WO2017213169A1 - マイクロニードルアレイ - Google Patents

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WO2017213169A1
WO2017213169A1 PCT/JP2017/021117 JP2017021117W WO2017213169A1 WO 2017213169 A1 WO2017213169 A1 WO 2017213169A1 JP 2017021117 W JP2017021117 W JP 2017021117W WO 2017213169 A1 WO2017213169 A1 WO 2017213169A1
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needle
microneedle array
water
soluble polymer
mold
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PCT/JP2017/021117
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浩貴 下野
隆之 草野
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富士フイルム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a microneedle array having a sheet portion and a plurality of needle portions.
  • a method of administering a drug to a living body surface such as skin and mucous membrane
  • a method of attaching a liquid substance or a powdery substance to the living body surface In biopharmaceuticals that have recently attracted attention, administration by injection is selected because it is difficult to allow the drug to pass through the barrier layer by permeation.
  • an administration method using a microneedle array formed with high-aspect-ratio microneedles containing the drug has attracted attention. . According to the microneedle array, the microneedle penetrates the stratum corneum barrier layer, and the drug can be injected into the skin without pain.
  • the microneedle array for example, a self-dissolving microneedle array based on a substance having in vivo solubility has been reported.
  • the drug can be administered into the skin by holding the drug on the base material and self-dissolving the base material when the microneedle is inserted into the skin.
  • Patent Document 1 discloses a microneedle chip including a support portion and a needle array region formed by providing a plurality of needles on the surface of the support portion, and the support portion has a needle array region formed from the back surface thereof.
  • a microneedle chip is described which has a curved shape curved toward the surface.
  • Patent Document 2 discloses a needle-like body assembly chip in which a plurality of fine needle-like bodies stands on a chip substrate, and the needle-like body located at the center portion has a height in a direction perpendicular to the chip base surface. Is set higher than the height of the needle-like body located in the outer peripheral portion, and at least the needle-like body located in the outermost peripheral portion has a flat tip portion and the needle located in the inside thereof A needle-like body assembly chip is described in which the needle-like body has an acute pointed portion.
  • a method of injecting a drug into the skin using a microneedle array has recently attracted attention.
  • the microneedle array performs puncture by pressing it against the target skin by pressing with a puncture device (also called an applicator) or a finger. Puncturing is performed using a certain energy that can be punctured.
  • Puncturing is performed using a certain energy that can be punctured.
  • it is necessary to withstand the puncture impact without breaking the sheet portion.
  • it is possible to withstand puncture impact by increasing the thickness of the microneedle array sheet it is necessary to manufacture the microneedle array at a lower cost in order to manufacture the microneedle array in large quantities.
  • the amount of material used is small and the drying time in the production process is short. Further, in order to puncture human skin with good reproducibility, it is more preferable to have flexibility to follow the curvature of the skin, and it is important to achieve both strength and flexibility. However, many water-soluble polymer materials having in-vivo solubility have brittle properties, and a desired effect cannot be obtained simply by reducing the film thickness.
  • the present inventors have a strength that can withstand the impact during puncture by providing a shape with a thinner end than the center as the thickness distribution of the sheet portion. It has been found that a microneedle array can be provided. The present invention has been completed based on these findings.
  • a microneedle array having a sheet portion and a plurality of needle portions present on the upper surface of the sheet portion,
  • the needle portion includes a water-soluble polymer
  • the sheet portion contains a water-soluble polymer
  • the sheet portion has a central portion that is an area where the plurality of needle portions are formed, and an end portion.
  • the microneedle array wherein the average film thickness at the end is smaller than the average film thickness at the center.
  • the needle portion includes a drug.
  • the drug is at least one selected from peptide hormones, vaccines, and adjuvants.
  • microneedle array according to any one of [1] to [6], wherein the water-soluble polymer contained in the sheet portion includes dextran or hydroxyethyl starch.
  • water-soluble polymer in the needle root portion and the water-soluble polymer in the sheet portion are the same.
  • microneedle array of the present invention is strong enough to withstand the impact during puncture.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a needle tip portion and a needle root portion.
  • 2A is a perspective view of a conical microneedle
  • FIG. 2B is a perspective view of a pyramidal microneedle
  • FIG. 2C is a cross-sectional view of the conical and pyramidal microneedles.
  • FIG. 3 is a perspective view of another shape of the microneedle.
  • FIG. 4 is a perspective view of another shape of the microneedle.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the microneedle shown in FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 6 is a perspective view of another shape of the microneedle.
  • FIG. 7 is a perspective view of another shape of the microneedle.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a needle tip portion and a needle root portion.
  • FIG. 3 is a perspective view of another shape of the microneedle.
  • FIG. 4 is a perspective view of another shape of the microneedle
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the microneedle shown in FIGS. 6 and 7.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of another shape of microneedle in which the inclination (angle) of the side surface of the needle portion is continuously changed.
  • FIG. 10 shows a microneedle array in which the needle part is two-dimensionally arranged on the sheet part.
  • 11A to 11C are process diagrams of a mold manufacturing method.
  • FIG. 12 is an enlarged view of the mold.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing another form of the mold.
  • 14A to 14C are schematic views showing a process of filling a polymer solution containing a drug into a mold.
  • FIG. 15 is a perspective view showing the tip of the nozzle.
  • FIG. 16 is a partially enlarged view of the tip of the nozzle during filling and the mold.
  • FIG. 17 is a partially enlarged view of the tip of the moving nozzle and the mold.
  • FIG. 18 is a schematic configuration diagram of the filling device.
  • 19A to 19D are explanatory views showing a process of forming a microneedle array.
  • 20A to 20C are explanatory views showing the steps of forming the microneedle array.
  • FIG. 21 is an explanatory view showing a peeling step.
  • FIG. 22 is an explanatory view showing another peeling step.
  • FIG. 23 is an explanatory view showing a microneedle array.
  • FIG. 24 shows an example of a method for manufacturing a microneedle array.
  • FIG. 25 shows the definition and measurement method of the average film thickness at the edge.
  • FIG. 26 shows the definition and measurement method of the average film thickness at the center.
  • FIG. 27 shows the definition and measurement method of the absolute value of the deformation height
  • “comprising a drug” means including a drug in an amount that exhibits a medicinal effect when puncturing the body surface.
  • “No drug” means that the drug does not contain an amount of the drug that is effective, and the range of the drug amount is from the range that does not include the drug to the amount that does not exhibit the drug effect.
  • Including in the present specification, a numerical range indicated by using “to” means a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively. In this specification, unless otherwise specified,% means mass%.
  • the microneedle array of the present invention is a microneedle array having a sheet portion and a plurality of needle portions present on the upper surface of the sheet portion.
  • the needle portion includes a water-soluble polymer
  • the sheet portion includes a water-soluble polymer
  • the sheet portion includes a central portion, which is a region where a plurality of needle portions are formed, and an end portion. Is smaller than the average film thickness at the center.
  • the structure in which the average film thickness at the end is smaller than the average film thickness at the center can have strength that can withstand the impact during puncture.
  • the ability to withstand the impact at the time of puncture with the above configuration is an effect that cannot be predicted at all.
  • ⁇ Average film thickness at the end> The definition and measurement method of the average film thickness at the end will be described with reference to FIG. Although the figure shows a case where the sheet portion is circular and a case where the sheet portion is square, the shape of the sheet portion is not limited to this.
  • the outermost peripheral part of the sheet part is defined as an end part (A in FIG. 25).
  • the average film thickness at the two points of the end part farthest from the center of the sheet part and the end part on the straight line connecting the end part farthest from the center and the center is defined as the average film thickness of the end part (FIG. 25).
  • B) As a method for measuring the average film thickness at the edge, the average film thickness at the edge is obtained by observing the microneedle array from 90 ° and measuring the film thickness at the target edge (FIG. 25C). .
  • the definition and measurement method of the average film thickness at the center will be described with reference to FIG.
  • the average film thickness at the center of the sheet is defined as the average film thickness at the center (A in FIG. 26).
  • the center of the sheet portion in the specification indicates the center of gravity when the microneedle array is regarded as one sheet.
  • the microneedle array is cut so that it passes through the center of the sheet, the exposed cut surface of the center is observed from 90 ° laterally, and 1 mm from the center and the center.
  • the film thicknesses of two adjacent locations apart are measured, and the average film thickness is calculated as the average film thickness at the center (B in FIG. 26).
  • the manufacturing method of the microneedle array of the present invention is not particularly limited. For example, by preparing a polymer aqueous solution, filling a mold (a mold in which a mold is placed may be used if necessary), drying, and peeling the produced microneedle array from the mold, The microneedle array of the present invention can be manufactured (FIG. 24). Since the water-soluble polymer solution is pinned into the mold, an end portion having a film thickness substantially the same as the thickness of the mold is formed. Therefore, the average film thickness at the end can be adjusted by the thickness of the mold.
  • molding can be adjusted with the liquid height and the density
  • the average film thickness at the end portion is smaller than the average film thickness at the center portion.
  • the average film thickness at the end portion is 0.1 to 0.00% of the average film thickness at the center portion.
  • the average film thickness at the end is preferably 0.3 to 0.9 times, more preferably 0.5 to 0.9 times the average film thickness at the center.
  • the average film thickness at the center is not particularly limited, but is preferably 100 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the sheet portion has a curved shape, and the deformation height is preferably as small as possible.
  • the absolute value of the deformation height is 1 ⁇ m to 300 ⁇ m, more preferably 1 ⁇ m to 250 ⁇ m, and still more preferably 1 ⁇ m to 200 ⁇ m. In a low-humidity environment where the sheet portion is likely to be damaged, the damage can be suppressed by reducing the absolute value of the deformation height (for example, within the range of 1 ⁇ m to 300 ⁇ m described above).
  • a mold preferably a stainless steel mold
  • the sheet is dried in a state having an arbitrary curved shape, and a sheet having an arbitrary deformed shape is formed.
  • the curved surface shape means a “convex downward” or “convex upward” shape as described above.
  • the absolute value of the deformation height of the curved surface shape means the height to the point farthest from the object when placed on the object to be punctured and observed from 90 ° laterally ( FIG. 27).
  • the left diagram of FIG. 27 shows the case where the curved surface shape is “convex upward”, and the right diagram of FIG. 27 shows the case where the curved surface shape is “convex downward”.
  • the curved surface shape is “convex upward” (when the deformation at the center is large)
  • the distance to the farthest point from the object is measured as the absolute value of the deformation height.
  • the distance from the object to the farthest edge point and the distance between the opposite edge and the plane are measured. Is defined as the absolute value of the deformation height.
  • the plural means one or more.
  • the microneedle array of the present invention includes at least a sheet part and a needle part in order to efficiently administer a drug into the skin.
  • the needle portion preferably contains a drug.
  • the microneedle array of the present invention is a device in which a plurality of needle portions are arranged in an array on the upper surface side of a sheet portion. It is preferable that the needle part is arranged at a predetermined density on the upper surface side of the sheet part.
  • the sheet part is a base for supporting the needle part, and has a planar shape like the sheet part 116 shown in FIGS.
  • the upper surface of the sheet portion refers to a surface on which a plurality of needle portions are arranged in an array.
  • the area of the sheet portion is not particularly limited, but is preferably 0.005 to 1000 mm 2 , more preferably 0.05 to 750 mm 2 , and even more preferably 5 to 500 mm 2 .
  • the sheet part preferably contains a water-soluble polymer.
  • the sheet part may be composed of a water-soluble polymer or may contain other additives (for example, disaccharides).
  • seat part does not contain a medicine.
  • the water-soluble polymer contained in the sheet part is not particularly limited, and examples thereof include polysaccharides, polyvinyl pyrrolidone, polyoxyethylene polyoxypropylene glycol, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, and proteins (for example, gelatin).
  • examples of the polysaccharide include hyaluronic acid, sodium hyaluronate, pullulan, dextran, dextrin, chondroitin sulfate, sodium chondroitin sulfate, and cellulose derivatives (for example, carboxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose, etc., partially modified cellulose) Water-soluble cellulose derivatives), hydroxyethyl starch, gum arabic and the like.
  • Said component may be used individually by 1 type, and may be used as a 2 or more types of mixture.
  • polysaccharides are preferable, hydroxyethyl starch, dextran, and hydroxypropyl cellulose are more preferable, and hydroxyethyl starch and dextran are particularly preferable.
  • dextran 70 is particularly preferable among dextrans.
  • a disaccharide may be added to the sheet portion, and examples of the disaccharide include sucrose, lactulose, lactose, maltose, trehalose, and cellobiose, and sucrose, maltose, and trehalose are particularly preferable.
  • the microneedle array is composed of a plurality of needle portions arranged in an array on the upper surface side of the sheet portion.
  • the needle portion is a convex structure having a tip, and is not limited to a needle shape having a sharp tip, and may have a shape without a sharp tip.
  • Examples of the shape of the needle part include a conical shape, a polygonal pyramid shape (such as a quadrangular pyramid shape), and a spindle shape.
  • it has a shape like the needle portion 112 shown in FIGS. 2 to 9, and the entire shape of the needle portion may be a conical shape or a polygonal pyramid shape (such as a quadrangular pyramid shape).
  • a structure in which the inclination (angle) is continuously changed may be used.
  • the microneedle array of the present invention is applied to the skin, it is preferable that the needle portion is inserted into the skin and the upper surface of the sheet portion or a part thereof comes into contact with the skin.
  • the height (length) of the needle part is represented by the length of a perpendicular line that extends from the tip of the needle part to the sheet part.
  • the height (length) of the needle part is not particularly limited, but is preferably 50 ⁇ m or more and 3000 ⁇ m or less, more preferably 100 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less, and further preferably 100 ⁇ m or more and 1500 ⁇ m or less. If the length of the needle is 50 ⁇ m or more, the drug can be administered transdermally, and if the length of the needle is 3000 ⁇ m or less, the pain caused by the contact of the needle with the nerve is generated. This is preferable because it can prevent and avoid bleeding.
  • 1 to 2000 needle portions are preferably disposed per microneedle array, more preferably 3 to 1000 needle portions, and even more preferably 5 to 500 needle portions.
  • the interval between the needle portions is expressed by the distance between the legs of the perpendicular line that is lowered from the tip of the needle portion to the seat portion.
  • the interval between the arranged needle parts is the distance between the legs of the perpendicular line that descends from the tip to the seat part with respect to the needle parts that are closest to each other. The distance is obtained and expressed by the average value.
  • the interval between the needle portions is preferably from 0.1 mm to 10 mm, more preferably from 0.2 mm to 5 mm, and still more preferably from 0.3 mm to 3 mm.
  • the needle part preferably contains a water-soluble polymer.
  • the needle part preferably contains a drug in addition to the water-soluble polymer. It is preferable that the water-soluble polymer is a biosoluble substance so that the human body is not affected even if the needle portion remains in the skin.
  • Examples of the water-soluble polymer contained in the needle part include polysaccharides, polyvinyl pyrrolidone, polyoxyethylene polyoxypropylene glycol, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, and proteins (for example, gelatin).
  • Examples of the polysaccharide include hyaluronic acid, sodium hyaluronate, pullulan, dextran, dextrin, chondroitin sulfate, sodium chondroitin sulfate, and cellulose derivatives (for example, carboxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose, etc., partially modified cellulose) Water-soluble cellulose derivatives), hydroxyethyl starch, gum arabic and the like.
  • Said component may be used individually by 1 type, and may be used as a 2 or more types of mixture.
  • polysaccharides are preferable, and hydroxyethyl starch, hydroxypropyl cellulose, and dextran are more preferable.
  • a disaccharide may be added to the needle part, and examples of the disaccharide include sucrose, lactulose, lactose, maltose, trehalose, and cellobiose, and sucrose, maltose, and trehalose are particularly preferable.
  • the needle tip portion and the needle root portion may be composed of different water-soluble polymers. That is, the needle part may be composed of two or more water-soluble polymers.
  • the needle tip portion is a region including the needle tip, and means a needle tip tip region having a height corresponding to 10% of the height of the entire needle portion. It means a needle region from the joint surface between the needle portion and the needle portion to a height corresponding to 10% of the total height of the needle portion.
  • the areas corresponding to the needle tip and needle root are shown in FIG.
  • one needle portion 112 is shown on the seat portion 116.
  • H indicates the height of the needle portion 112.
  • the needle portion may be composed of a needle portion first layer 112A and a needle portion second layer 112B.
  • the height of the needle portion first layer 112A is indicated by H1
  • the height of the needle portion second layer 112B is indicated by H2
  • the height of the entire needle portion is indicated by H.
  • the water-soluble polymer in the needle root portion and the water-soluble polymer in the sheet portion are the same.
  • the water-soluble polymer at the needle tip is hydroxyethyl starch.
  • the water-soluble polymer at the base of the needle is at least one selected from hydroxyethyl starch and dextran.
  • hydroxyethyl starch When hydroxyethyl starch is used in the present invention, its weight average molecular weight is not particularly limited, but is preferably 70000 or more and 130,000 or less.
  • its weight average molecular weight is not particularly limited, but is preferably 20,000 or more and 200,000 or less.
  • dextran for example, dextran 40 (weight average molecular weight is about 40000) or dextran 70 (weight average molecular weight is about 70000) can be used.
  • the weight average molecular weight is particularly preferably 50,000 or more and 100,000 or less.
  • the microneedle array of the present invention may contain a drug or no drug, but preferably contains a drug.
  • the needle part of the microneedle array contains a drug.
  • a drug is a substance having the effect of acting on the human body.
  • the drug is preferably selected from peptides (including peptide hormones) or derivatives thereof, proteins, nucleic acids, polysaccharides, vaccines, adjuvants, pharmaceutical compounds belonging to water-soluble low-molecular compounds, or cosmetic ingredients.
  • the molecular weight of the drug is not particularly limited, but a protein having a molecular weight of 500 or more is preferable.
  • Peptides or derivatives and proteins thereof include, for example, calcitonin, adrenocorticotropic hormone, parathyroid hormone (PTH), human PTH (1 ⁇ 34), insulin, exendin, secretin, oxytocin, angiotensin, ⁇ -endorphin, glucagon, Vasopressin, somatostatin, gastrin, luteinizing hormone releasing hormone, enkephalin, neurotensin, atrial natriuretic peptide, growth hormone, growth hormone releasing hormone, bradykinin, substance P, dynorphin, thyroid stimulating hormone, prolactin, interferon, interleukin, Granulocyte colony stimulating factor (G-CSF), glutathione peroxidase, superoxide dismutase, desmopressin, somatome Emissions, endothelin, and salts thereof.
  • PTH parathyroid hormone
  • human PTH 1 ⁇ 34
  • insulin exendin
  • secretin
  • influenza antigen influenza vaccine
  • HBs antigen hepatitis B virus surface antigen
  • HBe antigen Hepatitis Be antigen
  • BCG Bacte de Calmette et Guerin
  • measles antigen rubella antigen
  • chickenpox antigen chickenpox antigen
  • yellow Fever antigen shingles antigen
  • rotavirus antigen Hib (H. influenzae type b) antigen
  • rabies antigen cholera antigen
  • diphtheria antigen diphtheria antigen
  • pertussis antigen tetanus antigen
  • inactivated polio antigen Japanese encephalitis antigen
  • human papilloma antigen or these Examples thereof include 2 to 4 kinds of mixed antigens.
  • adjuvants include aluminum salts such as aluminum phosphate, aluminum chloride and aluminum hydroxide, emulsions such as MF59 (trademark) and AS03 (trade name), liposomes, plant-derived components, nucleic acids, biopolymers, cytokines, peptides, Examples include proteins and sugar chains.
  • the drug is preferably at least one selected from the group consisting of peptide hormones, vaccines and adjuvants.
  • peptide hormones As the peptide hormone, growth hormone and insulin are particularly preferable.
  • the content of the drug in the entire needle part is not particularly limited, but is preferably 1 to 60% by mass with respect to the solid content mass of the needle part, The amount is more preferably 1 to 50% by mass, and particularly preferably 1 to 45% by mass.
  • microneedle 110 which is a partially enlarged view of the microneedle array.
  • the microneedle array of the present invention is configured by forming a plurality of needle portions 112 on the surface of the sheet portion 116 (in FIGS. 2 to 8, only one needle portion 112 is provided on the sheet portion 116. And this is referred to as a microneedle 110).
  • the needle portion 112 has a conical shape, and in FIG. 2B, the needle portion 112 has a quadrangular pyramid shape.
  • H indicates the height of the needle portion 112
  • W indicates the diameter (width) of the needle portion 112
  • T indicates the height (thickness) of the sheet portion 116.
  • FIG. 3 and 4 show a microneedle 110 having another shape in which a needle portion 112 whose shape is discontinuously changed is formed on the surface of the sheet portion 116.
  • the needle portion second layer 112B has a truncated cone shape
  • the needle portion first layer 112A has a conical shape.
  • the needle portion second layer 112 ⁇ / b> B has a quadrangular pyramid shape
  • the needle portion first layer 112 ⁇ / b> A has a quadrangular pyramid shape.
  • the shape of the needle portion is not limited to these shapes.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the microneedle 110 shown in FIGS. 3 and 4.
  • H indicates the height of the needle portion 112
  • W indicates the diameter (width) of the base portion
  • T indicates the height (thickness) of the sheet portion 116.
  • the microneedle array of the present invention preferably has the shape of the microneedle 110 in FIG. 5 rather than the shape of the microneedle 110 in FIG. 2C.
  • the volume of the entire needle portion is increased, and more drug can be concentrated on the upper end of the needle portion when the microneedle array is manufactured.
  • the needle part first layer 112A shown in FIG. 6 has a conical shape, and the needle part second layer 112B has a cylindrical shape.
  • the needle portion first layer 112A shown in FIG. 7 has a quadrangular pyramid shape, and the needle portion second layer 112B has a quadrangular prism shape.
  • the shape of the needle portion is not limited to these shapes. 6-8, 112C shows a needle
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the microneedle 110 shown in FIGS. 6 and 7.
  • H indicates the height of the needle portion 112
  • W indicates the diameter (width) of the base portion
  • T indicates the height (thickness) of the sheet portion 116.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of another shape of microneedle in which the inclination (angle) of the side surface of the needle portion 112 is continuously changed.
  • H indicates the height of the needle portion 112
  • T indicates the height (thickness) of the sheet portion 116.
  • the needle part is two-dimensionally arranged on the sheet part.
  • the square arrangement is illustrated in the figure, it can be arranged in a circular shape, a diamond shape, or the like, and the two-dimensional arrangement location of the needle portion is not limited.
  • the needle portions are preferably arranged at intervals of about 0.1 to 10 per 1 mm in the row. More preferably, the microneedle array has 1 to 10,000 microneedles per cm 2 . When the density of the microneedles is 1 / cm 2 or more, the skin can be efficiently perforated, and when the density of the microneedles is 10000 / cm 2 or less, the microneedle array is sufficiently punctured. It becomes possible.
  • the density of the needle portion is preferably 10 to 5000 / cm 2 , more preferably 25 to 1000 / cm 2 , and particularly preferably 25 to 400 / cm 2 .
  • the microneedle array of the present invention can be supplied in a form that is hermetically stored together with a desiccant.
  • a desiccant for example, silica gel, quicklime, calcium chloride, silica alumina, sheet-like desiccant, etc.
  • a known desiccant for example, silica gel, quicklime, calcium chloride, silica alumina, sheet-like desiccant, etc.
  • microneedle array of the present invention can be produced by the following method according to the method described in, for example, JP2013-153866A or International Publication WO2014 / 077742.
  • (Mold production) 11A to 11C are process diagrams for producing a mold. As shown in FIG. 11A, an original plate for producing a mold is first produced. There are two methods for producing the original 11.
  • the first method after applying a photoresist on a Si substrate, exposure and development are performed. Then, by performing etching by RIE (reactive ion etching) or the like, an array of conical shape portions (convex portions) 12 is produced on the surface of the original 11.
  • RIE reactive ion etching
  • a conical shape can be formed by etching from an oblique direction while rotating the Si substrate. Is possible.
  • the second method is a method of forming an array of shape portions 12 such as square pyramids on the surface of the original plate 11 by processing a metal substrate such as Ni using a cutting tool such as a diamond tool.
  • a mold 13 is produced from the original 11.
  • the following four methods are conceivable.
  • the first method is to pour a PDMS (polydimethylsiloxane, for example, Sylgard 184 (registered trademark) manufactured by Dow Corning) into the original plate 11, and heat cure at 100 ° C. to cure. This is a method of peeling from the original 11.
  • the second method is a method in which a UV (Ultraviolet) curable resin that is cured by irradiating ultraviolet rays is poured into the original plate 11 and irradiated from the original plate 11 after being irradiated with ultraviolet rays in a nitrogen atmosphere.
  • the third method a solution in which a plastic resin such as polystyrene or PMMA (polymethyl methacrylate) is dissolved in an organic solvent is poured into the original plate 11 coated with a release agent, and the organic solvent is volatilized and cured by drying. And then peeling from the original plate 11.
  • the fourth method is a method of producing a reverse product by Ni electroforming.
  • the mold 13 is produced in which the needle-like concave portions 15 which are the inverted shape of the conical shape or the pyramid shape of the original plate 11 are arranged in a two-dimensional arrangement.
  • the mold 13 thus manufactured is shown in FIG. 11C.
  • FIG. 12 shows another preferred embodiment of the mold 13.
  • the needle-like recess 15 includes a tapered inlet portion 15A that narrows in the depth direction from the surface of the mold 13 and a tip recess 15B that tapers in the depth direction.
  • FIG. 13 shows a more preferable embodiment of the mold composite 18 in manufacturing the microneedle array.
  • part (A) shows the mold composite 18.
  • part (B) is an enlarged view of a part surrounded by a circle in part (A).
  • the mold composite 18 is bonded to the mold 13 having an air vent hole 15 ⁇ / b> C formed at the tip (bottom) of the needle-like recess 15, and the back surface of the mold 13. And a gas permeable sheet 19 formed of a material that transmits but does not transmit liquid.
  • the air vent hole 15 ⁇ / b> C is formed as a through hole penetrating the back surface of the mold 13.
  • the back surface of the mold 13 refers to the surface on which the air vent hole 15C is formed.
  • the polymer solution filled in the needle-like recess 15 does not pass through, and only the air present in the needle-like recess 15 can be expelled from the needle-like recess 15.
  • macromolecule improves, and a sharper needle part can be formed.
  • the diameter D (diameter) of the air vent hole 15C is preferably in the range of 1 to 50 ⁇ m. When the diameter D of the air vent hole 15C is less than 1 ⁇ m, it cannot sufficiently serve as the air vent hole. In addition, when the diameter D of the air vent hole 15C exceeds 50 ⁇ m, the sharpness of the tip portion of the molded microneedle is impaired.
  • gas permeable sheet 19 formed of a material that transmits gas but does not transmit liquid for example, a gas permeable film (manufactured by Sumitomo Electric Industries, Poreflon (registered trademark), FP-010) can be preferably used.
  • a gas permeable film manufactured by Sumitomo Electric Industries, Poreflon (registered trademark), FP-010
  • an elastic material or a metal material can be used, an elastic material is preferable, and a material having high gas permeability is more preferable.
  • the oxygen permeability which is representative of gas permeability, is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 12 (mL / s ⁇ m 2 ⁇ Pa) or more, more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 10 (mL / s ⁇ m 2 ⁇ Pa) or more. . 1 mL is 10 ⁇ 6 m 3 .
  • silicone resins for example, Sylgard 184 (registered trademark) manufactured by Dow Corning, KE-1310ST (product number) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
  • ultraviolet curable resins plastic resins (for example, , Polystyrene, PMMA (polymethylmethacrylate)), or those dissolved in a solvent.
  • plastic resins for example, Polystyrene, PMMA (polymethylmethacrylate)
  • a silicone rubber-based material is preferable because it is durable to transfer by repeated pressurization and has good peelability from the material.
  • the metal material Ni, Cu, Cr, Mo, W, Ir, Tr, Fe, Co, MgO, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, ⁇ -aluminum oxide, zirconium oxide, stainless steel (for example, there may be mentioned Stahax material (STAVAX) (trademark) of Bohler-Uddeholm KK and alloys thereof.
  • STAVAX Stahax material (STAVAX) (trademark) of Bohler-Uddeholm KK and alloys thereof.
  • the material of the frame the same material as that of the mold 13 can be used.
  • Water-soluble polymer solution In the present invention, it is preferable to prepare a water-soluble polymer solution for forming at least a part of the needle part and a water-soluble polymer solution for forming the sheet part.
  • the kind of water-soluble polymer is as described above in the present specification. Any of the above water-soluble polymer solution may be mixed with a disaccharide, and the kind of the disaccharide is as described above in the present specification.
  • the concentration of the water-soluble polymer in the water-soluble polymer solution is different depending on the type of the water-soluble polymer used, but is generally preferably 1 to 50% by mass. Further, the solvent used for dissolution may be volatile even if it is other than water, and methyl ethyl ketone (MEK), alcohol, or the like can be used.
  • MEK methyl ethyl ketone
  • a mold 13 having needle-like recesses 15 arranged two-dimensionally is disposed on a base 20.
  • the mold 13 is formed with two sets of a plurality of needle-like recesses 15 that are two-dimensionally arranged in a 5 ⁇ 5 manner.
  • a liquid supply device 36 having a tank 30 for storing the water-soluble polymer solution 22, a pipe 32 connected to the tank, and a nozzle 34 connected to the tip of the pipe 32 is prepared.
  • the needle-like recesses 15 are two-dimensionally arranged at 5 ⁇ 5 is illustrated, but the arrangement and number of the needle-like recesses 15 are not limited to 5 ⁇ 5, but are square. Not only the arrangement but also a two-dimensional arrangement such as a circular shape is sufficient.
  • FIG. 15 shows a schematic perspective view of the tip of the nozzle.
  • the tip of the nozzle 34 is provided with a lip portion 34A, which is a flat surface, and a slit-shaped opening 34B.
  • the slit-shaped openings 34B for example, the water-soluble polymer solution 22 can be simultaneously filled into the plurality of needle-like concave portions 15 constituting one row.
  • the size (length and width) of the opening 34B is appropriately selected according to the number of needle-like recesses 15 to be filled at a time. By increasing the length of the opening 34B, it is possible to fill the polymer solution 22 into more needle-like recesses 15 at a time. Thereby, productivity can be improved.
  • an elastic material or a metal material can be used as the material used for the nozzle 34.
  • examples thereof include Teflon (registered trademark), stainless steel (SUS (Steel Special Use Stainless)), titanium, and the like.
  • the position of the opening 34B of the nozzle 34 is adjusted on the needle-like recess 15.
  • the lip portion 34A of the nozzle 34 and the surface of the mold 13 are in contact with each other.
  • the water-soluble polymer solution 22 is supplied from the liquid supply device 36 to the mold 13, and the water-soluble polymer solution 22 is filled into the needle-shaped recess 15 from the opening 34 ⁇ / b> B of the nozzle 34.
  • the water-soluble polymer solution 22 is simultaneously filled in the plurality of needle-like recesses 15 constituting one row.
  • the present invention is not limited to this, and the needle-like concave portions 15 can be filled one by one.
  • the water-soluble polymer solution 22 can be sucked by sucking from the back surface of the mold 13, and the water-soluble polymer solution 22 into the needle-shaped recess 15 can be sucked. Filling can be promoted.
  • the liquid supply device 36 is moved in the direction perpendicular to the length direction of the opening 34B while bringing the lip portion 34A of the nozzle 34 and the surface of the mold 13 into contact with each other.
  • the nozzle 34 is moved relatively to the needle-like recess 15 that is not filled with the water-soluble polymer solution 22.
  • the position of the opening 34 ⁇ / b> B of the nozzle 34 is adjusted on the needle-like recess 15.
  • the example in which the nozzle 34 is moved has been described, but the mold 13 may be moved.
  • the nozzle 34 can scrape off the water-soluble polymer solution 22 remaining on the surface other than the needle-like recess 15 of the mold 13. . It is possible to prevent the water-soluble polymer solution 22 from remaining other than the needle-shaped recess 15 of the mold 13.
  • the pressing pressure of the nozzle 34 against the mold 13 when moving is as small as possible.
  • at least one of the mold 13 or the nozzle 34 is a flexible elastically deformable material so that the water-soluble polymer solution 22 does not remain other than the needle-like recess 15 of the mold 13.
  • the water-soluble polymer solution 22 is filled into the 5 ⁇ 5 two-dimensionally arranged needle-like concave portions 15 by repeating the filling step of FIG. 14B and the moving step of FIG. 14C.
  • the liquid supply device 36 is moved to the adjacent 5 ⁇ 5 two-dimensionally arranged needle-like recesses 15. 14B and the moving process of FIG. 14C are repeated. Adjacent 5 ⁇ 5 two-dimensionally arranged needle-like recesses 15 are also filled with the water-soluble polymer solution 22.
  • the water-soluble polymer solution 22 may be filled into the needle-like recess 15 while moving the nozzle 34, or (2) the needle-like recess while the nozzle 34 is moving.
  • the nozzle 34 may be temporarily stopped on 15 and filled with the water-soluble polymer solution 22, and the nozzle 34 may be moved again after filling.
  • the lip portion 34A of the nozzle 34 is in contact with the surface of the mold 13 between the filling step and the moving step.
  • FIG. 16 is a partially enlarged view of the tip of the nozzle 34 and the mold 13 during the filling of the water-soluble polymer solution 22 into the needle-like recess 15.
  • filling the water-soluble polymer solution 22 into the needle-shaped recess 15 can be facilitated by applying a pressing force P ⁇ b> 1 into the nozzle 34.
  • the pressing force P ⁇ b> 2 for bringing the nozzle 34 into contact with the surface of the mold 13 is equal to or higher than the pressure P ⁇ b> 1 in the nozzle 34.
  • FIG. 17 is a partial enlarged view of the tip of the nozzle 34 and the mold 13 during the movement of the nozzle 34.
  • the pressing force P ⁇ b> 3 for bringing the nozzle 34 into contact with the surface of the mold 13 is made smaller than the pressing force P ⁇ b> 2 for bringing the nozzle 34 being filled into contact with the surface of the mold 13. Is preferred. This is for reducing damage to the mold 13 and suppressing deformation due to compression of the mold 13.
  • FIG. 18 is a schematic configuration diagram of a filling device capable of controlling the pressing force and / or the pressing distance.
  • the filling device includes an X-axis drive unit 61 and a Z-axis drive unit 62 that control the relative position coordinates of the mold and the nozzle, a liquid supply device 64 to which the nozzle 63 can be attached (ultra-trace quantity dispenser SMP-III manufactured by Musashi Engineering), Suction table 65 for fixing the mold 69, laser displacement meter 66 for measuring the mold surface shape (HL-C201A made by Panasonic), load cell 67 for measuring the nozzle pushing pressure (LCX-A-500N made by Kyowa Denki), and surface A control mechanism 68 for controlling the Z-axis based on the data of the measured values of the shape and the pressing pressure is provided.
  • a liquid supply device 64 to which the nozzle 63 can be attached (ultra-trace quantity dispenser SMP-III manufactured by Musashi Engineering)
  • Suction table 65 for fixing the mold 69
  • laser displacement meter 66 for measuring the mold surface shape
  • load cell 67 for measuring the nozzle pushing pressure
  • LCX-A-500N made
  • the nozzle 34 is moved to the plurality of needle-shaped recesses 15 configured by adjacent 5 ⁇ 5.
  • the water-soluble polymer solution 22 may flow from the nozzle 34 to other than the needle-shaped recess 15 of the mold 13. In order to suppress this, the liquid pressure in the nozzle 34 is detected and the liquid pressure becomes too high. When it is determined, it is preferable to stop the supply of the water-soluble polymer solution 22.
  • a drying treatment after supplying the water-soluble polymer solution to the needle-shaped recess.
  • the polymer solution can be manufactured by a process of filling and drying the upper surface of a part of the needle part formed as described above.
  • the first water-soluble polymer solution it is preferable to use a solution containing a drug.
  • the drug can be prevented from diffusing into the water-soluble polymer solution 24 even when the layer 120 contains the drug.
  • the water-soluble polymer solution 24 is dried and solidified to form the microneedle array 1 including a plurality of needle portions 112 and a sheet portion 116.
  • the pressure from the surface of the mold 13 and the mold 13 are increased. It is also preferable to perform vacuum suction from the back surface of the substrate.
  • the water-soluble polymer solution 22 is filled into the needle-like recess 15 of the mold 13 from the nozzle 34.
  • the water-soluble polymer solution 22 is dried and solidified to form the layer 120 in the needle-like recess 15.
  • a mold 320 having an opening 322 is prepared. As shown in FIG. 20B, the needle-like recess of the mold 13 and the opening 322 are aligned, and the mold 320 is placed on the surface of the mold 13 (water-soluble high It is arranged on the side where the molecular solution 24 is filled. In this state, the water-soluble polymer solution 24 is filled.
  • the water-soluble polymer solution 24 filled in the opening 322 of the mold 320 is dried, the water-soluble polymer solution 24 is dried and contracted. Since the water-soluble polymer solution 24 is in contact with the side surface of the mold 320, the contact portion on the side surface does not shrink greatly.
  • any method for drying the water-soluble polymer solution may be used as long as the solvent in the water-soluble polymer solution is volatilized.
  • the method is not particularly limited, and for example, methods such as heating, blowing, and decompressing are used.
  • the drying treatment can be performed at 1 to 50 ° C. for 1 to 72 hours.
  • air blowing a method of blowing warm air of 0.1 to 10 m / second can be mentioned.
  • the drying temperature is preferably a temperature that does not cause thermal degradation of the drug in the water-soluble polymer solution 22.
  • the method for peeling the microneedle array from the mold 13 is not particularly limited. It is preferable that the needle portion does not bend or break during peeling. Specifically, as shown in FIG. 21, after attaching a sheet-like base material 40 on which an adhesive adhesive layer is formed on the microneedle array, the base material 40 is turned from the end. Can be peeled off. However, in this method, the needle portion may be bent. Therefore, as shown in FIG. 22, a method of installing a suction cup (not shown) on the base material 40 on the microneedle array and pulling it up vertically while sucking with air can be applied. Further, without using the base material 40, a suction cup can be installed on the back surface of the sheet portion of the microneedle array, and it can be pulled up vertically while being sucked with air.
  • FIG. 23 shows the microneedle array 2 peeled from the mold 13.
  • the microneedle array 2 illustrated in A of FIG. 23 includes a base material 40, a needle part 112 formed on the base material 40, and a sheet part 116.
  • the needle portion 112 has at least a conical shape or a polygonal pyramid shape at the tip, but the needle portion 112 is not limited to this shape.
  • the microneedle array 2 described in B of FIG. 23 is a microneedle array when the base 40 is not used and a suction cup is installed on the back surface of the sheet portion of the microneedle array and pulled up vertically while sucking with air.
  • HES hydroxyethyl starch
  • HSA human serum albumin
  • a water-soluble polymer solution (contains one of either hydroxyethyl starch or dextran 70) that does not contain a drug whose concentration and volume have been adjusted is directly applied, and the water-soluble polymer that does not contain a drug in the needle-shaped recess.
  • the solution was filled and then dried (temperature 23 ° C., relative humidity 45%). After drying, the microneedle array in which the needle tip portion and the needle root portion were made of different water-soluble polymers was obtained by removing from the mold and the mold.
  • the microneedle produced as described above is composed of a frustum portion and a needle portion.
  • the needle portion has a height of about 600 ⁇ m, a base portion width of about 270 ⁇ m, a frustum portion has a height of about 130 ⁇ m, and an upper bottom surface. It has a truncated cone structure with a diameter of about 270 ⁇ m and a bottom surface diameter of about 460 ⁇ m, and is squarely arranged with 100 needles and a needle interval of about 1 mm.
  • the microneedle array was placed on a flat surface and observed from a side of 90 ° using a microscope (VHX-5500, manufactured by Keyence Corporation). The film thickness was measured at two points: an end portion farthest from the center of the sheet portion and an end portion in a straight line connecting the end portion farthest from the center and the center. The average film thickness at the end was calculated from the measurement results, and the measurement results are summarized in Table 1.
  • the microneedle array was cut so as to pass through the central portion of the sheet portion, and the exposed cut surface of the central portion was observed from a side of 90 ° using a microscope (manufactured by Keyence Corporation, VHX-5500).
  • the central part and two adjacent film thicknesses (total of three film thicknesses) 1 mm away from the central part were measured, and the average film thickness was calculated as the average film thickness of the central part.
  • the measurement results are summarized in Table 1.
  • microneedle array Measurement of deformation height of microneedle array
  • the microneedle array was placed on the puncture target and observed from a side of 90 ° using a microscope (manufactured by Keyence Corporation, VHX-5500). The height to the point farthest from the object was measured, and the absolute value of the deformation height was measured. The absolute value of the deformation height was calculated from the measurement results, and the measurement results are summarized in Table 2.
  • puncture evaluation (ii) was performed in an environment at a temperature of 15 ° C. and a relative humidity of 20% using the microneedle array of Examples 1 to 11 in which the sheet portion was not damaged in the puncture evaluation (i). Except for the puncture environment, the evaluation was performed under the same conditions as the puncture evaluation (i). The evaluation was also carried out in the same manner as the puncture evaluation (i), and the sheet part that was not damaged (not broken) was evaluated as A, and the one that was broken (broken) was evaluated as B. The results are shown in Table 2.
  • the microneedle array itself needs to have appropriate strength and flexibility.
  • the shape in which the internal stress in the seat part is easy to escape is advantageous, and when assuming a reliable puncture to humans, the average film thickness at the end is smaller than the average film thickness at the center part for the film thickness distribution.

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Abstract

本発明の課題は、穿刺時のインパクトに耐え得る強度を有するマイクロニードルアレイを提供することである。本発明によれば、シート部、及び、シート部の上面に存在する複数の針部、を有するマイクロニードルアレイであって、針部が、水溶性高分子を含み、シート部が、水溶性高分子を含み、上記シート部は、上記複数の針部の形成された領域である中心部と、端部とを有し、上記端部の平均膜厚が、上記中心部の平均膜厚より小さい、マイクロニードルアレイが提供される。

Description

マイクロニードルアレイ
 本発明は、シート部と複数の針部とを有するマイクロニードルアレイに関する。
 皮膚及び粘膜などの生体表面に薬物を投与する方法としては、液状物質又は粉状物質を生体表面に付着させる方法がある。また、近年注目されるバイオ医薬品においては、薬物を浸透によってバリア層を通過させることが困難であるため、注射による投与が選択されている。さらに、適量の薬物を投与し、かつ十分な薬効を達成するための薬物の投与方法として、薬物を含有する高アスペクト比のマイクロニードルが形成されたマイクロニードルアレイを用いる投与方法が注目されている。マイクロニードルアレイによれば、マイクロニードルが角質バリア層を貫通し、苦痛を伴わずに薬物を皮膚内に注入することができる。マイクロニードルアレイとしては、例えば、生体内溶解性を有する物質を基材とした自己溶解型マイクロニードルアレイが報告されている。自己溶解型マイクロニードルアレイにおいては、基材に薬物を保持させておき、マイクロニードルが皮膚に挿入された際に基材が自己溶解することにより、薬物を皮膚内に投与することができる。
 特許文献1には、支持部と、この支持部表面に複数の針を設けて形成された針アレイ領域とを備えたマイクロニードルチップであって、支持部はその裏面から針アレイ領域が形成された表面に向けて湾曲した曲面形状を有することを特徴とするマイクロニードルチップが記載されている。
 特許文献2には、複数の微細な針状体がチップ基板上に林立している針状体集合チップであって、中心部に位置する針状体のチップ基材面に垂直な方向における高さが外周部に位置する針状体の高さよりも高く設定されていて、さらに、少なくとも最外周部に位置する針状体は平坦な先端部を有していると共に、その内側に位置する針状体は鋭角な尖端部を有していることを特徴とする針状体集合チップが記載されている。
特開2013-158601号公報 特開2009-61144号公報
 液状物質又は粉状物質である薬物を生体表面に付着させる方法においては、薬物の付着領域が皮膚の表面に限られていたため、発汗、異物の接触などによって、付着している薬物が除去される場合があり、適量の薬物を投与することは困難である。また、このような薬物の拡散による浸透を利用した方法では、角質のバリア層により薬物の浸透が阻まれることから、充分な薬効を得ることは困難であった。注射による投与は、医療従事者による作業が必要で、更に苦痛や感染リスクも伴う。
 注射による投与の代替として、マイクロニードルアレイを用いて薬物を皮膚内に注入する方法が近年注目されている。マイクロニードルアレイは、穿刺器具(アプリケーターとも呼ぶ)又は指による押圧によって、対象皮膚へ押し付けることによって、穿刺を行う。穿刺は、穿刺可能な一定のエネルギーを用いて行うが、マイクロニードルを再現良く穿刺するためには、シート部分が割れずに穿刺インパクトに耐えることが必要である。マイクロニードルアレイのシートを厚くすることで穿刺インパクトに耐えることは可能になるが、マイクロニードルアレイを大量製造するためには、より安価に製造することが要求されるため、基材である高分子材料の使用量は少なく、製造工程における乾燥時間が短い方が好ましい。また、ヒトの皮膚に再現良く穿刺するためには、皮膚の湾曲に追従するような柔軟性を保有していることが更に好ましく、強度と柔軟性の両立も重要である。しかしながら、生体内溶解性を有する水溶性高分子材料は、脆い性質を有するものが多く、単純に膜厚を下げるだけでは、所望の効果は得られない。
 特許文献1及び特許文献2に記載のマイクロニードルアレイにおいては、支持部又はチップ基板の膜厚分布(即ち、端部の膜厚と中心部の膜厚の関係)についての記載はなく、穿刺のインパクトに耐えることができず、穿刺時に割れが生じることが懸念される。
 本発明は、穿刺時のインパクトに耐え得る強度を有するマイクロニードルアレイを提供することを解決すべき課題とした。
 本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、シート部の膜厚分布として、端部が中心部よりも薄い形状を持たせることによって、穿刺時のインパクトに耐え得る強度を有するマイクロニードルアレイを提供できることを見出した。本発明はこれらの知見に基づいて完成したものである。
 即ち、本発明によれば、以下の発明が提供される。
[1] シート部、及び、シート部の上面に存在する複数の針部、を有するマイクロニードルアレイであって、
針部が、水溶性高分子を含み、
シート部が、水溶性高分子を含み、
上記シート部は、上記複数の針部の形成された領域である中心部と、端部とを有し、
上記端部の平均膜厚が、上記中心部の平均膜厚より小さい、マイクロニードルアレイ。
[2] 上記端部の平均膜厚が、上記中心部の平均膜厚の0.3~0.9倍である、[1]に記載のマイクロニードルアレイ。
[3] 上記中心部の平均膜厚が、100μm~300μmである、[1]又は[2]に記載のマイクロニードルアレイ。
[4] 上記シート部が曲面形状を有しており、その変形高さの絶対値が1μm~300μmである、[1]から[3]の何れか一に記載のマイクロニードルアレイ。
[5] 針部が、薬物を含む、[1]から[4]の何れか一に記載のマイクロニードルアレイ。
[6] 薬物が、ペプチドホルモン、ワクチン及びアジュバントから選択される1種以上である、[1]から[5]の何れか一に記載のマイクロニードルアレイ。
[7] シート部に含まれる水溶性高分子が、デキストラン又はヒドロキシエチルデンプンを含む、[1]から[6]の何れか一に記載のマイクロニードルアレイ。
[8] 針根元部の水溶性高分子と、シート部の水溶性高分子とが同一である、[1]から[7]の何れか一に記載のマイクロニードルアレイ。
 本発明のマイクロニードルアレイは、穿刺時のインパクトに耐え得る強度を有する。
図1は、針先端部と針根元部を説明する図である。 図2Aは、円錐状のマイクロニードルの斜視図であり、図2Bは、角錐状のマイクロニードルの斜視図であり、図2Cは、円錐状及び角錐状のマイクロニードルの断面図である。 図3は、別の形状のマイクロニードルの斜視図である。 図4は、別の形状のマイクロニードルの斜視図である。 図5は、図3及び図4に示すマイクロニードルの断面図である。 図6は、別の形状のマイクロニードルの斜視図である。 図7は、別の形状のマイクロニードルの斜視図である。 図8は、図6及び図7に示すマイクロニードルの断面図である。 図9は、針部側面の傾き(角度)が連続的に変化した別の形状のマイクロニードルの断面図である。 図10は、針部がシート部の上に二次元的に配置されているマイクロニードルアレイを示す。 図11A~Cは、モールドの製造方法の工程図である。 図12は、モールドの拡大図である。 図13は、別の形態のモールドを示す断面図である。 図14A~Cは、薬物を含む高分子溶解液をモールドに充填する工程を示す概略図である。 図15は、ノズルの先端を示す斜視図である。 図16は、充填中のノズルの先端とモールドとの部分拡大図である。 図17は、移動中のノズルの先端とモールドとの部分拡大図である。 図18は、充填装置の概略構成図である。 図19A~Dは、マイクロニードルアレイの形成工程を示す説明図である。 図20A~Cは、マイクロニードルアレイの形成工程を示す説明図である。 図21は、剥離工程を示す説明図である。 図22は、別の剥離工程を示す説明図である。 図23は、マイクロニードルアレイを示す説明図である。 図24は、マイクロニードルアレイの製造方法の一例を示す。 図25は、端部の平均膜厚の定義及び測定方法を示す。 図26は、中心部の平均膜厚の定義及び測定方法を示す。 図27は、変形高さの絶対値の定義及び測定方法を示す。
 以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
 本明細書において、「薬物を含む」とは、体表に穿刺する際に、薬効が発揮される量の薬物を含むことを意味する。「薬物を含まない」とは、薬効が発揮される量の薬物を含んでいないことを意味し、薬物の量の範囲が、薬物を全く含まない場合から、薬効が発揮されない量までの範囲を含む。
 本明細書において「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を意味する。
 本明細書において、特に断らない限り、%は質量%を意味する。
[マイクロニードルアレイの構成]
 本発明のマイクロニードルアレイは、シート部、及び、シート部の上面に存在する複数の針部、を有するマイクロニードルアレイである。針部は、水溶性高分子を含み、シート部は、水溶性高分子を含み、シート部は、複数の針部の形成された領域である中心部と、端部とを有し、端部の平均膜厚が、中心部の平均膜厚より小さい。
 本発明のマイクロニードルアレイにおいては、端部の平均膜厚が、中心部の平均膜厚より小さいという構成により、穿刺時のインパクトに耐え得る強度を有することができる。上記構成により穿刺時のインパクトに耐え得る強度を達成できることは、従来からは全く予想できない効果である。
<端部の平均膜厚>
 端部の平均膜厚の定義及び測定方法を、図25を参照して説明する。
図にはシート部が円形の場合と正方形の場合を示すが、シート部の形状はこれに限定されるものではない。
 シート部の最外周部を、端部として定義する(図25のA)。
 シート部の中心から最も遠い端部と、その中心から最も遠い端部と中心を結んだ直線上にある端部の2点の平均膜厚を、端部の平均膜厚として定義する(図25のB)。
 端部の平均膜厚の測定方法としては、マイクロニードルアレイを横90°から観察して、対象となる端部の膜厚を測定することにより、端部の平均膜厚を求める(図25C)。
<中心部の平均膜厚>
 中心部の平均膜厚の定義及び測定方法を、図26を参照して説明する。
 シート部の中心部の膜厚の平均を、中心部の平均膜厚として定義する(図26のA)。明細書中のシート部の中心とは、マイクロニードルアレイを1枚のシートに見立てた時の重心点を示す。
 中心部の平均膜厚の測定方法としては、シート部の中心を通るように、マイクロニードルアレイを切断し、露出された中心部の切断面を横90°から観察して、中心及び中心から1mm離れた隣接する2箇所の膜厚(合計3か所の膜厚)を測定し、その平均膜厚を中心部の平均膜厚として算出する(図26のB)。
<端部の平均膜厚と中心部の平均膜厚の調節方法>
 本発明のマイクロニードルアレイの製造方法は特に限定されない。例えば、高分子水溶液を調製し、モールド(必要に応じて型枠を置いたモールドを用いても良い)に充填し、乾燥させた後、作製されたマイクロニードルアレイをモールドから剥離することにより、本発明のマイクロニードルアレイを製造することができる(図24)。
 水溶性高分子溶解液は型枠にピニングされるため、型枠の厚みとほぼ同一の膜厚を有する端部が形成される。従って、端部の平均膜厚は、型枠の厚みにより調節することができる。
 また、成形後の中心部の平均膜厚は、液高さと水溶性高分子溶解液の濃度によって調節することができる。
 例えば、厚み0.2mm、直径15mmの型枠に、液高さとして約1000μmに濃度40%(w/v)の水溶性高分子溶解液を滴下した場合、直径15mm、端部の平均膜厚約200μm、中心部の平均膜厚約400μmのシートが形成される。
 なお、マイクロニードルアレイの製造方法の詳細については後記する。
 本発明においては、端部の平均膜厚が、中心部の平均膜厚より小さければよく、一般的には、端部の平均膜厚は、中心部の平均膜厚の0.1~0.95倍であり、好ましくは端部の平均膜厚は、中心部の平均膜厚の0.3~0.9倍であり、より好ましくは0.5~0.9倍である。
 中心部の平均膜厚は、特に限定されないが、好ましくは100μm~300μmである。
<変形高さ>
 本発明のマイクロニードルアレイにおいては、好ましくは、シート部が曲面形状を有しており、その変形高さは小さいほど好ましい。変形高さの絶対値は、1μm~300μmであり、1μm~250μmがより好ましく、1μm~200μmがさらに好ましい。シート部が破損しやすい低湿環境では、変形高さの絶対値を小さく(例えば、上記した1μm~300μmの範囲内)することにより、破損を抑制することができる。
 図24に示した乾燥過程においてマイクロニードルアレイが半乾燥状態(例えば、溶液の流動性は無いが、形状が変化する糊状態等)にある場合、型枠(好ましくはステンレス製の型枠)とモールドとを合わせて湾曲させると、任意の湾曲形状を有した状態で乾燥され、任意の変形形状を有したシートが成形される。また、端部の膜厚が薄い程、下に凸となり、端部の膜厚が厚い程、上に凸となる傾向がある。このため、滴下量と型枠の厚みをコントロールすることでも変形高さを制御することが可能となる。
 曲面形状とは、上記したような「下に凸」又は「上に凸」の形状を意味する。
 曲面形状の変形高さの絶対値とは、マイクロニードルアレイを穿刺する対象物上に置き、横90°から観察したとき、対象物と最も距離が離れている点までの高さを意味する(図27)。図27の左図は、曲面形状が「上に凸」の場合を示し、図27の右図は、曲面形状が「下に凸」の場合を示す。曲面形状が「上に凸」の場合(中央部の変形が大きい場合)は、対象物から最も遠い点までの距離を変形高さの絶対値として測定する。曲面形状が「下に凸」の場合(端部の変形が大きい場合)は、対象物から最も遠い端部の点までの距離と、その対角にあたる端部と平面の距離を測定した2点の平均距離を変形高さの絶対値として定義する。
<マイクロニードルアレイ>
 本発明において複数とは、1つ以上のことを意味する。
 本発明のマイクロニードルアレイは、薬物を効率的に皮膚中に投与するためにシート部及び針部を少なくとも含む。本発明のマイクロニードルアレイにおいては、好ましくは、針部が薬物を含む。
 本発明のマイクロニードルアレイとは、シート部の上面側に、複数の針部がアレイ状に配置されているデバイスである。針部は、シート部の上面側に、所定の密度で配置されていることが好ましい。
 シート部は、針部を支持するための土台であり、図1~9に示すシート部116のような平面状の形状を有する。このとき、シート部の上面とは、面上に複数の針部がアレイ状に配置された面を指す。
 シート部の面積は、特に限定されないが、0.005~1000mm2であることが好ましく、0.05~750mm2であることがより好ましく、5~500mm2であることがさらに好ましい。
 シート部は、好ましくは、水溶性高分子を含む。シート部は、水溶性高分子から構成されていてもよいし、それ以外の添加物(例えば、二糖類など)を含んでいてもよい。なお、シート部には薬物を含まないことが好ましい。
 シート部に含まれる水溶性高分子としては、特に限定されないが、多糖類、ポリビニルピロリドン、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、タンパク質(例えば、ゼラチンなど)を挙げることができる。上記の多糖類としては、例えば、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸ナトリウム、プルラン、デキストラン、デキストリン、コンドロイチン硫酸、コンドロイチン硫酸ナトリウム、セルロース誘導体(例えば、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどの、セルロースを部分的に変性した水溶性セルロース誘導体)、ヒドロキシエチルデンプン、アラビアゴム等が挙げられる。上記の成分は、1種単独で用いてもよいし、2種以上の混合物として用いてもよい。上記の中でも多糖類が好ましく、ヒドロキシエチルデンプン、デキストラン、及びヒドロキシプロピルセルロースがさらに好ましく、ヒドロキシエチルデンプン及びデキストランが特に好ましい。更にデキストランの中でも、デキストラン70が特に好ましい。
 シート部には、二糖類を添加してもよく、二糖類としては、スクロース、ラクツロース、ラクトース、マルトース、トレハース又はセロビオースなどが挙げられ、特にスクロース、マルトース、トレハロースが好ましい。
 マイクロニードルアレイは、シート部の上面側に、アレイ状に配置された複数の針部から構成される。針部は、先端を有する凸状構造物であって、鋭い先端を有する針形状に限定されるものではなく、先の尖っていない形状でもよい。
 針部の形状の例としては、円錐状、多角錐状(四角錐状など)、又は紡錘状などが挙げられる。例えば、図2~9に示す針部112のような形状を有し、針部の全体の形状が、円錐状又は多角錐状(四角錐状など)であってもよいし、針部側面の傾き(角度)を連続的に変化させた構造であってもよい。また、針部側面の傾き(角度)が非連続的に変化する、二層又はそれ以上の多層構造をとることもできる。
 本発明のマイクロニードルアレイを皮膚に適用した場合、針部が皮膚に挿入され、シート部の上面又はその一部が皮膚に接するようになることが好ましい。
 針部の高さ(長さ)は、針部の先端から、シート部へ下ろした垂線の長さで表す。針部の高さ(長さ)は特に限定されないが、好ましくは50μm以上3000μm以下であり、より好ましくは100μm以上2000μm以下であり、さらに好ましくは100μm以上1500μm以下である。針部の長さが50μm以上であれば、薬物の経皮投与を行うことができ、また針部の長さが3000μm以下とするのは、針部が神経に接触することによる痛みの発生を防止し、また出血を回避できるため、好ましい。
 針部は、1つのマイクロニードルアレイにあたり1~2000本配置されることが好ましく、3~1000本配置されることがより好ましく、5~500本配置されることがさらに好ましい。1つのマイクロニードルアレイあたり2本の針部を含む場合、針部の間隔は、針部の先端からシート部へ下ろした垂線の足の間の距離で表す。1つのマイクロニードルあたり3本以上の針部を含む場合、配列される針部の間隔は、全ての針部においてそれぞれ最も近接した針部に対して先端からシート部へ下ろした垂線の足の間の距離を求め、その平均値で表す。針部の間隔は、0.1mm以上10mm以下であることが好ましく、0.2mm以上5mm以下であることがより好ましく、0.3mm以上3mm以下であることがさらに好ましい。
 針部は、好ましくは、水溶性高分子を含む。針部は好ましくは、水溶性高分子以外に、薬物を含む。
 針部が皮膚内に残留しても人体に支障が生じないように、水溶性高分子は生体溶解性物質であることが好ましい。
 針部に含まれる水溶性高分子としては、多糖類、ポリビニルピロリドン、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、タンパク質(例えば、ゼラチンなど)を挙げることができる。上記の多糖類としては、例えば、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸ナトリウム、プルラン、デキストラン、デキストリン、コンドロイチン硫酸、コンドロイチン硫酸ナトリウム、セルロース誘導体(例えば、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどの、セルロースを部分的に変性した水溶性セルロース誘導体)、ヒドロキシエチルデンプン、アラビアゴム等が挙げられる。上記の成分は、1種単独で用いてもよいし、2種以上の混合物として用いてもよい。上記の中でも多糖類が好ましく、ヒドロキシエチルデンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、及びデキストランがさらに好ましい。
 針部には、二糖類を添加してもよく、二糖類としては、スクロース、ラクツロース、ラクトース、マルトース、トレハース又はセロビオースなどが挙げられ、特にスクロース、マルトース、トレハロースが好ましい。
 針部においては、針先端部と、針根元部とが、それぞれ異なる水溶性高分子から構成されていてもよい。即ち、針部は二種以上の水溶性高分子によって構成されていてもよい。
 針先端部とは、針部先端を含む領域であって、針部全体の高さの10%の長さに相当する高さを有する針部先端領域を意味し、針根元部とは、シート部と針部の接合面から、針部全体の高さの10%の長さに相当する高さまでの針部領域を意味する。針先端部及び針根元部に対応する領域はそれぞれ図1に示す。図1の左図においては、シート部116上に1つの針部112を示している。Hは針部112の高さを示す。針部は、図1の右図に示すように、針部第1層112Aと針部第2層112Bとから構成されていてもよい。図1の右図において、針部第1層112Aの高さをH1で示し、針部第2層112Bの高さをH2で示し、針部全体の高さをHで示す。
 好ましくは、針根元部の水溶性高分子と、シート部の水溶性高分子とが同一である。
 好ましくは、針先端部の水溶性高分子は、ヒドロキシエチルデンプンである。
 好ましくは、針根元部の水溶性高分子は、ヒドロキシエチルデンプン及びデキストランから選択される1種以上である。
 本発明においてヒドロキシエチルデンプンを使用する場合、その重量平均分子量は特に限定されないが、好ましくは、70000以上130000以下である。
 本発明においてデキストランを使用する場合、その重量平均分子量は特に限定されないが、好ましくは、20000以上200000以下である。デキストランとしては、例えば、デキストラン40(重量平均分子量が約40000)又はデキストラン70(重量平均分子量が約70000)等を使用することができる。また、分子量が小さいほど、脆性が増加するため、重量平均分子量としては、50000以上100000以下が特に好ましい。
 本発明のマイクロニードルアレイは、薬物を含んでいてもよいし、薬物を含まなくてもよいが、好ましくは薬物を含む。好ましくは、マイクロニードルアレイの針部が、薬物を含む。
 薬物とは、人体に対して作用を及ぼす効能を有する物質である。薬物は、ペプチド(ペプチドホルモンなどを含む)又はその誘導体、タンパク質、核酸、多糖類、ワクチン、アジュバント、水溶性低分子化合物に属する医薬化合物、又は化粧品成分から選択することが好ましい。薬物の分子量は特には限定されないが、タンパク質の場合には分子量500以上のものが好ましい。
 ペプチド又はその誘導体及びタンパク質としては、例えば、カルシトニン、副腎皮質刺激ホルモン、副甲状腺ホルモン(PTH)、ヒトPTH(1→34)、インスリン、エキセンディン、セクレチン、オキシトシン、アンギオテンシン、β-エンドルフィン、グルカゴン、バソプレッシン、ソマトスタチン、ガストリン、黄体形成ホルモン放出ホルモン、エンケファリン、ニューロテンシン、心房性ナトリウム利尿ペプチド、成長ホルモン、成長ホルモン放出ホルモン、ブラジキニン、サブスタンスP、ダイノルフィン、甲状腺刺激ホルモン、プロラクチン、インターフェロン、インターロイキン、顆粒球コロニー刺激因子(G-CSF)、グルタチオンパーオキシダーゼ、スーパーオキシドディスムターゼ、デスモプレシン、ソマトメジン、エンドセリン、及びこれらの塩等が挙げられる。
 ワクチンとしては、インフルエンザ抗原(インフルエンザワクチン)、HBs抗原(B型肝炎ウイルス表面抗原)、HBe抗原(Hepatitis Be抗原)、BCG(Bacille de Calmette et Guerin)抗原、麻疹抗原、風疹抗原、水痘抗原、黄熱抗原、帯状疱疹抗原、ロタウイルス抗原、Hib(インフルエンザ桿菌b型)抗原、狂犬病抗原、コレラ抗原、ジフテリア抗原、百日咳抗原、破傷風抗原、不活化ポリオ抗原、日本脳炎抗原、ヒトパピローマ抗原、あるいはこれらの2~4種の混合抗原等が挙げられる。
 アジュバントとしては、リン酸アルミニウム、塩化アルミニウム、水酸化アルミニウムなどのアルミニウム塩、MF59(商標)、AS03(商品名)などのエマルジョン、あるいは、リポソーム、植物由来成分、核酸、バイオポリマー、サイトカイン、ペプチド、タンパク、糖鎖等があげられる。
 上記の中でも、薬物としては、ペプチドホルモン、ワクチン及びアジュバントからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。ペプチドホルモンとしては成長ホルモン、インスリンが特に好ましい。
 本発明のマイクロニードルアレイの針部が薬物を含む場合、針部全体における薬物の含有量は、特に限定されないが、針部の固形分質量に対して、好ましくは1~60質量%であり、より好ましくは1~50質量%であり、特に好ましくは1~45質量%である。
 以下、添付の図面に従って、本発明の好ましい実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されない。
 図2~図8は、マイクロニードルアレイの一部拡大図であるマイクロニードル110を示している。本発明のマイクロニードルアレイは、シート部116の表面に複数個の針部112が形成されることで、構成される(図2~図8においては、シート部116上に1つの針部112のみを表示し、これをマイクロニードル110と称する)。
 図2Aにおいて、針部112は円錐状の形状を有し、図2Bにおいて、針部112は四角錐状の形状を有している。図2Cにおいて、Hは針部112の高さを、Wは針部112の直径(幅)を、Tはシート部116の高さ(厚み)を示す。
 図3及び図4は、シート部116の表面に、非連続的に形状が変化した針部112が形成された別の形状を有するマイクロニードル110を示している。図3において、針部第2層112Bは、円錐台の形状を有し、針部第1層112Aは円錐の形状を有している。また、図4において、針部第2層112Bは、四角錐台の形状を有し、針部第1層112Aは四角錐の形状を有している。ただし、針部の形状は、これらの形状に限定されるものではない。
 図5は、図3及び図4に示されるマイクロニードル110の断面図である。図5において、Hは針部112の高さを、Wは基底部の直径(幅)を、Tはシート部116の高さ(厚み)を示す。
 本発明のマイクロニードルアレイは、図2Cのマイクロニードル110の形状より、図5のマイクロニードル110の形状とすることが好ましい。このような構造をとることで、針部全体の体積が大きくなり、マイクロニードルアレイの製造時において、より多くの薬物を針部の上端に集中させることができる。
 図6及び図7は、さらに別の形状を有するマイクロニードル110を示している。
 図6に示される針部第1層112Aは円錐状の形状を有し、針部第2層112Bは円柱状の形状を有している。図7に示される針部第1層112Aは四角錐状の形状を有し、針部第2層112Bは四角柱状の形状を有している。ただし、針部の形状は、これらの形状に限定されるものではない。図6から図8において、112Cは針部第3層を示す。
 図8は、図6及び図7に示されるマイクロニードル110の断面図である。図8において、Hは針部112の高さを、Wは基底部の直径(幅)を、Tはシート部116の高さ(厚み)を示す。
 図9は、針部112の側面の傾き(角度)が連続的に変化した別の形状のマイクロニードルの断面図である。図9において、Hは針部112の高さを、Tはシート部116の高さ(厚み)を示す。
 本発明のマイクロニードルアレイは、図10に示すように、針部がシート部上に二次元的に配置されている。図では正方配置を描いているが、円形状、菱形状などに配置することも可能であり、針部の二次元配置箇所は限定されるものではない。
 針部は、横列について1mm当たり約0.1~10本の間隔で配置されていることが好ましい。マイクロニードルアレイは、1cm2当たり1~10000本のマイクロニードルを有することがより好ましい。マイクロニードルの密度を1本/cm2以上とすることにより効率良く皮膚を穿孔することができ、またマイクロニードルの密度を10000本/cm2以下とすることにより、マイクロニードルアレイが十分に穿刺することが可能になる。針部の密度は、好ましくは10~5000本/cm2であり、さらに好ましくは25~1000本/cm2であり、特に好ましくは25~400本/cm2である。
 本発明のマイクロニードルアレイは、乾燥剤と一緒に密閉保存されている形態で供給することができる。乾燥剤としては、公知の乾燥剤(例えば、シリカゲル、生石灰、塩化カルシウム、シリカアルミナ、シート状乾燥剤など)を使用することができる。
 [マイクロニードルアレイの製造方法]
 本発明のマイクロニードルアレイは、例えば、特開2013-153866号公報又は国際公開WO2014/077242号公報に記載の方法に準じて以下の方法により製造することができる。
(モールドの作製)
 図11Aから11Cは、モールド(型)の作製の工程図である。図11Aに示すように、モールドを作製するための原版を先ず作製する。この原版11の作製方法は2種類ある。
 1番目の方法は、Si基板上にフォトレジストを塗布した後、露光、現像を行う。そして、RIE(リアクティブイオンエッチング)等によるエッチングを行うことにより、原版11の表面に円錐の形状部(凸部)12のアレイを作製する。尚、原版11の表面に円錐の形状部を形成するようにRIE等のエッチングを行う際には、Si基板を回転させながら斜め方向からのエッチングを行うことにより、円錐の形状を形成することが可能である。2番目の方法は、Ni等の金属基板に、ダイヤモンドバイト等の切削工具を用いた加工により、原版11の表面に四角錘などの形状部12のアレイを形成する方法がある。
 次に、モールドの作製を行う。具体的には、図11Bに示すように、原版11よりモールド13を作製する。方法としては以下の4つの方法が考えられる。
 1番目の方法は、原版11にPDMS(ポリジメチルシロキサン、例えば、ダウコーニング社製のシルガード184(登録商標))に硬化剤を添加したシリコーン樹脂を流し込み、100℃で加熱処理し硬化した後に、原版11より剥離する方法である。2番目の方法は、紫外線を照射することにより硬化するUV(Ultraviolet)硬化樹脂を原版11に流し込み、窒素雰囲気中で紫外線を照射した後に、原版11より剥離する方法である。3番目の方法は、ポリスチレンやPMMA(ポリメチルメタクリレート)等のプラスチック樹脂を有機溶剤に溶解させた溶液を剥離剤の塗布された原版11に流し込み、乾燥させることにより有機溶剤を揮発させて硬化させた後に、原版11より剥離する方法である。4番目の方法は、Ni電鋳により反転品を作製する方法である。
 これにより、原版11の円錐形又は角錐形の反転形状である針状凹部15が2次元配列で配列されたモールド13が作製される。このようにして作製されたモールド13を図11Cに示す。
 図12は他の好ましいモールド13の態様を示したものである。針状凹部15は、モールド13の表面から深さ方向に狭くなるテーパ状の入口部15Aと、深さ方向に先細りの先端凹部15Bとを備えている。入口部15Aをテーパ形状とすることで、水溶性高分子溶解液を針状凹部15に充填しやすくなる。
 図13は、マイクロニードルアレイの製造を行う上で、より好ましいモールド複合体18の態様を示したものである。図13中、(A)部はモールド複合体18を示す。図13中、(B)部は、(A)部のうち、円で囲まれた部分の拡大図である。
 図13の(A)部に示すように、モールド複合体18は、針状凹部15の先端(底)に空気抜き孔15Cが形成されたモールド13、及び、モールド13の裏面に貼り合わされ、気体は透過するが液体は透過しない材料で形成された気体透過シート19と、を備える。空気抜き孔15Cは、モールド13の裏面を貫通する貫通孔として形成される。ここで、モールド13の裏面とは、空気抜き孔15Cが形成された側の面を言う。これにより、針状凹部15の先端は空気抜き孔15C、及び気体透過シート19を介して大気と連通する。
 このようなモールド複合体18を使用することで、針状凹部15に充填される高分子溶解液は透過せず、針状凹部15に存在する空気のみを針状凹部15から追い出すことができる。これにより、針状凹部15の形状を高分子に転写する転写性が良くなり、よりシャープな針部を形成することができる。
 空気抜き孔15Cの径D(直径)としては、1~50μmの範囲が好ましい。空気抜き孔15Cの径Dが1μm未満の場合、空気抜き孔としての役目を十分に果たせない。また、空気抜き孔15Cの径Dが50μmを超える場合、成形されたマイクロニードルの先端部のシャープ性が損なわれる。
 気体は透過するが液体は透過しない材料で形成された気体透過シート19としては、例えば気体透過性フィルム(住友電気工業社製、ポアフロン(登録商標)、FP-010)を好適に使用できる。
 モールド13に用いる材料としては、弾性素材又は金属製素材を用いることができ、弾性素材が好ましく、気体透過性の高い素材が更に好ましい。気体透過性の代表である酸素透過性は、1×10-12(mL/s・m2・Pa)以上が好ましく、1×10-10(mL/s・m2・Pa)以上がさらに好ましい。なお、1mLは、10-63である。気体透過性を上記範囲とすることにより、モールド13の凹部に存在する空気を型側から追い出すことができ、欠陥の少ないマイクロニードルアレイを製造することができる。このような材料として、具体的には、シリコーン樹脂(例えば、ダウコーニング社製のシルガード184(登録商標)、信越化学工業株式会社のKE-1310ST(品番))、紫外線硬化樹脂、プラスチック樹脂(例えば、ポリスチレン、PMMA(ポリメチルメタクリレート))を溶融、又は溶剤に溶解させたものなどを挙げることができる。これらの中でもシリコーンゴム系の素材は、繰り返し加圧による転写に耐久性があり、かつ素材との剥離性がよいため好ましい。また、金属製素材としては、Ni、Cu、Cr、Mo、W、Ir、Tr、Fe、Co、MgO、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、α-酸化アルミニウム,酸化ジルコニウム、ステンレス(例えば、ボーラー・ウッデホルム社(Bohler-Uddeholm KK)のスタバックス材(STAVAX)(商標))などやその合金を挙げることができる。
 枠の材質としては、モールド13の材質と同様の材質のものを用いることができる。
(水溶性高分子溶解液)
 本発明においては、針部の少なくとも一部を形成するための水溶性高分子溶解液、及び、シート部を形成するための水溶性高分子溶解液、を準備することが好ましい。
 水溶性高分子の種類は、本明細書中上記した通りである。
 上記のいずれの水溶性高分子溶解液には、二糖類を混合してもよく、二糖類の種類は、本明細書中上記した通りである。
 水溶性高分子溶解液中の水溶性高分子の濃度は、使用する水溶性高分子の種類によっても異なるが、一般的には1~50質量%であることが好ましい。また、溶解に用いる溶媒は、水以外であっても揮発性を有するものであればよく、メチルエチルケトン(MEK)、アルコールなどを用いることができる。
(針部の形成)
 図14Aに示すように、2次元配列された針状凹部15を有するモールド13が、基台20の上に配置される。モールド13には、5×5の2次元配列された、2組の複数の針状凹部15が形成されている。水溶性高分子溶解液22を収容するタンク30、タンクに接続される配管32、及び、配管32の先端に接続されたノズル34、を有する液供給装置36が準備される。なお、本例では、針状凹部15が5×5で2次元配列されている場合を例示しているが、針状凹部15の配列及び本数は5×5に限定されるものではなく、正方配列に限らず、円形状など2次元配列されていればよい。
 図15はノズルの先端部の概略斜視図を示している。図15に示すように、ノズル34の先端には平坦面であるリップ部34A及びスリット形状の開口部34Bを備えている。スリット形状の開口部34Bにより、例えば、1列を構成する複数の針状凹部15に同時に、水溶性高分子溶解液22を充填することが可能となる。開口部34Bの大きさ(長さと幅)は、一度に充填すべき針状凹部15の数に応じて適宜選択される。開口部34Bの長さを長くすることで、より多くの針状凹部15に一度に高分子溶解液22を充填することができる。これにより、生産性を向上させることが可能となる。
 ノズル34に用いる材料としては、弾性素材又は金属製素材を用いることができる。例えば、テフロン(登録商標)、ステンレス鋼(SUS(Steel Special Use Stainless))、チタン等が挙げられる。
 図14Bに示すように、ノズル34の開口部34Bが針状凹部15の上に位置調整される。ノズル34のリップ部34Aとモールド13の表面とは接触している。液供給装置36から水溶性高分子溶解液22がモールド13に供給され、ノズル34の開口部34Bから水溶性高分子溶解液22が針状凹部15に充填される。本実施形態では、1列を構成する複数の針状凹部15に水溶性高分子溶解液22が同時に充填される。ただし、これに限定されず、針状凹部15に一つずつ充填するようにすることもできる。
 モールド13が気体透過性を有する素材で構成される場合、モールド13の裏面から吸引することで水溶性高分子溶解液22を吸引でき、針状凹部15内への水溶性高分子溶解液22の充填を促進させることができる。
 図14Bを参照した充填工程に次いで、図14Cに示すように、ノズル34のリップ部34Aとモールド13の表面とを接触させながら、開口部34Bの長さ方向と垂直方向に液供給装置36を相対的に移動し、ノズル34を、水溶性高分子溶解液22が充填されていない針状凹部15に移動する。ノズル34の開口部34Bが針状凹部15の上に位置調整される。本実施の形態では、ノズル34を移動させる例で説明したが、モールド13を移動させてもよい。
 ノズル34のリップ部34Aとモールド13の表面とを接触させて移動しているので、ノズル34がモールド13の針状凹部15以外の表面に残る水溶性高分子溶解液22を掻き取ることができる。水溶性高分子溶解液22をモールド13の針状凹部15以外に残らないようにすることができる。
 モールド13へのダメージを減らすことと、モールド13の圧縮による変形をできるだけ抑制するため、移動する際のノズル34のモールド13への押付け圧はできる限り小さい方が好ましい。また、水溶性高分子溶解液22がモールド13の針状凹部15以外に残らないようにするため、モールド13もしくはノズル34の少なくとも一方がフレキシブルな弾性変形する素材であることが望ましい。
 図14Bの充填工程と、図14Cの移動工程とを繰り返すことで、5×5の2次元配列された針状凹部15に水溶性高分子溶解液22が充填される。5×5の2次元配列された針状凹部15に水溶性高分子溶解液22が充填されると、隣接する5×5の2次元配列された針状凹部15に液供給装置36を移動し、図14Bの充填工程と、図14Cの移動工程とを繰り返す。隣接する5×5の2次元配列された針状凹部15にも水溶性高分子溶解液22が充填される。
 上述の充填工程と移動工程について、(1)ノズル34を移動しながら水溶性高分子溶解液22を針状凹部15に充填する態様でもよいし、(2)ノズル34の移動中に針状凹部15の上でノズル34を一旦静止して水溶性高分子溶解液22を充填し、充填後にノズル34を再度移動させる態様でもよい。充填工程と移動工程との間、ノズル34のリップ部34Aがモールド13の表面に接触している。
 図16は、水溶性高分子溶解液22の針状凹部15への充填中におけるノズル34の先端とモールド13との部分拡大図である。図16に示すように、ノズル34内に加圧力P1を加えることで、針状凹部15内へ水溶性高分子溶解液22を充填するのを促進することができる。さらに、針状凹部15内へ水溶性高分子溶解液22を充填する際、ノズル34をモールド13の表面に接触させる押付け力P2を、ノズル34内の加圧力P1以上とすることが好ましい。押付け力P2≧加圧力P1とすることにより、水溶性高分子溶解液22が針状凹部15からモールド13の表面に漏れ出すのを抑制することができる。
 図17は、ノズル34の移動中における、ノズル34の先端とモールド13との部分拡大図である。ノズル34をモールド13に対して相対的に移動する際、ノズル34をモールド13の表面に接触させる押付け力P3を、充填中のノズル34をモールド13の表面に接触させる押付け力P2より小さくすることが好ましい。モールド13へのダメージを減らし、モールド13の圧縮による変形を抑制するためである。
 モールド13の表面形状に合わせてZ軸方向にノズル34を駆動して、ノズル34のモールド13への押し付け力及び/又は押し込み距離を制御することが好ましい。
 図18は、押し付け力、及び/又は押し込み距離を制御することができる充填装置の概略構成図である。充填装置は、モールドとノズルの相対位置座標を制御するX軸駆動部61及びZ軸駆動部62、ノズル63を取り付け可能な液供給装置64(武蔵エンジニアリング社製超微量定量ディスペンサーSMP-III)、モールド69を固定する吸引台65、モールド表面形状を測定するレーザー変位計66(パナソニック社製HL-C201A)、ノズル押し込み圧力を測定するロードセル67(共和電業製LCX-A-500N)、及び表面形状及び押し付け圧力の測定値のデータを基にZ軸を制御する制御機構68を備える。
 5×5で構成される複数の針状凹部15への充填が完了すると、ノズル34は、隣接する5×5で構成される複数の針状凹部15へ移動される。液供給に関して、隣接する5×5で構成される複数の針状凹部15へ移動する際、水溶性高分子溶解液22の供給を停止するのが好ましい。5列目の針状凹部15から次の1列目の針状凹部15までは距離がある。その間をノズル34が移動する間、水溶性高分子溶解液22を供給し続けると、ノズル34内の液圧が高くなりすぎる場合がある。その結果、ノズル34から水溶性高分子溶解液22がモールド13の針状凹部15以外に流れ出る場合があり、これを抑制するため、ノズル34内の液圧を検出し、液圧が高くなりすぎると判定した際には水溶性高分子溶解液22の供給を停止するのが好ましい。
 なお、上記においてはノズルを有するディスペンサーを用いて水溶性高分子溶解液を供給する方法を説明したが、ディスペンサーによる塗布に加えて、バー塗布、スピン塗布、スプレーなどによる塗布などを適用することもできる。
 本発明においては、水溶性高分子溶解液を針状凹部に供給した後、乾燥処理を実施することが好ましい。
 好ましくは、本発明のマイクロニードルアレイは、第一の水溶性高分子溶解液を充填した針部形成用モールドを、乾燥することによって針部の一部を形成する工程;及び第二の水溶性高分子溶解液を、上記で形成された針部の一部の上面に充填して乾燥する工程によって製造することができる。第一の水溶性高分子溶解液としては、薬物を含む液を使用することが好ましい。
(シート部の形成)
 シート部を形成する工程について、いくつかの態様を説明する。
 シート部を形成する工程について、第1の態様について図19Aから19Dを参照して説明する。モールド13の針状凹部15に、水溶性高分子溶解液22をノズル34から充填する。次いで、図19Bに示すように、水溶性高分子溶解液22を乾燥固化させることで、針状凹部15内に、層120が形成される。次いで、図19Cに示すように、層120が形成されたモールド13に、水溶性高分子溶解液24をディスペンサーにより塗布する。ディスペンサーによる塗布に加えて、バー塗布、スピン塗布、スプレーなどによる塗布などを適用することができる。層120は固化されているので、層120が薬物を含む場合であっても、薬物が、水溶性高分子溶解液24に拡散するのを抑制することができる。次いで、図19Dに示すように、水溶性高分子溶解液24を乾燥固化させることで、複数の針部112及びシート部116から構成されるマイクロニードルアレイ1が形成される。
 第1の態様において、水溶性高分子溶解液22、及び水溶性高分子溶解液24の針状凹部15内への充填を促進させるために、モールド13の表面からの加圧、及び、モールド13の裏面からの減圧吸引を行うことも好ましい。
 第2の態様について、図20Aから20Cを参照して説明する。図20Aに示すように、モールド13の針状凹部15に水溶性高分子溶解液22をノズル34から充填する。次いで、図19Bと同様に、水溶性高分子溶解液22を乾燥固化させることで、層120が針状凹部15内に形成される。次に、開口部322を有する型枠320を用意し、図20Bに示すように、モールド13の針状凹部と開口部322とを位置あわせし、型枠320をモールド13の表面(水溶性高分子溶解液24が充填される側)に配置する。この状態で水溶性高分子溶解液24を充填する。
 図20Cに示すように、型枠320の開口部322に充填された水溶性高分子溶解液24を乾燥させると、水溶性高分子溶解液24は乾燥収縮する。水溶性高分子溶解液24は型枠320の側面と接触しているため、側面の接触部は大きく収縮しない。
 水溶性高分子溶解液24を乾燥させる方法として、水溶性高分子溶解液中の溶媒を揮発させる工程であればよい。その方法は特に限定するものではなく、例えば加熱、送風、減圧等の方法が用いられる。乾燥処理は、1~50℃で1~72時間の条件で行うことができる。送風の場合には、0.1~10m/秒の温風を吹き付ける方法が挙げられる。水溶性高分子溶解液22が薬物を含む場合、乾燥温度は、水溶性高分子溶解液22内の薬物を熱劣化させない温度であることが好ましい。
(剥離)
 マイクロニードルアレイをモールド13から剥離する方法は特に限定されない。剥離の際に針部が曲がったり折れたりしないことが好ましい。具体的には、図21に示すように、マイクロニードルアレイの上に、粘着性の粘着層が形成されているシート状の基材40を付着させた後、端部から基材40をめくるように剥離を行うことができる。ただし、この方法では針部が曲がる可能性がある。そのため、図22に示すように、マイクロニードルアレイ上の基材40に吸盤(図示せず)を設置し、エアーで吸引しながら垂直に引き上げる方法を適用することができる。また、基材40を用いず、マイクロニードルアレイのシート部裏面に吸盤を設置し、エアーで吸引しながら垂直に引き上げることもできる。
 図23はモールド13から剥離されたマイクロニードルアレイ2を示している。
 図23のAに記載のマイクロニードルアレイ2は、基材40、基材40の上に形成された針部112、及びシート部116で構成される。針部112は、円錐形状又は多角錐形状を少なくとも先端に有しているが、針部112はこの形状に限定されるものではない。
 図23のBに記載のマイクロニードルアレイ2は、基材40を用いず、マイクロニードルアレイのシート部裏面に吸盤を設置し、エアーで吸引しながら垂直に引き上げた場合のマイクロニードルアレイである。
 以下に、本発明の実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。なお、以下の実施例に示される材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
(マイクロニードルアレイの作製)
 ヒドロキシエチルデンプン(HES)(Fresenius Kabi、平均分子量70000)及びヒト血清アルブミン(HSA)(和光純薬)(薬物モデル)をそれぞれ34mg/mL及び8.5mg/mLで混合した水溶液を調製し、円錐形状の凹部を持つモールドに充填して乾燥させた。上記水溶液を充填したモールド上に、ステンレス製(SUS304)の型枠(厚み0.1~0.5mm、直径12mmまたは15mm)を置いた。ここに、濃度と液量を調整した薬物を含まない水溶性高分子溶解液(ヒドロキシエチルデンプンまたはデキストラン70のいずれか1つ)を直接塗布し、針状凹部に薬物を含まない水溶性高分子溶解液を充填した後、乾燥させた(温度23℃、相対湿度45%)。乾燥後、型枠及びモールドから抜くことで、針先端部と針根元部がそれぞれ異なる水溶性高分子で構成されたマイクロニードルアレイを得た。
 上記の操作において、乾燥過程の半乾燥状態(溶液の流動性は無いが、形状が変化する糊状態)でステンレス製の型枠とモールドとを合わせて湾曲させると、任意の湾曲形状を有した状態で乾燥され、任意の変形形状を有したシートが成形される。実施例1、2及び4は本手法を用いて作製した。また、滴下量と型枠の厚みをコントロールすることで変形高さを制御した。実施例3及び5~11、並びに比較例1~5は本手法を用いて作製した。
 上記で作製したマイクロニードルは、錘台部と針部から構成されており、針部が、高さ:約600μm、基底部の幅:約270μm、錘台部が、高さ約130μm、上底面直径約270μm、下底面直径約460μmの円錐台構造であり、針本数100本、針の間隔約1mmで正方配置されている。
(マイクロニードルアレイの端部の平均膜厚の測定)
 マイクロニードルアレイを平面上に置き、横90°からマイクロスコープ(キーエンス社製、VHX-5500)を用いて観察した。シート部の中心から最も遠い端部と、中心から最も遠い端部と中心を結んだ直線状にある端部の2点の膜厚を計測した。計測結果から端部の平均膜厚を算出し、測定結果を表1にまとめた。
(マイクロニードルアレイの中心部の平均膜厚の測定)
 シート部の中心部を通るように、マイクロニードルアレイを切断し、露出された中心部の切断面を横90°からマイクロスコープ(キーエンス社製、VHX-5500)を用いて観察した。中心部及び中心部から1mm離れた隣接する2箇所の膜厚(合計3か所の膜厚)を測定し、その平均膜厚を中心部の平均膜厚として算出した。測定結果を表1にまとめた。
(マイクロニードルアレイの変形高さの測定)
 マイクロニードルアレイを穿刺対象物上に置き、横90°からマイクロスコープ(キーエンス社製、VHX-5500)を用いて観察した。対象物と最も距離が離れている点までの高さを計測し、変形高さの絶対値を計測した。計測結果から変形高さの絶対値を算出し、測定結果を表2にまとめた。
(ブタ皮膚への穿刺評価(i))
 ブタ背面から採取した皮膚の皮下脂肪を除去した後、ヒトの皮膚を模倣したクッションの上に設置した。ブタ皮膚上に、作製したマイクロニードルアレイを、針部がブタ皮膚に接触するように乗せ、温度25℃相対湿度60%の環境下で、アプリケーターを用いて0.5Jのエネルギーでブタ皮膚へマイクロニードルアレイを穿刺した。ブタ皮膚へ穿刺した直後に、ブタ皮膚上に残ったマイクロニードルアレイを観察し、シート部の破損(割れ)状況を評価した。シート部が破損しなかった(割れなかった)ものをA、破損した(割れた)ものをBとして評価した。結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
(ブタ皮膚への穿刺評価(ii))
 次いで、穿刺評価(i)でシート部が破損しなかった実施例1~11のマイクロニードルアレイを用いて、温度15℃相対湿度20%の環境下で穿刺評価(ii)を実施した。穿刺する環境以外は穿刺評価(i)と同条件で実施した。評価も穿刺評価(i)と同じ手法で実施し、シート部が破損しなかった(割れなかった)ものをA、破損した(割れた)ものをBとして評価した。結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表1に示す通り、端部の平均膜厚が中心部の平均膜厚より小さいマイクロニードルアレイ群では、いずれも穿刺時の割れが発生しなかった。一方で、端部の平均膜厚が中心部の平均膜厚より大きいマイクロニードルアレイ群では割れが発生した。これは、端部が壁面状にシート部を囲っているため、穿刺時の変形により生じる内部応力が外部に逃げることが出来ず、シート部内部で応力集中して破断したものと推定される。
 また、表2に示す通り、シート部が破損しやすい低湿環境では、変形高さが小さい方が破損しない傾向が見られた。穿刺対象物に対してシート部の変形高さが大きいマイクロニードルアレイは、穿刺時対象物へ追従する際の変形量が大きくなり破損しやすくなったものと推定される。このことは、穿刺対象物とマイクロニードルアレイのシート部の追従性も破損を抑制する一要因であることを示唆している。
 このように、皮膚への確実な穿刺を想定した条件での投与では、マイクロニードルアレイ自体にも相応の強度と柔軟性を有することが必要となる。このとき、シート部内の内部応力が逃げやすい形状が有利となり、ヒトへの確実な穿刺を想定した場合には、膜厚分布について、端部の平均膜厚が中心部の平均膜厚より小さいことが必要不可欠な設計条件となりうる。
1 マイクロニードルアレイ
2 マイクロニードルアレイ
110 マイクロニードル
112 針部
112A 針部第1層
112B 針部第2層
112C 針部第3層
116 シート部
120 層
122 層
320 型枠
322 開口部
W 直径(幅)
H 高さ
H1 高さ
H2 高さ
H3 高さ
T 高さ(厚み)
11 原版
12 形状部
13 モールド
15 針状凹部
15A 入口部
15B 先端凹部
15C 空気抜き孔
D 径(直径)
18 モールド複合体
19 気体透過シート
20 基台
22 水溶性高分子溶解液
24 水溶性高分子溶解液
30 タンク
32 配管
34 ノズル
34A リップ部
34B 開口部
36 液供給装置
P1 加圧力
P2 押付け力
P3 押付け力
40 基材
61 X軸駆動部
62 Z軸駆動部
63 ノズル
64 液供給装置
65 吸引台
66 レーザー変位計
67 ロードセル
68 制御機構
69 モールド

Claims (8)

  1. シート部、及び、シート部の上面に存在する複数の針部、を有するマイクロニードルアレイであって、
    針部が、水溶性高分子を含み、
    シート部が、水溶性高分子を含み、
    前記シート部は、前記複数の針部の形成された領域である中心部と、端部とを有し、
    前記端部の平均膜厚が、前記中心部の平均膜厚より小さい、マイクロニードルアレイ。
  2. 前記端部の平均膜厚が、前記中心部の平均膜厚の0.3~0.9倍である、請求項1に記載のマイクロニードルアレイ。
  3. 前記中心部の平均膜厚が、100μm~300μmである、請求項1又は2に記載のマイクロニードルアレイ。
  4. 前記シート部が曲面形状を有しており、その変形高さの絶対値が1μm~300μmである、請求項1から3の何れか一項に記載のマイクロニードルアレイ。
  5. 針部が、薬物を含む、請求項1から4の何れか一項に記載のマイクロニードルアレイ。
  6. 薬物が、ペプチドホルモン、ワクチン及びアジュバントから選択される1種以上である、請求項1から5の何れか一項に記載のマイクロニードルアレイ。
  7. シート部に含まれる水溶性高分子が、デキストラン又はヒドロキシエチルデンプンを含む、請求項1から6の何れか一項に記載のマイクロニードルアレイ。
  8. 針根元部の水溶性高分子と、シート部の水溶性高分子とが同一である、請求項1から7の何れか一項に記載のマイクロニードルアレイ。
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