(57)【要約】【課題】  生体適合性を有しかつ強度的に使用に十分耐え得る素材による、非常に大きな体積変化を生じさせるゲル組織体の作製を実現する。【解決手段】  感光性高分子および高分子電解質が化学的に架橋された高分子ゲル膜を備え、該高分子ゲル膜が未架橋の高分子電解質溶液を覆っている形態を有するゲル組成物を提供する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光性高分子および高分子電解質が化学的に架橋された高分子ゲル膜を備える、ゲル組成物。
【請求項２】
前記感光性高分子が感光性の官能基を有する、請求項１に記載のゲル組成物。
【請求項３】
前記官能基がアジド基を有する、請求項２に記載のゲル組成物。
【請求項４】
前記感光性高分子がピリジン基をさらに有する、請求項２に記載のゲル組成物。
【請求項５】
前記感光性高分子の主鎖部分がポリビニルアルコールである、請求項１に記載のゲル組成物。
【請求項６】
前記高分子電解質が、ポリスチレンスルホン酸、ポリメタクリル酸またはポリアクリル酸の金属塩である、請求項１に記載のゲル組成物。
【請求項７】
前記高分子電解質がＤＮＡである、請求項１に記載のゲル組成物。
【請求項８】
前記架橋が紫外線照射によってもたらされる、請求項１に記載のゲル組成物。
【請求項９】
前記紫外線照射が、３６５ｎｍの波長で３５００ｍＷ／ｃｍ２の条件下にて１〜１５分行われる、請求項８に記載のゲル組成物。
【請求項１０】
前記高分子ゲル膜が未架橋の高分子電解質溶液を覆っている、請求項１に記載のゲル組成物。
【請求項１１】
感光性高分子と高分子電解質との混合溶液を調製する工程と、該混合溶液を紫外線照射する工程とを包含する、ゲル組成物を製造する方法。
【請求項１２】
前記感光性高分子が感光性の官能基を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記官能基がアジド基を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記感光性高分子がピリジン基をさらに有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記感光性高分子の主鎖部分がポリビニルアルコールである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記高分子電解質が、ポリスチレンスルホン酸、ポリメタクリル酸またはポリアクリル酸の金属塩である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記高分子電解質がＤＮＡである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ゲル組成物が高分子ゲル膜を備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記高分子ゲル膜が未架橋の高分子電解質溶液を覆っている、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記紫外線照射する工程が、３６５ｎｍの波長で３５００ｍＷ／ｃｍ２の条件下にて１〜１５分行われる、請求項１１に記載のゲル組成物。
【請求項２１】
前記混合溶液は、感光性高分子と高分子電解質とを純水中で混合して調製される、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非常に大きな体積変化が生じる高分子組織体に関するものである。より詳細には、本発明は、生体適合性を十分有する材料を用いた組織体であって、形成された組織体が感光性高分子（例えば、官能基を有する高分子）および高分子電解質（例えば、ＤＮＡ）を含んでいることによって組織体の内側と外側との間に浸透圧差が生じて、周辺環境の水分を組織体内部に取り込み、その結果、極めて大きな体積変化を生じる高分子組織体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高分子ゲルは、高分子の網目に溶媒が浸入して形成され、生物模倣材料（例えば、人工筋肉および人工皮膚など）として医学生物学分野において注目される素材である。
【０００３】
高分子ゲルは、液体と高分子網目とからなるブロック形態であり、高分子網目が形成する空間内に液体を保持することによって液体の流出を防ぐ。よって、高分子ゲルは、液体と固体との中間の形態ということができる。保持する液体の量に応じて、高分子ゲルの強度は異なり、例えば、特定のゲルは伸縮性を有し、別のゲルは塑性を有する。
【０００４】
このような高分子ゲルのさらなる特性として、ゲル内外の情報を交換し得る開放系物質としての性質を挙げることができ、医学生物学分野における高分子ゲルの応用はこの特性を利用している。生物学分野における高分子ゲルの応用の例として、薬物徐放性担体、創傷被覆材、人工皮膚、人工硝子体、コンタクトレンズなどが挙げられるが、この場合、生体適合性が非常に重要であり、本分野における課題でもある。
【０００５】
例えば、硝子体の人工代替物の開発は古くから行われており、精製ヒアルロン酸ナトリウムゲルまたは液状シリコンが用いられている。しかし、生体内の酵素による分解、吸収または体液による乳化という欠点を有する。
【０００６】
生体適合性材料を用いた組織体は、細胞培養基板、体内埋め込み用材料、またはドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ）への適用など、種々の分野への応用が期待されている。一般には、大量生産されている高分子に対して付加的な反応を行うことによって生体適合性が付与された材料の開発が盛んに行われている。これらは、工業的に大量生産を行うには有効であるが、生体適合性の検証に多大な時間および労力が必要とされる。また、生体適合性を有するポリビニルアルコールがヒドロゲルを形成することは知られており、その機械的強度を上げるために種々の試みがなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。特許文献１には、ポリビニルアルコールのヒドロゲル中が高分子電解質物質を分散含有してなるブロック形態のゲル組成物が記載されている。
【０００７】
一方で、生体適合性を有する物質の１つとして知られるＤＮＡは、合成手法を用いて作製することができ、魚類などの産業廃棄物から大量に抽出することができるという利点を有している。
【０００８】
ＤＮＡは二重らせん構造を有する直鎖状高分子電解質であり、ポリマーまたは凝集剤の添加によってランダムコイル状態からグロビュール構造に変化する性質を有する。このようなコイル−グロビュール転移能を有しかつ生体適合性材料であるＤＮＡをゲル化して、非常に特異的な物性を有する機能性材料を開発することが試みられている。
【０００９】
ＤＮＡに関しては生体適合性に関する問題がないにもかかわらず、実用面からはさほど利用されていない。これは、ＤＮＡが、タンパク質をコードする物質または特徴的な高次構造性を有する物質であることに着目されていたからといえる。また、ＤＮＡ単体では、生体内の種々の酵素によって分解され、長時間の使用には耐えることができないという問題も有している。
【００１０】
これらの点を考慮して、ゲル状組織体は、ＤＮＡを生体適合性材料へ応用する際に好ましい形態と考えられている。例えば、特許文献２には、複数のプラスミドＤＮＡが三次元架橋により連結されているブロック形態の刺激応答型ＤＮＡ組織体が記載されている。
【特許文献１】特開平２−１２３１５３号公報（平成２年５月１０日公開）
【特許文献２】特開２００３−２５０５４６公報（平成１５年９月９日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、ＤＮＡを用いたゲルは、生体適合性を十分に有しているがそれ自体では生体内での分解に耐えることができない可能性が高い。そこで、ＤＮＡの生体適合性を十分に活かしつつ、物理的／化学的強度を付与することができる既存の生態適合性材料を混合した組織体が必要とされる。
【００１２】
従来、ＤＮＡゲルの作製には、多価金属イオンなどの添加による物理的架橋、または二重らせんＤＮＡを一重らせんに変性させてから架橋する化学的架橋が適用されている。
【００１３】
また、ゲル組織体に多量の水分を含有させた場合は、膨潤性による多少の体積変化はあるが、変化量を大きくするためには組織体自体を大きくする必要があり、よって多量の材料が必要とされる。また、生体内で使用する場合には、極少量の材料で効果的な体積変化を誘起することができる材料が必要とされるが、従来のブロック形態で効果的な体積変化を誘発することには限界がある。
【００１４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、生体適合性を有しかつ強度的に使用に十分耐え得る素材による、非常に大きな体積変化を生じさせる形態のゲル組織体の作製を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るゲル組成物は、感光性高分子および高分子電解質が化学的に架橋された高分子ゲル膜を備えることを特徴としている。
【００１６】
本発明に係るゲル組成物において、上記感光性高分子は感光性の官能基を有することが好ましい。
【００１７】
本発明に係るゲル組成物において、上記官能基がアジド基を有することが好ましい。
【００１８】
本発明に係るゲル組成物において、上記感光性高分子がピリジン基をさらに有することが好ましい。
【００１９】
本発明に係るゲル組成物において、上記感光性高分子の主鎖部分はポリビニルアルコールであることが好ましい。
【００２０】
本発明に係るゲル組成物において、上記高分子電解質は、ポリスチレンスルホン酸、ポリメタクリル酸またはポリアクリル酸の金属塩であることが好ましい。
【００２１】
本発明に係るゲル組成物において、上記高分子電解質はＤＮＡであることが好ましい。
【００２２】
本発明に係るゲル組成物において、上記架橋は紫外線照射によってもたらされることが好ましい。
【００２３】
本発明に係るゲル組成物において、上記紫外線照射は、３６５ｎｍの波長で３５００ｍＷ／ｃｍ２の条件下にて１〜１５分行われることが好ましい。
【００２４】
本発明に係るゲル組成物は、上記高分子ゲル膜が未架橋の高分子電解質溶液を覆っていることが好ましい。
【００２５】
本発明に係るゲル組成物を製造する方法は、感光性高分子と高分子電解質との混合溶液を調製する工程と、該混合溶液を紫外線照射する工程とを包含することを特徴としている。
【００２６】
本発明に係るゲル組成物を製造する方法において、上記感光性高分子は感光性の官能基を有することが好ましい。
【００２７】
本発明に係るゲル組成物を製造する方法において、上記官能基がアジド基を有することが好ましい。
【００２８】
本発明に係るゲル組成物を製造する方法において、上記感光性高分子がピリジン基をさらに有することが好ましい。
【００２９】
本発明に係るゲル組成物を製造する方法において、上記感光性高分子の主鎖部分はポリビニルアルコールであることが好ましい。
【００３０】
本発明に係るゲル組成物を製造する方法において、上記高分子電解質は、ポリスチレンスルホン酸、ポリメタクリル酸またはポリアクリル酸の金属塩であることが好ましい。
【００３１】
本発明に係るゲル組成物を製造する方法において、上記高分子電解質はＤＮＡであることが好ましい。
【００３２】
本発明に係るゲル組成物を製造する方法において、上記ゲル組成物は高分子ゲル膜を備えることが好ましい。
【００３３】
本発明に係るゲル組成物を製造する方法において、上記高分子ゲル膜は未架橋の高分子電解質溶液を覆っていることが好ましい。
【００３４】
本発明に係るゲル組成物を製造する方法において、上記紫外線照射する工程は、３６５ｎｍの波長で３５００ｍＷ／ｃｍ２の条件下にて１〜１５分行われることが好ましい。
【００３５】
本発明に係るゲル組成物を製造する方法において、上記混合溶液は、感光性高分子と高分子電解質とを純水中で混合して調製されることが好ましい。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に係るゲル組成物は、生体適合性を有しかつ強度的に使用に十分耐え得る。また、本発明に係るゲル組成物は、材料が極少量であるにもかかわらず非常に大きな体積変化を誘起し得る。また、本発明に係るゲル組成物を製造する方法を用いれば、医学生物学分野における応用に適した組成物を容易に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明は、生体適合性を有しかつ強度的に使用に十分耐え得る素材による、非常に大きな体積変化が生じるゲル組成物を提供する。一実施形態において、本発明に係るゲル組成物は、感光性高分子および高分子電解質が化学的に架橋された高分子ゲル膜を備えることを特徴としている。
【００３８】
本明細書中において高分子ゲルに対して使用される場合、用語「ゲル内部」は、高分子網目が形成する空間内が意図される。「ゲル内部」には高分子網目とともにゲルを構成する液体（溶媒）が保持されている。ゲル内部には、高分子網目および溶液（溶媒）以外の他の物質（例えば、遺伝子治療に用いるためのＲＮＡ、ＤＤＳとして用途の薬剤、または生体内物質のグルコースに反応して電解質濃度を変化させるグルコースオキシダーゼなど）を含んでもよい。
【００３９】
本明細書中において使用される場合、用語「ゲル（ゲル膜）の内側」は、上記「ゲル内部」ではなく、ゲル（ゲル膜）によって包み込まれる内部空間が意図される。「ゲル（ゲル膜）の内側」には網目を形成しなかった未架橋の高分子および溶液（溶媒）以外の他の物質（例えば、遺伝子治療に用いるためのＲＮＡ、ＤＤＳとして用途の薬剤、または生体内物質のグルコースに反応して電解質濃度を変化させるグルコースオキシダーゼなど）を含んでもよい。また本明細書中において使用される場合、用語「ゲル（ゲル膜）の外側」は、ゲル（ゲル膜）を介して上記「ゲル（ゲル膜）の内側」と隔てられた空間が意図される。
【００４０】
本明細書中において使用される場合、用語「高分子」は、一般的なポリマーが意図され、多数の同一構造の繰り返しから成り、主に共有結合で連なっている化合物であればよく、分子量または重合度で規定されることはない。用語「膜」または「ゲル膜」は、１００μｍ以下の厚さを有する。好ましいゲル膜は、５０μｍ以下、さらに好ましくは、１０μｍ以下の厚さを有する。最も好ましくは、ゲル膜の厚さは、１００ｎｍ〜５μｍであるゲル膜が記載した範囲内の膜厚を有することによって、本発明のゲル組成物は、これまでのゲル組成物（ゲル組織体）には奏し得ない程度の体積変化を実現することができる。
【００４１】
本明細書中において使用される場合、用語「感光性高分子」は、光架橋性を有する感光性の官能基を有しておればよく、好ましい官能基としては、エポキシ基、ビニルエーテル基、アクリロイル基などが挙げられ、アジド基がより好ましい。また、本明細書中において使用される場合、用語「高分子電解質」は、アニオン性またはカチオン性の高分子が意図される。好ましい高分子電解質としては、ＤＮＡ、またはポリスチレンスルホン酸、ポリメタクリル酸もしくはポリアクリル酸の金属塩が挙げられ、ＤＮＡがより好ましい。高分子電解質としてＤＮＡを用いる場合、感光性高分子のみからなるゲル溶液をＵＶ照射して作製したゲル組織体と比較して、感光性高分子ゲル組織体に対してその性質を損なうことなくＤＮＡの有する伸縮能を付与することができる。
【００４２】
本明細書中において使用される場合、「ＤＮＡ」は特に限定されないが、ＤＮＡ本来の性質を損なわないことを考慮すれば、一本鎖よりも二本鎖が好ましい。ＤＮＡの長さも、高分子としての性質を損なわない限り、特に限定されない。
【００４３】
好ましい実施形態において、本発明に係るゲル組成物を構成する感光性高分子は、高分子電解質としてＤＮＡを用いる場合にＤＮＡとの結合性を考慮すると、感光性の官能基としてアジド基を有することが好ましい。また、基板との接着性を考慮すると、感光性高分子がピリジン基をさらに有することが好ましい。官能基としてアジド基を用いる場合、上記架橋は紫外線照射によってもたらされることが好ましい。この場合、紫外線照射は、３６５ｎｍの波長で３５００ｍＷ／ｃｍ２の条件下にて１〜１５分行われることが好ましいが、これに限定されない。
【００４４】
高分子電解質の好ましい例としてＤＮＡを用いて本発明を説明したが、高分子電解質がＤＮＡに限定されないことを、本明細書を読んだ当業者は容易に理解する。
【００４５】
本実施形態に係るゲル組成物を構成する感光性高分子は、高分子部分である主鎖と官能基部分である側鎖からなり、入手容易性を考慮すれば、該感光性高分子の主鎖部分はポリビニルアルコールであることが好ましいが、これらに限定されない。
【００４６】
本発明に係るゲル組成物は、上記高分子ゲル膜が未架橋の高分子電解質溶液を覆っていることが好ましい。本構成を採ることによって、本発明に係るゲル組成物は、ゲル膜の内側に高濃度の高分子電解質を保持することができ、その結果、ゲル膜の内側と外側の間に電解質濃度差を生じさせ、ゲル膜を介する浸透圧を発生させることができる。この浸透圧を利用して、ゲルの外側からの水分の流入を容易に引き起こし、その結果、ゲル膜の顕著な体積変化を実現することができる。
【００４７】
本発明の好ましい実施形態として、本発明者らは、ＤＮＡ本来の性質をより活用するために、多価金属イオンなどを添加したり、二重らせんＤＮＡを一重らせんに変性させたりすることなく、ＤＮＡを二重らせんのままで化学的架橋を用いてゲル化することを試みた。
【００４８】
架橋剤として、パターニングなどに利用されている、ＵＶ照射によって光架橋する感光性樹脂であるアジド系感光基を有する水溶性感光性樹脂ＡＷＰ（Ａｚｉｄｅ−ｕｎｉｔ  Ｐｅｎｄａｎｔ  Ｗａｔｅ−ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒ）を使用した。なお、ＡＷＰについては東洋合成から提供を受けている。
【００４９】
ＡＷＰはアジド基およびピリジン基を有するポリマーであり、感光液において一般的に使用されているので、非常に安価で入手容易な物質である。また、ＡＷＰはガラスへの接着能を有しているので、ＡＷＰを用いればガラス基板上にＤＮＡを架橋させることができ、よってさらなる機能性を有するＤＮＡ含有ゲル組織体を取得し得る。
【００５０】
ＤＮＡとＡＷＰとを混合させた溶液（ゲル溶液）に紫外線（ＵＶ）照射することによってゲル化した組織体を得ることができる。この際、ＵＶ強度および／または照射時間に応じて、表面のみが架橋してゲル膜化した組織体を得た。ゲル膜を備えたゲル組織体については報告がないが、新たな形態を有するゲル組織体としての有用性を期待して、本発明者らは、このゲル組織体の特性を解析した。
【００５１】
この組織体は水中に浸漬されることによって膨潤するとともに、組織体内部（ゲル膜の内側およびゲル膜内部）とゲル膜の外側（水中）との間の電解質濃度差によって浸透圧が生じる。組織体の表面は架橋された膜構造を形成しているので、ゲル膜の内側の未反応ＤＮＡまたはＡＷＰが水中に拡散することはない。一方、ゲル膜を介してからゲル膜の外側から組織体内部に水が浸透する。これに伴い、架橋された組織体表面が膨張し、その結果、本組織体は、浸漬前と比較して約３００倍以上の体積変化を示した。
【００５２】
本実施形態において、ゲル組成物をガラス基板上に形成させたが、基板はガラスに限定されず、シリコン、マイカ、ポリスチレンなどの樹脂基板であってもよい。本発明に係るゲル組成物は、内視鏡またはカテーテルの先端部分に作製してもよい。この場合、内視鏡またはカテーテルにて生体内の目的の血管部位まで本発明に係るゲル組成物を移動させた後、目的の部位で該ゲル組成物を膨潤させることによって血流を止めることができる。このような応用面を考慮した場合、本発明に係るゲル組成物に用いる感光性高分子と高分子電解質との混合比は、所望の生体適合性、体積膨張率または強度などに応じて適宜変更可能であることを、当業者は容易に理解する。
【００５３】
本発明はさらに、生体適合性を有しかつ強度的に使用に十分耐え得る素材による、非常に大きな体積変化が生じるゲル組成物を作製するための方法を提供する。一実施形態において、本発明に係るゲル組成物を作製する方法は、感光性高分子と高分子電解質との混合溶液を調製する工程と、該混合溶液を紫外線照射する工程とを包含することを特徴としている。
【００５４】
上述したように、本発明に係るゲル組成物を製造する方法において、上記感光性高分子は感光性の官能基を有することが好ましく、該官能基がアジド基を有することがより好ましい。また、上記感光性高分子がピリジン基をさらに有することが好ましい。
【００５５】
また、本発明に係るゲル組成物を製造する方法において、上記紫外線照射する工程は、３６５ｎｍの波長で３５００ｍＷ／ｃｍ２の条件下にて１〜１５分行われることが好ましく、上記混合溶液は、感光性高分子と高分子電解質とを純水中で混合して調製されることが好ましいが、これに限定されない。
【００５６】
また、本発明に係るゲル組成物を基板上に形成させる態様を例に本発明を説明してきたが、本発明に係るゲル組成物を形成させる態様はこれに限定されない。例えば、本発明に係るゲル組成物を、薬物徐放性担体として利用する場合、ゲルの内側の液体をゲル膜のみで覆って包み込む形態（例えば、カプセル様形態）であることが好ましい。このような形態を有するゲル組成物を形成させる場合は、公知のエマルション作製技術を用いればよいことを当業者は容易に理解する。エマルション作製技術は、微粒子工学大系：第一巻、基本技術（フジテクノシステム（平成１３年）に詳述されており、一例としては、膜乳化法（中島忠夫ら、化学工学会第２１回秋季大会研究発表講演要旨集p86(1988)、またはAdvanced Drug Delivery Reviews,Vol.45,p47(2000)）が挙げられる。具体的には、上述したようなカプセル様形態を有するゲル組成物は、疎水性処理をした多孔質ガラス膜からゲル微粒子作製用為の高分子水溶液を、予め疎水性界面活性剤を加えた分散相（本発明の場合は油相となる疎水性有機溶媒）に押し出すことで未架橋状態での高分子液体微粒子を作製し、該微粒子に紫外線を照射することによって、油分散相中に表層のみ架橋された微粒子として作製することができる。
【００５７】
なお、本発明に係るゲル組成物の膨潤は、ゲル膜の内側と外側との間の電解質濃度差に依存するので、電解質濃度が体液の濃度（すなわち、生理食塩水濃度）よりもゲルの内側での濃度が低ければゲル組織体は水を外側へ放出して収縮する。そこで、薬剤徐放性担体として本発明に係るゲル組成物を適用する場合は、薬剤を含有させたカプセル様のゲル組織体を、体内にて膨潤させるのではなく、予め膨潤させてから体内へ導入し、体内にて収縮する過程で薬剤を放出させる。実際に、本発明に係るゲル組成物は、生理食塩水よりも低い塩濃度の外液に浸漬した場合に収縮する（データは示さず）。
【００５８】
以下に、本発明を実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例および上記実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【００５９】
（実施例１）
サケ精子ＤＮＡ（和光純薬）をＭｉｌｌｉＱ水に混合し、２日間攪拌して完全に溶解させた（５ｍｇ／ｍｌ）。アジド系感光基を側鎖に有するポリビニルアルコールからなる水溶性の感光性樹脂ＡＷＰ（東洋合成）の水溶液を調製した（６ｗｔ％）。等量のこれら２つの溶液をボルテックスによって混合し、泡が消えるまで静置したものをＤＮＡ−ＡＷＰ溶液（塩基：アジド基＝１：２（モル比））とした。ＤＮＡ−ＡＷＰ溶液２００μｌを、ガラスシャーレ上にキャストした後、約１０ｃｍ上方から紫外線（ＵＶ）照射装置（浜松ホトニクス）を用いて１〜１５分間をＵＶ照射した。ＵＶ照射によって、アジド基とＤＮＡとが化学的に架橋されてゲル（ＤＮＡ−ＡＷＰゲル）が形成されるスキームを図１に示す。
【００６０】
対照として、上記ＤＮＡの代わりにＭｉｌｌｉＱ水をＡＷＰ水溶液と等量ずつ混合し、同様の手順に従ってＵＶ照射（１〜３分間）を行って、ＤＮＡを含まないゲル（ＡＷＰゲル）を作製した。
【００６１】
続いて、これらのゲルを含有するガラスシャーレに２ｍｌのＭｉｌｌｉＱ水を加えて、ゲルの膨潤を観察し、ＵＶ照射に伴うＤＮＡゲルの性質および膨潤度の変化、ならびにゲル中のＤＮＡ含有率を調べた。
【００６２】
なお、ＤＮＡとＡＷＰとの混合比は、１ｂｐに対してアジド基が約２個となるように高濃度のＡＷＰを用いている。これは、ＡＷＰ濃度がこれより低いとＵＶ照射によるゲル形成が首尾よく生じず、ＤＮＡ濃度がこれより高いと粘度が高くなりすぎるからである。
【００６３】
ＤＮＡ−ＡＷＰゲルにおける膨潤の変化を図２に示す。ＵＶ照射１〜５分間の場合、ＤＮＡ−ＡＷＰゲルでは、水を加えて約２０分後に、キャストしたＤＮＡ−ＡＷＰ溶液の中央部分が盛り上がり始めた。さらに一晩放置すると、ＵＶ照射１〜３分間のゲルでは、キャストした領域のほぼ全体が、ＵＶ照射５分間のゲルでは、キャストした領域の一部分が水疱状に膨潤した。このことは、ＤＮＡ−ＡＷＰゲルが、ＵＶ照射時間が短い方がより膨潤しやすいことを示す。対照的に、ＡＷＰゲルは、一晩放置しても膨潤しなかった（図３）。
【００６４】
膨潤したゲルをピンセットで割ってみたところ、中から粘性の高い液体が流出した（データは示さず）。このことは、ＵＶ照射によるゲル架橋はＤＮＡ−ＡＷＰ溶液全体が架橋したのではなくキャストしたＤＮＡ−ＡＷＰ溶液の外表面上でのみ生じ、形成したゲルの内部には高濃度の液体が保持されていること、および観察された膨潤はＵＶ照射により表面上に形成されたゲル膜が膨らんだものであることを示す。ゲル内部の溶液は、ＵＶ照射による光架橋に関与しなかったＤＮＡまたは未反応のＡＷＰであると考えられる。
【００６５】
以上より、ＵＶ照射時間を制御することによって、混合物（ＤＮＡ−ＡＷＰ溶液）表面のみを架橋することができ、その結果、フィルム状の架橋高組織体を形成し得ることがわかった。また、ゲル形成時のＵＶ照射時間が短いと、キャストした溶液の表面のみが架橋してゲルが形成されて表面で形成されたゲル部分が半透膜として機能し得ること、ゲル内部には未架橋のＤＮＡが残存し、ポリアニオンであるＤＮＡの存在によって膜内外の間に電解質濃度差が生じ、これにより膜外から多量の水分が浸潤し、その結果、ＤＮＡ−ＡＷＰゲルが膨潤したと考えられる。
【００６６】
（実施例２）
ゲル膨潤後にゲル膜の内側に残存する溶液について、ＵＶスペクトル測定を行った。実施例１の手順に従って、１、３、５、１０または１５分間のＵＶ照射を行って作製したＤＮＡ−ＡＷＰゲルにＭｉｌｌｉＱ水を添加して、ゲルを、２日間または５日間膨潤させた（それぞれ、一回目および二回目：図４）。膨潤させたゲル膜の内側の液体と外側の液体とをそれぞれシリンジで回収し、ＭｉｌｌｉＱにて１０倍希釈してＵＶスペクトル測定用サンプルを調製した。ＵＶスペクトルを、ＵＶ−１６５０ＰＣ（ＳＨＩＭＡＤＵ）を用いて測定した（図５および図６）。
【００６７】
ゲル膜の外側の溶液では、ＵＶ照射時間が短いほど（すなわち、一回目の方が）２６０ｎｍでの吸収が低かった。このことは、ＵＶ照射時間が短いほどゲル膜の外側の溶液におけるＤＮＡ含有率が低いことを示す。
【００６８】
ゲル膜の内側の液体は、ゲル膜の外側の液体と比較して有意に高い２６０ｎｍでの吸収を示した。また、ゲル膜の内側の液体は、２６０ｎｍだけでなく３２４ｎｍにおいてもＤＮＡピークを観察した。この３２４ｎｍでのＤＮＡピークはＵＶ照射時間が短いほど（すなわち、一回目の方が）高かった。これらのことは、ゲル膜の内側の溶液には未反応の物質（ＤＮＡなど）が含まれていることを示す。また、ゲル膨潤期間が長いと（すなわち、二回目の方が）、各吸収が若干高いことがわかった。
【００６９】
次いで、ＤＮＡ−ＡＷＰゲルにおけるＤＮＡ濃度およびＡＷＰ濃度を算出した（図７）。
【００７０】
ＡＷＰは、３２４ｎｍに吸収ピークを有するが、ＤＮＡは長波長（＞３００ｎｍ）では吸収を示さない。よって、ＤＮＡ−ＡＷＰ混合溶液における３２４ｎｍでの吸収からＡＷＰ濃度を算出することができる。また、ＡＷＰは、２６０ｎｍ付近にも吸収ピークを有するので、ＤＮＡ濃度を定法に従って２６０ｎｍでの吸収から直接算出することができない。よって、２６０ｎｍでの吸収と３２４ｎｍでの吸収の差分からＤＮＡ濃度を算出した。
【００７１】
上記に従って算出した各濃度を表１および表２に示す。
【００７２】
〔表１〕
【００７３】
【表１Ａ】
2006204813.tif 000002
【００７４】
【表１Ｂ】
2006204813.tif 000003
【００７５】
〔表２〕
【００７６】
【表２Ａ】
2006204813.tif 000004
【００７７】
【表２Ｂ】
2006204813.tif 000005
【００７８】
ここで、ＤＮＡおよびＡＷＰの物質量を、得られた濃度にゲル膜の外側の液体または内側の液体の体積を乗ずることによって求めた。この量とゲル調製時に用いた量とを比較して、各溶液中のＤＮＡまたはＡＷＰの含有率を求めた。さらに、全体から外側の液体での含有率および内側の液体での含有率の両方を差し引くことによってゲル自体に含まれるＤＮＡ量およびＡＷＰ量を求めた。
【００７９】
その結果、溶液調製に用いたＤＮＡの約７０〜８０％がゲル中に含まれており、すなわち、架橋されなかったＤＮＡが２０〜３０％残存していることがわかった。また、ゲル中に含まれるＡＷＰは９９％以上であり、すなわち、ほとんどのＡＷＰが架橋反応を起こしていることがわかった。
【００８０】
また、ゲル膨潤期間が２日間（すなわち、一回目）のゲルと５日間（すなわち、二回目）のゲルとを比較すると、二回目のゲル中でのＤＮＡ含有率が低かった。ゲル膜の外側の溶液におけるＤＮＡ含有率も二回目の方が高かった。これらのことは、ゲル膨潤の時間経過とともにゲル膜の内側のＤＮＡが若干ゲル膜の外側の溶液中に流出した可能性を示す。
【００８１】
（実施例３）
スライドグラス上にＤＮＡゲルを作製し、共焦点顕微鏡による観察を行った。
【００８２】
スライドガラス（ｍａｔｓｕｎａｍｉ）の全てに超音波洗浄（Ｄｅｃｏｎにて５分間、ＭｉｌｌｉＱ水にて１５分間×３回）を施した。ＤＮＡ−ＡＷＰ溶液をスライドガラス（５枚）上に１００μｌずつキャストし、１、３、５、１０または１５分間のＵＶ照射を行ってゲル化させた。また、ＤＮＡ−ＡＷＰ溶液をスライドガラス上に２〜５μｌ×数箇所／枚ずつキャストし、３０秒間または１分間のＵＶ照射を行ってゲル化させた（ＤＮＡ−ＡＷＰ小ゲル）。さらに、同様の方法に従って、１分間のＵＶ照射を行ったＡＷＰゲルを作製した。
【００８３】
上記全てのスライドガラスを染色用パット内に置き、約１５０ｍｌのＭｉｌｌｉＱ水をパット内に加えた後一晩膨潤させてゲルサンプルを得た。次いで、パット内の溶液に約０．３８μｍｏｌのａｃｒｉｄｉｎｅ  ｏｒａｎｇｅ（ＡＯ，Ｍｗ：２６５．４）を添加して、サンプルを蛍光染色した。染色１日後または２日後のサンプルを、共焦点顕微鏡を用いて観察した。
【００８４】
スライドガラス上に作製したゲルの膨潤の様子を図８に示した。ＤＮＡ−ＡＷＰゲルは、ガラスシャーレを用いて作製した場合と比較して、より膨潤していた。これは、ガラスシャーレよりもスライドガラスを用いた方が溶液を均一にキャストしやすいので、ＵＶ照射時間の効果を反映しやすいと考えられる。また、ＤＮＡ−ＡＷＰ小ゲルにおいても、若干の隆起が観察されたが、同一照射時間のＤＮＡ−ＡＷＰゲルと比較すると、隆起は明らかに小さかった。
【００８５】
以上より、ゲル溶液のキャスト量が少ない場合は、ＵＶ照射時間を短くするかまたはＵＶ強度を強くすることによって、ゲルの水疱状の隆起を形成させることができると考えられる。
【００８６】
顕微鏡観察によると、染色１日後のＤＮＡ−ＡＷＰゲルにおいて、いずれもゲルの膜表面上に蛍光が観察された。スライドガラスのみ（ゲルなし）では蛍光が全く観察されず、ＡＷＰゲルでは、膜表面上に蛍光は観察されなかった。これらのことより、観察された蛍光は、ゲルに含まれるＤＮＡにＡＯのインターカレーションが生じたことに起因すると考えられる。
【００８７】
図９は、染色１日後のＤＮＡ−ＡＷＰゲル（ＵＶ照射１分間）の顕微鏡写真である。図９に示すように、ＵＶ照射時間が短いゲル膜表面において特定のパターンが観察されたが、ＵＶ照射時間の長いゲルでは、このようなパターンはほとんど観察されなかった。このことは、大きく膨潤したゲルでは表面に形成した膜に強い圧力が付与され、これにより膜が押し広げられて網の目状を形成したと推測される。
【００８８】
次いで、蛍光染色２日後のゲルにおいて、ゲル表面の膜だけでなくゲル全体が蛍光を呈した（データは示さず）。このゲルに生じた水泡を割って内側の溶液についても観察すると、内側の溶液もまた蛍光を呈した。以上より、ＤＮＡ−ＡＷＰゲルをＡＯ溶液に２日間浸しておくと、ＡＯがゲル表面上の膜を透過して内側の溶液に達し、そこに含まれるＤＮＡに対してインターカレーションを生じるということが考えられる。すなわち、ＤＮＡ−ＡＷＰゲル表面上の膜は、ＡＯのような低分子を容易に透過させ得るといえる。
【００８９】
（実施例４）
ＤＮＡ以外の高分子電解質を用いてゲルを作製し、界面活性剤または塩の添加効果を併せて観察した。
【００９０】
ＤＮＡ−ＡＷＰゲルを上述した手順に従って作製した（ＵＶ照射時間１、３、５、１０、１５分間）。ＤＮＡの代わりにＰＳＳＫ（ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ  ｐｏｔａｓｓｉｕｍ  ｓａｌｔ）；Ｍｗ：４，３９０，０００）またはＡＭＰ（ａｄｅｎｏｓｉｎｅ−５’−ｍｏｎｏｐｈｏｓｐｈａｔｅ；Ｍｗ３４７．２）をＭｉｌｌｉＱ水に混合して、ＰＳＳＫ溶液およびＡＭＰ溶液（それぞれ３．３４ｍｇ／ｍｌおよび５．２ｍｇ／ｍｌ）を得た。ＰＳＳＫの濃度は、ＤＮＡ−ＡＷＰゲルにおけるＤＮＡ中のリン酸基と同程度になるように設定した。等量のＰＳＳＫ溶液とＡＷＰ溶液とを混合した後、ＤＮＡ−ＡＷＰゲルと同様にシャーレ上でゲル化させた（ＵＶ照射時間１、３、５、１０、１５分間）。作製したゲルに対してＭｉｌｌｉＱ水を２ｍｌ添加して膨潤させた。
【００９１】
膨潤したＤＮＡ−ＡＷＰゲルおよびＰＳＳＫゲルに界面活性剤ＣＴＡＢ（ｃｅｔｙｌｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｎｏｎｉｕｍ  ｂｒｏｍｉｄｅ；Ｍｗ３６４．５，ＣＭＣ：０．９２ｍＭ）を添加して（最終濃度７．５ｍＭ）、ゲルの変化を観察した。また、別のＤＮＡ−ＡＷＰゲルにＮａＣｌ（最終濃度５０ｍＭ）を添加して、同様にゲルの変化を観察した。
【００９２】
各ゲルの膨潤する様子を図１０に示す。ＤＮＡ−ＡＷＰゲルにおいては、ＵＶ照射時間によって多少の差異が生じたが、全てのゲル（ＵＶ照射１〜１５分間）にて膨潤が観察された。ＤＮＡと同じくポリアニオンであるＰＳＳＫを用いて作製したＰＳＳＫゲルにおいても膨潤が観察された。これより、ＤＮＡ同様に高分子電解質であるＰＳＳＫはゲル表面上の膜を透過することができないためにゲル膜の内側に貯留し、その結果生じた浸透圧によってゲル膜の外側から水分が浸潤してゲルが膨潤したと考えられる。そこで、低分子電解質であるＡＭＰを用いて作製したゲルにおいて膨潤の様子を観察した。低分子であるＡＭＰは膜を透過するため浸透圧が生じずゲルは膨潤しないと予想したが、ＵＶ照射１分間または３分間のゲルにおいては、ＤＮＡ−ＡＷＰゲルよりは小さいものの若干の膨潤が観察された。このことは、ＡＭＰ濃度が非常に高かったので、ＡＭＰが膜を透過する速度よりも外側の水浸潤速度の方が速くなったことに起因すると考えられる。
【００９３】
また作製した３種類のゲルの色は、ＰＳＳＫゲルおよびＡＭＰゲルが透明であったのに対して、ＤＮＡ−ＡＷＰゲルは少し濁っていた。
【００９４】
ＣＴＡＢを添加した後のＤＮＡ−ＡＷＰゲルおよびＰＳＳＫゲルの変化を、それぞれ図１１および図１２に示す。ＤＮＡ−ＡＷＰゲルおよびＰＳＳＫゲルはいずれもＣＴＡＢ添加直後には変化がなかったが、添加２日後では、ゲル体積が有意に減少していた。さらにゲルを静置しておくと、ＣＴＡＢ添加８日後には、ゲルが再び膨潤した。
【００９５】
ゲルの膨潤−収縮−膨潤の現象は、ＣＴＡＢが二段階の平衡状態を引き起こすことを示唆する。詳細な機構は不明であるが、おそらくコイル−グロビュール転移を引き起こすＣＴＡＢの凝集剤としての機能によって、ゲル表面上の膜部分またはゲル膜の内側の溶液に何らかの作用が働いたと考えられる。
【００９６】
ＤＮＡ−ＡＷＰゲルにＮａＣｌ（５０ｍＭ）を添加した際の変化を図１３に示す。ゲルにＮａＣｌを添加すると、徐々に膨潤したゲルが収縮し、添加６日後にはゲルの高さが半分ほどになった。この現象は、ＤＮＡ−ＮａＣｌによる浸透圧の影響に起因すると考えられたので、ＮａＣｌ添加前後のゲル浸透圧を求めた。
【００９７】
ＮａＣｌ添加前のゲル浸透圧は、π＝０．３５３ａｔｍ（ＤＮＡのみの電荷濃度に基づく）であり、ＮａＣｌ添加後のゲル浸透圧は、π＝０．０２６ａｔｍ（ドナン効果を考慮した）であった。このことは、ＮａＣｌ添加によるＤＮＡ−ＡＷＰゲルの体積減少の結果と一致する。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
ＤＮＡの生体適合性と大きな体積変化を利用することで、医療分野における使用が期待される。ＤＤＳを例とする。作製した組織体を、含有する電解質の濃度を体内よりも低く抑えつつ、水溶性の薬剤を含有させることが可能になる。これを、体内に投入することによって、生体内では高分子電解質濃度が高いことに起因して徐々に薬剤が放出される。投薬時には、体積も非常に大きいが、水分および薬剤の放出に伴って次第に小さくなる。最終的には、ナノメートルサイズとなるので、体外への放出または分解が促進される。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】図１は、アジド基とＤＮＡとが化学的に架橋されてゲル（ＤＮＡ−ＡＷＰゲル）が形成されるスキームを示す。
【図２】図２は、ＤＮＡ−ＡＷＰゲルにおける膨潤の経時変化を示す。
【図３】図３は、ＡＷＰゲルにおける膨潤の経時変化を示す。
【図４】図４は、ＵＶスペクトル測定するために作製したＤＮＡ−ＡＷＰゲルにおける膨潤の経時変化を示す。
【図５】図５は、ＤＮＡ−ＡＷＰゲルにおけるＵＶスペクトル（Ａ）およびＤＮＡ−ＡＷＰ溶液におけるＵＶスペクトル（Ｂ）を示す。
【図６】図６は、ＤＮＡ−ＡＷＰゲルの外側の溶液におけるＵＶスペクトル（Ａ）およびＤＮＡ−ＡＷＰゲルの内側の溶液におけるＵＶスペクトル（Ｂ）を示す。
【図７】図７は、ＤＮＡ濃度およびＡＷＰ濃度を算出するための検量線を示すグラフであり、Ａは２６０ｎｍでのＤＮＡ、Ｂは３２４ｎｍでのＡＷＰ、Ｃは２６０ｎｍでのＡＷＰである。
【図８】図８は、スライドガラス上に作製したＤＮＡ−ＡＷＰゲルまたはＡＷＰゲルにおける膨潤の経時変化を示す。
【図９】図９は、スライドガラス上に作製したＤＮＡ−ＡＷＰゲルを蛍光色素を含有する外液に浸漬して膨潤させた際の蛍光像（Ａ）および透過光像（Ｂ）を示す写真である。
【図１０】図１０は、示した各種ゲルにおける膨潤の経時変化を示す。
【図１１】図１１は、ＣＴＡＢを添加した後のＤＮＡ−ＡＷＰゲルにおける膨潤の経時変化を示す。
【図１２】図１２は、ＣＴＡＢを添加した後のＰＳＳＫゲルにおける膨潤の経時変化を示す。
【図１３】図１３は、ＮａＣｌを添加したＤＮＡ−ＡＷＰゲルにおける膨潤の経時変化を示す。
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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