(57)【要約】      （修正有）【課題】ステロイドを水溶化するための分子カプセル化技術の提供。【解決手段】下記式で表される構造を有する、４つの有機配位子のピリジル基と、４つの有機配位子のピリジル基と配位結合する第１の遷移金属イオン及び第２の遷移金属イオンと、を備え、４つの有機配位子で囲まれてなり、ステロイドが内包される内部空間を有する分子カプセル。2015205850.tif 000016［複数のＲ１及びＲ２は各々独立にＨ又は親水基；Ｍは遷移金属イオン］【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステロイドを水溶化するための分子カプセルであって、
前記分子カプセルは、式（１）で表される構造を有する、４つの有機配位子と、
前記４つの有機配位子のそれぞれにおける一方のピリジル基と配位結合する第１の遷移金属イオンと、
前記４つの有機配位子のそれぞれにおける他方のピリジル基と配位結合する第２の遷移金属イオンと、を備え、
前記４つの有機配位子で囲まれてなり前記ステロイドが内包される内部空間を有することを特徴とする分子カプセル。
【化１】
2015205850.tif 000015
［式（１）中、複数のＲ１は同一でも異なってもよく、それぞれ水素原子又は親水基である。複数のＲ２は同一でも異なってもよく、それぞれ水素原子又は親水基であり、少なくとも一つは親水基である。Ｘは、ＣＦ、ＣＣｌ、ＣＢｒ、ＣＩ、ＣＯＨ、ＣＳＨ、ＣＨ又はＮである。］
【請求項２】
請求項１に記載の分子カプセルと、
前記分子カプセルの内部空間に内包されたステロイドと、
を備えることを特徴とする水溶化ステロイド。
【請求項３】
請求項１に記載の分子カプセルを用意する工程と、
前記分子カプセルとステロイドとを水系溶媒中で混合し、前記分子カプセルの内部空間に前記ステロイドを内包させる工程と、
を含むことを特徴とする分子カプセルによるステロイドの水溶化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステロイドを水溶化するための分子カプセル、当該分子カプセルにステロイドが内包されてなる水溶化ステロイド、及び当該分子カプセルにステロイドを内包させることによるステロイドの水溶化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステロイドは、生命活動に必要なシグナル伝達に寄与する物質である。例えば、遺伝子の発現調節を行う核タンパク質は、剛直な脂環式化合物であるステロイドを厳密に認識し、シグナル伝達を行っている。
【０００３】
ステロイドの人工投与を実現する上で、ステロイドが水に可溶であることが望まれる場合がある。しかしながら、ステロイドは一般に疎水性、すなわち水に難溶であるか不溶であるため、水に可溶性を有するステロイドを得るためには、親水基を導入して水溶化したステロイドを別途合成する必要があった。
【０００４】
これに対し、例えば特許文献１には、シクロデキストリンを用いたステロイドの水溶化方法が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Inclusion complexations of steroid hormones with cyclodextrins in water and in solid phase, K. Uekama, T. Fujinaga, M. Otagiri, M. Yamasaki, Int. J. Pharm. 1982, 10, 1-15.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したシクロデキストリンを用いたステロイドの水溶化方法では、シクロデキストリンの空孔へのステロイドの内包に長時間を要していた。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステロイドをより簡単に水溶化するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様は、分子カプセルである。当該分子カプセルは、ステロイドを水溶化するための分子カプセルであって、分子カプセルは、式（１）で表される構造を有する、４つの有機配位子と、４つの有機配位子のそれぞれにおける一方のピリジル基と配位結合する第１の遷移金属イオンと、４つの有機配位子のそれぞれにおける他方のピリジル基と配位結合する第２の遷移金属イオンと、を備え、４つの有機配位子で囲まれてなりステロイドが内包される内部空間を有する。
【化１】
2015205850.tif 000002
［式（１）中、複数のＲ１は同一でも異なってもよく、それぞれ水素原子又は親水基である。複数のＲ２は同一でも異なってもよく、それぞれ水素原子又は親水基であり、少なくとも一つは親水基である。Ｘは、ＣＦ、ＣＣｌ、ＣＢｒ、ＣＩ、ＣＯＨ、ＣＳＨ、ＣＨ又はＮである。］
【０００９】
本発明の他の態様は、水溶化ステロイドである。当該水溶化ステロイドは、上述した態様の分子カプセルと、分子カプセルの内部空間に内包されたステロイドと、を備える。
【００１０】
本発明のさらに他の態様は、分子カプセルによるステロイドの水溶化方法である。当該水溶化方法は、上述した態様の分子カプセルを用意する工程と、分子カプセルとステロイドとを水系溶媒中で混合し、分子カプセルの内部空間にステロイドを内包させる工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ステロイドをより簡単に水溶化するための技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（Ａ）は分子カプセルについての１Ｈ−ＮＭＲのスペクトルであり、図１（Ｂ）は室温での水溶化テストステロンについての１Ｈ−ＮＭＲのスペクトルであり、図１（Ｃ）は６０℃での水溶化テストステロンについての１Ｈ−ＮＭＲのスペクトルである。
【図２】図２（Ａ）は分子カプセルについての質量分析のスペクトルであり、図２（Ｂ）は水溶化テストステロンについての質量分析のスペクトルである。
【図３】水溶化テストステロンについての分子力場計算の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を好適な実施形態をもとに説明する。実施形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１４】
本実施の形態に係る分子カプセルは、ステロイドを水溶化するための分子カプセルである。この分子カプセルは、４つの有機配位子と、第１の遷移金属イオンと、第２の遷移金属イオンとを備え、４つの有機配位子で囲まれた内部空間を有する三次元遷移金属錯体である。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００１５】
＜有機配位子＞
有機配位子は、下記式（１）で表される構造を有する。
【００１６】
【化２】
2015205850.tif 000003
［式（１）中、複数のＲ１は同一でも異なってもよく、それぞれ水素原子又は親水基である。複数のＲ２は同一でも異なってもよく、それぞれ水素原子又は親水基であり、少なくとも一つは親水基である。Ｘは、ＣＦ、ＣＣｌ、ＣＢｒ、ＣＩ、ＣＯＨ、ＣＳＨ、ＣＨ又はＮである。］
【００１７】
上記式（１）の有機配位子は、２つのアントラセン環の間に１つの単環芳香族炭化水素基が配置された骨格構造を有する。２つのアントラセン環は、互いにメタ位の関係となるように単環芳香族炭化水素基に結合している。当該骨格構造は、内部空間を主に形作る部分である。骨格構造中にアントラセン環を含ませることで、有機配位子の立体構造の変化を制限することができる。このため、有機配位子で囲まれた内部空間を確保することができる。また、アントラセン環は、配位結合形成基と直接結合している。このため、分子カプセルにおける有機配位子の立体構造の変化をより制限することができる。
【００１８】
骨格構造の両側の端部には、配位結合形成基としてのピリジル基が結合している。配位結合形成基は、有機配位子全体で見た場合に有機配位子の末端領域、すなわち、アントラセン環の存在部位の外側に存在する。これにより、配位原子である窒素原子と遷移金属イオンが配位結合する際に、有機配位子の一部が障害となることを回避することができ、配位原子と遷移金属イオンとをより確実に配位結合させることができる。よって、三次元構造を有する分子カプセルを容易に製造することができ、また、構造的に安定な分子カプセルを形成することができる。
【００１９】
配位原子である窒素原子は、骨格構造に対してメタ位の関係にある。配位原子を骨格構造に対してメタ位とすることで、配位原子と遷移金属イオンが配位結合する際に骨格構造が障害となることを回避することができる。このため、配位原子と遷移金属イオンとをより確実に配位結合させることができる。その結果、三次元構造を有する分子カプセルを容易に製造することができ、また、構造的に安定な分子カプセルを形成することができる。
【００２０】
配位結合形成基は、親水基を有することが好ましい。すなわち、上記式（１）において、Ｒ１が下記式（２）〜（５）のいずれかで表される構造を有することが好ましい。
−Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＣＨ３      （２）
−ＯＣＨ２Ｃ６Ｈ２（Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＣＨ３）３      （３）
−ＯＣＨ（ＣＨ２ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ３）２      （４）
−ＯＣ（ＣＨ２ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ３）３      （５）
［式（２）及び式（３）中、ｎは１〜３の整数を表す。式（３）において、３つの（Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＣＨ３）は、Ｏに対してメタ位及びパラ位に位置する。］
【００２１】
配位結合形成基が親水基を有する場合、すなわちピリジル基の環構造を形成する炭素原子に結合する水素原子が親水基で置換された構造の場合、親水基は、分子カプセルの外側に位置する。配位結合形成基に親水基を付与することで、溶媒に対する分子カプセルの溶解性を高めることができ、また分子カプセルの内部空間にステロイドを内包（収容）し易くすることができる。親水基としては、上記式（２）〜（５）に示される構造を含む従来公知の親水基を採用することができるが、上記式（２）〜（５）に示される構造がより好ましい。
【００２２】
親水基は、配位結合形成基の環構造において配位原子に対してメタ位又はパラ位の位置にあることが好ましい。上記式（１）では、親水基がピリジル基の窒素原子に対してメタ位あるいはパラ位にある状態を示している。このように、親水基を配位原子に対してメタ位あるいはパラ位とすることで、配位原子と遷移金属イオンが配位結合する際に親水基が障害となることを回避することができる。なお、親水基は、１つの配位結合形成基に複数結合されてもよい。
【００２３】
上記式（１）において、２つのアントラセン環に挟まれた単環芳香族炭化水素基は、少なくとも一つの親水基を有する。すなわち、単環芳香族炭化水素基は、上記式（１）におけるＲ２の少なくとも１つが、上記式（２）〜（５）のいずれかで表される構造を有する。この親水基は、分子カプセルの外側に位置する。単環芳香族炭化水素基が親水基を有することで、溶媒に対する分子カプセルの溶解性を高めることができ、また分子カプセルの内部空間にステロイドを内包し易くすることができる。親水基としては、上記式（２）〜（５）に示される構造を含む従来公知の親水基を採用することができるが、上記式（２）〜（５）に示される構造がより好ましい。配位結合形成基に結合する親水基と単環芳香族炭化水素基に結合する親水基とを含む、骨格構造の親水基により、分子カプセルの外側面に親水性を付与することができる。分子カプセルの外側面の親水性は、骨格構造が有する親水基の数等によって調整することができる。
【００２４】
単環芳香族炭化水素基は、ベンゼン環（すなわち上記式（１）におけるＸがＣＨ）、ベンゼン環の水素原子がハロゲン原子、ヒドロキシ基、又はチオール基で置換された環（すなわち上記式（１）におけるＸがＣＦ、ＣＣｌ、ＣＢｒ、ＣＩ、ＣＯＨ、ＣＳＨ）、あるいはピリジン環（すなわち上記式（１）におけるＸがＮ）である。単環芳香族炭化水素基における置換基の有無やヘテロ原子の有無によって、分子カプセルの内部空間の疎水性の程度や寸法を調整することができる。これにより、内部空間に内包されるステロイドの種類や、内包効率を調整することができる。
【００２５】
＜第１及び第２の遷移金属イオン＞
第１の遷移金属イオンは、４つの有機配位子のそれぞれにおける一方のピリジル基と配位結合する。また、第２の遷移金属イオンは、４つの有機配位子のそれぞれにおける他方のピリジル基と配位結合する。遷移金属イオンとしては、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、水銀（Ｈｇ）等が例示される。遷移金属イオンとしては、Ｐｄ及びＰｔがより好ましく、Ｐｔがさらに好ましい。第１の遷移金属イオンと第２の遷移金属イオンとは、同一でも異なってもよい。
【００２６】
＜分子カプセルの製造方法＞
本実施の形態に係る分子カプセルは、例えば、以下のようにして製造することができる。すなわち、（ａ）有機配位子と、（ｂ）遷移金属イオンを含む金属塩（遷移金属イオン源）と、をジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）などの公知の溶媒中に投与して混合する。このとき、４当量の有機配位子と２当量の遷移金属イオンとが混合される。また、遷移金属イオンのカウンターイオンとして、フッ化物イオン（Ｆ−）、塩化物イオン（Ｃｌ−）、臭化物イオン（Ｂｒ−）、ヨウ化物イオン（Ｉ−）、酢酸イオン（ＣＨ３ＣＯ２−）、硝酸イオン（ＮＯ３−）、過塩素酸イオン（ＣｌＯ４−）、硫酸イオン（ＳＯ４２−）、テトラフルオロホウ酸イオン（ＢＦ４−）、ヘキサフルオロリン酸イオン（ＰＦ６−）、トルエンスルホン酸イオン（ＣＨ３Ｃ６Ｈ４ＳＯ３−）、トリフルオロ酢酸イオン（ＣＦ３ＣＯ２−）、トリフルオロメタンスルホン酸イオン（ＣＦ３ＳＯ３−）等のイオンを適宜選択して用いる。必要に応じて混合液を加熱して、有機配位子及び遷移金属イオンを溶媒中に溶解させる。反応温度は、例えば２５℃以上１００℃以下である。分子カプセルの製造に用いることができる溶媒としては、ＤＭＳＯやアセトニトリル等を挙げることができる。
【００２７】
これにより、下記式（６）で表す反応が進行し、４つの有機配位子で囲まれた内部空間が形成されるように、各遷移金属イオンＭが４つの有機配位子と配位結合を形成して、三次元構造を有する分子カプセルが形成される。下記式（６）では、内部空間を破線円で表し、有機配位子、分子カプセル及び遷移金属イオンＭの価数、カウンターイオンの表示を省略している。
【００２８】
【化３】
2015205850.tif 000004
［式（６）中、Ｒ１、Ｒ２及びＸは上記式（１）のものと同一であり、Ｍは遷移金属イオンである。］
【００２９】
具体的には、４つの有機配位子のそれぞれにおける一方の配位結合形成基が、第１の遷移金属イオン（例えば、上記式（６）の右辺における上方のＭ）と配位結合を形成する。また、４つの有機配位子のそれぞれにおける他方の配位結合形成基が、第２の遷移金属イオン（例えば、上記式（６）の右辺における下方のＭ）と配位結合を形成する。これにより、２つの遷移金属イオンを頂点とし、４つの有機配位子のそれぞれが各頂点に結合した三次元構造が形成される。この三次元構造は、４つの有機配位子で囲まれてなる内部空間を有し、したがってカプセル形状となっている。この内部空間は、ステロイドが内包される内包部として機能する。形成された分子カプセルは、溶媒中に溶けた状態で存在する。反応終了後、乾燥させて溶媒を除去することで、分子カプセルを単離することができる。
【００３０】
＜分子カプセルの立体構造＞
下記式（７）で表されるように、本実施の形態に係る分子カプセルは、４つの有機配位子で囲まれた内部空間が形成されるように、各遷移金属イオンが４つの有機配位子と配位結合を形成した構造を有する。アントラセン環は、カプセルの球面を形成するように、骨格構造の単環芳香族炭化水素基に対してねじれた状態をとる。下記式（７）において、グレーで示す有機配位子は黒色で示す有機配位子よりも奥側に位置している。また、破線円は内部空間を表している。また、分子カプセルの価数、カウンターイオンの表示を省略している。
【００３１】
【化４】
2015205850.tif 000005
［式（７）中、Ｒ１、Ｒ２及びＸは上記式（１）のものと同一であり、Ｍは遷移金属イオンである。］
【００３２】
分子カプセルの内部空間の直径は、約１．０ｎｍ〜約１．５ｎｍである。内部空間の直径は、例えば、単環芳香族炭化水素基をベンゼン環とした場合、１つの有機配位子におけるベンゼン環の内部空間側を向く水素原子と、この有機配位子と対向する有機配位子におけるベンゼン環の内部空間側を向く水素原子との間の距離（以下、適宜、距離Ａという）とすることができる。あるいは、内部空間の直径は、対向する頂点に位置する２つの遷移金属イオン同士の距離（以下、適宜、距離Ｂという）としてもよい。あるいは、内部空間の直径は、距離Ａと距離Ｂとの平均値であってもよい。距離Ａ及び距離Ｂは、実際に形成された分子カプセルのＮＭＲ分析等の結果を基にして、分子力場計算により求めた分子模型等の結果から計測することができる。
【００３３】
＜水溶化ステロイドの製造方法（分子カプセルによるステロイドの水溶化方法）＞
ステロイドは、一般に疎水性、言い換えれば水に難溶又は不溶であるか、少なくとも水中よりも疎水性の環境下でエネルギー的により安定する。本実施の形態に係る分子カプセルによれば、分子カプセルの内部空間にステロイドを内包させることで、ステロイドを水溶化することができる。ステロイドの水溶化、すなわち分子カプセルへのステロイドの内包は、例えば以下のようにして実施することができる。すなわち、上述した分子カプセルの製造方法にしたがって、分子カプセルを用意する。そして、分子カプセルとステロイドとを水系溶媒中で混合する。分子カプセルは、カプセルの外側が親水性であり、内部空間が疎水性である。また、ステロイドは水中よりも疎水性の環境下でエネルギー的に安定する。このため、水系溶媒中で分子カプセルとステロイドとを混合すると、ステロイドが分子カプセルの内部空間に移動する。これにより、分子カプセルの内部空間にステロイドを内包させることができる。水系溶媒としては例えば、水や、水とアセトニトリルの混合溶媒等を挙げることができる。
【００３４】
分子カプセルの内部空間には、種々のステロイドを内包させることができる。分子カプセルに内包されるステロイドの好ましい例としては、下記式（８）で表されるプレグナン骨格、下記式（９）で表されるアンドロスタン骨格、下記式（１０）で表されるエストラン骨格、又は下記式（１１）で表されるコラン骨格を有するステロイドを挙げることができる。
【００３５】
【化５】
2015205850.tif 000006
【００３６】
また、分子カプセルに内包されるステロイドのより好ましい例としては、下記式（８−１）〜（８−３）に示すプレグナンステロイド、下記式（９−１）〜（９−３）に示すアンドロスタンステロイド、下記式（１０−１）〜（１０−３）に示すエストランステロイド、下記式（１１−１）〜（１１−３）に示すコランステロイド等を挙げることができる。また、分子カプセルに内包されるステロイドのさらに好ましい例としては、アンドロゲンを挙げることができる。
【００３７】
【化６】
2015205850.tif 000007
【００３８】
ステロイドの水溶化方法の一例として、分子カプセルの水溶液にステロイドを加えて室温（２５℃）で撹拌する。これにより、下記式（１２）で表される反応が進行し、分子カプセルの内部空間にステロイドを内包した分子カプセル、すなわち分子カプセルと、分子カプセルの内部空間に内包されたステロイドとを備える水溶化ステロイドを得ることができる。内部空間に１分子のステロイドを内包させる場合、分子カプセルとステロイドとは１：１の割合で混合すればよい。分子カプセルとステロイドとは過不足なく反応し、ほぼ１００％の収率で水溶化ステロイドを得ることができる。下記式（１２）では、右辺において分子カプセルを模式的に円で示している。また、ステロイドを上記式（９−３）で表されるテストステロンとし、分子カプセルの価数、カウンターイオンの表示を省略している。
【００３９】
【化７】
2015205850.tif 000008
［式（１２）中、Ｒ１、Ｒ２及びＸは上記式（１）のものと同一であり、Ｍは遷移金属イオンである。］
【００４０】
また、分子カプセルは、特定のステロイドを他のステロイドに対して優先的に内包することができる。例えば、分子カプセルは、ステロイド骨格の１７位の炭素に官能基ＣＯＣＨ３が結合したステロイドに対して、ステロイド骨格の１７位の炭素に官能基ＯＨが結合したステロイドを優先的に内包することができる。より具体的には、ステロイド骨格の１７位の炭素に結合した官能基がＣＯＣＨ３とＯＨとで異なり、他の構造が同一である２種類のステロイドについて、官能基ＯＨが結合したステロイドを優先的に内包することができる。例えば、上記式（９−３）で表されるテストステロンと、上記式（８−３）で表されるプロゲステロンとを比べた場合、分子カプセルは、ステロイド骨格の１７位の炭素にＯＨ基が結合したテストステロンを選択的に内包する。その選択率は約１００％（すなわち、分子カプセルに内包されるステロイドはほぼテストステロンのみ）である。この選択性は、官能基ＣＯＣＨ３が官能基ＯＨに比べて嵩高い構造であり、官能基ＣＯＣＨ３の立体障害によって分子カプセルへのプロゲステロンの取り込みが阻害されるために生じる。
【００４１】
また、分子カプセルは、ステロイド骨格のＡ環がベンゼン環であるステロイドに対して、ステロイド骨格のＡ環が飽和又は不飽和の脂環式環であるステロイドを優先的に内包することができる。より具体的には、ステロイド骨格のＡ環がベンゼン環と飽和又は不飽和の脂環式環とで異なり、他の構造が同一である２種類のステロイドについて、Ａ環が飽和又は不飽和の脂環式環であるステロイドを優先的に内包することができる。例えば、上記式（９−３）で表されるテストステロンと、上記式（１０−３）で表されるβ−エストラジオールとを比べた場合、分子カプセルはＡ環が不飽和の脂環式環であるテストステロンを選択的に内包する。その選択率は約１００％である。この選択性は、飽和又は不飽和の脂環式環に比べてベンゼン環は剛直な構造であり、ベンゼン環の立体障害によって分子カプセルへのβ−エストラジオールの取り込みが阻害されるために生じる。
【００４２】
また、分子カプセルは、ステロイド骨格の１１位の炭素にＯ原子が結合してケトン基を形成するステロイドに対して、ステロイド骨格の１１位の炭素にＨ原子が２つ結合した（すなわち官能基を有しない）ステロイドを優先的に内包することができる。より具体的には、ステロイド骨格の１１位の炭素にＯ原子が結合するか２つのＨ原子が結合するかで異なり、他の構造が同一である２種類のステロイドについて、１１位の炭素にＨ原子が２つ結合したステロイドを優先的に内包することができる。例えば、上記式（８−３）で表されるプロゲステロンと、上記式（８−２）で表される４−プレグネン−３，１１，２０−トリオンとを比べた場合、分子カプセルは１１位の炭素にＨ原子が２つ結合したプロゲステロンを選択的に内包する。その選択率は約１００％である。この選択性は、ケトン基による立体障害によって分子カプセルへの４−プレグネン−３，１１，２０−トリオンの取り込みが阻害されるために生じる。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態に係る分子カプセルは、ステロイドを水溶化するためのカプセルであって、４つの有機配位子と、第１及び第２の遷移金属イオンとを備える。各有機配位子は、２つの配位結合形成基と、当該２つの配位結合形成基の間に配置される、アントラセン環を含む骨格構造とを有する。そして、第１の遷移金属イオンは各有機配位子の一方の配位結合形成基と配位結合し、第２の遷移金属イオンは各有機配位子の他方の配位結合形成基と配位結合する。これにより、分子カプセルには、４つの有機配位子で囲まれてなり、ステロイドが内包される内部空間が形成される。
【００４４】
分子カプセルは、有機配位子と遷移金属イオンとを溶媒中で撹拌するだけで簡単に合成することができ、また所望量の合成（例えば、キログラム単位の大量合成）が容易である。さらに、分子カプセルは、液体状態あるいは固体状態で水、酸素、熱等に対して安定であるため、分子カプセルの取り扱いが容易である。また、分子カプセルは、外側面が親水性であるため水溶性を有する。さらに、分子カプセルの内部空間とステロイドとがともに疎水性を有するため、両者を水系溶媒中で混合するだけで短時間のうちにステロイドをカプセル化することができる。したがって、ステロイドを水溶化するために、ステロイドに親水基を導入する必要がない。よって、分子カプセルを用いることで、ステロイドをより簡単に水溶化することができる。また、簡単に水溶化ステロイドを得ることができる。
【００４５】
また、分子カプセルは、男性ホルモンの一つであるジヒドロテストステロン（ＤＨＴ）や生合成過程で生成される他のステロイドを含む、多種多様なステロイドの水溶化に用いることができる。さらに、分子カプセルは、水に難溶な種々のステロイドを水溶化できるだけでなく、ステロイド骨格の構造や骨格に結合する官能基の違いに基づいて、複数種のステロイド混合物の中から特定のステロイドを選択的に内包して水溶化させることができる。また、分子カプセルに内包されたステロイドは、分子カプセルを有機溶媒等の疎水性環境下におくことで、ただちに分子カプセル外に放出される。したがって、分子カプセル中に内包されたステロイドを即座に且つ簡単に取り出すことができる。したがって、本実施の形態の分子カプセルは、ステロイドの利用範囲を拡大させることができ、また所定のステロイドを選択的に認識する分子センサー等としても利用することができる。
【実施例】
【００４６】
以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
【００４７】
＜分子カプセル及び水溶化ステロイドの合成＞
実施例に係る分子カプセル及び水溶化ステロイドを以下に示す方法に従って合成した。まず、下記式（１３）に示すように、単環芳香族炭化水素基がベンゼン環であって、上記式（２）で表される構造（ｎ＝１）の親水基を３つ有し、ピリジル基が親水基を有しない有機配位子を用意した。そして、２００．１ｍｇ（０．２５ｍｍｏｌ）の有機配位子と、４８．１ｍｇ（０．１４μｍｏｌ）のＰｔＣｌ２（ＣＨ３ＣＮ）２と、５２．０ｍｇ（０．３１μｍｏｌ）のＡｇＮＯ３とを、５ｍＬのＤＭＳＯ中に添加し、１００℃で３時間撹拌した。これにより、下記式（１３）で表す反応が進行し、４つの有機配位子がＰｔに配位結合した分子カプセルが得られた。
【００４８】
【化８】
2015205850.tif 000009
【００４９】
続いて、０．５ｍＬの水に分子カプセルを１．５ｍｇ（０．３８μｍｏｌ）添加して、分子カプセル水溶液を作成した。この分子カプセル水溶液に、ステロイドとして上記式（９−３）で表されるテストステロンを０．１１ｍｇ（０．３８μｍｏｌ）添加し、室温（２５℃）で１０分間撹拌した。これにより、下記式（１４）で表す反応が進行し、分子カプセルの内部空間にテストステロンが１分子内包されてなる水溶化ステロイド（水溶化テストステロン）が得られた。下記式（１４）の右辺では分子カプセルを模式的に円で示している。
【００５０】
【化９】
2015205850.tif 000010
［式（１４）中、符号ａ〜ｉ、ｂ’〜ｅ’は、以下に説明する１Ｈ−ＮＭＲの測定結果（図１（Ａ）、図１（Ｃ））における符号ａ〜ｉ、ｂ’〜ｅ’に対応する。］
【００５１】
＜水溶化ステロイドの構造の同定＞
上記方法で合成された水溶化テストステロンについて、１Ｈ−ＮＭＲ分析（５００ＭＨｚ，Ｄ２Ｏ）、ＥＳＩ−ＴＯＦ  ＭＳ分析（Ｈ２Ｏ）、及び分子力場計算により構造を同定した。ＮＭＲ分析は、テストステロンを内包していない分子カプセルと、テストステロンを内包した分子カプセル、すなわち水溶化テストステロンとのそれぞれについて実施した。分子カプセルについては室温（２５℃）で測定し、水溶化テストステロンについては室温と６０℃のそれぞれで測定した。ＥＳＩ−ＴＯＦ  ＭＳ分析についても同様に、テストステロンを内包していない分子カプセルと、水溶化テストステロンとのそれぞれについて実施した。分子力場計算は、Materials Studio v 5.0 (Accelrys Software Inc., San Diego, CA)を用いて行い、水溶化テストステロンの最安定化構造を計算により求めた。
【００５２】
１Ｈ−ＮＭＲの結果を図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に、ＥＳＩ−ＴＯＦ  ＭＳ分析の結果を図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に、分子力場計算の結果を図３にそれぞれ示す。図１（Ａ）は分子カプセルについての１Ｈ−ＮＭＲのスペクトルであり、図１（Ｂ）は室温での水溶化テストステロンについての１Ｈ−ＮＭＲのスペクトルであり、図１（Ｃ）は６０℃での水溶化テストステロンについての１Ｈ−ＮＭＲのスペクトルである。図１（Ａ）及び図１（Ｃ）において、符号ａ〜ｉ、ｂ’〜ｅ’で示すピークは、上記式（１４）中で符号ａ〜ｉ、ｂ’〜ｅ’で示す水素原子に対応する。図２（Ａ）は分子カプセル［Ｃａｐ］についての質量分析のスペクトルであり、図２（Ｂ）は水溶化テストステロン［Ｃａｐ・Ｔ］についての質量分析のスペクトルである。
【００５３】
図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示されるように、水溶化テストステロンの測定結果では、テストステロンに起因するピークが検出された。一方、図１（Ａ）に示されるように、分子カプセルの測定結果では、このようなピークは検出されなかった。なお、図１（Ｂ）に示す室温での水溶化テストステロンのスペクトルでは、分子カプセルに起因するピークがブロード化しているが、これはテストステロンの内包により分子カプセルの対称性が低下したためであると考えられる。一方で、図１（Ｃ）に示す６０℃での水溶化テストステロンのスペクトルでは、分子カプセルに起因するピークが室温のものに比べてシャープであるが、これは加熱により分子の運動速度が増加して、分子カプセルの対称性が上がったためであると考えられる。
【００５４】
図２（Ａ）に示すように、分子カプセルの質量分析では、２価、３価及び４価の分子カプセルに起因するピークが検出された。また、図２（Ｂ）に示すように、水溶化テストステロンの質量分析では、同様に２価、３価及び４価の水溶化テストステロンに起因するピークが検出された。図２（Ａ）と図２（Ｂ）とを比較すると、分子カプセルの各価数のピークに対して、水溶化テストステロンのピークがシフトしていた。このシフトは、テストステロン一分子分に相当する。なお、価数の違いは、カウンターイオン数の違いに起因する。
【００５５】
図３に示すように、分子力場計算により水溶化テストステロンの最安定化構造を計算した結果、分子カプセルに一分子のテストステロンが内包された構造が得られた。
【００５６】
以上の結果から、分子カプセルに１分子のテストステロンが内包されて水溶化テストステロンが合成されたことが示された。
【００５７】
＜分子カプセルのステロイド選択性の評価＞
男性ホルモンであるテストステロン（上記式（９−３））と女性ホルモンであるプロゲステロン（上記式（８−３））との間における、分子カプセルのステロイド選択性を評価した。まず、上述した水溶化ステロイドの構造同定で用いたものと同様の分子カプセル水溶液（重水：０．５ｍＬ、分子カプセル：１．５ｍｇ（０．３８μｍｏｌ））を用意した。そして、この分子カプセル水溶液に、テストステロン０．１１ｍｇ（０．３８μｍｏｌ）と、プロゲステロン０．１２ｍｇ（０．３８μｍｏｌ）とを添加し、室温（２５℃）で１０分間撹拌した。その後、合成された水溶化ステロイドについて１Ｈ−ＮＭＲ分析を行った。この結果、下記式（１５）で示すように、テストステロンとプロゲステロンの混合物を分子カプセル水溶液中で撹拌した場合、ほぼ水溶化テストステロンのみが合成されることが確認された。すなわち、テストステロンとプロゲステロンとを比べた場合、分子カプセルは、約１００％の選択率でテストステロンを水溶化することが確認された。
【００５８】
【化１０】
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【００５９】
また、テストステロン（上記式（９−３））と女性ホルモンであるβ−エストラジオール（上記式（１０−３））との間における、分子カプセルのステロイド選択性を評価した。すなわち、上述した選択性試験と同じ分子カプセル水溶液に、テストステロン０．１１ｍｇ（０．３８μｍｏｌ）と、β−エストラジオール０．１０ｍｇ（０．３８μｍｏｌ）とを添加し、室温（２５℃）で１０分間撹拌した。その後、合成された水溶化ステロイドについて１Ｈ−ＮＭＲ分析を行った。この結果、下記式（１６）で示すように、テストステロンとβ−エストラジオールの混合物を分子カプセル水溶液中で撹拌した場合、ほぼ水溶化テストステロンのみが合成されることが確認された。すなわち、テストステロンとβ−エストラジオールとを比べた場合、分子カプセルは、約１００％の選択率でテストステロンを水溶化することが確認された。
【００６０】
【化１１】
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【００６１】
また、テストステロン（上記式（９−３））とプロゲステロン（上記式（８−３））とβ−エストラジオール（上記式（１０−３））との混合物についても、分子カプセルのステロイド選択性を評価した。すなわち、上述した選択性試験と同じ分子カプセル水溶液に、テストステロン０．１１ｍｇ（０．３８μｍｏｌ）と、プロゲステロン０．１２ｍｇ（０．３８μｍｏｌ）と、β−エストラジオール０．１０ｍｇ（０．３８μｍｏｌ）とを添加し、室温（２５℃）で１０分間撹拌した。その後、合成された水溶化ステロイドについて１Ｈ−ＮＭＲ分析を行った。この結果、下記式（１７）で示すように、テストステロンとプロゲステロンとβ−エストラジオールの混合物を分子カプセル水溶液中で撹拌した場合、ほぼ水溶化テストステロンのみが合成されることが確認された。すなわち、テストステロンとプロゲステロンとβ−エストラジオールとを比べた場合、分子カプセルは、約１００％の選択率でテストステロンを水溶化することが確認された。
【００６２】
【化１２】
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【００６３】
また、水溶化テストステロンの水溶液０．５ｍＬに、プロゲステロン０．１２ｍｇ（０．３８μｍｏｌ）を添加し、室温（２５℃）で１０分間撹拌した。その後、合成された水溶化ステロイドについて１Ｈ−ＮＭＲ分析を行った。この結果、上述した各選択性試験と同様に、水溶化テストステロンのスペクトルが観測された。すなわち、分子カプセル内のテストステロンは、プロゲステロンに置き換わることはなかった。さらに、水溶化プロゲステロンの水溶液０．５ｍＬにテストステロン０．１１ｍｇ（０．３８μｍｏｌ）を添加し、室温（２５℃）で１０分間撹拌した。その後、合成された水溶化ステロイドについて１Ｈ−ＮＭＲ分析を行った。この結果、水溶化テストステロンのスペクトルが観測された。すなわち、分子カプセル内のプロゲステロンは、ほぼ全てテストステロンに置き換わった。
【００６４】
以上の結果から、分子カプセルが男性ホルモンを優先的に内包することが確認された。したがって、この分子カプセルを用いれば、生合成の過程で生じる様々なステロイドが混在する生体内において、男性ホルモンを選択的にカプセル化することができる。これにより、生体内での男性ホルモンの作用を抑制することができると考えられる。例えば、男性型脱毛症の原因物質とされているジヒドロテストステロンの作用を、カプセル化によって抑制することが期待される。
【００６５】
また、プロゲステロン（上記式（８−３））と４−プレグネン−３，１１，２０−トリオン（上記式（８−２））との混合物についても、分子カプセルのステロイド選択性を評価した。すなわち、上述した選択性試験と同じ分子カプセル水溶液に、プロゲステロン０．１２ｍｇ（０．３８μｍｏｌ）と、４−プレグネン−３，１１，２０−トリオン０．１２ｍｇ（０．３８μｍｏｌ）とを添加し、室温（２５℃）で１０分間撹拌した。その後、合成された水溶化ステロイドについて１Ｈ−ＮＭＲ分析を行った。この結果、下記式（１８）で示すように、プロゲステロンと４−プレグネン−３，１１，２０−トリオンの混合物を分子カプセル水溶液中で撹拌した場合、ほぼ水溶化プロゲステロンのみが合成されることが確認された。すなわち、プロゲステロンと４−プレグネン−３，１１，２０−トリオンとを比べた場合、分子カプセルは、約１００％の選択率でプロゲステロンを水溶化することが確認された。
【００６６】
【化１３】
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【００６７】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００６８】
例えば、上述した分子カプセルと、上述した水系溶媒とを備えるステロイド水溶化用組成物も本発明の範囲に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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