(57)【要約】  創傷および感染症の治療に使用するための、分散マトリックスに、最小濃度の銅、銀、金、鉄、ルテニウム、パラジウム、亜鉛、マンガン、イリジウムおよび／または白金金属を担持する、シリカとチタニアの混合酸化物（ＴｉＯ２−ＳｉＯ２）からなる固体酸を含む、ナノ構造の生体適合性および生体触媒性材料を含む製剤。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
創傷および感染症の治療に使用するための、分散マトリックスに、最小濃度の銅、銀、金、鉄、ルテニウム、ロジウム、コバルト、亜鉛、パラジウム、亜鉛、マンガン、イリジウムおよび／または白金金属を担持する、シリカとチタニアの混合酸化物（ＴｉＯ２−ＳｉＯ２）でできた固体酸からなる、ナノ構造の生体適合性および生体触媒性材料を含む製剤。
【請求項２】
前記分散マトリックスに担持された金属が、アセチル白金アセトナート（Ｐｔ（ａｃａｃ）２）である、請求項１に記載の創傷および感染症の治療に使用するための製剤。
【請求項３】
ゲルの形態である、請求項１に記載の創傷および感染症の治療に使用するための製剤。
【請求項４】
液体の形態である、請求項１に記載の創傷および感染症の治療に使用するための製剤。
【請求項５】
治療される創傷および感染症が、糖尿病と診断された患者の創傷および感染症である、請求項１に記載の創傷および感染症の治療に使用するための製剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動物およびヒトの皮膚の創傷および感染症の治療およびケアに使用されるナノ構造の生体適合性および生体触媒性材料を含む製剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
創傷および感染症は、特に糖尿病を患っている患者にとって、深刻な健康問題である。糖尿病患者は、神経能力（ｎｅｕｒｏｃａｐａｃｉｔｙ）および免疫応答の低下を患っている可能性があり、それによって、創傷を発症する傾向があり、これらの創傷が容易に感染する可能性がある。これらの創傷および感染症は通常、糖尿病患者の足に見られ、「糖尿病性足病変」と呼ばれるものをもたらす。この状態には、通常の抗生物質の使用、外科手術、成長因子（ｂＦＧＦ）の使用のような他のより複雑な治療など、いくつかの治療法が存在する。侵襲性の低い処置では、生理活性物質を含有する徐放性能力を備えた生体材料で作られた包帯も使用される。しかしながら、現在の治療は複雑で、高価で、侵襲的で、および／またはその結果が理想的ではない。
【０００３】
本発明は、創傷および感染症の治療に使用するための、分散マトリックスに、最小濃度の銅、銀、金、鉄、ルテニウム、パラジウム、亜鉛、マンガン、イリジウムおよび／または白金金属を担持する、シリカとチタニアの混合酸化物（ＴｉＯ２−ＳｉＯ２）からなる固体酸を含む、ナノ構造の生体適合性および生体触媒性材料を含む製剤に言及する。
【０００４】
過去１０年間で、ナノテクノロジーを使用して分子レベルおよび原子レベルで材料を操作する科学者の能力は、サイエンスフィクションから科学的事実に移行した。現在、ナノテクノロジーが、感染性疾患を予防、診断および治療するために開発されており、一部の製品は臨床試験段階にあるか、臨床試験段階に近づいている。この分野の進歩は指数関数的である。化学者、物理学者、生物学者およびエンジニアを含む学際的なナノ科学およびナノ医学の研究は、ナノ材料を合成するための環境に優しい持続可能な方法を開発する必要性を気にかけている。環境に優しい材料および方法を設計するために、全てのグリーンケミストリーアプローチを統合する現在の運動がある。生体適合性の混合酸化物または単純な酸化物の金属およびバイメタルナノ材料の合成、ならびに生物活性およびナノ医療用途向けの表面改質で、急速な開発が行われている。ナノテクノロジーとバイオテクノロジーの交差点の新たなハイライトとしてのナノ粒子の生合成は、材料合成において環境に優しい技術を開発する必要性が高まっているため、注目を集めている。扱い難いものとしての生体分子は、保護剤としての対応物に比べて大きな利点があることが分かっている。
【０００５】
粒径がナノメートルのスケールの粒子に縮小されると、材料の特性は顕著に変化し得る。材料科学では、「粒子」は、原子スケール（１０−１０ｍ）〜微視的スケール（１０−３ｍ）に及ぶサイズの小さな固体物質を記載する一般用語である。ただし、粒径は通常、１０−９〜１０−５ｍにある。大きな粒子（＞１０−６）は一般的に粒（すなわち、ゼオライト、炭素、ラネー金属）と呼ばれ、小さな粒子（＜１５ｎｍ）は混合酸化物、すなわちＴｉＯ２−ＳｉＯ２、ＳｉＯ２またはＴｉＯ２に頻繁に添加される（金属）。全ての材料は、ナノ粒子の凝集によって形成された粒（粒子）からなる。
【０００６】
従来の材料では、粒は１００マイクロメートル〜ミリメートル（ｍｍ）に及ぶサイズを有し、ナノ材料粒子は約１０億分の１メートル（１０−９）である。ナノメートルは、ほぼ人毛の平均直径である。原子の半径は１〜３オングストローム（Å）であり、ナノメートルは１０Åに等しい。ナノ材料は、硬い固体で、抵抗性があり、高温で延性があり、分解、侵食および腐食に耐性であり、また極めて化学的に活性である。各ナノ材料またはナノ構造材料の物理的および化学的特性は、ナノ粒子を官能化した相互作用化合物の種類によって決定される；同様に、正味の電子密度およびヒドロキシル濃度が、ＤＮＡクラッキングで重要な役割を果たす。
【０００７】
ナノ粒子が重要性を増している領域の１つは、触媒活性を改善するために明確に定義された形状およびサイズの粒子の分布を得るための、触媒作用および生体触媒作用の分野である。特に、原子のほとんどが表面に位置する高度に分散した粒子を得ることが必要である。構造には、固体面積、細孔径、ならびに細孔の形状および体積が含まれる。これらのパラメータは、反応速度を増加させる原因となるので、触媒反応および生体触媒反応において重要である。触媒活性は、材料と触媒する反応性物質との間の総接触面積に直接関連し得るが、面積の決定が一般に生体触媒の特性評価において重要な要件であると考えられている。さらに、細孔が触媒反応における試薬および生成物の輸送を制御するので、細孔の構造の性質を特定することが必要である。多くの場合、反応の過程が細孔のサイズおよび形状によって影響されるが、担体および金属の粒径はより決定的である。
【０００８】
二酸化チタンは、自然状態では、３つの結晶相；アナターゼ、ルチルおよびブルッカイトで生じる。アナターゼおよびブルッカイトは、高温でルチルに変換できる。アナターゼからルチルへは、加熱によって不可逆的に変換することができる。粒径、結晶形態など、相シフトに影響を及ぼすいくつかの因子があるが、特にネットワークへの毒イオンの影響がある。文献によると、三相、アナターゼは化学的安定性、耐腐食性に優れ、生物学的製剤に対して不活性であり、比表面積が大きいことが示されている。ただし、市販のチタニアはミックス（Ｄｅｇｕｓｓａ  Ｐ２５）であり、６０〜８０％のアナターゼを含有している。アナターゼ相のみを製造することの課題は、ルチル相が熱力学的により安定であることによる。したがって、ゾル−ゲル法により、純粋なアナターゼおよび純粋なルチルを得ることが可能である。アナターゼおよびルチルの構造は正方晶であるが、ブルッカイトは斜方晶で、各チタン原子がほぼ等距離の６個の酸素原子に結合し、各酸素原子が３個のチタン原子に結合している。
【０００９】
同様の材料のいくつかの前例は、国際公開第２００６／０８０２４１号パンフレット、国際公開第２００４／０８９８３９号パンフレット、ならびに以下に見出すことができる：
米国特許第６１２４３６７号明細書。この特許は、フィッシャートロプシュ反応で使用されるリザーバーを、リザーバーに高度の機械的強度を付与することによって焼結から保護する。この特許はＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３をリザーバーに組み込み、１／９のルチル−アナターゼ比を特許請求している。これは、球状または円筒形の多孔質リザーバーである。これは、押出、噴霧乾燥または打錠によって作られる。
【００１０】
米国特許６１１７８１４号明細書。この特許は、構造にバインダーとしてシリカおよびアルミナも組み込んだチタニアリザーバーを記載している。バインダーの目的は、リザーバーにより優れた機械的特性を付与することである。このリザーバーのサイズ範囲は２０〜１２０ミクロンである。リザーバーは、約５０％のバインダーで、ゾル−ゲル法によって製造される。
【００１１】
米国特許第６０８７４０５号明細書。この特許は、フィッシャートロプシュガス合成反応で使用されるリザーバーを記載している。リザーバーは、構造にＶＩＩ族金属を組み込む。構造内のルチル−アナターゼ比が、この特許の際立った特徴である。
【００１２】
Ｃｅｎｔｒｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｅ  Ｌａ  Ｒｅｃｈｅｒｃｈｅ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｑｕｅ．ＰＷＯ／２００３／０６４３２４。この発明は、酸化チタン系ポリマー組成物に関する。この発明の組成物は、ゲルまたはゾルの形態のＴｉＯｘ（ＯＨ）ｙ（Ｈ２Ｏ）ｚ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝３）酸化チタン系ポリマーを含む。一次元（１Ｄ）構造を有する前記ポリマーは、３．５Å〜４Åの間の繊維間の間隔から推定される周期性を有する同心円状に巻かれた繊維でできている。各繊維はＴｉＯ６八面体を含み、各ＴｉＯ６八面体は、繊維の軸に沿って展開する無限の鎖を形成するために、２つの隣接する八面体（２×２．９２Å）と２つの対向するエッジを共有する。この発明によると、共有されるエッジ（２×３．２７Å）の結果として、２つの隣接する鎖が二本線を形成する。この発明のポリマーは、窓用の日よけ幕などの光電池の感光性要素としての使用に適している。
【００１３】
国際公開第２００６／０７９７５７号パンフレット。鉛、チタン、ジルコニウムおよびランタニドに基づく安定な酸化物セラミック前駆体ゾル−ゲル溶液を調製する方法、ならびに前記セラミックを調製する方法。この発明は、鉛、チタン、ジルコニウムおよびランタニドに基づく安定な酸化物セラミック前駆体ゾル−ゲル溶液を調製する方法に関する。この発明は、ａ）分子鉛前駆体、分子チタン前駆体、分子ジルコニウム前駆体および分子ランタニド前駆体を、ジオール溶媒および場合により脂肪族モノアルコール含む媒体と接触させることにより、ゾル−ゲル溶液を調製すること；ｂ）こうして得られた溶液を、本質的に一定の粘度を有する溶液を得るために十分な期間放置すること；およびｃ）前のステップで得られた溶液を、ステップａで使用したものと同一のジオール溶媒または前記溶媒と混和性の溶媒で所定の速度で希釈することに存する連続ステップを含む。この発明を使用して、鉛、ランタニド金属、チタンおよびジルコニウムを含む酸化物セラミック材料を調製することができる。
【００１４】
国際公開第２００７／１４１５９０号パンフレット。中枢神経系における薬物の制御放出および合成方法で使用するためのゾル−ゲルナノ構造チタニアリザーバー。この発明は、脳組織と生体適合性であるゾル−ゲルナノ構造チタニアリザーバーおよびその合成に関する。アナターゼ、ブルッカイトおよびルチルの細孔径分布、結晶子サイズおよび結晶相分布の程度を完全に制御することができる。このデバイスは、神経薬物を含有するのに使用できる。６か月〜３年の期間にわたる薬物の制御時間放出を目的として、これを脳組織に直接挿入することができる。
【００１５】
国際公開第９３／２１９６９号パンフレット。特に生物医学インプラントで使用するための生物医学用途のための新規なコーティング材料、材料がインビトロ条件下、例えばシミュレートされた体液中および／またはインビボ条件下で、その表面にリン酸カルシウム形成を誘導することができるゲル由来チタニアを含有するコーティング材料、コーティング材料を調製する方法および生物医学インプラント技術におけるそれらの使用。
【００１６】
それによると、これらのナノ構造製品は革新的な用途を有し、特に、切断術を完全に排除し、生活の質を改善するための触媒ナノメディシンの基礎を提供する。
【発明の概要】
【００１７】
創傷および感染症の治療に使用するための、分散マトリックスに、最小濃度の銅、銀、金、鉄、ルテニウム、パラジウム、亜鉛、マンガン、イリジウムおよび／または白金金属を担持する、シリカとチタニアの混合酸化物（ＴｉＯ２−ＳｉＯ２）からなる固体酸を含む、ナノ構造の生体適合性および生体触媒性材料を含む製剤。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ゾル−ゲル法によって調製されたナノ構造の生体適合性および生体触媒性材料の４０００〜４００ｃｍ−１の間隔のフーリエ変換による赤外スペクトルを示す図である。
【図２】ゾル−ゲル法によって調製されたナノ構造の生体適合性および生体触媒性材料の走査型電子顕微鏡によって得られた３つの異なる解像度の写真である。
【図３】ナノ構造の生体適合性および生体触媒性材料を含む製剤の効果を示す、０日間、８日間および２０日間の施用後の３つの異なる時点での写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、ゾル−ゲル化学合成法によって得られた新たなナノ構造の生体触媒性、生体適合性および非毒性材料を含む製剤に関する。ゾル−ゲル方法論を使用して、薄いナノメートルサイズで、広い表面積の材料の物理化学的特性を制御する。生体適合性は、細胞膜ナノ粒子の容易な相互作用を可能にし、したがって、細胞に容易に進入し、必要な（触媒）比活性を実施するスルファート、アミンおよびホスファートの官能基の表面的な組み込みによって達成される。材料は、シリカとチタニアの混合酸化物（ＴｉＯ２−ＳｉＯ２）からなる固体酸であることを特徴とするナノ粒子であり、ナノ粒子のさらなる仕様は、ゾル−ゲル法によって調製された生物触媒の４０００〜４００ｃｍ−１の間隔のフーリエ変換による赤外スペクトルを示す図１および図２で観察することができ；分散マトリックスに、最小濃度の銅、銀、金、鉄、ルテニウム、パラジウム、亜鉛、マンガン、イリジウムおよび／または白金金属を担持する。ナノ粒子を組み込んだ構成要素は極めて安定であり、インビトロおよびインビボで実験的に広範囲に試験されており、その生体適合性および低い細胞傷害性の科学文献証拠が存在する。
【００２０】
金属アルコキシドを使用したゾル−ゲル法。
官能基レベルでは、一般に、ゾル−ゲル法を説明するために、加水分解、アルコール縮合および水縮合という３つの反応が使用される。ただし、特定のゾル−ゲル無機ネットワークの特徴および特性は、反応のｐＨ、温度および時間、試薬濃度、触媒の性質および濃度、Ｈ２Ｏ／Ｍモル比（Ｒ）、老化温度および時間、ならびに乾燥などの、加水分解反応および縮合反応の速度に影響を及ぼすいくつかの因子に関連している。上記の因子のうち、ｐＨ、触媒の性質および濃度、Ｈ２Ｏ／Ｍモル比（Ｒ）、ならびに温度が最も重要であると特定されている。したがって、これらの因子を制御することによって、ゾル−ゲル誘導無機ネットワークの構造および特性を広範囲にわたって変化させることが可能である。例えば、Ｓａｋｋａらは、Ｒ値１〜２および触媒として０．０１Ｍ  ＨＣｌを利用するＴＥＯＳの加水分解によって、粘性の紡糸可能な溶液が得られることを観察した。さらに、これらの溶液が、固有粘度への強い濃度依存性、および減少した粘度の数平均分子量へのべき法則依存性を示すことが示された（３１〜３４）：
［ｎ］＝ｋ（Ｍｎ）ａ  （１）
【００２１】
０．５〜１．０の範囲の値は、直鎖または軽度に分岐した分子または鎖を示す。
【００２２】
式１の「ａ」の値は０．１〜０．５に及び、球状またはディスク形状の粒子を示している。これらの結果は、ＳｉＯ２粉末を調製するためにＳｔｒｏｂｅｒ法によって使用されている条件下で出現する構造と一致している。さらに、塩基性条件下およびＲ値が７〜２５に及ぶ加水分解では、単分散の球状粒子を製造することができることが示された。
【化１】
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【００２３】
一般的に言えば、加水分解反応（式２）は、水の添加を通して、アルコキシド基（ＯＲ）をヒドロキシル基（ＯＨ）で置き換える。その後、縮合反応が行われ、シリカの場合、シラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）がシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）、および副生成物の水またはアルコールを生成する。ほとんどの条件下で、加水分解が完了する前に縮合が始まる。ただし、ｐＨ、Ｈ２Ｏ／Ｓｉモル比（Ｒ）、および触媒などの条件により、縮合が始まる前に加水分解を強制的に完了させることができる。さらに、水とアルコキシドは非混和性であるので、相互溶媒が利用される。この均質化剤であるアルコールの存在で、アルコキシドと水の混和性により加水分解が促進される。シロキサン結合の数が増加すると、個々の分子が架橋され、ゾル内で一緒に凝集する。ゾル粒子が凝集する、またはネットワークに編み合わせられると、ゲルが形成される。乾燥すると、捕捉された揮発性物質（水、アルコール等）が追い出され、さらなる凝縮が起こり得るので、ネットワークが収縮する。ただし、溶媒の添加および一定の反応条件により、エステル化および解重合反応が促進され得ることを強調すべきである。加水分解／縮合反応は、金属中心原子の配位に依存する２つの異なる機構に従う。配位数が満たされると、求核置換（Ｓｎ）によって加水分解反応が起こる：
【化２】
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求核置換（Ｓｎ）を介した加水分解反応。
【００２４】
配位数がより大きいと、加水分解反応が求核付加によって起こる：
【化３】
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求核付加（Ａｎ）を介した加水分解反応。
【００２５】
これらの機構は、酸素の配位を２から３に増やす必要があり、追加の結合生成には酸素の１つの電子対が関与し、新しい結合が他の結合と同等になり得る。縮合ステップ中に、極端な濃度のヒドロキシル基が形成される。このＯＨは、金属原子間で結合することができる、または表面の単純な−ＯＨ配位子のみであり得る。
【化４】
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【００２６】
酸触媒機構
酸性条件下では、アルコキシド基が急速な最初のステップでプロトン化される可能性がある。電子密度がケイ素原子から引き抜かれ、より求電子性になるので、水からの攻撃を受けやすくなる。これにより、かなりのＳＮ２型の特徴を備えた五配位遷移状態が形成される。１３  例としてシリカを使用すると、遷移状態は、アルコールの置換およびケイ素四面体の反転によって減衰する：
【化５】
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【００２７】
塩基触媒機構
ケイ素アルコキシドの塩基触媒加水分解は、同等の触媒濃度での酸触媒加水分解よりもはるかにゆっくり進行する。塩基性アルコキシド酸素は、求核試薬−ＯＨを忌避する傾向がある。ただし、最初の加水分解が発生すると、後続の反応が段階的に進行し、後続の各アルコキシド基が前のものよりもモノマーから容易に除去される。したがって、より高度に加水分解されたシリコーンはより攻撃されやすくなる。さらに、形成ポリマーの加水分解が、モノマーの加水分解よりも立体的に妨げられる。アルカリ性環境での加水分解は遅いが、それでも完全で不可逆的な傾向がある。したがって、塩基性条件下では、水が急速な最初のステップで解離してヒドロキシルアニオンを生成する可能性がある。次いで、ヒドロキシルアニオンがケイ素原子を攻撃する。繰り返すが、ケイ素四面体の反転で−ＯＨが−ＯＲに置き換わるＳＮ２型機構が提案されている。
【化６】
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【００２８】
ナノ粒子製剤を、糖尿病性足病変などの糖尿病の最も恐ろしい障害の１つに対抗するために発明した。糖尿病性足病変は、足の裏の虚血性および／または神経障害性潰瘍の形成を促進する、不十分な血管および動脈灌流ならびに感覚の欠如をもたらす血管および神経の状態からなる。これに加えて、多くの場合、潰瘍は種々の微生物に感染し、これがさらに病変の閉鎖を妨げ、骨および腱の疾患につながり得る。動物モデルと患者の臨床試験の両方で、抗菌効果および治癒効果が実証されており、図３に示されるように、組織の肉芽形成、再生、血管新生および上皮化が促進されている。
【００２９】
このナノ粒子はまた、他のタイプの創傷、例えばそれだけに限らないが、とりわけ瘻孔、外科的創傷および火傷の閉鎖を促進することもできる。
【００３０】
ナノ構造材料は、創傷ケアの基本的な訓練を受けた医療関係者が施用するのが容易である。手順は、１）患部を滅菌水または沸騰水および外科用石鹸で洗浄し；２）ガーゼでけずり、必要に応じて清拭し；３）乾燥させ；４）ゲル、粉末または生理食塩水製剤に溶解した粉末で病変に直接ナノ粒子を施用し；５）創傷に包帯をすることからなる。処置される患者が非常に重篤である場合、および／または処置している医師の考慮下にある場合を除いて、処置を３日毎に施す。処置は毎日行うことができる。
【００３１】
深刻な短期的な副作用が観察されなかったことに留意することが重要である（ｎ＝４０患者）。
【００３２】
例
例１
アセチル白金アセトナート（Ｐｔ（ａｃａｃ）２）１．６８７１ｇをアセトン２４６ｍｌと混合した。白金錯体が溶解するまで、混合物を撹拌下に維持した。この混合物に、事前に脱イオン水２０ｍｌに溶解したＧＡＢＡ  １．２５０１ｇを添加した。リン酸でｐＨを３に調整した。同時に、脱イオン水７０ｍｌに溶解したＴＥＯＳ  ８９ｍｌおよびチタンブトキシド９．８ｍｌを添加した。ゲルが形成されるまで、全てを撹拌下および室温で維持した。
【００３３】
例２
アセチル白金アセトナート（Ｐｔ（ａｃａｃ）２）１．６８７１ｇをアセトン２４６ｍｌと混合した。白金錯体が溶解するまで、混合物を撹拌下に維持した。この混合物に、事前に脱イオン水２０ｍｌに溶解したグルタミン酸１．２５０１ｇを添加した。リン酸でｐＨを３に調整した。同時に、無水エタノール１５ｍｌに溶解したＴＥＯＳ  ８９ｍｌおよびチタンブトキシド９．８ｍｌ。脱イオン水７０ｍｌに溶解した硫酸アンモニウム１．７２０３ｇを添加した。ゲルが形成されるまで、全てを撹拌下および室温で維持した。
【００３４】
例３
アセチル白金アセトナート（Ｐｔ（ａｃａｃ）２）１．６８７１ｇをアセトン２４６ｍｌと混合した。白金錯体が溶解するまで、混合物を撹拌下に維持した。この混合物に、事前に脱イオン水４０ｍｌに溶解したＧＡＢＡ  １．２５０１ｇを添加した。リン酸でｐＨを３に調整した。同時に、無水エタノール１５ｍｌに溶解したＴＥＯＳ  ８９ｍｌおよびチタンブトキシド９．８ｍｌを添加した。脱イオン水１４０ｍｌに溶解した硫酸アンモニウム１．７２０３ｇを添加した。ゲルが形成されるまで、全てを撹拌下および室温で維持した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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