JP4747256B2 - Composite stimulus response material - Google Patents
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Description
本発明は、複合刺激応答材料に関する。さらに詳しくは、生分解性ポリカチオン又は生分解性ポリアニオンが有するカチオン基又はアニオン基の1/3乃至2/3に、生分解性環状分子が結合した生分解性高分子と、該環状分子に包接可能なゲスト成分を含有する組成物であって、該ゲスト成分は該環状分子に唯一つの部位だけが包接され、包接されない部位(非包接部位)には該生分解性高分子が持つカチオン基又はアニオン基の極性と反対の符号の極性基を有し、該生分解性高分子と該ゲスト成分は二種以上の外部刺激を付与することによって多点包接錯体を形成することを特徴とする複合刺激応答材料に関する。 The present invention relates to a composite stimulus responsive material. More specifically, a biodegradable polymer in which a biodegradable cyclic molecule is bonded to 1/3 to 2/3 of the cationic group or anionic group of the biodegradable polycation or biodegradable polyanion, and the cyclic molecule A composition containing a guest component capable of inclusion, wherein the guest component is included in only one site of the cyclic molecule, and the biodegradable polymer is not included in a site (non-inclusion site). The biodegradable polymer and the guest component have two or more kinds of external stimuli to form a multi-point inclusion complex. The present invention relates to a composite stimulus responsive material.
従来から、化粧品、医農薬品、塗料、食品などの分野において、薬剤、香料、色素などの各種機能性分子の溶解性や安定性の向上、乳化特性の改善、食感の改良、徐放性の付与、潮解性や揮発性の抑制、油脂基材の粉末化などを目的として、分子内に空洞を有する環状分子に、該機能性分子を包接した包接化合物が使用されている。しかし、このような包接分子は製造直後から被包接分子が脱離を開始するため経時安定性に欠ける、被包接分子の持つ機能が必要とされる特定の条件下で脱離できない、被包接分子全体の大きさや該被包接分子が有する官能基の種類に制限があるなどという問題点を有している。 Conventionally, in the fields of cosmetics, pharmaceuticals and agrochemicals, paints, foods, etc., improved solubility and stability of various functional molecules such as drugs, fragrances, and pigments, improved emulsification characteristics, improved texture, sustained release For the purpose of imparting water, suppressing deliquescence and volatility, and pulverizing oil and fat base materials, an inclusion compound in which the functional molecule is included in a cyclic molecule having a cavity in the molecule is used. However, such an inclusion molecule lacks stability over time because the inclusion molecule starts desorption immediately after production, and cannot be desorbed under specific conditions that require the function of the inclusion molecule. There is a problem that the size of the entire inclusion molecule and the type of functional group that the inclusion molecule has are limited.
本発明者らは、これらの問題点を解決すべく特許文献1において、環状分子が結合された生分解性高分子に、該環状分子に包接可能な部位を二つ以上有する第三成分(ゲスト成分)を添加することによって形成された多点包接錯体、具体的には、ε−ポリリジンが有するアミノ基の41モル%にα−シクロデキストリンが結合した生分解性高分子と、該α−シクロデキストリン2個によって二つの部位が包接されるトリメチルシリルプロピオン酸とから形成される多点包接錯体である生分解性包接組織体を一例として提案した。
しかしながら、特許文献1で提案した多点包接錯体は形成する条件として二種以上の外部刺激を要求しておらず、また、第三成分(ゲスト成分)の二つ以上の部位を包接させる必要があるため、設定した条件以外で反応する場合がある、反応する外部刺激の範囲が広い、反応速度が遅いなどという問題点が残されていた。
However, the multipoint inclusion complex proposed in
本発明者らは前述の背景技術の課題を解決するべく鋭意研究を重ねた。その結果、生分解性ポリカチオン又は生分解性ポリアニオンが有するカチオン基又はアニオン基の1/3乃至2/3に、生分解性環状分子が結合した生分解性高分子と、該環状分子に包接可能なゲスト成分を含有する組成物であって、該ゲスト成分は該環状分子に唯一つの部位だけが包接され、包接されない部位(非包接部位)には該生分解性高分子が持つカチオン基又はアニオン基の極性と反対の符号の極性基を有し、該生分解性高分子と該ゲスト成分は二種以上の外部刺激を付与することによって多点包接錯体を形成する複合刺激応答材料であれば、設定した条件以外で反応する可能性が減少し、反応する外部刺激の範囲が狭まり、反応速度が速くなることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成した。 The present inventors have intensively studied to solve the problems of the background art described above. As a result, a biodegradable polymer in which a biodegradable cyclic molecule is bonded to 1/3 to 2/3 of the cation group or anion group of the biodegradable polycation or the biodegradable polyanion, and the cyclic molecule is encapsulated. A composition containing a guest component that can be contacted, wherein the guest component includes only one site of the cyclic molecule, and the biodegradable polymer is not included in the site (non-inclusion site). A composite that has a polar group with a sign opposite to the polarity of the cationic group or anionic group, and the biodegradable polymer and the guest component form a multipoint inclusion complex by applying two or more external stimuli It has been found that if the stimulus response material is used, the possibility of reacting under conditions other than the set conditions is reduced, the range of external stimuli to be reacted is narrowed, and the reaction speed is increased, and the present invention has been completed based on this finding.
具体的には、本発明の実施例である、ε−ポリリジンが有するアミノ基の48モル%にβ−シクロデキストリンが結合した生分解性高分子と、該β−シクロデキストリンに唯一つしかないトリメチルシリル基が包接され、アミノ基と反対の極性であるカルボキシル基を有するトリメチルシリルプロピオン酸を含有した組成物から成り、適当なpHと温度を付与することにより多点包接錯体を形成する複合応答刺激材料を挙げることができる。 Specifically, a biodegradable polymer in which β-cyclodextrin is bonded to 48 mol% of the amino group of ε-polylysine, which is an example of the present invention, and trimethylsilyl which is the only one in the β-cyclodextrin A complex response stimuli consisting of a composition containing trimethylsilylpropionic acid having a carboxyl group with a polar group opposite to the amino group, and forming a multipoint inclusion complex by applying appropriate pH and temperature Materials can be mentioned.
本発明は、下記(1)〜(8)で示される。
(1)生分解性ポリカチオン又は生分解性ポリアニオンが有するカチオン基又はアニオン基の1/3乃至2/3に、生分解性環状分子が結合した生分解性高分子と、該環状分子に包接可能なゲスト成分を含有する組成物であって、該ゲスト成分は該環状分子に唯一つの部位だけが包接され、包接されない部位(非包接部位)には該生分解性高分子が持つカチオン基又はアニオン基の極性と反対の符号の極性基を有し、該生分解性高分子と該ゲスト成分は二種以上の外部刺激を付与することによって多点包接錯体を形成することを特徴とする複合刺激応答材料。(本発明の場合、生分解性ポリカチオンとしてアミノ基(カチオン基)を有するε−ポリリジンを用い、生分解性環状分子としてβ−シクロデキストリンを用い、また、ゲスト成分としてはカチオン基であるアミノ基の極性と反対の符号の極性基を有するものを用いる。)
This invention is shown by following (1)-(8).
(1) A biodegradable polymer in which a biodegradable cyclic molecule is bonded to 1/3 to 2/3 of the cationic group or anionic group of the biodegradable polycation or biodegradable polyanion, and the cyclic molecule A composition containing a guest component that can be contacted, wherein the guest component includes only one site of the cyclic molecule, and the biodegradable polymer is not included in the site (non-inclusion site). The biodegradable polymer and the guest component have two or more external stimuli to form a multipoint inclusion complex by having a polar group having a sign opposite to the polarity of the cationic group or anionic group possessed. A composite stimulus responsive material characterized by (In the case of the present invention, ε-polylysine having an amino group (cation group) is used as a biodegradable polycation, β-cyclodextrin is used as a biodegradable cyclic molecule, and an amino which is a cation group as a guest component. (Use a polar group having a polarity opposite to the polarity of the group.)
(2)ゲスト成分が非包接部位に有する極性基が、上記生分解性高分子が生分解性ポリカチオンから成る場合はアミノ基であり、生分解性ポリアニオンから成る場合はカルボキシル基である上記(1)項記載の複合刺激応答材料。 ( 2 ) The polar group which the guest component has at the non-inclusion site is an amino group when the biodegradable polymer is composed of a biodegradable polycation, and is a carboxyl group when the biodegradable polymer is composed of a biodegradable polyanion. The composite stimulus responsive material according to item (1).
(3)ゲスト成分がトリメチルシリルプロピオン酸及び/又はその誘導体である上記(1)項記載の複合刺激応答材料。 ( 3 ) The composite stimulus responsive material according to (1) above, wherein the guest component is trimethylsilylpropionic acid and / or a derivative thereof.
(4)ゲスト成分の非包接部位が有する極性基がカルボキシル基である上記(1)項記載の複合刺激応答材料。 ( 4 ) The composite stimulus responsive material according to (1), wherein the polar group of the non-inclusion site of the guest component is a carboxyl group.
(5)ゲスト成分がトリメチルシリルプロピオン酸である上記(1)項記載の複合刺激応答材料。 ( 5 ) The composite stimulus responsive material according to item (1), wherein the guest component is trimethylsilylpropionic acid.
(6)多点包接錯体を形成するために付与される二種以上の外部刺激の内、少なくとも一種がpH、温度、電磁波、光、酵素、化学物質である前記(1)〜(5)項のいずれかに記載の複合刺激応答材料。 ( 6 ) The above (1) to ( 5 ), wherein at least one of two or more external stimuli imparted to form a multipoint inclusion complex is pH, temperature, electromagnetic wave, light, enzyme, or chemical substance. The composite stimulus responsive material according to any one of Items.
(7)前記(1)〜(6)項のいずれかに記載の複合刺激応答材料を含有する医薬品。 ( 7 ) A pharmaceutical comprising the composite stimulus responsive material according to any one of (1) to ( 6 ).
(8)前記(1)〜(6)項のいずれかに記載の複合刺激応答材料を含有する医療材料。 ( 8 ) A medical material containing the composite stimulus responsive material according to any one of (1) to ( 6 ).
本発明の複合刺激応答材料は、特許文献1で提案された生分解性包接組織体と類似した構成を有するが、ゲスト成分の唯一つの部位だけが該環状分子に包接され、非包接部位には該生分解性高分子が持つカチオン基又はアニオン基の極性と反対の符号の極性基を持たせ、生分解性高分子(ポリカチオン又はポリアニオン)への生分解性環状分子の結合数を制限した点で異なる。すなわち、特許文献1では2個の環状分子が1個のゲスト成分を包接していたのに対し、本発明では1個の環状分子が1個のゲスト成分を包接する構成となっている。
The composite stimulus responsive material of the present invention has a structure similar to that of the biodegradable inclusion tissue proposed in
それによって、上述した生分解性包接組織体では多点包接錯体を形成する際に二つ必要だった機械的な包接が一ヶ所だけですみ、それによって包接錯体形成速度を向上させることができ、また、生分解性ポリカチオン又は生分解性ポリアニオンが有する極性基とゲスト成分が非包接部位に有する極性基との静電相互作用(イオン結合等)とによる多点包接錯体を形成することが可能となり、該多点包接錯体を形成させるために付与する外部刺激を二種以上とすることが容易となったため、設定した条件以外で反応する可能性を減少させ、反応する外部刺激の範囲を狭めさせることができる。 As a result, the above-described biodegradable clathrate assembly requires only one mechanical clathration for forming a multipoint clathrate complex, thereby improving the rate of clathrate complex formation. Multipoint inclusion complex by polar interaction of the biodegradable polycation or biodegradable polyanion and the polar group of the guest component at the non-inclusion site (ionic bond etc.) Since it is easy to make two or more external stimuli applied to form the multipoint inclusion complex, the possibility of reacting under conditions other than the set conditions is reduced. The range of external stimulation to be performed can be narrowed.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明において生分解性とは生体内分解性をも含む総称である。本発明に使用する生分解性ポリカチオン(又はポリアニオン)は、生分解性環状分子と結合するため及び後述するゲスト成分と静電相互作用するためのカチオン基(又はアニオン基)、例えば水酸基、アミノ基、カルボキシル基、スルホニル基などを有していれば特に限定されるものではなく、使用する用途・目的に応じて適宜選択すればよい。
例えば、疾患部への埋植薬剤として使用する場合は生体内分解性ポリカチオン(又はポリアニオン)を選択することができ、薬剤送達システムとして使用する場合は疾患部への移行性に優れた生体内分解性ポリカチオン(又はポリアニオン)を選択することができ、農薬など外部環境で使用する場合は環境中の微生物で分解する生分解性ポリカチオン(又はポリアニオン)を選択することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the present invention, biodegradability is a general term including biodegradability. The biodegradable polycation (or polyanion) used in the present invention is a cation group (or anion group) for binding with a biodegradable cyclic molecule and electrostatic interaction with a guest component described later, such as a hydroxyl group, an amino group. The group is not particularly limited as long as it has a group, a carboxyl group, a sulfonyl group, etc., and may be appropriately selected according to the intended use and purpose.
For example, a biodegradable polycation (or polyanion) can be selected when used as a drug for implantation in a diseased part, and in vivo excellent in migration to a diseased part when used as a drug delivery system. Degradable polycations (or polyanions) can be selected. When used in an external environment such as agricultural chemicals, biodegradable polycations (or polyanions) that can be degraded by microorganisms in the environment can be selected.
かかる生分解性ポリカチオン(又はポリアニオン)としては、例えばε−ポリリジン、キトサン、ヒアルロン酸、アルギン酸、ポリグルタミン酸、カラギナン、コンドロイチン硫酸、デルマタン硫酸及びその誘導体などを挙げることができる。 Examples of such biodegradable polycations (or polyanions) include ε-polylysine, chitosan, hyaluronic acid, alginic acid, polyglutamic acid, carrageenan, chondroitin sulfate, dermatan sulfate, and derivatives thereof.
本発明に使用する生分解性環状分子は、前述した生分解性ポリカチオン(又はポリアニオン)を結合させるためのカチオン基(又はアニオン基)、例えば水酸基、アミノ基、カルボキシル基、スルホニル基などと、後述するゲスト成分を包接することができる空洞とを有していれば特に限定されるものではなく、例えばα−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン及びγ−シクロデキストリンなどは、安定性、安全性、入手の容易性などの面から好適に使用することができる。 The biodegradable cyclic molecule used in the present invention is a cation group (or anion group) for binding the biodegradable polycation (or polyanion) described above, such as a hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, a sulfonyl group, and the like. It is not particularly limited as long as it has a cavity capable of enclosing a guest component described later. For example, α-cyclodextrin, β-cyclodextrin, γ-cyclodextrin, and the like are stable, safe, It can be preferably used from the viewpoint of easy availability.
本発明におけるゲスト成分は、前述した生分解性環状分子1個に唯一つの部位だけが包接され、非包接部位に前述した生分解性ポリカチオン(又はポリアニオン)が持つ極性と反対の符号の極性基を有していれば特に限定されるものではなく、使用する用途・目的に応じて加えられる二種以上の外部刺激によって、本発明の多点包接錯体が形成するような生分解性環状分子との組み合わせを適宜選択すればよい。 The guest component in the present invention has only one site included in one of the aforementioned biodegradable cyclic molecules, and has a sign opposite to the polarity of the aforementioned biodegradable polycation (or polyanion) in the non-inclusion site. It is not particularly limited as long as it has a polar group, and it is biodegradable such that the multipoint inclusion complex of the present invention is formed by two or more external stimuli added according to the use and purpose of use. What is necessary is just to select the combination with a cyclic molecule suitably.
かかるゲスト成分が非包接部位に有する極性基としては、前述した生分解性高分子が生分解性ポリカチオンから成る場合はアミノ基が、生分解性ポリアニオンから成る場合はカルボキシル基が、安定性、生体適合性などの面から好適に使用することができる。 As the polar group that the guest component has at the non-inclusion site, the amino group is stable when the biodegradable polymer is composed of a biodegradable polycation, and the carboxyl group is stable when it is composed of a biodegradable polyanion. It can be preferably used in terms of biocompatibility and the like.
本発明において、多点包接錯体を形成するために付与される二種以上の外部刺激としては特に限定されるものではないが、pH、温度、電磁波、光、酵素、化学物質などが付与の容易性の面から好適に用いることができる。 In the present invention, the two or more external stimuli imparted to form a multi-point inclusion complex are not particularly limited, but pH, temperature, electromagnetic waves, light, enzymes, chemical substances, etc. are imparted. It can be preferably used from the viewpoint of ease.
本発明の医薬品は、複合刺激応答材料を含有していれば特に限定されるものではなく、例えば疾患部への埋植薬剤や薬剤送達システムなどに好適に使用することができる。 The pharmaceutical of the present invention is not particularly limited as long as it contains a composite stimulus responsive material, and can be suitably used for, for example, an implant drug for a diseased part or a drug delivery system.
本発明の医療材料は、複合刺激応答材料を含有していれば特に限定されるものではなく、例えば手術中の止血用被覆剤や人工生体組織などに好適に使用することができる。 The medical material of the present invention is not particularly limited as long as it contains a composite stimulus responsive material, and can be suitably used for, for example, a hemostatic coating agent or an artificial biological tissue during surgery.
本発明において、生分解性ポリカチオン(又はポリアニオン)に生分解性環状分子を結合させる方法は特に限定されるものではないが、使用する用途・目的に応じて選択された生分解性環状分子及び生分解性ポリカチオン(又はポリアニオン)が有するカチオン基(又はアニオン基)、例えば水酸基、アミノ基、カルボキシル基、スルホニル基などに応じて適宜選択すればよい。例えば、ε−ポリリジンにβ−シクロデキストリンを結合する場合は、モノアルデヒド化したβ−シクロデキストリンとε−ポリリジンとをシッフ塩基化した後、還元する方法が好適に用いられる。 In the present invention, the method for binding the biodegradable cyclic molecule to the biodegradable polycation (or polyanion) is not particularly limited, but the biodegradable cyclic molecule selected according to the intended use and purpose, and What is necessary is just to select suitably according to the cation group (or anion group) which biodegradable polycation (or polyanion) has, for example, a hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, a sulfonyl group, etc. For example, when β-cyclodextrin is bound to ε-polylysine, a method in which monoaldehyde-modified β-cyclodextrin and ε-polylysine are Schiff-basified and then reduced is preferably used.
さらに、生分解性ポリカチオン(又はポリアニオン)に結合させる生分解性環状分子の数としては、生分解性ポリカチオン(又はポリアニオン)が有するカチオン基(又はアニオン基)の1/3乃至2/3が好ましく、さらには2/5乃至3/5がより好ましい。この値が1/3を下回るか又は2/3を上回ると、生分解性環状分子に包接したゲスト成分が非包接部位に有する極性基と、前述した生分解性高分子が有する極性基との静電相互作用が弱くなるため、前述した多点包接錯体の形成速度が遅くなる、外部刺激への応答範囲が拡大する、強度が弱くなるなど、本発明の効果を十分発揮できないことがある。 Furthermore, the number of biodegradable cyclic molecules to be bonded to the biodegradable polycation (or polyanion) is 1/3 to 2/3 of the cation group (or anion group) of the biodegradable polycation (or polyanion). Is more preferable, and 2/5 to 3/5 is more preferable. When this value is less than 1/3 or more than 2/3, the guest group included in the biodegradable cyclic molecule has a polar group in the non-inclusion site and the polar group in the biodegradable polymer described above Since the electrostatic interaction with the above becomes weak, the formation rate of the above-mentioned multipoint inclusion complex is slow, the response range to external stimuli is expanded, the strength is weak, etc. There is.
本発明において、多点包接錯体を形成させる方法は特に限定されるものではないが、上述したような生分解性環状分子が結合された生分解性ポリカチオン(又はポリアニオン)は通常水溶性のため、多点包接錯体を形成させるために必要な外部刺激の要因を予め付与しておいた水溶液に、上述のゲスト成分を添加して多点包接錯体を形成させる方法が例示できる。また、必要な外部刺激の要因を一つだけ除いて予め付与しておき、最後に除いておいた刺激を付与しても速やかに多点包接錯体を形成させることができる。 In the present invention, the method for forming the multipoint inclusion complex is not particularly limited, but the biodegradable polycation (or polyanion) to which the biodegradable cyclic molecule as described above is bound is usually water-soluble. Therefore, a method of forming the multipoint inclusion complex by adding the guest component described above to an aqueous solution in which a factor of external stimulation necessary for forming the multipoint inclusion complex is previously provided can be exemplified. Further, even if only one necessary external stimulus factor is removed and given in advance, and the last removed stimulus is given, a multipoint inclusion complex can be formed quickly.
例えば、β−シクロデキストリンが結合されたε−ポリリジンに、ゲスト成分としてトリメチルシリルプロピオン酸ナトリウムを添加して多点包接錯体を形成する場合、両者の水溶液を予めpH7、20℃に調製しておけば、混合後0.1秒程度で反応が終了する。
For example, when sodium trimethylsilylpropionate is added as a guest component to ε-polylysine to which β-cyclodextrin is bound to form a multipoint inclusion complex, both aqueous solutions should be prepared in advance at
次に実施例をあげて本発明をさらに説明するが、本実施例は本発明をなんら限定するものではない。また、本実施例においてα及びβ−シクロデキストリンは東京化成工業株式会社製α及びβ−シクロデキストリンを、トリメチルシリルプロピオン酸は関東化学株式会社製トリメチルシリルプロピオン酸ナトリウムを、ε−ポリリジンはチッソ株式会社製ε−ポリリジン100%粉末を精製せずに用いた。該ε−ポリリジンの分子量は、低角度光散乱光度計を検出器としたゲル浸透クロマトグラフィー法による測定で、重量平均分子量が4700±470、数平均分子量が4090±410であり、ペアードイオンクロマトグラフィー法による測定で、平均重合度は約30.5であった。 Next, the present invention will be further described with reference to examples. However, the present examples are not intended to limit the present invention. In this example, α and β-cyclodextrin are α and β-cyclodextrin manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., trimethylsilylpropionic acid is sodium trimethylsilylpropionate manufactured by Kanto Chemical Co., and ε-polylysine is manufactured by Chisso Corporation. ε-polylysine 100% powder was used without purification. The molecular weight of the ε-polylysine was measured by gel permeation chromatography using a low-angle light scattering photometer as a detector, and had a weight average molecular weight of 4700 ± 470 and a number average molecular weight of 4090 ± 410. The average degree of polymerization was about 30.5 as measured by the graphic method.
合成例1 β−シクロデキストリンのモノアルデヒド化物の合成
β−シクロデキストリン11.7g(10.3mmol)をジメチルスルホキシド250mlに溶解させ、2当量のデス−マーチンペリオジナン8.7g(20.6mmol)を加え、1時間、25℃にて撹拌した。該溶液をアセトンに加え、−20℃で2時間冷却し析出した沈殿を濾過して濾過物を得た。該濾過物を蒸留水に再溶解させ、不溶物を濾過にて除去した。該濾過液をエバポレーターにて濃縮後、0℃のアセトンに加え再結晶させ、該結晶を濾過にて回収後、60℃で減圧乾燥させモノアルデヒド化β−シクロデキストリン(化合物1)を得た。収率は88%であった。得られた化合物1の確認は、プロトン核磁気共鳴スペクトル法(以下、1H−NMRという。)及びフーリエ変換赤外線吸収スペクトル法(以下、FT−IRという。)により行った。その結果を以下に示した。
FT−IR(KBr):3384(s;OH),2930(s;C−H),1731(m;アルデヒドC=O),1500〜1200(m;C−H,CH2,OH),1200〜800cm−1(m;C−C,C−O)
1H−NMR(300MHz,DMSO−d6):δ=9.68(s;ホルミルH),5.48(m;14H,2級OH),4.81(s;7H,H−1),4.43(m;6H,1級OH),4.00〜3.00ppm(4m;シクロデキストリンH)。
Synthesis Example 1 Synthesis of mono-aldehyde product of β-cyclodextrin 11.7 g (10.3 mmol) of β-cyclodextrin was dissolved in 250 ml of dimethyl sulfoxide, and 8.7 g (20.6 mmol) of 2 equivalent of Dess-Martin periodinane was added. The mixture was further stirred at 25 ° C. for 1 hour. The solution was added to acetone, cooled at −20 ° C. for 2 hours, and the deposited precipitate was filtered to obtain a filtrate. The filtrate was redissolved in distilled water, and insoluble matters were removed by filtration. The filtrate was concentrated with an evaporator, added to acetone at 0 ° C. and recrystallized. The crystals were collected by filtration and then dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain monoaldehyde-ized β-cyclodextrin (Compound 1). The yield was 88%. The obtained
FT-IR (KBr): 3384 (s; OH), 2930 (s; C—H), 1731 (m; aldehyde C═O), 1500 to 1200 (m; C—H, CH 2 , OH), 1200 ˜800 cm −1 (m; C—C, C—O)
1 H-NMR (300 MHz, DMSO-d 6 ): δ = 9.68 (s; formyl H), 5.48 (m; 14H, secondary OH), 4.81 (s; 7H, H-1) 4.43 (m; 6H, primary OH), 4.00 to 3.00 ppm (4m; cyclodextrin H).
合成例2 β−シクロデキストリンが結合したε−ポリリジンの合成
ε−ポリリジン1.1g(0.27mmol)を0.2M酢酸緩衝液(pH4.4)1000mlに溶解し、11.33g(10.0mmol)の化合物1を加えて1時間25℃にて撹拌後、続けて化合物1に対して2当量のシアノ水素化ホウ素ナトリウムを加え72時間25℃にて撹拌した。2M水酸化ナトリウム水溶液にて中和し、分画分子量10000の透析膜にて1週間透析を行った後、該透析内液を凍結乾燥してβ−シクロデキストリン結合ε−ポリリジン(化合物2)を得た。収率は73%であった。得られた化合物2の確認は、1H−NMR及びFT−IRにより行った。その結果を以下に示した。
FT−IR(KBr):3413(s;OH),2929(s;C−H),1637(m;C=O),1559(m;N−H),1458(m;C−H),1200〜800cm−1(m;C−C,C−O)
1H−NMR(300MHz,D2O):δ=4.96(s;7H,H−1,シクロデキストリン),4.00〜3.35(2m;シクロデキストリンH),3.35〜2.90(3m;αH,εH,ε−ポリリジン),1.78〜1.00ppm(3m;βH,δH,γH,ε−ポリリジン)。
Synthesis Example 2 Synthesis of ε-polylysine bound with β-cyclodextrin 1.1 g (0.27 mmol) of ε-polylysine was dissolved in 1000 ml of 0.2 M acetic acid buffer (pH 4.4), and 11.33 g (10.0 mmol). ) Was added and stirred at 25 ° C. for 1 hour, and then 2 equivalents of sodium cyanoborohydride was added to
FT-IR (KBr): 3413 (s; OH), 2929 (s; C—H), 1637 (m; C═O), 1559 (m; N—H), 1458 (m; C—H), 1200 to 800 cm −1 (m; C—C, C—O)
1 H-NMR (300 MHz, D 2 O): δ = 4.96 (s; 7H, H-1, cyclodextrin), 4.00 to 3.35 (2 m; cyclodextrin H), 3.35-2 .90 (3 m; αH, εH, ε-polylysine), 1.78 to 1.00 ppm (3 m; βH, δH, γH, ε-polylysine).
ε−ポリリジンの全アミノ基に対する、β−シクロデキストリンが結合したアミノ基の割合と得られた化合物2の数平均分子量は、1H−NMRスペクトルにおけるグルコースのH−1と、リジンのβ、γ及びδのピーク面積の比から算出し、その値は48モル%と20270であった。
The ratio of the amino group to which β-cyclodextrin is bonded to the total amino groups of ε-polylysine and the number average molecular weight of the obtained
合成例3 α−シクロデキストリンのモノアルデヒド化物の合成
α−シクロデキストリン10.0g(10.3mmol)をジメチルスルホキシド250mlに溶解させ、2当量のデス−マーチンペリオジナン8.7g(20.6mmol)を加え、1.5時間25℃にて撹拌した。該溶液をアセトンに加え、−20℃で2時間冷却し析出した沈殿を濾過して濾過物を得た。該濾過物を蒸留水に再溶解させ、不溶物を濾過にて除去した。該濾過液をエバポレーターにて濃縮後、0℃のアセトンに加え再結晶させ、該結晶を濾過にて回収後、60℃で減圧乾燥させモノアルデヒド化α−シクロデキストリン(化合物3)を得た。収率は88%であった。得られた化合物3の確認は、1H−NMR及びFT−IRにより行った。その結果を以下に示した。
FT−IR(KBr):3384(s;OH),2930(s;C−H),1731(m;アルデヒドC=O),1500〜1200(m;C−H,OH),1154(m;C−O),1032cm−1(m;C−O)
1H−NMR(300MHz,DMSO−d6):δ=9.68(s;ホルミルH),5.44(m;12H,2級OH),4.75(s;6H,H−1),4.42(m;5H,1級OH),4.00〜3.00ppm(4m;シクロデキストリンH)。
Synthesis Example 3 Synthesis of mono-aldehyde product of α-cyclodextrin 10.0 g (10.3 mmol) of α-cyclodextrin was dissolved in 250 ml of dimethyl sulfoxide, and 8.7 g (20.6 mmol) of 2 equivalent of Dess-Martin periodinane was added. In addition, the mixture was stirred at 25 ° C for 1.5 hours. The solution was added to acetone, cooled at −20 ° C. for 2 hours, and the deposited precipitate was filtered to obtain a filtrate. The filtrate was redissolved in distilled water, and insoluble matters were removed by filtration. The filtrate was concentrated with an evaporator, added to acetone at 0 ° C. and recrystallized. The crystals were collected by filtration and then dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain monoaldehyde-ized α-cyclodextrin (Compound 3). The yield was 88%. The obtained compound 3 was confirmed by 1 H-NMR and FT-IR. The results are shown below.
FT-IR (KBr): 3384 (s; OH), 2930 (s; C—H), 1731 (m; aldehyde C═O), 1500 to 1200 (m; C—H, OH), 1154 (m; C—O), 1032 cm −1 (m; C—O)
1 H-NMR (300 MHz, DMSO-d 6 ): δ = 9.68 (s; formyl H), 5.44 (m; 12H, secondary OH), 4.75 (s; 6H, H-1) 4.42 (m; 5H, primary OH), 4.00 to 3.00 ppm (4m; cyclodextrin H).
合成例4 α−シクロデキストリンが結合したε−ポリリジンの合成
ε−ポリリジン1.25g(0.31mmol)を0.5M酢酸緩衝液(pH4.5)1000mlに溶解し、7.5g(7.7mmol)の化合物3を加えて1時間25℃にて撹拌後、続けてシアノ水素化ホウ素ナトリウム3.07g(48.85mmol)を加え96時間25℃にて撹拌した。2M水酸化ナトリウム水溶液にて中和し、分画分子量8000の透析膜にて1週間透析を行った後、該透析内液を凍結乾燥してα−シクロデキストリン結合ε−ポリリジン(化合物4)を得た。収率は32%であった。得られた化合物4の確認は、1H−NMR及びFT−IRにより行った。その結果を以下に示した。
FT−IR(KBr):3413(s;OH),2929(s;C−H),1637(m;C=O),1559(m;N−H),1458(m;C−H),1154(m;C−O),1077(m;C−O),1031cm−1(m;C−O)
1H−NMR(300MHz,D2O):δ=4.96(s;6H,H−1,シクロデキストリン),4.30〜3.35(2m;シクロデキストリンH),3.35〜2.60(3m;αH,εH,ε−ポリリジン),2.00〜1.00ppm(3m;βH,γH,δH,ε−ポリリジン)。
Synthesis Example 4 Synthesis of ε-polylysine bound with α-cyclodextrin 1.25 g (0.31 mmol) of ε-polylysine was dissolved in 1000 ml of 0.5 M acetate buffer (pH 4.5) to obtain 7.5 g (7.7 mmol). ) Was added and stirred at 25 ° C. for 1 hour, and then 3.07 g (48.85 mmol) of sodium cyanoborohydride was added and stirred at 25 ° C. for 96 hours. After neutralization with a 2M aqueous sodium hydroxide solution and dialysis with a dialysis membrane having a molecular weight cut off of 8000 for one week, the dialysis internal solution was lyophilized to obtain α-cyclodextrin-bound ε-polylysine (compound 4). Obtained. The yield was 32%. The obtained
FT-IR (KBr): 3413 (s; OH), 2929 (s; C—H), 1637 (m; C═O), 1559 (m; N—H), 1458 (m; C—H), 1154 (m; C—O), 1077 (m; C—O), 1031 cm −1 (m; C—O)
1 H-NMR (300 MHz, D 2 O): δ = 4.96 (s; 6H, H-1, cyclodextrin), 4.30 to 3.35 (2 m; cyclodextrin H), 3.35-2 .60 (3 m; αH, εH, ε-polylysine), 2.00 to 1.00 ppm (3 m; βH, γH, δH, ε-polylysine).
ε−ポリリジンの全アミノ基に対する、α−シクロデキストリンが結合したアミノ基の割合と得られた化合物4の数平均分子量は、1H−NMRスペクトルにおけるグルコースのH−1と、リジンのβ、γ及びδのピーク面積の比から算出し、その値は41モル%と15860であった。
The ratio of the amino group to which α-cyclodextrin is bonded to the total amino groups of ε-polylysine and the number average molecular weight of the obtained
試験例1:多点包接錯体の形成pHの確認(20℃)
化合物2を20℃の0.1Mリン酸緩衝液(pH6)に溶解して1wt%の水溶液を調製し、ゲスト成分としてトリメチルシリルプロピオン酸ナトリウムを、溶解した化合物2に付加されているβ−シクロデキストリンと化学量論的に等しくなるように添加して水溶液Aを調製した。化合物4を20℃の0.1Mリン酸緩衝液(pH7)に溶解して1wt%の水溶液を調製し、ゲスト成分としてトリメチルシリルプロピオン酸ナトリウムを、溶解した化合物4に付加されているα−シクロデキストリンと化学量論的に等しくなるように添加して水溶液Bを調製した。水溶液Aに2Mの塩酸又は2Mの水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH2,3,4.5,5,5.5,6.5,7,7.5,8,9,10,11,12の水溶液を調製した。水溶液Bも同様にして、pH2,3,4,5,6,6.5,7.5,8,9,10,11,12の水溶液を調製した。
可視紫外分光光度計(日本分光株式会社製V−550)により、20℃での500nmにおける吸光度を調製した各水溶液について測定し、それらの結果を図1に示した。
Test Example 1: Confirmation of formation pH of multi-point inclusion complex (20 ° C.)
Β-cyclodextrin prepared by dissolving
The absorbance at 500 nm at 20 ° C. was measured with a visible ultraviolet spectrophotometer (V-550 manufactured by JASCO Corporation), and the results are shown in FIG.
図1から明らかなように、本発明の実施例である化合物2とトリメチルシリルプロピオン酸ナトリウムからなる組成物は、20℃においてpH6〜6.5という狭いpH範囲で多点包接錯体を形成していることがわかる。また、比較例である化合物4とトリメチルシリルプロピオン酸ナトリウムからなる組成物も、化合物2とほぼ同じくpH7〜7.5という狭いpH範囲で多点包接錯体を形成していることがわかる。
As is clear from FIG. 1, the
試験例2:多点包接錯体の形成温度の確認(pH6及びpH7)
水溶液A及びBを約50℃まで加温し、冷却過程での500nmにおける透過率の変化を試験例1と同様に測定し、その結果を図2に示した。
Test Example 2: Confirmation of formation temperature of multi-point inclusion complex (pH 6 and pH 7)
The aqueous solutions A and B were heated to about 50 ° C., and the change in transmittance at 500 nm during the cooling process was measured in the same manner as in Test Example 1, and the results are shown in FIG.
図2から明らかなように、本発明の実施例である化合物2とトリメチルシリルプロピオン酸ナトリウムからなる組成物は、約34〜32.5℃という非常に狭い温度範囲で急激に多点包接錯体を形成していることがわかる。それに対し、比較例である化合物4とトリメチルシリルプロピオン酸ナトリウムからなる組成物は、実施例とは異なり約45〜20℃に渡って徐々に多点包接錯体を形成していることがわかる。
As is clear from FIG. 2, the
試験例3:多点包接錯体の形成時間の確認(20℃)
化合物2を20℃の0.1Mリン酸緩衝液(pH6)に溶解し、4.7×10−4Mの水溶液Cを調製した。ゲスト成分としてトリメチルシリルプロピオン酸ナトリウムを、水溶液Cに溶解した化合物2に付加されているβ−シクロデキストリンと化学量論的に等しくなるように20℃の0.1Mリン酸緩衝液(pH6)に溶解し、7.3×10−3Mの水溶液Dを調製した。水溶液C及びDに、2Mの塩酸又は2Mの水酸化ナトリウム水溶液を添加して、各々pH4,7,9の水溶液を調製した。
ストップド−フロー法により、20℃での500nmにおける吸光度を測定した。可視紫外分光光度計は大塚電子株式会社製RA−2100HSを用いた。該分光光度計がデータ収集を開始してから60ms後に、水溶液C及びDを測定セルに同時に注入し100ms混合した。従って、実際の測定開始時間は60msである。pH4,7,9の各水溶液についても同様に測定を行い、それらの結果を図3に示した。
Test Example 3: Confirmation of formation time of multipoint inclusion complex (20 ° C.)
Absorbance at 500 nm at 20 ° C. was measured by the stopped-flow method. RA-2100HS manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. was used as the visible ultraviolet spectrophotometer. 60 ms after the spectrophotometer started data collection, aqueous solutions C and D were simultaneously injected into the measurement cell and mixed for 100 ms. Therefore, the actual measurement start time is 60 ms. The same measurement was performed for each of the aqueous solutions at
図3から明らかなように、多点包接錯体を形成可能なpH6,7においては、本発明の実施例となる組み合わせである、化合物2とトリメチルシリルプロピオン酸ナトリウムを混合してから、約100msという非常に短い時間で該包接錯体を形成していることがわかる。それに対し、データとしては測定していないが、比較例となる組み合わせである化合物4とトリメチルシリルプロピオン酸ナトリウムの混合は、目視で確認できる数秒程度を要して多点包接錯体を形成する。
As is clear from FIG. 3, at pH 6 and 7 where a multipoint inclusion complex can be formed, about 2 ms is obtained after mixing
本発明の複合刺激応答材料は、生分解性ポリカチオン(又はポリアニオン)を適宜選択すること、例えば、生体内分解性ポリカチオン(又はポリアニオン)を使用することにより生体内残留性の低い生体内埋植薬剤として、疾患部への移行性に優れた生体内分解性ポリカチオン(又はポリアニオン)を使用することにより薬剤送達システムとして、環境中の微生物で分解する生分解性ポリカチオン(又はポリアニオン)を使用することにより使用後・廃棄後の環境への負荷が低減された農薬や塗料などの外部環境で使用する機能性材料として好適に用いることができる。
また、本発明の複合刺激応答材料は、特定の外部刺激による形成時間が非常に短いため、例えば、生体内分解性ポリカチオン(又はポリアニオン)を使用することにより手術中の止血用被覆剤や一時的に使用する人造筋肉などの人工生体組織として、さらには、形成と解離を可逆的に繰り返すことができるため、マイクロマシンの動力源として利用することも可能である。
The composite stimulus responsive material of the present invention can be used for bioimplantation with a low in vivo persistence by appropriately selecting a biodegradable polycation (or polyanion), for example, by using a biodegradable polycation (or polyanion). By using biodegradable polycations (or polyanions) that are excellent in migration to the affected area as planting agents, biodegradable polycations (or polyanions) that are degraded by microorganisms in the environment are used as drug delivery systems. By using it, it can be suitably used as a functional material used in the external environment such as agricultural chemicals and paints with reduced environmental impact after use and disposal.
In addition, since the composite stimulus-responsive material of the present invention has a very short formation time due to a specific external stimulus, for example, by using a biodegradable polycation (or polyanion), a hemostatic coating or temporary agent during surgery can be used. In addition, it can be used as an artificial biological tissue such as artificial muscle that is used as an artificial muscle, and further, as formation and dissociation can be reversibly repeated.
図1、図2、図3中において、TPAはトリメチルシリルプロピオン酸ナトリウムを表す。
1, 2, and 3, TPA represents sodium trimethylsilylpropionate.
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