(57)【要約】  ガリウムシリカガラス組成物が開示される。このガラスは、多くの生物学的用途に使用することができる。
2017531610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンにより架橋されたガラスポリマーマトリックス組成物であって、ガリウムシリカベースのガラス組成物を含み、酸に不安定な四面体構造を有し、ガラス組成物からのガリウムがポリマーマトリックスに架橋されており、ポリマーマトリックスを硬化する組成物。
【請求項２】
ガリウム酸化物及びケイ素酸化物を含む、請求項１に記載のガラス組成物。
【請求項３】
少なくとも１つの共通の酸素結合を共有するガリウム及びケイ素の酸化物を含む、請求項１又は２に記載のガラス組成物。
【請求項４】
ガリウム、ケイ素及びカルシウムの酸化物を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス組成物。
【請求項５】
ガリウム、シリカ、リン及びカルシウムが、０．０１≦Ｇａ／（Ｓｉ＋Ｐ）≦１．０及び０．５≦Ｃａ／Ｇａ≧２．０のモル比でそれぞれ提供される、請求項４に記載の組成物。
【請求項６】
ガリウム、シリカ、リン及びカルシウムが、０．１≦Ｇａ／（Ｓｉ＋Ｐ）≦０．７及び１．０≦Ｃａ／Ｇａ≧２．０のモル比でそれぞれ提供される、請求項４に記載の組成物。
【請求項７】
ガリウム、シリカ、リン及びカルシウムが、０．２≦Ｇａ／（Ｓｉ＋Ｐ）≦０．４及び１．２≦Ｃａ／Ｇａ≧２．０のモル比でそれぞれ提供される、請求項４に記載の組成物。
【請求項８】
下記式
Ｘ−Ｇａ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｙ−Ｚ
の構造物を含み、
式中、
Ｘはカルシウム、バリウム、ランタン、ストロンチウム、ベリリウム、マグネシウム、ラジウム又は亜鉛の酸化物であり、
Ｙは、リン又はホウ素の酸化物であり、
Ｚは、ＣａＣｌ2、ＢａＣｌ2、ＳｒＣｌ2、ＭｇＣｌ2、ＮＨ4Ｃｌ、ＺｎＣｌ2、ＧａＣｌ3、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ又はＫＣｌの１つ以上の形態で提供される塩化物塩である、
請求項１〜７のいずれか一項に記載のガラス。
【請求項９】
下記式
ＣａＯ−Ｇａ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｐ2Ｏ5−ＣａＣｌ2
の構造物を含み、
式中、
Ｃａはバリウム、ランタン、ストロンチウム、ベリリウム、マグネシウム、ラジウム又は亜鉛によって、任意選択的に置換される
請求項１〜８のいずれか一項に記載のガラス組成物。
【請求項１０】
マトリックスがヒドロゲルマトリックスである、請求項１に記載の組成物。
【請求項１１】
ヒドロゲルがアルギン酸塩ヒドロゲルである、請求項１０に記載の組成物。
【請求項１２】
ヒドロゲルがアルギン酸カリウムヒドロゲルである、請求項１又は１０に記載の組成物。
【請求項１３】
クエン酸三ナトリウム、ＴＳＣ、及びシュウ酸ナトリウムの少なくとも１種を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１４】
血管ネットワークの欠陥の治療における請求項１〜１３のいずれか一項に記載の組成物の使用。
【請求項１５】
動脈血管ネットワークの欠陥の治療における請求項１４に記載の組成物の使用。
【請求項１６】
脳動静脈奇形（ＡＶＭｓ）、硬膜動静脈瘻（ＤＡＶＦ）、腫瘍塞栓又は末梢血管の疾患のための治療の１以上の治療における請求項１４又は１５に記載の使用。
【請求項１７】
脳大動脈瘤の治療における請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１８】
組織工学への適用における請求項１〜１３のいずれか一項に記載の組成物の使用。
【請求項１９】
塞栓への適用における請求項１〜１３のいずれか一項に記載の組成物の使用。
【請求項２０】
血管構造体における欠陥を治療するための方法であって、前記血管構造体は管腔及び壁を有し、前記方法は、
ａ）ガリウムベースのガラス組成物を欠陥に導入するステップ、及び
ｂ）ガリウムベースのガラス組成物を硬化させ、引き続いて欠陥内に固体塊を形成するステップ
を含む方法。
【請求項２１】
ガリウムベースのガラス組成物を導入するステップが、動脈瘤内にインフレーション可能なバルーンを提供するステップと、バルーンを膨らませるステップと、液体形態のガリウムベースのガラス組成物でバルーンを満たすステップを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
導入するステップが、カテーテルを欠陥内に挿入するステップと、カテーテルを用いて欠陥内にガラス組成物を送達するステップを含む、請求項２０又は２１に記載の方法。
【請求項２３】
ガリウムベースのガラス組成物が、酸に不安定な四面体構造を有するガリウムシリカベースのガラスである、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
ガリウムベースのガラス組成物を硬化させるステップが、ガラス組成物からのガリウムをポリマーマトリックス内に架橋し、イオンにより架橋されたガラスポリマーマトリックス組成物を形成する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
マトリックスが、アルギン酸カリウムヒドロゲルを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
イオンにより架橋されたガラスポリマーマトリックス組成物を形成する方法であって、
ａ．  ポリマーマトリックスを提供するステップ、
ｂ．  ガリウムシリカベースのガラス組成物であって、酸に不安定な四面体構造を有するガラス組成物を提供するステップ、
ｃ．  ポリマーマトリックスとガラス組成物を混合するステップであって、混合が酸反応を通してガラスからガリウムを放出するのに影響を与え、ガラス組成物からのガリウムをポリマーマトリックスに架橋させ、ガラスポリマーマトリックス組成物の硬化に影響を与えるステップ
を含む方法。
【請求項２７】
混合するステップが、１０〜３０分間の操作時間、操作時間の完了後１〜５分の範囲の硬化期間を有する混合物を提供する請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
ガリウムシリケートガラス組成物を酸洗浄し、湿潤性を変更するステップ、及び、組成物の特性を結びつけるステップを含む請求項２６又は２７に記載の方法。
【請求項２９】
ポリマーマトリックスがアルギン酸塩を含む請求項２６〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
アルギン酸塩が、β−Ｄ−マンヌロン酸（Ｍ）及びα−Ｉ−グルロン酸（Ｇ）から構成される多糖であり、アルギン酸塩に、Ｇ−ブロックが多価イオンと架橋した場合、ゲルになる能力を有するＭ／Ｇブロック構造をもたらす、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
アルギン酸塩が７００ｋＤａの分子量を有し、約４．５％の濃度で提供される、請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス組成物に関し、特に医薬用途に有益に使用されるガラス組成物に関する。ガラスはポリマー溶液と組み合わされ、例えば接着剤、塞栓、充填剤若しくは組織工学用途での使用、又はいくつかの治療価値のあるものを送達するために、ゲル化した形態で提供されうるか、又はゲル化した足場若しくは硬化した足場として提供されうる。本教示に従った典型的なガリウムベースのガラス組成物は、ヒドロゲルマトリックス中に提供され、動脈瘤の治療のような血管ネットワークの欠陥を矯正するために使用される。
【背景技術】
【０００２】
動脈瘤は、血管壁の局所的拡張であり、治療されないと、破裂して大量の内出血を起こし、障害又は死に至る。動脈瘤は、アテローム硬化症又は感染による血管壁の劣化によって起こる。大脳動脈瘤は合衆国で毎年３２，０００人の死亡の原因となっている。大脳動脈瘤の場合には、しばしば、大出血が血管痙攣の引き金となる。血管痙攣は血管壁の痙攣性収縮であり、脳への血流の狭窄を起こす。血管狭窄は、患者の５０％で起こり、重篤な障害又は死亡の２５％の原因となっている。
【０００３】
近年、産業界は、現在の白金血管内塞栓機器をヒドロゲルでコーティングすることによって当該機器を改善することに目を向けており、動脈瘤の充填割合を改善して、手術後の再疎通（血流の動脈瘤への再開通）の発生率を低減することを目指している。これに加えて、外科医は、動脈瘤の治療のための接着剤及び塞栓剤、コイルを用いて充填することができないワイドネック動脈瘤のための、及び加圧状態になり再疎通を起こす空間を残すことなく動脈瘤を完全に充填することができるより一般的な動脈瘤幾何学形状物のための、接着剤及び塞栓剤に目を向け始めている。しかし、現在の塞栓剤は理想的ではなく、手術後の合併症の発生、重篤な障害及び死亡が依然として高度に残っている。
【０００４】
多くの問題が、大脳動脈瘤の現在の治療方法において強調されている。動脈瘤の治療における主要な問題の１つは、基底部対ネック比＜２．０であるワイドネック動脈瘤で起こる。これらの場合に、塞栓コイルが適所に止まらず、母体血管に移動し、閉塞を引き起こすので、動脈瘤の閉塞は非常に困難になり、危険となる。隣接した動脈の近傍がワイドネック型の動脈瘤の形態を生じさせ、再度塞栓コイルを用いた治療が困難となり、母体動脈又は隣接動脈の閉塞が起こることによって、同様の状況が生じる。多くの技術がこの問題を解決するために試みられたが、全てに十分な技術的熟練が必要であり、かなりのリスクが伴うものであった。これらの問題の結果として、多くの動脈瘤は治療されないままである。
【０００５】
強調されている第２の問題は、不規則な形状の動脈瘤である。複雑な形状を持つ９つの動脈瘤のうち約１つのみが、コイル塞栓を用いて、上手く治療することができる。動脈瘤の位置も、動脈瘤治療の長期間の成果に影響する問題である。血流の直接の経路にある動脈瘤は、非常に高い再疎通率を有する。これらの場合、動脈瘤に配置されたコイルは、時間と共に圧縮される傾向にあり、再出血からの長期間の保護はわずかしか提供されない。これらの問題の組み合わせにより、治療された全ての大脳動脈瘤の約３４％において、塞栓が不完全なままである。
【０００６】
上で概説した主要な場合では、「待って観察する（wait and watch）」アプローチが採用されており、患者は、通常の磁気共鳴（ＭＲ）又はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングにかけられ、動脈瘤の成長を検査される。保存的アプローチも続いて行われ、患者の生活様式が変更され、血圧を薬理学的手段によって低く保つ。しかし、これらの両方のアプローチは、大脳の大出血を起こすかなりのリスクを患者にもたらす。動脈瘤が特に大きく（＞７ｍｍ）、大出血の危険が高い場合、開頭術を行い、次いで外科的クリッピングを行う。しかし、これらの手順は、動脈瘤の位置により、高いリスクで患者が病的状態又は死ぬ運命にあると認められ、そのような状態になる場合にのみ可能である。コイルの配置及び頭蓋内ステントの配置を可能にする、三次元コイル、デュアルマイクロカテーテル技術、バルーンの一時的インフレーションを含む、新しい技術が、ワイドネック動脈瘤の治療の臨床医に利用可能になり始めている。しかし、これらの技術は、動脈瘤を上手く塞栓するのにしばしば失敗し、わずかな臨床医によって実施される高度に熟練を要する手順であり、血管損傷及び血栓塞栓症のリスクが増加する。これらの治療は、臨床医の理想からかけ離れたままである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Dusseault et al., 2006
【非特許文献２】Jork et al., 2000
【非特許文献３】Zimmermann et al., 1992
【非特許文献４】Klock et al., 1994
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、動脈瘤の治療の改善の必要性が引き続き存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの及び他の問題を扱うために、本教示は、添付の特許請求の範囲に詳述されるガリウムシリケートガラス組成物を提供する。有利な方法及び当該組成物の使用も特許請求の範囲に詳述される。
【００１０】
標準的な命名法を用いて、Ｇａはガリウムの記号であり、Ｓｉはケイ素の記号であり、この標準的な命名法を本明細書内で使用することが理解されるであろう。Ｇａは、適切なレベルの放射線不透過性を付与し、Ｘ線視覚化を最適化し、一方でＳｉはコラーゲンの保護に重要なミネラルとして作用し、血管壁を強化しうる。ガリウム対ケイ素＋リンのモル比は、望ましくは０．１〜１．０であり、カルシウム対ガリウムの比は、望ましくは、０．５〜２である。本発明者等は、ケイ素は、酸分解を受けない安定な四面体構造を自然に形成するが、この組成物にガリウムを添加すると、酸に不安定な四面体構造を生じ、酸性の水性環境でガラスの分解が可能になる。この文脈では、表現である四面体は、中心に１つの原子と四面体の角に４つの原子を有する分子及び多原子イオンの構造を定義する。酸に不安定な化合物は、酸媒体によって容易に分解される化合物、即ち酸性媒体中でその化合物からイオンが容易に遊離される化合物の範疇である。この場合、四面体構造で補償される電荷は、酸に対する不安定性と、従ってガラスからのイオンの放出を促進する。この酸に不安定な四面体構造は、隣接する一価又はカルシウムなどの二価イオンの存在によって電荷のバランスをとることができる。カルシウムなどの二価イオンは、ガリウムが四面体構造を形成できるならば電荷のバランスがとれること、及び、ネットワーク接続性を分断し、十分に反応性のガラスが得られること、という２つの理由で有利に使用される。この酸に不安定な四面体構造の存在は、増加したネットワーク接続性を介したガラス全体のネットワークに対するある程度の安定性をもたらし、ゆっくりした時間依存性の酸分解とイオンの放出を可能にする。
【００１１】
具体的な構成では、ガラスは、式Ｘ−Ｇａ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｙ−Ｚを有する。
但し、Ｘはカルシウムの酸化物、又はバリウム、ランタン、ストロンチウム、ベリリウム、マグネシウム、ラジウム又は亜鉛などの他の二価イオンの酸化物であり、
Ｙは、リン又はホウ素の酸化物であり、
Ｚは、ハロゲン化物塩、例えば、ＣａＣｌ2、ＢａＣｌ2、ＳｒＣｌ2、ＭｇＣｌ2、ＮＨ4Ｃｌ、ＺｎＣｌ2、ＧａＣｌ3、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ又はＫＣｌの１つ以上の形態で提供される塩化物塩である。
【００１２】
ガラス構造体へのリンなどの追加の物質の添加は、ガラスネットワークに、容易に加水分解される追加のリン−酸素結合が加わることによりガラスの分解性を増加する。加えて、Ｐ2Ｏ5の供給は、ガラスの粘度−温度依存性に有益な影響を有し、ガラスの製造及び形成に有利となる操作温度の範囲を増加させる。しかし、リンの添加はまた、ガラスネットワークから放出される二価及び三価イオンの一時的キレーションの結果として、「操作時間」を増加させる。いくつかの構成では、塩素のようなハロゲン化物をガラスに添加でき、これはガラスネットワークの解重合を起こし、組成物のガラス形成の可能性を増加し、ガラスの溶解とイオン交換を促進する。
【００１３】
本教示に従ったガラス組成物は、ヒドロゲルマトリックスで有利に提供され、治療用抗菌ヒドロゲルを提供することができる。これは、動脈瘤の治療のため、特に大脳動脈瘤の治療における使用に、特に有利な用途を見出すことができる。本教示に従って、ヒドロゲルは、時間と共にイオンを放出するガラス粒子を含み、アテローム硬化症及び血管痙攣をさらに防止するのに有益であり、血管の拡張を助け、感染を防止する。このような用途において、カルシウムなどの二価イオンの提供は、これらがガラスから放出されるとき、これらがガリウムで起こるアルキン酸塩を架橋するようにも作用するので、有用である。
【００１４】
ガラスは、血管痙攣の発生を有利に減少させ、血管拡張を有利に増加させるカリウム（Ｋ）を更に含んでいてもよい。周りの生物学的流体へのイオンの放出は、ガラス相の組成を通して厳格に制御することができる。
【００１５】
本教示による１つの例示的なガラス組成物は、式ＣａＯ−Ｇａ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｐ2Ｏ5−ＣａＣｌ2を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａは、本開示に従って提供されるガラスの構造を概略的形態で示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａによるガラスを取り込んだアルキン酸ゲルマトリックスを概略的形態で示す。
【図２】図２は、４種類のガラス組成物のＸ線回折の結果を提供する。
【図３】図３は、４種類のガラス組成物の粒径分析を概説するグラフを示す。
【図４】図４は、４種類のガラス組成物のガラス転移温度を示すグラフである。
【図５】図５は、４種類の29Ｓｉのマジック角回転−核磁気共鳴スペクトルを示すグラフである。
【図６】図６は、本教示に従って提供されるガラスに関する情報を推論できる、公知のガラスの27Ａｌのマジック角回転−核磁気共鳴スペクトルを示すグラフである。
【図７】図７は、71Ｇａマジック角回転を示す、表１のＯＣ２０３配合物による新規なガラス配合物の核磁気共鳴スペクトルから得たデータのグラフである。
【図８】図８は、異なるガラス配合物でのヒドロゲル複合体試料の操作時間の比較を示す。
【図９】図９は、異なるガラス配合物でのヒドロゲル複合体試料の硬化時間の比較を示す。
【図１０】図１０は、２ｗｔ％のアルギン酸カリウムから製造した異なるガラス組成物の圧縮強度の比較を示す。
【図１１】図１１は、２ｗｔ％のアルギン酸カリウムから製造した異なるガラス組成物の弾性係数の比較を示す。
【図１２】図１２は、本教示に従った２ｗｔ％のアルギン酸カリウムから製造したガラス配合物の圧縮強度が、時間の関数としてどのように変化するかを示す。
【図１３】図１３は、本教示に従った２ｗｔ％のアルギン酸カリウムから製造したガラス配合物の弾性係数が、時間の関数としてどのように変化するかを示す。
【図１４】図１４は、ゲルの作業時間について、種々の変性剤の添加の影響を示す。
【図１５Ａ】図１５Ａは、圧縮強度について、ＴＳＣ濃度を変化する影響を示す。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、圧縮強度について、シュウ酸ナトリウムの濃度を変化させた影響を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（図面の詳細な説明）
図１Ａは、本教示によって提供される例示的なガラス組成物ＣａＯ−Ｇａ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｐ2Ｏ5−ＣａＣｌ2を概略的な形態で示す。このようなガラスは、イオン的に架橋されたポリマーマトリックス、例えば、アルギン酸カリウムなどのアルギン酸塩ポリマー溶液と反応し、制御された硬化動力学を持つゲルを生成する。このような組成物の例を図１Ｂに示す。これには、アルギン酸塩が、ガラスが埋め込まれた一連の架橋された糸を提供することが明確に示されている。この硬化ゲルは、医療に有益なイオンの制御された放出をもたらす、生体適合性で機械的に安定な、柔軟な材料を生じる。このガラス組成物は、アルギン酸塩ポリマーを、完全に架橋し、制御された硬化を可能にする安定で均一のな組成物にするために、大量の二価及び三価イオンを取り込むように設計される。この特別な性質は、組成物にガリウムを取り込み、酸に不安定な四面体構造をもたらすことにより、主に提供される。
【００１８】
アルギン酸塩は、アルギン酸塩にＭ／Ｇブロック構造を与える、β−Ｄ−マンヌロン酸（Ｍ）及びα−Ｉ−グルロン酸（Ｇ）から構成される多糖によって提供されうる。このようなアルギン酸塩は、Ｇ−ブロックが多価イオンと架橋した場合、ゲルになる能力を有する。アルギン酸塩は、典型的には、分子量とＧ／Ｍ比によって記述される。Ｇに富むゲルは、Ｍに富むゲルよりも強固であるが、脆い。
【００１９】
このガラスにおいて、カルシウムは、バリウム、ランタン、ストロンチウム、ベリリウム、マグネシウム、ラジウム又は亜鉛などの他の二価イオンによって、部分的に又は全面的に置換されうる。塩素は、同様に、フッ素、臭素又はヨウ素によって部分的に又は全面的に置換されうる。リンは、ホウ素によって部分的に又は完全に置換されうる。
【００２０】
有利には、本発明のガラスは、ポリマーマトリックスを硬化するために、酸環境において、金属イオンの制御された放出をもたらす。制御可能な放出速度は、ゲルの操作時間及び硬化時間を調節するため、並びに、生物学的応答を制御するために非常に重要である。多くの金属が生理学的機能に重要であるが、毒性は、特定の金属イオンへの高濃度及び／又は長時間曝露で、局所組織又は全身で現れる。例えば、低用量のガリウムは、免疫抑制作用、抗炎症作用及び抗新生物作用などに有意な利点を有する。しかし、高用量では、ガリウムイオンは、不溶性のヒドロキシドを形成し、腎毒性の原因となる。従って、放出の制御は、ガリウムを含有する移植可能なデバイスに対して極めて重要である。同様に、血液中のカルシウムのレベルが高すぎると、高カルシウム血症の原因となり、腎臓結石又は胆石、及び不整脈さえも引き起こす。
【００２１】
金属イオンの局所的な生理学的濃度は、ガラスの組成、金属のタイプ、用途及び標的組織に依存する。ガラスの組成は制御された放出に極めて重要である。特定の組成範囲でのみ、生理学的であり且つ病理学的でない範囲での制御された放出が起こりうる。例えば、高度に架橋したガラスは、一般に、イオンの放出を妨げるが、高度に崩壊したガラスは、あまりに多くのイオンを非常に迅速に放出するであろう。好ましい実施形態では、高濃度の二価及び三価の金属イオンを含有するガラスが使用されるが、そのガラスの特定の組成により、これらのイオンは高度に架橋したガラスネットワークに捕捉される。これは、中性のｐＨ環境でのイオンの放出を最小にすると同時に、標的とされるガラスネットワーク内で酸に不安定な結合を提供し、ポリマー鎖を架橋して硬化ゲルを形成するように作用する制御されたイオンの放出を可能にする。
【００２２】
軟組織における鉱化を刺激することは望ましくなく、これは、軟組織への適用に対するガラス組成物に多く存在する、主要な欠点である。シリカベースのガラス、ＳｉＯ2は、ガラスの無定形ネットワークを形成し、ガラス中のＳｉＯ2のモル百分率がそのネットワーク接続可能性（Network Connectivity）（ＮＣ）に影響する。ＮＣは、ガラス構造体内のネットワークを形成する要素当たりの架橋結合の平均数である。ＮＣは、分解性などのガラス特性を決定する。２．０のＮＣでは、直線状のシリケート鎖が非常に大きな分子量で存在することを教示する。ＮＣが２．０よりも小さい場合、分子量及びシリケート鎖の長さが迅速に減少する。ＮＣが２．０を超えると、ガラスは三次元ネットワークとなる。分解可能なガラスでは、ＮＣは２．６よりも小さく、より好ましくは２．４よりも小さくなければならない。本教示によって提供されるガラスは、特定の側面において、アパタイトを形成せず、不溶性であり、通常の生理学的条件下で安定であり、ポリマー溶液でゲルを形成するときに誘導される酸性条件のような、酸性又は塩基性条件のときにかなりのイオンを放出するのみとなるように設計される。
【００２３】
本教示によるガラスは、１以上のガラス形成剤（ケイ素、リン、ゲルマニウム、ホウ素、ヒ素、アンチモン）、及びカルシウム、塩素、バリウム、ストロンチウム、ランタン、チタン、マグネシウム、ホウ素、亜鉛又は、リチウム、ナトリウム若しくはカリウムなどのアルカリ金属の源から選択される１以上の成分と組み合わせた酸化ガリウムから構成されうる。好ましくは、これらの成分は、ＳｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、Ｇａ2Ｏ3、ＧａＩ3、Ｇａ2Ｃｌ4、ＧａＦ3、ＧａＰ、ＧａＮ、Ｇａ（ＮＯ3）3、Ｇａ2（ＳＯ4）3、ＧａＢｒ3、ＣａＣｌ2、ＣａＯ、ＣａＣＯ3、Ｃａ（ＮＯ3）2、ＣａＳＯ4、ケイ酸カルシウム、リン酸カルシウム、Ｎａ2Ｏ、Ｎａ2ＣＯ3、ＮａＮＯ3、Ｎａ2ＳＯ4、ケイ酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、Ｋ2Ｏ、Ｋ2ＣＯ3、ＫＮＯ3、Ｋ2ＳＯ4、ケイ酸カリウム、リン酸カリウム、ＭｇＯ、ＭｇＣＯ3、Ｍｇ（ＮＯ3）2、ＭｇＳＯ4、ケイ酸マグネシウム、リン酸マグネシウム、ＺｎＯ、ＺｎＣＯ3、Ｚｎ（ＮＯ3）2、ＺｎＳＯ4、及びケイ酸亜鉛、並びに分解して酸化物を形成するような任意の化合物（但し、これらに限定されない）を含む化合物として提供される。
【００２４】
本教示によるガラスが、特定の成分から形成される又は特定の成分を含むとして、上記に言及される場合、ガラスはこれらの成分から形成されるが、追加の成分もガラスネットワーク内に存在してもよいことがわかるであろう。従って、上記記載によるガラスは、本明細書に記載したガラス組成を有するガラスであって、追加の成分がガラスネットワーク内に全く存在しない、即ち上記成分より本質的に成るガラスも包含することがわかるであろう。
【００２５】
ガラスの成分の実際のモル百分率は、ガラスの物理的及び生物学的特性に影響することがわかるであろう。ガラスの異なる使用が異なる特性を必要とし、従って、ガラスの特性は、各成分のモル百分率を調節することでここの意図した使用に合わせることができる。例えば、ガラスの化学的組成は、例えばＮａ、Ｋ、Ｃａ、Ｐ及び又はＳｉの濃度を増加することによって、又は、Ｓｒ、Ｍｇ及び／又はＺｎなどの他の元素の添加若しくは濃度の増加により骨の形成能又は他の生理学的機能を促進することで、整形外科用途のためのアパタイト形成能を高めるような特定の用途に合わせることができる。加えて、ガラス組成物のカルシウムは、放射線不透過性を高めるためにバリウム又はリチウムで全体として又は部分的に置換されてもよく、ｉｎ  ｖｉｖｏでの沈積物の形成を防止するか、又はイオンの放出又は分解能力を低下させるためにマグネシウム又はストロンチウムで置換されてもよい。本発明者らは、ガラス内で、カルシウムを置換するものとしてバリウムを添加することが、最終のゲルマトリックスの放射線不透過性を増加でき、ヒドロゲルの硬化機構を阻害せず、高い圧縮高度を持ったゲルを生じさせるために使用できることを明らかにした。最初にゲルから放出されるバリウムのレベルは、内皮細胞死を起こすが、引き続きのイオンの放出が内皮細胞の成長を促進する。この初期の細胞毒性効果は、移植物の周りの細胞媒介性再疎通を阻害するのに有効であり、引き続きの細胞成長が移植物の再内皮化を促進する。
【００２６】
放射線不透過性を改善するという文脈では、ヨウ素をアルギン酸塩の骨格に付け、放射線不透過性を増加することもできる。
【００２７】
他の実施形態では、本開示によるガラスは、ホウ素源、好ましくはＢ2Ｏ3を含む。Ｐ2Ｏ5と同様に、Ｂ2Ｏ3は、ガラスの製造及び形成に有利な操作温度範囲を増加するための、ガラスの粘度−温度依存性に有益な影響を有すると考えられている。Ｂ2Ｏ3はまた、ガラスのガラス転移温度と結晶化の開始温度の間の加工ウインドウの大きさを増加し、結晶化を起こすことなくガラス粉末の焼成を可能にすると考えられている。これは、ガラス内での結晶の形成が、一般的には、そのアパタイト形成能を低下するので、有益である。
【００２８】
本教示によって提供されるガラスは、好ましくは塩素などのハライド源を、好ましくは、ＣａＣｌ2、ＢａＣｌ2、ＳｒＣｌ2、ＭｇＣｌ2、ＮＨ4Ｃｌ、ＺｎＣｌ2、ＧａＣｌ3、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ又はＫＣｌの１以上の形態で含む。他のハライドと同様に、塩素は、ガラスネットワークを破壊し、ネットワーク接続性を低下し、ガラスの崩壊及び溶解速度を増加するように作用する。塩素はまた、ゲル化の間に二価又は三価のイオンを捕捉してゲルの操作時間を増加するように作用する。塩素はまた、電荷とイオンの大きさの両方によりガラスの崩壊を増加し、ガラスのガラス形成範囲を広げる。塩素はまた、ガラスの融解温度を低下させ、製造を容易にする。
【００２９】
意図した使用に依存して、ガラスは、三次元構造として又は円盤状若しくはモノリスなどの固体として粒子の形態で提供される。特に、ガラスは、任意の要求された形状又は形態、例えばペレット、シート、円盤状、発泡体などとして提供することができる。粒子形態では、好ましい粒径は、問題のガラスの用途並びに要求される反応性に依存するが、好ましい粒径の範囲は１２００ミクロン未満、好ましくは１〜２００ミクロン、より好ましくは２〜５０ミクロンである。要求される粒径の範囲は用途及び要求されるガラスの反応性に依存する。架橋の目的でポリマーと混合される場合、ガラスは、反応性をゆっくり又は低下させるために大きな粒子の形態（＞１０ミクロン）で提供され、反応性を迅速に又は完全にするために細かい粒子の形態（＜１０ミクロン）で提供される。ガラス粉末は、コーティングを形成するため、又は足場として使用するための多孔性固体を形成するために焼成されうる。加えて、ガラスは顆粒の形態であってもよい。ガラスは、種々の医療用途で使用するために、非分解性又は分解性ポリマーの足場に取り込まれる。このポリマー／ガラス材料は、接着、塞栓化、充填又は組織工学の用途のため、又は、いくつかの治療として価値のあるものを送達するために、ゲル化する形態であってもよく、又はゲル化した若しくは硬化した足場としてもよい。
【００３０】
ガラスは、好ましくは、公知の技術によって製造される溶融誘導ガラス（meld-derived glass）として提供されるが、ゾル−ゲル誘導ガラス（sol-gel derived glass）としても提供されうる。更に、ガラスは公知の技術を用いてアニール又は焼成されうる。溶融誘導ガラスは、好ましくは、適切な炭酸塩又は酸化物の粒子を混合及びブレンドし、この混合部を約１２５０〜１５５０℃の温度で溶融し、均質化することによって調製される。次に、この混合物を、好ましくは、イオン水などの適切な液体へこの溶融混合物を注ぐことによって冷却し、ガラスフリットを製造する。
【００３１】
ガラスの化学組成及び形態は用途に依存する。ガラスは、粒子の形態で、モノリス、三次元の多孔質足場、移植材料に取り込まれた又は移植材料上の繊維及び／又はコーティング、組織工学の足場などの組織再生構造物及び外傷治療デバイス、縫合糸、補綴移植物、ポリマーマトリックス、フィブリンゲル、ヒドロゲル、硬膏、外傷用医薬材料、クリーム、シャンプーなどとして使用される。ガラス組成物はまた、ｉｎ  ｖｉｖｏ及びｅｘ  ｖｉｖｏの細胞培養に使用される装置に用いることができる。更に、ガラスは、ｉｎ  ｖｉｖｏで細胞を治療に使用する前に、ｉｎ  ｖｉｔｒｏでの特定の細胞応答を引き出すのに使用されうる。
【００３２】
現在でも商業的に利用できる製品、Ｂｉｏｇｌａｓｓ（商標）が、１９６０年代に開発されてから、ガラスは生体適合物質として使用されているが、これらの材料の使用は、もっぱら、骨修復及び骨再生の分野における用途に集中している。歯科用セメントとして、ウィルソンのガラスイオノマーセメント配合物としばしば称される形態の、ガラスポリアルケノエートセメント（Glass Polyalkenoate Cements）（ＧＰＣｓ）を使用することも知られている。公知のＧＰＣｓは、神経毒性の影響が報告されているアルミニウム（Ａｌ）を使用して形成される。生体に影響する（この用語はポジティブな生物学的応答を引き出すことができることを意味する）ガラスを提供するための他の公知の試みには、毒性及び反応性の問題も含む鉄（Ｆｅ）及び亜鉛（Ｚｎ）ベースのガラスが含まれている。これらの公知のガラスは、典型的には、特定の比率の、ＳｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、ＣａＯ、及びＰ2Ｏ5から構成され、シリカの量が低い（６０モル％未満）生体に影響しない従来のガラスとは異なる。しかし、今日まで、これらの毒性及び反応性の問題に基づいたこれらの材料の広範囲の使用に反対があった。
【００３３】
これらの公知のガラスとは対照的に、本発明者等は、以前の公知の組成物に比べて神経毒性が低減され、これらのタイプのガラスが、種々の治療、特に動脈瘤の治療に適用できることを実現したＧａベースのガラスを提供する。従来のＧＰＣｓはアルミニウムガラスをポリ(アルケン酸）、典型的にはポリ（アクリル酸）と混合するが、本教示では、ガラスネットワーク内のＡｌを置換するものとしてＧａが提供され、これとアルギン酸カリウムを組み合わせる。アルギン酸塩は酸性ではなく、従って、活性化剤（ＧＤＬ）が、ガラスからのイオンの放出を開始するのに必要となる。ＧＤＬは水中で加水分解してグルコン酸を形成するラクトンであり、ヒドロゲルにおけるその役割は、溶液を酸性にすることである。これは、次に、ガラスからの多価イオンの放出を促進し、これらがアルギン酸塩のＧ−ブロックと架橋することを可能にする。ヒドロゲルのゲル化は、ガラス相の組成及びゲルの構成成分の比の両方によって制御することができる。アルギン酸塩は、ガラスから放出されたイオンによって架橋されるカルボキシル側鎖基を含む。しかし、公知のＧＰＣｓとの他の異なる点として、本教示によるガラスアルギン酸塩は、含水量がより高く、全体の複合体は、歯科用接着剤としての用途を考慮した場合、硬くなる傾向があると認められている公知のＧＰＣｓよりも、はるかに硬さが低い。
【００３４】
アルギン酸ナトリウムは、本開示の下で使用されるが、カリウムは、ナトリウムと同じほど動脈に有害ではないので、アルギン酸カリウムが好ましい。カリウムはまた、血管拡張、血管の弛緩、及び血管痙攣の防止に役割があり、これらは脈管構造を治療する場合に問題となる。これに加えて、アルギン酸のカリウム塩は、水溶液に容易に溶解し、溶液中のアルギン酸塩のより高い濃度をもたらし、より広い粘度操作範囲を提供することができる。
【００３５】
ガリウムは生理学的条件下でレドックス活性でなく、ｉｎ  ｖｉｖｏでヒドロキシラジカルの形成を減少するように働く。ガリウムを含有するガラスは、アルミニウムを含有するガラスと等しい構造であることが知られており、この点で、ガリウム四面体と電荷のバランスがとれるように十分なアルカリ又はアルカリ土類酸化物があると仮定すれば、ガリウムはアルミノシリケートガラス中のアルミニウムと同様にシリカガラス中で四面体を形成する。四面体の形態は、高度に架橋したネットワーク（高ネットワーク接続性）をもったガラスを提供し、同時に、高いイオン含有量を持ったガラスを提供する。これらの四面体は、ガラスの酸分解性に重要であり、ゆっくりイオンを放出するガラスを提供すると同時に、アルギン酸塩の完全な架橋のための十分に高いイオン含有量を提供する唯一の手段である。
【００３６】
混合された場合、ＧＰＣの形成と同様に、これらのガラスは、酸性環境で反応し、水性環境に三価又は二価のイオンを放出し、時間経過と共にこれらの表面にシリカゲルを形成する。この機構は、ヒドロゲル、特にカルボキシル側鎖基を含有するものを架橋するのに使用されうる。ガラス粒子は、時間経過と共に水性環境にイオンを放出し続け、周りの流体及び組織にヒドロゲルから放出された任意のイオンを満たす。これらのゲルは、図１Ｂを見れば明らかなとおり、ヒドロゲルマトリックス中で部分的に反応したガラスが埋め込まれた複合体を形成する。これらのガラスのケイ酸塩構造内のガリウム（Ｇａ）は、酸素と六配位（ネットワーク変性剤）又は四配位（ネットワーク形成剤）できる。Ｇａは、ケイ素と同様のイオン半径であるため、塩基性ＳｉＯ4のケイ素と置換でき、四配位となることができる。しかし、これは、ＧａＯ4四面体状に余分な負電荷をもたらす。この負電荷は、ガリウムの四配位が維持されることとなる場合、Ｃａ2+などの正に荷電したネットワーク変性カチオンで釣り合いを保たせなければならない。この四配位構造は、ガラス構造体が、結晶化又は過剰に反応性になることなく、大量の二価イオン又は三価イオンを含有することを可能にする。
【００３７】
純粋なシリカガラスでは、ネットワークは共有結合しており、電気的に中性であり、構造的に安定である。これは、当該ガラスを酸の攻撃をうけつけないようにする。ネットワーク修飾カチオン及びガリウムイオンの導入は、酸素イオンの極性を増加させることにより、酸の攻撃に弱いガラス構造にする。ガラス中の塩基性カルシウムの豊富な部位の酸攻撃は、ガリウム部位でのガリウムシリカネットワークの破壊及びガラス構造の分解を引き起こす。イオンで架橋可能なポリマーとゲルを形成するガラスの能力は、これらのガラスの酸−塩基バランスを表すＳｉＯ2／Ｇａ2Ｏ3比によって決定される。この比が高過ぎる場合、ガラスは安定になり過ぎ、ゲルを形成するイオンを放出しない。この比が低過ぎる場合、ゲル化が速く起こり過ぎ、ゲルが凝集しないであろう。
【００３８】
本発明者らは、ＧＰＣｓで伝統的に使用されるポリ（アクリル酸）ヒドロゲルは、非常に硬いので、動脈への適用には不適切である。多くの置換ポリマーが評価され、アルギン酸塩が動脈への適用に最も適していると決定された。従って、若干の塩化物（上記のような）を含有する小粒径のカルシウムガリウムシリケートガラスを製造し、アルギン酸塩溶液と反応させ、制御された硬化レオロジーを有する柔軟なヒドロゲル複合体を形成し、動脈瘤の治療に適しているという結果が示された。
【００３９】
従って、本教示は、酸化ガリウムを含む新規なガラス組成物を提供する。これらの新規な組成物は、アルギン酸塩溶液と反応させ適切に流動する組成物を製造することができる。この組成物は、３５分以内に硬化し、凝集性の柔軟な塊を生成する。試験は、この材料が、少なくとも３日間にわたって機械的特性に有意な変化がなく、水性環境で安定であることを示した。これは、ガラス相からのイオンの制御された放出の結果である。塩化カルシウム架橋アルギン酸塩は、迅速（数秒以内）でゲルを形成し、これらの強度は飽和食塩水溶液中で迅速に低下する。
【００４０】
有利には、この新規な材料は、レオロジー特性を制御でき、調節可能であり、この硬化材料の硬化時間は、同様に制御することができる。硬化時間の制御は、１以上のガラス組成物、アルギン酸塩鎖の長さ、アルギン酸塩の濃度、ガラス粒子径、ガラス濃度及びＧＤＬ濃度によって影響を受ける。
【００４１】
例えば、アルキン酸塩の分子量、化学組成及び濃度は、動脈瘤の充填剤としてのこの組成物の有用性に影響する。本発明者らによる科学的な研究は、６０ｋＤａのアルギン酸塩の４．５％アルギン酸塩濃度が、許容可能な強度及び操作時間を有するが、２．４％〜６％の範囲の濃度がこの用途の特性に依存して有利に使用されうる。４．５％〜６％のアルギン酸塩濃度が適当な硬化時間を有し、２．４％〜４．５％のアルギン酸塩濃度が唯一の注射可能な濃度であり、４．５％のアルギン酸塩濃度が要求される全てに適合しているが、本教示はこのような特定の値に限定されることを意図しないことが理解されるであろう。７００ｋＤａのアルギン酸塩の同様な分析は、４．５％のアルギン酸塩濃度がそれぞれの要求に合致した唯一の濃度であったことを示した。柔軟性及び低いガンマ線照射レベルでの滅菌される能力に基づけば、７００ｋＤａの濃度４．５％は、頭蓋内の動脈瘤の治療の意図した用途に対する平均分子量、化学組成及びアルギン酸塩濃度を例示するので、好ましいアルギン酸塩であると考えられる。しかし、この点に関しては、アルギン酸塩の最大粘度及び強度が分子量と化学組成を含むファクターの組み合わせに起因することが理解されるであろう。例えば、１８０ｋＤａのアルギン酸塩は、６０ｋＤａのアルギン酸塩と比較した場合、低い粘度を有し、これはアルギン酸塩のＧ／Ｍ比に起因する。これは、高いＭ含有量のアルギン酸塩は脆く、高いＧ含有量のアルギン酸塩と比較した場合、より柔軟であるからである。同様に、７００ｋＤａのアルギン酸塩と比較した場合、同じ１８０ｋＤａのアルギン酸塩の低下した粘度は、分子量に因る。分子量及びＧ／Ｍ比もまたヒドロゲルの操作時間及び硬化時間にも影響する。ヒドロゲル中で利用できるＧ−ブロックの数が減少するにつれて、多価イオンと結合することがゲルをより長く保たせる。この様式ではアルギン酸塩の粘度はヒドロゲルの注射可能性に影響することが理解されるであろう。２０００〜９０００ｍＰａｓの粘度を有するアルギン酸塩は、ヒドロゲルのおかげでうまく注入でき、血流環境で動脈瘤内に保持されるようである。
【００４２】
このような複雑な機構において、操作時間及び硬化時間を制御するために、修飾される多くのパラメータがあることが理解されるであろう。ガリウムシリケートガラスの酸洗浄は、湿潤性を有利に増加させ、アルギン酸溶液をよりよく混合させることが見出されている。得られたゲルは、より長い操作時間及び硬化時間を有し、より高い圧縮強度を有するゲルを形成する。より長い操作時間及び硬化時間は、ガラス含有量を増加させることができ、これは、続いて、ヒドロゲルの圧縮強度を増加する。例えば２ｖｏｌ％の酢酸の所定の液体容量に、約１時間繰り返してガラス試料を置くことによる、ガラスの酸洗浄は、ガラス試料の混合能及び均質性を質的に改善し、粒径、表面トポロジー、孔径、表面のイオン含有量及び表面のネットワーク接続性（これらの全てが得られたヒドロゲルの操作時間及び硬化時間に寄与する）に影響を有する。酸洗浄に引き続いて観測される増加した圧縮強度は、表面の二価イオンの含有量を減少し、三価イオンの含有量を増加するのに影響するようであり、アルギン酸塩ヒドロゲルのより完全な架橋をもたらす。
【００４３】
従って、ガラスの最終的な特性を変化させうる多くの機構が存在することが理解されるであろう。その低い毒性、高い生体適合性及び固有の長期の放射線不透過性と組み合わされる調整可能な特性を有するガラス組成物を提供することによって、本発明者らは、多くの血管への用途で見出されている欠陥を矯正するのに有意に使用できる組成物を提供する。本発明の教示によるガラス及びポリマー組成物は、動脈血管ネットワークの欠陥を治療するのに特別な用途、例えば動脈瘤血管内塞栓への適用、並びに、ＡＶＭ及び神経血管の問題における治療での使用が見出されうる。血管痙攣を低減し、血管拡張を促進し、その適切な抗菌性という、この材料の潜在的な治療上の利益は、二次的な（しかし、意味のないものではない）利益として理解される。背景技術の欄で先に概説したように、現在のアプローチは、生体適合性が低いこと又は硬化及び流動学的特性の制御手段に乏しいことを欠点として有しており、現在の全ての技術は組織接着性／適用性を欠点として有している。本教示によって提供される組成物は、これらの問題の全てを取り扱い、市場及びエンドユーザーによりよい選択肢を提供することができる。
【００４４】
（実験結果）
１．１  ガラス合成
４種のガラス配合物を合成した。ガラスＯＣ２００、ＯＣ２０１、ＯＣ２０２及びＯＣ２０３である。ＯＣ２００はシリカ、アルミナ、カルシウム、五酸化リン及び塩化カルシウムのみを含有し、一方、ＯＣ２０１、ＯＣ２０２、及びＯＣ２０３は、アルミナを減らした分三酸化ガリウムの量を増やして含有する。表１は、この研究で試験された、モル分率で表したガラス組成物を例示する。
【００４５】
【表１】
2017531610.tif 000003
【００４６】
表２に要点を示したように、適切な量の分析等級の試薬（Sigma-Aldrich, Dublin, Ireland）を秤量し、１０分間ローターで混合することによってガラスを調製した。引き続き組成物を、１０％のロジウム／白金るつぼ中で焼結（１４８０℃、１ｈ）し、水中へショッククエンチングした。得られたフリットを乾燥し（１００℃、１ｈ）、次いで、＜６３μｍまで振動ミルを用いて粉砕した。次に、このガラス粉末を、１ｍｍのアルミナ媒体を用いる摩擦ミルにおいてメタノール中でさらに粉砕した。引き続き、メタノールを蒸発させ、細かいガラス粉末を回収した。
【００４７】
【表２】
2017531610.tif 000004
【００４８】
１．２  Ｘ−線回折
粉末化した各ガラス試料をガラススライドに接着し、ブルカーＤ８アドバンスＸ-線回折ユニット（Bruker, Billerica, Massachusetts, USA）から放出されるＣｕ  Ｋａ１放射線を用いて分析した。４０ｋＶのジェネレーター電圧と３５ｍＡの管電流を使用した。１０°＜２θ＜８０°の範囲、０．１°のスキャンステップサイズ、５．０ｓのステップ時間でディフラクトグラムを集めた。ディフラクトグラムを分析し、任意の結晶化層の存在を、ＪＣＰＤＳ（Joint Committee for Powder Diffraction Studies）の標準回折パターンを用いて同定した。
【００４９】
１．３  粒径分析
粒径分析は、Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ  （ＲＴＭ）  ３０００（６３２．８ｎｍ  Ｈｅ-Ｎｅレーザー）流体モジュール粒径アナライザー（Malvern, UK）を用いて行った。粒子を１５秒間、予め超音波にかけ、１００％メタノール分散媒体中で分析した。レーザーの掩蔽は２．５０〜３．５０％の範囲であり、粒子は０．０１０μｍ〜３５００．０００μｍの範囲であると分析された。
【００５０】
１．４  ネットワーク接続性の計算
ガラスのネットワーク接続性（ＮＣ）を、ガラスの分子組成を用いて式１で計算した。
【００５１】
【数１】
2017531610.tif 000005
【００５２】
但し、
ＢＯ＝架橋した酸素
ＮＢＯ＝架橋していない酸素
【００５３】
１．５  示差熱分析
示差熱分析−熱重量分析同時測定器（combined differential thermal analyser-thermal gravimetric analyser）（DTA-TGA, Stanton Redcroft STA 1640, Rheometric Scientific, Epsom, England）を用いて、各ガラスのガラス転移温度（Ｔｇ）を測定した。１０℃／分（９００℃まで）の加熱速度を使用した。ブランクに適合した白金るつぼ（blank matched platinum crucible）を参照として使用し、材料を空気雰囲気下で試験した。
【００５４】
１．６  比重瓶法
各ガラスの密度を、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓヘリウムピクノメーター（Micromeritics Instrument Corp., Nircross, Georgia, USA）を用いて決定した。３．０〜５．０ｇの粉末ガラスを、参照としてブランクのチャンバを用いて、１２ｃｃのチャンバ内で分析した。２５回のランの平均を用いて、各ガラスの平均密度を決定した。
【００５５】
１．７  マジック角回転核磁気共鳴
各ガラスの粉末試料を29Ｓｉ  ＭＡＳ−ＮＭＲ及び27Ａｌ  ＭＡＳ−ＮＭＲで調査した。29Ｓｉ  ＭＡＳ−ＮＭＲ測定を、６００ＭＨｚのＡｖｎｃｅ  ＩＩＩ  Ｂｒｕｋｅｒ  ＮＭＲスペクトロメータ（Bruker, Billerica, Massachusetts, USA）を用いて、７１．５ＭＨｚの共鳴周波数で行った。マジック角での試料の回転速度は、29Ｓｉに対して７ｋＨｚであった。リサイクル時間は１，０分であった。化学シフトを測定するために使用した参照物質は、テトラメチルシランであった。27Ａｌ  ＭＡＳ−ＮＭＲ測定は、３９．１ＭＨｚの共鳴周波数で行った。マジック角での試料の回転速度は、27Ａｌに対して７ｋＨｚであった。リサイクル時間は１，０分であった。化学シフトを測定するために使用した参照物質は、Ａｌ（ＮＯ3）3であった。71Ｇａ  ＭＡＳ−ＮＭＲは、化学シフトの参照基準としてＧａ（ＮＯ3）3を用いて、１８３ＭＨｚの共鳴周波数、１０ｋＨｚの回転速度及び１．０分のリサイクル時間で行った。
【００５６】
１．８  複合体ヒドロゲルの調製
１．８．１  アルギン酸カリウムの精製及び滅菌
粗製アルギン酸ナトリウム（Sigma-Aldrich, Wicklow, Ireland）を、タンパク質及びエンドトキシン汚染物の除去を目的とする、公表された手順（Dusseault et al., 2006）（非特許文献１）、（Jork et al., 2000）（非特許文献２）、（Zimmermann et al., 1992）（非特許文献３）、（Klock et al., 1994）（非特許文献４）と同様の手法で実施した。このプロセスの間に、アルギン酸ナトリウムを、任意の発熱源を除去するための規定されたプロセスによって精製し、水酸化カリウム溶液を用いてアルギン酸ナトリウムをアルギン酸カリウムとして沈澱させ、最後に凍結乾燥を用いて乾燥した。
【００５７】
１．８．２  複合体ヒドロゲル試料の作製
２ｗｔ％のアルギン酸ナトリウムを、乾燥し、滅菌し、精製したアルギン酸カリウムと滅菌フィルター（＜０．２２μｍ）を通して精製した水と混合することによって作製した。９．２ｗｔ％のガラス溶液を、ＯＣ２０３ガラスを１５分間ＵＶ光で、次いで滅菌フィルターを通して精製した水で滅菌し、３０分攪拌することによって作製した。次に、６００μｌのガラス溶液を０．０５ｇのＵＶで滅菌したグルコノ−δ−ラクトン（ＧＤＬ）と１０分間混合し、次いで、６００μｌのアルギン酸塩とさらに６０秒混合して、ヒドロゲル試料を作製した。
【００５８】
１．９  操作時間及び硬化時間の決定
操作時間及び硬化時間を試験するために、組成物を１分間混合し、次いで３７℃に予め加熱した大きなスチールブロック上に置いたステンレス鋼成形体（１０ｍｍφ、５ｍｍ  ｈ）に内に置いた。次に、ヒドロゲル試料を、６ｍｍ直径の圧子を用い、２０ｇの重量を使用して垂直に刻み目をつけた。
【００５９】
操作時間は、ゲルが、１０ｍｍの直径で５ｍｍの高さのスチール成形体中において、３７℃で硬化することができる場合に、ゲルがそれ自身の重量を支持する（持ち上げられた場合に成形体中に保持される）最も早い時間として定義される。硬化時間は、１０秒後に圧子によって形成されたしるしが、刻み目を付けた後１分以内に回復しない時間として定義される。
【００６０】
１．１０  機械的試験
５つの試料（ｎ＝５）を、１分間試料を混合することによって圧縮試験用に作製し、次いで、成形体（φ９．００ｍｍ、高さ１５．００ｍｍ）に置いた。試料をアセテートシートで被い、６０分間硬化させ、次いで、１ｖｏｌ％のペニシリンストレプトマイシンを含有する２０μｌのダルベッコの修飾イーグル培地に置いた。試料を、５００Ｎの負荷セル及び平行板の圧盤を備えた５０ｋＮ  Ｚｗｉｃｋ  ＢＴ-ＦＲ００５ＴＮ試験機を用いて試験した。試料に２ｍｍ／分の負荷をかけて崩壊させ、データを、ＴｅｓｔＸｐｅｒｔソフトウェア（ｖ１１．０２）（Zwick, Ulm, Germany）を用いて記録した。崩壊時のピーク応力及び対応するひずみを記録し、崩壊前の弾性係数（ｃ．３０〜５０％ひずみ）を決定した。
【００６１】
１．１１  溶離ＭＴＴアッセイ
ＭＴＴ溶離アッセイを、ここで簡単に説明するＩＳＯ１０９９３−５に従って、ウシ大動脈筋細胞（ＢＡＳＭＣｓ）及びウシ大動脈内皮細胞（ＢＡＥＣｓ）を用いて行った。複合体ヒドロゲル試料を（セクション１．８．２に記載したように）作製し、円柱状のＰＴＦＥ成形体（φ１５ｍｍ、高さ１ｍｍ）中で硬化した。試料を放置して１時間硬化させ、次に、２４ウェルプレートの底で、１０ｖｏｌ％のウシ胎児血清及び１ｖｏｌ％のペニシリン−ストレプトマイシン（Sigma Aldrich, Wicklow, Ireland）を追加した２．７５ｍｌのＤＭＥＭ細胞培養培地（ＩＳＯ１０９９３−５による）に置いた。試料を、２４時間及び４８時間インキュベートした（３７℃、５％ＣＯ2）。溶離媒体を穏やかに除去し、０．２２μｍの滅菌フィルターを通して濾過した。
【００６２】
ＢＡＳＭＣｓ及びＢＡＥＳＣｓを適切な培地（３≦ｐ≦６）を用いて成長させた。細胞を、９６ウェルプレート中で１００μｌの培地当たり４０，０００細胞で接種し、これらがサブインフルエント単層を形成するまでインキュベートした（３７℃、５％ＣＯ2）。次に、培地を吸引除去し、濃度を変化させ溶離培地（０、２０、４０、６０、８０、１００ｖｏｌ％）中に細胞を置き、２４時間インキュベートした。１０ｍｌの滅菌ＰＢＳ中に５０ｍｇチアゾリルブルーテトラゾリウムブロミド（Thiazolyl Blue Tetrazolium Bromide）を溶解することによって、ＭＴＴ溶液を作製し、０．２２μｍ滅菌フィルタを通して濾過した。インキュベーションに続いて、溶離媒体を吸引除去し、細胞を１００μｌのＰＢＳ（Ｃａ2+、Ｍｇ2+を含まない）で洗浄し、１００μｌのＭＴＴ溶液を各ウェルに置き、５時間インキュベートした（３７℃、５％ＣＯ2）。次に、ＭＴＴ溶液を吸引除去し、１００μｌのＤＭＳＯを各ウェルに添加し、プレートを１５秒間振り、室温で１０分間インキュベートした。光学密度を、６３０ｎｍの参照波長を用いて５４０ｎｍで測定した。細胞生存率を、以下の式を用いて、未処理の対象細胞の百分率として計算した。
【００６３】
【数２】
2017531610.tif 000006
【００６４】
１．１２  血小板接着分析
新鮮なウシ血液は屠殺時に、３部の３．８ｗｔ％のクエン酸三ナトリウム溶液対２０部の血液で得ることができる。血液を２２℃において２０分間２００ｇで遠心分離し、血小板に富む血漿（ＰＲＰ）を上清から集めた。ＰＲＰの半分を１５分間１０００の重力で遠心分離し、血小板の乏しい血漿（ＰＰＰ）を上清から得た。血球計を用いて、血小板カウントをＰＲＰから行い、ＰＰＰで０．３５×１０8血小板／ｍｌに希釈した。０．２７１ｍｇのキナクリンマスタード２塩酸塩（メパクリン）（１０μモル／Ｌ）を５０ｍｌの血小板懸濁液に加え、３７℃で３０分間暗所に置いた。試料（ゲル及びＴｉ６Ａｌ４Ｖ対照）を６ウェルプレートのベースに置き、２ｍｌの血小板溶液を各ウェルに加え、確実に試料が十分浸されるようにした。試料を、３７℃、５％ＣＯ2で、６０分間、静止状態下で血小板含有溶液中においてインキュベートし、材料表面に結合していない血小板を除去するためにＰＢＳで２回すすいだ。接着した血小板を、２％及び５％グルタルアルデヒド溶液にそれぞれ２時間浸漬することによって固定化した。環境制御型走査電子顕微鏡を、カールツアイス（Carl Zeiss）（jena, Germany）ＥＶＯ  ＬＳ  １５走査電子顕微鏡を用いて、Ｄｅｂｅｎ（Suffolk, UK）コールド試料ステージ（Deben cold sample stage）を組み込むことによって、高い相対湿度で行った。２次電子画像をゲル及び対照の表面で得た。蛍光顕微鏡法をオリンパス（Olympus）ＢＸ５１（Tokyo, Japan）で４８８ｎｍの励起波長で行ない、ＣｅｌｌＦソフトウェア（Olympus）を用いて取り込んだ。
【００６５】
１．１３  統計分析
一元配置分散分析（ＡＮＯＶＡ）を実施し、グループ間の有意な影響を決定し、平均の比較を、ポストホックボンフェローニ試験を用いて実施した。ｐ≦０．０５の場合にグループ間の差を有意とみなした。全ての統計分析を、Ｅｘｃｅｌ  ２０１０（Microsoft Corporations, Redmond, Washington）を用いて実施した。
【００６６】
結果
図２は、試験した４種の材料が全てＸ−線回折に同じような応答を示し、これらが性質として全てアモルファスであり、明らかに結晶種がないことを示した。図３は、レーザー回折を用いて決定される全てのガラスの粒径が相対的に小さく、大多数の粒子は１〜２０μｍの範囲であると思われるが、ＯＣ２００及びＯＣ２０１は微粒子についてより大きな容積を有し、ＯＣ２０１は＞１０μｍの粒子についてより小さな容積を有することを示す。
【００６７】
以下の表３に示されるように、３．０６のネットワーク接続性の計算から、アルミニウム及びガリウムの両方がネットワーク形成剤として作用し、局所的なカルシウムイオンから電荷を補償することによって四面体を形成することが想定される。しかし、これがその場合でないときは、２．４８のＮＣとなる。
【００６８】
【表３】
2017531610.tif 000007
【００６９】
＊ネットワーク接続性から、ガリウムがネットワーク形成剤として作用し、従って、四面体構造を提供すると想定される。
＋ネットワーク接続性から、ガリウムがネットワーク変性剤として作用し、従って、三価の種を形成することによってネットワークを破壊するように作用すると想定される。
【００７０】
アルミニウムをガリウムで置換した場合、ガラス転移温度は有意に変化せず、ガラス構造のネットワークが両方の場合で同じであることを示すことが図４からわかる。
【００７１】
図５から観測されるように、29Ｓｉ  ＭＡＳ−ＮＭＲデータは、全てのガラス試料で同じである。これにより、構造のネットワークが、Ａｌ／Ｇａ比にかかわらず、同様に配位するという以前の熱データが確認される。−８０ｐｐｍあたりに中心を有する幅広のピークは、Ｑ２／Ｑ３構造化したケイ素に対して期待されるものであるが、このピークは、Ｑ２及びＱ３構造の両方の化学シフトの範囲内に位置するので、実際に、特定の構造ユニットに帰属することができない。これに加え、ガラスの不規則な性質により、多くの異なる配位状態がガラスネットワーク内のケイ素に対して存在するようである。
【００７２】
図６の試験は、ＯＣ２００に対する27Ａｌ  ＭＡＳ−ＮＭＲスペクトルを示す。このＮＭＲスペクトルによれば、可能性として、ガラスＯＣ２００中のＡｌに対して３つの配位系があることを示す。第一のものは、四面体に配位したアルミニウム部位（Ａｌ（ＩＶ））であり、これは５．５４ｐｐｍのあたりに強いピークを示す。約−５ｐｐｍに小さなピークを示す八面体に配位したアルミニウム部位（Ａｌ（ＶＩ））、及び２５ｐｐｍの五面体に配位したアルミニウム部位（Ａｌ（Ｖ））もある。約１２０ｐｐｍのピークはサイドバンドである。
【００７３】
図５及び図６からのデータを組み合わせると、ガリウムイオンは、おそらく、アルミニウムイオンと同様な様式で配位すること、即ち、ほとんど四面体に配位したガリウムイオン（四面体：五面体：八面体＝１６：３：２）を同様に含むことが推論される。Ｇａ（ＩＶ）よりも低い配位状態は存在しないので、Ｇａ（Ｖ）又はＧａ（ＶＩ）の増加した濃度は、低下したガラスの接続性、結果としてのガラス転移温度の低下（図４）、並びに幅広の29Ｓｉ−ＮＭＲピークの低いｐｐｍへのシフトをもたらす。加えて、ノイズ対シグナル比は高いが、図７は、ＯＣ２０３に対する静的及びマジック角回転71Ｇａ−ＮＭＲスペクトルを示し、これは、両方の場合で、主に四面体配位の存在を示す１５０ｐｐｍのピークを示す。
【００７４】
図８及び９に記載されるように、ガラス中でアルミニウムをガリウムで置換すると、操作時間が増加し、ゲルの硬化時間が低下するようである。
【００７５】
図１０及び図１１からわかるように、最大の圧縮強度及びヤング率は両方とも、Ｇａ／Ａｌ比に対してほぼ直線的に増加し、ガリウムのみのゲルはガリウムを含まないゲルのほぼ四倍の強度を示す。圧縮強度は、試験した材料の範囲に対してＧａ／Ａｌ比が増加するにつれて有意に増加する（ｐ＝０．０００１）。圧縮強度と同様に、材料のヤング率は、試験した材料の範囲に対してＧａ／Ａｌ比が増加するにつれて有意に増加し（ｐ＝０．０００１）、ガリウムのみのゲルはガリウムを含まないゲルのほぼ四倍のモジュラスを示す。
【００７６】
図１２及び図１３からわかるように、グループ間で時間と共に強度及び弾性係数の両方で有意な増加があり、強度及び弾性係数の両方が１〜７日で有意に増加した。アルギン酸塩の強度のこの増加は、本教示による用途に有利であり、ナトリウム及びカリウムイオンに対するカルシウムイオンの交換に起因した、飽和食塩水中で時間の経過と共に分解してゲルを脆くするアルギン酸カルシウムゲルとは対照的に、このアルギン酸塩の適切な選択をする根拠となる。本教示によって提供されるアルギン酸塩は、ゲルに埋め込まれたガラス粒子がイオンを放出し続け、時間の経過と共にゲルの架橋密度を増加し、その強度及び弾性係数の両方を増加するということにおいて、異なった反応をする。
【００７７】
上記実験結果は、本教示によるガリウムガラスが四面体構造を形成し、この構造が三価イオンの高い含有量を維持すると同時に、高いネットワーク接続性、即ちゆっくりした反応性を維持し、シリケートのガラス状ネットワークを維持することを示す。このガラスはアルギン酸塩ポリマー溶液が注入可能であるのに十分ゆっくりと反応し、一方で、混合の３０分以内に硬化した。結合は、ＦＴＩＲ分析で示されるように、硬化後２４時間までゲル中で進行し続け、ゲルの強度は７日までの時間で増加し続けた。ガリウムからアルミニウムへの置換は、操作時間を長くし、硬化時間を短くし、強度及び硬さを改善した。これらの新規なゲルは、血小板の接着又は活性化を何ら誘導するようには思われず。ゲルからの溶離は、ＢＡＳＭＣｓ又はＢＡＥＣｓに対していずれの有意な細胞死を起こさなかった。これらのゲルは、血液と接触する環境に送達する用途に可能性を示す。
【００７８】
追加の成分を組成物に添加することによって複合体ゲルの特性を変化することができる。本発明者等は、クエン酸三ナトリム（ＴＳＣ）及びシュウ酸ナトリウムが、このゲルの系について反応速度の修飾に使用するのに特に有利であることを確認した。ゲル操作時間について、これらの化合物の量を変化させて添加することの効果は、図１４に図示されている。図１５Ａ及び１５Ｂから観測されるように、１０ｍｇまでのＴＳＣの添加（２％アルキン酸塩６００マイクロリットル及び０．０５ｇのＧＤＬを含む９．２％ガラス溶液（水中）６００マイクロリットルの溶液の状況で）は、圧縮強度に有意な影響を与えることなくゲルの操作時間を有意に増加した。
【００７９】
本教示に従って提供される組成物は、以下のことを含む多くの利点を提供することが理解される。
１）制御された硬化反応を可能にし、毒性のイオン／ラジカルの侵出がない新規なガラス組成物；
２）柔軟な硬化複合材料を可能にする、この新規なガラス組成物とアルギン酸塩ポリマーとの組み合わせ；
３）ガラス及びアルギン酸塩が、取り扱い特性を更に最適化するために、特定の様式で、更に反応速度を制御する種と組み合わされうる。
【００８０】
頭蓋内動脈瘤の治療における本教示による組成物の使用は、動脈瘤を満たし、破裂を防止するように動脈瘤内で組成物を配置することが必要である。動脈瘤の充填を促進するために、血管内コイル塞栓術（endovascular coiling）と同様に、コンプライアントバルーンを動脈瘤に隣接して配置し、膨らませることができる。次に、ヒドロゲルをマイクロカテーテルを通して動脈瘤に注入し、同時に、膨らませたバルーンは、血流に充填物が漏洩するのを防止する。送達及び硬化を可能とするために、臨床協力者との協議に基づいて、新規なヒドロゲルについて１０〜３０分の最適操作時間を決定する。加えて、新規なヒドロゲルは、脳血管中のバルーン対する最大のインフレーション時間に基づいた注入に続いて、最大５分以内に硬化されなければならない。一度ゲルが硬化されると、次いでバルーンを収縮させうる。
【００８１】
本組成物は動脈瘤の治療に有利に使用されるが、血管移植、組織工学血管の作製のための足場、整形外科用骨欠損フィラー、軟骨組織フィラー等のような他の生物材料又は組織工学の用途に使用することもできる。本組成物は、腹部大動脈瘤等の脳血管以外にも適用できる。
【００８２】
本教示により提供されるガラスの他の用途は、低酸素症の分野である。低酸素症は、幹細胞リクルートメント、脈管形成、及び幹細胞分化を含む。本ガラスは、低酸素誘導因子（ＨＩＦ−１）のような生化学的因子が分解するのを防止し、血管内皮細胞増殖因子（ＶＥＧＦ）のような他の生化学的因子の放出を促進することができる。ＶＥＧＦは、血管ネットワークの確立及び修復に最も重要であり、脈管形成及び足場材料内での引き続きの組織の再生を促進する。本教示によって提供されるガラスは、ｉｎ  ｖｉｔｒｏで大量のガリウムイオンを放出するように構成されうる。これらの新規な材料からの溶出物は、用量依存的な様式で、内皮細胞の代謝を高めることも知られている。これに関する作用メカニズムは低酸素症経路を介していると推測されている。ガリウムは、ｉｎ  ｖｉｖｏで鉄と同様の形式で作用する傾向を有し、トランスフェリンと複合体を形成し、細胞によって取り込まれる。しかし、細胞内では、鉄と異なりガリウムは、三価の形態から、鉄の多くの機能に必須である二価の形態へ変換されない。結果として、細胞は鉄欠乏となる。鉄の不足は、鉄と酸素の代謝の間に強い関係があるので組織に酸素欠乏を誘導する。これは、引き続いて、細胞内のＨＩＦ−１αのアップレギュレーションと、引き続く細胞の代謝及びＶＥＧＦの放出の増加を引き起こす。
【００８３】
本教示により提供される材料によって誘導されるこの治療応答は、組織工学での用途のため、常在幹細胞のリクルートメント及び分化を促進し制御するため、並びにｉｎ  ｖｉｖｏ若しくはｉｎ  ｖｉｔｒｏで接種細胞の増殖を促進するために有益であり得る。これは、末梢血管の疾患（ＰＶＤ）などの組織の治療であって、血管の付近に又はＰＶＤの治療のためのいくつかのデバイス（例えばステント）上のコーティングとして、材料が血管に注入されうる治療にとって貴重な治療応答でもある。
【００８４】
上記のような複合体ガラスゲルの他の応用には腫瘍塞栓術が含まれるが、肝臓腫瘍塞栓術などのいくつかの塞栓技術に対しては、配合を変更し、組織のダメージ及び器官の機能不全を防止するために、材料が完全に再吸収されるようにする必要がある。
【００８５】
肝動脈化学塞栓術（ＴＡＣＥ）が、肝細胞癌（ＨＣＣ）の治療にしばしば実施される。この技術は、リピオドール（Lipiodol）（登録商標）（ケシの実油のエチルエステルにヨウ素を添加したもの）と混合された抗がん剤（例えばドキソルビシン、エピルビシン、アクラルビシン等）であって、疾患組織に注入されるものを用いることができる。これには、典型的には、引き続いて、肝動脈へのゼラチンスポンジ又は微粒子化したＰＶＡ塞栓粒子の注入が行われる。当該油から放出される抗がん剤と血液供給を低下させることの組み合わせは、腫瘍の縮小を引き起こす。しかし、油中の親水性薬剤の導入が乏しく、且つ不安定であることにより、このアプローチは、薬物が迅速に放出される（半減期：１時間）ことになる。現在、このアプローチでは、ＴＡＣＥのサバイバルゲインは下限に近い。これはＨＣＣが、通常血管過多であり、肝動脈以外の供給源から栄養補給がなされ、残留した腫瘍の再発を引き起こすためである。また、肝動脈の塞栓術は肝組織の虚血性損傷を引き起こし、しばしば肝不全を引き起こす。しかし、最近の研究では、より小さなマイクロカテーテル（＜２フレンチ）が、腫瘍への血液供給源を選択的に塞栓し、再発率が十分低くなり、生来の細胞へのダメージが小さいことが示されている。本発明者等は、本教示によるガラス組成物が、細い直径のカテーテルを通して注入されるその能力、並びにその治療の可能性により、この用途には理想的であることを理解している。
【００８６】
シアノアクリル酸Ｎ−ブチル（ＮＣＢＡ）を含む多くの塞栓剤が市場に存在し、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）ミクロスフェア、ゲルフォーム（登録商標）（Gelfoam）（ブタ脂肪組織）、バルーン及び薬剤溶出性ビーズ（ＤＥＢ）は主要な競争者である。しかし、これらの塞栓剤はいずれも、化学療法剤、虚血及び再灌流障害の結果としての生来の肝臓組織の損傷を含むＴＡＣＥに関連する問題を完全には解決していない。薬剤溶出粒子の開発は化学療法剤の除放を助け、ＰＶＡベースのＤＣビーズ（登録商標）は６．２５日の半減期でドキソルビシンを放出することを示すが、塞栓ビーズは、制御するのが困難であり、しばしば逆流し、意図しない動脈を閉塞し、又は肺塞栓を引き起こす。加えて、これらのビーズは、腫瘍の毛管に入り込むことができず、加えて、リピオドール（登録商標）と同様に低い粘度の流体、及びＰＶＡ粒子の分解／再疎通の割合が予測できず、一週間から数ヶ月まで続く。
【００８７】
本出願によるガラス組成物を使用すると、市販の粒子ベースの塞栓剤からの放出速度に匹敵するか又はよりよい、低粘度の薬物溶出をする分解可能な塞栓剤を提供することができ、有利な補助的効果を有し、よりよい臨床的成果をもたらす製品となることができる。この塞栓化ゲルは、ガリウムイオンを連続して放出する。これは、癌細胞系にアポトーシスを誘発することが示されている。ガリウムはまた、生物学的流体中の活性酸素種（ＲＯＳ）を低減し、再灌流障害に続く虚血性損傷を減少することが示されている。
【００８８】
説明したガラスの配合を変更することによって、この材料を発展させることができ、リンの量を増やして導入することによって、又はナトリウム、カリウム、ホウ素をガラス配合物に加えることによって、より完全に分解可能なガラスとなりうる。
【００８９】
加えて、アルギン酸塩は、当業者によく知られている技術を用いて、鎖を部分的に酸化することにより分解可能にされうる。
【００９０】
従って、本教示によるガラス組成物は、多くの生物医学的用途に使用することができ、以下の特許請求の範囲に照らして必要とみなされる場合を除いて、任意の一組の用途又は使用に本教示を制限することを意図していないことが理解されるであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図１１】
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【図１２】
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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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【国際調査報告】
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