印刷工芸技術を用いた機能性微粒子設計によるOTC医薬品の付加価値向上
静岡県立大学薬学部薬剤学分野
さとう佐藤ひでゆき

秀行

講師

印刷工学技術を用いた機能性微粒子設計による
OCT 医薬品の付加価値向上

静岡県立大学 薬学部講師

佐藤秀行

【要旨】
本研究は，医薬品を含有した機能性微粒子設計に対して印刷工学技術を応用することで新規製剤技術の開発および OCT 医薬品開発の効率化に対して貢献しようとするものである．インクジェットプリンターのプリンタヘッドは極めて均一なマイクロ液滴を精密かつ再現性良く吐出可能であり，申請者らグループはこの特性を応用した粒子調製方法として Fine droplet drying（FDD）工法を開発し，薬学領域における応用可能性を精査してきた．FDD 工法に関する検討を進める中で液滴の乾燥過程において複数種類のポリマーが含まれる液滴中にてポリマー同士が相分離し，片方のポリマーが表面に局在化，つまりはワンステップでコアシェル様粒子を形成する現象を見いだした．本検討では，FDD 工法における相分離粒子に対し，シェル側ポリマーとして腸溶性ポリマーを選択することで，含有薬物の放出制御および経口吸収制御への応用可能性を精査し，その有用性を明らかとした．

１、調査研究目的
非ステロイド性抗炎症薬（non-steroidal anti-inflammatory drugs: NSAIDs）はステロイド以外で抗炎症作用を持つ薬物群の総称であり，解熱，消炎および鎮痛作用を目的として広く用いられている．NSAIDs はステロイドなど他の抗炎症薬と比べ副作用が少なく，使いやすいという理由から関節リウマチ，変形性関節症のような慢性疾患の鎮痛薬として広く使用されている [1]．
しかしながら，NSAIDs の長期的な投与は消化管障害，腎障害，心血管障害，肝障害および出血傾向などの多くの副作用を引き起こすとされている [2]．これらの副作用のなかでも消化管障害が最も頻繁におこり，長期服用者および高齢の患者に多く見られるとの報告がある．消化管障害のうち胃潰瘍は NSAIDs の薬理作用として鎮痛作用があるため，重症化していることに気づかずに出血多量で死亡した例が報告されており特に問題となっている [3]．わが国では，慢性関節リウマチの治療のため NSAIDs を 3 か月以上服用している患者の 15.5% に胃潰瘍が発見されたと報告されており，有効な治療法が求められている．
NSAIDs の一種である Diclofenac sodium（DC）（fig. 1）は坐剤として経腸投与することで胃での暴露を抑制し胃壁への直接的な障害を無くすことで副作用を回避している．しかし坐剤は投64

与が煩わしく患者への負担が大きいためコンプライアンスの低下は避けられない．そのため患者への負担を最小限にし，かつ副作用を抑えるアプローチとして腸溶性製剤が用いられている．腸溶性製剤は胃内 pH で溶けないコーティングおよび腸溶性カプセルへの封入を施した製剤である [3]．一般的に腸溶性製剤技術は酸で分解してしまう化合物の小腸への効率的薬物送達や，NSAIDs のように胃に対して障害をもたらす化合物の胃における過剰な薬物曝露を抑制するために用いられる．腸溶性製剤は経口製剤であり，患者の負担を増やすことなく副作用の回避に有用であると考えられる．しかしながら一般的に用いられている腸溶性製剤ではコーティングやカプセルへの封入などの工程を経なければならず，製造過程における作業の煩雑さや開発におけるコストの増大および製造時間の延長が懸念される．そのため，工程数の削減や作業の効率化のためにもより簡便な腸溶性製剤技術の開発が望まれている．
これらの課題を克 服すべく，本 研究では FDD 技 術を用いた相分離固体分 散 対（pSD:
phase-separated solid dispersion）粒子を応用し，本技術の薬物封入腸溶性微粒子をワンステップで調製できる技術としての有用性を精査した．モデル化合物として，NSAIDs の一種である DC を選択し，腸溶性ポリマーの Hypromellose acetate succinate（HPMCAS）を外側に，Hydroxyl propyl methyl cellulose（HPC）を内側に偏在させた DC 含有 pSD 粒子（pSD/DC）を調製した．作製した製剤について，表面形態観察，粒度分布測定，溶出試験を行い pSD/
DC の物理化学的特性を評価した．さらに，pSD/DC をラット経口投与後における血中薬物濃度推移を精査した．

２、調査研究方法
2-1 製剤調製
FDD 工法の液滴の吐出機構として MH2420（RICOH Company，Ltd.，Tokyo，Japan）を採用し，ノズル径 : 8μm，気流温度 : 30°C およびヘッド駆動 : 330 kHz を製剤の調製条件とした．Acetone に HPC および HPMCAS をポリマー比 1 : 1 で，フリー体 DC 原末をDC 含量 1% となるように溶解させ FDD 工法を用いて pSD/DC を調製した．
2-2 物理化学的特性
Crystalline DC および pSD/DC の 表 面 形 態を評 価 するため， 走 査 型 電子 顕 微 鏡
Miniscope® TM3030（株式会社日立ハイテクノロジーズ，Tokyo，Japan）により観察した．
Microtrac MT3000II（MicrotracBel Corp.，Osaka，Japan）を用いて pSD/DC の粒度分布を乾式のレーザー回折法により測定した．平均粒子径および粒度分布の指標として SPANfactor を算出した．ただし SPAN factor =（d90 -d10）/d50 とする（dX : 体積，X%: 累積粒子径）．SPAN factor が小さいほど粒子径の均一性が高いことを示す．
pSD 粒子化による薬物の放出性を評価するため，第十七改正日本薬局方に従い作成した溶65

出試験第 1 液および溶出試験第 2 液 50 mL を用い，37 ± 0.5°C，回転数 50 rpm にて溶出試験を行った．
2-3 経口吸収性
実験動物として Sprague-Dawley rats（日本エスエルシー，Shizuoka，Japan）を使用した．
ラット用固形試料および飲料水を自由に与え，室温 24 ± 1°C，湿度 55 ± 5%，明暗サイクル 12 時間の条件下で飼育した．すべての動物実験は，静岡県立大学実験動物倫理委員会のガイドラインに準じて行った．
SD 系雄性ラットを 6 匹ずつランダムに crystalline DC 投与群および pSD/DC 投与群に振り分け，製剤投与約 12 時間前から絶食を開始した．Crystalline DC（2mg/kg）ならびにpSD/DC（2mg-DC/kg）の懸濁液を精製水 2 mL を用いて調製して経口投与後，経時的に採血，血中濃度モニタリングを実施した．
測定した各血漿中 DC 濃度を用いて，最高血漿中濃度（C max）および平均滞留時間（MRT）は実測値より算出し，血漿中濃度時間曲線下面積（AUC 0-24 h）は線形台形法により算出した．
C max，MRT および AUC の算出には Microsoft Excel for Office 365（MicrosoftCorporation，Washington，USA）を用いた．

３、調査研究成果
3-1 物理化学的特性
SEM による観察から crystalline DC は形 状が不揃いであったのに対し（Fig. 2A-I），
pSD/DC は粒子表面に若干の皺を有するマイクロサイズの均一な粒子であった（Fig. 2A-II）．
pSD/DC のメジアン径は 3.7μm，均一性の指標である SPAN factor は 0.4 であり，pSD/DC は粒度分布の整った均一性の高い粒子であることを確認した（Fig. 2B）．
溶出試験第 1 液（pH1.2）および溶出試験第 2 液（pH6.8）を用いて溶出試験を行った結果（Fig 3），crystalline DC は両条件において速やかな溶出を認めた．また，DC は酸性薬物であるため pH1.2 よりも pH6.8 でより高い溶解性を示した．pH6.8 の液中では試験開始5 分時点ですべての薬物が溶解しており，これは crystalline DC がナトリウム塩であるため，その溶解性改善効果により速やかな溶出を示したと考える．一方，pSD/DC は pH1.2 の条件
では DC の放出を抑制し，pH6.8 の条件では DC を緩徐に放出した．pSD/DC では，構成成分である HPMCAS がポリマー相分離現象によって粒子外側に偏在するため，このようなpH 依存的な溶解性を示したと推測する．これらの結果から pSD/DC は腸溶性製剤としての機能を有していることを確認した．

66

3-2 血漿中薬物濃度推移
SD 系雄性ラットに crystalline DC（2 mg/kg）および pSD/DC（2 mg-DC/kg）を経口投与したのち血漿中 DC 濃度をモニタリングし（Fig. 4），薬物動態学的パラメーターを算出した（Table 1）．Crystalline DC 投与群の C max は 1.07μg/mL，pSD 投与群では 0.592 μg/mLであり投与後の血漿中 DC の C max の上昇を 55% に抑制できた．また AUC 0–24 h においては crystalline DC 投与群で 1.60 h.μg/mL，pSD 投与群では 1.78 h.μg/mL とほぼ同値であり，全身暴露量は同程度であった．MRT は crystalline DC 投与群で 5.18 h，pSD 投与群では 6.55 h であり，pSD 化によって体内滞留時間について若干の延長を認めた．以上の結果より，本製剤化によって投与後における DC の急激な吸収を抑制し，緩徐な吸収によって全身循環後においても胃への薬物曝露回避に繋がることが期待できる．

４、考察
pSD/DC は FDD 工法で作製した粒子の特徴である均一かつマイクロサイズの粒子であった．
これは FDD 工法がピエゾ素子の精密な動きを利用することで，吐出口からの 1 滴ずつ均一なマイクロ液滴吐出を可能としているためである．これまでの噴霧乾燥法とは異なった液滴吐出機
構が均一な粒度分布のそろった粒子の調製を可能にしたと考える．従来の腸溶性粒子は造粒後にコーティング液を吹きかけることで腸溶性コーティング粒子を作製しており，作製には時間とコストがかかる．本法を用いることにより粒子作製と腸溶性の付与が同時に達成可能であり，作業時間の短縮や開発費の削減が期待できよう．pSD は液滴形成後から乾燥する過程までに使用しているポリマーの物性，例えば溶媒に対する溶解度，溶媒中の拡散性，気 - 液界面における表面エネルギー等，種々の要因によってポリマー相分離が生じ，粒子の外側と内側にそれぞれのポリマーが分離して固体化する [4]．液滴乾燥過程における相分離現象を引き起こす主要因子の解明に向けて，鋭意検討を引き続き行っている．
溶出試験の結果から pSD/DC は酸性条件では薬物の放出を抑え中性条件では徐放的に DC を放出していることが分かった．このことから HPMCAS が製剤の外側に HPC が内側の pSD 粒子の調製，つまりは腸溶性微粒子の作成に成功したと考える．粒子外側に HPMCAS が偏在することで酸性溶液中での粒子への水の浸潤とそれに伴う粒子内側に偏在した HPC の溶出を抑制したと考察する．その後，小腸内部の中性条件下へ移行後に HPMCAS の溶解が始まり，内部の HPCとともに DC も放出されたと推察する．また，粒子中の薬物分布は溶出試験開始後のバースト現象の様な，速やかな薬物放出が見られなかった点から粒子中で均一に分散しており，粒子表面等の局所への偏った分布はしていないと考える．さらに pSD/DC は粒子径の均一な粒子であり，製剤からの薬物放出が粒子によらず一定で安定していることが考えられる．再現性の高い薬物放出は放出制御製剤として，薬物動態制御の面において吸収の変動を抑制する点で有用であると考えられる．
腸溶性を付与した DC のラットにおける経口投与後の体内動態を評価したところ，pSD/DC

67

は溶出試験で見られた腸溶性の溶出挙動と同じく，経口投与後の血漿中 DC 濃度の急激な上昇を抑えその後の血漿中 DC 濃度の維持がみられた．また crystalline DC と比し Cmax を抑制し，MRT を延長しているのにもかかわらず AUC0–24 h の変化が少なかった．このことから pSD/DC
は全身暴露量をほとんど変えることなく血漿中 DC 濃度の急激な上昇および速やかな消失を抑制でき，DC による胃での副作用を回避する可能性が見込める．DC の胃への障害には胃粘膜への直接的な障害が報告されている [5]．DC は親水性基であるカルボキシ基と疎水性基であるベンゼン環を分子骨格に持つため，細胞膜を構成するリン脂質と化学的性質が類似しており細胞膜と相互作用しやすい．加えて酸性薬物である DC は胃内酸性条件下で分子型になり脂溶性を示し細胞膜を透過し胃粘膜障害を引き起こす．そのため pSD/DC による DC の体内動態制御は服用直後の胃内への暴露を抑制し副作用の軽減が期待できると同時に，MRT の延長は投与回数の減少による患者のコンプライアンスの向上が見込める．pSD/DC を連続投与後において，胃腸障害等の安全性評価を実施していくことで，本技術の優位性を明らかにすることができよう．
以上の結果より本研究で調製した pSD/DC は DC の動態制御に有効な手段であり，FDD工法を用いた HPMCAS および HPC からなる pSD/DC は DC のような NSAIDs の胃腸障害回避への応用が期待できる．FDD 工法による簡便な腸溶性微粒子調製技術は今後の製剤開発において作業効率の面で有用であろう．

５、まとめ
本研究では FDD 工法とポリマー相分離現象を組み合わせることで，粒子外側に HPMCASが内側に HPC が偏在した pSD 粒子を作製し，DC の経口吸収制御に対する pSD 粒子の応用可能性を精査した．服用後の胃内への急激な暴露による胃障害が懸念される DC に腸溶性製剤として pSD/DC を作製し，DC の放出および体内動態制御による胃内暴露量減少を試みた．
pSD/DC は表面に皺のある粒子であり，FDD 工法に特有の均一な粒度分布を有する微細粒子であった．溶出試験において，pSD/DC は表面に腸溶性の HPMCAS が偏在したため pH 依存的かつ徐放性の溶出特性を示した．溶出挙動制御から予想される体内動態のコントロールを期待し，ラットに DC 原末および pSD/DC を経口投与後の経口吸収性を精査した結果，pSD/DC 投与群は DC 原末投与群と比較して，全身曝露量はほとんど変えることなく C max を 55%減少した．pSD/DC は胃内における薬物放出を抑制し，吸収を緩徐にしたと考える．この結果から，pSD/DC は服用直後の胃内薬物暴露量の低下をもたらし，DC の副作用である胃腸障害回避が期待できる．
本検討においては，pSD 技術応用のファーストステップとして水溶性薬物の DC を対象とした研究を実施した．SD 技術は元来，難水溶性化合物の溶解性改善技術として広く応用される製剤化技術であるため，本技術は溶解性改善と放出制御を同時に達成するポテンシャルを秘めており，今後本製剤技術の応用可能性について更なる検討を進めていきたいと考えている．

68

６、調査研究発表（口頭叉は誌上発表）
該当なし（本研究内容について国際学術論文への投稿準備中である）

７、引用文献1. Vane, J.R., Inhibition of prostaglandin synthesis as a mechanism of action for aspirin-likedrugs. Nat New Biol, 1971. 231 (25) : p. 232-5.
2. Garcia Rodriguez, L.A. and H. Jick, Risk of upper gastrointestinal bleeding andperforation associated with individual non-steroidal anti-inflammatory drugs. Lancet,
1994. 343 (8900) : p. 769-72.
3. Collier, D.S. and J.A. Pain, Non-steroidal anti-inflammatory drugs and peptic ulcer
perforation. Gut, 1985. 26 (4) : p. 359-63.
4. Liu, W., et al., Facile spray-drying assembly of uniform microencapsulates with tunablecore-shell structures and controlled release properties. Langmuir, 2011. 27 (21) : p. 12910-5.
5. Lichtenberger, L.M., et al., Non-steroidal anti-inflammatory drugs ( NSAIDs) associatewith zwitterionic phospholipids: insight into the mechanism and reversal of NSAIDinduced gastrointestinal injury. Nat Med, 1995. 1 (2) : p. 154-8.

ǌÌ·(¡ƍǌÌ·(¡ƍ

表、図及び写真

Table 1 Pharmacokinetic parameters of DC following oral administration of DC samples in rats.
Crystalline DCpSD/DC
Table
parametersofofmg/kg)
DCfollowing
following oral administrationof DC samples in rats.
rats.
Table 1	　Pharmacokinetic
1 Pharmacokinetic parameters
DCof(2(2 mg-DC/kg)
Cmax
1.07 ± 0.710.592 ± 0.12
Crystalline
DCpSD/DC(µg/mL)(2mg/kg)(2mg-DC/kg)
AUC0–24 h
1.60 ± 0.31
1.78 ± 0.39
Cmax (h.µg/mL)
MRT
1.07± 0.71
0.592 ± 0.12
5.18± 2.1
6.55 ± 1.8(µg/mL) (h)AUC0–24 h(h.µg/mL)
MRT(h)

1.60 ± 0.31

1.78 ± 0.39

5.18 ± 2.1

6.55 ± 1.8

Fig. 1 Chemical structure of DC.
Fig. 1 Chemical structure of DC.

69

A-IA-II   BFig. 2Particle characterizations of DC samples. (A) SEM images, including (I) crystalline

Fig.and2 (II)Particlecharacterizationsof DC samples.
images,including (I)ofcrystalline
DCpSD/DC.
White bar represents
15 µm. (A)(B)SEM
Particle
size distribution
pSD/DC.

Solid line,
and dashedWhiteline, accumulationof pSD/DC.
DCfrequency;and (II) pSD/DC.
bar represents
15μm. (B) Particle size distribution ofpSD/DC. Solid line, frequency; and dashed line, accumulation of pSD/DC.

70

AB

Fig.Fig.
3 3 Dissolution
ofofDCsamples
in different
pH pH
media:(A) (A)
pH pH
1.2,1.2,(B) (B)pH6.8.
Dissolutionbehavior
behavior
DCsamplesin different
media:
pH6.8. ◇,, crystalline
DC; and DC;
, andpSD/DC.
Date represent
mean ± S.E.
of 3±experiments.
crystalline● , pSD/DC.
Date represent
meanS.E. of 3 experiments.

71Fig. 4 Fig.Plasma
concentration-timesamples inin rats.
rats. ,4 Plasma
concentration-timeprofiles
profilesofoforally-dosedorally-dosed DC
DC samples◇ ,crystalline
crystalline DC;
and represent● , pSD/DC.
Datarepresent± S.E. of 6 experiments.
DC; and , pSD/DC.
Datamean± S.E.
of 6 mean
experiments.

72