材料科学

生体材料（バイオマテリアル）

ドラッグデリバリーのための高分子材料

薬剤が体内の正しい場所に適切な量だけ適切な時間のみ作用するよう、確実にデリバリーすることは、医薬品開発における重要な課題です。薬物の低溶解度、分解や毒性のため、または体内からの排出が速いために、有効な医薬品候補物質であっても本来の効果を発揮できなくなることがあります。合成および天然のポリマーはともに、低分子、タンパク質、遺伝子、またはペプチドを効率良くデリバリーするための有効なソリューションです。

生分解性高分子

高分子マイクロ粒子およびナノ粒子は、低分子、DNA、タンパク質の薬物送達を効率良く制御し標的化するためのキャリアとして利用され、薬物のバイオアベイラビリティ（生物学的利用能）や生理活性を向上させます。官能基修飾されたポリマーに標的を特異的に認識する分子を結合させることで、標的志向のドラッグデリバリーが実現します。例えば、末端を修飾したポリマーを用いて作製したナノ粒子またはミセル（PLGAナノ粒子）は、標的特異的なペプチド、リガンド、または抗体とバイオコンジュゲーション技術で結合させることができます。アルドリッチでは、多様なコンジュゲーション法が適用できる様々な末端基を有する生分解性ポリマーを幅広く提供しています。

局所デリバリーのための高分子ハイドロゲル

薬物または生物活性分子を標的特異的または局所的に送達するために、高分子ハイドロゲルが利用できます。高分子ハイドロゲルは、様々なポリマーおよび架橋法を用いて、薬物の放出を制御および持続できる材料となるよう設計できます。例えば、多官能性PEGを化学的に架橋したPEG系ハイドロゲルは、低分子医薬品や成長因子の送達に用いられています。また、天然ポリマー（キトサン）、生分解性ポリマー（PLGA）、PNIPAMなどの刺激応答性ポリマーから作製されたハイドロゲルも、薬物、タンパク質、または遺伝子の局所デリバリーの制御に利用されています。シグマアルドリッチは、ハイドロゲル形成のための多様な架橋法が適用できる、マルチアーム型および2官能性PEGを多数提供しています。

応答性ポリマー

刺激応答性ポリマーは、環境変化に応じた標的デリバリーおよび放出制御を可能にする材料として広く用いられています。刺激応答性ポリマーのマイクロ構造は、熱、pH、イオン強度などの外部刺激によって親水性から疎水性の状態に急速に変化します。応答性ポリマーで構成された薬物送達システム（ミセル、マイクロゲル、ハイドロゲル）は、水性環境でポリマーネットワークが収縮・拡張する際に薬物を放出します。もっとも広く研究されている温度およびpH応答システムは、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)（PNIPAM）を用いたシステムです。アルドリッチでは、末端を修飾したPNIPAMなどの温度応答性またはpH応答性親水性ポリマーを提供しています。これらは、送達時のペイロードを活性化することが知られています。

PEG修飾（PEGylation）

多くの新薬物質において、溶解度や生体適合性の不足は重大な問題となります。薬物を官能基化PEGで修飾すると、溶解度が向上し、タンパク質の凝集が抑制されて、免疫原性を低下させることができます。タンパク質およびペプチドの分子量を増加して、タンパク質分解酵素から遮蔽するため、PEG化により薬物動態が改善されます。適切な分子量のPEGリンカーを選択すると、生体内の薬剤候補の溶解度と体内分布を大幅に向上できます。

シグマアルドリッチは、多様なコンジュゲーション法が適用できる官能化PEGプラットフォームを提供しています。構造および官能基化度はMALDI-TOF/MSで確認されており、結果の再現性を確保します。

ポリオキサゾリン・ポリジオキサノン

PEGよりも低粘性で非毒性のポリオキサゾリンは、PEG化薬剤の溶解度や生体適合性をさらに改善するポリマーとして研究されています。最近、パーキンソン病の治療薬ロチゴニンとポリオキサゾリンとの薬剤複合体が、ラットモデルにおいて顕著に持続的な効果を示すことが報告され、パーキンソン病治療が大きく進展する可能性が期待されています。シグマアルドリッチは、コンジュゲーションおよび水溶性の調節に使用できる、親水性ポリ(2-オキサゾリン)を販売しています。

生分解性ブロック共重合体ミセル

親水性ブロック（PEG）と疎水性ブロック（PLA、PGA、PLGA、PCL）からなる両親媒性ジブロック共重合体は、ミセルを形成して疎水性の薬物をカプセル化することで、薬剤の溶解度を向上して送達を促進します。ポリマーブロックが相分離してミセルを形成することで、疎水性分子が疎水性コアに溶解できる環境が生まれます。

デンドリマー・デンドロン

低分子のドラッグデリバリーにおいて、その生体適合性や溶解性の低さを解決するためにデンドリマーが用いられています。疎水性と親水性の複数の薬物を同時に送達することも可能です。

デンドリマーは高度に分岐したコア・シェル型のナノ構造で、精密な構造と多分散性が低いことが特徴です。コアとなるユニットに一世代ずつ拡張して合成されるデンドリマーは、サイズ、分岐点、表面の機能性を高度に制御できます。薬剤をデンドリマー内部に物理的に封入するか、化学反応で共有結合的にデンドリマーとコンジュゲートすることにより、受動的ターゲティングのキャリアとして利用されます。標的指向化デンドリマーキャリアは、標的を特異的に認識する分子をデンドリマーの周縁にコンジュゲートすることで作製できます。シグマアルドリッチでは、コンジュゲーション用の多様な活性表面基を有する超分岐型PAMAMおよびPEG-コア・デンドリマーを提供しています。

ドラッグデリバリーにおける高分子科学の手法

ナノ粒子表面修飾ガイドブック―診断・イメージング技術におけるナノ材料の応用―

ポリエチレングリコール（PEG）選択ガイド

ドラッグデリバリーにおいて、溶解性の向上・放出制御・標的志向化に重要な役割を担う高分子科学のアプリケーションと実験手順を紹介します。

セラノスティクス研究に有用な、無機ナノ材料のバイオコンジュゲーションを可能とする表面修飾法のガイドブックです。ナノ粒子のコンジュゲーションに関する最新情報、プロトコールが掲載されています。

ポリエチレングリコール（PEG）は、生物学的、化学的応用や医薬品開発に有用な化学的性質を有するエチレンオキシドと水との縮合ポリマーです。研究用途にPEGを使用する際に考慮すべき4つのポイントをご紹介します。

ナノ材料

金、銀、酸化鉄、シリカ、炭素のナノ粒子は、バイオイメージング、バイオセンシング、標的志向ドラッグデリバリーの用途で利用されています。ナノ粒子の表面を適切に修飾することで、ペプチド、抗体、核酸などの広範囲の生体分子や治療薬とコンジュゲートできます。高度に特異的な親和力を持つ試薬とコンジュゲートすると、ナノ材料を目的の部位に送達して選択的に蓄積させることが可能になり、治療有効性の向上や細胞毒性の低減につながります。アルドリッチでは、生物医学用途に向けた多様なナノ材料を取り扱っています。