JP2019088807A - 組織集積センサー - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、組織における分析物を検出するための装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明によれば、検知部分であって、（１）組織を通過して分散された励起シグナルを受信し、及び（２）励起シグナルの受信に応答して、分析物の存在下で発光シグナルを生じさせる検知部分；及び該検知部分を含む組織集積足場を含む装置が提供される。一態様では、組織集積足場が電子機器を欠いていてもよい上記装置が提供される。他の態様では、毛細血管が検知部分に近接近した状態で組織集積足場内に直接成長し得るように、足場は相互連結された複数の細孔を画定する上記装置が提供される。【選択図】図３

Description

関連出願への相互参照
本出願は、２０１０年１０月６日に出願された米国仮出願第６１／３９０，２５２号の利益を主張し、その開示は全体として参照により本明細書に援用される。

連邦政府の委託研究下でなされた発明に対する権利の陳述
利用なし。

本開示はバイオセンサーの分野に関する。

多数の状態の管理において、インビボでの分析物の定期的な測定は必要である。生理状態、代謝状態又は疲労状態の変化を連続して正確に決定し；インビボでの生物学的脅威又は治療薬の濃度を測定し；症状の開始前に疾患の早期検出を与えるセンサーをヒト生体内に埋め込むことは、医療科学と軍の両方の長期目的となっている。最小限のユーザー・メンテナンスにより非浸襲的にそれを行うことは本質的であり、数カ月から数年のセンサー寿命が実際のユーザー環境において極めて重要である。

例えば、血中グルコースの管理は、糖尿病患者において、正確なインスリン投薬を確実にするために本質的である。さらに、糖尿病患者の長期治療において、血中グルコースレベルのより良い制御は、妨げなければ、網膜症の発症、循環障害、及び糖尿病としばしば関連した他の変性疾患を遅延させることができることが実証されている。したがって、糖尿病患者による血中グルコースレベルの信頼があって正確な自己監視が必要である。

現在、血中グルコースは、市販の熱量測定試験片又は電気化学的バイオセンサー（例えば、酵素電極）の使用により糖尿病患者によって監視され、それらの両方は、測定がなされる各時間で血液の適切な量を採取するための槍状の器具の通常使用を必要とする。平均して、大多数の糖尿病患者は、１日２回の血中グルコースの測定を行うためにこのような器具を用いている。しかしながら、米国の国立衛生研究所は、最近になって、血中グルコース試験は、少なくとも１日４回行われるべきであることを推奨し、この推奨は米国糖尿病協会によって承認された。血中グルコース試験の頻度のこの増加は、財政費の観点と痛みや不快の観点の両方において、特に、指先からの採血のためのランセットの通常使用を行わなければならない長期の糖尿病患者において相当な負担を強いる。したがって、患者からの採血を伴わない良好な長期のグルコース監視システムが明らかに必要とされる。

ここ数十年にわたって、多くの試みがなされ、頻繁又は連続的な監視を与える埋め込まれたセンサーを開発されてきた。例えば、１９８６年５月６日に出願されたＧｏｕｇｈらの米国特許第４，７０３，７５６号は、グルコースレベル及び酸素レベルを監視するための、生体内における埋め込み用のセンサーモジュールを報告する。しかしながら、電気的な失敗、分析物認識要素（典型的には酵素）の分解、コンポーネント分解および層間剥離のため、これらのセンサーは、典型的には、比較的短期間（例えば、数時間から数日）後に失敗する。インビボセンサーの別の主な失敗様相は、センサー自体の失敗ではないが、むしろ、組織の変化が、センサーの埋め込みにより、センサーに即座に隣接する。センサーのインターフェイスでの組織は、もはや、全生体状態若しくは疾患状態又は対象の分析物の代表物とはならないように変化する。

米国特許第７，２２８，１５９号は、真皮内への注入のための生分解性マトリックスに包埋された複数の非生分解性検知粒子を含むセンサーを報告する。しかしながら、マトリックスが分解するにつれて、検知粒子は、マクロファージによって消化され、埋め込み部位から除かれる。同様に、米国特許第６，６７１，５２７号は、表皮に注入され、皮膚の通常の腐肉のために経時的に排出されるセンサーを報告する。米国特許出願第２００９／０１３１７７３号は、適切な競合結合アッセイの少なくとも２つの異なる改変体で構成されている糖質（例えば、グルコース）センサーを報告する。

Ｎｉｅｌｓｅｎら．（２００９）Ｊ．Ｄｉａｂｅｔｅｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ３（１）：９８−１０９，Ｂｉｌｌｉｎｇｓｌｅｙら．（２０１０）Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．８２（９）：３７０７−３７１３、及びＭｃＳｈａｎｅら．（２０００）ＩＥＥＥ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ Ｍａｇａｚｉｎｅ １９：３６−４５は、分析物を検知するマイクロスフェア又はナノスフェアの埋め込みを報告する。これらの個々の検知粒子は、それらが小さすぎ、組織全体を移動し得る場合には、マクロファージに取り込まれ、説明が期待できず、未制御な方法で蛍光シグナルの消失が望まれていないものである。検知粒子が大きすぎ、マクロファージによって取り込まれない場合、それらは、典型的な異物反応（ＦＢＲ）を受け、インプラントに関して毛細血管の近接を制限する。センサーが無血管組織によってカプセル化されるようになるにつれて、それらは、血液が運ぶ分析物を正確に検知する能力を失い、それらが食細胞（小粒子）によって飲み込まれるにつれて、グルコースなどのコンポーネントにとって検知されるのに必要なコンパートメントである間質液との接触が失われる。したがって、現在の検知技術は、典型的には、生体内においてほんの短時間（例えば、市販のセンサーでは２〜７日）後に失う。

このようにして、間質液（内部の細胞環境ではない）と接触したまま、センサーを取り囲む間質液が近傍の毛細血管により一定の高速平衡化にあるように、脈管系に近接近した状態にすることによって、長期（例えば、数週間、数カ月又は数年）の正確な読み込みを与える組織集積となる検知技術の必要性は明らかである。

本明細書には、組織集積センサー、これらのセンサーを含むシステム、種々の分析物を測定するためのこれらのセンサー及びシステムを用いる方法が開示されている。

現在、生体化学を監視するための連続的な分析物センサー（微小透析、電気化学、皮膚入れ墨センサーなど）は、進行的に減少する毛細血管密度及び／又は異物反応により、正確な長期データを与えない。センサー（検知媒体）内及びその全体での毛細血管の組み込みは、現存する主な改善である。毛細血管増大は、正確性の改善と遅延時間の減少を生じさせる。

一態様において、本明細書は、分析物を検出するための組織集積センサーを提供し、該センサーは、組織集積足場；１以上の検知部分を含み、ここで、検知部分は、分析物の存在下で検出可能なシグナルを生じさせ；さらに、該センサーは、対象とする組織内に設置された（例えば、埋め込まれた）場合、分析物の検出を与える。本明細書に記載されている組織集積センサーは、分析物（単数又は複数）の長期検出を与えることができる。ある種の実施形態において、組織集積足場は、１以上の検知部分（例えば、足場内に形成される高分子性検知部分）からなる。組織集積センサーは、１以上のポリマー、例えば、１以上のハイドロゲルを含んでもよい。検知部分は、足場の外部に埋め込まれてもよく、及び／又はその外部に付着されてもよく、又は足場自体を形成してもよい。ある種の実施形態において、足場は多孔性であり、さらに、少なくとも２つの細孔が相互接続されている。ある種の実施形態において、検知部分は、マイクロスフェア又はナノスフェアを含む。本明細書に記載されちるセンサーのいずれかは、１以上の層（１以上の層に検知部分を有する）及び／又は１以上のファイバーを含んでもよい。

本明細書に記載されているセンサーのいずれかは、さらに、追加のコンポーネント、例えば、センサーの外部上の被覆を含んでもよく、及び／又は、例えば、該検知部分から検出されるシグナルを較正するための１以上の追加の参照（較正）部分を含んでもよい。

なお別の態様において、本明細書には、分析物を検出するためのシステムが提供され、該システムは、本明細書に記載されている１以上の組織集積センサー；該検知部分によって生じたシグナルを発生させ（例えば、該検知部分に発光させる光）及び／又は測定する送信機を含む。ある種の実施形態において、該システムは、さらに、以下：検出器、シグナル受信機、シグナル送信機、シグナル処理コンポーネント、エネルギー貯蔵コンポーネント、データ記憶コンポーネント、データ送信機、データ表示デバイス、データ処理コンポーネント及びそれらの組み合わせの１以上を含む。

なお別の局面において、本明細書には、本明細書に記載されているセンサー及びシステムを作製し、使用するための方法が提供される。ある種の実施形態において、本明細書において、対象とする組織における分析物を検出するための方法が提供され、該方法は、本明細書に記載されている１以上のセンサーを組織に組み込み、分析物の存在を検出することを含む。

図１は、細孔及び固体足場部分を示す、本明細書に記載されている例示的な組織集積インプラントの断面図を示す。

図２のパネルＡ〜Ｅは、組織への埋め込み後、本明細書に記載されているインプラントを組み込んでいる例示的な組織の断面図を示し、対象への埋め込み後の細孔内で成長している組織を示す。図２Ａは、図１に示されているデバイスの部分（囲まれた領域）の模式的な断面図である。 図２Ｂ及び２Ｃは、本明細書に記載されているセンサーの埋め込み後、１週（図２Ｂ）又はそれを超える（図２Ｃ）の埋め込まれたセンサーを含む組織の断面を示す組織学的写真の模式図である。 図２Ｂ及び２Ｃは、本明細書に記載されているセンサーの埋め込み後、１週（図２Ｂ）又はそれを超える（図２Ｃ）の埋め込まれたセンサーを含む組織の断面を示す組織学的写真の模式図である。 図２Ｄ及び２Ｅは、センサーの埋め込み後の１週（図２Ｄ）及び１カ月（図２Ｅ）の埋め込まれたセンサーを含む組織の断面図を示す組織学的写真（ＣＤ３１に対して毛細血管を染色）の模式図である。 図２Ｄ及び２Ｅは、センサーの埋め込み後の１週（図２Ｄ）及び１カ月（図２Ｅ）の埋め込まれたセンサーを含む組織の断面図を示す組織学的写真（ＣＤ３１に対して毛細血管を染色）の模式図である。

図３は、検知部分が固体足場部分内に包埋された（生理学的に取り込まれ又は化学的に結合された）、本明細書に記載されている例示的な組織集積インプラント（検知媒体としても知られている）の断面図（図１の囲まれた領域）を示す。

図４は、検知部分が固体足場部分の表面に付着している、本明細書に記載されている例示的な組織集積インプラントの部分（図１の囲まれた領域）の断面図を示す。

図５は、図４に示された例示的な組織集積インプラントの断面図（図１の囲まれた領域）を示し、さらに、検知部分上又はその全体の外部被覆を含む。

図６は、本明細書に記載されている例示的な組織集積インプラントの断面図（図１の囲まれた領域）を示し、この場合、固体足場部分は、ともに結合された粒子の形態である送信部分からできている。

図７は、本明細書に記載されている例示的な組織集積インプラントの断面図（図１の囲まれた領域）を示し、この場合、固体足場部分は、ポリマーが送信材料で構成されているポリマーからできている。

図８は、図３に示されている例示的な組織集積インプラントの断面図を示し、足場に包埋された追加部分（例えば、較正についての参照粒子）をさらに含む。

図９のパネルＡとＦは、本明細書に記載されている例示的なセンサーの全体像及び断面図である。図９Ａは、センサー部分が足場内に包埋されている例示的な単層（例えば、単層ファイバー）の円筒状送信媒体（組織集積センサー）の態様を示す。 図９Ｂは、送信部分が足場の表面に付着している態様を示す。 図９Ｃは、表面上に送信培地を含み、センサー内に包埋されている態様の概観を示す。 図９Ｄは、送信部分を含有する１以上のファイバーを含む、本明細書に記載されている例示的なセンサーの断面図を示す。 図９Ｅと９Ｆは、染色を含有する１以上のファイバーを含む、本明細書に記載されている例示的なセンサーの概観を示す。 図９Ｅと９Ｆは、染色を含有する１以上のファイバーを含む、本明細書に記載されている例示的なセンサーの概観を示す。

図１０のパネルＡとＢは、本明細書に記載されている例示的な多層円筒状送信部分（組織集積センサー）の概観である。図１０Ａは、送信部分が内層に包埋されている２層を有する態様を示す。 図１０Ｂは、中空、及び包埋された送信部分をそこに含む外層を有する態様を示す。

図１１は、図９Ａに示される例示的な検知媒体の断面図である。

図１２は、図９Ｂに示される例示的な検知媒体の断面図である。

図１３は、図１２に示される例示的な検知媒体の断面図であり、足場の表面上の検知部分の外部の被覆をさらに含む。

本明細書に記載されている例示的な送信インプラントの全体（例えば、円筒状）又は部分（例えば、個々のファイバー）の断面図であり、この場合、足場は、ポリマー自体が検知部分で構成されているポリマーで作られている。

図１５は、多層を含む例示的な検知インプラントの全体（例えば、円筒状）又は部分（例えば、個々のファイバー）の断面図であり、この場合、検知媒体は内層に包埋されている。

図１６は、多層を含む例示的な検知インプラントの全体（例えば、円筒状）又は部分（例えば、個々のファイバー）の断面図であり、この場合、検知媒体は外層に包埋されている。

図１７は、例示的な中空の円筒状（又は個々のファイバー）のセンサーの断面図であり、この場合、送信媒体は中空を取り囲む層に包埋されている。

図１８は、対象の皮膚内に組み込まれた後、本明細書に記載されている送信媒体インプラントの模式的な断面図である。

図１９のパネルＡ〜Ｃは、組織積層、脈管化センサー及び送信機を含む例示的なシステムの模式図である。

図２０のパネルＡとＢは、本明細書に記載されている酸素検知媒体（「ＯＤ」）及びＩｎｖｉｔｒｏｇｅｎのｑｔｒａｃｋｅｒ ８００量子ドットを含む参照インプラントを用いて生じた参照部分（「ＱＤ」）を含む対象（マウス）の写真を示す。インプラントは、マウス皮膚の表面下の約２ｍｍにトロカールを用いて注入された。マウスは、５３５ｎｍの励起でＣａｌｉｐｅｒ全動物画像化システム（ＷＩＳ（商標））を用いて撮像され、酸素処理条件（図２０Ａ）及び脱酸素処理条件（図２０Ｂ）下で７６０ｎｍにて蛍光を回収した。示したように、参照インプラント（参照部分を含む）（「ＱＤ」）は脱酸素処理条件でそれらのシグナルを維持し、一方、酸素検知媒体（「ＯＤ」）は酸素濃度で変調した。

図２１は、本明細書（実施例２）に記載されているグルコースセンサーからのグルコース監視を示すグラフである。データは、グルコース濃度の関数としてのＰＤＰ発光の変化率を示す。グルコースセンサー足場材料のディスクは、実施例２において記載されているように生成される長方形片（マイクロスフェアスライド形状）からパンチされた。センサー足場ディスクは、ビルトインの蛍光光度計を有する、自動化されたフロースルーシステム内に固定された。様々な濃度のグルコース溶液（ＰＢＳ中）をセンサー足場ディスク上に流した。蛍光及び寿命読み込みは、成功した実施転上で様々なグルコース濃度に回収された。基準と比較（ゼログルコース濃度）したセンサーシグナルにおける変化のプロットを以下に示す。

本明細書には、インビボでの分析物の正確な、場合より長期の測定に有用な組織集積センサーが記載される。本明細書には、種々の成生化学的分析物の光学的検出用にこれらのセンサーを用いる方法が記載されている。可逆性の結合リガンド及び／又は化学物質を用いて、本明細書に記載されている埋め込み可能なセンサー、システム及び方法は、場合により、任意のタイプの埋め込み可能なハードウェア並びに／又は酵素的及び電気化学的検出法を用いることなしに、種々の生化学的分析物のデータを連続的又は半連続的な回収を提供する。

具体的には、本発明の対象である組織集積センサーは、欠陥と良好に接触（近接近）した状態であり、間質液の測定にダイレクトアクセスを有する。組織集積足場は、検知媒体内で及び／又はその近くでの毛細血管成長を促す。検知媒体は電子機器がなく、電子機器を含むインプラントよりも、検知媒体を生体とは異質にさせることを少なくする。さらに、組織集積検知媒体は、組織の質感に近いモジュールを有してもよく、該組織内での融合を増大させる。

このようにして、他のデバイスとは異なり、本明細書に記載されているセンサーは、例えば長期間にわたって、正確な分析物測定をもたらす、センサーの全ての領域（例えば、表面上及び内部）に近接近して毛細血管を成長させる。ナノサイズの検知要素からの足場の包埋、付着又は形成は、センサー内及び／又は周辺に、例えば組織及び毛細血管の内部成長を可能にする組織集積検知媒体をもたらす。組織集積センサーは、異物反応を最小限にし、及び／又は脈管化を促進する。センサー内及びセンサー全体での直接的な毛細血管成長は、血液中の対象の分析物（例えば、グルコース、乳酸塩、ピルビン酸塩、コルチゾール、イオン、タンパク質、核酸、アルコール、尿素など）への邪魔のない接近を可能にする。組織集積のレベルとセンサーの全ての領域への毛細血管の近接は、血液中の分析物濃度と検知媒体周辺の組織内の分析物濃度との間の密接に安定した関係を提供する。

本明細書に記載されているデバイス及び方法の利点は、限定されないが、（１）対象内に（例えば、組織を介して及び／又は毛細血管の内部成長を介して）融合されるデバイスを提供し；（２）シリンジ注入を介して埋め込むことができるデバイスを提供し、これは、検知媒体を生体に配置するのに必要とする外科的手術がないことを意味し；（３）センサー電子機器を含まないデバイスを生体内に提供し；（４）組織内に良好な容認を可能にする実際の組織により類似した特性（例えば、組織係数により類似している係数及びハイドロゲル水含量）を有する材料（単数又は複数）を含むデバイスを提供し；（５）長期間（例えば、１週間を超える、典型的には数週間、数カ月又は数年）、正確に分析物（単数又は複数）を評価するデバイスを提供し、及び／又は（６）患者の快適さの増加及び生体による良好な容認をもたらす小径のデバイスを提供することを含む。

この明細書及び添付の特許請求の範囲において使用するとき、単一形の「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、その内容が他に明確に規定していなければ、複数の指示対象を含むことが留意されなければならない。したがって、例えば、「検知部分」を含むセンサーへの言及には、２以上の検知部分を構成するデバイスが含まれる。同様に、「分析物」への言及は、２以上の分析物を意味する。

定義
用語「組織集積」とは、生体組織内に組み込まれた場合、組織の血管（例えば、毛細血管）との近接近の状態である材料（例えば、足場）を意味する。「近接近」とは、組織内に埋め込まれた材料（足場）内の任意点から最も近い血管までの平均距離が、天然の（元の）組織における任意点から最も近い血管までの平均距離よりも大きく、１００ミクロン未満であることを意味する。

「長期間」とは、インプラントが、約７日を超えて、例えば、数週間、数カ月又は数年、分析物を感知することを意味する。

「生分解性」又は「生体吸収性」とは、材料が、数日から数週間、数カ月又は数年の範囲で、ある期間全体で対象の生体によって分解され得ることを意味する。

「水溶性」とは、材料の分子が水に溶解し得ることを意味する。すなわち、生分解性材料には、水溶性生体材料が含まれてもよい。

「ハイドロゲル」とは、溶媒（例えば、水）を吸収し、認識できる溶解なしに急速な膨張を受け、可逆性の変形を可能にする３次元ネットワークを維持する材料を意味する。

検知媒体
本明細書には、対象に埋め込むためのセンサー（又は検知媒体）が記載されている。センサーは、組織集積足場と少なくとも１つの検知部分で作られている。

Ａ．組織集積足場
本明細書に記載されているセンサーは、典型的には、組織集積足場（マトリックスとも称される）材料を含む。好ましくは、本発明の組織集積足場は、該足場が組織集積及び／又は脈管化を促進するような材料及び／又は微小構築物を用いて構築されてもよい。例えば、多孔性足場は、組織生体材料固着を提供し、細孔全体での内部成長を促進する。得られる組織増殖の「通路（ｈａｌｌｗａｙ）」又は「チャネル」のパターンは、経時的に持続し、宿主細胞集積を促進する多量の空間充填塊である。本明細書に記載されている生体材料の細孔の全て又はその大部分は、好ましくは相互連結（同時連続）されている。生体材料の同時連続の細孔構造は、インプラントにおける細胞の空間充填内部成長を促進し、順に異物反応を制限し、センサーとして作用するインプラントの能力の長期（１週間を超えて、最大数年）の維持をもたらす。組織集積足場を提供する代替構造体には、非無作為形状又は無作為形状で配置されてもよいファイバー（例えば、直径１〜１０ミクロン又はそれを超える、例えば５、６、７、８、９、１０ミクロン又はそれを超える）が含まれる。また、組織集積足場（任意の形態で）は、多光子重合技術によって形成され得る。Ｋａｅｈｒら．（２００８）Ｐｒｏｃ．Ｎａｔ’ｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ １０５（２６）：８８５０−８８５４；Ｎｉｅｌｓｏｎ ｅｔ ａｌ．（２００９）Ｓｍａｌｌ １：１２０−１２５；Ｋａｓｐｒｚａｋ，Ｄｏｃｔｏｒａｌ Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，Ｇｅｏｒｇｉａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９年５月。

本発明の組織集積足場は任意の材料を含んでもよく、例えば、限定されないが、合成ポリマー、天然に存在する基材又はそれらの混合物が含まれる。例示的な合成ポリマーには、限定されないが、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、２−ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）、シリコーンゴム、ポリ（ε−カプロラクタム）ジメチルアクリレート、ポリスルホン、（ポリ）メチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、可溶性テフロン−ＡＦ、（ポリ）エチレンテトラフタレート（ＰＥＴ、Ｄａｃｒｏｎ）、ナイロン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリウレタン、及びそれらの混合物が挙げられる。例示的な天然に存在する材料には、限定されないが、線維性又は球状タンパク質、複合等質、グリコサミノグリカン、細胞外マトリックス、又はそれらの混合物が挙げられる。このようにして、ポリマー足場には、全ての型のコラーゲン、エラスチン、ヒアルロン酸、アルギン酸、デスミン、バーシカン、マトリックス細胞タンパク質、例えばＳＰＡＲＣ（オステオネクチン）、オステオポンチン、トロンボスポンジン１及び２、フィブリン、フィブロネクチン、ビトロネクチン、アルブミン、キトサンなどが含まれてもよい。天然のポリマーは、足場として、又は付加物として用いられてもよい。

ある種の実施形態において、組織集積足場はハイドロゲルを含む。例えば、ポリマー足場は、例えばヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）、ｐＨＥＭＡを反応させることによってハイドロゲルを含んでもよい。さらに、種々のコモノマーを組み合わせて用いて、ハイドロゲル（例えば、ＰＥＧ、ＮＶＰ、ＭＡＡ）の親水性、機械特性及び膨張特性を変更し得る。ポリマーの非制限的な例には、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、ポリアクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、ポリ（エチレングリコール）モノメタクリレート（種々の分子量）、ジエチレンングリコールメタクリレート、Ｎ−（２−ヒドロキシプロピル）メタクリルアミド、グリセロールモノメタクリレート、２，３−ジヒドロキシプロピルメタクリルアミド、及びそれらの組み合わせが挙げられる。架橋剤の非制限的な例には、エトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリ（エチレングリコール）（ｎ）（ジアクリレート）（種々の分子量）、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、ビスアクリルアミド、及びそれらの組み合わせが挙げられる。開始剤の非制限的な例には、Ｉｒｇａｃｕｒｅシリーズ（ＵＶ）、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）（熱）、過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ）（熱）が挙げられる。

組織集積足場は、球状鋳型ハイドロゲル、例えば、Ｒａｔｎｅｒらによる米国特許出願公開第２００８／００７５７５２号に記載される逆コロイド結晶、又は他の組織集積材料であってもよい。

足場は、生体（生分解性）によって、又は分解プロセスを開始若しくは早める外部開始剤（例えば、ＵＶ、超音波、周波数比、又は分解を開始するための他の外来供給源）によって、分解されてもよい。例えば、組織集積足場は、任意の生分解性ポリマー又は生体吸収性ポリマーにより構成されてもよく、例えば、限定されないが、アルギン酸塩、ポリ（乳酸）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ無水物、ポリ（グリコール酸）、多孔性ポリエステル、多孔性ポリエーテル及び架橋化コラーゲンが挙げられる。１つの具体例は、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレートのＵＶ光重合、アクリル化されたプロテアーゼ分解性ペプチド、Ｐｈｅｌｐｓ，ら（２０１０）Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ １０７（８）：３３２３−３３２８によって報告されているＶＥＧＦである。

他の具体例は、Ｋｌｏｘｉｎら（２００９）Ｓｃｉｅｎｃｅ ３２４：５９−６３ 及び米国特許第６，０１３，１２２号（外部エネルギー形態への暴露を通じて分解を制御する）、並びにＡｌｅｘｅｅｖら．（２００３）Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７５：２３１６−２３２３；Ｂａｄｙｌａｋら．（２００８）Ｓｅｍｉｎａｒｓ ｉｎ Ｉｍｍｕｎｏｌｏｇｙ ２０：１０９−１１６；Ｂｒｉｄｇｅｓら．（２０１０）９４（１）：２５２−２５８；Ｉｓｅｎｈａｔｈら．（２００７）Ｒｅｓｅａｒｃｈ ８３ Ａ：９１５−９２２；Ｍａｒｓｈａｌｌら．（２００４）Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｒｅｐｒｉｎｔｓ，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ４５：１００−１０１；Ｐｈｅｌｐｓら．（２０１０）Ｐｒｏｃ Ｎａｔ’ｌ Ａｃａｄ Ｓｃｉ ＵＳＡ．１０７（８）：３３２３−８；Ｏｓｔｅｎｄｏｒｆ ａｎｄ Ｃｈｉｃｈｋｏｖ（２００６）Ｔｗｏ Ｐｈｏｔｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ：Ａ Ｎｅｗ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ＭｉｃｒｏＭａｃｈｉｎｉｎｇ，Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｓｐｅｃｔｒａ；Ｏｚｄｅｍｉら．（２００５）Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｐｌａｓｔ．Ｒｅｃｏｎｓｔｒ．Ｓｕｒｇ．１１５：１８３；米国特許出願公開第２００８００７５７５２号；Ｓａｎｄｅｒｓら．（２００３）Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐａｒｔ Ａ ６７Ａ（４）：１１８１−１１８７；Ｓａｎｄｅｒｓ ｅｔ ａｌ．（２００２）Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ６２（２）：２２２−２２７；Ｓａｎｄｅｒｓら．（２００３）Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ６５（４）：４６２−４６７；Ｓａｎｄｅｒｓら．（２００５）Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ ２６：８１３−８１８；Ｓａｎｄｅｒｓら．（２００５）Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐａｒｔ Ａ ７２（３）：３３５−３４２；Ｓａｎｄｅｒｓ（２００３）Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ６７（４）：１４１２−１４１６；Ｓａｎｄｅｒｓら．（２０００）Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ５２（１）：２３１−２３７；Ｙｏｕｎｇ Ｍｉｎ Ｊｕら．（２００８）Ｊ Ｂｉｏｍｅｄ Ｍａｔｅｒ Ｒｅｓ ８７Ａ：１３６−１４６によって報告されているポリマーである。

ある種の実施形態において、本発明の組織集積足場は、組織反応調節剤が、組織集積及び脈管化を促進又は増大させるための足場材料から放出されるように構築される。

さらに、本発明の組織集積足場は、中空であるか又は分解性物質、血管形成物質若しくは他の物質（例えば、幹細胞）で充填されている導管、細孔又はポケットを有するように構築されてもよい。上記されるように、生体において一度、導管、細孔又はポケットを満たしている材料の生分解は、組織用に空間を作り、これには材料を用いて組み込まれるための毛細血管が含まれる。最初に導管、細孔又はポケットを満たす生分解性材料は、足場内での血管成長又は組織成長を高めてもよい。この構造は、インプラント内及びその周辺で新しい血管形成を促進し、健康に視認できる組織を維持する。

本発明の組織集積足場は、対象とする分析物に透過性となるように構築されてもよい（例えば、グルコースは、組織に組み込んでいるハイドロゲル足場に分散されてもよく、ハイドロゲルマトリックス内に包埋される検知部分に到達してもよい）。

図１は、本明細書に記載されている多孔性組織集積インプラントの例示的な実施形態を示す。デバイス全体は、概して、１０で示され、３次元ブロックの断面で示される。図１は、細孔５の全部が相互連結されている実施形態を示す。細孔５は固体足場部分１５内にある。

図２Ａは、埋め込み及び組織の内部成長後の本明細書に記載されている多孔性組織集積インプラントの例示的な実施形態を示す。足場１５は、埋め込み後のインプラント内及びその周辺の血管４５、細胞５０及び細胞外マトリックス材料５５（例えば、コラーゲン）の成長後を示す。図２Ｂ及び２Ｃは、本明細書に記載されるように、組み込まれたインプラント１５を含む組織（ラット皮膚）の組織学的写真を示す。図２Ｂは、埋め込みの１週間後の組織１におけるインプラントを示し、図２Ｃは、Ｓｐｒａｇｕｅ−Ｄａｗｌｅｙラットにおける埋め込み１カ月後のインプラントを示す。示されるように、組織１９はインプラント内で成長し、該組織の血管の近接近において、重大な異物反応なしにインプラントを維持している。図２Ｄおよび２Ｅは、Ｓｐｒａｇｕｅ−Ｄａｗｌｅｙラットの皮膚内（皮下）への埋め込みの１週間後（図２Ｄ）及び１カ月後（図２Ｅ）、脈管系の免疫組織化学的染色（ＣＤ３１抗体を用いる）を示す写真の模写である。足場１６の近接境界、並びに埋め込まれた足場内での毛細血管の内部成長１８を示す。

ある種の実施形態において、組織集積足場は、検知部分のみで、又は主に検知部分で作られる（例えば、図５と６を参照）。例えば、検知粒子は、任意の適切な方法（化学、接着、熱など）を用いて互いに結合されてもよい。ある種の実施形態において、検知粒子は、ポリマー、例えばＰＥＧ被覆された粒子（例えばマイクロスフェア）を含む。他の実施形態において、足場は、それ自体が検知部分で構成されているポリマーを含む。図６参照。

組織に埋め込むインプラントは任意の適切な形態であってもよく、例えば、限定されないが、ブロック状（又は任意の厚さ）、立方体様、ディスク形状、円筒状、長円形、円形、ファイバーの無作為又は非無作為立体構造などが挙げられる。ある種の実施形態において、センサーは、１以上のファイバーを含み、それは、非無作為式に（例えば、グリッド、層状グリッドなど、図９Ｅ参照）、又は無作為式（図９Ｆ参照）で構造化されてもよい。

Ｂ．検知部分
本明細書に記載されている組織集積足場は、典型的には、１以上の分析物を検出する検知部分と組み合わせられる（又は検知部分で作られる）。

検知部分によって検出されてもよい分析物の非制限的な例には、酸素、活性酸素種、グルコース、乳酸塩、ピルビン酸塩、コルチゾール、クレアチニン、尿素、ナトリウム、マグネシウム、カルシウム、カリウム、バソプレッシン、ホルモン（例えば黄体形成ホルモン）、Ｈ、サイトカイン、ケモカイン、エイコサノイド、インスリン、レプチン、小分子薬物、エタノール、ミオグロビン、核酸（ＲＮＡ、ＤＮＡ）、断片、ポリペプチド、単一のアミノ酸などが挙げられる。

任意の適切な部分を用いて、対象の分析物を検知することができ、例えば、限定されないが、分析物に結合する分子（例えば、グルコース結合タンパク質）、競合結合分子（例えば、フェニルボロン酸系化学物質）、分析物に特異的な酵素（例えば、グルコースオキシダーゼ）、イオン感受性材料、又は他の分析物感受性分子（例えば、プルフィリンなどの酸素感受性色素）が挙げられる。検知部分は、任意の形態であってもよく、例えば、マイクロスフェア、ナノスフェア、ファイバーなどであってもよい。単一のインプラント（組織集積足場）は、典型的には、複数の検知部分を含む。ある種の実施形態において、検知部分は全て同じであり、一方、他の実施形態において、２以上の検知部分の混合物が用いられる。

検出可能なシグナルを増大又は作製するため、検知部分は、レポーター（例えば、１以上の蛍光色素分子、１以上の金粒子、１以上の量子ドット及び／又は１以上の単一壁付きカーボンナノチューブ）を用いて標識されてもよい。また、検知部分は、膨張、光回折、吸収ＦＲＥＴの変化、クエンチングを介してシグナルを作製し得る。

適切な検知分子の非制限的な例には、限定されないが、グリコデンドリマー又はデキストランを含む色素標識されたコンカナバリンＡ（例えば、Ｂａｌｌｅｒｓｔｅｄｔら．（１９９７）Ａｎａｌ．Ｃｈｉｍ．Ａｃｔａ ３４５：２０３−２１２）、及びアルコール感受性オキソバクテリオクロリン誘導性蛍光結合タンパク質が挙げられ、これはＴａｋａｎｏら（２０１０）Ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｔ １３５：２３３４−２３３９、並びにＶｌａｄｉｍｉｒら．（２００４）Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ５０：２３５３−２３６０；Ａｓｉａｎら．（２００５）Ｃｈｅｍ．１；７７（７）：２００７−１４；Ｂａｌｌｅｒｓｔａｄｔら．（１９９７）Ａｎａｌ．Ｃｈｉｍ．Ａｃｔａ ３４５：２０３−２１２（１９９７）；Ｂｉｌｌｉｎｇｓｌｅｙら．（２０１０）Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ ８２（９）：３７０７−３７１３；Ｂｒａｓｕｅｌら．（２００１）Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ ７３（１０）：２２２１−２２２８；Ｂｒａｓｕｅｌら．（２００３）Ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｔ １２８（１０）：１２６２−１２６７；Ｈｏｒｇａｎら．（２００６）Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ２１１８３８−１８４５；Ｉｂｅｙら．（２００５）Ａｎａｌ Ｃｈｅｍ ７７：７０３９−７０４６；Ｎｉｅｌｓｅｎら．（２００９）Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄｉａｂｅｔｅｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ３（１）：９８−１０９；ＭｃＳｈａｎｅら．（２０００）ＩＥＥＥ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ Ｍａｇａｚｉｎｅ １９：３６−４５；Ｍａｎｓｏｕｒｉ ＆ Ｓｃｈｕｌｔｚ（１９８４）Ｂｉｏ／Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２３：８８５−８９０；Ｒｏｕｎｄｓら．（２００７）Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ １７（１）：５７−６３；Ｒｕｓｓｅｌｌら．（１９９９）Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ７１（１５）：３１２６−３１３２；Ｓｃｈｕｌｔｚら．（１９８２） Ｄｉａｂｅｔｅｓ Ｃａｒｅ ５：２４５−２５３；Ｓｒｉｖａｓｔａｖａ，＆ ＭｃＳｈａｎｅ（２００５）Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ ２２（４）：３９７−４１１；Ｓｒｉｖａｓｔａｖａら．（２００５）Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ９１（１）：１２４−１３１；Ｔａｋａｎｏら．（２０１０）Ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｔ １３５：２３３４−２３３９によって開発された。

検知部分要素は、検知分子の他に、担体分子／ポリマーなどの他の分子を含んでもよい（例えば、検知部分要素は、検知分子を含むＰＥＧナノスフェア、アルギン酸塩粒子又は他の担体を含んでもよい）。また、検知部分要素は、いずれの分析物も検知しないが、較正因子（例えば、対象の分析物によって調節されるシグナルが較正のために比較されてもよい参照色素又は参照シグナルを提供する任意の基質）、又は安定化剤（例えば、カタラーゼ（ｃａｔａｌａｙｓｅ）、検知部分の保存を手助けする任意のフリーラジカルスカベンジャー、又は他の安定化剤）として役立つ参照分子又は安定化分子を含んでもよい。

検知部分要素は、熱応答性材料、圧応答性材料、又は膨張し、収縮し、光学的特性を変化し、若しくは刺激に応答して他の測定可能な特性を変化する材料であってもよい。

Ｃ．検知媒体
組織集積足場と分析物検知部分との組み合わせは、移植可能な検知媒体、検知媒体、組織集積センサー、組織集積バイオセンサー、組織集積検知媒体又はそれらの変形体と呼ばれてもよい。

分析物検知媒体は、組織集積センサーを生成するために、種々の方法において組織集積足場と組み合わせることができる。いくつかの実施形態において、検知部分は、足場内に物理的に取り込まれるか又は化学的に結合される。他の実施形態において、検知部分は、組織集積足場の表面に直接（例えば、共有結合又は非共有結合を介して）結合され、場合により、外部被覆によって覆われてもよい。外部被覆の目的は、限定されないが、以下のように説明される：検知部分を適切な位置に保持する、外的力から検知部分を保護する、種々の分子の分散を制限する／妨げる、及び／又は所望の外部表面を提供する、並びに化学物質からの検知シグナルを足場及び／又は外部検出器に伝導又は変換することである。

いくつかの実施形態において、組織集積足場自体は検知部分から構成され、この場合、検知部分は、一緒に（例えば、化学的に、熱的に、圧的に、など）結合する粒子の形態（球状又は他の形状）であり、又はポリマー自体は、検知毛細血管（刺激応答性ポリマー）を提供する。

別の実施形態において、組織集積足場は異なる層で構成され、この場合、検知部分は物理的に取り込まれるか又は化学的に結合され、又は足場の特定の層、及び他の層は、機械的強度、弾性、伝導性又は他の特性などの他の特徴を提供する。

別の実施形態において、組織集積足場は、刺激（例えば、対象の分析物の濃度、温度又は他の刺激）に応答して膨張又は収縮するポリマーで構成される。収縮又は膨張は、光学変化を引き起し得る（例えば、光回折、マトリックス内に含まれる金ナノ粒子間の距離の変化、又は他の相互作用（Ａｌｅｅｘｅｖら及びＡｓｉａｎら）による）。

以下の表１は、検知部分が、組織集積検知媒体に対して、様々な方法において、どのようにして組織集積足場と組み合わせられるかを示すマトリックスを提供する。

ある種の実施形態において、例えば参照（又は較正）部分に関して、インプラント（検知媒体）は、追加部分（例えば、非検知部分又は検知部分とは異なる追加の検知部分）をさらに含む。参照又は較正部分には、限定されないが、色素、蛍光粒子、ランタニド、ナノ粒子、マイクロスフェア、量子ドット、又はシグナルが分析物（例えばグルコース）の存在により変化しないインプラントの他の付加物若しくは要素が挙げられる。例えば、Ｃｈａｕｄｈａｒｙら．（２００９）Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ １０４（６）：１０７５−１０８５を参照。参照（較正）シグナル（単数または複数）における変動は、検知シグナル（単数または複数）を修正又は較正するために用いることができる。参照シグナルは、インプラントに到達する光量の変化（周辺光の変化、変動ＬＥＤ又はレーザー源）により変動し得る。また、検知はインプラントに到達する光量の変動に供される；しかしながら、対象のシグナルは、分析物（例えばグルコース）変動に基づいて変動するのみであることが望ましい。したがって、参照シグナルは、グルコース濃度の変化を除く影響により変動する場合に、検知シグナルを修正又は較正するために用いられる。また、参照シグナルは、参照部分自体の変化（例えば、光分解、化学分解）により変動し得る。検知シグナル（単数または複数）は、参照によって修正又は較正を可能にする参照に関連付けることができる同じ分解又は分解率を有する。また、参照シグナルは、組織を通過した光伝播を変更する物理的変動（例えば乾燥、酸素化、血流）により変動してもよい。検知シグナルは、同じ方法において、又は参照変動に関連付けられた方法において影響を受け、それにより、１以上の参照によって検知シグナルの修正又は較正を容認する。このようにして、検知シグナルは、較正（参照）部分から得られるシグナル（単数または複数）を参照することによって較正され得る。

ある種の実施形態において、検知部分はグルコースを検出し、参照部分は、酸素（Ｏ₂）を測定する（酸素の存在下で検出可能なシグナルを生成する）分子を含む。上記の通り、検知部分は、酵素、例えば、基質グルコースに特異的であるグルコースオキシダーゼを含むことができる。グルコースオキシダーゼの反応は、基質グルコースをＤ−グルコノ−１，５−ラクトンに変換し、次に加水分解してグルコン酸に変換する。酸素は消費され、Ｈ₂Ｏ₂に変換される。酵素の付近のＯ₂減少は、Ｏ₂感受性蛍光色素、例えばポルフィリン色素を用いることによって測定可能である。これらの色素分子はＯ₂の存在下でクエンチされ、その結果、ＧＯ_Xの作用によるＯ₂の減少は、蛍光の増加を引き起こす。このようにして、Ｏ₂較正部分から発光した蛍光量は、センサーにおけるグルコース濃度と比例する。

また、組織内のＯ₂濃度は生理学的に変化し得て、それにより、検知部分の酵素反応を変化又は制限する。したがって、センサーにおけるＯ₂濃度は、グルコース濃度と独立して測定され得る。このようなＯ₂の参照測定は、検知部分からのグルコース特異的シグナルに対してなされるべきである修正を可能にする。

別の実施態様において、ｐＨの変化を引き起こす分析物特異的酵素は、該分析物特異的酵素の活性、例えば検知部分が含む場合には尿素を測定するために使用されるウレアーゼの活性について報告する分析物特異的色素とは異なり、区別可能な発光スペクトルピークを有する別々のｐＨ感受性蛍光色素の使用を必要とする。

なお更なる実施形態において、検知部分は第１の蛍光色素を含み、参照分子は第２の（異なる）蛍光色素を含む。上記の通り、検知部分は、リガンド受容体部分と分析物類似部分を含む分析物特異的化学物質を利用してもよい。結合部分の１つは蛍光色素で標識され、他の結合メンバーは、分析物類似部分がリガンド受容体部分に結合する場合、蛍光色素をクエンチする色素で標識される。非制限的な例には、コンカナバリンＡに結合するグリコデンドリマーが含まれ、ここで、コンカナバリンＡはＡｌｅｘａｆｌｕｏｒ６４７で標識され、グリコデンドリマーはＱＤＹ２１ダーククエンチャーで標識される。コンカナバリンＡはグルコースに結合し、グリコデンドリマーはコンカナバリンＡへの結合についてグルコースと競合する。化学物質は、本発明に記載されるように、組織集積足場内に固定され、真皮又は皮下組織に移植される。組織内のグルコースを測定するために、組織集積足場は、インプラントの長期寿命全体における所望の間隔で（例えば、９０日以上の期間全体で５〜６０分毎に）、６５０ｎｍの光により、インプラント上の皮膚の上部でパッチリーダーから照らし出される。検出される蛍光シグナルの量（例えば、Ａｌｅｘａｆｌｕｏｒ６４７などの分子から）は、組織内のグルコースの濃度に比例する。しかしながら、本明細書に記載されているインプラントの長期寿命全体において、色素は光退色され得て、即ち、所望のグルコース濃度で皮膚を介して逆発光される蛍光シグナルの量が減少する。このようにして、光退色への蛍光色素の減少は、分析物が実際のものよりも低い濃度であるかのようにさせ得る。

この効果を修正するために、別々の内部光退色対照を採用する。ある種の実施形態において、別々の内部対照は、足場に固定されていることを含む、検知部分に含まれる蛍光分子とは異なる第２の蛍光色素（例えば、検知部分がＡｌｅｘａｆｌｕｏｒ６４７を含む場合、参照部分におけるＡｌｅｘａｆｌｕｏｒ７５０）である。参照部分の蛍光は、グルコースの濃度によって影響されず、第１（例えば、Ａｌｅｘａｆｌｕｏｒ６４７）及び第２（例えば、Ａｌｅｘａｆｌｕｏｒ７５０）蛍光色素の両方は予測可能であり、十分に特徴付けられた光退色率を有する。検知部分の色素の光退色を制御するために、蛍光は両色素について測定される。次に、参照部分の色素の蛍光値は、検知部分における色素の任意の光退色について修正するために使用され得る。

別の実施形態において、組織の最適なバリエーションのための修正を促進する内部参照対照材料を採用することができる。組織集積の移植されたバイオセンサーは、典型的には、スキャンの表面下の３〜４ｍｍに存在する。皮膚において、近赤外範囲の励起光と放出される蛍光は、光がリーダーハッチとインプラントとの間の組織を横切る場合に非常に散乱することは周知である。吸収及び散乱の程度は、温度などの物理的性質によって、又は組織組成によって影響を受け、限定されないが、血液かん流、水和及びメラミン濃度のバリエーションが含まれる。皮膚バリエーションは、ユーザー間、又は単一患者では異なる時間点の間で生じ、これらのバリエーションは、分析物特異的シグナルに関する正確なシグナルを生じる蛍光励起及び発光シグナルに影響を及ぼし得る。したがって、分析物特異的蛍光と区別することができる励起スペクトルを有する別々の蛍光分子が足場内に固定することができる。該分子からの蛍光は、組織組成のバリエーションについて情報を与えるシグナルを測定するために、分析物特異的蛍光から別々に測定され得る。選択される色素は、分析物特異的色素としての組織バリエーションと類似した応答を有することに基づく。Ａｌｅｘａｆｌｕｏｒ７５０などの色素、種々の量子ドット（ＱＤ）、又はランタニド色素ナノクリスタルは全て、この能力を提供することができる。

図３〜８は、本明細書に示されるインプラントを集積する例示的な組織の断面図を示す。各図において、インプラントの部分だけが示され（例えば図１の囲まれた領域）、細孔５は空間として示されている。具体的には、図３は、本明細書に記載される例示的な組織集積インプラントの断面図を示し、この場合、検知部分２０は固体の足場部分１５内に包埋されている。検知部分２０は、固体の足場部分１５内に物理的に取り込まれ、及び／又は化学的に結合されてもよい。

図４は、本明細書に記載されている例示的な組織集積インプラントの断面図を示し、この場合、検知部分２０は固体の足場部分１５の表面に付着されている（検知部分は細孔５内である）。図５は、図４に示される例示的な態様を示し、検知部分を取り囲む外部被覆３０をさらに含む。

図６は、本明細書に記載されている例示的な組織集積インプラントの断面図を示し、この場合、固体の足場部分１５は、互いに結合した粒子の形態で検知部分２０から作られている。図７は、ポリマーで作られている固体の足場部分１５の断面図を示し、該ポリマーは検知部分で作られている。

図８は、図３に示される例示的な組織集積インプラントの断面図を示し、足場の固体部分１５に包埋された追加部分４０をさらに含む。追加部分４０は、例えば、較正に関する参照粒子であってもよく、限定されないが、分析物検知シグナルが較正目的のために比較されてもよい安定なシグナル（例えば、光学、磁気、電気化学、電気、温度、圧力、超音波、音響、放射線）を与える粒子が挙げられる。示されるように、１以上の異なるタイプの追加（参照）部分を用いることができる。

図９Ａ〜Ｆ、１０Ａ及び１０Ｂは、円筒状である、本明細書に記載されている例示的な組織集積センサーの概観及び断面図である。図９Ａは、足場１５に包埋された検知部分２０と追加部分４０を有する単層化円筒状組織足場（又は個々のファイバー）を含む態様を示す。図９Ｂは、足場１５の表面に付着した検知部分２０を有する単層化円筒状組織足場（又は個々のファイバー）を含む態様を示す。図９Ｃは、検知部分２０が、表面に付着し、足場１５内に包埋された態様をしめす。図９Ｄは、足場に包埋された検知部分を有する例示的なセンサーの断面図である。図９Ｅ及び図９Ｆは、足場が１以上のファイバー１７で作られている例示的な線維状の態様を示す。図１０Ａは、足場１５の最深部層に包埋された検知部分２０と追加部分４０を有する複数（２つ）の層の足場材料１５を含む態様を示す。図１０Ｂは、足場材料１５の外層に包埋された検知部分２０と追加部分４０を有する該外層を有する中空内部１７を含む態様を示す。任意の数の層を用いることができ（同一又は異なった材料で較正される）、検知部分（及び任意の追加部分）は、１つの、いくつかの又は全ての層（及び／又は足場の表面）に存在してもよいことは明らかである。

図１１は、図９Ａに示される例示的な検知媒体の断面図を示し、組織集積足場１５に包埋された検知部分２０を含む。図１２は図９ｂに示される例示的な検知媒体の断面図であり、図１３は図１２に示される例示的な検知媒体の断面図であり、足場１５の表面に付着した検知部分２０の外部に被覆３０を含む。

図１４は、例示的な円筒状のセンサーインプラント（デバイス全体）又はインプラントの一部（例えば、個々のファイバー）の断面図を示し、この場合、足場１５は、ポリマー自体が検知部分２０で構成されるポリマーで作られている。

図１５は、内部層１５に包埋された検知部分２０を有する足場１５と１６の２層を含む例示的な多層円筒状のセンサーインプラント（又はインプラントの個々のファイバー）の断面図である。内層１５及び外層１６は、同一又は異なったポリマーで作られてもよい。図１６は、外層１６に包埋された検知部分２０を有する足場１５と１６の２層を含む例示的な多層円筒状のセンサーインプラントの断面図である。内層１５及び外層１６は、同一又は異なったポリマーで作られてもよい。図１７は、足場１５に包埋された検知部分２０を有する中空コア１７を取り囲む足場１５を含む例示的な中空円筒状のセンサーインプラントである。また、追加の層は、検知部分の有無に関わらず、存在し得て、同一又は異なった材料で作られてもよい。

１以上の円筒状要素（例えば、ファイバー）で構成される組織集積センサーは、現に利用可能なインプラントと比較して、異物応答を排除するか又は大いに減少させる。さらに、検知媒体の全ての部分への毛細血管供給からの平均拡散距離は、他の既知のセンサーとは異なり、天然の組織に匹敵している。

検知媒体（移植可能なセンサー）の全体寸法は、測定されるべき対象及び／又は分析物（単数又は複数）に従って変化することは明らかである。典型的には、インプラントは、約０．００１ｍｍ〜２ｍｍ厚（又はその間の任意値）、１ｍｍ〜１ｃｍ径（非円筒形状の同等の断面積、例えば長さ／幅）、及び１５ｍｍ以下の長さであり、例えば２ｍｍ以下厚及び１０ｍｍ以下径である円盤状センサーである。ある種の実施形態において、おおよそのセンサーサイズは、約１００〜１０００ミクロン径であり、長さは０．２５ｍｍ〜１０ｍｍである。円盤状の組織集積検知媒体の大きさは、典型的には、２ｍｍ以下厚、及び１０ｍｍ以下径である。

注入される検知媒体は、単一片の組織集積材料であってもよく、又はいくつかの片もしくは粒子の組織集積検知材料であってもよい。単体基質とともに注入されてもよい（例えば、生理食塩水、抗炎症剤又は他の組織応答改変剤を含むＰＢＳ）。さらに、検知媒体は、対象の任意の部分に移植されてもよく、例えば、肩、腕、足、腹部などが挙げられる。好ましくは、検知媒体は、皮膚に移植され、例えば、表皮、真皮及び／又は皮膚の皮下層が挙げられる。

システム
本発明の別の局面は、哺乳動物生体内での半連続、連続及び／又は長期の使用のための組織集積バイオセンサーシステムである。本明細書に記載されているバイオセンサーシステムは、組織集積バイオセンサー（以下に記載されている）を含む。他のコンポーネントには、以下の１以上が含まれる：受信装置、照明器、検出器、シグナル受信機、シグナル送信機、シグナル処理コンポーネント、エネルギー貯蔵コンポーネント、データ記憶コンポーネント、データ送信機、データ表示、データ処理コンポーネント及びそれらの組み合わせが挙げられる。これらの他のコンポーネントの１以上は、センサーシグナルを検出するためのセンサー全体に存在する装着型パッチ内に組み込まれてもよく、又は携帯用若しくは他のデバイス内に組み込まれてもよく、それは、移植されたセンサー全体で周期的に保持され、測定を行う。図１８参照。

図１９は、受信機を含むシステムの例示的な実施形態を示す。図１９Ａは、移植されたセンサー上に連続的に装着されてもよい受信機及び／又は検出器を含むパッチ８５を示す。図１９Ｂは、連続又は不連続な測定を調べる及び／又は検出するために、所望により、移植されたセンサー上に配置され得るモジュール９０を示す。このようなモジュールの非制限的な例には、ワンド（ｗａｎｄ）などの携帯用デバイスが挙げられる。図１９Ｃは、対象を遠隔的に調べる（監視する）ために、フィールド９５をどのように用いることができるかを示す。本明細書に記載されているシステムのいずれかは、センサーから得られる測定値に基づいて、対象に１以上の治療薬（例えば、分析物）を送達する追加のコンポーネント９７をさらに含んでもよい（例えば、閉ループの人工膵からグルコースを送達するインスリンポンプ）。送信機から分離されることが示されているが、送達デバイス９７はシステム（例えば、送信機及び／又は検出機）内に組み込まれてもよいことは明らかである。送達デバイス９７は、センサーから得られる測定に基づいて、オペレーターによって制御されてもよく、又は間接的（例えばスマートフォン）に若しくは遠隔的（例えば遠隔治療）にデータリーダーによって制御されてもよい。

１以上の検知媒体と組み合わせた（又はそれから構成される）組織集積足場は、組織集積センサーシステムにおいて必要な要素である。このようにして、分析物検知部分と組織集積足場の組み合わせは、生体に移植される組織集積センサーを含む。この組織集積センサーは、哺乳動物の生体内での連続監視又は長期使用のためのバイオセンサーの１コンポーネントである。他のコンポーネントには、例えば、組織集積バイオセンサーから届くシグナルを読むための手段が含まれ、移植されたバイオセンサーからシグナルを示し、回収し及び／又は送信する。ある種の実施形態において、シグナルはヒトの目によって直接読まれる。他の実施形態において、シグナルリーダーは以下の１以上を含む：バイオセンサーシグナルを検出する携帯用デバイス；バイオセンサーシグナルの連続又は半連続検出に対する組織集積バイオセンサーの領域全体に存在する除去可能なパッチ；組織集積検知媒体に接触していないが近傍にあるインプラント及び／又は組織集積検知媒体の近傍にあり、その一部と接触しているインプラント。

インプラントは、直接的に又は、それに代えてシグナルリーダーを介して、時計、携帯電話、携帯デバイス、コンピュータ又は他のデータ回収及び／又は読み出しデバイスにシグナルを送ってもよい。データは、これらのデバイスに送信する前に最初に処理されてもよく又は処理されなくてもよく、及び／又はこれらのデータは受信したデータを処理してもよい。さらに、データは、データベース、ｅメールアカウント、携帯電話又は他の記憶装置、処置又はディスプレイに関連付けられてもよい。

本発明は、化学的、物理的及び生物学的相互作用の手段によって作用する。組織集積足場は、検出足場内又はその周辺での毛細血管の内部成長を促進する（図２）。また、間質腔に拡散する小分子（例えば、グルコース、尿素、乳酸塩、ピルビン酸塩、グリセロール、グルタミン酸塩、コルチゾール、アセトン、エタノール及び他の分子）は、表面及び／又は組織集積足場内に拡散し、検知部分と何らかの相互作用を有する。一実施形態において、組織集積足場は、足場に含まれ及び／又は足場の外部に付着された検知部分を有する生体材料で構成される。分析物が表面に拡散し、検知部分と相互作用する場合、測定可能なシグナルが生成され（例えば、蛍光）、それは、組織集積と即座に接触しないが、生体の内外にある検出器（シグナルリーダー）によって測定される。別の実施形態において、組織集積足場は、対象の分子が足場内に拡散するのを許容するのに十分に大きなメッシュサイズを有するポリマーで構成される。検知部分は、ポリマー足場内に含まれる。分析物が組織集積足場のハイドロゲル内に分散し、検知部分と相互作用する場合、測定可能なシグナルが生成され（例えば、蛍光）、組織集積と即座に接触しないが、生体の内外にある検出器（シグナルリーダー）によって測定される。

別の実施形態において、組織集積足場は、対象の分子が足場内に分散するのを許容するのに大きなメッシュサイズを有するポリマーで構成される。検知部分はポリマー足場を含む。分析物が組織集積足場に拡散し、足場の検知部分と相互作用する場合、測定可能なシグナルが生成され（例えば、蛍光）、それは、組織集積と即座に接触しないが、生体の内外にある検出器によって測定される。

１以上の分析物がアッセイされ得て、これらの分析物は、例えば、医療関係者の推奨に基づいて、特定の生物学的脅威に基づいて、又は対象が連続的に若しくは周期的に分析物を監視するように関心を有する任意の他の理論的解釈に基づいて、オペレーターによって選択されることは明らかである。典型的には、対象は、監視されるべき組織内の対象とする特定の分析物（単数又は複数）のための組織集積バイオセンサー（単数または複数））を注入し、注入されており、移植され、又は移植されている。インプラントは対象のいずれかの場所に配置され得る。ある種の実施形態において、検知媒体は、皮膚内に注入される（例えば、真皮又は皮下）。他の実施形態において、センサーは、代替のスポット内に組み込まれ、限定されないが、筋肉、内臓死亡、腹腔、歯肉、頬、眼などが挙げられる。

図１８は、例示的な実施形態を示す皮膚試料の模式的な断面図であり、この場合、検知媒体（組織集積インプラント）１５は、対象皮膚の皮下組織７０内に移植される。また、表皮６０、真皮６５及び任意のシグナルリーダー７５が示され、皮膚の表面上のパッチとして示されている。この実施形態において、検出器パッチは、組織集積検知媒体に問い合わせ光を送る。組織集積検知媒体１５に含まれる検知部分は、対象の分析物（単数または複数）の濃度に依存して、測定可能なシグナル（例えば、蛍光、発光、磁気など）を提供する。シグナル（例えば蛍光）は、検出器パッチ（シグナルレシーバー）７５によって検出される。また、処理を受信し、及び／又はシグナルリーダー７５から受け入れられた情報を表示することができる任意のデータリーダーデバイス８０を図１８に示す（例えばパッチ）。データリーダーの非制限的な例には、携帯電話、スマートフォン、時計、コンピュータなどが挙げられる。データは、データベース、ｅメールアカウント、携帯電話又は他の記憶装置、処置又はディスプレイにさらに中継されてもよい。

組織集積バイオセンサーシステムを用いて得られるデータは、生体化学物質（例えば、糖尿病の場合のグルコース、透析患者の場合の尿素）及び健康状態を良好に理解し、管理する人々によって使用される。

長持ちするインビボの分析物センサーを創作するための方法が長期に探索されてきた。信頼ができ、一致した、連続的なセンターデータは患者治療を改善することができる。例えば、連続的なグルコースセンサーは、糖尿病集団にとって高い関心があり、連続的なグルコース監視は健康転帰を有意に改善することが示されている（青少年糖尿病研究財団の連続グルコース研究グループ）。他の分析物、例えば、乳酸塩、ピルビン酸塩、グリセロール、コルチゾール、尿素、ドーパミン、セロトニン、グルタミン酸塩、イオン、ホルモン、サイトカイン、インスリン、ＰＳＡ、Ｃ反応性タンパク質、バイオマーカー、及び多種態様な他の分析物は、健康の監視の対象となる。現在、血液試料が採取され、種々の分析物について研究室で分析されている。より最近、いくつかの物質についての傍らにあるか又は携帯用分析器は、迅速な応答時間により、患者に近接近におけるより即座のデータを与えることができる。健康状態の変化を検出するために、対象の分析物を連続的に監視する能力がより望まれている。

生体内で自然に生成される物質に加えて、外来物質のリアルタイム監視に関心がある。例えば、狭い範囲の効果的な濃度を有する薬物又は化学療法剤の投与の経過全体で、インビボの監視は、臨床医にフィードバックを与えることができ、適切な濃度を確実にする投薬に調整するために、達成され、監視される。食品添加物、ナトリウム、アルコール、カフェイン、ニコチン、ビタミンレベル、リード（ｌｅａｄ）、農薬、及び種々の他の物質の一定の監視は、個人及び世話人が、それらの摂取、及びある種の化学物質への暴露を理解し、それら自身の健康の調節する理解を手助けし得る。

このようにして、組織集積バイオセンサーは、個人の監視、患者の医師による監視、臨床研究、動物研究調査、及び生体内の分析物濃度の連続的又は半連続的監視のための獣医健康に用いることができる。センサーの使用の非制限的な例には、糖尿病の健康、脱水、血液透析、急性呼吸促迫、ストレス評価、鬱血性心不全、メタボリック状態、生活スタイル、フィットネス及びトレーニング、末梢血管抵抗、低ナトリウム血症、急性非代償性心不全、受精能状態（例えば、排卵周期）、ガン検出（初期、再発など）、炎症反応（種々のタイプ）、治療薬、例えば、薬物濃度又は薬物反応標識、例えばアルコール依存症治療のためのエタノール、感染症監視、農薬監視、重金属監視などが挙げられる。

内因性及び外因性分析物のためのインビボ組織集積バイオセンサーは、家にて昼夜、毎日の活動（仕事、エクササイズ、食事など）中に用いることができる。また、それらは、治療を施す設定（例えば、病院）において用いることができる。それらは、連続又は断続的な方法で用いることができる。

現在のバイオセンサーとは異なって、本明細書に記載されているセンサー（検知媒体とも呼ばれる）は、移植される組織とともに統合する。組織集積検知足場は、全ての他の市販のセンサー又は開発中のセンサー（本特許の出願時に著者らに知られている）とは異なり、センサー自体に直接に毛細血管成長を促進する。

方法
本発明の別の局面は、組織集積センサーを作成するための方法である。組織集積センサーを創作するための方法は、対象の分析物に応答して、測定可能なシグナル（単数又は複数）を生成するように十分に、検知部分の統合を維持する方法で検知部分と組織集積足場を組み合わせるプロセスを含む。

センサー内の足場、検知部分及び／又は参照部分の相対量は、ポリマー及び使用される検知部分に依存する。例えば、ある種の実施形態において、センサーは、約２〜９５％体積／体積のモノマー又はポリマー（例えば、２〜８５％体積／体積のＨＥＭＡ）を用いて作られる。同様に、存在すれば、使用される架橋の量はポリマーに依存し、例えば、典型的には約０．１１０％体積／体積のＴＥＧＤＭＡを用いてもよい。水及び／又は他の溶媒は、任意の量で存在してもよい（例えば、５〜９５％体積／体積水又はポリエチレングリコール）。また、開始剤は任意の量で存在してもよく、例えば０．３５〜５％体積／体積のＩｒｇａｃｕｒｅである。検知部分は、任意の適切な量で存在してもよく、例えば、酸素検知ポルフィリン（ＰｄＰ）は、約２００ｎＭ〜１ｎＭの濃度で含まれてもよい。例えば、実施例１も参照。

いくつかの実施形態において、本発明の方法は、組織集積足場内に検知部分を包埋するか又は含ませることによって形成される組織集積センサーを伴う。このプロセスは、検知部分と足場前駆体（例えば、モノマー、ポリマービーズなど）を組み合わせることから開始してもよく、次に、足場の形成（例えば、鋳型ビーズの周りでの重合、多光子重合、電子回転、マイクロ及びナノプリンティング製造技術、ポリマー発泡、塩浸出など）、任意の残差の除去（例えば、鋳型ビーズの溶解、未重合のモノマーの除去）によってもよい。

組織集積足場内の検知部分を包埋するか又は含む非制限的な例示方法には、（限定されないが）続く溶解の有無に関係なく、鋳型周囲での重合、多光子重合又は３Ｄプリンティングを用いた３次元構造のマトリックス又は他の構造の重合、小さいファイバーの電子回転、足場前駆体構造の焼結又は融解、又は検知部分のエントリーを可能にするための足場の膨張、続く足場の収縮が挙げられる。ある種の実施形態において、該方法は、逆結晶コロイド（ＩＣＣ）足場内でのグルコース検知部分（ナノスフェア）の重合を含む。例えば、グルコース検知ナノスフェアは、重合中にＩＣＣ足場プレポリマーと混合され、実施例１に詳述されるように、ｐＨＥＭＡ足場内にナノスフェアを統合するようにする。

他の実施形態において、組織集積センサーは、組織集積足場の表面上（又はそれに対して）、検知部分を固定（コンジュゲーション又は物理的な取り込み）することによって形成される。このプロセスは、既存の足場（例えば、細胞外マトリックス）により、又は足場（例えば、ＩＣＣ、合成又は加工ＥＣＭ又はＰｏｒｅＸ Ｍｅｄｐｏｒｅ）の形成により開始し、次に、足場に検知部分を付着させる。また、この方法は、足場に対して所定の場所に検知部分を保護又は保持する被覆工程（例えば、物理的取り込み）を含んでもよい。被覆は、付加された利益：（１）分解（例えば、プロテアーゼ）から表面化学を保護すること；（２）分散障壁（表面ファウリング）；（３）生体適合性の改善（例えば、ＰＥＧ、キトサン、ｐＨＥＭＡなど）；（４）表面特徴（例えば、滑らかさ、細孔サイズ、親水性など）の変更又は改善を有してもよい。また、該方法は、移植（例えば、エチレンオキシドガス、放射線照射）、又はインビトロの使用前に組織集積センサーの安定化のための工程を含んでもよい。組織集積足場上に検知部分を固定するための例示的な方法は、限定されないが、コンジュゲーション化学、吸着、静電気及び連続被覆を用いた被覆を含む。例示的な被覆には、ＰＥＧ、ｐＨＥＡＭ及びキトサンが含まれる。

なおさらなる実施形態において、組織集積センサーは、検知部分で作られた組織集積足場を構築することによって形成される。この手法は、所望の足場特徴よりも小さいいくらかの物理的寸法の検知部分から開始し、次に、組織集積材料または組織集積前駆体に加工される。検知粒子は、熱又は化学結合を介して、組織集積構造にともに結合されてもよい。検知部分で構成されるプレポリマー溶液は、所望の足場構造において架橋されてもよい。検知部分で作られた組織集積足場を構築するための例示的な方法には、限定されないが、熱、圧力又は重合を用いて検知粒子を結合させること；エレクトロスピニング、組織集積構造への検知ポリマーの熱またはＵＶ開始架橋、例えば多光子重合などが挙げられる。

さらなる実施形態において、本明細書に記載されている検知媒体は、組織集積足場粒子によって形成される。この手法は、組織集積特性を維持する粒子に組織集積足場を分解することから開始する。粒子は検知部分と混合され、次に、所望の足場形態および機能に再構築される。一例は、粒子を作製するための細胞外マトリックス（ＥＣＭ）の粒子化、例えば抽出および粉末化である。次に、ＥＣＭ粒子は、選択された検知部分と組み合わせられる。混合物は、機械的安定性を付すために、架橋剤又はポリマー（例えば、ｐＨＥＭＡ）と組み合わせられるまたは組み合わせられてもよい。

いくつかの実施形態において、単層又は多層ファイバー（単数又は複数）を構築することによって形成されるセンサーが移植される。センサー部分は、ファイバー足場が作られる１以上の基材の一部であり、又はセンサー部分（単数又は複数）は、順次積層される層の１つを含むまたは構成する。このような多層ファイバーを製造し、及び／又はすでに形成されたファイバーの上部に層を作製するためのいくつかの例示的な加工は、押出し、電子スピン、浸漬被覆、溶射成形、印刷、スタンピング、ローリング、多光子重合及びプラズマ蒸着である。

本明細書に記載されている組織集積センサーのいずれかの形成において、方法はまた、移植前に組織集積センサーの滅菌（例えば、エチレンオキシドガス）の工程（単数又は複数）又はインビトロでの使用のための工程（単数又は複数）を含んでもよい。

実施例１：ハイドロゲル足場に固定された酸素感受性色素を用いた酸素感受性媒体の製造 以下は、本明細書に記載されている組織集積センサーを作製するための１つの提案された方法を説明する。この方法は、足場材料として非架橋ＰＭＭＡ鋳型マイクロスフェアとｐＨＥＭＡの使用を伴う。ＰＭＭＡマイクロスフェア鋳型は、ふるいにかけられたＰＭＭＡスフェア（３６μｍ、５％未満のＣＶ）を用い、テフロン（登録商標）スペーサーによる２つのガラススライド間に鋳型ビーズを配置することにより調製された。焼結プロセスは、ビーズを密接にパッキングするために、少なくとも１０分間（１回以上で）超音波処理することを含む。超音波処理後、ビーズが融合するのに十分な時間、十分な温度に鋳型を加熱する（例えば、約１７７℃に２４時間加熱する）。

酸素感受性ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）（ｐＨＥＭＡ）足場の一般的な調製は、以下のように行われた：ＨＥＭＡ ２−ヒドロキシエチルメタクリレート（５６．９％ｖｏｌ／ｖｏｌ）、ＴＥＧＤＭＡ（トリエチレングリコール−ジメタクリレート）（２．７％ｖｏｌ／ｖｏｌ）、エチレングリコール（１６．７％ｖｏｌ／ｖｏｌ）、水（１６．７％ｖｏｌ／ｖｏｌ）、光開始剤Ｉｒｇａｃｕｒｅ ６５１（０．２％ｖｏｌ／ｖｏｌ）及びＰｄ（ＩＩ）メソ−テトラ（４−カルボキシフェニル）ポルフィン（ＰｄＰ）の５ｍＭ溶液の６．７％ｖｏｌ／ｖｏｌを混合し、ポリマー前駆体溶液中に最終濃度が３３５μＭのＰｄＰを得た。ポリマー、溶媒及び検知試薬（ｓｅｎｓｉｎｇ ｒｅａｇｅｎｔ）を記載されるように混合し、組織を介したシグナルの変化を測定可能に検出するのに十分に高い検知化学濃度を達成する。

プレポリマー溶液をＰＭＭＡに満たした。溶液を真空下に置き、泡を全て除き、ＰＭＭＡ鋳型を完全に浸透させ、該鋳型をＵＶに５〜１０分間暴露することによって重合した。次に、ＰＭＭＡマイクロスフェアは、Ｓｏｘｈｌｅｔ抽出装置又は頻繁な体積効果を用いて、２４〜２８時間、ジクロロメタン又は他の溶媒システムの頻繁な交換によって溶解させた。

また、参照部分を含むインプラントは、ポルフィリンの代わりに、ｑｔｒａｃｋｅｒ ８００量子ドット（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ，５０〜８００ｎＭ）が足場に含まれることを除いて、上述の通りに調製された。

酸素感受性媒体及び参照部分は、マウスの表面下の約２ｍｍに（該動物の異なる位置で）トロカールを用いて注射された。マウスは、５３５ｎｍの励起を用いて、Ｃａｌｉｐｅｒ全動物画像化システム（ＩＶＩＳ（商標））により撮像し、発光は、酸素化条件及び脱酸素化条件で回収された。

図２０に示されるように、酸素感受性インプラント（「Ｏ２」）及び参照部分（「ＱＤ」）は、酸素化条件下でシグナルを生じた（図２０Ａ）。しかしながら、脱酸素化条件下では、参照部分だけが検出可能なシグナルを生じた（図２０Ｂ）。

実施例２：ハイドロゲル足場に固定されたグルコース感受性アッセイを用いたグルコース感受性媒体の製造
以下は、本明細書に記載されている組織集積センサーを作製するための１つの方法を説明する。この方法は、足場材料として非架橋ＰＭＭＡ鋳型マイクロスフェアとｐＨＥＭＡの使用を伴う。ＰＭＭＡマイクロスフェア鋳型は、ふるいにかけられたＰＭＭＡスフェア（３６μｍ、５％未満のＣＶ）を用い、テフロン（登録商標）スペーサーによる２つのガラススライド間に鋳型ビーズを配置することにより調製された。焼結プロセスは、（ビーズを密接にパッキングするために）少なくとも１０分間超音波処理し、次に、鋳型を１７７℃に２４時間加熱することを含む（これらの条件は異なるオーブンについて変更し、またビーズの異なるバッチについて変更してもよい）。

グルコース感受性ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）（ｐＨＥＭＡ）足場の調製を以下のように行った。ポリマー前駆体溶液は、ＨＥＭＡ２−ヒドロキシエチルメタクリレート（５７．１％％ｖｏｌ／ｖｏｌ）、ＴＥＧＤＭＡ（トリエチレングリコール−ジメタクリレート（２．９ｖ％ｖｏｌ／ｖｏｌ）、エチレングリコール（１４．８％ｖｏｌ／ｖｏｌ）、水（２５．１％ｖｏｌ／ｖｏｌ）及び光開始剤Ｉｒｇａｃｕｒｅ６５１（０．２％ｖｏｌ／ｖｏｌ）を混合することによって調製された。次に、色素／酵素溶液は、ＤＩ水１００μＬ中の５ｍｇのグルコースオキシダーゼ酵素（ＧＯｘ）及び等モルのカタラーゼ（ｃａｔａｌｙｚｅ）を添加し、続いて、ＤＭＳＯ中の１００μＬの１．５ｍＭ Ｐｄ（ＩＩ）メソ−テトラ（４−カルボキシフェニル）ポルフィン（ＰｄＰ）を添加することによって調製された。ポリマー前駆体溶液及び色素／酵素溶液は、最終濃度が３９μＭのＧＯｘ及び３７５μＭのＰｄＰについて１：１の比率で組み合わせた。プレポリマー溶液を鋳型に充填し、真空下に置き、泡を全て除き、ＰＭＭＡ鋳型を完全に浸透させ、ＵＶに５〜１０分間暴露することによって重合した。次に、ＰＭＭＡマイクロスフェアは、Ｓｏｘｈｌｅｔ抽出装置又は頻繁な体積効果を用いて、２４〜２８時間、ジクロロメタン又は他の溶媒システムの頻繁な交換によって溶解させた。

グルコースセンサー足場材料のディスクは、長方形片（マイクロスフェアスライド形状）からパンチされ、ビルトインの蛍光光度計を有する、自動化されたフロースルーシステム内に固定された。様々な濃度のグルコース溶液（ＰＢＳ中）をセンサー足場ディスク上に流し、蛍光及び寿命読み込みは、成功した実施上で様々なグルコース濃度に回収された（例えば、ＰｄＰ発光をグルコース濃度の関数として測定した）。

図２１に示されるように、センサーから発光されたシグナルは、グルコース濃度に応答して調節された。

実施例３：ハイドロゲル足場に固定された分析物感受性色素を用いた分析物感受性媒体の製造
以下は、本明細書に記載されている組織集積センサーを作製するための１つの提案された方法を説明する。この方法は、足場材料として非架橋ＰＭＭＡ鋳型マイクロスフェアとｐＨＥＭＡの使用を伴う。ＰＭＭＡマイクロスフェア鋳型は、ふるいにかけられたＰＭＭＡスフェア（３６μｍ、５％未満のＣＶ）を用い、テフロン（登録商標）スペーサーによる２つのガラススライド間に鋳型ビーズを配置することにより調製される。焼結プロセスは、（ビーズを密接にパッキングするために）少なくとも１０分間超音波処理し、次に、鋳型を１７７℃に２４時間加熱することを含む（これらの条件は異なるオーブンについて変更し、またビーズの異なるバッチについて変更してもよい）。

続いて、ハイドロゲル足場を形成するポリマー前駆体を調製する。ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）（ｐＨＥＭＡ）足場の一般的な調製は以下の通りである：別々のバイアルにおいて、２つの溶液を調製する：水中のＡＰＳ（過硫酸アンモニウム）の２０％溶液の０．８９ｍｌ、及び水中のＴＥＭＥＤ（テトラメチルエチレンジアミン）の１５％溶液の０．３ｍｌ。ＴＥＭＥＤ（トリエチレングリコール−ジメタクリレート）（０．４６ｍｌ）、エチレングリコール（２．６ｍｌ）及び水（２．６８ｍｌ）は、体積測定によって添加され、混合された。

ＴＥＭＥＤ溶液を主なプレポリマーバイアルに添加する。全反応体積の２〜９５％体積の範囲の感受性ナノ粒子の２〜９５％体積（例えば、蛍光グルコース感受性化学を含む１００〜２００ｎｍのアルギン酸塩ナノスフェアの５ｍｌ）をプレポリマー溶液とともに添加する。プレポリマー溶液を鋳型に充填し、次にＡＰＳ溶液を添加する。溶液を真空下に置き、泡を全て除き、ＰＭＭＡ鋳型を完全に浸透させ、次いで、室温にて１時間重合させる。次に、ＰＭＭＡマイクロスフェアは、Ｓｏｘｈｌｅｔ抽出装置又は頻繁な体積効果を用いて、２４〜２８時間、ジクロロメタン又は他の溶媒システムの頻繁な交換によって溶解させる。

実施例４：移植
直径３００〜５００μｍ、長さ５ｍｍのロッド内の組織集積センサーは、１９〜２３ゲージの挿入針、トロカール、修飾された生検デバイス又は皮膚下に移植するように操作された他のデバイスに置かれる。センサーは、挿入前に場合により脱水され又は圧搾され、より小さな挿入針の使用を可能にする。

挿入により、皮膚は、挿入針が、表面から１〜４ｍｍで皮膚の表面に並行して置かれるようにつまみ上げられる。シリンジが引き出されるため、流体又は逆置換プランジャー（又はトロカール）を用いて、組織にセンサーを残す。挿入部位は、任意の皮下領域、典型的には腹部、腕および大腿部を含んでもよい。

実施例５：測定
センサーからのデータは、回収され、加工され、スマートフォン、他の携帯型デバイス、コンピュータスクリーン又は他の視覚化フォーマット上に、例えば、Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃから利用可能な市販のデータ表示デバイスを用いて表示させる。生データは、分析濃度に変換され、又は分析濃度（例えば、高さ、低さ、範囲内）の何らかの非定量的な表示に変換される。時間内若しくは傾向内における任意の所定点の値（経時的なグラフ）又はある期間の要約統計量が与えられる。データの質の表示を場合により与える。

本明細書に言及されている全ての特許、特許出願及び刊行物は、全体として参照により本明細書に援用される。

理解の明確さを目的として、例証及び実施例によっていくらか詳細に開示が与えられるが、開示の精神又は範囲から逸脱せずに、種々の変更及び修飾が行われ得ることは当業者にとって明確である。したがって、前述の説明及び実施例を限定として構築されるべきではない。

Claims (12)

1. 検知部分であって、（１）組織を通過して分散された励起シグナルを受信し、及び（２）励起シグナルの受信に応答して、分析物の存在下で発光シグナルを生じさせる検知部分；及び
   該検知部分を含む組織集積足場
   を含む装置。
2. 全組織集積足場が電子機器を欠いている、請求項１に記載の装置。
3. 毛細血管が検知部分に近接近した状態で組織集積足場内に直接成長し得るように、足場は、相互連結された複数の細孔を画定する、請求項１又は２に記載の装置。
4. 装置が、約１００〜１０００ミクロン径であり、長さが０．２５ｍｍ〜１０ｍｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 組織集積足場が、発光シグナルと区別可能な参照シグナルを生じるように構成された参照部分をさらに含み、参照部分と検知部分は、参照シグナルと測定シグナルが組織を通過して分散された後、参照シグナルが測定シグナルと比較され得るように集合的に構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 組織集積足場が完全に検知部分で構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 組織集積足場がポリマーを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
8. 検知部分が組織集積足場内に包埋されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
9. 検知部分が組織集積足場の外部に付着している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
10. 検知部分がマイクロスフェア及びナノスフェアを含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
11. 検知部分が複数の検知部分の１つであり、該複数の検知部分は組織集積足場内の多層に配置されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
12. モジュールであって、（１）励起シグナルが組織を通過して分散するように励起シグナルを生じさせ、及び（２）励起シグナルが組織を通過して分散した後に検知部分によって生じた発光シグナルを受信するように構成されたモジュールをさらに含む、請求項１〜１１のいずれか１項の装置。