(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の貯留部を含む実質的に平面的なマイクロデバイスを製造する方法であって、
生体適合性ポリマーの平面層を基板上に製作することであって、前記基板上の生体適合性ポリマーをスピンコーティングして、５〜１０μｍの厚さの平面層を形成させることを含むことと、
連続的ステップを用いて前記平面層の中にマイクロデバイス構造を画定することとを含み、
前記連続的ステップが、
前記生体適合性ポリマーの平面層上に第１のポジ型フォトレジスト層を堆積させるステップと、
第１のポジ型レジスト層を第１のフォトマスクを通じて露光させ、平面層に前記第１のポジ型レジスト層を被せたまま平面層周辺のポジ型レジスト層を第１のフォトレジスト現像剤に溶解させるステップと、
前記第１のポジ型レジスト層を現像させて、平面層周辺の前記第１のフォトレジスト層を除去するステップと、
平面層周辺の生体適合性ポリマーを反応性イオンエッチングによって除去し、平面的なマイクロデバイスを形成させるステップと、
前記平面的なマイクロデバイスから前記第１のポジ型レジスト層を除去するステップと、
前記平面的なマイクロデバイス上に第２のポジ型レジスト層を堆積させるステップと、
第２のポジ型レジスト層を第２のフォトマスクを通じてＵＶ光に露光させ、前記第２のポジ型レジスト層を複数の領域の第２のフォトレジスト現像剤に溶解させるステップと、
前記第２のポジ型レジスト層を現像させて、複数の領域の前記第２のフォトレジスト層を除去し、それによって前記平面的なマイクロデバイスの領域を露光させるステップと、
前記マイクロデバイスの露光した領域の生体適合性ポリマーを部分的反応性イオンエッチングによって除去し、平面的なマイクロデバイスに複数の貯留部を形成させるステップと、
前記平面的なマイクロデバイスから前記第２のポジ型レジスト層を除去するステップとを含むものであり、
これにより、複数の貯留部を含む平面的マイクロデバイスを生成させ、前記複数の貯留部は、前記マイクロデバイスの第１の表面で開放され、前記マイクロデバイスの第２の表面で閉止されているものである、方法。
【請求項２】
生物活性剤を前記複数の貯留部の中に堆積させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記生物活性剤は、前記生物活性剤及びプレポリマーを含む溶液の形式で堆積され、前記方法は前記溶液を重合させることをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１の生物活性剤とフォトポリマーとを含む第１の溶液を前記複数の貯留部の中へ堆積させることと、
第１の貯留部内の前記第１の溶液を露光させることによって、前記複数の貯留部の第１の貯留部においてのみ前記第１の溶液を重合させ、それによって前記第１の溶液を重合することと、
露光されなかった貯留部から、重合されていない第１の溶液を除去することと、
第２の生物活性剤とフォトポリマーとを含む第２の溶液を前記複数の貯留部の中へ堆積させることと、
第２の貯留部内の前記第２の溶液を露光させることによって、前記複数の貯留部の第２の貯留部においてのみ前記第２の溶液を重合させ、それによって前記第２の溶液を重合させ、それによって前記第１の貯留部に前記第１の生物活性剤を提供し、前記第２の貯留部に第２の生物活性剤を提供することと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記マイクロデバイス構造を画定した後に、接着分子を前記第１の表面に付着させ、前記マイクロデバイスの前記第１の表面が標的組織の細胞に接着するのを促進することをさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
複数の貯留部を前記マイクロデバイス構造に導入した後、接着分子を前記第１の表面に付着させ、前記マイクロデバイスの前記第１の表面が標的組織の細胞に接着するのを促進することをさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記生体適合性ポリマーは、ポリ（ＤＬ−ラクチド−コ−グリコリド）（ＰＬＧＡ）、ポリ（ＤＬ−ラクチド−コ−ε−カプロラクトン）（ＤＬＰＬＣＬ）、ポリ（ε−カプロラクトン）（ＰＣＬ）、コローゲン、ゼラチン、アガロース、ポリ（メチルメタクリレート）、ガラチン／ε−カプロラクトン、コラーゲンＧＡＧ、コラーゲン、フィブリン、ＰＬＡ、ＰＧＡ、ＰＬＡ−ＰＧＡコポリマー、ポリ（無水物）、ポリ（ヒドロキシ酸）、ポリ（オルトエステル）、ポリ（プロピルフマレート）、ポリ（カプロラクトン）、ポリ（ヒドロキシ吉草酸）、ポリアミド、ポリアミノ酸、ポリアセタール、生分解性ポリシアノアクリレート、生分解性ポリウレタン及びポリサッカライド、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリスチレン、ポリエステル、非生分解性ポリウレタン、ポリウレア、ポリ（エチレン酢酸ビニル）、ポリプロピレン、ポリメタクリレート、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリ（エチレンオキシド）、以上のコポリマー、以上の混合物、以上の付加物、又はその組み合わせである、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記生体適合性ポリマーは、ポリ（メチルメタクリレート）又はその誘導体である、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記生体適合性ポリマーは、ポリ（ε−カプロラクトン）（ＰＣＬ）又はその誘導体である、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記マイクロデバイスは、ディスク状である、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記マイクロデバイスは、約５０μｍ〜１０００μｍの平均直径を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の貯留部は、異なる深さを有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数の貯留部は、異なる容積を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の貯留部は、異なる直径を有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板から前記マイクロデバイスを取り出すことをさらに含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記細胞接着分子は、レクチン、キトサン、ラミニン、フィブリン、フィブロネクチン、プロテオグリカン、糖タンパク質、グリコサミノグリカン、又はその組み合わせである、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の溶液は第１のプレポリマーを含み、前記第２の溶液は第２のプレポリマーを含み、前記第１の生物活性剤は、前記第２の貯留部からの前記第２の生物活性剤の放出に比較して異なった率で、前記第１の貯留部から放出される、請求項４に記載の方法。
【請求項１８】
前記生体適合性ポリマーの平面層上に第１のポジ型フォトレジスト層を堆積させるステップが、スピンコーティングを含む、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記平面的なマイクロデバイス上に第２のポジ型フォトレジスト層を堆積させるステップが、スピンコーティングを含む、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記平面的なマイクロデバイスがおよそ７．５μｍの厚さを有する、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の貯留部の深さが、３．５〜５μｍである、請求項１から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記ポリマーが、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）を含む、請求項１から２１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願の相互参照
米国特許法第１１９条（ｅ）項によって、本願は、２０１２年５月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／６５３，１１９号の出願日に対する優先権を主張するものであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれているものとする。
【０００２】
導入
種々の従来式薬剤投与形態の中で、医薬の経口送達は、いくつかの利点を提供するので、好ましい方法である。それは、侵襲性がより低く、患者が所定通り服用をする可能性がより高く、速く効き、製造コストが低い。しかしながら、腸に特有の一連の障壁、例えば、胃の酸性環境、厚い粘液と上皮の境界面に対する活性治療剤の浸透不良、多くの薬剤分解腸内酵素、及び、蠕動とずり流動状態に起因する限られた保持時間、が全体的な薬の有効性を制限する。また、相乗効果を達成するために複数の薬剤を同時に送達しなければならない併用療法が必要である場合がある。加えて、過敏性腸症候群（ＩＢＳ）、炎症性腸疾患（ＩＢＤ）、及びクローン病等の腸疾患に対して標的方法のないことが、副作用のリスク増大という結果に至る。
【０００３】
腸溶性カプセル、錠剤、粒子、リポソーム、生体接着剤、及び浸透促進剤を含む種々の経口送達方式が薬剤の経口生物学的利用能を改善する努力において開発されてきたにもかかわらず、これらの方式の多くは、腸内における種々の生理的状態及び高ずり流動に起因する腸内局所性不良及び低治療有効性を難点とする。そのため、これらの方式は、頻度を増やし、長期間にわたって投与することを必要とし、高価及び／又は有毒性の薬剤については実用的ではない。
【０００４】
微粒子等の微細製作された薬剤送達賦形剤が、乳化、液滴押し出し、溶媒蒸発、又はナノ沈殿等の技術により開発されている。しかしながら、これらの微粒子は凝集して多分散性になる傾向がある（Ｂ．Ｂｕｇａｒｓｋｉ，ｅｔ  ａｌ．，ＡＩＣｈＥ  Ｊ．４０（１９９４），１０２６−１０３１；Ｇ．Ｈ．Ｊ．Ｗｏｌｔｅｒｓ，ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｂｉｏｍａｔｅｒ．３（１９９２），２８１−２８６；Ｗ．Ｔ．Ｌｅａｃｈ，ｅｔ  ａｌ．，ＡＡＰＳ  Ｐｈａｒｍ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．６（２００５），Ｅ６０５−Ｅ６１７）。これらの微粒子が多分散性であることは、不均一な薬剤充填及び放出につながる可能性がある（Ｓ．Ｋ．Ｌａｉ，ｅｔ  ａｌ．，Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ．２８（２００７），２８７６−２８８４；Ｊ．Ｒｅｊｍａｎ，ｅｔ  ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｊ．３７７（２００４），１５９−１６９；Ｃ．Ｌ．Ｒａｎｄａｌｌ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｄｖ．Ｄｒｕｇ  Ｄｅｌｉｖ．Ｒｅｖ．５９（２００７），１５４７−１５６１）。さらに、球状粒子が対称性であることは、粘液・粒子境界面における全方向性薬剤放出によって、内腔中への薬剤の損失が引き起こされるという結果になる可能性がある（Ｋ．Ｍ．Ａｉｎｓｌｉｅ  ａｎｄ  Ｔ．Ａ．Ｄｅｓａｉ，Ｌａｂ  Ｃｈｉｐ．８（２００８），１８６４−１８７８）。
【０００５】
そのため、生物活性剤を標的組織へ送達するためのデバイスに対して需要がある。本明細書に記載される本発明は、この需要と、併せて他の需要とを満たす。
【発明の概要】
【０００６】
複数の貯留部を含む実質的に平面的なマイクロデバイスを調製する方法が提供される。一般的に、この方法は、複数の貯留部を含む複数のマイクロデバイスを平面層状の生体適合性ポリマーから形成することを含む。方法はまた、１つ又は複数の生物活性剤を貯留部の中へ堆積させることを含む。マイクロデバイスは、標的組織に付着し、組織の直近に生物活性剤を放出するように構成される。以上により、マイクロデバイスは、一方向に生物活性剤を放出するように構成される。
【０００７】
所定の実施形態では、複数の貯留部を含む実質的に平面的なマイクロデバイスを調製する方法は、
生体適合性ポリマーの平面層を基板上に製作するステップであって、平面層は第１の表面と、第１の表面の反対側にある第２の表面とを含むものである、ステップと、
フォトレジスト層の連続堆積、露光、及びエッチングを用いて平面層の中にマイクロデバイス構造を画定するステップと、
フォトレジスト層の連続堆積、露光、及び部分的エッチングを用いてマイクロデバイス構造の中に複数の貯留部を導入するステップであって、複数の貯留部は、マイクロデバイスの第１の表面でのみ開放され、マイクロデバイスの第２の表面で閉止されており、それにより、複数の貯留部を含む平面的マイクロデバイスを生成させるものである、ステップと、
を含む。
【０００８】
ある場合には、方法は、生物活性剤を複数の貯留部の中に堆積させることをさらに含む。生物活性剤は、生物活性剤及びフォトポリマーを含む溶液の形式で堆積させてもよく、方法は、貯留部を露光することにより溶液を重合させることをさらに含む。
【０００９】
ある場合には、方法は、
第１の生物活性剤を含む第１の溶液を複数の貯留部の中へ堆積させるステップと、
第１の溶液を、複数の貯留部の第１の貯留部においてのみ重合させるステップと、
重合されていない第１の溶液を除去するステップと、
第２の生物活性剤を含む第２の溶液を複数の貯留部の中へ堆積させ、第２の溶液を、複数の貯留部の第２の貯留部においてのみ重合させるステップと、
を含む。所定の実施形態では、第１の溶液はまた、プレポリマー、例えば、フォトポリマーを含んでいてもよく、第１の溶液を第１の貯留部においてのみ重合させることは、第１の貯留部のみを露光することを含んでいてもよい。所定の実施形態では、第２の溶液はまた、プレポリマー、例えば、フォトポリマーを含んでいてもよく、第２の溶液を第２の貯留部においてのみ重合させることは、第２の貯留部のみを露光することを含んでいてもよい。
【００１０】
所定の実施形態では、第１の溶液は第１のプレポリマーを含んでいてもよく、第２の溶液は第２のプレポリマーを含んでいてもよく、第１の生物活性剤は、第２の貯留部からの第２の生物活性剤の放出に比較して異なった率で、第１の貯留部から放出される。
【００１１】
所定の実施形態では、方法は、マイクロデバイス構造を画定した後に、接着分子を第１の表面に付着させて、マイクロデバイスの第１の表面が標的組織の細胞へ付着することを促進するステップを含む。
【００１２】
所定の実施形態では、方法は、マイクロデバイス構造に複数の貯留部を導入した後に、接着分子を第１の表面に付着させて、マイクロデバイスの第１の表面が標的組織に付着することを促進するステップを含む。
【００１３】
いくつかの場合には、生体適合性ポリマーは、ポリ（ＤＬ−ラクチド−コ−グリコリド）（ＰＬＧＡ）、ポリ（ＤＬ−ラクチド−コ−ε−カプロラクトン）（ＤＬＰＬＣＬ）、ポリ（ε−カプロラクトン）（ＰＣＬ）、コローゲン（ｃｏｌｌｏｇｅｎ）、ゼラチン、アガロース、ポリ（メチルメタクリレート）、ガラチン（ｇａｌａｔｉｎ）／ε−カプロラクトン、コラーゲンＧＡＧ、コラーゲン、フィブリン、ＰＬＡ、ＰＧＡ、ＰＬＡ−ＰＧＡコポリマー、ポリ（無水物）、ポリ（ヒドロキシ酸）、ポリ（オルトエステル）、ポリ（プロピルフマレート）（ｐｏｌｙ（ｐｒｏｐｙｌｆｕｍｅｒａｔｅｓ））、ポリ（カプロラクトン）、ポリ（ヒドロキシ吉草酸）、ポリアミド、ポリアミノ酸、ポリアセタール、生分解性ポリシアノアクリレート、生分解性ポリウレタン及びポリサッカライド、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリスチレン、ポリエステル、非生分解性ポリウレタン、ポリウレア、ポリ（エチレン酢酸ビニル）、ポリプロピレン、ポリメタクリレート、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリ（エチレンオキシド）、以上のコポリマー、以上の混合物、以上の付加物、又はその組み合わせであってもよい。
【００１４】
ある場合には、生体適合性ポリマーは、ポリ（メチルメタクリレート）又はその誘導体であってもよい。他の実施形態では、生体適合性ポリマーは、ポリ（ε−カプロラクトン）（ＰＣＬ）又はその誘導体であってもよい。
【００１５】
所定の実施形態では、実質的に平面的な層を製作することは、生体適合性ポリマーを約５μｍ〜約１００μｍの平均厚さで堆積させることを含む。
【００１６】
所定の例では、マイクロデバイスは約５μｍ〜約１００μｍの平均厚さを有してもよい。
【００１７】
所定の実施形態では、マイクロデバイスはディスク状であってもよく、これは、円形又は楕円形であってもよい。いくつかの実施形態では、マイクロデバイスは、約５０μｍ〜１０００μｍの平均直径を有する。
【００１８】
いくつかの場合には、複数の貯留部は、異なる深さを有していてもよい。他の場合には、複数の貯留部は、同じか又は類似の深さを有していてもよい。いくつかの実施形態では、複数の貯留部は、異なる容積を有していてもよい。いくつかの実施形態では、複数の貯留部は、異なる直径を有していてもよい。
【００１９】
例示的な実施形態では、方法は、基板からマイクロデバイスを取り出すことをさらに含む。
【００２０】
ある場合には、細胞接着分子は、レクチン、キトサン、ラミニン、フィブリン、フィブロネクチン、プロテオグリカン、糖タンパク質、グリコサミノグリカン、又はその組み合わせである。
【００２１】
マイクロデバイスは、胃腸インプラント、歯科インプラント、心臓血管インプラント、神経インプラント、神経血管インプラント、筋肉インプラント、及び眼球インプラントを含む、医療インプラントとして有益であり得る。本発明はまた、かかるインプラントを必要とする患者を治療する方法を提供する。
【００２２】
上に注記する通り、マイクロデバイスは、対象内に配置された際に隣接する組織へ生物活性剤をマイクロデバイスの単一の表面から溶出するために、生物活性剤を含む。いくつかの実施形態では、マイクロデバイスは、粘膜表面に付着し、生物活性剤の粘膜表面への局所的送達を提供する。
【００２３】
いくつかの実施形態では、生物活性剤は、ポリペプチド、増殖因子、ステロイド、抗体、抗体断片、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ｓｉＲＮＡ、抗菌剤、抗生物質、抗レトロウイルス薬、抗炎症性化合物、抗腫瘍剤、抗血管新生剤、及び化学療法剤より選択される。
【００２４】
上に概説される工程によって生産されるマイクロデバイスもまた本明細書に記載される。
【００２５】
本発明のこれら及び他の目的、利点、及び特徴は、下にさらに十分に記載される本発明の詳細を読むとき、当業者に明らかとなる。
【００２６】
本開示の種々の実施形態の詳細な説明は、添付の図面を参照して本明細書に提供され、下に記載される。図面は例示的なものである。図面の種々の部分は、慣例に従い、原寸に比例していない、ということを強調する。逆に、種々の部分の寸法は、明瞭性のために任意に拡大又は縮小されている。図面は本開示の種々の実施形態を例示しており、本開示の１つ又は複数の実施形態又は実施例を、全体的又は部分的に例示することがある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１の区画Ａは、マイクロデバイスの製作工程の概略図である。図１の区画Ｂは、製作されたマイクロデバイスの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。図１の区画Ｃは、マイクロデバイスの寸法を示す。
【図２】図２の区画Ａは、単一又は複数の薬剤を充填したマイクロデバイスへと製作する工程の概略図を示す。図２の区画Ｂは、同じマイクロデバイスの３つの貯留部全てにおける単一モデル薬剤の存在を示す蛍光顕微鏡像を示す。図２の区画Ｃは、複数薬剤を充填したマイクロデバイスの蛍光顕微鏡像を合わせたものを示す。
【図３】図３は、モデル蛍光体レクチンによるポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）表面への共役を確認し、モデル薬剤の充填を示す、蛍光顕微鏡像を合わせたものを示す。
【図４】図４は、マイクロデバイス又はハイドロゲル・ボーラスに充填した薬剤の、Ｃａｃｏ−２上皮単層を通る浸透性を例示する。
【図５】図５は、同じマイクロデバイスに充填した各種モデル薬剤の、Ｃａｃｏ−２上皮単層を抜ける浸透性を示す。
【図６】図６は、同じマイクロデバイスに充填した各種モデル薬剤の、但し架橋結合比／量の異なる架橋剤とともに充填したものの制御放出性及び浸透性を示す。
【図７】図７は、マイクロデバイスの生体内生体接着に対する、粒子形状及び表面官能性の作用を示す。平板状マイクロデバイスは、同じ表面積の球状粒子よりも高い生体接着性を示す。ＧＩ上皮標的レクチンの存在により、それはさらに高められている。
【図８】図８は、異なるｐＨにおける、ＰＥＧＤＭＡ−ＭＭＡハイドロゲル・ディスクからの、モデルＦＩＴＣ−ＢＳＡの累積放出プロフィールを示す。
【図９】図９は、マイクロデバイスから放出されるアシクロビルを、同じ濃度及び５倍濃度のアシクロビル溶液の場合と比較した、血漿対時間の曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
発明の詳細な説明
複数の貯留部を含む実質的に平坦なマイクロデバイスの製造方法を提供する。一般的に、本方法には、生体適合性ポリマーの平坦層から、複数の貯留部を有する複数のマイクロデバイスを形成する方法が含まれる。本方法には、１以上の生物活性剤を貯留部に堆積することも含まれる。マイクロデバイスは、標的組織と結合し、組織中の生物活性剤を放出する構成になっている。よって、マイクロデバイスは、生物活性剤を単一方向に放出する構成になっている。
【００２９】
本発明を記載する前に、本発明は、記載された特定の実施形態に限定されず、当然、変わることを理解されたい。また、本明細書中で使用される用語は、特定の実施形態のみを記載する目的であって、制限することを意図するものではなく、本発明の範囲は、添付された請求の範囲によってのみ制限されることを理解されたい。
【００３０】
ある値の範囲が与えられる場合、その範囲の上限と下限の間に介在する各値も、文脈上そうでないと指令しない限り下限の単位の１０分の１まで、具体的に開示されるものと理解されたい。言明された範囲内の言明値または介在する値と、その言明された範囲内の任意の別の言明値または介在する値との間の各より小さい範囲も、本発明に含まれる。これら小範囲の上限および下限は、独立に、その範囲に入っていてもまたは入っていなくてもよく、そして、上限および下限のいずれかもしくは両方が小範囲に含まれるかまたはいずれも含まれない各範囲も本発明に含まれ、言明された範囲内に特定の除外限界値がある場合はその対象となる。言明された範囲が一方または両方の限界値を含む場合、これら含まれる限界値のいずれか一方または両方を除外した範囲もまた本発明に含まれる。
【００３１】
特に規定しない限り、本明細書において使用する全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者に通常理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載されているものと同様または等価な任意の方法および材料を、本発明を実施または試験する際に使用することができるが、考え得る好ましい方法および材料をいくつか記載する。本明細書に記載する全ての文献は、参照することにより本明細書に援用され、本方法および／または材料は引用する文献と関係して開示および記載される。本開示と援用された文献のいずれかの開示との間に矛盾が存在する場合には、本開示が優先されることを理解されたい。
【００３２】
本明細書および添付の特許請求の範囲において、単数形「１つの（a、an）」および「その（the）」は、文脈が明らかにそうでないことを指摘しない限り、複数の言及も含む。よって、例えば「１つのマイクロデバイス」には、複数のマイクロデバイスが含まれ、「その生物活性剤」には、１以上の生物活性剤および当業者などにとって、公知な相当物が含まれる。
【００３３】
本明細書中で議論される出版物は、単に本出願の出願日より前に開示されたために提供される。本明細書において、本発明が先行発明によってそのような出版物に先行する権利が与えられていないことを承認するものとして考えるべきではない。さらに、提供した出版日は、実際の公開日とは異なる可能性があり、独立して確認する必要がある。
【００３４】
マイクロデバイスおよびその製造方法
上述の通り、本発明は、ほぼ平坦で、生物活性剤を配置し得る複数の貯留部を有するマイクロデバイスを提供する。これらのマイクロデバイスは、１種類の生物活性剤を複数の貯留部に、２以上の種類の生物活性剤の混合物を複数の貯留部に、または、異なる生物活性剤を別々の貯留部に含むことができる。さらに、マイクロデバイスは、異なる貯留部に存在する生物活性剤を異なる速度で放出するように構成され得る。マイクロデバイスは、さらにマイクロデバイスの第１表面に接着分子を含んでも良い。前記接着分子は、マイクロデバイスの第１表面が標的組織の細胞と結合することを促進しても良く、それにより、生物活性剤が細胞へ向かって、貯留部から放出される結果になる。
【００３５】
複数の貯留部を含む実質的に平坦なマイクロデバイスは、基板上に生体適合性ポリマーの平坦層を堆積することにより製造されても良い。平坦層は、実質的に平面であり、第１表面および第１表面とは反対側の第２表面が含まれ、第２表面は、基板と接触している。複数のマイクロデバイス構造体は、フォトリソグラフィおよびエッチングを用いて、平坦層に画定されても良い。通常、本方法には、平坦層の第１表面上にフォトレジスト層を堆積すること、フォトレジストの画定された領域を露光すること、およびフォトレジストが除去されたポリマー層の範囲をエッチングし、ポリマーを除去することが含まれても良く、それにより複数のマイクロデバイス構造体が得られる。本明細書中で使用される「マイクロデバイス構造体」という用語は、未完成のマイクロデバイスでを意味し、未完成のマイクロデバイスは、マイクロデバイス構造体で画定される貯留部を有していない。
【００３６】
複数の貯留部は、フォトリソグラフィおよび部分エッチングを用いて、マイクロデバイス構造体に導入されても良い。通常、本方法には、フォトレジスト層をマイクロデバイス構造体の第１表面に堆積させることが含まれても良い。マイクロデバイス構造体の第１表面は、平坦なポリマー層の第１表面に対応する。フォトレジストの画定された領域は、露光により除去されても良い。フォトレジストが除去されたポリマーの領域は、部分的にエッチングされ、ポリマーを除去しても良い。本明細書中で使用される「部分エッチング」とは、「エッチング」または「完全エッチング」とは対照をなすもので、ポリマーを部分的に除去することを指し、例えば、実施形態において、マイクロデバイス構造体が、例えば、厚さ１０μｍである場合、部分エッチングによりポリマーを厚さ１０μｍ未満、例えば、厚さ１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、または９μｍ除去する。対照的に、本明細書中で使用される「完全エッチング」または「エッチング」とは、完全に、または、ほぼ完全にポリマーを除去することを指し、例えば、実施形態において、生体適合性を有する材料から成る平坦層が、例えば、厚さ１０μｍである場合、「エッチング」または「完全エッチング」により、ポリマーを厚さ約１０μｍ、例えば、厚さ９．９９９μｍ、９．５μｍ、９．２μｍ除去する。通常、「エッチング」または「完全エッチング」は、基板上に作られた各マイクロデバイスが、もはや互いに接触しない程度まで、ポリマーを除去することであり、マイクロデバイス間に存在するポリマーが完全には除去されていない場合に行われる。したがって、「エッチング」または「完全エッチング」は、マクロデバイスが基板から除去される場合に、残留したポリマー層によって接続される代わりに、個々のマイクロデバイスとして放出される場合に行われる。
【００３７】
複数の貯留部を持つ複数のマイクロデバイスに、生物活性剤（複数可）を充填しても良い。通常、マイクロデバイス中の生物活性剤（複数可）の堆積は、マイクロデバイスが基板に付着したまま行われる。通常、生物活性剤は、プレポリマーと組み合わせて、貯留部に充填される。本明細書中でプレポリマーの文脈において使用される「と組み合わせて、または、と組み合わせた(in conjunction with)」という用語は、プレポリマーと混合させた生物活性剤を貯留部に満たす、または既にプレポリマーを含む貯留部に生物活性剤を充填する、または、生物活性剤を貯留部に満たす、その後、プレポリマーを貯留部に満たすことを指す。ある例において、生物活性剤は、プレポリマーを含む溶液中でも良く、そして溶液は、貯留部に堆積されても良い。
【００３８】
プレポリマーと組み合わせた貯留部に生物活性剤を堆積させた後、プレポリマーは、１以上の貯留部で重合されても良い。ある実施形態において、１以上の生物活性剤は、貯留部に堆積されても良い。他の実施形態において、第１生物活性剤は、第１貯留部または複数の第１貯留部に堆積されても良く、第２生物活性剤は、マイクロデバイスの第２貯留部または複数の第２貯留部に堆積されても良い。他の実施形態において、第１生物活性剤は、第１貯留部に堆積されても良く、第２生物活性剤は、第２貯留部に堆積されても良く、第３の生物活性剤は、第３の貯留部などに堆積されても良い。
【００３９】
上述の通り、生物活性剤（複数可）は、プレポリマーと組み合わせて、貯留部に堆積されても良い。プレポリマーは、例えば、露光、加熱、乾燥などの様々な方法により、重合されても良い。
【００４０】
ある実施形態において、第１生物活性剤が含まれる第１溶液と第１のプレポリマーは、複数のマイクロデバイスの第１貯留部に堆積されても良い。ある実施形態において、第１溶液の堆積は、第１溶液をマイクロデバイスの第１表面に堆積させ、結果として、複数の貯留部を第１溶液で満たすことを含む。そして、第１溶液を、複数のマイクロデバイスの第１貯留部のみで重合させても良い。マイクロデバイスおよび／または貯留部に堆積された重合されていない第１溶液は、いずれも除去されて良い。本方法には、さらに、第２生物活性剤および第２プレポリマーを含む第２溶液を複数のマイクロデバイスの第２貯留部に堆積することが含まれる。ある例において、第２溶液の堆積には、第２溶液をマイクロデバイスの第１表面に堆積させ、結果として、空いている貯留部を第２溶液で満たすことを含む。そして、第２溶液は、複数のマイクロデバイスの第２貯留部にのみ重合されても良い。この工程は、第３の生物活性剤、第４の生物活性剤、などの堆積をするために繰り返されても良い。
【００４１】
ある実施形態において、異なった生物活性剤が同時にまたは連続して放出される場合、第１、第２、第３、第４の生物活性剤は、異なった生物活性剤でも良い。ある実施形態において、同一のプレポリマーを、異なる生物活性剤を充填するために使用しても良い。別の場合において、異なるプレポリマーを異なる生物活性剤を充填するのに使用しても良い。したがって、第１、第２、第３のプレポリマーは同一のプレポリマーまたは異なるプレポリマーであってもよい。
【００４２】
当該技術分野において公知である様々なプレポリマーを使用しても良い。ある実施形態において、プレポリマーは、光重合開始剤と混合させても良く、光重合開始剤を露光することにより、プレポリマーが重合する。有効な光重合開始剤は、当該技術分野において公知のもので良く、例えば、米国特許第５，４１０，０１６号により開示されている。例えば、光重合開始剤は、アセトフェノン誘導体であっても良く、例えば、ジメチルアセトフェノン（ＤＭＰＡ）、２−メトキシ−２−フェニルアセトフェノン、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンであり、エチルエオシン、カンファキノンである。重合は、約２００〜７００ｎｍの間の波長の光、例えば、１００ｎｍ〜４４０ｎｍを照射することにより、開始されても良い。
【００４３】
他の実施形態において、熱重合開始システムを使用して、特定の貯留部に溶液を含む生物活性剤を選択的に重合しても良い。このようなシステムには、例えば、過硫酸カリウム（テトラアメチルエチレンジアミン(tetraamethyl ethylenediamine)を共に用いても用いなくても可）；過酸化ベンゾイル（トリエタノールアミンを共に用いても用いなくても可）；、および、亜硫酸水素ナトリウムを共に用いた過硫酸アンモニウムが含まれる。
【００４４】
ある場合には、１以上の接着分子は、マイクロデバイス構造体の貯留部を画定する前に、マイクロデバイス構造体の第１表面に堆積されても良い。別の場合において、１以上の接着分子は、マイクロデバイス構造体の貯留部を画定した後に、マイクロデバイスの第１表面に堆積されても良い。ある場合には、１以上の接着分子は、マイクロデバイスの貯留部（複数可）に生物活性剤を堆積した後に、マイクロデバイスの第１表面に堆積されても良い。
【００４５】
完成したマイクロデバイスは、標準的な方法で、基板から除去され、複数の個別のマイクロデバイスを提供する。通常、基板から放出されたマクロデバイスは、個別のマイクロデバイスとして放出され、マイクロデバイスは残留したポリマー層に接続されない。ある場合には、基板からマイクロデバイスを除去すると、結果としてマイクロデバイスが放出され、マイクロデバイスの５０％以上が単独のマイクロデバイスとして放出され、例えば、６０％、７０％、８０％、９０％以上、またはそれ以上のマイクロデバイスが単独のマイクロデバイスとして放出される。
【００４６】
生体適合性ポリマー層を堆積する目的で、本方法の下記の工程を実施するために適した基盤を使用して良い。ある実施例において、基板は、シリコンウエハ、ガラスチップ、プラスチックチップ、または他の適切な材料である。基板の大きさ、形状、寸法はとわない。基板の大きさは、例えば、製造されるマイクロデバイスの数などに基づき選択して良い。ある場合には、基板は、シリコンウエハである。ある場合には、シリコンウエハは、１インチのシリコンウエハ、または、２インチのシリコンウエハ、または、３インチのシリコンウエハ、または、４インチのシリコンウエハ、または、６インチのシリコンウエハ、または、１２インチのシリコンウエハである。
【００４７】
様々な堆積技術を用いて基板上に生体適合性ポリマーの平坦層を堆積しても良い。ある場合には、生体適合性ポリマーは、基板上に溶液形状のポリマーを塗布して堆積しても良い。塗布は、例えば、基板をポリマー溶液に浸漬させる、基板上にポリマー溶液をピペットで移す、または、スピンコーティングにより行われても良い。ポリマー溶液中の溶媒を続いて乾燥させ、生体適合性ポリマーの平坦層を入手する。乾燥の方法には、空気乾燥、強制空気乾燥、加熱、例えば焼き付け、それらの組み合わせなどが含まれても良い。
【００４８】
平坦層である生体適合性ポリマーは、実質的に均一な厚さであり、平均厚さは、５μｍから約１００μｍの範囲であって良い。例えば、平坦層の平均厚さは、約５μｍ、８μｍ、１０μｍ、１２μｍ、１５μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍまたは１００μｍであって良い。
【００４９】
生体適合性ポリマーは、ポリ（ＤＬ−ラクチド−ｃｏ−グリコリド）（ＰＬＧＡ）、ポリ（ＤＬ−ラクチド−コ−ε−カプロラクトン）（ＤＬＰＬＣＬ）、ポリ（ε−カプロラクトン）（ＰＣＬ）、コローゲン(collogen)、ゼラチン、アガロース、ポリ（メタクリル酸メチル）、ガラチン(galatin)／ε−カプロラクトン、コラーゲン−ＧＡＧ、コラーゲン、フィブリン、ＰＬＡ、ＰＧＡ、ＰＬＡ−ＰＧＡ共重合体、ポリ（無水物）、ポリ（ヒドロキシ酸）、ポリ（オルソエステル）、ポリ（プロピルフメレート）、ポリ（カプロラクトン）、ポリ（ヒドロキシバレラート）、ポリアミド、ポリアミノ酸、ポリアセタール、生分解性ポリシアノアクリレート、生分解性ポリウレタンおよびポリサッカライド、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリスチレン、ポリエステル、非生分解性ポリウレタン、ポリウレア、ポリ（エチレンビニルアセテート）、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリ（エチレンオキシド）、上記の共重合体、上記の混合物、上記の付加物、またはそれらの組み合わせであっても良い。
【００５０】
ある場合には、生体適合性ポリマーは、ポリ（メタクリル酸メチル）またはその誘導体である。他の実施形態において、生体適合性ポリマーは、ポリ（ε−カプロラクトン）（ＰＣＬ）またはその誘導体である。
【００５１】
ポジ型またはネガ型フォトレジストのいずれもマイクロデバイス構造体の寸法および形状を画定するために用いて良い。フォトレジストは、ポリマー層を有する基板をフォトレジストを含む溶液中に浸漬させ、フォトレジスト溶液を基板上にピペットで移し、または例えばスピンコーティングにより、堆積させても良い。ある場合には、ポジ型フォトレジストを使用しても良い。マイクロデバイス構造体の形状および表面積を画定するマスクは、フォトレジストの上に位置付けても良い。ある実施形態において、マスクは、マスクのリング形状領域に光を透過させても良く、それにより、ポジ型フォトレジストのリング形状領域を露光し、リング形状領域のフォトレジストをフォトレジスト現像剤に溶解させる。したがって、フォトレジストの現像の際には、フォトレジストのリング形状領域は、除去される。
【００５２】
他の実施形態において、フォトレジストは、ネガ型フォトレジストでもよい。これらの実施形態において、マスクは、マスクの円形領域を光が透過するように設計されても良く、それにより、ネガ型フォトレジストの円形領域を露光して、円形領域を囲むリング形状領域のフォトレジストをフォトレジスト現像剤に溶解させる。したがって、フォトレジストの現像の際には、フォトレジストリング形状領域は、除去される。
【００５３】
本明細書中で開示された方法において、様々なポジ型およびネガ型フォトレジストを使用しても良い。本明細書中で使用される「ポジ型フォトレジスト」という用語は、露光されたフォトレジストの一部分がフォトレジスト現像剤に対して溶解する種類のフォトレジストを指す。一方、露光されなっかたフォトレジストの部分は、フォトレジスト現像剤に対して、溶解しない。本明細書中で使用される「ネガ型フォトレジスト」という用語は、露光されたフォトレジストの一部分がフォトレジスト現像剤に対して溶解しない種類のフォトレジストを指す。一方、フォトレジストの露光されなっかた部分は、フォトレジスト現像剤により、溶解する。例えば、フォトレジストは、Ｈｏｅｃｈｓｔ  ＡＺ４６２０、Ｈｏｅｃｈｓｔ  ＡＺ４５６２、ＡＺ１５００、例えば、ＡＺ１５１４Ｈ、Ｓｈｉｐｌｅｙ１４００−１７、Ｓｈｉｐｌｅｙ１４００−２７、Ｓｈｉｐｌｅｙ１４００−３７等であって良い。
【００５４】
マイクロデバイス構造体の他の形状は、例えば、三角形、楕円形、菱形などであるが、適切に設計されたマスクを用いて画定しても良い。マイクロデバイスの表面積は、光が透過するフォトマスクの範囲の表面積により決定されても良い。よって、マイクロデバイスの表面積の範囲は、１９００μｍ２〜７９００００μｍ２、例えば、３０００μｍ２〜５０００００μｍ２、または、約１００００μｍ２〜１０００００μｍ２、または、約１５０００μｍ２〜５００００μｍ２、または、約２００００μｍ２〜４００００μｍ２、例えば、１８０００μｍ２〜３５０００μｍ２、例えば、約１５０００μｍ２、１７０００μｍ２、１９０００μｍ２、２００００μｍ２、または、約２３０００μｍ２でも良い。ある場合には、マイクロデバイスは、円形でも良く、平均直径の範囲は、約５０μｍ〜１０００μｍ、例えば、７０μｍ〜５００μｍ、８０μｍ〜３００μｍ、９０μｍ〜２５０μｍ、１００μｍ〜２００μｍ、例えば、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍ、１３０μｍ、１５０μｍ、１８０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍ、４００μｍまたは、５００μｍであってもよい。
【００５５】
フォトマスクは、製作されるマイクロデバイスの所望のパターンに基づき、標準的な手順で製造されても良い。上述した通り、フォトマスクの画像によって、マイクロデバイスの形状と寸法を画定する。
【００５６】
光を用いて、フォトレジスト層の画定された領域を、マスクを通じて露光しても良い。ある場合には、光は、短波長光(例えば、約１００ｎｍ〜４４０ｎｍの波長)、例えば、紫外（ＵＶ）線、遠紫外線、Ｈ線およびＩ線の水銀灯であってよい。フォトレジストを露光する工程に続き、フォトレジスト現像の工程を行っても良く、ここでフォトレジストをフォトレジスト現像剤と接触させる。実施形態において、ポジ型フォトレジストを使用する場合、ポジ型フォトレジスト層の露光した領域をフォトレジスト現像剤の中で洗い流す。実施形態において、ネガ型フォトレジストを使用する場合、ネガ型フォトレジスト層の露光しなかった領域は、フォトレジスト現像剤の中で洗い流す。
【００５７】
堆積したフォトレジストに適合する標準的なフォトレジスト現像剤を、本明細書中に記載される方法で用いても良い。従って、ポジ型現像剤を使用して露光したポジ型フォトレジストを除去しても良い。ある場合には、ネガ型現像剤を使用して露光しなかったネガ型フォトレジストを除去しても良い。
【００５８】
フォトレジストが除去されたポリマー層の領域は、その後、エッチングし、生体適合性ポリマー層を除去する。フォトレジストに覆われた生体適合性ポリマー層の一部分または複数部分は、マイクロデバイスを形成する。当該技術分野において標準的であるドライエッチングまたはウェットエッチング方法自体は、露光された生体適合性ポリマー層を除去するために使用されても良い。ある場合には、エッチング方法は、反応性イオンエッチングである。エッチングの標準的な方法および装置を使用しても良い。例えば、反応性イオンエッチング方法および装置は、米国特許第６，６６９，８０７号、米国特許第５，５６７，２７１号に記載され、これらは参照することにより本明細書に援用される。エッチングは、十分な長さの時間をかけて行われ、フォトレジストで覆われていない全てのポリマー材料を除去することにより、複数のマイクロデバイス構造体は、残留したポリマー材料を介して接続されない。
【００５９】
エッチング工程の後、使用したフォトレジストと適合する、標準的なフォトレジスト除去剤またはフォトレジスト剥離剤を用いて、フォトレジストを除去しても良い。例示的なフォトレジスト除去剤は、ｌ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、ＡＺ（登録商標）１００除去剤、等である。
【００６０】
上述した方法により、作られるマイクロデバイス構造体の数は、２、５、１０、２０、５０、１００、５００、１０００、１５００、２０００、２５００、３０００、３５００、４０００、４５００、５０００、５５００、６０００、６５００、または、それ以上、例えば、１０００〜１０，０００のマイクロデバイスが作られても良く、２０００〜８０００、または、約３０００〜７０００でも良い。
【００６１】
マイクロデバイス構造体の複数の貯留部の画定には、フォトレジスト層をマイクロデバイス構造体の第１表面に堆積することが含まれる。フォトレジストの堆積は、上述した方法と同じく行われても良い。フォトレジストは、マイクロデバイス構造体または異なるフォトレジストを製作するために用いたものと同一のフォトレジストであっても良い。マスクは、フォトレジスト層の上に位置づけても良い。マスクのパターンにより、光がフォトレジスト層へ透過し得る領域が画定される。マスクのパターンは、マイクロデバイス構造体に画定されるべき貯留部の数、形状、および寸法に応じて望ましいパターンであって良い。
【００６２】
ある場合には、マイクロデバイスあたり、２以上、または、３以上、または、４以上、または、５以上、または、６以上、または、７以上、または、８以上、９以上、または、１０以上、または、それ以上を含む複数の貯留部が存在する。ある場合には、１〜１０の貯留部、または、２〜８の貯留部、または、３〜７の貯留部がマイクロデバイス構造体に画定されても良い。
【００６３】
貯留部の形は問わないが、例えば、円筒形、円錐形、円錐台形、立方体、立方体状、などでも良い。貯留部の容積は、光を透過させフォトレジスト層を露光する、マスク領域の寸法により決定されても良い。さらに、貯留部の容積は、ポリマー層が除去される深さにより決定されても良い。貯留部は、円形状の開口部を有していても良く、開口部の平均直径は、約１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、８０μｍ、１００μｍ、１２０μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、または、３００μｍであって良い。例えば、円形開口部を有する貯留部の平均直径の範囲は、３０μｍ〜１００μｍ、または、約４０μｍ〜８０μｍであって良い。
【００６４】
マイクロデバイス構造体の上に、フォトマスクを位置づけた後、フォトレジストを露光し、続いて、露光したフォトレジストを除去する。フォトレジストが除去されたマイクロデバイス構造体の領域は、部分的にエッチングされ、生体適合性ポリマー層の一部分を除去しても良い。エッチング工程の持続時間および強度は、異なっていても良く、違った深さの貯留部を画定する。例えば、エッチング工程を短い時間または低イオン流量で行い、浅い貯留部を画定しても良く、一方、エッチング工程を長時間または高イオン流量で行い、深い貯留部を画定しても良い。さらに、生体適合性ポリマーの平坦層の厚さは、貯留部の深さに影響を及ぼす。通常、貯留部の平均深さの範囲は、１μｍ〜８０μｍ、１．５μｍ〜７０μｍ、２μｍ〜５０μｍ、２μｍ〜３０μｍ、３μｍ〜３０μｍ、３．５μｍ〜２０μｍであり、例えば、約１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍまたは、１０μｍであって良い。貯留部の容積の範囲は、約１×１０−３ｎＬから約１μＬ、例えば、５×１０−３ｎＬから約０．１μＬまたは、約１×１０−２ｎＬから約５０ｎＬ、または、例えば、約１×１０−２ｎＬから約５×１０−１ｎＬであって良い。したがって、マイクロデバイスは、複数の貯留部を含んでも良く、貯留部は、エッチングによりポリマー層を除去されたため、第１表面において開口しており、第２表面においては、ポリマー層が存在するため、開口していない。よって、貯留部に堆積された生物活性剤は、マイクロデバイスの第１表面上の開口部を通じて流出しても良い。
【００６５】
ある場合には、接着分子は、マイクロデバイスの第１表面と結合しても良く、マイクロデバイスの第１表面が標的組織の細胞と結合することを促進する。したがって、マイクロデバイスには、１つの開口部を有する貯留部が含まれ、開口部は、マイクロデバイスの第１表面上に配置され、第１表面は、細胞と接触する表面であっても良い。例示的な接着分子は、マイクロデバイスが標的組織の細胞、つまり、マイクロデバイスに充填された生物活性剤を送達するべき細胞、に接着することを促進するもので、レクチン(例えば、コムギ胚芽凝集素)、ポリカチオン(例えば、キトサン、ポリリジン等)、ラミニン、フィブリン、フィブロネクチン、インテグリン、ビトロネクチン、ヒアルロン酸、エラスチン、ビトロネクチン、プロテオグリカン、糖タンパク質、グリコサミノグリカン、コラーゲン、ゼラチン、等が含まれる。接着分子は、マイクロデバイスの第１表面に共有結合または非共有結合しても良い。本方法には、マイクロデバイス構造体を画定した後、または貯留部を画定する前に、接着分子をマイクロデバイスの第１表面に接着させることが含まれても良い。ある場合には、本方法は、複数の貯留部をマイクロデバイス構造体に導入した後、マイクロデバイスの第１表面と接着分子を結合させることを含んでも良い。細胞接着分子は、ポリマー層の完全性または安定性に影響を及ぼさない標準的な化学を使って、マイクロデバイスの第１表面に共有結合しても良い。
【００６６】
ある実施形態において、標的組織は、患者の粘膜組織であって良い。例えば、標的組織は、胃腸組織であって良く、例えば、食道、胃、小腸、大腸などである。他の実施形態において、標的組織は、口腔内の粘膜組織であって良く、例えば、口腔の上皮細胞である。本明細書中に記載されるマイクロデバイスは、それを必要とする患者に対して様々な投与経路により投与されても良く、経口投与、舌下投与、眼球投与、膣内投与、直腸投与が含まれるが、これらに限定されない。
【００６７】
上述した通り、生物活性剤（複数可）は、プレポリマーと組み合わせて、貯留部に堆積されても良い。プレポリマーは、露光、加熱、乾燥などの様々な方法により、重合されても良い。ある実施形態において、プレポリマーは、例えば、紫外線などの露光して重合しても良い。これらの実施形態において、マイクロデバイス（複数可）の複数の貯留部に堆積された生物活性剤の溶液およびプレポリマーは、露光により重合されても良い。ある実施形態において、貯留部のみを、適切にパターン化されたマスクを用いて露光する。ある場合には、貯留部を露光するために、貯留部を製造した際に用いたマスクと同様のマスクを用いても良い。
【００６８】
ある場合には、第１生物活性剤および第１貯留部に存在するポリマーを含む第１溶液は、第１貯留部のみを露光し、パターン化したマスクを使って、第１貯留部のみに光を透過させ、重合しても良い。重合されていない第１溶液は、いずれも除去されて良い。本方法には、更に、マイクロデバイスに第２生物活性剤を堆積させることが含まれる。堆積工程により、第２生物活性剤を空の貯留部に満たす結果になる。上述の通り、第２生物活性剤は、第２溶液の形で堆積されても良く、第２溶液は、第２生物活性剤および第１生物活性剤と共に用いたものと同一のポリマー、または異なるプレポリマーを含む。本方法には、第２貯留部のみを露光し、それにより、第２貯留部の第２生物活性剤を重合させることが含まれる。そして、重合されていない第２溶液は、いずれも除去される。生物活性剤およびプレポリマーを含む溶液を堆積させ、マスクと光を使って溶液をある特定の貯留部で重合する、および重合されていない溶液を除去する工程は、繰り返し行って別の貯留部を異なる生物活性剤で満たしても良い。
【００６９】
更なる実施形態において、マイクロデバイスから溶出する生物活性剤の放出運動は、適切なプレポリマーまたはプレポリマーおよび架橋剤の組み合わせを用いて、プレポリマーおよび／または架橋剤の濃度を調整することにより、調節しても良い。本明細書中で使用される「プレポリマー」という用語は、半固体または固体状態に重合されていないポリマーを指す。合成または天然高分子は、ポリマーとして用いることができ、生物活性剤をマイクロデバイスに充填する前、または同時に、生物活性剤と組み合わせても良い。マイクロデバイスは、生物活性剤で充填する。適切な合成および天然高分子には、生分解性または生体内分解性のポリマーが含まれ、例えば、ポリ（ＤＬ−ラクチド−コ−グリコリド)（ＰＬＧＡ）、ポリ（ＤＬ−ラクチド−コ−ε−カプロラクトン)（ＤＬＰＬＣＬ）、または、ポリ（ε−カプロラクトン)（ＰＣＬ）、コラーゲン、ゼラチン、アガロース、および他の天然生分解性材料であるがこれらに限定されない。ある実施形態において、ポリマーの濃度は、生物活性剤の放出運動を高めたり低めたりするために、下げても上げても良い。ある場合には、反応して重合ゲルを形成するモノマーに入れる架橋剤の割合を調節して、放出運動を調節しても良い。例えば、ポリ（エチレングリコール)ジメタクリレート（ＰＥＧＤＭＡ）を用いて、モノメチルメタクリレートなどのモノマーを架橋しても良い。モノマーに加える架橋剤の割合は、減らしても良く、それにより、ポリマーが膨張すると生物活性剤が早い速度で放出される密度の低いポリマーとなる。モノマーに加える架橋剤の割合を増やすと、それにより、ポリマーが膨張すると生物活性剤が遅い速度で放出される密度の高いポリマーとなる。ポリマーが膨張すると／異なる分子量(鎖長)モノマーまたは架橋剤を使用しても同様の効果が得られる。ある実施形態において、第１生物活性剤は、第１ポリマーと重合されても良く、第２生物活性剤は、第２ポリマーと重合されても良く、第１および第２ポリマーは異なる速さで生物活性剤を放出する。
【００７０】
通常、マイクロデバイスを患者に投与すると、マイクロデバイスは、一定期間、生物活性剤を周囲の組織に溶出するが、その期間は、約２分間から約３ヶ月またはそれ以上、５分間から約１４週間を含み、例えば、１０分間、３０分間、６０分間、１００分間、１３０分間、２００分間、約６時間、約１２時間、約２４時間、７２時間、約３日間、約７日間、約２週間、約３週間、約４週間、約６週間、約８週間、約１２週間、またはそれ以上である。上述の通り、同様の期間を通して、または異なる期間を通して、第１生物活性剤は、第１貯留部から放出されても良く、第２生物活性剤は、第２貯留部から放出されても良い。
【００７１】
通常、本方法は、実質的に平坦であるマイクロデバイスを生産し、マイクロデバイスの第１表面からマイクロデバイスの貯留部に堆積した生物活性剤（複数可）を放出する。したがって、カプセル、錠剤、または、ミクロスフェアから放出される生物活性剤と対照に、生物活性剤は、実質的に一方向に放出される。さらに、ある実施形態において、マイクロデバイスには、マイクロデバイスの第１表面が標的組織の表面に結合することを仲介する細胞接着分子が含まれ、例えば、胃腸管の粘膜内の上皮細胞である。マイクロデバイスの第１表面が標的組織に結合すること、および、マイクロデバイスの第１表面から生物活性剤を放出することの組み合わせにより、標的組織に近い距離で、生物活性剤の放出を局所的に行うことができる。これにより、効果の高い濃度で、細胞により摂取可能な生物活性剤を提供できる。したがって、マイクロデバイスは、症状を治療するために必要とされる生物活性剤の量を減らすことができる。さらに、マイクロデバイスが標的組織と結合すると、標的組織付近のマイクロデバイスの滞留時間が長くなり得る。例えば、マイクロデバイスが胃腸管の上皮層に結合すると、結合したマイクロデバイスが胃腸管のぜん動運動に上手く抵抗して、胃腸管内での滞留時間が長くなる。さらに、マイクロデバイスの利用できる表面積を大きくでき、標的組織の細胞と結合することができるようにしても良く、同時に、標的組織に存在し得るずり応力に対しても抵抗し得る。
【００７２】
通常、マイクロデバイス構造体の貯留部の開口部は、マイクロデバイスの第１表面に配置され、貯留部に存在する生物活性剤の同時放出を促進する。マイクロデバイスのこの特徴は、異なる生物活性剤の同時放出の際に特に有効である。
【００７３】
ある実施形態において、マイクロデバイスの平坦な形状により、マクロデバイスの貯留部に含まれた生物活性剤の標的組織への送達が向上する。ある実施形態において、マイクロデバイスの大きさにより、マイクロデバイスの貯留部に含まれた生物活性剤の標的組織への送達が向上する。ある実施形態において、マイクロデバイスの平坦な形状および大きさにより、マイクロデバイスの貯留部に含まれた生物活性剤の標的組織への送達が向上する。特定の理論に拘束されることなく、本明細書中に記載されるマイクロデバイスは、標的組織、例えば、腸壁を覆う上皮細胞を拘束可能で、細胞の細胞間接着を機構的に再構成するとと仮定する。この細胞間接着の再構成は、例えば、腸壁の上皮細胞間の密着結合を調節することにより、上皮細胞への浸透性を高め、生物活性剤の標的組織への送達を高め得る。
【００７４】
生物活性剤は、精製されたもの、部分的に精製されたもの、組み換え型、または、マイクロデバイスに含めることができる適切なものであれば、別の形状であっても良い。通常、生物活性剤は、不純物および汚染物質は含まれない。マイクロデバイス内に組み込まれて良い例示的な生物活性剤は、糖、炭水化物、ペプチド、核酸、アプタマー、小分子、大分子、ビタミン；無機分子、有機分子、タンパク質、タンパク質合成の補因子、抗体療法、例えば、ハーセプチン（登録商標）、リツキサン（登録商標）、マイロターグ（登録商標）、およびアービタックス（登録商標）；ホルモン、酵素、例えば、コラゲナーゼ、ペプチダーゼ、およびオキシダーゼ；抗腫瘍剤および化学療法薬、例えば、シスプラチン、イホスファミド、メトトレキサート、および塩酸ドキソルビシン；免疫抑制剤；透過促進剤、例えば、ラウレート（laureate）を含む脂肪酸エステル、ミリスチン酸塩、およびステアリン酸モノエステルポリエチレングリコール；ビスホスホネート、例えば、アレンドロネート、クロドロネート、エチドロネート、イバンドロネート、（３−アミノ−１−ヒドロキシプロピリデン）−１，１−ビスホスホネート（ＡＰＤ）、ジクロロメチレンビスホスホネート、アミノビスホスホネートゾレンドロネート（aminobisphosphonatezolendronate）、およびパミドロネート；鎮痛薬および抗炎症薬、例えば、ケトロラックトロメタミンなどの非ステロイド抗炎症薬（ＮＳＡＩＤ）、塩酸リドカイン、塩酸ブピバカイン、およびイブプロフェン；抗生物質および抗レトロウイルス薬、例えば、テトラサイクリン、バンコマイシン、セファロスポリン、エリスロマイシン、バシトラシン、ネオマイシン、ペニシリン、ポリミキシンＢ、バイオマイシン、クロロマイセチン、ストレプトマイシン、セファゾリン、アンピシリン、アザクタム、トブラマイシン、クリンダマイシン、ゲンタマイシン、およびアミノ配糖体(aminoglycocides)、例えば、トブラマイシンおよびゲンタマイシン；および塩、例えばストロンチウム塩、フッ化物塩、マグネシウム塩、およびナトリウム塩、などが挙げられる。
【００７５】
抗菌剤の例としては、トブラマイシン、アモキシシリン、アモキシシリン／クラブラネート、アンホテリシンＢ、アンピシリン、アンピシリン／スルバクタム、アトバクオン、アジスロマイシン、セファゾリン、セフェピム、セフォタキシム、セフォテタン、セフポドキシム、セフタジジム、セフチゾキシム、セフトリアキソン、セフロキシム、セフロキシムアクセチル、セファレキシン、クロラムフェニコール、クロトリマゾール、シプロフロキサシン、クラリスロマイシン、クリンダマイシン、ダプソーン、ジクロキサシリン、ドキシサイクリン、エリスロマイシン、フルコナゾール、フォスカネット、ガンシクロビル、アチフロキサシン（atifloxacin）、イミペネム／シラスタチン、イソニアジド、イトラコナゾール、ケトコナゾール、メトロニダゾール、ナフシリン、ナフシリン、ナイスタチン、ペニシリン、ペニシリンＧ、ペンタミジン、ピペラシリン／タゾバクタム、リファンピン、キヌプリスチン−ダルホプリスチン、チカルシリン／クラブラン酸、トリメトプリム／スルファメトキサゾール、バラシクロビル、バンコマイシン、マフェニド、スルファジアジン銀、ムピロシン、ナイスタチン、トリアムシノロン／ナイスタチン、クロトリマゾール／ベータメタゾン、クロトリマゾール、ケトコナゾール、ブトコナゾール、ミコナゾール、およびチオコナゾールが含まれるが、これらに限定されない。
【００７６】
血管新生阻害剤には、インターフェロンアルファ、ＣＯＸ−２阻害剤、インテグリン拮抗薬、アンギオスタチン、エンドスタチン、トロンボスポンジン−１、ビタキシン、セレコクシブ、ロフェコキシブ、ＪＴＥ−５２２、ＥＭＤ−１２１９７４、およびＤ−２１６３、ＦＧＦＲキナーゼ阻害剤、ＥＧＦＲキナーゼ阻害剤、ＶＥＧＦＲキナーゼ阻害剤、マトリックスメタロプロテイナーゼ阻害剤、マリマスタット、プリノマスタット、ＢＭＳ２７５２９１、ＢＡＹ１２−９５６６、ネオバスタット、ｒｈｕＭＡｂ ＶＥＧＦ、ＳＵ５４１６、ＳＵ６６６８、ＺＤ６４７４、ＣＰ−５４７、ＣＰ−６３２、ＺＤ４１９０、サリドマイドおよびサリドマイド類似体、スクアラミン、セレコクシブ、ＺＤ６１２６、ＴＮＰ−４７０、および他の血管形成阻害薬が含まれるが、これらに限定されない。
【００７７】
いくつかの実施形態において、生物活性剤は、小分子であり、例えば、抗炎症薬、免疫抑制剤、ビタミン、微量栄養素または抗酸化物、抗菌剤(例えば、バンコマイシンまたはセファゾリン)、抗ウイルス薬(例えば、ガンシクロビル、アシクロビルまたはホスカルネット)、抗菌剤(例えば、アムホテリシンＢ、フルコナゾールまたはボリコナゾール)または抗腫瘍剤(例えば、シクロホスファミドまたはメルファラン)であるが、これらに限定されない。ある実施形態において、小分子は、ビタミン、微量栄養素または抗酸化物質であり、例えば、ビタミンＡ、ビタミンＣ、ビタミンＥ、亜鉛、銅、ルテイン、または、ゼアキサンチンであるが、これらに限定されない。ある実施形態において、小分子は、免疫抑制薬であり、例えば、シクロスポリン、メトトレキサートまたはアザチオプリンであるが、これらに限定されない。ある実施形態において、小分子は、抗炎症薬であり、例えば、副腎皮質ステロイド(例えば、トリアムシノロンアセトニドまたはデキサメタゾン)または非ステロイド剤(例えば、ケトロラクまたはジクロフェナク)であるが、これに限定されない。
【００７８】
ある実施形態において、大分子薬剤は、免疫抑制剤であり、例えば、エタネルセプト、インフリキシマブまたはダクリズマブであるが、これらに限定されない。ある実施形態において、大分子薬剤は、神経筋遮断薬であり、例えば、Ａ型ボツリヌス毒素であるが、これに限定されない。ある実施形態において、大分子薬剤は、補体阻害薬であり、例えば、抗Ｃ３化合物であるがこれに限定されない。
【００７９】
ある実施形態において、生物活性剤は、メサラミンとしても知られるメサラジン、または、５−アミノサリチル酸（５−ＡＳＡ）、プレドニゾン、ＴＮＦ阻害剤、アザチオプリン（イムラン）、メトトレキサート、または、６−メルカプトプリン、アミノサリチル酸抗炎症薬、コルチコステロイド、アザチオプリン、メルカプトプリン、メトトレキサート、インフリキシマブ、アダリムマブ、セルトリズマブ、ナタリズマブ、およびヒドロコルチゾン、スタチン、例えば、アトルバスタチンカルシウムなどのアトルバスタチン、例えば、オランザピンなどの抗精神病薬、であってよい。
【００８０】
ある場合には、生物活性剤は、本デバイスの層上に生物活性剤を配置する前また後に、薬学的に許容される添加剤と組み合わされても良い。「薬学的に許容される添加剤」という用語は、製剤分野で公知または使用されるもので、活性剤の生物活性の有効性を不当に阻害せず、患者に対して十分に無毒である保存料、酸化防止剤、乳化剤、染料および賦形剤を指す。例えば、生物活性剤は、当該技術分野において公知である不活性充填剤、抗刺激剤、ゲル化剤、安定剤、界面活性剤、軟化剤、着色剤、保存料、または、緩衝剤と共に形成されても良い。「賦形剤」という用語は、従来から、担体、希釈剤および／または溶剤を意味することが知られており、必要とされる用途に応じて、有効な薬剤成分を形成するために用いられる。
【００８１】
マイクロデバイスは、選択された治療薬を、送達するよう構成されても良い。例えば、マイクロデバイスは、経口送達される治療薬を送達するように構成されても良く、例えば、ピル、錠剤、カプセル、溶液、エマルジョン等の形態である。マイクロデバイスは、様々な症状の処置に適していても良い。例えば、マイクロデバイスは、炎症性腸疾患、過敏性腸症候群、クローン病、腸がんなどのがん、潰瘍性大腸炎などと診断された患者に投与されても良い。
【００８２】
本明細書中で開示される本方法および本装置は、ヒト臨床医学および獣医学への応用の両方へ用いることができる。したがって、デバイスを投与する被験対象または患者は、ヒト、または、獣医学へ応用する場合には、実験用動物、農業用動物、室内用動物、または野生動物である。当該デバイスおよび方法は、ヒト、サルおよびチンパンジーなどの実験用動物、イヌやネコなどの室内動物、ウシ、ウマ、ブタ、ヒツジ、ヤギなどの農業用動物、およびクマ、パンダ、ライオン、トラ、ヒョウ、ゾウ、シマウマ、キリン、ゴリラ、イルカ、およびクジラなどの飼育下にある野生動物に適用できるが、これらに限定されない。
【００８３】
症状を治療するために必要とされるマイクロデバイスの投与量は、経験的または実験的に、訓練された医師により決定され、または、多くの要因、例えば、投与経路、症状の重症度、各マイクロデバイスに充填された生物活性剤の量などに基づき決定されても良い。通常の技術を活用し、能力のある臨床医が、日常的に行われる臨床試験の過程で、特定の治療薬の投与量を最適化することができるであろう。
【００８４】
マイクロデバイス
上述の通り、実質的に平坦なマイクロデバイスには、複数の貯留部が含まれ、平坦なデバイスが提供される。実質的に平坦で、複数の貯留部を含むマイクロデバイスは、基板上に生体適合性ポリマーの平坦層を製作し；フォトレジスト層を連続的に堆積し、露光、およびエッチングを行い、平坦層にマイクロデバイス構造体を画定し；マイクロデバイス構造体に、フォトレジスト層を連続堆積し、露光、および部分エッチングを行い、複数の貯留部を導入する方法により製造され、それにより複数の貯留部を含む平坦なマイクロデバイスが製作され、複数の貯留部は、マイクロデバイスの第１表面において開口しており、マイクロデバイスの第２表面において開口していない。
【００８５】
ある実施形態において、複数の貯留部には、生物活性剤が含まれ、本方法には、さらに生物活性剤およびプレポリマーを含む溶液を複数の貯留部に堆積させ、液を重合させることが含まれる。
【００８６】
ある場合には、複数の貯留部のうち、第１貯留部には、第１生物活性剤が含まれ、複数の貯留部のうち、第２貯留部には、第２生物活性剤が含まれ、本方法には、さらに複数の貯留部に第１生物活性剤を含む第１溶液を堆積し；第１貯留部のみに第１溶液を重合させ；重合されていない第１溶液を除去し；複数の貯留部に第２生物活性剤を含む第２溶液を堆積し；第２溶液を第２貯留部のみに重合させることが含まれる。
【００８７】
ある場合には、マイクロデバイスには、第１表面と結合した接着分子が含まれ、接着分子は、マイクロデバイスの第１表面が標的組織の細胞に接着することを促進する。
【００８８】
生体適合性ポリマーは、ポリ（ＤＬ−ラクチド−ｃｏ−グリコリド）（ＰＬＧＡ）、ポリ（ＤＬ−ラクチド−コ−ε−カプロラクトン）（ＤＬＰＬＣＬ）、ポリ（ε−カプロラクトン）（ＰＣＬ）、コローゲン(collogen)、ゼラチン、アガロース、ポリ（メタクリル酸メチル）、ガラチン(galatin)／ε−カプロラクトン、コラーゲン−ＧＡＧ、コラーゲン、フィブリン、ＰＬＡ、ＰＧＡ、ＰＬＡ−ＰＧＡ共重合体、ポリ（無水物）、ポリ（ヒドロキシ酸）、ポリ（オルソエステル）、ポリ（プロピルフメレート）、ポリ（カプロラクトン）、ポリ（ヒドロキシバレラート）、ポリアミド、ポリアミノ酸、ポリアセタール、生分解性ポリシアノアクリレート、生分解性ポリウレタンおよびポリサッカライド、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリスチレン、ポリエステル、非生分解性ポリウレタン、ポリウレア、ポリ（エチレンビニルアセテート）、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリ（エチレンオキシド）、上記の共重合体、上記の混合物、上記の付加物、またはそれらの組み合わせであっても良い。
【００８９】
ある場合には、生体適合性ポリマーは、ポリ(メタクリル酸メチル)またはその誘導体であって良い。別の場合において、生体適合性ポリマーは、ポリ（ε-カプロラクトン)（ＰＣＬ）またはその誘導体であって良い。
【００９０】
マイクロデバイスの平均厚さは、約５μｍから約１００μｍであって良く、実質的な平坦層の製造には、平均厚さ約５μｍから約１００μｍの生体適合性ポリマーの堆積が含まれる。
【００９１】
ある場合には、マイクロデバイスは、円盤形状であっても良い。マイクロデバイスの平均直径は、約５０μｍ〜１０００μｍであっても良い。
【００９２】
ある実施形態において、複数の貯留部は、異なる深さ、および／または異なる容積、および／または異なる直径であっても良い。
【００９３】
ある実施形態において、細胞接着分子は、レクチン、キトサン、ラミニン、フィブリン、フィブロネクチン、プロテオグリカン、糖タンパク質、グリコサミノグリカン、または、それらの組み合わせであっても良い。
【００９４】
本明細書中で開示されたマイクロデバイスと同様の特徴を持つマイクロデバイスは、２０１０年１１月１６日に出願された米国特許出願第１２／５３０，０１５に記載があり、参照することにより、全体として本明細書に援用される。
【００９５】
キット
本発明に関連して使用するキットも提供する。上述した複数の貯留部を含むマイクロデバイスは、本方法を実施するための適切な使用説明書、例えば、上述した生物活性剤を貯留部に堆積させる点などと共に、キット内に提供されても良い。本方法を実施するための使用説明書（例えば、文書、テープ、ＶＣＲ、ＣＤ−ＲＯＭなど)が、キットに含まれても良い。キットには、特定の方法により、他のパッケージ化された試薬および材料(すなわち、緩衝剤など)もまた含まれる。
【００９６】
使用説明書は、通常、適切な記録媒体に記録される。例えば、使用説明書は、基板上、例えば、紙またはプラスチックなどに印刷されても良い。よって、使用説明書は、添付文書としてキットに表示されても良く、キットまたは部品用の容器のラベルに表示しても良い(例えば、パッケージまたはサブパッケージと関連させて)。他の実施形態において、使用説明書は、表示される。適切なコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に電子記憶データファイルとして表示される。例えば、プログラムを提供する媒体と同一の媒体を含むＣＤ−ＲＯＭ、ディスケットなどである。
【００９７】
さらに別の実施形態において、使用説明書は、それ自体としてキット内に存在せず、離れた情報源から使用説明書を入手する方法、例えば、インターネットを通じた方法、が提供される。本実施形態の一例としては、使用説明書が閲覧可能、または使用説明書をダウンロード可能なウェブアドレスを含むキットである。
【００９８】
さらに、使用説明書を入手するキットは、インターネットまたはワールドワイドウェブなどの離れた情報源、からダウンロードされるものであって良い。本発明の使用権限を持つ人にアクセスを制限するため、何らかの形でアクセス保護または認証手順を用いても良い。使用説明書に関して、一般的に、使用説明書および／またはプログラミングを入手する方法は、適切な記録媒体に記録される。
【実施例】
【００９９】
次の実施例は、本発明の製作及び使用方法の完全な開示と説明を当業者に提供するために示され、発明者が自身の発明と見なすものの範囲を限定することを意図するものではなく、下記の実験が全て又は唯一の実施された実験であると表すことを意図するものでもない。用いる数字（例えば、量、温度等）に関して正確性を確実とするよう努力を払ったが、いくらかの実験誤差と偏差は考えられるべきものとする。他に示されていなければ、部は重量部であり、分子量は重量平均分子量であり、温度は摂氏度であり、圧力は大気圧かその付近である。
【０１００】
方法と材料
次の方法と材料を以下の実施例において用いた。
【０１０１】
ＰＭＭＡマイクロデバイスの製作
マイクロデバイス製作用の材料。  全ての化学薬品は、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈより購入し、他に注記がなければ、受け取り時のまま使用したものとする。ウエハの標準ＲＣＡ予備洗浄に、濃縮硫酸、３０％過酸化水素、アセトン、メタノール、及びイソプロパノールを使用した。１１％アニソール中に懸濁した分子質量９５０，０００のポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）デバイス材料、Ｓｈｉｐｌｅｙ１８１８ポジ型フォトレジスト、マイクロポジット（Ｍｉｃｒｏｐｏｓｉｔ）３５１現像剤、及び１１１２Ａフォトレジスト剥離液をＭｉｃｒｏｃｈｅｍより購入した。デバイス本体（２００μｍの円形）及びその貯留部（２００μｍのより大きな本体円形の中の３つの６０μｍの円形）を製作するためのポジ型マスクを、ＣＡＤ  ａｒｔ  ｓｅｒｖｉｃｅｓ（Ｂａｄｏｎ、ＯＲ）より入手した。３つの６０μｍの円を、２００μｍの円の中心から等距離の、正三角形の角に配した。
【０１０２】
微細製作工程。  フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチングを用いて、３インチ・シリコンウエハ上に６０×５μｍの円筒形貯留部３つをもった２００×８μｍの円筒形ＰＭＭＡマイクロデバイスを製造した。各ウエハをピラニア溶液（Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２が３：１）中で２０分間洗浄し、脱イオン水で３回すすいだ。次いで、ウエハをアセトン、メタノール、イソプロパノールですすぎ、１００℃で２分間ベーキングして全ての不純物を除去した。図１の区画Ａは、微細製作工程に含まれるステップの概略図を示す。ウエハを、Ｈｅａｄｗａｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ＰＷ１０１スピナー（Ｇａｒｌａｎｄ）を用いてＰＭＭＡ（１４００ｒｐｍ、３０秒）でもって２回スピンコーティングし、マイクロデバイス本体層を得た。ベーキングを、２回目のコーティング（１１０℃、１分）の前後に、ベント形ホットプレート（ｖｅｎｔｅｄ  ｈｏｔ  ｐｌａｔｅ）上で行い、溶剤をＰＭＭＡ層から除去した。２分間冷却した後、ウエハをポジ型フォトレジストでスピンコーティングし（５０００ｒｐｍ、３０秒）、プリ・ベーキング（１１０℃、１分）した。次いで、冷却したウエハを、２００μｍマイクロデバイス本体に画定を行うポジ型フォトマスクを保持しながら、Ｋａｒｌ  Ｓｕｓｓ  ＭＪＢ３マスク露光装置を用いて、水銀灯の４０５ｎｍ  ＵＶ光に、１６ｍＷ／ｃｍ２で２０秒間、露光した。フォトレジストを、３５１マイクロポジット現像剤対脱イオン（ＤＩ）水が１：３の溶液中で７５秒間現像した。次いで、ウエハをＤＩ水カスケード（ＤＩ  ｗａｔｅｒ  ｃａｓｃａｄｅ）中ですすぎ、窒素でブローして乾燥させ、ポスト・ベーキングした（１１０℃、１分間）。露光したＰＭＭＡを、２０％酸素を流しながら、３０ｍＴｏｒｒの圧力下、４５０Ｗ電源（７５％）で１０分間、Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ＰＥ１０００  ＡＣプラズマ・ソース・リアクディブ・イオンエッチャー（Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｅｒ）（ＲＩＥ；ＰＥＴＳ  Ｉｎｃ．）を用いてドライ・エッチングした。エッチングの後、残ったフォトレジストはいずれも、１分間、１１１２Ａフォトレジスト剥離液を用いて取り除き、続いて水、イソプロパノールですすぎ、窒素でブローして乾燥させた。
【０１０３】
デバイス本体の画定をした後、２回目のフォトリソグラフィ・ステップを実施し、マイクロデバイス貯留部を画定した。ウエハをポジ型フォトレジストでスピンコーティングし（５０００ｒｐｍ、３０秒）、プリ・ベーキングし（１１０℃、１分間）、３つの６０μｍマイクロデバイス貯留部を画定するように設計された２回目のフォトマスクを通して、マスクアライナー装置を用いて、ＵＶ光を再度露光した。貯留部を、同じマスク露光装置上で、前面アラインメント技術（ｆｒｏｎｔ  ｓｉｄｅ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）を用いてマイクロデバイス本体に位置合わせした。露光に続いて、ウエハを、３５１現像剤・ＤＩ水の混合物を用いて前回通り現像し、ＤＩカスケード中ですすぎ、窒素で乾燥させ、ポスト・ベーキングした。マスクしていない貯留部画定領域を、前回通り、８分間反応性イオンエッチングした。貯留部の深さは、エッチング時間によって制御することができるが、この作業のためには、深さ５μｍの貯留部を得た。残ったレジストはいずれも１１１２Ａレジスト剥離液を用いて除去した。マイクロデバイス寸法の特性化を、Ａｍｂｉｏｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ＸＰ−２  Ｓｔｙｌｕｓ  Ｐｒｏｆｉｌｅｒを用いて、スキャン・スピード０．０５ｍｍ／秒、長さ５００μｍ、及び針圧０．８ｍｇで行い、その間、Ｎｏｖｅｌ  Ｘ  ｍｙ−ＳＥＭ（Ｌａｆａｙｅｔｔｅ，ＣＡ）走査型電子顕微鏡を用いてマイクロデバイスを視覚化した。
【０１０４】
ＰＭＭＡ・タンパク質結合化学
表面アミノリシス。  ＰＭＭＡマイクロデバイスの表面に標的タンパク質を結合させることにより、そのＰＭＭＡマイクロデバイスに生体接着特性をもたらす。Ｎ−リチオエチレンジアミンを用いて、アミン基をＰＭＭＡマイクロデバイスに導入した。手短に述べれば、エチレンジアミン１９．８ｍＬを窒素で３０分間パージして、Ｎ−リチオエチレンジアミンを合成した。次いで、２Ｍシクロヘキサン中ブチルリチウム４００μｌをエチレンジアミンに加え、窒素雰囲気下で３時間、一定撹拌の下、反応を進行させた。ＰＭＭＡマイクロデバイスを含有するウエハを表面修飾し、貯留部を含有する側にのみアミンを含むようにした。ウエハをＤＩ水中ですすぎ、窒素でブローして乾燥させ、窒素を供給したペトリ皿上に置いた。２分間の窒素パージの後、Ｎ−リチオエチレンジアミン５００μｌをウエハに加え、全てのマイクロデバイスに均等に作用させてコーティングした。３分後、ウエハを取り出し、ＤＩ水に浸漬して、アミノリシスと、ウエハから最終的に起こるｐＨ反応性ＰＭＭＡマイクロデバイスの脱離とを停止した。ＤＩ水中で穏やかに洗浄した後、ウエハを窒素でブローして乾燥させた。
【０１０５】
タンパク質の表面固定化。  アミンを、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド（ＥＤＣ；Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ）及びＮ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ；Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ）を用いて、モデル・タンパク質・トマト・レクチン（イソチオシアン酸フルオレセイン（ＦＩＴＣ）で標識）に共役させた。手短に述べれば、ＭＥＳ緩衝液（ｐＨ５．５）中１ｍｇ／ｍＬモデルタンパク質６００μｌに、１００ｍＭ  ＥＤＣ  １３μｌ及び２００ｍＭ  ＮＨＳ  １３μｌを加え、２０分間反応させた。一度、タンパク質のカルボン酸基を安定的なＥＤＣ−ＮＨＳエステルへと修飾し、１４Ｍ  β−メルカプトエタノール０．８μｌを加えることによって反応を停止した。１分後、タンパク質混合物のｐＨを、炭酸水素ナトリウムを加えることによって７．４まで上昇させ、アミンで官能化したＰＭＭＡマイクロデバイス・ウエハに直ちに適用させた。ＰＭＭＡのアミン基と、タンパク質の修飾カルボン酸基との結合を４時間起こさせ、その後、ウエハをＤＩ水で全面的にすすいで、いずれの非共有結合タンパク質をも除去した。
【０１０６】
マイクロデバイスの薬剤充填。  単一又は複数の薬剤を、フォトリソグラフィを用いてマイクロデバイス貯留部に充填する。手短に述べれば、モノマー・モノメチル・メタクリレート（ｍｏｎｏｍｅｒ  ｍｏｎｏｍｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ（ＭＭＡ））の中に架橋剤ポリ（エチレングリコール）ジメタクリレート（ＰＥＧＤＭＡ；７５０分子量）２ｍＬ及び６０ｍｇ／ｍＬ光重合開始剤ジメチル・アセトフェノン（ＤＭＰＡ）３００μｌと、ＰＢＳ中３ｍｇ／ｍＬモデル蛍光体薬剤２００μｌとを混合することによって、ハイドロゲル・薬剤のプレポリマー溶液を調製した。モデル蛍光体薬剤は、架橋剤モノマー溶液と混合する前に、超音波処理によりＰＢＳ中に溶解した。用いた各種蛍光体薬剤は、蛍光性標識されたウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）で、フルオレセイン・イソチオシアン酸−ＢＳＡ（ＦＩＴＣ−ＢＳＡ；励起（ｅｘ）：４９４ｎｍ；発光（ｅｍ）：５２０ｎｍ）、テキサスレッド−ＢＳＡ（ｅｘ：５９６ｎｍ；ｅｍ：６１５ｎｍ）、及び２，４−ジニトロフェニル化−ＢＳＡ（ＤＮＰ−ＢＳＡ；ｅｘ：３６０ｎｍ；ｅｍ：３８５ｎｍ）であった。ハイドロゲル・プレポリマー溶液用の全ての成分を混合すると、混合物を３０分間超音波処理し、開始剤及び薬剤の均等な分布を確実なものとした。
【０１０７】
単一の薬剤を充填するマイクロデバイスについては、予備製作したウエハに、それぞれの単一薬剤プレポリマー溶液３００μｌをスピンコーティングし（３０００ｒｐｍ、３０秒）、マスク露光装置を用いてＵＶ光に９０秒間露光した（図２、区画Ａ）。３つの貯留部全てにおいて単一薬剤充填に用いるフォトマスクは、光が３つの６０μｍ貯留部を通過して、プレポリマー溶液を薬剤包含ハイドロゲル・マトリックスへと光重合させるように設計したネガ型フォトマスクである。ＤＩ水を用いて３０秒間現像を行い、窒素を用いてブローし乾燥した。複数の薬剤をそれぞれの貯留部に個別に充填するものについては、一連のスピンコーティング、アラインメント、露光、現像、及び乾燥を、３つの異なるネガ型マスクを用いて行い、それぞれ光が貯留部の１つのみを通過して光重合をおこさせるようにした（図２、区画Ａ）。また、複数薬剤を充填した類似のウエハを、プレポリマー溶液の架橋結合比を変えることによって得た。架橋結合比（ＰＥＧＤＭＡ：ＭＭＡ）は、テキサスレッド−ＢＳＡ、ＦＩＴＣ−ＢＳＡ、及びＤＮＰ−ＢＳＡについてそれぞれ１５：８５、３０：７０、及び４５：５５とした。タンパク質を共役して薬剤を充填したデバイスの蛍光顕微鏡検査を、Ｏｌｙｍｐｕｓ  ＢＸ６０顕微鏡（Ｍｅｌｌｖｉｌｌｅ，ＮＹ）を用いて行った。
【０１０８】
生体外薬剤浸透試験。  薬剤を充填したマイクロデバイスを、４０℃に予熱した８Ｍ水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液を用いて２分以内にウエハから離した。水より密度の低い離れたマイクロデバイスを、超遠心し（３０ｋＤａ  Ａｍｉｃｏｎ超遠心フィルター）、放出及び浸透の試験のために２回ＰＢＳで洗った。ヒト結腸直腸腺癌上皮細胞（ｃａｃｏ−２  ＡＴＣＣ）を、５０％コラーゲン・エタノール（１型、Ｂｅｃｔｏｎ  Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ，Ｆｒａｎｋｌｉｎ  Ｌａｋｅｓ，ＮＪ）で処理した２４−ウェル・Ｔｒａｎｓｗｅｌｌ（登録商標）・インサート（ｉｎｓｅｒｔｓ）で、コンフルエントになるまで（９００〜１０００Ωで経上皮電気抵抗プラトー）、増殖させた。ｃａｃｏ−２細胞を、播種する前に５日以上、２０％胎児ウシ血清（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ）、２ｍＭ  Ｌ−グルタミン、１．５ｇ／Ｌ重炭酸ナトリウム、２．５ｇ／Ｌグルコース、１０ｍＭ  ＨＥＰＥＳ緩衝液、１．０ｍＭピルビン酸ナトリウム、及び１ｍｇ／ｍＬペニシリン／ストレプトマイシンをもったＭｏｄｉｆｉｅｄ  Ｅａｇｌｅ’ｓ  Ｍｅｄｉａ（ＭＥＭ）中で維持した。約１８００のデバイスを含有するマイクロデバイス溶液５００μｌをＴｒａｎｓｗｅｌｌ（登録商標）インサートに加えた。薬剤を充填した異なる方式について、離散時間（２０分）試料をＴｒａｎｓｗｅｌｌ（登録商標）の上部及び下部の両方のチャンバーから取り出し、Ｐａｃｋａｒｄ  Ｆｌｕｏｒｏｃｏｕｎｔ  Ｍｉｃｒｏｐｌａｔｅ  Ｆｌｕｏｒｏｍｅｔｅｒ（Ｍｅｒｉｄｅｎ，ＣＴ）を用いて観察し、蛍光発光を求めた。
【０１０９】
生体接着変位試験。  Ｃａｃｏ−２単層を、６ウェル・プレートで標準的な条件下、コンフルエントになるまで増殖させた。試料当たり約１００マイクロデバイス（レクチン及び／又はハイドロゲル有り及び無し）を、単層表面上、ＰＢＳを用いて、３７℃で３０分間インキュベートした。次いで、ウェルを、顕微鏡を用いて視覚化した。次いで、ウェルを、ＰＢＳで、垂直方向に制御しながら、５回変位させた。変位前に結像した最初の視野を再度結像し、マイクロデバイスをＭＳワードのグリッド中にトレースした。最初の領域の８０％以内であったデバイスを、依然定常性及び生体接着性があるとみなした。最初の８０％の領域外にあったマイクロデバイスを、変位されているとみなした。
【０１１０】
実施例１：薬剤充填マイクロデバイスの製作
一連のフォトリソグラフィ・ステップ及び反応性イオンエッチングを用いて、１シリコンウエハ当たり５６００のマイクロデバイスを製作した。本明細書では、３つの薬剤貯留部をもった円形マイクロデバイスを、哺乳動物胃腸壁を通って生体内移行することを可能にする寸法(厚さ約１０ミクロン、最大寸法の長さ２００μｍ)で、ＰＭＭＡから、製作した。種々の寸法及び形状を有する複数のデバイスを製作することは可能であるが、本明細書では、ＳＥＭ像（図１、区画Ｂ）に示すように、３つの６０μｍ貯留部をもった円形の２００μｍデバイスを試作品として保持した。図１の区画Ｃは、プロフィールメーターによる、デバイスの厚さプロフィールを、点線に沿って示す。試作品デバイスは、本体の厚さが約７．５μｍで、貯留部は、深さが５μｍである。デバイスを取り外し治療的放出と最終的浸透を乱し得る流動状態へ至らせる、マイクロデバイス側面が受ける質量当たりのずり応力を低減するように、デバイスの厚さは十分小さいものを選ぶ。デバイス本体の厚さは、貯留部をエッチングできる深さを制限する。言い換えれば、デバイスの厚さは、貯留部に充填できる薬剤の体積を左右する。ＰＭＭＡのスピン速度（１０００〜５０００ｒｐｍ）、ＰＭＭＡ層の数（１〜３層）、及びベーキング（層と層の間にベーキング・ステップ有り又は無し）を変えることにより、デバイスの厚さを３〜１２μｍの間で変えた。層をさらに重ねても厚さに大きな影響はなかった一方で、１４００ｒｐｍより遅いスピン速度では、ウエハ上にＰＭＭＡのエッジ・ビードができ、アスペクト比を大きく変えた。貯留部の深さ（３．５〜５μｍ）、即ち薬剤充填容積は、エッチング時間又はイオン流量（ＲＩＥ電源）を制御することによって、容易に調節した。薬剤の体積に対するこの制御は、高価で毒性のある薬剤を胃腸（ＧＩ）送達のために使用する場合には有益である。
【０１１１】
図１の区画Ａ。ＰＭＭＡマイクロデバイスを製作する工程の概略表示。図１の区画Ｂ。製作したマイクロデバイス試作品（３つの６０μｍ円形貯留部をもった２００μｍ円形デバイス）の走査型電子顕微鏡像。図１の区画Ｃ。プロフィール・メーターを用いて測定したマイクロデバイスの寸法（点線）。スケールバーは１００μｍを表す。
【０１１２】
フォトリソグラフィを用いて薬剤を、薬剤を包含するハイドロゲル・マトリックスとして貯留部の中に充填した（図２の区画Ａ）。光重合開始剤ＤＭＰＡの濃度を６％に最適化して用い、貯留部容積の全体を重合させた（Ｋ．Ｍ．Ａｉｎｓｌｉｅ，Ｔ．Ａ．Ｄｅｓａｉ，Ｌａｂ  Ｃｈｉｐ．８（２００８），１８６４−１８７８）。薬剤・ハイドロゲル・マトリックスの安定性を、それが流動状態の間貯留部に留まっていることをもって確認するために、マイクロデバイス・ウエハを、ＰＢＳ中、３日間撹拌（２５０ｒｐｍ）した。貯留部からのハイドロゲルの大きな損失又は除去は観察されなかった（９８．６±０．９％のデバイスは、ハイドロゲルが詰まったままだった）。図２の区画Ｃから、それぞれ個別の貯留部・マスクの存在下での一連のスピン及びＵＶ露光は、３つの異なる薬剤を３つの貯留部に容易に詰めることにつながる、ということが観察される。
【０１１３】
図２の区画Ａ。単一又は複数の薬剤を充填したマイクロデバイスを、フォトリソグラフィを用いて製作する工程の模式的概略図。図２の区画Ｂ。同じマイクロデバイスの３つの貯留部全てに充填した単一のモデル薬剤（テキサスレッド−ＢＳＡ）の存在を示す蛍光顕微鏡像。３つの貯留部全てに均等に充填されている薬剤。図２の区画Ｃ。複数薬剤（テキサスレッド−ＢＳＡ；赤、ＦＩＴＣ−ＢＳＡ；緑、ＤＮＰ−ＢＳＡ；青）を個別の薬剤として別々の貯留部に充填したマイクロデバイスの蛍光顕微鏡像を合わせたもの。白い円がマイクロデバイス領域を明示している。
【０１１４】
実施例２：マイクロデバイスへの生体接着タンパク質の共役
マイクロデバイスの高表面積（２３，０００μｍ２）を利用して、胃腸粘膜の多細胞及び多部位付着を促進し、現状の経口方式が経験する、蠕動及びずり流動状態に関連する問題を克服することができる。トマト・レクチンは、腸壁を覆う上皮細胞上に存在するＮ−アセチルグルコサミン成分に特異的に結合することが知られており、これは、ｃａｃｏ−２細胞を使って生体外で模擬的に行われる（Ｊ．Ｒｏｃｃａ，Ｋ  Ｓｈａｈ，Ｄｒｕｇ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ２００４，４）。従って、生体接着トマト・レクチンを導入することによって、マイクロデバイス移行時間を伸ばし、薬剤保持、浸透、及び最終的送達の向上につなげることができる。２つの主要なステップ：
（ａ）Ｎ−リチオエチレンジアミン・アミノリシスを通してアミン基を含むように、ＰＭＭＡを官能化することと、
（ｂ）カルボジイミド化学を用いてＰＭＭＡアミンとタンパク質カルボン酸との間にアミド結合を形成することと、
を用いて、トマト・レクチンをＰＭＭＡマイクロデバイス表面に共役させた。アミン官能基が存在することと、カルボジイミド化学がタンパク質をＰＭＭＡ表面へ結合させる能力とを、蛍光体で標識したトマト・レクチンで表面を精査することによって間接的に確認した。
【０１１５】
図３は、最初にＦＩＴＣ−トマト・レクチンで標識し、次いで、貯留部にテキサスレッド−ＢＳＡを導入するために用いたマイクロデバイスの蛍光像を示す。タンパク質のマイクロデバイスへの共役は４時間の間起こるので、それはまず、薬剤充填の前に行い、タンパク質溶液におけるハイドロゲルの膨張と、薬剤の最終的な放出とに関連する薬剤損失を避ける。タンパク質は、大体においてＰＭＭＡマイクロデバイスの表面上で得られ、容易に腸上皮を認識して結合するために利用できる、ということが図３より明らかである。
【０１１６】
図３。ＰＭＭＡマイクロデバイス（大きいほうの円）の表面へのモデル蛍光体（ＦＩＴＣ）−レクチンの共役を確認し、モデル薬剤の充填（大きいほうの円内の３つの貯留部）を示す、蛍光顕微鏡像を合成写真。
【０１１７】
トマト・レクチンを用いて生体接着特性を導入することの効果を、変位試験を用いて確認した（表１）。これらの変位試験において、６ウェル・プレートにｃａｃｏ−２細胞単層が有る場合と無い場合とで、マイクロデバイスをインキュベートした。ウェルを垂直方向に５回変位し、その前後の顕微鏡像を比較することによってデバイス位置を観察した。
【０１１８】
【表１】
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明らかに、トマト・レクチンがＰＭＭＡマイクロデバイスの表面上に存在することは、マイクロデバイスの生体接着特性を向上させる。貯留部に薬剤・ハイドロゲル・マトリックスを充填することは、空のマイクロデバイス（７１％）の場合に比較して、全体的な生体接着特性（５９％）の低減という結果になるように見える可能性があるけれども、この差異は単に、ｃａｃｏ−２単層のほうに面していない非対称性デバイス（一方の側でレクチンに共役している）の数によるものであり得る。かかるものとしてわずかなパーセントのデバイスはｃａｃｏ−２単層への結合を示す、ということもまた観察される。この数は、経口薬剤送達を向上させた用途向けマイクロデバイスを製作するための、キトサン等の粘膜付着性材料を用いることによって、増加させることができる（Ｃ．Ｍ．Ｌｅｈｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｉｎｔ．Ｊ．Ｐｈａｒｍ．７８（１９９２），４３−４８）。レクチンをコーティングしたマイクロデバイスの生体接着特性は、ＩＢＤ、ＩＢＳ、及びクローン病等の種々の腸疾患の標的治療に有益であることが明らかとなり得る。
【０１１９】
実施例３：マイクロデバイスからの生体外薬剤制御放出
種々のマイクロデバイスの薬剤溶出動力学を測定するために、ハイドロゲルを充填したマイクロデバイスからの、各種蛍光体標識ＢＳＡの放出を生体外でモニターした。ＢＳＡは、約６６ｋＤａ（１４×４×４ｎｍ３）の分子量を有し、上皮吸収の胃腸の限度（２０ｋＤａ）を上回る（Ｒ．Ｇｏｌｄｉｅ，Ｅｄ．Ｃ．Ｐａｇｅ，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  １９９４）。単一貯留部の容積は約１．４×１０−２ｎＬであり、従って、単一薬剤を充填したウエハ（３つの貯留部全てに同じ薬剤を充填、図２の区画Ｂ）又は複数薬剤を充填したウエハ（異なる貯留部に異なる薬剤、図２の区画Ｃ）はそれぞれ、単一薬剤約８５ｎｇ又は各薬剤２７ｎｇずつを保持する。類似の薬剤充填ハイドロゲル・ボーラス（マイクロデバイスのないハイドロゲル・ペレット）を、対照試料として重合させ、生体外薬剤放出試験に用いた。流体の存在下で、ハイドロゲルは膨張し、薬剤はポリマー・マトリックスから拡散することが可能である。マイクロデバイスを、生体内のような密着結合（１〜３ｎｍ）を持つｃａｃｏ−２単層の頂端側に加え、薬剤濃度を底側で測定した（Ｋ．Ｋｉｔｃｈｅｎｓ，ｅｔａｌ．，Ｐｈａｒｍ．Ｒｅｓ．３３（２００６），２８１８−２８２６）。
【０１２０】
図４は、単一薬剤充填ウエハの生体外放出プロフィールを示す。対照（ハイドロゲル・ボーラス）試料に比較して、マイクロデバイスは、ｃａｃｏ−２単層を通る薬剤の浸透性がよりよいことを示す。このことは、非対称マイクロデバイスはハイドロゲル・ボーラスに比較して単一方向に薬剤を放出し、デバイス・細胞境界面を通る薬剤の濃度向上を提供する、という事実に帰することができる。類似の結果が他よりも予測されており、高分子量タンパク質の輸送は、生体接着微粒子の存在下で腸上皮を通る傍細胞輸送の上昇に帰せられる（Ｖ．Ｕｓｋｏｋｏｖｉｃ  ｅｔ  ａｌ．，Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  ３３（２０１２），１６６３−１６７２；Ｋ．Ｅ．Ｆｉｓｃｈｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．９（２００９），７１６−７２０）。マイクロデバイスの存在によって起こる薬剤浸透のこの上昇は、大きな分子の経口生物学的利用能を改善できるという背景において重要である。
【０１２１】
図４は、コラーゲンで処理したＴｒａｎｓｗｅｌｌｓ（登録商標）上のｃａｃｏ−２上皮単層を通る  それぞれの薬剤がハイドロゲル・ボーラスに充填されたもの（対照、デバイスなし）に比較して、異なる単一薬剤充填マイクロデバイスの、向上し浸透性を示す。濃度を、各マイクロデバイス・ウエハ中に充填した合計薬剤に対して正規化された（Ｎ＝３）。
【０１２２】
異なる薬剤を層状に充填した単一貯留部方式を先に使用した場合と比較して、各貯留部に異なる薬剤を個別に充填した複数貯留部・デバイスを用いることの効果もまた試験した（図５）。何層かのハイドロゲルに複数薬剤を充填したものを充填した単一貯留部方式の場合には、それら異なる薬剤の放出は、上に重なるハイドロゲル層の膨張動力学に依存する（Ｋ．Ｍ．Ａｉｎｓｌｉｅ  ａｎｄ  Ｔ．Ａ．Ｄｅｓａｉ、Ｌａｂ  Ｃｈｉｐ．８（２００８），１８６４−１８７８）。他のハイドロゲル層の膨張へのこの依存性は、マイクロデバイスから放出するためにそれら異なる薬剤にとってさらなる障壁として働く。層状単一貯留部方式とは異なり、３貯留部式試作品デバイスからの、３つのモデル蛍光体ＢＳＡ全ての放出は、お互いに依存しない、ということが図５から観察される。この非依存的放出挙動は、併用療法に有益であることが明らかとなっており、複数薬剤は同じ場所で同じ時に送達することができる。３つの薬剤は全て、３時間までリニアな放出を示し、その後定常状態に到達し、ウエハ当たり各マイクロデバイスに充填される薬剤の量に対して一貫している。充填される薬剤の分子量と量に加えて、ポリマー・マトリックスを包含する薬剤の特性もまた、放出動力学を制御するように修正することができる。ポリマーは、分解を通して、又は外的刺激（ｐＨ、温度等）に応じて薬剤を放出するように、具体的に選択することができる。
【０１２３】
図５は、同じマイクロデバイスのそれぞれの貯留部から出る異なるモデル薬剤の、コラーゲンで処理したＴｒａｎｓｗｅｌｌｓ（登録商標）上のｃａｃｏ−２上皮単層を通る浸透性が、非依存的であることを示す（Ｎ＝３）。
【０１２４】
ハイドロゲルの架橋結合比を修正することによって異なる放出動力学を提供するよう、各貯留部におけるハイドロゲル・マトリックスの膨張特性を修正した。ＰＥＧＤＭＡの架橋結合比を、テキサスレッド−ＢＳＡを充填した貯留部のための１５％から、ＦＩＴＣ−ＢＳＡ貯留部のために３０％、ＤＮＰ−ＢＳＡ貯留部のために４５％へ増加させることを、この試験のために用いた。図６から、テキサスレッド−ＢＳＡはＦＩＴＣ−ＢＳＡより早く、ＦＩＴＣ−ＢＳＡはＤＮＰ−ＢＳＡより早く放出されたということが観察される。言い換えれば、異なる薬剤の制御放出は、ハイドロゲル方式の架橋結合比に依存する。これは、架橋結合比がより低いと（１５％）、より密でない／疎な網状網の形成という結果になり、薬剤の拡散が増加することにつながり、一方、架橋結合比がより高いと（４５％）、非常に密な網状網の形成という結果になり、薬剤の拡散が減少することにつながるという事実による。類似の効果はまた、異なる分子量（鎖の長さ）のモノマー又は架橋剤の使用で得られる（Ｈ．Ｄ．Ｃｈｉｒｒａ  ａｎｄ  Ｊ．Ｚ．Ｈｉｌｔ，Ｌａｎｇｍｕｉｒ  ２６（２０１０），１１２４９−１１２５７）。各貯留部において、放出及び分解の動力学が異なる、種々のポリマー方式を用いることにより、効果的な治療のための種々の薬剤の徐放にマイクロデバイスを用いることが可能となる（Ａ．Ｃ．Ｒ．Ｇｒａｙｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔ．Ｍａｔｅｒ．２（２００３），７６７−７７２；Ａ．Ｃ．Ｒ．Ｇｒａｙｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｐａｒｔ  Ａ．６９Ａ（２００４），５０２−５１２）。マイクロデバイスからの薬剤の徐放により、デバイスが腸管を通って移行するに従い、治療剤が腸の異なる領域へより効果的に送達されることが可能となり得る。
【０１２５】
図６は、異なる架橋結合比／量の架橋剤（ＰＥＧＤＭＡ）を用いて、異なるモデル薬剤を同じデバイスの薬剤それぞれの貯留部に充填したものの制御放出と浸透を示す。ＰＥＧの量を増加又は減少させると、それぞれ、類似の分子量の薬剤の放出はより遅く又はより速くなるという結果であった。このことが種々の腸疾患の徐放治療に有益であることは明らかである（Ｎ＝３）。
【０１２６】
実施例４：胃腸（ＧＩ）生体接着に対するマイクロデバイスの効果
野生型Ｃ５７ＢＬ／６マウス（ＪＡＸ，Ｂａｒ  Ｈａｒｂｏｒ，ＭＡ）、週齢８〜１２週、をこの試験で用いた。マイクロデバイスの経口胃管栄養を行う前に、マウスを２４時間絶食させた。無菌１８ｇａ×３８ｍｍプラスチック栄養管（Ｉｎｓｔｅｃｈ  Ｓｏｌｏｍｏｎ，Ｐｌｙｍｏｕｔｈ  Ｍｅｅｔｉｎｇ，ＰＡ）を用いて、マイクロデバイス（１ウエハの空デバイス＝５６２５デバイス）の、ＧＩ標的レクチン有りのもの及び無しのものを含有するＰＢＳ溶液４００ｕｌ、又は対照溶液を注入した。次いで、マウスを、ＩＡＣＵＣガイドラインに従い、濃度２．２５％の２，２，２トリブロモエタノル（Ｓｉｇｍａ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）１５０〜４００ｍｇ／Ｋｇの腹腔内注射を用い、続いて頚椎脱臼により、適切な時点（０、２０、４５、９０、１２０分）で安楽死させた。カリフォルニア大学サンフランシスコ校・動物実験委員会（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，Ｓａｎ  Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎａｌ  Ａｎｉｍａｌ  Ｃａｒｅ  ａｎｄ  Ｕｓｅ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）に従い、試験プロトコル（ＡＮＳ＃１６９２）の承認を受け、動物試験全てを実施した。
【０１２７】
腸を解剖して、ガラス・シンチレーション・バイアル（Ｓｉｇｍａ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ  ＭＯ）へ分けた。濃度１ｍｇ／ｍＬのプロテイナーゼＫ（Ｒｏｃｈｅ，Ｉｎｄｉａｎａｐｏｌｉｓ，ＩＮ）を加え、試料を５６℃で一夜、穏やかに揺らしながらインキュベートした。可溶化液を４０ｕＭ細胞ストレーナー（ＢＤ  Ｆａｌｃｏｎ，Ｆｒａｎｋｌｉｎ  Ｌａｋｅｓ，ＮＪ）に通し、ＤＩ水ですすぎ、マイクロデバイスの定量化の前に水溶液５ｍＬ中に収集した。洗った可溶化液の複数無作為１００μＬ試料をガラス・スライドに加え、光学顕微鏡を用いて計数した。胃管栄養後異なる時点での腸各部におけるマイクロデバイスの平均数を図７に示す。平板状マイクロデバイスと同じ表面積を有する球状ＰＭＭＡ微粒子の対照試料もまた比較目的のために用いた。
【０１２８】
平板状マイクロデバイスの薄壁が受けるずれは、同じ合計表面積の球状マイクロデバイスのそれよりも少ない。また、平板状マイクロデバイスの場合の接触面積は、球状粒子よりも多くなっている。これらの理由により、球状粒子に比べて、マイクロデバイスがより長く胃腸の所与の部分において留まり、それによって、マイクロデバイスに包含される薬剤の滞留時間を増加させることができるようになる有望性が高くなる。これが、ひいては、ＧＩにおける薬剤吸収性とその全体的な治療上の生物学的利用能を増加させるはずである。
【０１２９】
実施例５：ｐＨに対する薬剤包含ハイドロゲル・マトリックスの安定性
薬剤包含ハイドロゲルの、腸の種々の領域において薬剤を放出することに対する安定性を、ｐＨの異なる溶液を用いて試験した。手短に述べれば、ＦＩＴＣ−ＢＳＡ（３７μｇ）を充填したＰＥＧ−ＭＭＡ溶液１００μＬ（先にマイクロデバイス貯留部への充填の際用いた）をハイドロゲル・ディスクとして光重合させた。次いで、１００μＬディスクをｐＨの異なる溶液中に個別に入れ、ＦＩＴＣ−ＢＳＡの放出を、蛍光光度計を用いてある時間にわたって測定した。図８は、異なるｐＨでの薬剤の放出プロフィールを示す。
【０１３０】
明らかに、ハイドロゲル中ＭＭＡのメタクリレート基はｐＨの変化に応答する。ｐＫａより低いｐＨでは、ハイドロゲルは疎水的に挙動し、従って、圧縮状態のままである。この状態では、ハイドロゲルの外側への薬剤の拡散は妨げられる。ハイドロゲルのｐＫａより高いｐＨでは、それらは親水的に挙動し、ハイドロゲルの膨張という結果になる。これが、ハイドロゲルのメッシュ・サイズを大きくし、それにより、拡散を通じて、より速い速度でモデル薬剤を放出する。従って、選ばれるＰＥＧＤＭＡ−ＭＭＡハイドロゲル方式は、荒れた胃内環境（ｐＨが約２）では薬剤を放出しないという点で有益であると考えられ、中性に近い腸・結腸ｐＨではより速く薬剤を放出する。
【０１３１】
実施例６：送達される薬剤の生体内薬物動態学的分析
この試験のために、１１，０００マイクロデバイス／マウス（２ウエハ／マウス）にアシクロビル（Ｓｉｇｍａ）１７μｇを充填した。野生型Ｃ５７ＢＬ／６マウス（ＪＡＸ，Ｂａｒ  Ｈａｒｂｏｒ，ＭＡ）、週齢８〜１２週、を２４時間絶食させ、無菌１８ｇａ×３８ｍｍプラスチック栄養管（Ｉｎｓｔｅｃｈ  Ｓｏｌｏｍｏｎ，Ｐｌｙｍｏｕｔｈ  Ｍｅｅｔｉｎｇ，ＰＡ）を用い、ＰＢＳ５００μＬ中アシクロビル充填マイクロデバイスで経口的胃管栄養を行った。次いで、マウスを、ＩＡＣＵＣガイドラインに従い、濃度２．２５％の２，２，２トリブロモエタノル（Ｓｉｇｍａ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）１５０〜４００ｍｇ／Ｋｇの腹腔内注射を用い、続いて頚椎脱臼により、適切な時点（２０、４５、９０、１５０、２４０、及び３６０分）で安楽死させた。カリフォルニア大学サンフランシスコ校・動物実験委員会に従い、試験プロトコル（ＡＮＳ＃１６９２）の承認を受け、動物試験全てを実施した。血清の単離のために、血液を右心穿刺によって得、Ｚ−ゲル・マイクロチューブ（Ｓａｒｓｔｅｄｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ）中に入れた。次いで、試料を卓上遠心分離機で１００００×ｇにて、４℃で５分間遠心分離した。血漿を収集し、さらなる分析まで−２０℃で凍結した。
【０１３２】
ＨＰＬＣ分析のために、血漿試料を室温に解凍した。７％過塩素酸を等体積の血漿に加え、試料をボルテックス混合した。沈降した血漿タンパク質を遠心分離により分離した。上清を、０．２２μｍフィルターを用いてろ過し、１００μＬをカラムに注入した。多波長検出器を備えたＡｇｉｌｅｎｔ  １２６０ＨＰＬＣを用いて分析を実施した。Ｎｕｃｌｅｏｓｉｌ  Ｃ１８ガードカラムを備えたＭａｃｈｅｒｅｙ−Ｎａｇｅｌ  Ｎｕｃｌｅｏｓｉｌ  Ｃ１８  ＨＰＬＣカラムにより、５０ｍＭオクタンスルホン酸９２％・ｐＨ２．６及びメタノール８％からなる移動相を用い、流速１ｍＬ／分で、分離を実行した。次いで、アシクロビルを２５４ｎｍで検出した。
【０１３３】
図９は、種々の時点における胃管栄養アシクロビルの薬物動態学的データを示す。それぞれの時点において、マイクロデバイスからのアシクロビルの血漿の濃度は、経口胃管栄養した同じ濃度のアシクロビル溶液よりも、多いということを観察した。血漿についてのアシクロビルの生物学的利用能のこの向上は、ＧＩの小腸部において吸収が可能な薬剤の滞留時間の増加をもたらす、マイクロデバイスの生体接着の増加に帰することができる（図７）。また、デバイスからの薬剤の単一方向の放出は、デバイス・上皮の境界面における薬剤の局所濃度の上昇という結果になり、それによって、ＧＩによる薬剤の吸収の上昇という結果になる。図９から、アシクロビル１７μｇから達成される薬剤の生物学的利用能は、５×（又は８３μｇ）の、経口的胃管栄養したアシクロビル溶液に等しい、ということを観察した。薬剤の投与用量が低いにもかかわらず薬剤の生物学的利用能がこのように向上することは、有害量の薬剤を投与することに関連する全身性副作用を軽減／除去するのに有益であることが明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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