JP5474954B2 - ポリ（１，４−ジオキサノン）の成形方法 - Google Patents

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Description

本発明は生体吸収性医療装置を製造するためのポリ（1,4-ジオキサノン）の新規成形方法だけでなく、成形された部品(part)及びこのような方法を使用して得られる医療装置に関する。
50年近くにわたって、経時に消失することを目的とする非永久材料をベースとする外科用移植体についての医療分野における関心のみが増大してきた。
これらの材料は一般に“生分解性”、“生侵食性(bioerodible)”、“生体吸収性(bioabsorbable)”又は“生体吸収性(bioresorbable)”と称される。この出願の範囲内で、本発明者らは“生体吸収性(bioresorbable)”又は“生分解性”という用語を優先的に使用するであろう。
生分解性移植体の場合、その材料の分解生成物の安全性の疑問は移植体又は医療装置を構成する材料の全てがそれにより変換され、かつ／又は代謝されるために患者の体中で放出されるという意味で生じられる。
生分解性ポリマー材料の中で、天然源の生物学的材料、例えば、コラーゲン又はセルロースと、合成ポリマーの間で一般に区別がなされる。しかしながら、今日の医療上の使用に適合する利用できる生分解性ポリマーの種類は依然として比較的に制限されたままであり、これがそれらからつくり得る医療装置の機械的性質の範囲を多少直接的に制限する。
過去二十年の間に、加水分解プロセスにより潜在的に生分解性である多数のポリマー構造が提案されていたが、それらのいずれもがそれらにとって医療装置の分野における使用に考えられるのに充分な開発の段階に達していない。
この状況において、2000年代の初期に、５種のポリマーが移植体における使用につき連邦薬物管理局(FDA)により主として認可された。これらの５種のポリマーはポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリジオキサノン、ポリカプロラクトン及びポリ酸無水物である。勿論、これらのホモポリマーを構成するモノマーの二つ以上の型を含むコポリマーがそれらと適合する安全度を有する。
ポリジオキサノン、特にポリ（1,4-ジオキサノン）は毒性分解生成物を生じないで加水分解により分解することが知られている。ポリジオキサノンは更にそれが加水分解プロセスのみにより生体内で分解し、換言すれば、ポリジオキサノンの分解速度論が酵素プロセスにより変更されない点で有利である。
しかしながら、ポリジオキサノンをベースとする医療装置についての適用は制限されたままである。何とならば、このポリマーが使用し難く、しかも成形された後に、並みの機械的性質を有する材料を生じると考えられる。
米国特許第4,490,326号は生体吸収性であり、かつ移植可能であり、しかも機械的性質（機械強度、靭性、可撓性、機能保全性）の満足な組み合わせを有する外科装置を製造するためのポリジオキサノン射出成形方法を提案している。この書類はポリジオキサノンの溶融温度（Mp=109-110℃）にできるだけ近い温度を有する溶融塊からのポリジオキサノンの射出成形を推奨している。こうして、米国特許第4,490,326号は110℃〜140℃、好ましくは110℃〜115℃の温度を有する、押出機中で既に溶融されたポリジオキサノンがせいぜい35℃に等しい温度に維持された金型(mould)に射出され、部品の完全又は部分硬化を得るのに充分な時間の期間にわたって加圧下に維持され、その後に金型から取り除かれることを記載している。
このような成形方法は、金型から取り除かれた場合に、機械的性質のかなり満足な組み合わせを有する成形部品が得られることを可能にすることは真実であるが、工業規模の適用をもくろむことができるためにはこれらの性質が時間の充分に長い期間にわたって、特に成形部品の貯蔵中に持続することがまた重要である。今、本件出願人は成形部品についての製造条件が不運にも経時維持されないこれらの機械的性質についての注目すべき影響を有することを観察した。約１ヶ月の周囲温度における貯蔵の期間の終了時に、成形部品が脆くしかも砕けやすくなった。それらの機械強度が不十分になり、こうして生体吸収性移植体としてのそれらの使用を妨げた。成形部品の機械的性質のこの非耐久性はポリジオキサノンをベースとする移植可能な医療装置の商業化に関してかなり不利であることが容易に理解されるであろう。
生体吸収性ポリマー材料をベースとする新規な移植可能な医療装置を完成することを目的とする彼の研究の範囲内で、本件出願人は、米国特許第4,490,326号の教示とは逆に、ポリジオキサノンをこの書類で推奨される温度より上の温度で成形することが満足な機械的性質を有するだけでなく、これらの性質を数ヶ月にわたって有利に保持する成形部品が得られることを可能にすることを予期せずに見い出した。
本件出願人は有利な機械的性質を比較的高い温度、即ち、約145℃〜165℃に加熱されたポリジオキサノンの溶融塊から得るために、ポリジオキサノンの良好な結晶度を得るために溶融塊をあまりにも迅速に冷却しないことが重要であることを更に注目した。
それ故、本発明の対象は下記の連続工程：
(a) ポリ（1,4-ジオキサノン）をこのポリマーの溶媒の不在下で145℃〜165℃の塊温度（mass temperature）に加熱する工程、
(b) 工程(a)で得られた溶融塊をポリ（1,4-ジオキサノン）の塊温度より80℃〜115℃低い温度である金型中で射出成形する工程、
(c) 金型をポリ（1,4-ジオキサノン）の塊の固化まで冷却する工程、及び
(d) こうして得られた部品を金型から取り除く工程
を含む、生体吸収性医療装置を製造するための生体吸収性ポリマーの成形方法である。
本発明において使用される“塊温度”という用語は溶融塊の中央で温度計を使用して測定されたポリジオキサノンの温度を意味する。この塊温度は加熱装置の設定温度より低く、またポリマーを溶融するのに使用されるるつぼの温度より低い。
異なる温度で行なわれたルーチン試験の範囲内で、本件出願人は工程(a)で塊温度を適切に選ぶことにより得られた成形ポリマー材料の機械的性質を改質することが可能であることを注目した。こうして、主張された範囲の上半分の温度はかなり硬質の成形ポリマー材料をもたらし、一方、この範囲の下半分の加熱温度がかなり可撓性の材料を生じる。
結果として、本発明の方法の一実施態様において、可撓性ポリ（1,4-ジオキサノン）材料を得る場合には、ポリ（1,4-ジオキサノン）が工程(a)で145℃〜155℃の塊温度に加熱される。
対照的に、その方法の別の実施態様において、比較的に一層硬質である材料を調製する場合には、ポリ（1,4-ジオキサノン）が工程(a)で155℃〜165℃の塊温度に加熱される。
一般に、最も好ましい成形材料は155℃に近い塊温度に加熱された溶融塊から調製されたものであり、換言すれば、工程(a)におけるポリ（1,4-ジオキサノン）の塊温度が好ましくは148℃〜162℃、特に152℃〜158℃、理想的には154℃〜156℃である。
ポリジオキサノンの可能な熱分解を防止するために、本発明の方法の加熱工程（工程(a)）が時間の比較的短い期間、好ましくは塊時間が高い程短い期間にわたって続くことが望ましい。一般に、成形前の温度上昇期及び温度維持期を含む、加熱工程(a)の全期間は60分より短く、好ましくは45分より短く、特に10〜30分である。
ポリジオキサノンは、例えば、電気加熱プレート上に置かれたるつぼ中で溶融し得る。ポリジオキサノンの溶融塊の高粘度を考慮して、この溶融工程は機械撹拌の不在下で行なわれることが好ましい。
本発明の方法に使用されるポリ（1,4-ジオキサノン）は比較的低い分子量（これは30℃の温度でヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)中の0.1質量％の溶液中で測定される、その固有粘度が1.1〜1.8dl/g、好ましくは1.2〜1.6dl/gであるような分子量である）を有することが好ましい。ポリマーのこの固有粘度範囲、ひいてはこの分子量が、得られた成形部品に与えられる良好な機械的性質及び本発明の成形方法の熱的応力及び動的応力と適合する挙動のために好ましい。
先に示されたように、ポリ（1,4-ジオキサノン）の溶融塊が射出される、金型の温度は、溶融ポリマーの塊温度よりも80℃〜115℃低い。射出されるポリマーと金型の間のこの温度差が得られる部品の良好な表面外観及び部品に満足な機械強度を与えるのに充分な結晶化を確実にする。本発明の方法の一つの好ましい実施態様において、工程(b)における金型の温度は工程(a)のポリ（1,4-ジオキサノン）の塊温度より85℃〜105℃低く、好ましくは90〜100℃低い。
溶融ポリマーは、例えば、溶融内容物を受け金型に射出することにより金型に導入し得る。この目的のために、るつぼの基材がるつぼの移動可能な基材の外表面上の油圧プレスのシリンダーにより加えられる圧力により生じられるピストン効果による溶融材料の射出を可能にするように移動可能であるようにつくられる。こうして、るつぼは、金型に固定された適当なロートと組み合わせて、溶融材料のための射出シリンジとして作用する。
金型に射出された後に、溶融塊を時間の或る期間にわたって射出圧力に維持することが高度に推奨される。
ポリジオキサノンの溶融塊を金型中で加圧下に維持するための時間の期間は部品のサイズ及び形状寸法、金型の温度及び工程(c)におけるその冷却速度に依存する。経験は５秒〜40秒の時間の期間が好適であり、また10〜20秒の時間の期間が特に有利であることを示す。
溶融ポリ（1,4-ジオキサノン）を射出した後、金型（初期に先に示された温度である）が徐々に冷却される。この冷却は単に加熱を停止し、熱を消散することにより、又は更には、例えば、冷たい表面との接触により金型を積極的に冷却することにより行ない得る。
冷却期（工程(c)）の全期間は１〜30分、特に２〜10分であることが好ましい。
硬化されたポリ（1,4-ジオキサノン）部品はその表面温度が50℃より低い値、好ましくは周囲温度〜45℃に達した時にのみ工程(d)で金型から取り除かれることが好ましい。
本発明の別の対象は上記方法により得られる成形ポリ（1,4-ジオキサノン）部品である。本発明の方法に従って得られたポリ（1,4-ジオキサノン）部品は、実際に、従来技術に従って調製された成形ポリジオキサノン部品の性質とは異なる性質を有する。それらは特に経時の機械的性質の一層大きい安定性を特徴とする。本発明の方法に従って得られたポリ（1,4-ジオキサノン）部品はほんの１ヶ月の終了時に脆くならず、しかも、移植される前に、金型から取り除かれる時から少なくとも12ヶ月、一般に少なくとも24ヶ月にわたって貯蔵し得る。
最後に、本発明の更に別の対象はこのような成形ポリ（1,4-ジオキサノン）部品から形成され、例えば、成形方法(shaping process)によりそれから製造され、かつ／又は少なくとも一つのこのような部品を含む医療装置である。
ポリ（1,4-ジオキサノン）（固有粘度：HFIP中で30℃で1.4dl/g）3.0gを移動可能な基材を有する溶融るつぼに導入し、そのポリマーを含むるつぼを約220℃に既にセットされた加熱プレート上に置く。温度計を溶融塊の中央に導入する。それと平行して、金型を50〜60℃の温度にセットする。
温度計を使用して測定されたポリ（ジオキサノン）の塊温度が約148〜152℃に達する時、加熱期間が30分を超えないことを確実にして、るつぼを金型のロートの上にさかさまに置き、溶融ポリジオキサノンを金型に射出するように油圧プレスのシリンダーを始動させる。るつぼの移動可能な基材上のシリンダーの圧力を約15秒間維持する。
次いでシリンダーを持ち上げ、るつぼを金型から取り除く。金型を約５分間にわたって周囲温度に維持されたプレート上に置くことによりそれを冷却する。次いで金型を開け、ブラッセルズピンセットを使用して成形部品を抜き出す。

Claims (17)

  1. 下記の連続工程：
    (a) ポリ（1,4-ジオキサノン）をこのポリマーの溶媒の不在下で145℃〜165℃の塊温度に加熱する工程、
    (b) 工程(a)で得られた溶融塊を、ポリ（1,4-ジオキサノン）の塊温度より80℃〜115℃低い温度である金型中で射出成形する工程、
    (c) 前記金型をポリ（1,4-ジオキサノン）の塊の固化まで冷却する工程、及び
    (d) こうして得られた部品を金型から取り除く工程
    を含むことを特徴とする、生体吸収性医療装置を製造するための生体吸収性ポリマーの成形方法。
  2. 工程(a)で、ポリ（1,4-ジオキサノン）を148℃〜162℃の塊温度に加熱することを特徴とする、請求項１記載の成形方法。
  3. 工程(a)で、ポリ（1,4-ジオキサノン）を152℃〜158℃の塊温度に加熱することを特徴とする、請求項１記載の成形方法。
  4. 工程(a)で、ポリ（1,4-ジオキサノン）を154℃〜156℃の塊温度に加熱することを特徴とする、請求項１記載の成形方法。
  5. 工程(a)で、ポリ（1,4-ジオキサノン）を145℃〜155℃の塊温度に加熱することを特徴とする、請求項１記載の成形方法。
  6. 工程(a)で、ポリ（1,4-ジオキサノン）を155℃〜165℃の塊温度に加熱することを特徴とする、請求項１記載の成形方法。
  7. 工程(b)における前記金型の温度が、工程(a)のポリ（1,4-ジオキサノン）の塊温度より85℃〜105℃低いことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項記載の成形方法。
  8. 工程(b)における前記金型の温度が、工程(a)のポリ（1,4-ジオキサノン）の塊温度より90〜100℃低いことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項記載の成形方法。
  9. ポリ（1,4-ジオキサノン）が、30℃の温度でヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)中の0.1質量％の溶液中で測定されるその固有粘度が1.1〜1.8dl/gであるような分子量を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項記載の成形方法。
  10. ポリ（1,4-ジオキサノン）が、30℃の温度でヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)中の0.1質量％の溶液中で測定されるその固有粘度が1.2〜1.6dl/gであるような分子量を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項記載の成形方法。
  11. 加熱工程(a)の全期間が60分より短いことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項記載の成形方法。
  12. 加熱工程(a)の全期間が45分より短いことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項記載の成形方法。
  13. 加熱工程(a)の全期間が10〜30分であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項記載の成形方法。
  14. 冷却工程（工程(c)）の期間が１〜30分であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項記載の成形方法。
  15. 冷却工程（工程(c)）の期間が２〜10分であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項記載の成形方法。
  16. ポリ（1,4-ジオキサノン）部品を、該部品の表面温度が50℃より低い時に、前記金型から取り除く（工程(d)）ことを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項記載の成形方法。
  17. ポリ（1,4-ジオキサノン）部品を、該部品の表面温度が周囲温度〜45℃である時に、前記金型から取り除く（工程(d)）ことを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項記載の成形方法。
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