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機能性食品成分の吸収性改善のための製剤学的検討＜平成 22 年度助成＞

機能性食品成分の吸収性改善のための製剤学的検討
菅原満（北海道大学大学院薬学研究院）

1.

緒

言

性も発信できると考えられる。
機能因子（成分）がその機能を発揮するには、近年、コエンザイム Q10 やイソフラボン、ポリ吸収されて体内に入り、効果を発現する臓器に到フェノール、アミノ酸類などに代表される機能性達し、作用を及ぼすという段階を経るが、どのよ食品成分の生理作用への関心が高まり、健康食品うな効果を期待できるか（作用）を論じたものはやサプリメントを使用する人が増えている。一方多いものの、摂取後の消化管からの吸収や各臓器で、これら成分の生体に及ぼす作用や体内動態のへの分布などの体内動態を論じたものは非常に少実態を科学的に評価した報告は十分ではない。

ない。また、サプリメントとして摂取する場合は、医薬品開発が切れ味のよい効き目を求めるのに溶解性や共存物質等の違いから食物として摂取し対し、機能性食品開発は長い時間をかけて進行すた場合と吸収性が異なることもあり得る。したる生活習慣病に対して長期的に摂取することで、がって、安定した吸収性を実現するための製剤学疾病の進行を遅延させることが求められている。

的検討は、機能性食品成分の効果的利用においてそれぞれが疾病に対して「治療」と「予防」という非常に重要である。

役割を担い、人類の健康に貢献しうるため、どち低吸収性や吸収のバラツキが問題となる難水溶らも「医療」に関して必要不可欠な研究であると性薬物に対し、吸収性改善の目的で「乳剤化」のいえる。また、医薬品が薬事法などの法律で厳し手法が用いられることがある

く規制されているのに対し、食品成分は取り締ま

では、吸収性に問題の生じる機能性食品成分の物る規定が整っておらず、サプリメントや特定保健理化学的性質として難水溶性なことが多いことに用食品など機能性食品成分に関する情報は錯綜し着目し、乳剤化による吸収改善について検討した。ている。機能性食品成分はサプリメントなどで手軽に利用できるようになった半面、生活習慣病患者が摂取している多種類の医薬品と相互作用する

1-3）。そこで本研究

2．実験方法2-1.

ラットを用いた経口投与実験可能性も考えられ、適正な使用が喚起されている。

Wistar 系ラット（雄性、8-10 週齢）を、ケタミン

しかしながら、機能性食品成分の多くは「食品」（ケタラール ® ）6 . 2 5 mg/100 g 体重とミダゾラムであるがゆえに、詳細な体内動態に関する知見が（ドルミカム® ）375μg /100 g 体重で麻酔し開腹不足しており、適正使用へ向けた情報は十分とはして胆管を結紮し、腹部を縫合して 24 時間絶食言い難いのが現状である。また、体内動態、特にさせた。胃ゾンデ法により 0 . 5 % methyl cellulose

吸収機構が明らかとなれば、漫然と機能性食品成水溶液で懸濁した被験物質原末、乳剤、レシチ分を摂取するのではなく、より効率的な摂取法のン を 添 加 し た 水 溶 化 粉 末（CoQ10 の み ）と し て提案、医薬品などとの注意すべき相互作用の可能

25 mg /kg 体重となるように 1 mL / kg 体重、経10

浦上財団研究報告書

口投与した後、経時的に心臓から血液 0 . 3 mL を

Vol.19（2012）

2 - 4.

薬物の各種溶媒への溶解度測定採取した。直ちに微量のヘパリンと混合し、750

対象薬物それぞれ 1 g を水、ジエチルエーテル、× g で 10 分間遠心分離して 0 . 1 mL の血漿を得た。

クロロホルムに溶解するのに必要な溶媒量を測定

sham 群は開腹してそのまま縫合したものとした。

した。

2 - 2.

乳剤の調製法2 - 5.

薬物の定量はすべて HPLC 法を用いて行った。

ガラス試験管に対象薬物（コエンザイムQ10 原
末 50 mg またはシクロスポリンＡ原末 30 mg）を取り、oil として用いたイソプロピルミリスチン酸（IPM）に溶解した。さらに、Tween 80（surfactant）

定量法

3.

結果および考察3 - 1.

コエンザイム Q10（CoQ10）の消化管吸収と propylene glycol（co-surfactant）を 加 え て 攪 拌

最初に、代表的難水溶性物質である CoQ10 を用し た。 そ こ へ pH 7.4 、5 0 mM の リ ン 酸 緩 衝 液

いて検討した。各種 CoQ10 製剤（原末、乳剤およ（water）を加えて攪拌した。oil : surfactant + co-び水溶化粉末）を投与した結果を Fig. 1、および 2

surfactant : water=10.8 : 43.1 : 46.2（wt%）の乳化に、台形法により求めた AUC の値を Table 1 にした溶液 2 mL を調製した。ただし surfactant :示した。原末よりも乳剤や水溶化粉末において消cosurfactant = 50 : 50（wt%）である。
アルベンダゾールの場合は、ガラス試験管に原末 30 mg を取り、acetic acid 0.264 mL に溶解した。
そこへ 85% phosphoric acid 0.264 mL、sterilizedwater を 0.396 mL 加えて攪拌した。さらにそこ
へ IPM 0.254 mL を 加 え た。 さ ら に、Tween 80
0.405 mL と propylene glycol 0.416 mL を混合した後、アルベンダゾール溶液に加えた。転倒混和
し、IPM : Tween 80 + propylene glycol : aceticacid + phosphoric acid + sterilized water = 10.8
: 43.1 : 46.2（wt%）の乳化した溶液 2 mL を調製した。ただし Tween80 : propylene glycol = 50 :50（wt%）であり、acetic acid : phosphoric acid :sterilized water = 2 : 2 : 3 (v/v/v) である。
2 - 3.

体内動態パラメーターの算出

体内動態パラメーターの算出には Origin8.1J ®
を用い、2 - コンパートメントモデルによって血中各薬物濃度を解析し、C max , T max および AUC の各パラメーターを得た。解析には以下の式を用いた。同様に台形法によって 1 サンプルずつ AUCを解析し、Origin8.1J ® で得られた値と比較した。
C = Ae -αt + Be -βt + Ie -Kat
C = 血中各薬物濃度

Fig. 1 Plasma CoQ10 concentration after oral administration of
three types of CoQ10 preparation in bile duct-ligated rats.
Each point represents the mean ± S.E. of 3 measurements.
(A) powder, (B) emulsion, (C) solubilized powder, ■ ; sham,○ ; bile duct-ligated.

11

機能性食品成分の吸収性改善のための製剤学的検討

Fig. 2 Effect of bile on the absorption of CoQ10 after oral administration of CoQ10 preparation in bile duct-ligated rats.
Each column represents the mean with S.E. of 3 measurements by the trapezoidal
method. *; significantly different from the group after administration of CoQ10 emulsion or solubilized powder in bile duct-ligated rats at p<0.05. N.S.; not significant.

Table 1 AUC of CoQ10 after oral administration of CoQ10 preparation

S.E.
sham

1.068

2.309

0.885

1.4210.4470.9220.708

0.246

0.625

0.199

2.13004.783
0.067

2.126
0.443

3.013
0.170

0.884
0.137

3.556
0.026

2.813
02.719
0.287

3.030
0.104

0.264
0.091

化管吸収性が有意に高かった。また吸収の増大はCoQ10 の free 体が放出されず、CoQ10 製剤のエ特に乳剤で大きく認められた。一方、胆管結紮マルジョンは胆汁の作用により、胆汁ミセルの状ラットでは sham に比べて消化管吸収性が劣って態で存在すると考えられる。一般に薬物のミセルいたことから、CoQ10 が小腸から吸収されるには、は非撹拌水層に到達し、ミセルのまま、もしくは乳化または可溶化した後に胆汁と混合する必要が薬物の free 体を放出し、吸収されると考えられあることが示唆された。ている。胆汁を加えても、CoQ10 の free 体が放CoQ10 の吸収には胆汁が必要であり、胆汁の出されないことから、CoQ10 は free 体で吸収さ分泌を止めることによって CoQ10 は可溶化されれるのではなく、胆汁ミセルの状態で吸収されるた製剤であってもほとんど吸収されなくなるこ可能性が考えられた。とが明らかになった。また、Caco-2 細胞（培養細3 - 2.

シクロスポリンＡ（CsA）の消化管吸収胞）、ラット腸管膜あるいは透析膜を装着した拡CoQ10 は水溶性が非常に低く、かつ経口吸収散 chamber を用いた検討で CoQ10 の膜透過が認性の非常に低い化合物であり、薬物を物理化学められず、CoQ10 が溶解していないためという的性質と膜透過性から分類する方法である BCS可能性が考えられたが，胆汁を加えて可溶化して（Biopharmaceutics Classiffication System）行った透過実験においても同様に透過が認められ用いるとクラスⅣに分類される（Table 2）。そこなかった（データは示さない）。したがって、胆で、医薬品としてすでに自己乳化製剤（Neoral ® ）汁を加えてもエマルジョンなどの製剤の状態からが市販されている CsA を用いて同様に検討した。

4,5）

を12

浦上財団研究報告書

Vol.19（2012）

High Solubility

Low Solubility

High Permeability

class 1 (Absorption Limit : Collapse)
Diltiazem
EnalaprilLabetalol
Propranolol
Captopril
Metoprolol
Phenylalanine
Atropineclass 2 (Absorption Limit : dissolution)
Diclofenac
Ibupofen
Phenytoin
Naproxen
Itraconazole
Indinavir
Desipramine
Digitoxin

Low Permeability

Table 2 Biopharmaceutics Classification Systemclass 3 (Absorption limit : permeation)
Famotidine
Ranitidine
Atenolol
Valsartan
Cimetidine
Metformin
AciclovirPravastatinclass 4 (in vitro-iv vivo no correlation)
Terfenadine
Colistin
Furosemide
Mebendazole
Ciclosporin
Albendazole
Acetazolamide
CoenzymeQ10

24 時間絶食させたラットに CsA を経口投与しり、CsA は乳化することで消化管吸収性が上昇た 後 の 全 血 中 CsA 濃 度 を Fig. 3 に 示 す。 ま た、することが示唆された。また Fig. 5 に示したよう

Fig. 4 には CsA 原末と Neoral 水溶液をそれぞれに、各剤形において、胆汁の分泌を止めることで投与した sham 群の AUC を示した。Neoral を投CoQ10 の場合と同様に全血中濃度上昇が有意に与した群は原末を投与した群に比較して消化管減少した。CsA は疎水性が高いが、原末を使用吸収性が有意に上昇していた。これらの結果よした場合でもある程度の吸収が認められた。

Fig. 3 Blood CsA concentration after oral administration of CsA powder (A)oremulsion (Neoral ®, (B)) in bile duct-ligated rats.
Each point represents the mean ± S.E. of 3 measurements. ■ ; sham, ○ ;bile duct-ligated.
†Fig. 4 Effect of emulsification on the absorption of CsA after
oral administration of powder or Neoral.
E a c h c o l u m n re p re s e n t s t h e m e a n w i t h S . E . o f 3measurements by the trapezoidal method. *; significantlydifferent from the group after administration of CsA powderin rats at p<0.05.

Fig. 5 Effect of bile on the absorption of CsA after oral administration of powder or Neoral.
Each column represents the mean with S.E. of 3 measurements by the trapezoidal method. *; significantly different fromthe group after administration of CsA powder in bile duct-ligated rats at p<0.05, † ; significantly different from the group afteradministration of Neoral in bile duct-ligated rats at p<0.05.

13

機能性食品成分の吸収性改善のための製剤学的検討を Fig. 7 に示した。モデルへのフィッティングに

CsA の吸収においても、CoQ10 と同様に胆汁よる解析結果を Table 3 に示した。

分泌が有用な役割を担っていることが示唆されたことから、吸収に及ぼす胆汁の影響を詳細に検討

これらの結果より、CsA乳剤においても消化管吸するために、CsA を胆汁に溶解して胆管結紮ラッ収に胆汁が関与していることが示唆された。CsA

トに投与した。その結果、Fig. 6 に示すように、は原末で投与するよりも乳剤として投与した方のNeoral 胆汁溶液を投与した胆管結紮ラットでは、消化管吸収が大きかった。CsA 原末、Neoral 水溶

Neoral 水溶液を投与した群と比較して消化管吸収液を投与した群では、いずれも胆管を結紮したラッが有意に増大した。血中濃度から算出した AUC

トの消化管吸収性が sham 群に比べて有意に低下した。したがって CsAの消化管吸収性には胆汁が関与していることが示唆された。これらの結果より乳化した製剤であっても、消化管から吸収されるには胆汁が必要であることが示唆された。
3 - 3.

アルベンダゾール（ABZ）の消化管吸収

次 に ABZ を 用 い て 同 様 に 検 討 し た。ABZ はCoQ10 および CsA と同じく BCS クラス４に属す
Fig. 6 Blood CsA concentration after oral administration of
Neoral or Neoral with bile in bile duct-ligated rats.
Each point represents the mean ± S.E. of 3 measurements.
▲ ; Neoral + bile, ○ ; Neoral.

る薬物であるが、他の二つの薬物とは物理化学的性質（溶媒への溶解度）の点で異なっており、有機溶媒にも比較的溶け難い。
ABZ は吸収後速やかにスルホキシド体（ABZ SO）へと代謝されるため、吸収性の評価には血液中の ABZ-SO 濃度の測定値を用いた。24 時間絶食させたラットに ABZ の原末又は乳剤を投与した後、測定した血漿中 ABZ - SO 濃度を Fig. 8 に示した。また、モデルへのフィッティングによる解析結果を Table 4 に、台形法により解析した AUC を Fig. 9 に示した。AUC を比較すると、Fig. 7 Effect of bile on the absorption of CsA after oral
administration of Neoral in rats.
Each column represents the mean with S.E. of 3
measurements by the trapezoidal method. *; significantly
different from the group after administration of Neoral in bileduct-ligated rats at p<0.05. **; at p<0.01.

ABZ は乳化することで消化管吸収性は上昇する
ものの、胆管結紮群でも sham 群と同様の数値を示した。以上の結果より、ABZ の消化管吸収に及ぼす胆汁の影響は小さいことが示唆された。

Table 3 Pharmacokinetic parameter (Origin8.1J ® )C max(µg/mL)

T max(hr)AUC(µg・hr/mL)

sham

0.631

4.132

6.665

bile duct-ligated

0.165

1.849

0.828

sham

1.660

3.636

16.827bile ductl-igated

0.211

3.411

1.762

bile duct-ligated

1.133

2.618

11.602

Dosage form
PowderNeoralNeoral + bile

14

浦上財団研究報告書

Vol.19（2012）

Fig. 8 Plasma concentration of profiles of ABZ-SO after oral administration of ABZ
powder (A), (B) or emulsion (C), (D) in bile duct-ligated rats.
Each point represents the mean ± S.E. of 3 measurements. ■ ; sham, ○ ;bile duct-ligated.
Table 4 Pharmacokinetic parameter (Origin8.1J ® )C max(µg/mL)

T max
(hr)

AUC
(µg・hr/mL)

sham

0.589

2.954

4.775

bile duct-ligated

0.270

5.189

3.579

sham

4.519

3.915

46.095bile duct-ligated

4.109

4.564

47.197

Dosage form
PowderEmulsion3 - 4.

薬物の溶解度測定

各薬物 1 g の溶解に必要な溶媒量は Table 5 に示した通りであった。いずれの薬物も水への溶解度は非常に低く、10000 mL 以上を必要とした。
一方、有機溶媒への溶解度をみると、CoQ10 とCsA がジエチルエーテル、クロロホルムいずれにも溶けやすいのに対し、アルベンダゾールはこれらの有機溶媒にも溶け難いことが明らかとなっFig. 9 Effect of bile or emulsification on the absorption ofABZ-SO after oral administration of ABZ powder or own
making emulsion in bile duct-ligated rats.
E a c h c o l u m n re p re s e n t s t h e m e a n w i t h S . E . o f 3
measurements by the trapezoidal method. **; significantly
different from the group after administration of ABZ powder
in rats at p<0.01, *; significantly different from the group afteradministration of ABZ powder in bile duct-ligated rats at
p<0.05, N.S.; not significant.

た。
4．まとめ
水への溶解性が低い化合物である CoQ10、CsA、
ABZ においては、乳剤化により消化管吸収が改15

機能性食品成分の吸収性改善のための製剤学的検討

Table 5 Drug solubility (volume required to dissolve 1 g of each compound (mL))

CoQ10CsA

ABZ

Water

10000<10000<10000<

Diethyl ether

21.29400

Chloroform<1<1600

善されることが示唆された。したがって、化合物

謝辞の乳剤化による消化管吸収性への影響は水への溶本研究を遂行するにあたり、多大なる研究助成解性と関連していることが考えられる。小腸管腔を賜りました財団法人浦上食品・食文化振興財団の膜表面近傍には非攪拌水層と呼ばれる水相が存並びに関係各位に心から感謝を申し上げます。

在するため、難水溶性の化合物の消化管吸収における律速段階が脂溶性に富む細胞膜内の拡散より

文

も、非攪拌水層での拡散にあることが知られてい

1) Tomsic M, Podlogar F, Gasperlin M, Bester-Rogac M,
Jamnik A. Water-Tween 40/Imwitor 308-isopropyl myristate
microemulsions as delivery systems for ketoprofen: smallangle X-ray scattering study. Int J Pharm. 327 : 170-7(2006).

る 6 ）。すなわち、乳化することで難溶性の物質は水溶性のミセルを形成するために非攪拌層を容易に通過できると考えられる。
また有機溶媒への溶解性が高い化合物である
CoQ10、CsA では胆汁により消化管吸収が増大した。一方、有機溶媒への溶解性が低い物質である
ABZ では消化管吸収に胆汁の影響はほとんど認められなかった。したがって、物質の消化管吸収に及ぼす胆汁の影響は有機溶媒への溶解性と関連していることが考えられる。今後、種々の化合物を用いた検討により、乳剤に適した物質の物理化

献2) Tenjarla S. Microemulsions: an overview and pharmaceuticalapplications. Crit. Rev. Ther. Drug Carrier Syst. 16 : 461-521(1999).
3) Bagwe RP, Kanicky JR, Palla BJ, Patanjali PK, Shah DO.
Improved drug delivery using microemulsions: rationale,recent progress, and new horizons. Crit. Rev. Ther. DrugCarrier Syst. 18 : 77-140 (2001).
4) Yu LX, Amidon GL, Polli JE, Zhao H, Mehta MU, ConnerDP, Shah VP, Lesko LJ, Chen ML, Lee VH, Hussain AS.
Biopharmaceutics classification system: the scientific basis
for biowaiver extensions. Pharm. Res. 19 : 921-925 (2005).

種機能性食品成分に適した製剤の選択が可能にな

5) Amidon GL, Lennernäs H, Shah VP, Crison JR. A
theoretical basis for a biopharmaceutic drug classification:
the correlation of in vitro drug product dissolution and invivo bioavailability. Pharm. Res. 12 : 413-20 (1995).

ると考えられる。

6) 辻

学的性質の共通性を明らかにすることにより、各彰 . 新薬剤学（南江堂）14-15 (2002).

16

浦上財団研究報告書

Vol.19（2012）

Pharmaceutical approach for improvement of oral absorptionof functional food components
Mitsuru Sugawara
Faculty of Pharmaceutical Sciences
Hokkaido University
The aim of this study is to develop the preparations that improve oral absorption of
the functional food components those belong to BCS (Biopharmaceutics ClassificationSystem) class 4. We focused on emulsified preparations and the effect of bile secretion on
their absorption.
Powders and emulsified preparations of coenzyme Q10, albendazole, and cyclosporine
A were administered to rats orally. Blood was collected several times up to 24 hours
after administration and drug concentrations in whole blood (cyclosporine A) or plasma(coenzyme Q10 and albendazole) were determined using HPLC. When the effect of bile
secretion on the absorption was tested, bile duct was ligated before administration.
Oral absorption of emulsion of coenzyme Q10, cyclosporine A, albendazole increased
compared with original powder. The enhancement of the absorption of coenzyme Q10 andcyclosporine A by emulsification was suppressed when bile duct was ligated. On the otherhand, absorption of emulsified preparations of albendazole was not affected by bile duct
ligation. Coenzyme Q10 and cyclosporine A are insoluble for water, but very soluble fororganic solvent. On the other hand, albendazole is insoluble for both water and organicsolvent. The difference in physicochemical property of the drugs might be one of indexes if
intestinal absorption of the emulsified preparations is affected by bile secretion.
Emulsification is one of a good method to improve oral absorption of the functional
food components belong to BCS class 4. Physycochemical property might be used as anindex for the effect of bile secretion on the absorption.