JP5267121B2 - 生体吸収性材料製造用材料、生体吸収性材料およびそれらの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は生体吸収性材料製造用材料、生体吸収性材料およびそれらの製造方法に関する。

再生医療の分野において細胞のスキャホールドの材料として、生体吸収性重合体例えばラクチドまたはラクチドとカプロラクトンを重合した重合体で構成された生体吸収性材料を用いることは公知の事実である。また、生体吸収性重合体を重合により製造する際に触媒として触媒活性に優れるスズ化合物例えばオクチル酸スズが多く用いられる。ただ前記スズ化合物は生体に対する毒性の問題がある。この問題を解決するために前記スズ化合物に比較して生体に対する毒性の低い金属亜鉛を用いること、および生体吸収性重合体であるラクチドまたはカプロラクトンの重合触媒として粉末状の金属亜鉛を用いることが提案されている（非特許文献１および２）。
Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ４６，１７７（１９９８） Ｊ Ｂｉｏｍｅｄ Ｍａｔｅｒ Ｒｅｓ ６９Ａ，４１７（２００４）

生体吸収性材料、例えばラクチドまたはラクチドとカプロラクトンを重合触媒として粉末状の金属亜鉛を用いて重合した生体吸収性重合体で構成される生体吸収性材料は重合触媒として粉末状のものを使用するために生体吸収性重合体中に金属亜鉛触媒が混入する。この生体吸収性重合体中に混入した金属亜鉛触媒を生体吸収性重合体から取り除くことは著しく困難である。すなわち生体吸収性重合体から金属亜鉛触媒を除去することは困難で、また使用した金属亜鉛触媒の再利用は非常に手間が掛かった。さらに粉末状の金属亜鉛触媒はその再利用が困難であるだけではなく、その触媒活性が低いという問題もあった。
本発明は前記技術課題を解決した生体吸収性材料製造用材料、生体吸収性材料およびその製造方法を提供することにある。

本発明の第１は立体形状の金属亜鉛触媒を重合触媒として使用して重合により製造された生体吸収性材料製造用材料、およびその製造方法を提供することにより前記技術課題を解決することができた。
前記立体形状の金属亜鉛触媒としては、粉末形状および粒状物以外の立体形状を有し、かつ以下のような特性を有するものをいう。
（１）生成した生体吸収性重合体から物理的な力たとえば引き剥し、あるいは切り取り手段等により生体吸収性重合体から分離可能な形状であること、
（２）分離した立体形状の金属亜鉛触媒部分に付着した生体吸収性重合体を洗浄により簡単に除去可能で触媒として簡単に再利用可能であること、
（３）反応系全体に広く存在することができ、重合中における反応系の攪拌を阻害しないようなもの。
前記のような特性を満足する立体形状としては、線状物例えばワイヤー状、棒状、板状、ボール状、網状、メッシュ状等が挙げられるが、特に線状物であるワイヤー状、棒状あるいは板状が好ましい。また、反応系に存在させる前記立体形状の金属亜鉛触媒の大きさは、例えばその表面積が金属亜鉛触媒を粉末状で使用する際の該金属亜鉛触媒の合計表面積と同程度となるようにすることが挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。

前記公知の金属亜鉛粉末触媒を使用した重合による生体吸収性重合体は、該重合体から金属亜鉛粉末を除去する精製手段が必要である。この精製手段としては例えば得られた生体吸収性重合体を溶媒例えばジクロロメタンに溶解し、この溶液から濾過により金属亜鉛粉末触媒を除去後、エタノールに再沈殿するという手段が挙げられる。しかし、このような精製手段は非常な手間がかかる。これに対して本発明の生体吸収性材料は生体吸収性材料製造用材料から前記立体形状の金属亜鉛触媒部分を物理的な力たとえば引き剥がし、あるいは切取り除去するだけで非常に少量の金属亜鉛触媒含有量、例えば１００ｐｐｍ以下、さらには６０ｐｐｍ以下、例えば２０〜６０ｐｐｍの含有量とすることが可能である。したがって、本発明の生体吸収性材料は前記のような精製手段を行わなくてもそのまま生体吸収性材料として使用可能である。例えば前記生体吸収性材料製造用材料から立体形状の金属亜鉛触部分を除去した後の重合体は金属亜鉛触媒を除去するためのなんらの精製を行うことなくチップ化し、このチップを所望の形状例えば膜状に成形することにより使用することができる。

本発明の第２は前記の立体形状の金属亜鉛触媒を使用する代わりに、あるいは該立体形状の金属亜鉛触媒とともに反応器としてその内壁面の少なくとも一部が金属亜鉛で形成された反応器を使用することによって前記技術課題を解決した生体吸収性材料を提供することができた。
前記反応器は反応器自体を金属亜鉛で形成してもよいし、あるいは反応器自体は金属亜鉛以外の金属で形成して、その内表面の少なくとも一部が金属亜鉛層で形成されたものであってもよい。この金属亜鉛層の形成手段としては例えばメッキ手段が挙げられる。この金属亜鉛で形成された反応器を使用することによって得られた生体吸収性重合体もなんらの精製を行うことなく、そのまま生体吸収性材料として用いることができる。

本発明の生体吸収性材料を構成する生体吸収性重合体の種類およびその重合方法は特に制限されず、従来公知のものが使用できるが、代表的にはラクチドまたはラクチドとカプロラクトンの重合体が挙げられる。前記ラクチドとカプロラクトンの重合体は出発原料としてラクチドとカプロラクトンとを開環重合により共重合させてもよいし、乳酸からラクチド（乳酸の環状二量体）をいったん合成して、これをカプロラクトンと共重合させてもよい。前記ラクチドとしてはＬ−ラクチド、Ｄ−ラクチドおよびそれらの混合物（Ｄ，Ｌ−ラクチド）が使用でき、また乳酸としては、Ｌ一乳酸、Ｄ一乳酸、それらの混合物（Ｄ，Ｌ−乳酸）が使用できる。また、ラクトンとしては例えば、ε−カプロラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン等があげられる。前記ラクチドまたはラクチドとカプロラクトンの重合体は、ラクチド、カプロラクトン以外に他の生体吸収性重合体を構成する共重合成分を構成成分として含有するものであってもよく、このような共重合成分としてはグリコール酸、トリメチレンカーボネート、β−ヒドロキシ酪酸、タンパク質、糖類から誘導される共重合成分が挙げられる。さらに前記立体形状の金属亜鉛触媒によって得られる生体吸収性重合体としては、前記ラクチドまたはラクチドとカプロラクトンの重合体の他に例えばポリグリコール酸、グリコール酸−トリメチレンカーボネート共重合体、ポリ−β−ヒドロキシ酪酸等が挙げられる。

金属亜鉛製プレート１枚を使用して製造した重合体のｔｏｐ部とｂｏｔｔｏｍ部での残留亜鉛量を示す図である。 金属亜鉛製プレート２枚を使用して製造した重合体のｔｏｐ部とｂｏｔｔｏｍ部での残留亜鉛量を示す図である。 金属亜鉛製ワイヤー２本、金属亜鉛製プレート２枚および金属亜鉛製粉末を使用した場合の重合率を示す図である。 金属亜鉛製ワイヤー２本、金属亜鉛製プレート２枚および金属亜鉛製粉末を使用して製造した重合体の分子量（Ｍｗ）を示す図である。 金属亜鉛製ワイヤー２本、金属亜鉛製プレート２枚および金属亜鉛製粉末を使用して製造した重合体のＬＡ含有率（％）を示す図である。 金属亜鉛製プレート２枚および該プレートと同表面層の金属亜鉛製粉末を使用して製造した重合体の残留Ｚｎ量（ｗｔ．ｐｐｍ）を示す図である。 金属亜鉛製プレート２枚および該プレートと同表面層の金属亜鉛製粉末を使用して製造した重合体の分子量（Ｍｗ）を示す図である。 金属亜鉛製プレート２枚および該プレートと同表面層の金属亜鉛製粉末を使用して製造した重合体のＬＡ含有率（％）を示す図である。 金属亜鉛製プレート２枚および該プレートと同表面層の金属亜鉛製粉末を使用して製造した重合体の重合率（％）を示す図である。 金属亜鉛製ワイヤー１本と２本を使用して製造した重合体の残留Ｚｎ量（ｗｔ．ｐｐｍ）を示す図である。 金属亜鉛製プレート１枚と２枚を使用して製造した重合体の残留Ｚｎ量（ｗｔ．ｐｐｍ）を示す図である。 金属亜鉛製ワイヤー２本（３５０ｍｇ）、金属亜鉛製プレート１枚（１００ｍｇ）および２枚（２００ｍｇ）を使用して重合した場合の重合率（％）を示す図である。 実施例５の金属亜鉛製プレート２枚を使用してε−カプロラクトン（ＣＬ）の重合を行った場合の重合率を示す図である。 実施例５の金属亜鉛製プレート２枚を使用してε−カプロラクトン（ＣＬ）の重合を行った場合の重合体の分子量（Ｍｗ）を示す図である。 実施例６のトリメチレンカーボネート（ＴＭＣ）の重合を行った場合の重合率を示す図である。 実施例６のトリメチレンカーボネート（ＴＭＣ）の重合を行った場合の重合体の分子量（Ｍｗ）を示す図である。

実施例１
Ｌ−ラクチド（ＬＡ）５ｇと等モル量のε−カプロラクトンおよびモノマーに対して２００（ｍｏｌ．ｐｐｍ）となるラウリルアルコールを重合開始剤として直径１８ｍｍ、長さ１８０ｍｍのガラス製試験管形状の重合管に入れた。該重合管にあらかじめ塩酸処理により酸化皮膜を除去した直径１ｍｍ、長さ３０ｍｍの金属亜鉛製ワイヤー（純度９９％以上）１本（３．０×１０^−４ｃｍ^２）を重合触媒として加えた。重合管内の内容物を減圧下において１６時間、脱水した後、重合管を封緘した。重合は１４０℃のオイルバス中で２４時間、４８時間、７２時間、９６時間、１２０時間攪拌しながら行った。重合後、液体窒素に入れて重合管を破砕した後に重合体と破砕されたガラスを分離し、次に重合体を２ｍｍ角に裁断するとともに金属亜鉛ワイヤー部分を取り除いた。該取り除いた金属亜鉛ワイヤーをジクロロメタンで洗浄して触媒として再利用した。金属亜鉛ワイヤーを取り除いた固体の重合生成物は該重合体の約１０倍量（重量比）のエタノールで２回洗浄し、真空ポンプで少なくとも５日間真空乾燥させた。得られた重合体の重合率、重量平均分子量、ＬＡ含有率、および重合体中の残留亜鉛量を実施例として表１に示す。前記重合率は精製前のモノマーと精製後のポリマーの重量から求めた。また、分子量はＧＰＣにて求め、Ｌ−ラクチドとε−カプロラクトンの含有率は^１Ｈ−ＮＭＲで測定した。

比較例１
前記実施例１において触媒として金属亜鉛製ワイヤーの代わりに該金属亜鉛製ワイヤーの表面積と計算値上、同一表面積となる金属亜鉛粉末触媒（純度９９％以上）を使用すること、および得られた固体の重合生成物をジクロロメタンに溶解し、この溶液をろ過することにより金属亜鉛粉末触媒を除去した後に固体の重合生成物を回収した以外は同様に重合を行った。この重合によって得た固体の重合生成物の重合率、重量平均分子量、ＬＡ含有率、および重合体中の残留亜鉛量を比較例として表２に示す。

実施例２
前記実施例１で使用した直径１ｍｍ、長さ３０ｍｍの金属亜鉛製ワイヤーの２本を重合触媒として使用した。その結果を下表３に示す。

実施例３
前記実施例１で使用した直径１ｍｍ、長さ３０ｍｍの金属亜鉛製ワイヤー１本の代わりに幅５ｍｍ・長さ３０ｍｍ・厚さ０．３ｍｍの金属亜鉛プレート（表面積１．６×１０^−４ｃｍ^２）（純度９９％以上）１枚を重合触媒として使用した。その結果を下表４に示す。また、前記ｔｏｐ部とｂｏｔｔｏｍ部での残留亜鉛量の比較を行った結果を図１に示す。なお、金属亜鉛プレートを重合触媒として得られた重合物は、その下部に亜鉛プレートが沈降しているために重合物の上下中間部で上部と下部に分け前者をｔｏｐ部、また後者をｂｏｔｔｏｍ部と呼ぶ。

なお、前表において１５、２４時間では重合体が「塊」にならず、「ｔｏｐ」と「ｂｏｔｔｏｍ」に分離することができないので重合処理後、重合物をジクロロメタンにより再沈処理をして、ポリマーを析出させて、測定サンプルを得た。

実施例４
前記実施例１で使用した直径１ｍｍ、長さ３０ｍｍの金属亜鉛製ワイヤー１本の代わりに幅５ｍｍ・長さ３０ｍｍ・厚さ０．３ｍｍの金属亜鉛プレートの２枚（表面積３．２×１０^−４ｃｍ^２）を重合触媒として重合を行い生体吸収性重合体を製造した。その結果を下表５に示す。また、前記ｔｏｐ部とｂｏｔｔｏｍ部での残留亜鉛量の比較を行った結果を図２に示す。

実施例５
前記実施例１において重合用触媒として前記ワイヤー２本（３５０ｍｇ）、前記プレート１枚（１００ｍｇ）および２枚（２００ｍｇ）を使用して重合し、その重合率を図１２に示す。

前記実施例１〜５と比較例１の試験結果。
１． 前表１に示す実施例１と前表２に示す比較例１の実験結果より、金属亜鉛ワイヤー１本を重合触媒として使用した表１に示す生体吸収性重合体の方が前記金属亜鉛ワイヤー１本と同程度の表面積の金属亜鉛粉末を重合触媒として使用した比較例１の表２に示す生体吸収性重合体より重合率が大きく、重合触媒として活性が高い。また、触媒活性が高いだけでなく、金属亜鉛ワイヤーを使用して製造した表１に示す生体吸収性重合体は比較例１の金属亜鉛粉末を使用して製造した生体吸収性重合体のように精製処理を行わなくても該生体吸収性重合体中に残存する金属亜鉛量がそのまま生体吸収性材料として使用可能な程度に十分に低いものであった。
２．前表２に示す生体吸収性重合体がε−カプロラクトンはほとんど反応をしなかったのに対し、前表１に示す生体吸収性重合体では、ε−カプロラクトンの含有率が表２のものに比較して高くε−カプロラクトンの共重合量を大きくすることができる。したがってε−カプロラクトンを所望の共重合量で共重合したＬ−ラクチド（ＬＡ）とε−カプロラクトン共重合体を製造するに際して必要とするε−カプロラクトンの使用量を少なくすることができる。
３．同程度の表面積の金属亜鉛粉末、金属亜鉛ワイヤー２本、および金属亜鉛プレート２枚を使用した比較例１、実施例２、および実施例４の重合率を示す図３、およびＬＡ含有率を示す図５の記載から、前記１の場合と同様に金属亜鉛ワイヤーおよび金属亜鉛プレートの方が金属亜鉛粉末より活性が高く、またε−カプロラクトンの含有率（％）が高い。
４．金属亜鉛ワイヤー１本を使用する実施例１と金属亜鉛ワイヤー２本を使用する実施例２の生体吸収性重合体の残留Ｚｎ量を示す図１０の結果より、ワイヤー形状の場合、生体吸収性重合体中の残留Ｚｎ量はワイヤー形状の金属亜鉛総面積には影響されない。
５．金属亜鉛プレート１枚を使用する実施例３と金属亜鉛プレート２枚を使用する実施例４の生体吸収性重合体の残留Ｚｎ量を示す図１１の結果より、プレート形状の場合、生体吸収性重合体中の残留Ｚｎ量はプレート形状の金属亜鉛総面積には影響されない。
６．実施例５における重合率を示す１２の記載から、金属亜鉛プレートと金属亜鉛ワイヤーを重合用触媒として用いる場合、それらの重量は重合率に対して実質的に無影響である。
これらの結果より、生体吸収性重合体の重合工程において、その重合触媒は金属亜鉛粉末の触媒に比べて、金属亜鉛ワイヤーや金属亜鉛プレートのような金属亜鉛よりなる立体形状の触媒の方が、その触媒活性が高く、かつ立体形状の触媒を物理的に除去した重合体は触媒除去の工程を別途必要とせずその有用性が高いということがわかる。

実施例６
ε−カプロラクトン（ＣＬ）８ｍｌおよびε−カプロラクトンモノマーに対して２００（ｍｏｌ．ｐｐｍ）となるラウリルアルコール（トルエンで希釈）を重合開始剤として直径１８ｍｍ、長さ１８０ｍｍのガラス製試験管形状の重合管に入れた。該重合管にあらかじめ塩酸処理により酸化皮膜を除去した直径１５ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの金属亜鉛製プレート２枚を重合触媒として加え、重合反応時間１２、３２および４８時間で実施例１と同様に重合操作を行い、ポリε−カプロラクトン（ＰＣＬ）を製造した。また、比較のため前記重合触媒を使用することなく同様の重合操作を行った。これらの結果を下表６、図１３および１４に示す。

前表において−Ｚｎの試験結果は金属亜鉛製プレートを存在させなかった場合の結果、また＋Ｚｎの試験結果は金属亜鉛製プレートを存在させた場合の結果を示す。これら結果より前記ポリε−カプロラクトンの製造において前記金属亜鉛製プレートが触媒効果を奏することが分かる。

実施例７
ε−カプロラクトンの代わりにトリメチレンカーボネート（ＴＭＣ）７．５ｇ、また重合反応時間として２．５、１０．５および２０時間を採用した以外、前記実施例６と同様にしてトリメチレンカーボネート（ＴＭＣ）の重合を行った。また、実施例５の場合と同様に比較のため前記重合触媒を使用することなく同様の重合操作を行いポリトリメチレンカーボネート（ＰＴＭＣ）を製造した。これらの結果を下表７、図１５および１６に示す。これらの結果、−Ｚｎ（重合触媒を使用しない場合）での試験結果でも２０時間の反応時間においても重合体を得られる結果が得られた。しかしながら、＋Ｚｎ（重合触媒を使用した場合）の試験結果において、同じ２０時間の反応時間で１０^６オーダーの比較的高い分子量であるポリトリメチレンカーボネート（ＰＴＭＣ）の重合体が得られた。以上より、前記ポリトリメチレンカーボネート（ＰＴＭＣ）の製造において前記金属亜鉛製プレートが触媒効果を奏することが分かる。

前記実施例５で得たＰＣＬおよび実施例６で得たＰＴＭＣの残留亜鉛量を下表８および９に示す。

（１）本発明は生体吸収性製造用材料を重合により製造する際に触媒の形状を立体形状とすることにより、生体吸収性製造用材料中から金属亜鉛触媒の分離を物理的な力による手段例えば引き剥がし、あるいは切り取り手段によって可能であるので金属亜鉛触媒の分離を簡単に行うことができる。また該分離された触媒は生体吸収性重合体の溶媒で洗浄することにより再利用可能なものとすることができる。

（２）生体吸収性製造用材料から立体形状の金属亜鉛触媒を除去した後の生体吸収性材料は、特に精製処理を行わなくても金属亜鉛の含有量が少なく、かつ触媒として生体に対する毒性の強いスズ化合物例えばオクチル酸スズの代わりに金属亜鉛触媒を使用しているので、そのまま通常の成形手段、例えばチップ化しこれを膜状あるいはフィルム状等の所望の形状の生体吸収性材料として利用することができる。

（３）下記実施例で説明するように立体形状の金属亜鉛触媒は、公知の粉末状の金属亜鉛触媒に比較して触媒活性が高く、生体吸収性重合体の重合時間を短縮することが可能で、かつ生体吸収性重合体を構成する成分として反応活性の低いものも利用可能となる。

Claims (5)

1. 生体吸収性材料および該生体吸収性材料中に該生体吸収性材料を重合反応によって製造する際に使用した金属亜鉛で構成される金属亜鉛触媒を含有する生体吸収性材料製造用材料であって、前記金属亜鉛触媒がワイヤー状、棒状、板状、ボール状、網状、あるいはメッシュ状のものであることを特徴とする生体吸収性材料製造用材料。
2. 生体吸収性材料が、ラクチドまたはラクチドとカプロラクトンの重合体である請求項１に記載の生体吸収性材料製造用材料。
3. 生体吸収性材料を重合反応によって製造する際に、ワイヤー状、棒状、板状、ボール状、網状、あるいはメッシュ状の金属亜鉛で構成される金属亜鉛触媒を存在させることを特徴とする請求項１または２に記載の生体吸収性材料製造用材料の製造方法。
4. 生体吸収性材料および該生体吸収性材料中に該生体吸収性材料を重合反応によって製造する際に使用した金属亜鉛で構成されるワイヤー状、棒状、板状、ボール状、網状あるいはメッシュ状の金属亜鉛触媒を含有する生体吸収性材料製造用材料に物理的な力の付与、あるいは前記生体吸収性材料製造用材料からの金属亜鉛触媒の切り取りによって金属亜鉛触媒と生体吸収性材料を分離する方法。
5. 生体吸収性材料が、ラクチドまたはラクチドとカプロラクトンの重合体である請求項４記載の金属亜鉛触媒と生体吸収性材料を分離する方法。

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