JP2013500058A - 原子層堆積によって形成された無機物コーティング層を有する医療装置 - Google Patents

Abstract

１つ以上の無機物コーティング層を含むコーティングを有する医療装置。無機物コーティング層は原子層堆積のような自己制御的堆積プロセスによって形成され得る。無機物コーティング層は３０ｎｍ未満の厚さを有する。無機物コーティング層はまた制御放出バリアとして治療薬と組み合わせて用いられ得る。無機物コーティング層は、例えば、亀裂または層剥離に対する耐性、高度な均一性、高度な共形性、および／または低い堆積温度との適合性を含む様々な望ましい特性を有し得る。

Description

本発明は医療装置に関し、とりわけ無機物コーティングを有する医療装置に関する。

ステントにおける無機物コーティングの使用により、医療装置の生体適合性が向上する。例えば、無機物コーティングは、ステントの血管内への埋め込みに関連し得る血栓形成、組織刺激または組織炎症を低減し得る。しかしながら、時にはステント上における無機物コーティングの使用に関連する様々な問題が起こる。そのような問題としては、例えば、ステント留置の間における前記コーティングの亀裂または層剥離、高いプロセス温度の必要性、基材密着性の欠如、可撓性の欠如、均一性の欠如、コーティング工程の信頼性の欠如、またはバッチ処理のための選択肢の欠如が挙げられ得る。それゆえ、ステントのような医療装置における無機物コーティングの改善が必要である。

本開示は、改善された無機物コーティング層を有する医療装置を提供する。例えば、本開示の無機物コーティング層は亀裂および／または層剥離に耐性を有し得る。別の例において、本開示の無機物コーティング層は高度に共形（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）であり、かつ／または厚さが高度に均一であり得る。別の例において、本開示の無機物コーティング層は生産効率を増大するためにバッチ処理によって施され得る。別の例において、本開示の無機物コーティング層は治療薬の放出の制御のために用いられ得る。

一実施形態において、本開示はコーティングを有する医療装置を提供する。前記コーティングは、無機材料を含有する無機物コーティング層を含み、前記無機物コーティング層は３０ｎｍ未満の厚さを有する。

別の実施形態において、本開示は医療装置を被覆する方法を提供する。該方法は、治療薬のコーティングを有する医療装置を提供することと、前記治療薬の上に原子層堆積によって無機物コーティング層を堆積させることとを含む。

別の実施形態において、本開示は医療処置の方法を提供する。該方法は、無機物コーティング層を含むコーティングを有する医療装置を提供することであって、前記無機物コーティング層は無機材料を含有することと、前記医療装置を患者の体内に埋め込むことと、実質的に前記無機物コーティング層に亀裂が入ったり、前記層が層剥離したりすることなく、前記医療装置を変形させることとを含む。

別の実施形態において、本開示は、管腔面、外面およびコーティングを有するステントを提供する。前記コーティングは、ステントの管腔面の上に配置された内部無機物コーティング層と、ステントの外面の上に配置された外部無機物コーティング層とを備え、前記内部コーティング層の厚さと、前記外部コーティング層の厚さとが、実質的に同一であるか、または２０％未満の違いがある。一部の例では、前記コーティングはステントの上方において共形である。一部の例では、前記内部無機物コーティング層は３０ｎｍ未満の厚さを有する。

別の実施形態において、本開示はコーティングを有する医療装置を提供する。前記コーティングは、治療薬と、前記治療薬の上に配置された無機物コーティング層とを含み、前記無機物コーティング層は原子層堆積によって形成される。一部の例では、前記無機物コーティング層は治療薬に対して多孔性である。一部の例では、前記医療装置は、前記無機物コーティング層の下に配置された基材コーティング層をさらに備え、前記基材コーティング層は前記治療薬に接しているか、または前記医療装置の表面と前記治療薬との間に配置されている。一部の例では、前記無機物コーティング層は酸化アルミニウムを含有し、前記基材コーティング層は酸化チタンを含有する。

原子層堆積によってどのようにコーティングを形成することができるかの例を示す図。 原子層堆積によってどのようにコーティングを形成することができるかの例を示す図。 原子層堆積によってどのようにコーティングを形成することができるかの例を示す図。 原子層堆積によってどのようにコーティングを形成することができるかの例を示す図。 原子層堆積によってどのようにコーティングを形成することができるかの例を示す図。 酸化アルミニウムコーティングが原子層堆積によってどのように医療装置に形成され得るかを示す図。 酸化アルミニウムコーティングが原子層堆積によってどのように医療装置に形成され得るかを示す図。 酸化アルミニウムコーティングが原子層堆積によってどのように医療装置に形成され得るかを示す図。 酸化アルミニウムコーティングが原子層堆積によってどのように医療装置に形成され得るかを示す図。 酸化アルミニウムコーティングが原子層堆積によってどのように医療装置に形成され得るかを示す図。 酸化アルミニウムコーティングが原子層堆積によってどのように医療装置に形成され得るかを示す図。 原子層堆積によって堆積されたコーティングを有するステントを示す斜視図。 原子層堆積によって堆積されたコーティングを有するステントを示す端面図。 原子層堆積によって堆積されたコーティングを有するステントを示す、ステントストラット間の角部の拡大図。 冠状動脈ステントにおける厚さ５ｎｍの酸化チタンコーティングの顕微鏡画像。 冠状動脈ステントにおける厚さ３０ｎｍの酸化チタンコーティングの顕微鏡画像。 無機物コーティング層が治療薬の上にどのように堆積され得るかの例を示す図。 無機物コーティング層が治療薬の上にどのように堆積され得るかの例を示す図。 ステント上におけるパクリタキセル粒子の画像を示す図。 薬剤上に２０ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３コーティング層を備えたパクリタキセル被覆ステントを示す図。 薬剤上に２０ｎｍのＳｉＯ_２コーティング層を備えたパクリタキセル被覆ステントを示す図。 薬剤上に５ｎｍのＴｉＯ_２コーティング層を備えたパクリタキセルを被覆するステントを示す。 原子層堆積によって堆積された無機物コーティング層のバリア特性を試験した実験の結果を示す図。 医療装置上における多層コーティングを示す図。 基材コーティング層、治療薬および無機物コーティング層が医療装置上にどのように堆積され得るかの例を示す図。 基材コーティング層、治療薬および無機物コーティング層が医療装置上にどのように堆積され得るかの例を示す図。 基材コーティング層、治療薬および無機物コーティング層が医療装置上にどのように堆積され得るかの例を示す図。

本開示の医療装置は１つ以上の無機物コーティング層を含むコーティングを有する。本開示の無機物コーティング層は、連続的であってもよいし、または不連続であってもよい（例えば、前記コーティング層はパターン化されていてもよいし、または島または粒子として分散されていてもよい）。特定の実施形態において、１つ以上の無機物コーティング層は自己制限的堆積プロセス（ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）によって形成される。自己制限的堆積プロセスでは、コーティング層の成長は、十分な量の堆積材料が依然として利用可能であっても、特定の時点後に（例えば、関与する分子の熱力学状態または結合の性質により）停止する。例えば、前記コーティング層は、各単層の成長が次の単層が堆積される前に完了する交互積層（ｌａｙｅｒ−ｂｙ−ｌａｙｅｒ）プロセスで成長し得る。

無機物コーティング層を製造するのに適した様々な種類の自己制限的堆積プロセスが用いられ得る。自己制限的堆積プロセスの例としては、原子層堆積（原子層エピタキシーとしても知られている）、パルスプラズマ強化化学蒸着（ｐｕｌｓｅｄ ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）（セマン（Ｓｅｍａｎ）ら、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９０：１３１５０４（２００７年）参照）、分子層堆積および放射線照射誘起蒸着（ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が挙げられる。

原子層堆積は、コーティングが自己制限的な表面反応によって基材上に成長する気相堆積プロセスである。原子層堆積は、一般に、２つの半反応に分けられる二成分反応（ｂｉｎａｒｙ ｒｅａｃｔｉｏｎ）による二元反応シーケンスを用いて行われる。図１Ａ〜図１Ｅは、２つの連続した半反応を用いた原子層堆積によってコーティングをどのように形成することができるかの例を概略的に示している。図１Ａを参照すると、反応部位２６１を有する表面を備えた基材２６０は反応室の内部に配置される。第１半反応では、気相にある第１前駆体種２６２が反応室に供給される。第１前駆体種２６２は、反応部位２６１と反応することによって、基材２６０の表面上に化学吸着される。図１Ｂに示すように、前駆体種２６２の化学吸着は表面が飽和するまで進行し、その時点で反応は自己停止して、単層２６６を生じる。一旦この半反応が完了すると、付加的な反応物の曝露は単層２６６のさらなる成長を生じない。次に、第１前駆体種２６２は反応室から除去される。単層２６６は、次の前駆体材料と反応するための反応部位２６５を有する。

図１Ｃに示すように、第２半反応のために、気相にある第２前駆体種２６４が反応室に供給される。第２前駆体種２６４は単層２６６の表面上にある反応部位２６５と反応する。図１Ｄに示すように、第２前駆体種２６４の化学吸着は単層２６６の飽和まで進行し、その時点で反応は自己停止し、別の単層２６８を生じる。次に、第２前駆体種２６４は反応室から除去される。単層２６８の表面は、第１前駆体種２６２と反応することができる反応部位２６９を有し、所望の膜厚が得られるまで付加的な反応サイクルを可能にする。例えば、図１Ｅは、いくつかの反応サイクルによって形成された一連の単層２６６，２６８を有する基材２６０を示している。

図２Ａ〜図２Ｆは酸化アルミニウムコーティング層が原子層堆積によってどのように医療装置上に形成され得るかを示している。そのプロセスは下記の２つの連続した半反応を伴う。

（Ａ） ：Ａｌ−ＯＨ＋Ａｌ（ＣＨ_３）_３（ｇ）→：Ａｌ−Ｏ−Ａｌ（ＣＨ_３）_２＋ＣＨ_４
（Ｂ） ：Ａｌ−Ｏ−Ａｌ（ＣＨ_３）_２＋２Ｈ_２Ｏ→：Ａｌ−Ｏ−Ａｌ（ＯＨ）_２＋２ＣＨ_４
前記式中、：ＡｌＯＨおよび：Ａｌ−Ｏ−Ａｌ（ＣＨ_３）_２は表面種である。これらの２つの半反応は全反応：Ａｌ−ＯＨ＋Ａｌ（ＣＨ_３）_３＋２Ｈ_２Ｏ→：Ａｌ−Ｏ−Ａｌ（ＯＨ）_２＋３ＣＨ_４を与える。

図２Ａは、ネイティブなヒドロキシル基を有するアルミニウム表面を提供する医療装置の一部２２０を示す。これらのネイティブなヒドロキシル基は、水蒸気によるアルミニウム表面の前処理によって提供され得る。図２Ｂを参照すると、前記医療装置は反応室の内部に配置され、前記反応室にはＡｌ（ＣＨ_３）_３（トリメチルアルミニウム）ガスが導入される。Ａｌ（ＣＨ_３）_３分子はアルミニウム表面上のネイティブなヒドロキシル基と反応して、メチル終端アルミニウム種を形成する。図２Ｃ参照すると、すべてのネイティブなヒドロキシル基がＡｌ（ＣＨ_３）_３と反応した後、反応は自己停止して、メチル終端アルミニウムの単層を生じる。次に、過剰なＡｌ（ＣＨ_３）_３ガスは反応室から除去される。

次に、前記反応室には水蒸気が導入される。図２Ｄに示したように、水分子２２４は新たな単層の表面上に懸垂したメチル基と反応して、Ａｌ−Ｏブリッジと表面ヒドロキシル基とを形成する。図２Ｅを参照すると、すべてのメチル終端アルミニウム種が水分子２２４と反応した後に反応は自己停止して、水酸化アルミニウム種の単層を生じる。この水酸化アルミニウム種の単層は、次のトリメチルアルミニウムに対する曝露のサイクルのために用意されたヒドロキシル基を有する。図２Ｆを参照すると、これらの反応は、所望の厚さのコーティングを形成するために周期的に繰り返される。この種の原子層堆積はベネク（Ｂｅｎｅｑ）（フィンランド国ヴァンター）において入手可能である。

原子層堆積は、無機材料および有機材料の双方を含む多数の種類の材料を堆積させるために用いることができる。例えば、Ａｌ_２Ｏ_３の他に、原子層堆積コーティングスキームは、シリカ（ＳｉＯ_２）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、タングステン（Ｗ）他のために設計されてきた。また、イリジウム酸化物コーティングは、２３０〜２９０℃の間の温度における（エチルシクロペンタジエニル）（１，５−シクロオクタジエン）イリジウムと酸素ガスとの交互の供給を用いた原子層堆積によって堆積され得ることも知られている。原子層堆積を用いて堆積することができる他の無機材料としては、Ｂ_２Ｏ_３、Ｃｏ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＮｉＯ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＳｎＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴａＮｘ、ＴａＮ、ＡｌＮ、ＴｉＣｒＯｘ、ＴｉＮ、ＶＯ_２、ＷＯ_３、ＺｎＯ、（Ｔａ／Ａｌ）Ｎ、（Ｔｉ／Ａｌ）Ｎ、（Ａｌ／Ｚｎ）Ｏ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｒＯ、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｃａ_１０（ＰＯ_４）（ＯＨ）_２（ヒドロキシルアパタイト）および希土類酸化物が挙げられる。原子層堆積はまた、３−（アミノプロピル）トリメトキシシロキサン、および１，２，３，５−ベンゼンテトラカルボン無水物−４，４−オキシジアニリン（ＰＭＤＡ−ＯＤＡ）および１，２，３，５−ベンゼンテトラカルボン無水物−１，６−ジアミノヘキサン（ＰＭＤＡ−ＤＡＨ）のようなポリイミドを含む有機材料によって用いられてきた。

原子層堆積によって医療装置を被覆することはまた、生産効率および／またはプロセス信頼性を向上させるために、バッチ処理を可能にすることができる。多数の医療装置をコーティング室に配置して、それらの医療装置を原子層堆積によって同時に被覆することができる。また、これは多数の医療装置が同一の堆積条件に晒されることを可能にすることから、各医療装置に対して実質的に同一のコーティングを施すことができるため、プロセス信頼性が改善され得る。

無機物コーティング層を形成するために自己停止堆積プロセスを用いることによって、前記コーティング層は、医療装置の異なる領域にわたって厚さのより高い均一性および／または高度な共形性（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｉｔｙ）を有し得る。本発明は、他の方法ではコーティングの均一性を達成することが困難であり得る空間的に難しい構造（ｓｐａｔｉａｌｌｙ ｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する医療装置を被覆する際に有用であり得る。例えば、ステントは、従来のライン・オブ・サイト（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）コーティング技術（スプレーコーティングのような）に対して難しい形状を示し得る。スプレーコーティング法によって被覆されたステントは、多くの場合、外面と比較して到達し難い（内側に面した）管腔面において、より薄いコーティングを有することになる（例えば、管腔面のコーティングは外面のコーティングの厚さの３分の１であり得る）。

図３Ａ〜図３Ｃに示される実施形態を参照すると、冠状動脈ステント４０は原子層堆積によって堆積された無機物コーティング層を有する。図３Ａは、開格子形態にあるステントストラット４２から形成されたステント４０の斜視図を示している。図３Ｂの端面図に示すように、ステント４０は、ステントストラット４２によって画定された内側管腔４６を有する。またこの図に見られるように、ステント４０は、ステント４０の管腔側に内部コーティング層４４と、ステント４０の外側（すなわち、反内腔側）に外部コーティング層５２とを有する。コーティング層の原子層堆積は、ステント上により均一なコーティング厚を提供することができる。それゆえ、内部コーティング層４４の厚さは、外部コーティング層５２の厚さに比べて、例えば外部コーティング層の厚さの２０％未満だけ異なってもよく（例えば、内部コーティング層がより薄い場合がある）、または場合により、１０％未満だけ異なってもよく、または場合により、実質的に同一であってもよい。また、ステントストラット４２の側壁もまた側壁コーティング層５４で被覆されている。外部コーティング層５２、内部コーティング層４４、および側壁コーティング層５４は共に、ステント４０のまわりに共形なコーティングを形成する。側壁コーティング層５４の厚さは、内部コーティング層４４または外部コーティング層５２の厚さと比較して、例えば、内部コーティング層または外部コーティング層の厚さの２０％未満だけ異なる（例えば、側壁コーティング層５４はより薄くなり得る）、または場合により１０％未満だけ異なる、または場合により実質的に同一であり得る。

また、原子層堆積によって非常に高いアスペクト比構造（深く狭いトレンチまたはナノ粒子など）を一様に被覆することができることも示されている。したがって、本開示による特定の実施形態は、複雑な形状を有する医療装置の上方においてより共形なコーティングを可能にし得る。例えば、ステントでは、ステントストラット同士が交わる、または合わさる角部はコーティングの課題を示し得る。ライン・オブ・サイトコーティングプロセス（例えばスプレーコーティング）によると、角部において被覆域（ｃｏｖｅｒａｇｅ）の隙間または不均衡に薄いコーティングが存在することがある。これに代わって、浸漬被覆またはゾルゲルのような液相法においては、コーティング液が表面張力によってステントの角部に蓄積し得る。これは、ステント角部におけるコーティングが直線的なストラット部分におけるものよりも不均衡に厚くなることを生じ得る。これらのストラットの角部はステント拡張中にステントが歪みを受ける場所であり得るため、角部において厚すぎるコーティングは、ステント拡張中に亀裂が入ったり、かつ／または層剥離したりする可能性が高い。

図３Ｃは、ステントストラット４２によって形成された開格子形態の拡大図を示している。ステントストラット４２は異なるストラット４２が交わる角部４８を形成する。無機物コーティング層５０はこれらの角部４８において浸透して被覆域を提供する。したがって、無機物コーティング層５０はステント４０の上方において共形をなす。本願において「共形（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）」とは、コーティング層が医療装置の幾何学的形状の輪郭に沿って、医療装置のほぼすべての表面の上を連続的に覆うことを意味する。また、コーティング層５０はステント拡張中の角部４８における亀裂および／または層剥離に耐えるために十分に薄く、かつ均一である。

本開示による無機物コーティング層は、特定用途に応じて、様々な厚さを有し得る。図４Ａおよび図４Ｂについて、冠状動脈ステントは、８０℃での原子層堆積によって、酸化チタンで、５ｎｍまたは３０ｎｍのいずれかの厚さに被覆された。図４Ａは、ステントの拡張後に得られた画像による、厚さ５ｎｍの酸化チタンコーティングを有するステントの顕微鏡画像を示している。ここで見られるように、酸化チタンコーティングの目に見える亀裂または層剥離は存在しなかった。図４Ｂは、ステントの拡張後に得られた画像による、厚さ３０ｎｍの酸化チタンコーティングを有するステントの顕微鏡画像を示している。ここで見られるように、ステントの拡張後に、高い歪み点においていくらかのコーティングの亀裂および層剥離が存在した。これらの結果に基づいて、いくつかの実施形態において、無機物コーティング層の厚さは３０ｎｍ未満であり、いくつかの場合には２０ｎｍ未満である。無機物コーティング層は０．５ｎｍほどの薄さであってもよいが、他の厚さも可能である。ゾルゲル技術のような他の種類のコーティングプロセスは、そのような均一な薄さの無機物コーティングを提供することができないことがある。

本発明の無機物コーティング層は亀裂および／または層剥離に耐性を有し得るため、無機物コーティング層は留置中に変形を受ける医療装置を被覆するのに有用である。例えば、ステント、ステントグラフト、カテーテル、バルーンカテーテルおよびガイドワイヤーは、留置の間に有意な変形を受け得る。特定の実施形態において、無機物コーティング層は、患者の体内での留置中における医療装置の変形にもかかわらず、亀裂が入ったり、層剥離したりしない。例えば、本発明の無機物コーティング層を有するステントは、ステントの留置の間に、無機物コーティング層の亀裂または層剥離を生じることなく、拡張を受け得る（例えば直径の少なくとも５０％の増大を伴う）。

その生体適合性、結晶構造、空隙率（例えばナノ空隙率）、安定性（例えば埋め込みの際の分解性または溶解性）、または基材密着性を含む無機物コーティング層の様々な特性は、コーティング層材料および／または堆積条件の選択により変更され得る。上述のように、本開示の実施形態による無機物コーティング層は、無機窒化物、無機酸化物または金属を含む様々な種類の無機材料を含有する。無機酸化物としては、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素または酸化亜鉛が挙げられる。

酸化チタンコーティングは非常に生体適合性であり、かつ低血栓形成性を有することが知られており、そのより良好な耐食性のために、酸化チタンコーティングはステンレス鋼よりさらに生体適合性であり得る。また、酸化チタンコーティングは生物学的に安定であり、埋め込み型医療装置上において恒久的なコーティングとして機能し得る。酸化チタンコーティングの生体適合性、空隙率、表面界面（ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、および／または耐食性はまた、その結晶構造に依存し得る。この点に関して、酸化チタンは非晶形または結晶形で存在し得る。原子層堆積において、酸化チタンの結晶性アナターゼ形は、比較的高い堆積温度（例えば２５０℃超）で優先的に発現するのに対し、酸化チタンの非晶形は比較的低い堆積温度（例えば１５０℃未満）で優先的に発現する。

酸化チタンコーティング層と比較すると、酸化アルミニウムコーティング層は、水溶液中への浸漬または患者の体内における埋め込みにより、より速やかに分解を受け得る。酸化アルミニウムコーティング層はまた、同一の厚さの酸化チタンコーティング層よりも多孔性であり得る。酸化アルミニウムもまた比較的低い堆積温度で堆積することができる。例えば、酸化アルミニウムは、トリメチルアルミニウムおよび水を用いて、約５０℃ほどの温度で原子層堆積によって堆積され得る。

特定の実施形態において、前記医療装置におけるコーティングはさらに治療薬を含有する。本発明の無機物コーティング層は、治療薬の放出を制御するためのバリア層として治療薬の上に配置される。前記治療薬は、連続層または不連続層を含めた多くの方法で分散され得る（例えば、前記治療薬はパターン化された層であってもよいし、または島または粒子として分散されていてもよい）。前記治療薬の上に無機物コーティング層が堆積される場合、堆積温度は前記治療薬の熱分解を回避または低減するように選択され得る。例えば、１２５未満℃の堆積温度は、堆積プロセス中の間に治療薬を維持するために有用であり得る。５０℃ほどの堆積温度が用いられてもよいが、他の堆積温度も可能である。

図５Ａおよび図５Ｂは無機物コーティング層が治療薬の上にどのように堆積され得るかの例を示している。図５Ａは、医療装置の一部６０を示している。前記医療装置の一部６０に治療薬のコーティングが施される。この例において、前記治療薬は液体溶液で施され、乾燥されると、前記治療薬は粒子６２に分散されるようになる。一例として、図６はステント上におけるパクリタキセル粒子の画像を示す。図５Ｂを参照すると、無機物コーティング層６４は、原子層堆積によって、医療装置および治療薬粒子６２の上に堆積される。ここで見られるように、無機物コーティング層６４は、治療薬の粒子６２の上を共形的（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｌｙ）に被覆する。これは、表面に緩く結合した任意の粒子６２の付着性を向上し得る。代替の実施形態において、粒子６２の代わりに、治療薬は連続層として提供されてもよい。

無機物コーティング層６４の様々な特性は、無機物コーティング層６４の空隙率および／または分解性のような、治療薬の放出速度に影響を与えるであろう。無機物コーティング層６４の空隙率および／または分解性はその組成に依存し得る。例えば、酸化アルミニウム、酸化亜鉛または酸化ケイ素から形成された無機物コーティング層は、同一の厚さの酸化チタンコーティング層よりも、多孔性であり得る、またはより迅速に（例えば水溶液中への浸漬後または患者の体内への埋め込み後の数日または数週間以内に）分解し得る。一部の例では、前記無機物コーティング層は患者の体内における医療装置の埋め込み後、４週間以内に完全に分解する。

さらに、本開示による実施形態の例は、原子層堆積によってステント上に形成された無機物コーティング層を示す図７〜図９の画像に示されている。図７について、金属ステントはパクリタキセル粒子で被覆され、前記パクリタキセル粒子の上には、２０ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３コーティング層が８０℃の温度で原子層堆積によって堆積された。図７の画像はステントの緊縮および拡張の後に得られた。ここで見られるように、Ａｌ_２Ｏ_３コーティング層の目に見える層剥離または亀裂は存在しなかった。図８について、金属ステントはパクリタキセル粒子で被覆され、前記パクリタキセル粒子上には、２０ｎｍのＳｉＯ_２コーティング層が７５℃の温度で原子層堆積によって堆積された。図８の画像はステントの緊縮および拡張の後に得られた。ここで見られるように、ＳｉＯ_２コーティング層の目に見える層剥離または亀裂は存在しなかった。図９について、金属ステントはパクリタキセル粒子で被覆され、前記パクリタキセル粒子の上には、５ｎｍのＴｉＯ_２コーティング層が８０℃の温度で原子層堆積によって堆積された。図９の画像はステントの緊縮および拡張の後に得られた。やはり、ＴｉＯ_２コーティング層の目に見える層剥離または亀裂は存在しなかった。図９のＴｉＯ_２コーティング層は非常に薄いため、パクリタキセル粒子がコーティング層を介して目に見える。

図１０は原子層堆積によって堆積された無機物コーティング層のバリア特性を試験した実験の結果を示している。５０ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３コーティング層がパクリタキセル被覆ステント上に原子層堆積によって堆積された。前記Ａｌ_２Ｏ_３被覆ステントは、対照として未被覆の（無機物コーティング層によって被覆されていない）パクリタキセル被覆ステントと共に、食塩水溶液中に浸漬され、溶出した薬剤の量が経時的に測定された。未被覆のパクリタキセル被覆ステントについては、ほぼすべての薬剤のほとんど即時の放出が起こった。それに比べて、Ａｌ_２Ｏ_３被覆ステントについては、若干の薬剤の即時放出が起こり、その後、約１週間にわたるより長期間の薬物放出が生じた。この長期間の薬物放出は、食塩水中におけるＡｌ_２Ｏ_３コーティング層の溶解を伴うものと考えられる。

特定の実施形態において、前記医療装置上におけるコーティングは複数の無機物コーティング層を備える。多数の無機物コーティング層を用いることは、コーティングの特性を変化させる際の制御の付加的な程度を可能にし得る。例えば、多数の無機物コーティング層は、治療薬の放出の制御において互いに協働するように設計され得る。図１１に示す実施形態を参照すると、多層コーティングが医療装置の一部７０の上に提供されている。多層コーティングは、治療薬層７２と、前記治療薬の上に多数の無機物コーティング層とを備える。前記治療薬層７２の上には１５ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３層７８が堆積される。次に、前記Ａｌ_２Ｏ_３層７８の上には非常に薄い０．５ｎｍのＴｉＯ_２層７４が堆積される。このＴｉＯ_２層７４は非常に薄いので、該層は不連続であり、コーティングの島のみが形成される。次に、前記ＴｉＯ_２層７４の上に、厚さ１ｎｍのＡｌ_２Ｏ_３層７６が堆積される。このプロセスは、治療薬層７２の上にＡｌ_２Ｏ_３層とＴｉＯ_２層とを交互に形成するために繰り返される。

特定の実施形態において、前記治療薬の上の無機物コーティング層に加えて、本開示のコーティングは無機物コーティング層の下に位置する基材コーティング層をさらに備える。前記基材コーティング層は前記治療薬に接していてもよいし、または前記医療装置の表面と前記治療薬との間に配置されていてもよい（すなわち、基材コーティング層の少なくとも一部が治療薬の下に位置する）。この基材コーティング層は、前記治療薬の担体として機能する、前記治療薬の医療装置の表面との付着性を向上させる、前記治療薬の放出を制御する、または、無機物コーティング層が分解されて治療薬が放出された後に医療装置に対して生体適合性表面を提供することを含めた、様々な機能を果たし得る。この基材コーティング層は、医療装置の表面に直接置かれてもよいし、そうでなければ医療装置の表面を覆うように置かれてもよい（すなわち、医療装置の表面と基材コーティング層との間に介在する層が存在してもよい）。

前記基材コーティング層は、本開示の自己制限的堆積プロセスまたは他の適当なコーティング技術によって（例えば原子層堆積によって）形成され得る。例えば、「Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｈａｖｉｎｇ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｌａｙｅｒｓ」と題された米国特許仮出願番号第６１／０４７，４９５号（キューリング（Ｋｕｅｈｌｉｎｇ）らにより２００８年４月２４日に出願）に記載されているように、前記基材コーティング層は無機粒子の高速衝突（ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｉｍｐａｃｔｉｏｎ）によって施されてもよい。前記特許文献は、参照によって本願に援用される。前記基材コーティング層は無機物であってもよいし、または有機物（例えば、ポリマー）であってもよい。一部の例では、前記基材コーティング層は治療薬の担体として機能してもよい。例えば、前記基材コーティング層は多孔性ナノ粒子を含有し、その多孔性ナノ粒子中に前記治療薬が含まれてもよい。別の例において、前記治療薬はナノ粒子上に被覆されてもよい。一部の例では、前記基材コーティング層は３０ｎｍ未満の厚さを有し、０．５ｎｍほどの薄さであってもよいが、他の厚さも可能である。

図１２Ａ〜図１２Ｃに示す実施形態を参照すると、医療装置の一部８０は、原子層堆積によって堆積された酸化チタン基材コーティング層８２で被覆される。次に、前記基材コーティング層８２は治療薬でスプレーコーティングされ、前記治療薬は、基材コーティング層８２上に該治療薬の粒子８４を形成する。次に、前記粒子８４および基材コーティング層８２の上に、ナノ多孔性酸化アルミニウムコーティング層８６（すなわちバリヤー層）が原子層堆積によって形成される。

前記医療装置が患者の体内へ埋め込まれると、前記ナノ多孔性酸化アルミニウムコーティング層８６を介した前記治療薬の初期バースト放出が起こり得る。より長期間にわたって、無機物コーティング層８６を介した拡散、並びに無機物コーティング層８６の分解による治療薬の継続した放出が生じる。前記無機物コーティング層８６の分解および治療薬の放出は、酸化チタン基材コーティング層８２が残るまで続く。残った酸化チタン基材コーティング層８２は前記医療装置に対して生体適合性表面を提供する。

特定の実施形態において、前記医療装置上におけるコーティングは、任意のポリマー材料を本質的に含まない（製造工程中に偶発的に導入されることがあるが、当業者が前記コーティングは任意のポリマー材料を含まないと見なす程度の任意の少量のポリマー材料の存在を除く）。

特定の実施形態において、無機物コーティング層は、該コーティングが超親水性になるように、光触媒作用を受けることができる材料を含有してもよい。例えば、酸化チタンコーティングは、「Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｗｉｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏａｔｉｎｇ」と題された米国特許出願公開第２００８／０００４６９１号（ヴェーバー（Ｗｅｂｅｒ）らによる、出願番号第１１／７６３，７７０号）に記載された技術を用いて、超親水性および／または疎水性にすることができる。前記文献は、参照によって本願に援用される。例えば、酸化チタンコーティング層を医療装置に施した後に、前記医療装置を暗い環境に配置して前記酸化チタンコーティング層を疎水性し、その後、前記コーティング層（またはコーティング層の選択部分）をＵＶ光に曝露して、前記コーティング層（または選択部分）を超親水性に（すなわちコーティング層上の水滴が５°未満の接触角を有するように）する。超親水性コーティング層は、治療薬を担持するため、医療装置により生体適合性の表面を提供するため、および／または医療装置に対する内皮細胞の付着を促進するために有用であり得る。

コーティング層のいくつかの部分を他の部分に対して選択的により親水性または疎水性にすることにより、前記医療装置上に、薬剤または他のコーティング材のような他の材料を、これらの他の材料の親水性または疎水性に基づいて、選択的に塗布することが可能であり得る。例えば、図３Ｂに参照して、内部コーティング層４４をステント４０の管腔４６内に挿入された光ファイバー線によるＵＶ光曝露によって超親水性にしてもよいし、または外部コーティング層５２をステント４０の外側をＵＶ光に曝露することによって超親水性することができる。次に、前記コーティング層の超親水性部分の上に、治療薬を含有するヒドロゲルコーティングを施すことができる。

本発明によって用いられ得る医療装置の非限定的な例としては、ステント、ステントグラフト、カテーテル、バルーンカテーテル、ガイドワイヤー、神経血管動脈瘤コイル、バルーン、フィルタ（例えば大静脈フィルタ）、代用血管（ｖａｓｃｕｌａｒ ｇｒａｆｔｓ）、管腔内ペービングシステム（ｉｎｔｒａｌｕｍｉｎａｌ ｐａｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ）、ペースメーカー、電極、リード、除細動器、関節および骨インプラント、脊椎インプラント、アクセスポート、大動脈内バルーンポンプ、心臓弁、縫合材、人工心臓、神経刺激装置、人工内耳、網膜インプラントおよび治療用コーティングと共に使用することができる他の装置が挙げられる。そのような医療装置は、脈管構造、胃腸管、腹部、腹膜、気道、食道、気管、結腸、直腸、胆管、尿管、前立腺、脳、脊椎、肺、肝臓、心臓、骨格筋、腎臓、膀胱、腸、胃、膵臓、卵巣、子宮、軟骨、眼、骨、関節などのような、身体構造、体腔、または体内管腔において埋め込まれるか、または別の方法で使用される。前記ステントは、生物学的に安定（例えば、ステンレス鋼製）である、生侵食性（例えば、マグネシウム製）である、または生分解性であるものを含む当業において既知のステントのいずれであってもよい。

本発明において用いられる治療薬は、任意の医薬として許容される薬剤（医薬品のような）、生体分子、小分子または細胞であり得る。例示的な医薬品としては、パクリタキセル、シロリムス（ラパマイシン）、タクロリムス、エベロリムス、バイオリムスおよびゾタロリムスのような抗増殖剤が挙げられる。例示的な生体分子としては、ペプチド、ポリペプチドおよびタンパク質；抗体；オリゴヌクレオチド；二重鎖または一本鎖ＤＮＡ（ネイキッドおよびｃＤＮＡを含む）、ＲＮＡのような核酸、アンチセンスＤＮＡおよびＲＮＡのようなアンチセンス核酸、低分子干渉ＲＮＡ（ｓｍａｌｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ ＲＮＡ）（ｓｉＲＮＡ）およびリボザイム；遺伝子；炭水化物；増殖因子を含む血管新生因子；細胞周期阻害剤；および抗再狭窄剤が挙げられる。例示的な小分子としては、ホルモン、ヌクレオチド、アミノ酸、糖および脂質、並びに１００ｋＤ未満の分子量を有する化合物が挙げられる。例示的な細胞としては、幹細胞、始原細胞、内皮細胞、成人の心筋細胞および平滑筋細胞が挙げられる。

前述の説明および例は、単に本発明を例証するために示されており、限定するようには意図されない。開示した態様および本発明の実施形態の各々は、個々に検討されてもよいし、または本発明の他の態様、実施形態および変形例と組み合わせて検討されてもよい。さらに、別段の定めがない限り、本発明の方法の工程は、いかなる特定の実施の順序にも限定されない。当業者には、本発明の精神および内容を組み入れた開示した実施形態の改変が想起され得る。そのような改変は本発明の範囲内にある。

Claims (22)

1. コーティングを有する医療装置であって、前記コーティングは、
   無機材料を含有する無機物コーティング層を含み、前記無機物コーティング層は３０ｎｍ未満の厚さを有する、医療装置。
2. 前記無機物コーティング層は前記医療装置を共形的に被覆している、請求項１に記載の医療装置。
3. 前記医療装置はステントであり、前記ステントの管腔面における無機物コーティング層の厚さおよび前記ステントの外面における無機物コーティング層の厚さは、実質的に同一であるか、または前記ステントの外面の無機物コーティング層の厚さの２０％未満だけ異なる、請求項１に記載の医療装置。
4. 前記無機物コーティング層は、原子層堆積によって形成される、請求項１に記載の医療装置。
5. 前記コーティングは治療薬をさらに含有し、前記無機物コーティング層は前記治療薬を被覆している、請求項１に記載の医療装置。
6. 前記治療薬の少なくとも５０％は、水溶液中の浸漬または人体内における埋め込み後７日間で溶出される、請求項５に記載の医療装置。
7. 前記治療薬は粒子として分散されており、前記無機物コーティング層は前記治療薬の粒子を共形的に被覆する、請求項５に記載の医療装置。
8. 前記無機物コーティング層の下に配置された基材コーティング層をさらに備え、前記基材コーティング層は前記治療薬に接しているか、または前記治療薬と前記医療装置の表面との間に配置されている、請求項５に記載の医療装置。
9. 前記無機物コーティング層は酸化アルミニウムを含有し、前記基材コーティング層は酸化チタンを含有する、請求項８に記載の医療装置。
10. 前記コーティングは任意のポリマー材料を本質的に含まない、請求項１に記載の医療装置。
11. 医療装置を被覆する方法であって、該方法は、
    治療薬のコーティングを有する医療装置を提供することと、
    前記治療薬の上に無機物コーティング層を原子層堆積によって堆積させることとを含む、方法。
12. 前記無機物コーティング層は３０ｎｍ未満の厚さに堆積される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記無機物コーティング層を堆積させることは、１２５℃未満の堆積温度で行なわれる、請求項１１に記載の方法。
14. 前記医療装置を提供することは、
    前記医療装置に基材コーティング層を堆積させることと、
    前記基材コーティング層に治療薬を堆積させることとを含む、請求項１１に記載の方法。
15. 前記無機物コーティング層は無機酸化物を含有する、請求項１１に記載の方法。
16. 管腔面、外面およびコーティングを有するステントであって、前記コーティングは、
    前記ステントの管腔面に配置された内部無機物コーティング層と、ステントの外面に配置された外部無機物コーティング層とを備え、
    前記内部無機物コーティング層の厚さと、前記外部無機物コーティング層の厚さとが、実質的に同一であるか、または前記外部無機物コーティング層の厚さの２０％未満だけ異なる、ステント。
17. 前記コーティングは前記ステントの上方で共形をなす、請求項１６に記載のステント。
18. 前記内部無機物コーティング層は３０ｎｍ未満の厚さを有する、請求項１６に記載のステント。
19. コーティングを有する医療装置であって、前記コーティングは、
    治療薬と、
    前記治療薬の上に配置された無機物コーティング層とを含み、前記無機物コーティング層は原子層堆積によって形成されている、医療装置。
20. 前記無機物コーティング層は治療薬に対して多孔性である、請求項１９に記載の医療装置。
21. 前記無機物コーティング層の下に配置された基材コーティング層をさらに備え、前記基材コーティング層は前記治療薬に接しているか、または前記医療装置の表面と前記治療薬との間に配置されている、請求項１９に記載の医療装置。
22. 前記無機物コーティング層は酸化アルミニウムを含有し、前記基材コーティング層は酸化チタンを含有する、請求項１９に記載の医療装置。