高速に熱応答するグラフト型イソプロピルアクリルアミド系ゲルの分子設計

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455458
• 研究機関: 東京女子医科大学
• 研究代表者: 岡野 光夫 東京女子医科大学, 医学部, 教授 (00130237)
• 研究分担者: 松方 美樹 東京女子医科大学, 医学部, 助手 (80307488) ; 鄭 主恩 東京女子医科大学, 医学部, 助手 (90307489) ; 菊池 明彦 東京女子医科大学, 医学部, 助手 (40266820) ; 青柳 隆夫 東京女子医科大学, 医学部, 講師 (40277132)
• キーワード: 温度応答性高分子 / ハイドロゲル / マクロモノマー / ポリ(N-イソピルアクリルアミド) / グラフトゲル / ポリエチレングリコール / 薬物送達システム

研究概要

PIPAAmから構成される三次元網目のなかに、自由な運動性を有するPIPAAmグラフト鎖を導入した、新規な構築構造を有するPIPAAmハイドロゲルを合成した。このハイドロゲルは通常の三次元網目構造のみからなるハイドロゲルと比較して、温度変化に応答してきわめて速い体積変化を引き起こすを見いだした。
この新たに設計したグラフト型ゲルを用いて薬物放出の制御を検討した。相転移に基づくこの大きい体積変化に伴う内部の水の放出挙動を調べると、通常のゲルでは収縮初期に放出速度が一時的に上昇し、その後放出速度は小さくなりやがて完全に停止してしまうのに対し、グラフトゲルはパルス的にゲル内のほとんどの水を放出した。通常のゲルにおいては、前述のように表面にゲルをスキン層を形成するために、ゲル内部の水の透過を抑制される。これは網目の自由度がもっとも大きいゲル表面の高分子鎖から収縮が起こるために表面で脱水和装層が形成されるためである。一方、グラフトゲルにおいては網目中に導入したPIPAAmグラフト鎖は表面のみならず内部にも存在する。この自由な運動性を有するPIPAAm鎖は、温度変化させたときにゲルの表面のみならず内部でも凝集が起こる。凝集した疎水性PIPAAm鎖は、疎水性相互作用により網目間に高い凝集力を働かせ、結果としてゲルは急激に水を放出させたものと考えられた。
前述のように、相転移温度以上に加温したとき、PIPAAm三次元網目のみからなるハイドロゲル表面には、水の透過も妨げるスキン構造が形成される。このスキン構造に水の透過経路を確保すれば、ゲルの収縮時のも内部からの水の流出が可能となると考え、PEGの導入を試みた。このゲルを用いて温度変化させたときのゲルの収縮挙動を検討した結果、このゲルは先に述べたPIPAAmグラフトゲルに匹敵するような素早い体積変化を生起した。この速度はPEGの導入率に依存することも明らかにした。PEGの導入率が低いと、ゲルの収縮過程で、ゲルは白濁することが観察され、スキン層形成は完全には抑制されず、従ってゲルの収縮も遅いものとなった。PEGの導入率を増加させると、素早い体積変化を示した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Kaneko,K.Sakai,A.Kikuchi,Y.Sakurai,T.Okano: Macromolecular Symposia. 109. 41-53 (1996)
• [文献書誌] 金子祐三、酒井清孝、菊池明彦、青柳隆夫、桜井靖久、岡野光夫: "温度変化に素早く収縮応答するグラフトゲルによる新しいパルス型薬物放出制御" 人工臓器. 26. 238-243 (1997)
• [文献書誌] 金子祐三、酒井清孝、菊池明彦、青柳隆夫、桜井靖久、岡野光夫: "温度応答性の速い高分子ゲルによる新しいパルス型薬物放出制御" 薬理と臨床. 7. 1295-1299 (1997)
• [文献書誌] 金子祐三、中村里樹、酒井清孝、菊池明彦、青柳隆夫、桜井靖久、岡野光夫: "ポリエチレングリコールをグラフトした新規な温度応答性高分子ゲルによる膨潤・収縮変化の加速とパルス型薬物放出制御" 化学工学論文集. 24. 200-204 (1998)
• [文献書誌] Y.Kaneko,S.Nakamura,K.Sakai,A.Kikuchi,Y.Sakurai,T.Okano: "Rapid Deswelling Responsive of Poly(N-isoproprylacrylamide)Hydrogel by the Formation of Water Release Channels Using Poly(ethylene oxide)Graft Chains" Macromolecules. 31. 6099-6105 (1998)
• [文献書誌] 金子祐三、酒井清孝、岡野光夫: "ゲルハンドブック(徐放性(吸水性)〜DDS)" エヌ・ティー・エス, 808 (1998)
• [文献書誌] 岡野光夫、菊池明彦、青柳隆夫: "ゲルテクノロジー(医療用ハイドロゲル)" サイエンスフォーラム, 358 (1998)
• [文献書誌] Y.Kaneko,K.Sakai,T.Okano: "Advances in Polymeric Biomaterials Science(Rate-Control of Drug Release from Temperature Responsive Poly(N-isopropylacrylamide Hydrogel)" シーエムシー, 686 (1998)
• [文献書誌] T.Okano,R.Yoshida: "Biorelated Polymera and Gels(Temperature-Responsive Hydrogels as Intelligent Materials)" Academic Press, 686 (1998)