カルボキシメチルセルロース化合物
【課題】生体吸収性及び生体親和性に優れた温度応答性ハイドロゲルを提供する。
【解決手段】 下記式（１）
【化１】
（ここでＲは、ＯＨ、ＯＮａ、ポリプロピレングリコールまたはポリ（プロピレングリコール）およびポリ（エチレングリコール）とからなる共重合体であるポリアルキレンオキシド誘導体残基であり、Ｒの５〜１００％がポリアルキレンオキシド誘導体残基であるものとする。またｎは１００〜１０,０００までの整数である。）
で表されるカルボキシメチルセルロース化合物。
【解決手段】 下記式（１）
【化１】
（ここでＲは、ＯＨ、ＯＮａ、ポリプロピレングリコールまたはポリ（プロピレングリコール）およびポリ（エチレングリコール）とからなる共重合体であるポリアルキレンオキシド誘導体残基であり、Ｒの５〜１００％がポリアルキレンオキシド誘導体残基であるものとする。またｎは１００〜１０,０００までの整数である。）
で表されるカルボキシメチルセルロース化合物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カルボキシメチルセルロース及びポリアルキレンオキシド誘導体からなるカルボキシメチルセルロース化合物に関する。更に詳しくは、カルボキシメチルセルロース及びポリアルキレンオキシド誘導体からなる温度応答性ハイドロゲルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大きく損傷したりまたは失われた生体組織と臓器の治療法の１つとして、細胞の分化、増殖能を利用し元の生体組織及び臓器に再構築する技術である再生医療の研究が活発になってきている。軟骨再生もそのひとつであり、下記の様に積極的な検討が行われている。
（１）コラーゲンを用いた基材を足場とした軟骨再生（非特許文献１）
（２）不溶性ベンジルエステル化ヒアルロン酸を用いた細胞培養基材（特許文献1、非特許文献２，３，４）
（３）架橋ヒアルロン酸体を用いた軟骨細胞培養基材(非特許文献５)
（４）ポリ乳酸、ポリグリコール酸を用いた組織再生基材（特許文献２）
【０００３】
しかし前述の例は、細胞採取する際及び体内にインプラントする際に２度の切開手術が必要であり患者への負担が非常に大きい。この課題を解決するために今後内視鏡手術が増えると考えられ、内視鏡手術に適した人工材料の開発が非常に重要となってくる。求められる人工材料の特性として、１）形状を自在にコントロールできる（患部に直接注入できる）、２）細胞、成長因子を容易に包埋できるなどが考えられ、温度応答性ハイドロゲルはこの条件に非常に適した材料であるので、再生医療においてメリットが大きいと考えられる。
【０００４】
温度応答性ハイドロゲルとは、水環境下において、ある温度以下では水和し、ある温度以上では脱水和することにより体積変化を引き起こすＬｏｗｅｒ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ＬＣＳＴ）タイプと、逆にある温度以上で水和することにより体積変化を引き起こすＵｐｐｅｒ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ＵＣＳＴ）タイプに分類することが出来る。これら２つのタイプのうちでは、応答の速さ等の面に優れるＬＣＳＴの性質を有するタイプのハイドロゲルの方がドラッグデリバリーシステムにおいて、好ましく使用されている。ＬＣＳＴの性質を有するタイプのハイドロゲルは、例えば、ある温度以下では高分子と水との相互作用が優先するために水溶液中に均一に溶解しているが、ある温度以上になると水和よりも高分子の凝集の方が優勢になるために脱水和して、水溶液が白濁、ついには沈殿するポリマーである。即ち水−高分子系においてＬＣＳＴの性質を有するポリマーを主成分とし、該ポリマーを何らかの方法で３次元架橋することによって温度応答性ハイドロゲルを得ることが出来る。
【０００５】
水−高分子系においてＬＣＳＴの性質を有するポリマーとしては、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）等のＮ−置換（メタ）アクリルアミド誘導体、ポリ（Ｎ−アクリロイルピロリジン）、ポリ（Ｎ−アクリロイルピペリジン）等の含窒素環状ポリマー、ポリ（Ｎ−アクリロイル−L−プロリン）等のビニル基含有アミノ酸とそのエステル類、ポリ（ビニルメチルエーテル）、ポリ（エチレングリコール）／ポリ（プロピレングリコール）、ポリ乳酸−ポリグリコール酸−ポリエチレンオキシド共重合体が知られている。これらのポリマーの中で、転移がシャープであり、相転移温度が生体系への応用に適するポリマーとしてポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）共重合体が代表的であり、共重合成分による相転移温度の制御、相転移温度の改善、相転移メカニズムの解明の各観点から盛んに研究が展開されている。
【０００６】
しかし、現状においては生体内にインプラント可能な生体吸収性を示す温度応答性ハイドロゲルは殆ど無く、既存のものとしてポリ（エチレングリコール）／ポリ（プロピレングリコール）（非特許文献６）、ポリ乳酸−ポリグリコール酸−ポリエチレンオキシド共重合体（非特許文献７）しかない。しかしこれらポリマーは合成高分子であるため、生体マトリックス材料と比較すると生体親和性が低い等の問題が考えられる。そこで、生体マトリックス材料に温度応答性を付与できれば、生体吸収性及び生体親和性に優れた理想的な温度応答性ハイドロゲルが得られると予想される。
【０００７】
生体マトリックス材料に温度応答性を付与する試みとして、キトサン（特許文献３）、ヒアルロン酸（特許文献４）の例が挙げられるが、相転移温度が高く生体内での利用が困難であると考えられるものや、追試において相転移現象を確認できない等問題がある。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第5939323号公報
【特許文献２】特表平10−513386号公報
【特許文献３】WO01/36000号公報
【特許文献４】WO99/24070号公報
【非特許文献１】Biomaterials.17，155−162(1996)
【非特許文献２】J.Biomed.Mater.Res.42(2),172-81(1998)
【非特許文献３】J.Biomed.Mater.Res.46(3),337-346(1999)
【非特許文献４】J.Ortho.Res.18(5),773-80(2000)
【非特許文献５】J.Ortho.Res.17(2),205-213(1999)
【非特許文献６】TISSUE ENGINEERING.Vol.8,No.4,709(2002)
【非特許文献７】Journal of Controlled Release.72,203(2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の主な目的は、生体吸収性及び生体親和性に優れた温度応答性ハイドロゲルを提供することにある。更に詳しくは、多様な応答温度領域に対応できる温度応答性ハイドロゲルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、カルボキシメチルセルロース及びポリアルキレンオキシド誘導体からなるカルボキシメチルセルロース化合物に関する。更に詳しくは、カルボキシメチルセルロース及びポリアルキレンオキシド誘導体からなる温度応答性ハイドロゲルに関する。
【００１１】
本発明は以下の通りである。
１．下記式（１）
【化１】
（ここでＲは、ＯＨ、ＯＮａ、ポリプロピレングリコールまたはポリ（プロピレングリコール）およびポリ（エチレングリコール）とからなる共重合体であるポリアルキレンオキシド誘導体残基であり、Ｒの５〜１００％がポリアルキレンオキシド誘導体残基であるものとする。またｎは１００〜１０,０００までの整数である。）
で表されるカルボキシメチルセルロース化合物。
２．１に記載のカルボキシメチルセルロース化合物からなるハイドロゲル。
３．カルボキシメチルセルロースとポリプロピレングリコールまたはポリ（プロピレングリコール）およびポリ（エチレングリコール）との共重合体であるポリアルキレンオキシド誘導体とを、カルボキシメチルセルロースのカルボキシル基１００当量に対し、ポリアルキレンオキシド５〜１００当量の割合で、溶媒に溶解し、触媒下反応させることによる請求項１に記載のカルボキシメチルセルロース化合物の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のカルボキシメチルセルロース化合物からなる温度応答性ハイドロゲルは、多様な応答温度領域に対応できることから、取り扱い性に優れるため、内視鏡手術に適した人工材料として好適に用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について詳述する。なお、これらの実施例等および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。
【００１４】
本発明のカルボキシメチルセルロース化合物は下記式（１）
【化２】
（ここでＲは、ＯＨ、ＯＮａ、ポリプロピレングリコールまたはポリ（プロピレングリコール）およびポリ（エチレングリコール）とからなる共重合体であるポリアルキレンオキシド誘導体残基であり、Ｒの５〜１００％がポリアルキレンオキシド誘導体残基であるものとする。またｎは１００〜１０,０００までの整数である。）
で表されるカルボキシメチルセルロース化合物である。
【００１５】
ポリアルキレンオキシド誘導体の導入量をコントロールすることで、所望の相転移温度を有するカルボキシメチルセルロースハイドロゲルを調製することが可能となる。カルボキシメチルセルロースに導入されるポリアルキレンオキシド誘導体の量が多いほど、低温で相転移するハイドロゲルを提供することができる。、ものと考えられる。
【００１６】
本発明で使用されているカルボキシメチルセルロースは、パルプ（セルロース）を水酸化ナトリウム溶液で溶解し、モノクロロ酢酸（あるいはナトリウム塩）でエーテル化し、さらに精製されたものを用いる。カルボキシメチルセルロースの分子量を変えることで、所望の相転移温度を有するカルボキシメチルセルロースハイドロゲルを調製することが可能となる。カルボキシメチルセルロースの分子量は、約５×１０４〜５×１０６のものが好ましい。さらに好ましくは、約５×１０４〜１×１０６である。なお本発明でいうカルボキシメチルセルロースは、そのアルカリ金属塩、例えば、ナトリウム、カリウム、リチウムの塩をも包含する。
【００１７】
本発明で使用されているポリアルキレンオキシドは、１）ポリプロピレングリコール、あるいは２）ポリ（プロピレングリコール）およびポリ（エチレングリコール）からなる共重合体である。ポリアルキレンオキシド誘導体の分子量の分子量を変えることで、所望の相転移温度を有するカルボキシメチルセルロースハイドロゲルを調製することが可能となる。ポリアルキレンオキシド誘導体の分子量は、２００〜６，０００のものが好ましい。２００以下であるとカルボキシメチルセルロースとの反応生成物が温度応答性を示さないことがある。また、６，０００以上であると沈殿物が生じハイドロゲルを形成しないことがある。
【００１８】
ポリ（プロピレングリコール）およびポリ（エチレングリコール）からなる共重合体としては、ポリ（プロピレングリコール）／ポリ（エチレングリコール）の共重合比が１／９９〜９９．９／０．１のものが好ましい。さらに好ましくは２０／８０〜９９．９／０．１のものが好ましい。この範囲外であるとカルボキシメチルセルロースとの反応生成物は温度応答性を示さないことがある。
【００１９】
ポリアルキレンオキシド誘導体の含有量は、カルボキシメチルセルロースのカルボキシル基１００当量に対し５〜１００当量である。５当量以下であるとカルボキシメチルセルロースとの反応生成物は温度応答性を示さない。ポリアルキレンオキシド誘導体の含有量は好ましくは１０〜１００当量である。
【００２０】
本発明のカルボキシメチルセルロース化合物は、カルボキシメチルセルロースとポリアルキレンオキシドとを、カルボキシメチルセルロースのカルボキシル基１００当量に対し、ポリアルキレンオキシド５〜１００当量の割合で、溶媒に溶解し、触媒下反応させることにより好適に製造することができる。
【００２１】
本発明で使用される触媒としては、カルボキシル基活性剤であり、N−ヒドロキシスクシンイミド、ｐ−ニトロフェノール、N−ヒドロキシベンゾトリアゾール、N-ヒドロキシピペリジン、N-ヒドロキシスクシンアミド、２，４，５−トリクロロフェノール、縮合剤として１−エチル−３−（ジメチルアミノプロピル）−カルボジイミド、ジシクロヘキシルカルボジイミド等が好ましく挙げられる。
【００２２】
本発明で使用される混合溶媒は水と環状エーテルとからなり、水が２０〜７０容量％である。水の含有量が２０％よりも少ないとカルボキシメチルセルロースが溶解せず、また７０％よりも高いとポリアルキレンオキシドが溶解しないため反応が進まない。水の含有量はさらに好ましくは、３０〜６０％である。
環状エーテルは、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，３−ジオキサン、１，３−ジオキソラン、モルフォリンであることが好ましい。
【００２３】
反応温度は、好ましくは０〜６０℃である。副生成物の産生を抑制するためには、反応を０〜１０℃で行うことがより好ましい。
反応環境は弱酸性下が好ましい。さらに好ましくはｐＨ６〜７である。
その他の製法として、カルボキシメチルセルロース・有機アンモニウム塩を介してハロゲン化ポリアルキレンオキシドと反応させる方法が挙げられる。
【００２４】
その場合の反応溶媒は、メタノール、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン単独、または混合物であることが好ましい。
反応温度は、好ましくは０〜６０℃である。さらに好ましくは０〜４０℃である。
【実施例】
【００２５】
以下の実施例により、本発明の詳細をより具体的に説明する。しかし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
本実施例に使用したカルボキシメチルセルロースナトリウムはシグマ・アルドリッチ製（平均分子量７００，０００、n=２，９００）。その他の試薬についてはテトラヒドロフラン、０．１Ｍ ＨＣｌ、０．１Ｍ ＮａＯＨ、１−Ｅｔｈｙｌ−３−［３−（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｐｒｏｐｙｌ］−ｃａｒｂｏｄｉ−ｉｍｉｄｅ（ＥＤＣ）、１−Ｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｔｒｉａｚｏｌｅ ｍｏｎｏｈｙｄｒａｔｅ（ＨＯＢｔ）は、和光純薬工業（株）製、ジェファーミン（登録商標）ＸＴＪ−５０７（ポリ（プロピレングリコール）/ポリ（エチレングリコール）の共重合比が３９/６、概略分子量が２，０００）はハンツマン・コーポレーション製を使用した。
【００２６】
［実施例１］
カルボキシメチルセルロースナトリウム１００ｍｇを水１６ｍｌに溶解し、さらにテトラヒドロフラン２４ｍｌを加えた。この溶液に、ジェファーミン（登録商標）ＸＴＪ−５０７ １４９ｍｇ（０．００００７５ｍｏｌ）（カルボキシメチルセルロースのカルボキシル基１００当量に対し２０当量）を加え、更に０．１Ｍ ＨＣｌ／０．１Ｍ ＮａＯＨを添加し、ｐＨ６．８に調整した。１−Ｅｔｈｙｌ−３−[３−（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｐｒｏｐｙｌ]−ｃａｒｂｏｄｉｉｍｉｄｅ（ＥＤＣ）１６ｍｇ（０．００００８２ｍｏｌ）、１−Hｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｔｒｉａｚｏｌｅ ｍｏｎｏｈｙｄｒａｔｅ（ＨＯＢｔ）１２ｍｇ（０．００００８２ｍｏｌ）をテトラヒドロフラン／水=３／２ １０ｍｌに溶解し反応系に添加した後、終夜攪拌を行った。攪拌後透析により精製を行い、さらに凍結乾燥し目的の化合物を得た。確認は１ＨＮＭＲ（日本電子 ＪＮＭ−ａｌｐｈａ４００）により行い、目的物の生成を確認した。凍結乾燥品１０ｍｇをイオン交換水９９０ｍｇに溶解し、濃度１ｗｔ％のハイドロゲルを調整した。このハイドロゲルの相転移挙動を調べるために、Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ ＲＦIII（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）を使用し、１０〜５０℃の温度領域で複素弾性率、粘度の測定を行った。その結果を図１に示す（Ｇ：複素弾性率、Ｅｔａ：粘度を表す）。３０℃付近より、複素弾性率、粘度の上昇が確認され５０℃で飽和に達した（すなわちゾルからゲルへの転移を表す）。つまり、３０〜５０℃付近で温度相転移が起こったことが明らかとなった。
【００２７】
［実施例２］
ジェファーミン（登録商標）ＸＴＪ−５０７ ４４６ｍｇ（０．０００２２ｍｏｌ）（カルボキシメチルセルロースのカルボキシル基１００当量に対し６０当量）、１−Ｅｔｈｙｌ−３−[３−（ｄｉｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）ｐｒｏｐｙｌ]−ｃａｒｂｏｄｉｉｍｉｄｅ（ＥＤＣ） ４７ｍｇ（０．０００２５ｍｏｌ）、１−Ｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｔｒｉａｚｏｌｅ ｍｏｎｏｈｙｄｒａｔｅ（ＨＯＢｔ）３７ｍｇ（０．０００２５ｍｏｌ）とした以外は、実施例１と同様にカルボキシメチルセルロース化合物を得た。複素弾性率、粘度の温度による変化の測定結果を図２に示す。
【００２８】
［比較例１］
カルボキシメチルセルロース１０ｍｇを、水９９０ｍｇに溶解し、実施例１と同様に相転移挙動の観察を行った。結果を図３に示す。
【００２９】
［図の説明］
相転移の温度制御については、実施例１，２に対応する図１，２の曲線が立ち上がる温度、つまり相転移開始温度を比較するとカルボキシメチルセルロースに導入されるジェファーミン（ポリアルキレンオキシド誘導体）の量が多いほど、低温側にシフトしていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のカルボキシメチルセルロース化合物は温度応答性ハイドロゲルであり、内視鏡手術をターゲットとした再生医療におけるＩｎｊｅｃｔａｂｌｅ ｇｅｌとして有用である。本発明のハイドロゲルは、体温より低温の領域では液状で細胞や液性因子を簡単に混入でき、体内に注入すると体温によりゲルになることで、取扱い性にすぐれたＳｃａｆｆｏｌｄとして期待される。
すなわち体温付近で相転移を起こすことが可能な本発明のハイドロゲルはＩｎｊｅｃｔａｂｌｅ ｇｅｌとしては有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例１のカルボキシメチルセルロース化合物の複素弾性率、粘度の温度による変化。
【図２】実施例２のカルボキシメチルセルロース化合物の複素弾性率、粘度の温度による変化。
【図３】比較例１のカルボキシメチルセルロースの複素弾性率、粘度の温度による変化。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カルボキシメチルセルロース及びポリアルキレンオキシド誘導体からなるカルボキシメチルセルロース化合物に関する。更に詳しくは、カルボキシメチルセルロース及びポリアルキレンオキシド誘導体からなる温度応答性ハイドロゲルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大きく損傷したりまたは失われた生体組織と臓器の治療法の１つとして、細胞の分化、増殖能を利用し元の生体組織及び臓器に再構築する技術である再生医療の研究が活発になってきている。軟骨再生もそのひとつであり、下記の様に積極的な検討が行われている。
（１）コラーゲンを用いた基材を足場とした軟骨再生（非特許文献１）
（２）不溶性ベンジルエステル化ヒアルロン酸を用いた細胞培養基材（特許文献1、非特許文献２，３，４）
（３）架橋ヒアルロン酸体を用いた軟骨細胞培養基材(非特許文献５)
（４）ポリ乳酸、ポリグリコール酸を用いた組織再生基材（特許文献２）
【０００３】
しかし前述の例は、細胞採取する際及び体内にインプラントする際に２度の切開手術が必要であり患者への負担が非常に大きい。この課題を解決するために今後内視鏡手術が増えると考えられ、内視鏡手術に適した人工材料の開発が非常に重要となってくる。求められる人工材料の特性として、１）形状を自在にコントロールできる（患部に直接注入できる）、２）細胞、成長因子を容易に包埋できるなどが考えられ、温度応答性ハイドロゲルはこの条件に非常に適した材料であるので、再生医療においてメリットが大きいと考えられる。
【０００４】
温度応答性ハイドロゲルとは、水環境下において、ある温度以下では水和し、ある温度以上では脱水和することにより体積変化を引き起こすＬｏｗｅｒ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ＬＣＳＴ）タイプと、逆にある温度以上で水和することにより体積変化を引き起こすＵｐｐｅｒ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ＵＣＳＴ）タイプに分類することが出来る。これら２つのタイプのうちでは、応答の速さ等の面に優れるＬＣＳＴの性質を有するタイプのハイドロゲルの方がドラッグデリバリーシステムにおいて、好ましく使用されている。ＬＣＳＴの性質を有するタイプのハイドロゲルは、例えば、ある温度以下では高分子と水との相互作用が優先するために水溶液中に均一に溶解しているが、ある温度以上になると水和よりも高分子の凝集の方が優勢になるために脱水和して、水溶液が白濁、ついには沈殿するポリマーである。即ち水−高分子系においてＬＣＳＴの性質を有するポリマーを主成分とし、該ポリマーを何らかの方法で３次元架橋することによって温度応答性ハイドロゲルを得ることが出来る。
【０００５】
水−高分子系においてＬＣＳＴの性質を有するポリマーとしては、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）等のＮ−置換（メタ）アクリルアミド誘導体、ポリ（Ｎ−アクリロイルピロリジン）、ポリ（Ｎ−アクリロイルピペリジン）等の含窒素環状ポリマー、ポリ（Ｎ−アクリロイル−L−プロリン）等のビニル基含有アミノ酸とそのエステル類、ポリ（ビニルメチルエーテル）、ポリ（エチレングリコール）／ポリ（プロピレングリコール）、ポリ乳酸−ポリグリコール酸−ポリエチレンオキシド共重合体が知られている。これらのポリマーの中で、転移がシャープであり、相転移温度が生体系への応用に適するポリマーとしてポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）共重合体が代表的であり、共重合成分による相転移温度の制御、相転移温度の改善、相転移メカニズムの解明の各観点から盛んに研究が展開されている。
【０００６】
しかし、現状においては生体内にインプラント可能な生体吸収性を示す温度応答性ハイドロゲルは殆ど無く、既存のものとしてポリ（エチレングリコール）／ポリ（プロピレングリコール）（非特許文献６）、ポリ乳酸−ポリグリコール酸−ポリエチレンオキシド共重合体（非特許文献７）しかない。しかしこれらポリマーは合成高分子であるため、生体マトリックス材料と比較すると生体親和性が低い等の問題が考えられる。そこで、生体マトリックス材料に温度応答性を付与できれば、生体吸収性及び生体親和性に優れた理想的な温度応答性ハイドロゲルが得られると予想される。
【０００７】
生体マトリックス材料に温度応答性を付与する試みとして、キトサン（特許文献３）、ヒアルロン酸（特許文献４）の例が挙げられるが、相転移温度が高く生体内での利用が困難であると考えられるものや、追試において相転移現象を確認できない等問題がある。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第5939323号公報
【特許文献２】特表平10−513386号公報
【特許文献３】WO01/36000号公報
【特許文献４】WO99/24070号公報
【非特許文献１】Biomaterials.17，155−162(1996)
【非特許文献２】J.Biomed.Mater.Res.42(2),172-81(1998)
【非特許文献３】J.Biomed.Mater.Res.46(3),337-346(1999)
【非特許文献４】J.Ortho.Res.18(5),773-80(2000)
【非特許文献５】J.Ortho.Res.17(2),205-213(1999)
【非特許文献６】TISSUE ENGINEERING.Vol.8,No.4,709(2002)
【非特許文献７】Journal of Controlled Release.72,203(2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の主な目的は、生体吸収性及び生体親和性に優れた温度応答性ハイドロゲルを提供することにある。更に詳しくは、多様な応答温度領域に対応できる温度応答性ハイドロゲルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、カルボキシメチルセルロース及びポリアルキレンオキシド誘導体からなるカルボキシメチルセルロース化合物に関する。更に詳しくは、カルボキシメチルセルロース及びポリアルキレンオキシド誘導体からなる温度応答性ハイドロゲルに関する。
【００１１】
本発明は以下の通りである。
１．下記式（１）
【化１】
（ここでＲは、ＯＨ、ＯＮａ、ポリプロピレングリコールまたはポリ（プロピレングリコール）およびポリ（エチレングリコール）とからなる共重合体であるポリアルキレンオキシド誘導体残基であり、Ｒの５〜１００％がポリアルキレンオキシド誘導体残基であるものとする。またｎは１００〜１０,０００までの整数である。）
で表されるカルボキシメチルセルロース化合物。
２．１に記載のカルボキシメチルセルロース化合物からなるハイドロゲル。
３．カルボキシメチルセルロースとポリプロピレングリコールまたはポリ（プロピレングリコール）およびポリ（エチレングリコール）との共重合体であるポリアルキレンオキシド誘導体とを、カルボキシメチルセルロースのカルボキシル基１００当量に対し、ポリアルキレンオキシド５〜１００当量の割合で、溶媒に溶解し、触媒下反応させることによる請求項１に記載のカルボキシメチルセルロース化合物の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のカルボキシメチルセルロース化合物からなる温度応答性ハイドロゲルは、多様な応答温度領域に対応できることから、取り扱い性に優れるため、内視鏡手術に適した人工材料として好適に用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について詳述する。なお、これらの実施例等および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。
【００１４】
本発明のカルボキシメチルセルロース化合物は下記式（１）
【化２】
（ここでＲは、ＯＨ、ＯＮａ、ポリプロピレングリコールまたはポリ（プロピレングリコール）およびポリ（エチレングリコール）とからなる共重合体であるポリアルキレンオキシド誘導体残基であり、Ｒの５〜１００％がポリアルキレンオキシド誘導体残基であるものとする。またｎは１００〜１０,０００までの整数である。）
で表されるカルボキシメチルセルロース化合物である。
【００１５】
ポリアルキレンオキシド誘導体の導入量をコントロールすることで、所望の相転移温度を有するカルボキシメチルセルロースハイドロゲルを調製することが可能となる。カルボキシメチルセルロースに導入されるポリアルキレンオキシド誘導体の量が多いほど、低温で相転移するハイドロゲルを提供することができる。、ものと考えられる。
【００１６】
本発明で使用されているカルボキシメチルセルロースは、パルプ（セルロース）を水酸化ナトリウム溶液で溶解し、モノクロロ酢酸（あるいはナトリウム塩）でエーテル化し、さらに精製されたものを用いる。カルボキシメチルセルロースの分子量を変えることで、所望の相転移温度を有するカルボキシメチルセルロースハイドロゲルを調製することが可能となる。カルボキシメチルセルロースの分子量は、約５×１０４〜５×１０６のものが好ましい。さらに好ましくは、約５×１０４〜１×１０６である。なお本発明でいうカルボキシメチルセルロースは、そのアルカリ金属塩、例えば、ナトリウム、カリウム、リチウムの塩をも包含する。
【００１７】
本発明で使用されているポリアルキレンオキシドは、１）ポリプロピレングリコール、あるいは２）ポリ（プロピレングリコール）およびポリ（エチレングリコール）からなる共重合体である。ポリアルキレンオキシド誘導体の分子量の分子量を変えることで、所望の相転移温度を有するカルボキシメチルセルロースハイドロゲルを調製することが可能となる。ポリアルキレンオキシド誘導体の分子量は、２００〜６，０００のものが好ましい。２００以下であるとカルボキシメチルセルロースとの反応生成物が温度応答性を示さないことがある。また、６，０００以上であると沈殿物が生じハイドロゲルを形成しないことがある。
【００１８】
ポリ（プロピレングリコール）およびポリ（エチレングリコール）からなる共重合体としては、ポリ（プロピレングリコール）／ポリ（エチレングリコール）の共重合比が１／９９〜９９．９／０．１のものが好ましい。さらに好ましくは２０／８０〜９９．９／０．１のものが好ましい。この範囲外であるとカルボキシメチルセルロースとの反応生成物は温度応答性を示さないことがある。
【００１９】
ポリアルキレンオキシド誘導体の含有量は、カルボキシメチルセルロースのカルボキシル基１００当量に対し５〜１００当量である。５当量以下であるとカルボキシメチルセルロースとの反応生成物は温度応答性を示さない。ポリアルキレンオキシド誘導体の含有量は好ましくは１０〜１００当量である。
【００２０】
本発明のカルボキシメチルセルロース化合物は、カルボキシメチルセルロースとポリアルキレンオキシドとを、カルボキシメチルセルロースのカルボキシル基１００当量に対し、ポリアルキレンオキシド５〜１００当量の割合で、溶媒に溶解し、触媒下反応させることにより好適に製造することができる。
【００２１】
本発明で使用される触媒としては、カルボキシル基活性剤であり、N−ヒドロキシスクシンイミド、ｐ−ニトロフェノール、N−ヒドロキシベンゾトリアゾール、N-ヒドロキシピペリジン、N-ヒドロキシスクシンアミド、２，４，５−トリクロロフェノール、縮合剤として１−エチル−３−（ジメチルアミノプロピル）−カルボジイミド、ジシクロヘキシルカルボジイミド等が好ましく挙げられる。
【００２２】
本発明で使用される混合溶媒は水と環状エーテルとからなり、水が２０〜７０容量％である。水の含有量が２０％よりも少ないとカルボキシメチルセルロースが溶解せず、また７０％よりも高いとポリアルキレンオキシドが溶解しないため反応が進まない。水の含有量はさらに好ましくは、３０〜６０％である。
環状エーテルは、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，３−ジオキサン、１，３−ジオキソラン、モルフォリンであることが好ましい。
【００２３】
反応温度は、好ましくは０〜６０℃である。副生成物の産生を抑制するためには、反応を０〜１０℃で行うことがより好ましい。
反応環境は弱酸性下が好ましい。さらに好ましくはｐＨ６〜７である。
その他の製法として、カルボキシメチルセルロース・有機アンモニウム塩を介してハロゲン化ポリアルキレンオキシドと反応させる方法が挙げられる。
【００２４】
その場合の反応溶媒は、メタノール、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン単独、または混合物であることが好ましい。
反応温度は、好ましくは０〜６０℃である。さらに好ましくは０〜４０℃である。
【実施例】
【００２５】
以下の実施例により、本発明の詳細をより具体的に説明する。しかし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
本実施例に使用したカルボキシメチルセルロースナトリウムはシグマ・アルドリッチ製（平均分子量７００，０００、n=２，９００）。その他の試薬についてはテトラヒドロフラン、０．１Ｍ ＨＣｌ、０．１Ｍ ＮａＯＨ、１−Ｅｔｈｙｌ−３−［３−（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｐｒｏｐｙｌ］−ｃａｒｂｏｄｉ−ｉｍｉｄｅ（ＥＤＣ）、１−Ｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｔｒｉａｚｏｌｅ ｍｏｎｏｈｙｄｒａｔｅ（ＨＯＢｔ）は、和光純薬工業（株）製、ジェファーミン（登録商標）ＸＴＪ−５０７（ポリ（プロピレングリコール）/ポリ（エチレングリコール）の共重合比が３９/６、概略分子量が２，０００）はハンツマン・コーポレーション製を使用した。
【００２６】
［実施例１］
カルボキシメチルセルロースナトリウム１００ｍｇを水１６ｍｌに溶解し、さらにテトラヒドロフラン２４ｍｌを加えた。この溶液に、ジェファーミン（登録商標）ＸＴＪ−５０７ １４９ｍｇ（０．００００７５ｍｏｌ）（カルボキシメチルセルロースのカルボキシル基１００当量に対し２０当量）を加え、更に０．１Ｍ ＨＣｌ／０．１Ｍ ＮａＯＨを添加し、ｐＨ６．８に調整した。１−Ｅｔｈｙｌ−３−[３−（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｐｒｏｐｙｌ]−ｃａｒｂｏｄｉｉｍｉｄｅ（ＥＤＣ）１６ｍｇ（０．００００８２ｍｏｌ）、１−Hｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｔｒｉａｚｏｌｅ ｍｏｎｏｈｙｄｒａｔｅ（ＨＯＢｔ）１２ｍｇ（０．００００８２ｍｏｌ）をテトラヒドロフラン／水=３／２ １０ｍｌに溶解し反応系に添加した後、終夜攪拌を行った。攪拌後透析により精製を行い、さらに凍結乾燥し目的の化合物を得た。確認は１ＨＮＭＲ（日本電子 ＪＮＭ−ａｌｐｈａ４００）により行い、目的物の生成を確認した。凍結乾燥品１０ｍｇをイオン交換水９９０ｍｇに溶解し、濃度１ｗｔ％のハイドロゲルを調整した。このハイドロゲルの相転移挙動を調べるために、Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ ＲＦIII（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）を使用し、１０〜５０℃の温度領域で複素弾性率、粘度の測定を行った。その結果を図１に示す（Ｇ：複素弾性率、Ｅｔａ：粘度を表す）。３０℃付近より、複素弾性率、粘度の上昇が確認され５０℃で飽和に達した（すなわちゾルからゲルへの転移を表す）。つまり、３０〜５０℃付近で温度相転移が起こったことが明らかとなった。
【００２７】
［実施例２］
ジェファーミン（登録商標）ＸＴＪ−５０７ ４４６ｍｇ（０．０００２２ｍｏｌ）（カルボキシメチルセルロースのカルボキシル基１００当量に対し６０当量）、１−Ｅｔｈｙｌ−３−[３−（ｄｉｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ）ｐｒｏｐｙｌ]−ｃａｒｂｏｄｉｉｍｉｄｅ（ＥＤＣ） ４７ｍｇ（０．０００２５ｍｏｌ）、１−Ｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｔｒｉａｚｏｌｅ ｍｏｎｏｈｙｄｒａｔｅ（ＨＯＢｔ）３７ｍｇ（０．０００２５ｍｏｌ）とした以外は、実施例１と同様にカルボキシメチルセルロース化合物を得た。複素弾性率、粘度の温度による変化の測定結果を図２に示す。
【００２８】
［比較例１］
カルボキシメチルセルロース１０ｍｇを、水９９０ｍｇに溶解し、実施例１と同様に相転移挙動の観察を行った。結果を図３に示す。
【００２９】
［図の説明］
相転移の温度制御については、実施例１，２に対応する図１，２の曲線が立ち上がる温度、つまり相転移開始温度を比較するとカルボキシメチルセルロースに導入されるジェファーミン（ポリアルキレンオキシド誘導体）の量が多いほど、低温側にシフトしていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のカルボキシメチルセルロース化合物は温度応答性ハイドロゲルであり、内視鏡手術をターゲットとした再生医療におけるＩｎｊｅｃｔａｂｌｅ ｇｅｌとして有用である。本発明のハイドロゲルは、体温より低温の領域では液状で細胞や液性因子を簡単に混入でき、体内に注入すると体温によりゲルになることで、取扱い性にすぐれたＳｃａｆｆｏｌｄとして期待される。
すなわち体温付近で相転移を起こすことが可能な本発明のハイドロゲルはＩｎｊｅｃｔａｂｌｅ ｇｅｌとしては有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例１のカルボキシメチルセルロース化合物の複素弾性率、粘度の温度による変化。
【図２】実施例２のカルボキシメチルセルロース化合物の複素弾性率、粘度の温度による変化。
【図３】比較例１のカルボキシメチルセルロースの複素弾性率、粘度の温度による変化。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記式（１）
【化１】
（ここでＲは、ＯＨ、ＯＮａ、ポリプロピレングリコールまたはポリ（プロピレングリコール）およびポリ（エチレングリコール）とからなる共重合体であるポリアルキレンオキシド誘導体残基であり、Ｒの５〜１００％がポリアルキレンオキシド誘導体残基であるものとする。またｎは１００〜１０,０００までの整数である。）
で表されるカルボキシメチルセルロース化合物。
【請求項２】
請求項１に記載のカルボキシメチルセルロース化合物からなるハイドロゲル。
【請求項３】
カルボキシメチルセルロースとポリプロピレングリコールまたはポリ（プロピレングリコール）およびポリ（エチレングリコール）との共重合体であるポリアルキレンオキシド誘導体とを、カルボキシメチルセルロースのカルボキシル基１００当量に対し、ポリアルキレンオキシド５〜１００当量の割合で、溶媒に溶解し、触媒下反応させることによる請求項１に記載のカルボキシメチルセルロース化合物の製造方法。
【請求項１】
下記式（１）
【化１】
（ここでＲは、ＯＨ、ＯＮａ、ポリプロピレングリコールまたはポリ（プロピレングリコール）およびポリ（エチレングリコール）とからなる共重合体であるポリアルキレンオキシド誘導体残基であり、Ｒの５〜１００％がポリアルキレンオキシド誘導体残基であるものとする。またｎは１００〜１０,０００までの整数である。）
で表されるカルボキシメチルセルロース化合物。
【請求項２】
請求項１に記載のカルボキシメチルセルロース化合物からなるハイドロゲル。
【請求項３】
カルボキシメチルセルロースとポリプロピレングリコールまたはポリ（プロピレングリコール）およびポリ（エチレングリコール）との共重合体であるポリアルキレンオキシド誘導体とを、カルボキシメチルセルロースのカルボキシル基１００当量に対し、ポリアルキレンオキシド５〜１００当量の割合で、溶媒に溶解し、触媒下反応させることによる請求項１に記載のカルボキシメチルセルロース化合物の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２０６３（Ｐ２００７−２０６３Ａ）
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８２１６６（Ｐ２００５−１８２１６６）
【出願日】平成１７年６月２２日（２００５．６．２２）
【出願人】（０００００３００１）帝人株式会社 (1,209)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２２日（２００５．６．２２）
【出願人】（０００００３００１）帝人株式会社 (1,209)
【Ｆターム（参考）】
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