(57)【要約】  本発明は、椎間板を修復および／または増強する生体接着剤熱ゲル化ヒドロゲル組成物に関する。生体接着剤熱ゲル化ヒドロゲル組成物は、環状裂傷または亀裂を修復する役目を果たすとともに、潜在的に髄核の置換または増強をするように、周囲組織と架橋できる。生体接着剤熱ゲル化ヒドロゲル組成物は、三つの主要な成分、熱応答性ポリマー、アミン含有ポリマーおよび架橋成分を含有してもよい。すべての三成分は、成分が注入されるまでアミン含有ポリマー成分が架橋成分から分離されている限り、システムの必要性を果たすように、多くの方法で変更し、組み合わせることができる。二パート架橋熱応答性ヒドロゲルを取り入れることで、使用されるべき架橋成分の量が少なくなり、架橋ジアルデヒドをヒドロゲルと反応するであろう組織へ局所的に供給することが可能になる。これはヒドロゲルが組織に損傷を与えることを防ぐのに役立つ。
2010501318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
椎間板を修復または増強する組成物であって、前記組成物は熱応答性ポリマー成分、アミン含有ポリマー成分および架橋剤を含む組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の組成物であって、前記熱応答性ポリマー成分および前記アミン含有ポリマー成分は水溶液中で混合される組成物。
【請求項３】
請求項１に記載の組成物であって、前記熱応答性ポリマー成分および前記アミン含有ポリマー成分はコポリマーとして存在する組成物。
【請求項４】
請求項１に記載の組成物であって、前記熱応答性ポリマー成分は、前記アミン含有ポリマーの全部または一部でグラフトされる組成物。
【請求項５】
請求項１に記載の組成物であって、前記アミン含有ポリマー成分はアミノ官能性モノマーであって、前記アミノ官能性モノマーは前記熱応答性ポリマー成分に結合した組成物。
【請求項６】
請求項１に記載の組成物であって、前記熱応答性ポリマー成分はアルデヒド基を含むように反応する組成物。
【請求項７】
請求項１に記載の組成物であって、前記架橋剤は、前記椎間板中のアミン含有ポリマーと反応する組成物。
【請求項８】
請求項１に記載の組成物であって、前記アミン含有ポリマーは、前記熱応答性ポリマー、前記アミン含有ポリマーおよび前記架橋剤が前記椎間板に挿入されるまで前記架橋剤から分離されている組成物。
【請求項９】
請求項１に記載の組成物であって、前記熱応答性ポリマー成分および前記アミン含有成分はまとめて前記椎間板に挿入され、前記架橋剤は前記熱応答性ポリマー成分および前記アミン含有成分が前記椎間板に挿入された後に前記椎間板に挿入される組成物。
【請求項１０】
請求項１に記載の組成物であって、前記熱応答性ポリマー成分および前記架橋剤は前記椎間板にまとめて挿入され、前記アミン含有成分は、前記熱応答性ポリマー成分および前記架橋剤が前記椎間板に挿入された後に前記椎間板に挿入される組成物。
【請求項１１】
請求項１に記載の組成物であって、前記熱応答性ポリマー成分は、ポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミドのホモポリマー、ポリエチレングリコールとポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミドのコポリマー、ポリエチレンオキシドおよびポリプロピレンオキシドのコポリマー、ポリエチレングリコールおよびポリラクチドのコポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される組成物。
【請求項１２】
請求項１に記載の組成物であって、前記熱応答性ポリマー成分は、ＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧのコポリマーである組成物。
【請求項１３】
請求項１に記載の組成物であって、前記アミン含有ポリマー成分は、ポリエチレンイミン、ポリ（ジエチルアミノエチルメタクリレート）、ポリ（エチルアミノエチルメタクリレート）、およびそれらの混合物からなる群から選択される組成物。
【請求項１４】
請求項１に記載の組成物であって、前記アミン含有ポリマー成分は、ポリ（エチレンイミン）である組成物。
【請求項１５】
請求項１に記載の組成物であって、前記架橋剤は多官能アルデヒド分子を含有する組成物。
【請求項１６】
請求項１に記載の組成物であって、前記架橋剤はブタンジアール、１−５ペンタンジアール、および二官能性ポリエチレングリコールジアルデヒドのマクロマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される二官能性ジアルデヒドである組成物。
【請求項１７】
請求項１に記載の組成物であって、前記架橋剤はグルタルアルデヒドである組成物。
【請求項１８】
請求項１に記載の組成物であって、カルボナート基をさらに含有し、前記カルボナート基は、安定したウレタン結合の生成によって前記アミン含有ポリマー成分と反応する組成物。
【請求項１９】
椎間板を修復または増強するキットであって、前記キットは、
熱応答性ポリマーおよび第１の成分を包含した注射剤を含む第１のコンパートメントおよび
第２の成分を包含した第２のコンパートメントを含み、ここで前記第１の成分は、アミン含有ポリマーまたは二官能性ジアルデヒドの一つから選択され、前記第２の成分はアミン含有ポリマーまたは二官能性ジアルデヒドのその他の一つであるキット。
【請求項２０】
請求項１９に記載のキットであって、前記熱応答性ポリマーは、ポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミドのホモポリマー、ポリエチレングリコールとポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミドのコポリマー、ポリエチレンオキシドおよびポリプロピレンオキシドのコポリマー、ポリエチレングリコールおよびポリラクチドのコポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択されるキット。
【請求項２１】
請求項１９に記載のキットであって、前記アミン含有ポリマーはポリエチレンイミン、ポリ（ジエチルアミノエチルメタクリレート）、ポリ（エチルアミノエチルメタクリレート）、およびそれらの混合物からなる群から選択されるキット。
【請求項２２】
請求項１９に記載のキットであって、前記二官能性ジアルデヒドは、ブタンジアール、１−５ペンタンジアール、および二官能性ポリエチレングリコールジアルデヒドのマクロマー、およびそれらの混合物からなる群から選択されるキット。
【請求項２３】
椎間板を修復または増強するキットであって、前記キットは、
熱応答性ポリマーを包含した注射剤を含む第１のコンパートメントと、
アミン含有ポリマーを包含した注射剤を含む第２のコンパートメントおよび、
架橋剤を包含した注射剤を含む第３のコンパートメントとを含むキット。
【請求項２４】
請求項２３に記載のキットであって、前記熱応答性ポリマーは、ポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミドのホモポリマー、ポリエチレングリコールとポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミドのコポリマー、ポリエチレンオキシドおよびポリプロピレンオキシドのコポリマー、ポリエチレングリコールおよびポリラクチドのコポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択されるキット。
【請求項２５】
請求項２３に記載のキットであって、前記アミン含有ポリマーは、ポリエチレンイミン、ポリ（ジエチルアミノエチルメタクリレート）、ポリ（エチルアミノエチルメタクリレート）、およびそれらの混合物からなる群から選択されるキット。
【請求項２６】
請求項２３に記載のキットであって、前記二官能性ジアルデヒドは、ブタンジアール、１−５ペンタンジアール、および二官能性ポリエチレングリコールジアルデヒドのマクロマー、およびそれらの混合物からなる群から選択されるキット。
【請求項２７】
熱応答性ヒドロゲル組成物であって、ポリ（エチレンイミン）（ＰＥＩ）および熱応答性ポリマーを含有する熱応答性ヒドロゲル組成物。
【請求項２８】
請求項２７に記載の組成物であって、前記熱応答性ポリマーおよび前記ポリ（エチレンイミン）（ＰＥＩ）は水溶液中で混合される熱応答性ヒドロゲル組成物。
【請求項２９】
請求項２７に記載の組成物であって、前記熱応答性ポリマー成分および前記ポリ（エチレンイミン）（ＰＥＩ）はコポリマーとして存在する熱応答性ヒドロゲル組成物。
【請求項３０】
請求項２７に記載の組成物であって、前記ポリ（エチレンイミン）（ＰＥＩ）は、前記熱応答性ポリマー上にグラフトされる熱応答性ヒドロゲル組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、参照によって本明細書にその内容を援用する、２００６年８月２５日に申請された米国特許仮出願第６０／８４０，３８３号の利益を主張する。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、椎間板を修復または補完する装置および／または方法に関し、より詳細には生体接着剤熱ゲル化ヒドロゲルを使用して椎間板の髄核を修復または補完する装置および／または方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景技術）
ヒト椎間板は、外側または周囲腱構造および通常中心部分に位置する内部のゲル状の髄核の二つの主要な構造から構成される。核の退化は、一般に自然老化に関連しており、椎間板の劣化および機能の損失につながる。
【０００４】
椎間板のけがまたは年齢による老化によって生じる慢性腰痛は、多くの患者によって経験される病気である。現在の治療には、ベッドでの療養から、脊椎の固定および完全な椎間板の置換を含む高度に侵襲的な外科的手術までの範囲がある。
【０００５】
髄核の置換または補完は痛みを軽減し、脊椎に健康的な生理的機能を回復し、および／または環のさらなる摩耗または損傷を防ぐことができる。現在のところ、哺乳動物の選択部位へヒドロゲルを移植する最低減に侵襲的な技法はほとんどない。損傷を受けた脊椎板を全能力まで回復する生理的／機械特性を提供できる技法すら少ない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、従来のシステムおよび方法の欠点を克服する、損傷を受けた椎間板を修復する方法を提供することが望まれている。他の本発明の目的および利点は、添付の明細書および実施例から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の概要）
一般的に、組成物は、環状裂傷または亀裂を修復する役目を果たすとともに、潜在的に髄核の置換または増強をするように、周囲組織と架橋できる生体接着剤である熱応答性ヒドロゲルの使用によって損傷を受けた椎間板を修復するために提供される。生体接着剤熱ゲル化ヒドロゲル組成物は、熱応答性ポリマー成分、アミン含有ポリマー成分および架橋成分から調製されてもよい。
【０００８】
典型的な実施形態では、組成物は、熱応答性ポリマー成分、アミン含有ポリマー成分、および架橋剤を含有してもよい。組成物は、アミン含有ポリマーおよび架橋剤が、所望の位置に注入された後まで、架橋を生成するために反応しないように供給されることが好ましい。
【０００９】
好ましくは、架橋剤は、椎間板中でアミン含有ポリマーと反応する。アミン含有ポリマーは、好ましくは、熱応答性ポリマー、アミン含有ポリマーおよび架橋剤が椎間板に挿入されるまで架橋剤から分離されている。熱応答性ポリマー成分およびアミン含有成分は、椎間板にまとめて挿入されてもよく、架橋剤は、熱応答性ポリマー成分およびアミン含有成分が椎間板に挿入された後に、椎間板に挿入されてもよい。あるいは、熱応答性ポリマー成分および架橋剤は椎間板にまとめて挿入されてもよく、アミン含有成分は、熱応答性ポリマー成分および架橋剤が椎間板に挿入された後に、椎間板に挿入されてもよい。
【００１０】
熱応答性ポリマー組成物は、アミノ官能基および架橋剤でグラフトされてもよい。熱応答性ポリマー成分は、架橋を促進するためにアルデヒド基を含むように反応してもよい。熱応答性ポリマーは、ポリ（エチレンイミン）（ＰＥＩ）と結合してもよい。熱応答性ポリマーは、ＰＥＩと混合されるか、またはＰＥＩとグラフトされることができる。
【００１１】
熱応答性ポリマー成分およびアミン含有ポリマー成分は、水溶液中で混合してもよい。熱応答性ポリマー成分およびアミン含有ポリマー成分は、コポリマーとして存在してもよい。熱応答性ポリマー成分は、アミン含有ポリマーの全部または一部とグラフトされてもよい。
【００１２】
アミン含有ポリマー成分はアミノ官能性モノマーであってもよく、アミノ官能性モノマーは熱応答性ポリマー成分と結合してもよい。
【００１３】
椎間板の修復または増強キットが供給されてもよく、キットは、熱応答性ポリマーおよび第１の成分を包含した注射剤を有する第１のコンパートメント（ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ）、および第２の成分を包含した第２のコンパートメントを含んでも良く、ここで第１の成分はアミン含有ポリマーまたは二官能性または多官能性アルデヒドの一つから選択され、第２の成分はアミン含有ポリマーまたは二官能性／多官能性アルデヒドのその他の一つから選択される。
【００１４】
さらにもう一つの典型的な実施形態では、椎間板の修復または増強キットは三つのコンパートメントを含んでもよく、ここで第１のコンパートメントは熱応答性ポリマーを含み、第２のコンパートメントはアミン含有ポリマーを包含し、第３のコンパートメントは二官能性または多官能性アルデヒドを含む。
【００１５】
（図面の説明）
システムは、以下の典型的な図面を用いてさらにより詳細に説明される。図面は、好ましいデバイスおよび単独でまたは他の特徴と組み合わせて使用されてもよいある特徴の構造を図解するための単に典型的なものである。本発明は開示された実施形態に限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、グルタルアルデヒドとのＰＥＩ混合物のＦＴＩＲスペクトルである。
【図２Ａ】組成物の典型的な実施形態であるＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧ／ＰＥＩブレンドの1Ｈ  ＮＭＲスペクトルである。
【図２Ｂ】組成物の典型的な実施形態であるＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧ／ＰＥＩブレンドの1Ｈ  ＮＭＲスペクトルである。
【図２Ｃ】組成物の典型的な実施形態であるＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧ／ＰＥＩブレンドの1Ｈ  ＮＭＲスペクトルである。
【図３】図３は、ＰＮＩＰＡＡＭ−ＰＥＧとＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧ／ＰＥＩブレンド＋グルタルアルデヒドとの相対的接着強度を示すグラフである。
【図４】図４は、ＰＮＩＰＡＡＭ−ＰＥＧとＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧ／ＰＥＩブレンド＋グルタルアルデヒドとの圧縮率を示すグラフである。
【図５】図５は、グルタルアルデヒドが注入されたＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧ／ＰＥＩ混合物のＦＴＩＲスペクトルである。
【図６】図６は、ＰＥＧモノメタクリレートアルデヒドの合成の反応スキームを示す図である。
【図７】図７は、ＰＥＧ−ジアルデヒドの化学式である。
【図８】図８は、アミン末端ＰＥＧモノメタクリレートをカルボナートと反応させてウレタン結合を合成する反応スキームを示す図である。
【図９】図９は、ＰＥＧモノメタクリレートをイソシアネートと反応させてウレタン結合を合成する反応スキームを示す図である。
【図１０】図１０は、２−イソシアネートエチルメタクリレートおよびＰＥＩの結合のための反応スキームを示す図である。
【図１１】図１１Ａ、１１Ｂは、２−イソシアネートエチルメタクリレートおよびメタクリレートで官能化されたＰＥＩのＦＴＩＲスペクトルである。
【図１２Ａ】メタクリレートで官能化されたＰＥＩの13Ｃ  ＮＭＲスペクトルである。
【図１２Ｂ】メタクリレートで官能化されたＰＥＩの13Ｃ  ＮＭＲスペクトルである。
【図１２Ｃ】メタクリレートで官能化されたＰＥＩの13Ｃ  ＮＭＲスペクトルである。
【図１３】図１３は、メタクリレートで官能化されたＰＥＩの1Ｈ  ＮＭＲスペクトルである。
【図１４】図１４は、ＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＩ分枝のコポリマーの合成の反応スキームを示す図である。
【図１５】図１５Ａ、１５Ｂは、ＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＩでグラフトされたコポリマーの1Ｈ  ＮＭＲスペクトルである。
【図１６】図１６は、ＮＩＰＡＡｍおよび２−ジエチルアミノエチルメタクリレートの共重合の反応スキームを示す図である。
【図１７】図１７Ａ、１７Ｂは、ポリ（ＮＩＰＡＡｍ−ＤＥＡＥ）の1Ｈ  ＮＭＲスペクトルである。
【図１８】図１８は、ＰＥＧモノメタクリレートアルデヒドの合成の反応スキームを示す図である。
【図１９】図１９は、ＰＥＧジアルデヒドの合成の反応スキームを示す図である。
【図２０】図２０は、ＰＥＧジアルデヒドの合成の反応スキームを示す図である。
【図２１】図２１は、ＰＥＧジアルデヒドのＦＴＩＲスペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明のいくつかの例示的な実施形態が図面を参照して記述される。概して、当該実施形態は生体接着剤熱ゲル化ヒドロゲル組成物に関する。生体接着剤熱ゲル化ヒドロゲル組成物は、熱応答性ポリマー成分、アミン含有ポリマー成分および架橋成分によって調製されてもよい。
【００１８】
生体接着剤熱ゲル化ヒドロゲル組成物は背骨（たとえば、腰部、胸部または頸部領域中の）で通常使用されることが可能であり、そのように記述されるが、当業者には生体接着剤熱ゲル化ヒドロゲル組成物は、たとえば、関節、長骨または手の骨、顔、足、四肢、頭蓋等の他の体の部分に使用されてもよいことが理解されるであろう。
【００１９】
生体接着剤熱ゲル化ヒドロゲル組成物は三つの主要な成分：熱応答性ポリマー、アミン含有ポリマーおよび架橋二官能性または多官能性アルデヒドを含んでもよい。すべての三成分は、所望の位置（ｉｎ  ｓｉｔｕ  ｌｏｃａｔｉｏｎ）へ成分が注入されるまでアミン含有成分が架橋成分から分離されている限り、システムの必要性を果たすように、多くの方法で修飾し、組み合わせることができる。
【００２０】
室温で注入前に、熱応答性ポリマー成分、アミン含有ポリマー成分および架橋成分は、体への注入が容易なように溶液状（液状など）で、別々に保存されてもよい。熱応答性ポリマーおよびアミン含有ポリマー成分は椎間板に同時に注入されてもよい。あるいは、熱応答性ポリマーおよびアミン含有ポリマー成分は、椎間板に順番に注入されてもよい。一旦熱応答性ポリマー溶液が体温まで暖められると、熱応答性ポリマー溶液は、体のその場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）で固体ヒドロゲルを形成するために、熱相転移をする。特に、生理的温度で、熱応答性ポリマー溶液は疎水性ポリマーになるために相変化してもよく、このようにしてヒドロゲルを形成する。注入されるアミン含有ポリマー成分は、ゲル化が発生するにつれて、熱応答性ポリマー内でトラップされてもよい。アミン含有ポリマーは親水性になることができるので、ヒドロゲルは膨張することができる。結果として生じるヒドロゲルは、健康核の生体力学的機能を模倣する特性を持つことができる。結果として生じるヒドロゲルは核の機能を回復させるために必要な含水量および機械特性を有することができる。
【００２１】
次に、ヒドロゲルは自己架橋してもよく、少量の二官能性ジアルデヒドモノマーまたはマクロマー等の架橋成分の添加によって環状および核組織を含む周囲組織と反応する。アミン含有成分および架橋成分は反応し、お互いにおよび周囲組織と架橋を生成する。あるいは、熱応答性ポリマーおよびアミン含有ポリマーの注入に続いて、ゲル化が発生するのを待たずに、架橋成分が注入されてもよい。
【００２２】
あるいは、熱応答性ポリマーおよび架橋成分は同時にまたは順番に椎間板に注入されてもよく、その後アミン含有ポリマー成分が注入される。
【００２３】
溶液は椎間板空間に、これに限定されるものではないが、カニューレ、針、シリンジ等を含むあらゆる手段で注入されてもよい。
【００２４】
注入まではアミン含有成分を架橋成分から分離して、架橋成分を熱応答性ポリマー成分およびアミン含有成分に注入してもよく、この結果アミン含有成分および架橋成分間で、架橋成分（ジアルデヒド等）がヒドロゲルネットワークを介してゆっくり広がるにつれて、好ましくは内部の領域から周囲に発生する、架橋の生成を可能にする。あるいは、アミン含有成分は、熱応答性ポリマー成分および架橋成分に注入されてもよい。一旦、架橋成分がヒドロゲルと組織の界面に到達すると、組織に対するヒドロゲルの架橋は好ましく発生し、椎間板中にヒドロゲルをしっかり固定する役目を果たす。当該アプローチはヒドロゲルに環状治療またはシーラントデバイスとしてばかりではなく核置換または増強デバイスとしての役目を果させることができる。架橋ヒドロゲルは、単独で環状および核の両方を治療し、また別の核治療デバイスとともに用いられることが可能である。
【００２５】
複数パート架橋熱応答性ヒドロゲル系を使用するこのアプローチでは、知られているその場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）硬化材料に比較して、架橋成分の実質的な使用量が少なくてすむ。さらに、複数パート架橋熱応答性ヒドロゲル系の使用では、組成物をヒドロゲルと反応するであろう組織へ局所的に供給することが可能になる。これはヒドロゲルが組織に損傷を与えることを防ぐのに役立つ。
【００２６】
熱応答性ポリマー成分は、これに限定されるものではないが、ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）およびポリ（プロピレンオキシド）（ＰＰＯ）のコポリマー、ＰＥＯおよびポリ（乳酸）（ＰＬＡ）のコポリマーばかりではなく２７〜３５℃で相変化を示す他のポリマー等を含むどのような熱応答性ポリマーであってもよい。好ましくは、熱応答性コポリマーは、ＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧ―ポリ（ｎ−イソプロピルアクリルアミド）（ＰＮＩＰＡＡｍ）またはポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）とそのコポリマーであってもよい。熱応答性ポリマーの典型的な実施形態は、参照することによりそれらの全体が明示的に本明細書に援用される、“生体材料用途の熱ゲル化ポリマー混合物”という名称の米国特許出願１０／８３７，０８２号で提供される。生理的温度で、ヒドロゲルは物理的な架橋が形成されると信じられている。
【００２７】
アミン含有カチオンポリマー、好ましくは親水性成分も含有されてもよい。カチオンポリマーは、これに限定されるものではないが、ポリ（ジエチルアミノエチルメタクリレート）、ポリ（エチルアミノエチルメタクリレート）および他のアミン含有ポリマーを含むどのようなカチオンポリマーであってもよい。好ましくは、カチオンポリマーは、高密度のカチオン基を鎖に沿って有する、ポリ（エチレンイミン）（ＰＥＩ）であってもよい。
【００２８】
架橋成分は生体接着剤組成物中に含有されていてもよい。架橋成分は、これに限定されるわけではないが、多官能アルデヒド分子であってもよい。好ましくは、架橋分子は、たとえば、１−４ブタンジアール、１−５ペンタンジアール、（グルタルアルデヒドとも称される）、および二官能化されたＰＥＧ−ジアール（ｄｉａｌｓ）のマクロマー等の二官能性ジアルデヒド分子であってもよい。架橋成分は、好ましくは、カチオンポリマーをポリマーが接触しているかもしれない自然組織へ結合させるばかりではなく、全体的な組織接着を促進するために、カチオンポリマー同士を架橋する働きをする。架橋の形成によって、結果として生じる系の剛性を増加させ、さらに、ヒドロゲルネットワークを安定化させることができる。
【００２９】
化学架橋は以下の実施例で説明できる。一つの典型的な実施形態では、８重量％のグルタルアルデヒド溶液（シグマアルドリッチ製）をポリ（エチレンイミン）（ＰＥＩ）（シグマアルドリッチ製、数平均分子量Ｍn＝１０，０００）と体積比１：１で混合した。混合物の粘度増加が、一分以内で定性的に観察された。ライトレッドへの色の変化も発生した。混合物を一晩凍結乾燥させ、アミン−アルデヒド化学架橋を確認するためにＦＴＩＲ（ニコレットマグナＩＲ５６０）で分析した。図１はフーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）によるＰＥＩ／グルタルアルデヒド混合物の差スペクトルを示す。グルタルアルデヒド上のアルデヒド基とＰＥＩ上のアミン基との化学架橋は、新しい−Ｃ＝Ｎ−結合の特徴である１６６１ｃｍ-1（Ａ）およびＰＥＩ上のアミドＩＩバンドの特徴である１５６０ｃｍ-1ピークの存在によって確認された。
【００３０】
架橋の重要性およびその結果として生じる利益は、グルタルアルデヒド注入の有無によるヒドロゲルサンプルの比較によって説明できる。二組のヒドロゲルサンプルが１５％ＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧ（４６００ｇ／ｍｏｌ）、８．５％ＰＥＩ（シグマアルドリッチ製、数平均分子量Ｍn＝１０，０００）を含有する水溶液から調製され、生理的温度をシミュレートするために３７℃に加熱された。ゲル化発生後に、０．０３ｍｌの含水３０重量％グルタルアルデヒド（シグマアルドリッチ製）を１８ゲージ針を用いて、いくつかの円筒状サンプルの中央に注入した。その後一軸圧縮試験が実施された。サンプルをインストロン機械テストシステム（インストロンモデル４４４２、パークリッジ、イリノイ州）に取り付け、３７°Ｃのリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）バスに浸し、歪み速度１００％・ｍｉｎ-1で圧縮した。荷重データおよび変位データはインストロンシリーズＩＸソフトウェアで記録され、応力値および歪み値に変換された。１０、１５、および２０％歪みにおける圧縮率は、５並びに１５％歪み間、１０並びに２０％歪み間、および１５並びに２０％歪み間で描画された弦の傾きでそれぞれ近似した。
【００３１】
比較のために、圧縮テストはグルタルアルデヒドが注入されていない第２のサンプルセットでも実施された。両方のセットは、圧縮テスト後に１２時間、凍結乾燥させた。ヒドロゲルの第２のセットからの乾燥ポリマーをクロロホルム（シグマアルドリッチ製）中で溶解し、ＰＥＩ内容物を定量するために核磁気共鳴（ＮＭＲ）（バリアン３００、パロアルト、カルフォルニア）で解析した。フーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）差スペクトルを、グルタルアルデヒドが注入された、これらのヒドロゲルの化学架橋を確認するために使用した。架橋の結果、形成された新しい結合を明らかにするために、ＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧ／ＰＥＩ混合物の赤外線（ＩＲ）スペクトルをグルタルアルデヒドが注入されたヒドロゲルのスペクトルから差し引いた。
【００３２】
ＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧ（４６００ｇ／ｍｏｌ）ネットワーク中へのＰＥＩ取り込みがうまくいき、図２に記載のクロロホルム中のＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧ／ＰＥＩブレンドの1Ｈ  ＮＭＲスペクトルによって確認された。δ＝０．９６ｐｐｍにおけるＮ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）のイソプロピル基上のＣＨ3プロトンに対するピーク面積とδ＝２．２ｐｐｍにおけるＰＥＩ上のＣＨ2プロトンに対するピーク面積とを比較した。ＮＩＰＡＡｍとエチレンイミン（ＥＩ）との演算された比はモノマー単位で６．３：１であった。
【００３３】
図３は、グルタルアルデヒド注入の有無によるＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧ／ＰＥＩヒドロゲルの接着強度を示す。グルタルアルデヒドが注入されたヒドロゲルはグルタルアルデヒドが注入されていないヒドロゲルよりも接着強度がより大きいことが示されている。
【００３４】
図４は、グルタルアルデヒド注入の有無によるＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧ／ＰＥＩヒドロゲルの圧縮率を示している。グルタルアルデヒドが注入されたヒドロゲルは、アルデヒド基とアミン基間の架橋の結果、剛性が著しく増加していることが示された。
【００３５】
図５は、グルタルアルデヒドによるＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧ／ＰＥＩヒドロゲル架橋のＦＴＩＲスペクトルを示す。１６６８ｃｍ-1におけるピークは、ＰＥＩ上の遊離アミンＮＨ2とグルタルアルデヒド上のＨＣ＝Ｏアルデヒド基とから形成された新しい-Ｃ＝Ｎ−架橋を示す。１５４１ｃｍ-1におけるピークは、ＰＥＩ（ＨＮ＝Ｃ）のアミドＩＩバンドを示す。ＰＮＩＰＡＡｍ上のアミドＩおよびＩＩバンドのピーク（それぞれ１６５２および１５４０ｃｍ-1）は、化学架橋に関するピークが重なるので、差し引かれた。
【００３６】
３成分のぞれぞれは修飾され得る。アミン含有ポリマー成分または架橋成分のどちらかは、注入前に、熱応答性ポリマー成分と混合または反応できる。しかしながら、アミン含有ポリマー成分は、その場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）注入まで架橋成分から分離されていなければならない。
【００３７】
一実施形態では、ＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧはＰＥＩと混合される。本発明の別の実施形態では、ＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧのコポリマーはＰＥＩとグラフトされ、その中でＰＥＩはＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧと共有結合する。これによって、組織へのより良い結合のために、組織への鎖相互貫入を潜在的に可能にする。さらにもう一つの本発明の実施形態は、アミノ官能基をコポリマーに共有結合させるために、２−ジエチルアミノエチルメタクリレート（ＤＡＥＥＭ）等のアミノ官能性モノマーをＮＩＰＡＡｍおよびＰＥＧモノマーと反応させることで、ＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＧコポリマーの骨格中にアミノ官能性モノマーを結合させて、熱応答性成分とアミン含有成分を混合することを含む。
【００３８】
さらに、アルデヒド基は、図６に示すように、他端にメタクリレート基を有するＰＥＧ鎖の一端に共役されることができる。メタクリレート基は、ＮＩＰＡＡｍモノマーの存在下で、コポリマーを形成するために反応できる。アルデヒドは、次に、材料を架橋し、または周囲組織と共有結合するために、さらに反応できる。あるいは、アルデヒド基は、ＰＥＧ−ジアルデヒドを合成するためにＰＥＧ鎖の末端に共役することができる。図７はＰＥＧ−ジアルデヒドの化学式を示す。
【００３９】
成分に対する変更に加えて、その場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）硬化／組織接着を促進するための方法がたくさんあり得る。これらの方法は、安定したウレタン結合の生成によって架橋および組織接着を促進するために、アミノ官能性材料とカルボナート基とを反応させることを含む。ウレタン結合は、ＰＥＧ鎖に組織接着性基を取り込むために使用することができる。これには、鎖の一端または両端に一級アミン末端基を含有するＰＥＧを、図８に示すようにウレタンカルバマート結合を形成するために、カルボナートと反応させることを含む。さらに、ＰＥＧ−ジオールは、安定したウレタン結合を生成するために、イソシアネートと反応させることができる。この実施例は、鎖の一端または両端にアルコール末端基を含有するＰＥＧを、（図９に示すように）ウレタンカルバマート結合を形成するために、イソシアネートと反応させることを含む。
【００４０】
本発明の好ましい実施形態は、以下のポリマー処方の実施例を参照して説明されるが、これらは説明のためにだけ提示するものであって限定するものとして解釈してはならない。
【実施例１】
【００４１】
実施例Ｉ−ＰＥＩと２−イソシアナトエチルメタクリレートとの結合
２−イソシアナトエチルメタクリレート（シグマアルドリッチ製）および１０Ｘモル過剰ＰＥＩ（シグマアルドリッチ製、数平均分子量Ｍn＝６００ｇ／ｍｏｌ）を乾燥クロロホルム中で溶解し、６０℃で１２時間反応させた（図１０参照）。クロロホルムはロータリー・エバポレータで反応混合物から除去した。そして、この反応生成物は分光法を使用して特徴が明らかになった。1Ｈ  ＮＭＲおよび13Ｃ  ＮＭＲスペクトルは、クロロホルム中で記録された（バリアン３００、パロアルト、カルフォルニア）。ＦＴＩＲはニコレットマグナＩＲ５６０で実施された。
【００４２】
２−イソシアナトエチルメタクリレートのＩＲスペクトル（図１１上段参照）は、２２７１ｃｍ-1でのイソシアネートの吸収および１７１９ｃｍ-1でのウレタンカルボニルの吸収を示している。反応後、生成物のＩＲスペクトル（図１１下段参照）は、２−イソシアナトエチルメタクリレートとＰＥＩとの結合から形成された尿素結合の１６２０ｃｍ-1でのピークを示し、またイソシアネートのピークが無いことを示している。
【００４３】
図１２は、同一の反応生成物の13Ｃ  ＮＭＲスペクトルを示す。スペクトルは、尿素カルボニル（Ａ）の１５９ｐｐｍでの特徴的なシグナルが存在することと、未反応イソシアネート基上のウレタンカルボニル（Ｂ）の１２２ｐｐｍでのシグナルは存在しないことを示している。これらの結果は図１１のＦＴＩＲスペクトルと一致し、ＰＥＩと２−イソシアナトエチルメタクリレートとの結合がうまくいったことを示している。
【００４４】
図１３は、メタクリレートで官能化されたＰＥＩの1Ｈ  ＮＭＲスペクトルを示す。５．５および６．１ｐｐｍにメタクリレート末端基上のビニルプロトン（Ｃ）、１．６ｐｐｍにメタクリレート基上のメチルプロトン（Ｄ）、４．０ｐｐｍに２−イソシアナトエチルメタクリレート上の−（Ｏ−ＣＨ2−ＣＨ2）プロトン（Ｅ）、および、２．２ｐｐｍにＰＥＩ上のマルチアミノ基（Ｆ）の特徴的なピークが存在する。
【実施例２】
【００４５】
実施例ＩＩ―ＰＮＩＰＡＡＭ−ＰＥＩがグラフトされたコポリマーの合成
メタクリレートで官能化されたＰＥＩおよびＮ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）モノマー（アクロスオーガニックス製）を、６５℃で４８時間、クロロホルム中で重合した（図１４）。反応は２，２’−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）で開始した。クロロホルムを重合の完了後に反応混合物から蒸発させた。未反応ＮＩＰＡＡｍモノマーは、ｎ−ヘキサン中で生成物を４５℃に加熱して除去した。精製したポリマーは真空濾過で分離し、真空下で一晩乾燥させた。1Ｈ  ＮＭＲおよび13Ｃ  ＮＭＲスペクトルはクロロホルム中で記録した（バリアン３００、パロアルト、カリフォルニア）。
【００４６】
図１５は、ＰＮＩＰＡＡｍ−ＰＥＩグラフトコポリマーの1Ｈ  ＮＭＲスペクトルを示す。コポリマー中の両方の成分に対応する特徴的なピークが存在する。
【実施例３】
【００４７】
実施例ＩＩＩ−２−ＤＥＡＥメタクリレートおよびＮＩＰＡＡＭモノマーの共重合
２−ジエチルアミノエチル（２−ＤＥＡＥ）メタクリレート（シグマアルドリッチ製）およびＮＩＰＡＡｍモノマー（アクロスオーガニックス製）をメタノール中６５℃で４８時間重合した（図１６参照）。反応は、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）で開始した。メタノールを重合の完了後に反応混合物から蒸発させた。未反応ＮＩＰＡＡｍモノマーは、ｎ−ヘキサン中で生成物を４５℃に加熱して除去した。精製したポリマーは真空濾過で分離し、真空下で一晩乾燥させた。精製生成物を、クロロホルム中で、1Ｈ  ＮＭＲおよび13Ｃ  ＮＭＲ（バリアン３００、パロアルト、カリフォルニア）を用いて分析した。
【００４８】
図１７は、ポリ（ＮＩＰＡＡｍ−ＤＥＡＥ）コポリマーの1Ｈ  ＮＭＲスペクトルを示す。コポリマー中の両方の成分に対応する特徴的なピークが存在する。ピークが重なっているので、13Ｃスペクトル中のピーク強度から成分比が推定できた（データは示さず）。
【実施例４】
【００４９】
実施例ＩＶ−ＰＥＧモノメタクリレート−モノアルデヒドの合成
ＰＥＧモノメタクリレート（４００ｇ／ｍｏｌ）（ポリサイエンス製）をジメチルスルホキシド中の１０Ｘモル過剰無水酢酸（シグマアルドリッチ製）およびトリエチルアミン（シグマアルドリッチ製）の存在下で、室温で４８時間反応させた（図１８参照）。そして、反応混合物をエチルエーテルに滴下して加え、エチルエーテル中で、塩化メチレンからさらに二度沈殿させた。
【実施例５】
【００５０】
実施例Ｖ−ペンダントアルデヒド基を用いたＰＮＩＰＡＡＭ−ＰＥＧ（４６００Ｇ／ＭＯＬ）の合成
ＰＥＧモノメタクリレートアルデヒドおよびＮＩＰＡＡｍモノマー（アクロスオーガニックス製）を、６５℃で４８時間、メタノール中で重合した。応はＡＩＢＮで開始した。メタノールを重合の完了後に反応混合物から蒸発させた。未反応ＮＩＰＡＡｍモノマーは、ｎ−ヘキサン中で生成物を４５℃に加熱して除去した。精製したポリマーは真空濾過で分離し、真空下で一晩乾燥させた。
【実施例６】
【００５１】
実施例ＶＩ−その場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）硬化の実施例
図１９は、ＰＥＧ−ジアルデヒド合成のための反応スキームを示す。反応をＰＥＧジオールで開始し、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）中の無水酢酸（シグマアルドリッチ製）およびトリエチルアミン（シグマアルドリッチ製）を室温で４８時間反応させた。そして反応混合物をエチルエーテルに滴下して加え、エチルエーテル中で塩化メチレンからさらに二度沈殿させた。反応によって、エーテルおよび酢酸エチル中で沈殿させることができる、鎖のそれぞれの末端にアルデヒド基を有するＰＥＧ−ジアルデヒドが生成される。これらのＰＥＧ−ジアルデヒド鎖は、ＰＮＩＰＡＡｍおよび／またはＰＮＩＰＡＡｍのコポリマーと混合できる。そして、相互貫入ネットワークを形成するために、ＰＥＩの注入によって架橋を開始することができる。
【００５２】
図２０は、ＰＥＧジオールの酸化によってＰＥＧ−ジアルデヒドを合成する第２の方法を示す。
【００５３】
ＰＥＧジアルデヒドのＩＲスペクトルは、１７２１ｃｍ-1でのアルデヒド基のＨＣ＝Ｏストレッチ（ｓｔｒｅｔｃｈ）ピークを示す（図２１参照）。ＮＭＲスペクトルでは、アルデヒドプロトンの９．５ｐｐｍでのピークは無かった（データは示さない）。
【００５４】
当業者には当然のことであるが、たとえば、熱応答性ポリマー成分、アミン含有ポリマー成分、架橋成分等の本明細書に記述されているどのまたは全ての成分は、患者の特定の必要／生体組織のために特別に構成された治療および／または増強を実施するために外科医が様々な組み合わせの成分を選択してもよいようにセットまたはキットで提供されてもよい。それぞれの成分の一つ以上がセットまたはキットで提供されてもよいことに留意されたい。あるキットまたはセットでは、同一の成分が、異なる量、組成物等で、提供されてもよい。
【００５５】
前述した明細書および図面は本発明の好ましい実施形態を示すが、様々な追加、変更、組み合わせ、および／または置換が、特許請求の範囲に記載されているように本発明の精神および範囲を逸脱することなく実施可能であることが理解されよう。特に、当業者であれば、本発明を、他の特定の形態、構造、配置、比率で、および、他の要素、材料、および成分を用いて、それらの精神または本質的な特性を逸脱することなく実現可能であることは明らかであろう。当業者は、本発明が、構造、配置、比率、材料、および成分の多くの変更によって使用されてもよく、あるいは、本発明の原理を逸脱しないで特定の環境および手術の要求に特別に適応される本発明の実施において使用させてもよいことが理解できるであろう。さらに、本明細書に記載された特徴は、単独で、または、他の特徴と組み合わせて使用することができる。従って、現在開示されている実施形態は、すべての点で、例示であって制限的ではないとみなされるべきであり、本発明の範囲は特許請求の範囲で示され、先の記載に限定されない。
【００５６】
このように、上記の目的は、前述した記述から明らかにされたものの中で、効果的に達成されることは明らかであり、記述されている構成で上記方法を実施する場合に、本発明の精神および範囲を逸脱することなく変形可能なので、先の記載に含まれ、および添付図面に示された全ての事項は例示的であって制限的な意味に解釈されるべきではないことが意図されている。特許請求の範囲は本明細書に記述されている本発明の一般的および特定の特徴の全てを保護することが意図され、本発明の範囲の全ての記述が、言語として、特許請求の範囲に含まれていることも理解されるべきである。
【００５７】
特に、特許請求の範囲には、単独で列挙された成分または化合物は当該成分の交換可能な混合物を可能な限り含むことを意図していることが理解されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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