JP2000503884A - 治療用移植可能アクリルアミド共重合体ヒドロゲル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明のヒドロゲルは、Ｎ-置換メタクリルアミドまたはアクリルアミド、架橋剤および複合糖もしくは誘導体、組織接着ペプチドもしくは抗体との結合重合体の共重合体であり、重合体は異質性であり、弾性的に変形可能であり、少なくとも約８０％の平衡含水率である。このヒドロゲルは、例えば、発達中および成熟神経系の組織再生および器官修復に使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】 治療用移植可能アクリルアミド共重合体ヒドロゲル技術分野 本発明は重合体ヒドロゲルに関する。さらに詳細には、本発明は、例えば、軟 弱な器官のいずれかの部分の内部組織の交換、傷治療、組織の再生、特に発達す る成人の神経系における器官の一般的修復、および他の同様の治療などに使用で きる治療用多孔質移植可能重合体ヒドロゲルに関する。本発明は特に重合体ヒド ロゲルに向けられるが、これは移植されると生物流体と分子の充填する多孔質マ トリックスになりいわゆる器官様ヒドロゲルを形成し、その後の組織や血管の内 方生長により宿主に次第に一体化する。本発明はさらに、三次元細胞培養や組織 再建に有用なバイオハイブリッド物質を産生するための生組織細胞、先駆体細胞 、またはそのような重合体ヒドロゲル内で遺伝学的に改質された細胞を導入する 方法に関する。本発明はさらに、本発明の重合体ヒドロゲルの製造方法、上記方 法により産生されるバイオハイブリッド物質に関する。最後に、本発明は中枢神 経系、特に脊髄および視神経、抹梢神経、または本発明の重合体ヒドロゲルやビ オハイブリッド物質を移植したことによる他の組織の損傷部分の治療方法に関す る。背景技術 臓器移植は現在では臓器不全を緩和し、臓器の機能と性能を回復または改善す るための唯一の代案である。しかし、臓器移植治療の欠陥として、提供者から被 提供者への病気感染の可能性、提供者の臓器不足と入手限定、免疫学上の交差反 応の可能性などが挙げられる。 このように、例えば、脊髄移植は臨床的にも生物学的にも適したものではなく 、したがってＳＣＩ患者にとって可能な治療はないのだが、一方合衆国内だけで も２５万人の慢性的麻痺患者がおり、毎年１万人の新たなＳＣＩ患者が増えてい る。 一方、欠けた細胞または組織器官の一部を修復するための体内への細胞の移植 または投入は、宿主の器官と接触する一体構造へと組織拡大および組織化するた めに必要な組織骨組みとしての支持細胞外マトリックスの不足ゆえに、新しい組 織の生成を適切になし得ない。さらに、細胞は移植後、高い細胞の生存能力と成 長可能性を維持するために、栄養、酸素、体液および細胞成分の拡散を助長する 生理学的に同等な環境に置かれる必要がある。 本発明の多孔質ヒドロゲルは、細胞組織の間にある流体や水で飽和された変形 可能な多孔質重合体マトリックスであり、かくして機能的な新組織を得るために 細胞が繁殖し、正しい組織構造で細胞上組織建築物へと集合するための必要な組 織骨組みと水和空間を提供する。 脊髄（動物をモデルとして）の損傷を修復する試みとして、（１）生物学的組 織および（２）人工器官物質と、大きく２つの移植組織群に分類される様々な移 植物質を使っての脊髄移植の異なる実験的戦術が文献に開示されている。 （１）群に含まれるものには、胎児の神経組織などの脊髄の損傷を埋めるため に共通遺伝型オートグラフト、あるいはホモグラフト、アログラフト、ゼノグラ フトなど提供者の組織グラフトを、（ａ）固体グラフトとして(例、Ｂｒｅｇｍ ａｎ， Ｄｅｖ． Ｂｒａｉｎ Ｒｅｓ.， ３４， ２６５， １９８７； Ｈｏｕｌｅ ａｎｄ Ｒｅｉｅｒ， Ｊ． Ｃｏｍｐ． Ｎｅｕｒｏｌ.， ２ ６９， ５３５， １９８８)，または（ｂ）混合神経組織細胞を含む懸濁グラ フトとして(例、Ｇｏｌｄｂｅｒｇ ａｎｄ Ｂｅｒｎｓｔｅｉｎ， Ｊ． Ｎ ｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅ Ｒｅｓ.， １９， ３４， １９８８； Ｈｏｏｖ ｌｅｒ ａｎｄ Ｗｒａｔｈａｌｌ， Ａｃｔａ Ｎｅｕｒｏｐａｔｈｏｌ.， ８１，３０３， １９９１)；培養知覚ニューロンと組換えたＳｃｈｗａｎｎ 細胞 (Ｋｕｈｌｅｎｇｅｌ ｅｔ ａｌ.， Ｊ． Ｃｏｍｐ． Ｎｅｕｒｏｌ .， ２９３， ７４， １９９０)；未熟星状細胞(例、Ｂｅｒｎｓｔｅｉｎ ａｎｄ Ｇｏｌｄｂｅｒｇ， Ｒｅｓ． Ｎｅｕｒｏｌ． Ｎｅｕｒｏｓｃｉ. ， ２， ２６１， １９９１)；神経組織細胞の前駆体(Ｍｏｎｔｅｒｏｓ ｅ ｔ ａｌ.， Ｄｅｖ． Ｎｅｕｒｏｓｃｉ.， １４， ９８， １９９２)、 および不滅化確立細胞ライン(Ｚｏｍｐａ ｅｌ ａｌ.， Ｉｎｔ． Ｊ． Ｄ ｅｖ． Ｎｅｕｒｏｓｃｉ.， １１， ５３５， １９９３)；培養非ニューロ ン細胞を含む末梢神経セグメント（Ｗｒａｔｈａｌｌ ｅｔ ａｌ.， Ａｃｔ ａ Ｎｅｕｒｏｐａｔｈｏｌ.， ５７， ５９， １９８２）あるいは胎児の 組織細胞（Ｈｏｒｖａｔ ｅｔ ａｌ.， Ｒｅｓ． Ｎｅｕｒ ｏｌ． Ｎｅｕｒｏｓｃｉ.， ２， ２８９， １９９１）の使用がある。 開示された（２）群の人工器官物質に含まれるものには、純コラーゲンマトリッ クス(ｄｅ ｌａ Ｔｏｒｒｅ ａｎｄ Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ， Ｂｒａｉｎ Ｒｅｓ.， Ｂｕｌｌ.， ３５， ４１８， １９９４； Ｍａｒｃｈａｎｄ ａｎｄ Ｗｏｅｒｌｙ， Ｎｅｕｒｏｓｃｉ． ３６， ４５， １９９０； Ｇｅｌｄｅｒｇ， Ｂｒａｉｎ Ｒｅｓ． ５１１， ８０， １９９０)，含 神経活性剤（Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ ａｎｄ ｄｅ ｌａ Ｔｏｒｒｅ， Ｂｒａ ｉｎ Ｒｅｓ.， ５８９， ２１７， １９９２）あるいは含培養神経グラフ ト(Ｂｅｒｎｓｔｅｉｎ ａｎｄ Ｇｏｌｄｂｅｒｇ， Ｂｒａｉｎ Ｒｅｓ． ３７７， ４０３， １９８６)； 処理ニトロセルロース移植物質(Ｓｃｈｒ ｅｙｅｒ ａｎｄ Ｊｏｎｅｓ， Ｄｅｖ． Ｂｒａｉｎ Ｒｅｓ.， ３５， ２９１， １９８７； Ｈｏｕｌｅ ａｎｄ Ｊｏｈｎｓｏｎ， Ｎｅｕｒｏ ｓｃｉ． Ｌｅｔｔ． １０３， １７， １９８９)； コラーゲン移植物質 （Ｐａｉｎｏ ｅｔ ａｌ.， Ｎｅｕｒｏｃｙｔｏｌ.， ２３， ４３３， １９９１）およびSｃｈｗａｎｎ細胞を納めたポリ（アクリロニトリル−塩化ビ ニル）の重合体誘導チャンネル（Ｘｕ ｅｔ ａｌ.， Ｊ． Ｃｏｍｐ． Ｎｅｕｒｏｌ.， ３５１， １４５， １９９５）がある。 これらのアプローチは、成長する軸索を支持および誘導するために、新しい軸 索源として種々の組織基質を使用したり、複雑な人工器官基質を使用する軸索再 生促進に著しく焦点を当てており、 宿主組織の大部分の再生による脊髄や脳組 織の臨床関連の問題や、例えば、負傷に伴う壊死または傷跡組織を除去した後の 治癒する傷のリモデリングに向けていない。 重合体ヒドロゲルは神経系の移植物質として開示されている(Ｗｏｅｒｌｙ ｅｔ ａｌ.， Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ， １１， ９７， １９９０； Ｗｏｅｒｌｙ ｅｔ ａｌ.， Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ， １２， １９７ ， １９９１；Ｗｏｅｒｌｙ ｅｔ ａｌ.， Ｊ． Ｎｅｕｒａｌ Ｔｒａｎ ｓｐｌ． Ｐｌａｓｔ． ３， ２１， １９９２； Ｗｏｅｒｌｙ ｅｔ ａ ｌ.， Ｃｅｌｌ Ｔｒａｎｓｐｌ.， ２， ２２９， １９９３； Ｗｏｅｒ ｌｙ ｅｔ ａｌ.， Ｊ． Ｎｅｕｒａｌ Ｔｒａｎｓｐｌ． Ｐｌａｓｔ． ５， ２４５， １９９５)．これらのヒドロゲルは、過硫酸アンモニウム、 メタ亜硫酸水素塩ナトリウムまたは過硫酸ナトリウム、およびアスコルビン酸を レドックス開始剤として使用して、水中でヒドロキシエチルメタクリレート(ｐ ＨＥＭＡ)、グリシジルメタクリレート(ｐＧＭＡ)、もしくはＮ−ヒドロキシプ ロピルメタクリルアミド(ｐＨＰＭＡ)、または上記単量体とエチレングリコール とテトラエチレングリコールジメタクリレートもしくはメチレン−ビス−アクリ ルアミドである架橋剤との組成物との遊離基重合により調製された。これらのゲ ルは典型的には均質で、水銀ポロシメーターデータと走査エレクトロン鏡検法に より示されるように、開放（入手しやすい気孔容積）および密閉気孔を含む二項 の気孔性を有して光学的には透明である。典型的にはこれらのゲルの多孔構造は 、平均気孔径が７〜１３μｍの図１に示されるような円形断面の平行する円筒形 細管からなる。分別気孔率はｐＨＥＭＡヒドロゲルが５０％から８５％、ｐＧＭ Ａヒドロゲルが６０％から６５％まで、ｐＨＰＭＡヒドロゲルが７０％から９４ ％までである。ヒドロゲルの気孔容積の少なくとも５０％がｐＨＥＭＡは１．２ 〜４μｍの気孔で、ｐＧＭＡは６〜１３μｍの気孔で、ｐＨＰＭＡは１０〜１４ μｍの気孔で占められている。その生物学的活動はコラーゲンの架橋網状組織へ の導入あるいは共重合に依存することがわかった。出願人は脳への移植を実験し たが、それによると、ある程度の組織修復は均質ゲルマトリックスへの組織の内 方生長の程度により成就できることがわかった。この反応は単量体組成物と付加 される官能基により変化する。しかし、均質ヒドロゲルはしばしば、移植物質を 宿主から遊離する傾向がある繊維カプセルの生成を引き起こす。これは、生神経 組織の機械的特質およびマクロ気孔の小容積画分に十分にマッチしないこれらの ゲルの機械的特質によるものである。脊髄においては、これらの均質ヒドロゲル は宿主と一体化せず、図２に示すように、軸索や組織成分の貫通なしに、連結組 織とグリアの傷跡により速やかにカプセル入りする。さらに、生成される表面積 を限定する物理的考察、つまり、そのような均質ヒドロゲルにおいて円筒形気孔 により生成される組織の相互作用の成功の重要なパラメータ−がある。一定容積 のゲルとしては、表面積はゲルの全容積を占める単独の気孔の最大半径という限 定がある。一方、気孔サイズを低下することにより表面積を増加することは、 組織内方生長とバイオマス堆積と両立しない全気孔率の低下に至るだろう。 Ｈｅａｖｙ ｅｔ ａｌ．は、Ｂｒａｉｎ Ｒｅｓ.， ６７１， １１９， １９９５の中で、組織再生と軸索成長のために脳移植物質として使用されるポ リ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）の重合体スポンジを開示している。 この製品は、組織バイオ接着剤としてＳｃｈｗａｎｎ細胞の含有後に、重合体網 状組織にコラーゲンの追加とともに使用するのが最善である。 米国特許第４，９０２，２９５号には、膵臓組織細胞から人工組織を調製する 方法が記載されている。その方法には、マトリックス前駆体、ゲル前駆体、およ び促進剤と生細胞との水性相における重合が含まれる。促進剤もすべての重合体 前駆体も、体内へ速やかにバイオデグレーション(biodegration)できる生物学的 化合物であり、移植後の長期安定性は有していない。 Ｂｅｌｌａｍｋｏｎｄａ， Ｒ.； Ｒａｎｉｅｒｉ， Ｊ． Ｐ.； Ｂｏｕ ｃｈｅ， Ｎ.； Ａｅｂｉｓｃｈｅｒ， Ｐ． （“Ｈｙｄｒｏｇｅｌ−Ｂａ ｓｅｄ Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｍａｔｒｉｘ ｆｏｒ Ｎｅｕ ｒａｌ Ｃｅｌｌｓ”， Ｊ． Ｂｉｏｍｅｄ． Ｍａｔ． Ｒｅｓ． １９９ ５， ２９， ６６３−６７１）には、神経組織細胞をアガロースと細胞外同 は生物学的で微生物で分解できる。 Ｋｒｅｗｓｏｎ， Ｃ． Ｅ； Ｃｈｕｎｇ， Ｓ． Ｗ.； Ｄａｉ， Ｗ. ； Ｓａｌｔｚｍａｎ， Ｗ． Ｍ． （“Ｃｅｌｌ Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｎｅｕｒｉｔｅ Ｇｒｏｗｔｈ ｉｎ Ｇｅｌｓ ｏｆ Ｅｘｔｒａ ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｍａｔｒｉｘ Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ”， Ｂｉｏｔｅｃｈｎ ｏｌ． Ｂｉｏｅｎｇ． １９９４， ４３， ５５５−５６２）には、ＰＣ１ ２細胞をコラーゲンのみのまたはフィブロネクチンあるいはラミニンと結合した ゲル、およびアガロースとコラーゲンのゲルに懸濁させる技術が記載されている 。これらのゲルは微生物で分解できる。 Ｃａｓｃｏｎｅ， Ｍ． Ｇ.； Ｌａｕｓ， Ｍ.； Ｒｉｃｃｉ， Ｄ.； Ｓｈａｒｂａｔｉ ｄｅｌ Ｇｕｅｒｒａ， Ｒ． （”Ｅｖａｌｕａｔｉｏ ｎ ｏｆ Ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ） Ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ ａ ｓ ａ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ Ｈｙｂｒｉｄ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｔ ｉｓｓｕｅｓ”， Ｊ． Ｍａｔ． Ｓｃｉ． Ｍａｔ． Ｍｅｄ． １９９５ ， ６， ７１−７５）には、物理的に架橋されたポリ（ビニルアルコール）ヒ ドロゲルを使用する技術が記載されているが、それには線維芽細胞が一凍結−霜 解け周期で導入される。 Ｗａｌｄ， Ｈ． Ｋ.： Ｓａｒａｋｉｎｏｓ， Ｇ.； Ｌｙｍａｎ， Ｍ． Ｄ.； Ｍｉｋｏｓ， Ａ． Ｇ.； Ｖａｃａｎｔｉ， Ｊ． Ｐ.； Ｌａｎｇｅｒ， Ｒ． （“Ｃｅｌｌ Ｓｅｅｄｉｎｇ ｉｎ Ｐｏｒｏｕｓ Ｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ”， Ｂｉｏｍａｔ． １９９３， １４， ２７０−２７８）には、肝細胞をポリ（Ｌ−乳酸）の分解されうる重合発泡体中 にマイクロインジェクション技術により包む方法が記載されている。この技術は 非分解マトリックスを提供しないし、重合体マトリックスを通じて均一な細胞分 布を与えない。 Ｍｉｋｏｓ， Ａ． Ｇ.； Ｂａｏ， Ｙ.； Ｃｉｍａ， Ｌ． Ｇ.； Ｉｎｇｂｅｒ， Ｄ． Ｅ.； Ｖａｃａｎｔｉ， Ｊ． Ｐ.； Ｌａｎｇｅ ｒ， Ｒ． （“Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌｙ（ｇｌｙｃｏｌｉｃ ａｃｉｄ） Ｂｏｎｄｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｃ ｅｌｌ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ”， Ｊ． Ｂｉｏｍｅｄ． Ｍａｔ． Ｒｅｓ． １９９３， ２７， １８３− １８９）には、肝細胞を培養するために、ポリ（グリコール酸）が結合繊維と網 状組織を構築する方法が記載されている。この重合体は微生物で分解でき、細胞 をマトリックスに導入する方法は閉じ込めとは異なる。 Ｐｕｅｒｌａｃｈｅｒ， Ｗ． Ｃ.； Ｍｏｏｎｅｙ， Ｄ.； Ｌａｎｇ ｅｒ， Ｒ.； Ｕｐｔｏｎ， Ｊ.； Ｖａｃａｎｔｉ， Ｊ． Ｐ.； Ｖａ ｃａｎｔｉ， Ｃ． Ａ． （“Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｎａｓｏｓｅｐｔａｌ Ｃａｒｔｉｌａｇｅ Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｚｅｄ ｆ ｒｏｍ Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ ａｎｄ Ｃｈｏｎｄ ｒｏｃｙｔｅｓ”， Ｂｉｏｍａｔ． １９９４， １５， ７７４−７７８） およびＦｒｅｅｄ， Ｌ． Ｅ.； Ｍａｒｑｕｉｓ， Ｊ． Ｃ.； Ｎｏｈ ｒｉａ， Ａ． Ｅｍｍａｎｕａｌ； Ｍｉｋｏｓ， Ａ． Ｇ.； Ｌａｎｇ ｅｒ， Ｒ． (“Ｎｅｏｃａｒｔｉｌａｇｅ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ Ｖ ｉｔｒｏ ａｎｄ Ｉｎ Ｖｉｖｏ Ｕｓｉｎｇ Ｃｅｌｌｓ Ｃｕｌｔｕｒｅ ｄ ｏｎ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ ｓ”， Ｊ． Ｂｉｏｍｅｄ． Ｍａｔ． Ｒｅｓ． １９９３， ２７， １ １−２３)。これらの引例には、軟骨細胞をポリグリコール（ＰＧＡ）もしくは ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）またはＰＧＡ−ＰＬＬＡマトリックスに毛管作用により導 入する方法が記載されている。この方法は微生物で分解できる重合体マトリック スを産生するが、一方細胞は重合体に均一に分布されず、細胞密度の制御はしな い。 Ｃａｏ， Ｙ.； Ｖａｃａｎｔｉ， Ｊ． Ｐ.； Ｍａ， Ｘ.； Ｐａ ｉｇｅ； Ｋ． Ｔ.； Ｕｐｔｏｎ， Ｊ； Ｃｈｏｗａｎｓｋｉ， Ｚ.； Ｓｃｈｌｏｏ， Ｂ.； Ｌａｎｇｅｒ， Ｒ.； Ｖａｃａｎｔｉ， Ｃ． Ａ ． （“Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｅｏ−Ｔｅｎｄｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｓ ｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ｓｅｅｄｅｄ ｗｉｔｈ Ｔｅｎｏｃｙ ｔｅｓ”， Ｔｒａｎｓｐｌ． Ｐｒｏｃ． １９９４， ２６， ３３９０− ３３９１）には、腱細胞をポリグリコール酸の浮き出しの不織布メッシュに植え 付ける方法が記載されている。 Ｍｏｏｎｅｙ， Ｄ． Ｊ.； Ｐａｒｋ， Ｓ.； Ｋａｕｆｍａｎ， Ｐ． Ｍ.； Ｓａｎｏ， Ｋ.； ＭｃＮａｍａｒａ， Ｋ.； Ｖａｃａｎｔｉ， Ｊ． Ｐ.； Ｌａｎｇｅｒ， Ｒ． （“Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ Ｓ ｐｏｎｇｅ ｆｏｒ Ｈａｐｔｏｃｙｔｅ Ｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ” ， Ｊ． Ｂｉｏｍｅｄ． Ｍａｔ． Ｒｅｓ． １９９５， ２９， ９５９ −９６５）およびＴａｋｅｄａ， Ｋ.； Ｋｉｍ， Ｔ． Ｈ.； Ｌｅｅ， Ｓ． Ｋ.； Ｌａｎｇｅｒ， Ｒ.； Ｖａｃａｎｔｉ， Ｊ． Ｏ． （“Ｈ ｅｐａｔｏｃｙｔｅ Ｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｂｉｏｄｅｇｒ ａｄａｂｌｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃａｆｆｏｌｄｓ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｂ ａｌｔｉｍａｔｉａｎ Ｄｏｇ ｍｏｄｅｌ ｏｆ Ｈｙｐｅｒｕｒｉｃｏｓｕ ｒｉａ”， Ｔｒａｎｓｐｌ． Ｐｒｏｃ． １９９５， ２７， ６３５−６ ３６）には、肝細胞をポリグリコール酸重合体フェルトのシート、もしくはポリ 乳酸とポリビニルアルコールおよびポリ乳酸ポリグリコール酸から製造した重合 体のスポンジに吸着と毛管作用により吸収させる方法が記載されている。この方 法は微生物で分解できる重合体マトリックスを産生するが、一方細胞は重合体に 均一に分布されず、細胞密度の制御はしない。 Ｗｏｅｒｌｙ， Ｓ.； Ｐｌａｎｔ， Ｇ． Ｗ.； Ｈａｒｖｅｙ， Ａ． Ｒ． （“Ｃｕｌｔｕｒｅｄ Ｒａｔ Ｎｅｕｒｏｎａｌ ａｎｄ Ｇｌｉａ ｌ Ｃｅｌｌｓ Ｅｎｔｒａｐｐｅｄ ｗｉｔｈｉｎ Ｈｙｄｒｏｇｅｌ Ｐｏ ｌｙｍｅｒ Ｍａｔｒｉｃｅｓ： Ａ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｔｏｏｌ ｆｏｒ Ｎｅｕｒａｌ Ｔｉｓｓｕｅ Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ”， Ｎｅｕｒｏｓｃ ｉ． Ｌｅｔｔ． １９９６， ２０５， １９７−２０１）には、神経組織細 胞をコラーゲンを付加基質として含むことのできるポリ［Ｎ−（２−ヒドロキシ プロピル）−メタクリルアミド］の均質移植重合体ゲル中に閉じ込める手順が開 示されている。この手順には、細胞懸濁液の重合体混合物への添加と、細胞−重 合体混合物の室温または３７℃に維持される培養器での重合が含まれる。結果と して得られるゲルは光学的に透明で、細胞は架橋ゲル内で無作為に分散される。 免疫細胞化学研究は、生体外での６日後の細胞生存能力は０から６％の間で変化 することを示した。発明の開示 本発明の目的は、空間充填物質として、また組織の再生、形態発生、一体化し た構造から器官へのリモデリングを刺激する足場構築物(scaffold builders)と して働く非分解重合体ヒドロゲルのような非生物学的な人工装具を使用して従来 技術の欠陥を防ぐことである。 本発明の別の目的は、組織治療を組織生成へと改善することで、それは安定し た重合体マトリックス内で細胞増殖、細胞侵入および組織の組織化を制御するこ とにより達成できる。 本発明の別の目的は、脊髄（ＳＣＩ）および脳損傷もしくは発展性欠陥脊髄（ 二分脊椎）に苦しむ人々に大きな利益と重要な臨床的ならびに経済的影響をもた らす重合体マトリックスにより、組織再生を可能にすることである。 本発明の別の目的は、視覚神経と末梢神経の再生用重合体マトリックスを提供 することである。 本発明の別の目的は、異方性多孔性構造、有効表面積、良好な組織接着力と相 溶性をもち、軟組織構造、特に神経系における移植のために設計され、進行的に 器官の一部となる非分解合成重合体ヒドロゲルマトリックスを提供することであ る。 本発明の別の目的は、制御された気孔構造を有し界面活性剤を含有する合成重 合体マトリックスの治療的使用を可能にすることである。 本発明の主要な目的は、軟器官の修復のための組織再生用人工器官装具として 膨脹した状態で使用される新規な水不溶性重合体ヒドロゲルからなる重合体マト リックスを提供することである。 本発明の別の目的は、最終的な人工器官装具の形を有する型でヒドロゲル製品 を製造する方法を提供することである。 本発明の別の目的は、従来技術の欠陥をひとつあるいはそれ以上克服すること と、標準的な外科手順により脳や脊髄に移植することができる重合体神経人工器 官を提供することである。 本発明の別の目的は、細胞または遺伝学的に改質された細胞を重合体網状組織 に導入する方法を提供することである。 本発明の別の目的は、生細胞と混合され、それにより重合体マトリックスの物 理的特徴をヒドロゲル型挙動（気孔率、安定性、誘導表面、透過性）および細胞 の生物学的要子（例、成長要子）と結び付ける、重合体混合物を提供することで ある。 本発明のさらに別の目的は、軟器官の組織の一部と交換するために使用できる ビオハイブリッド装具を提供することである。 本発明のさらに別の目的は、生体外で長期に渡って種々な細胞を培養するため に使用できる三次元培養系を提供することである。 本発明の別の目的は、生物学的に活性の分子を組織または器官に取り付けるた めの支持マトリックスを提供することである。 本発明の別の目的は、細胞組織の間にある流体または水で飽和している変形可 能な多孔質重合体マトリックスである多孔質ヒドロゲルを提供することであり、 それにより機能的な新組織を与えるために細胞が繁殖し、正しい組織構造で細胞 上組織構築物へと集合するための必要な組織骨組みと水和空間を提供する。 本発明の別の目的は、薬物や高分子、特にインドメタシンなどの抗炎症性物質、 細菌性リポポリサッカライドなどのシトキン(cytokins)剌激剤、メチルプレニゾ ロンなどのステロイドおよび線維芽細胞成長因子などの神経活性因子、の制御さ れた放出のためのシステム用成分を提供することである。 本発明の別の目的は、体内の軟組織交換、急速な付着と同時に止血に適する強 力なバイオ接着性と止血特性を有する物質を提供することである。 本発明の主要な目的は、器官の一部交換においてマトリックス中に成長した新 しい組織の網状組織を損なう減成を生じることなく、体内に長期に渡り移植を維 持する機械的化学的安定性を有する重合体マトリックスを提供することである。 本発明の別の目的は、マトリックスの内部構造と機械的特性を変えることなく オペレーターが重合体マトリックスをカット、寸法決め、取扱いできる機械的コ ンプライアンスを有するマトリックスを提供することである。 本発明の別の目的は、ＣＡＭやＬ１分子などの接着分子、あるいはセマフォリ ンまたは適当な溶液に溶解したネトリンなどの誘導分子など本発明の目的のため に有意義な量の生物学的利益を吸着でき、それにより該分子が次いで重合体マト リックスの網状組織の表面に吸着できる、水性媒体で高い膨脹能力を有する膨脹 性物質を提供することである。 本発明により、弾性的に変形可能で、少なくとも約８０％、好ましくは少なく とも９６％の平衡含水量を有する多孔質の、柔らかい、高吸着重合体マトリック スを形成できる新しい親水性高分子ヒドロゲルが提供される。 また本発明により、生細胞と混合できる重合体混合物が提供される。 本発明は治療用重合体ヒドロゲルであり、これは（ａ）Ｎ−置換メタクリルア ミドまたはアクリルアミド、(ｂ)架橋剤、および（ｃ）糖、糖誘導体、組織接着 ペプチド、骨形態発生プロテインなどの組織分化分子プロテインやリピド誘導体 に対する抗体と結合した重合体からなる群から選ばれる重合物質の共重合体であ って、弾性的に変形可能で、少なくとも約８０％、好ましくは少なくとも９６ ％の平衡含水量を有する。 好ましくは、Ｎ−置換メタクリルアミドまたはアクリルアミド（ａ）は、Ｎ− モノアルキルおよびＮ,Ｎ−ジアルキルメタクリルアミドおよびアクリルアミド 、架橋剤からなる群から選ばれ、(ｂ)はアクリルアミドまたはその前駆体と重合 性物質を含み、(ｃ)はグルコサミン、Ｎ−アセチルグルコサミン、およびノイラ ミン酸のＮ−アセチル誘導体とポリシアリン酸などのその重合形からなる群から 選ばれる糖である。 本発明はまた、(ａ)架橋剤を遊基重合開始剤とともに気孔形成溶媒中に溶解し て溶液を形成し、(ｂ)Ｎ−置換メタクリルアミドまたはアクリルアミドを（ａ） で得られた溶液に添加して混合物を形成し、(ｃ)糖、糖誘導体、組織接着ペプチ ド、形態発生プロテインもしくは誘導されたバイオ活性ペプチド、またはリピド 誘導体に対する抗体と結合した重合体の溶液を（ｂ）で得られた混合物に添加す ることからなる治療用重合体ヒドロゲルを調製する方法に関する。 好ましい実施態様によれば、本方法はアゾ−ビスイソブチロニトリルとメチレ ンビスアクリルアミドを溶媒に溶解して溶液を形成し、その溶液をＮ−２（ヒド ロキシプロピル）メタクリルアミドと混合し、グルコサミンもしくはＮ−アセチ ルグルコサミンもしくはＮ−アセチルノイラミン酸をそれに添加し、低分子残留 生成物とそれから生じる開始剤痕跡を除去することからなる。 他の実施態様によれば、本方法は生組織細胞もしくは遺伝学的に改質された細 胞を（ｃ）で得られた生成物に添加し、該生成物内で細胞の重合を実施すること からなる。 さらに他の実施態様によれば、本発明による重合体ヒドロゲルは細胞もしくは それと重合させた遺伝学的に改質された細胞を含む。 さらに他の実施態様によれば、本発明は人体もしくは動物の損傷大脳組織もし くは脊髄を除去し、損傷大脳組織もしくは脊髄を本発明による重合体ヒドロゲル と交換することからなる損傷大脳組織もしくは脊髄の治療方法に関する。 本発明によるヒドロゲルは、共有架橋させた、非透明の、異質性物質で、好ま しくはヒドロゲルが宿主組織と接触するよう意図されている比較的粗大な気孔率 （マクロ気孔）の領域と、内方生長する組織と接触するよう意図されている比較 的細かい気孔率（メゾ気孔）の領域とを与えるように約１〜１０、好ましくは３ 〜５μｍの重合体粒子からなる透明相分離構造を示す。 このことは結果として好ましくはマクロ気孔構造を有するスポンジ状構造；例 えば、少なくとも８０〜９０％（ゲルの全容積に対する水銀侵入容積）の分別気 孔率；ゲルの好ましくは数百平方メートル／グラムの範囲における比表面積；例 えば、約１５〜３５μｍの中間気孔直径(容積)；ヒドロゲルの分別気孔率１００ ％に相当する１０μｍもしくはそれ以上の気孔の気孔容積；および２０〜３０μ ｍの超多孔質特性（ゲル容積の少なくとも５０％のゲル分別多孔率）をもたらす 。 ヒドロゲルのマクロ構造と気孔率は、組成物と使用される気孔形成溶媒の特性 に依存する粒子のサイズと多孔質構造、重合体容積画分、重合体−溶媒の相互作 用、重合温度、使用される架橋単量体の特性を制御することにより操作できる。 バイオマス堆積と細胞の相互作用の成功は、重合体粒子のマイクロおよびメゾ気 孔率から生じる水銀ポロシメーターデータが示すように、そのような最適表面／ 容積の相互作用から生まれる。 本物質の重要な最後の面はその開放性質と、バイオマス細胞堆積と生組織との 細胞／分子相互作用とに適する内部連結性である。走査エレクトロン鏡検法の下 では、図３に示されるように、これらの異質性ゲルは典型的に非円形気孔を有す るコロイダル型三次元構造と、図面に示されるように、重合体凝結体の表面の接 触により示される気孔系の壁を示す。有効表面積は粒子表面の気孔率の機能であ る。同族ゲルと対照的に、そのような異質性ゲルの主要利点は、粒子により生じ た表面積が、表面積が凝結体（１）に反比例するように凝結体（１）のサイズが 低下するにつれて、実質的に無制限である点である。また、同族ゲルと比較して 、本発明の異質性ゲルははるかに大きな気孔容積を示し、したがって細胞侵入と バイオマス堆積にとってより有効である。さらに同族ゲルと比較して、本発明に よるヒドロゲルは、成人の発達する神経組織の機械的コンプライアンス特性に匹 敵する機械的コンプライアンス特性を有する。 これらのヒドロゲルマトリックスは、細胞相互作用がゲル構造、いわゆる類器 官ヒドロゲルを通して組織化された組織の網状組織に帰するので、真の組織特殊 構築物を有する。 重合体マトリックスは、下記成分のそれぞれの有効量を同時沈殿もしくは沈殿 重合と架橋共重合させて形成できる：(ｉ)Ｎ−モノアルキルメタクリルアミドな どのＮ−置換メタクリルアミドもしくはＮ−モノアルキルアクリルアミドなどの Ｎ−置換アクリルアミド、またはＮ,Ｎ−ジアルキルアクリルアミドなどのＮ,Ｎ −置換アクリルアミド；(ｉｉ)アクリルアミドもしくはその前駆体またはジビニ ル化合物などの架橋剤；(ｉｉｉ)アゾビスイソブチロニトリル、種々な過酸化物 、アスコルビン酸、ペルオキシ硫酸塩、置換アゾ化合物、その他当業界で公知の 物を含む遊離基重合開始剤を、共重合体もしくは三元共重合体に関しては０．０ １〜２％の間で変化する量で；(ｉｖ)グルコサミンもしくはＮ−アセチルグルコ サミンもしくはＮ−アセチルガラクトサミンもしくはＮ−アセチルノイラミン酸 もしくはポリシアリン酸もしくは他の糖誘導体もしくはＡｒｇ−Ｇｌｙ−Ａｓｐ ， Ｉｌｅ−Ｌｙｓ−Ｖａｌ−Ａｌａ−Ｖａｌ， Ａｌａ Ｈｉｓ−Ａｌａ−Ｖ ａｌ−Ｓｅｒ−Ｇｌｕ， Ｔｙｒ−Ｉｌｅ−Ｇｌｙ−Ｓｅｒ−Ａｒｇなどの配列 を含む組織接着オリゴペプチド、組織分別分子誘導オリゴペプチド（例、骨形態 発生プロテイン）もしくはミエリンおよび軸索関連リピド，好ましくはアセトン ／ジメチルスルフォキシド、アセトンもしくはアセトン／エタノールなどの溶媒 中のその誘導体などの複合糖。 アルキル群は好ましくは１個または２個の炭素原子、例えば、Ｃ１〜Ｃ２のヒ ドロキシアルキルおよびアミノアルキル基を有する。ここで用いられるＮ−置換 には、ＯＨ，アミノ基もしくはその組合せを含むＣ１−８置換基が含まれる。 反応はふつう密閉アンプルからなる重合器中で４０℃〜６０℃の温度で約１２ 時間実施される。図面の簡単な説明 図１は同族ゲルの顕微鏡図である。 図２は脊髄に移植された同族ゲルの顕微鏡図である。 図３はＨＰＭＡの同族ゲルの顕微鏡図である。 図４は神経組織に移植された図３のゲルの顕微鏡図である。発明の実施態様 本発明を下記の実施例により説明する。 実施例１ ＡＩＢＮ(アゾビスイソブチロニトリル)(１．２％ ｗ／ｗ)とメチレンビスア クリルアミド（１モル％）を乾燥アセトンに溶解する。溶液をＮ−２−（ヒドロ キシプロピル）メチルアクリルアミドとアセトン／ジメチルスルフォキシド（９ ３：７ ｖ／ｖ）の混合物を有する３０％ＨＰＭＡの容量率に混合する。Ｎ−メ タクリロイルグルコサミン(５％ ｗｔ)、もしくは１−メチル−２−メタクリロ イルアミドエチル−２−アセタミド−２−デオキシディ−β−Ｄ−グルコシド( ６．５％ ｗｔ)、もしくは２−［１−メチル−２−メタクリロイルアミドエチ ル］５−アセタミド ３，５−ジデドキシ−Ｄ−グルセロ−α−Ｄ−ガラクト− ２−ノヌロピラノシドン酸(５．２％ ｗｔ)、もしくはメタクリロイルグリシル グリシルアルギニルグリシルアスパラギン酸（１．４％ ｗｔ）をジメチルスル フォキシドに溶解し、重合混合物に添加する。混合物を完全に均質化し、シリン ジに充填し、アンプルに投入する。反応混合物を次いで窒素でパージし、アンプ ルを有炎燃焼で密閉する。溶媒の蒸発を避けるために、混合物をアンプルの有炎 燃焼に先だって、初めにドライアイスとエタノールの混合物中に凍結することが できる。密閉アンプルを次いで５０℃の水浴に２４時間浸漬する。 好ましくは、本発明によれば、未反応単量体などの低分子量残留生成物、網状 組織に包含されなかったオリゴマーおよび開始剤痕跡は、使用に先だってヒドロ ゲル製品から除去される。これはキセロゲルをエタノールに２０時間浸漬、次い でエタノール／水（１：１ ｖ／ｖ）の混合物に２０時間、およびときどき水を 交換しながら蒸留水に１週間浸漬を、膨脹平衡が得られ、抽出率が低く、好まし くはゼロになるまで実施することにより達成される。本発明の別の重要な面は、 汚染を避けることである。重合体ゲルの調製は好ましくは、濾過された気流でバ イオハザード室で実施される。洗浄段階は好ましくは、無菌物質を使ってなされ 、ゲルは無菌蒸留水中に４℃で貯蔵される。 重合体装具と提供者の組織細胞の両方を含むハイブリッド装具を形成するため に、細胞を該細胞懸濁液を含むＨａｍｉｌｔｏｎセリング(scringue)を使用して 、重合体網状組織の微細孔により重合体ヒドロゲルの多孔質構造に接種すること が できる。細胞の該重合体ヒドロゲルへの導入は、ヒドロゲルを対象とする器官領 域に移植後十分な時間をとって、生体外と生体内のいずれでも実施できる。細胞 はヒトの脳もしくは筋肉組織もしくは死体解剖物質から分離できる。 実施例２：細胞のＰＨＰＭＡヒドロゲルへの生体外接種 ニューロンをＤＭＥＭ中で、髄膜と血管なしでラットの胚の大脳半球から分離 し、小さな組織破片に切り刻んだ。組織をＤＭＥＭ含有遠心管に、パスツールピ ペットで機械的に分離した。上澄液をとっておき、沈降組織破片を先端を狭める ために火で磨いたパスツールピペットでさらに引き裂いた。細胞の再懸濁／分離 サイクルを数回行った後、とっておいた上澄液を遠心分離し、細胞を媒体１００ μｌにつき１０⁶細胞となるまで濃縮した。画分は細胞閉じ込めに使用するまで 氷の上に置いておく。細胞が重合体ヒドロゲルに効率良く信頼できる貫通をする ように、細胞をマイクロ操縦器に取り付けたＨａｍｉｌｔｏｎセリングに導入し 、最小の圧力ダメージで所望の濃度で、双眼顕微鏡の下無菌条件で膨脹ＰＨＰＭ Ａヒドロゲルに接種した。細胞含有ヒドロゲルを最小容積の培養媒体中に保ち、 ３７℃、５％ＣＯ₂、増湿雰囲気中で接種する。いったん細胞が十分な成長度合 いに達したら、ハイブリッド装具は脳中に移植でき、組織再建と修復を助長する 。 重合体混合物はまた、生細胞とも混合でき、それにより重合体マトリックスの 物理的特性をヒドロゲル型挙動（気孔率、安定性、誘導表面、透過性）および細 胞の生物学的因子（例、成長因子）と結び付ける。 細胞の重合体マトリックスへの導入は、０℃以下の温度でゲル閉じ込め方法、 つまり、細胞が固定され再組織化、続く移植のための成長および／または分別が 達成できる多孔質マトリックスを生むクリオ重合により達成される。溶媒は、細 胞と適当なクリオ保護剤（グリセロール／ジメチルスルフォキシドもしくはグリ セロールもしくはＤＭＳＯもしくはポリビニルピロリドンもしくはヒドロキシエ チルスターチ、カルボキシメチルセルロース）と組み合わせた組織培養液中に一 般に使用される同位体溶液もしくは同タイプの組織培養媒体とすべきである。本 方法は２、３の細胞から組織の細胞密度に近い細胞密度、およそ１０⁹から１０¹⁰ 細胞／ｃｍ³まで、最終細胞密度を制御できる。本方法はまた、細胞含有重合混 合物（液体窒素もしくは冷却イソペンタン）の冷却率と温度を変化させることに より、マトリックスの気孔率を変化させたり制御することができる。本方法は、 栄養とマクロ分子（例、成長因子）が重合体ゲルマトリックスに閉じ込められた 細胞を行ったり来たりする拡散と細胞泳動を可能にする気孔サイズを有するクリ オゲルに典型的なマクロ多孔質のスポンジ状構造、および有効なバイオマス堆積 、拡張（細胞分裂）および組織発達と成熟中の組織化（細胞から細胞への接触） を生み出す。 実施例３：ＨＰＭＡのクリオ重合による星状細胞のゲル閉じ込め 星状細胞を生後２日のラットの大脳皮質を、０．１％トリプシン−ＥＤＴＡ、 Ｈｅｐｅｓ緩衝ＤＭＥＭ中の０．００１％ＤＮＡｓｅを含む溶液中、３７℃、 ３０分、機械的分離での培養により得た。細胞をプラスチック製フラスコに、 １０⁶細胞／１０ｍｌで延ばし、１０％胎児ウシ血清でＤＭＥＭ中３７℃で維持 した。生体外で７日後、星状細胞を取り入れ、２０％グリセロールを含むＨａｎ ｋの均合塩溶液（ＨＢＳＳ、ｐＨ７．４）に懸濁し、１００μＩにつき１０⁶に 濃縮し、６℃で維持した。閉じ込め手順は薄膜フローキャビネット中で、無菌物 質を使って実施された。予備重合溶液は、２０％グリセロールを含む２．３ｍＬ のＨＢＳＳに溶解した０．６９ｇのＮ−（２−ヒドロキシプロピル）メタクリル アミドと０．０１０ｇのメチレンビスアクリルアミド、および開始剤としてＨＢ ＳＳ（１：１ ｖ／ｖ ＨＢＳＳ； ３．３Ｘ１０^-5Ｍ）中で稀釈したＮ，Ｎ， Ｎ′，Ｎ′−テトラメチレチレンジアミンと過硫酸アンモニウム（１００ｍｇ／ ｍＬ ＨＢＳＳ； ４．３Ｘ１０^-3Ｍ）からなっていた。ｐＨはＨＣ１ ０．１ Ｎで７．０に調整し、予備重合溶液は窒素で脱気し、使用前に４℃で予備冷却し た。細胞を高密度初期重合体混合物に１０⁶細胞／ｍｌの密度で懸濁し、混合物 を完全に混合し、Ｈａｍｉｌｔｏｎセリングを使用して、シリコーンゴムのシー ラントで０．７５ｍｍ離して、最終容積が３ｍＬとなるように２枚の予備冷却し たガラス板に投入した。型をほぼ１分、液体窒素への侵漬により−１７０℃に冷 却し、細胞を−１５℃に冷却した水浴に移す前に液体窒素中に３分放置した。重 合反応を冷却水浴中で５時間実施し、その後型を３７℃浴で解かした。氷分解後 、ゲルを型から外し、ＨＢＳＳで洗浄してクリオ保護剤と未反応生成物を除き、 直径０．８ｍｍの円形ディスクに並べた。ゲルディスクを増湿雰囲気下、３７℃ 、 ５％ＣＯ₂、１０％ＦＢＳと１％抗体（ストレプトマイシン−ペニシリン）で補 足したＤＭＥＭ中で培養した。 重合体ヒドロゲルハイブリッド組織製造のためのこのアプローチは、Ｗｏｅｒ ｌｙ等（１９９６）が開示した手順に比較して２つの主な利点がある：低温度で の重合による膜細胞損傷の予防と、増加する気孔率と一定の気孔構造（異質性ヒ ドロゲル）を生じる細胞周辺の氷の結晶の生成である。結果として細胞は、組織 化、大きな内部表面積、細胞拡張のための十分な空隙、増加した透過率のために 骨組み構築物をもつ重合性マトリックス内に閉じ込められる。さらに細胞重合体 混合物は、上記したように、続く重合用にいったん凍結させて、貯蔵される。 細胞発達のどの段階においても、結果として生じるハイブリッドマトリックス は、多孔質マトリックス、細胞と細胞外マトリックス、および細胞培養媒体に相 当する流体相と細胞外流体からなる固体相からなりたっている。 当業者が認めるように、この方法は、マイクロもしくはマクロ被包技術を用い 、そこでは細胞は変化する直径の球形をもつ重合体膜内で囲まれるにすぎない、 いわゆる「細胞被包」方法とは異なる。 ここで使われる「細胞」という語には、組織断片、細胞群、胚の、新出生の、 もしくは成人起源からの単独細胞、遺伝学的に改質された細胞、主要細胞もしく は不滅化細胞、存在する癌細胞ラインもしくは不滅化前駆体細胞ラインからの不 滅化細胞ライン、茎もしくは先祖細胞、いずれかの組織および器官の成長因子の 選択前駆体細胞ラインが含まれるものとする。本発明の方法と製品は、広範囲に 渡る移植もしくは三次元培養系の人工組織もしくは器官を調製するのに適してい る。 これを成就するためには、例えば、１０％〜２０％のグリセロールをクリオ保 護剤として含むＨａｎｋの均合塩溶液（無菌ＨＢＳＳ、ｐＨ７．４）中の細胞懸 濁液を、４℃で１０分間培養した。実施例１で記載した重合性組成物からなる予 備重合溶液を、１０％〜２０％のグリセロールを含むＨＢＳＳに溶解する。溶液 を多孔質ガラスフィルターで濾過し、真空下で脱気し、氷中で予備冷却する。遊 離基重合を、過硫酸アスコルビン酸もしくはＨＢＳＳに溶解した過硫酸テトラメ チレンジアミンで開始する。溶液のｐＨはＨＣｌ １Ｎで中和に調整する。細胞 を重合溶液に変化する密度で、好ましくは重合混合物１ｍｌにつき１０⁶細胞で 懸濁する。混合物を完全に混合し、シリンジに充填し、アンプルもしくは様々な サイズの、もしくはアンプル入りのシリコーンゴムのシーラントで離した、２枚 のガラス板で作られた型に投入する。型もしくはアンプルを液体窒素への浸漬に より急速に冷却し、−１０℃〜−３０℃に冷却した水浴に移す。クリオ重合反応 を少なくとも５時間、好ましくは１２時間実施する。重合後、型もしくはアンプ ルを３７℃の水浴に解かし、ゲルを外し、ＨＢＳＳで洗浄し、適当な形に寸法を 決めることができる。ゲルを抗体と抗菌薬物を含む好ましい培養媒体入りの５％ ＣＯ₂培養器に移す。この手順は、フローキャビネット中、無菌器具を用いてな される。 実験１ 本発明の重合体ヒドロゲルの生物学的許容度を、ラットの切開した脊髄と脳損 傷への移植により研究した。実験のサンプルは移植後、１週間から１０か月して 取り上げた。生物学的許容度は優れていた。肉眼では、ゲルは良好な安定性を示 す宿主組織に一体化し、宿主の器官が完全に見える場合もある。顕微鏡使用では 、本重合体ヒドロゲル処方は、半球および切開ラット脊髄の移植箇所における組 織再建と軸索再生を促進し、かくして組織の連続性修復を１００％まで達成する ことを研究は示した（図４）。データは下記のように要約される：(ｉ)ヒドロゲ ルの統合と器官の連続性の修復；新しい組織が発達してその多孔質表面が傷口に 接着して損傷に取って代わることができるように、ヒドロゲルが損傷容積を一定 に保つ；(ｉｉ)全有効重合体表面との滑らかな接触面；(ｉｉｉ)隣接する宿主組 織中の最小の傷と嚢胞性空洞現象の不在；(ｉｖ)移植物質の宿主への付着を強化 する重合体網状組織内のグリア型組織の網状組織の内方生長；(ｖ)異質性起源の 細胞の内方生長；(ｖｉ)細管内方生長；(ｖｉｉ)免疫組織化学により見られるよ うに、細胞外マトリックス分子（コラーゲン、フィブロネクチン、ラミニン）の 重合体網状組織の表面における堆積；および（ｖｉｉｉ）バイオ移植物質を通し ての軸索成長。対外移植ヒドロゲルの赤外分光学研究は、自然のままのヒドロゲ ル（移植されていない）の赤外スペクトルが、隣接する脊髄組織に類似するリピ ドやプロテイン化合物の典型的な赤外特徴に取って代わられたこと を示し、脊髄組織要素はヒドロゲルの多孔質網状組織に一体化することを確証す る。 実験２ クリオ重合は、細胞が固定される一定のマクロ多孔性構造をもつ異質性ゲルを 生むことができた。細胞ラベリング、免疫細胞化学など細胞ラベリング技術を用 いる研究は、細胞が重合体網状組織を通して、ゲル内で異なるレベルで、個々の 分離した細胞としてもしくは２、３個の小さな群れに配列して均一に分布されて いることを示す。生存する細胞は、生体外培養で３週間に渡って、発達する神経 組織細胞の抗原性プロフィールで明確に免疫着色された。したがって、ラットの 新出生の脳から分離された星状細胞を、高レベルの保持性をもつクリオ重合反応 により親水性ヒドロゲル内に閉じ込めることができ、閉じ込められた細胞は生存 でき、単分子層培養条件におけるように正常に分化する。生体外で１０日後、閉 じ込められた細胞の生存能力は細胞ラベリング技術使用で９０％である。さらに 、細胞は、単分子層培養におけるように、重合体マトリックス内でラミニンおよ びフィブロネクチンと合成すると機能的である。 重合体ヒドロゲルは主に、トラウマもしくは外科的操作もしくは生来の不具か ら生じる体の軟器官の組織欠陥もしくは組織不足に、新しい機能的に一体化した 組織−器官の形成を助長することにより、取って代わる組織エキスパンダーとし て、および組織生成遺伝子母型として使用されるよう意図されている。それはま た、傷治療、組織レモデリング、組織再生、肝臓、膵臓、皮膚、筋肉など軟器官 の組織発達の処理に使用されるよう意図されている。また骨再生や修復のための 他の材料と組み合わせて使用することもできる。 重合体ヒドロゲルの別の適用は、特殊なヒトの神経系疾患の治療を提供するた めの手順を開発することであり、該重合体ヒドロゲルは、病気の性質やタイプお よび機能的欠陥の程度に応じて２つの異なる方法で使用できる。先ず、それは組 織再生遺伝子母型として、もしくは細胞グラフトの合併後の細胞キャリアとして 使用できる。本発明による重合体ヒドロゲルは、例えば、発展病期もしくは成人 の病期において脳や脊髄の特殊な領域の損傷もしくは生来の欠陥(例、脊髄の傷) を治療するために使用されるよう意図されている。典型的には、手順は損傷組織 、 傷組織もしくは神経組織の不全部分を除去し、大脳組織もしくは脊髄組織を上記 の重合体ヒドロゲルと取り換えることからなる。本発明による重合体ヒドロゲル はまた、発展病期もしくは成人の病期における中枢神経系の軸索通路と結ばれた ニューロンの回路を再建するのにも有用である。例えば、アルツハイマー病で損 なわれる記憶機能に関係する中隔海馬回路、あるいはパーキンソン病もしくはハ ンチントン病の線条の一部、あるいは下垂体−ハイポ視床系に関係するホルモン ／生殖機能不全に関係する黒質線状体回路である。これは、脳組織の欠陥部分を 外科的に除去し、本発明によるゲルを、好ましくは新しい機能的な軸索回路の形 成を起こすために神経細胞グラフトとともに移植することにより達成される。同 様に、脊髄回路の不全（例、二分脊椎）を起こす不具は、器官の異常形成部分を 除去し、欠陥部分を好ましくは神経細胞グラフトとともに本発明による神経ゲル により取り換えることにより治療できる。本発明によるヒドロゲルの別の適用は 、同様に本発明による重合体ヒドロゲルを通して軸索の再成長を起こすことによ る視神経と末梢神経の治療である。 本発明は上記の好ましい実施態様に限定されるものでなく、本発明の精神と範 囲から逸脱しないかぎり変更は可能であると理解される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．治療用重合体ヒドロゲルにおいて、該ヒドロゲルが（ａ）Ｎ−置換メタク リルアミドもしくはアクリルアミド、（ｂ）架橋剤、および（ｃ）複合糖、糖誘 導体、組織接着ペプチドおよびリピド誘導体に対する抗体と接合する重合体から なる群から選ばれる共重合性物質の共重合体であり、該重合体ヒドロゲルが異質 性で、弾性的に変形可能で、少なくとも約８０％の平衡含水率を有する、前記治 療用重合体ヒドロゲル。 ２．（ａ）該Ｎ−置換メタクリルアミドもしくはアクリルアミドがＮ−モノア ルキルおよびＮ，Ｎ−ジアルキルメタクリルアミドおよびアクリルアミドからな る群から選ばれ、（ｂ）該架橋剤がアクリルアミドもしくはその前駆体を含み、 （ｃ）該重合性物質がグルコサミン、Ｎ−アセチルグルコサミンおよびノイラミ ン酸のＮ−アセチル誘導体からなる群から選ばれる糖である、請求項１に記載の 重合体ヒドロゲル。 ３．該アルキルが１〜２の炭素原子を含む、請求項２に記載の重合体ヒドロゲ ル。 ４．該アルキルがヒドロキシアルキルもしくはアミノアルキル基である、請求 項３に記載の重合体ヒドロゲル。 ５．該平衡含水率が少なくとも９６％である、請求項１に記載の重合体ヒドロ ゲル。 ６．該ヒドロゲルが共有架橋しており、実質的に非透明で、異質性物質を構成 する、請求項１に記載の重合体ヒドロゲル。 ７．該ヒドロゲルが約１〜１０μｍの重合体粒子からなる透明相分離構造を示 し、それによりヒドロゲルが宿主組織と接触するよう意図されている比較的粗大 な気孔率の領域と、内方生長する組織と接触するよう意図されている比較的細か い気孔率の領域とを提供する、請求項６に記載の重合体ヒドロゲル。 ８．少なくとも８０〜９０％の画分気孔率をもつマクロ多気性構造、少なくと も１００平方メートル／グラムの比表面積、約１５〜３５μｍの中間気孔径、ヒ ドロゲルの画分気孔率の１００％に相当する少なくとも１０μｍの気孔の気孔容 積、および２０〜３０μｍの範囲の高多孔性特性を有する、請求項１に記載の重 合体ヒドロゲル。 ９．(ａ)架橋剤を遊離基重合開始剤とともに溶媒に溶解して溶液を作り、（ｂ ）Ｎ−置換メタクリルアミドもしくはアクリルアミドを（ａ）で得られた溶液に 添加して混合物を作り、（ｃ）複合糖、複合糖誘導体、組織接着ペプチドもしく はリピド誘導体に対する抗体と結合する重合体からなる共重合性物質の溶液を、 該重合体ヒドロゲルを与えるのに有効な条件下で、（ｂ）で得られた混合物に添 加することからなる、治療用重合体ヒドロゲルを調製する方法。 １０．アゾビスイソブチロニトリルとメチレンビスアクリルアミドを該溶媒に溶 解して溶液を作り、該溶液をＮ−２−（ヒドロキシプロピル）メタクリルアミド と混合し、グルコサミンもしくはＮ−アセチルグルコサミンもしくはＮ−アセチ ルノイラミン酸をそこへ添加し、低分子量の残留生成物とそれから生じる開始剤 痕跡を除去することからなる、請求項９に記載の方法。 １１．該架橋剤がアクリルアミド、その前駆体およびジビニル架橋剤からなる 群から選ばれる、請求項９に記載の方法。 １２．該重合開始剤がアゾビスイソブチロニトリル、過酸化物、アスコルビン 酸、ペルオキシ硫酸塩および置換アザ化合物からなる群から選ばれ、生成される 重合体ヒドロゲルに関しては、０．０１〜２重量％の範囲の量で使用される、請 求項９に記載の方法。 １３．該重合性物質の溶液が複合糖からなる、請求項１２に記載の方法。 １４．該複合糖がグルコサミン、Ｎ−アセチルグルコサミン、ノイラミン酸の Ｎ−アセチル誘導体、ポリシアリン酸およびガラクトセンからなる群から選ばれ る、請求項１３に記載の方法。 １５．該重合性物質の溶液が組織接着ペプチドを含む、請求項１２に記載の方 法。 １６．該重合性物質の溶液がリピド誘導体に対する抗体と接合する重合体を含 む、請求項１２に記載の方法。 １７．４０℃〜６０℃の間の温度で約１２時間実施される、請求項１２に記載 の方法。 １８．生組織細胞もしくは遺伝学的に改質された細胞を（ｃ）で得られた製品 に添加し、該細胞と該製品との重合を実施することを含む、請求項９に記載の方 法。 １９．生組織細胞もしくは遺伝学的に改質された細胞を重合させるための、請 求項１に記載の共重合された重合体ヒドロゲル。 ２０．損傷大脳組織もしくは脊髄の治療方法であって、ヒトもしくは動物の該 損傷大脳組織もしくは脊髄を除去し、該損傷大脳組織もしくは脊髄を請求項１に 記載の重合体ヒドロゲルと取り代えることからなる、前記治療方法。 ２１．治療用重合体ヒドロゲルであって、該ヒドロゲルが（ａ）Ｎ−置換メタ クリルアミドもしくはアクリルアミド、（ｂ）架橋剤、および（ｃ）共重合性組 織接着物質の共重合体である、前記治療用重合体ヒドロゲル。 ２２．哺乳動物の傷、損傷もしくは機能的欠陥組織の治療方法であって、該傷 、損傷もしくは機能的欠陥組織を除去し、それを請求項１に記載の重合体ヒドロ ゲルと取り代えることからなる、前記治療方法。 ２３．中枢神経系の軸索通路と連結するニューロン回路再建用の、請求項２２ に記載の方法。 ２４．視覚神経および末梢神経の外傷治療用の、請求項２２に記載の方法。