JP2005281654A

JP2005281654A - 温度応答性組成物およびそのヒドロゲル

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Publication number: JP2005281654A
Application number: JP2004102358A
Authority: JP
Inventors: Toshio Kajiuchi; 俊夫梶内; Yoshitsune Araya; 義経新屋; Takanori Yamanami; 隆徳山南
Original assignee: Dainichiseika Color and Chemicals Mfg Co Ltd; Rikogaku Shinkokai
Current assignee: Dainichiseika Color and Chemicals Mfg Co Ltd; Rikogaku Shinkokai
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】薬物や生理活性物質等の輸送・放出担体などとして有用な生体適合性を有する新規な温度応答性組成物およびそのヒドロゲルを提供すること。
【解決手段】ヒドロキシアルキルキトサンと水性液剤とを含むことを特徴とする温度応答性組成物および該組成物を加熱してゲル化させてなるヒドロゲル。
【選択図】なし

Description

本発明は、新規な温度応答性組成物およびそのヒドロゲルに関し、詳しくはヒドロキシアルキルキトサンを主成分とする温度応答性組成物および該組成物を加熱して得られるヒドロゲルに関する。

温度応答性組成物は、温度に応答して、通常、加熱により溶液状態からゲル状態へ変化する材料として知られている。上記の変化は可逆的または非可逆的である。このような温度応答性組成物は、創傷被覆材、止血材や抗血栓材などの材料や疾患時など生体が必要とするときのみに薬物を放出するインテリジェント製剤の担体などとして検討されている。

温度応答性組成物としては、温度応答性高分子として、例えば、澱粉、セルロースなどの非動物性多糖類の骨格に、加熱により凝集性を有するセグメント、例えば、ポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミドやポリ−Ｎ−ビニルイソ酪酸アミドなどが結合したものを使用するもの（特許文献１、２）（これらには室温で水や燐酸緩衝溶液に溶解して透明な液体となり、これを４０℃近くまで加熱するとゲル状となる例示がある）、オリゴペプチド鎖やオリゴ糖鎖などの生体内分解性高分子あるいは分子中に生体内分解性部位を有する高分子（生体内分解は酵素あるいは非酵素的加水分解である）に、ポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、ポリアクリルアミドなどの温度応答性高分子がグラフトされた水溶性高分子を使用するもの（特許文献３）（室温ではリン酸緩衝溶液の溶液となり、３５℃近くまで加熱するとゲル化するものの例示がある）などが提案されている。

特開２００３−２５２９３６号公報特開２００３−２５６０７５号公報特開平１１−３２２９４１号公報

本発明の目的は、薬物や生理活性物質などの輸送・放出担体などとして有用な生体適合性を有する新規な温度応答性組成物およびそのヒドロゲルを提供することである。
本発明者は上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、ヒドロキシアルキルキトサンを含む組成物が温度応答性を有することを見いだし、本発明を完成した。

上記目的は、以下の本発明によって達成される。即ち、本発明は、ヒドロキシアルキルキトサンと水性液剤とを含むことを特徴とする温度応答性組成物を提供する。

上記温度応答性組成物においては、ヒドロキシアルキル基が、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシブチル基およびヒドロキシヘキシル基から選ばれる少なくとの１種であること；ヒドロキシアルキルキトサンのヒドロキシアルキル化度が、ピラノース環１モル当たり０．５〜６モルであること；ヒドロキシアルキルキトサンの脱アセチル化度が、５０〜１００モル％であること；ヒドロキシアルキルキトサンの濃度が０．１〜９０質量％であること；およびさらに薬物または生理活性物質を含むことが好ましい。

また、本発明は、上記本発明の温度応答性組成物を加熱してゲル化させてなることを特徴とするヒドロゲル；および上記本発明の温度応答性組成物を加熱することを特徴とするヒドロゲルの製造方法を提供する。

本発明の温度応答性組成物は、温度の変化によりゲル化およびゾル化を引き起こすので、生体適合材料、微生物固定化担体、細胞増殖基盤、機能性分離膜、イオン透過膜、ドラックデリバリーシステム、メカノケミカル材料、センサー、スイッチなどに利用可能である。

以下に発明を実施するための最良の形態を挙げて本発明を詳細に説明する。
本発明で使用するヒドロキシアルキルキトサンとしては、無毒あるいは毒性の極めて低い生体適合性を有するキトサンをヒドロキシアルキル化したものであり、水や水性緩衝液などの水性液剤に溶解するものが使用される。その製造方法は、特に制限されず、例えば、キトサンのアミノ基および／または水酸基を、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、ヘキシレンオキシドなどでヒドロキシアルキル化する方法などが挙げられる。また、キチンを出発物質とし、これをヒドロキシアルキル化した後、脱アセチル化してもよい。ヒドロキシアルキル基としては、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシブチル基、ヒドロキシヘキシル基などのアルキル基の炭素数が３〜６程度のものが挙げられる。好ましいのは、ヒドロキシプロピルおよびヒドロキシブチル基である。

また、ヒドロキシアルキルキトサンのヒドロキシアルキル化度および脱アセチル化度は、特に制限されない。ヒドロキシアルキル化度は、ピラノース環１モル当り好ましくは０．５〜６モル、より好ましくは０．７〜３モルの範囲であり、脱アセチル化度は５０〜１００モル％の範囲が好ましい。ヒドロキシアルキルキトサンの分子量も、それが水性液剤に溶解する限りは特に制限はなく、例えば、数平均分子量（還元末端基をＳｈａｌｅｓ変法で定量して求めた）は１０，０００〜１，０００，０００の範囲が好ましい。

本発明の温度応答性組成物は、上記のヒドロキシアルキルキトサンと水性液剤とから構成され、溶液状態から加熱によりゲル状態に変化する。水性液剤としては、例えば、水、水性緩衝液（例えば、燐酸緩衝液、トリス一塩酸緩衝液、酢酸緩衝液、クエン酸緩衝液など）、生理食塩水、アルコール水溶液（例えば、エチルアルコール水溶液など）、多価アルコール水溶液（例えば、５質量％グリセリン水溶液、エチレングリコール水溶液など）、糖水溶液（例えば、５質量％グルコース水溶液、ブドウ糖水溶液など）が挙げられる。水溶液中のエチルアルコールなどの溶質の濃度は、ヒドロキシアルキルキトサンのヒドロゲルが形成される濃度であればよく、上記の濃度に限定されるものではない。これらの水性液剤は、ヒドロキシアルキルキトサンの可溶性液剤であり、温度応答性組成物およびそれから得られるヒドロゲルの使用目的に応じて最適なものを選択して使用する。

本発明の温度応答性組成物は、ヒドロキシアルキルキトサンを、水性液剤に溶解した溶液として、あるいは加熱してゲル化させた状態として使用することができる。上記組成物中のヒドロキシアルキルキトサンの濃度は、その溶液粘度によって異なるが、通常、０．１〜９０質量％、好ましくは０．５〜５０質量％、さらに好ましくは２〜１５質量％である。

ヒドロキシアルキルキトサンは、水性液剤に室温では不溶性のため、その溶液を得ることはできないが、好ましくは１０℃以下、さらに好ましくは４℃で溶解すると透明な溶液が得られる。この溶液を加熱すると１５〜２５℃付近でゲル化が始まり、３０℃でほぼゲル化が終了する。得られたヒドロゲルは、温度を低下させれば溶液状態に戻る。従って、本発明の温度応答性組成物は、可逆的ヒドロゲル形成物質である。

本発明の温度応答性組成物を、薬物あるいは生理活性物質の輸送・放出担体として使用する場合には、薬物あるいは生理活性物質を本発明の温度応答性組成物を形成する過程で混合する。その際、異なるヒドロキシアルキルキトサンの組み合わせ、濃度などを適宜、調整することによって、薬物・生理活性物質の放出能を自在に制御して、所望の性質をもつドラッグデリバリー担体を製造することができる。

ヒドロキシアルキルキトサンは生体適合性の高分子であることから、本発明の温度応答性組成物は、上記の担体以外にも、目的の薬物などを加えて患部に適用する創傷被覆材、癒着防止材、止血材などとしても使用することができる。さらには、酵素固定化担体、微生物固定化担体などとしても使用可能である。

次に実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１
試験管中のヒドロキシプロピルキトサン（ヒドロキシプロピル化度３．４モル、脱アセチル化度９０モル％、数平均分子量１５０，０００）０．１ｇに蒸留水を０．９ｇ加えた後、４℃で２４時間攪拌し、溶解させる。完全に溶解すると、薄黄色の透明で粘性の高い溶液である本発明の温度応答性組成物が得られた。該温度応答性組成物（４℃）の入った試験管を４５℃の恒温水槽に浸すと、粘性が次第に増し、本発明のヒドロゲルが形成された。

実施例２
試験管中のヒドロキシブチルキトサン（ヒドロキシブチル化度１．０モル、脱アセチル化度１００モル％、数平均分子量２３０，０００）０．２ｇに燐酸緩衝液（ｐＨ７．４）を０．８ｇ加えた後、４℃で２４時間攪拌し、溶解させる。完全に溶解すると、薄黄色の透明で粘性の高い溶液である本発明の温度応答性組成物が得られた。この温度応答性組成物（４℃）の入った試験管を３７℃の恒温水槽に浸すと、次第に粘性が増し、本発明のヒドロゲルが形成された。

実施例３
試験管中に低分子量ヒドロキシブチルキトサン（ヒドロキシブチル化度１．０モル、脱アセチル化度１００％、数平均分子量１５０，０００）０．１ｇに高分子量ヒドロキシブチルキトサン（ヒドロキシブチル化度１．０モル、脱アセチル化度１００モル％、数平均分子量２３０，０００）０．１ｇを加え、さらに蒸留水を０．８ｇ加えた後、４℃で２４時間攪拌し、溶解させる。完全に溶解すると、薄黄色の透明で粘性の高い溶液である本発明の温度応答性組成物が得られる。該温度応答性組成物（４℃）の入った試験管を、室温の恒温水槽に浸すと、粘性が次第に増し、本発明のヒドロゲルが形成された。

実施例４
表１に示す３種のヒドロキシブチルキトサンを用い、実施例１と同様にしてこれらのヒドロキシブチルキトサンの１０質量％水溶液である本発明の温度応答性組成物を調製した。氷冷したこれらの３種の水溶液である温度応答性組成物が入ったそれぞれの試験管を、１０℃の恒温槽に２分間浸し、次いで１℃昇温させて２分間放置する操作を３０℃まで繰り返し、増粘が始まった温度からは、試験管を反転させ、溶液の流動状態および色調を観察し、溶液が流動しなくなった温度をゲル化温度とした。このようにして求めたゲル化温度とホドロゲルの色調を表２に示す。

実施例５
表３に記載のヒドロキシブチルキトサン（表１参照）の濃度の異なる燐酸緩衝液の溶液である本発明の温度応答性組成物を４℃で調製し、これらの温度応答性組成物の入った試験管をそれぞれ３７℃の恒温水槽に浸し、ゲル化の様子を観察した。結果を表３に示す。

実施例６
実施例１と同様の操作で、試験管中で表４に記載のヒドロキシブチルキトサン（表１参照）の濃度の異なる燐酸緩衝液の溶液である本発明の温度応答性組成物を調製し、さらに、それぞれの温度応答性組成物に、モデル薬物としての５％牛血清アルブミンタンパク質（ＢＳＡ：分子量６６，０００）が２％濃度となるように加え、さらに４℃で２４時間静かに混合し、薄黄色の透明で粘性の高い溶液状の本発明の温度応答性組成物を得た。これらの温度応答性組成物（４℃）を３７℃の恒温水槽に浸すと、次第に粘性が増し、本発明のヒドロゲルが形成された。それぞれのヒドロゲル０．５ｇをガラス製蓋付きサンプル瓶に採取し、これらに３７℃に予熱した燐酸緩衝液を９．５ｍｌ加え、３７℃の振とう式恒温槽中に浸して所定時間放置した後、上澄み液を２ｍｌ抜き取り、該２ｍｌの上澄み液のＢＳＡ濃度をＢＣＡ法（ピアス社製ＢＣＡタンパク質測定キットを使用）により決定した。上澄み液を抜き取った後には、３７℃に予熱した燐酸緩衝液を毎回２ｍｌ加え、上記と同様にしてＢＳＡ濃度を測定した。このような操作を繰り返して行ない、経日による燐酸緩衝液中へのタンパク質の放出挙動を調べた。結果を図１〜３に示す。本発明のヒドロゲルは１０日間以上にわたり、いずれもＢＳＡの徐放性効果が見られた。

以上の本発明によれば、薬物・生理活性剤の輸送・放出担体や患部へ適応可能な創傷被覆材、止血材などにも使用できる生体適合性を有するヒドロキシアルキルキトサンを用いた温度応答性組成物およびそのヒドロゲルが提供される。

実施例６のヒドロゲル（実験番号４〜７）からのＢＳＡ放出挙動を示す図である。実施例６のヒドロゲル（実験番号８〜１１）からのＢＳＡ放出挙動を示す図である。実施例６のヒドロゲル（実験番号１２〜１５）からのＢＳＡ放出挙動を示す図である。

Claims

ヒドロキシアルキルキトサンと水性液剤とを含むことを特徴とする温度応答性組成物。
ヒドロキシアルキル基が、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシブチル基およびヒドロキシヘキシル基から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の温度応答性組成物。
ヒドロキシアルキルキトサンのヒドロキシアルキル化度が、ピラノース環１モル当たり０．５〜６モルである請求項１に記載の温度応答性組成物。
ヒドロキシアルキルキトサンの脱アセチル化度が、５０〜１００モル％である請求項１に記載の温度応答性組成物。
ヒドロキシアルキルキトサンの濃度が、０．１〜９０質量％である請求項１に記載の温度応答性組成物。
さらに薬物または生理活性物質を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の温度応答性組成物。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の温度応答性組成物を加熱してゲル化させてなることを特徴とするヒドロゲル。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の温度応答性組成物を加熱することを特徴とするヒドロゲルの製造方法。