(57)【要約】  本発明は、グルコース濃度に応じて自己調節的にインスリンを放出できるマイクロニードルに好適に使用できるゲル組成物およびそれを用いたマイクロニードルを提供する。インスリン送達マイクロニードル１は、シルクフィブロインから作られたベース部１０と、ベース部１０に一体的に設けられた少なくとも１つのニードル部２０と、インスリンのリザーバ４０と、を有する。ニードル部２０は、少なくとも先端部が、フェニルボロン酸系単量体ユニットを含む共重合体およびシルクフィブロインを含む複合ゲル組成物を含む。【選択図】図１
2019182099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェニルボロン酸系単量体ユニットを含む共重合体およびシルクフィブロインを含む糖応答性複合ゲル組成物。
【請求項２】
前記複合ゲル組成物の固形分中の前記シルクフィブロインの割合が１０重量％〜９０重量％である請求項１に記載の糖応答性複合ゲル組成物。
【請求項３】
前記フェニルボロン酸系単量体ユニットは、フェニルボロン酸系単量体と、ゲル化剤と、架橋剤とを含む請求項１または２に記載の糖応答性複合ゲル組成物。
【請求項４】
フェニルボロン酸系単量体を含む単量体混合物を用意する工程と、
前記単量体混合物をシルクフィブロインの存在下で共重合する工程と、を含む糖応答性複合ゲル組成物の製造方法。
【請求項５】
前記共重合する工程での、全固形分中の前記シルクフィブロインの割合が１０重量％〜９０重量％である請求項４に記載の糖応答性複合ゲル組成物の製造方法。
【請求項６】
前記共重合する工程を常温で行う請求項４または５に記載の糖応答性複合ゲル組成物の製造方法。
【請求項７】
前記単量体混合物は、前記フェニルボロン酸系単量体、ゲル化剤、架橋剤および溶媒を含む請求項４から６のいずれかに記載の糖応答性複合ゲル組成物の製造方法。
【請求項８】
前記溶媒はメタノールを含む請求項７に記載の糖応答性複合ゲル組成物の製造方法。
【請求項９】
ベース部と、
前記ベース部に一体的に設けられた少なくとも１つのニードル部と、
インスリンのリザーバと、
を有し、
前記ベース部は、前記ニードル部を支持するのに必要な機械的強度を有し、かつ、インスリン透過性を有する材料から作られ、
前記ニードル部は、少なくとも先端部が、請求項１から３のいずれかに記載の糖応答性複合ゲル組成物を含むインスリン送達マイクロニードル。
【請求項１０】
前記ベース部に形成された凹部と、前記凹部を覆うシートと、をさらに有し、前記リザーバは、前記ベース部と前記シートとの間の密閉された空間で形成される請求項９に記載のインスリン送達マイクロニードル。
【請求項１１】
ベース部と、前記ベース部に一体的に設けられた少なくとも１つのニードル部とを有するインスリン送達マイクロニードルの製造方法であって、
前記ベース部および前記ニードル部に相当するキャビティが形成された型を用意する工程と、
前記型の、前記ニードル部に相当するキャビティの部分に、フェニルボロン酸系単量体を含む単量体混合物と、シルクフィブロインとを含むプレゲル溶液を注入する工程と、
前記プレゲル溶液中の前記単量体混合物を重合して、前記シルクフィブロインを含む複合ゲル組成物を形成する工程と、
前記複合ゲル組成物を含む前記型の、前記ベース部に相当するキャビティの部分に、前記ニードル部を支持するのに必要な機械的強度を有し、かつ、インスリン透過性を有する材料から作られたベース部を前記複合ゲル組成物と一体に形成する工程と、
前記ベース部の形成後、得られた成型体を前記型から取り出す工程と、を含む、インスリン送達マイクロニードルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インスリン送達マイクロニードルに関し、より詳しくは、血中グルコース濃度に応じてインスリンの送達量を調整可能なインスリン送達マイクロニードル（マイクロニードル型人工膵臓）に関する。
【背景技術】
【０００２】
血中のグルコース濃度（血糖値）は、インスリンなど様々なホルモンの働きによって一定の範囲内に調整されているが、この調整機能が破綻すると、血液中の糖分が異常に増加し、糖尿病になる。糖尿病の治療では、通常、血中グルコース濃度の測定およびインスリンの注射が行われる。しかし、インスリンの過剰摂取は、脳の損傷を引き起こすことがある。したがって、糖尿病の治療においては、血中グルコース濃度に応じてインスリンの送達量を調整することが重要である。【０００３】
ところで、グルコースと可逆的に結合することができるフェニルボロン酸（ＰＢＡ）は、グルコースの検知および自己調節型のインスリン送達に極めて有効であり、このようなフェニルボロン酸の性質を利用したインスリン送達デバイスの開発が進められている。例えば、特許文献１（特開２０１６−２０９３７２号公報）には、フェニルボロン酸系単量体を単量体として含む共重合体ゲル組成物が存在するゲル充填部と、ゲル充填部に囲まれたインスリン水溶液充填部と、ゲル充填部を収容する、インスリン放出用の開口部を有するカテーテルまたは針と、を有するインスリン送達デバイスが開示されている。【０００４】
特許文献１に開示されたインスリン送達デバイスによれば、ゲル充填部はカテーテルまたは針の内部に収容された状態で血管内に挿入される。この状態で血液中のグルコース濃度が高くなると、ゲル充填部のゲル組成物がグルコースと結合して膨張し、ゲル充填部に拡散しているインスリンが、カテーテルまたは針の開口部を通じて血液中に放出される。グルコース濃度が低い場合はゲル組成物が収縮し、インスリンが放出されるのが抑制される。これによって、グルコース濃度に応じたインスリンの送達が可能となる。【０００５】
しかし、特許文献１に記載の送達デバイスは、血管内に挿入されるカテーテルまたは針を通じてインスリンを体内に送達するので、カテーテルまたは針の挿入時に痛みを伴う点では、従来のインスリン注射と同じである。痛みを伴わない薬物送達デバイスとして、マイクロニードルが知られている。マイクロニードルは、薬物を含有させた多数の微小な針による薬物送達デバイスであり、非侵襲的に経皮的に薬物を送達することができる。【０００６】
例えば、特許文献２（特表２０１４−５０１５４７号公報）には、基材部と、基材部から突出した複数のニードル部とを有する、マイクロニードル型の薬物送達デバイスが開示されている。特許文献２に開示された薬物送達デバイスでは、基材部およびニードル部のうち少なくともニードル部は、シルクフィブロインを含んで構成されている。シルクフィブロインは、優れた生体適合性および適度な生分解性を有しており、マイクロニードルの材料として望ましい。【０００７】
また、特許文献３（特表２０１７−５１４６４６号公報）にも、シルクフィブロインを原料として作られたマイクロニードルを有する薬物送達デバイスが開示されている。特許文献３に記載の薬物送達デバイスでは、マイクロニードルは、シルクフィブロイン、小分子膨潤剤および担持された薬物を含んでおり、細胞間質に接触すると膨潤して薬物放出経路が形成されるので、薬物が徐々に放出される。また、ベース部のシルクフィブロイン膜内に薬物が貯蔵されるので、薬物は持続的に放出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特許文献１：特開２０１６−２０９３７２号公報
特許文献２：特表２０１４−５０１５４７号公報
特許文献３：特表２０１７−５１４６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２、３に記載の送達デバイスは、マイクロニードルであるので痛みを伴うことはないが、グルコース濃度に応じてインスリンを自己調節的に送達することはできない。そこで、グルコース濃度に応じてインスリンを送達でき、かつ、痛みを伴わないデバイスを得るために、特許文献１に記載の発明において、カテーテルまたは針を、引用文献２、３に記載のマイクロニードルに置き換えることが考えられる。【００１０】
しかし、マイクロニードルは、ニードル部がカテーテルなどと比べて微小であるため、インスリン放出用の開口部をニードル部に形成することは困難である。また、開口部を形成したとしても、微小な開口部となるので、インスリンが効果的に放出されない可能性がある。【００１１】
本発明の目的は、グルコース濃度に応じて自己調整的にインスリンを放出できるマイクロニードルに好適に利用できるゲル組成物、それを用いたマイクロニードル、それらの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の糖応答性複合ゲル組成物は、フェニルボロン酸系単量体ユニットを含む共重合体およびシルクフィブロインを含む。【００１３】
本発明の糖応答性複合ゲル組成物の製造方法は、フェニルボロン酸系単量体を含む単量体混合物を用意する工程と、
前記単量体混合物をシルクフィブロインの存在下で共重合する工程と、を含む。【００１４】
本発明の送達マイクロニードルは、シルクフィブロインから作られたベース部と、
前記ベース部に一体的に設けられた少なくとも１つのニードル部と、
インスリンのリザーバと、
を有し、
前記ニードル部は、少なくとも先端部が、上記本発明の糖応答性複合ゲル組成物を含む。【００１５】
本発明のインスリン送達マイクロニードルの製造方法は、ベース部と、前記ベース部に一体的に設けられた少なくとも１つのニードル部とを有するインスリン送達マイクロニードルの製造方法であって、
前記ベース部および前記ニードル部に相当するキャビティが形成された型を用意する工程と、
前記型の、前記ニードル部に相当するキャビティの部分に、フェニルボロン酸系単量体を含む単量体混合物と、シルクフィブロインとを含むプレゲル溶液を注入する工程と、
前記プレゲル溶液中の前記単量体混合物を重合して、前記シルクフィブロインを含む複合ゲル組成物を形成する工程と、
前記複合ゲル組成物を含む前記型の、前記ベース部に相当するキャビティの部分に、シルクフィブロイン溶液を注入する工程と、
注入された前記シルクフィブロイン溶液を乾燥する工程と、
前記シルクフィブロイン溶液の乾燥後、得られた成型体を前記型から取り出す工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、グルコース濃度に応じて自己調整的にインスリンを放出するマイクロニードルに好適に利用できる糖応答性複合ゲル組成物、それを用いたマイクロニードルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明によるインスリン送達マイクロニードルの一実施形態の模式的断面図である。
【図２Ａ】図１に示すインスリン送達マイクロニードルによるインスリン放出の概念を説明する図であり、グルコース濃度が高い状態を示している。
【図２Ｂ】図１に示すインスリン送達マイクロニードルによるインスリン放出の概念を説明する図であり、グルコース濃度が低い状態を示している。
【図３】シルクフィブロインを含まないゲル組成物のＳＥＭ画像である。
【図３Ａ】図３に示すゲル組成物の構造を模式的に表した図である。
【図４】シルクフィブロインを含むハイブリッドゲル組成物のＳＥＭ画像である。
【図４Ａ】図４に示すゲル組成物の構造を模式的に表した図である。
【図５】溶媒としてメタノール水溶液を用いたハイブリッドゲル組成物のＳＥＭ画像である。
【図５Ａ】図５に示すゲル組成物の構造を模式的に表した図である。
【図６Ａ】シルクフィブロインを含むプレゲル溶液中のシルクフィブロインの体積分率が５０％の場合のハイブリッドゲルのＳＥＭ画像である。
【図６Ｂ】シルクフィブロインを含むプレゲル溶液中のシルクフィブロインの体積分率が６７％の場合のハイブリッドゲルのＳＥＭ画像である。
【図６Ｃ】シルクフィブロインを含むプレゲル溶液中のシルクフィブロインの体積分率が７５％の場合のハイブリッドゲルのＳＥＭ画像である。
【図６Ｄ】シルクフィブロインを含むプレゲル溶液中のシルクフィブロインの体積分率が８０％の場合のハイブリッドゲルのＳＥＭ画像である。
【図７】マイクロニードルの成型に用いられる型の一例の模式的断面図である。
【図８Ａ】ＮＩＰＡＡｍ／ＦＰＢＡゲル組成物（単量体濃度１．５ｍｏｌ／ｌ）の、様々なグルコース濃度における、温度と体積変化との関係を示すグラフである。
【図８Ｂ】ＮＩＰＡＡｍ／ＦＰＢＡゲル組成物（単量体濃度１ｍｏｌ／ｌ）の、様々なグルコース濃度における、温度と体積変化との関係を示すグラフである。
【図８Ｃ】ＳＦを含み、かつメタノール処理した半相互振動ネットワークゲル組成物（単量体濃度１．５ｍｏｌ／ｌ）の、様々なグルコース濃度における、温度と体積変化との関係を示すグラフである。
【図８Ｄ】ＳＦを含み、かつメタノール処理した半相互振動ネットワークゲル組成物（単量体濃度１ｍｏｌ／ｌ）の、様々なグルコース濃度における、温度と体積変化との関係を示すグラフである。
【図９Ａ】ＮＩＰＡＡｍ／ＦＰＢＡゲル組成物の断面ＳＥＭ画像である。
【図９Ｂ】ＳＦを含み、かつメタノール処理した半相互振動ネットワークゲル組成物の断面ＳＥＭ画像である。
【図１０】インスリン送達マイクロニードルの他の形態の模式的断面図である。
【図１０Ａ】インスリン送達マイクロニードルのさらに他の形態の模式的断面図である。
【図１１】マウスを用いたＰＢＳ群およびヒューマリン群によるマイクロニードルの生体内評価における、時間の経過による血糖値の変化を示すグラフである。
【図１２】図１１に示した評価における、グルコース注射３０分後の、ＰＢＳ群およびヒューマリン群の血清ヒューマリン濃度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１を参照すると、ベース部１０と、複数のニードル部２０と、インスリンのリザーバ４０とを有する、本発明の一実施形態であるインスリン送達マイクロニードル１の模式的断面図が示されている。
【００１９】
ニードル部２０は、鋭利な先端を有する、皮膚に穿刺される部分であり、ベース部１０に一体に設けられている。ベース部１０は、複数のニードル部２０を支持するシート状の部分であり、ニードル部２０を支持できる機械的強度を有するとともに、皮膚に沿って変形できる程度の可撓性を有している。また、例えばベース部１０を凹状（カップ状）に形成することによって、この凹状の部分をリザーバ４０として利用することができる。リザーバ４０内に充填されているインスリンは、ベース部１０およびニードル部２０を通ってニードル部２０の表面から外部へ放出される。
【００２０】
インスリン送達マイクロニードル１を構成するこれらベース部１０、ニードル部２０およびリザーバ４０について、以下に詳しく説明する。
【００２１】
［ベース部］
（形状）
本形態のインスリン送達マイクロニードル１は、皮膚表面に貼付するパッチとして使用することができる。したがって、ベース部１０はシート状に形成されることが好ましい。シート状に形成された場合のベース部１０の平面形状は、円形や多角形など任意の形状であってよく、例えば、矩形とすることができる。
【００２２】
（成分）
ベース部１０は、ニードル部２０を皮膚に穿刺する際に皮膚の弾力性に抗してニードル部２０が良好に皮膚に穿刺されるようにニードル部２０を支持するのに必要な機械的強度を有し、かつ、インスリン透過性を有する種々の材料で構成することができる。そのような材料としては、ポリマー材料、多孔質構造を有するセラミックスや金属などが挙げられる。また特に、ベース部１０が皮膚表面に貼付されて使用されること、および後述するようにニードル部２０がシルクフィブロイン（以下、本明細書では「ＳＦ」と表記する）を含んで構成されることを考慮すると、ベース部１０は、生体適合性を有していること、あるいはこれに加えてさらに、ニードル部２０との連続性が阻害されない材料で構成されることが好ましい。
【００２３】
以上のことを考慮すると、ベース部１０は、ＳＦで構成されることがより好ましい。ベース部１０をＳＦで構成することにより、必要な機械的強度を有し、かつインスリン透過性を有するベース部１０に、さらに生体適合性を付与し、かつ、ニードル部２０との連続性が良好に保たれ、ニードル部２０との間に異種界面を生じさせないベース部１０を構成することができる。
【００２４】
ベース部１０をＳＦで構成する場合、ベース部１０は、精製されたＳＦに適宜溶媒を加えて得られたＳＦ溶液を型に注入し、乾燥させることによって形成することができる。精製されたＳＦ自体は市販のものを使用することができる。また、ＳＦ溶液は公知の方法で作製することができるので、ここではその説明は省略する。
【００２５】
［ニードル部］
（形状、配置など）
ニードル部２０の長さは、ニードル部２０を皮膚に穿刺したときに角質層に達するのに十分な長さを有していれば、好ましくは５ｍｍ以下であり、より好ましくは１ｍｍ以下である。ニードル部２０の数および配置は任意であってよい。例えば、複数のニードル部２０を、Ｍ×Ｎ（Ｍ、Ｎはそれぞれ１０〜３０の整数）のマトリックス状に配置することができる。具体的な配置の一例としては、８ｍｍ×８ｍｍの矩形領域中に、１０×１２本のニードル部２０が５００μｍピッチで配置される。ニードル部２０の形状は、皮膚に穿刺できる先端を有していれば任意であってよく、好ましくはピラミッド形状とすることができる。
【００２６】
（成分）
ニードル部２０は、少なくとも先端部が、フェニルボロン酸系単量体ユニットを含む共重合体およびＳＦを含む複合ゲル組成物を含む。複合ゲル組成物は、具体的には後述するようにフェニルボロン酸系単量体を含む単量体混合物を、ＳＦの存在下で共重合することで得られ、その結果、共重合体の架橋分子構造中にＳＦの分子がほぼ均一に分散分布した複合ゲルが得られる。本出願において、「単量体ユニット」は、単量体に由来する（共）重合体中の構造単位を意味し、以下の説明において「単量体」を「単量体ユニット」の意味で使用することもある。フェニルボロン酸系単量体とは、下記式：
【００２７】
【化１】
2019182099.tif 000003
（式中、Ｘは置換基を示し、好ましくはＦであり、ｎは１〜４の整数を表す。）
で表されるフェニルボロン酸官能基を有する単量体を意味する。
【００２８】
＜ゲル組成物＞ 
本発明は、以下に記載するような、フェニルボロン酸構造がグルコース濃度に依存して構造を変化させるメカニズムを利用する。
【００２９】
【化２】
2019182099.tif 000004
【００３０】
水中で解離したフェニルボロン酸（以下、本明細書において「ＰＢＡ」と表記することもある）は糖分子と可逆的に結合し、上記の平衡状態を保っている。グルコース濃度が高くなると結合して体積も膨張するが、グルコース濃度が低い場合には収縮する。ニードル部２０が皮膚に穿刺された状態では、血液と接触したゲル界面でこの反応が生じ、界面でのみゲルが収縮して本発明者等が「スキン層」と呼ぶ脱水収縮層を生じる。本発明はこの性質をインスリンの放出制御のために利用する。
【００３１】
好適に使用可能なゲル組成物は、上記の性質を有するフェニルボロン酸系単量体ユニットを含む共重合体を含むゲル組成物であり、本発明は、このゲル組成物にＳＦが分散・複合化されている複合ゲル組成物である。ゲル組成物（ＳＦを含まないもの）は、特に限定するものではないが、例えば特許第５６９６９６１号公報に記載されたものが挙げられる。
【００３２】
ゲル組成物の調製のために使用するフェニルボロン酸系単量体は、限定するものではないが、例えば下記の一般式で表される。
【００３３】
【化３】
2019182099.tif 000005
［式中、ＲはＨまたはＣＨ３であり、Ｆは独立に存在し、ｎが１、２、３または４のいずれかであり、ｍは０または１以上の整数である。］
【００３４】
上記のフェニルボロン酸系単量体は、フェニル環上の水素が、１〜４個のフッ素で置換されたフッ素化フェニルボロン酸（以下、本明細書では「ＦＰＢＡ」と表記することもある）基を有し、当該フェニル環にアミド基の炭素が結合した構造を有する。上記構造を有するフェニルボロン酸系単量体は、高い親水性を有しており、またフェニル環がフッ素化されていることにより、ｐＫａを生体レベルの７．４以下に設定し得る。さらに、このフェニルボロン酸系単量体は、生体環境下での糖認識能を獲得するのみならず、不飽和結合により後述するゲル化剤や架橋剤との共重合が可能となり、グルコース濃度に依存して相変化を生じるゲルとなり得る。
【００３５】
上記のフェニルボロン酸系単量体において、フェニル環上の１つの水素がフッ素で置換されている場合、Ｆ及びＢ（ＯＨ）２の導入箇所は、オルト、メタ、パラのいずれであってもよい。
【００３６】
一般に、ｍを１以上としたときのフェニルボロン酸系単量体は、ｍを０としたときのフェニルボロン酸系単量体に比べて、ｐＫａを低くすることができる。ｍは例えば２０以下、好ましくは１０以下、さらに好ましくは４以下である。
【００３７】
上記のフェニルボロン酸系単量体の一例としては、ｎが１、ｍが２であるフェニルボロン酸系単量体があり、これはフェニルボロン酸系単量体として特に好ましい４−（２−アクリルアミドエチルカルバモイル）−３−フルオロフェニルボロン酸（4-(2-acrylamidoethylcarbamoyl)-3-fluorophenylboronic acid、AmECFPBA）である。
【００３８】
複合ゲル組成物に含まれるＳＦは、ベース部１０で使用するＳＦと同じものを使用できる。ＳＦはニードル部２０に機械的強度を付与する。ＳＦの量（固形分重量）は、マイクロニードルの機械的強度が好適な値となるように決めることができるが、単量体（フェニルボロン酸系単量体、ゲル化剤および架橋剤）の合計１００重量部に対して、例えば１０〜９０重量部とすることができ、好ましくは２４〜６０重量部、より好ましくは４０〜６０重量部である。単量体の合計に対するＳＦの重量分率を高くするほど複合ゲル組成物の機械的強度を高くすることができる。ただし、ＳＦの重量分率を高くすると、それだけ単量体濃度が低くなる。単量体濃度が低すぎるとゲル組成物が形成されにくくなるので、ゲル組成物の形成が阻害されない範囲で単量体の合計に対するＳＦの重量分率を決定することが重要である。
【００３９】
複合ゲル組成物は、生体内において生体機能に有毒作用や有害作用が生じない性質（生体適合性）を有するゲル化剤と、上記のフェニルボロン酸系単量体と、架橋剤とから調製され得る。調製方法は、特に限定するものではないが、ゲル（共重合体）の主鎖となるゲル化剤、フェニルボロン酸系単量体、および架橋剤を、所定の仕込みモル比で含む単量体成分と、ＳＦ溶液を混合し、ＳＦの存在下で単量体を重合反応をさせることにより、調製することができる。重合のために、必要に応じて重合開始剤を使用する。
【００４０】
複合ゲル組成物中に予めインスリンが含まれていることが好ましい。そのためには、インスリンが所定濃度で含まれたリン酸緩衝水溶液等の水溶液中にゲルを浸すことにより、ゲル内にインスリンを拡散させることができる。次いで、水溶液中から取り出したゲルを、例えば塩酸中に所定時間浸すことで、ゲル本体の表面に薄い脱水収縮層（スキン層と呼ぶ）を形成することにより、ニードル部２０に薬剤を内包（ローディング）させることができる。
【００４１】
ゲル化剤と、フェニルボロン酸系単量体と、架橋剤との好適な比率は、生理的条件下でグルコース濃度に応じてインスリンの放出を制御可能な組成であれば良く、用いる単量体等によって変動するものであり、特に限定するものではない。本発明者等は既に、種々のフェニルボロン酸系単量体を種々の比率でゲル化剤および架橋剤と組み合わせてゲルを調製し、その挙動を検討している（例えば特許第５６２２１８８号公報を参照されたい）。当業者であれば、本明細書の記載および当分野で報告されている技術情報に基づいて、好適な組成のゲルを取得することが可能である。
【００４２】
ゲル化剤、フェニルボロン酸系単量体、および架橋剤から得られる共重合体とＳＦによって形成されるゲル本体が、グルコース濃度に応答して膨張又は収縮し得るとともに、ｐＫａ７．４以下の特性を維持でき、ゲル状に形成することができれば、ゲル化剤／フェニルボロン酸系単量体の仕込みモル比を、適宜の数値に設定してゲルを調製することができる。
【００４３】
ゲル化剤としては、生体適合性を有し、かつゲル化し得る生体適合性材料であればよく、例えば生体適合性のあるアクリルアミド系単量体が挙げられる。具体的には、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド（ＤＭＡＡｍ）、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド（ＤＥＡＡｍ）等が挙げられる。
【００４４】
また、架橋剤としては、同じく生体適合性を有し、単量体を架橋できる物質であればよく、例えばＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＡｍ）、エチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスメタクリルアミド（ＭＢＭＡＡｍ）その他種々の架橋剤が挙げられる。
【００４５】
本発明の好適な一実施形態では、複合ゲル組成物は、以下に示すように、Ｎ−イソプロピルメタクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）、４−（２−アクリルアミドエチルカルバモイル）−３−フルオロフェニルボロン酸（ＡｍＥＣＦＰＢＡ）、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＡｍ）およびＳＦを、適宜配合比で溶媒に溶解し、重合することによって得られるものである。重合は、ＳＦの損傷を避けるために、常温および水性条件下で行うことが好ましい。
【００４６】
【化４】
2019182099.tif 000006
【００４７】
溶媒としては、単量体およびＳＦを可溶な任意の溶媒を用いることができる。そのような溶媒として、例えば、水、アルコール、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、イオン液体およびそれらの１種以上の組み合わせが挙げられる。これらの中でもメタノール水溶液を溶媒として好ましく用いることができる。
【００４８】
このような溶媒に、ゲル化剤、ＰＢＡ、架橋剤およびＳＦを溶解したプレゲル溶液を作製し、重合を行う。なお、ＳＦはゲル化しやすい性質を有するため、プレゲル溶液の作製に際しては、溶媒中にゲル化剤、ＰＢＡおよび架橋剤等を溶解させた後に、その溶液にＳＦをＳＦ溶液の状態で添加するようにすることが好ましい。本明細書では、「プレゲル溶液」の説明において、「ＳＦ添加前のプレゲル溶液」および「ＳＦ添加後のプレゲル溶液」と区別して記載することがある。
【００４９】
溶媒としてメタノール水溶液を用いる場合、ＳＦ添加前のプレゲル溶液中のメタノールの体積％は、例えば、４０体積％となるようなアルコール水溶液を用いることができる。この場合、ＳＦ添加後のプレゲル溶液中のメタノールの好ましい体積％は、３体積％〜３０体積％、より好ましくは５体積％〜２０体積％、最も好ましいのは８体積％である。また、溶媒としてエタノール水溶液を用いる場合、ＰＢＡはエタノール中での溶解度が低い。そのため、メタノール水溶液を用いる場合と比べて高い体積％、例えばＳＦ添加前のプレゲル溶液中のエタノールの体積％が６０体積％となるようにすることが好ましい。
【００５０】
以下、本明細書では、ゲル化剤、ＰＢＡ、架橋剤およびＳＦを含むプレゲル溶液を用いて得られたゲルを、ＳＦを含まないプレゲル溶液を用いた場合と区別するために、「ハイブリッドゲル」ということもある。また、本明細書において、特に断りがない限り、「ゲル」、「ヒドロゲル」および「ゲル組成物」は同じ意味を表す。
【００５１】
上記の複合ゲル組成物では、フェニルボロン酸系単量体がゲル化剤および架橋剤と共重合してゲル本体を形成し、その中にＳＦが均質に分布している。このゲルにインスリンを拡散させるとともに、ゲル本体の表面を脱水収縮層で取り囲む構成とすることができる。この構成をニードル部２０に適用することで、例えばｐＫａ７．４４以下であり、温度３５℃〜４０℃の生理的条件下において、グルコース濃度が高くなると、図２Ａに示すように、ニードル部２０を構成するゲルが膨張する。これに伴って、脱水収縮層が消失するとともにＳＦ２４の密度が低下し、ゲル内のインスリン４１を外部へ放出させることができる。
【００５２】
一方、グルコース濃度が再び低くなると、図２Ｂに示すように、膨張していたゲルが収縮して表面全体に再び脱水収縮層（スキン層）２１が形成されるとともに、ＳＦの密度が高くなり、ゲル内のインスリン４１が外部へ放出されることを抑制できる。
【００５３】
従って、本発明で使用するゲル組成物は、グルコース濃度に応答してインスリンを自律的に放出させることができる。
【００５４】
重合には、開始剤、促進剤などの触媒を用いることができる。開始剤としては、例えば過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ）を用いることができる。促進剤としては、例えばテトラメチルエチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ）を用いることができる。この場合、プレゲル溶液１ｍｌごとに、１０重量％の過硫酸アンモニウム６．２μｌおよびテトラメチルエチレンジアミン１２μｌを加え、室温にて重合を行ったところ、１０分以内にゲル化が開始された。
【００５５】
種々のパラメータが重合結果に影響を与える。表１に、重合に影響を与えるパラメータとその影響を示す。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
これらの影響を考慮した好ましい組み合わせは、
ゲル化剤（ＮＩＰＡＡｍ）／ＦＰＢＡ＝９２．５ｍｏｌ／７．５ｍｏｌ（＊）、
単量体濃度＝０．４〜１．５ｍｏｌ／ｌ、
単量体に対する架橋剤仕込み量＝５〜２０％、
架橋剤はＭＢＡＡｍ、
溶媒はメタノール水溶液であり、ＳＦ添加前のプレゲル溶液のメタノールの割合が４０体積％（したがって、メタノールの割合は、ＳＦ添加後、減少する）、
である。
（＊）この比は、想定される使用環境等によって変わる可能性がある。
【００５８】
（ゲル組成物の構造上の特徴）
ゲル組成物について、ＳＦを含まないゲル組成物、ＳＦを含むゲル組成物および、メタノール処理を行ったゲル組成物の、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による画像を図３〜図５に示す。図３に示すのはＳＦを含まない、ＮＩＰＡＡｍ／ＰＢＡゲル組成物（サンプル１）、図４に示すのは、ＳＦを含む、ＮＩＰＡＡｍ／ＰＢＡ／ＳＦハイブリッドゲル組成物（サンプル２）、図５に示すのは、溶媒としてメタノール水溶液を用いたハイブリッドゲル組成物（サンプル３）である。また、サンプル１〜３のそれぞれの構造の模式図を、図３Ａ、図４Ａおよび図５Ａに示す。
【００５９】
なお、サンプル１は、次に示す処方のプレゲル溶液を用いて得られたゲル組成物である：
ゲル化剤としてＮＩＰＡＡｍ、
フェニルボロン酸系単量体としてはＦＰＢＡ、
架橋剤としてＭＢＡＡｍ、
溶媒としてメタノール水溶液、
ＳＦ添加後のプレゲル溶液中のメタノールの体積％＝８体積％、
ＮＩＰＡＡｍ／ＦＰＢＡ＝９２．５ｍｏｌ／７．５ｍｏｌ、
架橋剤仕込み量＝２０％、
単量体濃度＝０．６ｍｏｌ／ｌ。
【００６０】
また、サンプル２は、サンプル１の処方のプレゲル溶液に、ＳＦを単量体の合計に対する重量分率が４８重量％となるように添加したプレゲル溶液を用いて得られたゲル組成物である。サンプル３は、サンプル２と同じ処方のプレゲル溶液を用いてゲル組成物を得た後に、メタノールを９０体積％含むメタノール水溶液中に３０分浸漬させること（メタノール処理）によって得られたゲル組成物である。
【００６１】
図４および図４Ａに示すように、ハイブリッドゲル組成物は、微多孔性および相互連結構造を形成していることがわかる。この構造は、重合中に２つの材料相の相分離を動的に制御することを可能にし、充填されたインスリンの滑らかでかつ持続的な放出を可能にする。ハイブリッドゲル組成物は、ＳＦを含まないゲル組成物（図３および図３Ａ）と比較して、孔のサイズが大きく、かつ、壁の厚さが厚い。また、図５および図５Ａに示すように、メタノール処理によって、ＳＦがβシートへ構造変化することが促進され、結晶化および機械的強度の向上がもたらされる。
【００６２】
ポリマーネットワークへのＳＦの組み合わせは、ポリマー鎖の移動性を妨げる（水の移動性を妨げる）。したがって、ハイブリッドゲル組成物は、ＳＦを含まないゲル組成物と比較して、ゲル組成物の膨潤率、平衡含水量およびゾルフラクションを低下させる。また、ポリマーネットワーク中にＳＦを添加すると、多孔質構造の壁厚が増加し、その結果、膨潤率および平衡含水量が低下する。ＳＦの結晶化は、より詰まった固い構造をもたらし、ゲル組成物の膨張を制限する。膨潤率、平衡含水量およびゾルフラクションは、架橋率にも依存し、架橋率が増加するとこれらの値は減少する。これは、より低い架橋率では、ネットワークが緩んでおり、より多くの溶媒分子を収容する高い流体力学的自由体積を有し、それによって、マトリックス膨潤、含水量およびゾルフラクションが増加するためであると考えられる。
【００６３】
（ゲル組成物の分解性）
ゲル組成物の分解性を調べるために、前述したサンプル１〜３を、脱イオン水で２日間洗浄して可溶性成分を除去し、次いで、ｐＨ７．４、３７℃のリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）に浸漬した。６日後、サンプル１の１２．４±６．４％が分解された。サンプル２の分解率は２５．１±４．２％であり、サンプル１の分解率より高い。この結果は、メタノール処理なしでは、ハイブリッドゲル組成物中のＳＦが安定しておらず、インキュベーション中に放出され得ることを示唆する。しかし、メタノール処理を実施したサンプル３では、分解速度は３７℃で６日間のインキュベーション後に２％未満まで低下する。メタノール処理に起因するＳＦの構造変化は、ゲル組成物中のＳＦを安定させるだけでなく、ゲル組成物を引き締め、ポリマーネットワークの分解を減少させる。この結果は、ハイブリッドゲル組成物の利点を強化する。
【００６４】
ゲル組成物の構造は、ＳＦ濃度によっても変化する。図６Ａ〜６Ｄに、ＳＦ濃度を種々に変化させた場合のハイブリッドゲル組成物のＳＥＭ画像を示す。ＳＦ濃度を、ＳＦ体積分率、すなわちＳＦの体積／ＳＦを含むプレゲル溶液の体積×１００（％）で表したとき、図６Ａは５０％の場合のＳＥＭ画像、図６Ｂは、６７％の場合のＳＥＭ画像、図６Ｃは、７５％の場合のＳＥＭ画像、図６Ｄは、８０％の場合のＳＥＭ画像である。これらのＳＦ濃度は、プレゲル溶液中のＳＦ重量分率で表すと、図６Ａ〜図６Ｄはそれぞれ１２％、２４％、３６％、４８％である。なお、いずれにおいてもプレゲル溶液中の単量体濃度は、０．６ｍｏｌ／ｌであり、また、プレゲル溶液は透明であった。
【００６５】
図６Ａ〜図６Ｄより、すべてのハイブリッドゲル組成物が、相互に連結した多孔質構造を形成していることがわかる。また、ＳＦ濃度が高くなるにつれて、孔のサイズが大きくなり、かつ壁の厚さが厚くなることがわかる。このような構造の変化は、ＳＦ重量分率が２４％以上で良好に現れ、３６％以上でより顕著に現れる。ＳＦ濃度が高くなることによる構造変化は、ハイブリッドゲル組成物の機械的強度を高めることに寄与し得る。実際、ＳＦ濃度が高くなるにつれて、ハイブリッドゲル組成物の機械的強度は向上する。
【００６６】
［リザーバ］
インスリン送達マイクロニードル１が長期間（例えば７日間）にわたってインスリンを放出できるようにするためには、リザーバ４０が重要である。ベース部１０に凹部を形成し、これをリザーバ４０として利用することができる。この場合、ベース部１０の上面に、凹部を覆うシートが接着され、これによって、ベース部１０とシート３０の間の密閉された空間がリザーバ４０として形成される。シート３０の接着には、例えば耐水性の接着剤５０を用いることができる。シート３０としては特に制限されないが、耐水性および柔軟性の観点から、例えば厚さが０．３ｍｍのシリコーンシートを用いることができる。インスリンは、シリンジ注射によってシート３０を介してリザーバ４０に充填することができる。
【００６７】
［ベース部およびニードル部の形成］
ベース部１０およびニードル部２０は、型を用いたマイクロモールディング技術を用いて形成することができる。ニードル部２０はベース部１０と一体的に形成されるので、図７に示すような、ニードル部およびベース部を合わせた形状で形成されたキャビティ１０１を有する型１００とすることが好ましい。
【００６８】
型１００を用いたベース部１０およびニードル部２０の形成では、まず、ニードル部２０を構成する材料を溶媒に溶解させたプレゲル溶液を、型１００のニードル部２０に相当する部分に流し込み、これを重合させてニードル部２０を形成する。プレゲル溶液の流し込みおよび重合は、複数回に分けて行うこともできる。次いで、ベース部１０を構成するＳＦを溶媒に溶解させたＳＦ溶液を、ニードル部２０が形成された型１００のベース部１０に相当する部分に流し込み、これを乾燥させる。得られた成型体を型１００から取り出す。これによって、一体に形成されたベース部１０およびニードル部２０を得ることができる。
【００６９】
ニードル部２０は非常に微細な構造を有するので、ニードル部２０の形成に際しては、ニードル部２０の先端部分までプレゲル溶液を充填することが重要である。そのような方法として、遠心法および真空法が挙げられる。
【００７０】
遠心法は、遠心分離機を利用した方法である。より詳しくは、プレゲル溶液を流し込んだ型１００をファルコンチューブに入れ、遠心分離機を用いて遠心分離する。これによりプレゲル溶液を型１００の先端まで充填させることができる。その後、型１００をデシケーターに入れてプレゲル溶液を乾燥させることで、ニードル部２０が形成される。
【００７１】
真空法は、多孔質材料で型１００を構成し、その型１００を減圧下に置いて型１００内の空気を除去した後、プレゲル溶液を型１００に流し込む方法である。これによって、ニードル部２０の先端部分までプレゲル溶液を充填させることができる。型１００を構成する多孔質材料としては、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を用いることができる。
【００７２】
遠心法および真空法のどちらの方法でも、得られるニードル部２０の形態に大きな差異は見られず、本発明においては遠心法および真空法のいずれも利用可能である。
【００７３】
［マイクロニードルの製造］
本発明によるマイクロニードルの製造方法の検討のため、いくつかの実験を行った。
【００７４】
＜参考実験１−１＞
この実験では、ニードル部をＳＦで形成し、ＳＦで形成したニードル部とＰＢＡゲルとを組み合わせることを基本的な概念とし、ニードル部にＰＢＡゲルをコーティングする第１の方法の有効性を確認するために行った。
【００７５】
まず、図７に示したような型１００に、ＳＦ溶液を流し込んだ。型１００に流し込んだＳＦ溶液の乾燥後、ＳＦからなる成型体を型１００から取り出し、プレゲル溶液に５分間浸漬した。プレゲル溶液としては、次の処方１：ゲル化剤（ＮＩＰＭＡＡｍ）／フェニルボロン酸系単量体（ＦＰＢＡ）＝９２．５ｍｏｌ／７．５ｍｏｌ、溶媒は純メタノール、単量体濃度は純メタノール中に３ｍｏｌ／ｌ、５〜２０％の架橋率、開始剤はアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、を用いた。
【００７６】
プレゲル溶液に浸漬した成型体を液体シールのために液体パラフィン中に入れた。液体パラフィンに入れた成型体を６０℃のオーブンに移し、一晩置くことによって、成型体の表面に付着したプレゲル溶液を重合させた。その後、メタノール洗浄によって成型体から液体パラフィンを除去し、さらに超純水で洗浄し、成型体を乾燥させ、これによってマイクロニードルを得た。
【００７７】
マイクロニードルは良好に形成された。しかし、顕微鏡により拡大観察した結果、ニードル部においてＳＦの表面にＰＢＡゲルがコーティングされているかどうかを判断することは困難であった。
【００７８】
＜参考実験１−２＞
この実験は、基本的な概念は参考実験１−１と共通であるが、異なる処方のプレゲル溶液を用いた点で参考実験１−１と異なり、したがって、重合条件も参考実験１−１と異なる。この実験では、次の点が処方１と異なるプレゲル溶液（処方２）：開始剤として過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ）を用い、かつ、促進剤としてテトラメチルエチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ）を添加したもの、を用いた。
【００７９】
まず、参考実験１−１と同様に、ＳＦからなる成型体を成型し、型から取り出した。得られた成型体を、処方２のプレゲル溶液に５分間浸漬し、その後、プレゲル溶液から成型体を取り出し、重合のために室温中に放置した。１時間後、成型体を超純水で洗浄し、乾燥させ、これによってマイクロニードルを得た。
【００８０】
本実験では、室温にて迅速なゲル化が達成された。しかし、顕微鏡により拡大観察した結果、ゲルはニードル部の表面に均一にコーティングされていなかった。
【００８１】
＜参考実験１−３＞
この実験では、参考実験１−２で用いた処方２のプレゲル溶液と異なる処方３のプレゲル溶液を用いたこと以外は参考実験１−２と同様の手順でマイクロニードルを得た。処方３のプレゲル溶液は、溶媒としてメタノール水溶液を用いた点のみが処方２のプレゲル溶液と異なる。ＳＦ添加前のプレゲル溶液中のメタノール濃度は４０体積％であった。したがって、ＳＦ添加後のプレゲル溶液中のメタノール濃度は８体積％であった。
【００８２】
この実験で得られたゲルは参考実験１−１および実験１−２で得られたゲルと比較して柔らかく、顕微鏡により拡大観察した結果、ゲルが均一にコーティングされていることが観察された。しかし、プレゲル溶液のゲル化によって、ニードル部に変形が生じた。
【００８３】
＜参考実験２−１＞
この実験は、基本的な概念は実験１−１と共通であるが、第２の方法によりニードル部表面をＰＢＡゲルでコーティングするものである。まず、参考実験１−１と同様に、ＳＦからなる成型体を成型した。次いで、成型体を型から取り出す前に、プレゲル溶液を型と成型体との間に注入した。プレゲル溶液としては、参考実験１−１で用いた処方１のプレゲル溶液を用いた。プレゲル溶液の注入は、シリンジ注射にて行った。プレゲル溶液の注入後、型を液体シール用の液体パラフィンに入れた。次いで、液体パラフィンに入れた型を６０℃のオーブンに移し、一晩置くことによって、プレゲル溶液を重合させた。その後、成型体を型から取り出し、以降は参考実験１−１と同様にしてマイクロニードルを得た。
【００８４】
得られたマイクロニードルを顕微鏡にて観察したところ、最小限のコーティングしか観察されなかった。これは、型を液体パラフィンに入れている間に、プレゲル溶液が成型体と型との間の隙間から液体パラフィン中に漏れたためであると考えられる。
【００８５】
＜参考実験２−２＞
この実験は、異なる処方のプレゲル溶液を用いた点で参考実験２−１と異なり、したがって、重合条件も参考実験２−１と異なる。まず、参考実験２−１と同様に、型によってＳＦからなる成型体を成型した後、型と成型体との間にプレゲル溶液を注入した。プレゲル溶液としては、参考実験１−２で用いた処方２のプレゲル溶液を用いた。プレゲル溶液の注入後、重合のために室温中に型を放置した。１時間後、型から成型体と取り出し、取り出した成型体を超純水で洗浄し、乾燥させ、これによってマイクロニードルを得た。
【００８６】
得られたマイクロニードル顕微鏡で観察したところ、ＰＢＡゲルによるニードル部の滑らかなコーティングは得られなかった。
【００８７】
＜参考実験２−３＞
この実験は、異なる処方のプレゲル溶液を用いた点で参考実験２−１と異なり、したがって、重合条件も参考実験２−１と異なる。具体的には、この実験は、参考実験１−３で用いた処方３のプレゲル溶液を用い、参考実験２−２と同様にしてマイクロニードルを得た。
【００８８】
得られたマイクロニードルを顕微鏡で観察したところ、参考実験２−２と同様、ＰＢＡゲルによるニードル部の滑らかなコーティングは得られなかった。
【００８９】
＜参考実験３＞
この実験は、基本的な概念は参考実験１−１と共通であるが、コーティングとは異なる方法で、ＳＦからなるニードル部とＰＢＡゲルとを組み合わせたものである。まず、２０重量％のポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）を混合したＳＦ溶液を型に流し込み、乾燥させることによって成型体を得た。得られた成型体を型から取り出し、超純水で洗浄することによって、成型体から可溶性のＰＥＯ部分を除去した。これによって、多孔質構造の成型体が得られた。
【００９０】
その後、成型体をプレゲル溶液に浸し、プレゲル溶液を成型体の多孔質構造に浸透させた。プレゲル溶液としては、参考実験１−１で用いた処方１のプレゲル溶液を用いた。以降は、参考実験１−１と同様にしてマイクロニードルを得た。
【００９１】
得られたマイクロニードルを顕微鏡にて観察したところ、表面が滑らかなニードル部は得られず、また、ニードル部の機械的強度は著しく弱かった。
【００９２】
＜参考実験４＞
この実験では、参考実験３とは異なる方法で、ＳＦからなるニードル部を多孔質構造とした。まず、ＳＦ溶液を型に流し込み、遠心分離機にかけてＳＦ溶液を型のキャビティの先端まで充填させた。その後、ＳＦ溶液を含む型を液体窒素を用いて凍結乾燥させ、多孔質構造の成型体を得た。その後、成型体をプレゲル溶液に浸し、プレゲル溶液を成型体の多孔質構造に浸透させた。プレゲル溶液としては、参考実験１−２で用いた処方２のプレゲル溶液を用いた。プレゲル溶液を成型体に浸透させた後、参考実験１−２と同様にしてマイクロニードルを得た。
【００９３】
得られたマイクロニードルを顕微鏡で観察したところ、ニードル部は良好なピラミッド形状には形成されなかった。特に、皮膚への挿入にとって極めて重要な先端部は適切に形成されなかった。
【００９４】
＜参考実験５−１＞
この実験では、基本的な概念がこれまでの参考実験１〜４と異なり、ニードル部を、ＰＢＡゲルとＳＦを合わせたハイブリッドゲルで形成した。まず、プレゲル溶液として、参考実験１−２で用いた処方２のプレゲル溶液にさらにＳＦを添加したハイブリッドプレゲル溶液を用意した。ハイブリッドプレゲル溶液のＳＦ濃度は、４８重量％とした。
【００９５】
用意したハイブリッドプレゲル溶液を型に流し込み、遠心分離によって、ハイブリッドプレゲル溶液をキャビティのニードル部の先端に相当する部分まで行き渡らせ、４〜６時間乾燥させた。ハイブリッドプレゲル溶液の乾燥中に重合が行われる。ハイブリッドプレゲル溶液の型への流し込み、遠心分離および乾燥を数回繰り返し、ハイブリッドゲルからなるニードル部およびベース部を有するマイクロニードルを得た。
【００９６】
得られたマイクロニードルを顕微鏡にて観察したところ、ニードル部の先端領域に収縮が生じていた。本実験で用いたハイブリッドプレゲル溶液の高いメタノール濃度に起因してＳＦの結晶化が生じたためであると考えられる。
【００９７】
＜参考実験５−２＞
ハイブリッドプレゲル溶液として、参考実験１−３で用いた処方３のプレゲル溶液にさらにＳＦを添加したハイブリッドプレゲル溶液を用意したこと以外は参考実験５−１と同様にしてマイクロニードルを得た。
【００９８】
得られたマイクロニードルを顕微鏡にて観察したところ、参考実験５−１で用いたハイブリッドプレゲル溶液と比較してメタノール濃度が低いハイブリッドプレゲル溶液を用いたことによって、ニードル部の先端領域の収縮は回避された。しかし、乾燥工程中のベース部の収縮によって、ベース部の極端な変形が見られた。
【００９９】
＜実験６（実施例）＞
この実験は、ハイブリッドゲルで形成したのがニードル部のみである点で参考実験５−２と異なる。まず、参考実験５−２と同様、処方３のプレゲル溶液にさらにＳＦを添加したハイブリッドプレゲル溶液を用意した。次いで、参考実験５−１と同様、型へのハイブリッドプレゲル溶液の流し込み、遠心分離、乾燥（重合）を複数回繰り返し、ハイブリッドゲルからなるニードル部を形成した。ニードル部の形成後、ニードル部を含む型のベース部に相当するキャビティの部分にＳＦ溶液を流し込み、これを乾燥させた。得られた成型体を型から取り出し、超純水で洗浄し、乾燥させた。これにより、ニードル部がハイブリッドゲルからなり、ベース部がＳＦからなる２層構造のマイクロニードルが得られた。
【０１００】
得られたマイクロニードルは、ベース部がＳＦで形成されたことにより、変形は見られなかった。また、ニードル部の先端は、鋭いピラミッド形状に形成された。
【０１０１】
実験６によってマイクロニードルを作製するにあたり、重合可能なアクリロキシエチルチオカルバモイルローダミンＢ（重合性蛍光単量体）をハイブリッドプレゲル溶液に添加し、ヒドロゲルの存在位置を確認した。その結果、ヒドロゲルは先端部に良好に存在していることが確認できた。
【０１０２】
上述した各実験の結果、実験６が本発明によるマイクロニードルの製法として適しているといえる。また、実験６で用いたハイブリッドプレゲル溶液は、ニードル部を構成する量で済むため少量で良く、常温にて迅速な重合が可能であり、単量体濃度およびＳＦ濃度が適宜調整可能である。実験６による２層構造のマイクロニードルは、グルコース感受性を有する鋭利なニードル先端の形成を可能にする。このことは、血中グルコース濃度に応じて自己調整的にインスリンを放出するのに極めて重要である。また、実験６によるマイクロニードルは、３７℃の雰囲気中で少なくとも７日間、安定であり、明らかな形態変化はＳＥＭ観察によっても確認されなかった。
【０１０３】
［ゲル膨張試験］
Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）は温度感受性材料であるので、様々な温度およびグルコース濃度でのヒドロゲル膨潤を評価することが重要である。ＮＩＰＡＡｍ／ＦＰＢＡ（（４−（２−アクリルアミドエチルカルバモイル）−３−フルオロフェニルボロン酸））ゲル組成物と、半相互浸透ネットワーク（ｓｅｍｉ−ＩＰＮ）ゲル組成物とで、様々なグルコース濃度および温度で体積の変化を測定した。
【０１０４】
ＮＩＰＡＡｍ／ＦＰＢＡゲル組成物は、下記の処方によるむプレゲル溶液を用いて得られたゲル組成物である。
ゲル化剤：ＮＩＰＡＡｍ
フェニルボロン酸系単量体：ＡｍＥＣＦＰＢＡ
架橋剤：ＭＢＡＡｍ
溶媒：メタノール水溶液
ＮＩＰＡＡｍ／ＡｍＥＣＦＰＢＡ＝９２．５ｍｏｌ／７．５ｍｏｌ
単量体に対する架橋剤仕込み量＝２％
単量体濃度：１．５ｍｏｌ／ｌ（サンプル７−１）、１ｍｏｌ／ｌ（サンプル７−２）
【０１０５】
半相互浸透ネットワークゲル組成物は、上記の処方のプレゲル溶液に、ＳＦを単量体の合計に対する重量分率が４８重量％となるように添加したプレゲル溶液を用いてゲル組成物を得た後に、さらにメタノール水溶液中に３０分間浸漬させるメタノール処理を行なうことによって得られたゲル組成物である。半相互浸透ネットワークゲル組成物でも、単量体濃度が１．５ｍｏｌ／ｌのサンプル（サンプル７−３）および１ｍｏｌ／ｌのサンプル（サンプル７−４）を得た。
【０１０６】
これらのサンプルについて、様々なグルコース濃度および温度で２４時間、ＰＢＳ緩衝液（ｐＨ７．４）で平衡化し、サンプルの直径を顕微鏡画像で測定することによって、相対的な体積変化を求めた。その結果を、図８Ａ〜図８Ｄに示す。
【０１０７】
図８Ａ〜図８Ｄに示すように、すべてのゲル組成物について皮膚温度（３２℃）から生理的温度（３７℃）までの範囲ではわずかな体積変化しか観察されず、これらの温度では膨張および収縮は制限される。ＮＩＰＡＡｍ／ＦＰＢＡゲル組成物では、単量体濃度が１．５ｍｏｌ／ｌ（図８Ａ）から１ｍｏｌ／ｌ（図８Ｂ）に減少するにつれて体積変化は大きくなったが、その増加はＳＦを含む半相互浸透ネットワークゲル組成物（図８Ｃおよび図８Ｄ）ではそれほど顕著ではなかった。これはおそらく、３ＤポリマーネットワークへのＳＦの組み込みによるさらなる結晶によってポリマー鎖の緩和および移動性が妨げられるためと考えられる。
【０１０８】
自由体積理論によれば、ヒドロゲル中の溶質の拡散率は、一定のポリマー
− 溶質相互作用を有する特定のポリマー鎖の移動度におけるメッシュサイズに依存する。したがって、溶質の拡散率は通常、ゲル組成物内の水の体積分率が減少するにつれて減少する。そのような最小限の膨潤にもかかわらず、全てのボロン酸含有ゲル組成物において、高度にグルコース濃度に同期したインスリン放出が達成されている。おそらく、これらのゲル組成物では、インスリン拡散制御に適した閾値メッシュサイズが達成されていたと考えられる。その結果、グルコース濃度に応答した限界レベルの水和変化でインスリンの十分な拡散制御が達成された。さらに、アニオン性インスリンと、負に帯電したボロン酸ーグルコース複合体と、の間の静電反発力もインスリンの放出を促進する可能性がある。本発明者らの以前の研究でも同様の現象が見られた。
【０１０９】
さらに、ＳＦを含有し、かつメタノール水溶液で処理した半相互浸透ネットワークゲルゲル組成物では、ＮＩＰＡＡｍ／ＦＰＢＡゲル組成物と比較して、より少ない体積変化が観察された。しかし、グルコース感受性は同一であった（陳思淵ら、タイトル”Microneedle-Array Patch Fabricated with Enzyme-Free Polymeric Components Cappable of On-Demand Insulin Delivery”、掲載誌Advanced Functional Materials、２０１８年１２月９日発行）。これは、ＳＦ成分の物理的架橋後でさえも、ＳＦを含有する半相互浸透性ネットワーク構造に組み込まれたポリマーゲルネットワークがグルコースに応答して依然として水和し得ることを示唆している。この特性は、グルコース応答性官能基を保持しながら、ゲル組成物の機械的靭性に対する膨潤の影響を減少させるので、有利である。
【０１１０】
［再水和試験］
マイクロニードルの製造および投与においては、ゲル組成物は保管中に乾燥され、次いで皮膚投与後に間質液によって再水和される。したがって、再水和後のゲル組成物の内部構造を調査することが重要である。ＮＩＰＡＡｍ／ＦＰＢＡゲル組成物および半相互浸透ネットワークゲルゲル組成物（ＳＦを含有し、かつ、メタノール処理したもの）を調製し、室温で乾燥させ、次いでＰＢＳ緩衝液（ｐＨ７．４）で再水和した。２４時間後、それそれのゲル組成物のサンプルを液体窒素中で凍結させた後に凍結乾燥した。凍結乾燥したサンプルを注意深く破砕して内部構造を露わにした。サンプルを金で被覆し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて断面画像を得た。
【０１１１】
図９Ａに、ＮＩＰＡＡｍ／ＦＰＢＡゲル組成物の断面ＳＥＭ画像を示し、図９Ｂに、半相互浸透ネットワークゲルゲル組成物の断面ＳＥＭ画像を示す。図９Ａおよび図９Ｂに示されるように、どちらのゲル組成物も、おそらく溶媒（メタノール水溶液）中でポリ（アクリルアミド）誘導体の重合中に通常起こる微視的相分離に起因する、微多孔性および相互連結構造を示している。相互連結された微多孔構造を維持することは、マトリックス内に充填されたインスリンおよびグルコースの拡散を促進する可能性があるため、薬物送達にとって極めて重要である。ＮＩＰＡＡｍ／ＦＰＢＡゲル組成物（図９Ａ）と比較して、メタノール処理とＳＦを組み合わせた半相互浸透ネットワークゲル組成物は、おそらくポリマーネットワーク中に相互拡散したＳＦの存在、およびメタノール処理後のＳＦの物理的架橋に起因して、より大きい孔径と増強された表面粗さを示した（図９Ｂ）。
【０１１２】
［マイクロニードルの他の形態］
ベース部を介さないリザーバからのインスリンの漏出は、低血糖症につながるおそれのあるインスリンのバースト放出を引き起こすため、インスリン送達マイクロニードルにとって主要な課題の１つである。図１０に、ベース部を介さないインスリンの漏出を抑制しうるインスリン送達マイクロニードル１の模式的断面図を示す。なお、図１０において、図１と同一または対応する構成は図１と同じ参照符号を付し、特に断りがない限り、図１と同じ参照符号のものは図１と同様に構成することができる。
【０１１３】
図１０に示すインスリン送達マイクロニードル１は、インスリンのリザーバ４０となる凹部を有する扁平なカップ状のベース部１０と、ベース部１０の底面１０ａ設けられた複数のニードル部２０とを有し、リザーバ４０が、接着剤５０によって、例えばシリコーン製のシート３０で密閉されている点は、図１に示したものと同様である。ただし、ベース部１０は、リザーバ４０の開放端側にフランジ１０ａを有する段付きに形成されている。また、シート３０は、フランジ１０ａを越えてニードル部２０側へ垂れ下がり、ベース部１０の高さ方向にもベース部１０を覆っている。接着剤５０は、シート３０の垂れ下がった部分において、ベース部１０とシート３０との間に、ベース部１０の全周にわたって塗布される。
【０１１４】
このような構造によれば、図１に示した構造と比較して、より大きな接着面積でシート３０をベース部１０に接着し、より効果的にリザーバ４０を密閉することができる。結果的に、リザーバ４０からのインスリンの漏出が効果的に防止される。しかも、インスリン送達マイクロニードル１の面積の拡大を最小限に抑えることができる。
【０１１５】
フランジ１０ｂの張り出し量Ａは、例えば、０．２ｍｍとすることができる。また、フランジ１０ｂの厚さＢは、例えば０．１ｍｍとすることができ、フランジ１０ａからベース部１０の底面までの高さＣは、例えば０．２ｍｍとすることができる。
【０１１６】
本形態においても、インスリン送達マイクロニードル１の平面計上は、四角形や円形など任意の形状であってよい。また、フランジ１０ａの外形状と、ニードル部２０が配置されるベース部１０の底面１０ｂの形状とは、同じであってもよいし異なっていてもよい。インスリン送達マイクロニードル１の製造時の変形を抑制する観点からは、フランジ１０ａの外形状および底面１０ｂの形状は、ともに円形であることが好ましい。
【０１１７】
また、インスリン送達マイクロニードル１の面積が拡大することが許容される場合は、図１０Ａに示すように、フランジ１０ａの張り出し量を大きくし、フランジ１０ａの上面において接着剤５０を介してシート４０を接着することによって接着面積を大きくすることもできる。
【０１１８】
［生体内評価］
生体内でのグルコース応答性インスリン放出を評価するため、マウスに対してグルコース負荷試験を行った。グルコース負荷試験では、ＰＢＳ（リン酸緩衝食塩水）を充填したマイクロニードルおよびヒューマリン（ヒトインスリン）を充填したマイクロニードルを用いた。ＰＢＳを充填したマイクロニードルを４匹の健康なマウスの表皮に処置し、ヒューマリンを充填したマイクロニードルを３匹の健康なマウスの表皮に処置した。マイクロニードルとしては、図１に示す構造のものを用いた。
【０１１９】
マイクロニードルを投与して２日目に、２時間の絶食の後、全てのマウスにグルコース（２ｇ／ｋｇ）を注射した。グルコースの注射後、０分、３０分、６０分および９０分の時点で、血糖測定器によって血糖濃度（血糖値）を測定した。それらの時点でマウスの尾静脈から採血も行い、２０００ｇで１５分間遠心分離し、血清を収集した。血清中に存在するヒューマリンをインスリンＥＬＩＳＡキットを用いて分析した。
【０１２０】
図１１に、時間の経過による血糖値の変化のグラフを示す。図１１に示すように、ＰＢＳを充填したマイクロニードルで処置したマウス（以下、ＰＢＳ群ともいう）の血糖値は、グルコース注射後３０分で著しく増加した。しかし、ヒューマリンを充填したマイクロニードルで処置したマウス（以下、ヒューマリン群ともいう）の血糖値の上昇は、顕著な量のヒューマリンが血中に放出された（図１２参照）ため、ＰＢＳ群と比較して顕著ではなかった。これら２つの群の間の差は、グルコース注射後６０分においてより顕著であった。９０分後の血糖値は、ヒューマリン群では以前の値に戻ったが、ＰＢＳ群では、約２５０ｍｇ／ｄｌであった。これらのデータは、ヒューマリン群におけるマイクロニードルのグルコース応答性を示している。
【０１２１】
なお、ＰＢＳ群とヒューマリン群との差が統計的に有意であるかどうかは、スチューデントのｔ検定によって評価した。図１１および図１２において、「＊」は、ＰＢＳ群に対するヒューマリン群のｐ値が０．０５未満であったことを示し、「＊＊」は、ＰＢＳ群に対するヒューマリン群のｐ値が０．０１未満であったことを示す。
【符号の説明】
【０１２２】
１    インスリン送達マイクロニードル
１０    ベース部
２０    ニードル部
３０    シート
４０    リザーバ
５０    接着剤
１００    型
１０１    キャビティ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１０Ａ】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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