JP5879126B2 - 相転移ポリマーマイクロニードル - Google Patents
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Description
本願は、2008年10月7日出願の米国出願番号61/103,560の優先権を主張し、その内容は、参照することにより本発明に援用される。
本願を通して、種々の刊行物について述べる。これらの刊行物の開示は、本発明が属する技術分野の状況をより詳細に記載するために、全体として参照することにより、本発明に援用される。
技術分野
本発明は、既存のマイクロニードルシステムの欠点を克服し、治療およびその他の適用のための経皮デリバリーシステムに用いることができるポリマーマイクロニードルパッチについて記載する。このポリマーマイクロニードルアレイのマイクロニードルは、乾燥状態で皮膚を貫通するのに十分に硬く頑丈であるが、体液または水を吸収するとヒドロゲル体に変化する。このようなシステムは、タンパク質、ペプチド、DNA、RNAおよびその他の薬物などの親水性作用剤の十分な皮膚透過性および制御放出デリバリーを提供する。
本発明のマイクロニードルシステムは、乾燥したガラス状態で表皮を貫通するのに十分な硬さと強度をもつ親水性ポリマー材料から製造されるが、真皮と接触すると体液を吸収してヒドロゲル状態への相転移が起こる。この経皮パッチは、マイクロニードルアレイおよびマイクロニードルが(統合された一部分として)アレイとして立つ頂部にある薬物貯留プレート(以降、保持プレートという)からなる。デリバリーされる治療薬およびその他の作用剤は、ニードルのマトリックスおよび貯留プレートに坦持させるか、ニードルのみに坦持させることができる。
ポリマー材料の選択
マイクロニードル形成ポリマーの選択は、相転移マイクロニードルパッチを製造するための第一歩である。ポリマーの水溶液に薬物を加え、鋳型にキャスティングするために、パッチを形成する前は、ポリマーは水溶性でなければならない。また、皮膚に貫通したマイクロニードルがその形状を維持し、デリバリーされる薬物のための持続的拡散チャネルを創成できるように、パッチを形成した後は、ポリマー材料は水溶性であってはならない。もちろん、材料は、乾燥状態における硬さと強度が皮膚を貫通するのに十分でなければならず、薬物のための拡散チャネルを開くために体液に接触するときに膨潤可能でなければならない。
本発明は、マイクロニードルパッチのいくつかのサイン(sign)も開示する。十分な用量の制御放出経皮デリバリーのために、鋳型からはずしたパッチは、マイクロニードルアレイおよび薬物貯蔵プレート(マイクロニードルアレイをもつ統合されたピースとしての「保持プレート」)からなるべきであり、マイクロニードルアレイそれ自体が薬物貯蔵槽の一部である。いったん、皮膚に塗布されると、ポリマーマイクロニードルが、角質層を貫通し、統合パッチが、体液を吸収し、底部から上に向かって徐々に膨潤して、担持された治療薬のための拡散チャネルを形成する。膨潤プロセス自体は、担持されたたんぱく質、ペプチドまたは治療薬の制御放出デリバリーのメカニズムの一部である(薬物の拡散とともに)。
我々の相転移マイクロニードルパッチを作り上げる許容され、かつ実行可能なキャスティングプロセスは、2つの目的:1)キャスティング鋳型の微細孔を完全充填する粘稠なポリマー溶液を有すること;2)ニードルの崩壊や変形を引き起こすことなくキャストされたマイクロニードルパッチを乾燥すること;を確保しなければならない。本発明において、キャスティングプロセスおよびキャスティング鋳型の合理的設計によって2つの目標が達成される。ポリマー溶液(ポリマーは通常粘稠である)が微細孔に充填されるのを可能にするために、力が適用されるべきである。2つの力が考えられる:遠心力と静水圧である。製造目的から、後者が、スケールアップすることがより手頃な価格で簡単である。一方、ニードルの崩壊や変形を回避するために、乾燥プロセスは、ニードルに(保持プレートに起こるかもしれない)乾燥誘導性崩壊が起こらないことを確保しなければならない。言い換えると、ニードルが保持プレートの前に硬化することができるように、水の蒸発はニードルから開始されるである。
水誘導性相転移(硬いキセロゲルから柔らかいヒドロゲルへの)は、マイクロニードルパッチの作用メカニズムに関与するので、水の吸収によるマイクロニードルの軟化を回避してシステムを形成するための防水パッケージングは、重要なステップである。パッケージングのもう1つの機能は、マイクロニードルの鋭い先端を保護することである。マイクロニードルパッチのためのパッケージングは、皮膚に触れるための接着性周囲、マイクロニードルによって貫通され、保持プレートの表面に密着する薄いテフロン膜、マイクロニードルを挿入するスポンジ層、および水を吸収することからパッチをシールするためのスポンジの上のもう1つの防水性膜を有する防水背面を含む。適用の前に、頂部膜およびスポンジ層を除去する。
本発明で開発された相転移はマイクロニードルパッチは、タンパク質およびペプチド薬、遺伝子およびRNA、サブユニットワクチンおよび化粧料などの様々な治療薬の経皮デリバリーのために用いることができる。層転移マイクロニードルパッチを用いて経皮経路でデリバリーすることができるタンパク質およびペプチドは、インスリン、カルシトニン、エリスロポエチン(EPO)、エキセナチド、GLP-1 、GM-CSF、インターフェロン、第VIII因子、インターロイキン、HSF、PEG化組換えヒトインターフェロンα2b(PEG-IFNα2b)、組換えヒトインターフェロン(IFN)、組換えヒト副甲状腺ホルモン(PTH1-84)、組換えヒト可溶性CD40(CD154)リガンド/TRAP、組換えヒト骨形成タンパク質(BMP)、組換えヒトインターロイキン-15 (IL-15)、組換えヒト白血病抑制因子(LIF)、組換えヒトインターロイキン-2 (IL-2)、組換えヒト成長ホルモン(rHGH)、上皮成長因子(EGF)、塩基性線維芽細胞成長因子(FGF)、トランスフォーミング増殖因子ベータ1(TGF-β1)、IGF、組換えヒト血管内皮増殖因子(VEGF)、PDGF、内皮細胞成長因子(ECGF)、NGF、BDGF、脳由来成長因子A(BDGF-A)、組織ポリペプチド抗原(TPA)、抗体、血液凝固第VIII因子、遺伝性第IX因子、ヒト免疫グロブリン、幹細胞因子(SDFs)、活性化プロテインCなどの分子量200K以下の任意のものである。このシステムを用いてデリバリーされうるサブユニットワクチンは、分子量500K以下のものである。このシステムを用いてデリバリーされうる遺伝子およびRNAは、ナノ粒子または遊離分子として形成されるものである。
以下の実施例は、一般的知識を有する当業者に、本発明の技術をよりよく理解するための分かりやすい説明および方法を提供する。実施例は、本発明およびその適用の範囲を限定するために使用されるべきではない。
PVA(濃度15十慮%および重量平均分子量10,000-250,000)およびデキストラン(濃度0-3重量%および重量平均分子量6,000-5,000,000)の混合水溶液を、微細孔のアレイからなる石膏鋳型にキャスティングした。ポリマー溶液を鋳型にキャスティングした後、鋳型の一方の側を真空にして、ポリマー溶液を微細孔に吸引した。鋳型にキャスティングする前に、デリバリーされる薬物(インスリンなど)を混合ポリマー溶液に加えた。微細孔を満たした後、サンプルを冷却して、水性溶液を凍結させた。室温まで温めた後、サンプルを再度凍結させ、凍結−解凍処置を数回繰り返して、PVAの結晶架橋ジャンクションの密度を調節した。次いで、ポリマーの頂部からの水の蒸発速度を遅らせるため、ポリマーの頂部表面を覆い、鋳型の下に真空を適用し続けて、保持プレートより先にマイクロニードルが乾燥するのを確保した。たとえシステムが崩壊した場合であっても、崩壊は、保持プレートからニードルへと下向きに起こった。最後に、乾燥したマイクロニードルパッチを鋳型から取り外し、防水材料で密封した。図3は、鋳型から取り外したマイクロニードルパッチの写真画像を示す。
インスリンの放出プロフィールを試験するために、100 rpmで撹拌しているpH 7.4のPBS緩衝液で満たしたフランツ拡散セル(受容プールとして)にマウントされたモデル皮膚に、上記のように製造したマイクロニードルパッチを付着させた。頂部からの水の蒸発を防止するためにパッチをプラスチックフィルムで覆った。PBS緩衝液中のインスリン濃度変化をアッセイすることによって37℃にてパッチからのインスリンの放出速度を調べた。プログラムされた時間でサンプルを受容セルから取り出し、HPLCを用いてインスリン濃度をアッセイした。インスリン濃度をアッセイした。様々な凍結−解凍処理サイクルから形成された相転移マイクロニードルパッチおよび様々な比率のPVAおよびデキストランから形成された相転移マイクロニードルパッチからのインスリンの累積放出のプロフィールをそれぞれ図5および図6に示す。
2つの方法を用いて、層状相転移マイクロニードルパッチを製造した:繰り返しキャスティングおよび予備形成シートの組み立て。どんな方法であれ、マイクロニードルアレイの層は、微細孔のアレイを有する鋳型にポリマー溶液をキャスティングすることによって形成された。繰り返しキャスティング法では、薬物を含まない(または薬物の量が少ない溶液)溶液の層は、凍結処理の後に第一層の頂部にキャスティングされた(凍結ステップが省略されることもあった)。設計された構造に達するまで、この操作を数回繰り返した。図2は、製造プロセスを模式的に示す。薬物濃度および各層の厚さは、設計された放出プロフィールを達成するために変えることができる。
実施例2に記載した手順を用いて、プログラム化キャスティングによって製造されたマイクロニードルパッチを調べた。図7および図8は、それぞれ、三層マイクロニードルパッチ(薬物担持+薬物なし+薬物担持)からのインスリンの累積放出プロフィールおよび毎時放出プロフィールを示す。パッチのPVA/デキストランの重量比は、85/15であり、薬物担持層のインスリン含量は、1重量%であった。明らかに、プログラム化キャスティングによって、所望のプロフィール(5時間間隔の2つのインスリン放出ピーク)が達成された。
ヒトの顔の輪郭にフィットさせるために、PEG(重量平均分子量100〜1,000)またはグリセロールと混合したPVA溶液を用いて保持プレートをキャスティングした。まず、マイクロニードルアレイを有する層のために、PVAおよびデキストランの混合溶液を鋳型にキャスティングした。サンプルを凍結処理に付した後、PVAおよびPEG-600(またはグリセロール)を含むもう1つのポリマー溶液を第1の層の頂部にキャスティングし、次いで、実施例1のように乾燥プロセスを行った。鋳型から取り外したパッチは、硬いニードルおよび軟らかい保持プレート(データ示さず)を有することが確認された(パッチを手で触ることによって確認)。
Claims (18)
- a)マイクロニードルアレイが保持プレートに立たれる;
b) マイクロニードル内部に、繰り返す凍結解凍処理によって形成された微結晶ドメインを架橋ジャンクションとする水不溶性の網状構造を有し、且つ前記マイクロニードルは、水を吸収した後、硬い固体状態からヒドロゲル状態に転移する能力を有する;
c)マイクロニードルを形成する成分は、主成分がポリビニルアルコール(PVA)であり、さらに含有量が25重量%以下の多糖類を含む;
前記多糖類が、デキストラン、アルギニン酸塩、ヒアルロン酸、キトサンまたはセルロースである;
ことを特徴とする親水性のポリマー材料で形成されたマイクロニードルパッチ。 - マイクロニードルが、乾燥状態で皮膚を貫通するに十分な硬さを有するが、水和状態で軟化され、親水性剤がその中を通過することができることを特徴とする請求項1に記載のマイクロニードルパッチ。
- 少なくとも一種の生物活性剤がポリマー材料のマトリックスに担持されることを特徴とする請求項1に記載のマイクロニードルパッチ。
- 生物活性剤が、タンパク質、ペプチド、サブユニットワクチン、DNA、RNA、他の非脂溶性治療薬、薬物担持リポソーム、薬物担持ナノ粒子またはそれらの混合物である請求項3に記載のマイクロニードルパッチ。
- タンパク質とペプチドが、インスリン、カルシトニン、エキセナチド、GLP-1、GM-CSF、エリスロポエチン(EPO)、エキサナチド、インターフェロン、第VIII因子、インターロイキン、HSF、PEG化組換えヒトインターフェロンα2b(PEG-IFNα2b)、組換えヒトインターフェロン(IFN)、組換えヒト副甲状腺ホルモン(PTH1-84)、組換えヒト可溶性CD40(CD154)リガンド/TRAP、組換えヒト骨形成タンパク質(BMP)、組換えヒトインターロイキン-15 (IL-15)、組換えヒト白血病抑制因子(LIF)、組換えヒトインターロイキン-2 (IL-2)、組換えヒト成長ホルモン(rHGH)、上皮成長因子(EGF)、塩基性線維芽細胞成長因子(FGF)、トランスフォーミング増殖因子ベータ1(TGF-β1)、IGF、組換えヒト血管内皮増殖因子(VEGF)、PDGF、内皮細胞成長因子(ECGF)、NGF、BDGF、脳由来成長因子A(BDGF-A)、組織ポリペプチド抗原(TPA)、抗体、血液凝固第VIII因子、遺伝性第IX因子、ヒト免疫グロブリン、幹細胞因子(SDFs)および活性化プロテインCから選ばれる、請求項4に記載のマイクロニードルパッチ。
- 前記生物活性剤がマイクロニードルパッチ全体中又はマイクロニードル針先のみの中に担持される、請求項4に記載のマイクロニードルパッチ。
- ポリマー材料が、ポリビニルアルコール(PVA)とデキストラン、PVAとキトサン、PVAとアルギン酸塩、またはPVAとヒアルロン酸塩との混合物である、請求項1に記載のマイクロニードルパッチ。
- PVA/デキストランの重量比が100/0〜75/25であり、PVA/キトサンの重量比が100/0〜85/15であり、PVA/アルギン酸塩の重量比が100/0〜85/15であり、PVA/ヒアルロン酸塩の重量比が100/0〜85/15である、請求項7に記載のマイクロニードルパッチ。
- PVAの重量平均分子量が10,000〜250,000であり、デキストランの重量平均分子量が6,000〜5,000,000であり、キトサンの重量平均分子量が20,000〜4,000,000であり、アルギン酸塩の重量平均分子量が10,000〜3,000,000であり、ヒアルロン酸塩の重量平均分子量が100,000〜5,000,000である、請求項7に記載のマイクロニードルパッチ。
- a)治療薬を含有または含有しないポリマー材料の水溶液を製造するステップと、
b)ステップa)で製造された溶液を、微細孔アレイを有する通気性鋳型にキャスティングするステップと、
c)鋳型の反対面から真空吸引して、ステップa)で製造された溶液を微細孔に充填するステップと、
d)ポリマー溶液のキャスティングされた層が、-100℃〜室温または室温〜160℃で凍結-解凍処理に繰り返し付されるステップと、
e)キャスティングされたマイクロニードルパッチを乾燥させるステップと
を含む、請求項1に記載のマイクロニードルパッチの製造方法。 - 凍結-解凍処理が、1〜20回繰り返される、請求項10に記載の方法。
- ポリマー溶液が、ポリマー溶液のすでにキャスティングされた層の頂部にキャスティングされる、請求項10に記載の方法。
- 次のキャスティング前に、ポリマー溶液のすでにキャスティングされた層を凍結する請求項12に記載の方法。
- 再キャスティング操作が、5回以下である、請求項13に記載の方法。
- 各繰り返し再キャスティングのためのポリマー溶液が、ポリマーの組成および治療薬の含量において、他のポリマー溶液と同一であっても、異なってもよい、請求項14に記載の方法。
- 繰り返し溶液再キャスティングプロセスのいくつかを、ポリマー溶液のすでにキャスティングされた層の頂部の溶液と同じポリマー及び治療薬を含有するすでに製造されたポリマーシートを組み立てることに置き換えてもよい、請求項14に記載の方法。
- ポリマーシートが、ポリマー溶液を孔無しプレートにキャスティングし、次いで乾燥することによって製造される、請求項16に記載の方法。
- 貯蔵期間中のマイクロニードルパッチの吸湿、及び皮膚に適用したときの水の蒸発を防止するように、鋳型から取り外されたマイクロニードルパッチをカバーし、パッケージングすることをさらに含む、請求項10に記載の方法。
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