JP7437184B2 - 炎症制御材料 - Google Patents
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Description
マクロファージの活性化にはインターフェロン-γ等のTh1タイプのサイトカインによる活性化と、IL-4、IL-13等のTh2タイプのサイトカインによる活性化の2つの経路が存在し、Th1タイプのサイトカインによって活性化されたものは、抗菌、抗ウイルス活性、抗腫瘍効果を発揮するM1マクロファージと呼ばれ、Th2タイプのサイトカインによって活性化されたものは炎症の抑制、炎症後の組織修復、寄生虫感染や脂質代謝等に関与するM2マクロファージと呼ばれる。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
このような繰り返し単位を有する重合体Aが抗炎症性のM2マクロファージを増加させる作用を有する理由は明らかではないが、重合体Aの構造および官能基に起因する細胞への直接的な接触刺激、もしくは間接的な材料表面の吸着タンパク質を介した刺激がマクロファージに伝わっているものと推定される。
Zが2~6価の炭素数1~24の有機基である場合の重合体が、2~6個の一般式(1)で表される繰り返し単位を有する重合鎖がZを介して結合している構造のみからなるとすると、重合体Aは、下記一般式(2);
式(2)におけるnが2~6である場合、Zは、2~6価の炭素数1~24の有機基であり、Zの有機基の価数は、nの数と同じである。
有機基の価数は、好ましくは1~3価であり、さらに好ましくは、1~2価であり、最も好ましくは1価である。
また、有機基としては、置換基を有していてもよい炭化水素基が挙げられ、置換基としては有機基Zが親水性となるような置換基が好ましく、そのような置換基としては、アルコキシ基、ヒドロキシ基、シアノ基、アミノ基、アミド基、リン酸構造含有基、スルホン酸構造含有基、4級アンモニウム構造含有基、4級ホスホニウム構造含有基、ベタイン構造含有基等が挙げられる。なお、本発明でいうアルコキシ基は-(OR1)n2-OR2(式中、R1は2価の炭化水素基を表し、R2は水素原子又は1価の環状エーテル構造を含んでいてもよい炭化水素基を表す。n2は、0~15の数を表す。)で表される基を意味する。
上記リン酸構造含有基、スルホン酸構造含有基としては、アルキル基の末端にリン酸構造やスルホン酸構造が結合した基が好ましい。
上記4級アンモニウム構造含有基、4級ホスホニウム構造含有基としては、4級アンモニウム塩や4級ホスホニウム塩のアルキル基又はアリール基の1つから水素原子を除いた基が好ましい。
上記ベタイン構造含有基としては、トリメチルグリシンのメチル基の1つから水素原子を除いた基が好ましい。
これらの中でも、炭化水素基、アルコキシ置換鎖状飽和炭化水素基、環状エーテル構造含有基のいずれかが好ましい。アルコキシ置換鎖状飽和炭化水素基は、鎖状エーテル構造含有基ともいうことができる。
置換基を有していてもよい2~6価の炭化水素基の具体例としては、上述した置換基を有していてもよい1価の炭化水素基の炭化水素基部分から水素原子を1~5個除去して得られる2~6価の炭化水素基が挙げられる。
環状エーテル構造としては、1,3-プロピレンオキシド環、テトラヒドロフラン環、テトラヒドロピラン環、1,4-ジオキサン環、12-クラウン-4環、ベンゾ-12-クラウン-4環、15-クラウン-5環、18-クラウン-6環等の炭素数3~20の環状エーテル構造が好ましい。
上記重合体Aが、一般式(3)で表される繰り返し単位を有することは、本発明の好適な実施形態の1つである。
上記一般式(3)におけるR3の炭化水素基の炭素数は、2~4が好ましく、より好ましくは、2~3である。R3の炭化水素基としては、アルキレン基が好ましい。
上記一般式(3)におけるR4の環状エーテル構造を含んでいてもよい炭化水素基の炭素数は、1~8が好ましく、より好ましくは、1~6である。R4の炭化水素基としては、アルキル基、環状エーテル構造含有基、芳香族基のいずれかが好ましい。
上記一般式(3)におけるmは、1~10であることが好ましい。より好ましくは、1~5である。
上記一般式(3)におけるR4が環状エーテル構造を含む炭化水素基である場合の一般式(3)で表される繰り返し単位の具体例としては、例えば、下記一般式(4)で表される繰り返し単位が挙げられる。
一般式(5)におけるZの構造の具体例や好ましい構造は、一般式(1)におけるZと同様である。
また上記一般式(5)において、Zが金属原子、又は、アンモニウム基である場合、一般式(5)で表されるα-アリルオキシメチルアクリレート類は、α-アリルオキシメチルアクリル酸と金属水酸化物やアンモニウム化合物との中和反応や、α-アリルオキシメチルアクリル酸エステルの加水分解反応により得ることができる。
上記炭化水素基としては、直鎖、分岐、環状のいずれの炭化水素基であってもよく、置換基を有していてもよい。置換基としては、アルコキシ基、ヒドロキシ基、シアノ基、アミノ基、アミド基等が挙げられる。
重合体Aが一般式(1)で表される繰り返し単位以外の他の単量体由来の繰り返し単位を有する共重合体である場合、他の単量体は、特に制限されないが、置換基を有していてもよい炭素数1~24のビニル基含有化合物が好ましい。置換基としては、一般式(1)のZにおける置換基と同様、アルコキシ基、ヒドロキシ基、シアノ基、アミノ基、アミド基、リン酸構造含有基、スルホン酸構造含有基、4級アンモニウム構造含有基、4級ホスホニウム構造含有基、ベタイン構造含有基等が挙げられる。
上記重合体Aが、一般式(1)で表される繰り返し単位以外の他の単量体由来の繰り返し単位を有するものである場合、他の単量体由来の繰り返し単位は1種であってもよく、2種以上であってもよい。
また、必要に応じて、他の単量体として多価(メタ)アクリル酸エステルなどの多価ビニル基含有化合物を用いてもよい。多価ビニル基含有化合物を用いると、容易に不溶化できる。
重合体Aの重量平均分子量は、実施例に記載の方法により測定することができる。
重合体AのTgは、JIS K7121に準拠し、下記の示差走査熱量計及び条件で測定し、中点法により求めることができる。
・装置:DSC3100(ブルカー・エイエックスエス(株)製)
・昇温速度10℃/分
・窒素フロー50mL/分
重合開始剤としては、例えば、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、アゾビスイソブチロニトリル、1,1’-アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、過酸化水素、過硫酸塩等、公知の過酸化物やアゾ化合物等が挙げられ、これらは単独で用いても、2種以上を併用してもよい。また、重合開始剤とともに遷移金属塩やアミン類などの還元剤を併用してもよい。
本発明の炎症制御材料の使用方法は特に制限されず、マクロファージの炎症制御が求められる部材を本発明の炎症制御材料を用いて製造してもよく、本発明の炎症制御材料を医療機器等の他の材料でできた部材の表面処理材として使用してもよい。また、本発明の炎症制御材料をマクロファージの活性化制御用の細胞培養基材として使用してもよく、本発明の炎症制御材料を微粒子化し、マクロファージに取り込ませてマクロファージの形質を制御するマクロファージ活性化剤や、他の薬剤と組み合わせた添加剤や担体として使用することもできる。
このような、本発明の炎症制御材料を用いてなる炎症制御部材であって、該炎症制御部材は、マクロファージの炎症制御が求められる部分の少なくとも一部が本発明の炎症制御材料を用いて構成される炎症制御部材もまた、本発明の1つであり、本発明の炎症制御材料を用いた表面処理材、炎症制御用の細胞培養基材、炎症制御用添加剤もまた本発明の1つである。
基材の材質は特に制限されず、木綿、麻等の天然高分子、ポリエステル、ナイロン、オレフィン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル、ポリ(メタ)アクリレート等の合成高分子等を用いることができる。
基材の形態も特に制限されず、成形体、繊維、不織布、多孔質体、粒子、フィルム、シート、チューブ、中空糸や粉末等のいずれの形態でもよい。
[合成例1] α-アリルオキシメチルアクリル酸メトキシエチル(AOMA-ME)の合成
撹拌子を入れた反応容器にガス導入管、温度計、冷却管および留出液受器に繋げたトの字管を付し、2-メトキシエタノール220g、α-アリルオキシメチルアクリル酸メチル(AOMA-M)90g、シクロヘキサン150gを仕込み、ガス導入管を通して酸素/窒素混合ガス(酸素濃度7%)を吹き込みながら反応溶液を攪拌し、オイルバス(バス温100℃)で加熱を開始した。留出液に水が出てこなくなってから、チタンテトライソプロポキシド1.5gを反応容器に添加し、エステル交換反応を開始させた。生成してくるメタノールをシクロヘキサンで共沸留去しながら、ガスクロマトグラフィ(GC)分析によりAOMA-ME/AOMA-Mの面積比を追跡した。GC分析でAOMA-ME/AOMA-Mの面積比が9/1を超えるまで、3時間おきにチタンテトライソプロポキシド1.5gとシクロヘキサン25gを追加した。減圧してシクロヘキサンを除去してから、室温まで冷却した。5%硫酸80gと抽出溶媒としてn-ヘキサンを加え、分液漏斗に移し、有機層と水層を分離した。有機層に合成吸着剤キョーワード300(協和化学工業社製)を10g添加して撹拌した後、濾過して得た濾液を蒸留精製することにより、AOMA-ME(沸点:104~108℃/0.8~0.9kPa)を84g得た。
撹拌子を入れた反応容器にガス導入管、温度計、冷却管および留出液受器に繋げたトの字管を付し、テトラヒドロフルフリルアルコール125g、AOMA-M40g、シクロヘキサン80gを仕込み、ガス導入管を通して酸素/窒素混合ガス(酸素濃度7%)を吹き込みながら反応溶液を攪拌し、オイルバス(バス温100℃)で加熱を開始した。留出液に水が出てこなくなってから、チタンテトライソプロポキシド0.8gを反応容器に添加しエステル交換反応を開始させた。生成してくるメタノールをシクロヘキサンで共沸留去しながら、GC分析によりAOMA-THF/AOMA-Mの面積比を追跡した。GC分析でAOMA-THF/AOMA-Mの面積比が9/1を超えるまで、3時間おきにチタンテトライソプロポキシド0.8gとシクロヘキサン15gを追加した。減圧してシクロヘキサンを除去してから、室温まで冷却した。5%硫酸50gと抽出溶媒としてn-ヘキサンを加え、分液漏斗に移し、有機層と水層を分離した。有機層にキョーワード300を5g添加して撹拌した後、濾過して得た濾液を減圧・加熱してn-ヘキサンと大半のテトラヒドロフルフリルアルコールを除去した。n-ヘキサンとイオン交換水を加えて分液漏斗に移し、残存しているジエチレングリコールモノメチルエーテルを水層に移行させ分液した後、有機層からn-ヘキサンを留去してAOMA-THFを40g得た。
[実施例1]
攪拌翼、ガス導入管、温度計、冷却管を付した反応容器に、単量体として合成例1で合成したAOMA-ME10.0g、溶媒としてアセトニトリル10.0gを仕込み、窒素ガスを流しながら攪拌、昇温を開始した。内温が70℃で安定したのを確認した後、アゾ系ラジカル重合開始剤0.005g(富士フイルム和光純薬社製、商品名:V-601)を添加し、重合を開始した。内温が69℃~71℃になるよう調整しながら、GC分析によりAOMA-MEの転化率を追跡した。転化率が80%を超えるまで、2時間おきに0.005gのV-601を追加し、重合を続けた。室温まで冷却した後、希釈溶媒としてテトラヒドロフラン、貧溶媒としてn-ヘキサンを用いて再沈殿操作を行い、沈殿物を得た。減圧乾燥器を用いて沈殿物を減圧下80℃で2時間乾燥し、AOMA-MEの単独重合体(P(AOMA-ME))を得た。得られた重合体の重量平均分子量(Mw)を以下のようにして測定した。更に、以下のようにしてマクロファージ細胞培養試験を行い、抗炎症性を評価した。結果を表1に示す。
重合体をテトラヒドロフランで溶解・希釈し孔径0.45μmのフィルターで濾過したものを、下記ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)装置、及び条件で測定した。
・装置:HLC-8320GPC(東ソー社製)
・溶出溶媒:テトラヒドロフラン
・標準物質:標準ポリスチレン(東ソー社製)
・分離カラム:TSKgel SuperH5000,TSKgel SuperH4000,TSKgel SuperH3000(東ソー社製)
試験を行う材料をそれぞれ、0.2%メタノール溶液として、直径15mmのカバーグラス(松浪硝子工業社製)上にスピンコートによって塗布、乾燥したものを試料とした。得られたポリマーコートカバーグラスを、Costar社製24ウェル細胞培養処理マルチウェルプレートの各ウェルに1枚ずつ、コート面が上になる様に配置した。
マクロファージはマウスC57BL/6n(雌、7週齢)の腹腔から採取し、培養4日後にポリスチレンディッシュ上に接着した細胞を使用した。回収したマクロファージをDMEM培地(5%ウシ血清含有)に懸濁し、0.5×105個/ウェルとなるように、サンプルのカバーグラスを配置した細胞培養プレートに播種し、37℃のインキュベーター内で3時間静置した。続いて培地をアスピレートして未接着細胞を除去した後、大腸菌由来リポ多糖(LPS)10ng/mlを含む新たなDMEM培地を加え、さらにインキュベーター内で24時間培養を行った。
培養後、培地上清を回収し、続いてポリマーコートカバーグラス表面に接着した細胞の数をカウントするため、核染色用色素Hoechst 33342(10μmol/L)を200μl加えて15分間インキュベートして細胞核を染色した。細胞核の数を、蛍光顕微鏡を用いてカウントし、細胞の数とした。また、回収した培地上清中の抗炎症性サイトカインIL-10及び炎症性サイトカインTNF-αの量をELISAキット(R&Dシステムズ社製)を用いてそれぞれ定量し、細胞数で割ることで、細胞1000個当たりのIL-10及びTNF-α産生量を求めた。
実施例1において単量体としてAOMA-MEの代わりに合成例2で合成したAOMA-THF10.0gを用いたこと以外は実施例1と同様にしてP(AOMA-THF)を作製した。得られたP(AOMA-THF)について、実施例1と同様にして分子量測定を行った。また、マクロファージ細胞培養試験を行い、抗炎症性を評価した。結果を表1に示す。
実施例1において単量体としてAOMA-MEの代わりにAOMA-M10.0gを用いたこと以外は実施例1と同様にしてP(AOMA-M)を作製した。得られたP(AOMA-M)について、実施例1と同様にして分子量測定を行った。また、マクロファージ細胞培養試験を行い、抗炎症性を評価した。結果を表1に示す。
ポリマーコート処理を行っていないカバーグラスを比較例1、サンプルカバーグラスを配置していないポリスチレンプレートのウェルを比較例2とした。比較例1、2についても実施例1と同様にしてマクロファージ細胞培養試験を行い、抗炎症性を評価した。結果を表1に示す。
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