(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビニル基を有するボロン酸モノマーとビニル基を有するカチオンモノマーとを架橋剤の存在下に水または水／メタノール混合溶媒中で共重合して得られるヒドロゲルから成り、前記ボロン酸モノマーが、アクリルアミドフェニルボロン酸、ビニルフェニルボロン酸およびアクリロイロキシフェニルボロン酸から成る群より選ばれるフェニルボロン酸であることを特徴とするヌクレオチド応答性ヒドロゲル。
【請求項２】
カチオンモノマーのカチオンが第４級アンモニウムイオンであり、且つ、架橋剤がアクリレート系化合物またはメチレンビスアクリルアミドから選ばれることを特徴とする請求項１のヌクレオチド応答性ヒドロゲル。
【請求項３】
カチオンモノマーが、（アクリルアミドプロピル）トリメチルアンモニウムクロライドおよびビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドから選ばれ、且つ、アクリレート系化合物が、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレートおよびトリメチロールプロパントリアクリレートから成る群より選ばれることを特徴とする請求項２のヌクレオチド応答性ヒドロゲル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＭＰやＡＴＰのようなヌクレオチド類に応答して膨潤したり収縮する新規な機能性ゲルに関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
近年、各種の外部刺激に応答して、膨潤・収縮現象を示す機能性ゲル（インテリジェントゲル）に関する研究が行われている。このようなゲルは、ドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ：薬物送達システム）、ケミカルアクチュエーター（例えば、人工筋肉）、物質分離など多岐の分野にわたる応用の可能性を有している。
【０００３】
これまでに知られている機能性ゲルは、専ら、温度、電場、ｐＨ等を外部刺激とするものであり、特定の物質に直接応答して膨潤・収縮するものは少ない。特に生体内に存在する物質、例えばＡＭＰ（アデノシン一リン酸：アデニル酸）やＡＴＰ（アデノシン三リン酸）のようなヌクレオチド類に応答するゲルが得られれば、上記のごとき分野において一層の応用展開が期待されが、そのようなゲルは殆ど見当たらない。
本発明の目的は、ヌクレオチド類に応答することのできる新しいタイプの機能性ゲルを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ボロン酸ユニットとカチオンユニットを有する架橋高分子から成るヒドロゲルを合成し、これが特定の構造を持つヌクレオチド類に対して選択的に膨潤・収縮挙動を示すことを見出し上記の目的を達成したものである。
【０００５】
すなわち、本発明は、ビニル基を有するボロン酸モノマーとビニル基を有するカチオンモノマーとを架橋剤の存在下に共重合して得られるヒドロゲルから成ることを特徴とするヌクレオチド応答性ヒドロゲルを提供する。
【０００６】
本発明のヌクレオチド応答性ヒドロゲルの好ましい具体例に従えば、ボロン酸モノマーはフェニルボロン酸から選ばれ、カチオンモノマーのカチオンは第４級アンモニウムイオンであり、且つ、架橋剤がアクリレート系化合物から選ばれる。さらに、本発明のヌクレオチド応答性ヒドロゲルの特に好ましい具体例においては、ボロン酸モノマーは、アクリルアミドフェニルボロン酸、ビニルフェニルボロン酸およびアクリロイロキシフェニルボロン酸から成る群より選ばれ、カチオンモノマーは、（アクリロアミドプロピル）トリメチルアンモニウムクロライド、アクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロライドおよびビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドから選ばれ、且つ、架橋剤は、メチレンビスアクリロアミド、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレートおよびトリメチロールプロパントリアクリレートから成る群より選ばれる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のゲルの合成および作用を模式的に示すものである。すなわち、ビニル基を有するボロン酸モノマー（図１中のＡ）とビニル基を有するカチオンモノマー（Ｂ）とを架橋剤（Ｃ）の存在下に共重合させることにより、ボロン酸ユニット（Ｂ（ＯＨ）２）およびカチオンユニットを有する架橋高分子から成るゲル（Ｄ）が得られる。ここでＡＴＰのようなヌクレオチド類が存在すると、高分子中のボロン酸基とヌクレオチド中の糖部分のジオール（シス−ジオール基）とがエステル結合するとともに、高分子中のカチオンがヌクレオチド類のアニオン部位と結合し（図１の（Ｅ）参照）、高分子中のボロン酸とカチオンの比率、およびヌクレオチド類の電荷のバランスに応じて高分子ゲルの荷電状態が変化し、これに従ってゲルの膨潤または収縮が起こることになる。
【０００８】
このように、本発明のゲルが応答するヌクレオチド類とは、有機塩基と糖がグリコシド結合した化合物であって、糖部分にシス−ジオール基を有するとともに、イオン（アニオン）性部位を含む化合物を指称する。すなわち、後記の実施例からも明らかなように、本発明のゲルはＡＭＰやＡＴＰのようなヌクレオチドが存在すると膨潤したり収縮し、さらには、グアニル酸、シチジル酸、ウリジル酸、イノシン酸のようなヌクレオチドまたはその類縁化合物に応答する。しかしながら、Ａｄ（アデノシン）のようなシス−ジオール基を有するがアニオン部位を含まないものには応答せず、さらに、ＤＡＭＰ（デオキシアデノシン一リン酸）のようなアニオン部位（リン酸イオン）を含むがシス−ジオール基を有しないものにも応答しない。
【０００９】
本発明のゲルを形成するためのビニル基を有するボロン酸モノマーは、特に限定されるものではないが、安定であり合成が容易であるということから、フェニルボロン酸系化合物が好ましい。特に好適なフェニルボロン酸の例は、図２に示すようなアクリルアミドフェニルボロン酸〔化１〕、ビニルフェニルボロン酸〔化２〕、およびアクリロイロキシフェニルボロン酸〔化３〕である。
【００１０】
また、本発明のゲルを調製するのに用いられるビニル基を有するカチオンモノマーも特に限定されるものではないが、安定なカチオンを与える点から第４級アンモニウムイオンを含む化合物が好ましい。特に好適なカチオンモノマーの例は、図３に示すように、（アクリロアミドプロピル）トリメチルアンモニウムクロライド〔化４〕、アクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド〔化５〕およびビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド〔化６〕である。
【００１１】
本発明のゲルは、以上のようなビニル基を有するボロン酸モノマーとビニル基を有するカチオンモノマーとを架橋剤の存在下に共重合することによって得られる。架橋剤は、フェニルボロン酸モノマーとカチオンモノマーとの共重合ポリマー鎖間を架橋して三次元化することによりゲルを形成させるものであり、少なくとも２個のビニル基を有する化合物から選ばれる。架橋剤として好ましいのは反応性が高いことからアクレート系化合物であり、特に好適な架橋剤の例は図４に示すようにメチレンビスアクリルアミド〔化７〕、エチレングリコールジアクリレート〔化８〕、ジエチレングリコールジメタクリレート〔化９〕およびトリメチロールプロパントリアクリレート〔化１０〕である。
【００１２】
ゲルを形成するための共重合反応は、一般に、モノマー原料（ボロン酸モノマーおよびカチオンモノマー）に対し、０．５〜２モル％程度の架橋剤および重合開始剤を添加し、水または水／メタノール混合溶媒のような溶媒中で室温〜７０℃の温度下で２０〜３０時間行い、重合が徐々に進行してゲルが形成されるようにする。重合開始剤は、特に限定されるものではなく、熱または光により分解し遊離基またはイオンを生成して重合を開始させ得る化合物として知られているものから選択して用いることができる。好適な重合開始剤の例は図４に〔化１１〕として示す化合物である。
【００１３】
本発明のヒドロゲルは、ゲルを構成する共重合体におけるボロン酸ユニットとカチオンユニットの組成比を変えることにより電荷（正の電荷）を変化させ、これによりヌクレオチド類に対する応答特性を制御することができるという特徴を有する。かくして、本発明のゲルは、特定のヌクレオチド類に応答して膨潤または収縮することができ、さらに、その膨潤・収縮の程度を制御することも容易であるので、この性質を利用して、例えば、ヌクレオチド類の存否の環境下に応じて薬剤の放出を制御するＤＤＳ（ドラッグデリバリーシステム）、ヌクレオチド類の分離システム、あるいはケミカルアクチュエーターなどに応用される可能性を有している。
【００１４】
【実施例】
以下に本発明のゲルの特徴をさらに明らかにするため実施例を示すが、本発明はこの実施例によって限定されるものではない。
実施例１：高分子ゲルの合成
ボロン酸モノマーとして３−アクリルアミドフェニルボロン酸（図２の〔化１〕）、カチオンモノマーとして（３−アクリルアミドプロピル）トリメチルアンモニウムクロライド（Aldrich社製）（図３の〔化４〕）、架橋剤としてメチレンビスアクリルアミド（和光純薬製）（図４の〔化７〕）をそれぞれ用いた。３−アクリルアミドフェニルボロン酸は、３−アミノフェニルボロン酸１５５ｍｇと塩化アクリロイル１８０ｍｇを炭酸水素ナトリウム１６８ｍｇの存在下、水１０ｃｍ３およびテトラヒドロフラン５ｃｍ３からなる混合溶媒中０℃で１時間反応させ、水から再結晶により精製することにより合成した。
【００１５】
ボロン酸モノマーとカチオンモノマー（合わせて４００μｍｏｌ：実施例２で示すように仕込み比を変化させた）および架橋剤４μｍｏｌを水２００ｍｍ３とメタノール１００ｍｍ３から成る混合溶媒に溶解し、重合開始剤（図４の〔化１１〕）５μｍｏｌを添加後、５０℃で２４時間反応させた。得られたゲルを多量の水中に１日以上浸して、未反応のモノマー等の不純物を除去した後、真空乾燥機で乾燥した。元素分析（炭素および窒素）により、合成したゲル中のカチオンユニットとボロン酸ユニットの組成比が、モノマーの仕込み比にほぼ対応することを確認した。
【００１６】
実施例２：ゲルの膨潤試験
実施例１に示すように、カチオンモノマーとボロン酸モノマーの仕込み比（モル比）の異なる５種類のゲルを合成した。種々の濃度のヌクレオチド類（ＡＭＰ、ＡＴＰ等、図５参照）を含む水溶液（ｐＨは５０ｍＭ  Ｎａ２ＣＯ３＋５０ｍＭ  ＮａＨＣＯ３により１０．２に設定した）に乾燥ゲルを投入し、２４時間放置後の膨潤度を測定した。その結果を図６〜図１０に示す。
【００１７】
カチオン：ボロン酸＝１：１のゲルは、ヌクレオチド類を含まない水溶液中で、比較的収縮した状態にある。これは、ゲル中のカチオン単位の正電荷とボロン酸単位の負電荷がバランスし、電気的に中性のゲルになっているためであると理解される。これにＡＭＰやＡＴＰを添加すると、ボロン酸基とシス−ジオール部位との相互作用によりヌクレオチド類がゲルに結合し、ゲルが負電荷を帯びるため膨潤が起こる（図６参照）。
【００１８】
カチオン：ボロン酸＝２：１のゲルは、当初膨潤状態にあるが、ＡＭＰやＡＴＰを加えると収縮する。さらに、高濃度のヌクレオチド類の存在下ではゲルは再び膨潤する。これは、ヌクレオチド類の濃度の増加とともにゲルの荷電状態が正→中性→負と変化するためであると理解される（図７参照）。
【００１９】
カチオン：ボロン酸＝３：１のゲルは、ＡＭＰとＡＴＰに対する応答挙動に大きな違いは見られなかった（図８参照）。しかし、ボロン酸の含有量を更に減らす（例えば、カチオン：ボロン酸＝９：１）と、ＡＭＰ中では収縮が起こらず、ＡＴＰ中でのみ収縮するという挙動が見られた。また、ボロン酸含有量の低いゲルでは、高濃度のヌクレオチド類中でも再膨潤は起こらなかった。これは、すべてのボロン酸基がヌクレオチド類と結合しても、電荷の逆転が起こらないためであると理解される（図１０参照）。
【００２０】
カチオン：ボロン酸＝５：１のゲルのＤＡＭＰおよびＡｄに対する応答を調べたが、これらの溶液中では膨潤状態に変化は見られなかった（図９参照）。このことから、ゲルの膨潤・収縮にはリン酸基およびシス−ジオール部位の存在が不可欠であることが示された。
【００２１】
以上のように、カチオンモノマーとボロン酸モノマーおよび架橋剤から合成される本発明の高分子ヒドロゲルは、溶液中のヌクレオチド類の濃度に応答して膨潤・収縮変化を示すこと、そして、その応答特性はゲル中のカチオンユニットとボロン酸ユニットの組成比を変化させることにより、コントロール可能であることが明らかになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のゲルの合成および作用を模式的に示すものである。
【図２】本発明のゲルを合成するのに用いられるボロン酸モノマーの好適な例の化学構造式を示す。
【図３】本発明のゲルを合成するのに用いられるカチオンモノマーの好適な例の化学構造式を示す。
【図４】本発明のゲルを合成するのに用いられる架橋剤および重合開始剤の好適な例の化学構造式を示す。
【図５】本発明の実施例で用いたヌクレオチド類の化学構造式を示す。
【図６】本発明に従うゲルの１例であり、カチオン：ボロン酸の比が１：１のゲルの膨潤・収縮挙動を示すグラフである。
【図７】本発明に従うゲルの１例であり、カチオン：ボロン酸の比が２：１のゲルの膨潤・収縮挙動を示すグラフである。
【図８】本発明に従うゲルの１例であり、カチオン：ボロン酸の比が３：１のゲルの膨潤・収縮挙動を示すグラフである。
【図９】本発明に従うゲルの１例であり、カチオン：ボロン酸の比が５：１のゲルの膨潤・収縮挙動を示すグラフである。
【図１０】本発明に従うゲルの１例であり、カチオン：ボロン酸の比が９：１のゲルの膨潤・収縮挙動を示すグラフである。
【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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【図１０】
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