(57)【要約】【課題】生体内の異なるpH環境下における加水分解速度が的確に制御可能なアセタール構造を有する生分解性ヒドロゲルを提供する。【解決手段】式(1)で示される環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体を架橋剤により架橋させて得られるヒドロゲル。式(1)のR1およびR6は独立して水素原子または炭化水素基であり、R2、R3、R4およびR5はそれぞれ独立して電子吸引性もしくは電子供与性の置換基、または水素原子である。s＝1または2、t＝0または1、かつs＋t＝1または2である。P1は末端数2〜8のポリアルキレングリコールである。Z1およびZ2は独立して選択された2価のスペーサーである。W1はポリアルキレングリコールの末端数に等しく、2〜8の整数である。X1は化学反応可能な官能基である。【選択図】                図２
2017186543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体を架橋剤により架橋させて得られるヒドロゲルであって、  前記環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体が下記式(1) で表されることを特徴とする、ヒドロゲル。    
【化４１】
2017186543.tif 000043
(式(1)中、
R1およびR6はそれぞれ独立して水素原子または炭化水素基であり；
R2、R3、R4およびR5はそれぞれ独立して電子吸引性もしくは電子供与性の置換基、または水素原子であり；
s＝1または2、t＝0または1、かつs＋t＝1または2であり；
P1は末端数2〜8のポリアルキレングリコールで、P1を構成するポリアルキレングリコールの全ての末端がそれぞれZ1に対して結合しており；
Z1およびZ2はそれぞれ独立して選択された2価のスペーサーであり；
W1は前記ポリアルキレングリコールの末端数に等しく、2〜8の整数であり；および
X1は化学反応可能な官能基である。)  
【請求項２】
P1が末端数2〜8のポリエチレングリコールである、請求項1に記載のヒドロゲル。 
【請求項３】
P1が、式(r1)、式(r2)、式(r3)、式(r4)、式(r5)、式(r6)、式(r7)、式(r8)、式(r9)、式(r10)、式(r11)、式(r12)および式(r13)からなる群から選択される、請求項2に記載のヒドロゲル。
【化４２】
2017186543.tif 000044
【化４３】
2017186543.tif 000045
(式中、nは3〜2000の整数である。
ここで、P1が式(r1)で表される場合にはW1が2であり、
P1が式(r2)で表される場合にはW1が3であり、
P1が式(r3)または式(r4)で表される場合にはW1が4であり、
P1が式(r5)または式(r6)で表される場合にはW1が5であり、
P1が式(r7)、式(r8)または式(r9)で表される場合にはW1が6であり、
P1が式(r10)で表される場合にはW1が7であり、
P1が式(r11)、式(r12)または式(r13)で表される場合にはW1が8である。) 
【請求項４】
X1が活性エステル基、活性カーボネート基、アルデヒド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、エポキシ基、マレイミド基、ビニルスルホン基、アクリル基、スルホニルオキシ基、カルボキシ基、チオール基、ジチオピリジル基、α-ハロアセチル基、アルキニル基、アリル基、ビニル基、アミノ基、オキシアミノ基、ヒドラジド基およびアジド基よりなる群から選択される、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載のヒドロゲル。 
【請求項５】
Z1およびZ2がそれぞれ独立してエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、アミド結合、2級アミノ基もしくはこれらを含むアルキレン基、単結合またはアルキレン基であり、Z1とZ2との少なくとも一方がエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、アミド結合、2級アミノ基もしくはこれらを含むアルキレン基であって、複数の同一構造単位が結合している場合における前記構造単位の数は2以下である、請求項1〜4のいずれか一つの請求項に記載のヒドロゲル。 
【請求項６】
前記架橋剤が下記式(2)で表される、請求項1〜5のいずれか一つの請求項に記載のヒドロゲル。    
【化４４】
2017186543.tif 000046
(式(2)中、P2は末端数2〜8のポリアルキレングリコールで、P2を構成するポリアルキレングリコールの全ての末端がそれぞれZ3に対して結合しており；
Z3は2価のスペーサーであり；
W2は前記ポリアルキレングリコールの末端数に等しく、2〜8の整数であり
；および
X2は化学反応可能な官能基である。)  
【請求項７】
P2が末端数2〜8のポリエチレングリコールである、請求項6に記載のヒドロゲル。 
【請求項８】
P2が、式(s1)、式(s2)、式(s3)、式(s4)、式(s5)、式(s6)、式(s7)、式(s8)、式(s9)、式(s10)、式(s11)、式(s12)および式(s13)からなる群から選択される、請求項7に記載のヒドロゲル。
【化４５】
2017186543.tif 000047
【化４６】
2017186543.tif 000048
(式中、mは3〜2000の整数である。
ここで、P2が式(s1)で表される場合にはW2が2であり、
P2が式(s2)で表される場合にはW2が3であり、
P2が式(s3)または式(s4)で表される場合にはW2が4であり、
P2が式(s5)または式(s6)で表される場合にはW2が5であり、
P2が式(s7)、式(s8)または式(s9)で表される場合にはW2が6であり、
P2が式(s10)で表される場合にはW2が7であり、
P2が式(s11)、式(s12)または式(s13)で表される場合にはW2が8である。) 
【請求項９】
X2が活性エステル基、活性カーボネート基、アルデヒド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、エポキシ基、マレイミド基、ビニルスルホン基、アクリル基、スルホニルオキシ基、カルボキシ基、チオール基、ジチオピリジル基、α-ハロアセチル基、アルキニル基、アリル基、ビニル基、アミノ基、オキシアミノ基、ヒドラジド基およびアジド基よりなる群から選択される、請求項6〜8のいずれか一つの請求項に記載のヒドロゲル。 
【請求項１０】
Z3がエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、アミド結合、2級アミノ基もしくはこれらを含むアルキレン基、単結合またはアルキレン基であり、Z3がエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、アミド結合、2級アミノ基もしくはこれらを含むアルキレン基であって、複数の同一構造単位が結合している場合における前記構造単位の数は2以下である、請求項6〜9のいずれか一つの請求項に記載のヒドロゲル。 
【請求項１１】
前記架橋剤がポリペプチドである、請求項1〜5のいずれか一つの請求項に記載のヒドロゲル。 
【請求項１２】
前記架橋剤がアミノ酸残基数2〜6のポリペプチドである、請求項11に記載のヒドロゲル。 
【請求項１３】
生体機能性分子を更に含む、請求項1〜12のいずれか一つの請求項に記載のヒドロゲル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内で加水分解可能なアセタール構造を有する生分解性ヒドロゲルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒドロゲルは、主成分が水であることから生体適合性に優れており、バイオマテリアルをはじめとして、様々な分野から注目されている。一般にヒドロゲルは、天然または合成の親水性ポリマーの三次元架橋により形成される。
【０００３】
天然ポリマーの架橋により形成されたヒドロゲルの例としては、フィブリン、ゼラチン、アガロース、コラーゲン、ヒアルロン酸、キトサン、デキストラン、ペクチン、アルブミン、ヘパリン、アルギン酸またはポリリジンなどの多糖類またはポリペプチドから形成されたヒドロゲルが挙げられる。
【０００４】
合成ポリマーの化学的または物理的架橋により形成されたヒドロゲルの例としては、ポリビニルアルコール、ポリ(2-ヒドロキシエチルメタクリレート)、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリグリセロール、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ(N-ビニルピロリドン)、ポリ(ホスファゼン)またはポリアルキレングリコール、並びにこれらの組み合わせによる共重合体から形成されたヒドロゲルが挙げられる。
【０００５】
合成ポリマーのヒドロゲルは、一般に天然ポリマーのヒドロゲルよりも力学的強度に優れており、さらにポリマーの組成や構造を変えることで、ヒドロゲルに種々の高度な機能を付与することができる利点がある。
【０００６】
ヒドロゲルに用いられる合成ポリマーの中でもポリエチレングリコールは、親水性が高く抗原性が低いことから生体適合性に特に優れている。また、ポリエチレングリコールは構造均一性が高く、多分散度が非常に小さいという特徴があり、再現性よく均一なゲル構造を構築できる。よって、ポリエチレングリコールを用いたヒドロゲルは安全性が高く、医用ヒドロゲルとして大変有用である。
【０００７】
ポリエチレングリコールは、より疎水性の高いポリプロピレングリコールまたはポリブチレングリコールの共重合体とし、その組成比を変えることで、これを用いて形成させたヒドロゲルの膨潤性、柔軟性、力学的強度、細胞・組織接着性などを任意に調節することが可能である。
【０００８】
ポリエチレングリコールのヒドロゲルは、例えば止血剤、創傷被覆剤または癒着防止剤といった外科用シーラント剤として利用されている。これらは手術中に用いられるため、例えばインサイチュでゲル化させる方法やミキシングしながら患部にスプレーしてゲル化させる等の方法が用いられる。このように瞬時にゲル化することが求められる一方で、患部が治癒するなどしてヒドロゲルが必要なくなった後は、速やかに体外へ除去されることが望まれる。これらヒドロゲルの外科的除去には少なからず痛みが伴うため、体内でヒドロゲルが分解し、体外へ排出されることが望ましい。このような目的で、ポリエチレングリコールに加水分解性のエステル結合が導入された生分解性ヒドロゲルが開発され、外科用シーラント剤として実用化されている。
【０００９】
ポリエチレングリコールを用いたヒドロゲルの別の用途例として、ドラッグデリバリーシステムにおける薬物送達担体または再生医療における生理活性物質の徐放基剤や足場材料が挙げられる。これらには内包した薬物を好適なタイミング、または所望の速度で放出する機能が求められる。そのための戦略の多くは還元的環境、特異的酵素の有無といった、生体内の各部分における環境刺激を薬物放出のために利用するものであり、その中の1つがpHを利用する手法である。
【００１０】
生体内のpHは部位によって異なるが、各部位におけるpHの偏りは小さい。例えば、腫瘍組織周辺は通常の生理的環境のpH 7.4と比較して酸性環境であるが、pH 6.4〜6.9の弱酸性である。また、細胞内のエンドソーム内部やリソソーム内部はよりpHが低いものの、それぞれpH 5.5〜6.0とpH 4.5〜5.0であり、pHの偏りは小さい。したがって、例えばヒドロゲルをナノゲルなどの薬物送達担体として利用する場合、これら各部位まで安定に薬物を送達し、好適なタイミングで薬物を放出するためには、これらの異なるpH環境下におけるヒドロゲルの薬物放出速度、すなわちヒドロゲルの分解速度を的確に制御しなければならない。
【００１１】
一般に加水分解性結合を有するヒドロゲルでは、加水分解速度の調節のために架橋密度を変える方法がとられるが、架橋密度を変えると力学的強度や網目構造の変化を引き起こし、ヒドロゲルのそれぞれの用途に必要な機能を損なってしまうので、好ましくない場合がある。そこで、架橋密度を変える代わりに、加水分解性結合の加水分解速度を調節することで、ヒドロゲルの分解速度を制御しようとする試みが行われている。
【００１２】
エステル結合と同様に、アセタール結合もpHに対する感受性が高く、加水分解し易いため、ポリアルキレングリコールのヒドロゲルにアセタール結合を導入した生分解性ヒドロゲルの例が報告されている。
【００１３】
例えば特許文献1では、構造中に複数の加水分解性結合、即ちエステル結合またはアセタール結合を含むヒドロゲルが開示されている。ここでは、エステル結合またはアセタール結合に隣接するメチレン基の数を変えることで、ヒドロゲルの分解速度を調節できると記載されているが、隣接メチレン基の数のみを変える方法では、エステル結合またはアセタール結合の加水分解速度の可変域が狭く、また加水分解速度を精密に調節することは困難であるため、これらを含むヒドロゲルの分解速度を的確に制御することはできない。
【００１４】
また、非特許文献1および非特許文献２では、環状ベンジリデンアセタール結合を含むポリグリセロールから成る分解性ヒドロゲルが報告されている。ここでは、ベンゼン環に置換基を導入して電子密度を変えることで、アセタール結合の加水分解速度を調節できると記載されている。しかし、ベンゼン環に置換基を導入する場合には置換基の立体障害も考慮する必要があるため、ここに記載の方法のみではアセタール結合に所望の加水分解速度を付与するための適切な置換基の種類と位置を設定することは困難であり、加水分解速度を的確に制御できるとは言えない。さらに、ここで用いているポリグリセロールは、多分散度がおよそ1.3〜1.5であり、分子量分布が広い。よって、これを用いて形成させたヒドロゲルは構造均一性に乏しく、架橋密度の疎密に由来する分解速度の差異が生じ、十分に分解速度を制御できない。
【００１５】
非特許文献1および非特許文献２のポリグリセロールから成る分解性ヒドロゲルにおいては、架橋に用いる反応は、アジド―アルキン環化付加反応のみに限定されている。ポリグリセロールは、分子内に多数の水酸基を有しているため、ヒドロゲルを形成させる際に水酸基と反応する官能基、例えば活性エステルや活性カーボネート等を有する架橋剤を用いると、不均一な架橋構造が生じてしまう。特に、非特許文献1および非特許文献２のように分解性リンカーを介して架橋させたい場合は、例えば活性エステルや活性カーボネート等を有する架橋剤を用いると、分解性リンカーを介さない多数のエステル結合やカーボネート結合等が生じてしまい、得られるヒドロゲルの分解速度の制御が困難となる。
【００１６】
さらにポリグリセロールは、分子内に水酸基と反応する官能基が存在すると、容易に分子内または分子間架橋してしまうため、これらの官能基を分子中に共存させることもできない。
【００１７】
このように、ポリグリセロールから成るヒドロゲルの形成には水酸基と反応する官能基を適用できないことから、その用途は著しく制限される。
【００１８】
このように、構造中にアセタール結合を含むヒドロゲルの例はあるものの、アセタール結合の加水分解速度が的確に制御された分解性ヒドロゲルに関しては、今までその例は無い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】国際公開第1999/014259号パンフレット
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】J. Control. Release 2013, 169, 289-295
【非特許文献２】Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 13538-13543
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
生体内のpHは部位によって異なるが、各部位におけるpHの偏りは小さいため、これら各部位のpHでヒドロゲルを所望の分解速度で加水分解させるためには、分解速度が的確に制御可能なヒドロゲルが必要である。
【００２２】
本発明の課題は、生体内の異なるpH環境下における分解速度が的確に制御可能な生分解性ヒドロゲルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、生体内の異なるpH環境下における加水分解速度が的確に制御可能な環状ベンジリデンアセタール構造を有する生分解性ヒドロゲルを開発した。
【００２４】
本発明に係る生分解性ヒドロゲルは、ポリアルキレングリコールの全ての末端に環状ベンジリデンアセタールが導入されたポリアルキレングリコール誘導体を架橋剤により架橋させて得られることを特徴とする。
【００２５】
当該ポリアルキレングリコール誘導体は、国際公開第2015/152182号パンフレットに記載の化合物であるが、ここにヒドロゲル用途の記載は無く、本発明の生分解性ヒドロゲルは新規である。当該ポリアルキレングリコール誘導体は、環状ベンジリデンアセタールのベンゼン環上における置換基の種類および位置を適切に選択することで、アセタールの加水分解速度に影響を与えるアセタール基周辺の電子密度および立体障害の度合いを調節でき、これによりアセタールに所望の加水分解速度を付与することが可能となる。
【００２６】
本発明のもう一つの特徴は、本発明に係る生分解性ヒドロゲルは、多分散度が狭いポリアルキレングリコール誘導体を用いて、多分散度が狭い架橋剤または単分散の架橋剤により架橋させて得られることを特徴とする。これにより、構造均一性の高いヒドロゲルが形成され、環状ベンジリデンアセタールの加水分解に伴って、任意の分解速度でヒドロゲルを分解させることができる。
【００２７】
また、本発明に係る生分解性ヒドロゲルは、環状ベンジリデンアセタールを介して末端にのみ化学反応可能な官能基を有するポリアルキレングリコール誘導体と架橋剤を用いて架橋させるため、環状ベンジリデンアセタールを介さない架橋が生じず、構造均一性の高いヒドロゲルが得られる。したがって、その分解速度の精密な制御が可能となる。
【００２８】
このように、当該環状ベンジリデンアセタールをポリアルキレングリコールの全ての末端に導入し、これを架橋剤により架橋させて得られる構造均一性の高いヒドロゲルは、生体内の異なるpH環境下において、分解速度が的確に制御可能となる。
【００２９】
即ち、本発明は以下のものである。
[1]  環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体を架橋剤により架橋させて得られるヒドロゲルであって、
前記環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体が下記式(1) で表されることを特徴とする、ヒドロゲル。    
【化１】
2017186543.tif 000003
(式(1)中、
R1およびR6はそれぞれ独立して水素原子または炭化水素基であり；
R2、R3、R4およびR5はそれぞれ独立して電子吸引性もしくは電子供与性の置換基、または水素原子であり；
s＝1または2、t＝0または1、かつs＋t＝1または2であり；
P1は末端数2〜8のポリアルキレングリコールで、P1を構成するポリアルキレングリコールの全ての末端がそれぞれZ1に対して結合しており；
Z1およびZ2はそれぞれ独立して選択された2価のスペーサーであり；
W1は前記ポリアルキレングリコールの末端数に等しく、2〜8の整数であり、
；および
X1は化学反応可能な官能基である。)
【００３０】
[2]  P1が末端数2〜8のポリエチレングリコールである、[1]のヒドロゲル。
【００３１】
[3]  P1が、式(r1)、式(r2)、式(r3)、式(r4)、式(r5)、式(r6)、式(r7)、式(r8)、式(r9)、式(r10)、式(r11)、式(r12)および式(r13)からなる群から選択される、[2]のヒドロゲル。    
【化２】
2017186543.tif 000004
【化３】
2017186543.tif 000005
(式中、nは3〜2000の整数である。  ここで、P1が式(r1)で表される場合にはW1が2であり、P1が式(r2)で表される場合にはW1が3であり、P1が式(r3)または式(r4)で表される場合にはW1が4であり、P1が式(r5)または式(r6)で表される場合にはW1が5であり、P1が式(r7)、式(r8)または式(r9)で表される場合にはW1が6であり、P1が式(r10)で表される場合にはW1が7であり、P1が式(r11)、式(r12)または式(r13)で表される場合にはW1が8である。)
【００３２】
[4]  X1が活性エステル基、活性カーボネート基、アルデヒド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、エポキシ基、マレイミド基、ビニルスルホン基、アクリル基、スルホニルオキシ基、カルボキシ基、チオール基、ジチオピリジル基、α-ハロアセチル基、アルキニル基、アリル基、ビニル基、アミノ基、オキシアミノ基、ヒドラジド基およびアジド基よりなる群から選択される、[1]〜[3]のいずれかのヒドロゲル。
【００３３】
[5]  Z1およびZ2がそれぞれ独立してエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、アミド結合、2級アミノ基もしくはこれらを含むアルキレン基、単結合またはアルキレン基であり、Z1とZ2との少なくとも一方がエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、アミド結合、2級アミノ基もしくはこれらを含むアルキレン基であって、複数の同一構造単位が結合している場合における前記構造単位の数は2以下である、[1]〜[4]のいずれかのヒドロゲル。
【００３４】
[6]  前記架橋剤が下記式(2)で表される、[1]〜[5]のヒドロゲル。    
【化４】
2017186543.tif 000006
(式(2)中、
P2は末端数2〜8のポリアルキレングリコールで、P2を構成するポリアルキレングリコールの全ての末端がそれぞれZ3に対して結合しており；
Z3は2価のスペーサーであり；
W2は前記ポリアルキレングリコールの末端数に等しく、2〜8の整数であり；および
X2は化学反応可能な官能基である。)
【００３５】
[7]  P2が末端数2〜8のポリエチレングリコールである、[6]のヒドロゲル。
【００３６】
[8]  P2が、式(s1)、式(s2)、式(s3)、式(s4)、式(s5)、式(s6)、式(s7)、式(s8)、式(s9)、式(s10)、式(s11)、式(s12)および式(s13)からなる群から選択される、[7]のヒドロゲル。
【化５】
2017186543.tif 000007
【化６】
2017186543.tif 000008
(式中、mは3〜2000の整数である。
ここで、P2が式(s1)で表される場合にはW2が2であり、P2が式(s2)で表される場合にはW2が3であり、P2が式(s3)または式(s4)で表される場合にはW2が4であり、P2が式(s5)または式(s6)で表される場合にはW2が5であり、P2が式(s7)、式(s8)または式(s9)で表される場合にはW2が6であり、P2が式(s10)で表される場合にはW2が7であり、P2が式(s11)、式(s12)または式(s13)で表される場合にはW2が8である。)
【００３７】
[9]  X2が活性エステル基、活性カーボネート基、アルデヒド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、エポキシ基、マレイミド基、ビニルスルホン基、アクリル基、スルホニルオキシ基、カルボキシ基、チオール基、ジチオピリジル基、α-ハロアセチル基、アルキニル基、アリル基、ビニル基、アミノ基、オキシアミノ基、ヒドラジド基およびアジド基よりなる群から選択される、[6]〜[8]のヒドロゲル。
【００３８】
[10]  Z3がエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、アミド結合、2級アミノ基もしくはこれらを含むアルキレン基、単結合またはアルキレン基であり、Z3がエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、アミド結合、2級アミノ基もしくはこれらを含むアルキレン基であって、複数の同一構造単位が結合している場合における前記構造単位の数は2以下である、[6]〜[9]のヒドロゲル。
【００３９】
[11]  前記架橋剤がポリペプチドである、[1]〜[5]のヒドロゲル。
【００４０】
[12]  前記架橋剤がアミノ酸残基数2〜6のポリペプチドである、[11]のヒドロゲル。
【００４１】
[13]  生体機能性分子を更に含む、[1]〜[12]のヒドロゲル。
【発明の効果】
【００４２】
本発明による環状ベンジリデンアセタール構造を有する生分解性ヒドロゲルは、生体内の異なるpH環境下における分解速度が的確に制御可能である。
これにより、当該生分解性ヒドロゲルを通常の生理的pH環境下で、例えば止血剤、創傷被覆剤または癒着防止剤といった外科用シーラント剤として利用する場合は、患部が治癒するまではヒドロゲルの形状とその機能を保持し、ヒドロゲルが必要なくなった後は体内で速やかに分解し、体外へ排出させることが可能となる。また、通常の生理的環境とは異なるpH環境下、例えば腫瘍組織周辺、エンドソームまたはリソソームなどの各部位を標的とした薬物送達担体として、当該生分解性ヒドロゲルを利用する場合は、これら各部位まで安定に薬物を送達し、好適なタイミングで薬物を放出させることが可能となるため、薬効の最大化や副作用の低減が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施例に記載の式(18)、式(19)、式(20)および比較例に記載の式(27)の化合物を用いて形成させたヒドロゲル(29)、(30)、(31)および(32)に対し、pH 5.0のクエン酸緩衝液中、37℃で実施した分解試験の結果である。
【図２】実施例に記載の式(18)、式(19)、式(20)および比較例に記載の式(27)の化合物を用いて形成させたヒドロゲル(29)、(30)、(31)および(32)に対し、pH 5.5のクエン酸緩衝液中、37℃で実施した分解試験の結果である。
【図３】実施例に記載の式(18)、式(19)、式(20)および比較例に記載の式(27)の化合物を用いて形成させたヒドロゲル(29)、(30)、(31)および(32)に対し、pH 6.0のリン酸緩衝液中、37℃で実施した分解試験の結果である。
【図４】実施例に記載の式(18)、式(19)、式(20)および比較例に記載の式(27)の化合物を用いて形成させたヒドロゲル(29)、(30)、(31)および(32)に対し、pH 7.4のリン酸緩衝液中、37℃で実施した分解試験の結果である。
【図５】実施例に記載の化合物(23)とトリリジンを用いて形成させたヒドロゲル(34)に対し、pH 5.0、5.5のクエン酸緩衝液、pH6.0および7.4のリン酸緩衝液中、37℃で実施した分解試験の結果である。
【図６】実施例に記載の式(18)の化合物を用いて、モデル薬物であるフルオレセインイソチオシアネート−デキストラン(FITC-Dextran)を内包させて形成させたヒドロゲル(35)に対し、pH 5.5のクエン酸緩衝液、pH 6.5、7.0、7.4および8.0のリン酸緩衝液中37℃で実施したFITC-Dextranの放出試験の結果である。
【図７】実施例に記載の式(20)の化合物を用いて、モデル薬物であるFITC-Dextranを内包させて形成させたヒドロゲル(36)に対し、pH 5.0、5.5のクエン酸緩衝液、pH 6.0および7.4のリン酸緩衝液中37℃で実施したFITC-Dextranの放出試験の結果である。同様に、比較例に記載の式(27)の化合物を用いて、モデル薬物であるFITC-Dextranを内包させて形成させたヒドロゲル(37)に対し、pH 5.0のクエン酸緩衝液中37℃で実施したFITC-Dextranの放出試験の結果である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明を詳細に説明する。
本明細書で使用する用語「生分解性ヒドロゲル」とは、生体内のpHおよび温度条件下で成分の化学結合が切断されることによって、その構造的完全性を喪失するヒドロゲルを意味する。
【００４５】
本明細書で使用する用語「多分散度」とは、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析で測定した数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)を用いて、MwとMnの比(Mw/Mn)により求められる分子量分布を意味する。
【００４６】
本発明の生分解性ヒドロゲルを構成する環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の多分散度は1.15以下が好ましく、より好ましくは1.12以下であり、更に好ましくは1.10以下である。
【００４７】
本発明の「アセタール」とは、アルデヒド類から誘導されるアセタール構造およびケトン類から誘導されるアセタール構造、即ちケタール構造の両方を意味する。
【００４８】
本発明の「環状アセタール」とは、式(1)でs＝1かつt＝0である5員環の1,3-ジオキソラン構造および式(1)でs＝1かつt＝1、またはs＝2かつt＝0である6員環の1,3-ジオキサン構造の両方を意味する。
【００４９】
本発明の式(1)におけるR1およびR6は水素原子または炭化水素基であり、炭化水素基の炭素数は10以下が好ましく、具体的な炭化水素基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、t-ブチル基、フェニル基およびベンジル基などが挙げられる。R1の好ましい実施形態としては水素原子またはメチル基であり、更に好ましくは水素原子である。
【００５０】
本発明の式(1)におけるベンゼン環は複数の置換基を有していてよい。即ち、R2、R3、R4およびR5はそれぞれ独立して電子供与性もしくは電子吸引性の置換基、または水素原子である。ベンゼン環上における置換基の種類、位置および電子供与性と電子吸引性の度合いを適切に選択することで、環状アセタールの加水分解速度に影響を与えるアセタール基周辺の電子密度および立体障害の度合いを調節できる。これにより、環状アセタールに所望の加水分解速度を付与することができる。
【００５１】
本発明で使用可能な置換基は、当該環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の合成過程における環状ベンジリデンアセタール低分子化合物のアセタール化反応、環状ベンジリデンアセタール低分子化合物とポリアルキレングリコール中間体のカップリング反応および当該ポリアルキレングリコール誘導体の末端官能基変換反応、更には当該ポリアルキレングリコール誘導体と架橋剤とのヒドロゲル形成(架橋反応)を阻害しない置換基である。
【００５２】
上記条件を満たすものであれば、電子吸引性の置換基または電子供与性の置換基のいずれでもよく、それぞれ単独もしくは組み合わせて使用してもよい。
【００５３】
電子吸引性の置換基としては、炭素数2〜5のアシル基、炭素数2〜5のアルコキシカルボニル基、炭素数2〜5のカルバモイル基、炭素数2〜5のアシルオキシ基、炭素数2〜5のアシルアミノ基、炭素数2〜5のアルコキシカルボニルアミノ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、炭素数1〜4のアルキルスルファニル基、炭素数1〜4のアルキルスルホニル基、炭素数6〜10のアリールスルホニル基、ニトロ基、トリフルオロメチル基およびシアノ基であり、好ましい例としてはアセチル基、メトキシカルボニル基、メチルカルバモイル基、アセトキシ基、アセトアミド基、メトキシカルボニルアミノ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、メチルスルファニル基、フェニルスルホニル基、ニトロ基、トリフルオロメチル基およびシアノ基が挙げられる。電子供与性の置換基としては、炭素数1〜4のアルキル基であり、好ましい例としてはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基およびt-ブチル基が挙げられる。メタ位では電子吸引性、パラ位およびオルト位では電子供与性である置換基としては、炭素数1〜4のアルコキシ基、炭素数6〜10のアリール基および炭素数6〜10のアリールオキシ基であり、好ましい例としてはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、t-ブトキシ基、フェニル基およびフェノキシ基が挙げられる。
【００５４】
式（１）の環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体に所望の加水分解性を付与するための適切な置換基の種類および位置は、ベンゼン環がパラ置換またはメタ置換の場合には、ベンゼン誘導体の反応速度または平衡に及ぼす置換基の影響を定量化したHammett則を適用し、ベンゼン環がオルト置換の場合には、上記Hammett則を拡張したTaftの式を適用することで、国際公開第2015/152182号パンフレットに記載の方法を用いて合理的に設定可能である。
【００５５】
本発明の式(1)におけるX1は、架橋剤の官能基と反応して共有結合を形成する官能基であれば特に制限されない。例えば、「Harris, J. M. Poly(Ethylene Glycol) Chemistry; Plenum Press: New
York, 1992」、「Hermanson, G. T. Bioconjugate Techniques,
2nd ed.; Academic Press: San Diego, CA, 2008」および「PEGylated
Protein Drugs: Basic Science and Clinical Applications; Veronese, F. M., Ed.;
Birkhauser: Basel, Switzerland, 2009」などに記載されている官能基が挙げられる。
【００５６】
本発明の式(1)におけるP1は、末端数2〜8のポリアルキレングリコールで、P1を構成するポリアルキレングリコールの全ての末端がそれぞれZ1に対して結合している。P1の具体的な例としては、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールのブロック共重合体またはランダム共重合体、ポリエチレングリコールとポリブチレングリコールのブロック共重合体またはランダム共重合体、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールとポリブチレングリコールのブロック共重合体またはランダム共重合体などが挙げられる。
【００５７】
ポリエチレングリコールよりも疎水性の高いポリプロピレングリコールまたはポリブチレングリコールの共重合体中における質量百分率は、ポリエチレングリコールに対して好ましくは60%以下であり、更に好ましくは50%以下であり、最も好ましくは40%以下である。
【００５８】
本明細書で使用する用語「ポリアルキレングリコール」は、アルキレンオキシドの重合で得られる分子量分布を有するポリアルキレングリコールを意味し、更にポリエチレングリコールにおいては、単一分子量のオリゴエチレングリコール類をカップリング反応で結合した単分散のポリエチレングリコールもその意味に含まれる。
【００５９】
本発明の好ましい実施形態では、式(1)におけるP1は末端数2〜8のポリエチレングリコールである。
【００６０】
本発明の更に好ましい実施形態では、式(1)のP1が式(r1)で表される場合にはW1が2であり、P1が式(r2)で表される場合にはW1が3であり、P1が式(r3)または式(r4)で表される場合にはW1が4であり、P1が式(r5)または式(r6)で表される場合にはW1が5であり、P1が式(r7)、式(r8)または式(r9)で表される場合にはW1が6であり、P1が式(r10)で表される場合にはW1が7であり、P1が式(r11)、式(r12)または式(r13)で表される場合にはW1が8である。
【００６１】
【化７】
2017186543.tif 000009
【００６２】
【化８】
2017186543.tif 000010
【００６３】
式中、nはポリエチレングリコール鎖1本あたりの繰り返しユニット数であり、分子量分布を有するポリエチレングリコールにおいては、化合物の数平均分子量(Mn)に基づいて、各種理論的な計算をすることにより算出することと定義する。
【００６４】
本発明における前記nの好適な範囲は3〜2000の整数であり、好ましくは10〜1000の整数であり、更に好ましくは15〜500の整数であり、最も好ましくは20〜300の整数である。
本発明における前記末端数2〜8のポリエチレングリコールの数平均分子量(Mn)の好適な範囲は500〜90000であり、好ましくは900〜65000であり、更に好ましくは1500〜45000であり、最も好ましくは3000〜25000である。
【００６５】
本発明の式(1)におけるX1の好ましい例を挙げれば、活性エステル基、活性カーボネート基、アルデヒド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、エポキシ基、マレイミド基、ビニルスルホン基、アクリル基、スルホニルオキシ基、カルボキシ基、チオール基、ジチオピリジル基、α-ハロアセチル基、アルキニル基、アリル基、ビニル基、アミノ基、オキシアミノ基、ヒドラジド基およびアジド基である。更に具体的には、架橋剤のアミノ基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基は、活性エステル基、活性カーボネート基、アルデヒド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、エポキシ基、マレイミド基、ビニルスルホン基、アクリル基、スルホニルオキシ基またはカルボキシ基であり、架橋剤のチオール基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基は、活性エステル基、活性カーボネート基、アルデヒド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、エポキシ基、マレイミド基、ビニルスルホン基、アクリル基、スルホニルオキシ基、カルボキシ基、チオール基、ジチオピリジル基、α-ハロアセチル基、アルキニル基、アリル基またはビニル基であり、架橋剤のアルデヒド基またはカルボキシ基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基は、チオール基、アミノ基、オキシアミノ基またはヒドラジド基であり、架橋剤のアルキニル基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基は、チオール基、アミノ基、オキシアミノ基、ヒドラジド基またはアジド基であり、架橋剤のアジド基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基はアルキニル基である。
【００６６】
ここで「活性エステル」とは、式：−C(=O)−Lで表わされる活性化されたカルボキシ基を示し、Lは脱離基を示す。Lで表わされる脱離基としては、スクシンイミジルオキシ基、フタルイミジルオキシ基、4-ニトロフェノキシ基、1-イミダゾリル基、ペンタフルオロフェノキシ基、ベンゾトリアゾール-1-イルオキシ基および7-アザベンゾトリアゾール-1-イルオキシ基などが挙げられる。「活性カーボネート」とは、式：−O−C(=O)−Lで表わされる活性化されたカーボネート基を示し、Lは上記と同様の脱離基を示す。
【００６７】
本発明の好適な実施形態において、X1は群(I)、群(II)、群(III)、群(IV)または群(V)で示される基である。
群(I)：架橋剤のアミノ基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基
下記の(a)、(b)、(c)、(d)、(e)および(f)
群(II)：架橋剤のチオール基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基
下記の(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)および(j)
群(III)：架橋剤のアルデヒド基またはカルボキシ基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基
下記の(g)、(k)、(l)および(m)
群(IV)：架橋剤のアルキニル基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基
下記の(g)、(k)、(l)、(m)および(n)
群(V)：架橋剤のアジド基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基
下記の(j)
【００６８】
【化９】
2017186543.tif 000011
【００６９】
式中、R7は水素原子またはスルホ基であり、スルホ基として具体的にはスルホン酸ナトリウムおよびスルホン酸カリウムが挙げられるが、好ましくは水素原子である。R8、R11は水素原子または炭素数1〜5の炭化水素基であり、具体的な炭化水素基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、t-ブチル基およびペンチル基などが挙げられる。R9はハロゲン原子を含んでもよい炭素数1〜10の炭化水素基であり、具体的な炭化水素基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、ベンジル基、4-メチルフェニル基、トリフルオロメチル基、2,2,2-トリフルオロエチル基、4-(トリフルオロメトキシ)フェニル基、ビニル基、クロロエチル基、ブロモエチル基およびヨードエチル基などが挙げられるが、好ましくはメチル基、ビニル基、4-メチルフェニル基または2,2,2-トリフルオロエチル基である。R10は塩素原子、臭素原子およびヨウ素原子から選択されるハロゲン原子である。
【００７０】
本発明の式(1)におけるZ1は環状ベンジリデンアセタール基のベンゼン環とポリアルキレングリコール鎖間の2価のスペーサーであり、Z2は官能基X1と環状ベンジリデンアセタール基間の2価のスペーサーである。これらは共有結合で構成され、環状ベンジリデンアセタール基よりも加水分解に対して安定であれば特に制限は無いが、好ましくはエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、アミド結合、2級アミノ基もしくはこれらを含むアルキレン基、単結合またはアルキレン基である。アルキレン基の炭素数は、好ましくは1〜24である。説明のためであって、制限するものではないが、アルキレン基の好ましい例としては、(z1)のような構造が挙げられる。
【００７１】
エーテル結合を有するアルキレン基の好ましい例としては、(z2)または(z3)のような構造が挙げられる。エステル結合を有するアルキレン基の好ましい例としては、(z4)のような構造が挙げられる。カーボネート結合を有するアルキレン基の好ましい例としては、(z5)のような構造が挙げられる。ウレタン結合を有するアルキレン基の好ましい例としては、(z6)のような構造が挙げられる。アミド結合を有するアルキレン基の好ましい例としては、(z7)のような構造が挙げられる。2級アミノ基を有するアルキレン基の好ましい例としては、(z8)のような構造が挙げられる。好ましい実施形態において、pおよびqは独立して1〜12の整数である。ただし、Z1とZ2との少なくとも一方が、エーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、アミド結合、2級アミノ基もしくはこれらを含むアルキレン基であって、複数の同一構造単位が結合している場合における前記構造単位の数は2以下である。
【００７２】
【化１０】
2017186543.tif 000012
【００７３】
本発明における「架橋剤」とは、環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の官能基X1と共有結合を形成することが可能な少なくとも2つの官能基を含む分子を意味する。典型的には、環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体は水に可溶であるが、架橋剤を用いた三次元架橋によって水に不溶のヒドロゲルが形成される。
【００７４】
本発明の一態様では、前記架橋剤は式(2)で示される。
【化１１】
2017186543.tif 000013
【００７５】
この態様の式(2)におけるP2は、末端数2〜8のポリアルキレングリコールで、P2を構成するポリアルキレングリコールの全ての末端がそれぞれZ3に対して結合している。P2の具体的な例としては、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールのブロック共重合体またはランダム共重合体、ポリエチレングリコールとポリブチレングリコールのブロック共重合体またはランダム共重合体、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールとポリブチレングリコールのブロック共重合体またはランダム共重合体などが挙げられる。
【００７６】
本発明の式(2)で表わされる架橋剤の多分散度は1.15以下が好ましく、より好ましくは1.12以下であり、更に好ましくは1.10以下である。
【００７７】
ポリエチレングリコールよりも疎水性の高いポリプロピレングリコールまたはポリブチレングリコールの共重合体中における質量百分率は、ポリエチレングリコールに対して好ましくは60%以下であり、更に好ましくは50%以下であり、最も好ましくは40%以下である。
【００７８】
この態様の好ましい実施形態では、式(2)におけるP2は末端数2〜8のポリエチレングリコールである。
【００７９】
この態様の更に好ましい実施形態では、式(2)のP2が式(s1)で表される場合にはW2が2であり、P2が式(s2)で表される場合にはW2が3であり、P2が式(s3)または式(s4)で表される場合にはW2が4であり、P2が式(s5)または式(s6)で表される場合にはW2が5であり、P2が式(s7)、式(s8)または式(s9)で表される場合にはW2が6であり、P2が式(s10)で表される場合にはW2が7であり、P2が式(s11)、式(s12)または式(s13)で表される場合にはW2が8である。
【００８０】
【化１２】
2017186543.tif 000014
【００８１】
【化１３】
2017186543.tif 000015
【００８２】
式中、mはポリエチレングリコール鎖1本あたりの繰り返しユニット数であり、分子量分布を有するポリエチレングリコールにおいては、化合物の数平均分子量(Mn)に基づいて、各種理論的な計算をすることにより算出することと定義する。
【００８３】
この実施形態において、前記mの好適な範囲は3〜2000の整数であり、好ましくは10〜1000の整数であり、更に好ましくは15〜500の整数であり、最も好ましくは20〜300の整数である。
本発明における前記末端数2〜8のポリエチレングリコールの数平均分子量(Mn)の好適な範囲は500〜90000であり、好ましくは900〜65000であり、更に好ましくは1500〜45000であり、最も好ましくは3000〜25000である。
【００８４】
この態様の式(2)におけるX2の好ましい例を挙げれば、活性エステル基、活性カーボネート基、アルデヒド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、エポキシ基、マレイミド基、ビニルスルホン基、アクリル基、スルホニルオキシ基、カルボキシ基、チオール基、ジチオピリジル基、α-ハロアセチル基、アルキニル基、アリル基、ビニル基、アミノ基、オキシアミノ基、ヒドラジド基およびアジド基である。
【００８５】
更に具体的には、本発明の生分解性ヒドロゲルに用いられる環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体のアミノ基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基は、活性エステル基、活性カーボネート基、アルデヒド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、エポキシ基、マレイミド基、ビニルスルホン基、アクリル基、スルホニルオキシ基またはカルボキシ基であり、前記環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体のチオール基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基は、活性エステル基、活性カーボネート基、アルデヒド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、エポキシ基、マレイミド基、ビニルスルホン基、アクリル基、スルホニルオキシ基、カルボキシ基、チオール基、ジチオピリジル基、α-ハロアセチル基、アルキニル基、アリル基またはビニル基であり、前記環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体のアルデヒド基またはカルボキシ基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基は、チオール基、アミノ基、オキシアミノ基またはヒドラジド基であり、前記環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体のアルキニル基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基は、チオール基、アミノ基、オキシアミノ基、ヒドラジド基またはアジド基であり、前記環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体のアジド基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基はアルキニル基である。
【００８６】
ここで「活性エステル」とは、式：−C(=O)−Lで表わされる活性化されたカルボキシ基を示し、Lは脱離基を示す。Lで表わされる脱離基としては、スクシンイミジルオキシ基、フタルイミジルオキシ基、4-ニトロフェノキシ基、1-イミダゾリル基、ペンタフルオロフェノキシ基、ベンゾトリアゾール-1-イルオキシ基および7-アザベンゾトリアゾール-1-イルオキシ基などが挙げられる。「活性カーボネート」とは、式：−O−C(=O)−Lで表わされる活性化されたカーボネート基を示し、Lは上記と同様の脱離基を示す。
【００８７】
この態様の好適な実施形態において、X2は群(I)、群(II)、群(III)、群(IV)または群(V)で示される基である。
群(I)：本発明の生分解性ヒドロゲルに用いられる環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体のアミノ基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基
下記の(a)、(b)、(c)、(d)、(e)および(f)
群(II)：前記環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体のチオール基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基
下記の(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)および(j)
群(III)：前記環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体のアルデヒド基またはカルボキシ基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基
下記の(g)、(k)、(l)および(m)
群(IV)：前記環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体のアルキニル基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基
下記の(g)、(k)、(l)、(m)および(n)
群(V)：前記環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体のアジド基と反応して共有結合を形成することが可能な官能基
下記の(j)
【００８８】
【化１４】
2017186543.tif 000016
【００８９】
式中、R7は水素原子またはスルホ基であり、スルホ基として具体的にはスルホン酸ナトリウムおよびスルホン酸カリウムが挙げられるが、好ましくは水素原子である。R8、R11は水素原子または炭素数1〜5の炭化水素基であり、具体的な炭化水素基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、t-ブチル基およびペンチル基などが挙げられる。R9はハロゲン原子を含んでもよい炭素数1〜10の炭化水素基であり、具体的な炭化水素基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、ベンジル基、4-メチルフェニル基、トリフルオロメチル基、2,2,2-トリフルオロエチル基、4-(トリフルオロメトキシ)フェニル基、ビニル基、クロロエチル基、ブロモエチル基およびヨードエチル基などが挙げられるが、好ましくはメチル基、ビニル基、4-メチルフェニル基または2,2,2-トリフルオロエチル基である。R10は塩素原子、臭素原子およびヨウ素原子から選択されるハロゲン原子である。
【００９０】
この態様の式(2)におけるZ3は2価のスペーサーである。これは共有結合で構成され、本発明の生分解性ヒドロゲルに含まれる環状ベンジリデンアセタール基よりも加水分解に対して安定であれば特に制限は無いが、好ましくはエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、アミド結合、2級アミノ基もしくはこれらを含むアルキレン基、単結合またはアルキレン基である。アルキレン基の炭素数は、好ましくは1〜24である。説明のためであって、制限するものではないが、アルキレン基の好ましい例としては、(z1)のような構造が挙げられる。
【００９１】
エーテル結合を有するアルキレン基の好ましい例としては、(z2)または(z3)のような構造が挙げられる。エステル結合を有するアルキレン基の好ましい例としては、(z4)のような構造が挙げられる。カーボネート結合を有するアルキレン基の好ましい例としては、(z5)のような構造が挙げられる。ウレタン結合を有するアルキレン基の好ましい例としては、(z6)のような構造が挙げられる。アミド結合を有するアルキレン基の好ましい例としては、(z7)のような構造が挙げられる。2級アミノ基を有するアルキレン基の好ましい例としては、(z8)のような構造が挙げられる。好ましい実施形態において、pおよびqは独立して1〜12の整数である。ただし、Z3が、エーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、アミド結合、2級アミノ基もしくはこれらを含むアルキレン基であって、複数の同一構造単位が結合している場合における前記構造単位の数は2以下である。
【００９２】
【化１５】
2017186543.tif 000017
【００９３】
本発明において、ヒドロゲルは環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体と架橋剤を混合することで自発的に、もしくはラジカル開始剤や金属触媒等の更なる添加やUV光照射等の外部刺激により形成される。ヒドロゲルの形成に必要な条件は、環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の官能基X1と架橋剤の官能基の組み合わせによって決定されるものである。
【００９４】
例えば、X1が求核性官能基であり、架橋剤の官能基が求電子性官能基である場合は、単純な混合によりヒドロゲルの形成が自発的に進行する。好ましい具体的な例を挙げると、X1がアミノ基、アミノオキシ基またはヒドラジド基であり、架橋剤の官能基が活性エステル基、活性カーボネート基、アルデヒド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、エポキシ基、マレイミド基、ビニルスルホン基またはアクリル基である場合には、単純な混合によりヒドロゲルの形成が自発的に進行する。X1がチオール基であり、架橋剤の官能基が活性エステル基、活性カーボネート基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、エポキシ基、マレイミド基、ビニルスルホン基、アクリル基、ジチオピリジル基またはα-ハロアセチル基である場合には、単純な混合によりヒドロゲルの形成が自発的に進行する。
【００９５】
また、X1がアクリル基またはチオール基であり、架橋剤の官能基がビニル基、アルキニル基またはアリル基である場合には、有機過酸化物などのラジカル開始剤の添加、または光開始剤存在下でのUV光照射によりヒドロゲルの形成が進行する。
【００９６】
更に、X1がアジド基であり、架橋剤の官能基がアルキニル基である場合には、銅(I)イオンを触媒としたクリック反応によりヒドロゲルの形成が進行する。ただし、ジベンゾシクロオクチン(DBCO)など反応性の高いアルキン類を用いる場合は、銅(I)イオンを用いなくともよい。
【００９７】
本発明において、環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体と架橋剤との架橋反応で生じる結合としては、好ましくはウレタン結合、アミド結合、チオエーテル結合、エステル結合、ジスルフィド結合、エーテル結合、カーボネート結合、イミノ結合、1H-1,2,3-トリアゾール-1,4-ジイル基であり、より好ましくはウレタン結合、アミド結合、チオエーテル結合、エステル結合、ジスルフィド結合であり、さらに好ましくはウレタン結合、アミド結合、チオエーテル結合である。
【００９８】
本発明において、ヒドロゲルの形成反応は種々の適切な溶媒、具体的には水、アルコール、アセトニトリル、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドまたはテトラヒドロフラン中で実施することができ、好ましくは水性媒体中で実施される。
【００９９】
説明のためであって、制限するものではないが、本発明における環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の末端数と架橋剤の末端数との具体的な組み合わせの例としては、環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の末端数が2の場合、架橋剤の末端数は8、4または3が好ましく、より好ましくは8または4であり、更に好ましくは8である。
【０１００】
環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の末端数が3の場合、架橋剤の末端数は8、4または3が好ましく、より好ましくは8または4であり、更に好ましくは8である。環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の末端数が4の場合、架橋剤の末端数は8、4、3または2が好ましく、より好ましくは8、4または3であり、更に好ましくは8または4である。環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の末端数が5の場合、架橋剤の末端数は8、4、3または2が好ましく、より好ましくは8、4または3であり、更に好ましくは8または4である。
【０１０１】
環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の末端数が6の場合、架橋剤の末端数は8、4、3または2が好ましく、より好ましくは8、4または3であり、更に好ましくは8または4である。環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の末端数が7の場合、架橋剤の末端数は8、4、3または2が好ましく、より好ましくは8、4または3であり、更に好ましくは8または4である。環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の末端数が8の場合、架橋剤の末端数は8、4、3または2が好ましく、より好ましくは8、4または3であり、更に好ましくは8または4である。
【０１０２】
本発明の別の態様では、前記架橋剤がポリペプチドである。
ここで「ポリペプチド」とは複数のアミノ酸またはアミノ酸誘導体がペプチド結合で連結された単分散の分子であり、具体的には天然由来のポリペプチド、固相合成に代表されるペプチド合成の手法で一つひとつのアミノ酸を厳密な配列で連結させたポリペプチド、並びにペプチド結合以外の共有結合を含む擬似ペプチドおよびペプチド模倣物を含む。ペプチドに含まれるアミノ酸は、Ｄ型またはＬ型であり得る。
【０１０３】
この態様のポリペプチドは、直鎖型、分岐型または星型のポリペプチドであり得る。
【０１０４】
この態様の好ましい実施形態において、ポリペプチドのアミノ酸残基数は2〜6であり、より好ましくは2〜5であり、更に好ましくは2〜4のポリペプチドである。
【０１０５】
この態様のポリペプチドは、環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の官能基X1と共有結合を形成することが可能な少なくとも2つの官能基を有するポリペプチドである。好ましくは、アミノ基、グアニジノ基、イミダゾール基またはチオール基を側鎖に含むアミノ酸もしくはアミノ酸誘導体を2つ以上含むポリペプチドであり、より好ましくは、リジン、アルギニン、ヒスチジン、システインからなる群から選択されるアミノ酸を2つ以上含むポリペプチドであり、更に好ましくは、リジンまたはシステインを2つ以上含むポリペプチドである。最も好ましくは、ジリジン、トリリジンまたはテトラリジンである。
【０１０６】
この態様において、ポリペプチドの官能基と環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の官能基X1との好ましい組み合わせを挙げれば、ポリペプチドの官能基がアミノ基、グアニジノ基またはイミダゾール基の場合には、官能基X1は活性エステル基、活性カーボネート基、アルデヒド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、エポキシ基、マレイミド基、ビニルスルホン基、アクリル基、スルホニルオキシ基またはカルボキシ基であり、ポリペプチドの官能基がチオール基の場合には、官能基X1は活性エステル基、活性カーボネート基、アルデヒド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、エポキシ基、マレイミド基、ビニルスルホン基、アクリル基、スルホニルオキシ基、カルボキシ基、チオール基、ジチオピリジル基、α-ハロアセチル基、アルキニル基、アリル基またはビニル基である。
【０１０７】
ポリペプチドは塩であってよく、具体的な例としては、側鎖に含まれる官能基がアミノ基、グアニジノ基またはイミダゾール基の場合は塩酸塩、臭化水素酸塩またはトリフルオロ酢酸塩である。
【０１０８】
この態様の別の好ましい実施形態において、ポリペプチドはタンパク質である。タンパク質は、環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の官能基X1と共有結合を形成することが可能な少なくとも2つの官能基をタンパク質の三次元構造の表面に有するタンパク質であり、好適な例としては、血清アルブミン、その他の血清タンパク質、血清濃縮物等のタンパク質類、血清タンパク質類の組換えタンパク質、コラーゲンまたはコラーゲンの組換えタンパク質が挙げられる。
【０１０９】
本発明の好ましい実施形態において、環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体と架橋剤は、それぞれ水性媒体に溶解させた状態で混合することができる。環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体を溶解させる水性媒体はpH 5〜12の緩衝液が好ましく、より好ましくはpH 6〜11の緩衝液であり、更に好ましくはpH 7〜10の緩衝液である。架橋剤を溶解させる水性媒体はpH 3〜12の緩衝液が好ましく、より好ましくはpH 4〜11の緩衝液であり、更に好ましくはpH 5〜10の緩衝液である。
【０１１０】
本発明において、ヒドロゲルの架橋密度は、環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体および架橋剤の総分子量、並びに1分子当りの有効な官能基の数によって制御される。
【０１１１】
具体的な例を挙げると、同一の架橋剤を用いて、分子量10000の環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体を架橋させて得られるヒドロゲルは、末端数が同じで分子量20000の環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体を架橋させて得られるヒドロゲルに比べて高い架橋密度を与える。また、同一の架橋剤を用いて、末端数が8の環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体を架橋させて得られるヒドロゲルは、分子量が同じで末端数が4の環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体を架橋させて得られるヒドロゲルに比べて高い架橋密度を与える。同様に、同一の環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体を用いて、分子量10000の架橋剤により架橋させて得られるヒドロゲルは、末端数が同じで分子量20000の架橋剤により架橋させて得られるヒドロゲルに比べて高い架橋密度を与える。更に、同一の環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体を用いて、末端数が8の架橋剤により架橋させて得られるヒドロゲルは、分子量が同じで末端数が4の架橋剤により架橋させて得られるヒドロゲルに比べて高い架橋密度を与える。
【０１１２】
本発明におけるヒドロゲルの架橋密度は、ヒドロゲル形成時の環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体を溶解させた溶液および架橋剤を溶解させた溶液におけるそれぞれの質量パーセントによっても制御される。具体的には、当該質量パーセントが増加するほど、ヒドロゲル形成時に環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の官能基X1と架橋剤の官能基が反応する確率が増加し、結果的に高い架橋密度を与える。ここで形成されるヒドロゲル中の環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体と架橋剤の合計の質量百分率は、1〜50%であり、好ましくは2〜40%であり、更に好ましくは3〜30%である。
【０１１３】
本発明におけるヒドロゲルの架橋密度を制御する更に別の方法は、環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の官能基X1と架橋剤の官能基の化学量論的な調節による。ヒドロゲル中のX1のモル数に対する架橋剤の官能基のモル当量比率は0.5〜1.5が好ましく、より好ましくは0.8〜1.2であり、更に好ましくは0.9〜1.1である。
【０１１４】
本発明の更に別の態様では、前記ヒドロゲルは1つ以上の生体機能性分子を更に含有していてもよい。
【０１１５】
この態様の生体機能性分子としては、タンパク薬剤、ポリペプチド、酵素、抗体、抗体医薬、遺伝子、オリゴ核酸などを含む核酸化合物、核酸医薬、抗がん剤、低分子薬物などの生体機能性分子が主なものとして挙げられる。また、これら生体機能性分子を含むリポソーム、ポリマーミセルなどのドラッグデリバリーシステムにおけるキャリアや、その他診断用材料やデバイスを含有させることもできる。生体機能性分子は、臨床用途を有する任意の化合物またはそれらの混合物であってよく、治療または予防効果を提供する任意の薬剤、組織成長、細胞成長、細胞分化に影響または関与する化合物、癒着防止化合物、免疫応答等の生物学的作用を誘発することが可能な化合物、または一つ以上の生物学的プロセスにおいて他の任意の役割を果たすものでもあり得る。
【０１１６】
この態様の好ましい実施形態において、生体機能性分子は癒着防止剤、抗菌剤、鎮痛剤、解熱剤、麻酔剤、抗てんかん剤、抗ヒスタミン剤、抗炎症剤、心臓血管薬、診断用剤、交感神経作用剤、コリン性作用剤、抗ムスカリン剤、抗痙攣剤、ホルモン類、成長因子、筋弛緩剤、アドレナリン作動ニューロン遮断剤、抗腫瘍剤、免疫原性剤、免疫抑制剤、胃腸薬、利尿剤、ステロイド類、脂質類、リポ多糖類、多糖類、血小板活性化剤、凝血因子および酵素であり得る。またこれらの生体機能性分子は組み合わせて使用することもできる。
【０１１７】
この態様の好ましい実施形態では、生体機能性分子の存在下でヒドロゲルを形成させることによって、単にヒドロゲルの細孔内に生体機能性分子が含有されていてよく、生体機能性分子の放出速度は、ヒドロゲルの分解速度によって制御される。
【０１１８】
この態様の別の好ましい実施形態では、生体機能性分子は、環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の官能基X1と共有結合により結合される。この場合には生体機能性分子は、官能基X1と結合されることにより、環状ベンジリデンアセタール構造を介してヒドロゲルのポリアルキレングリコール骨格に結合される。この場合、生体機能性分子の放出速度は、ヒドロゲルを形成する環状ベンジリデンアセタール構造の分解速度およびヒドロゲル自体の分解速度の二つの因子により制御される。
【０１１９】
環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の官能基X1と生体機能性分子の結合形成は、以下のように行うことができる。
例えば、ポリアルキレングリコール誘導体の官能基X1と反応する架橋剤の官能基数を、官能基Ｘ1よりも少なく調節して、架橋反応によりヒドロゲルを形成させることで、架橋に関与しない官能基X1を余らせ、これと生体機能性分子を反応させる。あるいは、環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体の官能基X1の一部と生体機能性分子を予め反応させた後、反応物を架橋剤と混合し、未反応の官能基X1を架橋剤と架橋反応させてヒドロゲルを形成させる。
【０１２０】
この態様において、ヒドロゲル中の官能基X1のモル数に対する架橋剤の官能基のモル当量比率は0.5〜0.99が好ましく、より好ましくは0.6〜0.95であり、更に好ましくは0.7〜0.9である。また、ヒドロゲル中の官能基X1のモル数に対する架橋剤の官能基と生体機能性分子の官能基の合計のモル当量比率は0.71〜1.2が好ましく、より好ましくは0.75〜1.1であり、更に好ましくは0.8〜1.0である。
【０１２１】
本発明の生分解性ヒドロゲルに用いられる環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリアルキレングリコール誘導体は、置換基を有する環状ベンジリデンアセタール低分子化合物とポリアルキレングリコール中間体をカップリング反応させることにより合成できる。このカップリング反応によって生じる結合は、反応に使用される官能基の組み合わせによって決定されるものであり、前記2価のスペーサーZ1に含まれるエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、アミド結合、2級アミノ基もしくはこれらを含むアルキレン基、単結合またはアルキレン基である。合成した当該ポリアルキレングリコール誘導体は、必要に応じて末端官能基を化学変換する。この官能基変換に用いられる反応は、従来公知の方法を用いることができるが、式(1)の環状ベンジリデンアセタール基、前記2価のスペーサーZ1およびZ2に含まれる結合を分解しない条件を適切に選択しなければならない。
【０１２２】
環状ベンジリデンアセタール低分子化合物とポリアルキレングリコール中間体をカップリング反応させ、更に末端官能基を化学変換する典型的な例としては、以下のような工程が挙げられる。ここでは末端数が4のポリエチレングリコールを用いて説明する。
【０１２３】
(A)  環状ベンジリデンアセタール低分子化合物の合成
【化１６】
2017186543.tif 000018
(式中、R1は水素原子または炭化水素基であり；
R2、R3、R4およびR5はそれぞれ独立して電子吸引性もしくは電子供与性の置換基、または水素原子である。)
【０１２４】
【化１７】
2017186543.tif 000019
【０１２５】
化学反応可能な官能基であるヒドロキシ基を有する式(3)のカルボニル化合物、およびアミノ基がフタロイル基で保護されたフタルイミド基を有する式(4)の1,2-ジオール誘導体をトルエン、ベンゼン、キシレン、アセトニトリル、酢酸エチル、ジエチルエーテル、t-ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、クロロホルム、ジクロロメタン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドまたはジメチルアセトアミドなどの非プロトン性溶媒、もしくは無溶媒中、酸触媒存在下、反応させることで環状ベンジリデンアセタール基を有する下記式(5)の化合物を得る。得られた化合物は、抽出、再結晶、吸着剤処理またはカラムクロマトグラフィーなどで精製してもよい。カルボニル化合物の代わりに、対応する低級アルコールのアセタール誘導体を使用することもできる。低級アルコールは好ましくは炭素数1〜5のアルコールであり、更に好ましくはメタノールまたはエタノールである。酸触媒は有機酸または無機酸のいずれでもよく、特に制限は無いが、具体的な例を挙げればp-トルエンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸ピリジニウム、メタンスルホン酸、10-カンファースルホン酸、塩化水素、ヨウ素、塩化アンモニウム、シュウ酸および三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体などである。
【０１２６】
【化１８】
2017186543.tif 000020
【０１２７】
ここで「保護基」とは、ある反応条件下で分子中の特定の化学反応可能な官能基の反応を防止または阻止する成分である。保護基は、保護される化学反応可能な官能基の種類、使用される条件および分子中の他の官能基もしくは保護基の存在により変化する。保護基の具体的な例は多くの一般的な成書に見出すことができるが、例えば「Wuts, P. G. M.; Greene, T. W. Protective Groups in Organic
Synthesis, 4th ed.; Wiley-Interscience: New York, 2007」に記載されている。また、保護基で保護された官能基は、それぞれの保護基に適した反応条件を用いて脱保護、すなわち化学反応させることで、元の官能基を再生させることができる。したがって、本明細書では、保護基で保護されており、各種反応によって脱保護が可能な官能基は「化学反応可能な官能基」に含む。保護基の代表的な脱保護条件は前述の文献に記載されている。
【０１２８】
式(3)の化合物の化学反応可能な官能基は、ヒドロキシ基以外の官能基も用いることができる。具体的な例としては、ヒドロキシアルキル基、アミノ基、アミノアルキル基、カルボキシ基およびカルボキシアルキル基などが挙げられる。また、上記官能基は、アセタール化反応の酸性条件で安定、かつ環状ベンジリデンアセタール基が分解する接触還元以外の反応条件で脱保護可能な保護基で保護されていてもよい。保護される官能基と保護基の好ましい組み合わせとして、保護される官能基がヒドロキシ基またはヒドロキシアルキル基のときは、例えばシリル系保護基およびアシル系保護基が挙げられ、具体的にはt-ブチルジフェニルシリル基、t-ブチルジメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、アセチル基およびピバロイル基などが挙げられる。保護される官能基がアミノ基またはアミノアルキル基のときは、例えばアシル系保護基およびカーバメート系保護基が挙げられ、具体的にはトリフルオロアセチル基、9-フルオレニルメチルオキシカルボニル基および2-(トリメチルシリル)エチルオキシカルボニル基などが挙げられる。保護される官能基がカルボキシ基またはカルボキシアルキル基のときは、例えばアルキルエステル系保護基およびシリルエステル系保護基が挙げられ、具体的にはメチル基、9-フルオレニルメチル基およびt-ブチルジメチルシリル基などが挙げられる。具体的な保護基の種類および代表的な脱保護条件は前述の文献に記載されており、それぞれの保護基に適した反応条件を選択し、親水性ポリマー中間体との反応前に脱保護を行うことができる。
【０１２９】
また、式(4)の化合物の1,2-ジオール部分を除く化学反応可能な官能基には、フタルイミド基以外の官能基も用いることができる。化学反応可能な官能基が保護基で保護された官能基である場合は、保護基はアセタール化反応の酸性条件で安定、かつベンジリデンアセタール基が分解する接触還元以外の反応条件で脱保護可能である必要がある。保護される官能基と保護基の好ましい組み合わせとして、保護される官能基がアミノ基のときは、例えばアシル系保護基およびカーバメート系保護基が挙げられ、具体的にはトリフルオロアセチル基、9-フルオレニルメチルオキシカルボニル基および2-(トリメチルシリル)エチルオキシカルボニル基などが挙げられる。また、保護される官能基がヒドロキシ基のときは、例えばシリル系保護基およびアシル系保護基が挙げられ、具体的にはt-ブチルジフェニルシリル基、t-ブチルジメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、アセチル基およびピバロイル基などが挙げられる。保護される官能基がカルボキシ基のときは、例えばアルキルエステル系保護基およびシリルエステル系保護基が挙げられ、具体的にはメチル基、9-フルオレニルメチル基およびt-ブチルジメチルシリル基などが挙げられる。保護される官能基がスルファニル基のときは、例えばチオエーテル系保護基、チオカーボネート系保護基およびジスルフィド系保護基が挙げられ、具体的にはS-2,4-ジニトロフェニル基、S-9-フルオレニルメチルオキシカルボニル基およびS-t-ブチルジスルフィド基などが挙げられる。保護基の代表的な脱保護条件は前述の文献に記載されており、それぞれの保護基に適した反応条件を選択することができる。ただし、化学反応可能な官能基が、保護基で保護されていなくてもアセタール化反応を阻害しない官能基の場合は、保護基を使用する必要は無い。
【０１３０】
(B)  ポリエチレングリコール中間体の合成
開始剤であるペンタエリスリトールをトルエン中もしくは無溶媒で、金属ナトリウム、金属カリウム、水素化ナトリウムまたは水素化カリウムなどのアルカリ条件下、エチレンオキシドをペンタエリスリトールに対して3〜2000モル当量重合させ、式(6)のポリエチレングリコールを得る。本発明で用いる開始剤としては、好ましくは2〜8価の水酸基またはアミノ基を有する化合物を使用する。水酸基を有する化合物の具体例としては、例えば下記のアルコールが挙げられる。2価のアルコールはエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、水、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオールおよび1,4-ベンゼンジオールなどが挙げられ、3価以上の多価アルコールはグリセリン、トリメチロールプロパン、トリエタノールアミン、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、キシリトール、トリグリセリン、ジペンタエリスリトール、ソルビトールおよびヘキサグリセリンなどが挙げられる。アミノ基を有する化合物の具体例としては、アンモニア、メチルアミン、エチルアミン、アニリン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、エチレンジアミン、トルイレンジアミン、ジエチレントリアミンなどが挙げられる。ここで得られるポリエチレングリコールは、化学反応可能な官能基であるヒドロキシ基を有するため、そのまま環状ベンジリデンアセタール低分子化合物とのカップリング反応に用いることもできる。
【０１３１】
【化１９】
2017186543.tif 000021
【０１３２】
式(6)のポリエチレングリコールをトルエン、ベンゼン、キシレン、アセトニトリル、酢酸エチル、ジエチルエーテル、t-ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、クロロホルム、ジクロロメタン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドまたはジメチルアセトアミドなどの非プロトン性溶媒、もしくは無溶媒中、トリエチルアミン、N-メチルモルホリン、ピリジンまたは4-ジメチルアミノピリジンなどの有機塩基、もしくは炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、酢酸ナトリウムまたは炭酸カリウムなどの無機塩基の存在下、塩化メタンスルホニルと反応させることで、式(7)のポリエチレングリコール中間体を得る。上記有機塩基、無機塩基は用いなくとも良い。有機塩基、無機塩基の使用割合は、特に制限はないが、式(6)のポリエチレングリコールの水酸基に対して等モル以上が好ましい。また、有機塩基を溶媒として用いてもよい。得られた化合物は、抽出、再結晶、吸着剤処理、再沈殿、カラムクロマトグラフィーまたは超臨界抽出等の精製手段にて精製してもよい。
【０１３３】
【化２０】
2017186543.tif 000022
【０１３４】
式(7)のポリエチレングリコール中間体における化学反応可能な官能基は他の官能基も用いることができる。化学反応可能な官能基の好ましい例としては、当該ポリエチレングリコール中間体と前記環状ベンジリデンアセタール低分子化合物のカップリング反応によって生じる結合が、式(1)の2価のスペーサーZ1に含まれるエーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、アミド結合、2級アミノ基もしくはこれらを含むアルキレン基、単結合またはアルキレン基となる官能基であり、具体的にはハロゲン原子、活性エステル、活性カーボネート、アルデヒド基、アミノ基、ヒドロキシ基およびカルボキシ基などが挙げられる。
【０１３５】
(C)  環状ベンジリデンアセタール低分子化合物とポリエチレングリコール中間体のカップリング反応
式(5)のベンジリデンアセタール低分子化合物と式(7)のポリエチレングリコール中間体をトルエン、ベンゼン、キシレン、アセトニトリル、酢酸エチル、ジエチルエーテル、t-ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、クロロホルム、ジクロロメタン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドまたはジメチルアセトアミドなどの非プロトン性溶媒、もしくは無溶媒中、トリエチルアミン、N-メチルモルホリン、t-ブトキシカリウムまたはヘキサメチルジシラザンナトリウムなどの有機塩基、もしくは炭酸カリウム、水酸化カリウムまたは水素化ナトリウムなどの無機塩基の存在下、カップリング反応させることで、式(8)の化合物を得る。有機塩基、無機塩基の使用割合は、特に制限はないが、式(7)のポリエチレングリコール中間体の化学反応可能な官能基に対して等モル以上が好ましい。また、有機塩基を溶媒として用いてもよい。得られた化合物は、前述の精製手段にて精製してもよい。
【０１３６】
【化２１】
2017186543.tif 000023
【０１３７】
環状ベンジリデンアセタール低分子化合物の化学反応可能な官能基は、ポリエチレングリコール中間体とのカップリング反応の前に官能基変換を行ってもよい。カップリング反応の反応条件は、環状ベンジリデンアセタール低分子化合物の化学反応可能な官能基およびポリエチレングリコール中間体の化学反応可能な官能基の組み合わせによって決定されるものであり、従来公知の方法を用いることができるが、式(1)の環状ベンジリデンアセタール基、前記2価のスペーサーZ1およびZ2に含まれる結合を分解しない条件を適切に選択する必要がある。
【０１３８】
(D)  環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリエチレングリコール誘導体の末端官能基変換
式(8)の化合物を水、メタノールまたはエタノールなどのプロトン性溶媒、もしくはアセトニトリル、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドまたはジメチルアセトアミドなどの非プロトン性溶媒、もしくは無溶媒中、エチレンジアミン、メチルヒドラジンまたはメチルアミンなどの塩基性有機化合物、もしくはヒドラジン、ヒドロキシアミンまたは水酸化ナトリウムなどの塩基性無機化合物を用いて処理することで、フタルイミド基が脱保護されてアミノ基に変換された式(9)の化合物を得る。塩基性化合物の使用割合は、特に制限はないが、式(8)の化合物の化学反応可能な官能基に対して等モル以上が好ましい。また、塩基性化合物を溶媒として用いてもよい。得られた化合物は、前述の精製手段にて精製してもよい。
【０１３９】
【化２２】
2017186543.tif 000024
【実施例】
【０１４０】
以下に実施例および比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１４１】
1H-NMR分析では日本電子データム(株)製JNM-ECP400またはJNM-ECA600を使用した。測定にはφ5mmチューブを用い、重水素化溶媒がCDCl3、CD3CNまたはCD3ODの場合は、内部標準物質としてテトラメチルシラン(TMS)を使用し、D2Oの場合はHDOを基準とした。
【０１４２】
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析では、GPCシステムとしてSHODEX
GPC SYSTEM-11、検出器である示差屈折計としてSHODEX RIX8、GPCカラムとしてSHODEX KF801L、KF803L、KF804L(φ8mm×300mm)を3本直列に繋ぎ、カラムオーブンの温度を40℃とした。溶離液としてはテトラヒドロフランを用い、流速は1ml/分とし、試料の濃度は0.1wt%とし、注入容量は0.1mLとして測定を行った。検量線は関東化学(株)製のエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、並びにPolymer Laboratory製の分子量600〜70000のポリエチレングリコールまたはポリエチレンオキシドのGPC用Polymer Standardsを用いて作成したものを用いた。データの解析はBORWIN  GPC計算プログラムを使用した。Mnは数平均分子量、Mwは重量平均分子量を表わし、多分散度はMw/Mnとしてその計算値を示した。
【０１４３】
(合成例1)
温度計、窒素吹き込み管、攪拌機、Dean-stark管および冷却管を装備した200 mLの三つ口フラスコに1,2,6-ヘキサントリオール(30.0 g, 0.224 mol)、アセトンジメチルアセタール(25.6 g, 0.246 mol)およびp-トルエンスルホン酸一水和物(0.426 g, 2.24 mmol)を仕込み、80℃にてメタノールの留去を行いながら、3時間反応を行った。トリエチルアミン(0.453 g, 4.48 mmol)を加えてしばらく攪拌し、酢酸エチルで希釈後、20wt%食塩水で洗浄した。有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過後、溶媒を減圧留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、式(10)の化合物を得た。
1H-NMR(CDCl3, 内部標準TMS);
δ(ppm):
1.35(3H, s, -CH3), 1.41(3H, s, -CH3),
1.49-1.67(6H, m, >CHCH2CH2CH2-),
2.07(1H, brs, -OH),3.51(1H, t, -OCH2CH<),
3.64(2H, t, -CH2OH),
4.04(1H, dd, -OCH2CH<), 4.07-4.10(1H, m,
-OCH2CH<)
【０１４４】
【化２３】
2017186543.tif 000025
【０１４５】
(合成例2)
温度計、窒素吹き込み管、攪拌機および冷却管を装備した500 mLの四つ口フラスコに式(10)の化合物(20.0 g, 0.115 mol)、トリエチルアミン(23.3 g, 0.230
mol)およびトルエン(200 g)を仕込み、10℃以下に冷却した。冷却を続けながら、滴下漏斗に準備した塩化メタンスルホニル(19.8 g, 0.173 mol)を徐々に滴下した。滴下終了後、20℃で2時間反応を行った。エタノール(7.97 g, 0.173 mol)を加えてしばらく攪拌し、濾過後、有機層をイオン交換水で洗浄した。有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過後、溶媒を減圧留去して式(11)の化合物を得た。
1H-NMR(CDCl3, 内部標準TMS);
δ(ppm):
1.35(3H, s, -CH3), 1.40(3H, s, -CH3),
1.44-1.83(6H, m, >CHCH2CH2CH2-),
3.01(3H, s, -OSO2CH3), 3.51(1H,
t, -OCH2CH<), 4.03-4.11(2H, m, -OCH2CH<,
-OCH2CH<),
4.24(2H, t, -CH2OSO2CH3)
【０１４６】
【化２４】
2017186543.tif 000026
【０１４７】
(合成例3)
温度計、窒素吹き込み管、攪拌機および冷却管を装備した500 mLの四つ口フラスコに式(11)の化合物(20.0 g, 79.3 mmol)、フタルイミドカリウム(17.6 g, 95.2
mmol)および脱水ジメチルホルムアミド(200 g)を仕込み、60℃で2時間反応を行った。10℃以下に冷却し、イオン交換水(400 g)を加えてしばらく攪拌した後、酢酸エチル/ヘキサン(60/40, v/v)混合溶液で抽出した。有機層を0.2wt%炭酸カリウム水溶液で洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。濾過後、溶媒を減圧留去して式(12)の化合物を得た。
1H-NMR(CDCl3, 内部標準TMS);
δ(ppm):
1.34(3H, s, -CH3), 1.39(3H, s, -CH3),
1.44-1.75(6H, m, >CHCH2CH2CH2-),
3.50(1H, t, -OCH2CH<), 3.69(2H, t, -CH2-phthalimide),
4.01-4.09(2H, m, -OCH2CH<, -OCH2CH<),
7.71-7.85(4H, m, -phthalimide)
【０１４８】
【化２５】
2017186543.tif 000027
【０１４９】
(合成例4)
温度計、窒素吹き込み管、攪拌機および冷却管を装備した1 Lの四つ口フラスコに式(12)の化合物(15.2 g, 50.0 mmol)、p-トルエンスルホン酸一水和物(951 mg, 5.00 mmol)およびメタノール(500 mL)を仕込み、室温で4時間反応を行った。トリエチルアミン(1.01 g, 10.0 mmol)を加えてしばらく攪拌した後、溶媒を減圧留去した。残渣をクロロホルムに溶解し、イオン交換水で洗浄した後、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥した。濾過後、溶媒を減圧留去して式(13)の化合物を得た。
1H-NMR(CD3CN, 内部標準TMS);
δ(ppm):
1.24-1.61(6H, m, >CHCH2CH2CH2-),
2.69(1H, t, -OH), 2.75(1H, d, -OH),
3.17-3.21(1H, m, -OCH2CH<), 3.31-3.37(1H,
m, -OCH2CH<), 3.39-3.43(1H, m, -OCH2CH<),
3.54(2H, t, -CH2-phthalimide), 7.67-7.75(4H,
m, -phthalimide)
【０１５０】
【化２６】
2017186543.tif 000028
【０１５１】
(合成例5)
温度計、窒素吹き込み管、攪拌機、Dean-stark管および冷却管を装備した300 mLの三つ口フラスコに式(13)の化合物(3.87 g, 14.7 mmol)、4-ヒドロキシベンズアルデヒド(1.20 g, 9.83 mmol)、p-トルエンスルホン酸一水和物(187 mg, 0.983 mmol)およびシクロペンチルメチルエーテル(180 g)を仕込み、副生する水をシクロペンチルメチルエーテルで共沸除去しながら4時間反応を行った。トリエチルアミン(199 mg, 1.97 mmol)を加えてしばらく攪拌した後、溶媒を減圧留去した。残渣をクロロホルムに溶解し、イオン交換水で洗浄した後、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥した。濾過後、溶媒を減圧留去して式(14)の化合物を得た。
1H-NMR(CDCl3, 内部標準TMS);
δ(ppm):
1.41-1.80(6H, m, >CHCH2CH2CH2-),
3.57-4.26(5H, m, -OCH2CH<, -CH2-phthalimide),
5.71(0.6H, s, >CH-), 5.82(0.4H, s, >CH-),
6.79-6.82(2H, m, arom. H),
7.31-7.35(2H, m, arom. H), 7.70-7.86(4H, m, -phthalimide)
【０１５２】
【化２７】
2017186543.tif 000029
【０１５３】
(合成例6)
5 Lオートクレーブへペンタエリスリトール(27.2 g, 0.200 mol)、脱水トルエン(400 g)およびナトリウムメトキシド(3.52 g, 0.065 mol)を仕込み、系内を窒素置換後、100℃に昇温して30分間撹拌した。その後、水およびメタノールをトルエンで共沸除去した。100〜130℃、1 MPa以下の圧力でエチレンオキシド(1.97 kg, 44.8 mol)を加えた後、更に2時間反応を続けた。減圧にて未反応のエチレンオキシドガスを除去後、60℃に冷却し、85%リン酸水溶液でpH
7.5に調整して式(15)の化合物を得た。
1H-NMR(CDCl3, 内部標準TMS)；
δ(ppm)：
2.76(4H, t, OH), 3.41-3.83(920H, m, -CH2-(OCH2CH2)n-)
GPC分析; 数平均分子量(Mn): 9170,
重量平均分子量(Mw)： 9298,
多分散度(Mw/Mn)： 1.014
【０１５４】
【化２８】
2017186543.tif 000030
【０１５５】
(合成例7)
温度計、窒素吹き込み管、攪拌機、Dean-stark管および冷却管を装備した500 mLの三つ口フラスコに式(15)の化合物(100 g, 10.0 mmol)とトルエン(250 g)を仕込み、水をトルエンで共沸除去した。40℃へ冷却後、トリエチルアミン(6.07 g, 60.0 mmol)を仕込み、滴下漏斗に準備した塩化メタンスルホニル(5.04
g, 44.0 mmol)を徐々に滴下した。滴下終了後、40℃で3時間反応を行った。エタノール(2.03 g, 44.0 mmol)を加えてしばらく攪拌し、濾過後、酢酸エチル(300 g)で希釈した。ヘキサン(500 g)を添加して晶析を行い、濾過後、結晶を酢酸エチル(500 g)に溶解させた。ヘキサン(400 g)を添加して再度晶析を行い、濾過後、減圧下で乾燥して式(16)の化合物を得た。
1H-NMR(CDCl3, 内部標準TMS)；
δ(ppm)：
3.08(12H, s, -OSO2CH3),
3.47-3.85(912H, m, -CH2-(OCH2CH2)n-OCH2-),
4.37-4.39(8H, m, -CH2OSO2CH3)
GPC分析; 数平均分子量(Mn): 9496,
重量平均分子量(Mw): 9632,
多分散度(Mw/Mn)： 1.014
【０１５６】
【化２９】
2017186543.tif 000031
【０１５７】
(合成例8)
温度計、窒素吹き込み管、攪拌機および冷却管を装備した100 mLの三つ口フラスコに式(16)の化合物(5.00 g, 0.500 mmol)、式(14)の化合物(1.10 g, 3.00 mmol)、炭酸カリウム(1.38 g, 10.0
mmol)およびアセトニトリル(25 g)を仕込み、80℃で4時間反応を行った。溶媒を減圧留去した後、残渣を酢酸エチル(100 g)に溶解し、濾過を行った。ヘキサン(100 g)を添加して晶析を行い、濾過後、減圧下で乾燥して式(17)の化合物を得た。
1H-NMR(CDCl3, 内部標準TMS);
δ(ppm):
1.39-1.81(24H, m, >CHCH2CH2CH2-),
3.41-4.23(940H, m, -CH2-(OCH2CH2)n-,
-OCH2CH<, -CH2-phthalimide),
5.72(2.4H, s, >CH-), 5.84(1.6H, s, >CH-),
6.89-6.91(8H, m, arom. H), 7.36-7.38(8H, m, arom. H),
7.71-7.85(16H, m, -phthalimide)
GPC分析; 数平均分子量(Mn):
10557, 重量平均分子量(Mw): 10736,
多分散度(Mw/Mn)： 1.017
【０１５８】
【化３０】
2017186543.tif 000032
【０１５９】
(合成例9)
温度計、窒素吹き込み管、攪拌機および冷却管を装備した50 mLの三つ口フラスコに式(17)の化合物(4.00 g, 0.400 mmol)、メタノール(14 g)およびエチレンジアミン一水和物(0.781 g, 10.0 mmol)を仕込み、40℃にて4時間反応を行った。20wt%食塩水で希釈し、ジクロロメタンで抽出後、溶媒を減圧留去した。残渣を酢酸エチル(50 g)に溶解して無水硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過後、ヘキサン(50 g)を添加して晶析を行った。濾過後、減圧下で乾燥して式(18)の化合物を得た。
1H-NMR(CDCl3, 内部標準TMS);
δ(ppm):
1.39-1.81(24H, m, >CHCH2CH2CH2-),
2.71(8H, t, -CH2-NH2) 3.41-4.23(932H, m, -CH2-(OCH2CH2)n
-, -OCH2CH<), 5.74(2.4H, s, >CH-),
5.85(1.6H, s, >CH-), 6.90-6.92(8H, m, arom. H), 7.37-7.40(8H,
m, arom. H)
GPC分析; 数平均分子量(Mn):
10037, 重量平均分子量(Mw): 10225,
多分散度(Mw/Mn)： 1.019
【０１６０】
【化３１】
2017186543.tif 000033
【０１６１】
(合成例10)
3-フルオロ-4-ヒドロキシベンズアルデヒドと式(16)の化合物を用いて、合成例1〜5、8および9と同様の方法にて式(19)の化合物を得た。
1H-NMR(CDCl3, 内部標準TMS);
δ(ppm):
1.39-1.81(24H, m, >CHCH2CH2CH2-),
2.71(8H, t, -CH2-NH2)
3.41-4.23(932H, m, -CH2-(OCH2CH2)n-,
-OCH2CH<), 5.74(2.4H, s, >CH-),
5.85(1.6H, s, >CH-), 6.95-7.25(12H, m, arom. H)
GPC分析; 数平均分子量(Mn):
10107, 重量平均分子量(Mw): 10298,
多分散度(Mw/Mn)： 1.019
【０１６２】
【化３２】
2017186543.tif 000034
【０１６３】
(合成例11)
3-ヒドロキシベンズアルデヒドと式(16)の化合物を用いて、合成例1〜5、8および9と同様の方法にて式(20)の化合物を得た。
1H-NMR(CDCl3, 内部標準TMS);
δ(ppm):
1.39-1.81(24H, m, >CHCH2CH2CH2-),
2.71(8H, t, -CH2-NH2)
3.41-4.23(932H, m, -CH2-(OCH2CH2)n-,
-OCH2CH<), 5.74(2.4H, s, >CH-),
5.85(1.6H, s, >CH-), 6.89-7.27(16H, m, arom. H)
GPC分析; 数平均分子量(Mn):
10037, 重量平均分子量(Mw): 10225,
多分散度(Mw/Mn)： 1.019
【０１６４】
【化３３】
2017186543.tif 000035
【０１６５】
(合成例12)
温度計、窒素吹き込み管、攪拌機、Dean-stark管および冷却管を装備した300 mLの三つ口フラスコに1,2,6-ヘキサントリオール(2.01 g, 15.0 mmol)、3-ヒドロキシベンズアルデヒド(1.22 g, 10.0 mmol)、p-トルエンスルホン酸一水和物(19.0 mg, 0.100 mmol)およびシクロペンチルメチルエーテル(61 g)を仕込み、副生する水をシクロペンチルメチルエーテルで共沸除去しながら4時間反応を行った。トリエチルアミン(50.6 mg, 0.500 mmol)を加えてしばらく攪拌し、イオン交換水で洗浄した後、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥した。濾過後、溶媒を減圧留去して式(21)の化合物を得た。
1H-NMR(CDCl3, 内部標準TMS);
δ(ppm):
1.42-1.80(6H, m, >CHCH2CH2CH2-),
3.61-4.24(5H, m, -OCH2CH<, -CH2-OH),
5.78(0.6H, s, >CH-), 5.89(0.4H, s, >CH-), 6.83-7.26(4H,
m, arom. H)
【０１６６】
【化３４】
2017186543.tif 000036
【０１６７】
(合成例13)
温度計、窒素吹き込み管、攪拌機および冷却管を装備した100 mLの三つ口フラスコに式(16)の化合物(5.00 g, 0.500 mmol)、式(21)の化合物(572 mg, 2.40 mmol)、炭酸カリウム(1.38 g, 10.0
mmol)およびアセトニトリル(25 g)を仕込み、80℃で4時間反応を行った。溶媒を減圧留去した後、残渣を酢酸エチル(100 g)に溶解し、濾過を行った。ヘキサン(100 g)を添加して晶析を行い、濾過後、減圧下で乾燥して式(22)の化合物を得た。
1H-NMR(CDCl3, 内部標準TMS);
δ(ppm):
1.39-1.81(24H, m, >CHCH2CH2CH2-),
3.41-4.23(940H, m, -CH2-(OCH2CH2)n-,
-OCH2CH<, -CH2-OH),
5.77(2.4H, s, >CH-), 5.90(1.6H, s, >CH-),
6.89-7.26(16H, m, arom. H)
GPC分析; 数平均分子量(Mn):10065,
重量平均分子量(Mw)：10236,
多分散度(Mw/Mn)：1.017 
【０１６８】
【化３５】
2017186543.tif 000037
【０１６９】
(合成例14)
式(22)の化合物をトリエチルアミン存在下、ジクロロメタン中、N,N’-ジスクシンイミジルカーボネートと反応させることで、式(23)の化合物を得た。
1H-NMR(CDCl3, 内部標準TMS);
δ(ppm):
1.39-1.87(24H, m, >CHCH2CH2CH2-),
2.84(16H, s, -succinimide),
3.41-4.23(940H, m, -CH2-(OCH2CH2)n-,
-OCH2CH<, -CH2O-COO-succinimide),
5.77(2.4H, s, >CH-), 5.89(1.6H, s, >CH-),
6.89-7.26(16H, m, arom. H)
GPC分析; 数平均分子量(Mn):10629,
重量平均分子量(Mw)：10820,
多分散度(Mw/Mn)：1.018 
【０１７０】
【化３６】
2017186543.tif 000038
【０１７１】
＜ポリエチレングリコール架橋剤の合成＞
(合成例15)
温度計、窒素吹き込み管、攪拌機を装備した200mLの三つ口フラスコに式(15)の化合物 (5.00 g, 0.500 mmol)、水酸化カリウム(10.0 g)およびトルエン(75.0 g)を仕込み、窒素雰囲気下で6-ブロモヘキサン酸エチル(8.92 g, 40.0 mmol)を40℃で2時間かけて攪拌しながら滴下した。滴下終了後、5時間反応させた。イオン交換水を加えた後、70℃で2時間加水分解を行った。反応液を冷却し、濃塩酸(7.0 g)を撹拌しながら滴下し、静置後に有機層を除去した。酢酸エチルで水層を洗浄した後、水層をクロロホルムにて抽出し、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。濾過後、溶媒を減圧留去した。残渣を酢酸エチル(35 g)に溶解し、ヘキサン(10 g)を添加して晶析を行い、濾過後、減圧下で乾燥して式(24)の化合物を得た。
1H-NMR(CDCl3, 内部標準TMS);
δ(ppm):
1.39-1.44(8H, m, -OCH2CH2CH2CH2CH2C(O)O-),
1.58-1.68 (16H, m, -OCH2CH2CH2CH2CH2C(O)O-),
2.34 (8H, t, -OCH2CH2CH2CH2CH2C(O)O-),  3.41-3.77(928H,
m, -CH2-(OCH2CH2)n-,
-OCH2CH2CH2CH2CH2C(O)O-)
【０１７２】
【化３７】
2017186543.tif 000039
【０１７３】
(合成例16)
温度計、窒素吹き込み管、攪拌機を装備した50mLの三つ口フラスコに式(24)の化合物(2.00 g, 0.200 mmol)とトルエン(6 g)を仕込み、溶解させた後、N-ヒドロキシスクシンイミド(48.3 mg, 0.420 mmol)と1,3-ジシクロヘキシルカルボジイミド(82.5 mg, 0.400 mmol)を仕込み、40℃で2時間反応を行った。反応液を濾過後、濾液にヘキサンを添加し、晶析を行った。濾過後、減圧下で乾燥して式(25)の化合物を得た。

1H-NMR(CDCl3, 内部標準TMS);
δ(ppm):
1.43-1.49(8H, m, -OCH2CH2CH2CH2CH2C(O)O-),
1.59-1.66(8H, m, -OCH2CH2CH2CH2CH2C(O)O-),
1.73-1.81(8H, m, -OCH2CH2CH2CH2CH2C(O)O-),
2.61(8H, m,-OCH2CH2CH2CH2CH2C(O)O-),
2.84(16H, s, -succinimide),  3.41-3.83(928H,
m, -CH2-(OCH2CH2O)n,
-OCH2CH2CH2CH2CH2C(O)O-)
GPC分析; 数平均分子量(Mn): 8987,
重量平均分子量(Mw): 9229,
多分散度(Mw/Mn)： 1.027
【０１７４】
【化３８】
2017186543.tif 000040
【０１７５】
(合成例17)
温度計、窒素吹き込み管、攪拌機、及び冷却管を装備した50mLの三つ口フラスコに式(15)の化合物(10.0 g, 1.00 mmol)とイオン交換水(10.0 g)を仕込み、加温して溶解後、10℃以下で48％水酸化カリウム水溶液(626 mg)を加えた。続いて5〜10℃でアクリロニトリル(5.30 g,
100 mmol)を滴下した。滴下終了後、4時間反応させ、イオン交換水(10 g)を加えた後に、85％リン酸水溶液(6.00 g)を滴下して中和した。酢酸エチルで水層を洗浄した後、水層をクロロホルム(45
g)にて抽出し、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後、溶媒を減圧留去した。残渣を酢酸エチル(35 g)に溶解し、ヘキサン(40 g)を添加して晶析を行い、濾過後、減圧下で乾燥して式(26)の化合物を得た。

1H-NMR(CDCl3, 内部標準TMS);
δ(ppm):
2.63(8H, t, -OCH2CH2CN),
3.41-3.82(928H, m, -CH2-(OCH2CH2)n-,
-OCH2CH2CN)
GPC分析; 数平均分子量(Mn): 9315,
重量平均分子量(Mw): 9537, 
多分散度(Mw/Mn)： 1.024
【０１７６】
【化３９】
2017186543.tif 000041
【０１７７】
(合成例18)
１Ｌオートクレーブに式(26)の化合物(2.00 g, 0.200 mmol)、トルエン(560 g)、および安定化ニッケル触媒(エヌ・イー ケムキャット社製、Ni-5136p、0.12 g)を加え、60℃まで昇温した。アンモニアで内圧1MPaに加圧し、その後、水素を内圧4.5MPaに加圧し、130℃で3時間反応させた。反応後、反応液を80℃に冷却し、窒素パージを繰り返した。反応液を全量抜き取り、濾過後、ヘキサンを添加して晶析を行った。濾過後、減圧下で乾燥して式(27)の化合物を得た。
1H-NMR(CDCl3, 内部標準TMS);
δ(ppm):
1.73(8H, quint, -OCH2CH2CH2NH2),
2.79(8H, t, -OCH2CH2CH2NH2),
3.41-3.77(928H, m, -CH2-(OCH2CH2)n-,
-OCH2CH2CH2NH2)
GPC分析; 数平均分子量(Mn): 8903,
重量平均分子量(Mw): 9100, 
多分散度(Mw/Mn)： 1.022
【０１７８】
【化４０】
2017186543.tif 000042
【０１７９】
＜ポリエチレングリコール架橋剤を用いたヒドロゲルの分解試験＞
本発明のヒドロゲルの分解挙動を調べた。蛍光標識化したポリエチレングリコール誘導体を混ぜたヒドロゲルを作製し、緩衝液に浸して分解させ、任意の時間でヒドロゲルを浸した溶液を回収した。蛍光標識化ポリエチレングリコール誘導体を含んだ溶液の蛍光強度を測定し、任意の時間におけるヒドロゲルの残存率を求めた。
【０１８０】
(合成例19) 
温度計、窒素吹き込み管、攪拌機および冷却管を装備した50mLの三つ口フラスコに式(27)の化合物(0.470 g, 0.047 mmol)とジクロロメタン(5.70 g)を仕込み、5(6)-カルボキシテトラメチルローダミン-スクシンイミジルエステル(25.0 mg, 0.047 mmol)を加えて25℃で2時間反応を行った。反応液をジクロロメタン(44.6 g)で希釈し、イオン交換水で洗浄した後、溶媒を減圧留去した。残渣を酢酸エチルに溶解し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。濾過後、ヘキサンを添加して晶析を行った。濾過後、減圧下で乾燥して蛍光標識された化合物(28)を得た。1H-NMRで測定した化合物(28)のアミノ基に対する標識率は18%であった。
【０１８１】
(i)ヒドロゲルの作製
(実施例1)
式(18)の化合物(29.5 mg)および合成例19の化合物(28) (0.5 mg)をpH
7.4のリン酸緩衝液(20 mM、1 mL)に溶解させた。架橋剤の式(25)の化合物(30.0 mg)をpH
7.4のリン酸緩衝液(20 mM、1 mL)に溶解させた。上記の二つの溶液を、二種類の溶液のそれぞれを同時に押し出して先端で混合することができる注射器(デュアルシリンジ)に充填し、ポリテトラフルオロエチレンの円柱の鋳型(内径6.0 mm、高さ3.2 mm)に流し込んだ後、室温で30分静置してヒドロゲル(29)を得た。
【０１８２】
(ii)ヒドロゲルの分解試験
(試験１)
IWAKI社製48ウェルプレート(色：クリア、ボトム形状：平底)に実施例1で作製したヒドロゲル(29)を入れ、pH 5.0のクエン酸緩衝液(100 mM、0.5 mL)でヒドロゲルを浸した。ウェルプレートを遮光した後、37℃の恒温槽(東京理化機械社製 SLI-700)内で振とう機(iuchi社製SHAKER RS-2)を用いて100rpmの速度で振とうし、分解試験を開始した。任意の時間でヒドロゲルを浸した溶液を回収し、速やかに新しいpH 5.0のクエン酸緩衝液(100 mM、0.5 mL)を添加した。溶液の回収および緩衝液の添加を繰り返した。回収した溶液の蛍光強度を測定し、ヒドロゲルの残存率を算出した。同様に、pH 5.5のクエン酸緩衝液(100 mM)、pH 6.0およびpH 7.4のリン酸緩衝液(100 mM)を用いて、分解試験を行った。
【０１８３】
蛍光強度の測定ではMolecular Devices社製SPECTRA Max M3を使用した。測定にはCorning社製384ウェルプレート(
色：ブラック、 ボトム形状：平底)を用いた。測定条件は、励起波長：555 nm、検出波長：580 nm、PMT(Photomultiplier
tube) Gain(光電子倍増管感度)：350、励起光照射回数：6回に設定した。試験１で回収した各溶液を100μLずつウェルプレートに入れ、それぞれの蛍光強度を測定した。検量線を用いて、蛍光強度からヒドロゲルの残存率を算出した。検量線は化合物(28)を緩衝液に溶解させ、0.2 mg/mLの溶液を調製し、緩衝液で段階希釈することで8種類の濃度の標準溶液を調製することで作成した。
【０１８４】
(実施例2)
式(19)の化合物を用いて、実施例1と同様にヒドロゲルを作製し、得られたヒドロゲル(30)を用いて、試験１と同様に分解試験を行った。
【０１８５】
(実施例3)
式(20)の化合物を用いて、実施例1と同様にヒドロゲルを作製し、得られたヒドロゲル(31)を用いて、試験１と同様に分解試験を行った。
【０１８６】
(比較例1)
式(27)の化合物を用いて、実施例1と同様にヒドロゲルを作製し、得られたヒドロゲル(32)を用いて、試験１と同様に分解試験を行った。
【０１８７】
＜ポリペプチド架橋剤を用いたヒドロゲルの分解試験＞
(合成例20)
温度計、窒素吹き込み管、攪拌機および冷却管を装備した50mLの三つ口フラスコに式(23)の化合物(0.500 g, 0.050 mmol)とジクロロメタン(6.0 g)を仕込み、5-TAMRA-PEO3-amine (41.6 mg, 0.050 mmol)を加えて25℃で2時間反応を行った。反応液をジクロロメタン(47.5 g)で希釈し、イオン交換水で洗浄した後、溶媒を減圧留去した。残渣を酢酸エチルに溶解し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。濾過後、ヘキサンを添加して晶析を行った。濾過後、減圧下で乾燥して蛍光標識された化合物(33)を得た。1H-NMRで測定した化合物(33)のスクシンイミジル基に対する標識率は17%であった。
【０１８８】
(i)ヒドロゲルの作製
(実施例4)
化合物(23)(59.5 mg)および合成例20の化合物(33)(0.5 mg)をpH 7.4のリン酸緩衝液(20 mM、1 mL)に溶解させた。架橋剤のトリリジン(Sigma-Aldrich社製、2.4 mg)をpH 9.0のリン酸緩衝液(20 mM、1
mL)に溶解させた。上記の二つの溶液を、二種類の溶液のそれぞれを同時に押し出して先端で混合することができる注射器(デュアルシリンジ)に充填し、ポリテトラフルオロエチレンの円柱の鋳型(内径6.0 mm、高さ3.2 mm)に流し込んだ後、室温で30分静置してヒドロゲル(34)を得た。
【０１８９】
(ii)ヒドロゲルの分解試験
(実施例5)
得られたヒドロゲル(34)を用いて、試験１と同様に分解試験を行った。
【０１９０】
図１〜図５に示すとおり、本発明の環状ベンジリデンアセタール構造を有するヒドロゲルの分解速度は、それぞれのヒドロゲルを構成する環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリエチレングリコール誘導体の環状ベンジリデンアセタールの加水分解速度と高い相関があった。したがって、本発明のヒドロゲルは、架橋密度を変えずに、環状ベンジリデンアセタールのベンゼン環上における置換基の種類および位置を適切に選択することで、分解速度を制御できることが示された。また、図４に示すとおり、ヒドロゲル(29)はpH 7.4でも徐々に分解することが確認された。一方、ヒドロゲル(32)は30日後も消失しなかった。
【０１９１】
＜ヒドロゲルに内包したモデル薬物の放出挙動＞
本発明のヒドロゲルに内包した薬物の放出挙動を調べるため、フルオレセインイソチオシアネート−デキストラン(FITC-Dextran)をモデル薬物として内包させたヒドロゲルを作製し、緩衝液に浸して分解させた。任意の時間でヒドロゲルを浸した溶液を回収し、FITC-Dextranを含んだ溶液の蛍光強度を測定して放出率を求めた。
【０１９２】
(i)モデル薬物を内包したヒドロゲルの作製
(実施例6)
式(18)の化合物(200 mg)とFITC-Dextran
(Sigma-Aldrich社製、分子量70,000、2.5
mg)をpH 7.4リン酸緩衝液(20 mM、1 mL)に溶解させた。架橋剤の式(25)の化合物(200 mg)をpH 7.4のリン酸緩衝液(20 mM、1 mL)に溶解させた。それぞれの溶液をデュアルシリンジに充填し、二液を混合しながら、ポリテトラフルオロエチレンの円柱の鋳型(内径6.0 mm、高さ3.2 mm)に流し込んだ後、室温で30分静置してヒドロゲル(35)を得た。
【０１９３】
(ii)モデル薬物の放出試験
(試験2)
IWAKI社製48ウェルプレート(色：クリア、ボトム形状：平底)に実施例6で作製したヒドロゲル(35)を入れ、pH 5.5のクエン酸緩衝液(200 mM、0.5 mL)で浸した。ウェルプレートを遮光した後、37℃の恒温槽(東京理化機械社製 SLI-700)内で振とう機(iuchi社製SHAKER RS-2)を用いて100rpmの速度で振とうし、放出試験を開始した。任意の時間でヒドロゲルを浸した溶液を回収し、速やかに新しいpH 5.5のクエン酸緩衝液(200 mM、0.5 mL)を添加した。任意の時間で溶液の回収および緩衝液の添加を繰り返した後、回収した溶液の蛍光強度を測定し、放出率を算出した。上記の緩衝液をpH 6.5、pH 7.0、pH 7.4およびpH 8.0のリン酸緩衝液(200 mM)に変えて、同様に試験した。
【０１９４】
蛍光強度の測定ではMolecular Devices社製SPECTRA Max M3を使用した。測定にはCorning社製384ウェルプレート(色：ブラック、
ボトム形状：平底)を用いた。測定条件は、励起波長：494 nm、検出波長：518 nm、PMT(Photomultiplier tube) Gain(光電子倍増管感度)：300、励起光照射回数：6回に設定した。実施例7で回収した各溶液を100μLずつウェルプレートに入れ、それぞれ蛍光強度を測定した。検量線を用いて蛍光強度から放出率を算出した。検量線はFITC-Dextranを緩衝液に溶解させ、0.2 mg/mLの溶液を調製し、緩衝液で段階希釈することで8種類の濃度の標準溶液を調製することで作成した。
【０１９５】
(実施例7)
式(20)の化合物を用いて、実施例6と同様にヒドロゲルを作製し、得られたヒドロゲル(36)を用いて、試験2と同様に放出試験を行った。ヒドロゲルを浸す緩衝液にはpH 5.0、pH 5.5のクエン酸緩衝液(200 mM)、pH 6.0およびpH
7.4のリン酸緩衝液(200 mM)のそれぞれを用いた。
【０１９６】
(比較例2)
式(27)の化合物を用いて、実施例6と同様にヒドロゲルを作製し、得られたヒドロゲル(37)を用いて、試験2と同様に放出試験を行った。ヒドロゲルを浸す緩衝液にはpH 5.0のクエン酸緩衝液(200 mM)を用いた。
【０１９７】
図６に示すとおり、ヒドロゲル(35)は、各pHに応じて異なる速度で内包したモデル薬物を放出した。このモデル薬物の放出速度は、ヒドロゲル(35)を構成する環状ベンジリデンアセタール構造を有するポリエチレングリコール誘導体の環状ベンジリデンアセタールの加水分解速度と高い相関があった。したがって、本発明のヒドロゲルは、架橋密度を変えずに、環状ベンジリデンアセタールのベンゼン環上における置換基の種類および位置を適切に選択することで、内包した薬物の放出速度を制御できることが示された。
【０１９８】
図７に示すとおり、ヒドロゲル(36)はpH 7.4では192時間経過してもモデル薬物を内包したままであるが、より低いpHでは、各pHに応じた異なる速度でモデル薬物を放出した。一方、比較例2のヒドロゲル(37)はpH 5.0で192時間経過してもモデル薬物を内包したままであった。
【図１】
2017186543.tif 000049
【図２】
2017186543.tif 000050
【図３】
2017186543.tif 000051
【図４】
2017186543.tif 000052
【図５】
2017186543.tif 000053
【図６】
2017186543.tif 000054
【図７】
2017186543.tif 000055