(57)【要約】  １，２−ジオールまたは１，３−ジオール構造を有する単位を含むポリマー主鎖および架橋可能な基を有する少なくとも２つの側鎖を有するマクロマーと両親媒性コモノマーとを架橋させることにより形成されたヒドロゲルから形成されたプロテーゼ脊椎椎間板髄核。【特許請求の範囲】
【請求項１】
１，２−ジオールまたは１，３−ジオール構造を有する単位を含むポリマー主鎖および架橋可能な基を有する少なくとも２つの側鎖を有するマクロマーと両親媒性コモノマーとから形成されたヒドロゲルを含む脊椎椎間板髄核プロテーゼ。
【請求項２】
ヒドロゲルが、脊椎椎間板核キャビティの形状を有する、請求項１に記載のプロテーゼ。
【請求項３】
ヒドロゲルが、約１０００〜６０００ニュートンの降伏荷重を有する、請求項１に記載のプロテーゼ。
【請求項４】
ヒドロゲルが、１０〜３０％歪で約３メガパスカルの圧縮弾性率を有する、請求項１に記載のプロテーゼ。
【請求項５】
コモノマーが、ジアセトンアクリルアミド（ＤＡＡ）、Ｎ−ビニルカプロラクタム、Ｎ−（ブトキシメチル）アクリルアミド、Ｎ−アクロイルモルホリン、クロトンアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−オクタデシルアクリルアミドおよびアクリルアミドからなる群より選ばれる、請求項１に記載のプロテーゼ。
【請求項６】
コモノマーが、約４０〜６０重量％の濃度のＤＡＡである、請求項１に記載のプロテーゼ。
【請求項７】
マクロマーが、約１４，０００の分子量を有するポリ（ビニルアルコール）主鎖を有し、そして架橋可能な基を有する側鎖がＰＶＡ当たり約６〜２１個の架橋剤の量のＮ−アクリルアミドアセトアルデヒドジメチルアセタール（ＮＡＡＡＤＡ）である、請求項１に記載のプロテーゼ。
【請求項８】
ＰＶＡ主鎖が、疎水性変性剤または親水性変性剤によりさらに変性される、請求項１に記載のプロテーゼ。
【請求項９】
疎水性変性剤が、ＰＶＡグラム当たり約０〜４ミリ当量（meq／ｇ）の量で存在するアセトアルデヒドジエチルアセタール（ＡＡＤＡ）である、請求項８に記載のプロテーゼ。
【請求項１０】
１，２−ジオールまたは１，３−ジオール構造を有する単位を含むポリマー主鎖および架橋可能な基を有する少なくとも２つの側鎖を有するマクロマーと両親媒性コモノマーとから形成されたヒドロゲルを、脊椎椎間板核キャビティに移植することを含む、脊椎椎間板髄核をプロテーゼで置換または増強するための方法。
【請求項１１】
プロテーゼをその場で形成する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
プロテーゼを予め形成する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
プロテーゼを移植する前に、ネイティブな脊椎椎間板髄核を部分的にまたは完全に除去する、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２００４年６月２９日に出願されたU.S.Provisional Application Serial No. 60/583,852に関係し、且つ優先権を主張しており、その全体の内容は参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００２】
発明の背景
時折天然の脊椎椎間板髄核（spinal disc nucleus pulposus）をプロテーゼで置換または増強することが必要となる。例えば脊椎椎間板は、椎間板ヘルニアをもたらす外傷または疾患により損傷を受けることがある。このようなプロテーゼは、好ましくは天然の髄核の形状および機能を模倣するべきである。ビーズおよび固体移植片の形態にあるヒドロゲルを含む種々のタイプのプロテーゼが考案された。例えばBao等へのUS Patent No.5,192,326は、固体ヒドロゲルコアまたは膜により取り囲まれた複数のヒドロゲルビーズのいずれから作られたプロテーゼ髄核を開示している。プロテーゼは脱水された状態で移植され、次いで水和されて椎間板内空間を満たす。
【０００３】
あるプロテーゼは、プロテーゼ髄核を所定の位置に保持するための強制被覆物を含む。しかしながら、このような移植片は大きく、そして挿入のための大きな出入り点を必要とする。この問題を回避するために、液体として挿入され次いで硬化して固体となる組成物に基づく移植片が提唱された。例えばFelt等へのUS Patent No.6,443,988は、移植の部位に挿入され、後にその場で硬化される材料で充填される容器を含む移植片を開示している。この移植片の形状はその場で操作されることができ、そしてこの移植片は他の場合には移植片を妨害するサイズおよび形状の問題を回避することができる。
【０００４】
同様なプロテーゼ髄核は、Milner等へのUS Patent No.6,187,048に開示されており、これは、椎間板内空間に注入され、そして架橋剤の添加により少なくとも部分的に重合するように誘導されるアクリレートの組成物を含む脊椎椎間板移植片を開示している。しかしながら、このプロテーゼは関節移植片に組成が類似しており、これは結局分解しそして可動性となる。
【０００５】
BioCure,IncへのWO01/68721は、１，２−ジオールおよび／または１，３−ジオール構造を有する単位を有するポリマーの主鎖を有するマクロマーを含む組織増大化（tissue bulking）のために有用な組成物を開示する。このようなポリマーは、ポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）および酢酸ビニルの加水分解されたコポリマー、例えば塩化ビニルまたはＮ−ビニルピロリドンとのコポリマーを含む。主鎖ポリマーは、架橋可能な基および場合により他の変性剤を有する側鎖を含有する。マクロマーは、架橋されるとヒドロゲルを形成する。この組成物は、液体として注入されることができそして その場で架橋されて固体ヒドロゲルとなることができる。
【０００６】
WO01/68721に教示された組成物は、多くのバイオ用途に適切なヒドロゲルをもたらす。しかしながら、このヒドロゲルは、脊椎椎間板髄核上に配置された特定の且つ反復した応力のために必要な性質を有していない。
【０００７】
発明の要約
本発明は、プロテーゼ脊椎椎間板、さらに詳しくはプロテーゼ脊椎椎間板髄核に関する。さらに具体的には、本発明は、架橋可能なマクロモノマー（本明細書ではマクロマーとも呼ばれる）およびヒドロゲルに増強された圧縮性および統合性（integrity）を与えるコモノマーを含む組成物から形成された脊椎椎間板髄核移植片である。
【０００８】
発明の詳細な説明
Ｉ．  プロテーゼ脊椎椎間板髄核
１つの局面では、本発明は、架橋可能なマクロマーおよび両親媒性コモノマーから作られるプロテーゼ脊椎椎間板髄核（本明細書で移植片またはプロテーゼ核またはプロテーゼ脊椎椎間板核として言及される）である。架橋可能なマクロマーおよび両親媒性コモノマーは、プロテーゼ脊椎椎間板核として使用するために理想的な性質を有するヒドロゲルを形成する。プロテーゼは、ネイティブな核の増強または置換のいずれかのために使用されうる。プロテーゼは好ましくはその場で形成される。
【０００９】
本発明は、架橋可能なマクロマーおよび両親媒性コモノマーからプロテーゼ脊椎椎間板核を製造するための方法でもある。好ましい態様では、プロテーゼ核は、架橋可能なマクロマーおよび両親媒性コモノマーを含有する液体組成物を脊椎椎間板髄核キャビティに注入し、そして組成物を硬化させてヒドロゲルとすることにより、その場で作られる。この方法は、核の置換または増強を伴うことができる。
【００１０】
その場で形成されたプロテーゼ核は、それが注入される核空間に形状が合致する。プロテーゼ核は、１０〜３０％歪で約３メガパスカルの圧縮弾性率、約１０００〜６０００ニュートンの降伏荷重、破断時における６０〜７０％の歪を有し、そして生理学的条件下の繰り返し荷重（cyclic loading）に耐える能力を有する。さらに、プロテーゼ核が移植されると膨潤して核空間を満たすかまたはリフト（lift）を与えることは有利でありうる。さらなる可能性のある構造の特徴は、ネイティブな組織への接着および例えば約３０分の緩和後１００％の圧縮後のリコイル（recoil）を含む。
【００１１】
WO 01/68721に記載されたマクロマーと同様なマクロマーを使用してプロテーゼ核が製造される。しかしながら、あるコモノマーの添加は、予想外の性質をヒドロゲルに与えてそれをプロテーゼ核として使用するのにより適切にすることが見出された。コモノマーを以下に詳細に説明する。
【００１２】
マクロマー
マクロマーは、１，２−ジオールおよび／または１，３−ジオール構造を有する単位を含むポリマーの主鎖および架橋可能な基を含む少なくとも２つの側鎖を有する。マクロマー主鎖は、場合により変性剤を含有する他の側鎖を有することができる。
【００１３】
マクロマー主鎖として使用することができるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）は、市販されているＰＶＡ、例えばAir ProductsからのVinol（登録商標）107（ＭＷ２２，０００〜３１，０００、９８〜９８．８％加水分解）、Polysciences 4397（ＭＷ２５，０００、９８．５％加水分解）、Chan ChunからのＢＦ１４、DuPontからのElvanol（登録商標）９０〜５０およびUnitikaからのＵＦ−１２０を含む。他の製造者は、例えば、Nippon Gohsei（Gohsenol（登録商標））、Monsanto（Gelvatol（登録商標））、Wacker（Polyviol（登録商標））、Kuraray、DerikiおよびShin-Etsuである。ある場合には、HoechstからのMowiol（登録商標）製品、特に３−８３、４−８８、４−９８、６−８８、６−９８、８−８８、８−９８、１０−９８、２０−９８、２６−８８および４０−８８型のものを使用するのが有利である。
【００１４】
例えば、加水分解されたエチレン−酢酸ビニル（ＥＶＡ）または塩化ビニル−酢酸ビニル、Ｎ−ビニルピロリドン−酢酸ビニルおよび無水マレイン酸−酢酸ビニルとして得ることができる加水分解されたまたは部分的に加水分解された酢酸ビニルのコポリマーを使用することも可能である。マクロマー主鎖が例えば酢酸ビニルとビニルピロリドンとのコポリマーの場合、市販のコポリマー、例えばＢＡＳＦから名称Luviskol（登録商標）の下に入手可能な市販の製品を使用することがやはり可能である。特定の例は、Luviskol VA 37 HM、Luviskol VA 37 E およびLuviskol VA 28である。マクロマー主鎖がポリ酢酸ビニルの場合、HoechstからのMowilith 30が特に適切である。
【００１５】
ＰＶＡは、好ましくは少なくとも約２，０００の分子量を有する。上限として、ＰＶＡは、３００，０００までの分子量を有することができる。好ましくは、ＰＶＡは、約１３０，０００までの、さらに好ましくは約６０，０００までの、特に好ましくは約１４，０００の分子量を有する。
【００１６】
ＰＶＡは、通常ポリ（２−ヒドロキシ）エチレン構造を有する。ＰＶＡは１，２−グリコールの形態にあるヒドロキシ基を含むこともできる。ＰＶＡは、すべての反復基が−ＣＨ2−ＣＨ（ＯＨ）である完全に加水分解されたＰＶＡ、またはさまざまな割合の（１％〜２５％）のエステル側基を有する部分的に加水分解されたＰＶＡであることができる。エステル側基を有するＰＶＡは、構造ＣＨ2−ＣＨ（ＯＲ）（式中、ＲはＣＯＣＨ3基またはＰＶＡの水溶性が保存される限り、より長いアルキルである）の反復基を有する。エステル基は、ＰＶＡにある程度の疎水性および強度を付与するアセチルアルデヒドまたはブチルアルデヒドアセタールにより置換されていてもよい。酸化的に安定なＰＶＡを必要とする用途では、市販のＰＶＡは、ＮａＩＯ4−ＫＭｎＯ4酸化により分解されて小さな分子量（２０００〜４０００）のＰＶＡを生じることがありうる。
【００１７】
ＰＶＡは、ポリ酢酸ビニルの塩基性または酸性での部分的または実質的に完全な加水分解により製造される。好ましい態様では、ＰＶＡは、５０％未満のアセテート単位、特に約２５％未満のアセテート単位を含む。ＰＶＡにおける残留アセテート単位の好ましい量は、アルコール単位とアセテート単位の和を基準として、約３〜２５％である。
【００１８】
マクロマーは、架橋することができる基を含有する少なくとも２つの側鎖を有する。基は、単一の重合可能な部分、例えばアクリレートおよびより大きい架橋可能な領域、例えばオリゴマーまたはポリマー領域を含むことが本明細書で定義される。架橋剤は、望ましくは主鎖グラム当たり架橋剤約０．０１〜１０ミリ当量（meq／ｇ）、さらに望ましくは約０．０５〜１．５ミリ当量／グラム（meq／ｇ）の量で存在する。マクロマーは、１つより多くの型の架橋可能な基を含有することができる。
【００１９】
側鎖は、主鎖のヒドロキシル基を介して結合される。望ましくは、架橋可能な基を有する側鎖は、１，２−ジオールまたは１，３−ジオールヒドロキシル基に環状アセタール結合を介して結合される。望ましい架橋可能な基は、（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリレート、スチリル、ビニルエステル、ビニルケトン、ビニルエーテル等を含む。特に望ましいものは、エチレン性不飽和官能基である。特に望ましい架橋剤は、マクロマー当たり約６〜２１架橋剤の量のＮ−アクリロイルアミノアセトアルデヒドジメチルアセタール（ＮＡＡＡＤＡ）である。
【００２０】
組成物において使用するのに適切な特定のマクロマーは、US Patent Nos.5,508,317、5,665,840、5,807,927、5,849,841、5,932,674、5,939,489および6,011,077に開示されている。
【００２１】
１つの態様では、架橋可能な基を含有する単位は、特に式Ｉ
【化１】
2008507302.tif 000002
（式中、Ｒは、直鎖もしくは分岐状Ｃ1〜Ｃ8アルキレンまたは直鎖もしくは分岐状Ｃ1〜Ｃ12アルカンである）
に合致する。適切なアルキレンの例は、オクチレン、ヘキシレン、ペンチレン、ブチレン、プロピレン、エチレン、メチレン、２−プロピレン、２−ブチレンおよび３−ペンチレンを含む。好ましくは低級アルキレンＲは、６個までの、特に好ましくは４個までの炭素原子を有する。基エチレンおよびブチレンが特に好ましい。アルカンは、特にメタン、エタン、ｎ−もしくはイソプロパン、ｎ−、ｓｅｃ−もしくはｔｅｒｔ−ブタン、ｎ−もしくはイソペンタン、ヘキサン、ヘプタンまたはオクタンを含む。好ましい基は、１〜４個の炭素原子、特に１個の炭素原子を含有する。
【００２２】
Ｒ1は、水素、Ｃ1〜Ｃ6アルキルまたはシクロアルキル、例えばメチル、エチル、プロピルまたはブチルであり、そしてＲ2は、水素またはＣ1〜Ｃ6アルキル、例えばメチル、エチル、プロピルまたはブチルである。Ｒ1およびＲ2は、好ましくは各々水素である。
【００２３】
Ｒ3は、２５個までの炭素原子を有するオレフィン性不飽和の電子吸引性の共重合可能な基である。１つの態様では、Ｒ3は、構造
【化２】
2008507302.tif 000003
（式中、Ｒ4は、ｎ＝０の場合、
【化３】
2008507302.tif 000004
基であり、または
ｎ＝１の場合、
【化４】
2008507302.tif 000005
の橋であり；
Ｒ5は、水素またはＣ1〜Ｃ4アルキル、例えばｎ−ブチル、ｎ−もしくはイソプロピル、エチルまたはメチルであり；
ｎは、０もしくは１、好ましくは０であり；そして
Ｒ6およびＲ7は、互いに独立して、水素、直鎖もしくは分岐状Ｃ1〜Ｃ8アルキル、アリールまたはシクロヘキシル、例えば下記：オクチル、ヘキシル、ペンチル、ブチル、プロピル、エチル、メチル、２−プロピル、２−ブチルまたは３−ペンチルの１つである。Ｒ6は、好ましくは水素またはＣＨ3基であり、そしてＲ7は、好ましくはＣ1〜Ｃ4アルキル基である。アリールとしてのＲ6およびＲ7は、好ましくはフェニルである。）
を有する。
【００２４】
他の態様では、Ｒ3は、式Ｒ8−ＣＯ−（式中、Ｒ8は、２〜２４個の炭素原子、好ましくは２〜８個の炭素原子、特に好ましくは２〜４個の炭素原子を有するオレフィン性不飽和の共重合可能な基である）のオレフィン性不飽和アシル基である。２〜２４個の炭素原子を有するオレフィン性不飽和の共重合可能な基Ｒ8は、好ましくは２〜２４個の炭素原子を有するアルケニル、特に２〜８個の炭素原子を有するアルケニル、特に好ましくは２〜４個の炭素原子を有するアルケニル、例えばエテニル、２−プロペニル、３−プロペニル、２−ブテニル、ヘキセニル、オクテニルまたはドデセニルである。基ＣＯ−Ｒ8がアクリル酸もしくはメタクリル酸のアシル基であるように、基エテニルおよび２−プロペニルが好ましい。
【００２５】
他の態様では、基Ｒ3は、式
【化５】
2008507302.tif 000006
（式中、ｐおよびｑは、０または１であり、そして
Ｒ9およびＲ10は、各々独立して、２〜８個の炭素原子を有する低級アルキレン、６〜１２個の炭素原子を有するアリーレン、６〜１０個の炭素原子を有する飽和した二価の環状脂肪族基、７〜１４個の炭素原子を有するアリーレンアルキレンもしくはアルキレンアリーレンまたは１３〜１６個の炭素原子を有するアリーレンアルキレンアリーレンであり、そして
Ｒ8は、上記したとおりである）
で示される基である。
【００２６】
低級アルキレンＲ9またはＲ10は、好ましくは２〜６個の炭素原子を有しそして特に直鎖状である。適切な例は、プロピレン、ブチレン、ヘキシレン、ジメチルエチレン、特に好ましくはエチレンを含む。
【００２７】
アリーレンＲ9またはＲ10は、好ましくは非置換であるかまたは低級アルキルもしくは低級アルコキシにより置換されているフェニレン、特に１，３−フェニレン、または１，４−フェニレンまたはメチル−１，４−フェニレンである。
【００２８】
飽和した二価の環状脂肪族基Ｒ9またはＲ10は、好ましくは非置換であるかまたは１つ以上のメチル基により置換されているシクロヘキシレンまたはシクロヘキシレン−低級アルキレン、例えば、シクロヘキシレンメチレン、例えば、トリメチルシクロヘキシレンメチレン、例えば二価のイソホロン基である。
【００２９】
アルキレンアリーレンまたはアリーレンアルキレンＲ9またはＲ10のアリーレン単位は、好ましくは、非置換であるかまたは低級アルキルもしくは低級アルコキシにより置換されているフェニレンであり、そしてそのアルキレン単位は好ましくは低級アルキレン、例えばメチレンまたはエチレン、特にメチレンである。従って、このような基Ｒ9またはＲ10は好ましくはフェニレンメチレンまたはメチレンフェニレンである。
【００３０】
アリーレンアルキレンアリーレンＲ9またはＲ10は、好ましくはアルキレン単位中に４個までの炭素原子を有するフェニレン−低級アルキレン−フェニレン、例えばフェニレンエチレンフェニレンである。
【００３１】
基Ｒ9およびＲ10は、各々独立して、好ましくは、２〜６個の炭素原子を有する低級アルキレン、非置換であるかまたは低級アルキルで置換されているフェニレン、非置換であるかまたは低級アルキルで置換されているシクロヘキシレンまたはシクロヘキシレン−低級アルキレン、フェニレン−低級アルキレン、低級アルキレン−フェニレンまたはフェニレン−低級アルキレン−フェニレンである。
【００３２】
ｑが１である場合には、基−Ｒ9−ＮＨ−ＣＯ−Ｏ−が存在し、そしてｑが０である場合には、基−Ｒ9−ＮＨ−ＣＯ−Ｏ−は存在しない。ｑが０であるマクロマーが好ましい。
【００３３】
ｐが１である場合には、基−ＣＯ−ＮＨ−（Ｒ9−ＮＨ−ＣＯ−Ｏ）ｑ−Ｒ10−Ｏ−が存在し、そしてｐが０である場合には、基−ＣＯ−ＮＨ−（Ｒ9−ＮＨ−ＣＯ−Ｏ）ｑ−Ｒ10−Ｏ−は存在しない。ｐが０であるマクロマーが好ましい。
【００３４】
ｐが１であるマクロマーにおいて、ｑは好ましくは０である。ｐが１であり、ｑが０であり、そしてＲ10が低級アルキレンであるマクロマーが特に好ましい。
【００３５】
上記基のすべては、一置換または多置換されていてもよく、適切な置換基の例は下記のもの：Ｃ1〜Ｃ4アルキル、例えばメチル、エチルまたはプロピル、−ＣＯＯＨ、−ＯＨ、−ＳＨ、Ｃ1〜Ｃ4アルコキシ（例えばメトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシまたはイソブトキシ）、−ＮＯ2、−ＮＨ2、−ＮＨ（Ｃ1〜Ｃ4）、−ＮＨ−ＣＯ−ＮＨ2、−Ｎ（Ｃ1〜Ｃ4アルキル）2、フェニル（非置換であるかまたは、例えば−ＯＨまたはハロゲン、例えばＣｌ、Ｂｒまたは特にＩで置換されている）、−Ｓ（Ｃ1〜Ｃ4アルキル）、５員もしくは６員複素環、例えば、特に、インドールもしくはイミダゾール、−ＮＨ−Ｃ（ＮＨ）−ＮＨ2、フェノキシフェニル（非置換であるかまたは、例えば−ＯＨまたはハロゲン、例えばＣｌ、Ｂｒまたは特にＩで置換されている）、オレフィン基、例えばエチレンまたはビニルおよびＣＯ−ＮＨ−Ｃ（ＮＨ）−ＮＨ2である。
【００３６】
好ましい置換基は、低級アルキルであり、この説明の他の場所と同様に、好ましくはＣ1〜Ｃ4アルキル、Ｃ1〜Ｃ4アルコキシ、ＣＯＯＨ、ＳＨ、−ＮＨ2、−ＮＨ（Ｃ1〜Ｃ4アルキル）、−Ｎ（Ｃ1〜Ｃ4アルキル）2またはハロゲンである。特に好ましくは、Ｃ1〜Ｃ4アルキル、Ｃ1〜Ｃ4アルコキシ、ＣＯＯＨおよびＳＨである。
【００３７】
本発明の目的で、シクロアルキルは、特にシクロアルキルであり、そしてアリールは特に、非置換であるかかまたは上記したとおり置換されているフェニルである。
【００３８】
特に好ましいマクロマーは、１．０７meq／ｇＮ−アクリルアミドアセトアルデヒドジメチルアセタール（ＮＡＡＡＤＡ）重合可能側基（約１５架橋結合／鎖）で変性されたＰＶＡ主鎖（１４kDa、１７％アセテート包含）を有する。ある好ましい態様では、ＰＶＡ主鎖は、約０〜４ミリ当量／グラム（meq／ｇ）ＰＶＡの量で存在する疎水性変性剤アセトアルデヒドジエチルアセタール（ＡＡＤＡ）によっても変性される（以下にさらに検討される）。
【００３９】
コモノマー
ＷＯ  ０１／６８７２１は、ヒドロゲルの特徴を変えるために親水性または疎水性であるコモノマーの添加を説明する。驚くべきことに、両親媒性コモノマーを包含させることは、ヒドロゲルを脊椎椎間板核置換のために適した必要とされる品質を付加することが見出された。
【００４０】
本明細書で使用された用語の両親媒性は、分子の１つの部分が親水性でありそして分子の１つの部分が疎水性であることを意味する。１つの態様では、親水性部分は水溶性でありそして疎水性部分は水溶性ではない。全体としてのモノマーは、好ましくは完全にまたは部分的に水溶性である。有用な両親媒性コモノマーの例は、ジアセトンアクリルアミド（ＤＡＡ）、Ｎ−ビニルカプロラクタム、Ｎ−（ブトキシメチル）アクリルアミド、Ｎ−アクロイルモルホリン、クロトンアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−オクタデシルアクリルアミドおよびアクリルアミドである。
【００４１】
両親媒性コモノマーが、上記したマクロマーと共重合されると、両親媒性コモノマーを含有していないヒドロゲルよりも凝集性の高い且つ高い圧縮強度を有するヒドロゲルが得られる。望ましくは、コモノマーは、約５〜９５重量％、最も好ましくは約４０〜６０重量％（ここで、重量％は全溶液の重量％である）の範囲の量で含まれる。
【００４２】
架橋開始剤
マクロマーおよびコモノマーのエチレン性不飽和基は、光開始、酸化還元開始および熱的開始による開始を含むフリーラジカル開始重合により架橋することができる。これらの開始手段を使用する系は当業者には良く知られておりそして本明細書に教示された組成物において使用することができる。開始剤成分の所望の量は、ゲル化速度、毒性、所望のゲル化の程度および安定性に関係する問題により決定されるであろう。
【００４３】
１つの態様では、二成分酸化還元系が使用される。系の１つの部分は還元剤を含有する。還元剤の例は鉄（II）塩（例えばグルコン酸鉄（II）二水塩、乳酸鉄（II）二水塩、または酢酸鉄（II））、銅（Ｉ）塩、セリウム塩、コバルト塩、過マンガン酸塩、マンガン（II）塩、および第三級アミン、例えばＮ，Ｎ，Ｎ，Ｎ−テトラメチルエチレンジアミン（ＴＭＥＤＡ）である。溶液の他の半分は、酸化剤、例えば過酸化水素、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド、ｔ−ブチルペルオキシド、過酸化ベンゾイル、クミルペルオキシド、過硫酸カリウムまたは過硫酸アンモニウムを含有する。
【００４４】
酸化還元溶液のいずれか一方または両方がマクロマーを含有することができ、またはマクロマーは第３の溶液中にあってもよい。還元剤および酸化剤を含有する溶液を一緒にして架橋を開始する。例えば、アスコルビン酸塩などの共還元剤を使用して還元剤を再循環させそして必要な量を減少させることが望ましい場合がある。これは鉄（II）をベースとする系の毒性を減少させることができる。
【００４５】
熱的開始は、架橋開始剤として過硫酸アンモニウムを使用し、そして場合によりアミン促進剤であるＮ，Ｎ，Ｎ，Ｎ−テトラメチルエチレンジアミン（ＴＭＥＤＡ）を使用して達成することができる。
【００４６】
変性剤基
マクロマーは、さらなる変性剤基および架橋可能な基を含むことができる。いくつかのこのような基は、US Patent Nos. 5,508,317、5,665,840、5,807,927、5,849,841、5,932,674、5,939,489および 6,011,077に記載されており、そして疎水性変性剤、例えばアセトアルデヒドジエチルアセタール（ＡＡＤＡ）、ブチルアルデヒドおよびアセトアルデヒドまたは親水性変性剤、例えばＮ−（２，２−ジメトキシエチル）スクシンアミド酸、アミノアセトアルデヒドジメチルアセタールおよびアミノブチルアルデヒドジメチルアセタールを含む。これらの基は、マクロマー主鎖に結合していてもよくまたは主鎖に含まれる他のモノマー単位に結合していてもよい。架橋可能な基および場合による変性剤基は、種々の方法で、例えば２−位置に架橋可能な基または更なる変性剤を含有する１，３−ジオキサンを与えるように変性される一定の割合の１，３−ジオール単位を介してマクロマー主鎖に結合させることができる。変性剤は、疎水性もしくは親水性を変性するための変性剤、活性作用物質もしくは活性作用物質の結合を可能とするための基、光開始剤、接着性を増強または減少させるための変性剤、熱応答性を付与するための変性剤、他のタイプの応答性を付与するための変性剤およびさらなる架橋可能な基を含む。
【００４７】
細胞接着促進剤をマクロマーに結合させることは、組成物の細胞結合または接着性を増強させることができる。これらの作用物質は、当業者に良く知られておりそしてカルボキシメチルデキストラン、プロテオグリカン、コラーゲン、ゼラチン、グルコサミノグリカン、フィブロネクチン、レクチン、ポリカチオン、および天然もしくは合成生物学的細胞接着剤、例えばＲＧＤペプチドを含む。
【００４８】
例えばアセトアルデヒドまたはブチルアルデヒドアセタールにより置換されているエステル側基を有することは、マクロマーおよび形成されるヒドロゲルの疎水性を増加させることができる。１つの特に有用な疎水性変性基は、約０〜４ミリ当量／グラム（meq／ｇ）ＰＶＡの量で存在するアセトアルデヒドジエチルアセタール（ＡＡＤＡ）である。
【００４９】
約０〜２meq／ｇＰＶＡの量のＮ−（２，２−ジメトキシ−エチル）スクシンアミド酸の形態の−ＣＯＯＨなどの親水性変性剤を組成物に加えて、膨潤などの組成物の性能を増強させることができる。
【００５０】
形成されたヒドロゲルの可視化を可能とする分子をマクロマー上に含ませることが望ましい場合もある。例は、染料および磁気共鳴映像法により見ることができる分子を含む。
【００５１】
造影剤
造影剤を含有するプロテーゼ核を作ることができる。造影剤は、例えばラジオグラフィーにより監視されることができる生体適合性材料である。造影剤は、水溶性または水に不溶性であることができる。水溶性造影剤の例は、メトリザミド、イオパミドール、イオタラム酸ナトリウム、ヨーダミドナトリウムおよびメグルミンを含む。ヨウ素化液体造影剤（iodinated liquid contrast agents）はOmnipaque（登録商標）、Visipaque（登録商標）およびHypaque-76（登録商標）を含む。水不溶性造影剤の例は、タンタル、酸化タンタル、硫酸バリウム、金、タングステンおよび白金である。これらは、好ましくは約１０μm以下のサイズを有する粒子として普通に入手可能である。被覆された繊維、例えばタンタル被覆されたDacron繊維を使用することもできる。
【００５２】
造影剤は、プロテーゼ移植片中に一時的または恒久的に包含させられる。固体および液体造影剤の両方とも、マクロマーおよびコモノマーの架橋の前に液体組成物の溶液と簡単に混合することができる。液体造影剤は、約１０〜８０容量％、さらに望ましくは約２０〜５０容量％の濃度で混合することができる。望ましくは、固体造影剤は、約５〜４０重量％、さらに好ましくは約５〜２０重量％の量で含まれる。
【００５３】
活性作用物質
プロテーゼ核は、有効量の１種以上の生物学的または構造的に活性な作用物質を含むことができる。活性作用物質を形成されたヒドロゲルから送達することが望ましい。送達することが望ましい活性作用物質は、有機および無機分子および細胞を含む予防、治療、診断剤および構造剤（structural agents）（まとめて本明細書では「活性作用物質」または「薬物」と呼ばれる）を含む。広い多様な活性作用物質をヒドロゲルに包含させることができる。包含させた添加剤のヒドロゲルからの放出は、ヒドロゲルからの作用物質の拡散、ヒドロゲルの分解、および／または作用物質をポリマーにカップリングさせる化学的結合の分解により達成される。この状況で、「有効量」は、所望の効果を得るために必要な活性作用物質の量を指す。
【００５４】
包含させることができる活性作用物質の例は、痛みの処置のための鎮痛剤、例えばイブプロフェン、アセトアミノフェン、およびアセチルサリチル酸；および感染の処置のための抗生物質、例えばテトラサイクリンおよびペニシリンおよび誘導体；ならびに感染の処置のための添加剤、例えば銀イオン、銀（金属）および銅（金属）を含むが、それらに限定されるわけではない。
【００５５】
幹細胞、自己髄核細胞（autologous nucleus pulposus cells）、移植された自己髄核細胞、自己組織、線維芽細胞、軟骨細胞、脊索細胞、同種移植組織および細胞ならびに異種移植組織および細胞を含む細胞および組織を組成物中に包含させることができる。
【００５６】
タンパク質、ポリペプチド、多糖、プロテオグリカン成長因子などの生物起源の材料または合成製造法に由来する生物学的材料を包含させるのが有利でありうる。
【００５７】
プロテーゼ椎間板の膨潤および空間充填性を改良するための添加剤、例えば脱水した球、繊維等、親水性ポリマー、例えばＡＭＰＳ等または親水性コロイド、例えば寒天、アルギン酸塩、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン、グアーゴム、アラビアゴム、ペクチン、デンプンおよびキサンタンガムを含むことが望ましい場合がある。
【００５８】
有利であることを証明することができる他の添加剤は、正に帯電したポリマー、例えばＱｕａｔ等、主鎖に結合した正に帯電した部分により変性されたＰＶＡ、シアノアクリレート、主鎖に結合したシアノアクリレート部分で変性されたＰＶＡ、キトサンおよびイガイをベースとする接着剤を含むプロテーゼ椎間板の接着性を改良するための添加剤である。
【００５９】
「クラック阻止剤」として作用する低弾性率の球、繊維等および「強化」剤として作用する高弾性率の球および繊維等などの注射可能な椎間板材料の強靭性を改良するための添加剤を包含させることが、望ましいと示されることがある。
【００６０】
活性作用物質は、投与の前に該作用物質を組成物と単に混合することにより組成物中に包含させることができる。活性作用物質は、次いで組成物の投与時に形成されるヒドロゲル中に閉じ込められるであろう。活性作用物質は、カプセル化および当技術分野で知られておりそしてさらに下記する他の方法により予め形成された物品中に包含させることができる。活性作用物質は、コンパウンド形態にあることができ、または分解性もしくは非分解性ナノもしくはマイクロ球の形態にあることができる。ある場合には、活性作用物質をマクロマーまたは予め形成された物品に結合させることが可能でありそして望ましいことがある。活性作用物質は、予め形成された物品の表面に被覆させることもできる。活性作用物質は、時間と共にまたは環境条件に応答してマクロマーまたはヒドロゲルから放出させることができる。
【００６１】
他の添加剤
酸化還元開始系にペルオキシド安定剤を含ませることが望ましい場合がある。ペルオキシド安定剤の例は、Solutia IncからのDequest（登録商標）製品、例えばDequest（登録商標）2010およびDequest（登録商標）2060Sである。これらは、ペルオキシド系の安定化を与えるホスホン酸塩およびキレート剤（chelants）である。Dequest（登録商標）2060Sは、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）である。これらは、製造者により推奨されたとおりの量で加えることができる。
【００６２】
II．プロテーゼ核を製造する方法
プロテーゼ核を製造するために、両親媒性コモノマー、マクロマー、および任意の他の添加剤、例えば架橋開始剤を、各々について所望の濃度でそして互いに所望の割合で混合することにより液体組成物を調製する。組成物は、二成分組成物として調製することができ、これは一緒に混合されるとヒドロゲルを形成する。１つの態様では、マクロマーおよびコモノマーを移植の前にプロテーゼに形成する。他の態様では、マクロマーおよびコモノマーをその場で架橋させてプロテーゼ核とする。
【００６３】
脊椎椎間板核は、脱核（denucleation）が必要とされない点まて変性していてもよい。しかしながら、プロテーゼ核の移植前に椎間板核のすべてまたは一部を脱核することが望ましいことがある。これは、当技術分野で知られている方法により行うことができる。
【００６４】
投与の前にプロテーゼ核を形成する場合には、モールドを使用してヒドロゲルを成形することができ、ヒドロゲルはフリー成形する（free-formed）ことができ、またはヒドロゲルは例えばマイクロ球またはロッドなどの物品に成形することができる。所望ならば、液体組成物をモールド内に入れ、そしてマクロマーおよびコモノマーを架橋させるための条件にさらす。マイクロ球は、WO01/68721に記載のとおりに作ることができる。次いでプロテーゼ核を、所望により脱核されている核内に移植する。予め形成されたプロテーゼの移植は当技術分野で知られている方法により行うことができる。
【００６５】
さらに望ましくは、プロテーゼ核はその場での架橋およびヒドロゲル形成により作られる。所望により脱核の後に、有効量の液体組成物を、好ましくは侵襲性の少ない方法により核に入れる。本明細書で使用した用語「有効量」は、椎間板核キャビティを充填するのに必要な組成物の量を意味する。組成物は、多数の処置診療にわたり投与することができる。
【００６６】
プロテーゼ核を製造する好ましい方法では、全ての気泡を追い出すように注意しながら、液体組成物を、１０mlルエル−ロク（Luer-lok）注射器中に吸い上げ、次いで約１８ゲージの針を使用して、椎間板空間が所望のレベルに充填されるまで蛍光透視下に脱核された椎間板空間に小さな環状出入り口を通して送る。二成分組成物の場合には、注入の前に注射器において組成物を混合し、または気泡を回避するように注意を払いながら三方ストップコックを使用して２つの５ml注射器間で混合物を送り戻したり送り進めたりする、二重注射器法（two syringe method）を使用して、組成物を混合する。組成物は、好ましくは混合の後５〜１５分以内に架橋して形成されたヒドロゲルになるであろう。
【００６７】
組成物の粘度は、広い範囲内で、限定はされないが、溶液は、好ましくは適切なサイズのカテーテルまたは注射針により送達されうる流動性溶液であるべきである。マイクロカテーテルによる送達のために、約１０〜５０cpの範囲の粘度が望ましい。粘度は、注射針を通して送達するために実質的により高くすることができ、例えば機械的補助なしで２０〜３００cpまたは機械的補助ありで１０〜５００cpであることができる。粘度は、一般にマクロマーの分子量、溶液の固形分および存在する（もしあれば）造影剤の種類および量により制御されるであろう。溶液の固形分は、好ましくは約２重量％〜約３０重量％、望ましくは約６〜１２重量％の範囲にあるであろう。
【００６８】
好ましい態様では、組成物は、マクロマーの実質的な架橋が起こる前に注射されるべきである。これは、ゲル化したポリマーによる注射針またはカテーテルの閉塞を防止する。さらに、その場での架橋は、宿主組織内に存在するコラーゲン分子と共有結合することにより宿主組織へのヒドロゲルの固着を可能とすることができる。
【００６９】
下記の実施例は、本発明をさらに説明するのに役立ち、当業者に本明細書で請求された化合物、組成物、物品、装置および／または方法がいかに製造されそして評価されるかの完全な開示および説明を与え、そして本発明の範囲を限定することを意図しない。実施例では、特記しない限り、量および百分率は重量により、温度は摂氏でありまたは周囲の温度であり、そして圧力は大気圧であるか大気圧付近である。
【００７０】
実施例１：先行技術
ＰＶＡ（分子量＝１４，０００）を、架橋剤としてＮ−アクリロイル−アミノアセトアルデヒドジメチルアセタール（ＮＡＡＡＤＡ）０．４５ミリモル／ｇ（６．３ｘｌ／鎖）で変性した。２０％（w/w）の変性したＰＶＡ水溶液１０ｇを過硫酸アンモニウムの１０％（w/w）溶液１ｇと混合し、次いで２cm長さの混合チップを備えた二重注射器アプリケータ（dual syringe applicator）の１つの容器に加えた。別に、２０％（w/w）の変性ＰＶＡ水性溶液１０ｇをＮ，Ｎ，Ｎ，Ｎ−テトラメチルエチレンジアミン（ＴＭＥＤＡ）５０μlと混合し、次いで二重注射器アプリケータの第２の容器に入れた。混合物をディスクモールド（disc mold）中に注入し、その際ポリマーが室温で約２０秒で急速に形成した。ディスクは透明であり軟質でありそして圧縮可能であるが脆かった。
【００７１】
実施例２：コモノマーおよび疎水性変性剤の使用
ＰＶＡ（分子量＝１４，０００）を、架橋剤としてＮ−アクリロイル−アミノアセトアルデヒドジメチルアセタール（ＮＡＡＡＤＡ）１．０７ミリモル／ｇおよびアセトアルデヒドジエチルアセタール（ＡＡＤＡ）２．７ミリモル／ｇで変性した。コモノマージアセトンアクリルアミド（ＤＡＡ）２０ｇを、２４％（w/w）ＰＶＡ溶液２０ｇ中にゆっくりと溶解した。得られる溶液５ｇに、過硫酸アンモニウム５０mgを溶解した。ＴＭＥＤＡ２０μlを加え、２０秒間混合し、次いでディスクモールド中に送った。得られるヒドロゲルは、乳白色でありそして４８００Ｎの降伏荷重を有していた。
【００７２】
実施例３：コモノマー、疎水性変性剤および親水性変性剤の使用
ＰＶＡ（分子量＝１４，０００）を、架橋剤としてＮ−アクリロイル−アミノアセトアルデヒドジメチルアセタール（ＮＡＡＡＤＡ）１．０７ミリモル／ｇ（１５Ｘｌ／鎖）、アセトアルデヒドジエチルアセタール（ＡＡＤＡ）２．７ミリモル／ｇおよびアミノアセトアルデヒドジエチルアセタール０．５ミリモル／ｇで変性した。コモノマーＤＡＡ２０ｇを、２４％（w/w）ＰＶＡ溶液２０ｇ中にゆっくりと溶解した。得られる溶液５ｇに、過硫酸アンモニウム２５mgを溶解した。ＴＭＥＤＡ２０μlを加え、２０秒間混合し、次いでディスクモールド中に送った。得られるヒドロゲルは、僅かに不透明でありそして４６００Ｎの降伏荷重を有していた。
【００７３】
実施例４：コモノマー、疎水性変性剤および親水性変性剤の使用
ＰＶＡ（分子量＝１４，０００）を、架橋剤としてＮ−アクリロイル−アミノアセトアルデヒドジメチルアセタール（ＮＡＡＡＤＡ）１．０７ミリモル／ｇ（１５ｘｌ／鎖）、アセトアルデヒドジエチルアセタール（ＡＡＤＡ）２．５ミリモル／ｇおよびＮ−（２，２−ジメトキシ−エチル）スクシンアミド酸１．０ミリモル／ｇで変性した。コモノマーＤＡＡ１４ｇを、２４％（w/w）ＰＶＡ溶液２０ｇ中にゆっくりと溶解した。得られる溶液５ｇに、過硫酸アンモニウム２５mgを溶解した。ＴＭＥＤＡ２０μlを加え、２０秒間混合し、次いでディスクモールド中に送った。得られるヒドロゲルは、半透明でありそして２７００Ｎの降伏荷重を有していた。
【００７４】
下記のチャートは、実施例２〜４の結果を比較する。
【表１】
2008507302.tif 000007
【００７５】
実施例５：死体試験
実施例２と同じＰＶＡマクロマーを使用した。コモノマーＤＡＡ５ｇを２４％（w/w）ＰＶＡマクロマー溶液５ｇ中にゆっくりと溶解した。タンタル２．５ｇを溶液に加えた。過硫酸アンモニウム２５０mgを得られる溶液に溶解した。溶液を４分間混合した。２５μlＴＭＥＤＡを加えそして２分間混合した。次いで溶液を１０ml注射器に吸い込みそして約５mlを新鮮な死体の腰部に１８Ｇ針によって送った。
【００７６】
死体セグメントは、損傷していない状態で運動の範囲について前もって試験しそして脱核の後再び試験した。各試験の前に、死体セグメントを１０００サイクルの間１Hzで３００±５０Ｎでプレコンディショニングした。圧縮試験は０〜６００Ｎで行った。屈曲、伸長および曲げは、中心から３cmはずれて０〜６００Ｎで試験した。回転は２Ｎｍ／ｓｅｃの速度で６Ｎｍで試験した。
【００７７】
試験の結果は、下記の表に示されたとおり、プロテーゼ髄核は、死体セグメントをほとんど損傷していない状態に再構築したことを示す。
【表２】
2008507302.tif 000008
【００７８】
実施例６：コモノマー濃度の比較
下記のチャートは、降伏荷重に対するコモノマー濃度の効果を比較する。コモノマーはジアセトンアクリルアミド（ＤＡＡ）であった。
【表３】
2008507302.tif 000009
【００７９】
本発明の修正および変更は前記の詳細な説明から当業者には明らかであろう。すべての修正および変更は、特許請求の範囲により包含されることを意図する。本明細書で引用されたすべての刊行物、特許および特許出願は、そのまま参照することにより本明細書に組み込まれる。