JP6421116B2 - 酸化されたセルロース系材料、それを得るための方法、及び圧定布としてのその使用 - Google Patents

酸化されたセルロース系材料、それを得るための方法、及び圧定布としてのその使用 Download PDF

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Description

本発明は、医療分野、特に圧定布として用いることができる、少なくとも部分的に酸化されたセロビオース単位を含むポリマーに基づく新規な固体材料を提供する。
そのような材料、有利には布(テキスタイル)は、セロビオース単位を含むポリマーに基づく固体材料を、少なくとも2つの以下のステップ:その材料を、ハイポハライト(hypohalite)、ハライト(halite)、及びオキソアンモニウム塩もしくはその塩の前駆体を含む酸化性混合物と接触させておくステップ;そのように処理した材料を過ヨウ素酸もしくはその塩の溶液と接触させておくステップ;と、次に、場合によっては、そのように処理した材料をハライト(halite)と接触させておくステップ、による方法にかけることによって得ることができる。
外科止血用圧定布、あるいは圧定布は、止血性、吸収性であり、かつ外科医が容易に取り扱えなくてはならない。そのような特性は、酸化されたセルロースに基づく布によって得ることができる。
念の為にいえば、セルロースは多糖類の群に属するホモポリマーである。それはβ−1,4グリコシド結合によって相互に連結された、グルコース分子又はアンヒドログルコース単位(D−アンヒドログルコピラノース)の直鎖から形成されている。セルロースはセロビオース単位からなる鎖としても定義できる。
Figure 0006421116
現在、そのような圧定布は、例えば、欧州特許出願公開第0492990号公報に記載されているように、溶媒の存在下でセルロース系の布にNOの作用を受けさせることによって得られている。したがって、サージセル(登録商標)(Surgicel(登録商標))の商品名で市販されている、基準となる製品は、そのような方法によって得られている。
しかしながら、そのような技術は、高価で危険な原料を必要とし、これはリサイクルするのが困難であるとともに、設備上の制約がある。これが、圧定布を得るための別の方法を開発することが試みられてきた理由である。
国際公開第2009/016325号には、1−オキソ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシド(TEMPO)、NaBr、およびNaClOを含む酸化性触媒システムを用いて、布中のセルロースを酸化させる代替法が記載されている。この反応は低温かつ塩基性pHで起こり、塩基性pHは反応の間中、厳密に制御されなくてはならない。
同時に、例えば、欧州特許出願公開第2216345号公報によって、TEMPO、NaClO、及びNaClOを含む酸化システムによるセルロースの酸化が、Cの第一級アルコールのレベルで選択的に部分酸化された、高い重合度、良好な機械的耐久性、及び良好な耐光性を有するセルロースをもたらすことが知られている。
さらに、シン(Singh)らは、過ヨウ素酸ナトリウムの使用に基づくセルロースの酸化方法を記載している。そのように処理されたセルロースは、アルデヒド官能基と開環を示すが、遅い生体内(in vivo)吸収を示す。アルデヒド官能基は固定化、特に、興味ある酵素を固定化するために用いることができる。
しかし、新規な酸化されたセルロース圧定布を開発する明白な必要性がある。そのような圧定布に望まれる特性は、特に:
- 満足できる止血性;
- 制御可能な吸収、有利には、生物に埋め込んだ後2週間程度での制御可能な吸収;
- 良好な機械的安定性;
- 低コスト法によって得られ、産業レベルで容易に置き換え可能な能力、
である。
欧州特許出願公開第0492990号公報 国際公開第2009/016325号 欧州特許出願公開第2216345号公報 米国特許第6,716,976号明細書
本発明は、圧定布として使用可能であり、新規な方法によって得ることができる、酸化されたセルロースに基づく新規な固体材料を提供する。
したがって、第一の側面によれば、本発明は、セロビオース単位を含むポリマーに基づく固体材料を提供し、その材料では、
- セロビオース単位のうちの少なくともいくつかは、そのC炭素に結合した2つの第一級アルコール官能基のうちの少なくとも1つがカルボン酸官能基に酸化されており;
- そのセロビオース単位のうち少なくともいくつかは、その2つの環のうち少なくとも1つがそのC及びC炭素の間で開環している。
本発明との関係では、「固体材料」は、繊維又は微小繊維(ミクロフィブリル)、並びに繊維の集合体、あるいは糸の形状もしくは糸から作られた布帛の形状に、例えば、織ったもしくは編んだもの、あるいはまた不織の形態に、あるいはまた配向性のマトリクスを形成している繊維のシートの形態に、あるいはまた発泡体もしくは粉末形態にされた繊維を意味する。
本発明との関係では、「糸(yarn)」は、相互に連結された繊維の(又はマイクロフィラメントの)線状の集合体をいう。セルロース糸はしたがってセルロースファイバーとは区別されるべきであり、セルロースファイバーは個々の物体をいい、複数の物体の集合体ではない。具体的な対応によれば、固体材料は個別化されたファイバーには相当しない。典型的には、糸は同種の繊維(ファイバー)の紡糸によって得られるが、異なる繊維(ファイバー)、例えば、合成ファイバーと組み合わせたセルロースファイバーを紡糸することによって得ることもできる。
好ましい態様では、糸は布帛へと編まれる。様々な編み方が想定されることができ、特に、ジャージー織(慣例では、42フィラメント220dtex糸を用いて織られる)又はクロシェ織(有利には、40フィラメント110dtex糸を用いて織られる)である。
好ましくは、固体材料は布である。本発明との関係では、「布(textile)」は糸(ヤーン)又は繊維(ファイバー)の集合体であって、有利には、一緒に付着されて、強くかつほどけない物を形成している。したがって、適切な方法で、布(textile)は、布帛(fabric)、有利には糸を織るか又編むことによって得られる布帛、あるいは繊維(ファイバー)の集合化によって得られる不織布であることができる。
本発明による材料の繊維を形成するポリマーは、セロビオース単位を含む。それは例えば、天然セルロース又は変性したセルロースであることができる。
変性したセルロースの場合には、それは有利にはビスコースであり、これは再生されたセルロースに相当する。
本発明にしたがって用いられる繊維(ファイバー)は、例えば、天然セルロース、すなわち、植物に直接由来する繊維から、植物上で収穫されることにより、あるいは植物の機械的処理によって、例えば、粉砕、圧縮、破砕、及び/又は分離によって得られる。セルロース繊維はまた、変性したセルロース繊維、すなわち、化学成分と反応させた、天然セルロースもしくは可溶化天然セルロースである。
「セルロース繊維(セルロースファイバー)」の用語にはまた、本発明の意味では、再生セルロース繊維、すなわち、溶媒に可溶化し、次に繊維の形状に成形し戻した天然セルロース(これは変性されていてもよい)の繊維も含まれる。
植物に由来する天然セルロースの例は、綿、麻、ジュート、又は木材パルプである。そのようなセルロース繊維は細菌由来のものでもよい。
人工のセルロース繊維は、天然セルロースを処理する方法によって得られる。
「セロビオース単位を含むポリマーに基づく」という表現は、このポリマーがその材料の単一成分でない場合には、その材料の主成分を構成することを意味する。しかし、それは、その材料が別の成分、例えば、合成繊維を形成するポリマーなどのセロビオース単位を含まない少なくとも別のポリマーを含むことを排除しない。具体的な態様では、アンヒドログルコース単位を含んでいてもよい別のポリマーが組み合わされていてもよく、それは例えば、アルギネート、ヒアルロン酸、デンプン、又はその他のグルコサミノグリカン類である。
「セロビオース単位を含むポリマー」は、その鎖中に少なくとも2つのセロビオース単位を含むポリマーをいい、限定された場合では、これはセルロースのようにセロビオース単位のみから形成されている。
本発明によれば、上述したポリマーは、そのセロビオース単位のレベルで少なくとも部分的に変性されている。
ポリマーの第一の好ましい特徴によれば、そのセロビオース単位の少なくともいくつかは、そのC炭素に結合した2つの第一級アルコール官能基のうち少なくとも1つがカルボン酸官能基に酸化されている。言い換えれば、そのC炭素に結合した官能基はアルコール官能基であるか、カルボン酸官能基のいずれかである。Cレベルのアルデヒド官能基の存在は排除されることが有利である。
ポリマーのセロビオース単位のレベルでは、以下のいくつかのケースが起こりうる。
- セロビオース単位を形成している2つのアンヒドログルコース単位がCにおいて(変性されていない)第一級アルコール官能基を示す;
- セロビオース単位を形成している2つのアンヒドログルコース単位がCにおいてカルボン酸官能基を示す;
- セロビオース単位を形成している2つのアンヒドログルコース単位のうち1つがCにカルボン酸官能基を示し、他方がCにアルコール官能基を示す。
上記ポリマーの第二の好ましい特徴によれば、そのセロビオース単位の少なくともいくつかは、その2つの環のうち少なくとも1つがCとCの間で開環している。言い換えれば、C及びCの炭素は未変性であってよく、すなわち、それらは環を形成し、それらに結合したアルコール官能基を有する。したがって、C及び/又はCレベルでのケトン官能基の存在は排除されることが有利である。変形として、C及びC炭素の間の環は開環していていてもよい。この場合、有利には、C及び/又はC炭素は、それらに結合したアルデヒド及び/又はカルボキシル官能基(官能化されていてもよい)を有していてもよい。アルコール基とアルデヒド基との反応から生じるアセタール及びへミアセタールが存在していてもよい。
再度、ポリマーのセロビオース単位のレベルで、次のいくつかの場合が起こりうる。
- その2つのアンヒドログルコース単位が、その環に加わっているC及びC炭素を示し、それに結合した(変性されていない)アルコール官能基を有する;
- その2つのアンヒドログルコース単位が、C及びC炭素の間で開環しており、それらが、有利には、アルデヒド及び/又はカルボン酸官能基(これらは官能化されていてもよい)を有する;
- そのセロビオース単位を形成する2つのアンヒドログルコース単位のうち1つが、C及びC炭素の間で開環しており、それが、有利には、それに結合した、官能化されていてもよいアルデヒド及び/又はカルボン酸官能基を有し;他方のアンヒドログルコース単位は変性されておらず、すなわち、C及びC炭素は環に組み込まれており、それらに結合したアルコール官能基を有する。
本発明によれば、これらの2つの特徴が、ポリマー中に、少なくとも1つのセロビオース単位のレベルか、あるいは少なくとも2つの異なるセロビオース単位のレベルで存在し、それぞれが2つの上述した特徴のうちの1つを有するべきである。
セロビオース単位を含むポリマーがセルロース又はビスコースである場合には、本発明による材料を形成するポリマーはしたがってセルロース又はビスコースの誘導体であり、より正確には酸化誘導体である。
好ましい態様によれば、以下で説明するように、ハイポハライト(hypohalite)、ハライト(halite)、及びオキソアンモニウム塩又はその塩の前駆体を含む酸化性混合物の作用を材料に受けさせることによって、その材料に第一の特徴が付与できる。しかし、C炭素に結合した第一級アルコール基を排他的にカルボン酸基に変換する任意の方法が、上述した酸化性混合物の使用の可能な代替法である。したがって、アンヒドログルコース単位のC炭素を選択的に酸化することを可能にするその他の方法を実施してもよく、特に、ニトロソニウムイオン類(本質的にTEMPO及び誘導体)を用い、遷移元素による触媒を用いるか又は用いず、NaBrを用いるか又は用いず、酸化酵素を用いるか又は用いず、錯化剤を用いるか又は用いずに、例えば米国特許第6,716,976号明細書に記載されたように行ってもよい。
したがって、この段階において、ポリマーのアンヒドログルコース単位の少なくとも一部、または場合により全てが、グルクロン酸単位に変換される。そのポリマーはしたがってポリグルクロン酸に相当する。
いかなる理論にも関連せず、この最初のステップは布帛の酸性度を制御することを可能にし、酸性度は止血にとって重要な性質である。しかし、このステップの最後において、得られた材料は吸収性に劣り、この性質は本発明による第二のステップの実施によって改善される。
好ましい態様によれば、以下で説明するように、CとC炭素の間での開環は、上記材料に過ヨウ素酸又はその塩の溶液の作用を受けさせることによって達成される。ここでも、CとCの間で環を開環させ、それらの炭素に結合したアルコール官能基を酸化することを可能にする任意の代替法を行ってもよい。
公知のやり方において、過ヨウ素酸塩処理は、CとC炭素の間での開環に加えて、これらの炭素に結合したアルコール官能基のアルデヒド官能基への酸化も引き起こす。そのような官能基は、興味ある分子、例えば酵素のグラフト化のために用いることができ、したがって、その材料を官能化することを可能にする。さらに、アルデヒド官能基は、カルボン酸官能基に変換することができる。カルボン酸官能基も官能化されて、例えば、エステル又はアミド官能基を作りだすことができる。
したがって、本発明による材料は、カルボン酸官能基が豊富であり、それらは以下のものに結合しうる。
- C炭素;
- C炭素及びC炭素;
- C炭素及びC炭素;
- C炭素、C炭素、及びC炭素。
本発明との関連では、カルボン酸官能基は、プロトン化された形態又はカルボキシレートイオンの形態、例えば、カルシウムイオンと錯化したカルボキシレートイオンの形態であってよいことに留意すべきである。
有利には、本発明の材料の一般的な酸化の程度又は割合(これはアルコール及び/又はアルデヒド官能基のカルボン酸官能基への変換に対応する)は、10%より高く、有利には12%より高く、さらには15%より高い。
念のため、その酸化の程度又は割合は、100gの材料に含まれるカルボン酸基の質量として定義される。ポリマーの酸化の測定、特にセルロースのそれは、例えば、滴定法、Sobue及びOkuboによって記載された手順に従い米国薬局方に記載された方法を用いることによって、核磁気共鳴(NMR)(Kumarら)によって、又は赤外線スペクトル(Fujisawaら)によって測定することができる。
念のため、本発明によれば、上記ポリマーは2つの先に説明した特徴を有するべきである。実際には、ポリマー鎖は以下のものを有するべきである。
- C炭素に結合した、1つのみ又は2つの第一級アルコール官能基がカルボン酸基へと酸化されたセロビオース単位。その炭素に結合したカルボン酸基を全くもたないC炭素は、第一級アルコール官能基を有している。さらに、そのセロビオース単位はそのC及びC炭素のレベルで変性されずに残っており、すなわち、それらはその環に組み込まれており、それらに結合したアルコール官能基を有する;
- CとC炭素の間で1つ又は2つの環が開環したセロビオース単位。CとCの間で開環していない環は、そのC及びC炭素に結合したアルコール官能基を有する。さらに、これらのセロビオース単位はそのC炭素のレベルにおいて未変性のまま残っており、すなわち、それに結合した第一級アルコール官能基を有している;
- C炭素に結合した2つの第一級アルコール官能基のうちの少なくとも1つが又は2つともカルボン酸官能基へと酸化されており、かつ2つの環のうちの少なくとも1つが又は2つともCとCの間で開環しているという両方を備えたセロビオース単位。これはセロビオースアンヒドログルコースについて下の図で説明したとおりであり、そこではC及びC炭素がそれらに結合したアルデヒド官能基を有している。
Figure 0006421116
本発明との関係では、固体材料、特に布(テキスタイル)の形態の固体材料であり、上述した構造上の特徴を有するものが、機械的安定性、又は老化強度、止血特性、及び又は吸収性に関する期待した特性を有しうる医療用圧定布として用いることができることを実証している。
本発明との関係では、「機械的安定性」とは、その材料が道具、特にプライヤー、あるいは手で取り扱うことができるとともに、良好な機械的な挙動を保つという事実をさす。機械的安定性はまた、その材料に、数ヶ月あるいは数年の間、室温で、その完全性が変わることなく保っていることができる特性を付与する。
本発明との関係では、「止血」とは、その材料が、それを局部的に適用した場合に、出血を止めることができるという事実を意味する。
本発明との関係では、「吸収特性」とは、その材料が、埋め込んでから2週間後に、有利には1週間後に、生体内(in vivo)で完全に又は大部分が分解されるという事実を意味する。吸収は、その材料の分解の程度を観察することにより、あるいは任意のその他の適合した方法、例えば、組織構造などによって、視覚的に定量化できる。
その構造によれば、本発明の材料は調節可能な吸収特性を有する。したがって、予想された用途にしたがって、材料は以下の変動可能な期間の間埋め込まれることができる:短期間の埋め込み、これは30日の最長期間の最後において材料が完全に吸収されることとして解釈される;あるいは長期間の埋め込み、これは30日よりも長い期間の最後においてその材料が完全に吸収されることとして解釈される。
一般に、本発明は、医療分野において有利であり、上記材料は、圧定布、埋め込み可能な詰め物(dressing)、プロテーゼ、血管内プロテーゼ、又は、再細胞化マトリクス(recellurarization matrix)、例えば臓器移植もしくは臓器再生のために使用可能である。
圧定布であることが有利である。慣例では、圧定布はスポンジ又は布の形態であることができる。本発明との関係では、圧定布は特許請求の範囲に記載した方法によって得られる布(textile)にあたることが好ましい。
より一般的には、本発明による固体材料の主な用途はこの材料の以下のタイプに左右される:
- 繊維(ファイバー)又は微小繊維(ミクロフィブリル)は不織布又は発泡体(フォーム)と関連付けることができ、したがって、不織布又は発泡体の形成のための本発明の材料の使用。
- 繊維(ファイバー)又は微小繊維(ミクロフィブリル)は糸(yarn)と関連付けることができ、したがって、糸を形成するための本発明の材料の使用。
- 糸は織るか又は編むことで布帛を形成できる。したがって、布帛を形成するための本発明の材料の使用。
- 布帛は圧定布として使用することができる。したがって、本発明による材料の圧定布としての使用。
- 繊維(ファイバー)又は微小繊維(ミクロフィブリル)は分割して粉末を得ることができる。
本発明との関係では、上述した全ての特徴を有する材料を得る方法を開示している。より具体的には、本発明は、セロビオース単位を有するポリマーに基づく固体材料を提供する方法を目的としており、そのポリマーは以下の特徴を示す。
・そのセロビオース単位の少なくともいくつかが、そのC炭素に結合した少なくとも1つのカルボン酸官能基を有し、その他のC炭素がそれに結合した第一級アルコール官能基を有する;及び、
・そのセロビオース単位の少なくともいくつかは、その2つの環のうちの少なくとも1つがそのCとC炭素の間で開環しており、その他のC及びC炭素は環を形成し且つそれらに結合したアルコール官能基を有する。
本発明によれば、この方法は以下のステップを含む:
- セロビオース単位を含むポリマーに基づく固体材料と、ハイポハライト(hypohalite)、ハライト(halite)、及びオキソアンモニウム塩もしくはその塩の前駆体を含む酸化性混合物を接触させておく第一のステップ;及び、次に
- そのように処理した材料と、過ヨウ素酸又はその塩の溶液とを接触させておく第二のステップ。
別の側面によれば、本発明は、セロビオース単位を含むポリマーに基づく固体材料を加工する方法を目的とし、その方法は以下のステップを含む:
- その固体材料と、ハイポハライト(hypohalite)、ハライト(halite)、及びオキソアンモニウム塩もしくはその塩の前駆体を含む酸化性混合物を接触させておく第一のステップ;及び、次に
- そのように処理した材料と、過ヨウ素酸又はその塩の溶液とを接触させておく第二のステップ。
特定の態様によれば、第三のステップにおいて、上述したように加工した材料を、ハライト(halite)溶液と接触させる。
この方法は、既に成形された材料、すなわち布に直接、あるいは、次に織られるか若しくは編まれる糸に、又は次に電界紡糸若しくは梳綿/格子編み(carding/interlocking)によって、配向された若しくはされていない不織布の形態、又は糸の形態に結合される繊維(ファイバー)のいずれかに行われうる。有利には、本発明による方法は、その最終形態を有する固体材料、有利には布の形態の固体材料に対して実施される。
しかし、工程の間で材料の形態を変えることも考えられる。したがって、例としては、第一のステップを繊維(ファイバー)に対して行い、上記2つのステップの間で繊維を不織布又は糸の形態にしてもよい。同様に、第一のステップを糸に対して行い、次に糸を編むか又は織り、第二のステップをその編まれた布帛又は織られた布帛に対して行うこともできる。
有利には、本発明の方法の前に、材料を、紡糸において使用した脂質を除去することを可能にする仕上げの除去工程にかけてもよい。この脂質は、実質的に、紡糸油と、微小繊維(フィラメント)をコーティングしているアクリレート接着剤とからなる。様々な仕上げの除去方法が従来技術で公知であり、それを実施してもよい。
特定の態様によれば、本発明の方法にかけた、セロビオース単位を含むポリマーに基づく固体材料は、酸化されたセルロースを含まない。
「酸化されたセルロースを含まない」とは、本発明の意味において、1%より少ない酸化の程度を有することを意味する。これは、好ましくは、天然もしくは合成セルロース繊維、あるいはセルロースを含みうる合成繊維もしくはまた天然繊維であるが、酸化されたセルロースを含まない、すなわち、いかなる特定の酸化処理も受けていないものに関連する。
合成繊維は、天然の前駆体ポリマーをもたない繊維を意味し、例えば、石油からの生産物などの合成モノマーの重合によって得られる繊維などである。
吸収性であるか又は吸収性ではない合成繊維には、特に、ポリアミド、例えば、ナイロン(登録商標)、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリウレタン、ポリ乳酸及びポリグリコール酸、ポリエチレングリコール、ポリ−α−オレフィン、及びハロゲン化ポリマー、それらのコポリマー、並びにそれらの組み合わせが含まれる。
本発明による方法の第一のステップは、したがって、固体材料中に存在するセロビオース単位の6位にある第一級アルコール基のうち少なくとも1つを選択的に酸化することを可能にするステップである。
この第一のステップは、ハイポハライト、ハライト、及びオキソアンモニウム塩もしくはその塩の前駆体の存在下において、有利には水溶液中で行われる。
本発明との関係では、「オキソアンモニウム塩の前駆体」は、酸化性混合物の1つの成分との反応、特にその混合物成分のうちの1つによる酸化によってオキソアンモニウム塩を生成することができる化学種をさす。
オキソアンモニウム塩は、その反応が適切なpH及び温度条件で行われた場合に、第一級アルコールを選択的に酸化することができる水溶性酸化剤である。本発明による好ましいオキソアンモニウム塩は、ジ−tert−アルキル塩、特に、一般にTEMPOとよばれる1−オキソ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシド塩、及びその誘導体である。
上記第一の部分酸化ステップを触媒するオキソアンモニウム塩は、第二の又は追加の酸化システムによってその場で発生させられ、適切な場合では、ハイポハライト、好ましくは次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)の存在下で発生させられる。後者は、次にハライト、好ましくは亜塩素酸ナトリウムNaClOと、それが6位の第一級アルコールの酸化によって新たに形成されたアルデヒドと反応した後で反応することによってその場で再生される。
Figure 0006421116
本発明の好ましい態様によれば、第一の酸化ステップは、処理される材料中に存在するアンヒドログルコース単位の量に対して、化学量論量よりも少ないオキソアンモニウム塩又はその前駆体の存在下で行われる。実際には、適合した方法では、オキソアンモニウム塩又はその前駆体の量は、セロビオース単位を含むポリマー(セルロース)1g当たり0.0003〜0.0006モルである。
この記載中で述べた反応剤の量は、セロビオース単位を含むポリマーがセルロースである特別な場合に対応していることに注意しなければならない。したがって、セロビオース単位のみを有するのではないポリマー又はポリマー混合物の場合には、これらの量は存在するセロビオース単位の数にしたがって計算される。
本発明の別の好ましい態様によれば、第一の酸化ステップは、処理される材料中に存在するアンヒドログルコース単位の量に対して化学量論量より少ないハイポハライトの存在下で、有利にはセロビオース単位を含むポリマー(セルロース)1g当たり0.0006〜0.0049モルのハイポハライトの存在下で実施される。典型的には、セロビオース単位を含むポリマー(セルロース)1g当たり0.0012モルの量のハイポハライトが用いられる。
本発明の別の好ましい態様によれば、第一の酸化ステップは、処理される材料中に存在するアンヒドログルコース単位の量に対して過剰な化学量論量のハライトの存在下で、有利にはセロビオース単位を含むポリマー(セルロース)1g当たり0.006〜0.025モルのハライトの存在下で実施される。典型的には、セロビオース単位を含むポリマー(セルロース)1g当たり0.012モルの量のハライトが用いられる。
特定の態様によれば、上記の3種の成分が、反応の初めから酸化性混合物中に存在する。
有利には、酸化性混合物は、イオン力及びpHを変えることを避けるために、脱塩水中に配合される。
本発明の別の側面によれば、第一の酸化ステップは、中性あるいはわずかに酸性のpH、有利には5〜7の範囲のpHを有する反応媒体中で実施される。言い換えれば、この反応は5〜7の範囲のpHで実施される。
本発明の別の側面によれば、この酸化ステップは、40℃よりも高い温度で、有利には60℃の位数(オーダー)で行われることが好ましい。
典型的には、この酸化反応は1〜6時間の範囲、有利には4〜5時間の範囲の時間行う。
特定の態様によれば、第一のステップの最後に得られる材料は、10〜16%の範囲の酸化率、有利には12〜15%の酸化率を有する。
酸化反応を停止させる極端な方法は反応媒体に第一級アルコール、例えば、オキソアンモニウム塩と反応し且つ質量効果によってセルロースとの反応をかなり希釈する過剰量のエタノールを添加することである。
この第一のステップの最後で、処理する材料中に存在するカルボン酸官能基をプロトン化することが有用でありうる。
慣例的に、このステップはプロトン化媒体中での材料のインキュベーションによって行われる。塩酸(HCl)中で、有利には0.1〜1モル/l(N)の1つ又は複数のHCl浴中で、複数時間インキュベーションすることによって行われる。
実際には、処理される材料を取り扱うことを避けるために、酸化媒体は、排出し、プロトン化溶媒で置き換えることによって除去できる。
酸化のそして場合によってはプロトン化の第一ステップの最後に、材料は有利には洗浄され、乾燥される。
圧定布は、溶媒及び/又は水を含む媒体中で洗われる。アルコール及び/又は脱塩水及び/又はアセトンは好ましい洗浄媒体を形成し、例えば、50%エタノール、次に95%エタノールである。
そのような洗浄は繰り返され、通常、数時間、有利には1〜10時間続けられてよい。
適切には、そのように処理された材料は、任意の適用された手段によって、特に、静的な又は動的な空気を用いて、あるいはまた真空中で乾燥させられ、またこれは有利には複数時間行われる。
第二の酸化ステップは、反応媒体中、過ヨウ素酸又はその塩の存在下で行われる。言い換えれば、材料は過ヨウ素酸又はその塩の溶液中でインキュベートされる。それは有利には水溶液である。
過ヨウ素酸イオンは、グリコールを開裂させてジアルデヒドに変換することが知られている。したがって、ポリマー鎖は、切断されないが、環の開環によってより大きな柔軟性を獲得する。本発明との関係では、処理される材料の吸収特性を、このステップの強さ(時間、温度、反応剤濃度・・・)を変えることによって調節することができることが示されている。すなわち、反応を「促進」させればさせるほど、得られた材料はより早く吸収される。
有利には、過ヨウ素酸又はその塩は、セロビオース単位を含むポリマー(セルロース)1g当たり0.003〜0.012モル以下、有利にはセロビオース単位を含むポリマー(セルロース)1g当たり0.006モル以下で存在する。
有利には、過ヨウ素酸塩は過ヨウ素酸ナトリウムである。
本発明の別の側面によれば、第二の酸化ステップは2〜5の範囲のpH、有利にはpH3で行われる。
本発明の別の側面によれば、この第二のステップは5〜60℃の範囲の、有利には35℃の温度で行われる。
さらに、このステップの標準的な時間は、有利には、1〜6時間の範囲、有利には3時間である。
有利には、この反応は光を避けて行われる。
既に述べたとおり、第三の酸化ステップを、初めの2つのステップをうけた固体セルロース系材料に対して行ってもよい。
この第三のステップはハライト(halite)の存在下で、有利には水性ハライト溶液の存在下で行われる。このステップは、上記過ヨウ素酸塩による反応後に得られたアルデヒド官能基をカルボン酸官能基へと選択的に酸化することを可能にする。好ましくは、ハライトは亜塩素酸塩(クロライト)、より好ましくは亜塩素酸ナトリウムである。
有利には、上記溶液は、セロビオース単位を含むポリマー(セルロース)1g当たり0.0025〜0.012モル、有利にはセロビオース単位を含むポリマー(セルロース)1g当たり0.006モルのハライトを含む。
好ましい態様によれば、第三のステップは5〜7の範囲の、有利には5.8のpHで行われる。
この反応が行われる温度は、有利には、15℃より高く、さらに有利には35℃である。変形法として、それは室温で行われてもよい。
典型的には、セルロース系材料の第三の酸化反応は、0.25〜2時間の範囲、有利には0.5〜1時間の範囲の時間行われる。
アルデヒド官能基のカルボン酸官能基への変換は、反応率の測定により、本発明による方法の第二のステップで起こる反応を定量化することを可能にする。したがって、好ましい態様によれば、ステップ2及び3の組み合わせが、酸化率を1〜7%、有利には2〜4%高めることを可能にする。
したがって、本発明によれば、セロビオース単位の酸化は以下の式にしたがって起こる。
Figure 0006421116
有利には、本発明による方法の各ステップの最後で、材料は蒸留水及び/又はエタノール及び/又はアセトンの浴中で、好ましくは繰り返し、洗浄される。材料は次に有利には上述したように乾燥される。
最後に、任意選択により、酸性化又はプロトン化のステップを、上述したように行ってもよい。
一方で、かつ知られているように、酸化されたセルロース系材料は、所望の止血特性を発現させるために、プロトン化された又はカルシウムイオン(Ca2+)で錯化されたカルボン酸官能基を有するべきである。
カルシウムイオン(Ca2+)と錯化したカルボン酸官能基を有する酸化された材料が望ましい場合には、以下のいくつかの可能性が存在する:
- カルシウム塩の形態の反応剤を用いて酸化を行う。この場合、反応の最後に、カルボン酸官能基は(COO)Caの形態になる;
- 変形法として、酸化の後、カルシウム源(特に酢酸カルシウム又はCaCl)の存在下でインキュベーションを行うことが考えられる;
- 第三の可能性は、プロトン化ステップの後で、カルシウム源を含む媒体中で圧定布をインキュベートすることである。ここでも、特に適用されるカルシウム源は酢酸カルシウム又はCaClである。この新しいステップでは、Ca2+イオンがカルボキシレート官能基のプロトンと置き換わる。
本発明による方法の最後に、処理された材料は、上述した条件で行われる、1又は複数の洗浄、有利にはエタノールでの洗浄と、乾燥にかけられる。
材料はまた、目的とする用途に関連する処理:個別の包装、滅菌など、を受けることもできる。
この出願との関連で示したように、本方法の初めの2つのステップの順序はきわめて重要であり、特に、布に対して行う場合にはそうであることに注意されるべきである。実際に、その2つのステップを逆にすることは、布の劣化を引き起こす。
任意の固体材料、特に布に対して実施されうる本発明の方法は、多くの利点を有し、それには以下の点が含まれる:
- この方法は、NOとは違い、取り扱いが容易で、環境に優しい、安価な反応剤を使う。
- この方法が布に対して行われる場合、圧定布としての使用に適合しうる機械的耐性、止血性、及び吸収特性を有する生産物をもたらす。
- この方法は、酸化反応の程度及び位置選択性を正確に制御することを可能にする。したがって、第一の酸化ステップは10%以上、さらには12%以上の酸化度をもたらし;第二のステップは、その次にアルデヒド官能基のカルボン酸への変換が続く場合、酸化レベルを少なくとも1%、さらには7%増大させることをさらに可能にする。
- この方法は、酸化変性を制御することを可能にするのに対して、NO等のその他の方法は非選択的であり、攻撃されるアルコール官能基ならびに生成する基は制御されない。例として、NOは、アルデヒドの生成並びにカルボン酸及びケトンの生成(この最後の場合には開環はない)を起こさせるレベルでCだけでなくC及びCも攻撃し、それとともに最終生成物に微量の窒素を残す。
[態様例]
本発明とそれがもたらす利点は、以下で論じる非限定的態様からより明らかになる。
これらの例は、クロシェ織り又はジャージー織りで、再生セルロース(すなわちビスコース)の編まれた糸から作られた布帛に基づいている。
I/固体セルロース系材料を得る方法
1)第一ステップ:
このステップは、セロビオース単位のC炭素に結合した第一級アルコール官能基をカルボン酸基へと変換することによって、セルロースを部分的に酸化することを可能にする。
このステップの一般的条件は以下の表1に記載されている:
Figure 0006421116
ベンチレーターの下で、200mlの酢酸ナトリウム緩衝溶液(0.5M、pH=5.8)を1リットルのエーレンマイヤーフラスコに入れ、その後、0.12モルのNaClOを添加した。10gの編んだ再生セルロースを次にそのNaClO溶液に入れる。0.006モルのTEMPO及び2%の活性塩素(0.012モル)をもつNaClO水溶液を次にその反応混合物に添加する。反応混合物の全体積は500mlである。エーレンマイヤーフラスコを閉じて、60℃に保った温度調節された水浴に1〜6時間、典型的には4〜5時間置く。酸化は、過剰のエタノールを添加することによって止める。
その部分的に酸化されたセルロース布帛を絞り、次にオービタルシェーカー上で、1N塩酸水溶液中で12時間インキュベートする。1N塩酸水溶液を新しくして、インキュベーションを2時間行う。
その部分的に酸化されたセルロース布帛を絞り、次にオービタルシェーカー上で、50%エタノールで1時間洗浄する。この操作を2回繰り返す。この布帛を次に絞り、次にオービタルシェーカー上で、95%エタノールで1時間洗浄し、次に最後に絞り、少なくとも12時間ベンチレーターの下で乾燥させる。
2)第二のステップ:
このステップは、セロビオース単位のC及びC炭素の間で環を開環させることを可能にする。同時に、これらの炭素に結合したアルコール官能基はアルデヒド官能基へと酸化される。
このステップの一般的条件を以下の表2に開示する:
Figure 0006421116
第一の部分酸化ステップの最後に得られた材料10gを、1リットルのエーレンマイヤーフラスコ中で0.06モルの過ヨウ素酸イオンと混合する。反応混合物の全体積は500mlである。pHを3に調節し、35℃の温度で、光を遮り、3時間、攪拌下で反応を行う。セルロース材料を次に蒸留水で2回洗った後、酸性化、及びエタノールでの洗浄にかけ、これは上述したとおりである。
3)第三のステップ(任意工程):
このステップは、セロビオース単位のC及びC炭素に結合したアルデヒド官能基をカルボン酸官能基へと酸化することを可能にする。
このステップの一般的条件を以下の表3に開示する:
Figure 0006421116
初めの2つのステップの最後に得られた材料10gを、pH5.8で酢酸緩衝液中に調製した0.06モルの亜塩素酸ナトリウムと混合する。30分間、室温で反応を行う。反応混合物の全体積は約150mlである。このセルロース系材料を次に蒸留水で2回濯ぎ、次に酸性化及びエタノールでの洗浄にかけ、これは上述したとおりである。この材料を次に乾燥させる。
4)アルデヒド官能基の形成の監視
アルデヒド官能基の存在は、反応剤Purpald(登録商標)を用いて監視され、この反応剤は強い紫色の発現によってアルデヒド官能基の存在を明らかにする。
この着色の強さは様々な生成物に対して等級付けされ、紫色の着色がない溶液に対する0から、非常に強い紫色溶液に対する+++まで、である。
結果を以下の表4に開示する:
Figure 0006421116
これらの試験は、第一のステップはCレベルにアルデヒド官能基を全く生じさせないが、第二のステップはCとC炭素の間での環の開環と、これらの炭素のレベルでのアルデヒド官能基の生成を同時に引き起こすことを示している。この試験は、NO処理によって得られるSurgicel(登録商標)圧定布に対して陽性でもある。
II/材料の物理特性の評価
1)得られた布帛の酸化の程度
部分的に酸化されたセルロース布帛の酸化の程度は、100gのその布帛中に含まれるカルボン酸基の質量を表す。この値は、Sobue及びOkuboによって記載され、米国薬局方(USP, 1990)によって推奨されているカルシウム交換法にしたがって滴定法によって測定される。
2ステップ(TEMPO/NaClO/NaClO2、次にNaIO4)で上記方法により得られる様々な布帛(試験1:クロシェ織り;試験2:ジャージー織り)の酸化の程度を測定している。
試験条件及び測定された酸化度を以下の表5に開示する:
Figure 0006421116
結論として、酸化の割合は、本発明の方法によって得られる材料が良好な止血特性を有するためには充分である。
2)得られた布帛の安定性
得られた部分酸化されたセルロース布帛は、60℃のオーブン中で1ヶ月後に優れた機械的耐性を保持している。
この試料は、いかなる劣化もなく、良好な外観を保っている。これと同じ試料をβ線での照射によって滅菌し、次に、老化処理にかけたが、その処理はその布帛のいかなる劣化も引き起こさなかった。
Surgicel(登録商標)製品の安定性と同じ安定性が、25℃で且つ制御された湿度中、3ヶ月後、あるいは60℃の熱ストレス後に観察されている。
3)得られた布帛の見かけ重合度
見かけ重合度を、NF G06-037規格(1981年11月)に準拠する粘度測定によって測定している。
得られた結果を以下の表6に開示する:
Figure 0006421116
結果として、本発明の方法は、参照製品(Surgical(登録商標))と同じ位数(オーダー)の粘度によって測定した見かけ重合度をもつ材料(試験1及び2)をもたらす。
III/材料の臨床前特性評価
1)吸収性
この臨床前試験は、ISO10993-6規格(2007)に準拠して、3つのタイプのインプラントを使用して行われている:
- Surgicel(登録商標)、参照として。
- 埋め込み試験1は、6時間の第一の酸化反応(NaClO, TEMPO, 及びNaClO2)により、次に6時間の第二の過ヨウ素酸塩による酸化反応によって処理されたジャージータイプの材料にあたる;
- 埋め込み試験2は、第二の過ヨウ素酸塩による酸化反応の時間を3時間のみにしたことを除いて試験1と同じ処理を受けている。
これらの試験は、スプラーグ・ドーリー種の6頭のメスのラットに対して行っている。切開領域の毛を剃り、ラットに麻酔をかけた。背骨の各側に2つの切開を行った(一つはいわゆる頭蓋切開、一つはいわゆる尾切開)。動物1頭当たり1×1cmの4つの埋め込み材を入れた。皮膚の切開をクリップで閉じている。
14日後、COの吸入によってラットを犠牲にした。上記製品を取り出して、埋め込み部位を取って顕微鏡で分析した。
壊死、滲出液、血管新生、及び包み込みの存在をその埋め込み部位について、採点表を使用して評価している。評価尺度は以下のとおりである:反応なし(0);軽度の反応(1);中程度の反応(2);強い反応(3);激しい反応(4)。
吸収については、製品の残存粘り強さを評価している。尺度は以下のとおりである。
- 評点(0)は、完全な分解の場合に与えられる。
- 評点(1)は、製品の小さな断片が残っている場合に与えられる。
- 評点(2)は、中程度の残留の場合に与えられる。
- 評点(3)は、製品がそのままの場合に与えられる。
結果を以下の表7に開示している:
Figure 0006421116
J14において、試験製品及び対照圧定布の軽度から中程度の反応が見られた(滲出液及び血管新生)。試験製品は大部分が吸収されていた。製品試験1については4つのうち3つの部位が完全に吸収されており、1つの部位がわずかなかけらがあった;製品試験2については3つの部位が吸収されていなかった;最後に対照製品については、3つのうち2つの部位が吸収され、1つの部位が中程度の残存粘り強さを示している。
したがって、本発明による方法によって得られた材料は、参照の市販製品であるSurgicel(登録商標)と同程度の分解速度を有するか、この試験に用いた布がSurgicel(登録商標)のものよりも大きな坪量(単位面積当たりの質量)を有することを考慮するとむしろ良好である。
さらに、これらの試験は、過ヨウ素酸酸化反応の時間が長ければ長いほど、吸収はより速くなることを示している。したがって、本発明による方法の第二のステップの時間の調整によって、意図されている用途にしたがって、セルロース系材料の吸収速度を変えることが可能である。
2)止血性
手術中の出血モデルの動物に対して、参照製品Surgicel(登録商標)対、処理したセルロース系布についての止血性能を試験している。この方法は、ブタに対して、臓器(脾臓及び肝臓)上の予め決めた表面積の四角い形の傷を作り、次にそのようにして作った傷を試験される圧定布で覆うことを含む。
観察は、血液と接触した場合の挙動と、止血するのに要した時間に関する(以下の表8を参照されたい)。脾臓と肝臓は、それらの組織の性質とそれらが生み出す出血の強さの両方が異なることから、試験臓器として選択している。
Figure 0006421116
試験した臓器がどのようなものでも、参照製品のものと同程度の、試験したセルロース系布の止血挙動を観察することができる。血液と接触したときの挙動は、参照のものと同じであり、出血の停止を得るまでに要する時間は、それぞれの考慮した臓器に対して同じである。
この試験は、上記材料の止血力を強調することを可能にする。
IV/ステップ1及び2を逆にすることによって得られる生成物の特性
一般的な条件を以下の表9に挙げる:
Figure 0006421116
ステップ1:
10gのセルロースを、1リットルのエーレンマイヤーフラスコ中で0.06モルの過ヨウ素酸イオンと混合する。反応混合物の全体積は505mlである。pHを3.0に調節し、水浴中、不連続的な攪拌下で3時間、35℃の温度で、光を遮って反応を行う。得られたセルロース系材料を次に精製水で2回濯ぎ、次に酸性化を行い、次にエタノールで数回洗った。絞った後で、その材料を16時間、空気流通下で乾燥させる。
ステップ2:
乾燥状態で得られた上記材料を、TEMPO/NaClO/NaClOの反応にかける。一般的な条件は以下の表10に挙げる:
Figure 0006421116
換気装置の下で、200mlの酢酸ナトリウム緩衝液(0.5 M, pH=5.8)を1リットルのエーレンマイヤーフラスコに入れ、その後0.12モルのNaClOを添加した。10.1gの先に得られた材料をそのNaClO溶液に入れた。0.006モルのTEMPO、及び2%の活性塩素をもつNaClOの水溶液(0.012モル)を次にその反応混合物に添加した。反応液の体積を、酢酸ナトリウム緩衝液で500mlに調節する。エーレンマイヤーフラスコを閉じ、温度調節された水浴中に60℃で5時間置いた。
反応の最後に、布は反応媒体から消失した。反応媒体を次にエタノールの存在下で沈殿させても、得られた沈殿物は利用不可能である。
[参考文献]
Figure 0006421116

Claims (24)

  1. 以下の特徴:
    ・そのセロビオース単位の少なくともいくつかが、そのC炭素に結合した少なくとも1つのカルボン酸官能基を有し、その他のC炭素がそれに結合した第一級アルコール官能基を有する;及び、
    ・そのセロビオース単位の少なくともいくつかは、その2つの環のうちの少なくとも1つがそのCとC炭素の間で開環しており、その他のC及びC炭素は環を形成し且つそれらに結合したアルコール官能基を有する、
    を示す、セロビオース単位を有するポリマーに基づく固体材料を製造する方法であって、以下のステップ:
    - セロビオース単位を含むポリマーに基づく固体材料と、次亜塩素酸塩、亜塩素酸塩、及びN−オキシル化合物もしくはその前駆体を含む酸化性混合物とを接触させておく第一のステップ;及び、次に
    - そのように処理した前記材料と、過ヨウ素酸又はその塩の溶液とを接触させておく第二のステップ、
    を含み、
    前記固体材料が、布、布帛、及び不織布から選択される、方法。
  2. 初めの2つの前記ステップにかけられた前記材料を亜塩素酸塩溶液と接触させておく第三のステップを含むことを特徴とする、請求項1に記載の固体材料を製造する方法。
  3. 前記酸化性混合物が、前記ポリマー1g当たり0.0003〜0.0006モルのN−オキシル化合物又はその前駆体を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の固体材料を製造する方法。
  4. 前記酸化性混合物が、前記ポリマー1g当たり0.0006〜0.0049モルの次亜塩素酸塩を含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の固体材料を製造する方法。
  5. 前記酸化性混合物が、前記ポリマー1g当たり0.006〜0.025モルの亜塩素酸塩を含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の固体材料を製造する方法。
  6. 前記第一のステップを5〜7の範囲のpHで行うことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の固体材料を製造する方法。
  7. 前記第一のステップを40℃よりも高い温度で行うことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の固体材料を製造する方法。
  8. 前記第一のステップを1〜6時間の範囲で行うことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の固体材料を製造する方法。
  9. 前記過ヨウ素酸又はその塩の溶液が、前記ポリマー1g当たり0.003〜0.012モルの過ヨウ素酸又はその塩を含むことを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の固体材料を製造する方法。
  10. 前記第二のステップを、2〜5の範囲のpHで行うことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の固体材料を製造する方法。
  11. 前記第二のステップを、5〜60℃の範囲の温度で行うことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の固体材料を製造する方法。
  12. 前記第二のステップを、1〜6時間の範囲で行うことを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の固体材料を製造する方法。
  13. 前記亜塩素酸塩溶液が、前記ポリマー1g当たり0.0025〜0.012モルの亜塩素酸塩を含むことを特徴とする、請求項2〜12のいずれか一項に記載の固体材料を製造する方法。
  14. 前記第三のステップを、5〜7の範囲のpHで行うことを特徴とする、請求項2〜13のいずれか一項に記載の固体材料を製造する方法。
  15. 前記第三のステップを、15℃より高い温度で行うことを特徴とする、請求項2〜14のいずれか一項に記載の固体材料を製造する方法。
  16. 前記第三のステップを、0.25〜2時間の範囲で行うことを特徴とする請求項2〜15のいずれか一項に記載の固体材料を製造する方法。
  17. 前記第一のステップを、過剰量の第一級アルコールの添加によって停止させることを特徴とする、請求項1〜16のいずれか一項に記載の固体材料を製造する方法。
  18. 前記の最初の2つのステップの間に、及び/又は前記第二のステップの後で、及び/又は前記第三のステップの後で、前記材料をプロトン化媒体中でインキュベートすることを特徴とする、請求項1〜17のいずれか一項に記載の固体材料を製造する方法。
  19. 前記のプロトン化ステップの後で、前記固体材料を、洗浄するステップ、又は洗浄するステップ及び乾燥させるステップにかけることを特徴とする、請求項18に記載の固体材料
    を製造する方法。
  20. ・そのセロビオース単位の少なくともいくつかが、そのC炭素に結合した少なくとも1つのカルボン酸官能基を有し、その他のC炭素がそれに結合した第一級アルコール官能基を有する;及び、
    ・そのセロビオース単位の少なくともいくつかは、その2つの環のうちの少なくとも1つがそのCとC炭素の間で開環しており、該C及びC炭素がそれらに結合した官能化されているか又は官能化されていないアルデヒド官能基を有し、その他のC及びC炭素は環を形成し且つそれらに結合したアルコール官能基を有する、
    を示すセロビオース単位を有するポリマーに基づくものであることを特徴とする、布。
  21. 前記ポリマーがセルロース又はビスコースであることを特徴とする、請求項20に記載の布。
  22. 前記C及び/又はC炭素がそれらに結合した官能化されているか又は官能化されていないカルボン酸官能基を有するカルボン酸官能基を有することを特徴とする、請求項20又は21に記載の布。
  23. 10%より高い全体的酸化レベルを有することを特徴とする、請求項20〜22のいずれか一項に記載の布。
  24. 請求項20〜23のいずれか一項に記載の布からなる圧定布。
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