(57)【要約】      （修正有）【課題】優れた再膨潤性を有するアルギン酸ゲル乾燥物、アルギン酸ハイドロゲル、アルギン酸ゲル乾燥物の製造方法、及びアルギン酸ハイドロゲルの製造方法の提供。【解決手段】平均分子量が１００００以上である核酸を含むアルギン酸ゲル乾燥物。核酸がＤＮＡである該アルギン酸ゲル乾燥物。該アルギン酸ゲル乾燥物が水分を含んだアルギン酸ハイドロゲル。アルギン酸塩及び核酸の塩の混合水溶液を塩化カルシウム水溶液中に滴下することで平均分子量が１００００以上である核酸を含むアルギン酸ハイドロゲルを作製する工程と、アルギン酸ハイドロゲルを乾燥してアルギン酸ゲル乾燥物を作製する工程と、を含むアルギン酸ゲル乾燥物の製造方法。アルギン酸塩及び核酸の塩の混合水溶液を塩化カルシウム水溶液中に滴下することで平均分子量が１００００以上である核酸を含むアルギン酸ハイドロゲルを製造する方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均分子量が１００００以上である核酸を含むアルギン酸ゲル乾燥物。
【請求項２】
前記核酸がＤＮＡである請求項１に記載のアルギン酸ゲル乾燥物。
【請求項３】
食用、化粧品用、ドラッグデリバリーシステムのキャリアー用、又は、汚染水処理用である請求項１又は２に記載のアルギン酸ゲル乾燥物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のアルギン酸ゲル乾燥物が水分を含んだアルギン酸ハイドロゲル。
【請求項５】
アルギン酸塩及び核酸の塩の混合水溶液を塩化カルシウム水溶液中に滴下することで平均分子量が１００００以上である核酸を含むアルギン酸ハイドロゲルを作製する工程と、
前記アルギン酸ハイドロゲルを乾燥してアルギン酸ゲル乾燥物を作製する工程と、
を含むアルギン酸ゲル乾燥物の製造方法。
【請求項６】
前記核酸が鮭の白子から抽出したＤＮＡである請求項５に記載のアルギン酸ゲル乾燥物の製造方法。
【請求項７】
アルギン酸塩及び核酸の塩の混合水溶液を塩化カルシウム水溶液中に滴下することで平均分子量が１００００以上である核酸を含むアルギン酸ハイドロゲルを製造する方法。
【請求項８】
平均分子量が１００００以上である核酸を含むアルギン酸ゲル乾燥物を水中に含侵して再膨潤させることでアルギン酸ハイドロゲルを作製する工程を含むアルギン酸ゲル乾燥物の再膨潤方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルギン酸ゲル乾燥物、アルギン酸ハイドロゲル、アルギン酸ゲル乾燥物の製造方法、アルギン酸ハイドロゲルの製造方法、及び、アルギン酸ゲル乾燥物の再膨潤方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルギン酸やペクチン酸のナトリウム塩は、増粘多糖類として食品に広く使用されている。これらは、Ｃａ2+などの二価カチオンにより容易にゲル化することから、特にアルギン酸−Ｃａ2+ゲルは、人工イクラとして科学実験にも採用されている。これらの多糖類は安心且つ安全な天然高分子である。アルギン酸−Ｃａ2+ゲルは、アルギン酸を水に溶解し、例えば塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）水溶液に滴下するだけでＣａ2+とアルギン酸を構成するα−Ｌ−グルロン酸のカルボキシル基との間でキレート構造を作り、これが架橋点となり簡便に調製できる。
【０００３】
このアルギン酸水溶液にあらかじめ酵素などのタンパク質を溶解した後にＣａＣｌ2水溶液に滴下すると、タンパク質を包理したアルギン酸ゲルを調製することができる。一般にタンパク質は、温度やｐＨなどの物理的条件による構造変化や、他の酵素による分解を受けることにより、本来の機能（触媒活性）を発現できなくなる。したがって、タンパク質医薬においては、こうした外的な要因からの攻撃を阻止する、もしくは遅らせるための手段として、タンパク質を包理したアルギン酸ゲル粒子が調製されている。
【０００４】
一方で、アルギン酸ゲル内の網目の中をタンパク質が拡散機構によりゲル外へ放出されることから、タンパク質薬剤のドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ）キャリアーとなり、食品だけでなく薬理活性のある化合物を包理するゲルマトリックスとしてのメディカルな分野での研究も精力的に行われている。
【０００５】
アルギン酸のドラッグキャリアーとしての利点は、Ｎａ塩であれば水に溶解するが、Ｈ型アルギン酸は水に不溶であるため、経口投与した場合、強い酸性下の胃ではアルギン酸ゲルはその状態を保存し、中性付近のｐＨである腸内でアルギン酸ゲル内に包理された薬理活性分子を放出することができるところにある。腸内細菌の分布を整える観点から、細菌をアルギン酸ゲル内に閉じ込め、経口投与により腸内へ届けるためのゲルマトリックスとしての研究も行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０４−１２６０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
食品としてもＤＤＳキャリアーとしても新鮮且つ活性の高い状態を保持しているという観点からは、必要な時に必要な量だけ調製する用時調製により得られるアルギン酸ゲルを使用することが望まれる。一度に大量にアルギン酸ゲルを調製して保存し、その中から必要な時に必要な量だけ使用することは、経済的にも時間的にも節約することができ、現実的な手段であるといえる。
【０００８】
しかしながらこのような場合、大量に調製したアルギン酸ゲルが使用されるまでの間の保存方法が課題となる。アルギン酸ゲルは多くの水を含んでいる。その状態で保存することは、外来のカビや微生物などが繁殖して腐敗する可能性を残した状態であり望ましくない。したがって、一度調製したハイドロゲルから水を除去するための乾燥操作が行われる。ハイドロゲルを乾燥することにより、上記のコンタミネーションを極力抑えることができる。一度調製したハイドロゲルから水を除去し、再度膨潤させる技術として、例えば、特許文献１には、アルギン酸水溶性塩を錯化剤で錯化した後、得られたアルギン酸ゲルをアルギン酸と架橋性のないカチオン溶液で処理し、ついで、８０℃以下の温度で乾燥する再膨潤能を有するアルギン酸ゲル乾燥物の製造方法が開示されている。
【０００９】
しかしながら、上記の乾燥操作は、例えばアルギン酸ゲル内に包理されたタンパク質の変性をもたらし酵素活性を低下させたり、ゲル内に訪理した細菌を死活させることにつながる。すなわち、ＤＤＳキャリアーなどとしての本来の目的を全うすることができなくなる。乾燥操作をしたとしても、ゲル内に包理されたタンパク質や細菌の活性を損なわないための手段として、グリセロールやトレハロースといった水との親和性の高い糖類化合物をゲル内に共存させる研究が行われている。これらの糖類化合物を薬物や細菌と一緒にアルギン酸ゲル内に共存させることにより、ハイドロゲル乾燥時の酵素などの失活や細菌の死活を抑制する効果が見出されている。
【００１０】
ところが、これらの化合物が低分子であることから、ゲルマトリックスから浸み出したり、逆に酵素や細菌への活性に影響を与えたりすることが考えられる。特に長期間の保存においては、それらの影響が大きいと考えられる。さらに、一連の乾燥操作はアルギン酸ハイドロゲルの膨潤に対して良い影響を与えない。すなわち、一度乾燥させたアルギン酸ハイドロゲルを水に浸漬しても乾燥前と同程度に再膨潤することは難しい。それは、アルギン酸の構成繰返し単位モノマーであるβ−Ｄ−マンヌロン酸とα−Ｌ−グルロン酸が、それぞれに３個のＯＨ基を有し、乾燥操作によってアルギン酸分子内や分子間で水素結合性の相互作用を介した安定な構造を形成するからである。マンヌロン酸とグルロン酸により一旦形成された水素結合性の会合体が水と再び相互作用して膨潤するためには、分子内や分子間の水素結合性相互作用を開裂するだけのエネルギーが必要である。このようにゲルマトリックスの再膨潤性が劣ると、長期保存のための乾燥操作によってゲルマトリックスの膨潤性に悪影響を与える。
【００１１】
このような問題に鑑み、本発明は優れた再膨潤性を有するアルギン酸ゲル乾燥物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は一側面において、平均分子量が１００００以上である核酸を含むアルギン酸ゲル乾燥物である。
【００１３】
本発明のアルギン酸ゲル乾燥物は一実施形態において、前記核酸がＤＮＡである。
【００１４】
本発明のアルギン酸ゲル乾燥物は別の一実施形態において、食用、化粧品用、ドラッグデリバリーシステムのキャリアー用、又は、汚染水処理用である。
【００１５】
本発明は別の一側面において、本発明のアルギン酸ゲル乾燥物が水分を含んだアルギン酸ハイドロゲルである。
【００１６】
本発明は更に別の一側面において、アルギン酸塩及び核酸の塩の混合水溶液を塩化カルシウム水溶液中に滴下することで平均分子量が１００００以上である核酸を含むアルギン酸ハイドロゲルを作製する工程と、前記アルギン酸ハイドロゲルを乾燥してアルギン酸ゲル乾燥物を作製する工程とを含むアルギン酸ゲル乾燥物の製造方法である。
【００１７】
本発明のアルギン酸ゲル乾燥物の製造方法は一実施形態において、前記核酸が鮭の白子から抽出したＤＮＡである。
【００１８】
本発明は更に別の一側面において、アルギン酸塩及び核酸の塩の混合水溶液を塩化カルシウム水溶液中に滴下することで平均分子量が１００００以上である核酸を含むアルギン酸ハイドロゲルを製造する方法である。
【００１９】
本発明は更に別の一側面において、平均分子量が１００００以上である核酸を含むアルギン酸ゲル乾燥物を水中に含侵して再膨潤させることでアルギン酸ハイドロゲルを作製する工程を含むアルギン酸ゲル乾燥物の再膨潤方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るアルギン酸ゲル乾燥物によれば、以下の効果が得られる。
・本発明に係るアルギン酸ゲル乾燥物を乾燥させても、再度水に膨潤することから、乾燥状態での保存が可能となる。
・一般に、膨潤したゲルの主成分は水である。水を含んだゲル状態での運搬は、水の重量を無視することができず、経済的にもエネルギー的にも現実的ではない。これに対し、本発明に係るアルギン酸ゲル乾燥物は乾燥した状態で運搬できるため、必要な場所で必要な時に必要な量だけ再膨潤させて使用することができる。
・また、核酸としてＤＮＡを用いた場合、ＤＮＡは、４種類の核酸塩基が内側に入り、アニオン性を帯びたリン酸ジエステル結合を持った主鎖が外部に向いた２重螺旋構造をとっている。このＤＮＡの構造上の特徴は、
ａ）拡散塩基対の領域がフラットな疎水性の化合物を取り込ませる。
ｂ）２重螺旋構造には２本鎖の高分子によりMajor grooveとMinor grooveの溝が存在し、その溝が疎水性化合物などに対して吸着サイトとして作用する。
ｃ）主鎖のリン酸ジエステル結合のアニオン基が種々のカチオン性分子などを吸着する。
などの機能の発現をもたらす。つまり、ＤＮＡはアルギン酸ゲルを再膨潤させる単なる高分子として作用するだけでなく、種々の吸着サイトとしても機能する。例えば、ヒ素や放射性のセシウムなどの吸着機能も有するため、汚染水から汚染物質を吸着させることが可能となり、食品やドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ）のキャリアーだけでなく、環境汚染にかかわる除去材として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例のアルギン酸ゲル乾燥物及びアルギン酸ハイドロゲルの製造方法を示す模式図である。
【図２】実施例及び比較例のアルギン酸ハイドロゲルの拡大写真である。
【図３】実施例及び比較例の再膨潤後に得られたアルギン酸ハイドロゲル、及び、乾燥後に得られたアルギン酸ゲル乾燥物の拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（アルギン酸ゲル乾燥物及びアルギン酸ハイドロゲル）
本発明のアルギン酸ゲル乾燥物は、平均分子量が１００００以上である核酸を含む。従来のアルギン酸ゲル乾燥物は、一度乾燥させてから水に浸漬して再膨潤させようとしても、水の吸収能が乏しく所望の膨潤が得られないが、本発明のアルギン酸ゲル乾燥物は、平均分子量１００００以上である核酸を含むため、水を含んで膨潤した場合、核酸がアルギン酸ゲルから拡散して溶出するには長時間を要するため、使用期間内では核酸はゲル内に留まることができる。このため、水に浸漬して再膨潤させたときの吸水量が非常に良好となる。
【００２３】
本発明のアルギン酸ゲル乾燥物は、核酸としてＤＮＡ、ＲＮＡ、または、ＤＮＡとＲＮＡの混合物を用いることができる。
【００２４】
本発明のアルギン酸ハイドロゲルは、上記アルギン酸ゲル乾燥物が水分を含んだハイドロゲルである。本発明のアルギン酸ハイドロゲルの平均粒径は特に限定されず、どのようなサイズであってもよい。
【００２５】
本発明のアルギン酸ゲル乾燥物は、乾燥させても再度水に膨潤することから、乾燥状態での保存が可能となる。また、一般に、膨潤したゲルの主成分は水である。水を含んだゲル状態での運搬は、水の重量を無視することができず、経済的にもエネルギー的にも現実的ではない。これに対し、本発明のアルギン酸ゲル乾燥物は乾燥した状態で運搬できるため、必要な時に必要な量だけ再膨潤させて使用することができる。
【００２６】
ＤＮＡは、４種類の核酸塩基が内側に入り、アニオン性を帯びたリン酸ジエステル結合を持った主鎖が外部に向いた２重螺旋構造をとっている。このＤＮＡの構造上の特徴は、
ａ）拡散塩基対の領域がフラットな疎水性の化合物を取り込ませる。
ｂ）２重螺旋構造には２本鎖の高分子によりMajor grooveとMinor grooveの溝が存在し、その溝が疎水性化合物などに対して吸着サイトとして作用する。
ｃ）主鎖のリン酸ジエステル結合のアニオン基が種々のカチオン性分子などを吸着する。
などの機能の発現をもたらす。
【００２７】
つまり、ＤＮＡはアルギン酸ゲルを再膨潤させる単なる高分子として作用するだけでなく、種々の吸着サイトとしても機能する。従って、本発明のアルギン酸ゲル乾燥物は、例えば、ヒ素や放射性のセシウムなどの吸着機能を有するため、汚染水から汚染物質を吸着させることが可能となり、例えば汚染水処理材料として用いることができる。汚染水は、微量のヒ素やセシウムなどが大量の水に含まれている場合が多く、汚染物質のわずかな量に対して水の量が大きく、汚染水を貯蔵するタンク等の容量オーバーの問題が常に生じている。このような場合、本発明のアルギン酸ゲル乾燥物を汚染水に浸漬すると、大部分が水で、それに加えて微量の汚染物質を含んだアルギン酸ハイドロゲルとなる。そしてこのアルギン酸ハイドロゲルを回収した後、焼却することで微量の汚染物質を回収する一方、水は安全な水として除去することができる。このような処理によって、汚染水を貯蔵するタンク等の容量オーバーの問題を解消することができる。
【００２８】
また、ＤＮＡはアルギン酸同様、安心安全な天然高分子であることから、本発明のアルギン酸ゲル乾燥物は、食用、化粧品用、ドラッグデリバリーシステムのキャリアー用材料として用いることができる。本発明のアルギン酸ゲル乾燥物はＤＮＡを含んでいるため、ゲル粘度が良好となり、食品のとろ味付け用材料として用いることができる。また、高齢者や幼児等は薬の錠剤やカプセルが飲み込み難い場合があるが、本発明のアルギン酸ゲル乾燥物を用いて、それらを飲み込み易くするための服薬ゼリーを作製することができる。
【００２９】
また、本発明のアルギン酸ゲル乾燥物は、製造段階で、原料となるアルギン酸水溶液にあらかじめ酵素などのタンパク質を溶解した後にＣａＣｌ2水溶液に滴下して、タンパク質を包理したアルギン酸ゲルとすることができる。当該アルギン酸ゲル内の網目の中をタンパク質が拡散機構によりゲル外へ放出されることから、タンパク質薬剤のドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ）キャリアーとなり、薬理活性のある化合物を包理するゲルマトリックスとして用いることができる。
【００３０】
また、本発明のアルギン酸ゲル乾燥物は、ＤＮＡが種々の物質を吸着するため、色素吸着材、特に選択的に所定の色素を吸着する色素吸着材として用いることができる。また、蛍光発光性の物質を吸着することで、蛍光マーカーとして用いることができる。
【００３１】
アルギン酸ゲル乾燥物中のＤＮＡの割合は、より優れた再膨潤性を得るために、１０〜７０質量％が好ましく、１０〜６０質量％がより好ましい。
【００３２】
（アルギン酸ゲル乾燥物及びアルギン酸ハイドロゲルの製造方法）
次に、本発明のアルギン酸ゲル乾燥物及びアルギン酸ハイドロゲルの製造方法について説明する。まず、アルギン酸塩の水溶液と、核酸の塩の水溶液とを準備し、これらを混合して撹拌することでアルギン酸塩及び核酸の塩の混合水溶液を作製する。アルギン酸塩はアルギン酸のナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩等を用いることができる。核酸の塩は核酸のナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩等を用いることができる。また、核酸は鮭の白子から抽出したＤＮＡを用いてもよい。アルギン酸塩及び核酸の塩の混合水溶液におけるアルギン酸の濃度は０．１質量％以上であり、核酸の濃度は０．０１質量％以上である。
【００３３】
続いて、アルギン酸塩及び核酸の塩の混合水溶液を０．１〜１０質量％の塩化カルシウム水溶液中に滴下することで平均分子量が１００００以上である核酸を含むアルギン酸ハイドロゲルを作製する。
【００３４】
次に、核酸を含むアルギン酸ハイドロゲルを取り出してイオン交換水で洗浄した後、自然乾燥または凍結乾燥することで、アルギン酸ゲル乾燥物が得られる。
【００３５】
（アルギン酸ゲル乾燥物の再膨潤方法）
また、本発明の平均分子量が１００００以上である核酸を含むアルギン酸ゲル乾燥物を水中に含侵して再膨潤させることで、再度アルギン酸ハイドロゲルが得られる。従来のアルギン酸ゲル乾燥物は、一度乾燥させてから水に浸漬して再膨潤させようとしても、水の吸収能が乏しく所望の膨潤が得られないが、本発明のアルギン酸ゲル乾燥物は、平均分子量が１００００以上である核酸を含むため、水に浸漬して再膨潤させたときの吸水量が非常に良好となる。
【００３６】
なお、本発明ではアルギン酸を用いてゲル乾燥物やハイドロゲルを作製したが、アルギン酸の代わりにセルロース（セルロースナノファイバー(ＣＮＦ)、微結晶セルロースなども含む）、カルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体、キチン・キトサン、カラギーナン、ペクチン、デキストラン等の多糖類を用いてもよい。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明及びその利点をより良く理解するための実施例を提供するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
【００３８】
（アルギン酸ゲル乾燥物及びアルギン酸ハイドロゲルの作製）
図１に実施例のアルギン酸ゲル乾燥物及びアルギン酸ハイドロゲルの製造方法を示す模式図を示す。まず、ＤＮＡのナトリウム塩の水溶液と、０．５質量％のアルギン酸ナトリウ水溶液とを準備した。ＤＮＡのナトリウム塩としては、大和化成株式会社製のHigh Polymer DNA-Na（ＤＮＡの平均分子量：１００００以上）を使用した。
次に、ＤＮＡのナトリウム塩の水溶液とアルギン酸ナトリウム水溶液とを同体積混合して２４時間撹拌し、混合水溶液を調製した。このとき、当該混合水溶液は以下の３種類（実施例１〜３）を準備した。
・実施例１：ＤＮＡ濃度が０．０５質量％の混合水溶液
・実施例２：ＤＮＡ濃度が０．２５質量％の混合水溶液
・実施例３：ＤＮＡ濃度が０．５質量％の混合水溶液
次に、各混合水溶液を２２Ｇ注射針から１滴ずつ５質量％の塩化カルシウム水溶液に滴下してゲルにした。
次に塩化カルシウム水溶液中から生成したゲルを取り出してイオン交換水で１日洗浄し、アルギン酸ハイドロゲルを作製した。また、アルギン酸ハイドロゲルを２４時間自然乾燥することで、アルギン酸ゲル乾燥物を作製した。
また、別途、ＤＮＡのナトリウム塩の水溶液とアルギン酸ナトリウム水溶液との混合水溶液の代わりに、１質量％のアルギン酸ナトリウム水溶液を用いた以外は実施例と同様にしてアルギン酸ハイドロゲル及びアルギン酸ゲル乾燥物を作製し、これを比較例１とした。
【００３９】
実施例１〜３及び比較例１で得られたアルギン酸ハイドロゲルを１０個取り出して粒径を測定し、その平均値を算出して平均粒径とした。図２に実施例及び比較例のアルギン酸ハイドロゲルの拡大写真を示す。なお、図２及び後述の図３において、「ＡＤ−０」が比較例１、「ＡＤ−０．０５」が実施例１、「ＡＤ−０．２５」が実施例２、「ＡＤ−０．５」が実施例３を示す。
【００４０】
また、実施例１〜３及び比較例１で得られたアルギン酸ハイドロゲルとアルギン酸ゲル乾燥物との質量を測定し、アルギン酸ゲル乾燥物の質量を１００質量％としたときのアルギン酸ハイドロゲル中の水分の質量の割合（質量％）を算出した。また、アルギン酸ゲル乾燥物中のＤＮＡの割合（質量％）を、ＦＴ−ＩＲ分光法を用いて算出した。
上記試験条件及び試験結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
（再膨潤処理）
実施例１〜３及び比較例１で得られたアルギン酸ゲル乾燥物を３０℃の水中に３０時間浸漬することで、再膨潤させた。この時の変化を評価するため、上述したように初めに作製したアルギン酸ハイドロゲルの拡大写真と、その後乾燥して再膨潤させて平衡状態となった後のアルギン酸ハイドロゲルの拡大写真とを対比した。図３に示すように、比較例１ではハイドロゲルの体積比（再膨潤後のアルギン酸ハイドロゲルの体積[Veq]／初めに作製したアルギン酸ハイドロゲルの体積[Vap]）が０．１１と小さく、再膨潤率が低かった。一方、実施例１は当該体積比が比較例１の２倍以上となり、実施例２及び３はそれぞれ比較例１の１３倍以上、１５倍以上であった。
【００４３】
（蛍光染色によるＤＮＡの存在確認）
実施例、比較例で示した製法に基づき、アルギン酸カルシウムゲル（ＤＮＡ含まず）、０．１質量％、０．５質量％及び１質量％ＤＮＡアルギン酸ゲル、アルギン酸キトサンゲル（ＤＮＡ含まず）を作製した。
次に、それぞれ蛍光物質であるSYBRTM Safe DNA Gel Stain in 1XTAEに３０分間浸した後、Safe Imager 2.0 Blue-Light Transilluminatorを用いてＤＮＡの存在を蛍光挙動から確認した。励起波長は４８５ｎｍ、蛍光波長は５３０ｎｍとした。
この結果、ＤＮＡを用いて作製したゲルにおいてのみ蛍光染色を確認することができた。このことから、ゲル内にＤＮＡが取り込まれていることが分かった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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