JP6678982B2 - 生体吸収性ステント - Google Patents
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Description
本発明者らは、レアアース元素およびアルミニウムを含有しないマグネシウム合金から形成したステントの表面にフッ化マグネシウム層を形成することにより、ステントの耐腐食性は向上するが、体内に導入されて所定期間、ステントとして機能するには、耐食性がなお不十分であることを確認した。
本発明者らは、更に検討を行った結果、前記マグネシウムステント表面にフッ化処理を行って第1防食層を形成し、さらに、第1防食層面上をパリレン(パラキシリレンおよび/またはその誘導体の総称であり、以下パラキシリレン樹脂と称する場合がある)層で被覆して第2防食層を形成することにより、生体に対して安全性が高く、かつ実用的な防食性が得られることを見出し、本発明に到達した。
前記コア構造体上に形成されたフッ化マグネシウムを主成分とする第1防食層と、
前記第1防食層上に形成されたパリレンからなる第2防食層と、を備えた生体吸収性ステントである。
マグネシウム含有量は、93質量%以上であればより好ましく、95質量%以上であればさらに好ましい。
マグネシウム合金からなるコア構造体を製造し、
得られたコア構造体に電解研磨を行い、電解研磨処理後のコア構造体表面をフッ化処理して、フッ化マグネシウムを主成分とする第1防食層を形成し、ついで
前記第1防食層上にパラキシリレン樹脂を蒸着コートして、パリレンからなる第2防食層を形成する、生体吸収性ステントの製造方法である。
特許文献1に開示されているステント構造体では、レアアースメタルを含有するマグネシウム合金表面にフッ化マグネシウムからなる防食層を形成し、その上にアルミニウムを含む化成皮膜層[酸化アルミニウム層とポリ(アルミニウムエチレングリコール)(アルコン)]を形成しているために、また、特許文献2においても、レアアースメタルを含むマグネシウム合金からステントが形成されているために、人体への安全性の点が懸念されるが、本発明では、レアアース元素を含有しないマグネシウム合金表面上にアルミニウムを含まない防食層を形成しているため、人体への安全性が高い。
本発明第1の構成において用いられるマグネシウム合金は、90質量%以上のマグネシウム(Mg)に、亜鉛(Zn),ジルコニウム(Zr),およびマンガン(Mn)を副成分として含有することが特徴である。
本発明において用いられるマグネシウム合金は、Znを質量%で0.95%以上、2.0%以下含むことにより、ZnがMgに固溶して合金の強度を高める効果を有し、Zrを質量%で0.05%以上、0.80%以下含むことにより、マグネシウム合金の結晶粒径の粗大化を防止し、本発明で用いられるマグネシウム合金は、1.0〜3.0μmの平均結晶粒径、標準偏差が0.7以下の粒径分布を有しており、変形性(延生、伸び)に優れている。また、Mnを質量%で0.05%以上、0.40%以下含むことにより、耐食性を向上させる効果を有する。本発明において用いられるマグネシウム合金は、上記の特性を有することにより、生分解性マグネシウム合金の副成分として多用されるレアアース元素、アルミニウムを含むことなく、生体吸収性ステントのコア構造体を形成することができる。
この合金は、JIS Z2241による測定で、引張強度230〜380MPa、耐力145〜300MPa、破断伸度15〜50%を有しており、生体吸収性ステントを構成するコア構造体としての条件を満たす。
前記第2防食層の層厚は、0.05〜1μmの範囲にあることが好ましい。第2防食層を形成するパリレンは、生分解性ではなく血管内に残留するため、第1防食層(フッ化マグネシウム層)の防食性の不足を補うに必要な最低限の厚みにする必要がある。第2防食層の層厚が薄すぎると、第1防食層の防食性の不足を補うことができず、厚すぎると防食効果が大きくなりすぎてステントの生体吸収性に影響を及ぼすとともに、血管内に残留するパリレンが血管に対して悪影響を及ぼすことが懸念される。
生分解性ポリマー層は、第2防食層側の第一層と血液側の第二層の2層から構成されてもよく、薬剤を血液に接する第二層に含有させてもよい。
生分解性ポリマー層は、所定期間経過後には体内から消失される。
本発明のステントの一例は、図1に示すように、マグネシウム合金(Mg合金)からなるコア構造体1と、前記コア構造体1の表面全域に形成されたフッ化マグネシウム(MgF2)からなる第1防食層2[表面においてMgが酸化されることにより形成されるMg(OH)2等を含んで親水性を呈する]と、前記第1防食層2上に形成されたパリレンからなる第2防食層3と、第2防食層3の少なくとも一部の表面に形成された生分解性樹脂層4、生分解性樹脂層4上に形成された、薬剤を含む生分解性樹脂層5から構成される(なお、薬剤を含む生分解性樹脂層5を設けることなく、生分解性樹脂層4に薬剤を含有させてもよい)。
前記構成の技術的要素として、生分解性を有するとともに変形特性に優れたコア構造体を形成するマグネシウム合金組成を選定する要素と、選定されたマグネシウム合金からなるコア構造体の腐食を制御するために、前記コア構造体の表面全域にMgF2を主成分とする前記第1防食層を形成する要素と、前記第1防食層上にパリレンからなる第2防食層を形成する要素と、前記コア構造体を被覆して、薬剤を含有する生分解性樹脂層を形成する要素と、を有する。
本発明のステントのコア構造体は、生体吸収性のマグネシウム合金から形成されている。
本発明において、ステントのコア構造体は、90質量%以上のマグネシウム(Mg)を主成分、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)およびマンガン(Mn)を副成分として含有し、レアアース元素およびアルミニウム(Al)を含有しないマグネシウム合金から構成されている。
生体安全性および機械的特性を向上させる上で、Mgの含有量が93質量%以上であればより相応しく、95質量%以上であればさらに相応しい。
本発明において、マグネシウム合金にはレアアース元素は含まれない。レアアースとは、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ジスプロシウム(Dy)、サマリウム(Sm)、セリウム(Ce)、ガドリウム(Gd)、ランタン(La)、ネオジム(Nd)からなる群から選ばれる少なくとも1種をいう。上記のレアアース元素およびアルミニウムを含有しないことにより、人体に対する為害性を防ぐことができる。
副成分のZnは、0.95〜2.0質量%、Zrは、0.05〜0.80質量%、Mnは、0.05〜0.40質量%含まれていることが好ましい。
Znは、Mgと固溶し、合金の強度、伸びを向上させるために添加される。Znが少なすぎると所望の効果が得られず、Znの含有量が多すぎると固溶限界を超えて、Znに富む析出物が形成され、耐食性を低下させるため好ましくない。
Zrは、Mgとほとんど固溶せず、微細な析出物を形成し、合金の結晶粒度の粗大化を防止する効果がある。Zrの添加量が少なすぎると添加の効果が得られない。添加量が多すぎると、析出物の量が多くなり、加工性が低下するので好ましくない。
Mnは、合金組織の微細化および耐食性向上の効果がある。Mnの含有量が少なすぎると所望の効果が得られない。Mnの含有量が多すぎると塑性加工性が低下する傾向にある。
上記の副成分に、さらにカルシウム(Ca)を0.05質量%以上、0.20質量%未満の割合で加えてもよい。Caは、マグネシウム合金の強度を保持しながら、耐食性を向上する効果が期待できるので、必要に応じて添加することができる。Caの量が少なすぎると添加の効果が得られなく、Caの量が多すぎると析出物が形成されやすくなり、単相の完全固溶体が得られにくくなり、好ましくない。
本発明において、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)および銅(Cu)からなるグループから選ばれる不可避不純物のそれぞれの含有量が10ppm未満で、不可避不純物の総量が30ppm以下であるマグネシウム合金から構成されるのが好ましい。
不可避不純物の含有量は制御されることが好ましい。Fe,Ni,Co,Cuは、マグネシウム合金の腐食を促進するため、それぞれの含有量は10ppm未満、さらに好ましくは、5ppm以下である。また、不可避不純物の総量は30ppm以下とすることが好ましく、10ppm未満とすることがさらに好ましい。不可避不純物の含有量は、例えば、ICP発光分光分析により、確認することができる。
マグネシウム合金は、通常のマグネシウム合金の製法に従い、Mg,Zn,Zr,Mnの地金もしくは合金、および必要に応じてCaを坩堝に投入し、温度650〜800℃で溶解、鋳造することにより製造することができる。必要に応じ、鋳造後に溶体化熱処理を行ってもよい。レアアース元素およびアルミニウムは地金には含まれていない。高純度の地金を用いることにより、不純物中のFe,Ni,Cu量は抑制できる。また、不純物中のFe,Ni,Coについては、溶湯化した段階で脱鉄処理により除去してもよい。また、蒸留製錬した地金を用いてもよい。
本発明で用いられるマグネシウム合金は、上述の組成及び製造方法の制御により、粒径分布で見た場合に、平均結晶粒径が1.0〜3.0μm、好ましくは、1.0〜2.0μm、標準偏差が0.7以下、好ましくは0.5〜0.7の微細かつ均一な組織を有するものとすることができる。Zrを含む細粒の析出物は、粒径500nm未満、好ましくは100nm未満とすることができる。Zr析出物をのぞく母相は、Mg−Zn−Mn三元系合金の全固溶体であることが好ましい。
本発明で用いられるマグネシウム合金は、JIS Z2241による測定で、引張強度230〜380MPa、好ましくは250〜300MPa、耐力145〜220MPa、破断伸び15〜50%、好ましくは25〜40%の機械的特性を有していることが好ましい。なかでも、引張強度は280MPaを超えること、破断伸びは30%を越えることがさらに好ましい。
上記により得られた鋳塊は熱間押出加工により、マグネシウム合金管材を得て、得られたマグネシウム合金管材にレーザー加工を施すことにより、ステントの骨格形状(コア構造体)を得ることができる。
本発明のステントは、従来のものを含めて種々の骨格形状を用いることができる。例えば、図2および図3に示す骨格形状が挙げられる。
平滑表面を有する防食層を形成するための前処理として、レーザー加工されたステント骨格を陽極に、金属板を陰極として両者間に直流電源を介して接続した上で、電解液中にて電圧を印加することによって陽極のステント骨格を研磨し、任意の寸法のコア構造体を作製する方法が用いられるのが好ましい。
平滑表面を有する防食層を形成するために、電解研磨によって鏡面仕上げされたコア構造体に対してフッ化処理を行う。フッ化処理の条件は、MgF2層を形成することができる限り、特に限定されないが、例えば、フッ化水素酸(HF)水溶液などの処理液中にコア構造体を浸漬して行うことができる。浸漬に際しては、例えば、50〜200rpm、好ましくは80〜150rpmで振盪を行うのが好ましい。その後、MgF2層が形成されたコア構造体を取り出し、洗浄液(例えば、アセトン水溶液)で十分洗浄する。洗浄は、例えば超音波洗浄を行い、洗浄後、コア構造体を乾燥させる場合、減圧下50〜60℃において24時間以上乾燥させる方法が用いられるのが好ましい。
本発明のステントの第1防食層は、フッ化マグネシウムを主成分として構成される。例えば、第1防食層は、90%以上含まれるMgF2を主成分として構成されてもよい。さらに、副成分として、MgOならびにMg(OH)2のような酸化物ならびに水酸化物を含有していてもよい。なお、第1防食層は、マグネシウム以外の上記のステントを構成する金属の酸化物ならびに水酸化物を含有してもよい。
本発明のステントの第1防食層の層厚は、防食性を発揮する上で0.5μm以上であることが相応しく、変形追従性を発揮する上で1.5μm以下であることが相応しい。防食性が高すぎることにより、反って生体吸収性が損なわれてしまうようなことがあってはならないため、1.5μmを超えるのは相応しくない。
本発明において、第1防食層上にパリレンからなる、厚さが0.05〜1μm、好ましくは、0.08〜0.8μmの薄い第2防食層を形成することにより、生体吸収性を阻害することなく、マグネシウム合金の耐食性を大幅に向上することができる。厚さが薄すぎると、防食効果が不十分となる傾向にあり、厚すぎると生体吸収性を阻害する傾向となる。
パリレンは、パラキシリレンまたはその誘導体の総称であり、芳香族環に官能基のないパリレンN[下記(1)式]、その芳香族環水素の1つが塩素に置換されたパリレンC[下記(2)式]、その芳香族環水素の1つがメチル基に置換されたパリレンM[下記(3)式]、パリレンMのメチレン基の一方が、フッ素化されたパリレンF[下記(4)式]、パリレンNの芳香族環の2,5位の水素が塩素に置換されたパリレンD[下記(5)式]、パリレンNの両方のメチレン基がフッ素化されたパリレンHT[下記(6)式]などを例示することができる。これらのパリレンは市販されており、たとえばパリレンN,パリレンCは、ともに第三化成株式会社から入手することができる。
本発明のステントにおいては、第2防食層上の表面全域あるいは一部に、生分解性ポリマーと血管内膜肥厚抑制剤からなる被覆層が形成されている。生分解性ポリマーとしては、ポリエステル等が挙げられ、例えば、ポリ−L−乳酸(PLLA)、ポリ−D,L−乳酸(PDLLA)、ポリ乳酸−グリコール酸(PLGA)、ポリグリコール酸(PGA)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリ乳酸−ε−カプロラクトン(PLCL)、ポリグリコール酸−ε−カプロラクトン(PGCL)、ポリ−p−ジオキサノン、ポリグリコール酸−トリメチレンカーボネート、ポリ−β−ヒドロキシ酪酸などを挙げることができる。
血管内膜肥厚抑制剤としては、シロリムス、エベロリムス、バイオリムスA9、ゾタロリムス、パクリタキセル等が挙げられる。
上記のように平滑表面を有する防食層が形成されたステントでは、37℃・5%CO2雰囲気下の血漿模擬溶液(EMEM+10%FBS)ならびにブタの冠動脈中におけるラディアルフォースの経時的な低下が、本発明に該当しないステントあるいは防食層を有しないステント(コア構造体単体)と比較して有意に抑制される(後述の実施例・比較例参照)。
(1)ステントを構成するマグネシウム合金の製造
Mg、Zn、Mn、Zrの高純度地金を材料として準備した。これらをそれぞれ下記に記載の成分濃度になるように秤量して坩堝に投入し、730℃に溶融攪拌し、得られた溶融物を鋳造し、鋳塊とした。使用した原料には、希土類元素やアルミニウムは、不可避不純物としても含まれていない。
マグネシウム地金には、不純物Cu濃度の低い、純度99.9%のものを用い、また溶湯から鉄、ニッケルを除去するための脱鉄処理を炉内で行った。
得られた鋳塊は、ICP発光分光分析計(AGILENT社製、AGILENT 720 ICP−OES)を使用し、不純物濃度を測定した。
得られた鋳塊の成分濃度(質量%)は以下のとおりであり、アルミニウムとレアアース元素は含まれていない。
Mg 残部、Zn 1.5%、Mn 0.4%、Zr 0.4%、
上記鋳塊には、不可避不純物としてFe、Ni、CoおよびCuが下記濃度で含まれていた。
Fe 5ppm、Ni 5ppm、Co ND(検出限界以下)、Cu 1ppm
(2)ステント骨格の製造
上記のマグネシウム合金鋳塊を押出加工により、厚さ150μm(外径1.8mm/内径1.5mm)の細管を得て、この細管を図2に示す形状にレーザー加工して、ステント骨格を得た。
(3)電解研磨
得られたステント骨格の表面に付着した酸化物を酸性溶液で除去した。続いて、電解液中に陽極側として浸漬させ、陰極側である金属板との間に直流電源を介して接続した後、電圧を印加することによって陽極のステント骨格を厚さ100μm(外径1.75mm/内径1.55mm)になるまで鏡面研磨して平滑表面を得た。電圧印加中における粘液層の安定化を図るため、電解液を攪拌しながら、温度が一定となるように制御した。また、陰極における気泡の発生を抑制するため、電圧の印加と切断を適宜繰り返した。尚、陰極から遊離した気泡がステント骨格に付着すると、表面精度不良の原因となる。
(4)テストサンプル
当該ステント骨格を用いて、後述の実施例および比較例に示すステントサンプルを作製した後、バルーンカテーテルの遠位端部分に取り付けたバルーンに、ステントサンプルが外径1.2mmになるように載置(クリンプ)した。
優れた防食性および変形追従性を有する表面は、血管内において、コア構造体の加速的な腐食に伴う機械的強度の低下を遅延させることができる。従って、37℃・5%CO2雰囲気下の血漿模擬溶液(EMEM+10%FBS)において、コア構造体の重量変化およびラディアルフォース残存率を測定することにより、防食性および変形追従性を評価することができる。
バルーンカテーテルにクリンプしたステントサンプルを、37℃の血漿模擬溶液(EMEM+10%FBS)に2分間浸漬した後、内径が3mmになるまで均一に拡張し(図5)、37℃・5%CO2雰囲気下、100rpmで浸漬・振盪した。この段階において、ステントはバルーンカテーテルへのクリンプ(縮径)ならびにステンティング(拡径)による塑性弾性変形(物理変化)を受けたことになる(図4)。浸漬28日後、抽出したサンプルのラディアルフォースを測定した。また、クロム酸で超音波洗浄し、水酸化マグネシウム等の腐食生成物を完全に除去し、コア構造体の重量変化を評価した(n=5)。尚、ラディアルフォース測定には、RX550/650(Machine Solutions社)を用いた。
後述の実施例2、比較例2および比較例3のサンプルについて、上記と同様の方法で、血漿模擬溶液中で浸漬・振盪した。浸漬7、14、21および28日後、サンプルから溶出したMgイオンの量を測定し、浸漬前のコア構造体の重量を基にしてMgイオン溶出率を算出した(n=5)。尚、Mgイオン測定には、マグネシウムB−テストワコー(富士フイルム和光純薬株式会社)を用いた。
後述の実施例2および比較例2のサンプルについて、拡張前、内径3mmに拡張後、および血漿模擬溶液浸漬28日後のそれぞれについて、ステント表面の走査電子顕微鏡(SEM)観察を行った。
実施例2および比較例2のサンプルについて、ブタ冠動脈留置直後とブタ冠動脈留置後28日目について、ステント断面の光干渉断層計(OCT)による観察を行った。
OCT観察において、留置直後のステント内腔面積(a)および留置28日後のステント内腔面積(b)を測定した上で、留置直後のステント内腔面積に対する減少率(リコイル率)を次式で算出した。
リコイル率=(a−b)/a
上記ステント骨格を有するコア構造体を、27Mフッ化水素酸水溶液2mL中、100rpmで浸漬・振盪した。24時間後に抽出したステントを、水・アセトンで十分に超音波洗浄した後に、減圧下60℃において24時間乾燥し、第1防食層(厚み1μm)が形成されたコア構造体を得た。この構造体にCVD法により厚み100nmのパリレンC層を形成し、第2防食層が形成された。得られた構造体の表面に、第1被覆層として第1ポリマーPCL400μg、第2被覆層として第2ポリマーPDLLA150μgおよびシロリムス100μgをスプレーコーティングし、図1に示すステントサンプルを得た。
上記ステント骨格を有するコア構造体を、27Mフッ化水素酸水溶液2mL中、100rpmで浸漬・振盪した。24時間後に抽出したステントを、水・アセトンで十分に超音波洗浄した後に、減圧下60℃において24時間乾燥し、第1防食層(厚み1μm)が形成されたコア構造体を得た。この構造体にCVD法により厚み500nmのパリレンC層を形成し、第2防食層が形成された。得られた構造体の表面に、第1被覆層として第1ポリマーPCL400μg、第2被覆層として第2ポリマーPDLLA150μgおよびシロリムス100μgをスプレーコーティングし、図1に示すステントサンプルを得た。
上記ステント骨格を有するコア構造体(未フッ化処理)をステントサンプルとした。
上記ステント骨格を有するコア構造体を、27Mフッ化水素酸水溶液2mL中、100rpmで浸漬・振盪した。24時間後に抽出したステントを、水・アセトンで十分に超音波洗浄した後に、減圧下60℃において24時間乾燥し、第1防食層(厚み1μm)が形成されたコア構造体を得た。得られた構造体の表面に、第1被覆層として第1ポリマーPCL400μg、第2被覆層として第2ポリマーPDLLA150μgおよびシロリムス100μgをスプレーコーティングし、図7に示すステントサンプルを得た。
上記ステント骨格を有するコア構造体(未フッ化処理)にCVD法により厚み500nmのパリレンC層を形成し、第2防食層が形成された。得られた構造体の表面に、第1被覆層として第1ポリマーPCL400μg、第2被覆層として第2ポリマーPDLLA150μgおよびシロリムス100μgをスプレーコーティングし、図8に示すステントサンプルを得た。
2 第1防食層(フッ化マグネシウム層)
3 第2防食層(パリレン層)
4 生分解性樹脂層
5 生分解性樹脂層(薬剤含有)
Claims (10)
- 90質量%以上のマグネシウムを主成分として、0.95〜2.00質量%の亜鉛、0.05〜0.80質量%のジルコニウム、0.05〜0.40質量%のマンガンを含有し、レアアース元素およびアルミニウムを含有していなく、Fe,Ni,CoおよびCuからなるグループから選ばれる不可避的不純物の総含有量が30ppm以下であるマグネシウム合金からなるコア構造体を有する生体吸収性ステントにおいて、
前記マグネシウム合金からなるコア構造体上に形成された、フッ化マグネシウムを主成分とする第1防食層と、
前記第1防食層上に直接形成されたパリレンからなる第2防食層と、を備えた生体吸収性ステント。 - 請求項1に記載の生体吸収性ステントにおいて、
前記第1防食層は、前記マグネシウム合金表面をフッ化処理することにより形成されている生体吸収性ステント。 - 請求項1〜2のいずれか一項に記載の生体吸収性ステントにおいて、
前記第1防食層の層厚が、0.5〜1.5μmである生体吸収性ステント。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の生体吸収性ステントにおいて、
前記第2防食層の層厚が0.05〜1μmである生体吸収性ステント。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の生体吸収性ステントにおいて、
前記第2防食層の少なくとも一部の表面には、生分解性ポリマー層が形成されている生体吸収性ステント。 - 請求項6に記載の生体吸収性ステントにおいて、
前記生分解性ポリマーが脂肪族ポリエステルである生体吸収性ステント。 - 請求項6または7に記載の生体吸収性ステントにおいて、
前記生分解性ポリマー層は、血管内膜肥厚抑制剤を含有している生体吸収性ステント。 - 請求項8に記載の生体吸収性ステントにおいて、
前記抑制剤は、リムス系薬剤である生体吸収性ステント。 - 90質量%以上のマグネシウムを主成分として、0.95〜2.00質量%の亜鉛、0.05〜0.80質量%のジルコニウム、0.05〜0.40質量%のマンガンを含有し、レアアース元素およびアルミニウムを含有していなく、Fe,Ni,CoおよびCuからなるグループから選ばれる不可避的不純物の総含有量が30ppm以下であるマグネシウム合金からなるコア構造体を有する生体吸収性ステントの製造方法において、
マグネシウム合金からなるコア構造体を製造し、
得られたコア構造体に電解研磨を行い、電解研磨処理後のコア構造体表面をフッ化処理して、フッ化マグネシウムを主成分とする第1防食層を形成し、ついで
前記第1防食層上に直接パラキシリレン樹脂を蒸着コートして、パリレンからなる第2防食層を形成する、生体吸収性ステントの製造方法。
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