(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節リウマチ薬を皮膚バリアを透過して送達するためのデバイスであって、
チャンネルを含むマイクロニードルのアレイと、
少なくとも１つの前記マイクロニードルの外表面上に形成されかつ互いに離間して所定のパターンで配列された複数のナノ構造体と、
前記マイクロニードルの前記チャンネルに流体連通する貯蔵部と、
前記貯蔵部に保持された関節リウマチ薬とを含むことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記所定のパターンが、複数のマイクロ構造体をさらに含み、
前記ナノ構造体が、前記マイクロ構造体よりも小さい断面寸法を有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記マイクロ構造体の断面寸法より小さくかつ前記複数のナノ構造体の断面寸法より大きい断面寸法を有する複数の別のナノ構造体をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記複数のナノ構造体のうちの少なくとも一部のナノ構造体が、約５ｎｍ〜５００ｎｍの断面寸法を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の医療デバイス。
【請求項５】
前記複数のナノ構造体のうちの少なくとも一部のナノ構造体が、約５０ｎｍ〜１μｍの中心間距離を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の医療デバイス。
【請求項６】
前記複数のナノ構造体のうちの少なくとも一部のナノ構造体が、約１０ｎｍ〜２０μｍの高さを有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の医療デバイス。
【請求項７】
前記複数のナノ構造体のうちの少なくとも一部のナノ構造体が、約０．１５〜３０のアスペクト比を有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の医療デバイス。
【請求項８】
前記関節リウマチ薬が、疾患修飾性抗リウマチ薬であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記関節リウマチ薬が、タンパク質治療薬であることを特徴とする請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記関節リウマチ薬が、ＴＮＦ−α阻害薬またはＩＬ−１阻害薬であることを特徴とする請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記関節リウマチ薬が、抗炎症薬であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記関節リウマチ薬が、鎮痛薬であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１３】
関節リウマチ薬を皮膚バリアを透過して送達するためのデバイスを形成する方法であって、
マイクロニードルアレイを作製するステップと、
前記マイクロニードルのうちの少なくとも１本のマイクロニードルの外表面上に互いに離間して配置される複数のナノ構造体のパターンを作製するステップと、
貯蔵部を前記マイクロニードルに流体連通するように前記マイクロニードルと関連付けるステップと、
前記貯蔵部内に間接リウマチ薬を保持させるステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記貯蔵部が、前記マイクロニードルアレイが配置されている基板に取り付けられていることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記貯蔵部が、前記マイクロニードルアレイに取り外し可能に結合可能であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記パターンが、１より大きいフラクタル次元を有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
複数の前記ナノ構造体の少なくとも一部の断面寸法が１００〜３００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
複数の前記ナノ構造体は、互いに概ね等しい断面寸法を有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
互いに隣接する２つの前記ナノ構造体の平均断面寸法の、その２つの前記ナノ構造体の中心間距離に対する比は、１：１から１：４であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記ナノ構造体間の距離は、少なくとも一部において等距離であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２１】
複数の前記ナノ構造体の少なくとも一部は、複数のピラーによって形成されたことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記チャンネルの断面寸法は、１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記チャンネルの長さは、約１０〜８００μｍであることを特徴とする請求項２２に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関節リウマチ薬の送達に関する。
【０００２】
関連出願の相互参照
本願は、２０１０年４月２８日出願の米国仮特許出願第６１／３２８，７２３号、２０１０年１１月８日出願の米国仮特許出願第６１／４１１，１０１号及び２０１１年１月２５日出願の米国仮特許出願第６１／４３５，９７３号に基づく優先権を主張する。上記特許出願は全て、全文を引用することを以て本明細書の一部となす。
【背景技術】
【０００３】
関節リウマチ（ＲＡ）は、世界中の数百万人の人々に影響を及ぼしかつ既知の治療法がない慢性疾患である。一般に滑膜関節への攻撃を連想させるが、関節リウマチは、皮膚、肺、腎臓及び循環系を含む複数の組織及び臓器に影響を及ぼし得る。
【０００４】
栄養療法、理学療法、作業療法などの向上により、治療選択肢が広がった。薬物治療選択肢もまた、鎮痛薬及び抗炎症薬（ステロイド系抗炎症薬及び非ステロイド系抗炎症薬（ＮＳＡＩＤｓ）の両者）並びに、より新しい疾患修飾性抗リウマチ薬（ＤＭＡＲＤｓ）（これには、生物学的製剤（例えば、ＴＮＦ−α阻害薬やＩＬ−１阻害薬などのタンパク質阻害剤）も含み得る）を用いた疼痛管理による症状抑制治療を含むまでに広がっている。
【０００５】
全身薬物送達及び標的薬物送達はともに、ＲＡの治療に用いることができる。例えば、コルチコステロイド抗炎症薬は多くの場合注射により関節に直接送達されるが、多くのＤＭＡＲＤｓは、疾患の進行を遅くする目的で、経口で全身的に送達される。経口送達及び注射は、ＲＡ薬の送達の基本的手段であり続けている。しかし、これらの送達方法は、高濃度の初期バーストが起こり、それに続いて濃度が着実に低下して薬剤が送達されるので、問題である。さらに、多くのＤＭＡＲＤｓは毒性の問題があるので、薬剤の高い初期バースト濃度は非常に限定され、従って、送達後のトレーリング（trailing）濃度は非常に低くなる。
【０００６】
ＲＡ薬が或る期間にわたって効果的な一定濃度でかつ活性状態で送達される経路を提供する薬物送達デバイスがあれば、大いに役立つであろう。この目標に到達するために、多くの困難を克服しなければならない。例えば、人体は、異物の流入を防止するための多くのシステム、例えば、消化管内での酵素分解、上皮を透過しての吸収を防止する構成成分、肝クリアランス並びに、免疫反応（免疫応答）及び異物反応を発達させてきた。
【０００７】
眩暈及びニコチン中毒の治療薬並びに避妊薬を含む特定の薬剤を徐放するための経皮デバイスが開発されてきた。好結果を得るために、経皮デバイスは、異物の侵入を阻止するという基本的な機能を有する表皮を透過して薬剤を送達しなければならない。表皮の最外層である角質層は、コルネオデスモソーム（coreodesmosomes）によって結合されかつ脂質マトリックスに埋め込まれた幾重にも重なった層を構成する角質細胞と架橋ケラチン繊維とによって提供される構造的安定性を有しており、これらは全て優れたバリア機能を提供する。角質層の真下には顆粒層があり、その内部では、ケラチノサイト間にタイトジャンクションが形成されている。タイトジャンクションは、隣接する細胞膜に埋め込まれた膜貫通タンパク質（例えば、クローディン、オクルディン、結合部接着分子）と複数のプラーク・タンパク質（例えば、ＺＯ−１、ＺＯ−２、ＺＯ−３、シングリン（cingulin）、シンプレキン（symplekin））とのネットワークを含むバリア構造である。タイトジャンクションは、体内上皮（例えば、腸上皮、血液脳関門）及び皮膚の顆粒層に見られる。角質層及び顆粒層の真下には、有棘層がある。有棘層にはランゲルハンス細胞が含まれており、ランゲルハンス細胞は、十分に機能する抗原提示細胞になることができかつ体内に侵入してきた病原体に対する免疫反応及び／または異物反応を誘導することができる樹状細胞である。
【０００８】
特定のＲＡ薬のために、経皮送達が提唱されてきた。例えば、経皮パッチは、アーユルベーダの薬草（非特許文献１）及び鎮痛薬フェンタニル（非特許文献２）とそれぞれ併用することが提唱されている。
【０００９】
残念ながら、経皮送達方法は現在、親脂性が中程度で電荷を帯びていない低分子量薬剤の送達に限られている。天然の境界（表皮）の通過に成功したとしても、送達される薬剤の活性レベルの維持、並びに異物反応及び免疫反応の回避に関する問題が尚も残る。
【００１０】
この送達経路は、活性薬剤の経皮送達を促進する追加的な方法の利用によって改善された。例えば、マイクロニードルデバイスは、物質を皮膚内へまたは皮膚を透過して輸送するのに有用であることが分かっていたが、ＲＡ薬とともに使用するためにマイクロニードルデバイスを用いることは見出されていなかった。一般に、マイクロニードルデバイスは、皮膚の角質層を貫通して下層に到達することができるニードルのアレイを含む。マイクロニードルデバイスの例は米国特許第６，３３４，８５６号明細書（特許文献１）及び米国特許第７，２２６，４３９号明細書（特許文献２）に記載されており、両文献は引用を以て本明細書の一部となす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，３３４，８５６号明細書
【特許文献２】米国特許第７，２２６，４３９号明細書
【特許文献３】米国特許第６，９９５，３３６号明細書
【特許文献４】米国特許第７，３７４，８６４号明細書
【特許文献５】米国特許第７，１８９，４３５号明細書
【特許文献６】米国特許第６，９２６，９５３号明細書
【特許文献７】米国特許第３，７９７，４９４号明細書
【特許文献８】米国特許第４，０３１，８９４号明細書
【特許文献９】米国特許第４，２０１，２１１号明細書
【特許文献１０】米国特許第４，３７９，４５４号明細書
【特許文献１１】米国特許第４，４３６，７４１号明細書
【特許文献１２】米国特許第４，５８８，５８０号明細書
【特許文献１３】米国特許第４，６１５，６９９号明細書
【特許文献１４】米国特許第４，６６１，１０５号明細書
【特許文献１５】米国特許第４，６８１，５８４号明細書
【特許文献１６】米国特許第４，６９８，０６２号明細書
【特許文献１７】米国特許第４，７２５，２７２号明細書
【特許文献１８】米国特許第４，８３２，９５３号明細書
【特許文献１９】米国特許第４，９０８，０２７号明細書
【特許文献２０】米国特許第５，００４，６１０号明細書
【特許文献２１】米国特許第５，３１０，５５９号明細書
【特許文献２２】米国特許第５，３４２，６２３号明細書
【特許文献２３】米国特許第５，３４４，６５６号明細書
【特許文献２４】米国特許第５，３６４，６３０号明細書
【特許文献２５】米国特許第６，３７５，９７８号明細書
【特許文献２６】米国特許第７，２５０，０３７号明細書
【特許文献２７】米国特許第７，３１５，７５８号明細書
【特許文献２８】米国特許第７，４２９，２５８号明細書
【特許文献２９】米国特許第７，５８２，０６９号明細書
【特許文献３０】米国特許第７，６１１，４８１号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Verma, et al., Ancient Sci. Life, 2007; 11:66-9
【非特許文献２】Berliner, et al., Clin J Pain, 2007 July-Aug;23(6):530-4
【非特許文献３】Brunauer, Emmet, and Teller (J. Amer. Chem. Soc., vol. 60, Feb., 1938, pp. 309-319)
【非特許文献４】Wood, J R Soc Interface, 2007 February 22; 4(12): 1-17
【非特許文献５】Ahmed et al., Thin Solid Films 187: 141-153 (1990)
【非特許文献６】Fractal Surfaces, John C. Russ, Springer-Verlag New York, LLC, July, 2008
【非特許文献７】Schubert, et al.（Sliding induced adhesion of stiff polymer microfiber arrays: 2. Microscale behaviour, Journal Royal Society, Interface, Jan. 22, 2008. 10.1098/rsif.2007.1309）
【非特許文献８】Woodward, First Ten Angstroms, Portsmouth, VA
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一実施形態によれば、１若しくは複数のＲＡ薬を皮膚バリアを透過して送達するためのデバイスが開示される。例えば、本発明のデバイスは、マイクロニードルと、その表面上に作製された複数のナノ構造体とを含むことができる。より具体的には、これらのナノ構造体は、所定のパターンで配列される。本発明のデバイスは、マイクロニードルに流体連通する関節リウマチ薬を含むこともできる。
【００１４】
関節リウマチ薬を皮膚バリアを透過して送達するための方法も開示される。例えば、本方法は、マイクロニードルにより角質層を穿刺するステップを含むことができ、該マイクロニードルは、マイクロニードルの表面上に形成されかつ或るパターンで配列された複数のナノ構造体を含む。関節リウマチ薬は、マイクロニードルに流体連通させることができる。従って、マイクロニードルによる角質層の穿刺に続いて、関節リウマチ薬を角質層を透過して輸送することができる。
【００１５】
関節リウマチ薬を皮膚バリアを透過して送達するためのデバイスを形成する方法も開示される。本方法は、マイクロニードルのアレイを作製するステップと、該マイクロニードルのうちの少なくとも１つのマイクロニードルの表面上に複数のナノ構造体のパターンを作製するステップと、関節リウマチ薬を、マイクロニードルに流体連通するようにマイクロニードルと関連付けるステップとを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
当業者を対象にした本発明の完全かつ実現可能な開示（ベストモードを含む）は、以下の添付図面の参照を含む本明細書の残りの部分により詳しく説明される。
【００１７】
【図１】マイクロニードルデバイスの一実施形態を示す。
【図２】マイクロニードルデバイスの別の実施形態を示す。
【図３】細胞外マトリックス（ＥＣＭ）と相互作用し得るナノトポグラフィを画定する表面を含むマイクロニードルの一実施形態を示す。
【図４】マイクロニードル表面上に形成され得る複雑なパターンの一実施形態を示す。
【図５】図４の複雑なパターンの複数の繰り返しを含むパターンを示す。
【図６】シェルピンスキーの三角形のフラクタルを示す。
【図７】７Ａ〜７Ｄからなり、複雑なフラクタル及びフラクタル様のナノトポグラフィを示す。
【図８】マイクロニードル表面上に形成され得る別の複雑なパターンを示す。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）からなり、本明細書で説明されるナノサイズ構造体に使用され得る例示的な充填密度を示し、それぞれ、正方充填（Ａ）、六方充填（Ｂ）、円充填（Ｃ）の各デザインを示す。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）からなり、本発明のデバイスの作製の一実施形態に用いられ得るナノインプリント法を概略的に示す。
【図１１】（Ａ）〜（Ｂ）からなり、デバイスの一実施形態を概略的に示す。
【図１２】経皮パッチの一実施形態の斜視図であり、薬剤化合物を送達する前の状態を示す。
【図１３】図１２のパッチの正面図である。
【図１４】図１２のパッチの斜視図であり、パッチからリリース部材を部分的に引き出した状態を示す。
【図１５】図１２のパッチの正面図である。
【図１６】図１２のパッチの斜視図であり、リリース部材の除去後の使用時の状態を示す。
【図１７】図１６のパッチの正面図である。
【図１８】経皮パッチの別の実施形態の斜視図であり、薬剤化合物を送達する前の状態を示す。
【図１９】図１８のパッチの正面図である。
【図２０】図１８のパッチの斜視図であり、パッチからリリース部材を部分的に剥がした状態を示す。
【図２１】図２０のパッチの正面図である。
【図２２】図１８のパッチの斜視図であり、パッチからリリース部材を完全に剥がした状態を示す。
【図２３】図１８のパッチの斜視図であり、リリース部材の除去後の使用時の状態を示す。
【図２４Ａ】本明細書に記載の幾つかのナノトポグラフィパターンのうちの１つを示す。
【図２４Ｂ】本明細書に記載の幾つかのナノトポグラフィパターンのうちの１つを示す。
【図２４Ｃ】本明細書に記載の幾つかのナノトポグラフィパターンのうちの１つを示す。
【図２４Ｄ】本明細書に記載の幾つかのナノトポグラフィパターンのうちの１つを示す。
【図２４Ｅ】本明細書に記載の幾つかのナノトポグラフィパターンのうちの１つを示す。
【図２５】ナノパターニングされた表面を含むフィルムのＳＥＭである。
【図２６Ａ】別のナノパターニングされた表面を含むフィルムのＳＥＭである。
【図２６Ｂ】別のナノパターニングされた表面を含むフィルムのＳＥＭである。
【図２７】別のナノパターニングされた表面を含むフィルムのＳＥＭである。
【図２８】別のナノパターニングされた表面を含むフィルムのＳＥＭである。
【図２９】別のナノパターニングされた表面を含むフィルムのＳＥＭである。
【図３０】別のナノパターニングされた表面を含むフィルムのＳＥＭである。
【図３１】別のナノパターニングされた表面を含むフィルムのＳＥＭである。
【図３２】別のナノパターニングされた表面を含むフィルムのＳＥＭである。
【図３３】別のナノパターニングされた表面を含むフィルムのＳＥＭである。
【図３４】本明細書に記載のナノパターンがパターニングされたポリスチレンフィルム上の細胞単層におけるウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）の透過率に対する効果をグラフで示す。
【図３５Ａ】本明細書に記載のナノパターンがパターニングされたポリスチレンフィルム上の細胞単層における免疫グロブリンＧ（ＩｇＧ）の透過率に対する効果をグラフで示す。
【図３５Ｂ】本明細書に記載のナノパターンがパターニングされたポリスチレンフィルム上の細胞単層における免疫グロブリンＧ（ＩｇＧ）の透過率に対する効果をグラフで示す。
【図３６Ａ】本明細書に記載のパターニングされたポリスチレン表面上の細胞単層内外のＩｇＧの傍細胞輸送を示す３次元生死判別蛍光染色像である。
【図３６Ｂ】本明細書に記載のパターニングされたポリスチレン表面上の細胞単層内外のＩｇＧの経細胞輸送を示す３次元生死判別蛍光染色像である。
【図３７】本明細書に記載のナノパターンがパターニングされたポリプロピレンフィルム上の細胞単層におけるＢＳＡの透過率に対する効果をグラフで示す。
【図３８】本明細書に記載のナノパターンがパターニングされたポリプロピレンフィルム上の細胞単層におけるＩｇＧの透過率に対する効果をグラフで示す。
【図３９Ａ】本明細書に記載のパターニングされたポリプロピレン上の細胞単層内外のＩｇＧの傍細胞輸送を示す３次元生死判別蛍光染色像である。
【図３９Ｂ】本明細書に記載のパターニングされたポリプロピレン上の細胞単層内外のＩｇＧの傍細胞輸送を示す３次元生死判別蛍光染色像である。
【図４０】（Ａ）〜（Ｆ）からなり、本明細書に記載のナノパターニングされた表面上で培養された細胞の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
【図４１】本明細書に記載のナノパターンを持つポリプロピレンまたはポリスチレンフィルムパターン上の細胞単層におけるエタネルセプトの透過率に対する効果を示す。
【図４２】本明細書に記載のナノパターンを持つポリプロピレンまたはポリスチレンフィルムパターンに２時間接触させた後の細胞層のエタネルセプトの透過率の増加を示す。
【図４３】表面層を含み、該表面層上にナノ構造体のパターンを画定するマイクロニードルのアレイである。
【図４４】図４３のアレイのうちの１本のマイクロニードルである。
【図４５】本明細書に記載のデバイスにより送達されたタンパク質治療薬のＰＫプロファイルをグラフで示す。
【図４６Ａ】皮膚内外のタンパク質治療薬の経皮送達後の、表面上にナノトポグラフィを画定する経皮デバイスに接触していた皮膚の断面像である。
【図４６Ｂ】皮膚内外のタンパク質治療薬の経皮送達後の、表面上にナノトポグラフィのパターンが形成されていない経皮デバイスに接触していた皮膚の断面像である。
【図４７】本明細書に記載のデバイスにより送達されたタンパク質治療薬の血清濃度をグラフで示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の様々な実施形態について詳細に説明し、１以上の実施例を以下に示す。各実施例は、説明のために与えられるものであり、本発明を限定するためのものではない。事実、本発明の様々な変更及び変形が、本発明の範囲及び要旨から逸脱することなく行われ得ることは、当業者には明らかであろう。例えば、或る実施形態の一部として説明または図示された特徴を別の実施形態に適用することにより、さらなる別の実施形態を創出することができる。したがって、本発明は、このような変更形態及び変形形態を包含することを意図している。
【００１９】
本発明は、概して、ＲＡの治療に有用な化合物を送達するためのデバイスに関する。より具体的には、本発明のデバイスは、その表面に複数のマイクロニードル（極微針）と、該マイクロニードル上に形成された構造体のパターンとを含む。該構造体の少なくとも一部は、ナノメータスケールで形成されている。本発明のデバイスはまた、例えば、マイクロニードルを含む表面に流体連通されたデバイスの層または貯蔵部（リザーバ）に収容された１若しくは複数のＲＡ薬に関係している。
【００２０】
本発明のデバイスは、鎮痛薬や抗炎症薬などの症状抑制化合物や、生物学的ＤＭＡＲＤを含むＤＭＡＲＤｓを保持しかつ送達することができる。何らかの特定の理論に拘束されることは望まないが、本発明のデバイスの表面に形成されたナノメートルスケールの構造体は、皮膚バリアを透過しての症状抑制化合物の送達を向上させると考えられる。本発明のデバイスを使用することにより、ＲＡ薬を一定濃度で或る徐放期間にわたって送達することができる。本発明のデバイスは、経口送達や注射を含む以前から知られているＲＡ薬送達方法を用いる場合によく見られる濃度の初期バーストを防止することができる。
【００２１】
本発明のデバイスに組み込まれ得るＲＡ薬には、これらに限定しないが、１若しくは複数の鎮痛薬、抗炎症薬、ＤＭＡＲＤｓ、ハーブをベースにした薬剤、またはそれらの組み合わせが含まれ得る。当然ながら、特定の化合物は、大まかに、本明細書で説明する１以上の一般的なカテゴリに分類することができる。例えば、多くの化合物は、鎮痛薬と抗炎症薬の両方の機能を果たす；同様に、ハーブをベースにした薬剤は、ＤＭＡＲＤ及び抗炎症薬の機能を果たし得る。さらに、単一カテゴリに分類され得る複数の化合物を、本発明のデバイスに組み込んでもよい。例えば、本発明のデバイスは、アセトアミノフェン及びコデイン、またはアセトアミノフェン及びヒドロコドン（バイコディン）などの複数の鎮痛薬を含み得る。
【００２２】
本発明のデバイスに組み込まれ得る鎮痛薬及び／またはＮＳＡＩＤｓの例には、薬局で入手可能な（ＯＴＣ）比較的低用量の鎮痛薬が含まれ、そのようなものとしては、アセトアミド（アセトアミノフェンまたはパラセタモール）、アセチルサリチル酸（アスピリン）、イブプロフェン、ケトプロフェン、ナプロキセン、ナプロキセンナトリウムなどが挙げられる。本発明のデバイスに組み込まれ得る処方鎮痛薬及び／または抗炎症薬には、これらに限定しないが、処方を要する濃度のＯＴＣ鎮痛薬、セレコキシブ、スリンダク、オキサプロジン、サルサラート、ピロキシカム、インドメタシン、エトドラク、メロキシカム、ナブメトン、ケトロラック、ケトロラックトロメタミン、トルメチン、ジクロフェナク、ジプロクァロン、ジフルニサルが含まれ得る。麻薬性鎮痛薬には、コデイン、ヒドロコドン、オキシコドン、フェンタニル、プロポキシフェンが含まれ得る。
【００２３】
本発明のデバイスは、グルココルチコイドを主成分とする１若しくは複数のステロイド系抗炎症性化合物を含み得、そのようなものとしては、これらに限定しないが、コルチゾン、デキサメタゾン、プレドニゾロン、プレドニゾン、ヒドロコルチゾン、トリアムシノロン、メチルプレドニゾロン、ベタメタゾン、アルドステロンが挙げられる。
【００２４】
本発明のデバイスに含まれ得るＤＭＡＲＤｓは、低分子薬剤及び生物学的薬剤の両方を包含し得る。ＤＭＡＲＤｓは、化学的に合成してもよいし、または、遺伝子工学プロセス（例えば組み換え技術）によって作製してもよい。
【００２５】
本明細書に包含される化学的に合成されるＤＭＡＲＤｓには、これらに限定しないが、アザチオプリン、シクロスポリン（シクロスポリン、シクロスポリンＡ）、Ｄ−ペニシラミン、金塩（例えば、オーラノフィン、アウロチオマレイン酸ナトリウム（Myocrism））、クロロキン、ヒドロキシクロロキン、レフルノミド、メトトレキサート、ミノサイクリン、スルファサラジン、シクロホスファミドが含まれる。生物学的ＤＭＡＲＤｓには、これらに限定しないが、ＴＮＦα阻害薬、例えば、エタネルセプト（エンブレル（登録商標））、インフリキシマブ（レミケード（登録商標））、アダリムマブ（ヒュミラ（登録商標））、セルトリズマブペゴール（シムジア（登録商標））、ゴリムマブ（シンポニー（商標商標））；ＩＬ−１阻害薬、例えばアナキンラ（キネレット（登録商標））；Ｂ細胞に対するモノクローナル抗体、例えば、リツキシマブ（リツキサン（登録商標））；Ｔ細胞副刺激阻害薬、例えばアバタセプト（オレンシア（登録商標））；ＩＬ−６阻害薬、例えばトシリズマブ（ロアクテムラ（RoActemra）（登録商標）、アクテムラ（登録商標））；カルシニューリン阻害薬、例えばタクロリムス（プログラフ（登録商標））が含まれる。
【００２６】
本発明のデバイスには、１若しくは複数の、ハーブをベースにした薬剤や他の天然由来の薬剤が組み込まれ得る。例えば、アユルベーダ化合物、例えばボスウェル酸（ボスウェリア・セラータの抽出物）またはクルクミン（ウコン由来のクルクミノイド）や、他の天然由来化合物、例えばグルコサミン・サルフェイト（甲殻類の外骨格の加水分解または穀物の発酵により生成される）が、本発明のデバイスに組み込まれ得る。
【００２７】
本発明のデバイスには、複数のＲＡ薬が組み込まれ得る。例えば、本発明のデバイスは、鎮痛薬及び／または抗炎症薬に加えて、ＤＭＡＲＤｓの組み合わせを含み得る。ＤＭＡＲＤｓの一般的な組み合わせには、例えば、メトトレキサートとヒドロキシクロロキンとの組み合わせ、メトトレキサートとスルファサラジンとの組み合わせ、スルファサラジンとヒドロキシクロロキンとの組み合わせ、または、これらの３つのＤＭＡＲＤｓの全てすなわちメトトレキサートとスルファサラジンとヒドロキシクロロキンとの組み合わせが含まれる。
【００２８】
本発明のデバイスには、有益なことに、高分子量化合物及び／または低分子量化合物が組み込まれ得る。例えば、従来から、皮膚の天然バリアが原因でタンパク質治療薬の経皮送達に問題のあることが知られている。何らかの特定の理論に拘束されることは望まないが、本発明のデバイスのマイクロニードルにおけるナノトポグラフィの存在は、有益なことに、皮膚バリアの細胞及びＥＣＭと相互作用して、タンパク質治療薬の送達効率及び取り込みを向上させ得る。本明細書で使用される「タンパク質治療薬」なる用語は、一般的に、任意の生物学的に活性なタンパク質性化合物を指し、これらに限定しないが、天然化合物、合成化合物、組み換え化合物、融合タンパク質、キメラなど、あるいは、２０個の標準的アミノ酸及び／または合成アミノ酸を含む化合物が挙げられる。例えば、本発明のデバイスを顆粒層内またはその近傍に位置させることによってタイトジャンクション（密着結合）を開くことができ、それにより、高分子量薬剤の傍細胞輸送が可能になるか、あるいは向上する。本明細書で使用される高分子量薬剤なる用語は、一般的に、約４００Ｄａ以上、約１０Ｄａ以上、約２０Ｄａ以上、または約１００Ｄａ以上の高分子量を有する薬剤を指す。
【００２９】
より低分子量のＲＡ薬の送達を考慮する場合でも、本発明のデバイスと皮膚結合組織の成分との相互作用、並びにそれに伴う異物反応の減少及び該領域の局所的な化学ポテンシャルの向上に起因して、本発明のデバイスは送達効率の向上及び取り込みの改善を提供し得る。加えて、本発明のデバイスは、ＲＡ薬を一定濃度で所定の徐放時間に渡って送達することができ、このことは有益で有り得る。
【００３０】
本発明のデバイスは、ＲＡ薬に加えて、マイクロニードルを含む。マイクロニードル上には、複数のナノサイズ構造体が形成されている。本明細書で使用される「形成される（fabricated）」なる用語は概して、本発明のデバイスの表面に存在するように特別に設計、加工、及び／または構成された構造を指し、本発明のデバイスの製造時に偶発的に形成されたにすぎない表面特徴と同じではない。つまり、マイクロニードルの表面には、ナノ構造体の所定のパターンが存在し得る。
【００３１】
使用中は、本発明のデバイス、具体的には、マイクロニードル表面に形成されたナノサイズ構造体は、皮膚組織及びその成分と相互作用し得る。この相互作用は、細胞間相互作用、エンドサイトーシス、炎症反応などに関連する細胞内及び／または細胞間シグナル伝達を調整または調節（すなわち改変）し得る。例えば、マイクロニードル表面のナノトポグラフィと、その周囲の生物学的物質または構造との間の相互作用により、本発明のデバイスは、膜電位、膜タンパク質、及び／または細胞間結合（例えば、タイトジャンクション（密着結合）、ギャップ結合、及び／またはデスモソーム（接着斑））を調整及び／または調節することができる。このことにより、ＲＡ薬の経皮送達を向上させることができる。さらに、ＲＡ薬を、異物反応や免疫応答を引き起こすことなく、皮膚バリアを透過して送達させることができる。
【００３２】
本発明のデバイスとその周囲の生物学的成分との相互作用を向上させることにより、本発明のデバイスは、送達薬の取り込みを向上させ得る。例えば、ナノトポグラフィのパターンを有するデバイスを使用することにより、タンパク質治療薬の薬物動態（ＰＫ）プロファイル（すなわち、上皮膜を介した吸収プロファイル）を向上させることができる。例として、１００Ｄａを超える分子量、例えば、約２０〜２００ｋＤａ、または約１５０ｋＤａの分子量を有するタンパク質治療薬を、表面上にナノトポグラフィが画定されたパッチを介して、経皮的に送達することができる。一実施形態では、パッチを用いて、例えば、約２００〜５００μＬ、または約２５０μＬの単一用量のタンパク質治療薬を送達することができる。皮膚への経皮パッチの貼付後、該パッチを貼り付けられた者（レシピエント）は、投与から約１〜４時間以内に、パッチ面積の１ｃｍ２あたり、治療薬１ｍｌあたり、最大で約５００〜１０００ｎｇ、例えば約７５０〜８５０ｎｇの血清濃度の急激な上昇を反映したＰＫプロファイルを示し得る。この血清濃度の初期の急激な上昇は、皮膚バリアを透過して治療薬が急激に取り込まれたことを反映するものであり、その後、約２０〜３０時間（例えば約２４時間）で、治療薬の血清濃度は無視できるほどの濃度までゆるやかに下降し得る。さらに、送達された治療薬の急速な取り込みは、炎症をほとんどまたは全く伴わずに行うことができる。特に、経皮バリアを透過しての薬剤の送達を向上させることに加えて、本発明のデバイスは、異物反応及び他の望ましくない反応（例えば炎症）を抑えることもできる。従来公知のデバイス、例えば、皮膚接触面にナノトポグラフィが画定されていない経皮パッチを使用すると、局所的な炎症または刺激が生じることが多い。
【００３３】
さらに、何らかの特定の理論に拘束されることは望まないが、ナノパターニングされた基板との相互作用を介して、個々の細胞において特定のケモカインを含む特定のサイトカインの生成が上方制御または下方制御され得ると考えられる。発現プロファイルをそのように改変することにより、薬剤送達デバイスに対する細胞応答を最小限に抑えることができる。例えば、１若しくは複数の抗炎症性サイトカインの上方制御及び／または１若しくは複数の炎症性サイトカインの下方制御によって、炎症反応及び／または異物反応を最小限に抑えることができる。多くのサイトカインが、炎症への影響に照らして特徴付けられている。発現細胞がナノトポグラフィを有するデバイスの存在の影響を受けたときに発現プロファイルを改変できることが明らかになっている炎症性サイトカインには、これらに限定しないが、ＩＬ−１α、ＩＬ−１β、ＩＬ−２、ＩＬ−６、ＩＬ−８、ＩＬ−１０、ＩＬ−１２、ＩＬ１６、ＭＩＧ、ＭＩＰ−１α、ＭＩＰ−１β、ＫＣ、ＭＣＰ−１、ＴＮＦ−α、ＧＭ−ＣＳＩ、ＶＥＧＦなどが含まれる。発現プロファイルを改変できることが明らかになっている抗炎症性サイトカインには、これらに限定しないが、ＩＬ−１ｒａ、ＩＬ−４、ＩＬ−１０、ＩＬ−１３などが含まれ得る。発現プロファイルを改変できることが明らかになっている、異物反応に関連するサイトカインには、これらに限定しないが、ＩＬ−４、ＩＬ−１０、ＩＬ−１３などが含まれ得る。
【００３４】
本発明のデバイスは、金属、セラミック、半導体、有機体、ポリマー等、またはそれらの複合材料など、様々な材料から作製され得る。例として、医薬品グレードのステンレス鋼、チタン、ニッケル、鉄、金、スズ、クロム、銅、それらのまたは他の金属の合金、シリコン、二酸化ケイ素、またはポリマーが本発明のデバイスの作製に用いられ得る。一般的に、本発明のデバイスのマイクロニードルは、表面上にナノサイズの構造体のパターンを有することが可能な生体適合性材料から作製される。「生体適合性」なる用語は、一般的に、本発明のデバイスが適用される領域内の細胞または組織に対して実質的に悪影響を及ぼさない材料を指す。また、生体適合性材料は、本発明のデバイスが使用される生物の他の領域において、医療的に望ましくない影響を実質的に引き起こさないという意図もある。生体適合性材料は、合成材料または天然材料であり得る。生分解性材料でもある好適な生体適合性材料のいくつかの例には、乳酸やグリコール酸ポリラクチドなどのヒドロキシ酸のポリマー、ポリグリコリド、ポリラクチド−コ−グリコリド、ＰＥＧを有するコポリマー、ポリ酸無水物、ポリ（オルト）エステル、ポリウレタン、ポリ（酪酸）、ポリ（バレリアン酸）、ポリ（ラクチド−コ−カプロラクトン）が含まれる。他の適切な材料には、これらに限定しないが、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸、エチレン酢酸ビニール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステルが含まれ得る。本発明のデバイスの様々な部品（例えば、マイクロニードル、基部、頂部、薬剤送達領域）は、実質的に無孔性または有孔性であり得、デバイスの全体に渡って材料、形状、硬さなどが同一または互いに異なり得、かつ硬い固定または半固定形状を有し得る。
【００３５】
図１は、一般的なマイクロニードル経皮デバイス１０を示す。図に示すように、本発明のデバイス１０は、個々のマイクロニードル１２のアレイを含む。各マイクロニードル１２は、個々のマイクロニードルが破損することなく、皮膚バリアの全体または一部を貫通することができるようなサイズ及び形状に形成されている。マイクロニードルは、図１のような中実であり得、多孔質であるかまたは中空部分を含み得る。マイクロニードルは、マイクロニードルの方向と平行に延在し、必要に応じて分岐するかまたはマイクロニードルの側部へ出る中空部分、例えばマイクロニードルの全体または一部に渡って延在する円形ボアを含み得る。例えば、図２は、マイクロニードル１４のアレイを示す。各マイクロニードル１４は、その側部に、ＲＡ薬の皮下位置への送達のために用いられるチャンネル１６を有している。例えば、チャンネル１６は、チャンネル１６を介した薬剤の通過を可能にする接続部を基材１５の開口部とチャンネル１６との間に形成するように、基材１５の開口部と少なくとも部分的に整合されている。
【００３６】
チャンネル１６（存在する場合）の寸法は、薬剤化合物の毛細管流動を誘起するように特に選択されることができる。毛細管流動は一般的に、流体のチャンネル壁部に対する接着力が液体分子間の凝集力よりも大きい場合に生じる。具体的には、毛細管圧は、チャンネル１６の断面寸法に反比例し、かつ、液体の表面張力に該液体のチャンネル形成材料との接触角度の余弦を乗じた値に正比例する。したがって、パッチにおける毛細管流動を促進するために、チャンネル１６の断面寸法（例えば、幅や直径など）を選択的に調節することができる。チャンネルの断面寸法を小さくすると、毛細管圧力は大きくなる。例えば、いくつかの実施形態では、チャンネルの断面寸法は約１〜１００μｍ、いくつかの実施形態では約５〜５０μｍ、いくつかの実施形態では約１０〜３０μｍである。チャンネルの断面寸法は、一定であってもよいし、またはチャンネル１６の長さに応じて変化してもよい。また、チャンネルの長さも、薬剤化合物の体積、流速、ドウェル時間に応じて変更可能である。例えば、チャンネルの長さは、約１０〜８００μｍ、いくつかの実施形態では約５０〜５００μｍ、いくつかの実施形態では約１００〜３００μｍであり得る。また、チャンネルの断面積も変更可能である。例えば、チャンネルの断面積は、約５０〜１０００μｍ２、いくつかの実施形態では約１００〜５００μｍ２、いくつかの実施形態では約１５０〜３５０μｍ２であり得る。さらに、チャンネルのアスペクト比（長さ／断面寸法）は、約１〜５０、いくつかの実施形態では約５〜４０、いくつかの実施形態では約１０〜２０の範囲で有り得る。チャンネルの断面寸法（例えば、幅や直径など）及び／または長さがチャンネルの長さに応じて変化する場合、チャンネルのアスペクト比はチャンネルの断面寸法及び／または長さの平均から求めることができる。
【００３７】
図示したマイクロニードルの数は、例示目的にすぎないことを理解されたい。マイクロニードルアセンブリに使用されるマイクロニードルの実際の数は、例えば、約５００〜１００００本、いくつかの実施形態では約２０００〜８０００本、いくつかの実施形態では約４０００〜６０００本の範囲であり得る。
【００３８】
個々のマイクロニードルは、直線状またはテーパ状のシャフトを有し得る。一実施形態では、マイクロニードルの直径は、マイクロニードルの基部において最大であり、マイクロニードルの先端（遠位端）に向かって先細のテーパをなす。マイクロニードルは、直線状（非テーパ状）部分とテーパ状部分の両方を含むシャフトを有するように作製してもよい。
【００３９】
マイクロニードルは、断面が円形または非円形のシャフトを有するように形成してもよい。例えば、マイクロニードルの断面は、多角形（例えば、星形、正方形、三角形）、楕円形、または任意の他の形状であり得る。シャフトは、１若しくは複数のボア及び／またはチャンネルを有し得る。
【００４０】
個々のマイクロニードルのサイズは、所望する目標深さや、マイクロニードルが特定種類の組織において破損するのを避けるためのマイクロニードルの強度条件などに応じて最適化され得る。例えば、経皮マイクロニードルの断面寸法は、約１０ｎｍ〜１ｍｍ、または約１〜２００μｍ、または約１０〜１００μｍであり得る。中空ニードルの外径は約１０〜１００μｍで有り得、内径は約３〜８０μｍで有り得る。ニードルの先端は、一般的に、約１μｍ以下の半径を有し得る。
【００４１】
マイクロニードルの長さは、一般的に、所望用途に依存する。例えば、マイクロニードルは、約１μｍ〜１ｍｍであり得、例えば、約５００μｍ以下、または約１０〜５００μｍ、または約３０〜２００μｍであり得る。
【００４２】
マイクロニードルアレイに含まれるマイクロニードルは互いに全て同一である必要はない。マイクロニードルアレイは、長さ、外径、内径、断面形状、ナノ構造化表面、及び／またはマイクロニードル間の間隔が互いに異なる様々なマイクロニードルの組み合わせを含み得る。例えば、マイクロニードルは、長方形または正方形グリッドまたは同心円などの一様な態様で、互いに離間配置され得る。マイクロニードル間の間隔は、マイクロニードルの高さまたは幅や、マイクロニードルを介して送達する薬剤の量または種類などの様々な因子に依存し得る。マイクロニードルの様々な配置を有用であるが、マイクロニードル間の「先端間」間隔が約５０μｍ以上、いくつかの実施形態では約１００〜８００μｍ、いくつかの実施形態では約２００〜６００μｍとなる配置が特に有用である。
【００４３】
図１を再び参照すると、マイクロニードル１２は、基板２０上に、該基板に対して垂直にまたは所定の角度をなして保持される（すなわち、マイクロニードルは基板に取り付けられるか、または基板と一体的に形成される）ことができる。一実施形態では、マイクロニードルは、基板に対して垂直に配向されており、かつ基板の単位面積あたり高密度で設けられている。なお、マイクロニードルアレイは、配向方向、高さ、材料、または他のパラメータが互いに異なる様々なマイクロニードルの組み合わせを含み得る。基板２０は、金属、セラミック、プラスチックまたは他の材料からなる硬いかまたは柔軟なシートから作製され得る。基板２０の厚さは、本発明のデバイスの要求を満たすために様々であり得、例えば、約１０００μｍ以下、いくつかの実施形態では約１〜５００μｍ、いくつかの実施形態では約１０〜２００μｍであり得る。
【００４４】
本発明のデバイスは、マイクロニードルの表面上に、ナノトポグラフィをランダムまたは規則的なパターンを画定し得る。本発明のデバイスは、マイクロニードルが延出する基板表面上にナノトポグラフィをさらに画定し得るが、これは必須ではない。図３は、２つの代表的なマイクロニードル２２の端部を概略的に示す。この特定の実施形態では、マイクロニードル２２は、マイクロニードル２２を介してＲＡ薬を送達するために用いられる中央ボア２４を画定する。マイクロニードル２２は、その表面２５にナノトポグラフィ２６を画定し得る。この特定の実施形態では、ナノトポグラフィ２６は、マイクロニードル２２の表面２５上にランダムなパターンを画定する。
【００４５】
マイクロニードルの表面に形成された複数の構造体は、互いに同一であるか、またはサイズ、形状またはそれらの組み合わせが互いに異なり得る。構造体の所定のパターンは、長さ、直径、断面形状及び／または構造体間の間隔が互いに異なる様々な構造体の組み合わせを含み得る。例えば、構造体は、長方形または正方形グリッドまたは同心円などの一様な態様で、互いに離間配置され得る。一実施形態では、構造体はサイズ及び／または形状が互いに異なり、それにより複雑なナノトポグラフィが形成され得る。例えば、複雑なナノトポグラフィは、フラクタルまたはフラクタル様形状を画定し得る。
【００４６】
本明細書で用いられる「フラクタル」なる用語は、一般的に、最大スケール（尺度）と最小スケールとの間の全ての測定スケールで或る断片形状を有する幾何学的または物理的構造体であって、該構造体の特定の数学的または物理的性質、すなわち該構造体の次元が、空間次元よりも大きくなるようなものを指す。前記数学的または物理的性質には、例えば、カーブの周長または多孔性媒体における流速が含まれ得る。フラクタルの幾何学的形状は、各々が自己相似性を画定する複数の部分に分割され得る。加えて、フラクタルは、再帰的定義（recursive definition）を有し、任意の小さいスケールにおいて微細構造を含む。
【００４７】
本明細書で用いられる「フラクタル様」なる用語は、一般的に、フラクタルの種々の特徴のうちの１若しくは複数を有するが、全ては有していない幾何学的または物理的構造を指す。例えば、フラクタル様構造は、自己相似的である複数の部分を有する幾何学的形状を含み得るが、任意の小さいスケールにおいて微細構造は含まない。別の例では、フラクタル様の幾何学的形状または物理的構造体は、パターンの幾何学的形状を再帰的に繰り返す際にスケールを拡大または縮小するが、フラクタルのように該構造体のスケールを均等に縮小（または拡大）しない。フラクタル様パターンは、フラクタルよりもより単純であり得る。例えば、フラクタル様パターンは、規則的であり、従来のユークリッド幾何学言語で比較的容易に記述され得るが、フラクタルはそうではない。
【００４８】
例として、複雑なナノトポグラフィを画定するマイクロニードルの表面は、互いに同じ全体形状を有する構造体（例えば、ピラー）を含むことができ、該ピラーは互いに異なるスケール寸法で形成され得る（例えば、ナノスケールのピラーと、マイクロスケールのピラーが形成され得る）。別の実施形態では、マイクロニードルはその表面に、スケールサイズ及び形状がともに異なるか、または同一のナノサイズスケールに形成されるが形状だけが異なる構造体を含み得る。加えて、構造体は、規則的な配列またはランダムな分布で形成され得る。通常、構造体の少なくとも一部は、例えば約５００ｎｍ以下、例えば、４００ｎｍ以下、２５０ｎｍ以下、または１００ｎｍ以下の断面寸法を画定するナノサイズスケールで形成されたナノ構造体であり得る。ナノ構造体の断面寸法は、通常、約５ｎｍ以上、例えば、約１０ｎｍ以上、または約２０ｎｍ以上であり得る。例えば、ナノ構造体は、約５〜５００ｎｍ、約２０〜４００ｎｍ、または約１００〜３００ｎｍの断面寸法を画定し得る。ナノ構造体の断面寸法がナノ構造体の高さに応じて異なる場合、該断面寸法は、ナノ構造体の基部から先端までの間の平均として、あるいは構造体の最大断面寸法（例えば、円錐状ナノ構造体の基部の断面寸法）として求めることができる。
【００４９】
図４は、表面上に形成され得る複雑なナノトポグラフィの一実施形態である。この特定のパターンは、中央の大型ピラー１００と、それを取り囲むピラー１０２、１０４とを含み、ピラー１０２、１０４は、中央大型ピラー１００よりも小型であり、規則的なパターンで配置されている。図に示すように、このパターンは、各々互いに同じ全体形状を有するが、水平寸法が互いに異なる、複数のピラーの繰り返しを含む。この特定の複雑なパターンは、連続的に再帰的に繰り返す際にスケールの同一変更を含まないフラクタル様パターンの一例である。例えば、ピラー１０２は、マイクロ構造体（微細構造体）である大型ピラー１００の約３分の１の水平寸法を画定する第１のナノ構造体であるが、ピラー１０４は、ピラー１０２の約半分の水平寸法を画定する第２のナノ構造体である。
【００５０】
サイズが互いに異なる複数の構造体を含むパターンは、より大きい断面寸法を有するより大型の構造体（例えば、約５００ｎｍ以上の断面寸法を有するマイクロ構造体）と、より小型の構造体とを含み得る。一実施形態では、複雑なナノトポグラフィのマイクロ構造体は、約５００ｎｍ〜１０μｍ、約６００ｎｍ〜１．５μｍ、または約６５０ｎｍ〜１．２μｍの断面寸法を有し得る。例えば、図４の複雑なナノトポグラフィは、約１．２μｍの断面寸法を有するマイクロサイズのピラー１００を含む。
【００５１】
或るパターンが、例えば約５００ｎｍ以上の断面寸法（構造体の平均断面寸法または最大断面寸法として測定される）を有する１若しくは複数の大きなマイクロ構造体を含む場合、複雑なナノトポグラフィはまた、サイズや形状などが互いに異なる第１のナノ構造体及び第２のナノ構造体などのナノ構造体を含むことになる。例えば、図４の複雑なナノトポグラフィのピラー１０２は約４００ｎｍの断面寸法を有し、ピラー１０４は約２００ｎｍの断面寸法を有する。
【００５２】
ナノトポグラフィは、任意の数の様々な要素から形成され得る。例えば、要素のパターンは、２つの互いに異なる要素、３つの互いに異なる要素（図４に示した例）、４つの互いに異なる要素、あるいはそれ以上の互いに異なる要素を含み得る。互いに異なる各要素の繰り返しの相対的比率もまた異なり得る。一実施形態では、或るパターンの最も小さい要素は、より大きい要素よりも多数存在することになる。例えば、図４のパターンでは、１個のピラー１０２につき８個のピラー１０４が設けられており、中央大型ピラー１００につき８個のピラー１０２が設けられている。要素のサイズが大きくなると、一般的に、ナノトポグラフィにおける該要素の繰り返しはより少なくなる。例として、第１の要素の断面寸法が、より大きな第２の要素の断面寸法の約０．５（例えば、０．３〜０．７）倍である場合、トポグラフィ内に、第１の要素は第２の要素の約５倍以上の数で存在し得る。第１の要素の断面寸法が、より大きな第２の要素の断面寸法の約０．２５（または約０．１５〜０．３）倍である場合、トポグラフィ内に、第１の要素は第２の要素の約１０倍以上の数で存在し得る。
【００５３】
個々の要素間の間隔も様々であり得る。例えば、個々の構造体間の中心間距離は、約５０ｎｍ〜１μｍ、例えば約１００ｎｍ〜５００ｎｍであり得る。例えば、構造体間の中心間距離は、ナノサイズスケールであり得る。例えば、ナノサイズ構造の間隔について考えると、構造体間の中心間距離は約５００ｎｍ以下であり得る。しかし、このことはトポグラフィの必須要件ではなく、個々の構造体は互いにもっと離れていてもよい。構造体間の中心間距離は、構造体のサイズに応じて異なり得る。例えば、２つの互いに隣接する構造体の平均断面寸法の、該２つの構造体の中心間距離に対する比率は、約１：１（例えば接触状態）〜１：４、約１：１．５〜１：３．５、または約１：２〜１：３であり得る。例えば、中心間距離は、２つの互いに隣接する構造体の平均断面寸法の約２倍であり得る。一実施形態では、各々約２００ｎｍの断面寸法を有する２つの互いに隣接する構造体は、約４００ｎｍの中心間距離を有し得る。したがって、この場合、平均直径の中心間距離に対する比率は１：２である。
【００５４】
構造体間の間隔は、同一、すなわち等距離にしてもよいし、または、パターン内で構造体によって異なるようにしてもよい。例えば、或るパターンにおいて最も小さい構造体を第１の距離だけ互いに離間させ、該パターンの最も小さい構造体とより大きい構造体との間の距離、または２つのより大きい構造体間の距離を第１の距離と同一にしてもよいし、第１の距離と異ならせてもよい。
【００５５】
例えば、図４のパターンでは、最も小さい構造体１０４同士の中心間距離は約２００ｎｍである。より大きいピラー１０２とそれを取り囲むピラー１０４との間の中心間距離は、約１００ｎｍ以下である。最大ピラー１００とそれを取り囲む各ピラー１０４との間の中心間距離は、最も小さいピラー１０４同士の中心間距離よりも小さく、約１００ｎｍである。当然ながら、これは必須ではなく、全ての構造体は互いに対して等距離で離間配置されていてもよいし、または任意の互いに異なる距離で離間配置されていてもよい。一実施形態では、別個の構造体が、例えば後述するように互いに積層するように、互いに対して接触して配置されるか、または、互いに隣接して接触するように配置され得る。
【００５６】
或るトポグラフィの構造体は全て同じ高さ、概ね約１０ｎｍ〜１μｍで形成され得る。しかし、これは必須ではなく、或るパターンの個々の構造体は、一次元、２次元、三次元において様々なサイズであり得る。一実施形態では、或るトポグラフィの構造体の一部または全体は、約２０μｍ以下、約１０μｍ以下、または約１μｍ以下、例えば、７５０ｎｍ以下、６８０ｎｍ以下、または５００ｎｍ以下の高さを有し得る。例えば、構造体は、約５０ｎｍ〜２０μｍ、または約１００ｎｍ〜７００ｎｍの高さを有することができる。例えば、ナノ構造体またはマイクロ構造体は、約２０〜５００ｎｍ、約３０〜３００ｎｍ、または約１００〜２００ｎｍの高さを有することができる。なお、これらの構造体は、断面寸法においてナノサイズであり得、マイクロサイズスケール（例えば５００ｎｍ以上）の高さを有し得ることを理解されたい。マイクロサイズの構造体は、同一のパターンのナノサイズ構造体と互いに同一または異なる高さを有することができる。例えば、マイクロサイズ構造体は、別の実施形態では、約５００ｎｍ〜２０μｍ、または約１〜１０μｍの高さを有することができる。マイクロサイズ構造体は、約５００ｎｍ以上のマイクロスケールの断面寸法を有することもでき、約５００ｎｍ以下のナノサイズ寸法の高さを有し得る。
【００５７】
構造体のアスペクト比（構造体の高さの断面寸法に対する比）は、約０．１５〜３０、約０．２〜５、約０．５〜３．５、または約１〜２．５であり得る。例えば、ナノ構造体は、これらの範囲内に入るアスペクト比を有し得る。
【００５８】
本発明のデバイスの表面は、図４に示すような１種類のパターン、または、互いに同一または異なるパターンの複数の繰り返しを含み得る。例えば、図５は、表面全体に渡って図４のパターンの複数の繰り返しを含む表面パターンを示す。
【００５９】
マイクロニードルの表面にナノトポグラフィを形成すると、マイクロニードルの体積を増大させることなく、マイクロニードルの表面積を増大させることができる。体積に対する表面積の比率（表面積対体積比）を高めると、マイクロニードルの表面とその周囲の生体物質との間の相互作用を向上させることができると考えられる。例えば、表面積対体積比を高めると、ナノトポグラフィとその周囲のタンパク質（例えば、細胞外マトリックス（ＥＣＭ）タンパク質及び／または原形質膜タンパク質）との間の物理的相互作用を向上させると考えられる。本明細書で用いられる「タンパク質」なる用語は、一般的に、他のタンパク質、ポリペプチドまたは任意の他の有機または無機分子に対して、構造的に、酵素的に、または他の方法で相互作用可能なアミノ酸の分子鎖を指す。
【００６０】
一般的に、ナノパターニングされた表面の表面積対体積比は、約１０，０００ｃｍ−１以上、約１５０，０００ｃｍ−１以上、または約７５０，０００ｃｍ−１以上であり得る。表面積対体積比は、当該技術分野で公知の任意の標準的な手法に従って求めることができる。例えば、マイクロニードル表面の比表面積は、吸着ガスとして窒素を使用した物理的気体吸着法（ＢＥＴ法）によって求めることができる。このことは当該技術分野では公知であり、非特許文献３に記載されている。非特許文献３は、引用を以て本明細書の一部となす。ＢＥＴ面積は、約５ｍ２／ｇ以下であり、一実施形態では、例えば、約０．１〜４．５ｍ２／ｇ、または約０．５〜３．５ｍ２／ｇであり得る。また、表面積及び体積の値は、マイクロニードル表面を形成するのに使用したモールドの形状から、標準的な幾何学的計算法に従って推測することもできる。例えば、体積は、各パターン要素の体積の計算値と、所定領域（例えば、１本のマイクロニードルの表面全体）におけるパターン要素の総数とから推定することができる。
【００６１】
フラクタルまたはフラクタル様のパターニングされたナノトポグラフィを画定するデバイスの場合は、ナノトポグラフィは、前記パターンのフラクタル次元の測定により特徴付けられ得る。フラクタル次元は、再帰的な繰り返しを続けてスケールがだんだん小さくなるに従ってフラクタルがどのくらい完全に空間を満たすかを示す指標となる統計的量である。２次元構造のフラクタル次元は、次式で表すことができる。
【００６２】
【数１】
0005860032.tif 000002
【００６３】
ここで、Ｎ（ｅ）は、物体を各空間方向に１／ｅだけ縮小したときに物体全体を覆うのに必要な自己相似的な構造体の数である。
【００６４】
例えば、シェルピンスキーの三角形（正三角形の各辺の中点を互いに結んでできた三角形を切り取る）として知られている図６に示す２次元フラクタルを考える場合、フラクタル次元は以下のように計算される。
【００６５】
【数２】
0005860032.tif 000003
【００６６】
したがって、シェルピンスキーの三角形のフラクタルは、最初の２次元の正三角形よりも線長が増加する。加えて、このような線長の増加は、面積の増加を伴わない。
【００６７】
図４に示したパターンのフラクタル次元は、約１．８４である。一実施形態では、本発明のデバイスの表面のナノトポグラフィは、約１以上、例えば、約１．２〜５、約１．５〜３、または約１．５〜２．５のフラクタル次元を示し得る。
【００６８】
図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、複雑なナノトポグラフィの別の例の拡大図である。図７の（Ａ）及び（Ｂ）のナノトポグラフィは、基板上に位置する繊維様ピラー７０のアレイを含む。各ピラーの遠位端において、ピラーは複数のより小さい繊維６０に分かれる。このようなより小さい繊維６０の遠位端において、各繊維はまたも複数の細繊維に分かれる（図７の（Ａ）及び（Ｂ）では見えない）。表面上に形成された約１以上のアスペクト比を有する構造体は、図７の（Ａ）及び（Ｂ）に示した構造体のように柔軟であってもよいし、硬くてもよい。
【００６９】
図７の（Ｃ）及び（Ｄ）は、複雑なナノトポグラフィの別の例を示す。この実施形態では、円形の中空貫通部７１を各々有する複数のピラー７２が基板上に形成されている。各中空ピラー７２の遠位端には、複数のより小型のピラー６２が形成されている。図に示すように、図７の（Ｃ）及び（Ｄ）のピラーは、硬さ及び直立配向を維持している。加えて、また従来のパターンとは対照的に、この実施形態の小型ピラー６２は、大型ピラー７２とは形状が異なる。具体的には、小型ピラー６２は、中空ではなく中実である。このように、互いに異なるスケールに形成された構造体を含むナノトポグラフィは、全ての構造体が同じ形状に形成されている必要はなく、スケールが互いに異なる構造体は、サイズ及び形状の両方において互いに異なっていてもよい。
【００７０】
図８は、マイクロニードルの表面に形成され得るナノサイズ構造体を含む別のパターンを示す。図に示すように、この実施形態では、個々のパターン構造体は、同一の全体サイズで形成され得るが、配向及び形状は互いに異なり得る。
【００７１】
表面積対体積比及び／またはフラクタル次元を求めることに加えて、またはその代わりに、本発明のＲＡ薬送達デバイスのマイクロニードルは、表面粗さ、弾性率、表面エネルギーなどを含むがこれに限定されない他の方法によって特徴付けすることができる。
【００７２】
表面粗さを求めるための方法は、当該技術分野では周知である。例えば、或る材料の表面粗さを求めるために、標準的技法に従って原子間力顕微鏡法を接触モードまたは非接触モードで用いることができる。マイクロニードルを特徴付けするために用いることができる表面粗さには、平均粗さ（ＲＡ）、二乗平均平方根粗さ、歪度及び／または尖度が含まれ得る。一般的に、ナノトポグラフィを画定する表面の平均表面粗さ（表面の算術平均高さは、ISO 25178シリーズで規定された粗さパラメータである）は、約２００ｎｍ以下、約１９０ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、または約５０ｎｍ以下であり得る。例えば、平均表面粗さは、約１０〜２００ｎｍ、または約５０〜１９０ｎｍであり得る。
【００７３】
マイクロニードルの表面は、該表面の弾性率によって、例えば、前記表面にナノトポグラフィに追加した場合の弾性率の変化によって、特徴付けることができる。一般的に、ナノトポグラフィを形成する複数の構造体をマイクロニードルの表面に追加すると、材料の弾性率を減少させることができるが、それは、ナノサイズ構造体を表面に追加すると、該表面の連続性の減少及びそれに関連する表面積の変化をもたらすことになるためである。表面にナノトポグラフィを有するマイクロニードルは、同じ材料から同じ方法によって形成された、表面にナノトポグラフィパターンを有していないこと以外は同様のマイクロニードルと比べると、約３５〜９９％、例えば約５０〜９９％、または約７５〜８０％の弾性率の低下を示し得る。例として、ナノパターニングされた表面の有効圧縮弾性率は、約５０ＭＰａ以下、または約２０ＭＰａ以下であり得る。一実施形態では、有効圧縮弾性率は、約０．２〜５０ＭＰａ、約５〜３５ＭＰａ、または約１０〜２０ＭＰａであり得る。有効剪断率は、約３２０ＭＰａ以下、または約２２０ＭＰａ以下であり得る。例えば、有効剪断率は、一実施形態では、約４〜３２０ＭＰａ、または約５０〜２５０ＭＰａ以下であり得る。
【００７４】
また、表面にナノトポグラフィを有するマイクロニードルは、表面にナノトポグラフィを有していない同様のマイクロニードルと比べると、表面エネルギーの増加を示し得る。例えば、表面にナノトポグラフィを有するマイクロニードルは、同じ材料から同じ方法によって形成された、表面にナノトポグラフィパターンを有していないこと以外は同様のマイクロニードルと比べると、表面エネルギーの増加を示し得る。例えば、ナノトポグラフィを有する表面の水接触角は、約８０°以上、約９０°以上、約１００°以上、または約１１０°以上であり得る。例えば、表面の水接触角は、一実施形態では、約８０〜１５０°、約９０〜１３０°、または約１００〜１２０°であり得る。
【００７５】
本発明のデバイスの表面にナノ構造体を形成する場合、構造体の充填密度は最大限にされ得る。例えば、マイクロニードル上に要素をパターニングするのに、正方充填（図９の（Ａ））、六方充填（図９の（Ｂ））、またはそれらの変形例が用いられ得る。断面積がＡ、ＢまたはＣのサイズが互いに異なる複数の要素をマイクロニードル上に互いに隣接するように配置するパターンをデザインする場合は、図９の（Ｃ）に示すような円充填が用いられ得る。当然ながら、様々な充填密度及びそれに関連する表面特徴の改変の決定は、十分に当業者の能力の範囲内にある。
【００７６】
表面に形成されたナノトポグラフィを有するマイクロニードルは、単一段階製造方法に従って形成することができる。すなわち、本発明のマイクロニードルは、その表面にナノ構造体を有するように作製される。あるいは、マイクロニードルを作製した後に、マイクロニードルにナノ構造体のパターンを形成する多段階製造方法を用いてもよい。例えば、まず、マイクロニードルのアレイを作製し、その後、作製されたマイクロニードルの表面にナノ構造体のランダムまたは非ランダムなパターンを形成することができる。単一段階製造方法または２段階製造方法のいずれでも、任意の適切なナノトポグラフィ作製方法に従って、マイクロニードルの表面またはモールド表面にナノサイズ構造体が形成され得る。ナノトポグラフィ作製方法には、これらに限定しないが、ナノインプリンティング、射出成形、リソグラフィ、エンボス成形などが含まれる。
【００７７】
マイクロニードルのアレイは、任意の標準的な微細加工技術に従って作製することができ、そのような微細加工技術には、これらに限定しないが、リソグラフィ；エッチング技術、例えば、湿式化学エッチング、乾式エッチング、フォトレジスト除去；シリコンの熱酸化；電気めっき及び無電解めっき；拡散法、例えば、ホウ素、リン、ヒ素、またはアンチモン拡散；イオン注入；膜蒸着、例えば、蒸発（フィラメント、電子ビーム、フラッシュ、シャドーイング、ステップカバレッジ）、スパッタリング、化学蒸着（ＣＶＤ）、エピタキシー（気相、液相、分子ビーム）、電気めっき、スクリーン印刷及びラミネート加工；ステレオリソグラフィ；レーザ加工；レーザ切断（投影アブレーションを含む）が含まれる。
【００７８】
電気化学エッチング法を用いることもできる。電気化学エッチング法では、固体シリコンを電気エッチングして多孔質シリコンにすることにより、穿刺構造体として使用され得る極めて微細な（約０．０１ｍｍの）シリコンネットワークを形成する。この方法は、水性フッ化水素酸中におけるシリコンの電解陽極酸化によって、場合によっては光と組み合わせて、シリコンにチャンネルをエッチングすることができる。エッチングされるシリコンウエハのドープ濃度を変更することにより、最終的な多孔質構造体についての、エッチング中の電解電圧、入射光強度、または電解質濃度を制御することができる。エッチングされなかった材料（すなわち、残ったシリコン）が、マイクロニードルを形成する。
【００７９】
プラズマエッチングを用いることもできる。プラズマエッチングでは、シリコンのディーププラズマエッチングを行うことにより、約０．１ｍｍまたはそれ以上の直径を有するマイクロニードルを形成する。マイクロニードルは、（電気化学エッチングのように）電圧を制御することにより、間接的に作製することもできる。
【００８０】
フォトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、Ｘ線リソグラフィなどを含むリソグラフィ技術を、主要パターンの画定やマスターダイの作製に用いることもできる。その後、複製を行うことにより、マイクロニードルのアレイを有するデバイスを形成することができる。一般的な複製方法には、これらに限定しないが、溶媒補助微細成形及び鋳造、エンボス成形、射出成形などが含まれる。相分離性ブロックコポリマー、ポリマー脱混合及びコロイドリソグラフィ技術を含む自己組織化技術を用いて、マイクロニードルの表面にナノトポグラフィを形成することもできる。
【００８１】
周知のように、複数の方法の組み合わせを用いることもできる。例えば、形成されたナノ構造体の特徴、例えばナノピラーの直径、外形、高さ、ピッチなどを微細化するために、コロイドでパターニングされた基板を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ，乾式エッチングとも呼ばれる）に曝してもよい。最初に別の方法（例えばポリマー脱混合技術）により作製したナノ構造体の外形を、湿式エッチングを用いて別の外形に変更することもできる。
【００８２】
構造体の直径、形状及びピッチは、適切な材料及び方法を選択することにより制御され得る。例えば、コロイドでパターニングされた基板上に最初に蒸着させた金属をエッチングした後にコロイドのリフトオフを行うことにより、角柱形状のピラーが一般的に得られる。その後、所望に応じて、エッチング方法を用いて構造体を完成させることができる。ポリマーナノ粒子を選択的に溶解させた後に、コロイドの隙間に規則的に配列された様々な三方晶系ナノメータフィーチャ（feature）を形成する温度制御焼結技術により、規則的に配列された非球形のポリマー性ナノ構造体を製造することもできる。これらの及び他の適切な製造技術は当該技術分野では公知である（例えば、非特許文献４を参照されたい。非特許文献４は、引用を以て本明細書の一部となす）。
【００８３】
表面にナノトポグラフィが形成されたマイクロニードルの製造に用いることができる他の方法には、超高精度レーザ加工技術を用いたナノインプリントリソグラフィ方法が含まれる。ナノインプリント技術の例は、米国特許第６，９９５，３３６号明細書（特許文献３）及び米国特許第７，３７４，８６４号明細書（特許文献４）に記載されており、これらの特許文献は引用を以て本明細書の一部となす。ナノインプリントリソグラフィは、ナノインプリントリソグラフィモールド及びフォトリソグラフィマスクの両方の役割を果たすハイブリッド型モールドが用いられるナノスケールリソグラフィ技術である。ナノインプリントリソグラフィ技術の概要を図１０の（Ａ）〜（Ｃ）に示す。作製中に、レジスト層上にフィーチャ（例えば、ナノトポグラフィを画定するマイクロニードル）を形成するために、圧力を加えることによりハイブリッド型モールド３０を基板３２上にインプリントする（図１０の（Ａ））。通常、モールド３０との係合の前に、基板３２の表面をそのガラス転移温度Ｔｇよりも高い温度まで加熱することができる。ハイブリッド型モールド３０が基板３２と係合されている間、フィーチャ３４を形成するために粘性ポリマー流をモールドキャビティ内に充填することができる（図１０の（Ｂ））。その後、モールド及び基板を紫外線（ＵＶ）に露光することができる。ハイブリッド型モールドは一般的に、特定の遮光領域を除いて、ＵＶ放射を透過する。そのため、ＵＶ放射は透過部分を通過し、レジスト層に入射する。モールド及び基板の冷却中、圧力が維持される。その後、基板及びポリマーのＴｇよりも低い温度で、冷却された基板３２からハイブリッド型モールド３０を取り除く（図１０の（Ｃ））。
【００８４】
図１０の（Ｃ）に示すような、作製されたフィーチャ３４を含むナノインプリント基板３２のモールド３０からの離型を容易にするためには、基板３２との接着力を低下させるために低エネルギーコーティングでモールド３０を処理することが有益である。というのも、モールド３０の表面エネルギーを小さくすると、それにより、モールド３０、基板３２及びポリマー間の表面エネルギー差が大きくなり、前記材料間の離型が容易になるためである。例として、トリデカ−（１，１，２，２−テトラヒドロ）−オクチルトリクロロシラン（Ｆ１３−ＴＣＳ）などのシリコンモールドコーティングが用いられ得る。
【００８５】
ナノプリンティング法は、モールドにポリマーを充填した後に、形成されたポリマーをモールドから取り出すことを含む動的な方法である。モールド要素充填のために、ポリマー温度は、印加圧力で流動が開始されるのに十分なレベルまで高くするべきである。ポリマーの温度を高くすると、ポリマーの粘性が低下し、モールド充填がより迅速かつより容易になる。また、圧力を高くすると、充填速度及び全体充填を向上させることができ、モールド複製をより良好に行うことができる。ナノインプリントされた基板をモールドから離型するためには、基板温度を、降伏強度がモールドによる接着力を超える温度よりも低くすることができる。温度を変更することにより、例えば図８に示した構造体などの別個の構造体を得るための離型中に、ポリマー要素を引き出すことが可能になる。
【００８６】
ナノ構造体は、化学的方法によって、マイクロニードルの表面に形成することもできる。例えば、膜堆積、スパッタリング、化学蒸着（ＣＶＤ）、エピタキシー（気相、液相、分子ビーム）、電気めっきなどを用いて、マイクロニードルの表面に構造体を形成することができる。
【００８７】
当該技術分野で公知の自己組織化単分子層方法を用いて、マイクロニードルの表面上に構造体を形成してもよい。例えば、ブロックコポリマーの自己組織化能力を用いて、マイクロニードルの表面に単分子層パターンを形成することができる。単分子層パターンは、その後、該パターンに従って、所望の構造体（例えば、コロイド）を成長させるためのテンプレートとして使用することができる。
【００８８】
例として、２またはそれ以上の反応部位を有するモノマーから、２次元の架橋ポリマーネットワークが形成され得る。そのような架橋単分子層は、当該技術分野で既知の自己組織化単分子層（ＳＡＭ）技術（例えば、金／アルキルチオールシステム）またはラングミュアーブロジェット（ＬＢ）単分子層技術（非特許文献５）を用いて作製されてきた。単分子層は架橋結合され、それにより、構造的によりロバストな単分子層が形成され得る。
【００８９】
パターニングされた単分子層の形成に使用されるモノマーは、所望の重合技術及び／または単分子層形成技術に影響を及ぼすか、あるいは、全体溶解度などの性質、解離方法またはリソグラフィ方法に影響を与えるために必要な全ての構造的部分を含み得る。モノマーは、少なくとも１つの、大抵は少なくとも２つの反応性官能基を含み得る。
【００９０】
有機単分子層の形成に用いられる分子には、メチレン基鎖が散在している様々な有機官能基が含まれ得る。例えば、分子は、パッキング（充填）を促進するためのメチレン鎖を含む長鎖炭素構造体であり得る。メチレン基間のパッキングは、弱いファンデルワールス結合を生じさせ、それにより、作製された単分子層の安定性を高め、秩序相の形成に関連するエントロピーペナルティに対抗することができる。加えて、形成された単分子層上での構造体の成長を可能にするために、別の末端部分（例えば水素結合部分）が分子の一方の末端に存在し得るが、その場合には、重合可能な化学的部分が鎖の中間または他方の末端に位置し得る。前記アセンブリを形成するのに、任意の適切な分子認識化学が用いられ得る。例えば、構造体は、静電相互作用、ファンデルワールス相互作用、金属キレート化、結合配位（すなわち、ルイス酸塩基相互作用）、イオン結合、共有結合、または水素結合に基づいて、単分子層上に構築され得る。
【００９１】
ＳＡＢをベースにしたシステムを用いる場合、テンプレートを作製するためにさらなる分子が用いられ得る。このさらなる分子は、ＳＡＭを形成するために、その末端の１つにおいて適切な官能性を有し得る。例えば、金の表面に、チオール端末が含まれ得る。複製に影響を与えるために用いられ得る様々な有機分子がある。ジエンやジアセチレンなどのトポケミカル重合可能部分が、重合可能成分として特に望ましい。これらには、様々な長さのメチレンリンカーが散在し得る。
【００９２】
分子認識部分はＬＢ形成目的のための極性官能基としての役割も果たすこともできるので、ＬＢ単分子層には、１つのモノマー分子だけが必要とされる。基板に転写されたＬＢ単分子層上に、または前記トラフ（trough）に直接的に、リソグラフィが行われ得る。例えば、ジアセチレンモノマーのＬＢ単分子層は、マスクを介したＵＶ露光または電子ビームパターニングによりパターニングされ得る。
【００９３】
単分子層段階でトポケミカル重合される分子を用いて、単分子層形成を促進することができる。形成されたフィルムを重合触媒に曝すことにより、該フィルムはその場で成長し、動的分子アセンブリからよりロバストな重合アセンブリへ変化することができる。
【００９４】
単分子層のパターニングのための当該技術分野で既知の任意の技術を用いることができる。単分子層のパターニングに有用な技術には、これらに限定しないが、フォトリソグラフィ、電子ビーム技術、集束イオンビーム技術、またはソフトリソグラフィが含まれる。フォトレジストなどの様々な保護スキームを、ＳＡＭをベースにしたシステムに用いることができる。同様に、金の上にブロックコポリマーのパターンを形成し、選択的にエッチングすることにより、パターンが形成され得る。二成分系の場合、パターニングは、容易に利用可能な技術を用いて達成することもできる。
【００９５】
紫外線及びマスクを使用してパターニングを行うことができるソフトリソグラフィ技術が、単分子層のパターニングに用いられ得る。例えば、パターニングされていないベース単分子層が、ＵＶ／粒子ビーム反応性モノマー単分子層を形成するためのプラットホームとして使用され得る。ベースＳＡＭがパターニングされていなくても、前記モノマー単分子層は、その後、ＵＶフォトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、またはイオンビームリソグラフィによってパターニングされ得る。
【００９６】
パターニングされた単分子層上の構造体の成長は、様々な成長機構によって実現することができ、例えば、金属塩の適切な還元化学を介して、または、シード若しくはテンプレート媒介核形成を用いて実現することができる。単分子層上の認識要素を用いることにより、この界面で、様々な方法によって、無機成長を触媒することができる。例えば、パターニングされた有機単分子層の形状を支持するコロイド形態の無機化合物が形成され得る。例えば、炭酸カルシウムまたはシリカ構造体が、カルボン酸やアミドなどの様々な官能基によりテンプレート化され得る。結晶成長条件を制御することにより、無機物成長の厚さや結晶形態を制御することが可能である。また、二酸化チタンをテンプレート化してもよい。
【００９７】
テンプレート化された無電解めっき技術を用いて、既存の有機官能基を使用して金属を合成することができる。具体的には、金属原子を有機パターンのカルボニル部分にキレートすることによって、無電解金属堆積を前記パターン上で触媒し、パターニングされた金属コロイドを形成することができる。例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、または無電解めっき条件でめっき可能な他の様々な金属を用いて、前記有機単分子層の形状の金属構造体を形成することができる。無電解めっき条件を制御することにより、めっきされる金属構造体の厚さを調節することが可能である。
【００９８】
当技術分野で既知の他の「ボトムアップ（bottom-up）」型の成長方法、例えば、米国特許第７，１８９，４３５号明細書（特許文献５）に記載された方法などを用いることができ、特許文献５は、引用を以て本明細書の一部となす。この方法によれば、導体または半導体基板（例えば、金などの金属）をブロックコポリマー膜（例えば、メタクルル酸メチルとスチレンのブロックコポリマー）で被覆することができ、このとき、コポリマーの一方の成分が、コポリマーの他方の成分のマトリックス内にナノスケールの円柱を形成する。その後、コポリマー上に導体層を配置することにより、複合構造体を形成することができる。前記複合構造体を垂直に配向にした際、例えば、ＵＶ放射線、電子ビームまたはオゾンへの曝露や、分解などにより、第１の成分のいくつかを除去し、第２の成分の領域にナノスケールの孔を形成することができる。
【００９９】
米国特許第６，９２６，９５３号明細書（特許文献６）（この参照により本明細書に組み込まれるものとする）に記載された別の実施形態では、表面にイメージ層（例えば、アルキルシロキサンまたはオクタデトリクロロシラン自己組織化単分子層）を有する基板を、選択された波長の２つまたはそれ以上の光線に露光することによって、前記イメージ層において干渉パターンを形成し、該干渉パターンに従って前記イメージ層の湿潤性を変更することによって、コポリマー構造体を形成することができる。選択されたブロックコポリマー（例えば、ポリスチレンとポリ（メタクリル酸メチル）とのコポリマー）の層を、その後、露光されたイメージ層上に堆積させて焼きなますことにより、前記湿潤性パターンに従ってコポリマーの成分を分離し、イメージ層のパターンをコポリマー層において複製することができる。これにより、別々の成分のストライプまたは分離領域が、１００ｎｍまたはそれ以下の範囲の周期的寸法で形成され得る。
【０１００】
マイクロニードルの表面は、作製されたナノ構造体のランダムな分布を含み得る。任意選択で、マイクロニードルの表面は、作製されたナノ構造体と共に別の材料を含み得る。例えば、マイクロニードルは、その表面に作製された電子スパン繊維層を有し得、この電子スパン繊維層上に、ナノ構造体のランダムまたは非ランダムなパターンが作製され得る。
【０１０１】
エレクトロスピニングは、毛細管内に保持されたポリマー融液または溶液に対して電界を印加し、個々のポリマー分子への帯電を引き起こすための高電圧供給器の使用を含む。電界を加えると、空気と表面との界面で帯電及び／または双極性配向が誘起されることになる。この誘起により、表面張力に対抗する力が生じる。臨界磁場強度では、静電気力は表面張力に打ち勝ち、ポリマー材料の噴流が毛細管から導電性のグランド面に向けて放出されることになる。前記噴流は、毛細管から出るとき、外部電界によって引き伸ばされ、かつ加速させられる。前記噴流が空気中を通過するとき、前記溶媒の一部が、帯電したポリマー繊維を残して蒸発し得る。帯電したポリマー繊維は、前記表面に集めることができる。前記繊維が集められると、まだ濡れている個々の繊維は互いに接着し、表面上に不織ウェブを形成することができる。その後、例えば、所望のナノ構造体を画定するモールドを用いたエンボス技術によって、エレクトロスピニングされた表面上にナノ構造体のパターンが作製され得る。前記モールドをマイクロニードル表面に適切な温度及び圧力で適用することにより、マイクロニードルの表面にパターンを転写することができる。ランダムなエレクトロスピニングされたナノサイズ繊維の表面は、マイクロニードル表面の望ましい特徴、例えば、表面積対体積比、表面粗さ、表面エネルギーなどの１つまたは複数をさらに向上させることができ、それに伴う利益を提供することができる。
【０１０２】
ナノ構造体に加えて、組織または個々の細胞に対する相互作用を向上させるために、マイクロニードル表面を化学的に官能化してもよい。例えば、１若しくは複数の生体分子（例えば、ポリヌクレオチド、ポリペプチド、タンパク質全体、多糖類など）を、使用前にマイクロニードルの表面に結合させることができる。
【０１０３】
いくつかの実施形態では、マイクロニードルの表面は、該表面の事前処理を必要とすることなく、該表面に追加的な望ましい官能基を自然発生的に結合させるような、適切な反応性を有し得る。なお、他の実施形態では、所望する化合物を結合させる前に、構造化表面の事前処理が行われ得る。例えば、構造体表面の反応性は、該表面上にアミン、カルボン酸、ヒドロキシル基、アルデヒド、チオールまたはエステル基を追加または生成することにより、高めることができる。１つの代表的な実施形態では、ナノ構造体のパターンを含むマイクロニードル表面は、３−アミノプロピルトリエトキシシランなどのアミン含有化合物と接触させてアミノ化することにより該表面のアミノ官能性を高めることができ、追加されたアミノ官能性によって、１若しくは複数の生体分子がマイクロニードル表面に結合され得る。
【０１０４】
パターニングされたデバイスの表面に結合させるのに望ましい物質には、ラミニン、トロポエラスチン、またはエラスチンなどのＥＣＭタンパク質、トロポコラーゲンまたはコラーゲン、フィブロネクチンなどが含まれ得る。多くのＥＣＭタンパク質に対するインテグリン結合の認識配列の一部であるＲＧＤ配列などの短タンペプチド断片が、パターニングされたデバイス表面に結合され得る。したがって、ＲＧＤによるマイクロニードル表面の官能化は、本発明のデバイスのＥＣＭタンパク質との相互作用を高めることができ、さらには、本発明のデバイスの使用時の該デバイスに対する異物反応を制限することができる。
【０１０５】
本発明のデバイスを介して送達されるＲＡ薬は、任意の適切な方法論に従って、前記デバイスに関連され得る。例えば、薬剤を角質層の真下、有棘層または基底層、あるいはさらに深く真皮内へ送達するために、経皮マイクロニードルパッチが使用され得る。ＲＡ薬は、マイクロニードルによって（例えば、マイクロニードル内で、またはマイクロニードルの表面上で）角質層を透過して送達されるように、パッチに含有されるかまたはパッチに供給される。
【０１０６】
マイクロニードル経皮パッチは、ＲＡ薬を収容し、かつ送達のためにＲＡ薬を提供する貯蔵部（リザーバ）（例えば導管や多孔質マトリックスなど）を含み得る。本発明のデバイスは、該デバイス自体内に貯蔵部を含み得る。例えば、本発明のデバイスは、送達するための１若しくは複数のＲＡ薬を保持することができる中空部または複数の孔を含み得る。ＲＡ薬は、本発明のデバイスの一部または全体が分解することにより、あるいは、本発明のデバイスから薬剤を拡散させることにより、本発明のデバイスから放出され得る。
【０１０７】
図１１の（Ａ）及び（Ｂ）は、貯蔵部を含む本発明のデバイスの斜視図である。デバイス１１０は、不透過性バッキング層１１４及びマイクロニードルアレイ１１６により画定された貯蔵部１１２を含む。バッキング層１１４及びマイクロニードルアレイ１１６は、デバイス１１０の外周部１１８付近で互いに結合されている。不透過性バッキング層１１４は、接着剤または熱融着などによって結合され得る。デバイス１１０はまた、複数のマイクロニードル１２０を含み得る。デバイス１１０の使用に先立って、マイクロニードル１２０を露出させるために、リリースライナ（release liner）１２２を取り外すことができる。
【０１０８】
１若しくは複数のＲＡ薬を含む製剤を、貯蔵部１１２内に保持することができる。不透過性バッキング層１１４として使用するのに適した材料には、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、または他の合成ポリマーなどが含まれ得る。前記材料は、一般的に、貯蔵部内容物の横方向の流れに対するバリアを提供するために、不透過性バッキング層に熱または他の方法でシール可能である。
【０１０９】
不透過性バッキング層１１４とマイクロニードルアレイ１１６との間の空間または隙間により画定される貯蔵部１１２は、投与されることになるＲＡ薬の懸濁液を保持する貯蔵構造を提供する。貯蔵部１１２は、該貯蔵部に収容される薬剤に適合する様々な材料から作製され得る。例として、天然若しくは合成ポリマー、金属、セラミック、半導体材料、またはそれらの複合材料によって貯蔵部が形成され得る。
【０１１０】
一実施形態では、貯蔵部は、マイクロニードルが配置される基板に取り付けられ得る。別の実施形態によれば、貯蔵部は別個に設けられ、マイクロニードルアレイに取り外し可能に結合されるか、または、例えば適切なチューブやルアーロックなどを介して、マイクロニードルアレイに流体連通され得る。
【０１１１】
本発明のデバイスは、送達される薬剤を収容するための１若しくは複数の貯蔵部を含み得る。例えば、本発明のデバイスは、１若しくは複数のＲＡ薬含有製剤を収容する１つの貯蔵部を含むか、または、マイクロニードルアレイの全部または一部に送達するための１若しくは複数の薬剤を各々収容する複数の貯蔵部を含み得る。複数の貯蔵部は、各々、送達のために組み合わせられ得る互いに異なる薬剤を収容し得る。例えば、第１の貯蔵部はＲＡ薬（例えばＮＳＡＩＤ）を収容することができ、第２の貯蔵部は媒体（例えば生理食塩水）または第２のＲＡ薬（例えばＤＭＡＲＤ）を収容することができる。上記の互いに異なる薬剤は、送達前に互いに混合され得る。前記混合は、任意の手段、例えば、物理的崩壊（すなわち、穿通、分解または破壊）、孔隙率の変化、またはチャンバ同士を隔てている壁や膜の電気化学分解などによってトリガーされ得る。複数の貯蔵部は、互いに異なる、かつ同時または順次に送達される活性薬剤を収容し得る。
【０１１２】
一実施形態では、貯蔵部は、本発明の経皮デバイスの１若しくは複数のマイクロニードルに流体連通されることができ、マイクロニードルは、貯蔵部から送達された薬剤をバリア層の真下へ輸送するための構造（例えば、中央ボアまたは側部ボア）を画定する。
【０１１３】
本発明のデバイスは、送達される薬剤を貯蔵するための１若しくは複数の貯蔵部を含み得る。例えば、本発明のデバイスは、単一薬剤含有製剤または複数薬剤含有製剤を収容する貯蔵部を含むか、または、マイクロニードルアレイの全部または一部に送達するための１若しくは複数の薬剤を各々収容する複数の貯蔵部を含む。複数の貯蔵部は、各々、送達するために組み合わせられ得る互いに異なる薬剤を収容し得る。例えば、第１の貯蔵部が薬剤を収容し、第２の貯蔵部が媒体（例えば生理食塩水）を収容する。上記の互いに異なる薬剤は、送達前に互いに混合され得る。前記混合は、任意の手段、例えば、物理的崩壊（穿通、分解または破壊）、孔隙率の変化、またはチャンバ同士を隔てている壁や膜の電気化学分解などによってトリガーされ得る。複数の貯蔵部は、互いに異なる、かつ同時または順次に送達される薬剤を収容し得る。
【０１１４】
貯蔵部は、本発明の経皮デバイスの１若しくは複数のマイクロニードルに流体連通され、マイクロニードルは、貯蔵部から送達された薬剤をバリア層の真下へ移送するための構造（例えば、中央ボアまたは側部ボア）を画定する。
【０１１５】
別の実施形態では、本発明のデバイスは、マイクロニードルアセンブリと、貯蔵部アセンブリとを含むことができ、使用前に両アセンブリは流体連通されていない。例えば、本発明のデバイスは、貯蔵部またはマイクロニードルアレイの両方に隣接して配置されたリリース部材を含むことができる。使用中に貯蔵部及びマイクロニードルアレイが互いに流体連通されるように、リリース部材を使用前に本発明のデバイスから分離することができる。前記分離は、リリース部材を部分的または完全に取り外すことにより実現され得る。例えば、図１２〜図１７を参照すると、薬剤化合物の流動を開始するために、経皮パッチから取り外されるように構成されたリリース部材の一実施形態が示されている。より具体的には、図１２〜図１３は、薬剤送達アセンブリ３７０とマイクロニードルアセンブリ３８０とを含む経皮パッチ３００を示す。薬剤送達アセンブリ３７０は、流速制御膜３０８に隣接して配置された貯蔵部３０６を含む。
【０１１６】
流量制御膜は、薬剤化合物の放出時に、該薬剤化合物の流速を遅くするのに役立ち得る。具体的には、薬剤貯蔵部からマイクロ流体チャンネルを介してマイクロニードルアセンブリへ送達される流体薬剤化合物は圧力降下を受け、その結果、流速が低下する。この圧力差が大きすぎると、薬剤化合物の流れを妨げかつマイクロ流体チャンネルを流れる流体の毛細管圧に打ち勝つ可能性がある背圧が生じ得る。したがって、流速制御膜３０８を使用することにより、この圧力差を改善することができ、薬剤化合物をより良く制御された流速でマイクロニードルへ導入することを可能にする。流速制御膜の材料や厚さなどは、薬剤化合物の粘性や所望される送達時間などの様々な因子に基づいて変更され得る。
【０１１７】
流速制御膜は、薬剤化合物の流速を制御し、薬剤貯蔵部の透過率よりも低い透過エンハンサー透過率を有するように、当技術分野で既知の、透過性、半透過性、または多孔性材料から製造され得る。例えば、流速制御膜の作製に使用される材料は、約５０ｎｍ〜５μｍ、いくつかの実施形態では約１００ｎｍ〜２μｍ、いくつかの実施形態では約３００ｎｍ〜１μｍ（例えば約６００ｎｍ）の平均孔径を有し得る。適切な膜材料には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアセテート、エチレンｎブチルアセテート、またはエチレンビニルアセテートコポリマーなどのポリマーから作製した、繊維ウェブ（例えば織布ウェブまたは不織布ウェブ）、開口部を有するフィルム、発泡体、スポンジなどが含まれる。このような膜材料はまた、米国特許第３，７９７，４９４号明細書（特許文献７）、米国特許第４，０３１，８９４号明細書（特許文献８）、米国特許第４，２０１，２１１号明細書（特許文献９）、米国特許第４，３７９，４５４号明細書（特許文献１０）、米国特許第４，４３６，７４１号明細書（特許文献１１）、米国特許第４，５８８，５８０号明細書（特許文献１２）、米国特許第４，６１５，６９９号明細書（特許文献１３）、米国特許第４，６６１，１０５号明細書（特許文献１４）、米国特許第４，６８１，５８４号明細書（特許文献１５）、米国特許第４，６９８，０６２号明細書（特許文献１６）、米国特許第４，７２５，２７２号明細書（特許文献１７）、米国特許第４，８３２，９５３号明細書（特許文献１８）、米国特許第４，９０８，０２７号明細書（特許文献１９）、米国特許第５，００４，６１０号明細書（特許文献２０）、米国特許第５，３１０，５５９号明細書（特許文献２１）、米国特許第５，３４２，６２３号明細書（特許文献２２）、米国特許第５，３４４，６５６号明細書（特許文献２３）、米国特許第５，３６４，６３０号明細書（特許文献２４）及び米国特許第６，３７５，９７８号明細書（特許文献２５）に、より詳細に記載されており、これらの特許文献は、引用を以て本明細書の一部となす。特に適切な膜材料は、ローマン・テラピーシステーメ社（Lohmann Therapie-Systeme）から入手可能である。
【０１１８】
図１２〜図１３を参照して、任意選択ではあるが、薬剤送達アセンブリ３７０は、貯蔵部３０６に隣接して設けられた接着層３０４を含み得る。また、マイクロニードルアセンブリ３８０は、同様に、上述したようなチャンネル３３１を有する複数のマイクロニードル３３０が延設される支持体３１２を含む。薬剤送達アセンブリ３７０及び／またはマイクロニードルアセンブリ３８０の両層は、所望に応じて、接着結合、熱結合、超音波結合などの任意の既知の結合技術を用いて互いに結合され得る。
【０１１９】
用いられる特定の構造に関わらず、パッチ３００はまた、薬剤送達アセンブリ３７０とマイクロニードルアセンブリ３８０との間に配置されるリリース部材３１０を含む。リリース部材３１０は、任意選択で、該リリース部材に隣接する支持体３１２及び／または速度制御膜３０８に結合され得るが、その場合でも、一般的に、パッチ３００から容易に引き出されることができるように、軽く結合することが望ましい。所望に応じて、リリース部材３１０はまた、ユーザがリリース部材を掴んで所望する方向に引き出すのを容易にするために、パッチ３００の外周部を少なくとも部分的に超えて延在するタブ部分３７１（図１２〜図１３）を含み得る。図１２〜図１３に示すような「インアクティブ（inactive）」形態では、パッチ３００の薬剤送達アセンブリ３７０は、薬剤化合物３０７がマイクロニードル３３０に大量に流入しないように、薬剤化合物３０７をしっかりと保持する。リリース部材に対してパッチから取り外せるように単純に力を加えることにより、パッチは「アクティブ（active）」になり得る。
【０１２０】
図１４〜図１５を参照すると、パッチ３００をアクティブ形態にするための一実施形態を示しており、ここで、リリース部材３１０は長手方向に引っ張られている。リリース部材３１０は、図１６〜図１７に示すように完全に除去されてもよいし、図１４〜図１５に示すように単に部分的に除去されてもよい。どちらの場合でも、リリース部材３１０と支持体３１２の開口部（図示せず）との間に形成されているシールは破壊される。このようにして、薬剤化合物３０７が薬剤送達アセンブリ３７０からの流出し、支持体３１２を介してマイクロニードル３３０のチャンネル３３１へ流入することが開始され得る。薬剤化合物３０７が貯蔵部３０６からチャンネル３３１へどのように流れるかについての例示的な説明が、図１６〜図１７に示されている。とりわけ、薬剤化合物３０７の流れは、受動的に開始され、能動的な送達機構（例えばポンプ）は必要としない。
【０１２１】
図１２〜図１７に示した実施形態では、リリース部材を除去すると、薬剤送達アセンブリがマイクロニードルアセンブリに流体連通されるので、薬剤化合物のマイクロニードルへの流動が即座に開始される。なお、いくつかの実施形態では、薬剤化合物の放出タイミングについてのより多様な制御をユーザに提供することが望ましいであろう。このことは、マイクロニードルアセンブリが最初は薬剤送達アセンブリに流体連通されていないパッチ構造を用いることにより実現され得る。このようなパッチを使用することを望む場合、ユーザは、前記両アセンブリを物理的に操作して互いに流体連通させることができる。リリース部材は、そのような物理的操作を行う前または後に除去され得る。
【０１２２】
例えば、図１８〜図２３を参照すると、パッチ２００の特定の一実施形態が示されている。図１８〜図１９は、パッチ２００の使用前の状態を示し、マイクロニードルアセンブリ２８０から作製された第１の部分２５０と、薬剤送達アセンブリ３７０から作製された第２の部分２６０とを示す。薬剤送達アセンブリ２７０は、上述したように、流速制御膜２０８に隣接して配置された貯蔵部２０６を含む。任意選択ではあるが、薬剤送達アセンブリ２７０は、貯蔵部２０６に隣接して配置された接着層２０４を含むこともできる。マイクロニードルアセンブリ２８０は、同様に、上述したように、チャンネル２３１を有する複数のマイクロニードル２３０が延設される支持体２１２を含む。
【０１２３】
この実施形態では、支持体２１２及び流速制御膜２０８は、最初は、互いに水平方向に隣接して配置されており、リリース部材２１０は、支持体２１２及び流速制御膜２０８の上側に延在している。この特別な実施形態では一般的に、リリース部材２１０は、接着剤（例えば感圧接着剤）によって、支持体２１２及び流速制御膜２０８に取り外し可能に結合されていることが望ましい。図１８〜図１９に示すような「インアクティブ」形態では、パッチ２００の薬剤送達アセンブリ２７０は、薬剤化合物２０７がマイクロニードル２３０に大量に流入しないように薬剤化合物２０７をしっかりと保持する。パッチを「アクティブ」にすることが所望されたときは、図２０〜図２１に示すように、リリース部材２１０を引き剥がして除去することによって、リリース部材２１０と支持体２１２の開口部（図示せず）と間に形成されているシールを破壊することができる。その後、流速制御膜２０８が支持体２１２に垂直方向に積層配置されかつ支持体２１２に流体連通されるように、図２２の矢印方向で示すように、第２の部分２６０を折り畳み線「Ｆ」に沿って折り畳むことができる。あるいは、第１の部分２５０を折り畳んでもよい。いずれの場合でも、第１の部分２５０及び／または第２の部分２６０を折り畳むことによって、薬剤送達アセンブリ２７０から支持体２１２を介してマイクロニードル２３０のチャンネル２３１への薬剤化合物２０７の流動が開始される（図２３）。
【０１２４】
本発明のデバイスは、治療上有用であるように或る速度で薬剤を送達することができる。この目的のために、本発明の経皮デバイスは、予めプログラムされたスケジュールに従って、または患者、医療専門家、または生体センサとのアクティブインターフェースを通じて送達速度を制御するために、マイクロエレクトロニクスまたは他のマイクロ加工構造体を有するハウジングを含み得る。本発明のデバイスは、該デバイス内に含有されるＲＡ薬の放出を制御するために、所定の分解速度を有する材料を含み得る。送達速度は、送達される製剤の特徴（例えば、粘性、電荷及び／または化学組成）、デバイスの寸法（例えば、開口部の外径及び容積）、経皮パッチに設けられるマイクロニードルの数、担体マトリックスにおける個々のデバイスの数、適用する駆動力（例えば、濃度勾配、電圧勾配、圧力勾配）、バルブの使用などの様々な因子を操作することにより制御することができる。
【０１２５】
本発明のデバイスを介した薬剤の輸送は、例えば、バルブ、ポンプ、センサ、アクチュエータ、またはマイクロプロセッサの様々な組み合わせを使用して、制御または監視することができる。これらの部品は、一般的な製造技術または微細加工技術を用いて作製され得る。本発明のデバイスに有用であり得るアクチュエータには、マイクロポンプ、マイクロバルブ、またはポジショナーが含まれ得る。例えば、ポンプまたはバルブを制御し、それによって送達速度を制御するように、マイクロプロセッサをプログラムすることができる。
【０１２６】
本発明のデバイスを通じた薬剤の流れは、拡散または毛細管現象に基づいて生じ得るか、あるいは、従来の機械的ポンプ若しくは非機械的駆動力（例えば、電気浸透や電位泳動）または対流を用いて引き起こされ得る。例えば、電気浸透の場合、逆帯電したイオン種及び／または中性分子を送達部位へ向けてまたは送達部位内に運ぶ対流を発生させるために、生体表面（例えば皮膚表面）、マイクロニードル、及び／またはマイクロニードルに隣接する基板に、電極が配置される。
【０１２７】
薬剤の流れは、マイクロニードル表面を形成する材料を選択することにより操作され得る。例えば、ＲＡ薬の通路を方向付けるのに、本発明のデバイスのマイクロニードルの表面に隣接する１若しくは複数の大きな溝が使用され得る。あるいは、ナノ構造化された面を形成する材料は、例えば親水性または疎水性を制御することにより、前記面に沿った薬剤の輸送を促進または抑制するように処理され得る。
【０１２８】
薬剤の流れは、当技術分野で公知のバルブまたはゲートを使用して調節され得る。バルブは、繰り返し開閉することができるバルブ、または単回使用バルブであり得る。例えば、破壊可能なバリアまたは一方向ゲートが、本発明のデバイスの貯蔵部とパターニングされた表面との間に設けられ得る。すぐに使用できる状態のとき、バリアを破壊するかまたはゲートを開くことにより、薬剤のマイクロニードル表面への流動を可能にし得る。本発明のデバイスに使用される他のバルブまたはゲートは、該デバイスによる分子の流動を選択的に開始、調節または停止するように、熱的、電気化学的、機械的、または電磁的に駆動され得る。一実施形態では、前記流動は、流速制御膜を「バルブ」として使用することにより制御される。
【０１２９】
一般的に、貯蔵部、流れ制御システム、センサシステムなどを含む当技術分野で既知の任意の送達制御システムを、本発明のデバイスに組み込むことができる。例として、米国特許第７，２５０，０３７号明細書（特許文献２６）、米国特許第７，３１５，７５８号明細書（特許文献２７）、米国特許第７，４２９，２５８号明細書（特許文献２８）、米国特許第７，５８２，０６９号明細書（特許文献２９）、米国特許第７，６１１，４８１号明細書（特許文献３０）に、本発明のデバイスに組み込むことができる貯蔵部及び制御システムが記載されている。
【０１３０】
使用中は、マイクロニードルのナノ構造化された表面の皮膚内での存在が、タイトジャンクション（密着結合）及びデスモソームを含む細胞間結合の形成及び維持に影響を及ぼし得る。上述したように、タイトジャンクションは顆粒層において見られ、タイトジャンクションの開口は、薬剤、特に、従来は経皮送達が妨げられた親油性を示す高分子量活性剤の送達を向上させるための細胞間経路を提供することができる。
【０１３１】
使用中、本発明のデバイスは、それに接触した上皮組織の１若しくは複数の成分と相互作用して、傍細胞輸送機構及び／または経細胞間輸送機構によって上皮組織の多孔性を向上させることができる。上皮組織は、身体の主要な組織種類の１つである。本発明に従ってより多孔性の状態にされ得る上皮組織には、ケラチン性上皮及び移行上皮の両者を含む単層上皮及び重層上皮の両方が含まれ得る。加えて、本明細書に包含される上皮組織には、上皮層のあらゆる細胞種類が含まれ得、これらに限定しないが、ケラチノサイト、扁平細胞、円柱細胞、立方細胞、または多列細胞が含まれ得る。
【０１３２】
個々の細胞とナノトポグラフィ構造体との間の相互作用により、バリア細胞を通過させての薬剤の送達を誘起し、細胞間輸送を促進することができる。例えば、角質層のケラチノサイトとの相互作用により、ケラチノサイトへの薬剤の分配（partitioning）と、その後の、バリア細胞中への拡散及び脂質二重層の通過を促進することができる。薬剤は傍細胞経路及び細胞間経路の両方によってバリア細胞を透過することができるが、高親水性分子に対しては細胞間経路が主に用いられ得る。しかし、当然ながら、主に用いられる輸送経路は薬剤の性質よって異なってよく、親水性はただ１つの定義される特徴である。
【０１３３】
本発明は、以下の実施例を参照することにより、より良く理解できるであろう。
【実施例】
【０１３４】
実施例１
【０１３５】
電気回路の設計及び製造に用いられるものと同様のフォトリソグラフィ技術を用いて、幾つかの異なるモールドを準備した。個々のプロセスステップは、当分野で一般的に知られており、既に説明されている。
【０１３６】
初めに、シリコン基板を、アセトン、メタノール及びイソプロピルアルコールによりきれいにすることによって準備し、次に、化学蒸着プロセスに従って２５８ナノメートル（ｎｍ）の二酸化ケイ素層でコーティングした。
【０１３７】
次に、日本電子（ＪＥＯＬ）製のＪＢＸ−９３００ＦＳ電子線描画（ＥＢＬ）装置を用いて、当分野で既知であるような電子ビームリソグラフィパターニングステップによって各基板上にパターンを形成した。処理条件は、以下の通りであった。
ビーム電流＝１１ｎＡ
加速電圧＝１００ｋＶ
ショットピッチ＝１４ｎｍ
ドーズ量＝２６０ｍＣ／ｃｍ２
レジスト＝ＺＥＰ５２０Ａ，厚さ〜３３０ｎｍ
現像液＝酢酸ｎ−アミル
現像＝２分間浸漬した後、３０秒間イソプロピルアルコールでリンス。
【０１３８】
その後、ＳＴＳ社の改良型酸化物エッチング（Advanced Oxide Etch：ＡＯＥ）装置を用いて二酸化ケイ素エッチングを行った。エッチング時間は５０秒間で、Ｈｅ流量５５標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）、ＣＦ４流量２２ｓｃｃｍ、Ｃ４Ｆ８流量２０ｓｃｃｍを用い、混合ガスの圧力４ｍＴｏｒｒ、コイル４００Ｗ、ＲＩＥ装置の電力２００Ｗ、ＤＣバイアス４０４〜４１１Ｖあった。
【０１３９】
続いて、ＳＴＳ社の酸化ケイ素エッチング（silicon oxide etch：ＳＯＥ）装置を用いてシリコンエッチングを行った。エッチング時間は２分間で、２０ｓｃｃｍのＣｌ２及び５ｓｃｃｍのＡｒを用い、混合ガスの圧力５ｍＴｏｒｒ、コイル６００Ｗ、ＲＩＥ装置の電力５０Ｗ、ＤＣバイアス９６〜１０２Ｖであった。シリコンエッチング深さは５００ｎｍであった。
【０１４０】
残りの酸化物を除去するために、緩衝酸化物エッチング液（buffered oxide etchant：ＢＯＥ）を用いた。この除去は、３分間のＢＯＥ浸漬と、それに続く純水洗浄とを含むものであった。
【０１４１】
オブデュキャット社（Obducat）製のナノインプリンタNIL-Eitre（登録商標）6を用いて、様々なポリマー基板上にナノパターンを形成した。冷却剤として外部水を用いた。利用したＵＶモジュールは、１．８Ｗ／ｃｍ２で波長２００〜１０００ｎｍの単一パルスランプであった。２５０〜４００ｎｍのＵＶフィルタを用いた。最大温度２００℃及び圧力８０Ｂａｒで露光面積は６インチであった。ナノインプリンタは、半自動分離装置及び自動制御デモールディングを含んでいた。
【０１４２】
ナノインプリントされたフィルムをモールドから離型しやすくするために、モールドをトリデカ−（１，１，２，２−テトラヒドロ）−オクチルトリクロロシラン（Ｆ１３−ＴＣＳ）で処理した。モールドを処理するために、先ずアセトン、メタノール及びイソプロピルアルコールの洗浄液によりシリコンモールドをきれいにし、窒素ガスにより乾燥させた。ペトリ皿を窒素雰囲気中で熱板上に置き、ペトリ皿に１〜５ｍｌのＦ１３−ＴＣＳを加えた。シリコンモールドをペトリ皿に置き、１０〜１５分間蓋をしてＦ１３−ＴＣＳ蒸気でシリコンモールドを湿潤させてから、モールドを除去した。
【０１４３】
下表１に記載されている５つの異なるポリマーを用いて、様々なナノトポグラフィ形状を形成した。
【０１４４】
【表１】
0005860032.tif 000004
【０１４５】
幾つかの異なるナノトポグラフィパターンを形成した。それらの略図を図２４Ａ〜図２４Ｄに示す。図２４Ｅに示すナノトポグラフィパターンは、日本国東京都のＮＴＴアドバンステクノロジ株式会社から購入した平坦基板の表面である。これらのパターンを、ＤＮ１（図２４Ａ）、ＤＮ２（図２４Ｂ）、ＤＮ３（図２４Ｃ）、ＤＮ４（図２４Ｄ）及びＮＴＴＡＴ２（図２４Ｅ）と名付けた。モールドのＳＥＭ像を図２４Ａ、図２４Ｂ及び図２４Ｃに示し、フィルムのＳＥＭ像を図２４Ｄ及び図２４Ｅに示している。図８は、図２４Ａ（ＤＮ１）のモールドを用いて形成したナノパターニングされたフィルムを示している。この特定のフィルムにおいては、先述のように温度変化によってポリマーのフィーチャが描かれた。図２４Ｅのパターンの表面粗さは、３４ｎｍであることが分かった。
【０１４６】
このナノインプリンティングプロセスに従って、図７の７Ｃ及び７Ｄに示されているパターンも形成した。このパターンには、図のように複数のピラー７２及びピラー６２が含まれていた。より大きなピラー７２は、直径３．５マイクロメートル（μｍ）、高さ３０μｍ、中心間距離６．８μｍに形成された。ピラー６２は、高さ５００ｎｍ、直径２００ｎｍ、中心間距離２５０ｎｍであった。
【０１４７】
ポリプロピレンフィルムとともに用いたナノインプリンティングプロセス条件を下表２に示す。
【０１４８】
【表２】
0005860032.tif 000005
【０１４９】
実施例２
【０１５０】
様々な異なるパターンを含みかつポリスチレン（ＰＳ）またはポリプロピレン（ＰＰ）のいずれかから形成されている実施例１に上記したようなフィルムを形成した。下層基板は、厚さが異なる。用いたパターンは、実施例１に記載した形成プロセスを利用するＤＮ２、ＤＮ３またはＤＮ４のいずれかであった。このように名付けられたパターンを有する様々な異なるサイズのフィーチャを形成するために、孔の深さ及びフィーチャが異なるパターンモールドを用いた。モールドとして０．６μｍのミリポアポリカーボネートフィルタを用い、サンプル８番（ＢＢ１と名付けた）を形成した。このフィルタの上に２５μｍのポリプロピレンフィルムを載せ、その後、ポリプロピレンがフィルタの孔に流れ込むことができるようにポリプロピレンを加熱して融解させた。それから、モールドを冷却し、塩化メチレン溶媒を用いてポリカーボネートモールドを溶解した。
【０１５１】
形成されたフィルムのＳＥＭを図２５〜図３３に示し、形成されたフィルムの特徴を下表３に要約する。
【０１５２】
【表３】
0005860032.tif 000006
【０１５３】
各サンプルに対して、ＡＦＭを用いてフィルムの特徴付けを行った。特徴付けに含まれていたのは、走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）の形成、表面粗さの決定、最大測定フィーチャ高さの決定及びフラクタル次元の決定であった。
【０１５４】
用いた原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）プローブは、マイクロマッシュ社（μMasch）製のシリーズ１６シリコンプローブ及びカンチレバーであった。カンチレバーは、共振周波数１７０ｋＨｚ、バネ定数４０Ｎ／ｍ、長さ２３０±５μｍ、幅４０±３μｍ、厚さ７．０±０．５μｍであった。プローブチップはリンをドープしたｎ型シリコンプローブであり、その標準的なプローブチップ半径は１０ｎｍ、チップ全体の円錐角は４０°、チップ高は２０〜２５μｍ、バルク抵抗率は０．０１〜０．０５Ω−ｃｍであった。
【０１５５】
表３に記載されている表面粗さ値は、ＩＳＯ２５１７８シリーズにおいて定義される表面面積粗さパラメータの算術平均高さである。
【０１５６】
フーリエ振幅スペクトルを解析することによって、異なる角度に対するフラクタル次元を計算した；異なる角度及び振幅に対して、フーリエプロファイルを抽出し、周波数及び振幅座標の対数を計算した。その後、各方向に対するフラクタル次元Ｄを次式の如く計算する。
【０１５７】
Ｄ＝（６＋ｓ）／２
【０１５８】
ここで、ｓは両対数曲線の（負の）傾きである。これにより得られるフラクタル次元は、全方向の平均である。
【０１５９】
フラクタル次元は、両対数関数の適用によって２Ｄフーリエスペクトルから評価することもできる。表面がフラクタルである場合、両対数グラフは、負の傾きを持ち高度に線形であるはずである（例えば、非特許文献６を参照）。
【０１６０】
実施例３
【０１６１】
６ウェルプレート内で、濃度２５，０００細胞／ｃｍ２、３７℃、５％ＣＯ２で２４時間、１０％ＦＢＳ及び１％ペニシリン／ストレプトマイシン含有ＤＭＥＭでヒト皮膚ＨａＣａＴ上皮細胞を成長させた。プレートは、上記実施例１に記載したように形成され、ＤＮ１、ＤＮ２（表３のサンプル４）、ＤＮ３と名付けられた、ナノパターニングされたポリプロピレンフィルム、または未処理の表面のいずれかをウェルの底部に有していた。ナノパターニングされたフィルムをシアノアクリレートにより適所に接着した。
【０１６２】
１ウェル当たり１ｍＬのトリプシンを用いて１０分間細胞を表面から引き離し、１ｍＬの成長培地（同上）によりクエンチし、その後、マイクロ遠心チューブに移して１２００ｒｐｍで７分間遠心してペレット状にした。
【０１６３】
キアゲン（Qiagen）社製のRneasyミニプレップ・キットを用いて、製造業者のプロトコールに従って、ペレット状にした細胞からＲＮＡを単離した。手短に言えば、細胞を溶解させ、エタノールと混合し、カラム内で遠沈した。その後、溶解物を３回洗浄し、DNaseで処理して４０ｍｌ容量で溶出した。
【０１６４】
ＳＡバイオサイエンス社（SA Biosciences）製のＲＴ用ファーストストランド・キットを用いて単離したＲＮＡからｃＤＮＡを作製した。手短に言えば、ＲＮＡを４２℃で５分間DNaseで再度処理した。次に、ランダムプライマー及び逆転写酵素を加え、４２℃で１５分間インキュベートし、その後９５℃で５分間インキュベートして反応を停止させた。
【０１６５】
その後、ＩＬ１−β、ＩＬ６、ＩＬ８、ＩＬ１０、ＩＬ１Ｒ１、ＴＮＦα、ＴＧＦβ−１、ＰＤＧＦＡ、ＧＡＰＤＨ、ＨＤＧＣ、ＲＴＣ及びＰＰＣのためのプライマーを使い、ＳＡバイオサイエンス社製のＲＴプロファイラ（RT profiler）カスタムＰＣＲアレイを用いて、ｃＤＮＡサンプルに対してｑＰＣＲを行った。手短に言えば、ｃＤＮＡをサイバーグリーン（SYBR green）及び水と混合し、次に、対象の遺伝子に対する適切なセンス及びアンチセンス・プライマー対を予め固定したＰＣＲプレートに、加えた。その後、９５℃に加熱したＡＢＩ社製StepOnePlus（登録商標）ＰＣＲシステム上でプレートのラン（測定）を１０分間行い、その後、９５℃で１５秒間及び６０℃で１分間を４５サイクル行った。
【０１６６】
内部対照（internal control）としてＧＡＰＤＨを用いてΔΔＣｔ解析を行った。活性及びゲノムＤＮＡ混入のための追加内部対照として、ＨＤＧＣ、ＲＴＣ及びＰＰＣレベルを用いた。
【０１６７】
その後、一元配置分散分析法（One-way ANOVA）及びテューキー２点法（Tukey's 2-point test）を用いて、表面間の差の統計的有意性を判定した。
【０１６８】
下表４は、ポリプロピレンフィルム上に作製されたナノインプリントされた構造における発現の倍率変化（fold change）として得られたタンパク質発現と、構造化されていないフィルムにおける発現とを比較して表している。
【０１６９】
【表４】
0005860032.tif 000007
【０１７０】
実施例４
【０１７１】
実施例３に記載の方法を用いて、ヒト皮膚ＨａＣａＴ上皮細胞を様々な異なるポリプロピレン（ＰＰ）またはポリスチレン（ＰＳ）フィルム上で成長させ、上記のように形成しかつパターニングしたときの、ヒト皮膚ＨａＣａＴ上皮細胞由来の幾つかの異なるサイトカインに対する発現レベルを調べた。各サイトカインに対する発現レベルと、標準組織培養ポリスチレン（ＴＣＰＳ）上で培養されかつリポ多糖（ＬＰＳ）により誘発された同じ細胞型由来のサイトカインの発現レベルとを比較した。結果を下表５に示す。
【０１７２】
上記したようなＤＮ２パターンを有するナノパターニングされたポリプロピレンフィルム上で成長させた細胞（表３のサンプル４）は、ＴＣＰＳと比べて、ＩＬ−１β、ＩＬ−１ｒａ、ＩＬ−１０及びＭＩＰ−１βの発現を上方制御し、ＩＬ−４、ＩＬ−１３、ＭＩＧ、ＫＣ、ＩＬ−２、ＭＩＰ−１、ＴＮＦ−α、ＩＬ−１２、ＩＬ−１６及びＩＬ−１αの発現を下方制御することが判明した。
【０１７３】
幾つかの他のフィルムの、様々なサイトカインの細胞発現に対する効果を調べた。各フィルムを以下のように名付けた。
１−ＤＮ２パターンを有する７５μｍポリスチレンフィルム（表３のサンプル３）
２−ＤＮ３パターンを有する７５μｍポリスチレンフィルム（表３のサンプル１）
３−ＤＮ４パターンを有する７５μｍポリスチレンフィルム（表３のサンプル６）
４−インプリントされていない７５μｍポリスチレンフィルム
５−ＤＮ２パターンを有する２５．４μｍポリプロピレンフィルム（表３のサンプル４）
６−ＤＮ４パターンを有する２５．４μｍポリプロピレンフィルム（表３のサンプル７）
７−ＤＮ２パターンを有する５μｍポリプロピレンフィルム（表３のサンプル２）
８−ＢＢ１ポリプロピレンフィルム（表３のサンプル８）
９−インプリントされていない２５．４μｍポリプロピレンフィルム
１０−インプリントされていない５μｍポリプロピレンフィルム
【０１７４】
結果を下表５に示す。結果は、以下のように与えられる。
−− 発現レベルは検査閾値を下回った
―― 発現レベルはＴＣＰＳの発現レベルを下回った
＝ 発現レベルはＴＣＰＳの発現レベルと同様であった
＋ 発現レベルはＴＣＰＳの発現レベルを上回ったが、ＬＰＳに誘発されたときの発現レベルを下回った
＋＋ 発現レベルはＬＰＳ誘発の発現レベルと同様であった
＋＋＋ 発現レベルはＬＰＳ誘発の発現レベルを上回った
【０１７５】
【表５】
0005860032.tif 000008
【０１７６】
実施例５
【０１７７】
６ウェルプレート内で、濃度２５，０００細胞／ｃｍ２、３７℃、５％ＣＯ２で２４時間、１０％ＦＢＳ及び１％ペニシリン／ストレプトマイシン含有ＤＭＥＭでヒト皮膚ＨａＣａＴ上皮細胞を成長させた。プレートは、上記実施例１に記載したように形成され、ＤＮ１、ＤＮ２（表３のサンプル４）、ＤＮ３と名付けられたポリプロピレンフィルム、または未処理の表面のいずれかをウェルの底部に有していた。フィルムをシアノアクリレートにより適所に接着した。
【０１７８】
各ウェルから培地を採取し、ミリポア社（Millipore）製のミリプレックス・マップ・キットによりサイトカイン産生を解析した。ＩＬ１−β、ＩＬ１ＲＡ、ＩＬ６、ＩＬ８、ＩＬ１０、ＰＤＧＦ−ＡＡ、ＰＧＧＦ−ＡＢ／ＢＢ及びＴＮＦ−αを検出するためにビーズを用いた。バイオ・ラッド社（BioRad）製バイオプレックス（BioPlex machine）にて測定を行った。手短に言えば、培地を、フィルタを備えたマイクロプレートウェル内に入れた。主要ビーズを加え、振盪させながら室温で１時間インキュベートした。次に、プレートを洗浄し、検出抗体を加えて振盪させながら室温で３０分間インキュベートした。その後、ストレプトアビジン−フィコエリスリンを加え、室温でさらに３０分間インキュベートした。それから、プレートを洗浄し、ビーズをアッセイ緩衝液中で再懸濁し、バイオプレックスを使って蛍光強度の中央値を解析した。
【０１７９】
実施例６
【０１８０】
上記したようにパターニングされたフィルムがＣａｃｏ−２細胞単層（ヒト上皮結腸直腸腺癌細胞）に与える透過効果を判定した。
【０１８１】
上記実施例１に記載したように形成したフィルム（ＤＮ２、ＤＮ３及びＤＮ４と名付けられたパターンを有して形成されたフィルムを含む）を用いた。第４のフィルムすなわちＢＢ１（上記実施例２で説明済み）と名付けられたフィルムも用いた。フィルムタイプ別に複数の例でプロトコールを実行した。
【０１８２】
各フィルムに関して準拠した一般プロトコールは以下の通りであった。
【０１８３】
材料
セルカルチャーインサート０．４ｕｍ孔径ＨＤＰＥＴメンブレン（BD Falcon）
２４ウェルプレート（BD Falcon）
Ｃａｃｏ−２培地
上記したようなナノ構造メンブレン
ＩｇＧ−ＦＩＴＣ（Sigma Aldrich）
ＢＳＡ−ＦＩＴＣ（Sigma Aldrich）
フェノールレッド不含ＭＥＭ（Minimum Essential Medium）培地（Invitrogen）
ＴＥＥＲ電圧計
加温したＰＢＳ
黒色９６ウェルプレート
アルミ箔
【０１８４】
プロトコール
１．透過性アッセイが行われる２週間前に、コラーゲンコーティングしたウェルインサート上にＣａｃｏ−２細胞を播く。１００％エタノールとコラーゲンの体積比を１：１にすることによって、コラーゲンコーティングプレートを作製する。無菌フード内で表面を乾燥するまで一晩乾燥させる。
２．フェノールレッド不含α−ＭＥＭ培地において対象のＦＩＴＣ共役分子（ＢＳＡ、ＩｇＧなど）の溶液を０．１ｍｇ／ｍＬ作る。アルミ箔にくるんで光から保護する。
３．抵抗を測定することによって、Ｃａｃｏ−２細胞の密集度をチェックする。密集度に対して抵抗は約〜６００Ωであるべきである。
４．頂端（アピカル）側及び基底外側においてセルカルチャーインサートから古い培地を吸引する。ＰＢＳでリンスして、残りのフェノールレッド色素を除去する。
５．各インサートの頂端側において０．５ｍＬのＦＩＴＣ共役溶液を加える。
６．セルカルチャーインサートを備えた別の２４ウェルプレートにおいて、０．５ｍＬの加温したＰＢＳを加える。
７．インサートをＰＢＳの付着したプレートに移す。キムワイプでインサートの底部を拭き取ることにより、残りのフェノールレッドを除去する。
８．ｔ＝０の時点：インサートの基底外側から７５ｍＬを採取し、底部が黒色の９６ウェルプレートに移す。上記体積を７５ｍＬの加温したＰＢＳに置き換える。「チョップスティック型」電極を用いて各ウェルの抵抗を記録する。
９．メンブレンを適切にラベルを付けたウェルに注意深く加える。対照は、インプリントされていないメンブレン及び細胞単独である。顕微鏡下で、メンブレンが細胞と直接接触することをチェックする。細胞との接触を示すはっきりした円を見ることができるはずである。
１０．ｔ＝０の時点：ステップ７を繰り返し、その後インキュベータ内に１時間載置する。
１１．ｔ＝１の時点：ステップ７を繰り返し、その後インキュベータ内に１時間載置する。
１２．ｔ＝２の時点：ステップ７を繰り返す。
１３．分光蛍光光度計プレートリーダーを用いて蛍光シグナルを測定する。ＦＩＴＣ（励起＝４９０ｎｍ、発光＝５２０ｎｍ）
【０１８５】
結果
使用したフィルム及び得られた結果を要約したものを下表６に示す。
【０１８６】
【表６】
0005860032.tif 000009
【０１８７】
弾性率の決定は、非特許文献７に記載されているような当分野で既知の標準方法に従って行った。
【０１８８】
標準的技法（例えば、非特許文献８を参照）に従って、表面上に水滴を垂らすことによって接触角を測定した。
【０１８９】
図３４は、本明細書に記載のナノパターンがパターニングされたポリスチレンフィルム上の細胞単層におけるウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）の透過率に対する効果をグラフで示している。フィルムパターンには、図のように、ＤＮ２パターン（サンプル３番）、ＤＮ３パターン（サンプル５番）及びＤＮ４パターン（サンプル６番）が含まれていた。さらに、パターニングされていないフィルムの結果（図３４にＰＳＵＩと示されている）及び隣接フィルムのない細胞層の結果（図３４に「細胞」と示されている）も示す。
【０１９０】
図３５Ａ及び図３５Ｂは、本明細書に記載のナノパターンがパターニングされたポリスチレンフィルム上の細胞単層における免疫グロブリンＧ（ＩｇＧ）の透過率に対する効果をグラフで示している。フィルムパターンには、図のように、ＤＮ２パターン（サンプル３番）、ＤＮ３パターン（サンプル５番）及びＤＮ４パターン（サンプル６番）が含まれていた。さらに、パターニングされていないフィルムの結果（図３５Ａ及び図３５ＢにＰＳＵＩと示されている）及び隣接フィルムのない細胞層の結果（図３５Ａ及び図３５Ｂに「細胞」と示されている）も示す。これらの結果は、透過率の倍率増加として、時間［hours］単位で測定した時間の関数として示されている。蛍光光度計上でＢＳＡシグナルを読み取り、分光光度計上でＩｇＧシグナルを読み取った。
【０１９１】
図３６Ａ及び図３６Ｂは、ＤＮ４がパターニングされたポリスチレン表面（サンプル６番）上の細胞単層内外のＩｇＧの傍細胞及び経細胞輸送をそれぞれ示す３次元生死判別（3D live/dead）蛍光染色像である。
【０１９２】
図３７は、本明細書に記載のナノパターンがパターニングされたポリプロピレンフィルム上の細胞単層におけるＢＳＡの透過率に対する効果をグラフで示している。パターンには、図のように、ＢＢ１（サンプル８番）、ＤＮ２（サンプル４番）及びＤＮ４（サンプル７番）が含まれていた。さらに、パターニングされていないフィルムの結果（図３７にＰＳＵＩと示されている）及び隣接フィルムのない細胞層の結果（図３７に「細胞」と示されている）も示す。
【０１９３】
図３８は、本明細書に記載のナノパターンがパターニングされたポリプロピレンフィルム上の細胞単層におけるＩｇＧの透過率に対する効果をグラフで示している。パターンには、図のように、ＢＢ１（サンプル８番）、ＤＮ２（サンプル４番）及びＤＮ４（サンプル７番）が含まれていた。さらに、パターニングされていないフィルムの結果（図３８にＰＳＵＩと示されている）及び隣接フィルムのない細胞層の結果（図３８に「細胞」と示されている）も示す。
【０１９４】
図３９Ａ及び図３９Ｂは、ポリプロピレンＤＮ２がパターニングされた表面（サンプル４番）上の細胞単層内外のＩｇＧの傍細胞輸送を示す３次元生死判別蛍光染色像である。
【０１９５】
図４０Ａ〜図４０Ｆは、ナノパターニングされた表面上で培養されたＣａｃｏ−２細胞の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。具体的には、図４０Ａ及び図４０Ｂは、平坦ポリスチレン対照フィルム上のＣａｃｏ−２細胞を示している。図４０Ｃ及び図４０Ｄは、上記したようなＤＮ２パターン（サンプル３番）がパターニングされたポリスチレンフィルム上のＣａｃｏ−２細胞を示しており、図４０Ｅ及び図４０Ｆは、上記したようなＤＮ３（サンプル５番）パターンがパターニングされたポリスチレンフィルム上のＣａｃｏ−２細胞を示している。
【０１９６】
実施例７
【０１９７】
実施例６に記載の方法を用いて、融合タンパク質治療薬エタネルセプト（エンブレル（登録商標）という商品名で販売されている）のＣａｃｏ−２細胞単層透過性を調べた。図４１は、ポリプロピレン（ＤＮ２ ＰＰ−表３のサンプル４）及びポリスチレン（ＤＮ２ ＰＳ−表３のサンプル３及び、ＤＮ３ ＰＳ−表３のサンプル１）の両者を含む幾つかの異なるパターニングされた基板上で成長させた細胞層の結果、並びにインプリントされていないポリスチレンメンブレン（ＰＳＵＩ）の結果及びメンブレン（細胞）のない細胞層の結果をグラフで示している。これらの結果は、初期透過率からの経時的倍率変化として示されている。図４２は、図４１の基板及び細胞層に対して、ウェルにメンブレンを追加した後の、２時間（ｔ＝２）の時点での、初期時点ｔ＝０からの透過率の倍率増加を示している。
【０１９８】
実施例８
【０１９９】
ナノパターニングされた表面を含むマイクロニードルのアレイを形成した。初めに、フォトリソグラフィプロセスによって、図２に示したマイクロニードルのアレイをシリコンウェーハ上に形成した。各ニードルは、ニードルのベースに設けられた１つのダイ貫通孔（図２には見えない）に整合されかつ互いに相反する側に配置された２つの側面チャンネルを含んでいた。
【０２００】
シリコンベースのウェーハ上に、標準的なマイクロマシニングプロセスに従ってマイクロニードルを形成した。ウェーハにレジスト及び／または酸化物層を重ねて層状にし、続いて、標準方法に従って、選択エッチング（酸化物エッチング、ＤＲＩＥエッチング、（iso）エッチング）、レジスト除去、酸化物除去及び、リソグラフィ技術（例えば、イソ（iso）リソグラフィ、ホール（孔）リソグラフィ、スリットリソグラフィ）を行うことにより、マイクロニードルのアレイを形成した。
【０２０１】
マイクロニードルアレイの形成に続き、マイクロニードルアレイ上に、例１で述べたようなＤＮ２パターンが形成された５μｍのポリプロピレンフィルムを載せた。その特徴は、表３中のサンプル２に説明されている。加熱された真空箱（３インチＨ２Ｏ真空）上にウェーハ／フィルム構造を高温（１３０°Ｃ）で１時間保持し、フィルムのナノパターニングされた表面を維持しながらマイクロニードルの表面を覆うフィルムをゆっくりと引っ張った。
【０２０２】
図４３は、マイクロニードルのアレイの上面を覆うフィルムを示しており、図４４は、ニードルの上面を覆うナノパターニングされたフィルムを含むアレイのうちの１本のニードルの拡大図である。
【０２０３】
実施例９
【０２０４】
実施例８に記載したように形成されたマイクロニードルアレイを含む経皮パッチを形成した。パッチの形成は、マイクロニードルアレイ上にＤＮ２パターンまたはＤＮ３パターンのいずれかを用いて行った。マイクロニードルに適用されたパターンを画定するフィルムを下表７において説明する。フィルム１は表３のサンプル２番に等しく、フィルム２は表３のサンプル９番に等しい。
【０２０５】
【表７】
0005860032.tif 000010
【０２０６】
対照パッチも形成した。対照パッチには、マイクロニードルのアレイに適用した後のフィルム上にパターンを形成しなかった。薬剤供給業者からの指示に従って、エタネルセプト（エンブレル（登録商標））の経皮製剤及び皮下製剤を調製した。４ｍｇ／ｋｇの皮下薬剤投与を促進するために、皮下投与製剤（陽性対照用）を調製した。所望の投与量２００ｍｇ／ｋｇを２４時間で達成するように、経皮投与のためのエンブレル（登録商標）の濃度を調整した。
【０２０７】
この研究では、全部で１０匹のＢＡＬＢ／Ｃマウス（番号＃１〜＃１０を割り当てた）を用い、下表８に示すように、そのうち８匹にエンブレル（登録商標）を経皮投与し（群１）、２匹にエンブレル（登録商標）を皮下投与した（群２）。剪毛皮膚領域に経皮パッチを貼り付け、皮膚にパッチを貼り付けた直後にマイクロニードル先端付近に孔を形成した。
【０２０８】
【表８】
0005860032.tif 000011
【０２０９】
使用した経皮パッチには、表面上にナノトポグラフィ（上記したようなＤＮ２及びＤＮ３パターン）を画定するパッチ及びナノトポグラフィのパターンなしのパッチの両者が含まれていた。
【０２１０】
表８に示した時点で全血のサンプルを採取した。下顎出血によって約１００〜２００ｍｌの血液を採取し、次に冷凍遠心器（４℃に設定）内で約１３００ｒｐｍで１０分間遠心分離した。結果的に得られた血清を吸引し、血液採取／遠心分離から３０分間以内に、適切にラベルを付けたチューブに移した。チューブを凍結させ、ヒトｓＴＮＦレセプタＥＬＩＳＡキット（R&D Systems cat# DRT200）を用いてエンブレル（登録商標）のレベルの解析を行うまで、−７０℃以下で暗所に保存した。被験体に不要なストレスがかからないようにするために、同一被験体に対する２回の血液採取間の時間間隔を２４時間とした。
【０２１１】
図４５は、表面上にナノトポグラフィを画定した経皮パッチの平均ＰＫプロファイルをグラフで示している。ナノトポグラフィをマイクロニードル経皮パッチと組み合わせることの全体的効果を表すために、ナノトポグラフィを含むパッチ全てに対する結果の平均を用いた。図から分かるように、貼付から最初の２時間以内に血清レベルがパッチ面積８００ｎｇ／ｍＬ／ｃｍ２超まで急上昇した。続いて、血清レベルは、貼付から２４時間以内に無視できる程度にまで徐々に低下した。図４５を作成するために用いたデータを下表９に示す。
【０２１２】
【表９】
0005860032.tif 000012
【０２１３】
図４６Ａ及び図４６Ｂは、パッチと接触して保持されている皮膚の電子顕微鏡像の断面図を示している。これらの像は、パッチを除去した後（貼付後７２時間）に撮影した。図４６Ａのサンプルは、表面上にナノトポグラフィを含むパッチと接触させたものである。具体的には、上記したようなＤＮ２パターンをパッチの表面上に形成した。図４６Ｂのサンプルは、表面上にナノトポグラフィのパターンを画定しなかった経皮パッチと接触させたものである。図から分かるように、図４６Ｂのサンプルは、炎症の兆候及び高い密度のマクロファージの存在を示している。
【０２１４】
実施例１０
【０２１５】
実施例８に記載したように形成されたマイクロニードルアレイを含む経皮パッチを形成した。経皮パッチの形成は、実施例９の表７に記載したようなマイクロニードルアレイ上のＤＮ２パターンまたはＤＮ３パターンのいずれかを用いて行った。マイクロニードルのアレイを適用した後にフィルム上にパターンを形成しない対照パッチも形成した。薬剤供給業者からの指示に従って、エタネルセプト（エンブレル（登録商標））の経皮製剤及び皮下製剤を調製した。
【０２１６】
被験体（ウサギ）に、エンブレル（登録商標）を経皮投与したか、あるいはエンブレル（登録商標）を皮下（ＳｕｂＱ）投与した。結果を図４７にグラフで示す。この図には、血清濃度がｐｇ／ｍｌ単位で時間の関数として与えられている。図４７を作成するために用いたデータを下表１０に示す。
【０２１７】
【表１０】
0005860032.tif 000013
【０２１８】
本明細書において、本発明の主題をその具体的な実施形態に関して詳細に説明してきたが、当然のことながら、当業者は、上記記載を理解して、これらの実施形態の代替形態、変形形態及び等価形態を容易に考え出すことができる。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれと等価なものとして判断されるものとする。
【図１】
0005860032.tif 000014
【図２】
0005860032.tif 000015
【図３】
0005860032.tif 000016
【図４】
0005860032.tif 000017
【図５】
0005860032.tif 000018
【図６】
0005860032.tif 000019
【図７】
0005860032.tif 000020
【図８】
0005860032.tif 000021
【図９】
0005860032.tif 000022
【図１０】
0005860032.tif 000023
【図１１】
0005860032.tif 000024
【図１２】
0005860032.tif 000025
【図１３】
0005860032.tif 000026
【図１４】
0005860032.tif 000027
【図１５】
0005860032.tif 000028
【図１６】
0005860032.tif 000029
【図１７】
0005860032.tif 000030
【図１８】
0005860032.tif 000031
【図１９】
0005860032.tif 000032
【図２０】
0005860032.tif 000033
【図２１】
0005860032.tif 000034
【図２２】
0005860032.tif 000035
【図２３】
0005860032.tif 000036
【図２４Ａ】
0005860032.tif 000037
【図２４Ｂ】
0005860032.tif 000038
【図２４Ｃ】
0005860032.tif 000039
【図２４Ｄ】
0005860032.tif 000040
【図２４Ｅ】
0005860032.tif 000041
【図２５】
0005860032.tif 000042
【図２６Ａ】
0005860032.tif 000043
【図２６Ｂ】
0005860032.tif 000044
【図２７】
0005860032.tif 000045
【図２８】
0005860032.tif 000046
【図２９】
0005860032.tif 000047
【図３０】
0005860032.tif 000048
【図３１】
0005860032.tif 000049
【図３２】
0005860032.tif 000050
【図３３】
0005860032.tif 000051
【図３４】
0005860032.tif 000052
【図３５Ａ】
0005860032.tif 000053
【図３５Ｂ】
0005860032.tif 000054
【図３６Ａ】
0005860032.tif 000055
【図３６Ｂ】
0005860032.tif 000056
【図３７】
0005860032.tif 000057
【図３８】
0005860032.tif 000058
【図３９Ａ】
0005860032.tif 000059
【図３９Ｂ】
0005860032.tif 000060
【図４０】
0005860032.tif 000061
【図４１】
0005860032.tif 000062
【図４２】
0005860032.tif 000063
【図４３】
0005860032.tif 000064
【図４４】
0005860032.tif 000065
【図４５】
0005860032.tif 000066
【図４６Ａ】
0005860032.tif 000067
【図４６Ｂ】
0005860032.tif 000068
【図４７】
0005860032.tif 000069