(57)【要約】本発明は、光ファイバーおよび光ファイバーを含む装置に関する。光ファイバーは、少なくとも１つの感光性分子（７）と、少なくとも１つの生体分子（６）とを含むポリマーゲルの少なくとも１つの粒子（２）で官能化された光ファイバー（１）であり、ポリマーゲルの少なくとも１つの粒子（２）は前記光ファイバー（１）に共有結合している。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの感光性分子（７）と、少なくとも１つの生体分子（６）とを含むポリマーゲルの少なくとも１つの粒子（２）で官能化された光ファイバー（１）であって、
前記ポリマーゲルの少なくとも１つの粒子（２）が前記光ファイバー（１）に共有結合している、光ファイバー（１）。
【請求項２】
前記ポリマーゲルの少なくとも１つの粒子（２）が、アミド結合、エステル、エーテルおよびチオエーテル結合、炭素−炭素、炭素−窒素、炭素−硫黄、炭素−リン、炭素−酸素、炭素−ケイ素結合からなる群から選択される共有結合によって前記光ファイバー（１）の外面の少なくとも一部に共有結合している、請求項１に記載の光ファイバー（１）。
【請求項３】
前記ポリマーゲルの少なくとも１つの粒子（２）が、０．０１〜５μｍの範囲の流体力学的半径を有する、請求項１または２に記載の光ファイバー（１）。
【請求項４】
前記ポリマーゲルの少なくとも１つの粒子（２）が、０．１〜２．５μｍの範囲の流体力学的半径を有し、前記ポリマーゲルがミクロゲルである、請求項３に記載の光ファイバー（１）。
【請求項５】
前記ポリマーゲルの少なくとも１つの粒子（２）が、０．０１０〜０．０５０μｍの範囲の流体力学的半径を有し、前記ポリマーゲルがナノゲルである、請求項３に記載の光ファイバー（１）。
【請求項６】
前記ポリマーゲルの少なくとも１つの粒子が、アクリルモノマー、ビニルモノマー、刺激応答性モノマー、および生体不活性モノマーからなる群から選択される１つ以上のモノマーの重合から得られる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ファイバー（１）。
【請求項７】
前記アクリルモノマーが、好ましくは、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、マレイン酸、ブチルメチルアクリレート（ｎＢｕＭＡ）、ジメチルアミノエチルアクリレート（ＤＭＡＥＡ）、アクリルアミド（ＡＡｍ）、アミノエチルメタクリレート（Ａｅｍａ）、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート（ＤＭＡＥＭＡ）、Ｎ−（３−アミノプロピル）メタクリルアミド（ＡＰＭＡ）、またはポリエチレンイミン（ＰＥＩ）からなる群から選択されるカルボキシルおよび／またはアミノ官能基で官能化される、請求項６に記載の光ファイバー（１）。
【請求項８】
前記生体不活性モノマーが、エチレングリコール、好ましくはポリエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレート、アクリルアミドで官能化されたポリエチレングリコール、メタクリルアミド官能化ポリエチレングリコール、オリゴ（エチレングリコール）アクリレート（ＯＥＧＡ）、オリゴ（エチレングリコール）メタクリレート（ＯＥＧＭＡ）、オリゴ（エチレングリコール）ジアクリレート（ＯＥＧＤＡ）、Ｎ−アルキルアクリルアミド、ビニルカプロラクトン（ＶＣＬ）、およびヒドロキシエチルメタクリレートから誘導されるモノマーからなる群から選択される、請求項６に記載の光ファイバー（１）。
【請求項９】
前記刺激応答性モノマーが、（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）およびアミノエチルメタクリレート誘導体を含む、請求項６に記載の光ファイバー（１）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの感光性分子（７）が、
−  アゾベンゼンまたはその誘導体、
−  ニトロベンジル誘導体、
−  好ましくはマラカイトおよびカルボシアニンから誘導されるフルオロフォア、
−  金および／または銀の粒子、ならびに
−  高屈折率粒子
からなる群から選択される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光ファイバー（１）。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの生体分子（６）が、成長因子、神経保護分子、中枢神経系の再生のために活性な分子、薬物およびプロドラッグならびにそれらの組み合わせ、抗腫瘍剤、生物反応修飾物質、ホルモン、ビタミン、ペプチド、酵素、抗ウイルス剤、放射性化合物、モノクローナル抗体、遺伝物質、および細胞からなる群から選択される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光ファイバー（１）。
【請求項１２】
前記光ファイバーが、長手方向軸（Ｘ）を規定する円筒状側面を有するクラッド（１ａ）と、前記長手方向軸（Ｘ）に対して交差方向に延びる横断面によって形成される先端（１ｂ）とを含み、前記粒子（２）は、前記先端（１ｂ）および／または前記クラッド（１ａ）と共有結合している、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光ファイバー（１）。
【請求項１３】
ヒトまたは動物の組織または区画において少なくとも１つの生体分子を放出するための装置（８）であって、
前記感光性分子（７）が所定の波長範囲で活性化されるように適合される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の少なくとも１つの光ファイバー（１）と、
前記光ファイバーの内側から外側に伝播する光ビームを生成するように構成される照明システム（５）であって、前記光ビームは、前記所定の波長範囲に含まれる波長を有する、照明システム（５）と、
前記光ファイバーを前記照明システム（５）に接続する光コネクタ（３）と、
を備える、装置（８）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分子を放出する光ファイバーおよび装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分子医学アプローチのための補助的および補完的なストラテジーの１つは薬物送達システムの使用を含む。典型的に、担体と呼ばれる、天然または合成種を提供するこのようなシステムは、薬物または活性剤と組み合わされ、それにより、薬物または活性剤は疾患組織に輸送され、制御された様式で放出される。放出は連続機構またはパルス機構によって行うことができる。特に、第２の場合、薬物は、ｐＨ変化などの化学的または物理的性質の特定の刺激に起因して放出される。制御放出システムは、より低用量の薬物の投与および投与頻度の低減を可能にし、したがって患者による良好なコンプライアンスを可能にする。送達システムを有することは、低いバイオアベイラビリティおよび選択性の欠如などの薬物動態および薬力学的問題に対処するために、薬物投与において非常に有利であることが証明され得る。
【０００３】
しかしながら、公知の薬物送達システムは多くの欠点を伴う。特に、公知の薬物送達システムの選択性および特異性のレベルは満足のいくものではない。実際に、１種以上の活性成分の投与を必要とする特定の組織またはヒト区画は、公知のシステムで到達するのが非常に困難である。
【０００４】
さらに、公知の担体はまた、構成物質の起こり得る有害性または非生体適合性、担体分解に起因する望ましくない化合物の生成、または健康な細胞もしくは組織における非特異的蓄積に関連した多くの欠点を示し、したがって宿主器官の機能性を変化させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、従来技術の欠点を示さない分子を放出するためのシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは驚くべきことに、感光性分子および目的の分子を含むポリマーゲルの粒子により光ファイバーを官能化することができ、ポリマーゲルがそれに含まれる生体分子を確実に放出するように設計された光ビームにより照射された場合、生体分子を関心のある部位に放出することができることを見出した。
【０００７】
したがって、本発明は、少なくとも１つの感光性分子７および少なくとも１つの生体分子６を含むポリマーゲルの少なくとも１つの粒子２で官能化された光ファイバー１であって、少なくとも１つの粒子２は光ファイバー１に共有結合している、光ファイバー１に関する。
【０００８】
本発明では、以下の用語を使用する：
−  「感光性分子」とは、光源によって励起され、化学結合を切断する化学反応、立体構造変化およびエネルギー移動を生じさせることができる分子または粒子を意味する。感光性分子とは、光熱効果を生じさせる分子も意味し、粒子を感光性分子と称する場合、任意の形状およびサイズの粒子を意味する。
【０００９】
−  「生体分子」とは、目的の部位に放出される治療的または診断的使用のための分子を意味する。
【００１０】
したがって、本発明によれば、少なくとも１つのポリマーゲル粒子２が光ビームによって照射される場合、少なくとも１つの生体分子は、少なくとも１つの粒子２によって放出され、ヒトまたは動物の組織または区画に輸送され得る。
【００１１】
具体的には、光ファイバー１は、光ファイバーの内側から外側に伝播する光ビームを生成するように構成された照明システム５に接続され得、光ファイバー１は、少なくとも１つの感光性分子７および少なくとも１つの生体分子６を含むポリマーゲルの少なくとも１つの粒子２で官能化され、少なくとも１つの粒子２は光ファイバー１の少なくとも１つの外面１ａ、１ｂに共有結合される。少なくとも１つの粒子２が光ビームによって照射されると、少なくとも１つの生体分子は、粒子２から放出され、ヒトまたは動物の組織または区画に送達され得る。
【００１２】
別の態様によれば、本発明は、ヒトまたは動物の組織または区画内に少なくとも１つの生体分子を放出するための装置８であって、
−  前記感光性分子７が所定の波長範囲で活性化されるように適合される、本発明による少なくとも１つの光ファイバー１と、
−  光ファイバーの内側から外側に伝播する光ビームを生成するように構成された照明システム５であって、前記光ビームは前記所定の波長範囲に含まれる波長を有する、照明システム５と、
−  光ファイバーを照明システム５に接続する光コネクタ３と
を備える、装置８に関する。
【００１３】
したがって、本発明は、有益には、１つ以上の活性成分の放出を活性化するための遠隔制御可能なプローブとして作用する光ファイバーを有する担体ベースの薬物送達システムを組み込むことを提供する。言い換えれば、本発明は、患者の体内の特定の区画または組織に活性成分を送達することができる薬物送達系で官能化された光ファイバーを提供する。
【００１４】
本発明によれば、薬物送達システムであるポリマーゲルは、光ファイバーに共有結合される。
【００１５】
したがって、本発明は、有利には、有益な治療効果を有する光ファイバーを用いて有効成分（生体分子）を投与するためのシステムに関する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、ポリマーゲルに結合した光ファイバー、および本発明による光ファイバーを含む装置の概略図を示す。
【図２】図２は、本発明によるポリマーゲルの詳細、ならびにそれぞれ２ａ（ポリマーゲルの圧縮および生体分子の排出）および２ｂ（分子網の開口部および分子の放出）によって示される２つの代替の生体分子放出機構を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、少なくとも１つの感光性分子７および少なくとも１つの生体分子６を含むポリマーゲルの少なくとも１つの粒子２で官能化（機能化）された光ファイバーであって、少なくとも１つの粒子２は光ファイバー１に共有結合している、光ファイバーに関する。
【００１８】
好ましくは本発明によれば、光ファイバー１は光ガイドとしても知られる光ビームのためのガイドとして使用される、非常に薄く、透明で、柔軟な円筒状ガラス要素を含む。光ファイバーの直径は、光放射の波長の大きさのオーダーであるミクロン以下に低減させることができるので、光ファイバーは可視または近赤外領域における電磁波についての導波管として作用する。また、光ファイバーは、優れた汎用性および高い柔軟性を有し、任意の回路または装置に容易に統合することができる。
【００１９】
有益には、ファイバーは薄く、柔軟性があるので、容易にかつしっかりと折り畳むことができる。本発明によれば、体内へのファイバーの挿入は、小切開または切断のみを必要とし、生体分子の放出は、周囲の組織を損傷することなく標的に集中させることができる。したがって、光ファイバーは最小限の侵襲的な医療処置を可能にし、その結果、その使用は、患者にとってより少ない外傷経験を意味する。
【００２０】
本発明は、参照符号２によって示されるポリマーゲル、好ましくはミクロゲルおよび／またはナノゲルの少なくとも１つの粒子に含まれ、光ファイバー、好ましくは光ファイバー１の少なくとも１つの外面１ａ、１ｂに共有結合している１つ以上の治療用分子（生体分子）を放出することを意図する。ミクロゲルおよびナノゲルは、それぞれ、マイクロメートルおよび／またはナノメートルサイズを有する少なくとも１つの粒子によって形成される。本発明において、ナノゲルという用語は、好ましくは、０．０１０〜０．０５０μｍの範囲の可変サイズを有する流体力学的半径を有するポリマーゲル粒子を意味し、ミクロゲルという用語は、０．１〜２．５μｍの範囲の可変サイズの流体力学的半径を有するヒドロゲル粒子を指す。
【００２１】
ポリマーゲルの少なくとも１つの粒子は、好ましくは光ファイバーの外面に共有結合している。
【００２２】
少なくとも１つのポリマーゲル粒子は、光ファイバーに存在する官能基と、粒子の表面に存在する相補的官能基との間の共有結合の形成によって光ファイバーに結合している。共有結合の種類は、光ファイバー表面の少なくとも一部に生じることが好ましく、より好ましくは、アミド結合、エステル、エーテルおよびチオエーテル結合、炭素−炭素、炭素−窒素、炭素−硫黄、炭素−リン、炭素−酸素、炭素−ケイ素結合であってもよい。
【００２３】
本発明の光ファイバー１は、第１のポリマーゲルの少なくとも１つの粒子および他のポリマーゲルの少なくとも１つの粒子で官能化することができる。
【００２４】
したがって、本発明は、ポリマーゲル、好ましくは、ナノゲルまたはミクロゲルなどのポリマーゲルから作製されたナノ／ミクロ担体によって媒介される、インビトロおよび／またはインビボでの１つまたは複数の生体分子の制御放出のための光ファイバーを提供する。好ましくは、ポリマーゲルは、光ファイバーの端部もしくは先端、および／または光ファイバーの外側側面またはクラッドに結合される。特に、「先端」という用語は、ファイバーの長手方向軸を横切る端面を意味し、「クラッド」という用語は、ファイバー自体の長手方向軸に平行なファイバーの側面を意味する。
【００２５】
少なくとも１つの生体分子６の放出が実施され、好ましくは、光ファイバーを通過する光によって調節され、少なくとも１つのポリマーゲル粒子の三次元構造内に結合している、フルオロフォア、粒子、小さい感光性有機分子などの１つ以上の感光性分子７の相互作用に基づく（図２）。
【００２６】
したがって、放出される生体分子６は、ポリマーゲルに含まれ、その調製段階の間、物理的または化学的相互作用によってその中に維持される。本発明によれば、光と少なくとも１つの感光性分子７との間の相互作用はゲルの光による加熱効果を誘発し、続いて、ポリマーゲルの圧縮プロセス（サイズの減少）およびそれに捕捉された生体分子６の排出（したがって放出）が起こる（図２ａ）。
【００２７】
あるいは、光と感光性分子との間の相互作用はまた、化学結合の切断またはシス−トランス異性化現象ももたらし得る。これらの現象は三次元化学構造の変化をもたらし、ミクロゲル分子網の開口を誘導し、それ故、ポリマーネットワーク内に含まれる生体分子の放出光によって制御される調節を誘導する（図２ｂ）。
【００２８】
したがって、光ファイバー１は、様々な構成に応じて、好ましくはファイバーの先端および／またはクラッドにおいて、少なくとも１つの（ミクロおよび／またはナノゲル）ポリマー粒子に共有結合している。長周期グレーティング（ＬＰＧ）ファイバーまたはフォトニック結晶ファイバー（Ａｎｇｌｏ−Ｓａｘｏｎの用語でＰｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｆｉｂｅｒｓ−ＰＣＦとして知られている）もまた、外側面官能化を可能にする：このような構成において、ポリマーゲル粒子の数は表面伸長に基づいて増加させることができ、その結果、照射後に放出される生体分子の量も増加させることができる。
【００２９】
有益には、先端に対向する光ファイバーの他端は、光ファイバーの照明を可能にする装置に接続することができる。このタイプの照明装置は関連分野において周知であり、したがって詳細には説明しない。
【００３０】
本発明は、一般的な全身療法によって引き起こされる非特異的組織損傷の低減を可能にする。特に、本発明は非侵襲的処置様式を可能にし、１つまたは複数の治療用分子が光ファイバーを介して標的領域に物理的に方向付けられ得、感光性分子にエネルギーを与えるために使用される光は、光ファイバーの使用により正確に方向付けられ得る（図１）。有益には、本発明は、特に局所領域療法のために、ヒトまたは動物の組織および区画内の生体分子の制御放出を補助し、誘導することができる光ファイバーを提供する。
【００３１】
光ファイバー１は、好ましくは、８０〜８００μｍの範囲の直径を有し得る。それはプラスチックまたはガラス材料から作製することができ、光は、その内部を誘導された様式で、異なる出力で伝播することができる。光ファイバーは非常に柔軟であり、電気妨害および温度変化に耐性がある。それは、光の伝達およびポリマーゲル（ナノおよび／またはマイクロメートルサイズ）の照射を可能にし、そのポリマーゲルは、光ファイバーによって標的領域の近傍に配置され、光パルスによって物理的に修飾されるか、またはより一般的には「活性化」され、次いで活性化された分子を振動様式または指令により送達する。標的領域への空間的近接は、活性生体分子の作用をより特異的にし、したがって潜在的に毒性を少なくすることによって、活性生体分子の局所吸収を促進する。
【００３２】
本発明の一実施形態において、活性分子は、標的細胞または標的部位に対する生物活性分子の選択性をさらに増加させるために、標的細胞または標的組織における過剰発現受容体に対する分子認識プローブに化学的に結合される。
【００３３】
別の態様において、本発明は、ヒトまたは動物の組織または区画において少なくとも１つの生体分子を放出するための装置８であって、
−  本発明による少なくとも１つの光ファイバー１であって、前記感光性分子７が
所定の範囲の波長で活性化されるように適合される、光ファイバー１と、
−  光ファイバーの内側から外側へ伝播する光ビームを生成するように構成される照明システム５であって、前記光ビームは、前記所定の範囲の波長に含まれる波長を有する、照明システム５と、
−  光ファイバーを照明システム５に接続する光コネクタ３と
を備える装置８に関する。
【００３４】
光コネクタは、好ましくは、パッチコード（または光ブレース）４によって、または事前に接続された光ケーブルによって、光ファイバー１および照明システム５に接続される。
【００３５】
照明システム５は、少なくとも１つの感光性分子を励起することができる所定の波長範囲で本発明による光ビームを生成する。
【００３６】
好ましくは、前記所定の波長範囲は、２００ｎｍ〜１７００ｎｍ、より好ましくは３００〜５００ｎｍ、またはより好ましくは６００〜８５０ｎｍの範囲である。
【００３７】
本発明の装置を図１に概略的に示し、その図において、光ファイバー１は、光ファイバーの内側から外側へ伝播する光ビームを生成するように構成される照明システム５に接続され得、光ファイバー１は、少なくとも１つの感光性分子７と少なくとも１つの生体分子６とを含むポリマーゲルの少なくとも１つの粒子２で官能化され、少なくとも１つの粒子２は光ファイバー１の少なくとも１つの外面１ａ、１ｂに共有結合される。少なくとも１つの粒子２が光ビームによって照射されると、少なくとも１つの生体分子は、粒子２から放出され、ヒトまたは動物の組織または区画に送達され得る。
【００３８】
本発明のファイバーおよび装置は、少なくとも１つの生体分子６の制御放出を提供する。
【００３９】
好ましくは、前記少なくとも１つの生体分子は、成長因子、神経保護分子、中枢神経系の再生のために活性な分子、薬物およびプロドラッグならびにそれらの組み合わせ、抗腫瘍剤、生物反応修飾物質、ホルモン、ビタミン、ペプチド、酵素、抗ウイルス剤、放射性化合物、モノクローナル抗体、遺伝物質、および細胞からなる群から選択される。
【００４０】
好ましくは、前記生体分子は、好ましくは、アルキル化剤、代謝拮抗剤、抗有糸分裂剤、抗腫瘍抗生物質、およびモノクローナル抗体からなる群から選択される抗がん剤である。
【００４１】
代謝拮抗剤としては、アルキルスルホネート（ブスルファン）、ニトロソウレア（カルムスチン、ロムスチン）、ナイトロジェンマスタード（シクロホスファミド、メクロレタミン、ウラムスチン、メルファラン、クロラムブシル、イホスファミド）、白金化合物（シスプラチン、カルボプラチン、オキサリプラチン）、ヒドラジン（プロカルバジン）、チアジン（ダカルバジン）およびアジリジン（チオテパ）を挙げることができる。
【００４２】
代謝拮抗剤としては、葉酸類似体（メトトレキサート）、プリン類似体（アザチオプリン、メルカプトプリン、フルダラビン、チオグアニン）およびピリミジン類似体（５−フルオロウラシル、フロクスウリジン、シトシンアラビノシド）を挙げることができる。
【００４３】
抗有糸分裂剤としては、タキサン（パクリタキセル）、ビンカアルカロイド（ビンクリスチン、ビンブラスチン）を挙げることができる。
【００４４】
抗腫瘍抗生物質としては、アントラサイクリン（ドキソルビシン）、アントラセンジオン（ミトキサントロン）、ストレプトマイシン（アクチノマイシン、ブレオマイシン、マイトマイシン）を挙げることができる。
【００４５】
モノクローナル抗体としては、ベバシズマブ、セツキシマブ、トラスツズマブ、デノスマブ、リツキシマブを挙げることができる。
【００４６】
他の抗がん剤には、成長因子またはキナーゼ受容体を阻害する分子が含まれ、それらには、ゲフィチニブ、イマチニブ、スニチニブが含まれる。
【００４７】
本発明のファイバーおよび装置は、局所治癒および再生療法を可能にし、種々の望ましくない副作用の発症を伴い得る全身療法の使用を回避する。
【００４８】
本発明の光ファイバーは、生体分子放出の光活性化に必要な波長を有する（単一バンドまたは多重バンドおよび場合によってはパルス化された）光を制御し、照射できる光源を含む照明システムに光学的に接続される。
【００４９】
有益には、本発明の装置は、光活性化（インビボでの医療装置としての古典的な適用）によるインビボでの薬物の制御放出、および例えば、治療効果の臨床試験のために、インビボ（動物）またはインビトロ（細胞培養物）での薬物の制御放出を可能にする。
【００５０】
さらなる態様において、本発明は、本発明の光ファイバー１を製造する方法であって、
ａ）反応性官能基を有するポリマーゲル粒子２を合成する工程と、
ｂ）少なくとも１つの前記ポリマーゲル粒子２を含む溶液を調製する工程と、
ｃ）光ファイバー１の外面（１ａ、１ｂ）の少なくとも１つに、ポリマーゲルの少なくとも１つの粒子２の反応性官能基と共有結合的に相互作用することができる反応性官能基が提供されるように光ファイバー１を処理する工程と、
ｇ）ポリマーゲルの少なくとも１つの粒子２が、光ファイバーの前記少なくとも１つの外面（１ａ、１ｂ）に共有結合するように、光ファイバーを工程ｂ）の溶液に浸す工程とを含む、方法に関する。
【００５１】
したがって、少なくとも１つのポリマーゲル粒子は、光ファイバーに存在する官能基と、粒子の表面に存在する相補的官能基との間の共有結合の形成によって光ファイバーに結合される。共有結合の種類は、アミド結合、エステル、エーテルまたはチオエーテル結合、炭素−炭素結合、または当分野の技術者によって仮定され、作り出すことができる任意の他の化学共有結合であってもよい。
【００５２】
好ましくは、工程（ａ）は、沈殿重合またはエマルションによるポリマーゲル粒子の合成を含む。
【００５３】
好ましくは、前記溶液は、工程ｂ）において５〜１０重量／体積％で濃縮される。
【００５４】
工程ｃ）において、前記処理は、好ましくは、第２の反応性官能基、好ましくはエポキシドまたはチオールもしくはアミンもしくはカルボン酸基を用いたシランによるシラン化によって、あるいは端部にチオールを有するヘテロ官能性架橋剤、またはいわゆる「クリックケミストリー」反応を生じるアルキンもしくはアジドを介して実施される。
【００５５】
ポリマーゲルの合成方法
ポリマーゲル、好ましくはミクロ／ナノゲルのカテゴリーは、一般に生体分子を放出するための基質としての使用に適したポリマー材料の種類である。これらの系の特性は水を吸収するその大きな能力であり、一方では高い生体適合性を与え、他方ではその中に捕捉された任意の薬物の放出動態を調節する。参照符号２によって示されている本発明のポリマーゲル、好ましくはミクロ／ナノゲルは、固体の凝集特性および液体の拡散輸送特性を有するポリマー溶液とみなすことができる。
【００５６】
本発明は、好ましくは、０．０１〜５μｍ、好ましくは０．０２〜５μｍの範囲の流体力学的半径を有するミクロ／ナノゲル粒子の調製を提供する。本発明において、ナノゲルという用語は、好ましくは０．０１０〜０．０５０μｍの範囲の可変サイズの流体力学的半径を有するポリマーゲル粒子を指し、ミクロゲルという用語は、０．１〜２．５μｍの範囲の可変サイズの流体力学的半径を有するヒドロゲル粒子を指す。
【００５７】
好ましくは、流体力学的半径は動的光散乱によって決定される。ナノゲルが使用される場合、動的光散乱によって決定されるそれらの流体力学的半径は０．０２０μｍ〜０．０４０μｍの範囲であることが好ましいが、これに限定されない。代わりに、動的光散乱によって決定されるミクロゲルの流体力学的半径は、好ましくは０．１００〜２．５μｍの範囲である。ミクロゲルを使用する場合、それらの流体力学的半径は０．１００μｍ〜１．００μｍの範囲であることが好ましいが、これに限定されない。
【００５８】
生物学的に活性な分子の感光性および封入を保証することができる適切な分子と官能化される粒子２の形態で、本発明のポリマーゲル、好ましくはミクロ／ナノゲルを調製するために、種々の重合技術を使用することができる。ポリマーゲル粒子、好ましくはミクロ／ナノゲルは、光ファイバー１に共有結合し、典型的に、ポリマーゲル粒子との化学結合を可能にするように前処理される。
【００５９】
特殊な特性を有するが、汎用性のあるポリマーゲル粒子、好ましくはミクロゲルまたはナノゲルを得るために、マイクロ流体システムにおいてさえも沈殿、エマルション、および多段階プロセスによる重合などの様々な技術が使用され、最適化される。
【００６０】
好ましくは、本発明は、重合のために１つ以上のモノマーを使用するポリマーゲル粒子の合成を意図する。
【００６１】
したがって、本発明によれば、光ファイバー１は、アクリルモノマー、ビニルモノマー、刺激応答性モノマー、および生体不活性モノマーからなる群から選択される１つ以上のモノマーの重合によって得られるポリマーゲルを含む。
【００６２】
好ましくは、アクリルモノマーは、好ましくは、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、マレイン酸、ブチルメチルアクリレート（ｎＢｕＭＡ）、ジメチルアミノエチルアクリレート（ＤＭＡＥＡ）、アクリルアミド（ＡＡｍ）、アミノエチルメタクリレート（Ａｅｍａ）、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート（ＤＭＡＥＭＡ）、Ｎ−（３−アミノプロピル）メタクリルアミド（ＡＰＭＡ）、またはポリエチレンイミン（ＰＥＩ）からなる群から選択されるカルボキシルおよび／またはアミノ官能基で官能化される。このようなモノマーは、最初の全組成物の重量に対して５〜３０重量％の範囲の量で最初の組成物に存在してもよい。
【００６３】
好ましくは、前記生体不活性モノマーは、エチレングリコール、好ましくはポリエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレート、アクリルアミドで官能化されたポリエチレングリコール、メタクリルアミド官能化ポリエチレングリコール、オリゴ（エチレングリコール）アクリレート（ＯＥＧＡ）、オリゴ（エチレングリコール）メタクリレート（ＯＥＧＭＡ）、オリゴ（エチレングリコール）ジアクリレート（ＯＥＧＤＡ）、Ｎ−アルキルアクリルアミド、ビニルカプロラクトン（ＶＣＬ）、およびヒドロキシエチルメタクリレートから誘導されるモノマーからなる群から選択される。このようなモノマーは、最初の全組成物の重量に対して５〜３０重量％の範囲の量で最初の組成物に存在してもよい。
【００６４】
好ましい刺激応答性モノマーは、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドまたはアミノエチルメタクリレートなどである。このようなモノマーは、最初の全組成物の重量に対して１０〜９０重量％の範囲、好ましくは６０〜８０重量％の範囲の量で最初の組成物に存在してもよい。
【００６５】
アクリルモノマーは、好ましくは、最初の全組成物の重量に対して０．５〜１０重量％の範囲の量で二官能性（架橋剤）であってもよい。このようなモノマーは、本発明の三次元重合可能なポリマーネットワークの合成に適した２つ以上のビニル基を有する。本発明のポリマーゲルはまた、最初の組成物の全重量に対して０．５〜２５重量％の範囲で感光性アクリルモノマーから誘導することもできる。感光性分子によるこのような官能化は、重合の間またはその後（ポリマーゲル合成の後）に実施することができる。
【００６６】
したがって、本発明による光ファイバーは、ポリマーゲルを含み、次に感光性分子７を含む。これは、好ましくは、
−  アゾベンゼンまたはその誘導体、
−  ニトロベンジル誘導体、
−  好ましくはマラカイトおよびカルボシアニンから誘導されるフルオロフォア、ならびに
−  金および／または銀の粒子、
−  高屈折率粒子
からなる群から選択される。
【００６７】
好ましくは、感光性分子７が金および／または銀粒子である場合、それは５〜８０ｎｍの範囲の半径を有することが好ましい。
【００６８】
好ましくは、高屈折率粒子は、酸化チタンなどの酸化物の粒子である。
【００６９】
感光性分子のクラスは、アゾベンゼンおよびその誘導体によって表される。これらの分子は、ポリマーゲルの分子網の変化に関与するシス−トランス光異性化現象を受け、したがって放出を調節することができる。
【００７０】
感光性分子の第２のクラスはニトロベンジル誘導体によって表される。これらの分子は光切断現象を受け、ポリマーネットワークにおける化学結合の切断に関与し、分子網の増加および生体分子の放出をもたらす（図２、ｂ）。
【００７１】
本発明のポリマーゲルはまた、最初の組成物の全重量に対して０．５〜２５重量％の量でマラカイトおよびカルボシアニン誘導体などのフルオロフォアを用いて誘導体化することもできる。これらの感光性要素は、ポリマーゲルを加熱し、分子網を狭め、捕捉された生体分子の関連する排出の光熱効果によって分子の放出を保証する（図２、ａ）。
【００７２】
本発明のポリマーゲル、好ましくはミクロゲルまたはナノゲルの粒子２はまた、１〜８０ナノメートルの可変寸法を有する金または銀のナノ粒子またはナノロッドを用いて誘導体化することもできる。さらにこのような金ナノ粒子は光熱効果を生じ、ミクロゲルを加熱し、続いて、ポリマーゲルの三次元網内に充填された任意の分子を排出する。
【００７３】
光ファイバー官能化法
光ファイバー１は以下の２つの部分から作製される：最も内側のものは、より高い屈折率を有する核またはコアであり、外側のものは、より低い屈折率を有するマントルまたはクラッドである。本明細書に記載される本発明の範囲内で使用されるファイバーは、コアおよびクラッド材料に従って分類することができる。
【００７４】
・  シリカ−シリカまたは石英−石英：ＡＳ（Ａｌｌ  Ｓｉｌｉｃａ：全てシリカ）とも呼ばれ、コアおよびクラッドの両方はシリカから作製される；それらは、ステップインデックスファイバーの中で最適な光学特性を有し、したがって他のファイバータイプよりも高い出力放射を伝送することができる。
・  シリカ−プラスチック：ＰＣＳ（Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｃｌａｄｄｉｎｇ  Ｓｉｌｉｃａ：プラスチッククラッドシリカ）とも呼ばれ、それらは、シリカコアおよびシリコーン材料から作製されたクラッドを有する；それらは、良好な光学特性を有し、中間のおよび低い出力放射で使用することができる。
・  シリカ−硬質クラッド：ＨＣＳ（Ｈａｒｄ  Ｃｌａｄｄｉｎｇ  Ｓｉｌｉｃａ：硬質クラッドシリカ）とも呼ばれ、それらは、強力な機械的特性（硬質クラッド）および優れた光学特性を有するシリコーン材料から構成されたクラッドを除いてＰＣＳと同様である。
【００７５】
ファイバーは、モノモードであってもよいか、またはマルチモードであってもよい。モノモードファイバーでは、ファイバー内のビームが、コアの非常に小さな半径によって強制されるため、ファイバーの軸にほぼ平行に一方向に伝播する。一般に、それらの直径は数ミクロンのオーダーである。マルチモードファイバーは、以前のもの（直径２００〜８００ミクロン）よりも大きい寸法を有し、屈折率がコア全体にわたって一定であるか、クラッドにおいて急激に減少するか、またはコアの中心からコアとクラッドとの間の分離領域まで徐々に減少するかに応じて、ステップ（ステップインデックス）またはグレーデッド（グレーデッドインデックス）とすることができる。
【００７６】
あるいは、いわゆる「フォトニック結晶ファイバー（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｆｉｂｅｒｓ−ＰＣＦ）」または微細構造ファイバーの使用が想定される。ＰＣＦは、シリカの長さ全体に沿って、必ずしも必要ではないが、空気孔の周期的格子を作製することによって得られる。これらの構造は、修正された全反射によって、またはファイバの断面上の空気孔の周期的格子を特徴付けるフォトニックバンドギャップの導入によって、光を閉じ込めることを可能にする。これらの新たな構造は、独自の伝播特性および基本的な光学バンドギャップ効果を有し、これにより、マイクロチューブが液体または他の物質で充填されて多数の効果を与えることができるため、多くの用途に使用することを可能にする。
【００７７】
また、コアおよびクラッドを備えた光ファイバーは、その長さに少なくとも１つのＬＰＧ（Ｌｏｎｇ  Ｐｅｒｉｏｄ  Ｇｒａｔｉｎｇ：長周期グレーティング）が与えられて使用される。１つ以上の薄いポリマー層が光ファイバークラッドに堆積される。前記材料の層は、格子が存在するファイバー部分に沿って堆積され、クラッドに隣接する少なくとも１つの層は前記クラッドより高い屈折率を有する。前記材料の層の厚さは、装置の動作レジームを調整するように選択される。
【００７８】
ＬＰＧにおいて、クラッド−外側媒体界面に対する反射によって基本モード（コア内に伝搬する）と離散モード（クラッド内に共伝搬する）との間で結合が生じる。モード間の相互作用は一連のスペクトル減衰帯域を作りだし、その各々は、誘導された基本モード（核内）と、異なる共伝搬モード（マントル内）との結合に対応する離散波長を中心とし、強く減衰される。
【００７９】
光ファイバー官能化処理は、問題のある表面のタイプに依存する。光ファイバーの表面、すなわちチップ１ｂおよび／またはクラッド１ａがシリカで作製されている場合、シラン化プロトコルが、相補的な様式で官能化されたミクロゲルの後の固定のために、エポキシド、チオール、アミン、またはカルボン酸基などの反応性化学基を有するシランで最適化される。
【００８０】
金含有ファイバーの場合、自己集合単分子層アプローチが、一端にチオールを有するヘテロ官能化架橋剤の使用を含む、官能化プロトコルとして使用される。
【００８１】
ポリマーゲル粒子と光ファイバーとの結合方法
粒子は、選択されたファイバー構成に応じて、光ファイバーの先端および／またはクラッドの表面に沿って結合することができる。上記のミクロゲルの表面の官能化は、側鎖に官能基（例えば、実施例１に記載されるように、カルボン酸基、アミンまたはヒドロキシル）を有するアクリレートモノマーの添加によって合成の間に得られる。化学選択的ライゲーションまたはグリーンケミストリーに有用な他の基を、保護または非保護アクリレートモノマーとして付加して、表面上の固定相に関連する特定の問題に対処することができる。上記の官能基の各々の抱合反応は、水溶液または有機溶液中で、事前活性化された架橋剤によっても実施される。
【００８２】
生体分子を放出する方法および機構
ポリマーゲル、好ましくはナノ／ミクロゲルの架橋構造は、拡散（ヒドロゲルの膨潤／脱膨潤）によって多量の溶液を吸収／放出しやすい。拡散される溶液の量は、分子網の数および平均サイズ、ならびにそのような網がどのように相互連結されているかに依存する（図２）。
【００８３】
溶液中のヒドロゲルの膨潤および拡散の特性は、以下の要因によって影響を受ける：膨潤溶液の化学・物理組成（ｐＨ、イオン強度、分子量など）；ポリマー組成（親水性基および疎水性基の存在）；温度。
【００８４】
任意の生物学的に活性な分子もしくは分子混合物および／または薬物が、ポリマーゲル粒子、好ましくはミクロゲルまたはナノゲルに充填されてもよい。分子の充填は、ポリマーゲルの合成後に行うことができ、その結果、生体適合性を確実にするために、ポリマーゲル（ミクロゲル／ナノゲル）内の残存する出発物質および／または開始物質が、洗浄によって完全に除去され得る。
【００８５】
活性成分の制御放出を調節する主な機構は、光がファイバーを通過することによって引き起こされる。
【００８６】
ゲルのポリマーマトリクス内の光の吸収は、ポリマー鎖を分裂または再編成することによって、ミクロゲルサイズの圧縮または分子網の開口をもたらすことができる。
【００８７】
活性成分の拡散速度はマトリクス架橋の程度に依存する。分子の放出は、ポリマーが体積増大に対して与える耐性、ならびに溶質がマトリクスに対して示す親和性（イオン性および／または疎水性相互作用）および膨潤手段の両方に依存して、ポリマーマトリクスの膨潤速度によっても影響を受け得る。
【００８８】
オプトエレクトロニクス設定
オプトエレクトロニクスシステムは、光信号およびファイバーによって供給される相対出力をリアルタイムで変調することができる光ファイバーおよびその照明システム（すなわち、光源）の両方を管理する機能を有する。
【００８９】
オプトエレクトロニクス設定は、電源ならびに単一および／または複数のＬＥＤ源を含む照明システム５を含む。本発明による照明源は、狭帯域または広帯域、継続的、またはパルス状のいずれであってもよい。
【００９０】
これらの光源の各々は、異なる重心波長を中心とする異なるスペクトルを有し、パルスモードで動作することもでき、それにより、放出は、光インパルスによって時間的に制御および変調されることができる。
【００９１】
好ましくは、オプトエレクトロニクス設定は、光ファイバーを照明システム５に接続する光コネクタ３も含む。
【００９２】
好ましくは、オプトエレクトロニクス設定は、パッチコード（または光ブレース）４、すなわち、コネクタ付きの光ケーブルも含む。
【００９３】
異なる波長を中心とするＬＥＤ源は電源によって電力供給される。
【００９４】
本発明は、本発明のいくつかの例示的な実施形態に関して説明される。
【実施例】
【００９５】
実施例１
沈殿重合によるミクロゲル粒子の合成
沈殿重合によるミクロゲル合成を、９０重量／体積％のＮ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＭ）、５重量％のアクリル酸（あるいは、３重量％のヒドロキシエチルメタクリレート）および５重量％のエチレンジメタクリレート（開始組成物の全重量に対して）のモノマー混合物を含有する水溶液（１００ｍＬ）を使用して実施した。次いで、混合物を窒素で脱気し、７０℃に加熱した。過硫酸アンモニウム（１重量％）を開始剤として添加し、混合物を７０℃で４時間撹拌下に置いた。このようにして得られたミクロゲル粒子を、透析（カットオフ膜：１００００〜１４０００ダルトン）によって過剰の未反応モノマーにより精製した。ミクロゲル粒子の流体力学的半径を、異なる緩衝液中での動的光散乱によって決定した（流体力学的半径はｐＨ３での緩衝液中で４００ｎｍに等しく、流体力学的半径はｐＨ７．５での緩衝液中で６００ｎｍに等しい）。粒子の表面上の官能基を、直接的および間接的方法によって定量的に決定し、これは官能基についての電位差滴定、電気泳動移動度および特定の比色分析アッセイとして当業者に公知である。
【００９６】
実施例２
ミクロゲルへのフルオロフォアのマラカイトグリーン−イソチオシアネートの結合
実施例１で調製したミクロゲル粒子の溶液を凍結乾燥し、次いでｐＨ９．８の重炭酸塩緩衝液中で再水和した。様々な量のマラカイトグリーン−イソチオシアネート（化学量論比０．０１：１で、ヒドロキシエチルアミノメタクリレートアミノ基がそこに存在する）をミクロゲル含有溶液に添加した。試料を４℃で１２時間反応させた。続いて、それらを暗所で４℃で３週間の透析により精製して、過剰の試薬を除去した（カットオフ透析膜：１００００〜１４０００ダルトン）。透析後、ミクロゲルを凍結乾燥し、次いで脱イオン水中で再水和した。溶液中およびミクロゲルに結合したマラカイトグリーンイソチオシアネートの吸収スペクトルを、分光光度測定によって得た（データは示さず）。
【００９７】
実施例３
アゾベンゼンを含有するミクロゲルの合成
ａ）４，４’−ジ（メタクリルアミド）−アゾベンゼン架橋剤の合成
ジイソプロピルエチルアミンおよび４−ジメチルアミノピリジンを、４，４’−ジアミノ−ジアゾベンゼン（４重量％）のジクロロメタン溶液に加えた。溶液を０℃に冷却し、塩化メタクリロイルをシリンジで添加した。反応混合物を室温に加熱し、撹拌下で２４時間置いた。得られた沈殿物を濾過し、水、次いでメタノールで洗浄した。反応生成物を、溶離剤としてヘキサンを用いてシリカを使用したフラッシュクロマトグラフィーによって精製した。固体を真空オーブン中で室温にて一晩乾燥させた。
【００９８】
ｂ）４，４’−ジ（メタクリルアミド）−アゾベンゼンを含有するミクロゲルの合成
（メタクリルアミド）−アゾベンゼンを含有するミクロゲルの合成のために、架橋剤として５重量％の４，４’−ジ（メタクリルアミド）−アゾベンゼンと共に８５％のＮ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＭ）からなる以下のモノマー混合物を調製した。ＮＩＰＡＭモノマーおよび架橋剤を脱イオン水に溶解し、磁気撹拌下に置いた。混合物を脱気し、反応フラスコを窒素で満たした。反応混合物を７０℃に加熱し、過硫酸アンモニウム水溶液（１重量％）を添加することにより反応を開始した。
【００９９】
反応混合物を４時間反応させた。反応の完了後、混合物をガラスウールを通して濾過して、大きな凝集物を除去した。得られたミクロゲルを脱イオン水ですすぎ、透析（カットオフ透析膜：１００００〜１４０００ダルトン）により精製して、過剰の試薬を除去し、最後に凍結乾燥した。こうして調製したミクロゲルの流体力学的半径を、動的光散乱（ｐＨ７について４００ｎｍに等しい流体力学的半径）によって決定した。
【０１００】
実施例４
Ａｕ−ナノロッドを含有するミクロゲルの合成
ａ）金ナノロッド（ＡｕＮＲ）の合成
ＡｕＮＲの合成は、「シード媒介成長法（ｓｅｅｄ−ｍｅｄｉａｔｅｄ  ｇｒｏｗｔｈ  ｍｅｔｈｏｄ）」として知られているプロトコルの使用を含んだ。
【０１０１】
この手順は、水溶液中で、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４、０．５ｍＬ、１０ｍＭ）などの強力な還元剤を用いてヘキサデシルトリメチルアンモニウム界面活性剤（ＣＴＡＢ、２．５ｍＬ、０．２Ｍ）の存在下で少量の四塩化金酸（ＨＡｕＣｌ４、０．１２ｍＬ、５ｍＭ）を還元することによって核生成「シード」を調製することにある。
【０１０２】
次いで、少量のこれらの「シード」（１ｍｌ）を、２５ｍｌのＣＴＡＢの０．２Ｍ溶液および２５ｍｌのベンジルジメチルヘキサデシルアンモニウムクロリドの０．２Ｍ溶液を含有する実際の成長溶液に導入する。この溶液に、５ｍＬのＨＡｕＣｌ４水溶液（５ｍＭ）、硝酸銀（ＡｇＮＯ３、２．８ｍＬ、４ｍＭ）および４０ｍＬの水を加える。０．８Ｍのアスコルビン酸水溶液１ｍｌを添加した後、暗黄色の溶液は無色になる。
【０１０３】
ＮＲを、１００００ｒｐｍ（３０分）での３回の遠心分離サイクルによって精製する。各遠心分離サイクルの終わりに、上清を除去し、沈殿したＡｕＮＲを脱イオン水に再溶解する。このプロトコルは、８４０ｎｍを中心とする吸収プラズモンバンドを有するＡｕＮＲの調製を可能にした。
【０１０４】
ｂ）ＡｕＮＲによるミクロゲル誘導体化プロトコル
実施例１に従って合成され、アクリル酸を用いて調製されたミクロゲル粒子の（２重量％）溶液中に、ＡｕＮＲ（１重量％）溶液を、連続撹拌下で１時間分散させた。このように調製したミクロゲルを、電子透過顕微鏡によって特徴付けた（データは示さず）。
【０１０５】
実施例５
シランカップリング剤を用いた光ファイバー（先端および／または側面）官能化プロトコル
シラン官能化プロトコルは最初に、９０℃で１２０分間、５％硝酸溶液中での酸化ケイ素（ある種の光ファイバーを形成する材料）の活性化を想定した。続いて、ファイバーを水で洗浄し、室温にて６０分間、塩酸溶液（１２Ｍ  ＨＣｌ）中で反応させた。次いでファイバーを７５℃のストーブ中で１時間乾燥させる。この第１の活性化工程の完了時に、反応性シラン溶液（例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン）を、（１０％ｗ／ｗ）エタノール中で使用して、シラン化を実施した。ファイバーを６０分間浸漬させて置いておき、次いで水、エタノールで洗浄し、窒素流下で乾燥させた。
【０１０６】
使用したシランの種類に応じて、表面にアミノ基（γ−アミノプロピル−トリエトキシシランが使用される場合）またはエポキシ基（γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランが使用される場合）が存在する光ファイバーが得られた。
【０１０７】
実施例６
金表面（先端）を有する光ファイバーのチオールを用いた官能化プロトコル
自己集合単分子層アプローチを使用して、ファイバーの金表面をチオール層で官能化した。このプロトコルは、ピラニア（ｐｉｒａｎｈａ）溶液（硫酸および過酸化水素、３：１）で前処理して、存在する汚染物質を除去することを含んだ。浸漬の１〜２分後、ファイバーを蒸留水で洗浄し、次いで１０ｍｍｏｌ／Ｌの１１−メルカプト−１−ウンデカン酸または１６−メルカプト−１−ヘキサデカン酸タイプのチオール溶液に３０分〜２４時間浸漬した。
【０１０８】
続いて、ファイバーをエタノール、水で洗浄し、窒素流下で乾燥させた。
【０１０９】
実施例７
シラン化ファイバーの表面へのミクロゲル粒子の結合
７．１）カルボジイミドによる直接アプローチ
実施例１に従って調製し、カルボン酸基（アクリル酸に由来する）を含むミクロゲル粒子を、（実施例５に記載される手順に従って）アミノプロピルトリエトキシシランで官能化した光ファイバーの表面に共有結合した。プロトコルは、４℃にて、ｐＨ４．５の緩衝液中の１−エチル−３−メチル−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド（ＥＤＣ、５００ｍＭ）の存在下で、（５％ｗ／ｖ）ミクロゲル溶液中に光ファイバーを浸漬することを含んだ。８時間の反応時間後、ファイバーを脱イオン水溶液に浸漬（５回）し、過剰の試薬を除去した。最後に、ファイバーを窒素流下で乾燥させた。光ファイバーの表面上のミクロゲル分布を観察し、原子間力顕微鏡により特徴付けた（データは示さず）。
【０１１０】
７．２）光重合アプローチ
実施例１に従って調製し、アミノ基を含有するミクロゲルを、多段階手順によって光ファイバーの表面に共有結合で固定した。第１のファイバー活性化工程を、光ファイバー（実施例５に記載される手順に従ってγ−アミノプロピルトリメトキシシランで予め官能化した）を、６５℃にて４時間、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）中の（１０％ｗ／ｖ）アミノベンゾフェノン溶液中に浸漬するために提供した。アミノベンゾフェノンとの結合後、ファイバーをＴＨＦ、エタノールで洗浄し、窒素流下で乾燥させた。
【０１１１】
次いで、そのように官能化したファイバーを、（５％ｗ／ｗ）ミクロゲル溶液中に２時間浸漬し、次いで窒素流下で乾燥させた。このように堆積させたファイバーを、その表面上でのミクロゲルの共有結合攻撃のために（１００Ｗ）ＵＶランプで３０分間照射した。実際に、ＵＶ励起のために、ベンゾフェノン分子は、ミクロゲルの近くのポリマー鎖からプロトンを抽出することができ、したがって炭素−炭素結合を形成するラジカルを生じる。ＵＶランプ点灯後、ファイバーを脱イオン水溶液に浸漬（５回）し、窒素流下で乾燥させた。光ファイバーの表面上のミクロゲル分布を観察し、原子間力顕微鏡により特徴付けた（データは示さず）。
【０１１２】
７．３）予備活性化架橋剤アプローチ
実施例１に従って調製し、カルボン酸基（アクリル酸に由来する）を含むミクロゲル粒子を、（実施例５に記載される手順に従って）γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランで官能化した光ファイバー表面に共有結合させた。
【０１１３】
結合処理の第１の工程のために、カルボン酸基を含有するミクロゲル溶液を、室温にてｐＨ５．０のＭＥＳ緩衝液中に懸濁した。２時間後、１−エチル−３−メチル−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド（ＥＤＣ、２５０ｍＭ）およびＮ−ヒドロキシ−スルホスクシンイミド（５００ｍＭ、ＮＨＳ）を含有する溶液２ｍＬを添加した。カルボン酸基の活性化反応を撹拌下に３０分間置いておき、次いで２ｍＬのマレイミドカプロン酸Ｎ−ε−ヒドラジド（ＥＭＣＨ）を添加した。溶液を撹拌下に２．５時間保持して、ミクロゲル中に存在する活性化カルボン酸基と、ＥＭＣＨ中のヒドラジドとの間のカップリング反応を可能にした。未反応物質を除去するために、ミクロゲルを遠心分離し、ｐＨ７の２５ｍＭ  ＨＥＰＥＳ緩衝液に再懸濁した。
【０１１４】
ファイバー結合工程のために、光ファイバー（γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランで予め官能化した）を、ｐＨ７の２５ｍＭ  ＨＥＰＥＳ緩衝液中の（５％ｗ／ｖ）ミクロゲル溶液に浸漬した。８時間の反応時間後、ファイバーを脱イオン水溶液に５回浸漬し、過剰の試薬を除去した。最後に、ファイバーを窒素流下で乾燥させ、光ファイバーの表面上のミクロゲルの分布を観察し、原子間力顕微鏡により特徴付けた。
【０１１５】
実施例８
８．１）生物活性分子の封入プロトコル（溶液中）
実施例４の凍結乾燥ミクロゲル１ｍｇを、ｐＨ７．４の０．０１Ｍの生理食塩水緩衝液（ＰＢＳ）中の１０−４Ｍのドキソルビシン溶液１ｍＬに分散させた。溶液を室温にて回転プレート上で１２時間平衡化した。上清溶液を、室温での超遠心分離（温度制御した遠心分離器）によってミクロゲルから分離した。
【０１１６】
上清溶液を回収し、ＵＶ／ＶＩＳ分光光度法により分析した。４６４ｎｍ（ドキソルビシンの最大吸収）にて吸光度の読み取り値を得た。上清溶液中のドキソルビシン濃度を、ｐＨ７．４のＰＢＳ中の既知の濃度を有するドキソルビシン溶液から得た検量線に基づいて計算した。
【０１１７】
８．２）ファイバー上の生物活性分子の封入プロトコル
実施例７．１に従って調製した光ファイバーを、ｐＨ７．４の０．０１Ｍの生理食塩水緩衝液（ＰＢＳ）中の１０−４Ｍのドキソルビシン溶液１ｍＬに浸漬した。溶液を室温にて１２時間平衡化した。続いて、光ファイバーを溶液から取り出し、これを回収し、ＵＶ／ＶＩＳ分光光度法により分析した。４６４ｎｍ（ドキソルビシンの最大吸収）にて吸光度の読み取り値を得た。上清溶液中のドキソルビシン濃度を、ｐＨ７．４のＰＢＳ中の既知の濃度を有するドキソルビシン溶液から得た検量線に基づいて計算した。
【０１１８】
実施例９
９．１  ドキソルビシンを放出する装置
この装置の設定は最初に、熱応答性ミクロゲルの合成の最適化、および溶液中のＡＵＮＲによるそれらの誘導体化、続いて光ファイバーへのその後の移動を提供した。光ファイバーによって放出された光と、ＡｕＮＲとの間の相互作用は、ゲルの光熱加熱効果をもたらし、続いて、ミクロゲル圧縮プロセス（サイズの減少）およびそこに捕捉されたドキソルビシンの排出（したがって放出）をもたらした。
【０１１９】
９．１．ａ  沈殿重合による溶液中のミクロゲルの合成
沈殿重合によるミクロゲルの合成を、４．２×１０−３モルのＮ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＭ）、４．２×１０−４モルのマレイン酸（ＭＡ）および３．４×１０−４モルのジメタクリル酸エチレンのモノマー混合物を含有する水溶液（１００ｍＬ）を使用して実施した。混合物を窒素で脱気し、７０℃に加熱した。過硫酸アンモニウム（２．２×１０−４モル）を開始剤として添加し、混合物を７０℃にて４時間撹拌下に置いた。このようにして得られたミクロゲルを、透析（カットオフ膜：１００００〜１４０００ダルトン）により過剰の未反応モノマーにより精製した。
【０１２０】
９．１．ｂ  金ナノロッド（ＡｕＮＲ）の合成
ＡｕＮＲの合成は、「シード媒介成長法」として知られるプロトコルの使用を含む。この手順は、水溶液中で、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４、０．５ｍＬ、１０ｍＭ）などの強力な還元剤を用いてヘキサデシルトリメチルアンモニウム界面活性剤（ＣＴＡＢ、２．５ｍＬ、０．２Ｍ）の存在下で少量の四塩化金酸（ＨＡｕＣｌ４、０．１２ｍＬ、５ｍＭ）を還元することによって核生成「シード」を調製することにある。
【０１２１】
次いで、少量のこれらの「シード」（１ｍｌ）を、２５ｍｌのＣＴＡＢの０．２Ｍ溶液および２５ｍｌのベンジルジメチルヘキサデシルアンモニウムクロリドの０．２Ｍ溶液を含有する実際の成長溶液に導入する。この溶液に、５ｍＬのＨＡｕＣｌ４水溶液（５ｍＭ）、硝酸銀（ＡｇＮＯ３、２．８ｍＬ、４ｍＭ）および４０ｍＬの水を加える。０．８Ｍのアスコルビン酸水溶液１ｍｌを添加した後、暗黄色の溶液は無色になる。ＮＲを、１００００ｒｐｍ（３０分）での３回の遠心分離サイクルによって精製する。各遠心分離サイクルの終わりに、上清を除去し、沈殿したＡｕＮＲを脱イオン水に再溶解する。このプロトコルは、８４０ｎｍを中心とする吸収プラズモンバンドを有するＡｕＮＲの調製を可能にした。
【０１２２】
９．１．ｃ  ＡｕＮＲによるミクロゲル誘導体化プロトコル
ＡｕＮＲ（１重量％）溶液を、マレイン酸で調製したミクロゲル（２重量％）溶液中に、連続撹拌下で１時間分散させた。
【０１２３】
溶液中のミクロゲルの特性付け
温度に依存するミクロゲルの流体力学的半径を、異なる緩衝液（ｐＨ３、ｐＨ７．５）中での動的光散乱によって決定した。流体力学的半径はｐＨ７．５で４００ｎｍであった。粒子の表面上の官能基を電位差滴定によって定量的に決定した。
【０１２４】
ＡｕＮＲで誘導体化したミクロゲルを電子透過顕微鏡によって特徴付けた。ＡｕＮＲ吸光波長（８１０ｎｍ）にてＡｕＮＲで誘導体化したミクロゲルのサイズの変化を、３６℃でｐＨ７．４のＰＢＳ緩衝液中に１％ミクロゲル溶液を分散させ、次いで８１０ｎｍ（レーザー／パルス外科用ＣＷ、１．５Ｗ出力）で照射することによって測定した。溶液の温度を、試験管内に配置された熱電対プローブによってモニターした。
【０１２５】
９．１．ｄ  生物活性分子についての封入プロトコル（溶液中）
ＡｕＮＲで誘導体化した１ｍｇのミクロゲルを、ｐＨ７．４の０．０１Ｍの生理食塩水緩衝液（ＰＢＳ）中の１０−４Ｍのドキソルビシン溶液１ｍＬに分散させた。溶液を室温にて回転プレート上で１２時間平衡化した。上清溶液を、室温での超遠心分離（温度制御した遠心分離器）によってミクロゲルから分離した。
【０１２６】
上清溶液を回収し、ＵＶ／ＶＩＳ分光光度法により分析した。４６４ｎｍ（ドキソルビシンの最大吸収）にて吸光度の読み取り値を得た。上清溶液中のドキソルビシン濃度を、ｐＨ７．４のＰＢＳ中の既知の濃度を有するドキソルビシン溶液から得た検量線に基づいて計算した。
【０１２７】
９．１．ｅ  光ファイバー官能化プロトコル（シランカップリング剤を用いた）
光ファイバー官能化を、９０℃にて１２０分間、５％の硝酸溶液中で酸化ケイ素（いくつかの種類の光ファイバーを構成する材料）を活性化することによって実施した。続いてファイバーを水で洗浄し、室温にて塩酸溶液（１２Ｍ  ＨＣｌ）中で６０分間反応させた。次いでファイバーを７５℃で１時間、ストーブ中で乾燥させた。
【０１２８】
この第１の活性化工程が完了したら、アミノプロピルトリエトキシシランのエタノール溶液（１０％ｗ／ｖ）を使用してシラン化を実施する。ファイバーを７５℃で６０分間浸漬させ、次いで水、エタノールで洗浄し、窒素流下で乾燥させ、最後に５０℃のストーブ中で一晩乾燥させた。
【０１２９】
９．１．ｆ  シラン化ファイバーの表面に共有結合したミクロゲル
カルボン酸基（マレイン酸由来）を含むミクロゲルを、アミノプロピルトリエトキシシランで官能化した光ファイバーの表面に共有結合した。光ファイバーを、４℃にて、ｐＨ４．５の緩衝液中の１−エチル−３−メチル−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド（ＥＤＣ、５００ｍＭ）の存在下で（５重量／体積％）ミクロゲル溶液に浸漬した。８時間の反応時間の後、ファイバーを脱イオン水溶液に浸漬し（５回）、過剰の試薬を除去した。最後に、ファイバーを窒素流下で乾燥させ、光ファイバーの表面上のミクロゲルの分布を観察し、原子間力顕微鏡によって特徴付けた（データは示さず）。
【０１３０】
９．１．ｇ  ＡｕＮＲによるファイバーに結合したミクロゲルの誘導体化プロトコルおよびドキソルビシンの封入
ミクロゲルを有する誘導体化光ファイバーを、１時間連続撹拌下で、ＡｕＮＲ（１重量％）溶液中に浸漬した。ドキソルビシン充填プロセスのために、光ファイバーを、ｐＨ７．４の０．０１Ｍの生理食塩水緩衝液（ＰＢＳ）中の１０−４Ｍのドキソルビシン溶液１ｍｌ中に浸漬した。溶液を室温で１２時間平衡化した。上清溶液を回収し、ＵＶ／ＶＩＳ分光光度法により分析した。４６４ｎｍ（ドキソルビシンの最大吸収）で吸光度の読み取り値を得た。上清溶液中のドキソルビシン濃度を、ｐＨ７．４のＰＢＳ中の既知の濃度を有するドキソルビシン溶液から得られた検量線に基づいて計算した。
【０１３１】
９．１．ｈ  光ファイバー装置によるドキソルビシン放出の特性付け
ファイバーに固定し、ＡｕＮＲで誘導体化したドキソルビシンミクロゲルの放出を、３６℃にてｐＨ７．４のＰＢＳ緩衝液中にファイバーを浸漬し、次いでＡｕＮＲの吸収波長（８４０ｎｍ）に対応する、８４０ｎｍ（レーザー／パルスＣＷ、１．５Ｗ出力）で照射することによって測定した。溶液の温度を、試験管内に配置した熱電対プローブによってモニターした。ある量の緩衝液を取り、溶液中に放出されたドキソルビシンの濃度を、４６４ｎｍでの吸光度（ドキソルビシン吸収の最大用量）を読み取ることによって計算した。使用される初期濃度と比較してドキソルビシンの量の８０％のパーセンテージが、ミクロゲル内に実際に充填された。
【０１３２】
９．２．  モノクローナル抗体を放出するための装置
この装置の構成により、最初に、ニトロベンジル架橋剤などの感光性分子を含有するミクロゲル、および治療活性が充填されたモノクローナル抗体の溶液中での合成がもたらされた。次いでミクロゲルを光ファイバーに移し、結合した。光ファイバーから放出された光と感光性架橋剤との間の相互作用は、ポリマーネットワークにおける化学結合の切断に関与する光切断効果を生じ、その結果、分子網の増大およびモノクローナル抗体の放出を生じた。
【０１３３】
９．２．ａ  感光性架橋剤の多段階合成
工程ａ．１
ヒドロキシエチルフォトリンカー（Ｎｏｖａｂｉｏｃｈｅｍ（登録商標））光解離性前駆体（０．０１モル）を無水ジクロロメタン（１．４モル）に懸濁し、溶液を窒素流中で磁気撹拌下に維持した。続いて、この溶液を０℃に冷却し、無水ジクロロメタン中のトリエチルアミンの溶液（０．０３モル）および塩化アクリロイル溶液（０．０２５モル）を、シリンジを介してゆっくりと添加した。反応を室温にて磁気撹拌下で１２時間進行させた。続いて、重炭酸ナトリウム（５％ｗ／ｖ  ａｑ．）、希塩酸（１％ｖ／ｖ  ａｑ．）および脱イオン水を反応混合物に添加した。溶媒を蒸発させた後、生成物をアセトン：水（５０：５０）の混合物に溶解した。この混合物を室温にて一晩撹拌下に置き、濾過して、不溶性不純物を除去し、最後にアクリレートモノマーをジクロロメタンで抽出した。ジクロロメタン中に抽出した生成物を、希塩酸（１％ｖ／ｖ  Ａｑ．）および脱イオン水で連続的に洗浄し、それを硫酸マグネシウム上で乾燥させ、最後に溶媒の除去後に回収した。
【０１３４】
工程ａ．２
工程ａ．１から得られた感光性アクリレートモノマー（６ミリモル）をＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解し、不活性雰囲気中で磁気撹拌下に置いておいた。次いで、ＨＢＴＵ（６．５ミリモル）、ＨＯＢｔ（６．５ミリモル）およびＮ，Ｎ−ジイソプロピルエチルアミン（１１．８ミリモル）カップリング剤を５分間撹拌下で添加し、最後にＮ−メチル−２−ピロリドン中の二官能性ポリエチレングリコール（アクリレート−ＰＥＧ−アミノ）の誘導体（０．６ミリモル）を添加した。反応を一晩進行させ、生成物をジエチルエーテル中に０℃で沈殿させ、遠心分離し、沈殿生成物をエーテルで洗浄し、２回遠心分離した。続いて反応生成物（光切断性架橋剤（ＰＣ））を真空下で乾燥させ、脱イオン水に再溶解し、遠心分離して不溶性不純物を除去した。最後に、生成物を透析して（カットオフ１０００ダルトン）、凍結乾燥した。
【０１３５】
９．２．ｂ  エマルション重合による溶液中のミクロゲルの合成
モノクローナル抗体を放出するためのミクロゲルを、水中油型エマルション中での重合により合成した。２−ジメチルアミノエチルメタクリレート（０．０４ｇ）、２−アミノエチルメタクリレート塩酸塩（０．０１ｇ）、ＰＣ架橋剤（２００ｍＬのジクロロメタン中の０．０１２５ｇ）を、封入されるトラスツズマブモノクローナル抗体を含有する１ｍＬのリン酸緩衝液（ＰＢＳ）に加えた。放出に関する研究のために、モノクローナル抗体もまた、イソチオシアネートフルオレセインなどの蛍光色素に予め結合した。ポリビニルアルコール（Ｍｗ  ５３００００）を分散媒体として使用した。溶液を２分間超音波処理して均質な分散体を得、不活性雰囲気中に３０分間置いておいた。続いて、過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ）（１００μＬの水中に０．０００５ｇ）およびテトラメチルエチレンジアミン（１００μＬの水中に０．０００１ｇ）をシリンジによって反応混合物に加えた。反応を４℃にて２時間、磁気撹拌下で進行させた。生成物を、室温にてＰＢＳ中での透析（カットオフ膜：１００００〜１４０００ダルトン）によって精製した。
【０１３６】
溶液中のミクロゲルの特性付けおよび放出研究
ミクロゲルの流体力学的半径を、動的光散乱（Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ  Ｎａｎｏ  ＺＳ（Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）を使用して）によって決定し、約４００ｎｍの平均値を得た。放出研究のために、ミクロゲルの１ｍｇ／ｍＬ溶液を、３６℃にてｐＨ７．４のＰＢＳ緩衝液中のフルオレセインに結合した封入したモノクローナル抗体と共に使用した。この溶液を、架橋剤活性化波長に対応する４００ｎｍ（レーザー／パルス外科用ＣＷ、１．５Ｗ出力）で照射した。溶液の温度を、試験管内に配置した熱電対プローブによってモニターした。
【０１３７】
照射後、上清溶液を室温での超遠心分離（温度制御した遠心分離器）によりミクロゲルから分離した。上清溶液を回収し、４７８ｎｍでの励起下で５３０ｎｍ（フルオレセイン最大発光）での蛍光読み取りを実施することによる分光光度法によって分析した。上清溶液中のフルオレセインが結合した抗体の濃度を、ｐＨ７．４のＰＢＳ中の既知の濃度を有するフルオレセインが結合した抗体の溶液から得た検量線に基づいて計算した。使用した初期濃度と比較した抗体の量の７０％のパーセンテージが、４００ｎｍ光での照射後にミクロゲルの内部から実際に放出された。
【０１３８】
９．２．ｃ  シランカップリング剤を用いた光ファイバー官能化プロトコル
光ファイバー官能化プロトコルは最初に、９０℃で１２０分間、５％の硝酸溶液中での酸化ケイ素（ある種の光ファイバーを構成する材料）の活性化を想定した。続いて、ファイバーを水で洗浄し、塩酸溶液（１２ＭのＨＣｌ）中、室温で６０分間反応させた。次いでファイバーを７５℃のストーブ中で１時間乾燥させる。この第１の活性化工程が完了したら、ｐＨ５（１０％ｗ／ｗ）の酢酸ナトリウム緩衝液中のγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランの溶液を使用してシラン化を実施した。ファイバーを７５℃で６０分間浸漬させ、次いで水、エタノールで洗浄し、窒素流下で乾燥させ、最後に５０℃にてストーブ中で一晩乾燥させた。
【０１３９】
９．２．ｄ  シラン化したファイバーの表面へのミクロゲルの共有結合による固定
カルボン酸基（２−アミノエチルメタクリレート塩酸塩由来）を含むミクロゲルを、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランで官能化した光ファイバーの表面に共有結合した。このプロトコルは、光ファイバーを、ｐＨ８のリン酸緩衝液中のミクロゲル（５重量／体積％）溶液に浸漬することを含んだ。８時間の反応時間の後、ファイバーを脱イオン水溶液に浸漬して（８時間）、過剰の試薬を除去した。最後に、ファイバーを窒素流下で乾燥させ、光ファイバーの表面上のミクロゲルの分布を観察し、原子間力顕微鏡によって特徴付けた（データは示さず）。
【０１４０】
光ファイバー装置によるモノクローナル抗体の放出の特性付け
ファイバーに固定し、光活性化可能な架橋剤で誘導体化したミクロゲルからのモノクローナル抗体の放出を、３６℃にてｐＨ７．４のＰＢＳ緩衝液中にファイバーを浸漬し、次いで４００ｎｍ（レーザー／パルスＣＷ、１．５Ｗ出力）、すなわち架橋剤活性化波長に対応する波長で照射することによって測定した。溶液の温度を、試験管内に配置した熱電対プローブによってモニターした。ある量の緩衝溶液を取り、４７８ｎｍでの励起後に、溶液中のファイバーによって放出された著しいモノクローナル抗体の量を、異なる照射／活性化時間について５３０ｎｍでの蛍光読み取りによって決定した。ミクロゲル内に充填された初期濃度を基準にして、抗体の量の９０％のパーセンテージが実際に放出された。
【図１】
2019514892.tif 000002
【図２】
2019514892.tif 000003
【国際調査報告】
2019514892.tif 000004
2019514892.tif 000005
2019514892.tif 000006