(57)【要約】  本願は、ａ）透気材料からなるマイクロニードルウェルアレイ型上に（塗布及び充填）重合物水溶液を流し込む；ｂ）型の裏面に真空を形成することで重合物溶液をマイクロニードルウェルに吸入すること；ｃ）冷凍・解凍処理によって流し込んだ重合物溶液内部を架橋させること；ｄ）ゲル済みの重合物溶液を乾燥することを含むマイクロニードルパッチを調製する方法を開示する。本発明の独特な意義は記載されている重合マイクロニードルの調製過程及び組成は従来のマイクロニードルシステムの局限を克服し、透皮投与又は他の治療用途に広く用いられる。
2016528971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）多孔質材料からなるマイクロウェルアレイ型上に親水性重合物溶液を流し込む（塗布及び充填する）ステップと、
ｂ）前記重合物溶液を前記マイクロウェルに吸入するように、型の裏面に真空を形成するステップと、
ｄ）流し込んだ重合物溶液に対して冷凍・解凍処理を行い、ゲル化を引き起こすステップと、
ｅ）ゲル化済みの重合物溶液を乾燥するステップと、
を含むマイクロニードルパッチの調製方法。
【請求項２】
流し込む前に、前記重合物溶液中に少なくとも一種の生物活性薬物を入れる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
薬物が担持されている重合物溶液は前記マイクロウェルを充填する、及び／又は前記型のマイクロウェルアレイ上に薄層を形成することができる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
重合物溶液が型の裏面に施される真空によって前記マイクロウェルに吸入できるように、型が透気性を有する必要がある請求項１に記載の方法。
【請求項５】
予め作製した生物活性薬物を含有しないゲル化した重合物膜を支持板として新たに流し込んだ生物活性薬物含有重合物溶液上に貼付できる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
予め作製した重合物膜を流し込んだ重合物溶液上に置く前に、先に生物活性薬物を含有しない重合物溶液を粘着剤として、流し込んだ生物活性薬物含有重合物溶液上に塗布することができる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
流し込んだマイクロニードルパッチ／膜を型から剥離した後、前記乾燥過程を行う請求項１に記載の方法。
【請求項８】
カーリングを防止するように、乾燥過程におけるマイクロニードルパッチ／膜をクランプで固定する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記型が多孔質ポリテトラフルオロエチレン板から作られる請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
乾燥したマイクロニードルパッチ／膜を設計したサイズにプレスする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
適当なサイズのマイクロニードルパッチを防湿袋に密封して包装する請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
過程を無菌層流フード中に置くことで、全作製過程が無菌であることを確保する請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
密封したマイクロニードルパッチを１００〜１４０℃の温度で加熱し、所定時間維持することで、滅菌目的を達成する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
より合理的な加熱過程は１１０℃で１５分間加熱することである請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記マイクロニードルを形成するために選択された重合物材料が水中で可溶であり、且つミクロン又はサブミクロン結晶域を物理架橋点として形成できる請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記材料がポリビニルアルコールを含む請求項１５に記載の材料。
【請求項１７】
前記ポリビニルアルコールの加水分解度が８０％又はそれ以上である請求項１６に記載のポリビニルアルコール。
【請求項１８】
乾燥過程において、流し込んだマイクロニードル膜をクランプに固定し、マイクロニードルパッチのカーリングを防止するが、Ｘ−Ｙ（水平）方向における収縮が許容される請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
ａ）薬物含有マイクロニードルのアレイは、薬物を含有しない支持板又はシート上に直立する；
ｂ）上記のマイクロニードルの長さが２．０ｍｍ未満である；
ｃ）上記のマイクロニードルが乾燥状態で堅いが、含水環境で膨潤する；
ｄ）重合物ネットワーク架橋点である微結晶域を形成しているため、上記のマイクロニードルが不溶となることを特徴とする請求項１に記載の方法で調製されるマイクロニードルパッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相関出願と参照
本願は２０１３年７月２２日に出願したアメリカ出願番号６１／８５６，７６７の優先権を主張し、その内容が参照により本願に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、重合物マイクロニードル貼付剤の作製過程及び組成に関し、このようなマイクロニードルパッチは、現存の他のマイクロニードルシステムの制限を克服し、治療物質の透皮投与又は他の用途に用いられる。
【背景技術】
【０００３】
タンパク又はポリペプチド薬物の非侵入性投与は長い間ずっと薬物開発の目標である。糖尿病の治療を例として、終身ほど頻繁的な注射投与を避けるために、本分野の科学者は半世紀を超えた研究開発の努力を尽くし、吸入、経口、鼻腔、無針注射、及び経皮投与システムを含む様々な非注射経路に対して広く研究を行った。しかし、発明者らの人体の天然的な生体障壁を通るタンパクポリペプチド薬物の非注射投与は依然として凄まじい任務である。
【０００４】
マイクロニードル、長さが数百ミクロンの小さいニードルのアレイ、という発明は透皮投与経路に前景のある解決方法を提供した。この微小なニードルは最も透過性のない皮膚層（角質層ｓｔｒａｔｕｍ  ｃｏｒｎｅｕｍ）を通ることができ、疎油性分子の拡散通路を形成するとともに、皮膚損傷と痛感を生じない。今まで四種類のマイクロニードルシステム、即ち無機固体マイクロニードル、金属空心マイクロニードル、重合物溶解可能なマイクロニードル、重合物膨潤可能なマイクロニードルがある。この四種類のシステムの中で、膨潤可能マイクロニードルだけがタンパク又はポリペプチドを有効に透皮デリバリーする実行可能性を示す。固体マイクロニードルは薬物担持空間及び担持薬物が放出する拡散経路を有しない。針先の表面に薬を塗布することが選択としても良いが、担持量が非常に小さく（約３００ｎｇ／針先）、さらに重要なことは、表面吸収がタンパクを変性させる。金属空心マイクロニードルは、金属蒸気によって固体マイクロニードルテンプレート上に沈着成型し、機械強度、生産性が低い。重合物可溶可能なマイクロニードルはワクチン放出の点で活発に研究されているが、ワクチンは毎年有限回だけ投与する必要がある。インシュリンのような一日数回投与する必要がある薬物の透皮デリバリーについて、可溶性マイクロニードルは、針先の物質が皮膚に沈殿するため、適宜ではない。膨潤可能なマイクロニードルとは、乾燥状態で十分に硬く表皮層と通し、真皮層で体液を吸収した後に膨潤状態のマイクロニードルに変化するマイクロニードルである。吸水膨潤により、予め膨潤可能なマイクロニードルに担持されたタンパク又はポリペプチドが表皮を通して放出される。発明者らはこのような膨潤可能なマイクロニードルを相転移マイクロニードルと命名した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マイクロニードルは、それ自身の物質が皮層に沈殿せずに皮層から引き出せるように、吸水後に元の形状を維持させるために、マイクロニードル基質を形成する重合物鎖断片は架橋する必要がある。重合物鎖断片を得る架橋メカニズムは、共有結合、多電荷イオンのイオン反応、及びナノ結晶域を架橋点として形成することによる三種類がある。共有結合による架橋は薬物存在下での化学反応に関わっているため安全性が懸念され、薬物はマイクロニードル成型後に担持しなければならない。イオン架橋した重合物マイクロニードルは、吸水後に皮膚から引き出せるほど十分な強靭さを保持できない。また、多価イオンはタンパクを変性させる可能性がある。ナノ結晶域により架橋を実現するメカニズムは限られた重合物材料にしか見えない。しかし、それは十分な機械強度を提供し、マイクロニードルが吸水膨潤している状態でも皮膚から完全に引き出せる。そして、ナノ結晶域の架橋は冷凍・解凍処理のようなマイルドな条件により簡単に実現でき、これは構造の弱いタンパクにとってマイルドな作業である。
【０００６】
本発明は、基質の架橋点としてナノ結晶域を生成することで、ニードル基質の架橋を実現する相転移マイクロニードルパッチの構造及びその作製過程を説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
相転移マイクロニードルパッチは二つの部分を組み合わせてなり、一つは生物活性物質が担持されているマイクロニードルアレイ、例えば薬物であり、もう一つは薬物のない支持底板である。生物活性物質が担持されているマイクロニードルアレイは、マイクロニードルと薬を含有しない支持板との間に存在する、一層の極薄い同じ薬物を担持している同じ重合物材料の物質を含む。（図１に参照）。
【０００８】
マイクロニードルパッチの作製は以下の組み立てステップを含む。ａ）薬物が担持されている水溶性重合物溶液を多孔材料からなるマイクロニードルウェルアレイに流れ込む（塗布と展開する）；ｂ）型の裏側に真空により粘性のある重合物溶液をマイクロニードル孔に吸入する；Ｃ）流し込んだ重合物溶液を冷凍・解凍することでゲルを実現する；及びｄ）重合物ゲルを乾燥する。マイクロニードルアレイに担持する生物活性物質の生物利用度を与えるために、流し込んだマイクロニードル上に、予め作製した薬を含有しない重合物シートを貼付する。生物活性物質を含有しない同じ重合物の溶液は、粘着剤として流し込んだ直後の重合物溶液上に塗布し、予め作った膜とマイクロニードルを結合させる。冷凍・解凍作業は一回又は数回繰り返する可能性があり、乾燥はゲル状重合物を型から剥がす前又は後に行っても良い。全ての作製過程を図２に示す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、相転移マイクロニードルの構造と作動原理の図である。ほとんどの薬物、例えばインシュリンは針先に載せられ、針先の膨潤により放出される。マイクロニードルアレイは膨潤するが溶解しない性質は、ミクロン又はサブミクロン結晶域を架橋点とする重合物鎖の架橋により実現できたものである。
【図２】図２は、マイクロニードルの作製過程の図である。ａ）薬物が担持されている水溶性重合物溶液を多孔材料からなるマイクロニードルウェルアレイに流し込む（塗布と展開する）ステップ；ｂ）型の裏側を真空にして粘性のある重合物溶液をマイクロニードル孔に吸入するステップ；Ｃ）予め作製した重合物膜を貼付するステップ；ｄ）冷凍・解凍処理により、流れ込んだ重合物溶液をゲル化するステップ。ｅ）ゲル状態になった重合物溶液を乾燥するステップを含む。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
重合物材料の選択
マイクロニードルを形成する重合物材料を選択することは相転移マイクロニードルを作製する第一歩である。まず、薬物を水溶性溶液に入れて型中に流し込むように、重合物は予め水に溶解できる必要がある。そして、マイクロニードルが表皮を通して吸水した後にそれらの形状を保持でき、且つ投与後に完全に皮膚から引き出せるように、マイクロニードルパッチを作製した後、マイクロニードルを形成する重合物は水に不溶である必要がある。当然ながら、このような材料は乾燥状態で表皮を刺し通せるように十分に硬く、且つ体液を吸収して膨潤し、薬物に拡散通路を開くことが必要である。
【００１１】
以上の要求を満たす材料は親水性であり、特定の環境で（例えば湯）、水に溶解でき、その後、水に不溶なヒドロゲルネットワークを形成する。ヒドロゲルネットワークを調製する方法は、共有結合架橋、イオン相互作用、及びナノ結晶域を架橋点として形成することによる３種類がある。本発明は結晶方法を利用し、選択される重合物材料は水和状態で冷凍・解凍処理によりナノ結晶を形成するポリビニルアルコールを含む。その中で、分散相の結晶域サイズはナノメートルから数ミクロンの間である。ポリビニルアルコールはポリ酢酸ビニルを８０％以上加水分解することによって得られる。
【００１２】
マイクロニードルパッチを作製する重合物材料はタンパクと相溶でき、最も好ましくは医学上で用いられている既に承認された薬用材料又は助剤である。
【００１３】
マイクロニードルの作製材料のもう一つの重要な特徴はそれ自身が担持される薬物に対して透過することである。分子量が１０ＫＤのタンパク薬物はＰＶＡネットワークで拡散して目標の放出速度を達成することが難しい。このような場合では、別の結晶域を形成しない親水性重合物はＰＶＡに混合してナノ結晶域の密度を希釈できる。多糖は、一般的にタンパクと相溶し、冷凍・解凍の処理で結晶構造を形成しなく、且つＰＶＡよりも大きい膨潤率を有するため、この目標にとって理想的な物質である。多糖は、マイクロニードルの硬さを改善することもでき、且つ冷凍・解凍処理で低温保護剤として、担持されるタンパクを保護する。ＰＶＡに混入する多糖はグルカン、でん粉、アルギン酸、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ヒアルロン酸とキトサンから選択できる。混合した重合物溶液が粘りすぎて型に流し込めない場合、ＰＶＡに加える多糖は、予め架橋した粒子の形を採用することができる。この内部で予め架橋した多糖粒子はＰＶＡ溶液中に解離ではなく分散し、溶液が非ニュートン流体になる。同じ濃度では、非ニュートン溶液がニュートン溶液より粘性が小さいため、より容易に型に流し込める。
【００１４】
マイクロニードルパッチの設計
相転移マイクロニードルパッチ設計の最も重要な一環は、薬物を担持する部位にある。タンパク又はポリペプチドのような大分子薬物について、治療物質をマイクロニードルアレイの針体に担持することは、生物活性物質の透皮デリバリーの効率と生物利用度を大きく改善できる。例えば、血糖に対する迅速な反応を達成するために、可能であれば、インシュリンは針先に担持すべきである。生物活性物質を濃縮するために、例えばインシュリン又は他の大分子、針先において、薬物含有重合物溶液をすべて型のマイクロニードルウェルに流し込むべきである。若干の溶液がウェルの外に残留することを避けにくい場合、マイクロウェルの上にある一層の物質はできるだけ薄い必要がある。徐放機能が必要である場合、この一層がやや厚くても良い。
【００１５】
生物活性薬物がマイクロニードルの針体に集中する必要がある場合、予め作製した生物活性薬物を含有しない同一の重合物から作られるヒドロゲル薄膜は、マイクロニードルに対する支持として流し込んだ生物活性薬物含有重合物溶液上に貼付できる。予め作った膜と針体をよりうまく粘着させるために、生物活性薬物を含有しない同一の重合物水溶液をまず流し込んだ生物活性薬物含有重合物溶液上に塗布することができる。
【００１６】
輸送される成分の形態は放出速度を制御する因子とすることができる。例えば、アルギニン又は亜鉛イオンと結合する形式で存在するインシュリン粒子は遊離インシュリン自由分子より難溶であり、徐放を実現するために用いられる。
【００１７】
相転移マイクロニードルパッチの針体は乾燥状態で硬く、水和状態で膨潤する。つまり、マイクロニードルは水に不溶であり、且つ水和状態で形状を保持する。マイクロニードルの長さが２．０ｍｍ未満である。
【００１８】
型の設計
流し込む型を設計するチャレンジは、１）直接流し込む重合物水溶液は、流し込んだ後に再重合するモノマー溶液より粘性が強いため、型のマイクロニードルウェルを埋める難度がより大きい；２）真空により粘性のある重合物溶液をマイクロニードルウェルに吸入する時、重合物溶液中に溶解されている薬物は抽出されてはならない。３）量産の場合、流し込んだマイクロニードルパッチは容易に型から剥離することができる必要があることを含む。これらの問題を解決するために、型を作製する材料は透気性を有する必要があるとともに、重合物水溶液の流失を避けるために十分に疎水である必要がある。このような材料は重合物溶液及び／又はそれから形成するヒドロゲルと粘着してはならない。例えば、多孔質のポリテトラフルオロエチレン、非粘着の多孔質セラミック等の材料はこれらの条件を満たす。
【００１９】
流し込む過程
薬物がマイクロニードルの針体部に集中させるように、マイクロニードルを構築する薬含有重合物水溶液をまず真空槽の上に位置する多孔質の型に塗布する。粘性のある重合物溶液が多孔質材料からなる型のマイクロニードルウェルに吸入されるように、真空槽が一つの真空ポンプと繋がっている。多孔質のポリテトラフルオロエチレン板は型を調製する適当な材料として用いられる。塗布された重合物溶液をできるだけ薄くするように、スクレーパーでスクラッチし、そして一枚の予め作製したＰＶＡヒドロゲル膜を放置して流し込んだ薬含有重合物溶液に覆う。流し込んだマイクロニードルをＰＶＡ膜上によく固定するために、一層の薬物を含有しない重合物溶液は薬物含有重合物溶液上に塗布でき、マイクロニードルを予め調製したＰＶＡヒドロゲル膜と粘着させる。粘着に用いられるＰＶＡ溶液の厚さが０．２から１．２ｍｍの間である。上記の「薬物」とは、各種の生物活性物質を意味する。
【００２０】
乾燥過程
流し込んだ後のマイクロニードルの乾燥過程は、型から剥離する前又は後に行われる。マイクロニードルパッチの収縮で、乾燥の均一性が容易に実現できない。型から剥離する前に乾燥を行うことは、マイクロニードル先の顕著な収縮に関わっている。支持膜／板は再びＸ−Ｙ方向に沿って収縮しないので、脱水による体積減少はＺ方向に現れ、マイクロニードルの長さを縮減させてしまう。型から剥離した後に乾燥することは、理論的にあらゆる方向における収縮を均一にすることができる。均一な収縮は乾燥過程でマイクロニードルを初期的な形状を保持するだけではなく、技術者は孔径と間隔のより大きい型を使うことができるようになる。これは型の生産に有利である。しかし、非球体物の絶対均一収縮は実現しにくいものである。弾性のあるヒドロゲル状態から硬いガラス状態までの転移過程で、マイクロニードルパッチが曲がってしまう。したがって、乾燥過程で如何に流し込んだマイクロニードルパッチのカーリングを防止することは肝心である。
【００２１】
発明者らは、乾燥過程で、マイクロニードルパッチの主な体積減少はヒドロゲル状態で発生することを見出した。マイクロニードルパッチのカーリングは、それがヒドロゲル状態からガラス状態に転移する前の最終時点に起こる。そこで、体積の減少は既にぎりぎりになった時点で、力を施すことでマイクロニードルパッチのカーリングを制御し、平らなマイクロニードルパッチを得ることができる。この発見に基づいて、発明者らはクランプを設計し流し込んだマイクロニードルパッチ膜を固定し、乾燥の最終段階で形状を維持させる。クランプはマイクロニードルパッチ膜を押さえるタフピッチを有し、マイクロニードルパッチにマイクロニードルが立たれている領域の周辺を押さえる。このクランプは流し込んだマイクロニードルパッチのカーリングを防止できるが（指定サイズの貼付剤にプレスする前）、Ｘ−Ｙ方向（支持板平面）における収縮を許容する。
【００２２】
サイズの確定、組み立て及びパッケージ
乾燥後のマイクロニードル膜シートを投与量によって一定のサイズ、即ちいわゆる貼付剤にプレスする。適当なサイズのマイクロニードルパッチは水蒸気を透過しない粘性裏当て膜上に押さえられる。マイクロニードルの先端は一層の使用前に容易に除去できる保護シートで被覆される。最後に組み立てた製品を防湿袋に密封される。
【００２３】
滅菌
滅菌について、無菌の目的を達成するために、全体の相転移マイクロニードルの調製過程は無菌環境下で、例えば無菌層流フード中で完成される。密封されたマイクロニードルパッチを１００〜１４０℃温度で一定時間加熱することによっても、滅菌の目的を達成できる。合理的な加熱過程は、１１０℃で１５分間加熱することである。
【図１】
2016528971.tif 000003
【図２】
2016528971.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月18日(2016.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）多孔質材料からなるマイクロウェルアレイ型上に親水性重合物溶液を流し込む（塗布及び充填する）ステップと、
ｂ）前記重合物溶液を前記マイクロウェルに吸入するように、型の裏面に真空を形成するステップと、
ｃ）流し込んだ重合物溶液に対して冷凍・解凍処理を行い、ゲル化を引き起こすステップと、
ｄ）ゲル化済みの重合物溶液を乾燥するステップと、
を含むマイクロニードルパッチの調製方法。
【請求項２】
流し込む前に、前記重合物溶液中に少なくとも一種の生物活性薬物を加える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
薬物が担持されている重合物溶液は前記マイクロウェルを充填する、及び／又は前記型のマイクロウェルアレイ上に薄層を形成することができる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
重合物溶液が型の裏面に施される真空によって前記マイクロウェルに吸入できるように、型が透気性を有する必要がある請求項１に記載の方法。
【請求項５】
予め作製した生物活性薬物を含有しないゲル化した重合物膜を支持板として新たに流し込んだ生物活性薬物含有重合物溶液上に貼付できる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
予め作製した重合物膜を流し込んだ重合物溶液上に置く前に、先に生物活性薬物を含有しない重合物溶液を粘着剤として、流し込んだ生物活性薬物含有重合物溶液上に塗布することができる請求項５に記載の方法。
【請求項７】
流し込んだマイクロニードルパッチ／膜を型から剥離した後、前記乾燥過程を行う請求項１に記載の方法。
【請求項８】
カーリングを防止するように、乾燥過程におけるマイクロニードルパッチ／膜をクランプで固定する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記型が多孔質ポリテトラフルオロエチレン板から作られる請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
乾燥したマイクロニードルパッチ／膜を設計したサイズにプレスする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
適当なサイズのマイクロニードルパッチを防湿袋に密封して包装する請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
過程を無菌層流フード中に置くことで、全作製過程が無菌であることを確保する請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
密封したマイクロニードルパッチを１００〜１４０℃の温度で加熱し、所定時間維持することで、滅菌目的を達成する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
より合理的な加熱過程は１１０℃で１５分間加熱することである請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記マイクロニードルを形成するために選択された重合物材料が水中で可溶であり、且つミクロン又はサブミクロン結晶域を物理架橋点として形成できる請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記材料がポリビニルアルコールを含む請求項１５に記載の材料。
【請求項１７】
前記ポリビニルアルコールの加水分解度が８０％又はそれ以上である請求項１６に記載のポリビニルアルコール。
【請求項１８】
乾燥過程において、流し込んだマイクロニードル膜をクランプに固定し、マイクロニードルパッチのカーリングを防止するが、Ｘ−Ｙ（水平）方向における収縮が許容される請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
ａ）薬物含有マイクロニードルのアレイは、薬物を含有しない支持板又はシート上に直立する；
ｂ）上記のマイクロニードルの長さが２．０ｍｍ未満である；
ｃ）上記のマイクロニードルが乾燥状態で堅いが、含水環境で膨潤する；
ｄ）重合物ネットワーク架橋点である微結晶域を形成しているため、上記のマイクロニードルが不溶となることを特徴とする請求項１に記載の方法で調製されるマイクロニードルパッチ。
【国際調査報告】
2016528971.tif 000005
2016528971.tif 000006