物や、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレートなどの三官能性化合物が例示される。

本発明における生体適合性ゲル材料用組成物は、生体適合性ゲル材料を得るための反応前の組成物であり、熱または光照射などにより、含まれる生体適合性水溶性高分子のモノマーが重合し、最終的に生体適合性ゲル材料をあたえるものである。

本発明における生体適合性ゲル材料は、例えば、生体または生体由来成分との接触において、優れた生体適合性を示すことが特徴であり、例えば、血液に対する抗血栓性を有したり、タンパク質の低吸着性を示したり、生体との接触において非癒着性、非炎症性を示したりする効果を有する。また本発明における生体適合性ゲル材料は、含水率を広範囲に制御でき、優れた力学物性や制御された膨潤性を生体適合性と共に併せ持つ特徴を有する。更に、本発明における生体適合性ゲル材料は、円柱、中空、球状、フィルム状、表面凹凸形状など、各種異型形状に予め合成したり、後から加工したりすることができる。

次いで本発明を実施例により、より具体的に説明するが、もとより本発明は、以下に示す実施例にのみ限定されるものではない。

（実施例１〜４）
粘土鉱物には、［Ｍｇ_５．３４Ｌｉ_０．６６Ｓｉ_８Ｏ_２０（ＯＨ）_４］Ｎａ^＋ _０．６６の組成を有する水膨潤性合成ヘクトライト（商標ラポナイトＸＬＧ、日本シリカ株式会社製）を１００℃で２時間真空乾燥して用いた。有機モノマーとして、実施例１では２−ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ：和光純薬工業株式会社）を、実施例２ではヒドロキシエチルアクリレート（ＨＥＡ：和光純薬工業株式会社）を、実施例３ではメトキシポリエチレングリコールモノアクリレート（ＰＥＧＡ：新中村化学工業株式会社、エチレンオキシド鎖平均分子量：４００）を、実施例４ではメトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート（ＰＥＧＭＡ：共栄社化学株式会社、エチレンオキシド鎖平均分子量４００）を用いた。

重合開始剤は、ペルオキソ二硫酸カリウム（ＫＰＳ：関東化学株式会社製）を水溶液（０．２ｇ／１０ｇ−水）としてマイクロシリンジで定量して使用した。また触媒は、Ｎ,Ｎ,Ｎ’,Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ：関東化学株式会社製）を原液のまま使用した。また実施例１〜４のいずれにおいても使用する水は全てイオン交換水を蒸留した純水を用い、高純度窒素を予め３時間以上バブリングさせ含有酸素を除去してから使用した。

なお、本発明の全ての実施例において、重合前後の全ての操作（水性ゲルを取り出すまでの全ての操作）は酸素を除去した窒素雰囲気又は窒素気流下で行った。また触媒及び開始剤水溶液の調製時も上記操作と同様に酸素を遮断した窒素雰囲気で行った。

２０℃の水浴中に設置した内部を窒素置換した二口フラスコに、上記の溶存酸素を除去した純水５６．８８ｇとフッ素樹脂製攪拌子を入れ、攪拌しながら実施例１及び実施例２では１．４４ｇ、実施例３及び実施例４では０．９６ｇのラポナイトＸＬＧを加え、均一溶液を調製した。これに実施例１ではＨＥＭＡ７．８ｇ（ＸＬＧ／ＨＥＭＡ＝０．１８：質量比）、実施例２ではＨＥＡ６．９６ｇ（ＸＬＧ／ＨＥＡ＝０．２１：質量比）、実施例３ではＰＥＧＡ８．１６ｇ（ＸＬＧ／ＰＥＧＡ＝０．１２：質量比）、実施例４ではＰＥＧＭＡ８．４ｇ（ＸＬＧ／ＰＥＧＭ＝０．１１：質量比）を加え均一溶液を得た。

次いで、フラスコを氷浴中にて冷却した状態にして、別途氷浴冷却していたＴＥＭＥＤ４８μｌを加えた後、同様に別途氷浴中で冷却していたＫＰＳ水溶液３．１８ｇを攪拌して加え、均一反応溶液を得た。該溶液を内径５．５ｍｍ、長さ１５０ｍｍの密栓付きのガラスチューブ容器に入れ、酸素を遮断した状態にして、２０℃で８時間重合させ、均一で弾力性のある水性ゲルが得られた。
ゲル中に不均一な粘土鉱物やポリマーによる凝集はいずれも観測されなかった。また、乾燥後の質量測定から求めた実施例１〜４の収率はいずれも９５質量％以上と高かった。

ガラスチューブから外径５．５ｍｍの棒状の水性ゲルを取り出し、長さ５０ｍｍにカットしたサンプルを用いて、厚み方向に１／３及び１／５までの圧縮する試験と、長さ方向に２倍及び４倍まで延伸する試験と、長さ中心点で１００度、１５０度及びそれ以上の角度に曲げ変形する試験を行った。その結果、実施例１〜４のいずれのサンプルも上記の試験において、形状が破壊されたり、クラックが生じたり、欠損が生じることはなく、変形が可能であった。更に、長さ７０ｍｍのゲルサンプルを引っ張り試験装置（（株）島津製作所製ＡＧＳ−Ｈ）に装着し、評点間距離＝３０ｍｍ、引っ張り速度＝１００ｍｍ／分にて引っ張り試験を行った結果、１００％変形時の荷重、破断伸び、破断荷重が、各々０．４８Ｎ、４１０％、１．９Ｎ（実施例１）、０．３２Ｎ，３８０％、１．７Ｎ（実施例２）、０．２２Ｎ、５５０％、１．６Ｎ（実施例３）、０．２９Ｎ、４８０％、１．８Ｎ（実施例４）であった。

更に、得られた長さ５０ｍｍのヒドロゲルを５０ｍｌプラスチック容器に入れ、そこにあらかじめヘパリンで抗凝固処理を行った牛血液を加えた。次に、このプラスチック容器を３７℃の恒温器に入れて静置した後、硫酸プロタミン（ノボ・ノルディスク社製）を加えて、牛血液内のヘパリンを中和した。その後、ヒドロゲルを含むプラスチック容器を恒温器内で振とうしながら２４時間保持した。その後ヒドロゲルを取り出して、目視により観察したところ、いずれのサンプルもこの条件下で明瞭且つ大きな血栓は出来なかった。

また、実施例１のサンプル（長さ５０ｍｍ）を用いて、ＦＩＴＣウシ血清アルブミン（ＢＳＡ：シグマアルドリッチ社製）の１ｇ／Ｌ水溶液１００ｍｌに３７℃で２４時間浸漬することによりアルブミン吸着試験を行った。吸着量を蛍光強度で測定したところ、比較例１に示したヒドロゲルの０．１３倍の蛍光強度を示し、低い吸着性を示した。

（実施例５）
重合開始剤として、ペルオキソ二硫酸カリウム（ＫＰＳ）の代わりに、水溶性のアゾ化合物（ＶＡ−０４４、和光純薬工業株式会社製）を同量用いる事以外は、実施例１と同じ組成となる反応液を、水、ＨＥＭＡ、ラポナイトＸＬＧの三成分について２分割して二つの溶液を調製した。次いで、一方にはＴＥＭＥＤを加え、他方にはＫＰＳを加えた。更に、両方の液に、直径１．５ミクロンのガラス微粒子をモノマーの５倍量（質量比）加えて、２液からなる高粘性の反応液を得た。これらの２液からなる組成物（生体適合性ゲル材料を得るための組成物）を一緒に混合し、５０℃、８時間保持することにより、ガラスを充填したヒドロゲルが得られた。２液からなる組成物はいずれも４℃で、１週間以上の安定性を示した。

（比較例１）
モノマーとしてＮ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド（ＤＭＡＡ：興人株式会社）を６．０ｇ、ラポナイトＸＬＧを２．４ｇ用いる以外は、実施例１と同様にして、ヒドロゲルを合成した。得られたヒドロゲルは実施例１と同様な圧縮、曲げ、引っ張り試験においていずれも破壊しない強靱なゲルであった。得られたヒドロゲルを、実施例１と同じ条件で牛血液中への浸漬実験を行った結果、ヒドロゲルに大きな血栓が形成しているのが観測された。また、アルブミン吸着試験における蛍光強度は実施例１の７．７倍と高かった。

Claims

（Ａ）生体適合性を有する水溶性高分子と、（Ｂ）水に均一分散可能な水膨潤性粘土鉱物と、（Ｃ）水との三成分のみからなり、（Ａ）と（Ｂ）からなる三次元網目の中に（Ｃ）のみが包含されている有機・無機複合ヒドロゲル又はその乾燥体からなる抗血栓性材料であって、
前記（Ａ）生体適合性を有する水溶性高分子が、水酸基、エチレンオキシド基、リン酸基及びアミノ基から選ばれるいずれか一つまたは複数の基を有するものである抗血栓性材料。
前記（Ａ）生体適合性を有する水溶性高分子が、水酸基含有（メタ）アクリレート、エチレンオキシド基含有（メタ）アクリレート、リン脂質類似構造を有するリン酸基含有メタクリレート及びアミノ基含有ビニルモノマーから選ばれる一つまたは複数のモノマーの重合物である請求項１記載の抗血栓性材料。
前記（Ｂ）水に均一分散可能な水膨潤性粘土鉱物と、前記（Ａ）生体適合性水溶性高分子の質量比（Ｂ）／（Ａ）が０．０１〜１０である請求項１又は２に記載の抗血栓性材料。
前記（Ａ）生体適合性を有する水溶性高分子が、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、２−ヒドロキシブチルアクリレート、２−ヒドロキシブチルメタアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、２−メタクリルオキシエチルホスホリルコリン及びアリルアミンから選ばれる一つまたは複数のモノマーの重合物である請求項１〜３のいずれか１項に記載の抗血栓性材料。
前記（Ｂ）水に均一分散可能な水膨潤性粘土鉱物が、水膨潤性スメクタイトである請求項１〜４のいずれか１項に記載の抗血栓性材料。