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JP2013536734A

A high strength chitin composite material and method of making

Abstract

The present invention relates to a composite laminated material having high mechanical strength and a method for producing the material. The present invention also provides a method of attaching a medical implant device to tissue.

JP2013536734A, drawing sheet 1
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101 claims: 28 independent, 73 dependent

  1. 1
    炭水化物ベースの基材とタンパク質とを含む、複合積層材料。
  2. 2
    前記炭水化物ベースの基材が、フィルム、繊維、スポンジ、メッシュ、発泡体、またはナノスケール構造物を含む、請求項1記載の複合積層材料。
  3. 3
    炭水化物対タンパク質の比が10:1~1:10の範囲内にある、請求項1または2記載の複合積層材料。
  4. 4
    炭水化物ベースの基材が、キチン、フルクトオリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、マンナンオリゴ糖、グリコーゲン、デンプン(アミラーゼ、アミロペクチン)、グリコサミノグリカン(例えば、ヒアルロン酸、コンドロイチン-4-硫酸、コンドロイチン-6-硫酸、デルマタン硫酸、ケラチン硫酸、ヘパリン、および同様のもの)、セルロース、βグルカン(ザイモサン、レンチナン、シゾフィラン)、マルトデキストリン、イヌリンまたはレバンβ(2→6)ベースの基材である、請求項1~3のいずれか一項記載の複合積層材料。
  5. 5
    前記炭水化物ベースの基材が、キトサンベースの基材である、請求項1~4のいずれか一項記載の複合積層材料。
  6. 6
    前記タンパク質が、絹フィブロイン、パークリン(perculin)、アブダクチン、エラスチン、レシリン、フィブロネクチン、フィブリノゲン、ケラチン、チチン、コラーゲン、アクチン、Arp2/3、コロニン、ジストロフィン、FtsZ、ミオシン、スペクトリン、タウ(タンパク質)、チューブリン、F-スポンジン、ピカチュリン、それらの断片および類似体および誘導体、ならびにそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項1~5のいずれか一項記載の複合積層材料。
  7. 7
    前記炭水化物がキトサンであり、かつ前記タンパク質が絹フィブロインを含み、かつキトサン対絹フィブロインの比が1:1.5~1:2の範囲内にある、請求項1記載の複合積層材料。
  8. 8
    前記炭水化物ベースの基材が、予め規定されたマイクロトポグラフィーを有する少なくとも1つの表面を含み、かつ前記タンパク質が該表面に適用されている、請求項1~7のいずれか一項記載の複合積層材料。
  9. 9
    前記予め規定されたマイクロトポグラフィーが、前記炭水化物ベースの基材に成形されている、請求項8記載の複合積層材料。
  10. 10
    前記タンパク質が、予め規定されたマイクロトポグラフィーを有する少なくとも1つの表面を含む、請求項1~9のいずれか一項記載の複合積層材料。
  11. 11
    前記予め規定されたマイクロトポグラフィーが、前記タンパク質に成形されている、請求項10記載の複合積層材料。
  12. 12
    第2の炭水化物ベースの基材をさらに含む、請求項1~11のいずれか一項記載の複合積層材料。
  13. 13
    前記第2の炭水化物ベースの基材がキチンベースの基材である、請求項12記載の複合積層材料。
  14. 14
    カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、ガラスファイバー、低分子、ポリマー、タンパク質、ペプチド、ペプチド模倣体、核酸、有機化合物、無機化合物、結晶性化合物、生物学的化合物、生物活性化合物、生物活性を有する化合物、および生物学的、薬学的または治療的な作用物質、ならびにそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される分子を、炭水化物層またはタンパク質層の少なくとも一方の層中に含む、請求項1~13のいずれか一項記載の複合積層材料。
  15. 15
    前記分子が前記炭水化物層中に存在する、請求項14記載の方法。
  16. 16
    前記分子が、前記炭水化物層に共有結合により連結されている、請求項15記載の方法。
  17. 17
    前記分子が前記タンパク質層中に存在する、請求項14記載の方法。
  18. 18
    前記分子が、前記タンパク質層に共有結合により連結されている、請求項17記載の方法。
  19. 19
    前記結晶性物質が炭酸カルシウムである、請求項14~18のいずれか一項記載の複合積層材料。
  20. 20
    前記複合材料の少なくとも一部に対する撥水性コーティングをさらに含む、請求項1~19のいずれか一項記載の複合積層材料。
  21. 21
    パリレンで構成される、請求項20記載の複合積層材料。
  22. 22
    水性環境に曝露された場合に、前記複合材料の一部に対する撥水性コーティングの位置に応じて変化する機械的特性を示す、請求項20~21のいずれか一項記載の複合積層材料。
  23. 23
    複合積層材料を形成する方法であって、 炭水化物ベースの基材を供給する工程、および 該炭水化物ベースの基材をタンパク質溶液と接触させる工程を含む、方法。
  24. 24
    前記炭水化物ベースの基材が、キチン、フルクトオリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、マンナンオリゴ糖、グリコーゲン、デンプン(アミラーゼ、アミロペクチン)、グリコサミノグリカン(例えば、ヒアルロン酸、コンドロイチン-4-硫酸、コンドロイチン-6-硫酸、デルマタン硫酸、ケラチン硫酸、ヘパリン、および同様のもの)、セルロース、βグルカン(ザイモサン、レンチナン、シゾフィラン)、マルトデキストリン、イヌリンまたはレバンβ(2→6)ベースの基材である、請求項23記載の方法。
  25. 25
    前記炭水化物ベースの基材が、キトサンベースの基材である、請求項23~24のいずれか一項記載の方法。
  26. 26
    前記タンパク質が、絹フィブロイン、パークリン、アブダクチン、エラスチン、レシリン、フィブロネクチン、フィブリノゲン、ケラチン、チチン、コラーゲン、アクチン、Arp2/3、コロニン、ジストロフィン、FtsZ、ミオシン、スペクトリン、タウ(タンパク質)、チューブリン、F-スポンジン、ピカチュリン、それらの断片および類似体および誘導体、ならびにそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項23~25のいずれか一項記載の方法。
  27. 27
    炭水化物対タンパク質の比が10:1~約1:10の範囲内にある、請求項23~26のいずれか一項記載の方法。
  28. 28
    炭水化物ベースの材料の溶液を脱水することによって、前記炭水化物ベースの基材を形成する、請求項23~27のいずれか一項記載の方法。
  29. 29
    炭水化物ベースの材料の前記溶液が酸を含む、請求項28記載の方法。
  30. 30
    前記酸が、イタコン酸、ポリイタコン(polyitaconic)酸、アコニット酸、尿酸、グルクロン酸、ギ酸、酢酸、トリクロロ酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、4-クロロブタン酸、3-クロロブタン酸、2-ブロモブタン酸、2-クロロブタン酸、亜塩素酸、次亜塩素酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸、アスコルビン酸、メルドラム酸、フッ化水素酸、シアン化水素酸、硫化水素、オルトリン酸、亜硫酸、炭酸、弱塩基の共役酸、およびそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項29記載の方法。
  31. 31
    塩基性溶液を適用することによって、前記炭水化物ベースの材料を中和する工程をさらに含む、請求項29~30のいずれか一項記載の方法。
  32. 32
    前記塩基性溶液が、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化バリウム、水酸化ストロンチウム、水酸化リチウム、水酸化ルビジウム、炭酸ナトリウムおよびアンモニアからなる群より選択される塩基を含むか、または該塩基性溶液が高pH緩衝液である、請求項30記載の方法。
  33. 33
    前記高pH緩衝液が炭酸緩衝液である、請求項32記載の方法。
  34. 34
    炭水化物ベースの材料の溶液を凍結乾燥することによって、前記炭水化物ベースの基材を形成する、請求項23~33のいずれか一項記載の方法。
  35. 35
    炭水化物ベースの材料の溶液に気泡を注入することによって、前記炭水化物ベースの基材を形成する、請求項23~33のいずれか一項記載の方法。
  36. 36
    炭水化物ベースの溶液をスピニングして繊維を形成することによって、前記炭水化物ベースの基材を形成する、請求項23~33のいずれか一項記載の方法。
  37. 37
    キチンベースの溶液をエレクトロスピニングして繊維を形成することによって、前記炭水化物ベースの基材を形成する、請求項23~33または35のいずれか一項記載の方法。
  38. 38
    炭水化物ベースの溶液をロータリースピニングして繊維を形成することによって、前記炭水化物ベースの基材を形成する、請求項22~32または35のいずれか一項記載の方法。
  39. 39
    前記タンパク質のβ転移を誘導する工程をさらに含む、請求項23~38のいずれか一項記載の方法。
  40. 40
    アルコール、有機溶媒、水溶液、または応力の印加、圧力の印加もしくは熱の印加を含む因子のうちの1つまたは複数で前記タンパク質を処理することによって、前記β転移を誘導する、請求項39記載の方法。
  41. 41
    カーボンナノチューブ、ガラスファイバー、低分子、ポリマー、タンパク質、ペプチド、ペプチド模倣体、核酸、有機化合物、無機化合物、結晶性物質、生物学的化合物、生物活性化合物、生物活性を有する化合物、および生物学的、薬学的または治療的な作用物質、ならびにそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される保有材料を前記複合材料に導入する工程をさらに含む、請求項23~40のいずれか一項記載の方法。
  42. 42
    前記保有材料が、前記複合材料に共有結合により連結されている、請求項40記載の方法。
  43. 43
    請求項23~42のいずれか一項記載の方法により形成される物質の組成物。
  44. 44
    請求項23~42のいずれか一項記載の方法により形成される物質の組成物を含む、補綴デバイス。
  45. 45
    請求項23~42のいずれか一項記載の方法により形成される物質の組成物を含む、組織工学用スキャホールド。
  46. 46
    請求項23~42のいずれか一項記載の方法により形成される物質の組成物を含む、薬物送達デバイス。
  47. 47
    請求項23~42のいずれか一項記載の方法により形成される物質の組成物を含む、移植可能材料。
  48. 48
    請求項23~42のいずれか一項記載の方法により形成される物質の組成物を含み、該組成物が鉱物または結晶性物質を含む、材料。
  49. 49
    請求項23~42のいずれか一項記載の方法により形成される物質の組成物を含む、薄い透明フィルム。
  50. 50
    請求項23~42のいずれか一項記載の方法により形成される物質の組成物を含む、多層材料。
  51. 51
    請求項23~42のいずれか一項記載の方法により形成される物質の組成物を含み、該組成物が、目的に合った機械的特性を提供するために追加の成分を含む、多層材料。
  52. 52
    請求項23~42のいずれか一項記載の方法により形成される物質の組成物を含み、該組成物が撥水性コーティング材料を含む、材料。
  53. 53
    請求項23~42のいずれか一項記載の方法により形成される物質の組成物を含み、該組成物が、可変の柔軟性を有する領域を提供するために、撥水性コーティング材料の可変領域を含む、材料。
  54. 54
    複合積層材料を形成する方法であって、 キチンベースの材料を酸性溶液に溶解する工程、 溶媒を蒸発させることによって、該キチンベースの材料のキチンベースの構造物を形成する工程、 該キチンベースの構造物を塩基性溶液で処理して、プロトン化されたアミノ基を中和する工程、 該キチンベースの構造物を洗浄する工程、 任意で、該キチンベースの構造物を脱水する工程、 該キチンベースの構造物にタンパク質溶液を適用して、少なくとも1つのタンパク質層を該キチンベースの構造物表面に有する複合材料を生成する工程、 該キチンベースの構造物表面の該タンパク質層を乾燥させる工程、および 該複合材料をアルコールベースの溶液で処理して、該タンパク質のβ転移を誘導する工程を含む、方法。
  55. 55
    キチンベースの材料対タンパク質の比が10:1~1:10の範囲内にある、請求項54記載の方法。
  56. 56
    前記キチンベースの材料がキトサンである、請求項54~55のいずれか一項記載の方法。
  57. 57
    前記タンパク質がフィブロインである、請求項54~56のいずれか一項記載の方法。
  58. 58
    前記酸性溶液が酢酸を含む、請求項54~57のいずれか一項記載の方法。
  59. 59
    前記塩基性溶液がNaOHを含む、請求項54~58のいずれか一項記載の方法。
  60. 60
    前記アルコールベースの溶液がメタノールを含む、請求項54~59のいずれか一項記載の方法。
  61. 61
    請求項54~60のいずれか一項記載の方法により形成される物質の組成物。
  62. 62
    医学的移植デバイスを組織または臓器に接着させる方法であって、 有効量のトランスグルタミナーゼを該組織または該臓器の表面に適用する工程、および 該医学的移植デバイスを該組織の表面に接触させる工程を含む、方法。
  63. 63
    前記医学的移植デバイスがトランスグルタミナーゼを含む、請求項62記載の方法。
  64. 64
    医学的移植デバイスを組織または臓器に接着させる方法であって、 有効量のトランスグルタミナーゼを含む該医学的移植デバイスを、該臓器と接触させる工程を含む、方法。
  65. 65
    前記有効量のトランスグルタミナーゼを前記組織の表面に適用する工程をさらに含む、請求項64記載の方法。
  66. 66
    前記トランスグルタミナーゼが哺乳動物トランスグルタミナーゼである、請求項62~65のいずれか一項記載の方法。
  67. 67
    前記トランスグルタミナーゼが微生物トランスグルタミナーゼ(mTgase)である、請求項62~65のいずれか一項記載の方法。
  68. 68
    前記トランスグルタミナーゼがカルシウム非依存性トランスグルタミナーゼである、請求項62~67のいずれか一項記載の方法。
  69. 69
    前記トランスグルタミナーゼが、第XIII因子A(フィブリン安定化因子)、1型トランスグルタミナーゼ(ケラチノサイトトランスグルタミナーゼ)、2型トランスグルタミナーゼ(組織トランスグルタミナーゼ、tTgase)、3型トランスグルタミナーゼ(上皮トランスグルタミナーゼ)、4型トランスグルタミナーゼ(前立腺トランスグルタミナーゼ)、5型トランスグルタミナーゼ(トランスグルタミナーゼX)、6型トランスグルタミナーゼ(トランスグルタミナーゼY)、7型トランスグルタミナーゼ(トランスグルタミナーゼZ)、およびそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項62~68のいずれか一項記載の方法。
  70. 70
    前記トランスグルタミナーゼが、溶液、エマルジョン、エアロゾル、発泡体、軟膏、ペースト、ローション、粉末、ゲル、ヒドロゲル、親水コロイド、マイクロ粒子、ナノ粒子、またはクリームとして製剤化される、請求項62~69のいずれか一項記載の方法。
  71. 71
    前記医学的移植デバイスが、人工組織、人工臓器、補綴デバイス、薬物送達デバイス、創傷被覆材、フィルム、発泡体、スポンジ、止血材、およびそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項62~70のいずれか一項記載の方法。
  72. 72
    前記医学的移植デバイスが、包帯、ガーゼ、テープ、メッシュ、ネット、ばんそうこう、フィルム、メンブレン、パッチ、マイクロ粒子、ナノ粒子、およびそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される創傷被覆材である、請求項71記載の方法。
  73. 73
    前記医学的移植デバイスが発泡体である、請求項71記載の方法。
  74. 74
    前記医学的移植デバイスがタンパク質を含み、かつ該タンパク質がトランスグルタミナーゼにより架橋可能である、請求項62~73のいずれか一項記載の方法。
  75. 75
    前記医学的移植デバイスが前記タンパク質でコーティングされている、請求項74記載の方法。
  76. 76
    前記タンパク質が絹フィブロインである、請求項74~75のいずれか一項記載の方法。
  77. 77
    前記トランスグルタミナーゼが、前記医学的移植デバイスの表面にコーティングされている、請求項62~76のいずれか一項記載の方法。
  78. 78
    前記トランスグルタミナーゼが、前記医学的移植デバイスに非共有結合により連結されている、請求項62~77のいずれか一項記載の方法。
  79. 79
    トランスグルタミナーゼの前記有効量が、前記組織または前記臓器と前記医学的移植デバイスの間の接触表面積1cm 2 あたり約1μg~約100mgである、請求項62~78のいずれか一項記載の方法。
  80. 80
    創傷治癒物質を投与する工程をさらに含む、請求項62~79のいずれか一項記載の方法。
  81. 81
    前記創傷治癒物質が、デクスパンテノール;成長因子;酵素、ホルモン;ポビドンヨード;脂肪酸;抗炎症剤;抗生物質;抗菌剤;消毒剤;サイトカイン;トロンビン;鎮痛剤;オピオイド;アミノキシル;フロキサン;ニトロソチオール;ナイトレートおよびアントシアニン;ヌクレオシド、例えばアデノシン;ならびにヌクレオチド、例えばアデノシン二リン酸(ADP)およびアデノシン三リン酸(ATP);神経伝達物質/神経修飾物質、例えばアセチルコリンおよび5-ヒドロキシトリプタミン(セロトニン/5-HT);ヒスタミンおよびカテコールアミン、例えばアドレナリンおよびノルアドレナリン;脂質分子、例えばスフィンゴシン-1-リン酸およびリゾホスファチジン酸;アミノ酸、例えばアルギニンおよびリジン;ペプチド、例えばブラジキニン、サブスタンスPおよびカルシウム遺伝子関連ペプチド(CGRP);一酸化窒素;ならびにそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項80記載の方法。
  82. 82
    前記医学的移植デバイスが、生体適合性で生分解性の材料から製造される、請求項62~81のいずれか一項記載の方法。
  83. 83
    前記医学的移植デバイスが、請求項1~21のいずれか一項記載の複合材料から製造される、請求項62~82のいずれか一項記載の方法。
  84. 84
    前記適用する工程が、宿主トランスグルタミナーゼの発現または活性を増加させることを含む、請求項62~83のいずれか一項記載の方法。
  85. 85
    それを必要とする対象において創傷治癒を促進する方法であって、 有効量のトランスグルタミナーゼを創傷表面に適用する工程、および 請求項1~21のいずれか一項記載の複合材料を含む創傷被覆材を、該創傷に接触させる工程を含む、方法。
  86. 86
    請求項1~21のいずれか一項記載の複合材料を含む発泡体を、前記創傷に適用する工程をさらに含む、請求項85記載の方法。
  87. 87
    前記創傷が、切傷および裂創、外科的切開、穿刺創、かすり傷、引っ掻き傷、圧迫傷、擦傷、摩擦創傷、慢性創傷、潰瘍、熱作用による創傷、化学的創傷、病原体感染に起因する創傷、皮膚移植片/移植ドナーおよびレシピエント部位、免疫反応状態、口腔創傷、胃または腸の創傷、損傷軟骨または損傷骨、切断部位、ならびに角膜病変からなる群より選択される、請求項85~86のいずれか一項記載の方法。
  88. 88
    前記トランスグルタミナーゼが哺乳動物トランスグルタミナーゼである、請求項85~87のいずれか一項記載の方法。
  89. 89
    前記トランスグルタミナーゼが微生物トランスグルタミナーゼ(mTgase)である、請求項85~87のいずれか一項記載の方法。
  90. 90
    前記トランスグルタミナーゼがカルシウム非依存性トランスグルタミナーゼである、請求項85~89のいずれか一項記載の方法。
  91. 91
    前記トランスグルタミナーゼが、第XIII因子A(フィブリン安定化因子)、1型トランスグルタミナーゼ(ケラチノサイトトランスグルタミナーゼ)、2型トランスグルタミナーゼ(組織トランスグルタミナーゼ)、3型トランスグルタミナーゼ(上皮トランスグルタミナーゼ)、4型トランスグルタミナーゼ(前立腺トランスグルタミナーゼ)、5型トランスグルタミナーゼ(トランスグルタミナーゼX)、6型トランスグルタミナーゼ(トランスグルタミナーゼY)、7型トランスグルタミナーゼ(トランスグルタミナーゼZ)、およびそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項85~90のいずれか一項記載の方法。
  92. 92
    前記トランスグルタミナーゼが、溶液、エマルジョン、エアロゾル、発泡体、軟膏、ペースト、ローション、粉末、ゲル、ヒドロゲル、親水コロイド、マイクロ粒子、ナノ粒子、またはクリームとして製剤化される、請求項85~91のいずれか一項記載の方法。
  93. 93
    前記創傷被覆材が、包帯、ガーゼ、テープ、メッシュ、ネット、ばんそうこう、フィルム、メンブレン、パッチ、およびそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項85~92のいずれか一項記載の方法。
  94. 94
    前記トランスグルタミナーゼが前記創傷被覆材に結合されている、請求項85~93のいずれか一項記載の方法。
  95. 95
    前記トランスグルタミナーゼが、前記創傷被覆材の表面にコーティングされている、請求項94記載の方法。
  96. 96
    前記トランスグルタミナーゼが、前記創傷被覆材に非共有結合により連結されている、請求項94~95のいずれか一項記載の方法。
  97. 97
    トランスグルタミナーゼの前記有効量が、創傷面積1cm 2 あたり約1μg~約100mgである、請求項85~96のいずれか一項記載の方法。
  98. 98
    創傷治癒物質を前記対象に投与する工程をさらに含む、請求項85~97のいずれか一項記載の方法。
  99. 99
    前記創傷治癒物質が、デクスパンテノール;成長因子;酵素、ホルモン;ポビドンヨード;脂肪酸;抗炎症剤;抗生物質;抗菌剤;消毒剤;サイトカイン;トロンビン;鎮痛剤;オピオイド;アミノキシル;フロキサン;ニトロソチオール;ナイトレートおよびアントシアニン;ヌクレオシド;ヌクレオチド;神経伝達物質/神経修飾物質、例えばアセチルコリンおよび5-ヒドロキシトリプタミン(セロトニン/5-HT);ヒスタミンおよびカテコールアミン、例えばアドレナリンおよびノルアドレナリン;脂質分子、例えばスフィンゴシン-1-リン酸およびリゾホスファチジン酸;アミノ酸、例えばアルギニンおよびリジン;ペプチド、例えばブラジキニン、サブスタンスPおよびカルシウム遺伝子関連ペプチド(CGRP);一酸化窒素;ならびにそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項98記載の方法。
  100. 100
    前記適用する工程が、宿主トランスグルタミナーゼの発現または活性を増加させることを含む、請求項85~99のいずれか一項記載の方法。
  101. 101
    前記適用する工程が、前記医学的移植デバイスまたは前記創傷被覆材の接触前、接触後または接触中に行われる、請求項85~99のいずれか一項記載の方法。
Independent claims101