(57)【要約】【課題】生体材料を形成するのに適したキット、及び生体材料に適した高分子網目構造を提供する。【解決手段】ｉ）チオール基およびアミノ基よりなる群から選択されるｘ個（ｘは２以上である。）の求核基を有するポリ（エチレンオキシド）分子と、ii）式：Ａ−［（Ｃ3Ｈ6Ｏ）n−（Ｃ2Ｈ4Ｏ）m−Ｂ］i（ｍおよびｎは１〜２００の整数であり、ｉは２より大きく、Ａは分岐点であり、Ｂは共役不飽和基である。）で表わされる分子とを含むキット、ならびに上記ｉ）の分子とii）の分子との反応生成物である高分子網目構造が提供される。【選択図】図１
2014176736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｉ）チオール基およびアミノ基よりなる群から選択されるｘ個（ｘは２以上である。）の求核基を有するポリ（エチレンオキシド）分子と、
ii）下記一般式：
Ａ−［（Ｃ3Ｈ6Ｏ）n−（Ｃ2Ｈ4Ｏ）m−Ｂ］i
［式中、ｍおよびｎは１〜２００の整数であり、ｉは２より大きく、Ａは分岐点であり、Ｂは共役不飽和基である。］
で表わされる分子と、
を含む、キット。
【請求項２】
塩基性溶液をさらに含む、請求項１に記載のキット。
【請求項３】
前記塩基性溶液が炭酸ナトリウムを含む、請求項２に記載のキット。
【請求項４】
２つの区画を有するシリンジをさらに含む、請求項１に記載のキット。
【請求項５】
前記ポリ（エチレンオキシド）分子が第１の容器内にあり、前記一般式で表わされる分子が第２の容器内にある、請求項１に記載のキット。
【請求項６】
前記ポリ（エチレンオキシド）分子は粉末状であり、前記一般式で表わされる分子は酸性ｐＨを有する緩衝水溶液中に含まれている、請求項５に記載のキット。
【請求項７】
前記Ａは、炭素、グリセロール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールおよびエチレンジアミンよりなる群から選択される、請求項１に記載のキット。
【請求項８】
前記Ｂはアクリレート基である、請求項１に記載のキット。
【請求項９】
前記一般式で表わされる分子の分子量が１０〜２５ｋＤである、請求項１に記載のキット。
【請求項１０】
前記ｘが４である、請求項１に記載のキット。
【請求項１１】
前記ポリ（エチレンオキシド）分子はオリゴマーである、請求項１に記載のキット。
【請求項１２】
前記ポリ（エチレンオキシド）分子はポリマーである、請求項１に記載のキット。
【請求項１３】
前記ポリ（エチレンオキシド）分子の分子量が２〜２０ｋＤである、請求項１に記載のキット。
【請求項１４】
ｉ）チオール基およびアミノ基よりなる群から選択されるｘ個（ｘは２以上である。）の求核基を有するポリ（エチレンオキシド）分子と、
ii）下記一般式：
Ａ−［（Ｃ3Ｈ6Ｏ）n−（Ｃ2Ｈ4Ｏ）m−Ｂ］i
［式中、ｍおよびｎは１〜２００の整数であり、ｉは２より大きく、Ａは分岐点であり、Ｂは共役不飽和基である。］
で表わされる分子と、
の反応生成物である、高分子網目構造。
【請求項１５】
前記高分子網目構造がゲル中に含まれている、請求項１４に記載の高分子網目構造。
【請求項１６】
前記高分子網目構造は、ＡＳＴＭ  Ｆ−２３２９−０４に準拠して測定される平均バースト圧力が少なくとも２４０ｍｍＨｇである、請求項１４に記載の高分子網目構造。
【請求項１７】
前記ｘが４である、請求項１４に記載の高分子網目構造。
【請求項１８】
前記Ａは、炭素、グリセロール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールおよびエチレンジアミンよりなる群から選択され、前記Ｂはアクリレート基である、請求項１４に記載の高分子網目構造。
【請求項１９】
前記一般式で表わされる分子の分子量が１０〜２５ｋＤである、請求項１４に記載の高分子網目構造。
【請求項２０】
前記ポリ（エチレンオキシド）分子の分子量が２〜２０ｋＤである、請求項１９に記載の高分子網目構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体材料に関し、特に高分子組織シーラントおよび生体材料、特に高分子組織シーラントを形成することが可能な前駆体分子、およびこれらの製造方法に関する。特に、本発明は組織内の裂傷、切断または剥離を封止またはブロックするための生体材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
外科的介入または怪我の治療の一部として医療処置を行なっている間に、医師は、しばしば、脳または脊髄の手術の間に脳脊髄液のような体液の溢出、または怪我、疾病または障害、または外科的行為の結果生じる血液の溢出を扱わねばならない。障害、怪我または外科的行為のいずれかの結果であるかにかかわらず、組織および血液循環の完全性の修復は、処置の有益な転帰のために重要である。
【０００３】
最も古典的な、損傷を受けた組織の結合方法は、たとえばクランプ、ステープルまたは縫合糸のような機械的ファスナーを用いることである。機械的組織ファスナーは、さまざまな制限に悩まされている。機械的ファスナーはかなりの技術を要し、適用に時間がかかり、結合の線に沿って漏れ、それ自身が周辺組織の新たな外傷の原因となり得る。また、機械的ファスナーは、高度に血管新生化された器官において、効果が発揮されないことがある。これらの欠点はさらに外科的行為および治癒時間を遅延させている。
【０００４】
これらの欠点を克服するための試みとして、接着剤、グルーまたはシーラントであって、組織の表面をお互い迅速に結合し得るものが開発されている。これらは単独でまたは機械的ファスナーとともに用いられ、通常の治癒を促進、または少なくとも阻害せず、体液の損失を減らし、または防止する。
【０００５】
一般的な種類の組織接着剤は、フィブリン系材料であり、フィブリノーゲンおよびトロンビンの濃縮物を含む。このフィブリン接着剤は、典型的な２成分の接着剤であり、カルシウム源とともに混合されると、天然の血栓形成カスケードの最終段階の発生を刺激する。生じた血栓は、組織を接着し、組織、空間およびシール組織を治癒が生じるまで埋める。しかしながら、フィブリン系接着剤は限定的な成功しかもたらしていない。これはシーリング材料の低い強度と、ヒト血液由来産物を用いることに関連するトランスフェクションの危険性が原因である。
【０００６】
アルデヒドと架橋したゼラチン系グルーもまた限定的にしか成功していない。この種類の代表的なグルーとしては、ホルムアルデヒドまたはグルタルアルデヒドと架橋したゼラチン−レゾルシノール（ＧＲＦ）（ＧＲＦＧ）がある。ゼラチン系グルーは広く研究され、一般的に効果的であることがわかったが、これらの組成物は限定的にしか成功しなかった。その原因としては、高温のゼラチン溶液を使用すること、アルデヒドと関係する組織の炎症があること、および結合部位で適切な架橋を得るために必要とされる取扱い方法の危険性があることが原因である。
【０００７】
上記の制限のため、かなりの開発努力が組織グルーまたはシーラントとして用いられ得る、適切な合成組成物を見つけることに向けられている。この目的を達成するために、シアノアクリレート、ポリウレタン、ポリメチルメタアクリレートおよびポリエチレングリコール、他の合成ポリマーが組織グルーまたはシーラントとして研究されたが、限定的にしか成功していない。広範囲なさまざまな外科的環境と調和する取扱い特性に加えて、十分な機械的強度および生体適合可能性の必要性に適合する組織グルーまたはシーラント組成物はほとんど得られていない。
【０００８】
しかしながら、これらの組成物は、取扱いおよび生体材料の膨張のような機械的特性に関して欠点を示している。したがって、生体適合可能性があるだけでなく、明確な治療効果を有し、必要とされる機械的強度の組合せを示す、組織グルーまたはシーラントに適用できる生体材料の必要性が存在している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的の１つは、組織シーラントとして使用するための合成生体材料を形成するのに適した組成物、方法およびキットを提供することである。さらに本発明の目的の１つは、水分の摂取に起因する容量の増大が小さい、組織シーラントとして使用するための合成生体材料を提供することである。さらに本発明の目的の１つは、時間経過に従って完全に再吸収可能な組織シーラントとして使用するための合成生体材料を提供することである。さらに本発明の目的の１つは、組織シーラントとして用いるために良好な機械的強度を有する合成生体材料を提供することである。さらに本発明の目的の１つは、頭蓋手術の間に縫合された硬膜回復の補佐役としての役割を潜在的に果たし、外部環境への脳脊髄液の浸出を防ぎ得る合成生体材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明の概要
組織シーラントとして用いるための生体材料を形成するための組成物および方法、生体材料を形成するための前駆体を含むキット、および生体材料を外科的環境において用いることが以下に示されている。生体材料を作製するために用いられる組成物は、少なくとも第１および第２の前駆体分子を含む。第１の前駆体分子は少なくとも２つの求核基を含み、そして第２の前駆体分子は少なくとも２つの求電子基を含む。第１および第２の前駆体分子の求核性基および求電子基は、生理的条件下においてお互い共有結合を形成することができる。架橋は塩基性条件下の水中で好ましく生じる。前駆体分子は、生体材料の求められる特性に基づき選択される。一実施の形態において、第１の前駆体分子は、ポリ（エチレングリコール）系ポリマーであって、ｘ個の求核基を有し、該求核基は、チオールまたはアミノ基よりなるグループから選択され、ここでｘは２以上である。好ましくは、ｘ個の求核基はチオール基である。好ましくは第２の前駆体分子は、複数分岐ポリ（エチレンオキシド−ポリプロピレンオキシド）（ＰＥＯ−ＰＰＯ）ブロックコポリマーであって、それぞれの分岐点に共役不飽和基を有しており、第２の前駆体分子は一般式Ｉ：
Ａ−［（Ｃ3Ｈ6Ｏ）n−（Ｃ2Ｈ4Ｏ）m−Ｂ］i
（式Ｉ）
ここでｍおよびｎは１から２００の整数
ｉは２より大きく、好ましくは３，４，５，６，７または８
Ａは分岐点
Ｂは共役不飽和基、たとえばアセチレン
を表わす。
【００１１】
このようなポリマーはＢＡＳＦ社からTetronic（登録商標）の商標名で販売されている。
【００１２】
好ましい一実施の形態において、第１の前駆体分子は、４つの分岐点を有するポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）であって、それぞれの分岐点がチオール基（ペンタエリスリトールポリ（エチレングリコール）エーテル  テトラ−スルフヒドリル基“ＰＥＧテトラチオール”）によって官能基化されている。最も好ましい実施の形態において、ペンタエリスリトール  ポリ（エチレングリコール）エーテル  テトラ−スルフヒドリル基は、分子量が約２ｋＤから２０ｋＤの範囲であり、より好ましくは約３ｋＤから１１ｋＤの範囲であり、さらにより好ましくは約５ｋＤから１０ｋＤの範囲である。他の実施の形態において、第２の前駆体分子の共役不飽和基Ｂはアクリレート基である。好ましくは、第２の前駆体分子の分岐点Ａは、カーボン、グリセロール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールおよびエチレンジアミンよりなる群から選択される。さらに好ましくは、第２の前駆体分子の分岐点Ａはエチレンジアミンである。式Ｉで表わされる第２の前駆体分子は分子量が約１０ｋＤから２５ｋＤの範囲であり、より好ましくは約１２ｋＤから２０ｋＤの範囲であり、さらにより好ましくは約１４ｋＤから１８ｋＤの範囲である。好ましくは、第１または第２の前駆体分子の分岐は、同じ重合度を有することが好ましい。これは第１および第２の前駆体分子のそれぞれの分岐が同一の分子量を有することを意味する。
【００１３】
求核基および求電子基の数の合計が５以上である前駆体分子を選択することは、三次元網目を形成するに繋がる。選択的に、組成物は１つ以上の添加剤、たとえば着色剤、チキソトロピック剤、Ｘ線不透過性物質、フィラー、安定化剤または生物活性剤を含む。好ましい一実施の形態において、組成物は、メチレンブルー、リサミングリーンまたはファストグリーンよりなる群から選択される着色剤を含む。また選択的に、組成物は塩基を含む。一実施の形態において、塩基は炭酸ナトリウムである。好ましい一実施の形態において、組成物から形成される生体材料は、たとえば脳および／または脊髄手術に伴う脳脊髄液の損失のような、体液の損失を減少、阻害または抑制するのに用いられる。好ましい一実施の形態において、組成物は医療シーラントとして用いられる。他の好ましい一実施の形態においては、組成物は組織表面の被覆として用いられる。他の実施の形態において、組成物は第１表面および第２表面の非外科的な接続剤の効果を有する薬剤の製造のために用いられる。
【００１４】
本発明の生体材料を準備するために、生体材料の製造方法は以下の工程を含む：
ｉ）  第１の前駆体分子を準備する工程
ii）  第２の前駆体分子を準備する工程
iii）  ２つの前駆体分子を架橋三次元網目を形成するために塩基性水溶液下で反応させる工程。
【００１５】
好ましくは塩基性水溶液のｐＨの範囲は９から１４、より好ましくは９から１３、さらに好ましくは１０から１２である。工程ｉ）、ii）またはiii）で得られる溶液のｐＨは好ましくは９から１３の範囲、より好ましくは９．５から１１．５の範囲、さらにより好ましくは９．８から１１の範囲であり、これらは迅速なゲル化をもたらす。好ましくは、塩基性水溶液は炭酸ナトリウム溶液である。２つの前駆体分子と塩基性溶液を接触させた後に、生体物質が迅速に形成され、好ましくは生体物質は２分未満、より好ましくは１０秒未満、より好ましくは５秒未満の間に形成される。
【００１６】
これらの前駆体分子は乾燥粉末および／または典型的に酸性ｐＨを有する緩衝液の中で別々に保存され得る。好ましい一実施の形態において、第１の前駆体分子は乾燥粉末として第１の容器に保存され、第２の前駆体分子は酸性ｐＨを有する水溶性緩衝液中で第２の容器内で保存される。選択的に、塩基は第３の容器内に溶液中で保存される。前駆体分子は使用の数分または数時間前に接触させられる。一実施の形態において、第１の前駆体分子および第２の前駆体分子は分けて保存され、得られた混合物を２つの仕切られた区画を有するシリンジの中へ移動させる前に初めて混合される。シリンジの１つの区画は、前駆体分子の混合物を有し、他の区画は塩基性水溶液を有する。必要とされる特性を有する生体材料を準備するために、架橋前の前駆体分子の濃度を調整することは、重要なパラメータである。この調節を維持するために、２つの区画を有するシリンジは、所定の体積比の２つの区画を有する。好ましくは区画の体積比は１：５、より好ましくは１：１０である。大きな方の区画は前駆体分子の混合物を含み、小さな方の区画は塩基性水溶液を含む。２つの区画を有するシリンジは取外し可能なスプレーヘッドを有し、２つの区画の内容物は同時に噴霧され、生体の必要な場所において、その現場で三次元網目を有する生体材料を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、３７℃のリン酸緩衝生理食塩水に保存されたときの、開示された生体材料の代表的な組成物と、市販されている生体材料の、膨潤割合対時間を比較した直線グラフを示している。
【図２】図２は、５０℃でリン酸緩衝生理食塩水中に保存されたときの、開示された生体材料の代表的な組成物と、市販されている生体材料の、膨潤割合対時間を比較した直線グラフを示している。
【図３】図３は、ｐＨ７．４、８および８．５のＴＥＡ緩衝液において調製された組成物１０のゲル化時間に対する緩衝液の影響を示している。
【図４】図４は、ｐＨ９．１３、９．３２および９．４７のホウ酸緩衝液によって調製された組成物１３のゲル化時間に対する緩衝液の影響を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の詳細な説明
定義
“生体適合可能性”または“生体適用性”、は本明細書において通常は、材料が特定の適用において適切な宿主反応を示す能力を意味する。最も広い意味では、これは材料の有用性および／または患者への処置の有用性を超えるような形の、生体への副作用の欠如を意味する。
【００１９】
“生体材料”または“組成物”、は本明細書において通常は、生物学的システムと調和することを意図された材料を意味し、より好ましくは生体の組織、器官または機能を診断、処置または封止することを意味する。生体材料とは、ゲル化点に到達したときおよび通過した時点での完全な材料（前駆体分子と、もし存在する場合は、すべての添加剤、塩基または溶媒および生体反応性剤）を意味する。組成物はゲル化点に到達する前の完全な材料を意味する。
【００２０】
“前駆体成分濃度”は本明細書において質量％を意味し、これはグラムで表わされる溶質の質量を１００倍し、グラムで表わされる全体の溶液の質量（たとえば溶媒および溶質の合計）で割ったものであり、：質量％＝溶質質量（１００）／全体溶液質量。
【００２１】
“共役不飽和結合”は炭素−炭素、炭素−ヘテロ原子またはヘテロ原子−ヘテロ原子の多重結合と単結合の両方を意味する。ＣＨまたはＣＨ2基によって配される二重結合は“ホモ共役二重結合”と表わす。
【００２２】
“架橋”は本明細書において通常は、共有結合の形成を意味する。
“架橋密度”は本明細書において、それぞれの分子の２つの架橋間の平均分子量（Ｍc）を意味する。
【００２３】
“求電子基”は本明細書において、極性結合形成反応において、求核剤由来の電子ペアを受取る能力のある官能基を意味する。求電子剤および求電子基は同義語で使用される。
【００２４】
“官能性”は本明細書において通常は、前駆体分子の反応部位の数を意味する。
“反応部位”は求核基および求電子基であって、限定されるものではないが、少なくとも生体または動物の体内状態下でお互い反応することのできるものを意味する。
【００２５】
“ゲル”は液体および固体の間の物質の状態をいう。たとえば“ゲル”は水溶液のいくつかの特性（たとえば、反発弾性および変形可能な状態）および固体のいくつかの特性（たとえば二次元表面において三次元を維持するのに十分な不連続性の状態）を有する。
【００２６】
“ゲル化点”は本明細書において、粘性係数と弾性係数が交差する点そして粘性が上昇する点を意味する。したがって、ゲル化点は液体がゲルの半固体の特性を取り始める段階である。
【００２７】
“in situ形成”は本明細書において通常は、前駆体分子の混合物が、投与の前および投与時は実質的には架橋しておらず、生体の投与部位で生理温度において、お互い共有結合を形成するという能力を意味する。
【００２８】
“分子量”は本明細書において、本技術分野において通常使用されているように、いずれかの与えられたサンプル内の多くの種類の分子の平均分子量を意味する。したがって、ＰＥＧ５０００のサンプルは、たとえば４０００から６０００ダルトン（Ｄ）の範囲の重量の高分子が統計的混合状態のものを含み、１つの分子はその範囲にわたってわずかに個々に異なる分子量を有する。したがって、約２０００Ｄから約２００００Ｄの範囲の分子量は、平均分子量が少なくとも約２０００Ｄであり、最大約２０ｋＤであることを示唆する。
【００２９】
“多官能の”は本明細書において通常は、前駆体分子１つに付き１つ以上の官能基があることを意味する。
【００３０】
“求核基”は本明細書において通常は、極性結合形成反応において、求電子剤に電子対を供する能力のある官能基を意味する。好ましくは求核剤は、生理的ｐＨにおいてＨ2Ｏよりもより求核的であることが好ましい。強力な求核剤の１つの例としてはチオールがありそしてこれらの官能基を有する分子を意味する。求核剤および求核基という用語は同義語として使用される。
【００３１】
“オリゴマーおよびポリマー”は本明細書において、通常の単語の意味で用いる。オリゴマーは低分子量ポリマーである。オリゴマーは典型的に２から１０の単量体単位を含む。本明細書においては、ポリマーは典型的に１０を超える単量体単位を含む。
【００３２】
“ポリ（エチレングリコール）系ポリマー”は本明細書において、ポリマーのポリマー鎖が主に、好ましくは完全にポリ（エチレングリコール）から構成されるポリマーを意味する。
【００３３】
“生理的な”は本明細書において、生存している脊椎動物に見られる状態を意味する。特に生理的条件はたとえば温度、ｐＨ、などのようなヒトの生体の状態を意味する。生理温度は特に３５℃から４２℃、好ましくは３７℃付近大気圧下においての温度を意味する。
【００３４】
“高分子網目”は本明細書において実質的にすべてのモノマー、オリゴマーまたはポリマーであって前駆体分子に使用されているものが分子間結合、好ましくは共有結合によって、それらに存在する官能基を通じて結合し、高分子を形成しているという工程の生産物を意味する。
【００３５】
“前駆体分子”は本明細書において、生体材料の高分子網目を形成している分子を意味する。高分子網目以外に、生体材料は添加剤および生物学的活性剤を含み得る。前駆体分子は官能性モノマー、オリゴマーおよびポリマーから選択され得る。
【００３６】
“各対応物”は本明細書において与えられた前駆体分子の反応相手を意味する。求核基に対する対応物は求電子基であり、逆も成り立つ。
【００３７】
“自己選択反応”は本明細書において、組成物の第１の前駆体分子は第２の前駆体分子と反応し、その速度は、組成物および／または反応部位の双方に存在する他の組成物よりも非常に速く、逆も成り立つことを意味する。本明細書において、第１の前駆体分子の求核基は、他の生物学的組成物よりも選択的に第２の前駆体分子中の求電子基と結合し、そして第２の前駆体分子中の求電子基は、他の生物学的組成物よりもより選択的に第１の前駆体中の求核基と結合する。
【００３８】
“膨潤”は本明細書において、本発明の生体材料の水摂取を意味する。これは平衡膨潤、典型的には過剰なＰＢＳ緩衝液中に生体材料を設置した後（１０ｍＭリン酸緩衝生理食塩水、たとえば、シグマ社製Ｐ３８１３−粉体から生産した０．０１Ｍリン酸、０．００２７Ｍ塩化カリウムおよび０．１３８Ｍ塩化ナトリウムの緩衝液、ｐＨ７．４）、での生体材料の質量の上昇機能である。典型的には平衡膨潤は２日以内に達し、そして生体材料が生体材料分解前の最大の質量に達したときの時間で定義される。膨潤は平衡膨潤時の生体材料の質量を、架橋反応の１０分後の生体材料の初期質量で割って計測される。“水摂取”および“膨潤”という用語は本明細書にわたって同義語で使われる。
【００３９】
“凝集力”は本発明の生体材料が肉体的ストレスまたは環境状態に置かれた場合に完全なままを維持し、たとえば破裂、裂け目または亀裂のないという能力を意味する。“凝集力”および“破裂強度”は本明細書において同義語として使われる。
【００４０】
“接着硬度”は本発明の生体材料が肉体的ストレスまたは環境状態に置かれた場合に、投与の部位の組織に接着を維持できる能力を意味する。
【００４１】
組成物
人間の生体からの体液の損失を減少、防止または抑制するのに好ましく用いられる、in situ架橋可能な生体材料の製造のための組成物が提供される。組成物は少なくとも第１および第２の多官能性前駆体分子を含む。選択的な添加剤、着色剤および／または生物学的活性剤が、組成物を形成するために前駆体に加えられ得る。組成物は前駆体分子といずれかの添加剤および／または生物学的活性剤を含み、前駆体分子は生体の必要な場所において、現場で生体材料の高分子網目を形成するために重合する。前駆体分子の構造は所望とする生体材料の種類に基づき選択される。
【００４２】
Ａ．前駆体
第１の前駆体分子は少なくとも２つの求核基を含み、第２の前駆体分子は少なくとも２つの求電子基を含む。第１および第２の前駆体分子は求核基および求電子基が、生物学的状態または塩基性条件下でお互いに共有結合を形成することができるように選択される。これは異なる反応メカニズムによって達成され得る。１つの反応メカニズムは求核置換反応である。他の一実施の形態において、前駆体分子は第１の前駆体分子の求核基または部分と第２の前駆体分子の共役不飽和基または部分との間のマイケル付加反応を通じた共有結合を形成する。マイケル付加反応は、たとえばチオール、アミンまたはヒドロキシル基のような求核剤とたとえばα，β−不飽和カルボニル含有部分のような共役不飽和部分との反応を含む。
【００４３】
前駆体分子の例は、限定されるものではないが、ポリエーテル誘導体、たとえばポリオキシアルキレンまたはその誘導体、ペプチド、およびポリペプチド、ポリ（ビニル  ピロリジノン）（“ＰＶＰ”）、およびポリ（アミノ酸）、を含む。好ましいポリオキシアルキレン誘導体はポリエチレングリコール（“ＰＥＧ”）、ポリプロピレンオキシド（“ＰＰＯ”）、ポリエチレンオキシド（“ＰＥＯ“）、ポリエチレンオキシド−コ−ポリプロピレンオキシド（“ＰＥＯ−ＰＰＯ”）、コ−ポリエチレンオキシドブロックまたはランダム共重合体、ポロキサマー、メロキサポール（meroxapols）、ポロキサミン（poloxaminesおよびポリビニルアルコール（“ＰＶＡ”）がある。ブロック共重合体またはホモポリマー（Ａ＝Ｂのとき）は直鎖（ＡＢ、ＡＢＡ、ＡＢＡＢＡまたはＡＢＣＢＡ型、星状（ＡnＢまたはＢＡnＣ、ここでＢは少なくともｎ価でありｎは３から６である）または分岐（複数のＡが１つのＢに従属する）である。好ましい前駆体分子は、ＰＥＧおよびＰＥＯ−ＰＰＯブロック共重合体から選択される。最も好ましいＰＥＧおよびＰＥＯ−ＰＰＯブロック共重合体がお互いの組合せで適用される。好ましい第１の前駆体分子はポリ（エチレングリコール）系ポリマーであってｘ個の求核基を有し、該求核基はチオール基またはアミノ基からなるグループから選択され、ここでｘは２以上である。好ましくは、第２の前駆体分子は、他結合種を有するポリ（エチレンオキシド−ポリプロピレンオキシド）（ＰＥＯ−ＰＰＯ）ブロック共重合体であり、一般式（Ｉ）：
Ａ−［（Ｃ3Ｈ6Ｏ）n−（Ｃ2Ｈ4Ｏ）m−Ｂ］i
（式Ｉ）
ｍおよびｎは１から２００の整数であり
ｉは２より大きく、好ましくは３，４，５，６，７または８
Ａは分岐点
Ｂは共役不飽和基
を表わす。
【００４４】
前駆体分子は多官能性モノマー、オリゴマーおよび／またはポリマーである。好ましくは第１の前駆体分子の分子量は２ｋＤから２０ｋＤの範囲、より好ましくは３ｋＤから１１ｋＤ、最も好ましくは５ｋＤから１０ｋＤの範囲である。好ましい第２の前駆体分子の分子量は１０ｋＤから２５ｋＤ、より好ましくは１２ｋＤから２０ｋＤ、最も好ましくは１４ｋＤから１８ｋＤである。
【００４５】
好ましくは、第２の前駆体分子の分岐点Ａは炭素、グリセロール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールおよびエチレンアミンよりなる群から選択される。一実施の形態において、生体材料は多分岐ポリ（エチレンオキシド−ポリプロピレンオキシド）（ＰＥＯ−ＰＰＯ）ブロック共重合体で、式（Ｉ）で表わされ、Ａはエチレンジアミン分子（たとえばiが４）およびＢはアクリレート基（Tetronic（登録商標）−テトラアクリレート）から形成される。四分岐ポリ（エチレンオキシド−ポリプロピレンオキシド）（ＰＥＯ−ＰＰＯ）ブロック共重合体でエチレンジアミンコア分子を有するものは、ＢＡＳＦ社からTetronic（登録商標）の商標名で販売されている。さらなる実施の形態において、組成物はTetronic（登録商標）テトラアクリレートで分子量が約１５ｋＤ（Tetronic（登録商標）１１０７）およびＰＥＧテトラチオールで分子量が約１０ｋＤを含む。他の実施の形態において、生体材料はTetronic（登録商標）テトラアクリレートで分子量が約１５ｋＤであるものおよびＰＥＧテトラチオールで分子量が約５ｋＤであるものから形成される。他の好ましい実施の形態において、生体材料はTetronic（登録商標）テトラアクリレートで分子量が約１５ｋＤであるもの、および直鎖末端官能性ＰＥＧ−ジチオールで分子量が約３．４ｋＤであるものから形成される。さらに他の実施の形態において、Tetronic（登録商標）テトラアクリレートはジチオスレイトール（ＤＴＴ）と架橋される。生体材料の機械的特性（たとえば凝集力および接着強度、膨張およびゲル化時間）は前駆体分子の分岐の数およびこれらの分岐の長さに影響される。それぞれの前駆体分子の分岐の数が多いと架橋網目の密度が高くなり、凝集力が大きくなる。しかしながら得られた生体材料の吸収性が長くなる。第１の前駆体分子の鎖長は得られた生体材料の膨潤に影響を与える。ポリ（エチレングリコール）の鎖が長いほどより膨潤する生体材料が得られる。
【００４６】
好ましくは前駆体分子は左右対称であり、これは分岐が同様の分子量および構造を有することを意味する。
【００４７】
第１および第２の前駆体分子の官能基の合計は５以上である。一実施の形態において第１の前駆体分子は４つの官能基を有し、第２の前駆体分子は３つの官能基を有する。他の実施の形態において、第１の前駆体分子は２つの官能基を有し、第２の前駆体分子は４つの官能基を有する。また他の実施の形態において前駆体分子の１つは８つの官能基を有し、他のものは４つを有する。他の実施の形態において、前駆体分子の両方が４つ以上の官能基を有する、小さくコンパクトな前駆体分子は拡大した前駆体分子よりも強度の大きい高分子網目を構成し、これはたとえ官能基および反応対象物が両方の分子で同じであってもいえることである。
【００４８】
一般的な指針として、第１および第２の前駆体成分の比率は、両方の成分の大多数の官能基が各対応物と反応するように選択される。第１および第２の前駆体分子の官能基の比率は（たとえば求電子基の求核基に対する比率）は０．７から１．２の範囲、より好ましくは０．８から１．１の範囲、最も好ましくは１である（たとえば化学量論比）。
【００４９】
ａ．求核基
第１の前駆体分子の求核基は、たとえば共役不飽和基のような求電子基と反応することができ、それはさまざまな反応メカニズムであり、好ましくはヒト生体内における自己選択的なものであり、それは求核置換反応またはマイケル付加反応を通じるものである。有用な求核剤は、ヒトまたは動物の生体の状況下において、好ましくは共役不飽和基と付加反応、特に自己選択的マイケル付加反応を通じて共役不飽和基と反応するものである。求核剤の反応性は、不飽和基の独自性によって決まる。不飽和基の独自性は第１に生理的ｐＨの水との反応性によって限定される。したがって、有用な求核剤は一般的に生理的ｐＨの水よりもより求核性である。適切な求核剤は限定されるものではないが、−ＳＨ、−ＮＨ2、−ＯＨ、−ＰＨ2および−ＣＯ−ＮＨ−ＮＨ2を含む。
【００５０】
特定の求核剤の実用性は、想定される状況および自己選択性の求められる程度によって決まる。好ましい実施の形態において、求核剤はチオールである。しかしながら、アミンおよび／またはヒドロキシル基もまた効果的な求核剤である。
【００５１】
ｐＨ、ここでは脱プロトン化アミンまたはチオールがプロトン化アミンまたはチオールよりも強力な求核性であることに特定の注意が払われる。たとえば、強力な求核剤として使用されるアミンまたはチオールのｐＫに特に注意が払われると、実質的な自己選択性を得ることができる。溶液のｐＨが前駆体分子のアミンまたはチオールのｐＫに近い反応条件は、共役飽和基が、システムに存在する他の求核剤よりもアミンまたはチオールと反応することを助ける。
【００５２】
求核基は全体の構造において大きな撓み性を有する分子に含まれ得る。たとえば、二官能性求核基はＮｕｃ−Ｐ−Ｎｕｃの形態で存在し、ここでＰはモノマー、オリゴマーまたはポリマーを意味し、Ｎｕｃは求核基を意味する。分岐ポリマーのように、Ｐは多数の求核剤で誘導され得、そしてＰ−（Ｎｕｃ）iを形成し、Ｉは１より大きい。求核剤は繰返し構造の一部であり得、たとえば（Ｐ−Ｎｕｃ）iである。明らかに、このような構造に存在するすべてのＰまたは求核剤は、同一である必要はない。
【００５３】
ポリエチレングリコールおよびその誘導体は、複数の一級アミノまたはチオール基を有するように、たとえば、POLY（ETHYLENE GLYCOL）CHEMISTRY：BIOTECHNICAL AND BIOMEDICAL APPLICATIONS, J. Milton Harris, cd., Plcnum Prcss, NY （1992）の第２２章に記載される方法で化学的に変性され得る。最も好ましい実施の形態において第１の前駆体分子の末端に存在するチオールは、末端のヒドロキシル基をチオール基（ＳＨ）に置換することによって、ＰＥＧ系ポリマーに導入される。このようにして得られた前駆体分子は、第２の前駆体分子と、メルカプロプロピオン酸基を通じてチオール基が導入された前駆体分子よりも速く反応する。
【００５４】
さまざまな複数アミノ基を有するＰＥＧがカリフォルニア州サンカルロスのNektar Therapeutics社（アラバマ州バンツビルのShearwater Polymers社の買収を通じて）およびテキサス州ヒューストンのTexaco Chemical Company社から、“Jeffamine”の名前で商業的に入手可能である。複数のアミノ基を有するＰＥＧで本発明において有用なものは、Texaco's社製のJeffamineジアミン（“Ｄ”シリーズ）およびトリアミン（“Ｄ”シリーズ）であり、これらはそれぞれ１つの分子に２つおよび３つの一級アミノ基を含む。ポリアミン、たとえばエチレンジアミン（Ｈ2Ｎ−ＣＨ2ＣＨ2−ＮＨ2）、テトラメチレンジアミン（Ｈ2Ｎ−（ＣＨ2）4−ＮＨ2）、ペンタメチレンジアミン（カダベリン）（Ｈ2Ｎ−（ＣＨ2）5−ＮＨ2）、ヘキサメチレンジアミン（Ｈ2Ｎ−（ＣＨ2）6−ＮＨ2）、ビス（２−ヒドロキシジル）アミン（ＨＮ−（ＣＨ2ＣＨ2ＯＨ）2）、ビス（２−アミノエチル）アミン（ＨＮ−（ＣＨ2ＣＨ2ＮＨ2）2）、およびトリス（２−アミノエチル）アミン（Ｎ−（ＣＨ2ＣＨ2ＮＨ2）3）もまた複数の求核基を有する合成ポリマーとして用いることができる。
【００５５】
ジチオスレイトール（ＨＳ−ＣＨ2−ＣＨＯＨ−ＣＨＯＨ−ＣＨ2−ＳＨ）もまた複数の求核基を有する合成ポリマーとして使用できる。
【００５６】
好ましい第１の前駆体分子
好ましい一実施の形態において、第１の前駆体分子は、式ＩＩで示されるＰＥＧテトラチオールである：
【００５７】
【化１】
2014176736.tif 000003
【００５８】
ここでｎは２５から６０の範囲である。
ｂ．求電子基
第２の前駆体分子の求電子基は、好ましくは共役不飽和基である。Ｐおよび共役不飽和基の構造は、上記に示された求核基のものと類似している。唯一必要なことは、１つの求電子性前駆体は２つ以上の求電子基を有することである。一実施の形態において、求電子基は共役不飽和基である。
【００５９】
広い種類の共役不飽和組成物において求核付加反応、特にマイケル付加反応を行なうことが可能である。下記に示される構造において、単量体、オリゴマー、多量体構造がＰとして示される。Ｐの特定の独自性のさまざまな好ましい可能性が以下に議論される。Ｐは反応性共役不飽和基と対になり得、限定されるものではないが、表１の１から２０の構造を含む。
【００６０】
【表１】
2014176736.tif 000004
【００６１】
2014176736.tif 000005
【００６２】
2014176736.tif 000006
【００６３】
反応性二重結合は、直鎖ケトン、エステルまたはアミノ構造（１ａ、１ｂ、２）の１つ以上のカルボニル基と共役させられ、またはマレイン酸またはパラキノイド誘導体（３、４、５、６、７、８、９、１０）としての、２つの環形のカルボニル基と共役させられる。後者の場合は、環は結合してナフトキノン（６、７、１０）または４，７−ベンズイミダゾールジオン（８）となり、カルボニル基はオキシム（９、１０）に変換され得る。二重結合はたとえばスルホン（１１）、スルホキシド（１２）、スルホン酸塩またはスルホンアミド（１３）、またはホスホン酸塩またはホスホアミド（１４）のようなヘテロ原子−ヘテロ原子二重結合と共役させられる。最終的に、二重結合は４−ビニルピリジニウムイオン（１５）のような電子の少ない芳香族系と共役され得る。三重結合はカルボニルまたはヘテロ原子系多重結合（１６、１７、１８、１９、２０）と共役され得る。
【００６４】
１ａ、１ｂおよび２のような構造は、１つまたは２つの電子求引基を有する炭素−炭素二重結合の共役を基礎としている。これらの１つは常にカルボニルであり、アミドからエステルそしてそれからフェノン構造に従って反応性が上昇する。求核付加は、立体障害の減少、またはα位における電子求引力の上昇において、より容易である。たとえば、以下の関係が存在し、ＣＨ3＜Ｈ＜ＣＯＯＷ＜ＣＮ、ここでＣＨ3は最も小さい電子求引力を有し、ＣＮは最も大きい電子求引力を有する。
【００６５】
最後の２つの構造を用いて得られる高い反応性は、β位の置換基の嵩だかを変化させることによって調節され得る。これは求核剤の攻撃が行なわれる場所であり、反応性はＰ＜Ｗ＜Ｐｈ＜Ｈの順で減少する。このようにして、Ｐの位置は求核剤に対する反応性を調節するのに用いられ得る。この化合物の群は、その毒性が多く知られ、そして薬剤に使用されるいくつかの化合物を含む。たとえば、アクリレートおよびメタアクリレートを末端に有する水溶性ポリマーがin vivo重合化される（遊離基メカニズムによる）。したがって、アクリレートおよびメタアクリレート含有ポリマーは医療製品において生体で用いられてきており、しかし非常に異なる化学反応体系のものである。
【００６６】
構造３−１０は非常に高い求核剤に対する反応性を示し、これは二重結合のcis立体配置および２つの電子求引基の存在に由来する。不飽和ケトンはアミドまたはイミドに比べて迅速に反応し、これはこれらのカルボニル基の電気陰性度の強さに由来する。したがって、シクロペンタジエン誘導体はマレイミド酸誘導体（３）よりも反応が速く、およびパラキノンはマレイン酸ヒドラジト（４）およびシクロヘキサノンよりも迅速に反応し、これはより広範囲の共役に由来する。最も高い反応性はナフトキノン（７）で示される。Ｐは不飽和基の反応性を減少させない位置に配置され得、それは環（３、５）の反対側、他の環（７、８）またはパラキノンモノオキシムを通じる酸素結合（９、１０）である。求核付加反応の割合を減少させるために、Ｐは反応性二重結合（６、８）とも結合され得る。
【００６７】
二重結合の求核負荷の発生はヘテロ原子系電子求引基を用いて得られ得る。実際、ケトン（１１、１２）、エステルおよびアミド（１３、１４）のヘテロ原子含有アナログは同様の電子求引作用をもたらす。求核負荷に対する反応性は基の電気陰性度によって上昇する。したがって構造は下記の関係、１１＞１２＞１３＞１４を有し、ここで１１は最も電気陰性度が高く１４は最も電気陰性度が小さい。求核負荷に対する反応性は、芳香族との結合によっても促進される。二重結合の強力な活性化が、芳香族の電気求引基を用いることによってももたらされる。ピリジニウム様カチオン（たとえばキノリン、イミダゾール、ピラジン、ピリミジン、ピリダシン、および同様のｓｐ2−ニトロ基含有組成物の誘導体）を含む芳香族構造は、強力に二重結合を分極させ、そして可能な限り迅速なマイケル型負荷を起こす。
【００６８】
炭素−炭素三重結合で炭素−またはヘテロ原子系電子求引性基と共役しているものは、容易に硫黄求核基と反応し、１つおよび２つの負荷から製品を与える。この反応は置換基の影響を受け、これは上記で示されたように二重結合含有アナログ組成物と類似した方法である。好ましい実施の形態において求電子基はアクリレート基である。
【００６９】
好ましい第２の前駆体分子
好ましい実施の形態において、第２の前駆体分子はモノマー、オリゴマーまたはポリマーであってアクリレートを含む。特に、第２の前駆体はＩａで示される組成物であり、これは式Ｉの特定の実施の形態である。：
【００７０】
【化２】
2014176736.tif 000007
【００７１】
ｎおよびｍは１から２００の整数。
好ましくは、ｎは１８から２２およびｍは５８から６２の範囲である。
【００７２】
Tetronic（登録商標）はポリエチレンオキシドおよびポリプロピレンオキシド系四官能基のブロック共重合体であってＢＡＳＦ社から入手可能である。Tetronic（登録商標）ブロック共重合体は塩基存在下において、アクリロイルクロライドが過剰なポリマー状の遊離ヒドロキシル基を反応させることによって、たとえばアクリレート基のような共役不飽和基によって官能化され得る。他の求電子基は同様な方法で付加され得る。
【００７３】
ｃ．添加物
組成物はさらに有機および／または無機添加剤を含み、たとえば仮に予め可視的ではない場合に、投与の遂行を追跡し、または潜在的な漏出を即座に検出するためのチキソプロピック剤、Ｘ線不透過物質および／または蛍光物質、速すぎる重合を防止するための前駆体分子の安定化剤、および／または生体材料の機械的強度（たとえば最高圧縮強度およびヤング係数Ｅ）を、高分子網目の機械的強度に比べて向上させることのできるフィラーである。安定化剤の例としては、遊離基捕捉剤を含み、たとえばブチル化ヒドロキシトルエンまたはジチオスレイトールがある。適用に応じて、組成物（および生体材料）は着色剤を含み得、好ましくは染料のような有機顔料である。一実施の形態においてメチレンブルーが着色料として加えられる。メチレンブルーは着色料としてのみならず、還元剤として働くことでアクリレート含有前駆体分子の安定化剤としても機能する。それはさらにジスルフィド構造の指示薬としても機能する（なぜならそれは還元されると無色になるからである）。他の実施の形態において、ファストグリーンが着色料として添加される。他の好ましい着色料はリサミングリーンである。リサミングリーンとファストグリーンは溶液のｐＨによって色を変化させる能力を有する。それらは酸性条件下では緑であり塩基性条件下では青である。したがって、これらの２つの着色料は塩基性溶液中で前駆体溶液が良好に混合されていることの指示としての追加の利点を有する。
【００７４】
ｄ．塩基
第１および第２の前駆体分子のin situ架橋は塩基性条件下で行なわれる。さまざまな塩基が、生理的条件下で触媒作用を及ぼすこと、患者の生体に有害でないことの要求に適合し、そして生体材料の形成の活性剤として機能する。好ましい塩基は、制限されるものではないが、三級アルキル−アミン、たとえばトリブチルアミン、トリエチルアミン、エチルジイソプロピルアミン、またはＮ，Ｎ−ジメチルブチルアミンである。一定の組成物（主に前駆体の種類によるが）、ゲル化時間は溶液の塩基の種類およびｐＨによる。したがって、組成物のゲル化時間は塩基性溶液のｐＨを変化させることによって所望の適用に調節および調整され得る。塩基性溶液のｐＨの上昇はゲル化時間を減少させ、しかし生体材料の分解時間を延長させる。したがって、ゲル化時間および分解の間の妥協点が得られなければならい。好ましい実施の形態において、共有結合性架橋反応の活性剤としての塩基は、ｐＨおよびｐＫの値が同じ範囲にある水性緩衝液から選択される。ｐＫの範囲は、好ましくは９から１３である。仮に塩基が塩基性の範囲において２つのｐＫ値を有するときは、初めのものは好ましくは８．５から１０の範囲であり、２つ目のものが１０から１３の間である。適切な緩衝液は、限定されるものではないが、炭酸ナトリウム、ホウ酸ナトリウムおよびグリシンを含む。一実施の形態において、好ましい塩基は炭酸ナトリウムである。好ましくは塩基性水溶液のｐＨは９から１４の範囲であり、より好ましくは１０から１３の範囲であり、さらにより好ましくは１０から１２の範囲である。
【００７５】
ｅ．生物活性剤
生体材料はさらに小分子またはペプチドタンパク質であって、生体材料から徐々に拡散し組織の再生および治癒を助ける生物活性剤を含む。このような場合には、生体材料は追加の組織再生能力を有する組織シーラントおよび薬物輸送マトリックスの両方として機能する。生物活性因子および／または小分子は、単に生体材料に混合され得、または分子内に遊離チオール基を導入することにより、生体材料に共有結合され得、そして加水分解または酵素分解によって放出される。生物活性因子は成長因子であり得、好ましくはＴＧＦβスーパーファミリーおよびＰＤＧＦからのものである。
【００７６】
II．生体材料
上記に示されるように、生体材料の必要条件、および前駆体分子の選択は目的および生体内での適用部位によって決まる。好ましい実施の形態において、生体材料は体液損失を防止、減少または維持するための被覆、バリアまたはシールを形成する。体液損失は、限定されるものではないが、生体液またはガスの損失、たとえば血液損失、脳脊髄液損失または肺からのガスの損失を含む。生体材料は生体の内部または外部に適用され得る。この目的のために、生体材料は良好な接着強度および凝集力、適合性のある迅速なゲル化時間、水摂取に起因する体積の増加の低さ、および時間の経過に従う生体による完全な吸収を有するべきである。生体材料の機械的安定は主に高分子網目の架橋密度によって決まるものであるが、生体材料による水摂取は架橋密度の相互作用、および高分子網目の疎水性によって影響される。生体材料の架橋密度および疎水性特質は、主要な程度において、前駆体成分の構造および比率によって決定される。したがって生体材料の水摂取および機械的性能は前駆体成分の適切な選択によって調整および影響され得る。
【００７７】
生体材料の特徴
一実施の形態において、生体材料は切断または負傷の後の脳または脊椎の硬膜のシールとして用いられ、外科的介入に伴う外部環境への脳脊髄液の溢出を防止または減少するためのものである。シーリングは縫合補助として、または硬膜のダメージがあまり大きくないときに用いられる。生体材料は、第１表面および第２表面の結合の非外科的な効果を有する唯一の密閉手段として用いられ得る。最も好ましい適用においては、組成物は頭蓋手術後の縫合された硬膜修復の縫合補助として用いられる。硬膜シーラント（以下“シーラント”と示す）として用いるときの生体材料を形成する反応時間に影響を与える１つのファクタとしては、架橋時間における組成物のｐＨがある。前駆体分子は水性緩衝液でｐＨが２から７．５の間、より好ましくは４から５の間のものに溶解する。好ましい実施の形態において、ｐＨが４．７６の酢酸ナトリウム、ｐＫ１が２．１５およびｐＫ２が７．２のリン酸ナトリウムまたは塩酸（ＨＣｌ）が緩衝溶液の調製または前駆体分子溶液のｐＨの調製に採用される。前駆体分子（およびいずれかの添加物および／または生物活性剤）の混合後または混合中に、塩基は活性剤として反応の触媒として働くべきである。好ましくは、塩基性水溶液はｐＫ値が９から１３の範囲の少なくとも１つを有する活性剤として使用される。最も好ましくはｐＫ２が１０．３３の炭酸ナトリウムまたはｐＫ１が９．２３およびｐＫ２が１２．７４のホウ酸ナトリウムである。加えて、ホウ酸ナトリウムは殺菌特性を有し、そのため傷口への適用に有利に用いられる。他の一実施の形態においてグリシンがｐＫ２が９．７８の活性剤として用いられ得る。好ましくは、架橋時の組成物のｐＨは９から１３の範囲、より好ましくは９．５から１１．５の範囲、さらにより好ましくは９．８から１１の範囲、さらにより好ましくは１０．３から１０．６の範囲である。
【００７８】
硬膜シーラントとして用いられる組成物は適所にとどまり、直ちに漏出を防止するために非常に速い架橋時間を有するべきである。好ましくは組成物は２分未満で架橋し、より好ましくは１分未満および最も好ましくは５から２０秒未満、そしてさらに好ましくは１から５秒未満で架橋する。
【００７９】
生体材料の膨潤は、神経圧迫または局所貧血に繋がる組織の圧迫をもたらすことがあるため、制限されるべきである。前記で定義されたように、シーラントの膨潤は１．５を超えず、好ましくは１未満であり、より好ましくは０．５未満である。最も好ましくは膨潤の値は０．１から１．５の範囲であり、より好ましくは０．１から１の範囲であり、さらにより好ましくは０．１から０．８の範囲である。好ましい一実施の形態において、少なくとも１つの前駆体分子がポリエチレングリコールよりも疎水性である分子を骨格として有する。たとえば、一実施の形態において、第１の前駆体分子はＰＥＧ骨格を有し、これは第２の前駆体分子がＰＥＯ／ＰＰＯブロック共重合体を骨格として有するものと組合せている。好ましくは両者の前駆体分子は３つまたは４つの末端官能性分岐を有する。最も好ましくは両者の前駆体分子は４つの末端官能性分岐を有する。好ましくは、第１の前駆体分子はＰＥＧテトラチオール（式II）であってその分子量が４ｋＤおよび１１ｋＤの範囲であり、より好ましくは５ｋＤから１０ｋＤの範囲である。第２の前駆体分子は好ましくはTetronic（登録商標）テトラアクリレート（式Ｉ）であって、分子量が１５ｋＤから２０ｋＤ、より好ましくは約１５ｋＤを有する。特に良好なシーラント材料の特性は、５ｋＤまたは１０ｋＤのＰＥＧテトラチオールをTetronic（登録商標）テトラアクリレートと組合せたときにもたらされる。第２の前駆体分子（求電子前駆体）で生体材料を形成するものの濃度は、８％から１８％ｗ／ｗの範囲であり、より好ましくは１０％から１６％ｗ／ｗの範囲、そして最も好ましくは１２％から１４％ｗ／ｗの範囲である。第１の前駆体の分子（求核前駆体分子）の濃度は第１および第２の前駆体分子の間の官能基の所望の比率によって計算され、調製される。前駆体分子の濃度の範囲は、さらに膨潤、ゲル化および生体材料の吸収時間に重要な影響を有し、このため最適な範囲はシーラントの最終的な特性にとって重要である。前駆体分子を低濃度で開始するとゲル化時間を延長することになるが、膨潤の程度が小さい生体材料を得ることができる。さらなる一実施の形態において、生体内での生体材料の分解は１２週未満である。
【００８０】
III．生体材料の形成方法
Ａ．保存
第１および第２の前駆体分子は、好ましくは、使用前に官能基の分解を防ぐために、酸素不存在下の領域中で、低温、たとえば約＋４℃で保存されることが好ましい。前駆体分子は乾燥粉末または緩衝液中の溶液として保存され得る。一実施の形態において、２つの前駆体分子は酸性酢酸ナトリウム緩衝液中で水溶液として保存される。他の一実施の形態において、第１の前駆体分子は乾燥粉末として保存され、第２の前駆体分子は酸性ｐＨを有する溶液中に保存される。
【００８１】
Ｂ．組織シーラントのための組成物の調製
生体材料、特に組織シーラントを形成するための組成物は、以下の一般的な方法で調製され得る：
ａ）  少なくとも１つの求核基、好ましくは４つの求核基を有する第１の多官能前駆体分子を準備する、これは選択的に添加物および／または生物活性剤を含む；
ｂ）  少なくとも２つの求電子基、好ましくは４つの求電子基を有し、工程ａ）の求核基と生理的条件下で共有結合を形成する能力を有する、第２の多官能前駆体分子を準備する、ここで選択的に添加剤および／または生物学的活性剤を含む；
ｃ）  工程ａ）およびｂ）を、好ましくは酸性ｐＨを有する緩衝液に溶解する；
ｄ）  工程ｃ）で得られた前駆体分子溶液を混合する；および
ｅ）  工程ｄ）またはその後に塩基性水溶液を添加し、好ましくは水溶液緩衝液はｐＨが９から１３の範囲であり、前記第１および第２の前駆体分子水溶液の間の架橋反応を開始させる。
【００８２】
好ましい一実施の形態において、生体材料を作製する方法は以下の工程を含む；
ｉ）  第１の前駆体分子であって、ポリ（エチレングリコール）系ポリマーであって、ｘ個の末端チオール基を有し、ここでｘは２以上であり、好ましくは３，４，５，６，７または８のものを準備する；
ii）  下記一般式の第２の前駆体分子を準備する；
Ａ−［（Ｃ3Ｈ6Ｏ）n−（Ｃ2Ｈ4Ｏ）m−Ｂ］i
ｍおよびｎは１から２００の整数であり、
ｉは２を超える、好ましくは３，４，５，６，７または８であり、
Ａはカーボン、グリセロール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールおよびエチレンジアミンから選択され、
Ｂは共役不飽和基である。
iii）  工程ｉ）およびii）の前駆体分子を塩基存在下で反応させ架橋三次元網目を形成する。
【００８３】
第１および第２の前駆体分子が混合されたときに、溶液が酸性のｐＨの場合は、架橋はゆっくりとした速度（１０分から数時間）で起こる。混合物が投与の前にゲル化点に達することを防ぎ、連続的な予め定められた時間で生体材料を形成するために、前駆体分子を酸性ｐＨの溶液で保存することが必要である。好ましくは、溶液のｐＨは２から６の範囲であり、より好ましくは２．５から５．５の範囲である。好ましい酸性水溶液は、酢酸緩衝液または塩酸水溶液によって得られる。
【００８４】
好ましい一実施の形態において、第１および第２の前駆体分子は酸性ｐＨを有する緩衝液に溶解される。他の好ましい実施の形態において、第１の前駆体分子は乾燥粉末であり、第２の前駆体分子は酸性ｐＨを有する緩衝液に溶解されており、そして２つの前駆体分子は塩基に接触する前に混合される。第１および第２の前駆体分子、存在する場合は、いずれかの添加剤および／または生物活性剤は選択的に混合の前に殺菌される。これは好ましくは前駆体成分および他の可溶性成分の細菌ろ過と、不溶性成分のガンマ線照射によって行なわれる。前駆体分子で工程ａ）、ｂ）で得られたものおよび／または工程ｄ）で得られた混合物は好ましくは低温下において長期間保存され得る。適用の前に、前駆体分子（および存在するのであれば他の成分）はお互い混合され、そして第２に活性剤として塩基性水溶液と混合される。塩基性水溶液の導入の際には、組成物は迅速にゲル化する。好ましくは、塩基性水溶液を有する組成物のｐＨは９から１３の範囲であり、より好ましくは９．５から１１．５の範囲であり、さらにより好ましくは９．８から１１の範囲であり、さらにより好ましくは１０．３から１０．６の範囲であり、これはゲル化が２分未満、好ましくは１０秒未満、より好ましくは５秒未満で起こることを可能にする。混合はさまざまな方法がある。一実施の形態において３つのシリンジであって、１つは求核前駆体を含み、他は求電子前駆体を含み、そして３つめは塩基性水溶液を含むものが３方向接続デバイスを用いて相互に連結される。シリンジの内容物は、３方向連結デバイスの排出口に存在する静的混合物を強く押すことによって混合される。組成物は静的ミキサを注射針に接続することによって、生体の処置が必要な場所に直接的に注射される。第２の実施の形態において、前駆体分子溶液の１つは塩基性溶液と混合される。これは塩基性溶液を含むシリンジを、好ましくは求電子前駆体（選択的には添加剤および/または生物活性剤も含む）を含むシリンジを接続デバイスを通じて接続し、それはそれぞれの内容物をシリンジからシリンジを通じた混合を可能にする。静的ミキサは接続デバイスの一部でもあり得る。混合は均質混合物が得られたときに完了する。混合の後に、１つのシリンジは塩基／前駆体分子の混合物を含み、他のシリンジは空となる。次に、空のシリンジは接続デバイスから取り除かれ、他の前駆体分子と、選択的に、さらに添加剤および／または生物活性剤を含むものを含むシリンジに置換えられる。再び、シリンジからシリンジの混合がそれぞれの内容物の均質混合物を得るための１つの方法である。続いて混合物を含むシリンジは、注射針に接続され、組成物は生体の必要な部位に注射される。
【００８５】
代替的に、塩基／前駆体混合物を含むシリンジと、他の前駆体を含むシリンジは、２方向接続デバイスであって、その排出口に静的ミキサを含むものを通じて相互に接続される。２方向接続デバイスは２つの区画を有するシリンジであり得る。内容物は静的ミキサを通じてシリンジの内容物を押し出すことによって混合される。静的混合物は注射針に直接に接続されるか、または、混合物はさらなるシリンジに押出され、その後注射針に接続される。
【００８６】
好ましい実施の形態において、第１および第２の前駆体分子溶液、好ましくは第１および第２の前駆体分子が酢酸ナトリウム緩衝液に溶解されているものが混合され（いずれかの添加物または生物活性剤を必要であればともに）、活性化剤、塩基性溶液とともに組織上に噴霧される。
【００８７】
IV．in situ架橋可能な組成物の形成のためのキット
本発明のキットは、本発明に係る生体材料を形成するために用いられる部品のセットである。キットは少なくとも１つの第１の前駆体成分および１つの第２の前駆体成分を含む。キットは１つ以上の機器を含むことができ、たとえばそれはシリンジまたは２つの区分を有するシリンジであり、それは第１および第２の前駆体分子とさらにいずれかの添加剤および／または生物学的活性剤を投与するためである。キットはさらに前駆体分子および塩基性水溶液を保存するための容器を含むことができる。キットはまた複数の容器の内容物をお互いに移送するためまたは容器の内容物を２つの区画を有するシリンジに移送するための無針機器を含むことができる。選択的に、キットはまた塩基性水溶液を含むことができる。好ましくは、塩基は第３の容器に保存される。選択的に、第１および／または第２の前駆体分子は１つ以上の添加剤および／または生物学的活性剤を含む。前駆体分子は患者に投与する前に１つ以上の機器に入れることができる。キットはまた染料、たとえばメチレンブルー、リサミングリーンまたはファストグリーンを含むことができ、それは生体材料の可視化を容易にするために生体材料に添加することができる。好ましい一実施の形態、および特に適切な生体材料の適用において、前駆体分子水溶液は２つの区画を有する機器の１つの区画に保存され、塩基性水溶液は同じ機器の第２の区画に保存される。機器の排水口はスプレーノズルを含み、それは典型的に静的ミキサと接続され、塩基性水溶液を前駆体分子水溶液と混合するのを最適化する。前駆体分子水溶液（およびいずれかの添加剤または生物学的活性剤、必要であれば）は予め混ぜられた状態で区画に含まれることができ、または前駆体分子は区画の中で膜によって分離されており、その膜は取り除くことまたは破壊されることによって分子の混合を可能にする。
【００８８】
他の一実施の形態において、キットはガラス製バイアルであり得、第１の前駆体分子を乾燥粉末として含む、第１の容器（真空条件下）と、ガラス製バイアルであり得、第２の前駆体分子であって、酸性ｐＨを有する水性緩衝溶液に溶解されたものを含む第２の容器とを含む。選択的に、第１または第２の容器は１つ以上の色素トロピック剤およびＸ線不透過性物質または着色剤よりなる群から選択される１つ以上の添加剤を含むことができる。第２の容器の内容物は無針移送機器（Ｍｉｘ２Ｖｉａｌ（登録商標）２０／２０、Ｗｃｓｔ社製）を通じて第１の容器に移送される。その後第１および第２の前駆体分子は混合され、酸性ｐＨを有する水性緩衝水溶液中に溶解される。第３の容器は、ガラス製バイアルであり得、塩基性水溶液を含む。好ましくは、２つの区画を有するシリンジは２つの充填アダプタを装着している。２つの区画を有するシリンジの２つの区画は、異なる容量を有する。好ましくは、前駆体分子の混合物を受取る区画の容量は、塩基性水溶液を受取る区画の容量の１０倍以上である。前駆体分子を含む容器と塩基を含む容器は結合手段に接続され、それらの内容物はシリンジのピストンを引くことによって、シリンジの２つの区画に同時に移送される。結合手段と２つの容器はシリンジから取り除かれ、シリンジには取外し可能なスプレーノズルが備え付けられる。前駆体分子溶液および塩基性水溶液の混合はスプレーノズルで行なわれ、得られた緊密な混合物は所望の場所に噴霧される。
【００８９】
Ｖ．組成物の使用
多官能の前駆体成分は所望の特性を有する生体材料を生産するために選択され、調製される。前駆体分子は生理的温度において、シーラントの特定の要求までin situ架橋することが可能である。好ましい一実施の形態において、本発明の組成物および生体材料は生体液の損失の防止、減少、阻害または抑制のために使用される。他の一実施の形態において、本発明の組成物および生体材料は組織の表面を被覆するのに用いられる。
【００９０】
Ａ．組織シーラント
一実施の形態において本発明の組成物および生体材料は組織シーラントとして用いられる。好ましい一実施の形態において、in situ架橋可能な組成物は生体液の損失の減少、阻害または抑制するための被覆材、障壁またはシーラントを形成するための生体材料を形成する。特に、生体材料は医療行為の後の体液損失の阻害、減少または抑制のために用いることができる。好ましい医療行為としては、限定されるものではないが、脳または脳神経外科手術がある。
【００９１】
Ｂ．組織シーラント以外の医学的適応
開示された生体材料は外科的手段における使用に限定されるものではない。生体材料は、いずれかの体の部位における創傷の創傷被覆材として用いられ得る。一実施の形態において、生体材料は外傷からの血液損失を防止または減少するための被覆材の分野でも用いられ得る。他の一実施の形態において、生体材料は手術後の抗接着を減少または防止するために用いられ得る。
【実施例】
【００９２】
材料
エチレンジアミンテトラキス（ポリ（エチレンオキシド−プロピレンオキシド）ブロック共重合体）（ＢＡＳＦ社製のtetronic（登録商標）１１０７ｍｏｌ．ｗｔ．１５ｋＤ）がアクリレート基によって末端官能基化され、エチレン、ジアミン、テトラキス（（ポリ（エチレンオキシド−プロピレンオキシド）ブロック共重合体）−アクリレート）（テトロニック−テトラアクリレート、分子量１５ｋＤ）となり、これはBiomaterials 25（2004）に記載された方法による。
【００９３】
緩衝液の調製
０．３Ｍトリエタノールアミン（ＴＥＡ）が、１．１１ｇをｍｉｌｌｉ−Ｑ水２５ｍｌ中に溶解し、ｐＨを５Ｍ塩酸の添加により調節して調製された。
ＴＢＳが、ＮａＣｌ  ８ｇ、ＫＣｌ  ０．２ｇおよびトリス塩３ｇをＭｉｌｌｉＱ水１Ｌに溶解し、ｐＨを５Ｍ  ＮａＯＨで調節して調製された。
グリシン緩衝液：グリシン７．５ｇおよびＮａＣｌ  ５．８５ｇをＭｉｌｌｉＱ水１Ｌに溶解し、ｐＨを５Ｍ  ＮａＯＨで調節して調製された。
酢酸緩衝液：１０ｍＭ  acidic acidおよび１０ｍＭの酢酸ナトリウム緩衝液がＭｉｌｌｉＱ水で調製された。２つの緩衝液は所望のｐＨを得るための比率で混合された。
ホウ酸緩衝液：１００ｍＭホウ酸緩衝液および５０ｍＭテトラホウ酸ナトリウム十水和物緩衝液が調製された。２つの緩衝剤は所望のｐＨを得るための比率で混合された。
炭酸塩緩衝液：１００ｍＭ炭酸ナトリウム緩衝液および１００ｍＭ重炭酸塩ナトリウム緩衝液がＭｉｌｌｉＱ水で調製された。２つの水溶液は所望のｐＨを得るための比率で混合された。
【００９４】
ゲル化試験
ゲル化時間を評価するために、第１の前駆体分子水溶液および第２の前駆体分子水溶液について、表２に示される特定の量を、エッペンドルフチューブにピペッティングした。ゲル化の早い材料については、それぞれの第１の前駆体水溶液の水滴（同じ容量）が第２の前駆体水溶液に早期に接触するのを防ぐために、内部の壁に置かれた。エッペンドルフをボルテックスに設置するのと同時に、タイマーで計測を開始した。水溶液は正確に５秒間混合された。混合した直後に、混合溶液は針で探査され、そして“ゲル化点”（引抜いた後に針に細い糸が残る点）記録時間、細い糸が水溶液から引抜かれたときに針に付着し続けている時点、が“ゲル化点”として記録された。ゲル化の早い組成については、５秒での探査後の状態が記録された（たとえば細い糸、太い糸および/または硬いゲル）。代替的に、混合はシリンジからシリンジへの混合によっても行なわれた。これについては、第１の前駆体分子溶液および第２の前駆体分子溶液がシリンジに摂取され、それらのシリンジは連結器で接続され、水溶液は１０回押戻したり押出されたりされた。混合液は秤量皿に移され、ゲル化点が上記の“針探査”に示されたもので計測された。初期のゲル化の後に、ヒドロゲルは典型的に、広範囲な架橋が達成されるまで粘着性を維持している。材料が完全な架橋（粘着性の特性を創出している）に要する時間は“固定時間”として記録され、これはその時間の後は材料が触られても損傷しないものである。
【００９５】
実施例１：組織シーラント組成物
１ａ：組成物１：テトロニック−テトラアクリレートおよびＰＥＧ−ＳＨ−１０
第１の前駆体分子溶液
ポリ（エチレングリコール）テトラスルフィドリル（“ＰＥＧ−ＳＨ−１０”）（分子量１０ｋＤ）２３５ｍｇおよびリサミングリーン０．１ｍｇが、ｐＨ５の１０ｍＭ酢酸緩衝液１ｍＬに溶解される。
第２の前駆体分子溶液
テトロニック−テトラアクリレート（分子量１５ｋＤ）３１５ｍｇがｐＨ５の１０ｍＭ酢酸緩衝液１ｍＬに溶解される。
塩基性溶液
ｐＨ９．８の５０ｍＭホウ酸緩衝液０．２２ｍＬ
１ｂ：組成物２：テトロニック−テトラアクリレートおよびＰＥＧ−ＳＨ−５
第１の前駆体分子溶液
ポリ（エチレングリコール）テトラスルフィドリル（“ＰＥＧ−ＳＨ−５”）（分子量５ｋＤ）１１２ｍｇおよびリサミングリーン０．１ｍｇが、ｐＨ５の１０ｍＭ酢酸緩衝液１ｍＬに溶解される。
第２の前駆体分子溶液
テトロニック−テトラアクリレート（分子量１５ｋＤ）３１５ｍｇが、ｐＨ５の１０ｍＭ酢酸緩衝液１ｍＬに溶解される。
塩基性溶液
ｐＨ１０．４の５０ｍＭホウ酸緩衝液０．２２ｍＬ
１ｃ：組成物３：テトロニック−テトラアクリレートおよびＰＥＧ−ＳＨ−５
第１の前駆体分子溶液
ポリ（エチレングリコール）テトラスルフィドリル（“ＰＥＧ−ＳＨ−５”）（分子量５ｋＤ）１６８ｍｇが、ｐＨ４．９の１０ｍＭ酢酸緩衝液１ｍＬに溶解される。
第２の前駆体分子溶液
テトロニック−テトラアクリレート（分子量１５ｋＤ）４７２ｍｇが、ｐＨ４．９の２０ｍＭ酢酸緩衝液２ｍＬに溶解される。
塩基性水溶液
ｐＨ１１．０の２５０ｍＭ炭酸塩緩衝液０．３ｍＬ
１ｄ：組成物４：テトロニック−テトラアクリレートおよびＰＥＧ−ＳＨ−５
第１の前駆体分子溶液
ポリ（エチレングリコール）テトラスルフィドリル（“ＰＥＧ−ＳＨ−５”）（分子量５ｋＤ）１９２ｍｇが、ｐＨ４．９の５ｍＭ酢酸緩衝液１ｍＬに溶解される。
第２の前駆体分子溶液
テトロニック−テトラアクリレート（分子量１５ｋＤ）４７２ｍｇが、ｐＨ４．９の１５ｍＭ酢酸緩衝液１ｍＬに溶解される。
塩基性溶液
ｐＨ１１．０の２５０ｍＭ炭酸塩緩衝液０．３ｍＬ
１ｅ：組成物５：テトロニック−テトラアクリレートおよびＤＴＴ
第１の前駆体分子溶液
ジチオスレイトール（ＤＴＴ、分子量１５４ｇ／ｍｏｌ）２．５ｍｇが、ｐＨ８．５の０．３Ｍポリエタノールアミン緩衝液５００μＬに溶解される。
第２の前駆体分子溶液
テトロニック−テトラアクリレート（分子量１５ｋＤ）１２０ｍｇが、ｐＨ８．５の０．３Ｍトリエタノールアミン緩衝液５００μＬに溶解される。
または
第１の前駆体分子溶液
ジチオスレイトール３．１５ｍｇが、ｐＨ８．５の０．３Ｍトリエタノールアミン緩衝液５００ｍＬに溶解される。
第２の前駆体分子溶液
テトロニック−テトラアクリレート（分子量１５ｋＤ）１５０ｍｇが、ｐＨ８．５の０．３Ｍトリエタノールアミン緩衝液５００μＬに溶解される。
【００９６】
１ｆ：組成物６：テトロニック−テトラアクリレートおよび２分岐ＰＥＧ−ＳＨ−３．４
第１の前駆体分子溶液
ポリ（エチレングリコール）ジスルフィドリル（“ＰＥＧ−ＳＨ−３．４”）（分子量３．４ｋＤ）１５６ｍｇが、ｐＨ５．５の１０ｍＭ酢酸緩衝液１ｍＬに溶解される。
第２の前駆体分子溶液
テトロニック−テトラアクリレート（分子量１５ｋＤ）３１５ｍｇが、ｐＨ５．５の１０ｍＭ酢酸緩衝液１ｍＬに溶解される。
塩基性溶液
ｐＨ１０．０の２５０ｍＭ炭酸塩緩衝液０．３ｍＬ
１ｇ：組成物７：テトロニック−テトラアクリレートおよび８分岐ＰＥＧ−ＳＨ−１０第１の前駆体分子水溶液
８分岐ポリ（エチレングリコール）オクタスルフィドリル（“８  ａｒｍ  ＰＥＧ−ＳＨ−１０”）（分子量５ｋＤ）１６１ｍｇが、ｐＨ４．９の１０ｍＭの酢酸１ｍＬに溶解される。
第２の前駆体分子
テトロニック−テトラアクリレート（１５ｋＤ）４７２ｍｇが、ｐＨ４．９の２０ｍＭ酢酸２ｍＬに溶解される。
塩基性溶液
ｐＨ１１．０の０．２５Ｍ炭酸ナトリウム緩衝液０．３ｍＬ
１ｈ：組成物８：テトロニック−テトラアクリレートおよび４分岐ＰＥＧ−ＳＨ−５
４７２ｍｇのテトロニック−テトラアクリレート，１５ｋＤ
４９２ｍｇのＰＥＧ−テトラジオール、５ｋＤ
０．５５ｍｇ塩酸
９．５ｍｇ炭酸ナトリウム
０．１５ｍｇメチレンブルー水溶物
投与のための水３．３ｇ
キットの準備
ＨＣｌ貯蔵液５ｍＭが、１００ｍＭ  ＨＣｌ溶液５ｍＬをｍｉｌｌｉ−Ｑ−水９５ｍＬに希釈して準備された。メチレンブルー貯蔵液、１ｍｇ／ｍＬで５ｍＭ塩酸中のものが２０ｍｇのメチレンブルーを２０ｍＬのＨＣｌ貯蔵液に溶解して準備された。テトロニック−テトラアクリレート再構成のための緩衝液が、５ｍＭ  ＨＣｌと０．０５ｍｇ／ｍＬメチレンブルーから調製された。これはＨＣｌ貯蔵液で１：２０の比率で希釈され、ｐＨは２．３−２．６の範囲内に調整された。塩基性溶液（炭酸塩緩衝液）のｐＨは１１．３５−１１．４５の範囲内に調整された。４７２ｍｇのテトロニック−テトラアクリレートは３ｍＬの冷却緩衝液テトロニック−テトラアクリレート中に溶解され、可溶化を容易にするために５分間保存された。溶液は１分間３０００ｒｐｍで遠心分離され、空気の泡を取除かれ、ＰＥＧ−テトラジオール１９２ｍｇを含むバイアルにピペッティングされそしてやさしく振ることによって溶解された。ポリマー再構成の後、混合液３ｍＬは１：１０の２つの区画を有するシリンジの大きな区画に移送された。小さな区画は０．４ｍＬの３００ｍＭ炭酸ナトリウムで満たされている。プランジャが挿入され、空気が注意深くシリンジから取除かれ、スプレーノズルが取付けられた。
【００９７】
１ｉ：ＤｕｒａＳｅａｌ（登録商標）の準備
ＤｕｒａＳｅａｌ（Confluent Surgical Inc社）（登録商標）が取扱説明書に従って準備された。
【００９８】
１ｊ：組成物１０：テトロニック−テトラアクリレートおよび２分岐ＰＥＧ−ＳＨ−３．４
ポリ（エチレングリコール）ジスルフィドリル（“ＰＥＧ−ＳＨ−３．４”）１３３ｍｇが、ｐＨ８．５の０．３Ｍトリエタノールアミン緩衝液５００μＬに溶解される。
第２の前駆体分子溶液
テトロニック−テトラアクリレート（“ＰＥＧ−ＳＨ−３．４”）（分子量３．４ｋＤ）２２０ｍｇが、ｐＨ８．５の０．３Ｍトリエタノールアミン緩衝液５００μＬに溶解される。
【００９９】
１ｋ：組成物１１：テトロニック−テトラアクリレートおよび２分岐ＰＥＧ−ＳＨ−３．４
ポリ（エチレングリコール）ジスルフィドリル（“ＰＥＧ−ＳＨ−３．４”）（分子量３．４ｋＤ）１０７ｍｇが、ｐＨ８．５の０．３Ｍトリエタノールアミン緩衝液１．５ｍＬに溶解される。
第２の前駆体分子溶液
テトロニック−テトラアクリレート（分子量１５ｋＤ）２２０ｍｇが、ｐＨ８．５の０．３Ｍトリエタノールアミン緩衝液５００μＬに溶解される。
【０１００】
１ｌ：組成物１２：テトロニック−テトラアクリレートおよび２分岐ＰＥＧ−ＳＨ−３．４
ポリ（エチレングリコール）ジスルフィドリル（“ＰＥＧ−ＳＨ−３．４”）（分子量３．４ｋＤ）３５４ｍｇが、ｐＨ８．５の０．３Ｍトリエタノールアミン緩衝液１．５ｍＬに溶解される。
第２の前駆体分子溶液
テトロニック−テトラアクリレート（分子量１５ｋＤ）２４０ｍｇが、ｐＨ８．５の０．３Ｍトリエタノールアミン緩衝液１００μＬに溶解される。
【０１０１】
１ｍ：組成物１３：テトロニック−テトラアクリレートおよび２分岐ＰＥＧ−ＳＨ−３．４
ポリ（エチレングリコール）ジスルフィドリル（“ＰＥＧ−ＳＨ−３．４”）（分子量３．４ｋＤ）１４０．７ｍｇが、ｐＨ１０．１，９．８および９．６の１００ｍＭホウ酸緩衝液５０μＬに溶解される。
第１の前駆体分子溶液
テトロニック−テトラアクリレート（分子量１５ｋＤ）２８６ｍｇが、ｐＨ８．５の１００ｍＭホウ酸緩衝液５０μＬに溶解される。
【０１０２】
実施例２ａ：第１および第２の前駆体分子の混合物の安定性
第１の前駆体分子
１９４ｍｇのポリ（エチレングリコール）テトラスルフィドリル（“ＰＥＧ−ＳＨ−５”）（分子量５ｋＤ）が１ｍＬの１０ｍＭ酢酸緩衝液ｐＨ４．９に溶解される。緩衝液は１００ｍＭの酢酸緩衝液と１００ｍＭの酢酸ナトリウム緩衝液をｐＨ４．９になるまで混ぜ、緩衝液を１：１０ｖ／ｖの比率で水に溶解する。
第２の前駆体分子溶液
５４５ｍｇのテトロニック−テトラアクリレート（分子量１５ｋＤ）が酢酸緩衝液ｐＨ４．９に溶解される。緩衝液は１００ｍＭの酢酸および１００ｍＭの酢酸ナトリウム緩衝液をｐＨ４．９になるまで混合しそしてそのバッファを１：５ｖ／ｖの比率で水で希釈する。
塩基性溶液
０．３ｍＬの２５０ｍＭ炭酸塩緩衝液ｐＨ１１．０
第１および第２の前駆体分子が３０秒間ボルテックスで混合されたときのみに、ゲル化が３０分以内に生じる。ゲル化時間が針を溶液に浸したり取出したりして測定され、その時間は糸が材料の高度な架橋を示すように形成されるまで計測された。前駆体分子の濃度が低いとき、たとえば前駆体分子溶液が実施例１ｃおよび１ｄ（組成物３および組成物４）に示されるように調製されたときは、ゲル化は１時間後に初めて起こる。塩基性水溶液が前駆体分子の混合物に適用されると、両者の混合物のゲル化は数秒以内（１０秒未満）である。
【０１０３】
実施例２ｂ：対応するポリマー中に存在するアクリレートおよびチオール官能基の数の間の比率の効果
第１の前駆体分子溶液および第２の前駆体分子溶液であって実施例１．ｃで定義されたものは異なる容量比率で混合される（０．２５：１、０．３７５：１、０．５：１、０．６７５：１および０．７５：１）。これらの比率はチオールのモル濃度のアクリレートのモル濃度に対する比率で１：０．５、１：０．７５、１：１、１：１．２５および１：１．５に対応する。第１の前駆体分子溶液および第２の前駆体分子溶液はボルテックスで３０秒間混合された。０．２ｍＬの５０ｍＭホウ酸緩衝液ｐＨ９．３がその後追加され、その容量は前駆体分子水溶液の合計量の１０分の１に対応する。混合物はボルテックスでちょうど５秒間混合された。針を溶液に浸したり出したりして、材料の高度な架橋を示す糸が形成されるまで測定された。１０−１１秒の最小ゲル化時間がアクリレート対チオールのモル比が１：１および１：０．７５のサンプルで得られた。ゲル化時間は他の比率では１３−１５秒に上昇した。
【０１０４】
実施例３：生体材料の調製
３ａ：組成物１，２，３，４および６からの生体材料の調製
所望の部位に医薬組成物を適用する前に、第１および第２の前駆体分子溶液が連結器によって接続されている異なる２つのシリンジに充填される。第１および第２の前駆体分子溶液は１つのシリンジに含まれている材料を他のシリンジに移送することによって混合される（典型的には、溶液は１０回押戻したり押出したりされる）。たとえ、混合物がその調製後１０−２０分間安定であっても、理想的には医薬組成物はその調整後５分以内に使用されるべきである。生体材料は、第１および第２の前駆体分子および活性化剤を含む混合物を散布チップまたは噴霧チップが装着された２つの区画を有する装置を用いて、異常部位に送達することにより、所望の部位にin situ形成される。生体材料は、２つの区画を有する装置の内容物の送達の１分未満の間で形成される。
【０１０５】
３ｂ：組成物５，１０，１１，１２および１３からの生体材料の調製
第１および第２の前駆体分子溶液が、連結器で接続された２つの異なるシリンジに充填される。第１および第２の前駆体分子溶液は１つのシリンジに含まれている材料を他のシリンジに移送することによって混合される。ゲル化点はシリンジ内で到達し、生体材料はシリンジから押出され金型に送達される。
【０１０６】
３ｃ：組成物７からの生体材料の調製
２つの前駆体分子がシリンジからシリンジへの混合方法によって混合される。塩基性溶液を追加せず、前駆体分子は３０分以内にゲル化する。これは前駆体分子の混合液は使用前３０分間保存され得ることを意味する。３００μＬの０．２５Ｍ炭酸ナトリウム緩衝液、ｐＨ１１．０が添加されたときは、ゲル化は数秒以内に生じた（５秒未満）。
【０１０７】
実施例４：生体材料の膨潤／分解
生体材料の膨潤および分解を評価するために、実施例１ａおよび１ｂで記された組成物から生体材料が調製された。
【０１０８】
組成物を所望の場所に適用する前に、第１および第２の前駆体分子溶液が連結器で接続された２つの異なるシリンジ内に充填される。第１および第２の前駆体分子は１つのシリンジの内容物を他のシリンジに移送することによって混合される（典型的には、溶液は１０回押戻したり押出されたりされる）。たとえ、混合物は調製後１０−２０分間安定していても（混合物が１０〜２０分間の前にはゲル化点に到達しないことにする）、組成物は理想的には調製後５分以内に使用されるべきである。生体材料は所望の部位においてin situで形成され、それは散布チップまたは噴霧チップのいずれかを備える２つの区分を有する装置を用いて第１および第２の前駆体分子および塩基性溶液を含む混合物を所望の部位に供給することによって行なわれる。生体材料は２つの区画を有する装置の内容物が運ばれた後５秒未満で形成される。組成物は秤量皿に広げられ、そして生体材料からなる１ｍｍの層が形成される。反応溶液を含む秤量皿がその後３７℃の腐植化環境に設置され、５分間硬化される。直径が１．２ｃｍの３つのディスクがそれぞれのフィルムから切出される。試料はリン酸緩衝溶液（ＰＢＳ）を含むチューブ内に置かれ、そして３７℃のインキュベータに設置される。生体材料は、異なる時間点においてスパチュラを用いてチューブから取除かれる。生体材料は慎重にティッシュペーパーを用いて過剰な水を取除くように乾燥され、そして計量される。生体材料はその後それぞれのチューブに戻されそしてインキュベータに戻される。膨潤は実施例１ａの組成物から形成された生体材料は０．８７±０．１１の値に到達し、実施例１ｂの組成物から形成された生体材料は０．３２±０．０６％に到達し、それはＰＢＳで３７℃で２日間の後である。両方の生体材料とも完全に２８から３５日以内に溶解した（図１および２）。
【０１０９】
実施例５：圧縮試験
実施例１ａに示されたような組成物１から形成された８つの生体材料の試料および実施例１ｂに示されたような組成物２から形成された生体材料の８つの試料が、組成物１および２  １００μＬを切断された１ｍＬシリンジに充填して調製された。生体材料は５−１０分間硬化され、その後金型から取除かれた。直径５ｍｍ、高さ１１．５ｍｍの円柱が得られた。４つの生体材料が１０ｍＭ  ＰＢＳ  ｐＨ７．４内に設置され、４つの生体材料は乾燥チューブ内に置かれた。チューブは３７℃で２４時間インキュベートされた。ｐＨ９．８および１０．４を有する塩基性水溶液でのゲル化時間は、それぞれ均一の試料を作製するには非常に速かったため、塩基性溶液のｐＨはｐＨ９．６まで下げられた。試料は“Zwick Matcrialprufung 1456”機器で計測された。ヤング係数（破屑係数）は５０Ｎロードセルで決定され、最終強度は２０ｋＮロードセルであった。プレロード速度は０．０５から０．１ｍｍ／ｓに上げられそして待ち時間は３ｓに減少された。ヤング係数は３％圧縮で計測され、しかし速度は０．０８ｍｍ／ｓであった。同様の速度が圧力のための２０ｋＮロードセルにも適用され材料にひびが入るまで計測された。それぞれの生体材料の試料が乾燥状態で圧縮されそしてその後ＰＢＳ中で２４時間インキュベーションされた。９９％まで圧縮されたときに、乾燥状態（空気中３７℃で２４時間保管された）で破壊された生体材料はなかった。湿潤状態では、障害の生じた圧力は組成物１から形成された生体材料では３．８±２．５Ｎ／ｍｍ2であり、組成物２から形成された生体材料では１．５１±０．１７Ｎ／ｍｍ2であった。障害の生じた圧力パーセントは組成物１から形成された生体材料では９１±３％であり、組成物２から形成された生体材料では８８±２％であった。ヤング係数が組成物１から形成された生体材料では０．１２５±０．００５Ｎ／ｍｍ2であり、組成物２から形成された生体材料では０．１０±０．００Ｎ／ｍｍ2であり、これは湿潤状態においてである。乾燥状態では、組成物２から形成された生体材料のヤング係数は０．５６１±０．１５２Ｎ／ｍｍ2であり、これはヤング係数が０．１５２±０．０２４Ｎ／ｍｍ2を示す組成物１から形成された生体材料よりも高かった。
【０１１０】
実施例６：生体材料の接着力および凝集力
生体材料の接着力および凝集力がバースト試験で試験された。バースト試験測定はＡＳＴＭＦ−２３２９−０４（外科的シーラントのバースト試験のための標準試験）に基づき行なわれた。関連する圧力センサ（ＤｅｌｔａＯｈｍ  ＴＰ７０４−２ＢＧＩ）が０−２ｂａｒ（最大圧力４ｂａｒ）および０．１ｍｂａｒの結果の範囲内の測定に用いられた。一定の流量を有するシリンジポンプがポンプ作動液（Alaris, Asena GH）として使用される。バースト圧力試験のために、組成物８およびＤｕｒａＳｅａｌ（登録商標）が実施例１ｈおよび１ｉに示されたように調製され、そして湿潤コラーゲン膜に適用される。同一のサンプル形状を保証するために、コラーゲン膜が覆いの下に置かれ、それを通じてシーラントが適用される。サンプルは覆いが慎重に取除かれる前に硬化される。サンプルの厚さおよび重さを計測した後に、サンプルは試験装置内に固定されそして別個に試験される。上昇する圧力、これはコラーゲンに作製済みの孔を通じてシーラントに直接的に働くものである、が持続的に計測される。シーラントが破裂した後に、ポンプは止めることができ、収集されたデータの評価を行なうことができる。異なるサンプルの特定の破裂力の比較を許容するために、その厚みが試験前に１ｍｍに正規化された。２つの合成外科的シーラントのバースト試験は明らかにその障害に対する抵抗力について異なることが示された。一方、組成物８から形成された生体材料は平均２４０ｍｍＨｇの圧力で破裂し、ＤｕｒａＳｅａｌ（登録商標）は平均７４ｍｍＨｇの圧力で破裂する。両方のシーラントの凝集障害率は９０％であり、これは試験で用いられたコラーゲン膜への良好な接着を示す。
【０１１１】
実施例７：ヒツジ硬膜の外科的シーリング
３時間前に屠殺されたヒツジの硬膜が解剖された。皮膚が外科用メスを用いて取除かれ、頭蓋骨に骨ナイフを用いて長方形の切込みが作られた。頭蓋骨は持上げられ、そして硬膜はまだ一部が頭蓋骨に接着しているため、硬膜が頭蓋骨から慎重に切取られ、脳に戻された。組成物１および２（実施例１ａおよび１ｂに示されたように）が硬膜上に薄いフィルムとして広げられ、１分間硬化された。体液の漏れは観察されなかった。丸く平坦なスパチュラが硬化した材料を硬膜から除去／剥がすのに用いられた。ゲルの外観、ゲル化時間、および接着力が１−５のスケールで定量的に評価された。ゲルの外観に関しては、グレード１は不均一なゲルに対応する。グレード２は大部分に凹凸があるゲルに、グレード３は凹凸のある部分がいくつかあるゲルに、グレード４は均一な滑らかなゲルに対応する。ゲル化時間については、グレード１は５−１００％の組成物が流れ出すことに対応する。グレード２は約２０−５０％の組成物が流出すること、グレード３は約５−１０％の組成物が流出すること、およびグレード４は約０−５％の組成物が流出することに対応する。接着力については、グレード１はゲルが力を加えずに剥がれることを意味する。グレード２はゲルが小さな力で剥がれること、グレード３はゲルを取除くのに中程度の力が必要とされること、グレード４はゲルを取除くのに微小な力が必要なこと、そしてグレード５はゲルが取除かれないことを意味する。組成物２については、ｐＨがゲル化時間を減少させるために１０．４まで上昇された。対照的に、組成物はまた脳に直接と同様に湿潤コラーゲン膜にも適用された。組成物から形成された両方の生体材料とも硬膜に良好に接着することがわかった（組成物１から形成された生体材料はグレード４、組成物２から形成された生体材料はグレード３）。生体材料の硬膜に対する接着力はコラーゲン膜に対する接着力よりも良好であることが示された。対照的に、生体膜をヒツジの脳（軟膜およびくも膜層で覆われている）に適用したときは、簡単に剥がすことができた。組成物１は迅速にゲル化し（グレード４）、適用の最終時点では、いくつかの凹凸のある部分が形成された、これは散布器に接触している半ゲル化材料によるものである（ゲル外観グレード４）。一方、組成物２はむしろ遅くゲル化し（グレード２）、とれは塩基性水溶液のｐＨが１０．４まで上昇したときもであり、すべての生産物が適用部位にとどまるわけではなく側面に流出し、それは特に硬膜が水平でないときであった。しかしながら、材料が適用された場所では、材料の薄い膜が維持された。３０秒以内に、材料は硬く粘着性のないヒドロゲルを形成した（外観グレード５）。
【０１１２】
実施例８：ヒツジ硬膜切断モデル
麻酔下のヒツジの硬膜を剥き出しにし、硬膜およびくも膜を２ｃｍ角の切断を作製し、脳脊髄液の漏出が起きるようにした。血管は大まかに４／０ポリプロピレン縫合糸を用いて修復したが、１ｍｍの隙間が残った。実施例１ｈで示される組成物８が下記の方法で使用された。
【０１１３】
部品の滅菌
すべての塗布器部品、ポーチ、ガラス製バイアルおよび閉鎖器が２１．８ｋＧｙ量のガンマ線放射によって滅菌された。その後滅菌材料の操作のいずれも滅菌フードの中で行なった。緩衝液およびテトロニック−テトラアクリレート溶液は０．２２μｍＰＥＳシリンジフィルタを通じて滅菌ろ過された。ＰＥＧ−ＳＨ−５はキット中に滅菌しないで供給され、そして０．２２μｍＰＥＳシリンジフィルタを通じて、キット準備中にテトロニック−テトラアクリレートとともに再構成された後に滅菌された。
【０１１４】
緩衝液の調製
塩基水溶液は炭酸ナトリウム１．５９ｇを５０ｍＬの投与可能な水溶液に溶解して調製された。記録されたｐＨは１１．３８であった。
【０１１５】
テトロニック−アクリレート溶液は４７１ｍｇのテトロニック−テトラアクリレートを３ｍＬの５ｍＭ  ＨＣｌで０．０５ｍｇ／ｍｌメチレンブルーを含有するものに溶解することによって調製された。再構成は１０−２０秒間ボルテックスし、４℃で１０分間溶液を保存し、２５００ｒｐｍで５分間遠心分離することによって達成された。５ｍＭ  ＨＣｌ溶液は１００ｍＭ  ＨＣｌ溶液を投与可能な水溶液に溶解することによって調製された。メチレンブルーは１０ｍｇ／ｍｌメチレンブルー濃度で、５ｍＭ  ＨＣｌ溶液中で準備されその後５ｍＭ  ＨＣｌで希釈された。
【０１１６】
無菌充填およびキットの包装
２つの区画を有するシリンジは滅菌前にピストンが取付けられる。４００ｍＬの炭酸ナトリウムがシリンジの小さいほうの区画に充填され、４スプレーヘッドおよびプランジャとともにポーチ１に梱包された。ＰＥＧ−ＳＨ−５はポリマー１９２ｍｇをガラス製バイアルに入れて準備した。ガラス製バイアルはエタノールが吹き付けられそして粉末がガラスバイアルに外側に触れずに注がれた。バイアルは波型キャップで栓をされた。テトロニック−テトラアクリレート溶液は２０ｍＬシリンジに摂取され、そして３．３ｍＬはシリンジからシリンジ連結器を通じて５ｍＬシリンジに移送された。シリンジは連結栓で締められた。バイアル、５ｍＬシリンジ、ブルーおよびピンクの針およびシリンジフィルタがポーチ２に包装され熱癒着された。ポーチ１および２は大きなポーチにためられ、熱癒着された。キットは−１０℃から−２５℃未満で保存され、ドライアイスとともに輸送された。実験の当日に、キットは保存庫から取出され安全に解凍するまで常温に置かれた。使用時にキットは滅菌現場で開封された。テトロニック−テトラアクリレート溶液はＰＥＧ−ＳＨ−５粉末を含むバイアルに移送された。粉末はバイアルを１−２分間緩やかに攪拌することによって再構成された。混合物がシリンジに再び取出され、シリンジは滅菌フィルタおよびブルーの針に接続され、２つの区画を有するシリンジの大きな区画に移送された。取出し容器が２つの区画を有するシリンジに取付けられ、残存している空気が２つの区画を有するシリンジから取除かれた。スプレーノズルが２つの区画を有するシリンジに設置され、これで塗布器が使用できる状態になった。組成物は硬膜血管の上に噴霧され、生体材料が５秒未満で固形化した。硬膜血管は慎重にＣＳＦ漏出の再現を確認された。シーラントは手術中に体液漏出を止めることができた。生体材料は１週間後もまだ残存しているが１２週間後に完全に吸収された。
【０１１７】
実施例９：高濃度でのテトロニック−アクリレートの熱ゲル化特性試験
組成物１１（実施例１ｋとして記述）および組成物１２（実施例１ｌとして記述）のゲル化特性が直鎖ＰＥＧ−ＳＨ−３．４ｋＤａとともに比較された。ゲル形成は組成物１１における化学架橋を通じて起こると予測されそして組成物１２では物理的方法（熱−ゲル化）とそれに伴う化学架橋を通じて生じると予測された。組成物１１は３０秒間のシリンジからシリンジへの混合の後１．５分以内にゲル化し、そして溶液を針を通じて秤量皿に適用した後２−３．５分の固定時間を有していた。組成物１２の場合は、ゲルは３７℃の周囲の水浴によって暖められた秤量皿に上に適用されたときに形成され、材料が下に流れ落ちるのが防止された。しかしながら、固定化時間は４−５５分で上昇しており、ゲル化が組成物１１より長かった。
【０１１８】
実施例１０：ｐＨの反応速度論への影響
組成物１０（実施例１ｊとして調製）のゲル化時間対緩衝液のｐＨが図３に示されている。これによるとゲル化時間はｐＨの上昇に伴って減少する。同様の反応が組成物１３（実施例１ｍとして調製）でも観察された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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