(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
a)マイクロニードルアレイが保持プレートに立たれる；
b) マイクロニードル内部に、繰り返す凍結解凍処理によって形成された微結晶ドメインを架橋ジャンクションとする水不溶性の網状構造を有し、且つ前記マイクロニードルは、水を吸収した後、硬い固体状態からヒドロゲル状態に転移する能力を有する；
c）マイクロニードルを形成する成分は、主成分がポリビニルアルコール（PVA）であり、さらに含有量が25重量％以下の多糖類を含む；
前記多糖類が、デキストラン、アルギニン酸塩、ヒアルロン酸、キトサンまたはセルロースである；
ことを特徴とする親水性のポリマー材料で形成されたマイクロニードルパッチ。
【請求項２】
マイクロニードルが、乾燥状態で皮膚を貫通するに十分な硬さを有するが、水和状態で軟化され、親水性剤がその中を通過することができることを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードルパッチ。
【請求項３】
少なくとも一種の生物活性剤がポリマー材料のマトリックスに担持されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードルパッチ。
【請求項４】
生物活性剤が、タンパク質、ペプチド、サブユニットワクチン、DNA、RNA、他の非脂溶性治療薬、薬物担持リポソーム、薬物担持ナノ粒子またはそれらの混合物である請求項３に記載のマイクロニードルパッチ。
【請求項５】
タンパク質とペプチドが、インスリン、カルシトニン、エキセナチド、GLP-1、GM-CSF、エリスロポエチン(EPO)、エキサナチド、インターフェロン、第VIII因子、インターロイキン、HSF、PEG化組換えヒトインターフェロンα2b(PEG-IFNα2b)、組換えヒトインターフェロン(IFN)、組換えヒト副甲状腺ホルモン(PTH1-84)、組換えヒト可溶性CD40(CD154)リガンド/TRAP、組換えヒト骨形成タンパク質(BMP)、組換えヒトインターロイキン-15 (IL-15)、組換えヒト白血病抑制因子(LIF)、組換えヒトインターロイキン-2 (IL-2)、組換えヒト成長ホルモン(rHGH)、上皮成長因子(EGF)、塩基性線維芽細胞成長因子(FGF)、トランスフォーミング増殖因子ベータ1(TGF-β1)、IGF、組換えヒト血管内皮増殖因子(VEGF)、PDGF、内皮細胞成長因子(ECGF)、NGF、BDGF、脳由来成長因子A(BDGF-A)、組織ポリペプチド抗原(TPA)、抗体、血液凝固第VIII因子、遺伝性第IX因子、ヒト免疫グロブリン、幹細胞因子(SDFs)および活性化プロテインCから選ばれる、請求項４に記載のマイクロニードルパッチ。
【請求項６】
前記生物活性剤がマイクロニードルパッチ全体中又はマイクロニードル針先のみの中に担持される、請求項４に記載のマイクロニードルパッチ。
【請求項７】
ポリマー材料が、ポリビニルアルコール（PVA）とデキストラン、PVAとキトサン、PVAとアルギン酸塩、またはPVAとヒアルロン酸塩との混合物である、請求項１に記載のマイクロニードルパッチ。
【請求項８】
PVA/デキストランの重量比が100/0〜75/25であり、PVA/キトサンの重量比が100/0〜85/15であり、PVA/アルギン酸塩の重量比が100/0〜85/15であり、PVA/ヒアルロン酸塩の重量比が100/0〜85/15である、請求項７に記載のマイクロニードルパッチ。
【請求項９】
PVAの重量平均分子量が10,000〜250,000であり、デキストランの重量平均分子量が6,000〜5,000,000であり、キトサンの重量平均分子量が20,000〜4,000,000であり、アルギン酸塩の重量平均分子量が10,000〜3,000,000であり、ヒアルロン酸塩の重量平均分子量が100,000〜5,000,000である、請求項７に記載のマイクロニードルパッチ。
【請求項１０】
a)治療薬を含有または含有しないポリマー材料の水溶液を製造するステップと、
b)ステップa）で製造された溶液を、微細孔アレイを有する通気性鋳型にキャスティングするステップと、
c）鋳型の反対面から真空吸引して、ステップa）で製造された溶液を微細孔に充填するステップと、
d)ポリマー溶液のキャスティングされた層が、-100℃〜室温または室温〜160℃で凍結-解凍処理に繰り返し付されるステップと、
e)キャスティングされたマイクロニードルパッチを乾燥させるステップと
を含む、請求項１に記載のマイクロニードルパッチの製造方法。
【請求項１１】
凍結-解凍処理が、1〜20回繰り返される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ポリマー溶液が、ポリマー溶液のすでにキャスティングされた層の頂部にキャスティングされる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
次のキャスティング前に、ポリマー溶液のすでにキャスティングされた層を凍結する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
再キャスティング操作が、5回以下である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
各繰り返し再キャスティングのためのポリマー溶液が、ポリマーの組成および治療薬の含量において、他のポリマー溶液と同一であっても、異なってもよい、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
繰り返し溶液再キャスティングプロセスのいくつかを、ポリマー溶液のすでにキャスティングされた層の頂部の溶液と同じポリマー及び治療薬を含有するすでに製造されたポリマーシートを組み立てることに置き換えてもよい、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
ポリマーシートが、ポリマー溶液を孔無しプレートにキャスティングし、次いで乾燥することによって製造される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
貯蔵期間中のマイクロニードルパッチの吸湿、及び皮膚に適用したときの水の蒸発を防止するように、鋳型から取り外されたマイクロニードルパッチをカバーし、パッケージングすることをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相互参照および関連出願
本願は、2008年10月7日出願の米国出願番号61/103,560の優先権を主張し、その内容は、参照することにより本発明に援用される。
本願を通して、種々の刊行物について述べる。これらの刊行物の開示は、本発明が属する技術分野の状況をより詳細に記載するために、全体として参照することにより、本発明に援用される。
技術分野
本発明は、既存のマイクロニードルシステムの欠点を克服し、治療およびその他の適用のための経皮デリバリーシステムに用いることができるポリマーマイクロニードルパッチについて記載する。このポリマーマイクロニードルアレイのマイクロニードルは、乾燥状態で皮膚を貫通するのに十分に硬く頑丈であるが、体液または水を吸収するとヒドロゲル体に変化する。このようなシステムは、タンパク質、ペプチド、DNA、RNAおよびその他の薬物などの親水性作用剤の十分な皮膚透過性および制御放出デリバリーを提供する。
【背景技術】
【０００２】
タンパク質およびペプチド治療薬の非侵襲的デリバリーは、医薬開発における長年の目的である。糖尿病を例にとると、長期にわたる頻繁な注射を回避するために、1921年から始まって、注射の代わりとなる非侵襲的経路を得るための研究に努力がなされている。それ以来、PfizerおよびNekertaによって開発された吸入デリバリーシステムなどの多くの非侵襲的方策が検討されているが、このシステムは、市販されてまもなく市場から回収された。経口インスリンNobexの開発におけるGlaxoSmithKlineの最近の失敗とともに、Pfizer-Nekertaの製品であるExuberaの落ち込みは、我々の天然の生物バリヤーを通して、タンパク質−ペプチドなどの親水性薬物をデリバリーすることが困難な課題であることを証明している。
【０００３】
微小電気機械システム(Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS))技術が進んだ結果、長さ数百ミクロンのニードルのアレイであるマイクロニードルが利用可能になった。マイクロニードルアレイが利用できるようになり、痛みの感覚および皮膚の損傷の無い経皮ドラッグデリバリーのための期待できる解決法が提供されている。ニードルは、真皮および神経を傷つけることなく皮膚の最も不透過性の層(皮膚角質層)を貫通することができる。理論的には、角質層を貫通するための中空マイクロニードルのアレイおよび治療薬を格納するための薬物貯留槽を備えた経皮パッチは、親水性作用剤の経皮デリバリーのための理想的な解決法である。実用的観点からは、MEMS技術によって製作されたマイクロニードルアレイは、日常的使い捨て投与剤形としては高価すぎ、徐放性ドラッグデリバリーのためには、金属ニードルは、長期間皮膚に保持されなければならない。このことは、皮膚のかぶれを引き起こし、ニードルによってあけられた穴の回復を遅らせうる。ニードルが破損して、金属またはその他の無機粒子が皮膚に残る場合、より重篤な皮膚かぶれが誘発されうる。さらに、貯留槽に格納された溶液状態のタンパク質治療薬が体温で皮膚に貼付される場合、安定性の問題がある。
【０００４】
コストを削減し、マイクロニードルの製造工程を単純化するために、シリコン、金属、ポリマーおよび糖類製の中実ニードルのアレイが、薬物の経皮デリバリー用に用いられた。まず皮膚に微小穴をあけるために、中実マイクロニードルアレイが用いられ、次いで、マイクロニードルアレイを除去した後、薬剤溶液が穴の部位に滴下された。しかしながら、穴あけ−滴下型の薬物投与は、薬物の用量および皮膚取り込みにおけるコントロールの欠如という問題を有する。マイクロニードルアレイによってあけられた穴は、ニードルを除去した後閉じて、皮膚での薬物の拡散が終了する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ポリ乳酸(PLA)、ポリグリコール酸(PGA)、乳酸−グリコール酸ポリマー(PLGA)、セルロース、アミロペクチン、マルトース、架橋ポリビニルピロリドン(PVP)などのポリマー材料を用いるマイクロニードルアレイの製造は、パッチの生体適合性を改善するための合理的な方策である。しかしながら、これらのシステムは、持続性または制御放出ドラッグデリバリーを依然として提供することができない。PLA、PGAまたはPLGAから作られたマイクロニードルアレイは、薬物を含有することができず、皮膚に微小穴をあけ、次いで、穴をあけた部位に薬物溶液を塗布するという中実ニードルと同じ様式で用いられる。微小穴がとじやすいという問題は残っている。これらのマイクロニードルアレイシステムは、ニードルのマトリックスに薬物を坦持させて製造することもできる。薬物は、マイクロニードルが形成されるポリマーが徐々に分解することによって皮下に放出される。しかしながら、PLA、PGAおよびPLGAの分解は、薬物を必要な速度でデリバリーするには遅すぎる場合が多い。さらに、疎水性マトリックスにタンパク質を坦持させることは、巨大分子の変性を引き起こす可能性がある。さらに、分解性ポリマーから作られたマイクロニードルが分解した後、角質層を貫通するチャネルが存在しなくなり、ニードルマトリックスに坦持された薬物のみがデリバリーされるチャンスをもつことになる。
【０００６】
セルロース、アミロペクチン、マルトース、架橋PVPから作られたマイクロニードルアレイは、水溶性であり、ニードルの本体に薬物を含む。マイクロニードルが体液に溶解すると薬物がデリバリーされる。このタイプのマイクロニードルアレイは、定量の薬物を提供するが、ニードルが溶解した後、穴が閉じてしまうので、長期間にわたる持続性または制御デリバリーを提供することができない。持続性および制御経皮ドラッグデリバリーを提供するマイクロニードルアレイシステムは、今日まで依然として提供されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
本発明のマイクロニードルシステムは、乾燥したガラス状態で表皮を貫通するのに十分な硬さと強度をもつ親水性ポリマー材料から製造されるが、真皮と接触すると体液を吸収してヒドロゲル状態への相転移が起こる。この経皮パッチは、マイクロニードルアレイおよびマイクロニードルが（統合された一部分として）アレイとして立つ頂部にある薬物貯留プレート(以降、保持プレートという)からなる。デリバリーされる治療薬およびその他の作用剤は、ニードルのマトリックスおよび貯留プレートに坦持させるか、ニードルのみに坦持させることができる。
【０００８】
相転移マイクロニードルシステムの作動メカニズムを図１に示す。親水性ポリマーから製造されたマイクロニードルが、表皮を貫通し、次いで体液を吸収して水和し、ニードルのマトリックスおよび／または貯留プレートに坦持されたタンパク質、ペプチド、遺伝子またはその他の水溶性治療薬が透過可能なヒドロゲル状態になる。乾燥状態から水和ゲル状態へのニードルおよびプレートの相転移中、システムに坦持された疎油性作用剤のための拡散チャネルが開く（形成される）。このマイクロニードルシステムは、多糖類から製造されるシステムとは、マイクロニードルが水和によって消失しないことのみならず、持続性拡散チャネルとして皮膚内に残ると言う点で相違する。制御放出デリバリーは、３つの因子によって達成される：ポリマー相転移、薬物拡散ならびにマイクロニードルパッチの製造過程（プログラム化キャスティング）。
【０００９】
相転移という性質以外に、本発明マイクロニードルアレイシステムの１つの重要な利点は、その容易かつ多機能の製造過程である。マイクロニードルアレイは、アレイとして表面に整列した微小穴を有する鋳型にマイクロニードル形成ポリマーの水溶液をキャスティングすることによって簡単に製造することができる。マイクロニードルパッチの最終的形態を、キャスティングした溶液を乾燥することによって成形し、鋳型から外す。鋳型にキャスティングする前に、デリバリーされる薬物をポリマー溶液に加える。このシステムの独特で興味深い特徴は、その製造過程を用いて所望の放出パターンを達成できることである。プログラム化キャスティング（すなわち、段階的に異なる濃度の薬物を含むポリマー溶液を鋳型にキャスティングすること）によって、正確にプログラムされた薬物放出プロフィールを達成することができる。図２は、プログラム化キャスティングの過程を図式的に示すものである。
【００１０】
たとえば、まず、薬物を坦持するポリマー溶液を微小穴を配列した鋳型にキャスティングしてマイクロニードル保持層を形成する。次いで、無薬物（または薬物濃度の低い）ポリマー溶液を第１相の頂部にキャスティングする。この薬物坦持および無薬物（または薬物濃度の低い）キャスティングを数回繰り返すことによって、プログラム化マルチパルス放出プロフィールを達成することができる。この場合、各パルスのピーク高さは、各ポリマー溶液中の薬物濃度によって決定することができ、各パルスのピーク幅は、各ポリマー層の厚さによって決定され、ピーク間隔は、無薬物（または薬物濃度の低い）層の厚さによってコントロールされる。直線状（ゼロ次）放出を達成するために、プログラム化キャスティング中、薬物濃度を徐々に増加する。
【００１１】
プログラム化キャスティング技術により、キャスティングの各層に対して異なるポリマー溶液を用いることによって、硬質ニードルおよび軟質保持プレート（乾燥状態でも軟質）を有するマイクロニードルパッチの製造をも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】相転移マイクロニードルシステムのメカニズムの略図。
【図２】プログラム化キャスティング法を用いるマイクロニードル製造過程の略図。
【図３】石膏鋳型に、PVAおよびデキストランの混合溶液をキャスティングすることによって製造されたマイクロニードルパッチの写真画像
【図４】染色（トリパンブルー）されたPVAおよびデキストランのマイクロニードルパッチによって穴を開けられたブタ皮膚の一片の写真画像。
【図５】種々の凍結解凍サイクルによる、PVAおよびデキストラン（PVA/デキストラン＝80/20）から作られたマイクロニードルパッチからのインスリンの累積放出プロファイル。
【図６】4サイクルの凍結解凍処理を受けた、PVA/デキストラン比の異なるPVAおよびデキストランから作られたマイクロニードルパッチからのインスリンの累積放出プロファイル。
【図７】三層のプログラム化キャスティング（薬物担持層−無薬物層−薬物担持層）によって製造された、PVAおよびデキストラン（PVA/デキストラン＝80/20）から作られたマイクロニードルパッチからのインスリンの累積放出プロファイル。
【図８】三層のプログラム化キャスティング（薬物担持層−無薬物層−薬物担持層）によって製造された、PVAおよびデキストラン（PVA/デキストラン＝80/20）から作られたマイクロニードルパッチからのインスリンの１時間ごとの放出プロファイル。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
発明の詳細な記載
ポリマー材料の選択
マイクロニードル形成ポリマーの選択は、相転移マイクロニードルパッチを製造するための第一歩である。ポリマーの水溶液に薬物を加え、鋳型にキャスティングするために、パッチを形成する前は、ポリマーは水溶性でなければならない。また、皮膚に貫通したマイクロニードルがその形状を維持し、デリバリーされる薬物のための持続的拡散チャネルを創成できるように、パッチを形成した後は、ポリマー材料は水溶性であってはならない。もちろん、材料は、乾燥状態における硬さと強度が皮膚を貫通するのに十分でなければならず、薬物のための拡散チャネルを開くために体液に接触するときに膨潤可能でなければならない。
【００１４】
上述の基準を満たす材料は、特定の条件（たとえば熱湯）下で、親水性で水溶性であるが、その後は水不溶性のヒドロゲル網状組織を形成する材料である。ヒドロゲル網状組織を形成するためには、化学的架橋または物理的架橋という２つの方法がある。化学的に架橋されたヒドロゲルマイクロニードルを製造するために、１つの実行可能な方法は、反応性基を有する多糖類を修飾することおよび多糖類溶液を鋳型にキャスティングした後に反応性基を架橋することである。物理的に架橋したヒドロゲルマイクロニードルのために、イオン相互作用および微結晶形成の２つのメカニズムを用いることができる。イオン相互作用メカニズムは多糖類のために、荷電基を処理する多糖類が、水溶液系で多価カウンターイオンと相互作用することができる。微結晶形成を解するメカニズムのために、微結晶から形成されうる水溶性ポリマーを用いるべきである。
【００１５】
マイクロニードルパッチを形成するのに用いたポリマー物質は、医薬業界において長年用いられており、皮膚およびたんぱく質と適合することがわかっている。
【００１６】
本発明の一例において、ポリビニルアルコール(PVA)を用いて、マイクロニードルパッチが形成された。PVAは、湯に可溶であるが、その水溶液が、凍結し、溶ける場合、ヒドロゲルが形成される。PVA溶液が、多くのサイクルに付されると、より多くの微結晶ドメイン（ヒドロゲルネットワークの架橋ジャンクションとして機能する）が形成される。
【００１７】
相転移のためのもう１つの重要な基準は、硬さである。PVAは、破壊に対しては丈夫であるが、皮膚を貫通するには不十分な硬さである。PVAは、環境温度が25℃以上になると、可塑性になる。この問題は、たとえば、デキストラン、アルギニン酸塩、ヒアルロン酸、キトサンまたはセルロースなどの多糖類によって容易に解決することができる。しかしながら、デキストランなどの多糖類は、水に可溶性であるから、体液に接触する場合にヒドロゲルネットワークとニードルの形状を維持するために、PVAマトリックスに混合される多糖類の含量は、制限されるべきである(25重量%以下)。
【００１８】
マイクロニードルパッチの設計
本発明は、マイクロニードルパッチのいくつかのサイン(sign)も開示する。十分な用量の制御放出経皮デリバリーのために、鋳型からはずしたパッチは、マイクロニードルアレイおよび薬物貯蔵プレート（マイクロニードルアレイをもつ統合されたピースとしての「保持プレート」)からなるべきであり、マイクロニードルアレイそれ自体が薬物貯蔵槽の一部である。いったん、皮膚に塗布されると、ポリマーマイクロニードルが、角質層を貫通し、統合パッチが、体液を吸収し、底部から上に向かって徐々に膨潤して、担持された治療薬のための拡散チャネルを形成する。膨潤プロセス自体は、担持されたたんぱく質、ペプチドまたは治療薬の制御放出デリバリーのメカニズムの一部である(薬物の拡散とともに)。
【００１９】
経皮パッチからの所定の薬物のための薬物放出速度は、ヒドロゲルマトリックスの架橋ジャンクションの密度および水和によって形成された拡散チャネルのサイズによって調節することができる。これらの２つの重要な基準は、パッチ形成プロセスおよびパッチ組成物によって達成される。本発明において検討されるPVA-デキストランパッチのために、凍結-解凍処理のサイクルが多いほど、より多くの架橋ジャンクション集団が形成され、PVAに混入されるデキストランの含量が多いほど、より大きい拡散チャネルが形成される。
【００２０】
プログラムされたマルチパルス放出を達成するために、プログラム化キャスティングが可能である。様々な濃度の所定の薬物を担持した水性ポリマー溶液をマイクロニードル形成鋳型(キャスティング鋳型)に段階的に、および放出プロフィールが正確に設計されうるように、うまく設計されたプログラムにおいてキャスティングすることができる。
【００２１】
直線(ゼロ次)放出プロフィールを達成するために、(薬物)濃度−勾配キャスティングを行う。簡単に述べると、キャスティングは、所定の薬物を低濃度でロードされたポリマー溶液から、高濃度の薬物への順序で段階的である。
【００２２】
分子量1OK以上の生物学的治療薬にとって、ヒドロゲルマトリックスの拡散チャネルのサイズは、十分大きくないかもしれない。この場合、高分子治療薬が主としてマイクロニードルにロードされる場合もある(すなわち、マイクロニードルが主な薬物貯蔵槽である)。
【００２３】
このマイクロニードル技術は、美容用膜としても用いられる。この場合、ヒトの顔のアウトライン(輪郭)にフィットするように、パッチは、マイクロニードルは硬いが、保持プレートは柔らかいように設計される。本発明の一例として、多糖類の代わりに、PEG(またはグリセロール)を保持プレートのPVAマトリックスに混合する。
【００２４】
キャスティングプロセスおよび鋳型設計
我々の相転移マイクロニードルパッチを作り上げる許容され、かつ実行可能なキャスティングプロセスは、２つの目的：1)キャスティング鋳型の微細孔を完全充填する粘稠なポリマー溶液を有すること；2)ニードルの崩壊や変形を引き起こすことなくキャストされたマイクロニードルパッチを乾燥すること；を確保しなければならない。本発明において、キャスティングプロセスおよびキャスティング鋳型の合理的設計によって２つの目標が達成される。ポリマー溶液(ポリマーは通常粘稠である)が微細孔に充填されるのを可能にするために、力が適用されるべきである。２つの力が考えられる：遠心力と静水圧である。製造目的から、後者が、スケールアップすることがより手頃な価格で簡単である。一方、ニードルの崩壊や変形を回避するために、乾燥プロセスは、ニードルに(保持プレートに起こるかもしれない)乾燥誘導性崩壊が起こらないことを確保しなければならない。言い換えると、ニードルが保持プレートの前に硬化することができるように、水の蒸発はニードルから開始されるである。
【００２５】
鋳型設計は、上述した製造過程用件を満たすものでなければならない。親水性微細孔を充填するためにポリマー溶液に力を加えるために、鋳型材料(または微細孔)は、キャスティング中の微細孔中における空気とラッピングを回避するために、通気性であるべきである。通気性があることは、また、鋳型の裏面側における真空の適用により微細孔にポリマー溶液を吸引する(すなわち、溶液を孔に強制的に通す静水力を生み出す)のを可能にする。一方、パッチを形成する成分が鋳型材料の細孔に入って失われないように、鋳型は、液体を漏らすべきではない。鋳型材料の表面、特にマイクロニードル形成ポリマー溶液に接触する微細孔の表面の特性は、水性ポリマー溶液と良好に接触することができるように親水性であるべきである。しかしながら、接触は、乾燥したマイクロニードルが、容易に鋳型から取り外せるように、接着であってはならない。一例として、セラミック材料および石膏を用いて本発明の鋳型を形成する。
【００２６】
相転移マイクロニードルパッチのパッケージング
水誘導性相転移(硬いキセロゲルから柔らかいヒドロゲルへの)は、マイクロニードルパッチの作用メカニズムに関与するので、水の吸収によるマイクロニードルの軟化を回避してシステムを形成するための防水パッケージングは、重要なステップである。パッケージングのもう１つの機能は、マイクロニードルの鋭い先端を保護することである。マイクロニードルパッチのためのパッケージングは、皮膚に触れるための接着性周囲、マイクロニードルによって貫通され、保持プレートの表面に密着する薄いテフロン膜、マイクロニードルを挿入するスポンジ層、および水を吸収することからパッチをシールするためのスポンジの上のもう１つの防水性膜を有する防水背面を含む。適用の前に、頂部膜およびスポンジ層を除去する。
【００２７】
層転移マイクロニードルパッチの適用
本発明で開発された相転移はマイクロニードルパッチは、タンパク質およびペプチド薬、遺伝子およびRNA、サブユニットワクチンおよび化粧料などの様々な治療薬の経皮デリバリーのために用いることができる。層転移マイクロニードルパッチを用いて経皮経路でデリバリーすることができるタンパク質およびペプチドは、インスリン、カルシトニン、エリスロポエチン(EPO)、エキセナチド、GLP-1 、GM-CSF、インターフェロン、第VIII因子、インターロイキン、HSF、PEG化組換えヒトインターフェロンα2b(PEG-IFNα2b)、組換えヒトインターフェロン(IFN)、組換えヒト副甲状腺ホルモン(PTH1-84)、組換えヒト可溶性CD40(CD154)リガンド/TRAP、組換えヒト骨形成タンパク質(BMP)、組換えヒトインターロイキン-15 (IL-15)、組換えヒト白血病抑制因子(LIF)、組換えヒトインターロイキン-2 (IL-2)、組換えヒト成長ホルモン(rHGH)、上皮成長因子(EGF)、塩基性線維芽細胞成長因子(FGF)、トランスフォーミング増殖因子ベータ1(TGF-β1)、IGF、組換えヒト血管内皮増殖因子(VEGF)、PDGF、内皮細胞成長因子(ECGF)、NGF、BDGF、脳由来成長因子A(BDGF-A)、組織ポリペプチド抗原(TPA)、抗体、血液凝固第VIII因子、遺伝性第IX因子、ヒト免疫グロブリン、幹細胞因子(SDFs)、活性化プロテインCなどの分子量200K以下の任意のものである。このシステムを用いてデリバリーされうるサブユニットワクチンは、分子量500K以下のものである。このシステムを用いてデリバリーされうる遺伝子およびRNAは、ナノ粒子または遊離分子として形成されるものである。
【００２８】
化粧料のために、パッチは、以下のような態様で設計することができる：マイクロニードルは、乾燥状態で硬いが、保持プレートは、ヒトの顔の輪郭にフィットするように柔らかい。硬マイクロニードルを形成する材料は、治療適用のためのパッチと同じであり、保持プレートは、液体PEGまたはグリセロールなどの柔軟材料を含む。非常に大きな分子(すなわち、分子量100K以上)のデリバリーのために、デリバリーされる作用剤は、保持プレートよりもマイクロニードルのマトリックス中に主としてロードされるべきである。
以下の実施例は、一般的知識を有する当業者に、本発明の技術をよりよく理解するための分かりやすい説明および方法を提供する。実施例は、本発明およびその適用の範囲を限定するために使用されるべきではない。
【実施例１】
【００２９】
ポリビニルアルコール(PVA)およびデキストランを用いる相転移マイクロニードルパッチの製造
PVA(濃度15十慮%および重量平均分子量10,000-250,000)およびデキストラン(濃度0-3重量%および重量平均分子量6,000-5,000,000)の混合水溶液を、微細孔のアレイからなる石膏鋳型にキャスティングした。ポリマー溶液を鋳型にキャスティングした後、鋳型の一方の側を真空にして、ポリマー溶液を微細孔に吸引した。鋳型にキャスティングする前に、デリバリーされる薬物(インスリンなど)を混合ポリマー溶液に加えた。微細孔を満たした後、サンプルを冷却して、水性溶液を凍結させた。室温まで温めた後、サンプルを再度凍結させ、凍結−解凍処置を数回繰り返して、PVAの結晶架橋ジャンクションの密度を調節した。次いで、ポリマーの頂部からの水の蒸発速度を遅らせるため、ポリマーの頂部表面を覆い、鋳型の下に真空を適用し続けて、保持プレートより先にマイクロニードルが乾燥するのを確保した。たとえシステムが崩壊した場合であっても、崩壊は、保持プレートからニードルへと下向きに起こった。最後に、乾燥したマイクロニードルパッチを鋳型から取り外し、防水材料で密封した。図３は、鋳型から取り外したマイクロニードルパッチの写真画像を示す。
【００３０】
上記のとおり鋳型から取り外したマイクロニードルパッチを体毛除去ブタ皮膚の一片に適用して、皮膚貫通能力を試験した。皮膚にパッチを適用する前に、トリパン・ブルーでマイクロニードルを染色した。図４は、染色したマイクロニードルパッチを貼り付けた直後のブタ皮膚の写真である。着色された孔は、マイクロニードルが皮膚を貫通することを示した。
【００３１】
ポリマー溶液の濃度は、マイクロニードルパッチのキャスティングプロセスの最適化の点で重要な変数である。脱水による体積の減少がマイクロニードルパッチの崩壊の主な原因なので、乾燥ステップ中のマイクロニードルの変形を防止または制限するためにはより高濃度であるのが好ましい。しかしながら、高濃度のポリマー溶液は、より粘稠であるから、鋳型の微細孔への充填が困難になる。一方、低濃度のポリマー溶液は、微細孔への充填がより容易であるが、脱水による体積崩壊が、より重大になる。濃度限度を決定するために、濃度5重量%〜30重量%のPVA溶液を審査した。結果を以下の表にまとめる。
【００３２】
第１表  マイクロニードルパッチのキャスティングプロセスにおけるポリマー濃度の影響
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【実施例２】
【００３３】
マイクロニードルパッチからのインスリンの放出速度
インスリンの放出プロフィールを試験するために、100 rpmで撹拌しているpH 7.4のPBS緩衝液で満たしたフランツ拡散セル(受容プールとして)にマウントされたモデル皮膚に、上記のように製造したマイクロニードルパッチを付着させた。頂部からの水の蒸発を防止するためにパッチをプラスチックフィルムで覆った。PBS緩衝液中のインスリン濃度変化をアッセイすることによって37℃にてパッチからのインスリンの放出速度を調べた。プログラムされた時間でサンプルを受容セルから取り出し、HPLCを用いてインスリン濃度をアッセイした。インスリン濃度をアッセイした。様々な凍結−解凍処理サイクルから形成された相転移マイクロニードルパッチおよび様々な比率のPVAおよびデキストランから形成された相転移マイクロニードルパッチからのインスリンの累積放出のプロフィールをそれぞれ図５および図６に示す。
【００３４】
図５は、固定PVA/デキストラン重量比(80/20)および様々な凍結−解凍サイクル(2、4および6回)で製造されたパッチの累積放出プロフィールを示す。2および4回の凍結−解凍サイクルを介して製造されたパッチでは、放出は、実験から40時間で停止された。しかしながら、総インスリンの70%が前者から、そして60%が後者から放出された。図６は、凍結−解凍サイクル(4回)および変化させたPVA/デキストラン重量比(100/0、90/10および80/20)を介して製造されたパッチの放出プロフィールを示す。インスリン放出の速度および程度は、デキストラン含量が増加すると増加した。
【実施例３】
【００３５】
プログラム化キャスティング(鋳造)を介する層状相転移マイクロニードルパッチの製造
２つの方法を用いて、層状相転移マイクロニードルパッチを製造した：繰り返しキャスティングおよび予備形成シートの組み立て。どんな方法であれ、マイクロニードルアレイの層は、微細孔のアレイを有する鋳型にポリマー溶液をキャスティングすることによって形成された。繰り返しキャスティング法では、薬物を含まない(または薬物の量が少ない溶液)溶液の層は、凍結処理の後に第一層の頂部にキャスティングされた(凍結ステップが省略されることもあった)。設計された構造に達するまで、この操作を数回繰り返した。図２は、製造プロセスを模式的に示す。薬物濃度および各層の厚さは、設計された放出プロフィールを達成するために変えることができる。
【００３６】
組み立て法(図示せず)では、薬物を含まないかまたは薬物の量が少ない溶液をマイクロニードルアレイの層の頂部にキャスティングし、予備形成した薬物担持PVA-デキストランシートをキャスティングした層の上に新たに置く。次いで、薬物を含まないかまたは薬物の量が少ない溶液をシートの頂部に再度キャスティングし、次いで、もう１つの予備形成シートを組み立てる。設計された構造が組み立てられるまで、この操作を繰り返す。２つの方法は、薬物放出プロフィールにおいて大きな差異はない。
【実施例４】
【００３７】
プログラム化キャスティングによって製造された相転移マイクロニードルパッチからのインスリン放出プロフィール
実施例２に記載した手順を用いて、プログラム化キャスティングによって製造されたマイクロニードルパッチを調べた。図７および図８は、それぞれ、三層マイクロニードルパッチ(薬物担持＋薬物なし＋薬物担持)からのインスリンの累積放出プロフィールおよび毎時放出プロフィールを示す。パッチのPVA/デキストランの重量比は、85/15であり、薬物担持層のインスリン含量は、1重量%であった。明らかに、プログラム化キャスティングによって、所望のプロフィール(５時間間隔の２つのインスリン放出ピーク)が達成された。
【実施例５】
【００３８】
硬いニードルおよび軟らかい保持プレートからなる相転移マイクロニードルパッチの製造
ヒトの顔の輪郭にフィットさせるために、PEG(重量平均分子量100〜1,000)またはグリセロールと混合したPVA溶液を用いて保持プレートをキャスティングした。まず、マイクロニードルアレイを有する層のために、PVAおよびデキストランの混合溶液を鋳型にキャスティングした。サンプルを凍結処理に付した後、PVAおよびPEG-600(またはグリセロール)を含むもう１つのポリマー溶液を第１の層の頂部にキャスティングし、次いで、実施例１のように乾燥プロセスを行った。鋳型から取り外したパッチは、硬いニードルおよび軟らかい保持プレート（データ示さず）を有することが確認された(パッチを手で触ることによって確認)。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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