(57)【要約】  巨大分子と複合体を形成した無機材料を含む生分解性コーティングを有する医療器具。生分解性コーティングの生分解によって、巨大分子を備えた無機材料のナノ粒子が放出され、巨大分子はその放出されたナノ粒子と複合体を形成している。無機材料は、ナノ構造コーティングとして医療器具上に直接施されてもよいし、または生分解性ポリマーの層中に、または同層の下に分散されていてもよい。医療器具本体は生分解性金属材料を含み得る。また、本発明の医療器具を用いた巨大分子を体組織に送達する方法も提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）医療器具本体と、
（ｂ）前記医療器具本体上に配置された、無機材料を含む生分解性コーティングと、
（ｃ）前記無機材料に接合された巨大分子とを備える医療器具であって、
前記コーティングの生分解によって無機材料のナノ粒子が放出され、その放出されたナノ粒子には前記巨大分子が接合されている、医療器具。
【請求項２】
前記無機材料はナノ構造層を形成する、請求項１に記載の医療器具。
【請求項３】
前記無機材料は、金属塩、金属酸化物、または金属水酸化物を含む、請求項１に記載の医療器具。
【請求項４】
前記金属塩は、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸カルシウム−マグネシウム、リン酸亜鉛、リン酸鉄、リン酸バリウム、およびリン酸マンガンのうちから選択される、請求項３に記載の医療器具。
【請求項５】
前記巨大分子はナノ粒子の外部に接合されている、請求項１に記載の医療器具。
【請求項６】
前記巨大分子はナノ粒子の内部に接合されている、請求項１に記載の医療器具。
【請求項７】
前記ナノ粒子は凝集体にて放出される、請求項１に記載の医療器具。
【請求項８】
前記巨大分子はポリヌクレオチドである、請求項１に記載の医療器具。
【請求項９】
前記ポリヌクレオチドは、ヒト血管内皮細胞増殖因子−２をコードする遺伝子を含む、請求項８に記載の医療器具。
【請求項１０】
前記生分解性コーティングは生分解性ポリマーをさらに含む、請求項１に記載の医療器具。
【請求項１１】
前記生分解性コーティングは導電性ポリマーをさらに含む、請求項１０に記載の医療器具。
【請求項１２】
前記生分解性コーティングは緩衝剤をさらに含む、請求項１に記載の医療器具。
【請求項１３】
前記医療器具本体は生分解性金属材料を含む、請求項１に記載の医療器具。
【請求項１４】
前記金属材料の生分解によって金属イオンが放出される、請求項１３に記載の医療器具。
【請求項１５】
前記コーティングの生分解によってリン酸イオンが放出される、請求項１４に記載の医療器具。
【請求項１６】
前記金属イオンとリン酸イオンとが結合して金属リン酸塩ナノ粒子を形成し、前記巨大分子はその金属リン酸塩ナノ粒子に接合されている、請求項１５に記載の医療器具。
【請求項１７】
前記医療器具本体の金属材料の生分解は腐食過程を含む、請求項１３に記載の医療器具。
【請求項１８】
前記コーティングは、前記医療器具本体の金属材料の腐食を調節する、請求項１７に記載の医療器具。
【請求項１９】
体組織に巨大分子を送達する方法であって、
（ｉ）医療器具を提供する工程と、該医療器具は、
（ａ）医療器具本体と、
（ｂ）前記医療器具本体上に配置された無機材料を含む生分解性コーティングと、
（ｃ）前記無機材料に接合された巨大分子とを備え、
前記コーティングの生分解によって無機材料のナノ粒子が放出され、放出されたナノ粒子には前記巨大分子が接合されていることと、
（ｉｉ）前記医療器具を対象の体内に植え込む工程と
を含む、方法。
【請求項２０】
前記巨大分子はポリヌクレオチドである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ポリヌクレオチドはヒト血管内皮細胞増殖因子−２をコードする遺伝子を含む、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆された医療器具に関する。より詳細には、本発明は、巨大分子を担持および放出するためのナノ構造コーティングを有する医療器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの植え込み型医療器具は、医療器具の有効性を改善するように考案された薬剤担持コーティングを有する。例えば、一部の冠動脈ステントは、ステントの植え込みによるある種の望ましくない影響および合併症を防止するために、ステントから溶出される薬剤で被覆される。また、遺伝子療法を提供する手段として、医療器具コーティングを使用する試みもなされている。例えば、動脈壁の細胞を治療するために、ヒト血管内皮細胞増殖因子（ＶＥＧＦ−２）をコードするネイキッドＤＮＡを溶出するコーティングを備えたステントを用いた研究者もいた。しかしながら、ネイキッドＤＮＡは、細胞にトランスフェクトするためには効率的な手段ではない。参照により本明細書の一部を構成する非特許文献１を参照されたい。したがって、ＤＮＡのような巨大分子をより効果的に組織細胞に送達する医療器具が必要とされている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】シュミット−ウルフ(Schmidt-Wolf)ら、Trends in Molecular Medicine 9(2) ：６７〜７２頁（２００３年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、巨大分子を送達する手段を提供する医療器具に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態において、本発明は、ステントのような医療器具本体と、前記医療器具本体上に配置された無機材料を含む生分解性コーティングと、前記無機材料に接合(conjugated)した巨大分子とを備え、前記コーティングの生分解によって、無機材料のナノ粒子が放出され、放出されたナノ粒子には前記巨大分子が接合されている、医療器具を提供する。一実施形態において、無機材料はナノ構造層を形成する。無機材料は、金属塩、金属酸化物または金属水酸化物を含み得る。巨大分子は、イオン結合によってナノ粒子の外部または内部に接合され得る。巨大分子はポリヌクレオチドであってもよい。ナノ粒子は、個々に放出されてもよいし、または凝集体として放出されてもよい。生分解性コーティングは、緩衝剤をさらに含んでもよい。
【０００６】
本発明の別の実施形態においては、生分解性コーティングは、生分解性ポリマーをさらに含む。さらに別の実施形態においては、医療器具本体（例えばステント）は生分解性金属材料を含み、無機材料は金属リン酸塩を含む。金属材料の生分解によって金属イオンが放出され得るとともに、コーティングの生分解によってリン酸イオンが放出され得るため、金属イオンとリン酸イオンとが結合して金属リン酸塩ナノ粒子を形成する。その金属リン酸塩ナノ粒子には巨大分子が接合されている。金属材料の生分解は腐食過程を含むことができ、コーティングはその腐食過程を調節し得る。コーティングおよび医療器具本体は、ガルバニ対(galvanic couple) を形成することができる。
【０００７】
本発明はまた、本発明の医療器具を提供する工程と、その医療器具を対象の体内に植え込む工程とを含む、巨大分子を体組織に送達する方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】典型的なナノ構造コーティングの高倍率図。
【図２】本発明の一実施形態によるナノ粒子およびトランスフェクション機構の概略を示す図。
【図３】本発明の代替の実施形態によるナノ粒子の凝集体を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、巨大分子と複合体を形成した無機材料を含む生分解性コーティングを有する医療器具を提供する。その生分解性コーティングの生分解によって、無機材料のナノ粒子が放出されるが、その放出されたナノ粒子は巨大分子と複合体を形成している。
【００１０】
本発明の一実施形態において、無機材料は、ナノ構造コーティングとして医療器具上に直接施される。本発明のナノ構造は、ナノメートル範囲、例えば５００ｎｍ以下のような寸法を備えた少なくとも１つの特徴的なドメインを有する構造を備える。ドメインの寸法は、前記構造の最大軸線または最小軸線に沿ったものであり得る。ドメインは、細孔、マトリックス、粒子または粒状物のようなナノ構造の任意の物理的特徴または要素であり得る。本発明のいずれの材料の生分解性も、生理環境との相互作用の際の化学過程（腐食を含む）または物理過程のいずれかによる崩壊または分解の過程を含む。分解過程の生成物は、金属カチオンのように可溶性であってもよいし、または不溶性沈澱物であってもよい。不溶性沈澱物は、金属リン酸塩ナノ粒子のような粒子を形成してもよい。
【００１１】
前記無機材料は生体適合性であり、金属塩、金属酸化物または金属水酸化物であってもよい。前記金属は、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｍｎ２＋またはＢａ２＋のように、そのカチオンがＤＮＡとイオン結合型錯体を形成する金属であってもよい。前記無機材料はまた、リン酸マグネシウム、リン酸マンガン、リン酸バリウム、リン酸カルシウムのような無機リン酸塩もしくは金属リン酸塩であってもよいし、またはリン酸カルシウム−マグネシウムのようなそれらの混合物もしくは組み合わせであってもよい。
【００１２】
前記無機材料は、ナノ構造コーティングを形成する任意の既知の付着方法によって、医療器具に付与される。これらの方法には、ゾルーゲル法、交互吸着（ＬｂＬ）法、自己集合法、化学蒸着法もしくは物理蒸着法、または噴霧法を含み得る。ナノ構造コーティングはまた、コーウイスニ(Kouisni) ら、Surface Coating & Technology 192：２３９〜２４６頁（２００５年）に記載されている方法によって形成することもできる。同文献は、参照によって本明細書の一部を構成する。同文献では、リン酸、リン酸イオン、硝酸塩、亜硝酸塩、亜鉛およびフッ化物を含有したｐＨ３．０のリン酸塩処理浴中に合金を浸漬することにより、マグネシウム合金ＡＭ６０（６％のＡｌおよび０．２８％のＭｎを含有）上にリン酸亜鉛コーティングを形成することが記載されている。
【００１３】
図１は、本発明と共に使用するためにゾルーゲル法によって形成することができる、具体例としてのナノ構造コーティングの高倍率図（ゾルーゲル法から得られた画像）を示す。この例においては、ナノ構造の特徴的なドメインは、大きさが直径約３０〜約４５ｎｍの範囲のナノ粒子である。この例は、単に例証するために提供したものであり、本発明を限定することを意図するものではない。
【００１４】
前記無機材料には、イオン結合によって、巨大分子が接合されている。巨大分子としては、例えば、ポリヌクレオチド、ペプチド、タンパク質、酵素、ポリアミン、ポリアミン酸、多糖類、脂質、並びに製剤のような小分子化合物を挙げることができる。ポリヌクレオチドは、様々なタンパク質またはポリペプチドをコードできるＤＮＡまたはＲＮＡであってもよく、また、ポリヌクレオチドは、プラスミド、コスミド、ファージミド、ファージ、ウィルスなどのような組換えベクターに組み込まれてもよい。参照により本明細書の一部を構成する非特許文献１に記載されるように、ポリヌクレオチドの大きさに制限はない。巨大分子は、ナノ構造ドメインの外面に付着していてもよいし、ナノ構造ドメイン内もしくはナノ構造のマトリックス中に組み込まれていてもよいし、または分散されていてもよい。
【００１５】
医療器具が対象の体内に植え込まれ、生理環境に晒されると、ナノ構造コーティングは生分解される。ナノ構造コーティングの生分解は、流体または血液の流動によって生じる摩擦力および機械的力のような物理過程であってもよい。また、生分解は、腐食または加水分解のような化学過程であってもよい。
【００１６】
図２を参照すると、ナノ構造コーティングの生分解は、周囲の流体または組織への無機材料のナノ粒子３０の放出を生じる。一実施形態において、ナノ粒子３０の表面には巨大分子２０が接合されている。代替の実施形態においては、巨大分子２０は、ナノ粒子３０内に組み込まれているか、もしくは分散されているか、または、バクタ(Bhakta)ら、Biomaterials 26 ：２１５７〜２１６３頁（２００５年）に記載されているように、ナノ粒子３０内に包封されている。同文献は、参照により本明細書の一部を構成する。ナノ粒子は、個々に放出されてもよいし、または図３に示すように、凝集体自体がナノ粒子となるように凝集体の形態で放出されてもよい。ナノ粒子は、該ナノ粒子が細胞トランスフェクションにおいてポリヌクレオチドベクターとして作用することを可能にする大きさのものである。例えば、チョードリ(Chowdhury) ら、Gene 341：７７〜８２頁（２００４年）に記載されているように、５００ｎｍ以内の無機リン酸カルシウム−マグネシウムナノ粒子は、Ｈｅｌａ細胞およびＮＩＨ−３Ｔ３細胞の遺伝子導入に有効であることが証明されている。同文献は、参照により本明細書の一部を構成する。
【００１７】
本発明は、ＤＮＡトランスフェクションにおいてネイキッドＤＮＡよりも有効であり得る、ＤＮＡ担持ナノ粒子によって被覆された医療器具を提供する。具体的には、バクタ(Bhakta)ら、Biomaterials 26 ：２１５７〜２１６３頁（２００５年）；チョードリ(Chowdhury) ら、Gene 341：７７〜８２頁（２００４年）；および米国特許第６，５５５，３７６号（マイトラ(Maitra)ら）に記載されているように、リン酸カルシウム、リン酸カルシウム−マグネシウム、リン酸マンガンおよびリン酸マグネシウムのナノ粒子は、細胞へのプラスミドＤＮＡトランスフェクションのための有効なベクターであることが示されている。これら文献はすべて、参照により本明細書の一部を構成する。図２を参照すると、理論によって拘束されるわけではないが、ＤＮＡを担持したナノ粒子３０は、エンドサイトーシスの過程を通じて細胞４０に進入すると考えられる。細胞４０の内部では、ナノ粒子３０はエンドソーム４２に蓄積され、ここで、穏やかな酸性のｐＨによって、ＤＮＡがナノ粒子から放出される。
【００１８】
本発明のナノ構造無機材料によって被覆され得る医療器具の一例は、ステントである。その無機材料には、ヒト血管内皮細胞増殖因子−２（ＶＥＧＦ−２）遺伝子のような、血管疾患および症状を治療するために用いることができる遺伝子をコードするプラスミドＤＮＡが接合され得る。コーティングから放出されたＤＮＡ担持ナノ粒子は、エンドサイトーシスまたは他のトランスフェクション機構を通じて、血管壁の細胞に取り込まれ得る。
【００１９】
本発明の別の実施形態では、医療器具の本体は、米国特許第６，２８７，３３２号（ボルツ(Bolz)ら）に記載されている生分解性冠動脈ステントに使用されている合金のような生分解性金属材料から形成される。同文献は、参照により本明細書の一部を構成する。これらの実施形態において、植え込まれた医療器具の本体は、対象の体内で無害な成分に生分解されるであろう。この生分解には腐食過程を含むことができる。
【００２０】
この実施形態では、医療器具本体上に金属リン酸塩材料を含むナノ構造コーティングが配置され、その金属リン酸塩材料には巨大分子が接合されている。先の実施形態と同様に、ナノ構造コーティングの生分解はナノ粒子の放出を生じ、そのナノ粒子には巨大分子が接合されている。この実施形態において、ナノ粒子はまた、医療器具本体の生分解から生じる金属イオンと、金属リン酸塩コーティングの生分解から生じるリン酸イオンとの再結合によって形成され得る。リン酸イオンと結合した金属イオンは、ヘイバーランド(Haberland) ら、Biochimica et Biophysica Act 1445 ：２１〜３０頁（１９９９年）に記載されているように、ナノ粒子に沈殿することができ、ナノ粒子に巨大分子が接合される。同文献は、参照により本明細書の一部を構成する。
【００２１】
金属基材上におけるリン酸塩コーティングは下層の金属の腐食を遅延させることが知られている。そのようなリン酸塩コーティングの例としては、ウェン(Weng)ら、Surface Coating & Technology 88 ：１４７〜１５６頁（１９９６年）に記載されているように、リン酸亜鉛、リン酸マンガン、リン酸カルシウムおよびリン酸鉄から形成されたコーティングが挙げられる。同文献は、参照により本明細書の一部を構成する。したがって、この実施形態において、金属リン酸塩コーティングは、巨大分子のための送達システムとして作用することに加えて、下層の医療器具本体の腐食速度を変化させるために用いることができる。
【００２２】
医療器具本体の腐食速度は、無機リン酸塩コーティングの組成、厚さ、空隙率、電気化学的性質および機械的性質に応じて変化するであろう。従って、当業者であれば、医療器具本体において所望の腐食速度を得るために、そのような要因を調節することができる。例えば、血管壁を支持するステントのように、医療器具の有効な機能に長期間の機械的安定性が必要とされる場合には、腐食速度を遅くすることが望ましい場合がある。また、腐食過程によって発生する有害ガス、不溶性沈澱物、または他の副生成物の量を低減するために、腐食速度を遅くすることが望ましい場合もある。場合に応じて、腐食過程を促進することが望ましいこともある。
【００２３】
コーティングと医療器具とが異なる金属から形成されている場合、それら２つの構成要素はまた、ガルバニ対を形成し得る。この場合、電解質として作用する周囲の流体または組織によって、コーティングと医療器具本体との間に電流が発生する。例えば、ガルバニ電流は、亜鉛およびリン酸亜鉛から形成されたコーティングと、マグネシウムから形成された医療器具との間で発生し得る。ガルバニ電流は、コーティングまたは医療器具の金属成分の腐食速度を変化させるであろう。更に、参照により本明細書の一部を構成する非特許文献１に記載されているように、細胞に電流を付与することによって、ＤＮＡトランスフェクションを改善することができることが知られている。したがって、コーティングと医療器具本体との流電結合(galvanic coupling) によって発生する電流は、ＤＮＡトランスフェクションを増進するためにも用いられ得る。
【００２４】
本発明の別の実施形態においては、生分解性コーティングは、生分解性ポリマーの層をさらに備え、無機材料と複合体を形成する巨大分子を備えた無機材料は、生分解性ポリマーの層中に、またはその層の下に分散される。医療器具が植え込まれると、生分解性ポリマー層は生理環境に晒されることによって分解され、無機材料および巨大分子を放出する。
【００２５】
特定の実施形態において、生分解性コーティングは、リン酸塩をドープしたポリピロールのような導電性ポリマーをさらに含んでもよい。導電性ポリマーは基材の金属医療器具とガルバニ対を形成し、それにより、医療器具の腐食速度を制御することができる。
【００２６】
特定の実施形態において、コーティングは、医療器具を取り囲む局所的な環境のｐＨを制御するように作用する緩衝剤をさらに含んでいてもよい。例えば、イオン交換樹脂を用いた、医療器具上における緩衝剤コーティングの形成は、米国特許第５，９４１，８４３号（アタナソスカ(Atanasoska)ら）に記載されている。同文献は、参照により本明細書の一部を構成する。緩衝剤は、コーティング内またはコーティングに隣接する部分のｐＨを低下させて、無機材料の溶解を増大させるために用いることができる。バクタ(Bhakta)ら、Biomaterials 26 ：２１５７〜２１６３頁（２００５年）を参照されたい。同文献は、参照により本明細書の一部を構成する。
【００２７】
本発明の医療器具は、開示した実施形態における冠動脈ステントに限定されるものではない。本発明のナノ構造コーティングと共に使用することができる他の医療器具の非限定的な例としては、カテーテル、ガイドワイヤ、バルーン、フィルタ（例えば大静脈フィルタ）、ステント、ステントグラフト、代用血管(vascular grafts) 、管腔内敷設システム(intraluminal paving systems) 、ペースメーカー、電極、リード、除細動器、関節および骨のインプラント、脊椎インプラント、血管アクセスポート、大動脈内バルーンポンプ、心臓弁、縫合糸、人工心臓、神経刺激装置、人口内耳、網膜インプラント、および治療用コーティングと共に使用することができる他の器具が挙げられる。そのような医療器具は、脈管構造、消化管、腹部、腹膜、気道、食道、気管、結腸、直腸、胆管、尿管、前立腺、脳、脊椎、肺、肝臓、心臓、骨格筋、腎臓、膀胱、腸、胃、膵臓、卵巣、子宮、軟骨、眼、骨などのような、身体構造または体腔内に埋め込まれるか、または別の方法で使用される。
【００２８】
前述の説明および例は、単に本発明を例証するために示されており、本発明を限定するものではない。開示した態様および本発明の実施形態の各々は、個々に検討されてもよいし、または本発明の他の態様、実施形態および変形例と組み合わせて検討されてもよい。さらに、別段の定めがない限り、本発明の方法の工程のいずれも、いかなる特定の実施の順序にも限定されない。当業者であれば、本発明の主旨および内容を取り入れる、開示した実施形態の改変が想起され得ようが、そのような改変は本発明の範囲内に含まれるものである。更に、本願において引用した参考文献はすべて、参照によりその全内容が本明細書の一部を構成する。
【図１】
2010502362.tif 000002
【図２】
2010502362.tif 000003
【図３】
2010502362.tif 000004
【国際調査報告】
2010502362.tif 000005
2010502362.tif 000006
2010502362.tif 000007