JP5194251B2 - 複合微粒子及びその製造方法 - Google Patents

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Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガン治療に好適な複合微粒子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、磁性微粒子を用いたガンの温熱療法を目指した研究が行われている（例えば、非特許文献１）。また、ガン治療に関し、温度に応答した薬物放出リポソーム（例えば非特許文献２）やリン脂質二重層で磁性微粒子を被覆したもの（例えば、非特許文献３）が発表されている。
【０００３】
しかしながら、従来の磁性微粒子を単独で用いた温熱療法では、局所的な加温は可能であるが、熱ショックタンパク質の産生によるガン細胞が熱耐性を発現してしまうという問題がある。また、リン脂質分子が形成する会合体のリポソームには、リン脂質の会合のみによって形作られているために、体内では不安定であるという問題がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２２３７９３号公報
【特許文献２】
特開２０００−２１２１４４号公報
【非特許文献１】
Masashige Shinkai, Kousuke Ueda, Shinji Ohtsu, Hiroyuki Honda andTakeshi Kobayashi, Japanese Journal of Cancer Research, 90巻, 699〜704(1999年)
【非特許文献２】
M.B. Yatvin, J.N. Weinstein, W.H. Dennis, R. Blumenthal, Science 202巻1290〜1293ページ (1978年)
【非特許文献３】
Akira Ito, Masashige Shinkai, Hiroyuki Honda and Takeshi Kobayashi,Cancer Gene Therapy, 8巻, 649〜654ページ(2001年)
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、正常組織には影響を与えずにガン組織のみを死滅させることができる複合微粒子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決する目的で、温熱療法と化学療法とを組み合わせた効果的なガン治療を可能とすべく、化学反応が可能な官能基を有し、かつ敏感な温度応答性を発現するアクリルアミド誘導体の重合物に着目して研究してきたところ、磁性微粒子とこの重合物とを結合させることにより、磁性微粒子の磁場内での自発的な発熱に基づいて敏感に温度応答磁性微粒子の合成が可能であることを見出した。また、本発明者は、上記の重合体を用いれば、磁性微粒子以外の微粒子、例えば金属微粒子又は活性炭の微粒子を用いた場合にも、有効な化学療法が可能であることを見出し、本発明に想到した。
【０００７】
本発明に係る第１の複合微粒子は、交流磁場において発熱する磁性微粒子と、前記磁性微粒子の表面に結合し、温度応答性高分子と水とで構成される水和グラフト構造体と、前記水和グラフト構造体にイオン結合した機能性物質と、を有し、前記温度応答性高分子の一般式は、
【化１】
Figure 0005194251
で表されることを特徴とする。
第１の複合微粒子では、前記一般式中のＲ1が水素原子であり、Ｒ2が炭素数が１のメチレン基であり、Ｒ3が炭素数が１のメチレン基であり、Ｘが水素原子であり、Ｙがカルボキシル基であり、前記機能性物質がドキソルビシンである。
本発明に係る第２の複合微粒子は、交流磁場において発熱する磁性微粒子と、前記磁性微粒子の表面に結合し、温度応答性高分子と水とで構成される水和グラフト構造体と、前記水和グラフト構造体にイオン結合した機能性物質と、を有し、前記温度応答性高分子の一般式は上記の化学式で表され、前記機能性物質は抗ガン剤であることを特徴とする。
第２の複合微粒子では、
Ｒ1は、水素原子又は炭素数１〜４の直鎖若しくは分岐したアルキル基を表し、
Ｒ2は、炭素数１〜４の直鎖又は分岐したアルキル基を表し、
Ｒ3は、炭素数１〜６のアルキレン基を表し、
Ｘは、水素原子、アミノ基、水酸基、ハロゲン原子、カルボキシル基又は−ＣＯＯＲ4（Ｒ4は、炭素数１〜６の直鎖若しくは分岐したアルキル基、フェニル基、置換フェニル基、ベンジル基又は置換ベンジル基を表す。）を表し、
Ｙは、アミノ基、水酸基、ハロゲン原子、カルボキシル基又は−ＣＯＯＲ4（Ｒ4は、炭素数１〜６の直鎖若しくは分岐したアルキル基、フェニル基、置換フェニル基、ベンジル基又は置換ベンジル基を表す。）を表す。
【０００８】
本発明に係る複合微粒子の製造方法は、前記の何れかの複合微粒子の製造方法であって、磁性微粒子の表面に、シランカップリング試薬を用いて官能基を導入する工程と、前記磁性微粒子の表面に、前記官能基を介して共有結合をもって温度応答性高分子と水とで構成される水和グラフト構造体を結合させる工程と、前記水和グラフト構造体と化合物とをイオン結合をもって結合させる工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る薬剤は、上述の複合微粒子を有効成分として含有することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る温熱併用化学療法のためのキットは、前記の何れかに記載の複合微粒子；及びガン細胞の位置を特定する位置特定手段を備えた局所注射手段と、前記局所注射装置により局在させられた前記複合微粒子に対し、１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの交流磁場を印加する交流磁場印加手段と、を有することを特徴とする温熱併用化学療法用装置を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る複合微粒子を示す断面図である。
【図２】図２は、温度応答性高分子Ｎｏ．１を用いた温度応答性高分子固定化磁性微粒子の像を示すＴＥＭ写真である。
【図３】図３は、温度応答性高分子Ｎｏ．２を用いた温度応答性高分子固定化磁性微粒子の像を示すＴＥＭ写真である。
【図４】図４は、未処理の磁性微粒子の像を示すＴＥＭ写真である。
【図５】図５は、マグネタイト微粒子とシランカップリング剤との反応を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、Ｘ線光電子分析の対象を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、Ｎの１ｓ軌道の分析結果を示すグラフである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、Ｓｉの２ｐ軌道の分析結果を示すグラフである。
【図７】図７は、複合微粒子中の温度応答性高分子層を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、ポリマー固定前の微粒子のＴＥＭ写真である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、ポリマー固定後の複合微粒子のＴＥＭ写真である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８Ｂと同じく、ポリマー固定後の複合微粒子のＴＥＭ写真である。
【図９Ａ】図９Ａは、複合微粒子の化学構造を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、Ｘ線光電子分析の結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、ポリマー固定化と複合微粒子の凝集挙動との関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、ポリマーの溶媒親和性に伴う分散性の評価結果を示す図である。
【図１２】図１２は、温度変化と複合微粒子の凝集挙動との関係を示すグラフである。
【図１３】図１３は、複合微粒子の表面の疎水化の観察結果を示す図である。
【図１４】図１４は、ＲＦ波の照射に伴う複合微粒子の表面の特性の変化の観察結果を示す図である。
【図１５】図１５は、複合微粒子への抗癌剤の固定化の確認結果を示すグラフである。
【図１６】図１６は、複合微粒子からの抗癌剤の放出の確認結果を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る複合微粒子を示す断面図である。
【００１３】
本実施形態においては、直径が数ナノメートル〜数百ナノメートル、より好ましくは数ナノメートルから二百ナノメートルの酸化鉄等からなる磁性微粒子１に、敏感な温度応答性を発現するアクリルアミド誘導体等からなる温度応答性高分子（水和グラフト構造体）層２が共有結合によって固定化されている。更に、温度応答性高分子層２中には、抗ガン剤３が分散している。但し、抗ガン剤３は温度応答性高分子（水和グラフト構造体）とイオン結合している。なお、図１では、図示の便宜上、抗ガン剤３が温度応答性高分子層２中に内包されているが、その必要はない。
【００１４】
このように構成された複合微粒子に対し、交流磁場を印加すると、磁性微粒子１が発熱する。また、温度応答性高分子は、水中で、特定の温度より低温になると溶解し、高温になると不溶化を起こす。即ち、低温側で親水性、高温側で疎水性となる。また、温度応答性高分子の磁性微粒子１への固定化反応に関与しないイオン性基は、この温度変化によって、低温側で解離、高温側で非解離となる。従って、本実施形態では、温度応答性高分子の上記特定の温度を調整しておくことにより、磁性微粒子１の発熱前には、抗ガン剤３を磁性微粒子１に固定しておき、磁性微粒子１を発熱させることにより、温度応答性高分子を疎水化させて抗ガン剤３を遊離させることができる。
【００１５】
このため、本実施形態に係る複合微粒子を局所注射等によりガン細胞の近傍に局在させ、交流磁場を付与することにより、磁性微粒子１を発熱させてガン細胞近傍の局所温度を高温に保つと、局所的な高温に応答して温度応答性高分子が収縮することにより、温度応答性高分子の水和グラフト構造体とイオン結合をもって結合している抗ガン剤３が徐放されて遊離し、ガン細胞を攻撃する。即ち、化学治療が施されると共に、磁性微粒子１の発熱による温熱治療も同時に施される。
【００１６】
このように、本実施形態では、温度応答性高分子を磁性微粒子１に共有結合させ、温度応答性高分子の一部の官能基のイオン的な相互作用によって抗ガン剤３を固定化しているため、磁性微粒子１が交流磁場内で発熱する現象を利用して、温熱効果、疎水化によるガン組織親和性の向上及び温度変化に応答した抗ガン剤３の制御放出が可能である。
【００１７】
次に、上述のような複合微粒子を生成する方法について説明する。
【００１８】
磁性微粒子１としては、例えば、ヘマタイト、マグヘマイト又はマグネタイト等の酸化鉄化合物の微粒子を用いることができ、また、これらの酸化鉄化合物中の鉄原子がマンガン、Ｃｏ等の原子と置き換えられた化合物も用いることができる。
【００１９】
温度応答性高分子層２を構成する温度応答性高分子としては、例えば、下記一般式（Ｉ）（化２）で表されるアクリルアミド誘導体を含む重合体又は共重合体を用いることができる。このような温度応答性高分子は、例えば特許文献２に開示されている。
【００２０】
【化２】
Figure 0005194251
【００２１】
但し、一般式（Ｉ）中、
Ｒ1は、水素原子又は炭素数１〜４の直鎖若しくは分岐したアルキル基を表し、
Ｒ2は、炭素数１〜４の直鎖又は分岐したアルキル基を表し、
Ｒ3は、炭素数１〜６のアルキレン基を表し、
Ｘは、水素原子、アミノ基、水酸基、ハロゲン原子、カルボキシル基又は−ＣＯＯＲ4（Ｒ4は、炭素数１〜６の直鎖若しくは分岐したアルキル基、フェニル基、置換フェニル基、ベンジル基又は置換ベンジル基を表す。）を表し、
Ｙは、アミノ基、水酸基、ハロゲン原子、カルボキシル基又は−ＣＯＯＲ4（Ｒ4は、炭素数１〜６の直鎖若しくは分岐したアルキル基、フェニル基、置換フェニル基、ベンジル基又は置換ベンジル基を表す。）を表す。但し、Ｒ2及びＲ3は一体となって環を形成してもよい。
【００２２】
なお、一般式（Ｉ）を構成するＲ1及びＲ2の炭素数１〜４の直鎖若しくは分岐したアルキル基の例としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉ−ブチル基、ｓ−ブチル基及びｔ−ブチル基を挙げることができ、更に、これらの他に、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基も挙げることができる。
【００２３】
また、Ｒ3の炭素数１〜６のアルキレン基の例としては、モノメチレン基、ジメチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基を挙げることができるが、モノメチレン基を用いることが好ましい。
【００２４】
また、一般式を構成するＸのハロゲン原子の例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。
【００２５】
また、Ｒ4の置換ベンジル基の例としては、ジフェニル基、トリフェニルメチル基が挙げられる。
【００２６】
なお、一般式（Ｉ）において、Ｒ2及びＲ3が一体となって環を形成する場合、好ましい環の例としては、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等が挙げられる。
【００２７】
また、一般式（Ｉ）で表される繰り返し単位を有する重合体又は共重合体の重合度は、繰り返し単位の数が２以上であればよく、１０〜５００であることが好ましい。
【００２８】
そして、磁性微粒子１に上述の温度応答性高分子層２を固定化するに当たっては、先ず、磁性微粒子１に対して下記のような前処理を施しておくことが好ましい。即ち、磁性微粒子１と下記一般式（ＩＩ）（化３）で表される化合物とを反応させることにより、シランカップリング試薬を用いて官能基を導入した後、上記一般式（Ｉ）で表させるアクリルアミド誘導体を含む重合体又は共重合体と反応させることが好ましい。
【００２９】
【化３】
Figure 0005194251
【００３０】
但し、一般式（ＩＩ）中、
Ｒ5は、炭素数１〜６の直鎖又は分岐したアルキル基を表し、
Ｘ´は、アミノ基、アルキル置換アミノ基、カルボキシル基又は−ＣＯＯＲ6（Ｒ6は、炭素数１〜６の直鎖若しくは分岐したアルキル基、フェニル基、置換フェニル基、ベンジル基又は置換ベンジル基を表す。）、水酸基又はハロゲン原子を表し、
Ｙ´は、ハロゲン原子又はアルコキシ基を表す。
【００３１】
また、磁性微粒子１と一般式（ＩＩ）で表される化合物との反応性を高めるためには、磁性微粒子１に対してガラス化処理を施すことが有効である。このようなガラス化処理は、例えば、水中で珪酸ナトリウムと塩酸、硫酸又は過酸化水素等とを反応させた後、乾燥させればよい。
【００３２】
なお、一般式（ＩＩ）を構成するＸ´のアルキル置換アミノ基の例としては、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、メチルエチルアミノ基、トリメチルアミノ基、ジメチルエチルアミノ基、トリエチルアミノ基等を挙げることができる。
【００３３】
また、Ｙ´のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子を挙げることができる。また、Ｙのアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基を挙げることができる。
【００３４】
なお、一般式（ＩＩ）と磁性微粒子との反応に用いられる溶媒は、反応に関与しないものであれば特に限定されず、例えば、水、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、酢酸、アセトン、２−ブタノン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アセトニトリル、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を用いることができる。また、互いに混和する溶媒であれば、これらのうちから選択された２種以上の混合物を用いてもよい。反応は、０℃以上１００℃以下で行うことが望ましい。
【００３５】
そして、一般式（Ｉ）で表される重合体又は共重合体を磁性微粒子１に共有結合により固定化させる反応においては、一般式（Ｉ）中のＸ又はＹと、磁性微粒子１に予め反応させる一般式（ＩＩ）で表されるＸ´とを反応させればよい。
【００３６】
例えば、容易に反応を進行させるためには、一般式（Ｉ）中のＸ又はＹがカルボキシル基の場合は、一般式（ＩＩ）中のＸ´は水酸基又はアミノ基であることが好ましい。また、一般式（Ｉ）中のＸ又はＹが水酸基又はアミノ基の場合は、一般式（ＩＩ）中のＸ´はカルボキシル基であることが好ましい。この場合、特に、一般式（Ｉ）中のＸ若しくはＹ又は一般式（ＩＩ）中のＸがカルボキシル基であれば、コハク酸イミド基、ｐ−ニトロフェニルエステル基等へ変化すると、反応が極めて容易に進行する。また、このような変化が生じない場合でも、縮合剤を用いることにより、反応を促進することができる。縮合剤としては、例えば、ジシクロヘキシルカルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミド、Ｎ−エチル−Ｎ´−３−ジメチルアミノプロピルカルボジイミド、ベンゾトリアゾール−１−イル−トリス（ジメチルアミノ）ホスホニウムヘキサフルオロリン化物、ジフェニルホスホリルアジドを挙げることができる。これらの縮合剤は、単独で用いることもでき、また、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド又は１−ヒドロキシベンゾトリアゾール等と組み合わせて用いることもできる。
【００３７】
また、一般式（Ｉ）で表されるアクリルアミド誘導体を含む重合体又は共重合体を磁性微粒子１に共有結合により固定化させる反応は、反応に関与しない溶媒中で行うことが好ましい。このような溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、酢酸、アセトン、２−ブタノン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アセトニトリル、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を挙げることができる。また、互いに混和する溶媒であれば、これらのうちから選択された２種以上の混合物を用いてもよい。反応は、０℃以上１００℃以下で行うことが望ましい。
【００３８】
一般式（Ｉ）で表されるアクリルアミド誘導体を含む重合体又は共重合体を磁性微粒子１に共有結合により固定化させる反応を円滑に進行させるためには、塩基性条件で行うことが好ましく、このような塩基性条件を作り出すためには、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、ピリジン、Ｎ，Ｎ−ジメチルピリジン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン等を用いることが好ましい。
【００３９】
そして、温度応答性高分子層２を構成する温度応答性高分子に抗ガン剤３を固定化するに当たっては、例えば、上述のようにして温度応答性高分子層２を磁性微粒子１の周囲に形成した後、これを抗ガン剤が溶解した水に分散させればよい。このような処理を行うことによって、温度応答性高分子の反応に関与しなかったカルボキシル基等と抗ガン剤分子とが互いに自発的にイオン結合する。この際、特に薬品を使用する必要はない。但し、抗ガン剤の水に対する溶解性が不十分な場合には、溶解助剤として水に混和する有機溶媒（例えば、メタノール、エタノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド又はアセトン等）を水に混合させることにより、抗ガン剤の溶解性を高めることができる。なお、有機溶媒の種類は上述のものに限定されることはなく、また、その割合は溶液の総量に対して５０体積％以下とすることが好ましい。
【００４０】
このような処理を行うことにより、上述の実施形態に係る複合微粒子を得ることができる。そして、この複合微粒子を用いてガンの治療を行う場合には、例えば、局所注射等により複合微粒子をガン細胞の近傍に局在させた後、例えばラジオ波により１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの交流磁場を付与する。この結果、磁性微粒子１が４３℃程度まで発熱してガン細胞近傍の局所温度が高温になるため、この温度を保てば温熱治療が行われる。また、局所的な高温に応答して温度応答性高分子が収縮することにより、温度応答性高分子の水和グラフト構造体とイオン結合をもって結合している抗ガン剤３が徐放されて遊離し、ガン細胞を攻撃し、化学治療が行われる。従って、温熱療法及び化学療法を同時に実現することが可能である。
【００４１】
なお、一般式（ＩＩ）で表される化合物と磁性微粒子１との反応は、Ｘ線光電子分光装置及び赤外分光測定装置を用いて確認することができる。また、一般式（ＩＩ）と反応させた磁性微粒子１と一般式（Ｉ）で表されるアクリルアミド誘導体を含む重合体又は共重合体との反応は透過型電子顕微鏡を用いて確認することができる。
【００４２】
また、本発明に係る複合微粒子は、例えばこれを有効成分として含有する温熱併用化学療法用の注射用薬剤等の温熱併用化学療法用薬剤に好適である。また、ガン細胞の位置特定装置を有する局所注射装置、交流磁場付与装置、マイクロ波ハイパーサーミア装置、短波ハイパーサーミア装置等の温熱併用化学療法用装置にも好適である。
【００４３】
なお、従来の温度応答性高分子では、官能基を増加させると温度応答の敏感さが低下するという問題点があったが、一般式（Ｉ）で表される温度応答性高分子には、このような問題点がない。そして、この温度応答性高分子と微粒子とを結合させた複合微粒子を用いることにより、有効な化学療法が可能となるのである。即ち、温度応答の敏感さを高く保ったまま、官能基を多くすることが可能であるため、必要量の抗体を投与すること可能となるのである。また、官能基として、種々のものを用いることができるという利点もある。例えば、カルボキシル基、１級アミノ基、２級アミノ基、３級アミノ基及び水酸基等を用いた場合にも、十分な効果を得ることができる。
【００４４】
また、微粒子として、磁性微粒子の他に、例えば金属微粒子又は活性炭の微粒子等を用いることも可能である。
【００４５】
以下、本発明者が実際に作製した試料について詳細に説明する。但し、本発明がこれらに限定されことはない。
【００４６】
（本発明の実施例１）
先ず、市販の０．５ｇの磁性微粒子（平均直径：１５０ｎｍ）を、１２．５ｍｌの酢酸及び１２．５ｍｌのエタノールの混合溶媒に分散させた後、３―アミノプロピルトリメチルメトキシシラン０．５ｍｌを添加し、室温で１８時間攪拌を続けた。その後、エタノールで徹底的に洗浄し、乾燥させた。
【００４７】
その一方で、温度応答性高分子を作製した。ここでは、１１．２５ｇの２−カルボキシイソプロピルアクリルアミド及び８．２４ｇのヒドロキシコハク酸イミドを、１２０ｍｌのジオキサン及び１００ｍｌの酢酸エチルの混合溶媒に溶解させた。この溶液に１６．２５ｇのジシクロヘキシルカルボジイミドを加え、０℃で一時間、その後、室温で１５時間反応させた。得られた結晶をイソプロパノールに溶解させ、４℃で２４時間放置した。その後、析出してきた結晶を濾別し、残渣をエバポレータで濃縮後、乾燥して２−カルボキシイソプロピルアクリルアミドコハク酸イミドエステルを得た。
【００４８】
次に、上述のようにして得られた２−カルボキシイソプロピルアクリルアミドコハク酸イミドエステル、イソプロピルアクリルアミド、開始剤としてのアゾビスイソブチロニトリル、溶媒としてのジメチルホルムアミドを夫々下記表１に記載の量だけガラス製重合管に入れ、脱気した。その後、７０℃で３．５時間重合反応を行った。反応終了後、ジエチルエーテルに沈殿させ、ポリマーを回収した。さらに、このポリマーをテトラヒドロフランに溶解させ、再びジエチルエーテルに注いでポリマーを回収し、減圧乾燥した。このようにして、温度応答性高分子を作製した。
【００４９】
【表１】
Figure 0005194251
【００５０】
続いて、上述の処理を行った０．２ｇの磁性微粒子と０．２ｇの温度応答性高分子Ｎｏ．１及び２とをトリエチルアミンを４０μｌ含むリン酸緩衝液２ｍｌに分散、溶解させた。次いで、１５℃で２４時間攪拌した後、大量の冷水で洗浄して、２種類の温度応答性高分子固定化磁性微粒子を調製した。
【００５１】
そして、これらの２種類の温度応答性高分子固定化磁性微粒子を、コロジオン膜を張った同グリッドに載せ透過型電子顕微鏡で観察した。これらの観察像を図１及び図２に示す。図２は、温度応答性高分子Ｎｏ．１を用いた温度応答性高分子固定化磁性微粒子の像を示すＴＥＭ写真であり、図３は、温度応答性高分子Ｎｏ．２を用いた温度応答性高分子固定化磁性微粒子の像を示すＴＥＭ写真である。図２及び図３に示すように、磁性微粒子の周りに、温度応答性高分子が固定化され、温度応答性高分子層が形成されていることが確認された。従って、これらの温度応答性高分子固定化磁性微粒子には、容易に抗ガン剤等の化合物を固定化することができる。
【００５２】
（比較例１）
未処理の市販の磁性微粒子（平均直径：１５０ｎｍ）を、コロジオン膜を張った同グリッドに載せ透過型電子顕微鏡で観察した。この観察像を図４に示す。図４に示すように、磁性微粒子の表面には何も観察されなかった。
【００５３】
（参考例１）
磁性微粒子と３‐アミノプロピルトリメチルメトキシシランとを反応させる際には、次のような処理を行ってもよい。つまり、先ず、市販の磁性微粒子（平均直径：１５０ｎｍ）０．５ｇを、下記表２に記載の溶媒に分散させる。次に、０．５ｍｌの３―アミノプロピルトリメチルメトキシシランを添加し、室温又は８０℃で１８時間攪拌を続け、その後、エタノールで徹底的に洗浄し、乾燥させる。
【００５４】
【表２】
Figure 0005194251
【００５５】
また、下記のように、磁性微粒子のガラス化処理を行った後に、３‐アミノプロピルトリメチルメトキシシランと反応させてもよい。つまり、市販の０．２ｇの磁性微粒子（平均直径：１５０ｎｍ）を、下記表３に記載の過酸化水素及び珪酸ナトリウムを含む水溶液に分散させる。次に、８０℃で８時間攪拌を行った後、大量の蒸留水及びエタノールで洗浄、減圧乾燥させる。
【００５６】
【表３】
Figure 0005194251
【００５７】
次いで、このようなガラス化処理を行った磁性微粒子を５０ｍｇだけ秤取り、下記表４に記載の溶媒に分散させた後、３―アミノプロピルトリメチルメトキシシラン０．１ｍｌを添加し、室温で１８時間攪拌を続ける。その後、エタノールで徹底的に洗浄し、乾燥させる。
【００５８】
【表４】
Figure 0005194251
【００５９】
（本発明の実施例２）
本実施例では、先ず、シランカップリング処理による微粒子の表面へのアミノ基の導入を行った。この導入では、先ず、２ｇのマグネタイト微粒子１１を４００ｍｌの溶媒中に分散させ、３０分間の超音波処理を行った。溶媒としては、体積比が１：１の酢酸及びエタノールの混合液を用いた。次に、図５に示すように、この溶媒中にシランカップリング剤として、１０ｍｌの３−アミノプロピルトリメトキシシランを加え、室温で２４時間、反応させた。その後、蒸留水で５回洗浄した。続いて、エタノールで置換した。そして、２４時間の減圧乾燥を行った後、微粒子を回収した。なお、図５では、マグネタイト微粒子１１に水酸基が付されているが、この水酸基は水酸化鉄の一部である。
【００６０】
ここで、Ｘ線光電子分析（ＸＰＳ）により、シランカップリング剤の導入の評価を行った。この評価では、上記シランカップリング処理（図６Ａ）の前後において、Ｎの１ｓ軌道及びＳｉの２ｐ軌道の分析を行った。この結果、図６Ｂに示すように、シランカップリング処理の後で、Ｎの１ｓ軌道に新たなピークが観測された。このピークは、シランカップリング剤のアミノ基に由来するものである。また、図６Ｃに示すように、Ｓｉの２ｐ軌道のピークが反応の前後でシフトしたことが観測された。これは、微粒子の表面上の水酸基（−ＯＨ）とシランカップリング剤の−Ｓｉとの間に化学的な結合が形成されたためであると考えられる。従って、上記の方法によってマグネタイト微粒子の表面にシランカップリング剤が導入されたということができる。
【００６１】
次に、回収された微粒子へのポリマー（温度応答性高分子）の固定化を行った。この固定化では、先ず、０．２ｇの微粒子をポリマー溶液中に分散させ、氷中で３０分間の超音波処理を行った。ポリマー溶液は、５ｍｌの水に０．５ｇのポリマーを溶解させたものである。ポリマーは、次のようにして作製した。即ち、３０．５４ｇのイソプロピルアクリルアミド、０．５３９ｇの２−カルボキシルイソプロピルアクリルアミド及び０．０３３ｇのアゾビスイソブチロニトリルを１０ｍｌのジメチルホルムアミドに溶解させ、ガラス製重合管に入れ、脱気した。そして、６０℃で２４時間の重合反応を行った。反応の終了後、反応液を分面分子量が３５００の透析チューブに入れ、４℃に保ちながら水に対して５日間の透析を行うことにより、精製した。
【００６２】
上述の超音波処理の次には、縮合剤として約４４．６７ｍｇの水溶性カルボジイミド（ＷＳＣ）をポリマー溶液に加えた。なお、約４４．６７ｍｇの水溶性カルボジイミドは、ポリマーのカルボキシル基含有量に対しての０．５倍等量に相当する。次いで、氷中で１時間の超音波処理を行った。その後、２４時間、４℃で放置した。この結果、図７に示すように、温度応答性高分子層１２が形成された。この温度応答性高分子層１２は、Ｓｉを介してマグネタイト微粒子１１に化学固定されている。続いて、冷水で洗浄を５回以上行い、残存するポリマーを除去した。次に、十分に洗浄を行った後、エタノールで置換した。そして、減圧乾燥を行った後、複合微粒子を回収した。なお、洗浄に際して、３０００ｒｐｍの回転速度で３０分間の遠心分離を行うと効果的である。
【００６３】
ここで、複合微粒子のＴＥＭ観察を行った。このＴＥＭ観察では、ポリマー固定化ポリマー固定化後の複合微粒子を水中に分散させ、ＴＥＭを用いた形態観察を行った。また、参考のために、ポリマー固定前の微粒子の観察も行った。これらの結果、図８Ａに示すように、ポリマー固定前の微粒子のＴＥＭ写真には、黒色のマグネタイト微粒子のみが観察されたが、図８Ｂ及び図８Ｃに示すように、ポリマー固定後の複合微粒子のＴＥＭ写真には、黒色の微粒子の周囲に存在する灰色の層が観察された。この灰色の層の厚さは、１０ｎｍ〜２０ｎｍであった。この層は、マグネタイト微粒子１１の表面に固定化されたポリマー由来のものであると考えられる。
【００６４】
また、Ｘ線光電子分析（ＸＰＳ）により、ポリマー固定化の評価を行った。この評価では、上記ポリマー固定化（図９Ａ）の前後において、Ｎの１ｓ軌道の分析を行った。なお、Ｎには、図９Ａに示すように、シランカップリング剤由来のものとポリマー由来のものとが存在する。しかし、シランカップリング剤由来のＮはポリマー由来のＮと比較して極めて微量であるため、出現するピークはポリマー由来のＮに基づくものであると判断できる。この分析の結果、図９Ｂに示すように、ポリマー固定化後の複合微粒子において、Ｎの１ｓ軌道に明らかなピークが観測された。このピークは、ポリマー由来のアミド結合の存在を起因とする。このことからも、複合微粒子の表面にポリマーが固定化されているといえる。
【００６５】
更に、ポリマー固定化と分散安定性との関係についての評価を行った。この評価では、ＤＬＳ（ＤＬＳ：Dynamic Light Scattering）測定により微粒子の凝集挙動を観察した。先ず、０．１ｍｇ／ｍｌ以下の濃度で水中にポリマー固定化後の複合微粒子を分散させ、３０分間の超音波処理を行った。次に、３分間の超音波処理を行い、粒径の測定を開始した。そして、時間経過に伴う平均粒径の変化を観察した。このときの温度は、ポリマーの下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ：Lower Critical Solution Temperature）以下である２０℃とした。下限臨界溶液温度（ＬＣＳＴ）は相転移温度と捉えることも可能である。また、参考のために、ポリマー固定化を行う前のシランカップリング処理後の微粒子についても、同様の観察を行った。この結果、図１０に示すように、シランカップリング処理のみの微粒子（●）では、時間経過に伴う明らかな粒径の増加が観測された。これは、シランカップリング剤の固定化に伴う分散性の向上以上に、マグネタイトの磁気的な相互作用及び粒子間凝集作用による影響が強いために、粒子の凝集が進んだためであると考えられる。これに対し、ポリマー固定化後の複合微粒子（■）では、時間経過に伴う粒径の増加は観測されなかった。これは、固定化されたポリマーの水和により、粒子間で起こる凝集作用以上に分散性が向上したためであると考えられる。
【００６６】
また、ポリマーの溶媒親和性に伴う分散性の評価を行った。先ず、溶媒中に、複合微粒子を１ｍｇ／ｍｌの濃度で加えた。そして、３分間の超音波処理を行い、室温で放置した後に観察した。溶媒としては、ポリマーの溶媒親和性が相違するヘキサン、アセトン及び水を用いた。この結果、図１１に示すように、ポリマーの親和性が高い溶媒ほど、分散性が高いという傾向が観測された。なお、図１１中の右上の化学式は、評価の際のポリマーの厳密な構造を示している。つまり、この評価の際には、カルボキシル基のＨがＮに置換されていたのである。この結果、複合微粒子は水に極めて分散しやすかったが、ヘキサン中では全く分散しなかった。また、複合微粒子はアセトンでもほとんど分散しなかった。なお、カルボキシル基のＨが置換されていない場合には、ポリマーがアセトンに溶けやすいため、異なる結果が得られるはずである。
【００６７】
このことからも、複合微粒子の表面にポリマーが固定化されているといえる。更に、複合微粒子においては、ポリマーの溶媒親和性が当該複合微粒子の分散性に大きく寄与しているといえる。
【００６８】
更に、ポリマー固定化後の複合微粒子の相転移挙動の観察を行った。ここでは、温度変化と複合微粒子の凝集挙動との関係を観察した。この観察でも、ポリマー固定化に伴う分散安定性の評価と同様に、ＤＬＳ測定により微粒子の凝集挙動を観察した。先ず、０．１ｍｇ／ｍｌ以下の濃度で溶媒中にポリマー固定化後の複合微粒子を分散させ、３０分間の超音波処理を行った。溶媒としては、１００ｍＭのＮａＣｌ水溶液を用いた。ポリマーのみの１００ｍＭのＮａＣｌ水溶液中におけるＬＣＳＴは約２８℃である。次に、３０分間、測定温度（２０℃、３０℃、４０℃）に放置した。次いで、３分間の超音波処理を行い、粒径の測定を開始した。そして、時間経過に伴う平均粒径の変化を観察した。この結果、図１２に示すように、ポリマーのＬＣＳＴ（相転移温度）の前後で粒子の分散安定性に明らかな違いが現れた。これは、複合微粒子の表面に固定化されていたポリマーに相転移が生じて疎水化したために、複合微粒子間の凝集力が促進されたためであると考えられる。
【００６９】
なお、純水中においても、ポリマーの相転移温度が変化するため、温度は異なるが、同様の挙動が観察された。但し、平均粒径の変化は、１００ｍＭのＮａＣｌ水溶液を用いた場合の方が顕著であった。
【００７０】
また、オクタデシル基（ＯＤＳ）を有する疎水性シリカ微粒子を用いた吸着実験による複合微粒子の表面の疎水化の観察を行った。この観察では、疎水性のシランカップリング剤で処理したシリカ微粒子（ＯＤＳ）をつめたＯＤＳカラムを用いて、ポリマーが固定された複合微粒子の表面が疎水化しているか確認した。先ず、０．１ｍｇ／ｍｌ程度の濃度で複合微粒子を分散させた溶液を２種類調整し、夫々５５℃、２０℃に３０分間放置した。５５℃は明らかにポリマーの相転移温度（ＬＣＳＴ）以上であり、２０℃は、明らかに相転移温度以下である。この放置により、溶液の温度を安定させた。また、溶液の通流前には、測定温度である５５℃、２０℃の水をカラム１３に流すことにより、カラム１３内の温度もほぼ測定温度となるように調整した。このような条件でカラム１３に溶液（複合微粒子の分散液）を通流したところ、図１３に示すように、２０℃（ＬＣＳＴ以下）では、カラムを複合微粒子が通過したが、５５℃（ＬＣＳＴ以上）では、カラム中に複合微粒子がトラップされて、複合微粒子がほとんど流れてこなかった。複合微粒子がほとんど流れてこなかったのは、複合微粒子の表面の疎水化に伴う疎水性相互作用のためであると考えられる。また、複合微粒子がトラップされたカラムに２０℃の水を流したところ、トラップされた複合微粒子が流れ出てきた。これは、複合微粒子の温度がＬＣＳＴ以下となったために、再び複合微粒子の表面が親水性を帯びたためであると考えられる。
【００７１】
更に、ＲＦ波を用いた複合微粒子の自己発熱による相転移挙動の観察を行った。ここでは、交流磁場の照射に伴う複合微粒子の自己発熱（ヒステリシス損由来）により、マグネタイト微粒子の表面に固定化されたポリマーの相転移が可能であるかの確認を行った。この観察では、測定温度を２０℃として、上記吸着実験と同様の方法で溶液を作製した。交流磁場の条件については、周波数を３００ｋＨｚ、出力を１ｋＷ、コイルの巻き数を１２巻きとした。そして、コイル中にＯＤＳカラムを挿入し、このＯＤＳカラム中に溶液を通流した。このとき、コイル中に２０℃の水を循環させることにより、コイル自体の発熱による温度上昇を抑制した。この結果、図１４に示すように、ＲＦ波を照射しなかったときには、溶液１４中の複合微粒子がカラムを通過したが、交流磁場を照射したときには、カラム中に複合微粒子がトラップされた。カラム中に複合微粒子がトラップされたのは、複合微粒子の表面が疎水化しているためであると考えられる。つまり、ＲＦ照射による複合微粒子の自己発熱により、複合微粒子の表面に固定化されているポリマーの相転移を生じさせることが可能であるといえる。また、カラムにトラップされていた複合微粒子は、水を通流することでカラム内から分離することができた。
【００７２】
また、複合微粒子への抗癌剤の固定化及びその確認を行った。ここでは、温度応答性高分子層１２を構成するポリマーのカルボキシル基へ静電的なドキソルビシンの固定化を行った。先ず、冷水中に複合微粒子を０．５ｍｇ／ｍｌの濃度で分散させた。次に、１０分間の超音波処理を行った。次いで、ドキソルビシンを０．０５ｍｇ／ｍｌの濃度で溶解させた。その後、１０分間の超音波処理を行い、４℃で３時間、反応させた。続いて、１２，０００ｒｐｍの回転速度で１５分間の遠心分離を行い、上澄み液を採取した。そして、ドキソルビシンの紫外線吸収光度（吸収スペクトル）の測定を行った。試料としては、ドキソルビシンのみ（試料Ａ）、ドキソルビシンと０．５倍等量のＷＳＣが添加された複合微粒子との混合物（試料Ｂ）、ドキソルビシンと１．０倍等量のＷＳＣが添加された複合微粒子との混合物（試料Ｃ）、ドキソルビシンと１．５倍等量のＷＳＣが添加された複合微粒子との混合物（試料Ｄ）、及びドキソルビシンと未処理のマグネタイト微粒子との混合物（試料Ｅ）を用いた。
【００７３】
この結果、図１５に示すように、ドキソルビシンと未処理のマグネタイト微粒子との混合物（試料Ｅ）では、ドキソルビシンのみ（試料Ａ）の吸収スペクトルと相違がなく、マグネタイト微粒子へのドキソルビシンの固定化は確認されなかった。これに対して、ドキソルビシンと複合微粒子との混合物（試料Ｂ〜試料Ｄ）では、吸収スペクトルがした。これは、複合微粒子にドキソルビシンが固定化されたために、溶液中への残存量が減少したためであると考えられる。また、ＷＳＣの添加量が１．０倍等量又は１．５倍等量の試料（試料Ｃ及び試料Ｄ）とＷＳＣの添加量が０．５倍等量（試料Ｂ）とを比較すると、試料Ｂにおいて、より顕著に吸収スペクトルが減少した。これは、試料Ｃ及び試料Ｄでは、ポリマーとマグネタイト微粒子の表面との縮合反応が促進されているのに対し、試料Ｂでは、よりポリマー中に残存しているカルボキシル基含量が多いためであると考えられる。このことより、ポリマー中のカルボキシル基とドキソルビシンとが静電的に反応しているといえる。更に、マグネタイト微粒子の表面へのポリマーの固定化が、縮合反応による化学的な結合に基づいて行われているといえる。また、複合微粒子の濃度を高くすることで、より多くのドキソルビシンが固定化できるといえる。
【００７４】
更に、温度変化に伴う粒子表面上に固定化されたドキソルビシンの放出実験を行った。この実験では、複合微粒子の表面に静電的に固定化されたドキソルビシンがポリマーの相転移に伴い放出される挙動を観察した。ここでは、上記試料Ｅを用いた。この試料Ｅを４℃に１時間放置した後、４℃で遠心分離を行った。次に、上澄み液を採取した。そして、ドキソルビシンの紫外線吸収光度（吸収スペクトル）の測定を行った。
【００７５】
この結果、図１６に示すように、ドキソルビシンの吸収スペクトルが減少した。また、ドキソルビシンの固定化を確認した後、溶液の温度を５０℃に上げたところ、吸収スペクトルが、固定化による減少の約４割程度増加した。このことから、静電的に固定化されたドキソルビシンがポリマーの相転移に伴い放出される可能性があるといえる。
【００７６】
なお、特許文献１には、刺激応答性ポリマーを磁性微粒子に固定化することが記載されているが、その用途として記載されている事項は、刺激応答性材料の性質により１μｍ以下の粒径の磁性微粒子を容易に回収することであり、本願発明のように、磁性微粒子の発熱に伴って抗ガン剤等の化合物を放出させることについての記載及び示唆はない。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上詳述したように、本発明によれば、温度応答性高分子の温度変化に対する高い敏感度を得ながら、多くの官能基を導入することができる。このため、有効な化学療法に好適である。
【００７８】
また、微粒子として交流磁場において発熱する磁性微粒子を用いた場合には、交流磁場の印加による磁性微粒子の発熱に伴い、水和グラフト構造体から機能性物質が放出されるので、所望の位置に機能性物質を送り届けることができる。従って、例えば、機能性物質として抗ガン剤を用いた場合には、抗ガン剤をガン細胞に向けて放出することができると共に、磁性微粒子の発熱による温熱治療が可能である。

Claims (8)

  1. 交流磁場において発熱する磁性微粒子と、
    前記磁性微粒子の表面に結合し、温度応答性高分子と水とで構成される水和グラフト構造体と、
    前記水和グラフト構造体にイオン結合した機能性物質と、
    を有し、
    前記温度応答性高分子の一般式は、
    Figure 0005194251
     で表され、
    前記一般式中のＲ1が水素原子であり、Ｒ2が炭素数が１のメチレン基であり、Ｒ3が炭素数が１のメチレン基であり、Ｘが水素原子であり、Ｙがカルボキシル基であり、
    前記機能性物質がドキソルビシンであることを特徴とする複合微粒子。
  2. 前記微粒子の表面にシランカップリング剤が結合され、
    前記水和グラフト構造体は前記シランカップリング剤を介して前記微粒子の表面に結合されていることを特徴とする請求項１に記載の複合微粒子。
  3. 前記シランカップリング剤の一般式は、
    Figure 0005194251
     で表されることを特徴とする請求項２に記載の複合微粒子。
    （但し、Ｒ5は、炭素数１〜６の直鎖又は分岐したアルキル基を表し、Ｘ´は、アミノ基、アルキル置換アミノ基、カルボキシル基又は−ＣＯＯＲ6（Ｒ6は、炭素数１〜６の直鎖若しくは分岐したアルキル基、フェニル基、置換フェニル基、ベンジル基又は置換ベンジル基を表す。）、水酸基又はハロゲン原子を表し、Ｙ´は、ハロゲン原子又はアルコキシ基を表す。）
  4. 交流磁場において発熱する磁性微粒子と、
    前記磁性微粒子の表面に結合し、温度応答性高分子と水とで構成される水和グラフト構造体と、
    前記水和グラフト構造体にイオン結合した機能性物質と、
    を有し、
    前記温度応答性高分子の一般式は、
    Figure 0005194251
     で表され、
    前記機能性物質は抗ガン剤であることを特徴とする複合微粒子。
    （但し、Ｒ1は、水素原子又は炭素数１〜４の直鎖若しくは分岐したアルキル基を表し、
    Ｒ2は、炭素数１〜４の直鎖又は分岐したアルキル基を表し、
    Ｒ3は、炭素数１〜６のアルキレン基を表し、
    Ｘは、水素原子、アミノ基、水酸基、ハロゲン原子、カルボキシル基又は−ＣＯＯＲ4（Ｒ4は、炭素数１〜６の直鎖若しくは分岐したアルキル基、フェニル基、置換フェニル基、ベンジル基又は置換ベンジル基を表す。）を表し、
    Ｙは、アミノ基、水酸基、ハロゲン原子、カルボキシル基又は−ＣＯＯＲ4（Ｒ4は、炭素数１〜６の直鎖若しくは分岐したアルキル基、フェニル基、置換フェニル基、ベンジル基又は置換ベンジル基を表す。）を表す。）
  5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複合微粒子の製造方法であって、
    磁性微粒子の表面に、シランカップリング試薬を用いて官能基を導入する工程と、
    前記磁性微粒子の表面に、前記官能基を介して共有結合をもって温度応答性高分子と水とで構成される水和グラフト構造体を結合させる工程と、
    前記水和グラフト構造体と抗ガン剤とをイオン結合をもって結合させる工程と、
    を有することを特徴とする複合微粒子の製造方法。
  6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複合微粒子を有効成分として含有することを特徴とする薬剤。
  7. ガンに対する温熱併用化学療法の実施に用いられることを特徴とする請求項６に記載の薬剤。
  8. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複合微粒子；及びガン細胞の位置を特定する位置特定手段を備えた局所注射手段と、前記局所注射装置により局在させられた前記複合微粒子に対し、１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの交流磁場を印加する交流磁場印加手段と、を有することを特徴とする温熱併用化学療法用装置を含む、温熱併用化学療法のためのキット。
JP2006532590A 2004-08-25 2005-08-25 複合微粒子及びその製造方法 Active JP5194251B2 (ja)

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