平成13年度〔2001〕№46
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

DDS製剤の開発を目指した、
W Oエマルション脱水法によるS O Wエマルションの調製＊
清水正高＊１・中島忠夫＊２

Preparation of S O W Emulsion by Dehydrating W O Emulsion
to Develop DDS Medicine
Masataka SHIMIZU and Tadao NAKASHIMA
これまで膜乳化により微細W O Wエマルションの調製を試みてきたが、実用的な方法でW O粒子の大きさを500nm以下に制御することは困難であった。静注用DDS製剤の場合、安定性に優れ、薬物封入量が多く、粒径が500nm以下の薬物キャリアが求められる。そこで、こうした要求を満たす剤形として新たに
S O Wエマルションを検討した。本研究の結果、W Oエマルションを脱水して薬物を濃縮することにより油相中に薬物のナノ粒子が安定分散したS Oサスペンションを生成し、これを分散相にして膜乳化を行って500nm以下に粒径制御されたS O Wエマルションを調製できることが明らかなった。また、界面張力が低いエマルション組成のものほど粒径を制御しやすいことも明らかになった。
キーワード：膜乳化法、DDS、S O Wエマルション、W Oエマルション、薬物キャリア
１ はじめにS O Wエマルション型薬物キャリア

筆者らは、現在、抗癌剤の塩酸イリノテカンをカプセル化した新たなDDS製剤の開発に取り組キャリアの特性評価んでいる。塩酸イリノテカンは高い抗腫瘍性があり、多種類の腫瘍に有効な多様性を有しているが、動物実験副作用が強いことでも知られている。その副作用を低減し、薬効を効果的に発現できる形態に製剤臨床応用化した場合、癌治療に大きな貢献ができると期待されている。本研究では、塩酸イリノテカンの製剤化に適していると予想されるエマルション製剤

図１

DDS開発プロジェクトにおける本研究の位置付けの開発を実施した。この研究は、図１に示す実用現在の膜乳化技術では、W O粒子径500nm以下化を想定したステップの第１段階にすぎないが、のW O Wエマルション型液体カプセルを調製す今後の方向を決定する上で重要である。

ることが難しく、このことがDDS製剤、特に静一方、これまで筆者らは、膜乳化法によるW

注製剤２）の開発を遅らせる要因となっていた。静O Wエマルションの粒子設計技術１）を応用し、注製剤として500nm以下の粒径は必須の条件であドラッグデリバリーシステム（DDS）におけるり、その調製には、あらかじめ水滴を100〜200n薬物キャリアの開発を行ってきた。しかしながら、m以下の大きさにしておく必要がある。もし、こ＊＊１＊２

乳化型DDS製剤の製造技術に関する研究
（第８報）
材料開発部
工業技術センター所長

れより水滴径が大きい場合、SPG膜で水滴がろ過されたり、あるいは細孔内で解乳化して薬物の封入率は極めて低くなる。しかし、こうした微細領域の水滴径制御は技術的に難しく、実現性に乏35

DDS製剤の開発を目指した、W Oエマルション脱水法によるS O Wエマルションの調製しいと考えられてきた。
そこで本研究では、水溶性薬物をナノ粒子にして油相に分散させ、これを分散相とする粒径500nm以下、望ましくは静注製剤として十分使用可能な200nm以下に制御した図２のS O Wエマルションを検討した。数10nm以下のナノ粒子であればSPG膜をスムーズに透過し、膜乳化により微細なエマルションが容易に生成すると予想された。しかし、薬物の粉末を油相の中で強制的に分散してもナノ粒子にはならない。本研究では、あらかじめ調製したW Oエマルションを脱水することにより水滴中の薬物を濃縮し、ナノ粒子を生成した。膜乳化は予備乳化

膜透過併用法で行い、粒径500nm以下のS O Wエマルションを調製する最適条件について検討した。その結果、本法は、塩酸イリノテカンの製剤化が可能な製法であることが明らかになったので報告する。

図２ S O WエマルションとW O Wエマルションの概念図

２ 実験方法は、ホモミキサーにより比較的水滴径の揃った

２−１

S Oサスペンションの調製実験

W Oエマルションが生成した。ただし、１ mを実験条件および界面活性剤などの物質一覧を表越える水滴が確認された場合には、細孔径Dm ＝１に示す。ここでは塩酸イリノテカンの代替物質

１ mのSPG膜を透過し、水滴径をサブミクロンとしてメチレンブルー、油性界面活性剤にはテト領域に調節した。得られたS Oサスペンションはラグリセリン縮合リシノレイン酸エステルTGCR

レーザー回折 散乱式粒度分布計（島津製作所、（阪本薬品工業、CR-310）とショ糖エルカ酸エス

SALD-2000）により粒子径分布、紫外可視吸光テル（三菱化学フーズ、ER-290）を用い、実験

光度計（島津製作所、Multi Spec-1500）により操作は図３に従って行った。すなわちメチレンブ油相への封入量を測定した。封入量を上げたい場

ルー水溶液と油相のW Oエマルションを調製し、合は、S Oサスペンションに再度メチレンブルー

これをエバポレーターにより窒素ガス雰囲気下で水溶液を添加してW Oエマルションを調製し、２〜３時間かけて脱水した。 油性界面活性剤に上記操作を繰り返した。

TGCRあるいはER-290を使用する表１の条件で溶36

質表１

S Oサスペンションの調製条件

メエチレンブルー

濃度 Cs＝2.7〜53mmol l
飽和溶解度の浸透圧 Π＝67kPa

油相

大豆油＋油性界面活性剤
油性界面活性剤
テトラグリセリン縮合リシノレイン酸エステル
ショ糖エルカ酸エステル ER-290
濃度 ５〜25wt％

乳化

ホモミキサー

24000rpm, １分間

脱水

エバポレーター

45℃, 20kPa, N２ガス雰囲気

TGCR

DDS製剤の開発を目指した、W Oエマルション脱水法によるS O Wエマルションの調製

２−２

S O Wエマルションの調製実験

S Oサスペンションを分散相とする粗なS O Wエマルションを予備乳化して調製し、これをSPG膜に透過する膜乳化法によって微細なS O Wエマルションを生成した。実験フローを図３、実験条
件を表２に示す。予備乳化はスターラーで行った。
水 性 界 面 活 性 剤 にはポロクサマー188 （GreenCross）、コール酸ナトリウム（和光純薬工業）、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油（日光ケミカルズ、HCO-60）を用いた。メチレンブルー水溶液
および外 水 相の浸 透 圧は浸 透 圧 計 （HermannBoebling Messtechnik）により測定した。
３ 結果及び考察
３−１

S Oサスペンションの調製

初期平均水滴径Dw＝500nmのW Oエマルションを脱水濃縮したS Oサスペンションの粒径分布

図３

実験フローを図４に示す。水滴径分布がそのまま小さい方へシフトしてS Oサスペンションの固体粒子径分布定して求めた粒子径Ds と初期水滴径Dwの関係式に移行することが明らかである。また、W Oエは次のとおりである。
１ ３
Ds＝（MsCs ρ）
Dw

マルション内水相のメチレンブルー初期濃度Csが低いものほど小さくなり、2.7mmol lの場合、固ここでMs は溶質の分子量、Cs は水滴中の溶質濃体平均粒子径Ds はほぼ１ 10の45nmになった。

度、ρは溶質の密度である。図４で得られたDs

水滴は合一することなくナノ粒子を形成すると仮とCsの関係を図５に示す。実測値は式の計算値

表２ S O Wエマルションの調製条件
膜乳化

SPG膜
透過圧力

油

大豆油＋油性界面活性剤
油性界面活性剤
テトラグリセリン縮合リシノレイン酸エステル TGCR
ショ糖エルカ酸エステル ER-290
濃度 ５〜25wt％

相細孔径 0.20, 0.36, 0.45, 1.70 m
P＝１〜３MPa

水性界面活性剤
水相

ポロクサマー188＋コール酸ナトリウム
ポリオキシエチレン（60）硬化ヒマシ油 HCO-60
濃度 １wt％グルコース ５wt％
浸透圧
Π＝760kPaO Wエマルション

a-O Wエマルション :（大豆油＋ER-290）（ポロクサマー＋コール酸 Na）
b-O Wエマルション :（大豆油＋TGCR）（ポロクサマー＋コール酸 Na）
c-O Wエマルション :（大豆油＋TGCR）（HCO-60）

S O Wエマルション

b-S O Wエマルション :（溶質＋大豆油＋TGCR）（ポロクサマー＋コール酸Na）
c-S O Wエマルション :（溶質＋大豆油＋TGCR）（HCO-60）
37

DDS製剤の開発を目指した、W Oエマルション脱水法によるS O Wエマルションの調製が得られた。
３−２

微細O Wエマルションの調製

S O Wエマルション調製を試みる前に、予備乳化 膜透過併用法により粒径500nm以下のO Wエマルション調製に必要な乳化条件を検討した。
外水相の水性界面活性剤にポロクサマー188とコール酸ナトリウムを用いた場合（aとb-O Wエマルション）およびHCO-60を用いた場合（c-O Wエマルション）の結果を図６に示す。ここでは予備乳化した粗なO Wエマルションを細孔径Dm ＝1.70 mのSPG膜に４回透過し、その後Dm ＝0.36
図４S Oサスペンションの固体粒子径分布mの膜に４回透過して透過流速J、油滴径と膜細孔径の関係Do Dm 、粒径分散係数εの変化を調べた。いずれも膜の透過回数にかかわらず単分散
O Wエマルションであったが、油性界面活性剤がER-290のa-O WエマルションとTGCRのb-O W
エマルションでは細孔径より小さな油滴が生成し、膜透過を繰り返すことによってより小さくなった。

図５ 固体粒子平均径の測定値と計算値の比較とほぼ一致しており、先の仮定が成立し、ナノ粒子の粒径制御はCs とDw によって可能であると考えられる。また、得られたS Oサスペンション中のナノ粒子は極めて安定で凝集はほとんど見られなかった。一方、初期水滴径が大きく、数10 mの粒子が形成された場合、あるいはメチレンブルー粉末を油相の中で強制的に分散した場合には、粒子の凝集および沈降が起こった。粒子の分散安定性には粒子径とその分布が深く関与していると推測される。従って、安定なS Oサスペンション調製には、大きな水滴が混在しない均一で小さな水滴径分布のW Oエマルションを先に調製しておく必要があると考えられる。また、油性界面活性剤にER-290を使用した場合も上記と同様の結果
38

膜乳化に及ぼすO Wエマルション組成の影響○：a-O Wエマルション、□：b-O Wエマルション▲：c-O Wエマルション
図６

DDS製剤の開発を目指した、W Oエマルション脱水法によるS O Wエマルションの調製

そのため膜抵抗が低下してJは上昇した。一方、
c-O Wエマルションでは細孔径より大きな油滴が形成され、またJは低く、Dm＝0.36 mの膜に代えると透過圧力

P＝3.0MPaでは膜を透過しなかった。aとb-O Wエマルションの界面張力が1.9mN m、c-O Wエマルションが5.5mN mである
ことから、この界面張力が油滴の分裂機構に影響を及ぼしていると考えられる。こうしたO Wエマルション生成の概念を図７に示す。

図８

図７ O Wエマルション生成の概念図
３−３

膜乳化に及ぼすS O Wエマルション組成の影響とS O粒子径と膜細孔径の関係□：b-S O Wエマルション、▲：c-S O Wエマルション

S O Wエマルションの調製

３−２の結果を踏まえてS O平均粒子径DS Oが200nm程度になるようなS O Wエマルションの調製を試みた。あらかじめスターラーを用いる第１段予備乳化によって固体平均粒子径Ds＝95nmのメチレンブルー粒子を油滴に封入した粗な多分散S O Wエマルションをつくった。次に、膜乳化による粒径変化を正確に調べるため、粗S OWエマルションをDm ＝0.45 mのSPG膜に透過して単分散化する第２段予備乳化を行った。ただし、

図９

S O Wエマルション生成の概念図

b-S O WエマルションはS O平均粒子径がDS O＝300nm、c-S O Wエマルションでは530nmになっまで微細化する本研究目的にそぐわないと判断さた。

れたため、第２段の予備乳化エマルションをその本来ならこれら第２段予備乳化エマルションのまま膜乳化に使用した。

DS Oを同じ大きさにすることが望ましいが、上記

b-S O Wエマルションでは、膜乳化によっての理由でc-S O WエマルションのS O粒子はDm

Dm より小さなDS O にすることができ、c-S O Wより小さくならないことから、DS Oを300nmに近エマルションではDmより若干大きなDS Oになるとづけることが困難であった。一方、b-S O Wエ予想される。そこで、200nmのS O粒子生成を狙っマルションのDS Oを530nmにすることも、200nmた本実験では、b-S O Wエマルションにおいて39

DDS製剤の開発を目指した、W Oエマルション脱水法によるS O Wエマルションの調製

Dm＝0.36 mのSPG膜、c-S O Wエマルションに４まとめおいて0.20 mの膜を用い、膜乳化を継続しなが塩酸イリノテカン封入DDS製剤を開発するた

ら封入率、DS Oおよび透過流束Jの経時変化を測めの第１ステップとして、S O Wエマルション定した。得られた結果を図８示す。b-S O Wエ型の新たなマイクロキャリアを検討した。その結マルションではDmより小さなDS OのS O粒子が膜果、あらかじめ調製したW Oエマルションを脱を透過するため、メチレンブルー粒子の目詰まり水すると水滴中の薬物が濃縮され、安定した薬物が生じることなく高い封入率とJを確保できた。のナノ粒子を生成することが明らかになった。次一方、c-S O Wエマルションでは、封入率とJがに、界面張力が低いエマルション組成を選ぶと、急激に低下した。Dm より大きなS O粒子が細孔予備乳化 膜透過併用の膜乳化法により微細な内を透過する際に、油滴中のメチレンブルー固体O Wエマルションが容易に調製できることを見粒子と細孔壁が接触し、目詰まりを起こしたため出した。これらの結果に基づき調製したS O Wと考えられる。こうしたS O Wエマルション生エマルションは、薬物の高い封入率を保持したま成の概念を図９に示す。

ま粒径を500nm以下に制御でき、本法によって、以上のことから、 界面張力が低いaあるいはb-S O Wエマルションでは、高い封入率を維持塩酸イリノテカンの製剤化が可能であることが明らかになった。

したままDS Oを200nm以下に制御することが可能であり、本法は静注用マイクロキャリアの製法と５参考文献して利用できる可能性があると考えられる。

１）中島忠夫，清水正高，久木崎雅人，膜，24，278（1999）
２）清水正高，中島忠夫，第34回SPG国際フォーラム講演要旨集，54（2000）

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