JP6681378B2 - マイクロニードルとその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロニードルとその製造方法に係り、特に、皮膚の真皮に正確に一定量の薬物を注入することが可能なマイクロニードルとその製造方法に関する。
塗布や、注射による生体への薬物投与に替えて、マイクロニードルによる薬物投与がこれまで多く提案されている。例えば、特許文献１や特許文献２では、マイクロニードルの先端部近傍の表面に薬物を付着（コーティング）する方法が提案されている。
特許文献１で提案されている方法では、付着した薬物が皮膚に穿刺される際に剥がれ落ちることはないとしても、薬物の付着量を正確にコントロールすることが困難であるという欠点を有している。
また、特許文献２で提案されている方法では、付着量は正確にコントロールすることが出来たとしても、皮膚に穿刺された状態で付着された薬物の何パーセントが生体に吸収されるかが必ずしも正確に予測できないという欠点を有している。
特許文献１で提案されている方法では、付着した薬物が皮膚に穿刺される際に剥がれ落ちることはないとしても、薬物の付着量を正確にコントロールすることが困難であるという欠点を有している。
また、特許文献２で提案されている方法では、付着量は正確にコントロールすることが出来たとしても、皮膚に穿刺された状態で付着された薬物の何パーセントが生体に吸収されるかが必ずしも正確に予測できないという欠点を有している。
非特許文献１や非特許文献２では、マイクロニードルの材質をヒアルロン酸などの生体内溶解材料とし、この材料中にインスリンなどの薬物を含有させて皮膚に穿刺することを開示しているが、やはり生体に吸収される有効薬物の量を正確にコントロールすることが出来ないという欠点を有している。
山本昌"ペプチド・タンパク性医薬品の経粘膜透過促進"薬剤学Ｖｏｌ.７４，Ｎｏ．１（２０１４）
勝見英正等，"マイクロニードルを用いたペプチド・タンパク性医薬品の次世代型経皮吸収製剤の開発"ＹＡＫＵＧＡＫＵ ＺＡＳＳＨＩ １３４（１）６３−６７（２０１４）
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑み提案されたもので、皮膚に穿刺した際に先端部が表皮を貫通して真皮に到達し、真皮内に正確に一定量の薬物を供給することの出来るマイクロニードルを提供することを目的とする。
本発明のマイクロニードルは、鋭利な先端を有する円錐形又は角錐形の先端部と円錐台形又は角錐台形の基台部とを備え、先端部と基台部とは、基台部の肩部において段差を有して結合されたマイクロニードルにおいて、先端部の先端から肩部までの高さと基台部の高さとは、マイクロニードルを先端から皮膚に穿刺した際に、先端部はすべて真皮内にとどまり、基台部は、少なくとも肩部が角質層と真皮との境界まで侵入するのに十分な寸法に設計され、先端部と基台部とはその構成材料の材質を異にし、先端部の構成材料にのみ一定量の薬物を含有させたことを特徴とする。
また、薬物がペプチド・タンパク性医薬品であることを特徴とする。
また、先端部の先端角度と、基台部の先端側端部の角度とが共に１４°未満に設定されていることを特徴とする。
さらに、肩部において、先端部と基台部とが容易に切離され、先端部のみを皮膚の真皮内に残留させることを特徴とする。
また、薬物がペプチド・タンパク性医薬品であることを特徴とする。
また、先端部の先端角度と、基台部の先端側端部の角度とが共に１４°未満に設定されていることを特徴とする。
さらに、肩部において、先端部と基台部とが容易に切離され、先端部のみを皮膚の真皮内に残留させることを特徴とする。
本発明のマイクロニードルの製造方法は、
ａ：鋳型材料への直接レーザエッチング又はフォトリソグラフィーを用いた食刻技術により、先端側に位置する先端部位と基台側に位置する基台部位とを備え、
先端部位と基台部位とは、基台部位の肩部において段差を有して結合されたマイクロニードルパターンの反転形状を有する鋳型を作製する工程と；
ｂ：先端部位に一定量の薬物を含有した液状の第１構成材料で肩部に到達するまで充填し、所定時間放置して固化を開始させる工程と；
ｃ：基台部位に第１構成材料とは材質が異なる液状の第２構成材料を充填し、所定時間放置し、先端部位と基台部位とを肩部において結合させる工程と；
ｄ：第１構成材料と第２構成材料とを固化させてマイクロニードルを形成する工程と；
ｅ：形成されたマイクロニードルを鋳型から取り出す工程と；
を具備したことを特徴とする。
ａ：鋳型材料への直接レーザエッチング又はフォトリソグラフィーを用いた食刻技術により、先端側に位置する先端部位と基台側に位置する基台部位とを備え、
先端部位と基台部位とは、基台部位の肩部において段差を有して結合されたマイクロニードルパターンの反転形状を有する鋳型を作製する工程と；
ｂ：先端部位に一定量の薬物を含有した液状の第１構成材料で肩部に到達するまで充填し、所定時間放置して固化を開始させる工程と；
ｃ：基台部位に第１構成材料とは材質が異なる液状の第２構成材料を充填し、所定時間放置し、先端部位と基台部位とを肩部において結合させる工程と；
ｄ：第１構成材料と第２構成材料とを固化させてマイクロニードルを形成する工程と；
ｅ：形成されたマイクロニードルを鋳型から取り出す工程と；
を具備したことを特徴とする。
本発明のマイクロニードルによれば、先端部位と基台部位とで構成材料の材質を異ならせたことにより、皮膚に穿刺された後に先端部と基台部とが結合部で分離され易く、先端部のみを皮膚内に残存させることができる。
このため、先端部位のみに薬物を含有させておけば、薬物を正確に一定量生体に投与できる。
このため、先端部位のみに薬物を含有させておけば、薬物を正確に一定量生体に投与できる。
マイクロニードルにより薬物を添加して医療効果を発揮させるためには、マイクロニードルが皮膚を穿刺した際に、その先端部が表皮を貫通して真皮に到達し、真皮に薬物が所定量正確に供給され、先端部が基台部から短時間で切離されて、先端部に添加されている薬物が真皮を介して体内に吸収されることが必要である。
本発明に係るマイクロニードルはこれを容易に実現することが出来る。
本発明に係るマイクロニードルはこれを容易に実現することが出来る。
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係るマイクロニードルの構成を説明する。
図１において、マイクロニードル１００は、先端部１０２と基台部１０４とを有している。先端部１０２は、鋭利な円錐形、基台部１０４は円錐台形であるが、円錐形、円錐台形に代えてそれぞれ角錐形、角錐台形としてもよい。
先端部１０２の高さＨ１と基台部１０４の高さＨ２とは、マイクロニードル１００を皮膚に穿刺した際に先端部１０２が真皮内にとどまるのに十分な寸法となるように設計されている。先端部（先端部位）１０２と基台部（基台部位）１０４とは、肩部１０６において段差を有して結合されており、本発明においては、先端部位１０２と基台部位１０４とでその構成材料の材質を異ならせている。
図１において、マイクロニードル１００は、先端部１０２と基台部１０４とを有している。先端部１０２は、鋭利な円錐形、基台部１０４は円錐台形であるが、円錐形、円錐台形に代えてそれぞれ角錐形、角錐台形としてもよい。
先端部１０２の高さＨ１と基台部１０４の高さＨ２とは、マイクロニードル１００を皮膚に穿刺した際に先端部１０２が真皮内にとどまるのに十分な寸法となるように設計されている。先端部（先端部位）１０２と基台部（基台部位）１０４とは、肩部１０６において段差を有して結合されており、本発明においては、先端部位１０２と基台部位１０４とでその構成材料の材質を異ならせている。
一例として、構成材料を生体内溶解性樹脂として、先端部位１０２には、ポリ乳酸、マルトース、コンドロイチン硫酸及びカルボキシメチルセルロースなどを素材としたものを用い、基台部位１０４には熱可塑性樹脂として、ポリカーボネート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー、ポリエチレンテレフタートまたはこれらの混合物を素材としたものを用いる。
また同一素材の構成材料を用いた場合でもその分子量を異なるようにして材質を変えても良い。例えば、構成材料をヒアルロン酸とした場合に、先端部位１０２のヒアルロン酸には、低分子量のものを用い、基台部位１０４のヒアルロン酸には高分子量のものを用いる。
また同一素材の構成材料を用いた場合でもその分子量を異なるようにして材質を変えても良い。例えば、構成材料をヒアルロン酸とした場合に、先端部位１０２のヒアルロン酸には、低分子量のものを用い、基台部位１０４のヒアルロン酸には高分子量のものを用いる。
このように構成材料を先端部位１０２と基台部位１０４とで材質を異ならせることで、肩部１０６における先端部位１０２と基台部位１０４との結合力が弱まり、マイクロニードル１００が皮膚に穿刺された後に肩部１０６において先端部位１０２と基台部位１０４とが容易に切離され、先端部位１０２のみを皮膚の真皮内に残留させることが可能となる。そして、先端部位１０２の構成材料にのみ薬物１０８が含有されるようにしておけば、先端部位１０２の容量で定まる一定量の薬物１０８を正確に生体に投与することが可能になる。
薬物１０８としては、現在、インスリンなどのペプチド・タンパク性医薬品を対象としている。なお、先端部１０２の先端角度θ１、基台部１０４の先端側端部の角度θ２は共に１４°未満に設定されている。１４°以上では、マイクロニードル１００を皮膚に穿刺した際に、先端部１０２が真皮へ到達し難くなるからである。
また、マイクロニードル１００の構成材料は液体であり、成形時に水分を除去することにより固化される。
また、マイクロニードル１００の構成材料は液体であり、成形時に水分を除去することにより固化される。
次に図２、図３を参照して、図１で示すマイクロニードル１００の使用方法について説明する。
図２において、マイクロニードル１００を皮膚に穿刺すると、マイクロニードル１００はその先端部１０２が皮膚組織を切開して侵入し、角質層Ｋを貫通して真皮Ｓへ到達する。その後、図２に示すように先端部１０２はすべて真皮Ｓの中まで侵入し、基台部１０４もその先端が角質層Ｋと真皮Ｓとの境界まで侵入する。
図２において、マイクロニードル１００を皮膚に穿刺すると、マイクロニードル１００はその先端部１０２が皮膚組織を切開して侵入し、角質層Ｋを貫通して真皮Ｓへ到達する。その後、図２に示すように先端部１０２はすべて真皮Ｓの中まで侵入し、基台部１０４もその先端が角質層Ｋと真皮Ｓとの境界まで侵入する。
この状態で所定時間放置すると、先端部（先端部位）１０２を構成している構成材料が溶け出して、真皮Ｓを介して生体に供給される。これに伴い、先端部位１０２の構成材料に含有されていた薬物１０８が生体に投与される。この場合、生体に投与される薬物１０８の量は、予め先端部位１０２の形状を定めておけば、常に一定量となる。
この状態で薬物１０８がすべて生体に投与されるまでマイクロニードル１００を皮膚内に所定時間放置することも出来るが、仮にマイクロニードル１００を矢印Ａ方向に引き抜こうとすると、先端部位１０２と基台部位１０４との結合部位である肩部１０６において、切離され、先端部位１０２のみが図３に示すように真皮Ｓ内に残存する。従って薬物１０８の薬効は長期間に亘って効率的に発揮される。
この状態で薬物１０８がすべて生体に投与されるまでマイクロニードル１００を皮膚内に所定時間放置することも出来るが、仮にマイクロニードル１００を矢印Ａ方向に引き抜こうとすると、先端部位１０２と基台部位１０４との結合部位である肩部１０６において、切離され、先端部位１０２のみが図３に示すように真皮Ｓ内に残存する。従って薬物１０８の薬効は長期間に亘って効率的に発揮される。
次に、図１に示す実施形態に係るマイクロニードル１００の製造方法について図４〜図７を参照して説明する。
まず、図４に示すように、先端側に位置する先端部位１０２ａと、基台側に位置する基台部位１０４ａとを備えたマイクロニードルの鋳型１００ａを準備する。
この鋳型１００ａはレーザビームを用いて鋳型材料を直接レーザエッチングしたり、又はフォトリソグラフィーを用いた食刻技術により作製することができる。先端部位１０２ａと基台部位１０４ａの結合部位には段部１０６ａが形成されている。
まず、図４に示すように、先端側に位置する先端部位１０２ａと、基台側に位置する基台部位１０４ａとを備えたマイクロニードルの鋳型１００ａを準備する。
この鋳型１００ａはレーザビームを用いて鋳型材料を直接レーザエッチングしたり、又はフォトリソグラフィーを用いた食刻技術により作製することができる。先端部位１０２ａと基台部位１０４ａの結合部位には段部１０６ａが形成されている。
次いで、図５に示すように、先端部位１０２ａ内を液状の第１構成材料１０２ｂで充填し、所定時間放置する。第１構成材料１０２ｂとして、例えば低分子量のヒアルロン酸を用いる。第１構成材料１０２ｂは段部１０６ａに到達するまで充填し、この第１構成材料１０２ｂ中に、薬物１０８、例えば、インスリンを所定量だけ含有させておく。
第１構成材料１０２ｂを充填して固化が始まった段階で、基台部位１０４ａに第１構成材料１０２ｂとは材質、即ち、成分又は材料が異なる液状の第２構成材料１０４ｂを図６に示すように充填し、所定時間放置し固化させ、段部１０６ａにおいて第１構成材料１０２ｂと第２構成材料１０４ｂとを結合させる。
第２構成材料１０４ｂとしては、例えば、高分子量のヒアルロン酸を用いる。第２構成材料１０４ｂ中には薬物１０８を含有させない。
第２構成材料１０４ｂとしては、例えば、高分子量のヒアルロン酸を用いる。第２構成材料１０４ｂ中には薬物１０８を含有させない。
このようにしてマイクロニードル１００が形成された段階で、図７に示すように矢印Ｂの方向に引き上げてこれを取り出す。
図４〜図７に示す製造工程では、マイクロニードルの鋳型１００ａにより、複数のマイクロニードル（図４〜図７では３個）を同時に製造しているが、単一のマイクロニードルずつでも製造することは出来る。
図４〜図７に示す製造工程では、マイクロニードルの鋳型１００ａにより、複数のマイクロニードル（図４〜図７では３個）を同時に製造しているが、単一のマイクロニードルずつでも製造することは出来る。
１００・・・・マイクロニードル
１００ａ・・・マイクロニードルの鋳型
１０２・・・・先端部（先端部位）
１０２ｂ・・・第１構成材料
１０４・・・・基台部（基台部位）
１０４ｂ・・・第２構成材料
１０６・・・・肩部
１０８・・・・薬物
１００ａ・・・マイクロニードルの鋳型
１０２・・・・先端部（先端部位）
１０２ｂ・・・第１構成材料
１０４・・・・基台部（基台部位）
１０４ｂ・・・第２構成材料
１０６・・・・肩部
１０８・・・・薬物
Claims (5)
- 鋭利な先端を有する円錐形又は角錐形の先端部（１０２）と円錐台形又は角錐台形の基台部（１０４）とを備え、前記先端部（１０２）と前記基台部（１０４）とは、前記基台部（１０４）の肩部（１０６）において段差を有して結合されたマイクロニードル（１００）において、
前記先端部（１０２）の前記先端から前記肩部（１０６）までの高さ（Ｈ１）と前記基台部（１０４）の高さ（Ｈ２）とは、前記マイクロニードル（１００）を前記先端から皮膚に穿刺した際に、前記先端部（１０２）はすべて真皮内にとどまり、前記基台部（１０４）は、少なくとも前記肩部（１０６）が角質層と真皮との境界まで侵入するのに十分な寸法に設計され、
前記先端部（１０２）と前記基台部（１０４）とはその構成材料の材質を異にし、
前記先端部（１０２）の構成材料にのみ一定量の薬物（１０８）を含有させたことを特徴とするマイクロニードル。 - 前記薬物（１０８）がペプチド・タンパク性医薬品であ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。
- 前記先端部（１０２）の先端角度（θ１）と、前記基台部（１０４）の先端側端部の角度（θ２）とが共に１４°未満に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロニードル。
- 前記肩部（１０６）において、前記先端部（１０２）と前記基台部（１０４）とが容易に切離され、前記先端部（１０２）のみを皮膚の真皮内に残留させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマイクロニードル。
- 請求項１乃至４に記載のマイクロニードル（１００）の製造工程が、
ａ：鋳型材料への直接レーザエッチング又はフォトリソグラフィーを用いた食刻技術により、先端側に位置する先端部位（１０２）と基台側に位置する基台部位（１０４）とを備え、
前記先端部位（１０２）と前記基台部位（１０４）とは、前記基台部位（１０４）の肩部（１０６）において段差を有し、前記先端部（１０２）の前記先端から前記肩部（１０６）までの高さ（Ｈ １ ）と前記基台部（１０４）の高さ（Ｈ ２ ）とは、前記マイクロニードル（１００）を前記先端から皮膚に穿刺した際に、前記先端部（１０２）はすべて真皮内にとどまり、前記基台部（１０４）は、少なくとも前記肩部（１０６）が角質層と真皮との境界まで侵入するのに十分な寸法に設計されたマイクロニードルパターンの反転形状を有する鋳型を作製する工程と；
ｂ：前記先端部位（１０２）に一定量の薬物（１０８）を含有した液状の第１構成材料で前記肩部（１０６）に到達するまで充填し、所定時間放置して固化を開始させる工程と；
ｃ：前記基台部位（１０４）に前記第１構成材料とは材質が異なる液状の第２構成材料を充填し、所定時間放置し、前記先端部位（１０２）と前記基台部位（１０４）とを前記肩部（１０６）において結合させる工程と；
ｄ：前記第１構成材料と前記第２構成材料とを固化させてマイクロニードルを形成する工程と；
ｅ：形成された前記マイクロニードルを前記鋳型から取り出す工程と；
を具備したことを特徴とするマイクロニードルの製造方法。
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