特許 6709780 官能性双性イオン性ポリマーおよび混合電荷ポリマー、関連するヒドロゲルならびにこれらの使用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6709780

(24)【登録日】2020年5月27日

(45)【発行日】2020年6月17日

(54)【発明の名称】官能性双性イオン性ポリマーおよび混合電荷ポリマー、関連するヒドロゲルならびにこれらの使用方法

(51)【国際特許分類】

   C08G 81/02 20060101AFI20200608BHJP

   C08J 3/075 20060101ALI20200608BHJP

   A61K 47/34 20170101ALI20200608BHJP

   A61K 9/06 20060101ALI20200608BHJP

   A61K 35/12 20150101ALI20200608BHJP

   A61K 35/76 20150101ALI20200608BHJP

   A61K 35/74 20150101ALI20200608BHJP

   A61L 27/18 20060101ALI20200608BHJP

   A61L 27/36 20060101ALI20200608BHJP

   A61L 27/38 20060101ALI20200608BHJP

   A61L 27/48 20060101ALI20200608BHJP

   A61L 27/52 20060101ALI20200608BHJP

   A61K 35/39 20150101ALI20200608BHJP

   A61K 35/17 20150101ALI20200608BHJP

【ＦＩ】

   C08G81/02

   C08J3/075CEY

   A61K47/34

   A61K9/06

   A61K35/12

   A61K35/76

   A61K35/74 A

   A61L27/18

   A61L27/36 100

   A61L27/38

   A61L27/48

   A61L27/52

   A61K35/39

   A61L27/38 100

   A61K35/17 Z

【請求項の数】20

【全頁数】48

(21)【出願番号】特願2017-513127(P2017-513127)

(86)(22)【出願日】2015年9月9日

(65)【公表番号】特表2017-527669(P2017-527669A)

(43)【公表日】2017年9月21日

(86)【国際出願番号】US2015049197

(87)【国際公開番号】WO2016040489

(87)【国際公開日】20160317

【審査請求日】2018年8月30日

(31)【優先権主張番号】62/048,155

(32)【優先日】2014年9月9日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500093498

【氏名又は名称】ユニバーシティ・オブ・ワシントン

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】ジャン，シャオイー

(72)【発明者】

【氏名】バイ，タオ

(72)【発明者】

【氏名】サンダラーム，ハリハラ サブラマニアン

(72)【発明者】

【氏名】シンクレア，アンドリュー，ウィリアム

(72)【発明者】

【氏名】エラ−メニェ，ジャン−ルネ

(72)【発明者】

【氏名】ジャイン，プリイェシュ

【審査官】 藤井 勲

(56)【参考文献】

【文献】 特表平０６−５０９８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１０−５１３１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５２４１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５２９５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５３２４３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５０３５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５２２０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０４６４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５０８５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５３２３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５１１０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５３０９５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０８Ｇ ８１／００ − ８５／００

Ｃ０８Ｆ ２０／００ − ２０／７０

Ｃ０８Ｆ ４／００ − ４／５８

Ｃ０８Ｆ ４／７２ − ４／８２

Ｃ０８Ｊ ３／００ − ３／２８

Ａ６１Ｋ ９／００ − ９／７２

Ａ６１Ｋ ３５／００ − ３５／７６８

Ａ６１Ｋ ３６／０６

Ａ６１Ｌ １５／００ − ３３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第２のポリマーに共有結合した第１のポリマーを含むヒドロゲルであって、
前記第１のポリマーは、第１の核に共有結合して第１の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖を有する第１の核を含み、ここで、前記第１の核に共有結合して第１の核から伸びるポリマー側鎖は双性イオン性構成単位および混合電荷構成単位からなる群から選択される第１の構成単位を含み、ここで、前記第１の核に共有結合して第１の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖は各々、前記第１のポリマーと前記第２のポリマーとの共有結合に有効な１つまたは複数個の第１の官能基を含み、
前記第２のポリマーは、第２の核に共有結合して第２の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖を有する第２の核を含み、ここで、前記第２の核に共有結合して第２の核から伸びるポリマー側鎖は双性イオン性構成単位および混合電荷構成単位からなる群から選択される第２の構成単位を含み、ここで、前記第２の核に共有結合して第２の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖は各々、前記第２のポリマーと前記第１のポリマーとの共有結合に有効な１つまたは複数個の第２の官能基を含み；
前記ヒドロゲルは、前記１つまたは複数個の第１の官能基と前記１つまたは複数個の第２の官能基との反応によって形成された、前記第１のポリマーと第２のポリマーを結合する共有結合を含み；
前記１つまたは複数個の第１の官能基および前記１つまたは複数個の第２の官能基が、アジドおよびアルキン、アジドおよびアルケン、チオールおよびマレイミド、または、チオールおよびジスルフィドから選択される、ヒドロゲル。

【請求項2】

第２のポリマーに共有結合した第１のポリマーを含むヒドロゲルであって、
前記第１のポリマーは、第１の核に共有結合して第１の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖を有する第１の核を含み、ここで、前記第１の核に共有結合して第１の核から伸びるポリマー側鎖は双性イオン性構成単位および混合電荷構成単位からなる群から選択される第１の構成単位を含み、ここで、前記第１の核に共有結合して第１の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖は各々、前記第１のポリマーと前記第２のポリマーとの共有結合に有効な１つまたは複数個の第１の官能基を含み、
前記第２のポリマーは、第２の核に共有結合して第２の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖を有する第２の核を含み、ここで、前記第２の核に共有結合して第２の核から伸びるポリマー側鎖は双性イオン性構成単位および混合電荷構成単位からなる群から選択される第２の構成単位を含み、ここで、前記第２の核に共有結合して第２の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖は各々、前記第２のポリマーと前記第１のポリマーとの共有結合に有効な１つまたは複数個の第２の官能基を含み；
前記ヒドロゲルは、２個以上の第３の官能基を有する架橋剤を介して前記第１のポリマーと第２のポリマーを結合する共有結合を含み、前記第１のポリマーと第２のポリマーを結合する前記共有結合は、前記１つまたは複数個の第１の官能基と前記２個以上の第３の官能基との反応、および、前記１つまたは複数個の第２の官能基と前記２個以上の第３の官能基との反応によって形成され；
前記１つまたは複数個の第１の官能基および前記１つまたは複数個の第２の官能基が、独立して、アジド、アルキン、アルケン、チオール、マレイミドまたはジスルフィドから選択される、ヒドロゲル。

【請求項3】

前記１つまたは複数個の第１の官能基がチオールであり、前記１つまたは複数個の第２の官能基がチオールであり、および、前記２個以上の第３の官能基がチオールまたはジスルフィドである、請求項２に記載のヒドロゲル。

【請求項4】

前記１つまたは複数個の第１の官能基および前記２個以上の第３の官能基、ならびに、前記１つまたは複数個の第２の官能基および前記２個以上の第３の官能基がクリックケミストリー反応対である、請求項２に記載のヒドロゲル。

【請求項5】

前記１つまたは複数個の第１の官能基および前記２個以上の第３の官能基が、アジドおよびアルキン、アジドおよびアルケン、チオールおよびマレイミド、または、チオールおよびジスルフィドから選択される、請求項２に記載のヒドロゲル。

【請求項6】

前記１つまたは複数個の第２の官能基および前記２個以上の第３の官能基が、アジドおよびアルキン、アジドおよびアルケン、チオールおよびマレイミド、または、チオールおよびジスルフィドから選択される、請求項２に記載のヒドロゲル。

【請求項7】

前記第１の構成単位が双性イオン性構成単位である、請求項１または２に記載のヒドロゲル。

【請求項8】

前記第１の構成単位が混合電荷構成単位である、請求項１または２に記載のヒドロゲル。

【請求項9】

前記１つまたは複数個の第１の官能基が前記第１の核に共有結合して第１の核から伸びるポリマー側鎖の末端に位置する、請求項１または２に記載のヒドロゲル。

【請求項10】

前記１つまたは複数個の第１の官能基が前記第１の核に共有結合して第１の核から伸びるポリマー側鎖の主鎖に沿って位置する、請求項１または２に記載のヒドロゲル。

【請求項11】

前記第１の構成単位の１つまたは複数が前記第１の官能基を含む、請求項１または２に記載のヒドロゲル。

【請求項12】

前記第２の構成単位が双性イオン性構成単位である、請求項１または２に記載のヒドロゲル。

【請求項13】

前記第２の構成単位が混合電荷構成単位である、請求項１または２に記載のヒドロゲル。

【請求項14】

前記１つまたは複数個の第２の官能基が前記第２の核に共有結合して第２の核から伸びるポリマー側鎖の末端に位置する、請求項１または２に記載のヒドロゲル。

【請求項15】

前記１つまたは複数個の第２の官能基が前記第２の核に共有結合して第２の核から伸びるポリマー側鎖の主鎖に沿って位置する、請求項１または２に記載のヒドロゲル。

【請求項16】

前記第２の構成単位の１つまたは複数が、前記第２の官能基を含む、請求項１または２に記載のヒドロゲル。

【請求項17】

前記１つまたは複数個の第１の官能基および前記１つまたは複数個の第２の官能基が同一である、請求項１または２に記載のヒドロゲル。

【請求項18】

前記第１および第２の官能基が異なっている、請求項１または２に記載のヒドロゲル。

【請求項19】

細胞、ウイルス、細菌またはこれらの成分もしくはその遺伝子組換え変異体をさらに含む、請求項１または２に記載のヒドロゲル。

【請求項20】

前記細胞が、外分泌上皮細胞、ホルモン分泌細胞、角化上皮細胞、湿性重層バリア上皮細胞、感覚伝達細胞、自律神経細胞、感覚器官細胞、末梢神経支持細胞、ニューロン、グリア細胞、レンズ細胞、肝細胞、脂肪細胞、脂質細胞、バリア機能細胞、腎細胞、心臓細胞、細胞外基質細胞、収縮細胞、血液細胞、免疫系細胞、赤血球、単球、好中球、マスト細胞、Ｔ細胞、幹細胞、胚細胞、哺育細胞、間質細胞、前駆細胞および造血幹細胞を含む群から選択される、請求項１９に記載のヒドロゲル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、特に本明細書において参照によりその全体が援用される、２０１４年９月９日に出願の米国仮特許出願第６２／０４８，１５５号に基づく利益を主張する。

【0002】

政府のライセンス権に係る記載
本発明は、契約番号第ＤＭＲ１３０７３７５号および第ＣＢＥＴ−１２６４４７７号の下にアメリカ国立科学財団により授与され、および、契約番号第Ｎ０００１４−１４−１−００９０号および第Ｎ０００１４−１５−１−２２７７号の下にアメリカ海軍研究局により授与された、政府による支援を伴って成された。政府は本発明において一定の権利を有する。

【背景技術】

【0003】

本発明の背景
ヒドロゲルは、間質組織環境を模倣する高い含水量、高拡散浸透性の確保、および、バイオミメティック機械強度をもたらすことにより、生物学的用途およびバイオマテリアル用途に対する関心を長期にわたって集めてきた。ヒドロゲルの一般的な特性に加えて、通例、低汚損、生体不活性および多機能であるとも考えられているために、ＰＥＧヒドロゲルおよびポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）（ｐＨＥＭＡ）ヒドロゲルに対して特に関心が集まっている。

【0004】

ｐＨＥＭＡヒドロゲルは、とりわけ、コンタクトレンズ、人工角膜、薬物送達ビヒクル、軟骨代替物および組織足場材料などの用途において使用が見出されていると共に、これら用途について研究がなされている。しかしながら、ｐＨＥＭＡの水和性は天然の組織よりも低く、また、その汚損性は低いが、他の非汚損性材料よりは高い。さらに、ヒドロキシル基を介したｐＨＥＭＡの官能化は一般に困難である。

【0005】

ＰＥＧヒドロゲルは日常的に用いられており、生体的に不活性なバックグラウンドが必要とされる用途のために、追加の官能基がＰＥＧヒドロゲルに導入される場合に、制御されたインビトロおよびインビボでの使用のために特定の付加された生理活性官能基でのみ変性が可能である。しかしながら、ＰＥＧは酸化されやすいことが見出された。ＰＥＧが酸化による損傷を受けやすいことによって、長期の材料安定性が求められる用途に対する実用性が損なわれてしまう。しかしながら、最大限の生物学的安定性および非汚損性が必要とされる用途に対して、ＰＥＧ系材料は不十分である。

【0006】

近年、ポリ（カルボキシベタインメタクリレート）を含む双性イオン性化合物が、超低汚損性（これらのポリマーでコーティングされた表面におけるタンパク質吸着が５ｎｇ／ｃｍ^２の未満であることを意味する）であることが実証されている。双性イオン性材料の高い水和特性および超低汚損特性のために、双性イオン性ヒドロゲルは、生物医学用途に対する優れた好適性を有するヒドロゲルとして興味深いものである。しかしながら、これまで研究されてきている双性イオン性ヒドロゲルは機械強度が低いものであり、これにより可能性のある生物学的使用が限定されてしまっている。

【0007】

従って、向上した機械特性を有するヒドロゲルに対する需要が存在している。本発明はこの需要を満たすと共に、さらなる関連する利点を提供するものである。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0008】

発明の概要
本発明は、官能性双性イオン性および混合電荷ポリマーおよびコポリマー、ポリマーおよびコポリマーの形成方法、官能性双性イオン性および混合電荷ポリマーおよびコポリマーから調製されたヒドロゲル、ヒドロゲルの形成方法、インビトロおよびインビボ細胞培養のためのヒドロゲルの使用方法、ならびに、治療剤投与のための双性イオン性および混合電荷ポリマーおよびコポリマーを提供する。

【0009】

官能性双性イオン性ポリマーおよび混合電荷コポリマー
一態様において、本発明は、官能性双性イオン性ポリマーおよびコポリマーおよび官能性混合電荷コポリマーを提供する。

【0010】

一実施形態において、本発明は、核に共有結合して核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖を有する核を含む官能性ポリマーを提供し、ここで、ポリマー側鎖は双性イオン性構成単位および混合電荷構成単位からなる群から選択される構成単位を含み、ならびに、２つ以上のポリマー側鎖の各々は、ポリマーと１個または複数個の官能性基との共有結合を形成可能な材料との共有結合に有効な１個または複数個の官能基を含む。

【0011】

特定の実施形態において、ポリマーは、３、４、５または６つのポリマー側鎖を含む。側鎖の数は様々であることが可能であり、核および側鎖自体の性質に応じる。いくつかの実施形態において、側鎖は分岐である。

【0012】

特定の実施形態において、構成単位は双性イオン性構成単位である。他の実施形態において、構成単位は混合電荷構成単位である。双性イオン性ポリマーおよび混合電荷コポリマーは、他の構成単位（例えば、双性イオン性ポリマーはコポリマーであることが可能である）をさらに含み得ることが認識されるであろう。好適な他の構成単位は、コポリマーに反応性を与える官能基、または、コポリマーに所望の特性を与える他の基（例えば、アニオン基、カチオン基、中性基、疎水性基、親水性基）を含む構成単位を含む。

【0013】

特定の実施形態において、官能基はポリマー側鎖の末端に位置する。他の実施形態において、官能基はポリマー側鎖の主鎖に沿って位置する。いくつかの実施形態において、構成単位の１つまたは複数は官能基を含む。ポリマーまたはポリマー側鎖中の官能基の数はポリマーまたは側鎖の所望される総合的な官能性を達成するために制御が可能であり、ポリマーの最終的な使用に応じることとなる。

【0014】

特定の実施形態において、官能基はチオールである。他の実施形態において、官能基は反応対の一方である。これらの実施形態において、官能基は、アジドおよびアルキン、アジドおよびアルケン、チオールおよびマレイミド、または、チオールおよびジスルフィドから選択される反応対の一方である。

【0015】

双性イオン性および混合電荷ポリマーヒドロゲル
本発明の他の態様においては、双性イオン性および混合電荷ヒドロゲルが提供されている。

【0016】

一実施形態において、ヒドロゲルは第２のポリマーに共有結合した第１のポリマーを含み、ここで、第１のポリマーは、第１の核に共有結合して第１の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖を有する第１の核を含み、ここで、ポリマー側鎖は双性イオン性構成単位および混合電荷構成単位からなる群から選択される第１の構成単位を含み、ここで、２つ以上のポリマー側鎖は各々、第１のポリマーと第２のポリマーとの共有結合に有効な１つまたは複数個の第１の官能基を含み、第２のポリマーは、第２の核に共有結合して第２の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖を有する第２の核を含み、ここで、ポリマー側鎖は双性イオン性構成単位および混合電荷構成単位からなる群から選択される第２の構成単位を含み、ここで、２つ以上のポリマー側鎖は各々、第２のポリマーと第１のポリマーとの共有結合に有効な１つまたは複数個の第２の官能基を含み；ならびに、ヒドロゲルは、第１の官能基と第２の官能基との反応によって形成された第１のポリマーおよび第２のポリマーを結合する共有結合を含む。

【0017】

他の実施形態において、ヒドロゲルは第２のポリマーに共有結合した第１のポリマーを含み、ここで、第１のポリマーは、第１の核に共有結合して第１の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖を有する第１の核を含み、ここで、ポリマー側鎖は双性イオン性構成単位および混合電荷構成単位からなる群から選択される第１の構成単位を含み、ここで、２つ以上のポリマー側鎖は各々、第１のポリマーと第２のポリマーとの共有結合に有効な１つまたは複数個の第１の官能基を含み、第２のポリマーは、第２の核に共有結合して第２の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖を有する第２の核を含み、ここで、ポリマー側鎖は双性イオン性構成単位および混合電荷構成単位からなる群から選択される第２の構成単位を含み、ここで、２つ以上のポリマー側鎖は各々、第２のポリマーと第１のポリマーとの共有結合に有効な１つまたは複数個の第２の官能基を含み；ならびに、ヒドロゲルは、２個以上の第３の官能基を有する架橋剤を介して第１のポリマーおよび第２のポリマーを結合する共有結合を含み、ここで、第１のポリマーおよび第２のポリマーを結合する共有結合は、第１の官能基と第３の官能基との反応、および、第２の官能基と第３の官能基との反応によって形成される。

【0018】

架橋剤によって形成された架橋を含む一定のヒドロゲル実施形態において、架橋の性質は様々であることが可能であることが認識されるであろう。特定の実施形態において、第１および第２のポリマーは異なると共に異なる官能基を有し、好適な反応性を有する官能基を備える架橋剤で架橋されている。他の実施形態において、第１および第２のポリマーは同一であり、同一の官能基を有し、好適な反応性を有する官能基を備える架橋剤で架橋されている。

【0019】

架橋剤によって形成された架橋を含む一定のヒドロゲル実施形態において、第１の官能基および第２の官能基は同一である。架橋剤によって形成された架橋を含む一定のヒドロゲル実施形態において、第１の官能基はチオールであり、第２の官能基はチオールであり、および、第３の官能基はチオールまたはジスルフィドである。架橋剤によって形成された架橋を含む他のヒドロゲル実施形態において、第１および第３の官能基、ならびに、第２および第３の官能基は、クリックケミストリー反応対である。一定のこれらの実施形態において、第１および第３の官能基は、アジドおよびアルキン、アジドおよびアルケン、チオールおよびマレイミド、または、チオールおよびジスルフィドから選択される。一定のこれらの実施形態において、第２および第３の官能基は、アジドおよびアルキン、アジドおよびアルケン、チオールおよびマレイミド、または、チオールおよびジスルフィドから選択される。

【0020】

上記の本発明のヒドロゲルに関し、特定の実施形態において、第１のポリマーは、３、４、５または６つのポリマー側鎖を含む。特定の実施形態において、第１の構成単位は双性イオン性構成単位である。他の実施形態において、第１の構成単位は混合電荷構成単位である。

【0021】

特定の実施形態において、第１の官能基はポリマー側鎖の末端に位置する。他の実施形態において、第１の官能基は、ポリマー側鎖の主鎖に沿って位置する。特定の実施形態において、第１の構成単位は第１の官能基を含む。

【0022】

特定の実施形態において、第２のポリマーは、３、４、５または６つのポリマー側鎖を含む。特定の実施形態において、第２の構成単位は双性イオン性構成単位である。他の実施形態において、第２の構成単位は混合電荷構成単位である。

【0023】

特定の実施形態において、第２の官能基はポリマー側鎖の末端に位置する。他の実施形態において、第２の官能基は、ポリマー側鎖の主鎖に沿って位置する。特定の実施形態において、第２の構成単位第２の官能基を含む。

【0024】

特定の実施形態において、第１の官能基および第２の官能基は同一である。特定の実施形態において、第１の官能基はチオールであり、および、第２の官能基はチオールである。他の実施形態において、第１および第２の官能基は異なる。特定の実施形態において、第１および第２の官能基はクリックケミストリー反応対である。代表的な対としては、アジドおよびアルキン、アジドおよびアルケン、チオールおよびマレイミド、または、チオールおよびジスルフィドが挙げられる。

【0025】

本発明のヒドロゲルは追加の成分を有利に含み得る。特定の実施形態において、ヒドロゲルは、細胞、ウイルス、細菌、および、これらの成分またはこれらの遺伝子組換え変異体をさらに含む。

【0026】

代表的な細胞としては、外分泌上皮細胞、ホルモン分泌細胞、角化上皮細胞、湿性重層バリア上皮細胞、感覚伝達細胞、自律神経細胞、感覚器官および末梢神経支持細胞、ニューロンおよびグリア細胞、レンズ細胞、肝細胞、脂肪細胞、脂質細胞、バリア機能細胞、腎細胞、心臓細胞、細胞外基質細胞、収縮細胞、ならびに、赤血球、単球、好中球、マスト細胞、Ｔ細胞、幹細胞、胚細胞、哺育細胞、間質細胞、前駆細胞、造血幹細胞などの血液および免疫系細胞などの天然の細胞およびその遺伝子組換え対応物が挙げられる。

【0027】

代表的なウイルスとしては、ＤＮＡウイルス、ＲＮＡウイルス、逆転写酵素ウイルス、レトロウイルスおよびアデノウイルスが挙げられる。

【0028】

代表的な細菌としては、病原性細菌、グラム陽性菌、グラム陰性菌、シアノバクテリアが挙げられる。代表的な細菌種としては、クロストリジウム種、ネズミチフス菌（S. typhimurium）および大腸菌（E. coli）が挙げられる。

【0029】

特定の実施形態において、本発明のヒドロゲルとしては、オリゴヌクレオチド（ＤＮＡおよびＲＮＡ）、リポプレックス、ポリマーソーム、ポリプレックス、デンドリマー、無機粒子が挙げられる。

【0030】

他の実施形態において、本発明のヒドロゲルとしては、タンパク質、ペプチド、多糖類または小分子が挙げられる。

【0031】

特定の実施形態において、本発明のヒドロゲルとしては治療剤または診断薬が挙げられる。

【0032】

他の実施形態において、本発明のヒドロゲルとしてはナノマテリアルが挙げられる。

【0033】

双性イオン性および混合電荷ポリマーヒドロゲルで処理された表面、ならびに、双性イオン性および混合電荷ポリマーヒドロゲルから形成されたデバイス
さらなる態様において、本発明は、本発明のヒドロゲルで処理された基材を提供する。一実施形態において、本発明は、表面を有する基材であって、表面の少なくとも一部がヒドロゲルでコーティングされた基材を提供する。特定の実施形態において、表面は全体がヒドロゲルでコーティングされている。

【0034】

関連する態様において、本発明は、少なくとも部分的に本発明のヒドロゲルから形成されたデバイス（例えば医療デバイス）、または、本発明のヒドロゲルが組み込まれたデバイス（例えば医療デバイス）を提供する。一定のこれらの実施形態において、これらのデバイスは、完全にまたは部分的に本発明のヒドロゲルから形成されている。

【0035】

代表的な基材およびデバイスとしては、以下：移植可能なバイオセンサ、創傷ケアデバイス、シーラント、コンタクトレンズ、人工歯根、整形用デバイス（人工関節、人工骨、人工靱帯、人工腱）、心血管デバイス（カテーテル、人工弁、人工血管、人工ステント、ＬＶＡＤ、心調律管理デバイス）、胃腸病学的デバイス（栄養管、消化管クリップ、胃腸スリーブ、胃内バルーン）、ＯＢ／Ｇｙｎデバイス（移植可能な受胎調節デバイス、膣スリング）、腎臓病学的デバイス（吻合コネクタ、皮下ポート）、脳神経外科デバイス（神経誘導管、脳脊髄液ドレナージまたはシャント）、皮膚病学的デバイス（皮膚再建デバイス）、眼用デバイス（シャント）、耳鼻咽喉科学的デバイス（ステント、人工内耳、管、シャント、スプレッダ）、眼内レンズ、審美インプラント（乳房インプラント、鼻インプラント、頬インプラント）、神経インプラント（神経刺激デバイス）、人工内耳、神経管、ホルモン制御用インプラント（血糖センサ、インスリンポンプ）、移植バイオセンサ、アクセスポートデバイス、組織足場材料肺動脈弁デバイス（ＣＯＰＤ管理用の弁または人工肺）、放射線学的デバイス（放射線不透過または音響不透過マーカ）、または、泌尿器科学的デバイス（カテーテル、人工尿道）が挙げられる。

【0036】

双性イオン性および混合電荷ポリマーヒドロゲルの使用
他の態様においては、本発明は、双性イオン性および混合電荷ポリマーヒドロゲルの使用を提供する。

【0037】

特定の実施形態において、本発明は、ヒドロゲルを含む、細胞の保護、保存または増殖用の培地を提供する。培地は、１種もしくは複数種の栄養分または増殖因子をさらに含むことが可能である。培地は、インビトロまたはインビボで用いられることが可能である。

【0038】

特定の実施形態において、本発明は、ヒドロゲルを含む外科用シーラントを提供する。

【0039】

特定の実施形態において、本発明は、ヒドロゲルを含む外科用付着防止コーティングを提供する。

【0040】

特定の実施形態において、本発明は、ヒドロゲルを含む外科用充填材を提供する。

【0041】

特定の実施形態において、本発明は、ヒドロゲルを含む創傷被覆材を提供する。

【0042】

特定の実施形態において、本発明は、ヒドロゲルを含む審美充填材を提供する。

【0043】

特定の実施形態において、本発明は、ヒドロゲルを含む特定の形状に予め形成された審美充填材を提供する。

【0044】

特定の実施形態において、本発明は、ヒドロゲルを含む整形外科用軟組織置換材（例えば、軟骨または脊椎円板用）を提供する。

【0045】

特定の実施形態において、本発明は、ヒドロゲルを含む組織成長足場材料を提供する。足場材料はインビトロまたはインビボで用いられることが可能である。

【0046】

特定の実施形態において、本発明は、少なくとも部分的にヒドロゲルから形成される医療デバイスを提供する。

【0047】

特定の実施形態において、本発明は、ヒドロゲルを組み込んだ医療デバイスを提供する。

【0048】

双性イオン性および混合電荷ポリマーヒドロゲルの形成方法
さらなる態様において、本発明は、双性イオン性および混合電荷ポリマーヒドロゲルの形成方法を提供する。

【0049】

第１の実施形態において、本発明は、ヒドロゲルを提供するために第１のポリマーと第２のポリマーとを反応させる工程を含むヒドロゲルの形成方法を提供するものであり、ここで、第１のポリマーは、第１の核に共有結合して第１の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖を有する第１の核を含み、ここで、ポリマー側鎖は双性イオン性構成単位および混合電荷構成単位からなる群から選択される第１の構成単位を含み、ここで、２つ以上のポリマー側鎖は各々、第１のポリマーと第２のポリマーとの共有結合に有効な１つまたは複数個の第１の官能基を含み、第２のポリマーは、第２の核に共有結合して第２の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖を有する第２の核を含み、ここで、ポリマー側鎖は双性イオン性構成単位および混合電荷構成単位からなる群から選択される第２の構成単位を含み、ここで、２つ以上のポリマー側鎖は各々、第２のポリマーと第１のポリマーとの共有結合に有効な１つまたは複数個の第２の官能基を含み；ならびに、ヒドロゲルは第１の官能基と第２の官能基との間の共有結合の形成によって形成される。

【0050】

特定の実施形態において、ヒドロゲルはインサイチュ（例えば、インビボ）で形成される。他の実施形態において、ヒドロゲルは容器中において形成される。いずれかの実施形態において、ヒドロゲルは細胞培養に用いられることが可能である。

【0051】

第２の実施形態において、本発明は：
（ａ）第１のポリマーをインビボで、ある部位に配置する工程；および
（ｂ）第２のポリマーを部位に配置する工程であって、それにより前記部位で前記第２のポリマーが前記第１のポリマーと接触してヒドロゲルを提供する、工程
を含むインビボでのヒドロゲル形成方法を提供するものであり、
ここで、第１のポリマーは、第１の核に共有結合して第１の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖を有する第１の核を含み、ここで、ポリマー側鎖は双性イオン性構成単位および混合電荷構成単位からなる群から選択される第１の構成単位を含み、ここで、２つ以上のポリマー側鎖は各々、第１のポリマーと第２のポリマーとの共有結合に有効な１つまたは複数個の第１の官能基を含み、
第２のポリマーは、第２の核に共有結合して第２の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖を有する第２の核を含み、ここで、ポリマー側鎖は双性イオン性構成単位および混合電荷構成単位からなる群から選択される第２の構成単位を含み、ここで、２つ以上のポリマー側鎖は各々、第２のポリマーと第１のポリマーとの共有結合に有効な１つまたは複数個の第２の官能基を含み；ならびに
ヒドロゲルは第１の官能基と第２の官能基との間の共有結合の形成によって形成される。

【0052】

特定の実施形態において、第１のポリマーおよび第２のポリマーは、部位に、注射、噴霧、注入および浸漬によって配置される。

【0053】

第３の態様において、本発明は、ヒドロゲルを提供するために、第１のポリマーと、第２のポリマーと、架橋剤とを反応る工程を含む、ヒドロゲルの形成方法を提供するものであり、ここで、第１のポリマーは、第１の核に共有結合して第１の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖を有する第１の核を含み、ここで、ポリマー側鎖は双性イオン性構成単位および混合電荷構成単位からなる群から選択される第１の構成単位を含み、ここで、２つ以上のポリマー側鎖は各々、第１のポリマーと架橋剤との共有結合に有効な１つまたは複数個の第１の官能基を含み、第２のポリマーは、第２の核に共有結合して第２の核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖を有する第２の核を含み、ここで、ポリマー側鎖は双性イオン性構成単位および混合電荷構成単位からなる群から選択される第２の構成単位を含み、ここで、２つ以上のポリマー側鎖は各々、第２のポリマーと架橋剤との共有結合に有効な１つまたは複数個の第２の官能基を含み；架橋剤は、第１のポリマーおよび第２のポリマーの間に架橋を形成することにより、第１のポリマーと第２のポリマーとの共有結合に有効な２個以上の第３の官能基を含み；ならびに、ヒドロゲルは、第１の官能基と第３の官能基との間、および、第２の官能基と第３の官能基との間に共有結合が形成されることにより形成される。

【0054】

第３の態様において、第１の官能基および第２の官能基は同一であり；第１の官能基はチオールであり、第２の官能基はチオールであり、および、第３の官能基はチオールまたはジスルフィドであり；ならびに、第１および第３の官能基、ならびに、第２および第３の官能基はクリックケミストリー反応対である。特定の実施形態において、第１および第３の官能基は、アジドおよびアルキン、アジドおよびアルケン、チオールおよびマレイミド、または、チオールおよびジスルフィドから選択される。特定の実施形態において、第２および第３の官能基は、アジドおよびアルキン、アジドおよびアルケン、チオールおよびマレイミド、または、チオールおよびジスルフィドから選択される。

【0055】

上記の方法（第１、第２および／または第３の態様）において、第１のポリマーは、３、４、５または６つのポリマー側鎖を含む。

【0056】

一定のこれらの実施形態において、第１の構成単位は双性イオン性構成単位である。これらの実施形態の他のものにおいて、第１の構成単位は混合電荷構成単位である。

【0057】

特定の実施形態において、第１の官能基はポリマー側鎖の末端に位置する。他の実施形態において、第１の官能基は、ポリマー側鎖の主鎖に沿って位置する。特定の実施形態において、第１の構成単位の１つまたは複数は、第１の官能基を含む。

【0058】

上記の方法（第１、第２および／または第３の態様）において、第２のポリマーは、３、４、５または６つのポリマー側鎖を含む。

【0059】

一定のこれらの実施形態において、第２の構成単位は双性イオン性構成単位である。これらの実施形態の他のものにおいて、第２の構成単位は混合電荷構成単位である。

【0060】

特定の実施形態において、第２の官能基はポリマー側鎖の末端に位置する。他の実施形態において、第２の官能基は、ポリマー側鎖の主鎖に沿って位置する。特定の実施形態において、第２の構成単位の１つまたは複数は第２の官能基を含む。

【0061】

特定の実施形態において、第１の官能基および第２の官能基は同一である。特定の実施形態において、第１の官能基はチオールであり、および、第２の官能基はチオールである。

【0062】

他の実施形態において、第１および第２の官能基は異なる。特定の実施形態において、第１および第２の官能基はクリックケミストリー反応対である。特定の実施形態において、第１および第２の官能基は、アジドおよびアルキン、アジドおよびアルケン、チオールおよびマレイミド、または、チオールおよびジスルフィドから選択される。

【0063】

双性イオン性および混合電荷星形ポリマー治療剤複合体
他の態様においては、本発明は、双性イオン性および混合電荷星形ポリマー治療剤複合体を提供する。

【0064】

一実施形態において、本発明は、核に共有結合して核から伸びる２つ以上のポリマー側鎖を有する核を含むポリマーを提供するものであり、ここで、ポリマー側鎖は双性イオン性構成単位および混合電荷構成単位からなる群から選択される構成単位を含み、ならびに、双性イオン性構成単位および混合電荷構成単位は、これらに共有結合した治療剤を含む。

【0065】

特定の実施形態において、治療剤は、加水分解性結合により構成単位に共有結合している。

【0066】

特定の実施形態において、ポリマーは、３、４、５または６つのポリマー側鎖を含む。特定の実施形態において、構成単位は双性イオン性構成単位である。他の実施形態において、構成単位は混合電荷構成単位である。

【0067】

関連する態様においては、対象に治療剤を投与する方法が提供される。この方法においては、共有結合している治療剤を有する本発明のポリマーが、それを必要とする対象（例えばヒトなどの温血動物）に治療的有効量で投与される。

【0068】

特定の実施形態において、ポリマーの投与は、全身投与、局所投与または局部投与を含む。特定の実施形態において、ポリマーの投与、吸入、経口および経皮投与を含む。特定の実施形態において、ポリマーの投与は、静脈注射、筋肉内注射、皮下注射、腹腔内注射または局部注射を含む。

【0069】

図面の説明
前述の態様および本発明の付随する利点の多くは、添付の図面と併せて以下の発明を実施するための形態を参照することでより良く理解されることに伴って、より容易に評価されることとなる。

【図面の簡単な説明】

【0070】

【図1】図１は、双性イオン性（ポリカルボキシベタイン）側鎖を有する代表的な本発明の星形ポリマーの合成の概略図である。この星形ポリマーにおいて、側鎖は、継続される重合（例えば、原子移動ラジカル重合、ＡＴＲＰ）に係るラジカル開始基であるブロモメチル基で末端封止されていることが示されている。星形ポリマーは、図示のラジカル開始基（−Ｏ（Ｃ＝Ｏ）−Ｃ（ＣＨ_３）_２−Ｂｒ）を有する四官能性核とカルボキシベタインメタクリレート（ＣＨ_２＝Ｃ（ＣＨ_３）−Ｃ（＝Ｏ）−ＣＨ_２ＣＨ_２−Ｎ（ＣＨ_３）_２^＋−ＣＨ_２ＣＨ_２−ＣＯ_２⁻、ＣＢＭＡ）モノマーとから、ＡＴＲＰにより調製した。

【図2】図２は、チオール基（−ＣＨ_２−ＳＨ）で末端封止された双性イオン性（ポリカルボキシベタイン）側鎖を有する代表的な本発明の星形ポリマーの合成の概略図である。この星形ポリマーは、図１に図示されている星形ポリマーからクリックケミストリー（星形ポリマーとアジ化ナトリウムおよび３−チオアセチレンとの反応）により調製した。

【図3A】図３Ａおよび３Ｂは、本発明の好適に官能化された星形ポリマーから調製された代表的な本発明のヒドロゲルの調製を概略的に示す。図３Ａは、２種の代表的な本発明の星形ポリマーの合成を示す：（ａ）ｐＣＢ−Ａと表記されるチオール基（−ＣＨ_２−ＳＨ）で末端封止された双性イオン性（ポリカルボキシベタイン）側鎖を有する星形ポリマー；および、（ｂ）ｐＣＢ−Ｂで表されたピリジルジスルフィド基（−ＣＨ_２−Ｓ−Ｓ−Ｃ_５Ｈ_４Ｎ）で末端封止された双性イオン性（ポリカルボキシベタイン）側鎖を有する星形ポリマー。これらの星形ポリマーは、図１に図示されている星形ポリマーからクリックケミストリー（星形ポリマーとアジ化ナトリウムおよび（ａ）３−チオアセチレンまたは（ｂ）３−ピリジルジスルフィドアセチレンとの反応）により調製した。

【図3B】図３Ｂは、図３Ａに図示されている星形ポリマー（ｐＣＢ−ＡおよびｐＣＢ−Ｂ）の反応により調製される代表的な本発明のヒドロゲルの調製を例示する。ヒドロゲルは、単にｐＣＢ−ＡとｐＣＢ−Ｂとを細胞の存在下で混合することにより形成可能である。

【図4A】図４Ａ〜４Ｄは、代表的な本発明のヒドロゲル（ｐＣＢヒドロゲル）中で培養した内包ランゲルハンス島(islets)細胞のデータを表す。図４Ａは、１８日間のインビトロ培養後のｐＣＢヒドロゲル中に内包されたランゲルハンス島で行ったLIVE/DEADアッセイの結果を表す画像である。スケールバー：３００μｍ。ランゲルハンス島細胞のヒドロゲル内包化の効果が図４Ｂ〜４Ｄに示されている。

【図4B】図４Ｂは、代表的な本発明のヒドロゲル（ｐＣＢ）および対照（Ｃｔｒｌ）（ｎ＝３）中で培養したランゲルハンス島細胞に係る経時的なグルコース消費を比較するものである。

【図4C】図４Ｃは、代表的な本発明のヒドロゲル（ｐＣＢ）および対照（Ｃｔｒｌ）中で培養したランゲルハンス島細胞に係る、静的インキュベーション１８日目（ｎ＝４）におけるインスリン分泌物を比較するものである。

【図4D】図４Ｄは、洗い流し(perifusion)系（ｎ＝３）を再度用いる、低（３ｍＭ、青色の矢印）、高（１７ｍＭ、赤色の矢印）および低（３ｍＭ）グルコース培地による逐次的な刺激で評価した、代表的な本発明のヒドロゲル（ｐＣＢ）および対照（Ｃｔｒｌ）中で培養したランゲルハンス島細胞に係る、１８日目における動的インスリン放出を比較するものである。これらの図において、＊は、対照ランゲルハンス島（ヒドロゲル無し、ｐ＜０．０５）からの顕著な差異を示す。平均±標準誤差。

【図5A】図５Ａおよび５Ｂは、代表的な本発明のヒドロゲル（ｐＣＢヒドロゲル）中で培養した内包された末梢血幹細胞（ＰＢＳＣ）細胞のデータを表す。図５Ａは、経時的なヒドロゲル係数（ヒドロゲル分解）を表す。

【図5B】図５Ｂは、７日間のインビトロ培養後のｐＣＢヒドロゲル中に内包されたＰＢＳＣ細胞で行ったLIVE/DEADアッセイの結果を表す画像である。

【図6】図６は、双性イオン性（ポリカルボキシベタイン）側鎖を有する代表的な本発明の星形ポリマーからの代表的な治療剤の放出の概略図である。星形ポリマーは、ラジカル開始基を有する四官能性核およびカルボキシベタインメタクリレート−治療剤モノマー（ＣＨ_２＝Ｃ（ＣＨ_３）−Ｃ（＝Ｏ）−ＣＨ_２ＣＨ_２−Ｎ（ＣＨ_３）_２^＋−ＣＨ_２ＣＨ_２−ＣＯ_２−治療剤）からＡＴＲＰにより調製した。図示されている代表的な星形ポリマーにおいて、側鎖は、ＣＢＭＡを伴う伸長重合によってさらに伸長されて、治療剤を伴う構成単位に追加して、双性イオン性である構成単位を有する側鎖が得られる。図６に図示されている星形ポリマーはブロックコポリマーである。特定の実施形態において、星形ポリマーは、双性イオン性モノマー（例えばＣＢＭＡ）および双性イオン性−治療剤モノマー（例えばＣＢＭＡ−治療剤）の共重合により調製されるランダムコポリマーであることが認識されるであろう。星形ポリマーの加水分解で治療剤が放出される。星形ポリマーの加水分解および治療剤の放出によって、星形ポリマー中に双性イオン性構成単位が再生成される。図６に示されるとおり、治療剤はイブプロフェンであり、イブプロフェンを放出可能である星形ポリマーを合成するためのモノマーはＣＢＭＡとイブプロフェンの縮合により調製される。

【図7】図７は、細胞内包化するためのヒドロゲルの形成に有用である代表的な本発明の星型ｐＣＢの調製の概略図である。

【図8】図８は、代表的な本発明のｐＣＢヒドロゲル中に内包されたＴ細胞の生存率を比較するものである。

【発明を実施するための形態】

【0071】

本発明の詳細な説明
本発明は、双性イオン性および混合電荷星形ポリマーおよびコポリマー、治療剤の送達およびヒドロゲルの形成に有用な官能性双性イオン性および混合電荷星形ポリマーおよびコポリマー、治療剤の送達のための、共有結合された治療剤を有する双性イオン性および混合電荷星形ポリマーおよびコポリマー、ならびに、官能性双性イオン性および混合電荷星形ポリマーから調製されるヒドロゲルを提供する。

【0072】

本明細書において、「双性イオン性ポリマーまたはコポリマー」という用語は、双性イオン性構成単位を有するポリマーまたはコポリマーを指す。双性イオン性構成単位は、双性イオン基を含むペンダント基（すなわち、ポリマー主鎖からぶら下がる基）を有する。代表的な双性イオンペンダント基としては、カルボキシベタイン基（例えば、−Ｒ_ａ−Ｎ^＋（Ｒ_ｂ）（Ｒ_ｃ）−Ｒ_ｄ−ＣＯ_２⁻（式中、Ｒ_ａは、ポリマー主鎖をカルボキシベタイン基のカチオン窒素中心に共有結合するリンカー基であり、Ｒ_ｂおよびＲ_ｃは窒素置換基であり、Ｒ_ｄは、カチオン窒素中心をカルボキシベタイン基のカルボキシ基に共有結合するリンカー基である））が挙げられる。

【0073】

「混合電荷コポリマー」という用語は、実質的に等しい数の正電荷構成単位と負電荷構成単位とを有して実質的に電子的に中性である、コポリマーを指す。特定の実施形態において、混合電荷コポリマーは、ポリマー主鎖に沿って正に荷電または負に荷電されている広い領域を有さない（すなわち、正電荷および負電荷構成単位はポリマー主鎖に沿って比較的均一に分布している）ランダムコポリマーである。代表的な混合電荷ペンダント基としては、カルボキシ基（例えば、−Ｒ_ａ−ＣＯ_２⁻（式中、Ｒ_ａは、カルボキシ基をポリマー主鎖に共有結合するリンカー基である））およびアミノ基（例えば、−Ｒ_ａ−Ｎ^＋（Ｒ_ｂ）（Ｒ_ｃ）（Ｒ_ｄ）（式中、Ｒ_ａは、カチオン窒素中心をポリマー主鎖に共有結合するリンカー基であり、ならびに、Ｒ_ｂ、Ｒ_ｃおよびＲ_ｄは窒素置換基である））が挙げられる。

【0074】

「星形ポリマーまたはコポリマー」という用語は、２つ以上のポリマーまたはコポリマー側鎖が核から伸びる分岐ポリマーまたはコポリマーを指す。代表的な本発明の星形ポリマーおよびコポリマーは、核から伸びる２つ、３つ、４つ、５つ、６つまたはそれ以上の側鎖を含む。核は、重合により側鎖が伸長可能である２つ以上の官能基を有する一群の原子である。代表的な核は、側鎖が伸長可能である２つ、３つ、４つ、５つ、６つまたはそれ以上の官能基を有する。特定の実施形態において、側鎖は、双性イオン性ポリマーまたはコポリマー側鎖である。他の実施形態において、側鎖は混合電荷コポリマー側鎖である。

【0075】

「官能性ポリマーまたはコポリマー」という用語は、同様に官能性ポリマーまたはコポリマーである他のポリマーまたはコポリマーに対して共有結合する反応性をポリマーまたはコポリマーに付与する官能基を含むポリマーまたはコポリマーを指す。本発明の実施において、本発明の官能性星形ポリマーおよびコポリマーは、その官能基を介して反応して、ポリマーおよびコポリマーを共有結合（例えば、ポリマーおよびコポリマーを架橋）する共有結合を形成する。第１の官能性ポリマーまたはコポリマーを第２の官能性ポリマーまたはコポリマーに共有結合するために、第１および第２のポリマーまたはコポリマーの官能基（すなわち、それぞれ、第１および第２の官能基）は相補的な反応性を有する。第１および第２の官能基は反応対である。特定の実施形態において、第１および第２の官能基は、室温〜生理的温度の温度で混合されることで反応して（例えば外部刺激を伴わずに）結合を形成する。好適なこのような反応対は技術分野において公知である。代表的な有用な反応対としては、チオール／マレイミドおよびクリックケミストリー反応対（例えば、アジド／アルキンおよびアジド／アルケン）が挙げられる。

【0076】

ポリマー定義
「構成単位」という用語は、存在する場合にはそのペンダントな原子または原子群を伴うポリマー鎖の一部を含む、ポリマー中の原子または原子群を指す。構成単位は繰り返し単位を指すことが可能である。構成単位はまた、ポリマー鎖上の末端基を指すことが可能である。例えば、ポリエチレングリコールの構成単位は、繰り返し単位に相当する−ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ−、または、末端基に相当する−ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨであることが可能である。

【0077】

「繰り返し単位」という用語は、反復によって規則的な巨大分子（またはオリゴマー分子もしくはブロック）を構成する最小の構成単位に相当する。

【0078】

「末端基」という用語は、ポリマーの末端に位置された、ポリマー鎖への結合が１つのみである構成単位を指す。例えば、末端基は、モノマー単位が重合された後に、ポリマーの末端に存在するモノマー単位から誘導されることが可能である。他の例としては、末端基は、ポリマーの合成に用いられた連鎖移動剤または開始剤の一部であることが可能である。

【0079】

「モノマー」という用語は、重合に際して、ポリマー構造中の１つまたは複数の構成単位に寄与する重合性化合物である。

【0080】

「ポリマー」という用語は、単一種のモノマー重合によりもたらされる生成物を指す。

【0081】

「コポリマー」という用語は、２種以上の異なるモノマーの重合によりもたらされるポリマーを指す。各構成単位の数および性質は、コポリマーにおいて個別に制御することが可能である。構成単位は、別途の明確な記載がない限り、純粋にランダムな配置、交互にランダムな配置、規則的な交互の配置、規則的なブロック配置またはランダムブロック配置で配置されることが可能である。純粋にランダムな配置は、例えば、：ｘ−ｘ−ｙ−ｚ−ｘ−ｙ−ｙ−ｚ−ｙ−ｚ−ｚ−ｚ…、または、ｙ−ｚ−ｘ−ｙ−ｚ−ｙ−ｚ−ｘ−ｘ…であることが可能である。交互にランダムな配置は：ｘ−ｙ−ｘ−ｚ−ｙ−ｘ−ｙ−ｚ−ｙ−ｘ−ｚ…であることが可能であり、および、規則的な交互の配置は：ｘ−ｙ−ｚ−ｘ−ｙ−ｚ−ｘ−ｙ−ｚ…であることが可能である。

【0082】

官能性双性イオン性ポリマーおよび混合電荷コポリマー
一態様において、本発明は、官能性双性イオン性および混合電荷ポリマーおよびコポリマーを提供する。特定の実施形態において、本発明の官能性双性イオン性および混合電荷ポリマーおよびコポリマーは、官能性双性イオン性星型および混合電荷星形ポリマーおよびコポリマーである。

【0083】

上述されているとおり、本発明の星形ポリマーおよびコポリマーについて、側鎖は、いずれかの双性イオン性または混合電荷ポリマー、および、加水分解、紫外線の照射または加熱により双性イオン性または混合電荷ポリマーに転換可能であるその前駆体であることが可能である。双性イオン性または混合電荷ポリマーは、原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）を含む不飽和モノマーの重合に有効であるいずれかの重合法、可逆的付加開裂連鎖移動重合（ＲＡＦＴ）、光重合、開環重合（ＲＯＰ）、縮合、マイケル付加、側鎖生成／生長反応または他の反応により得ることが可能である。特定の実施形態において、末端官能基を有するポリマーは、結合パートナーに特異的に結合することが可能であると共に、同時に、非特異的な生物付着を防ぐことが可能であり、これは、双性イオン性または混合電荷構造によりポリマーに付与される。官能性末端のために、本発明のポリマーは、相補的カップリングケミストリー（例えば、クリックケミストリー、チオール交換反応、還元性反応および技術分野において公知である他のケミストリー）による本発明のヒドロゲルの形成に有用なさらなる官能性ポリマーに転換が可能である。これらの官能性末端基は、側鎖が形成された後に、前変性および後変性されることが可能である。

【0084】

双性イオン性モノマー
特定の実施形態において、本発明の官能性ポリマーおよびコポリマーは、好適な重合性双性イオン性モノマーの重合から調製されるポリマーである。一定のこれらの実施形態において、ポリマーまたはコポリマーは、式（Ｉ）：

【化1】

（式中、
Ｒ_４は、水素、フッ素、トリフルオロメチル、Ｃ１〜Ｃ６アルキルおよびＣ６〜Ｃ１２アリール基から選択され；
Ｒ_５およびＲ_６は、アルキルおよびアリールから独立して選択されるか、または、これらが結合している窒素と一緒になって、カチオン中心を形成し；
Ｌ_４は、カチオン中心［Ｎ^＋（Ｒ_５）（Ｒ_６）］とポリマー主鎖［−（ＣＨ_２−ＣＲ_４）_ｎ−］とを共有結合するリンカーであり；
Ｌ_５は、アニオン中心［Ａ_２（＝Ｏ）Ｏ⁻］とカチオン中心とを共有結合するリンカーであり；
Ａ_２は、Ｃ、ＳＯ、ＳＯ_２、Ｐ、またはＰＯであり；
ｎは５〜約１０，０００の整数であり；ならびに
＊は、繰返し単位が隣接する繰返し単位またはヒドロゲルの形成に有用な官能基に共有結合する点を表す）
を有する繰返し単位を有する。

【0085】

ポリマーにおいて、ペンダントな双性イオン基は分子内塩であり、Ｍ^＋およびＸ⁻は存在しない。

【0086】

一実施形態において、Ｒ_４はＣ１〜Ｃ３アルキルである。

【0087】

Ｒ_５およびＲ_６は、アルキルおよびアリールから独立して選択されるか、または、これらが結合している窒素と一緒になって、カチオン中心を形成する。一実施形態において、Ｒ_５およびＲ_６はＣ１〜Ｃ３アルキルである。

【0088】

特定の実施形態において、Ｌ_４は、−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−（ＣＨ_２）_ｎ−および−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ−（ＣＨ_２）_ｎ−（式中、ｎは１〜２０の整数である）からなる群から選択される。特定の実施形態において、Ｌ_４は、−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−（ＣＨ_２）_ｎ−（式中、ｎは１〜６である）である。

【0089】

特定の実施形態において、Ｌ_５は−（ＣＨ_２）_ｎ−（式中、ｎは１〜２０の整数である）である。

【0090】

特定の実施形態において、Ａ_２はＣまたはＳＯである。

【0091】

特定の実施形態において、ｎは５〜約５，０００の整数である。

【0092】

一実施形態において、Ｒ_４、Ｒ_５およびＲ_６はメチルであり、Ｌ_４は−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−（ＣＨ_２）_２−であり、Ｌ_５は−（ＣＨ_２）−であり、Ａ_１はＣであり、ｎは１０〜約１，０００の整数である。

【0093】

本発明の双性イオン性ポリマーおよびコポリマーは、式（ＩＩ）：
ＣＨ_２＝Ｃ（Ｒ_４）−Ｌ_４−Ｎ^＋（Ｒ_５）（Ｒ_６）−Ｌ_５−Ａ_２（＝Ｏ）Ｏ⁻ （ＩＩ）
（式中、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｌ_４、Ｌ_５およびＡ_２は、式（Ｉ）の繰返し単位について上述されているとおりである）
を有するモノマーの重合により調製可能である。

【0094】

代表的な本発明の双性イオン性ポリマー側鎖は、式（ＩＩＩ）：
ＰＢ−（Ｌ_４−Ｎ^＋（Ｒ_５）（Ｒ_６）−Ｌ_５−Ａ_２（＝Ｏ）Ｏ⁻）_ｎ （ＩＩＩ）
（式中、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｌ_４、Ｌ_５、Ａ_２およびｎは式（Ｉ）の繰返し単位について上述されているとおりであり、ならびに、ＰＢは繰返し単位［式（Ｉ）］を含むポリマー主鎖である）
を有する。

【0095】

混合電荷コモノマー
他の態様においては、本発明は、イオン対コモノマーの共重合から調製される混合電荷コポリマーを提供する。上述されているとおり、混合電荷コポリマーは、ポリマー主鎖、複数の正電荷繰返し単位、および、複数の負電荷繰返し単位を有する。本発明の実施において、これらのコポリマーは、イオン対コモノマーの重合により調製され得る。

【0096】

混合電荷コポリマーは、複数の正電荷繰返し単位および複数の負電荷繰返し単位を含む。一実施形態において、混合電荷コポリマーは実質的に電子的に中性である。本明細書において、「実質的に電子的に中性」という用語は、有利な非汚損特性をコポリマーに付与するコポリマーを指す。一実施形態において、実質的に電子的に中性なコポリマーは、実質的にゼロである実効電荷を有するコポリマー（すなわち、正電荷繰返し単位および負電荷繰返し単位の数が略同じであるコポリマー）である。一実施形態において、正電荷繰返し単位の数対負電荷繰返し単位の数の比は、約１：１．１〜約１：０．５である。一実施形態において、正電荷繰返し単位の数対負電荷繰返し単位の数の比は、約１：１．１〜約１：０．７である。一実施形態において、正電荷繰返し単位の数対負電荷繰返し単位の数の比は、約１：１．１〜約１：０．９である。

【0097】

一実施形態において、混合電荷コポリマーは、好適な重合性イオン対コモノマーの共重合により調製される。

【0098】

本発明において有用な代表的なイオン対コモノマーは、式（ＩＶ）および（Ｖ）：
ＣＨ_２＝Ｃ（Ｒ_７）−Ｌ_６−Ｎ^＋（Ｒ_９）（Ｒ_１０）（Ｒ_１１）Ｘ⁻ （ＩＶ）
ＣＨ_２＝Ｃ（Ｒ_８）−Ｌ_７−Ａ_３（＝Ｏ）−Ｏ⁻Ｍ^＋ （Ｖ）
を有する。

【0099】

本実施形態において、混合電荷コポリマーは、式（ＶＩ）：

【化2】

（式中、
Ｒ_７およびＲ_８は、水素、フッ素、トリフルオロメチル、Ｃ１〜Ｃ６アルキルおよびＣ６〜Ｃ１２アリール基から独立して選択され；
Ｒ_９、Ｒ_１０およびＲ_１１は、アルキルおよびアリールから独立して選択されるか、または、これらが結合している窒素と一緒になって、カチオン中心を形成し；
Ａ_３（＝Ｏ）ＯＭ）はアニオン中心（式中、Ａ_３は、Ｃ、ＳＯ、ＳＯ_２、ＰまたはＰＯであり、および、Ｍは金属または有機対イオンである）であり；
Ｌ_６は、カチオン中心［Ｎ^＋（Ｒ_９）（Ｒ_１０）（Ｒ_１１）］とポリマー主鎖とを共有結合するリンカーであり；
Ｌ_７は、アニオン中心［Ａ（＝Ｏ）ＯＭ］とポリマー主鎖とを共有結合するリンカーであり；
Ｘ⁻はカチオン中心に付随する対イオンであり；
ｎは５〜約１０，０００の整数であり；
ｐは５〜約１０，０００の整数であり；ならびに
＊は、繰返し単位が隣接する繰返し単位またはヒドロゲルの形成に有用な官能基に共有結合する点を表す）
を有する繰返し単位を有する。

【0100】

一実施形態において、Ｒ_７およびＲ_８はＣ１〜Ｃ３アルキルである。

【0101】

Ｒ_９、Ｒ_１０およびＲ_１１は、アルキルおよびアリールから独立して選択されるか、または、これらが結合している窒素と一緒になって、カチオン中心を形成する。一実施形態において、Ｒ_９、Ｒ_１０およびＲ_１１はＣ１〜Ｃ３アルキルである。

【0102】

特定の実施形態において、Ｌ_６は、−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−（ＣＨ_２）_ｎ−および−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ−（ＣＨ_２）_ｎ−（式中、ｎは１〜２０の整数である）からなる群から選択される。特定の実施形態において、Ｌ_６は、−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−（ＣＨ_２）_ｎ−（式中、ｎは１〜６である）である。

【0103】

特定の実施形態において、Ｌ_７はＣ１〜Ｃ２０アルキレン鎖である。代表的なＬ_７基は−（ＣＨ_２）_ｎ−（式中、ｎは１〜２０（例えば、１、３または５）である）を含む。

【0104】

特定の実施形態において、Ａ_３は、Ｃ、Ｓ、ＳＯ、ＰまたはＰＯである。

【0105】

特定の実施形態において、ｎは５〜約５，０００の整数である。

【0106】

一実施形態において、Ｒ_７、Ｒ_８、Ｒ_９、Ｒ_１０およびＲ_１１はメチルであり、Ｌ_６およびＬ_７は−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−（ＣＨ_２）_２−であり、Ａ_１はＣであり、ならびに、ｎは１０〜約１，０００の整数である。

【0107】

代表的な混合電荷コポリマー側鎖は、式（ＶＩＩ）：
ＰＢ−［Ｌ_６−Ｎ^＋（Ｒ_９）（Ｒ_１０）（Ｒ_１１）］_ｎ［Ｌ_７−Ａ_３（＝Ｏ）−Ｏ⁻Ｍ^＋）］_ｐ（Ｘ⁻）_ｎ （ＶＩＩ）
（式中、Ｌ_６、Ｎ^＋（Ｒ_９）（Ｒ_１０）（Ｒ_１１）、Ｌ_７、Ａ_３（＝Ｏ）Ｏ⁻Ｍ^＋、Ｘ⁻、ｎおよびｐは上述されているとおりであり、ＰＢは、繰返し単位［式（ＶＩ）］を含むポリマー主鎖である）
を有する。

【0108】

以下は、架橋剤、モノマー、コモノマー、ポリマー、コポリマーおよび上記の式（Ｉ）〜（ＶＩ）の架橋の説明である。

【0109】

上記の式において、ＰＢはポリマー主鎖である。代表的なポリマー主鎖は、ビニルモノマー（例えば、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、スチレン）から誘導されるビニル主鎖（例えば、−Ｃ（Ｒ’）（Ｒ’’）−Ｃ（Ｒ’’’）（Ｒ’’’’）−（式中、Ｒ’、Ｒ’’、Ｒ’’’およびＲ’’’は、水素、アルキルおよびアリールから独立して選択される）を含む。他の好適な主鎖は、ペンダント基を提供するポリマー主鎖を含む。他の代表的なポリマー主鎖としては、ペプチド（ポリペプチド）、ウレタン（ポリウレタン）およびエポキシ主鎖が挙げられる。

【0110】

同様に、上記の式において、ＣＨ_２＝Ｃ（Ｒ）−は重合性基である。上記のものを含む他の重合性基は、本発明のモノマーおよびポリマーを提供するために用いられることが可能であることが認識されるであろう。

【0111】

上記の式において、Ｎ^＋はカチオン中心である。特定の実施形態において、カチオン中心は、第４級アンモニウム（例えば、Ｌ_４、Ｒ_５、Ｒ_６およびＬ_５に結合するＮ）である。アンモニウムに追加して、他の有用なカチオン中心（Ｎと一緒にされたＲ_５およびＲ_６）としては、イミダゾリウム、トリアザオリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、オキサゾリジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピペラジニウムおよびピロリジニウムが挙げられる。

【0112】

Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_９、Ｒ_１０およびＲ_１１は、水素、アルキルおよびアリール基から独立して選択される。代表的なアルキル基としては、Ｃ１〜Ｃ１０直鎖および分岐アルキル基が挙げられる。特定の実施形態において、アルキル基は、例えばアリール基（例えば、−ＣＨ_２Ｃ_６Ｈ_５、ベンジル）を含む１個または複数個の置換基でさらに置換されている。代表的なアリール基としては、例えばフェニルを含むＣ６〜Ｃ１２アリール基が挙げられる。上記の式の特定の実施形態について、Ｒ_５およびＲ_６、または、Ｒ_９、Ｒ_１０およびＲ_１１はＮ^＋と一緒になってカチオン中心を形成する。

【0113】

Ｌ_４（またはＬ_６）は、カチオン中心とポリマー主鎖とを共有結合するリンカーである。特定の実施形態において、Ｌ_４は、Ｌ_４の残部とポリマー主鎖（または、モノマーに対する重合性部分）とを結合する官能基（例えば、エステルまたはアミド）を含む。この官能基に追加して、Ｌ_４は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキレン鎖を含んでいることが可能である。代表的なＬ_４基としては、−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−（ＣＨ_２）_ｎ−および−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ−（ＣＨ_２）_ｎ−（式中、ｎは１〜２０（例えば、３）である）が挙げられる。

【0114】

、
Ｌ_５は、カチオン中心とアニオン基（すなわち、（Ａ＝Ｏ）Ｏ⁻）とを共有結合するリンカーである。Ｌ_５は、Ｃ１〜Ｃ２０アルキレン鎖であることが可能である。代表的なＬ_５基は−（ＣＨ_２）_ｎ−（式中、ｎは１〜２０（例えば、１、３または５）である）を含む。

【0115】

Ｌ_７は、ポリマー主鎖とアニオン基とを共有結合するリンカーである。Ｌ_７はＣ１〜Ｃ２０アルキレン鎖であることが可能である。代表的なＬ_７基は−（ＣＨ_２）_ｎ−（式中、ｎは１〜２０（例えば、１、３または５）である）を含む。

【0116】

Ａ（＝Ｏ）−Ｏ⁻はアニオン中心である。アニオン中心は、カルボン酸エステル（ＡはＣである）、スルフィン酸（ＡはＳＯである）、スルホン酸（ＡはＳＯ_２である）、ホスフィン酸（ＡはＰである）またはホスホン酸（ＡはＰＯである）であることが可能である。

【0117】

上記の式において、代表的なアルキル基は、Ｃ１〜Ｃ３０直鎖および分岐アルキル基を含む。特定の実施形態において、アルキル基は、例えばアリール基（例えば、−ＣＨ_２Ｃ_６Ｈ_５、ベンジル）を含む１個または複数個の置換基でさらに置換されている。

【0118】

代表的なアリール基としては、例えば置換フェニル基（例えば安息香酸）を含むフェニルを含む、Ｃ６〜Ｃ１２アリール基が挙げられる。

【0119】

Ｘ⁻はカチオン中心に付随する対イオンである。対イオンは、カチオン性ポリマーまたはモノマーの合成からもたらされる対イオンであることが可能である（例えば、Ｃｌ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ⁻）。カチオン中心の合成から最初に生成される対イオンはまた、他の好適な対イオンと交換されて、制御可能な加水分解特性および他の生物学的特性を有するポリマーをもたらすことが可能である。代表的な疎水性対イオンとしては、安息香酸および脂肪酸アニオンなどのカルボキシレート（例えば、ＣＨ_３（ＣＨ_２）_ｎＣＯ_２⁻（式中、ｎ＝１〜１９である））；スルホン酸アルキル（例えば、ＣＨ_３（ＣＨ_２）_ｎＳＯ_３⁻（式中、ｎ＝１〜１９である））；サリチレート；乳酸塩；ビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミドアニオン（Ｎ⁻（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２）；ならびに、これらの誘導体が挙げられる。他の対イオンは、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、硫酸イオン；硝酸イオン；過塩素酸イオン（ＣｌＯ_４）；テトラフルオロボレートイオン（ＢＦ_４）；ヘキサフルオロリン酸イオン（ＰＦ_６）；トリフルオロメチルスルホネートイオン（ＳＯ_３ＣＦ_３）；および、これらの誘導体からも選択されることが可能である。他の好適な対イオンとしては、疎水性対イオンおよび治療活性を有する対イオン（例えば、サリチル酸（２−ヒドロキシ安息香酸）、安息香酸塩、乳酸塩などの抗菌剤）が挙げられる。

【0120】

モノマーに関して、Ｒ_１およびＲ_２は、水素、フッ化物、トリフルオロメチルおよびＣ１〜Ｃ６アルキル（例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル）から選択される。一実施形態において、Ｒ_１、Ｒ_２およびＲ_４は水素である。一実施形態において、Ｒ_１、Ｒ_２およびＲ_４はメチルである。

【0121】

代表的な本発明の双性イオン性星形ポリマーは図１および図２に図示されている。

【0122】

図１は、双性イオン性（ポリカルボキシベタイン）側鎖を有する代表的な本発明の星形ポリマーの合成の概略図である。この星形ポリマーにおいて、側鎖は、継続される重合（例えば、原子移動ラジカル重合、ＡＴＲＰ）に係るラジカル開始基であるブロモメチル基で末端封止されていることが示されている。星形ポリマーは、図示のラジカル開始基（−Ｏ（Ｃ＝Ｏ）−Ｃ（ＣＨ_３）_２−Ｂｒ）を有する四官能性核とカルボキシベタインメタクリレート（ＣＨ_２＝Ｃ（ＣＨ_３）−Ｃ（＝Ｏ）−ＣＨ_２ＣＨ_２−Ｎ（ＣＨ_３）_２^＋−ＣＨ_２ＣＨ_２−ＣＯ_２⁻、ＣＢＭＡ）モノマーとから、ＡＴＲＰにより調製した。

【0123】

図２は、チオール基（−ＣＨ_２−ＳＨ）で末端封止された双性イオン性（ポリカルボキシベタイン）側鎖を有する代表的な本発明の星形ポリマーの合成の概略図である。この星形ポリマーは、図１に図示されている星形ポリマーからクリックケミストリー（星形ポリマーとアジ化ナトリウムおよび３−チオアセチレンとの反応）により調製した。

【0124】

本発明の双性イオン性および混合電荷ポリマーに係る代表的な官能基としては、ＯＨ、ＮＨ、ＮＨ_２、ＳＨ、Ｎ_３、ＣＨ＝ＣＨ_２、Ｃ≡ＣＨ、ＣＯＯＨ、ＣＨＯ、イミドエステル、ハロアセチル、ヒドラジド、アルコキシアミン、アリールアジド、ジアジリン、マレイミド、カルボジイミド、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）、チアゾリジン−２−チオン、ピリジルジスルフィド、二フッ素化シクロオクチン、シュタウディンガー試薬対、イソシアネート、イソチオシアネート、チオエーテル、スルフヒドリル、ヒドラジン、ヒドロキシメチルホスフィン、スルホ−ＮＨＳエステル、ペンタフルオロフェニルエステル、スルホニルアジド、５Ｈ−ジベンズ［ｂ，ｆ］アゼピン、および、それらの誘導体が挙げられる。

【0125】

特定の実施形態において、官能性双性イオン性ポリマーは、式（Ａ）：

【化3】

（式中、
（Ｃ）は、核（例えば、Ｃ１〜Ｃ５０アルキレン、アリーレン、アクリレート、アミン、アミドまたは他の巨大分子核）であり；
Ｒ_１、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_８およびＭは、Ｃ−Ｃ６アルキレンおよびＣ６〜Ｃ１２アリーレンからなる群から独立して選択される。
Ｒ_２およびＲ_３は、Ｃ１〜Ｃ６アルキレン、Ｃ６〜Ｃ１２アリーレン、−Ｏ（ＣＨ_２）_ｍ−、−Ｓ（ＣＨ_２）_ｍ−、−Ｃ（＝Ｏ）（ＣＨ_２）_ｍ−、−Ｃ（＝Ｓ）（ＣＨ_２）_ｍ−、−Ｃ（＝ＮＨ）（ＣＨ_２）_ｍ−および−ＮＨ（ＣＨ_２）_ｍ−、−（ＣＨ_２）_ｍＣ（＝Ｏ）−、−（ＣＨ_２）_ｍＯＣ（＝Ｏ）−、−（ＣＨ_２）_ｍＮＨＣ（＝Ｏ）−、−（ＣＨ_２）_ｍＮＨＣ（＝Ｓ）−、−（ＣＨ_２）_ｍＳＣ（＝Ｏ）−、−（ＣＨ_２）_ｍＳＣ（＝Ｓ）−、−（ＣＨ_２）_ｍＮＨＣ（＝ＮＨ）−および−（ＣＨ_２）_ｍＣ（＝Ｏ）ＮＨＮＨ−（式中、ｍは１〜２０の整数である）からなる群から独立して選択され；
Ｋは、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアゾリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、ならびに、アンモニオホスフィネート、アンモニオ（アルコキシ）ジシアノエテノレート、アンモニオボロネート、スルホニオカルボキシレートおよびオキシピリジンベタインなどの他の窒素系、スルフィド系、リン酸塩系カチオンからなる群から選択されるカチオン中心であり；
Ｒ_６およびＲ_７は、水素およびＣ１〜Ｃ６アルキルからなる群から独立して選択されるか、または、Ｋと一緒になって、アンモニウム、イミダゾリウム、トリアゾリウム、ピリジニウム、モルホリニウム、ならびに、アンモニオホスフィネート、アンモニオ（アルコキシ）ジシアノエテノレート、アンモニオボロネート、スルホニオカルボキシレートおよびオキシピリジンベタインなどの他の窒素系、スルフィド系、リン酸塩系カチオンからなる群から選択されるカチオン中心を形成し；
Ａ_１は、Ｃ、ＳＯ、ＳＯ_２、ＰまたはＰＯ⁻であり；
ｎは５〜約１０，０００の整数であり；
Ｎ_ｃは核多重度であり、１〜１０００の整数であり；ならびに
Ｘは、ＯＨ、ＮＨ、ＮＨ_２、ＳＨ、Ｎ_３、ＣＨ＝ＣＨ_２、Ｃ≡ＣＨ、ＣＯＯＨ、ＣＨＯ、イミドエステル、ハロアセチル、ヒドラジド、アルコキシアミン、アリールアジド、ジアジリン、マレイミド、カルボジイミド、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）、チアゾリジン−２−チオン、ピリジルジスルフィド、二フッ素化シクロオクチン、シュタウディンガー試薬対の一方、イソシアネート、イソチオシアネート、チオエーテル、スルフヒドリル、ヒドラジン、ヒドロキシメチルホスフィン、スルホ−ＮＨＳエステル、ペンタフルオロフェニルエステル、スルホニルアジド、５Ｈ−ジベンズ［ｂ，ｆ］アゼピン、および、それらの誘導体からなる群から選択される官能基である）
を有する。

【0126】

核多重度（Ｎ_ｃ）は、ポリマー中の側鎖の総数である。特定の実施形態において、側鎖の数は２〜５００、３〜１００、３〜１０、３〜６である。

【0127】

特定の実施形態において、Ｘは、チオール、ジスルフィド、マレイミドまたはクリックケミストリー反応対の一方である。

【0128】

他の実施形態において、官能性双性イオン性ポリマーは、式（Ｂ）：

【化4】

（式中、
（Ｃ）、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８、Ｍ、Ｋ、ｎおよびＮ_ｃは、（Ａ）について上述されているとおりであり；
Ｑ⁻は、Ｃｌ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ⁻、ＳＯ_４^２−、ＮＯ_３⁻、ＣｌＯ_４⁻、ＢＦ_４⁻、ＰＦ_６⁻、Ｎ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２⁻、ＳＯ_３ＣＦ_３⁻もしくはＲＣＯＯ⁻（式中、ＲはＣ１〜Ｃ２０アルキル基である）、または、乳酸塩、安息香酸塩、サリチレートおよび誘導体から選択される対イオンであり；ならびに
Ｒ_９は、水素、トリフルオロメチル、Ｃ１〜Ｃ６アルキル、Ｃ６〜Ｃ１２アリール、−（ＣＨ_２）_ｎＯＨ、−（ＣＨ_２）_ｎＮＨ_２、−（ＣＨ_２）_ｎＳＨ、−（ＣＨ_２）_ｎＮ_３、−（ＣＨ_２）_ｎＣＨ＝ＣＨ_２、−（ＣＨ_２）_ｎＣ≡ＣＨ、−（ＣＨ_２）_ｎＣＯＯＨ、−（ＣＨ_２）_ｎＣＨＯ（式中、ｎは１〜６である）、イミドエステル、ハロアセチル、ヒドラジド、アルコキシアミン、アリールアジド、ジアジリン、マレイミド、カルボジイミド、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）、チアゾリジン−２−チオン、ピリジルジスルフィド、二フッ素化シクロオクチン、シュタウディンガー試薬対の一方、イソシアネート、イソチオシアネート、チオエーテル、スルフヒドリル、ヒドラジン、ヒドロキシメチルホスフィン、スルホ−ＮＨＳエステル、ペンタフルオロフェニルエステル、スルホニルアジド、５Ｈ−ジベンズ［ｂ，ｆ］アゼピンおよびそれらの誘導体からなる群から選択される官能基である）
を有する。

【0129】

さらなる実施形態において、官能性双性イオン性ポリマーは、式（Ｃ）：

【化5】

（式中、
（Ｃ）、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８、Ｒ_９、Ｍ、Ｋ、Ｑ、Ｘ、ｎおよびＮ_ｃは、（Ａ）および（Ｂ）について上述されているとおりである）
を有する。

【0130】

他の実施形態において、官能性双性イオン性ポリマーは、式（Ｄ）：

【化6】

（式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８、Ｑ、Ａ_１、Ｎ_ｃおよびＸは、（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）について上述されているとおりであり、
Ｍ_１、Ｍ_２およびＭ_３は独立して選択され、（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）について、Ｍに関して上述されているとおりであり；
Ｋ_１およびＫ_２は独立して選択され、（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）について、Ｋに関して上述されているとおりであり；
Ｐ_２およびＰ_３は、Ｒ_２およびＲ_３について上述されているとおりであり；
Ｐ_４、Ｐ_５およびＰ_８は、それぞれ、Ｒ_４、Ｒ_５およびＲ_８について上述されているとおりであり；
Ｐ_６およびＰ_７は、Ｒ_６およびＲ_７について上述されているとおりであり；
Ｑ_２およびＱ_３は、Ｒ_２およびＲ_３について上述されているとおりであり；
Ｑ_４およびＱ_５は、Ｒ_４およびＲ_５について上述されているとおりであり；
Ｒ_９、ＦおよびＸは、−（ＣＨ_２）_ｎＯＨ、−（ＣＨ_２）_ｎＮＨ_２、−（ＣＨ_２）_ｎＳＨ、−（ＣＨ_２）_ｎＮ_３、−（ＣＨ_２）_ｎＣＨ＝ＣＨ_２、−（ＣＨ_２）_ｎＣ≡ＣＨ、−（ＣＨ_２）_ｎＣＯＯＨ、−（ＣＨ_２）_ｎＣＨＯ（式中、ｎは１〜６である）、イミドエステル、ハロアセチル、ヒドラジド、アルコキシアミン、アリールアジド、ジアジリン、マレイミド、カルボジイミド、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）、チアゾリジン−２−チオン、ピリジルジスルフィド、二フッ素化シクロオクチン、シュタウディンガー試薬対の一方、イソシアネート、イソチオシアネート、チオエーテル、スルフヒドリル、ヒドラジン、ヒドロキシメチルホスフィン、スルホ−ＮＨＳエステル、ペンタフルオロフェニルエステル、スルホニルアジド、５Ｈ−ジベンズ［ｂ，ｆ］アゼピン、およびそれらの誘導体からなる群から独立して選択される官能基である。
ｍは５〜約１０，０００の整数であり；
ｎは５〜約１０，０００の整数であり；および
ｑは５〜約１０，０００の整数である）
を有する。

【0131】

特定の実施形態において、官能性混合電荷コポリマーは、式（Ｅ）：

【化7】

（式中、
（Ｃ）、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｍ、Ｋ、Ａ_１、ｎ、Ｎ_ｃおよびＸは、（Ａ）について上述されているとおりであり、ならびに
Ｎは、Ｍについて上述されているとおりであり；
Ｒ_８は、Ｒ_６およびＲ_７について上述されているとおりである。
Ｒ_９は、Ｒ_２およびＲ_３について上述されているとおりである。
Ｒ_１０は、Ｒ_５について上述されているとおりである）
を有する。

【0132】

他の実施形態において、官能性混合電荷コポリマーは、式（Ｆ）：

【化8】

（式中、
（Ｃ）、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８、Ｒ_９、Ｒ_１０、Ｍ、Ｋ、Ｎ、Ａ_１、ｎおよびＮ_ｃは（Ｅ）について上述されているとおりであり、Ｑ⁻は（Ｂ）について上述されているとおりであり、ならびに、Ｒ_１１は、−（ＣＨ_２）_ｎＯＨ、−（ＣＨ_２）_ｎＮＨ_２、−（ＣＨ_２）_ｎＳＨ、−（ＣＨ_２）_ｎＮ_３、−（ＣＨ_２）_ｎＣＨ＝ＣＨ_２、−（ＣＨ_２）_ｎＣ≡ＣＨ、−（ＣＨ_２）_ｎＣＯＯＨ、−（ＣＨ_２）_ｎＣＨＯ（式中、ｎは１〜６である）、イミドエステル、ハロアセチル、ヒドラジド、アルコキシアミン、アリールアジド、ジアジリン、マレイミド、カルボジイミド、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）、チアゾリジン−２−チオン、ピリジルジスルフィド、二フッ素化シクロオクチン、シュタウディンガー試薬対の一方、イソシアネート、イソチオシアネート、チオエーテル、スルフヒドリル、ヒドラジン、ヒドロキシメチルホスフィン、スルホ−ＮＨＳエステル、ペンタフルオロフェニルエステル、スルホニルアジド、５Ｈ−ジベンズ［ｂ，ｆ］アゼピン、および、それらの誘導体からなる群から選択される）
を有する。

【0133】

さらなる実施形態において、官能性混合電荷コポリマーは、式（Ｇ）：

【化9】

（式中、
（Ｃ）、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８、Ｒ_９、Ｒ_１０、Ｒ_１１、Ｍ、Ｋ、Ｎ、Ａ_１、ｎ、Ｎ_ｃおよびＸは、（Ｅ）および（Ｆ）について上述されているとおりである）
を有する。

【0134】

他の実施形態において、官能性混合電荷コポリマーは、式（Ｈ）：

【化10】

（式中、
（Ｃ）、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_８、Ｒ_９、Ｒ_１０、Ｒ_１１、Ａ_１、Ｎ_ｃ、Ｑ⁻およびＸは、（Ｇ）について上述されているとおりであり；
Ｍ_１、Ｍ_２およびＭ_３は独立して、（Ｇ）について上記に定義されているとおりＭであり；
Ｎ_１およびＮ_２は独立して、（Ｇ）について上記に定義されているとおりＮであり；
Ｋ_１およびＫ_２は独立して、（Ｇ）について上記に定義されているとおりＫであり；
Ｐ_２、Ｐ_３およびＰ_９はそれぞれ、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_９と同様であり；
Ｐ_４はＲ_４と同様であり；
Ｐ_５およびＰ_１０はそれぞれ、Ｒ_５およびＲ_１０と同様であり；
Ｐ_６、Ｐ_７およびＰ_８はそれぞれ、Ｒ_６、Ｒ_７およびＲ_８と同様であり；
Ｑ_２、Ｑ_３およびＱ_４はそれぞれ、Ｒ_２、Ｒ_３およびＲ_４と同様であり；
Ｆは、（Ｄ）について上述されているとおりであり；ならびに
ｍ、ｎおよびｑは、（Ｄ）について上述されているとおりである）
を有する。

【0135】

双性イオン性および混合電荷ポリマーヒドロゲル
さらなる態様において、本発明は、官能性双性イオン性および混合電荷星形ポリマーから調製されるヒドロゲルを提供する。官能性双性イオン性および混合電荷ポリマーおよびコポリマーを用いて、同一のポリマー（例えば、チオール末端ポリマーのジスルフィドリンケージを介して）、２種以上のポリマー（例えば、クリックケミストリーを介して）を用いることで、または、他の多官能性分子、オリゴマーおよびポリマーを伴って、ホモポリマーまたはコポリマー（例えばヒドロゲル）を形成することが可能である。

【0136】

ポリ（カルボキシベタイン）（ｐＣＢ）ポリマーは、ポリマー中にカルボン酸基（ＣＯＯＨ）が大量に存在（すなわち、各構成単位中に存在）していることにより、高度に官能化が可能である。このような官能基は、単純なケミストリーによるさらなる官能化のために、ポリマーを多機能とする。このようなケミストリーの一種は、ＣＯＯＨ基とアミン官能性化合物とのカップリングである。このケミストリーは、カップリング剤（例えば、Ｎ−（３−ジメチルアミノプロピル）−Ｎ’−エチルカルボジイミドヒドロクロリド／Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＥＤＣ／ＮＨＳ））が高効率であることにより簡単に実施できる。カップリングケミストリーを用いて、多様な異なるアミンによりｐＣＢポリマーを官能化することが可能である。クリックケミストリーに対して相補的な基を含有するアミンを選択した場合、クリック−反応性ｐＣＢポリマーの対を得ることが可能である。本発明のヒドロゲルは、相補的官能基を有する２種のポリマーを単に混合することにより調製可能である。他の実施形態において、好適な二官能性架橋剤または他の相補的官能性化合物を反応性ｐＣＢポリマーと混合してヒドロゲルを得ることが可能である。これらのコンセプトはスキーム１〜３に例示されている。

【0137】

一実施形態においては、スキーム１に示されているとおり、相補的にクリック可能な基（ＲおよびＲ＊）で官能化された第１および第２の双性イオン性ポリマー（例えば、ｐＣＢ）を組み合わせて、ヒドロゲルが得られる。

【0138】

スキーム１．相補的にクリック可能な基ＲおよびＲ＊で官能化されたポリ（カルボキシベタイン）ポリマー（ステップ１ａおよび１ｂ）、ならびに、これらの混合により形成されて得られるヒドロゲル。

【化11】

【0139】

スキーム１を参照すると、ペンダントな第１の反応性基（Ｒ）を有する第１のポリマーおよびペンダントな第２の反応性基（Ｒ＊）を有する第２のポリマーを組み合わせて、代表的な本発明のヒドロゲルが得られる。第１および第２のポリマーは、スキーム１に示されているとおり、同一のポリマーから調製可能である（例えば、本発明の双性イオン性ポリマーまたは混合電荷コポリマー）。ヒドロゲルは、相補的な第１および第２の反応性基（例えば、相補的な第１および第２のクリック基）を介して第１のポリマーおよび第２のポリマーを架橋することにより形成される。

【0140】

他の実施形態において、第１および第２の相補的な反応性（例えば、クリック−反応性）ポリマーは、双性イオン性モノマー（例えば、ＣＢＭＡ）と、それぞれ、第１のコモノマーおよび第２のコモノマーとの共重合により調製可能である。第１のコモノマーは、第１の反応性基（例えば、クリック−反応性基などの第１の反応性基をさらに含む双性イオン性モノマー）を含む。第２のコモノマーは、第２の反応性基（例えば、クリック−反応性基などの第２の反応性基をさらに含む双性イオン性モノマー）を含む。この共重合ストラテジーは、軟骨または他の組織を模倣するよう高強度の注射可能なヒドロゲルを調製する場合などの高レベルの官能化が必要とされる場合に用いられ得る。これらの方法により、ポリマーの官能性および総合的な双性イオン性特性が維持される。このストラテジーはスキーム２に示されている。

【0141】

スキーム２．共重合により相補的にクリック可能な基ＲおよびＲ＊で官能化されたポリ（カルボキシベタイン）コポリマー（ステップ２ａおよび２ｂ）、ならびに、これらの混合により形成されて得られるヒドロゲル。

【化12】

【0142】

スキーム２の経路２ａを参照すると、第１の双性イオン性コポリマーは、双性イオン性モノマー（ＣＢモノマーと表記）（例えば、ＣＢＭＡ）と、第１の反応性基（すなわち、第１の反応性（例えば第１のクリック−反応性）基をさらに含む双性イオン性コモノマー）を含む第１のコモノマー（ＣＢ−クリックモノマーと表記）との共重合により調製される。スキーム２の経路２ｂを参照すると、第２の双性イオン性コポリマーは、双性イオン性モノマー（ＣＢモノマーと表記）（例えば、ＣＢＭＡ）と、第２の反応性基（例えば、第２の反応性（例えば第２のクリック−反応性）基をさらに含む双性イオン性モノマー）を含む第２のコモノマー（ＣＢ−クリックモノマーと表記）との共重合により調製される（２ａに示されているとおり）。ヒドロゲルは、第１のポリマーと第２のポリマーとを、相補的な第１および第２の反応性基（例えば、相補的な第１および第２のクリック反応性基）を介して架橋することにより形成される。

【0143】

さらなる実施形態において、双性イオン性ポリマーは、相補的な反応性（例えば、クリック−反応性）基で官能化された末端基であり得る。スキーム３を参照のこと。これらの末端基官能性ポリマーは、スキーム１および２において図示されているポリマーおよびコポリマーと共に用いられることが可能である。末端基官能性ポリマーおよびこれらの混合によって形成されるヒドロゲルの調製がスキーム３に示されている。

【0144】

スキーム３．末端基官能性ポリマーおよびこのポリマーから形成されるヒドロゲル。

【化13】

【0145】

スキーム３の経路３ａを参照すると、第１の双性イオン性ポリマーは、第１の反応性基（例えば、第１のクリック−反応性基）で末端基官能化されている。スキーム３の経路３ｂを参照すると、第２の双性イオン性ポリマーは、第２の反応性基（例えば、第２のクリック−反応性基）で末端基官能化されている。ヒドロゲルは、第１のポリマーと第２のポリマーとを、相補的な第１および第２の反応性基（例えば、相補的な第１および第２のクリック反応性基）を介して架橋することにより形成される。

【0146】

上記の架橋（ヒドロゲル形成）ケミストリーは、相補的な反応性基（すなわち、第１および第２の反応性基）間の反応として記載されている。相補的な反応性基は、結合の形成について好適な反応性、好ましくは室温〜生理的温度の温度での結合の形成について好適な反応性を有する反応性基の任意の対であることが可能であることが認識されるであろう。特定の実施形態において、相補的な反応性基は、技術分野において周知であるクリック基（クリック−反応対）である。

【0147】

上記のストラテジーを用いて形成される代表的な双性イオン性クリックヒドロゲルが実施例１〜６に記載されている。

【0148】

ヒドロゲルは、生物的化合物を伴って、または、伴うことなく、足場材料、注射可能なヒドロゲルもしくはナノゲルの形態とされることが可能である。特定の実施形態において、本発明のヒドロゲルは、内包された小分子、ナノマテリアル、核酸、多糖類、タンパク質および細胞をさらに含む。このようなヒドロゲルは、医学的および薬学的センシング、整形外科、心血管系、内部眼用、審美的、眼球用および薬物／タンパク質／薬物送達における用途を有する。ヒドロゲルは、医学的および工学的用途に係る表面に付着させることが可能である。ヒドロゲルの形成に追加して、官能性双性イオン性ポリマーは、生物的または非生物的分子および基材に付着させることも可能である。さらに、官能化可能なポリカルボキシベタイン（ＰＣＢ）ポリマーに関して、ポリマーは、分解性または非分解性の方法で直接的に複合化されることが可能であり、一方で、側鎖は、アクリルアミド、オキサゾリンおよびビニルピロリドンとして置き換えられることが可能である。

【0149】

本発明のヒドロゲルは、移植可能なバイオセンサ；創傷ケアデバイス、接着剤およびシーラント、コンタクトレンズ；人工歯根；人工関節、人工骨、人工靱帯および人工腱などの整形用デバイス；カテーテル、人工弁、人工血管、人工ステント、ＬＶＡＤまたは心調律管理デバイスなどの心血管デバイス；栄養管、消化管クリップ、胃腸スリーブまたは胃内バルーンなどの胃腸病学的デバイス；移植可能な受胎調節デバイスまたは膣スリングなどのＯＢ／Ｇｙｎデバイス；吻合コネクタまたは皮下ポートなどの腎臓病学的デバイス；神経誘導管、脳脊髄液ドレナージまたはシャントなどの脳神経外科デバイス、皮膚再建デバイスなどの皮膚病学的デバイス、シャントなどの眼用デバイス、ステント、人工内耳、管、シャントまたはスプレッダなどの耳鼻咽喉科学的デバイス、眼内レンズ；乳房インプラント、鼻インプラントおよび頬インプラントなどの審美インプラント；神経刺激デバイス、人工内耳および神経管などの神経インプラント；血糖センサおよびインスリンポンプなどのホルモン制御用インプラント；移植バイオセンサ；アクセスポートデバイス；および、ＣＯＰＤ管理用の弁または人工肺などの組織足場材料肺動脈弁デバイス；放射線不透過または音響不透過マーカなどの放射線学的デバイス；または、カテーテルもしくは人工尿道などの泌尿器科学的デバイスなどの物品、デバイスおよびコンポーネントに用いられることが可能である。

【0150】

以下は、代表的な本発明のヒドロゲルならびに細胞培養物および組織足場材料用のその使用に関する説明である。

【0151】

ランゲルハンス島内包化用の官能性双性イオン性ポリマー系ヒドロゲル
ＣＢＭＡの重合により調製した官能性星型ポリ（カルボキシベタイン）ポリマー（ｐＣＢ）を、ＡＴＲＰおよびクリックケミストリーの併用により合成した。チオール基−末端ｐＣＢポリマーを合成し、ｐＣＢヒドロゲルを、生理学的条件下においてチオール−末端ｐＣＢと１，２−ビス（マレイミド）エタンとを一緒に混合することにより形成した。

【0152】

ＡＴＲＰを介した星型ｐＣＢポリマーの合成を図１に示されているとおり実施した。簡潔には、ＣＢＭＡ、２，２’−ビピリジン（ｂｐｙ）、触媒および四官能性開始剤、ペンタエリスリトールテトラキス（２−ブロモイソブチレート）を１０ｍＬの反応管に入れ、混合物を３回の凍結脱気サイクルに供した。混合物を室温で２０分間保持し、水およびメタノールを１：１の比で添加した。この反応を攪拌下に室温で８時間継続させた。ポリマー生成物を、アルミナにより処理し、最後に、アセトン中に２回沈殿させることにより精製した後に回収した。ポリマーの分子量は、モノマーと開始剤との化学量論比に合わせることが可能である。５０００、２０，０００および５０，０００の分子量を有する星形ポリマーを合成した。ＲＡＦＴなどの他のリビング重合方法もまた、ポリマーの合成に適用することが可能である。官能性星型ｐＣＢポリマーはクリックケミストリーにより調製した。図２に示されているとおり、精製後、最初に形成した星型ｐＣＢの末端臭素基を、水中のアジ化ナトリウムを伴う求核置換反応によってアジド基に転換した。生成物を透析により精製した。凍結乾燥を用いて水を除去した。次いで、ｐＣＢ−Ｎ_３（ｐＣＢ−アジド）鎖を、触媒としてのＣｕＢｒ／ＰＭＤＥＴＡと共に、メタノール中のアルキン−ＳＨと反応させて、４本のアームを有する星型ｐＣＢポリマーを生成した。図２に図示されているとおり、チオール−末端星型ｐＣＢを透析および凍結乾燥による精製後に得た。

【0153】

図３Ａおよび３Ｂは、本発明の好適に官能化された星形ポリマーから調製された代表的な本発明のヒドロゲルの調製を概略的に示す。図３Ａは、２種の代表的な本発明の星形ポリマーの合成を示す：（ａ）ｐＣＢ−Ａで表されたチオール基（−ＣＨ_２−ＳＨ）で末端封止された双性イオン性（ポリカルボキシベタイン）側鎖を有する星形ポリマー；および、（ｂ）ｐＣＢ−Ｂで表されたピリジルジスルフィド基（−ＣＨ_２−Ｓ−Ｓ−Ｃ_５Ｈ_４Ｎ）で末端封止された双性イオン性（ポリカルボキシベタイン）側鎖を有する星形ポリマー。これらの星形ポリマーは、図１に図示されている星形ポリマーからクリックケミストリー（星形ポリマーとアジ化ナトリウムおよび（ａ）３−チオアセチレンまたは（ｂ）３−ピリジルジスルフィドアセチレンとの反応）により調製した。図３Ｂは、図３Ａに図示されている星形ポリマー（ｐＣＢ−ＡおよびｐＣＢ−Ｂ）の反応により調製される代表的な本発明のヒドロゲルの調製を例示する。ヒドロゲルは、単にｐＣＢ−ＡとｐＣＢ−Ｂとを細胞の存在下で混合することにより形成可能である。

【0154】

インビトロランゲルハンス島内包化およびｐＣＢヒドロゲル中での分析を評価した。ラットのランゲルハンス島を、ＲＰＭＩ−１６４０培地中において、５％チオール−末端ｐＣＢ−Ａ（ＭＷ＝１５０００）と混合した。次いで、１，２−ビス（マレイミド）エタンを混合物に添加し、この系を３７℃で５分間硬化させた。ヒドロゲル−内包ランゲルハンス島および対照ランゲルハンス島を、１０％ＦＢＳを補ったＲＰＭＩ−１６４０培地において、３７℃で、培地を２日毎に交換しながら培養した。図４Ａに示されているとおり、内包ランゲルハンス島は１８日間のインビトロ培養後にきわめて高い生存率を示していた。培養培地におけるグルコース消費を用いて、培養中に維持していたヒドロゲル−内包ランゲルハンス島の代謝活性を計測した。グルコース新陳代謝は主に培養しているランゲルハンス島による培地中のグルコースの利用によって計測し、これをランゲルハンス島の生存率だけではなく、細胞活動の指標としても示した。培地中のグルコースの摂取を１８日間にわたって４８時間毎に計測して、ランゲルハンス島品質を評価した。内包ランゲルハンス島におけるグルコース摂取は、１日目のレベルの略１００％が１８日目まで維持された（図４Ｂ）。対照ランゲルハンス島においては、グルコース消費は７日目までに７２％に低減し、時間の経過と共にさらに低減した。１４日目および１８日目には、それぞれわずかに５９％および３８％のグルコースが利用された。全体として、内包ランゲルハンス島は、対照ランゲルハンス島と比較してかなり高い代謝活性を維持していた（ｐ＜０．０１）。インスリンの生合成能を定量化するために、０日目および１８日目に、培養したランゲルハンス島を、低（３ｍＭ）または高（１７ｍＭ）グルコース培地で１８時間インキュベートした（図４Ｂ）。ヒドロゲル−内包ランゲルハンス島は、高−および低−グルコース露出の両方において、新たに単離されたランゲルハンス島（０日目）のインスリン分泌レベルを維持した（ｐ＝０．１３〜０．４０）。対照的に、グルコース応答性は、１８日目にテストした対照培養ランゲルハンス島においては保持されなかった（ｐ＜０．０５、０日目の対照および１８日目の内包ランゲルハンス島に対して）。対照ランゲルハンス島に係るインスリン保管／分泌能の低減は、１８日目におけるジチゾン（ＤＴＺ）によるインスリン染色の低減によっても示されていた（図４Ｃ）。β細胞機能をさらに評価するために、動的グルコース刺激インスリン放出を、ヒドロゲル内包化を伴って、または、ヒドロゲル内包化を伴わずに１８日間培養したランゲルハンス島を用いて、洗い流し系においてテストした。０日目には内包サンプルおよび対照サンプルの両方において同数のランゲルハンス島が存在していたが、対照群中のランゲルハンス島は経時的に崩壊し、刺激インスリン分泌を示さなかった。対照的に、内包ランゲルハンス島はグルコース刺激に対して良好な応答を示した（図４Ｄ）。

【0155】

ヒドロゲルは、２種の異なるポリマーを混合することによっても形成可能である。例えば、図３Ａに示されているとおり、チオール−末端ｐＣＢ−Ａおよびピリジルジスルフィド−末端ｐＣＢ−Ｂを、ＡＴＲＰおよびクリックケミストリーの併用により合成した。ヒドロゲルは、ｐＣＢ−ＡとｐＣＢ−Ｂとを生理学的条件下で混合することにより形成が可能である（図３Ｂを参照のこと）。ヒドロゲルは生理学的条件下で形成が可能であるため、幹細胞、免疫細胞、神経細胞、ホルモン−分泌細胞および心臓細胞などの細胞を、ヒドロゲル中に内包させるためにゲル化プロセスに加えることが可能である。加えて、ヒドロゲルはジスルフィド結合で架橋されるため、ヒドロゲルは、システインなどの生物学的剤により分解されることが可能である。

【0156】

末梢血幹細胞（ＰＢＳＣ）細胞内包化用の官能性双性イオン性ポリマー系ヒドロゲル
ラットのランゲルハンス島細胞について上述したとおり、末梢血幹細胞（ＰＢＳＣ）細胞もまた代表的な本発明のヒドロゲル中に内包した。

【0157】

図５Ａおよび５Ｂは、代表的な本発明のヒドロゲル（ｐＣＢヒドロゲル）中で培養した内包された末梢血幹細胞（ＰＢＳＣ）細胞のデータを表す。図５Ａは、経時的なヒドロゲル係数（ヒドロゲル分解）を表す。図５Ｂは、７日間のインビトロ培養後のｐＣＢヒドロゲル中に内包されたＰＢＳＣ細胞で行ったLIVE/DEADアッセイの結果を表す画像である。

【0158】

本発明のヒドロゲルは、本発明の方法により有利に投与される成分または添加剤をさらに含むことが可能である。

【0159】

特定の実施形態において、ヒドロゲルは細胞をさらに含む。これらの実施形態において、細胞は、ヒドロゲル中に含有されるか、または、ヒドロゲル中に内包される。ヒドロゲル中に内包されている細胞の性質は限定されない（天然の細胞および遺伝子組換え細胞、ならびに、その粉砕物）。ヒドロゲル中に有利に内包される代表的な細胞としては、外分泌上皮細胞、ホルモン分泌細胞、角化上皮細胞、湿性重層バリア上皮細胞、感覚伝達細胞、自律神経細胞、感覚器官および末梢神経支持細胞、ニューロンおよびグリア細胞、レンズ細胞、肝細胞、脂肪細胞、脂質細胞、バリア機能細胞、腎細胞、心臓細胞、細胞外基質細胞、収縮細胞、ならびに、赤血球、単球、好中球、マスト細胞、Ｔ細胞、幹細胞、胚細胞、哺育細胞、間質細胞、前駆細胞および造血幹細胞などの血液および免疫系細胞が挙げられる。

【0160】

特定の実施形態において、ヒドロゲルはウイルスをさらに含む。これらの実施形態において、ウイルスは、ヒドロゲル中に含有されるか、または、ヒドロゲル中に内包されている。代表的なウイルスとしてはレトロウイルスおよびアデノウイルスが挙げられる。

【0161】

特定の実施形態において、ヒドロゲルは細菌をさらに含む。これらの実施形態において、細菌は、ヒドロゲル中に含有されるか、または、ヒドロゲル中に内包されている。代表的な細菌としては、クロストリジウム種、ネズミチフス菌（S. typhimurium）および大腸菌（E.coli）が挙げられる。

【0162】

ヒドロゲル中に有利に内包される他の材料としては、タンパク質、ペプチド、核酸（オリゴヌクレオチド）、多糖類、小分子（すなわち、約８００ｇ／モル未満の分子量を有する有機、無機および有機金属化合物）およびナノマテリアルが挙げられる。代表的なタンパク質としては、抗体、抗体フラグメント、酵素（例えば、治療用酵素および防御酵素）およびペプチドが挙げられる。代表的な核酸としては、ＤＮＡ（例えばｃＤＮＡ）およびＲＮＡ（例えば、ｓｉＲＮＡ、ｍＲＮＡ）が挙げられる。代表的な小分子としては、治療薬剤および診断薬（例えば、蛍光および磁気共鳴造影剤）が挙げられる。代表的なナノマテリアルとしては、カーボンナノ構造（例えば、カーボンナノチューブおよびグラフェン）および量子ドットが挙げられる。

【0163】

ヒドロゲル中に有利に内包される他の材料としては、リポプレックス、ポリマーソーム、ポリプレックス、デンドリマーおよび無機粒子が挙げられる。

【0164】

特定の実施形態において、ヒドロゲルは分解性架橋剤で架橋されている。代表的な分解性架橋剤としては、ペプチド、多糖類、無水物架橋剤、ジスルフィド架橋剤およびポリエステル架橋剤が挙げられる。これらの実施形態において、ヒドロゲルは、加水分解または酵素による消化などによって、特定の状況（例えば、生理学的条件）下で分解するよう設計可能である。

【0165】

特定の実施形態において、本発明のヒドロゲルは官能性双性イオン性ポリマーから調製され、式（Ｊ）：

【化14】

（式中、
（Ｃ１）および（Ｃ２）は核であり、アクリレート官能性Ｃ１〜Ｃ６アルキルおよびＣ６〜Ｃ１２アリール基；アミン官能性Ｃ１〜Ｃ６アルキルおよびＣ６〜Ｃ１２アリール基；アミド官能性Ｃ１〜Ｃ６アルキルおよびＣ６〜Ｃ１２アリール基；エポキシ官能性Ｃ１〜Ｃ６アルキルおよびＣ６〜Ｃ１２アリール基；Ｃ１〜Ｃ６アルキルおよびＣ６〜Ｃ１２アリール基；または、他の巨大分子核から独立して選択され；
Ｙ_１およびＹ_２は連接基であり、−Ｏ（ＣＨ_２）_ｎ−、−Ｓ（ＣＨ_２）_ｎ−、−Ｃ（＝Ｏ）（ＣＨ_２）_ｎ−、−Ｃ（＝Ｓ）（ＣＨ_２）_ｎ−、−Ｃ（＝ＮＨ）（ＣＨ_２）_ｎ−、−ＮＨ（ＣＨ_２）_ｎ−、−（ＣＨ_２）_ｎＣ（＝Ｏ）−、−（ＣＨ_２）_ｎＯＣ（＝Ｏ）−、−（ＣＨ_２）_ｎＮＨＣ（＝Ｏ）−、−（ＣＨ_２）_ｎＮＨＣ（＝Ｓ）−、−（ＣＨ_２）_ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−、−（ＣＨ_２）_ｎＳＣ（＝Ｓ）−、−（ＣＨ_２）_ｎＮＨ−Ｃ（＝ＮＨ）−、−（ＣＨ_２）_ｎＣ（＝Ｏ）ＮＨＮＨ−（式中、ｎは１〜２０の整数である）、および、上記に定義されている官能基Ｘから形成可能である他のリンケージから独立して選択され；
Ｒ_１〜Ｒ_８は（Ａ）について上述されているとおりであり；
Ｒ_９〜Ｒ_１６はそれぞれＲ_１〜Ｒ_８と同様であり；
Ｍは、（Ａ）について上述されているとおりであり；
ＮはＭであり；
Ｋ_１およびＫ_２は独立して、（Ａ）についてＫに関して上述されているとおりであり；
Ａ_１は、Ｃ、ＳＯ、ＳＯ_２、ＰまたはＰＯ⁻であり；
Ａ_２は、Ｃ、ＳＯ、ＳＯ_２、ＰまたはＰＯ⁻であり；
ｍは５〜約１０，０００の整数であり；
ｎは５〜約１０，０００の整数であり；
Ｎ_ｃ１およびＮ_ｃ２は核多重度であり、２〜１０００から独立して選択される整数であり；ならびに
ｑはＮ_ｃ１およびＮ_ｃ２の中間の整数である）
を有する。

【0166】

他の実施形態において、本発明のヒドロゲルは官能性双性イオン性ポリマーから調製され、式（Ｋ）：

【化15】

（式中、置換基の定義は（Ｊ）について上述されているとおりであり、Ｐ⁻は、（Ｂ）についてＱ⁻に関して記載されているとおりであり、Ｒ_１７およびＲ_１８は官能基であり、（Ｂ）についてＲ_９によって定義されている群から独立して選択される）
を有する。

【0167】

特定の実施形態において、本発明のヒドロゲルは官能性混合電荷コポリマーから調製され、式（Ｌ）：

【化16】

（式中、
（Ｃ１）および（Ｃ２）は核であり、アクリレート官能性Ｃ１〜Ｃ６アルキルおよびＣ６〜Ｃ１２アリール基；アミン官能性Ｃ１〜Ｃ６アルキルおよびＣ６〜Ｃ１２アリール基；アミド官能性Ｃ１〜Ｃ６アルキルおよびＣ６〜Ｃ１２アリール基；エポキシ官能性Ｃ１〜Ｃ６アルキルおよびＣ６〜Ｃ１２アリール基；Ｃ１〜Ｃ６アルキルおよびＣ６〜Ｃ１２アリール基；または、他の巨大分子核から独立して選択され；
Ｙ_１およびＹ_２は連接基であり、−Ｏ（ＣＨ_２）_ｎ−、−Ｓ（ＣＨ_２）_ｎ−、−Ｃ（＝Ｏ）（ＣＨ_２）_ｎ−、−Ｃ（＝Ｓ）（ＣＨ_２）_ｎ−、−Ｃ（＝ＮＨ）（ＣＨ_２）_ｎ−、−ＮＨ（ＣＨ_２）_ｎ−、−（ＣＨ_２）_ｎＣ（＝Ｏ）−、−（ＣＨ_２）_ｎＯＣ（＝Ｏ）−、−（ＣＨ_２）_ｎＮＨＣ（＝Ｏ）−、−（ＣＨ_２）_ｎＮＨＣ（＝Ｓ）−、−（ＣＨ_２）_ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−、−（ＣＨ_２）_ｎＳＣ（＝Ｓ）−、−（ＣＨ_２）_ｎＮＨ−Ｃ（＝ＮＨ）−、−（ＣＨ_２）_ｎＣ（＝Ｏ）ＮＨＮＨ−（式中、ｎは１〜２０の整数である）、および、上記に定義されている官能基Ｘから形成可能である他のリンケージから独立して選択され；
Ｒ_１〜Ｒ_１０は（Ｅ）について上述されているとおりであり；
Ｒ_１１〜Ｒ_２０はカウンターパートＲ_１〜Ｒ_１０と同様であり；
Ｍ_１およびＭ_２は独立して、（Ｋ）についてＭに関して上述されているとおりであり；
Ｎ_１およびＮ_２は独立して、（Ｋ）についてＮに関して上述されているとおりであり；
Ｋ_１およびＫ_２は独立して、（Ｋ）についてＫに関して上述されているとおりであり；
Ａ_１は、Ｃ、ＳＯ、ＳＯ_２、ＰまたはＰＯ⁻であり；
Ａ_２は、Ｃ、ＳＯ、ＳＯ_２、ＰまたはＰＯ⁻であり；
ｍは５〜約１０，０００の整数であり；
ｎは５〜約１０，０００の整数であり；
Ｎ_ｃ１およびＮ_ｃ２は核多重度であり、２〜１０００から独立して選択される整数であり；ならびに
ｑはＮ_ｃ１およびＮ_ｃ２の中間の整数である）
を有する。

【0168】

他の実施形態において、本発明のヒドロゲルは官能性混合電荷コポリマーから調製され、式（Ｍ）：

【化17】

（式中、置換基の定義は（Ｌ）について上述されているとおりであり、Ｐ⁻は、（Ｆ）についてＱ⁻に関して記載されているとおりであり、Ｒ_２１およびＲ_２２は官能基であり、（Ｆ）についてＲ_８によって定義されている群から独立して選択される）
を有する。

【0169】

双性イオン性または混合電荷ポリマーヒドロゲルで処理した表面
他の態様において、本発明は、本発明の双性イオン性または混合電荷ヒドロゲルで処理された表面を提供する。特定の実施形態において双性イオン性ポリマーまたは混合電荷コポリマーに加水分解可能である本発明のヒドロゲルは、例えば医療デバイスを含む多様なデバイスの表面用のコーティングとして有利に用いられることが可能である。

【0170】

本発明のヒドロゲルは、表面をコーティングして、生体適合性、抗菌性および非汚損性表面を提供するために有利に用いられる。従って、他の態様においては、本発明は、本発明の架橋双性イオン性ヒドロゲルの１種または複数種が適用（例えば、コーティング、共有結合、イオン会合、疎水的に会合）された表面（すなわち、１つまたは複数の表面）を有するデバイスおよび材料を提供する。本発明のヒドロゲルで有利に処理し得、本発明のヒドロゲルを含むよう変性され得るか、または、本発明のヒドロゲルが組み込まれる代表的なデバイスおよびキャリアとしては、以下が挙げられる：
本発明のヒドロゲルで処理され、本発明のヒドロゲルを含むよう変性され、または、本発明のヒドロゲルが組み込まれた表面を有する粒子（例えば、ナノ粒子）；
本発明の材料で処理され、本発明の材料を含むよう変性され、または、本発明の材料が組み込まれた表面を有する薬物キャリア；
本発明のヒドロゲルで処理され、本発明のヒドロゲルを含むよう変性され、または、本発明のヒドロゲルが組み込まれた表面を有する非ウイルス性遺伝子送達系；
本発明のヒドロゲルで処理され、本発明のヒドロゲルを含むよう変性され、または、本発明のヒドロゲルが組み込まれた表面を有するバイオセンサ；
本発明のヒドロゲルで処理され、本発明のヒドロゲルを含むよう変性され、または、本発明のヒドロゲルが組み込まれた表面を有する、微生物懸濁液用メンブラン、ホルモンの分離、タンパク質の分別、細胞の分離、廃水処理、オリゴ糖バイオリアクタ、タンパク質限外ろ過、および、日々の処理などのバイオプロセスまたはバイオ分離用デバイス；
本発明のヒドロゲルで処理され、本発明のヒドロゲルを含むよう変性され、または、本発明のヒドロゲルが組み込まれた表面を有する移植可能なセンサ；
本発明のヒドロゲルで処理され、本発明のヒドロゲルを含むよう変性され、または、本発明のヒドロゲルが組み込まれた表面を有する皮下センサ；
本発明のヒドロゲルで処理され、本発明のヒドロゲルを含むよう変性され、または、本発明のヒドロゲルが組み込まれた表面を有する、乳房インプラント、人工内耳および人工歯根などのインプラント；
本発明のヒドロゲルで処理され、本発明のヒドロゲルを含むよう変性され、または、本発明のヒドロゲルが組み込まれた表面を有するコンタクトレンズ；
本発明のヒドロゲルで処理され、本発明のヒドロゲルを含むよう変性され、または、本発明のヒドロゲルが組み込まれた表面を有する組織足場材料；
本発明のヒドロゲルで処理され、本発明のヒドロゲルを含むよう変性され、または、本発明のヒドロゲルが組み込まれた表面を有する、人工関節、人工心臓弁、人工血管、ペースメーカー、左心補助装置（ＬＶＡＤ）、動脈グラフトおよびステントなどの移植可能な医療デバイス；ならびに
本発明のヒドロゲルで処理され、本発明のヒドロゲルを含むよう変性され、または、本発明のヒドロゲルが組み込まれた表面を有する、耳用ドレナージ管、栄養管、緑内障ドレナージ管、水頭症用シャント、人工角膜、神経誘導管、尿管カテーテル、組織接着剤およびＸ線ガイドなどの医療デバイス。

【0171】

本発明のヒドロゲルで有利に処理され得、本発明のヒドロゲルを含むよう変性され得、または、本発明のヒドロゲルが組み込まれる他の代表的な基材および表面としては、布、ならびに、衣服（例えば、病院および軍における従事者が着るものなどを含む、コート、シャツ、パンツ、下着）、寝具（例えば、ブランケット、シート、枕カバー、マットレスおよび枕）、タオル、および、拭布などにおけるものが挙げられる。

【0172】

本発明のヒドロゲルで有利に処理され得、本発明のヒドロゲルを含むよう変性され得、または、本発明のヒドロゲルが組み込まれる他の代表的な基材および表面としては、卓上面、机およびカウンター甲板などの作業面が挙げられる。

【0173】

本発明のヒドロゲルは、移植可能なバイオセンサ；創傷ケアデバイス、接着剤およびシーラント、コンタクトレンズ；人工歯根；人工関節、人工骨、人工靱帯および人工腱などの整形用デバイス；カテーテル、人工弁、人工血管、人工ステント、ＬＶＡＤまたは／および心調律管理デバイスなどの心血管デバイス；栄養管、消化管クリップ、胃腸スリーブまたは胃内バルーンなどの胃腸病学的デバイス；移植可能な受胎調節デバイスまたは膣スリングなどのＯＢ／Ｇｙｎデバイス；吻合コネクタまたは皮下ポートなどの腎臓病学的デバイス；神経誘導管、脳脊髄液ドレナージまたはシャントなどの脳神経外科デバイス、皮膚再建デバイスなどの皮膚病学的デバイス、シャントなどの眼用デバイス、ステント、人工内耳、管、シャントまたはスプレッダなどの耳鼻咽喉科学的デバイス、眼内レンズ；乳房インプラント、鼻インプラントおよび頬インプラントなどの審美インプラント；神経刺激デバイス、人工内耳および神経管などの神経インプラント；血糖センサおよびインスリンポンプなどのホルモン制御用インプラント；移植バイオセンサ；アクセスポートデバイス；および、ＣＯＰＤ管理用の弁または人工肺などの組織足場材料肺動脈弁デバイス；放射線不透過または音響不透過マーカなどの放射線学的デバイス；または、カテーテルもしくは人工尿道などの泌尿器科学的デバイスなどの物品、デバイスおよびコンポーネントの表面を含む多様な表面にコーティングされることが可能である。

【0174】

インサイチュ双性イオン性および混合電荷ポリマーヒドロゲル
さらなる態様において、本発明は、双性イオン性または混合電荷ポリマーヒドロゲルを形成する方法を提供する。特定の実施形態において、この方法は、ヒドロゲルが望ましく位置されている環境に、好適に官能化された双性イオン性星形ポリマーまたは好適に官能化された混合電荷星型コポリマーを導入する、インビボ方法などのインサイチュ方法である。官能性双性イオン性星形ポリマーまたは官能性混合電荷星型コポリマーの相補的官能基により、これらのポリマーまたはコポリマーは架橋されて、ヒドロゲルがインサイチュで得られる。

【0175】

環境がインビボ位置である場合、官能性双性イオン性星形ポリマーまたは官能性混合電荷星型コポリマーは例えば注射によって所望の部位に導入可能である。

【0176】

この方法により、ヒドロゲルおよびその追加されるカーゴは、所望されるインビボの、ある部位で有利に形成されることが可能である。

【0177】

特定の実施形態において、反応対の官能基（例えば、第１の官能基を有する第１のポリマーおよび第２の官能基を有する第２のポリマーであって、第１の官能基および第２の官能基は、第１のポリマーと第２のポリマーとを結合する共有結合に対して互いに反応性である）を各々有する本発明の２種の好適な官能性双性イオン性ポリマーは、組み合わされるか、または、インサイチュで相互に接触された場合（例えば、所望の部位への注射後にインビボで）に、これらの２種のポリマーが反応してヒドロゲルが形成されるよう投与される。

【0178】

他の実施形態において、反応対の官能基の一方（例えば、第１の官能基を有する第１のポリマーおよび第２の官能基を有する第２のポリマーであって、第１の官能基および第２の官能基は、第１のポリマーと第２のポリマーとを結合する共有結合に対して互いに反応性である）を各々有する本発明の２種の官能性混合電荷コポリマーは、組み合わされるか、または、インサイチュで相互に接触された場合（例えば、所望の部位への注射後にインビボで）に、これらの２種のポリマーが反応してヒドロゲルが形成されるよう投与される。

【0179】

双性イオン性および混合電荷星形ポリマー治療剤複合体
他の態様においては、本発明は、共有結合された治療剤を有する双性イオン性および混合電荷ポリマーおよびコポリマーを提供する。これらの複合体は、治療剤の送達に有用である。加水分解により本発明のポリマーから治療剤が徐放される。

【0180】

以下は、代表的な本発明の複合体および複合体からの治療剤の放出の説明である。

【0181】

図６は、双性イオン性（ポリカルボキシベタイン）側鎖を有する代表的な本発明の星形ポリマーからの代表的な治療剤の放出の概略図である。星形ポリマーは、ラジカル開始基を有する四官能性核およびカルボキシベタインメタクリレート−治療剤モノマー（ＣＨ_２＝Ｃ（ＣＨ_３）−Ｃ（＝Ｏ）−ＣＨ_２ＣＨ_２−Ｎ（ＣＨ_３）_２^＋−ＣＨ_２ＣＨ_２−ＣＯ_２−治療剤）からＡＴＲＰにより調製した。図示されている代表的な星形ポリマーにおいて、側鎖は、ＣＢＭＡを伴う伸長重合によってさらに伸長されて、治療剤を伴う構成単位に加えて、双性イオン性である構成単位を有する側鎖が得られる。図６に図示されている星形ポリマーはブロックコポリマーである。特定の実施形態において、星形ポリマーは、双性イオン性モノマー（例えばＣＢＭＡ）および双性イオン性−治療剤モノマー（例えばＣＢＭＡ−治療剤）の共重合により調製されるランダムコポリマーであることが認識されるであろう。星形ポリマーの加水分解で治療剤が放出される。星形ポリマーの加水分解および治療剤の放出によって、星形ポリマー中に双性イオン性構成単位が再生成される。図６に示されているとおり、治療剤はイブプロフェンであり、イブプロフェンを放出可能である星形ポリマーを合成するためのモノマーはＣＢＭＡとイブプロフェンの縮合により調製される。

【0182】

図６に示されるとおり、ジクロロメタン（ＤＣＭ）中においてジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）と一緒に攪拌することにより、無水物形成反応を介して、イブプロフェンをカルボキシベタインメタクリレート（ＣＢＭＡ）に組み込んで重合性モノマーを得た。４本のアームを有する星型双性イオン性ポリマーをこのモノマーから調製して、ポリマー治療剤複合体を得た。図６に示されるとおり、治療剤は加水分解により放出される。加水分解後に得られるポリマーはそのカウンターパート双性イオン性ポリマーに転換される。

【0183】

別段の定めがある場合を除き、本明細書および特許請求の範囲において用いられている、処方成分の量、分子量などの特性、反応条件等を表す数はすべて、すべての場合において用語「約」によって修飾されると理解されるべきである。従って、反する記載がない限りにおいて、本明細書および添付の特許請求の範囲中において規定されている数値パラメータは、本発明によって達成することが想定されている所望の特性に応じて様々であり得る近似値である。少なくとも、また、特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限するための試みとしてではなく、各数値パラメータは少なくとも、報告されている有効桁数の観点から、および、通常の丸め技法の適用により解釈されるべきである。さらなる明確さが必要とされる場合、「約」という用語は、記載された数値または範囲（すなわち、未満記載されている値よりいくらか大きいか小さい、または、記載されている値の±２０％；記載されている値の±１９％；記載されている値の±１８％；記載されている値の±１７％；記載されている値の±１６％；記載されている値の±１５％；記載されている値の±１４％；記載されている値の±１３％；記載されている値の±１２％；記載されている値の±１１％；記載されている値の±１０％；記載されている値の±９％；記載されている値の±８％；記載されている値の±７％；記載されている値の±６％；記載されている値の±５％；記載されている値の±４％；記載されている値の±３％；記載されている値の±２％；または、記載されている値の±１％の範囲内の範囲を表す）と併せて用いられる場合に当業者によって合理的に与えられた意味を有する。

【0184】

本発明の広範な範囲を示す数値範囲およびパラメータは近似値であるにもかかわらず、特定の実施例中において記載されているこれらの数値は可能な限り正確に報告されている。しかしながら、いずれかの数値が、対応するテスト計測値に見いだされる標準偏差から必然的にもたらされる一定の誤差を内在的に包含する。

【0185】

以下の実施例は例示のために記載されており、本発明を限定するものではない。

【実施例】

【0186】

実施例１
代表的なヒドロゲル：第１および第２の双性イオン性
ポリマーシクロオクチン／アジドケミストリー
この実施例において、代表的な本発明のヒドロゲルは、第１および第２の双性イオン性ポリマーから調製される。第１のポリマーはペンダントな第１の反応性基（すなわち、シクロオクチン）を含み、第２のポリマーはペンダントな第２の反応性基（すなわち、アジド）を含む。

【0187】

外部から如何なる刺激も与えずにこの２種のポリマーを混合することでヒドロゲルが得られる。

【0188】

第１および第２のポリカルボキシベタインポリマーの形成、および、このポリマーから形成されるヒドロゲルが以下に示されている。

【化18】

【0189】

ポリカルボキシベタイン（ｐＣＢ）ポリマーは、既知のＥＤＣ／ＮＨＳカップリングを用いて、２種の異なる反応において、それぞれ、シクロオクチンアミンおよびアジドアミンで官能化される。ｐＣＢポリマーを先ずＥＤＣ／ＮＨＳケミストリーにより活性化し、次いで、ポリマーをＴＨＦ中への沈殿により精製する。次いで、活性化したポリマーを対応するアミンと反応させる。ポリマーを再度ＴＨＦ中への沈殿により精製する。精製したポリマーを減圧下で乾燥させる。官能化度は、^１Ｈおよび^１３Ｃ ＮＭＲにより特徴付けられる。これらの２種の官能性ｐＣＢポリマーを混合し、次いで、クリック反応に供してヒドロゲルを形成する。官能化度、従って、架橋度は、反応性アミンの量を変更することによって容易に変えることが可能である。

【0190】

実施例２
官能性双性イオン性コポリマー
この実施例においては、代表的な本発明の官能性双性イオン性コポリマーの調製が記載されている。代表的な官能性コポリマーはペンダント基（すなわち、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド基）を含み、これにより、さらなる活性化基（相補的な反応性基）の共有結合を可能として、本発明のヒドロゲルの形成に有用な架橋性ポリマーがもたらされる。

【0191】

カルボキシベタインメタクリレートモノマー（ＣＢＭＡ）は、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ−ＣＢＭＡ）で官能化される。このモノマーをカルボキシベタインメタクリレートモノマー（ＣＢＭＡ）と共重合する（スキーム３を参照のこと）。得られるポリマーは、ＣＢＭＡおよびＮＨＳ−ＣＢＭＡのランダムポリマーである。共重合を以下に示す。

【化19】

【0192】

２種のモノマーの供給比を変更して、異なる官能化度を有する官能性ポリマーを得ることが可能である。活性化したポリマーを好適なアミンでさらに官能化して、スキーム１中のステップ１ａおよび１ｂを促進することが容易に可能である。

【0193】

ＮＨＳ活性化カルボキシベタインモノマーを最初に合成する。このモノマーを、異なる供給比で、カルボキシベタインメタクリレートと一緒に重合する。得られるポリマーは既に活性化されているものである。このポリマーをＴＨＦ中で沈殿させて、すべての小さい分子不純物（例えば、未反応モノマー、開始剤）を除去することにより精製し、次いで、減圧乾燥する。ポリマーは、^１Ｈおよび^１３Ｃ ＮＭＲを用いて特徴付けられる。

【0194】

実施例３
代表的なヒドロゲル：第１および第２の双性イオン性ポリマー
チオール／マレイミドケミストリー
この実施例において、代表的な本発明のヒドロゲルは第１および第２の双性イオン性ポリマーから調製される。第１のポリマーはペンダントな第１の反応性基（すなわち、チオール）を含み、および、第２のポリマーはペンダントな第２の反応性基（すなわち、マレイミド）を含む。

【0195】

第１および第２のポリカルボキシベタインポリマーの形成を以下に示す。

【0196】

カルボキシベタインメタクリレートとマレイミド官能性ＣＢＭＡモノマーとのランダムコポリマーの合成を以下に示す。

【化20】

【0197】

カルボキシベタインメタクリレートとエタンチオール官能性ＣＢＭＡモノマーとのランダムコポリマーの合成を以下に示す。

【化21】

【0198】

外部から如何なる刺激も与えずにこの２種のポリマーを混合することでヒドロゲルが得られる。

【0199】

先ず、官能性カルボキシベタインモノマーを相補的にクリック可能な基と共に合成する。この官能性モノマーをＣＢＭＡモノマーとランダム重合する。代表例として、マレイミドおよびチオール官能性ＣＢＭＡモノマーを、アミンを用い、マレイミドおよびチオールに基づいて合成する。ポリマーをＴＨＦ中への沈殿により精製して未反応のモノマーを除去する。ポリマーの組成はＮＭＲ（^１Ｈおよび^１３Ｃ）により確認する。ポリマー中の官能性単位の量は供給比を調節することにより変更する。このようにして、相補的クリック可能なポリマーを合成する。これらのポリマーを５〜１０重量％で水中にて混合してヒドロゲルを形成する。

【0200】

実施例４
代表的な双性イオン性コポリマー：チオールペンダント基
この実施例において、変性カルボキシベタインモノマーを、カルボキシレート上の負の電荷を有するアンモニウム部分を修飾してチオール−官能性双性イオン性モノマーをもたらすことにより、合成する。

【0201】

官能性双性イオン性コポリマーをもたらすＣＢＭＡと変性ＣＢＭＡモノマーとの共重合を以下に示す。

【化22】

【0202】

このようなモノマーは、架橋性速度が速いという利点を有する。同様のモノマーおよびコポリマーを対応するクリック基カウンターパートについて得て、スキーム２に示されている手順を完了することが可能である。

【0203】

実施例５
代表的な双性イオン性コポリマーヒドロゲル：ランゲルハンス島内包化
この実施例においては、代表的な双性イオン性ポリマーを用いるランゲルハンス島内包化が記載されている。

【0204】

官能性星型ｐＣＢポリマーをＡＴＲＰおよび「クリック」反応の併用により合成した。分子量が異なるマレイミドおよびチオール基−末端ｐＣＢポリマーを合成した。ｐＣＢヒドロゲルを、マレイミド−末端ｐＣＢ（ｐＣＢ−Ａ）とチオール−末端ｐＣＢ（ｐＣＢ−Ｂ）とを生理学的条件下で混合することにより形成した。機械特性、平衡含水量（ＥＷＣ）およびヒドロゲルの孔径は、ポリマーの分子量およびポリマーの使用量を調節することにより合わせることが可能である。

【0205】

ＡＴＲＰによる星型ｐＣＢポリマーの合成
ＣＢＭＡ、２，２’−ビピリジン（ｂｐｙ）、触媒、四官能性開始剤、ペンタエリスリトールテトラキス（２−ブロモイソブチレート）を１０ｍＬの反応管に入れ、混合物を３回の凍結脱気サイクルに供した。この混合物を室温下に２０分間静置させ、水およびメタノールを１：１の比で添加した。この反応を攪拌下に室温で８時間継続させた。ポリマー生成物を、アルミナにより処理し、最後に、アセトン中に２回沈殿させることにより精製した後に回収した。ポリマーの分子量は、モノマーと開始剤との化学量論比に合わせることが可能である。５０００、２００００および５００００の重量平均分子量を有する星形ポリマーを合成した。可逆的付加開裂連鎖移動（ＲＡＦＴ）などの他のリビング重合方法もまた、ポリマーの合成に適用することが可能である。

【0206】

クリックケミストリーを介した官能性星型ｐＣＢポリマーの合成
精製後、星型ｐＣＢの末端臭素基を、水中のアジ化ナトリウムを伴う求核置換反応によってアジド基に転換した。生成物を透析により精製した。凍結乾燥を用いて水を除去した。次いで、ｐＣＢ−Ｎ_３鎖を、触媒としてのＣｕＢｒ／ＰＭＤＥＴＡと共に、メタノール中のアルキン−含有化合物と反応させて、４本のアームを有する星型ｐＣＢポリマーを生成した。チオール末端星型ｐＣＢ（ｐＣＢ−Ａ）およびマレイミド末端星型ｐＣＢ（ｐＣＢ−Ｂ）を透析および凍結乾燥による精製後に得た。

【0207】

ゲル化特性のランゲルハンス島フリーアセスメント
３７℃で、ＰＢＳ中のｐＣＢ−Ｂの溶液であって、ポリマーを種々の重量割合で含む溶液にｐＣＢ−Ａを添加することによりｐＣＢゲルを形成した。例えば、図３を参照のこと。得られたヒドロゲルを蒸留水で完全に洗浄して未反応のポリマーを除去した。ヒドロゲルのＥＷＣを重量法を用いて３７℃で計測した。温度は恒温水浴により±０．１℃の精度で制御した。サンプルを０．１ＭのＰＢＳ緩衝剤溶液（ｐＨ７．４）に少なくとも２４時間浸漬し、次いで、取り出し、濡れたろ紙で吸い取ることにより表面の水を除去し、微量天秤で計量した。架橋の後、ヒドロゲルをＰＢＳ中において２４時間制限することなく膨潤させた。

【0208】

ｐＣＢヒドロゲル中におけるインビトロランゲルハンス島機能アセスメント
ｐＣＢヒドロゲルの生体適合性をインビトロでテストした。ｐＣＢヒドロゲル中に内包されたブタ由来のランゲルハンス島の生存率および機能をテストした。加えて、補体系の活性化、リンパ球、単球、血小板およびＰＭＮおよびサイトカイン産生に対するｐＣＢヒドロゲルの阻害効果をテストした。

【0209】

ランゲルハンス島生存率アセスメント
ブタ由来のランゲルハンス島の生存率を、蛍光強度により定量的にモニタリングした。ヒドロゲル−内包ランゲルハンス島またはブタから単離した対照ランゲルハンス島（１００のランゲルハンス島／ウェル）を最大で２８日間培養し、０．７５ｍｇ／ｍＬのＤ−ルシフェリンをランゲルハンス島培地に添加することにより、Xenogenイメージングシステム（Caliper Life Sciences, Hopkinton, MA）を用いて蛍光強度を計測した。ランゲルハンス島生存率はまた、所望の時点でLive/Dead染色を用いて定性的に評価した。Live/Dead染色は、細胞を培養したヒドロゲルを、０．２４ｍＭのフルオレセイン二酢酸および７．５ｍＭのヨウ化プロピジウムを含有するＰＢＳ中において１０分間インキュベートすることにより行った。次いで、ヒドロゲルをＰＢＳ中においてすすぎ、蛍光顕微鏡により画像化した（Olympus IX50, Olympus America, Central Valley, PA）。

【0210】

ランゲルハンス島培養中のグルコース消費
培地の交換中に培養培地を４８時間毎に回収し、One Touchグルコースメータ（LifeScan, Milpitas, CA）でグルコースレベルを反復してモニタリングし、平均化した。ランゲルハンス島を伴わない対照培地（Ｃｔ）を各時点に対する対照として用いた。最初の４８時間における、ランゲルハンス島を伴う培地グルコースレベル（Ｉ０）およびランゲルハンス島を伴わない培地グルコースレベル（Ｃ０）での差（Ｃ０−Ｉ０）を、各サンプルに係る細胞グルコース消費のベースラインと設定する。ランゲルハンス島を伴うサンプル中のグルコースレベル（Ｉｔ）のその後の変化を以下のとおり算出する：グルコース摂取割合＝（Ｃｔ−Ｉｔ）＊１００／（Ｃ０−Ｉ０）。

【0211】

グルコース刺激インスリンおよびＣ−ペプチド放出に対する長期応答
上記に定義されているヒドロゲルと一緒に、または、ヒドロゲルを伴わずに培養したランゲルハンス島を培養１４日間後に選別し、マイクロチューブ中に収集し（単一のランゲルハンス島／チューブ、６回反復）、３ｍＭのグルコース（低−グルコース培地）を含有し、５％ＦＢＳで補足したＲＰＭＩ−１６４０培地で３回洗浄した。ランゲルハンス島を、非組織培養コーティングされた９６ウェルプレート中において、低−グルコースまたは高−グルコース（１７ｍＭグルコース）培地で、１６時間培養し、この時点で、上澄培地中のインスリンおよびＣ−ペプチドの濃度を、ブタインスリンおよびブタＣ−ペプチドＥＬＩＳＡキット（Mercodia, Winston Salem, NC）を用い、製造業者の説明書に従って計測した。

【0212】

洗い流しアッセイによるグルコース刺激インスリン放出に対する短時間応答
ランゲルハンス島を、既述のヒドロゲルと一緒に、または、ヒドロゲルを伴わずに培養した（０日目に２００のランゲルハンス島／サンプル）。２８日目に、ランゲルハンス島を回収し、ミニカラム中において２層のミクロビーズ（Biorad, Hercules, CA）の間に挟んで保持し、３７℃で、クレブスリンゲル緩衝剤により４５分間洗い流し、続いて、低−グルコース緩衝剤（３ｍＭグルコース）により１０分間、高−グルコース（１７ｍＭグルコース）緩衝剤により１５分間、最後に、低−グルコース緩衝剤により洗い流した。溶出液を、最初の３ｍＭ培地から開始して２分間毎に回収した。実験において回収した培地サンプルまたは溶出液を、ブタインスリン用の酵素結合免疫吸着測定法（ＥＬＩＳＡ）キット（Mercodia, Winston Salem, NC）を用い、製造業者によるプロトコルに従ってインスリン濃度について分析した。

【0213】

実施例６
代表的な双性イオン性コポリマーヒドロゲル：Ｔ細胞内包化
官能性星型ｐＣＢポリマーを、ＡＴＲＰ、「クリック」反応および複合化の併用により合成した。この合成は図７に概略的に図示されている。

【0214】

分子量が異なる二フッ素化シクロオクチン部分（ＤＩＦＯ３）−末端ｐＣＢポリマーを合成した。ｐＣＢヒドロゲルを、二フッ素化シクロオクチン部分−末端ｐＣＢ（ｐＣＢ−Ａ）と生分解性アジド−ＧＧ−（ＫＥ）_２０−ＧＰＱＧＩＷＧＱ−（ＫＥ）_２０−ＧＧ−アジドとを生理学的条件下で混合することにより形成した。機械特性、平衡含水量（ＥＷＣ）およびヒドロゲルの孔径は、ポリマーの分子量およびポリマーの使用量を調節することにより合わせることが可能である。

【0215】

ＡＴＲＰを介した星型ｐＣＢポリマーの合成
ＣＢＭＡ、２，２’−ビピリジン（ｂｐｙ）、触媒、四官能性開始剤、ペンタエリスリトールテトラキス（２−ブロモイソブチレート）を１０ｍＬの反応管に入れ、混合物を３回の凍結脱気サイクルに供した。この混合物を室温下に２０分間静置させ、水およびメタノールを１：１の比で添加した。この反応を攪拌下に室温で８時間継続させた。ポリマー生成物を、アルミナにより処理し、最後に、アセトン中に２回沈殿させることにより精製した後に回収した。ポリマーの分子量は、モノマーと開始剤との化学量論比に合わせることが可能である。５０００、２００００および５００００の重量平均分子量を有する星形ポリマーを合成した。可逆的付加開裂連鎖移動（ＲＡＦＴ）などの他のリビング重合方法もまた、ポリマーの合成に適用することが可能である。

【0216】

クリックケミストリーを介した官能性星型ｐＣＢポリマーの合成
精製後、星型ｐＣＢの末端臭素基を、水中のアジ化ナトリウムを伴う求核置換反応によってアジド基に転換した。生成物を透析により精製した。凍結乾燥を用いて水を除去した。次いで、ｐＣＢ−Ｎ_３鎖を、触媒としてのＣｕＢｒ／ＰＭＤＥＴＡと共に、メタノール中のアルキン−ＮＨ_２化合物と反応させて、４本のアームを有する星型ｐＣＢポリマーを生成した。アミン−末端星型ｐＣＢを透析および凍結乾燥による精製後に得た。入手したポリマーを、ＥＤＣ／ＮＨＳ反応を介してＤＩＦＯ３とさらに反応させ、得られるポリマーを透析および凍結乾燥による精製後に得た。

【0217】

ヒドロゲルゲル化特性のアセスメント
３７℃で、ＰＢＳ中の前述のペプチドの溶液であって、ポリマーを種々の重量割合で含む溶液にＤＩＦＯ３−末端ｐＣＢを添加することによりｐＣＢゲルを形成した。得られたヒドロゲルを蒸留水で完全に洗浄して未反応のポリマーを除去した。ヒドロゲルのＥＷＣを重量法を用いて３７℃で計測した。温度は恒温水浴により±０．１℃の精度で制御した。サンプルを０．１ＭのＰＢＳ緩衝剤溶液（ｐＨ７．４）に少なくとも２４時間浸漬し、次いで、取り出し、濡れたろ紙で吸い取ることにより表面の水を除去し、微量天秤で計量した。架橋の後、ヒドロゲルをＰＢＳ中において２４時間制限することなく膨潤させた。

【0218】

ｐＣＢヒドロゲルにおけるインビトロＴ細胞内包化および生存率テスト
ｐＣＢヒドロゲルの生体適合性をインビトロでテストした。ヒト末梢血ＣＤ４^＋ＣＤ４５ＲＡ^＋Ｔ細胞を、ゲル化プロセスにおいて混合溶液中に添加した。Ｔ細胞内包ヒドロゲルを入れ、ＲＰＭＩ−１６４０培地＋１０％ウシ胎児血清中で培養した。７日間の培養後、ヒドロゲルをＭＭＰタンパク質により溶解し、細胞を遠心分離により収集した。ｐＣＢヒドロゲル中に内包されたＴ細胞の生存率をトリパンブルーによりテストした。略１００％の生存率が全培養プロセスにおいて見いだされた（図８を参照のこと）。

【0219】

例示的実施形態を例示し記載したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく種々の変更を行うことが可能であることが認識されるであろう。

【0220】

排他的な特性または特権が特許請求される本発明の実施形態を特許請求の範囲に定義する。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】