(57)【要約】  本発明は、重縮合重合反応によって合成される生体適合性を有した架橋された生体材料に関し、さらに、ゲル化速度を現実的に減少させる立体障害、粘度及び拡散の制限に対処する多求核性−多求電子性前駆体を含んで生体材料を完全に硬化させる重縮合重合反応から生産される生体材料に関する。架橋スキームは、迅速なゲル化及び生体材料の完全なる硬化を可能とする本発明において利用される。生体材料は、多くても一つのコア環状構造を有する水溶性架橋剤で架橋される水溶性ポリマーを形成するために、多求核性−多求電子性前駆体の重縮合重合を経由して合成される。
2010528125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶性架橋剤で架橋された少なくとも一つの水溶性ポリマーを含むヒドロゲル材料であって、
該架橋剤が、一つのコア環式構造と、該コア環式構造に結合された二つ以上の連結基と、該各々の連結基に結合された一つ以上の官能基とを有する有機分子である、
ヒドロゲル材料。
【請求項２】
前記水溶性ポリマーが合成物である、請求項１に記載のヒドロゲル材料。
【請求項３】
前記環式架橋剤が１００００（ダルトン）未満の分子量を有する、請求項１に記載のヒドロゲル材料。
【請求項４】
前記環式架橋剤が７５００（ダルトン）未満の分子量を有する、請求項１に記載のヒドロゲル材料。
【請求項５】
前記環式架橋剤が６０００（ダルトン））未満の分子量を有する、請求項１に記載のヒドロゲル材料。
【請求項６】
前記環式架橋剤が５０００（ダルトン）未満の分子量を有する、請求項１に記載のヒドロゲル材料。
【請求項７】
水溶性架橋剤で架橋された少なくとも一つの水溶性合成ポリマーを含むヒドロゲル材料であって、
該架橋剤が、一つのコア環式構造と、該コア環式構造に結合された二つ以上の連結基と、該各々の連結基に結合された一つ以上の官能基とを有する有機分子であり、かつ、１００００（ダルトン）未満の分子量を有する、
ヒドロゲル材料。
【請求項８】
前記環式架橋剤が７５００（ダルトン）未満の分子量を有する、請求項７に記載のヒドロゲル材料。
【請求項９】
前記環式架橋剤が６０００（ダルトン）未満の分子量を有する、請求項７に記載のヒドロゲル材料。
【請求項１０】
前記環式架橋剤が５０００（ダルトン）未満の分子量を有する、請求項７に記載のヒドロゲル材料。
【請求項１１】
少なくとも一つの水溶性合成ポリマーを提供する工程、
１００００（ダルトン）未満の分子量を有する有機分子の形状で架橋剤を提供する工程及び、
該架橋剤と、該少なくとも一つの水溶性合成ポリマーとを混合する工程
を含み、
該有機分子が、一つのコア環式構造と、該コア環式構造に結合された二つ以上の連結基と、該各々の連結基に結合された一つ以上の官能基とを有する、
ヒドロゲル材料を生産する方法。
【請求項１２】
前記環式架橋剤が７５００（ダルトン）未満の分子量を有する、請求項１１に記載のヒドロゲル材料の生産方法。
【請求項１３】
前記環式架橋剤が６０００（ダルトン）未満の分子量を有する、請求項１１に記載のヒドロゲル材料の生産方法。
【請求項１４】
前記環式架橋剤が５０００（ダルトン）未満の分子量を有する、請求項１１に記載のヒドロゲル材料の生産方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法にしたがって生産されたヒドロゲル材料。
【請求項１６】
請求項１２に記載の方法にしたがって生産されたヒドロゲル材料。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法にしたがって生産されたヒドロゲル材料。
【請求項１８】
請求項１４に記載の方法にしたがって生産されたヒドロゲル材料。
【請求項１９】
水溶性環式架橋剤で架橋された水溶性ポリマーを形成するために多求核性-多求電子性前駆体の重縮合重合を経由して生産されるヒドロゲル材料であって、該架橋剤が、１００００（ダルトン）未満の分子量と、一つのコア環式構造と、該コア環式構造に結合された二つ以上の連結基と、該各々の連結基に結合された一つ以上の官能基とを有する有機分子である、ヒドロゲル材料。
【請求項２０】
前記水溶性ポリマーが合成物である、請求項１９に記載のヒドロゲル材料。
【請求項２１】
前記水溶性環式架橋剤が合成物である、請求項１９に記載のヒドロゲル材料。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
架橋された水溶性ポリマーで生産された生体適合性のある架橋された生体材料は、疾患や怪我の治療における選択肢になると認識されている。歴史的には、疾患と怪我は薬の全身投与によって治療されてきた。しかし最近になり、生体適合性のある架橋された生体材料を、体内の標的とする局所部位に向けて薬を放出させるデポーとして使用できることがわかってきた。局所投与された薬により、薬の全身投与を必要としなくすることができる。多くの場合、全身投与される薬は、特定の臓器、組織、細胞といった部位に有効な量の薬を運搬するため高濃度で与えられる。薬によっては、高濃度だと望ましくない副作用を起こす可能性がある。
【０００２】
医療装置の性能、寿命又は生体適合性は、生体適合性のある架橋された生体材料と組み合わせることで改善できる可能性のあることも認識されている。そのような装置は、疾患や怪我の治療、先天性欠陥の修復、組織または臓器の再構成に役立つ。
【０００３】
さらに別の用途では、生体適合性のある架橋された生体材料だけでできた医療装置が様々な外科的方法または介入的方法において有用であることが認識されている。例えば生体適合性のある架橋された生体材料は、様々な医学的方法（例えば子宮類線維腫の治療、動静脈の奇形と瘻の治療、動脈瘤嚢の内部漏洩の充填と封鎖、チューブ状血管の閉塞、穿刺の封鎖）において血流を減らすための塞栓剤として利用されている。生体適合性のある架橋された生体材料は、止血剤と密封材に加え、臓器を被覆したり、埋め込み可能な部品を形成したり、薬を運搬したりするのに使用できる。
【０００４】
生体適合性のある架橋された生体材料は、通常はあらかじめ形成した構成で提供されるか、望む部位に運搬されたときにある形状を獲得する。外科的方法または介入的方法においては、埋め込み部位で（すなわちその場で）直接硬化またはゲル化する生体適合性のある架橋された生体材料が好ましいことがしばしばある。その場でゲル化する生体材料は、ゲル化する前で運搬部位に輸送されている間は液体状態である。液化状態のゲル化前駆体は、運搬部位において運搬装置から放出され、標的となる臓器、組織、医療装置の中または表面に流れ込む。その後、付着した液化状態のゲル化前駆体は、重合されて架橋された三次元生体材料を形成する。このような重合は、イオン重合または共有重合が可能である。そのような1つの共有重合は、多求電子性で水溶性の生体適合性ポリマーと多求核性架橋剤の重縮合重合である。この反応スキームでは、ポリマーは少なくとも2つの官能基を含んでおり、架橋剤は少なくとも2つの官能基を含んでおり、官能基の合計数は少なくとも5個である。
【０００５】
生体適合性のある架橋された多くの生体材料は、共有重縮合による架橋を通じて調製される。重縮合による架橋において生体適合性ポリマーは修飾され、そのポリマー骨格に沿って多数の求電子基が導入される。これらの求電子基は求核種と非常に反応しやすい。修飾された多求電子性ポリマーが多求核性架橋剤と反応するとき、架橋された三次元生体材料が生成する。別の場合には、生体適合性ポリマーが修飾され、そのポリマー骨格に沿って多数の求核基が導入される。これらの求核基は求電子種と非常に反応しやすい。修飾された多求核性ポリマーが多求電子性架橋剤と反応するとき、架橋された三次元生体材料が生成する。どの場合でも、水溶性の生体適合性ポリマーは少なくとも2つの官能基を含んでおり、架橋剤は少なくとも2つの官能基を含んでおり、官能基の合計数は少なくとも5個である。
【０００６】
Weisslederらに付与されたアメリカ合衆国特許第5,514,379号には、架橋剤で架橋されたポリマー骨格を用いて調製されて架橋された生体材料組成物が開示されている。ポリマー骨格は、タンパク質、多糖、ポリペプチド、多求核性ポリエチレングリコールのいずれかからなると記載されている。ポリマー骨格は、ポリエチレングリコール架橋剤を用いて架橋させる。この骨格は、ポリペプチドまたは多糖からなる非合成ポリマーを含む。それは例えばアミノ化された多糖、グリコサミノグリカンであり、そのどれも、分子量が約20,000（ダルトン）〜500,000（ダルトン）超の範囲の糖部分が繰り返されることによってできた直線状の巨大分子ポリマーである。これらの材料では、骨格と架橋剤の両方とも、直線構造または枝分かれ構造の合成ポリマーである。
【０００７】
Barrowsらに付与されたアメリカ合衆国特許第5,583,114号には、親水性のある多機能性ポリマーから調製して架橋された生体材料組成物が開示されている。多機能性ポリマーは、直線構造または枝分かれ構造である。この架橋された生体材料は、直線状ポリペプチド骨格を持っていて血清アルブミンの形態になった球状タンパク質との重縮合を通じて共有結合で架橋された多求電子性ポリエチレングリコールポリマーを用いて生産される。
【０００８】
Rheeらに付与されたアメリカ合衆国特許第5,874,500号には、ポリアルキレンオキシドポリマーを用いて調製して架橋された生体材料組成物が開示されている。そのポリマーは、直線構造または枝分かれ構造である。架橋された生体材料は、重縮合を通じて多求電子性ポリエチレングリコールポリマーと共有結合で架橋された多求核性ポリエチレングリコールポリマーを含む。
【０００９】
Cruiseらに付与されたアメリカ合衆国特許第6,458,147号には、親水性のある多機能性ポリマーを用いて調製して架橋された生体材料組成物が開示されている。そのポリマーは、直線構造または枝分かれ構造である。架橋された生体材料は、直線状ポリペプチド骨格を持っていて組み換えヒト血清アルブミンの形態になった球状タンパク質との重縮合を通じて共有結合で架橋された多求電子性ポリエチレングリコールポリマーを含む。
【００１０】
Pathakらに付与されたアメリカ合衆国特許第6,566,406号には、合成した生体適合性のある多機能性ポリマーを用いて調製して架橋された生体材料組成物が開示されている。これらのポリマーは、直線構造または枝分かれ構造である。架橋剤も直線構造または枝分かれ構造である。架橋された生体材料は、枝分かれした低分子量の多求核性架橋剤と重縮合を通じて共有結合で架橋された多求電子性ポリエチレングリコールポリマーを含む。
【００１１】
アメリカ合衆国特許出願公開2002/0042473には、反応性官能基を有する少なくとも3種類の生体適合性成分と、親水性のある多機能性ポリマーを含む少なくとも1種類の成分とから調製した架橋可能な組成物が開示されている。第1の成分は多求核性であり、第2の成分は多求電子性であり、第3の成分は、第1の成分または第2の成分と反応する。どの成分も直線構造または枝分かれ構造である。
【００１２】
多求核性-多求電子性前駆体の重縮合重合を経由した生体適合性バイオポリマーのその場でのゲル化は、架橋された生体適合性生体材料の調製に役立つが、制約がある。第1に、出発材料が十分に大きな分子量であるため硬化の程度とゲル化速度が小さくなる場合には、その場でのゲル化プロセスにおける前駆体の拡散が妨げられる可能性がある。第2に、前駆体溶液の粘度が大きく、しかもその場でのゲル化プロセスの間に急速に増大し続ける可能性があるため、硬化の程度が少なくなるとともにゲル化速度にマイナスの影響が及ぶ。第3に、立体的に近接した官能種を有する前駆体が互いに邪魔をし合うとき、この系で立体障害が起こり、その場でのゲル化プロセスの間の重縮合反応が制限される可能性がある。
【００１３】
従来技術では、多求核性-多求電子性前駆体の重縮合重合を経由した生体適合性バイオポリマーのその場でのゲル化の間に遭遇する拡散と粘度という最初の2つの制約に対処する戦略が教示されている。第1に、低分子量の架橋剤を用いることで、その場でのゲル化プロセスの間を通じてその架橋剤を前駆体の体積全体に拡散させるとともに、前駆体材料の架橋をより早く、しかも生体材料の硬化をより完全にすることができる。第2に、直線構造ではなく、枝分かれ構造、または“櫛の歯”構造、または“星形”構造の架橋剤を用いることで、架橋剤溶液の固有粘度を小さくし、その場でのゲル化プロセスの間を通じて生体材料の混合を改善し、硬化をより完全にすることができる。しかしこれら2つの戦略は、ゲル化速度と完全な硬化に対する立体障害という第3の制約には応えていない。重縮合反応が立体障害によって妨げられることで硬化の程度が少なくなり、ゲル化速度が低化する。従来技術は、重縮合重合を通じた生体適合性バイオポリマーのその場でのゲル化に関する立体障害の制約をどのようにして克服できるかに応えていない。低分子量の前駆体は拡散の制約を改善できる可能性を持つが、その前駆体が互いに近接した官能種を有する場合には立体障害の問題が生じる可能性がある。枝分かれ構造、または櫛の歯構造、または星形構造の架橋剤も、その枝分かれ構造、または櫛の歯構造、または星形構造の架橋剤の“アーム”が移動可能であってその架橋剤の官能基が反応する能力を邪魔する方向を向く可能性がある場合には、立体障害が問題になる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、ゲル化速度を現実的に減少させる3つの制約すべてに対処した多求核性-多求電子性前駆体のその場でのゲル化を含んで生体材料を完全に硬化させる重縮合重合反応から生産される、生体適合性を有した架橋された生体材料が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、ゲル化速度を現実的に制限する上記の粘度、拡散、立体障害という制約に対処してヒドロゲル材料を完全に硬化させる材料及び方法に関する。本発明の材料は、ヒドロゲル材料の迅速なゲル化と完全なる硬化を可能にする架橋化合物を用いて、多求核性-多求電子性前駆体を含む重縮合重合反応を経由して生産される。架橋化合物は環式構造を持ち、水溶性である。したがって、本発明のヒドロゲル材料は、水溶性環式架橋剤で架橋された水溶性ポリマーを形成するために、多求核性-多求電子性前駆体の重縮合重合反応を経由して生産される。本発明のヒドロゲル材料は、その場で形成することができる。
【００１６】
本発明の環式架橋剤は、コア環構造と、そのコア環構造に直接または間接に結合した2種類以上の反応種とを有する有機化合物である。本発明では、環式架橋剤は水溶性である。本発明の環式架橋剤により、ヒドロゲル材料の迅速なゲル化と完全なる硬化が可能になる。
【００１７】
本発明の一実施態様は、水溶性架橋剤で架橋された少なくとも1つの水溶性ポリマーを含むヒドロゲル材料に関し、その架橋剤が、1つのコア環構造と、そのコア環構造に結合した2つ以上の連結基と、その各々の連結基に結合した1つ以上の官能基とを有する有機分子である、ヒドロゲル材料に関する。水溶性ポリマーは、合成することができる。
【００１８】
本発明の別の一実施態様はヒドロゲル材料の生産方法に関するものであり、この方法は、少なくとも1つの水溶性ポリマーを提供する工程、約１００００（ダルトン）未満の分子量を有する有機分子の形状で架橋剤を提供する工程及び、該架橋剤と、該少なくとも一つの水溶性合成ポリマーとを混合する工程を含み、該有機分子が、一つのコア環式構造と、該コア環式構造に結合された二つ以上の連結基と、該各々の連結基に結合された一つ以上の官能基とを有する、方法に関する。架橋化合物の別の群は、分子量が約7,500（ダルトン）未満である。架橋化合物のさらに別の群は、分子量が約6,000（ダルトン）未満である。架橋化合物のさらに別の群は、分子量が約5,000（ダルトン）未満である。水溶性ポリマーは、合成することができる。本発明のさらに別の一実施態様は、それらの方法で生産されたヒドロゲルに関する。
【００１９】
本発明のさらに別の一実施態様は、水溶性環式架橋剤で架橋された水溶性ポリマーを形成するために多求核性-多求電子性前駆体の重縮合重合を経由して生産されるヒドロゲル材料に関し、その架橋剤が、１００００（ダルトン）未満の分子量と、一つのコア環式構造と、そのコア環式構造に結合された二つ以上の連結基と、該各々の連結基に結合された一つ以上の官能基とを有する有機分子である、ヒドロゲル材料に関する。架橋化合物の別の群は、分子量が約7,500（ダルトン）未満である。架橋化合物のさらに別の群は、分子量が約6,000（ダルトン）未満である。架橋化合物のさらに別の群は、分子量が約5,000（ダルトン）未満である。水溶性ポリマーは、合成することができる。
【００２０】
本発明の材料は所定の特性（例えば圧縮強度、接着力、ゲル化時間など）を持つようにできる。本発明には様々な用途があり、例えば接着剤、密封材、止血剤、塞栓剤、組織増大剤、接着障壁、医療装置の被覆面、外科手術具、薬運搬用マトリックスなどが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】1つの架橋分子の概略図であり、この架橋分子は、1つのコア環式構造と、そのコア環式構造に結合した2つの連結基“z”と、各々の連結基に結合した1つの官能基“x”を含み、“z”には、連結基として、単純な共有結合または更に複雑な基が含まれる。
【図１Ｂ】1つの架橋分子の概略図であり、この架橋分子は、1つのコア環式構造と、そのコア環式構造に直接結合した3つの連結基“z”と、各々の連結基に直接結合した1つの官能基“x”を含む。
【図１Ｃ】1つの架橋分子の概略図であり、この架橋分子は、1つのコア環式構造と、そのコア環式構造に直接結合した2つの連結基“z”と、一方の連結基に直接結合した1つの官能基“x”と、他方の連結基に直接結合した2つの官能基“x”を含む。
【図１Ｄ】本発明の環式架橋剤を含まない分子の概略図であり、ここでは1つの連結基“z”がコア環式構造に直接結合し、2つの官能基“x”がその連結基に直接結合している。
【図１Ｅ】好ましい1つの環式架橋剤の図であり、この環式架橋剤は、1つのコア環式構造と、そのコア環式構造に結合した4つの連結基と、その連結基に直接結合した5つの官能基を有する。連結基は、複雑な化学的部分である。この図に示した化合物はコリスチンと呼ばれる。
【図１Ｆ】好ましい1つの環式架橋剤の図であり、この環式架橋剤は、1つのコア環式構造と、そのコア環式構造に結合した4つの連結基と、その連結基に直接結合した6つの官能基を有する。この実施態様では、連結基のうちの2つは単純な共有結合を含んでおり、別の2つは複雑な化学的部分を含む。この図に示した化合物はネオマイシンと呼ばれる。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、環式架橋化合物を用いて多求核性-多求電子性前駆体の重縮合重合を経由して生産されたヒドロゲル材料に関する。架橋化合物（すなわち架橋剤）は分子量が約10,000（ダルトン）未満のものが可能であり、約7,500（ダルトン）未満が好ましく、約6,000（ダルトン）未満がより好ましく、約5,000未満が最も好ましい。架橋化合物は、分子量に関係なく、比較的小さな流体力学的半径を持たねばならない。架橋化合物は、最大で1個のコア環式構造を有する。コア環式構造は、そのコア環式構造に結合した少なくとも2つの連結基と、各々の連結基に結合した少なくとも1つの官能基を有する。
【００２３】
本発明は、多求核性-多求電子性前駆体の重縮合重合を経由した生体適合性生体材料のゲル化と硬化に関して上記で説明した3つの制約すべてを解決する。本発明では少なくとも1つのタイプの環式化合物を架橋剤として用いる。本発明の環式化合物は、反応種が直接または間接に結合した1つのコア環構造を有する。どれか1つの理論によるわけではないが、環構造は、直線構造または枝分かれ構造（例えば櫛形構造、星形構造、“Y”字形構造、“T”字形構造）と比べて架橋分子の流体力学的半径を小さくするため、より分子量の大きな環式前駆体は、分子量がより小さな直線状分子、または枝分かれ分子、または“星形”分子よりも拡散が増え、粘度が小さくなると考えられている。コア環構造は、そのコア環構造の反応種を露出させることによって立体障害を少なくしているため、反応種はもはや互いに近接しておらず、架橋分子の内部に折り重なること、または“埋まる”ことができないとも考えられている。
【００２４】
“その場でのゲル化”という用語は、生体材料の前駆体材料を液体状態で標的部位に輸送し、その標的部位において環式構造を持つ架橋化合物の助けを借りてその前駆体材料を液体状態からゲル化した状態へと変化させるプロセスを意味する。その場でのゲル化により、ヒドロゲルをベースとした架橋された三次元生体材料が得られる。この生体材料には様々な用途がある。
【００２５】
“環式”という用語は、環構造を持つ有機分子を意味する。本発明では、多くとも1個の中央環構造（この明細書では“コア環構造”と呼ぶ）を有する環式架橋剤を用いる。コア環構造は、少なくとも5個の原子を環の骨格中に有する。コア環構造を有する化合物の例として、環式アルカン、環式芳香族化合物、単糖、グリコシド、アミノグリコシド、グリコシルアミン、環式ポリペプチドなどや、これらの組み合わせがある。
【００２６】
“連結基”という用語は、1つの官能基をコア環構造に直接結合させる単純な化学結合を意味する。あるいは“連結基”という用語は、その官能基をコア環構造に間接的に結合させる複雑な化学的部分を意味する。連結基には、直線構造、枝分かれ構造、環構造、脂環式構造、芳香族環構造を持つ複雑な化学的部分が含まれる。連結基は、コア環構造に直接に共有結合される。連結基の例として、直線構造（例えばアルカン、カルボニル、エーテル、アミド、エステル、カーボネート、ウレタン）、枝分かれ構造、環構造（例えば環式アルカン、環式芳香族化合物、単糖、グリコシド、アミノグリコシド、グリコシルアミン、環式ポリペプチド、脂環式構造、芳香族環構造）がある。
【００２７】
“官能基”という用語は、重縮合重合反応に関与できる反応性化学種を意味する。官能基は、連結基に直接または間接に結合される。それぞれの前駆体は水溶性であり、しかも2つ以上の求電子性官能基または求核性官能基を有する多機能性であるため、1つの前駆体上の1つの求核性官能基が別の前駆体上の1つの求電子性官能基と反応して共有結合を形成できる。それぞれの前駆体は、求核性官能基だけ、または求電子性官能基だけを含むことが好ましい。したがって例えば環式架橋化合物（すなわち架橋剤）が求核性官能基（例えばアミン）を有する場合には、水溶性ポリマーは求電子性官能基（例えばN-ヒドロキシスクシンイミド）を持つことができる。それに対して環式架橋剤が求電子性官能基（例えばN-ヒドロキシスクシンイミド）を有する場合には、機能性ポリマーは求核性官能基（例えばアミン）を持つことができる。いくつかの官能基（例えばアルコールやカルボン酸）は、通常は生理学的条件下では他の官能基と反応しない。しかしそのような官能基は、従来からよく知られた方法（例えばN-ヒドロキシスクシンイミドやジ(N-スクシンイミジル)カーボネートなどの活性化基）を利用してより大きな反応性を持つようにできる。官能基の例として、求核基では例えばアミン、アルコール、アルコキシド、チオール、グアニジン；求電子基では例えばエステル、スクシンイミジルエステル、イソチアン酸アルキル、芳香族イソシアネート、アルデヒド、カーボネート、炭酸スクシンイミジル、カルバミン酸スクシンイミジル、エポキシド、カルボジイミドがある。アミンが好ましい求核基である。スクシンイミジルエステルと炭酸スクシンイミジルが好ましい求電子基である。
【００２８】
好ましい水溶性ポリマーとしてポリエーテルがあり、その例として、ポリエチレングリコール（“PEG”）、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンオキシド−コ−ポリプロピレンオキシド、コ-ポリエチレンオキシドブロック又はランダムコポリマー、ポリビニルアルコール、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリ(アミノ酸)、デキストラン、ヘパリン、多糖などのポリアルキレンオキシドが挙げられる。ポリエーテル、より詳細にはPEGが好ましい。
【００２９】
連結基、官能基、環式コア構造のいずれかを有する環式架橋剤と水溶性ポリマーは生物分解性である可能性がある。そのような材料を用いて生物分解性または生体吸収性のある架橋された生体適合性生体材料を形成することができる。生物分解性のある基は、得られる生物分解性で生体適合性のある架橋された生体材料が望む時間内に分解または吸収されるように選択することができる。生物分解性結合は、生理学的条件下で分解して非毒性産物になるように選択することが好ましい。生物分解性の基は、化学的に、または酵素を用いて、加水分解または吸収が可能になるようにできる。化学的加水分解が可能な生物分解性の基として、グリコシド、ラクチド、カプロラクトン、ジオキサノン、炭酸トリメチレン、コハク酸塩、グルタル酸塩などからなるポリマー、コポリマー、オリゴマーがある。酵素による加水分解が可能な生物分解性の基として、ペプチド結合とサッカリド結合がある。別の生物分解性の基として、ポリヒドロキシ酸、ポリオルト炭酸塩、ポリ無水物、ポリラクトン、ポリアミノ酸、ポリ炭酸塩、ポリリン酸塩からなるポリマーとコポリマーがある。
【００３０】
多求核性-多求電子性前駆体の重縮合重合を経由した生体適合性生体材料のその場でのゲル化は、水溶液の中で生理学的条件下にて起こることが好ましい。架橋反応は重合で熱を放出しないことが好ましい。架橋の反応条件は官能基の性質に依存する。好ましい反応は、pH5〜pH12の緩衝化水溶液の中で実施される。好ましい緩衝液は、ホウ酸ナトリウム緩衝液（pH10〜11）とリン酸ナトリウム緩衝液（pH4〜5）である。反応速度を調節するため、または得られる組成物の粘度を調節するため、有機溶媒（例えばエタノール、メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド）を添加してもよい。
【００３１】
すでに述べたように、本発明で用いる環式架橋剤は、分子量が約10,000（ダルトン）未満である。分子量は、約7,500（ダルトン）未満であることが好ましく、約6,000（ダルトン）未満であることがより好ましく、約5,000（ダルトン）未満であることが最も好ましい。
【００３２】
図1-Aを参照すると、環式架橋剤は、多くとも1個のコア環式構造（10）を含んでいて、少なくとも2個の連結基（“z”）がそのコア環式構造（10）に直接結合し、少なくとも1個の官能基（“x”）が各々の連結基（“z”）に直接または間接に結合していることがわかる。ただし“z”は、連結基として、単純な共有結合またはより複雑な基を含む。
【００３３】
図1-Bを参照すると、3つの連結基“z”が結合したコア環式構造（10）が示されている。各々の連結基“z”は、1つの官能基“x”を含む。連結基“z”は、単純な共有結合またはより複雑な基である。
【００３４】
図1-Cを参照すると、2つの連結基“z”が結合したコア環式構造（10）が示されている。一方の連結基“z”は、1つの官能基“x”を含む。他方の連結基“z”は、2つの官能基“x”を含む。連結基“z”は、単純な共有結合またはより複雑な基である。
【００３５】
好ましい架橋剤は、アミノグリコシドと環式ポリペプチドである。アミノグリコシドは多くとも1つのコア環式グリコシド構造を含んでおり、単純な共有結合と中間グリコシド構造を通じて多数のアミノ基がそのコア環式構造に結合している。アミノグリコシドの例として、ネオマイシン、アミカシン、アプラマイシン、アルベカシン、ブトリロシン、ジベカシン、ゲンタマイシン、カナマイシン、パロモマイシン、トブラマイシン、ホルチマイシン、イセプラマイシン、ミクロノマイシン、ネアミン、リボスタマイシン、シソマイシンなどがある。ネオマイシンが特に好ましい。
【００３６】
環式ポリペプチドは、ポリアミノ酸からなる骨格を持つことができる。その骨格はループになって戻り、多くとも1つのコア環式構造を形成する。ポリカチオン性環式ポリペプチドは、連結基（例えば単純な共有結合、リシン残基、オルニチン残基、ジアミノブタン、ジアミノブチル酸、アミノブチルなど）を通じてコア環式構造に結合する官能基（例えばアミン）を有する。環式ポリペプチドの例として、コリスチン、ポリミクシン、ポリミクシンBノナペプチド、環式ポリリシン、バシトラシン、ダプトマイシン、オクトレオチド、ニシンなどがある。コリスチンが特に好ましい。
【００３７】
他の環式架橋剤として、ポリカチオン性染料（例えばビスマルク・ブラウン）、ポリ両性イオン性染料（例えばコンゴ・レッド）、大環状化合物（例えばアミノシクロデキストラン）、芳香族ポリアミン（例えばメラミン）がある。
【００３８】
図1-Eを参照すると、図示されている構造は、環式ポリペプチド分子を有する好ましい環式架橋剤である。このコリスチンは、1つのコア環式構造（50）と、ジアミノブチル酸アルキルトレオニル部分を有する結合した尾部（56）と、コア環式構造（50）に結合した5つのアミン官能基（51、52、53、54、55）を有する。アミン官能基51、52、53は、ブチリル部分（57、58、59）を有する3つの別々の連結基を介してコア環式構造50に結合している。アミン官能基54、55は、尾部56を含む連結基を介してコア環式構造50に結合している。
【００３９】
図1-Fを参照すると、図示されている構造は、環式アミノグリコシド分子を含む好ましい環式架橋剤である。このネオマイシンは多数の環構造を含んでおり、1つの6炭素環構造が、コア環式構造（60）を含む。合計で6個のアミン官能基がコア環式構造（60）に結合している。アミン官能基61、62は、単純な共有結合を介してコア環式構造60に結合している。アミン官能基63、64は、グルコピラノシル部分（67）を有する連結基を介してコア環式構造60に結合している。アミン官能基65、66は、ネオビオサミン部分（68）を有する連結基を介してコア環式構造60に結合している。
【００４０】
上に説明した生体適合性のある架橋された生体材料とその前駆体は様々な用途で用いることができる。例えば塞栓剤の成分として用いられて様々な医療方法（例えば子宮類線維腫の治療、動静脈の奇形と瘻の治療、動脈瘤嚢の内部漏洩の充填と封鎖、チューブ状血管の閉塞、穿刺の封鎖）において血流を減らす。生体適合性のある架橋された生体材料は、止血剤と密封材に加え、臓器の被覆、埋め込み可能な製品の形成、薬の運搬に使用できる。
【００４１】
多くの用途において、本発明による生体適合性のある架橋された生体材料は、埋め込み部位において直接硬化またはゲル化される。その場でゲル化する材料は、ゲル化する前で運搬部位に輸送されている間は液体状態である。運搬部位において諸成分が直接硬化またはゲル化されて架橋された三次元材料となる。その場でのゲル化を実施するために他の接着システムまたは密封システムに関して開発された様々な方法と装置を本発明による生体適合性のある架橋された生体材料で使用することができる。市販されているそのような装置として、Duploject（登録商標）付着システム（バクスター社）、Duoflo（登録商標）手動式スプレーセット（バクスター社）、Duplocath（登録商標）付着カテーテル（バクスター社）がある。一実施態様では、調製したばかりの環式架橋剤の水溶液（例えば5つのアミンを有する多求核性環式ポリペプチドである硫酸コリスチンを含むpH10のホウ酸ナトリウム緩衝溶液）と機能性水溶性ポリマーの水溶液（例えば末端にスクシンイミジルエステルを有するPEGを含むpH5のリン酸ナトリウム緩衝溶液）を筒が2つある注射器（それぞれの溶液に1つの注射器）を用いて組織に付着させて混合する。これら2つの溶液は、同時に付着させても順番に付着させてもよい。別の一実施態様では、調製したばかりの環式架橋剤の水溶液（例えば5つのアミンを有する多求核性環式ポリペプチドである硫酸コリスチンを含むpH10のホウ酸ナトリウム緩衝溶液）と機能性水溶性ポリマーの水溶液（例えば末端にスクシンイミジルエステルを有するPEGを含むpH5のリン酸ナトリウム緩衝溶液）をルーメンが2つあるカテーテル（それぞれの溶液に1つのルーメン）を用いて組織に付着させて混合する。これら2つの溶液は、同時に付着させても順番に付着させてもよい。
【００４２】
本発明による生体適合性のある架橋された生体材料は、繊維、メッシュ、フェルトなどで補強することができる。あるいは本発明による生体適合性のある架橋された生体材料を用いて多孔性材料（例えば多孔性延伸PTFEや多孔性PGA/TMC材料）の空孔を満たすことができる。このような複合材料は、可撓性、強度、引き裂きに対する抵抗力などの機械的特性が改善されている。好ましい一実施態様では、前駆体の水溶液を適切な緩衝液と混合し、アメリカ合衆国特許出願公開2007/0027550 A1（その内容は参考としてこの明細書に組み込まれているものとする）に従って生産した多孔性生体材料（例えばPGA/TMCメッシュ材料）に付着させる。前駆体は、液体状態の間に膜の内部に流入し、その後架橋反応させると複合ヒドロゲルが生成する。
【００４３】
本発明による生体適合性のある架橋された生体材料は、薬を局在させる療法で使用できる。生物活性のある薬剤または他の医薬化合物をヒドロゲル材料に付加してそのヒドロゲル材料から供給することができる。このような薬剤や化合物として、ペプチド、タンパク質、グリコサミノグリカン、炭水化物、核酸、酵素、抗生物質、抗新生物剤、局所麻酔剤、ホルモン、血管新生剤、抗血管新生剤、増殖因子、抗体、神経伝達物質、精神活性薬、抗がん薬、化学療法薬、再生臓器に影響を与える薬、遺伝子、オリゴヌクレオチドなどがある。
【００４４】
生物活性のある化合物を前駆体と混合した後、生体適合性のある架橋された生体材料をその場でゲル化させる。ゲル化すると、生物活性のある物質が内部に捕獲された状態の架橋された生体材料が生成する。生物活性な化合物を捕獲、封止、運搬しやすくするため、添加剤（例えば乳化剤、混和剤、生体適合性のある洗浄剤、マイクロスフェア、微粒子、生物分解性マイクロスフェア、生物分解性微粒子、分子篩、ロタキサン、ポリロタキサンなど）も前駆体と混合できる。環式架橋剤と水溶性ポリマーの重縮合重合により、活性剤を放出させるためのデポーとして機能する架橋されたヒドロゲル材料が形成される。場合によっては、従来法を利用して生物活性剤を生体適合性のある架橋された生体材料と共有結合させてもよい。共有結合の性質により、架橋された生体材料から放出される生物活性剤の速度を制御することができる。加水分解時間に幅のある結合から作った複合体を用いることにより、制御された放出プロファイルにして時間を著しく長くすることができる。
【００４５】
薬を運搬するこのような方法は、活性剤の全身投与と局所投与の両方で利用される。本発明の材料を薬の運搬に利用するには、患者に導入する水溶性ポリマーと環式架橋剤と生物活性剤の量を、治療する個々の疾患に合わせて調節する必要がある。適切な任意の方法（例えば注射器、カニューレ、トロカール、カテーテルなど）で投与することができる。
【実施例１】
【００４６】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールコハク酸スクシンイミジル（分子量2000；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして0.2g/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。5つのアミンを有する多求核性環式ポリペプチドであるポリミクシンBノナペプチド（シグマ社）をホウ酸ナトリウム緩衝溶液（pH9.5）に溶かして37mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この混合物は、30秒以内にヒドロゲルを形成した（30秒間で硬化）。
【実施例２】
【００４７】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールグルタル酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして0.4g/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。5つのアミンを有する多求核性環式ポリペプチドである硫酸コリスチン（シグマ社）をホウ酸ナトリウム緩衝溶液（pH9.5）に溶かして79mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この混合物は、3秒以内にヒドロゲルを形成した（3秒間で硬化）。
【実施例３】
【００４８】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールグルタル酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして0.3g/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。5つのアミンを有する多求核性環式ポリペプチドである硫酸コリスチン（シグマ社）をホウ酸ナトリウム緩衝溶液（pH9.5）に溶かして58mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この混合物は、1秒以内にヒドロゲルを形成した（1秒間で硬化）。
【実施例４】
【００４９】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールコハク酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして0.4g/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。5つのアミンを有する多求核性環式ポリペプチドである硫酸コリスチン（シグマ社）をホウ酸ナトリウム緩衝溶液（pH9.5）に溶かして79mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この混合物は、2秒以内にヒドロゲルを形成した（2秒間で硬化）。
【実施例５】
【００５０】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。151.5gのポリエチレングリコール（分子量1450、カーボワックス・セントリー、ダウ・ケミカル社）を50.5gのジイソシアン酸メチレンジフェニル（ルビネート44、ハンツマン社）と2時間にわたって90℃で反応させることにより、2つのイソシアネートを有する多求電子性PEGを調製した。得られた生成物はPEGジイソシアネートであった。
【実施例６】
【００５１】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。実施例5のPEGジイソシアネートをDMSOに溶かして0.2g/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。5つのアミンを有する多求核性環式ポリペプチドである硫酸コリスチン（シグマ社）をホウ酸ナトリウム緩衝溶液（pH9.5）に溶かして66mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この混合物は、11秒以内にヒドロゲルを形成し（11秒間で硬化）、泡の生成は非常に少なかった。これは、架橋中にイソシアネート官能基の加水分解が非常に少なかったことを示している。
【実施例７】
【００５２】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。実施例5のPEGジイソシアネートをDMSOに溶かして0.2g/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。5つのアミンを有する多求核性環式ポリペプチドである硫酸コリスチン（シグマ社）をホウ酸ナトリウム緩衝溶液（pH9.5）に溶かして150mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：2にした。この混合物は、1秒以内にヒドロゲルを形成し（1秒間で硬化）、泡は生じなかった。これは、架橋中にイソシアネート官能基の加水分解が非常に少なかったことを示している。
【実施例８】
【００５３】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。トルエンを還流させている中で97.8gの3アームのポリエチレングリコール（分子量3500、ポリG 83-48、アーチ・ケミカルズ社）を8.4gの無水コハク酸（シグマ社）と24時間にわたって反応させることにより、3つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGを調製した。得られた生成物であるPEGトリスクシネートを、エーテル／トルエンで複数回沈殿させ、ロータリーエバポレータで乾燥させることによって回収した。次に、酢酸エチルの中で77.8gのPEGトリスクシネートを7.1gのN-ヒドロキシスクシンイミド（ピアス社）および13.8mlのジシクロヘキシルカルボジイミド（ピアス社）と0℃にて3時間にわたって反応させ、次いで室温にてさらに15分間反応させた。濾過によって副生成物の尿素を除去し、得られた生成物であるPEGトリコハク酸トリスクシンイミジルをエーテル／トルエンで複数回沈殿させ、ロータリーエバポレータで乾燥させることによって取得した。
【実施例９】
【００５４】
実施例8のPEGトリコハク酸トリスクシンイミジルをリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.5g/mlにした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。5つのアミンを有する多求核性環式ポリペプチドである硫酸コリスチン（シグマ社）をホウ酸ナトリウム緩衝溶液（pH9.5）に溶かして84mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この混合物は、2秒以内にヒドロゲルを形成した（2秒間で硬化）。
【実施例１０】
【００５５】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールグルタル酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。6つのアミンを有する多求核性環式アミノグリコシドである硫酸ネオマイシンUSP（スペクトラム・ケミカル社）をホウ酸ナトリウム緩衝溶液（pH11.0）に溶かして34mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この混合物は、8秒以内にヒドロゲルを形成した（8秒間で硬化）。
【実施例１１】
【００５６】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールグルタル酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。5つのアミンを有する多求核性環式アミノグリコシドである硫酸パロモマイシンUSP（スペクトラム・ケミカル社）をホウ酸ナトリウム緩衝溶液（pH11.0）に溶かして31mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この混合物は、30秒以内にヒドロゲルを形成した（30秒間で硬化）。
【実施例１２】
【００５７】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールグルタル酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。4つのアミンを有する多求核性環式アミノグリコシドである硫酸アミカシンUSP（スペクトラム・ケミカル社）をホウ酸ナトリウム緩衝溶液（pH11.0）に溶かして43mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この混合物は、45秒以内にヒドロゲルを形成した（45秒間で硬化）。
【実施例１３】
【００５８】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールコハク酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.38g/mlにした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。6つのアミンを有する多求核性環式アミノグリコシドである硫酸ネオマイシンUSP（スペクトラム・ケミカル社）をホウ酸ナトリウム緩衝溶液（pH11.0）に溶かして50mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この混合物は、7秒以内にヒドロゲルを形成した（7秒間で硬化）。
【実施例１４】
【００５９】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールグルタル酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。6つのアミンを有する多求核性環式アミノグリコシドである硫酸ネオマイシンUSP（スペクトラム・ケミカル社）をホウ酸ナトリウム緩衝溶液（pH9.5）に溶かして34mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この混合物は、50秒以内にヒドロゲルを形成した（50秒間で硬化）。
【実施例１５】
【００６０】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。6つのエポキシドを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールヘキサエポキシド（分子量10,000；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。6つのアミンを有する多求核性環式アミノグリコシドである硫酸ネオマイシンUSP（スペクトラム・ケミカル社）をホウ酸ナトリウム緩衝溶液（pH11.0）に溶かして35mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この混合物は、2時間以内にヒドロゲルを形成した。
【実施例１６】
【００６１】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールグルタル酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。5つのアミンを有する多求核性環式ポリペプチドである硫酸コリスチン（シグマ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして63mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この混合物のpHが低いため、多求電子基と多求核基の間に反応が起こるのは見られず、5時間以内にヒドロゲルは形成されなかった。
【実施例１７】
【００６２】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。調製したばかりの実施例16からの混合物100μlを、磁性混合棒を有する試験管に添加した。この混合物を室温にて0時間、1時間、2時間、4時間にわたってインキュベートした。指定された時間が経過したとき、様々なpHのホウ酸ナトリウム緩衝液100μlを試験管に添加して混合した。この混合物は、以下の表1に示したようにゲルを形成した。
【００６３】
【表１】
2010528125.tif 000003
【実施例１８】
【００６４】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールコハク酸スクシンイミジル（分子量2000；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。5つのアミンを有する多求核性環式ポリペプチドである硫酸コリスチン（シグマ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして109mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。様々なpHのホウ酸ナトリウム緩衝液100μlを試験管に添加して混合した。この混合物は、以下の表2に示したようにゲルを形成した。
【００６５】
【表２】
2010528125.tif 000004
【実施例１９】
【００６６】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。30.5mlのテトラヒドロフランの中で8.9gのポリエチレングリコール-ビス(3-アミノプロピル)（分子量1535；シグマ社）を1.12gの無水コハク酸（シグマ社）と窒素雰囲気下で室温にて17時間にわたって反応させることにより、2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールスクシンイミジルスクシンアミドを調製した。溶媒をロータリーエバポレータで除去し、トルエン／冷たいヘキサンを用いた複数回の溶媒／非溶媒沈殿によって生成物であるPEGジスクシンアミドを回収した。アミドの形成はFTIRで確認した。
【００６７】
6.8gのPEG-ジスクシンアミドを35mlの無水ジメチルホルムアミド（フィッシャー社）に溶かした後、1.0gのN-ヒドロキシスクシンイミド（ピアス社）を添加した。0℃に冷却した後、窒素雰囲気下で撹拌しながら、3mlの無水ジメチルホルムアミドに溶かした1.78gのジシクロヘキシカルボジイミド（ピアス社）を一滴ずつ添加した。この反応物を6時間にわたって0℃に維持した後、さらに17時間にわたって25℃にした。溶液を濾過して副生成物である尿素を除去し、トルエン／冷たいヘキサンを用いた複数回の溶媒／非溶媒沈殿によって生成物であるPEGスクシンイミジルスクシンアミドを回収した。溶媒をロータリーエバポレータで除去した。
【実施例２０】
【００６８】
実施例19で形成されたポリエチレングリコールスクシンイミジルスクシンアミド（分子量1809）をリン酸緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。5つのアミンを有する多求核性環式ポリペプチドである硫酸コリスチンUSP（スペクトラム・ケミカル社）をホウ酸ナトリウム緩衝溶液（pH11.0）に溶かして34mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この混合物は、1分以内にヒドロゲルを形成するのが見られた（1分間で硬化）。
【実施例２１】
【００６９】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールグルタル酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。6つのアミンを有する多求核性環式アミノグリコシドである硫酸ネオマイシン（シグマ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして34mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。様々なpHのホウ酸ナトリウム緩衝液100μlを試験管に添加して混合した。この混合物は、以下の表3に示したようにゲルを形成した。
【００７０】
【表３】
2010528125.tif 000005
【実施例２２】
【００７１】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールコハク酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。6つのアミンを有する多求核性環式アミノグリコシドである硫酸ネオマイシン（シグマ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして36mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。様々なpHのホウ酸ナトリウム緩衝液100μlを試験管に添加して混合した。この混合物は、以下の表4に示したようにゲルを形成した。
【００７２】
【表４】
2010528125.tif 000006
【実施例２３】
【００７３】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールグルタル酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした。この溶液100μlを試験管の底部に入れ、磁性混合棒を用いて撹拌した。5つのアミンを有する多求核性環式ポリペプチドであるポリミクシンBノナペプチド（シグマ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして77mg/mlの濃度にした。この溶液100μlを試験管に添加し、磁性混合棒を用いて撹拌することにより、求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。様々なpHのホウ酸ナトリウム緩衝液100μlを試験管に添加して混合した。この混合物は、以下の表5に示したようにゲルを形成した。
【００７４】
【表５】
2010528125.tif 000007
【実施例２４】
【００７５】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールコハク酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした。この溶液1mlに36mgの硫酸ネオマイシン（スペクトラム社）を添加して求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この溶液を3ccの第1の注射器（バクスター社）に装填した。ホウ酸ナトリウム緩衝液（pH11.0）を3ccの第2の注射器（バクスター社）に装填した。これら2つの注射器を組み合わせて二重注射器スプレイヤー（Duproject、バクスター社）の中に入れ、23mm×1.5mmの混合針（ベクトン・ディクソン社）を取り付けた。注射器の内容物を放射させると、針の先端からゲル化したビーズが押し出された。
【実施例２５】
【００７６】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールコハク酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした。この溶液1mlに66mgの硫酸コリスチン（シグマ社）を添加して求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この溶液を3ccの第1の注射器（バクスター社）に装填した。ホウ酸ナトリウム緩衝液（pH9.5）を3ccの第2の注射器（バクスター社）に装填した。これら2つの注射器を組み合わせて二重注射器スプレイヤー（Duproject、バクスター社）の中に入れ、23mm×1.5mmの混合針（ベクトン・ディクソン社）を取り付けた。注射器の内容物を放射させると、針の先端からゲル化したビーズが押し出された。
【実施例２６】
【００７７】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つの炭酸スクシンイミジルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコール炭酸スクシンイミジル（分子量3400；レイサン社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした後、2ccのミニ二重注射器（プラス-パク・インダストリーズ社）に半分まで装填した。硫酸ネオマイシンUSP（スペクトラム社）をホウ酸ナトリウム緩衝液（pH11.0）に溶かして45mg/mlにした後、そのミニ二重注射器の残る半分に装填した。マイクロ・スタティック・ミキサー（プラス-パク・インダストリーズ社）を二重注射器に取り付けた。注射器に圧力を加えると粘性混合物がスタティック・ミキサーの先端から押し出された。この粘性混合物をプラスチック製ペトリ皿に向けてその表面に付着させると、4秒以内にヒドロゲルが形成された（4秒間で硬化）。
【実施例２７】
【００７８】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つの炭酸スクシンイミジルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコール炭酸スクシンイミジル（分子量3400；レイサン社）1.44gを3mlのリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かした。撹拌しながら99mgの硫酸ネオマイシンUSP（スペクトラム社）を添加した。この混合物を3ccの第1の注射器（バクスター社）に入れ、外径0.019インチのマイクロカテーテル（ハイドロリンク・デタッチ、マイクロヴェンション社）のハブに接続した。ホウ酸ナトリウム（pH10.5）の溶液を3ccの第2の注射器に入れ、内径0.027インチのマイクロカテーテル（レインゲイド、ボストン・サイエンティフィック社）のハブに接続した。0.019インチのマイクロカテーテルを0.027インチのマイクロカテーテル中に挿入し、外側のチューブが内側のチューブよりも1mm突起した二重ルーメン同軸マイクロカテーテルにした。注射器を注射器用ポンプ（メディフュージョン；ハーバード・アパレイタス社）に接続しで333μl/分で射出されるようにプログラムした。二重ルーメン同軸マイクロカテーテルの先端から粘性混合物を押し出した。この粘性混合物をプラスチック製ペトリ皿に向けてその表面に付着させると、10秒以内にヒドロゲルが形成された（10秒間で硬化）。
【実施例２８】
【００７９】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールコハク酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした。この溶液1mlに36mgの硫酸ネオマイシンUSP（スペクトラム社）を添加して求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この溶液を3ccの第1の注射器（バクスター社）に装填した。ホウ酸ナトリウム緩衝液（pH11.0）を3ccの第2の注射器（バクスター社）に装填した。これら2つの注射器を組み合わせて二重注射器スプレイヤー（Duproject、バクスター社）の中に入れ、混合ノズル兼噴霧器の先端（Duoflo、バクスター社）を取り付けた。注射器に圧力を加えると、噴霧器の先端から細かい霧状のスプレーが押し出された。このスプレーをガラス製ペトリ皿に向けその表面に付着させると薄い膜が形成され、10秒以内にゲル化した（10秒間でのゲル化）。
【実施例２９】
【００８０】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールグルタル酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした。この溶液1mlに60mgの硫酸コリスチン（シグマ社）を添加して求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この溶液を3ccの第1の注射器（バクスター社）に装填した。ホウ酸ナトリウム緩衝液（pH10.0）を3ccの第2の注射器（バクスター社）に装填した。これら2つの注射器を組み合わせて二重注射器スプレイヤー（Duproject、バクスター社）の中に入れ、混合ノズル兼噴霧器の先端（Duoflo、バクスター社）を取り付けた。注射器に圧力を加えると、噴霧器の先端から細かい霧状のスプレーが押し出された。このスプレーをガラス製ペトリ皿に向けその表面に付着させると薄い膜が形成され、3秒以内にゲル化した（3秒間でのゲル化）。
【実施例３０】
【００８１】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つのスクシンイミジルエステルを有する多求電子性PEGであるポリエチレングリコールコハク酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした。この溶液1mlに36mgの硫酸ネオマイシンUSP（スペクトラム社）を添加して求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この溶液を3ccの第1の注射器（バクスター社）に装填した。ホウ酸ナトリウム緩衝液（pH11.0）を3ccの第2の注射器（バクスター社）に装填した。これら2つの注射器を組み合わせて二重注射器スプレイヤー（Duproject、バクスター社）の中に入れ、混合ノズル兼噴霧器の先端（Duoflo、バクスター社）を取り付けた。注射器に圧力を加えると、噴霧器の先端から細かい霧状のスプレーが押し出された。このスプレーをガラス製ペトリ皿に向けその表面に付着させると薄い膜が形成され、10秒以内にゲル化した（10秒間でのゲル化）。
【実施例３１】
【００８２】
この実施例では、本発明による1つの材料の形成を記載する。2つの炭酸スクシンイミジルを有する分子量が3,400の多求電子性PEGであるポリエチレングリコール炭酸スクシンイミジル（レイサン社）をリン酸ナトリウム緩衝溶液（pH5.0）に溶かして濃度を0.4g/mlにした。この溶液1mlに63mgの硫酸コリスチン（シグマ社）を添加して求電子基：求核基のストイキオメトリーを1：1にした。この溶液を3ccの第1の注射器（バクスター社）に装填した。ホウ酸ナトリウム緩衝液（pH9.5）を3ccの第2の注射器（バクスター社）に装填した。これら2つの注射器を組み合わせて二重注射器スプレイヤー（Duproject、バクスター社）の中に入れ、混合ノズル兼噴霧器の先端（Duoflo、バクスター社）を取り付けた。注射器に圧力を加えると、噴霧器の先端から細かい霧状のスプレーが押し出された。このスプレーをガラス製ペトリ皿に向けその表面に付着させると薄い膜が形成され、3分以内にゲル化した（3分間でのゲル化）。
【実施例３２】
【００８３】
この実施例では、生体内での本発明による1つの材料の形成を記載する。1羽のウサギを人道的なやり方で安楽死させた。外科技術を利用して腹部正中線を開き、腹部の内臓を露出させた。肝臓の一部を露出させて隔離した。メスを用いて肝臓に（長さ約2cmの）裂傷を作った。切り込みは手作業によって傷を真似たものであるため、実施例28に従って生産したヒドロゲル材料を露出した肝臓の縁部と肝臓の表面に沿って十分にスプレーした。硬化したヒドロゲル材料は裂傷をうまく塞ぎ、肝臓の縁部が再び分離することを阻止した。
【実施例３３】
【００８４】
この実施例では、生体内での本発明による1つの材料の形成を記載する。1羽のウサギを人道的なやり方で安楽死させた。外科技術を利用して胸郭を完全に開き、1つの肺の両側を露出させた。肺の中葉の遠位端を約1cm切除した後、その肺を膨らませて最大のサイズにした。肺を膨張させた状態で、実施例28に従って生産したヒドロゲル材料を肺の欠損部に十分にスプレーした。硬化したヒドロゲル材料は肺をうまく塞ぎ、空気の漏れを阻止した。
【実施例３４】
【００８５】
この実施例では、生体内での本発明による1つの材料の形成を記載する。1羽のウサギを人道的なやり方で安楽死させた。外科技術を利用して腹部正中線を開き、腹部の内臓を露出させた。腎臓を露出させ、腎盂まで達する切り込みを入れた。切り込みは手作業によって傷を真似たものであるため、実施例28に従って生産したヒドロゲル材料を腎臓の欠損部と腎臓の表面に沿って十分にスプレーした。硬化したヒドロゲル材料は裂傷をうまく塞ぎ、腎臓の縁部が再び分離することを阻止した。
【実施例３５】
【００８６】
この実施例では、生体内での本発明による1つの材料の形成を記載する。1羽のウサギを人道的なやり方で安楽死させた。外科技術を利用して腹部正中線を開き、腹部の内臓を露出させ、胃を隔離した。ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）材料からなるメッシュをW.L.ゴア＆アソシエイツ社から入手し、実施例30に従って生産したヒドロゲル材料をそのメッシュに十分にスプレーすることにより、複合材料を形成した。この複合材料を2分間にわたって部分的に硬化させた後、胃の大きな湾曲部に付着させ、さらに2分間にわたって最終的な硬化を実施した。硬化した複合材料は胃に接着した。
【実施例３６】
【００８７】
この実施例では、生体内での本発明による1つの材料の形成を記載する。1羽のウサギを人道的なやり方で安楽死させた。外科技術を利用して腹部正中線を開き、腹部の内臓を露出させ、胃を隔離した。アメリカ合衆国特許出願公開2007/0027550（その内容は参考としてこの明細書に組み込まれているものとする）に従って生産した非常に多孔質の生体吸収性不織ウェブ材料に実施例30に従って生産したヒドロゲル材料を十分にスプレーして複合材料を形成した。2分間にわたって部分的に硬化させた後、この複合材料を胃の大きな湾曲部に付着させ、さらに2分間にわたって最終的な硬化を実施した。硬化した複合材料は胃に接着した。
【実施例３７】
【００８８】
この実施例では、生体内での本発明による1つの材料の形成を記載する。1頭の家畜のブタに麻酔をかけた。肝臓を外科的に露出させて一部を隔離した。メスを用いて肝臓に4つの大きな（長さ約4〜5cm）裂傷を作り、切断した縁部をさらに指で広げて肝臓からの出血を増やした。アメリカ合衆国特許出願公開2007/0027550（その内容は参考としてこの明細書に組み込まれているものとする）に従って生産した非常に多孔質の生体吸収性不織ウェブ材料を傷の中に詰め込んだ。次に、実施例27に従って生産したヒドロゲル材料を露出した肝臓の縁部と肝臓の表面に沿って十分にスプレーした。硬化したヒドロゲルは、非常に多孔質の生体吸収性不織ウェブ材料が傷から押し出されるのを効果的に阻止するとともに、非常に多孔質の生体吸収性不織ウェブ材料複合体は、肝臓からの出血を著しく減らした。ヘマトキシリン／エオシン染色を用いた組織学的検査により、硬化したヒドロゲルが肝臓の皮膜と表面の血液にうまく接着したことが明らかになった。
【実施例３８】
【００８９】
この実施例は、試験管内での本発明による1つの材料の形成を記載している。乳鉢と乳棒を用い、0.4gのポリエチレングリコールコハク酸スクシンイミジル（分子量3400；サンバイオ社）と、63mgの硫酸コリスチン（シグマ社）と、76mgのテトラホウ酸ナトリウム10水和物（シグマ社）を混合して細かい乾燥粉末にした。この粉末を1mlの脱イオン水で湿らせた。この粉末は、ほとんどすぐに粘性スラリーを形成し、20秒後に柔らかくてネバネバした塊を形成し（柔らかい塊になるまで20秒の時間）、90秒後に、柔軟性がなくてネバネバしていない材料となった（90秒間の硬化時間）。このヒドロゲル材料をリン酸緩衝化生理食塩水に浸すと、堅固で粘着性のあるヒドロゲルが形成された。
【実施例３９】
【００９０】
この実施例は、試験管内での本発明による1つの材料の形成を記載している。乳鉢と乳棒を用い、0.4gのポリエチレングリコール炭酸スクシンイミジル（分子量3400；レイサン社）と、63mgの硫酸コリスチン（シグマ社）と、76mgのテトラホウ酸ナトリウム10水和物（シグマ社）を混合して細かい乾燥粉末にした。この粉末を1mlの脱イオン水で湿らせた。この粉末は、3分後に粘性スラリーを形成し、6分後に柔らかくてネバネバした塊を形成し（柔らかい塊になるまで6分の時間）、9分後に、柔軟性がなくてネバネバしていない材料となった（9分間の硬化時間）。ヒドロゲル材料をリン酸緩衝化生理食塩水に浸すと、堅固で粘着性のあるヒドロゲルが形成された。
【実施例４０】
【００９１】
この実施例は、抗菌特性を持つ本発明による1つの材料の形成を記載している。実施例29に従って生産したヒドロゲル材料をポリカーボネート膜（ポレティクス、オスモニクス社）の表面に付着させた。ヒドロゲルで覆われたこの膜を緑膿菌の寒天培地の上に載せた。ヒドロゲルで覆われたこの膜は、37℃で24時間インキュベートした後に表面での細菌の増殖が非常に少なく、抑制領域が現われていた。
【図１−Ａ】
2010528125.tif 000008
【図１−Ｂ】
2010528125.tif 000009
【図１−Ｃ】
2010528125.tif 000010
【図１−Ｄ】
2010528125.tif 000011
【図１−Ｅ】
2010528125.tif 000012
【図１−Ｆ】
2010528125.tif 000013
【国際調査報告】
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