優れた安全性・安定性を有する経皮吸収型イオン液体の創製とコスメトロジー素材への応用
和歌山県立医科大学薬学部薬剤学研究室

福田達也

Ionic liquids (ILs) have attracted attention in the drug delivery fields since ILs achieve solubilization, stabilization,and enhancement of transdermal absorption of a variety of compounds. However, some species of ILs have been reported
to exhibit high toxicity when applied to the skin, which poses a major challenge for application to the cosmetology field.
Hence, development of new ILs with good performance with safety has been required. In this study, we aimed to prepare
new ILs that allows for promotion for transdermal absorption without toxicity. We could prepare ILs by using amine having
polyethylene-glycol moieties and geranic acid as cation and anion, respectively. The ILs achieved solubilization of somepoorly water-soluble compounds, and also enabled efficient delivery of a macromolecule into the skin without skin damage.
These results suggest that these ILs would be applied for cosmetology materials with safety. Also, we could develop ILs
composed of an antioxidative compound, edaravone, in which interaction had been formed between edaravone anion andcation molecules. Through in vitro and in vivo experiments, the edaravone-ILs were shown to exhibit high antioxidative
activity similar to edaravone regardless of forming ILs, suggesting that the ILs have a potential to exhibit antioxidative effectfor beauty and anti-aging. In conclusion, use of ILs should be a safe and useful approach for transdermal drug delivery anddevelopment of new cosmetology materials.

１．緒

イオン電導性などの性質を有すること、また構成成分の組

言み合わせによりその性質を制御できることから、“第三の皮膚内の水分蒸発を防ぎ、かつ外部からの異物侵入を防液体” として化学、工学、材料科学の分野でもともと広くぐ最大のバリア機能を有する皮膚角質層は、生体の恒常性使用されてきた。初めての ILs に関する報告は、1914 年に維持に必要不可欠な組織部位である一方、香粧品などを適Walden らにより作製された、室温で液体の（融点 13 - 14

用する場合、その有効成分の皮内への輸送はバリア機能に℃）の硝酸エチルアンモニウムであり、100 年以上前の話は阻まれ、十分な効果を得ることができない。これまでにである。医薬領域における ILs の適用は、1990 年代後半か創薬の分野では、マイクロニードル、超音波、イオントら 2000 年代初期から始まり、酵素やタンパク質の熱安定フォレシスなどの物理的な刺激を利用する手法が提案され性の改善や、抗菌剤、抗がん剤の合成に用いる触媒としてており、低分子化合物のみならず高分子化合物の経皮送達の利用が主であった。その後、難水溶性化合物の可溶化や、が可能となり、その有用性が報告されている

1 - 2）。しかし、薬物放出システム構築への利用、低分子 / 高分子医薬の経香粧品に適用するにはデバイスを用いずに使用できるとい皮吸収促進作用、などといった薬物送達システム（DDS）・った簡便性が必要であり、コストや実用性の観点からも、製剤研究における多くの有益な機能性が報告され、新たな新たな経皮吸収システムの開発が課題と考えられる。

DDS マテリアルとして盛んに研究され始めた。
当研究室ではこれまでに、IL を用いた DDS 研究を展

近年、創薬の研究領域では「イオン液体（Ionic Liquids:ILs）」が新規経皮吸収促進溶媒として注目を集め、世界中開しており、重炭酸コリン（カチオン）およびゲラン酸で研究が盛んに行われている 3）。ILs は、カチオン分子と（アニオン）からなるイオン液体、Choline And Geranate

アニオン分子から構成される 100 ℃以下の融点を有する塩（CAGE）が多くの難水溶性低分子化合物に対して優れたと一般的に定義されており、組み合わせによってはイオン可溶化能を示し、加えて低分子から高分子化合物（タン結合を保持した状態で室温にて液体で存在できるものもあパク質や核酸医薬）を経皮送達できることを報告してきり、任意の機能性を付与することができる。一般の分子性た。具体的には、CAGE をフラボノイドであるノビレチン液体（水や有機溶媒）と異なり、難揮発性や高い熱安定性、や Bovine serum albumin（BSA）、インスリンと混合し皮Development of ionic liquids with safety
and stability for transdermal absorption
and their application to cosmetology
materials
Tatsuya Fukuta
Department of Physical Pharmaceutics,
School of Pharmaceutical Sciences,
Wakayama Medical University

膚へ塗布することで高い経皮吸収促進作用を示し、血糖降下作用を有するノビレチンやインスリンを経皮送達した場
合には、一過的な作用を示す皮下注射と比較して持続的な作用を得られることを見出してきた 4 - 5）。また、糖鎖からシアル酸を脱離させる酵素シアリダーゼを、CAGE を利用して老化促進モデルマウスの真皮に送達したところ、皮膚のエラスチン量が増加し、老化で失われた皮膚の弾力を回− 136 −優れた安全性・安定性を有する経皮吸収型イオン液体の創製とコスメトロジー素材への応用復できることが示唆される結果を得た 6）。これらのことか

60 ℃にて 48 時間真空乾燥させた。エダラボン IL の形成

ら、医薬領域だけでなく、コスメトロジー領域においても、を目視、NMR およびフーリエ変換赤外分光法（FT-IR）にILs の応用展開が強く期待されている。て評価した。

一方で、ILs の種類によっては、皮膚に適用した際に高域への応用を考える際には大きな課題となる 7）。先述した

2 . 2．PEG モチーフを有する IL による高分子医薬の皮内送達

CAGE は、それ自身がバイオフィルム除去能や中和活性に2 , 1 . に従って作製した PEG モチーフを有する IL を、より幅広い抗菌活性を示すことが明らかとなっており、そFAM 標 識 NF-κB デ コ イ オ リ ゴ DNA と 混 合 し、HOS :のメカニズムとして CAGE の構成成分であるコリンが負HR- 1 ヘアレスマウスの背部皮膚へ塗布した。一定時間後、に帯電した菌脂質膜 LPS domain に作用し、静電的相互作

IL を塗布した部分の皮膚を回収し、OCT コンパウンド中用によるイオン複合体を形成すること、また膜に埋め込まで凍結固化させたものをクライオスタットにより凍結切片れたコリンの安定化の際に、ゲラン酸が脂質膜中にスパイとした。得られた切片中の核酸由来の蛍光を蛍光顕微鏡にクされ、それにより膜構造が破壊されることが報告されてて観察した。

い毒性を示すものも報告されており、コスメトロジー領

8）いる 。一方、皮膚などの正常細胞の脂質二重膜には構造上ゲラン酸がスパイクされにくく、菌体に比べて正常細胞への毒性は低いとされているものの、コスメトロジー領域への応用に向けた新たな ILs の開発が期待される。

2 . 3．抗酸化物質を構成成分とする IL の物性評価
化合物の IL 化は水への溶解性を向上させることが報告されている。そこで、エダラボン、および２．１. で作製

そこで本研究では、コスメトロジー素材として応用可能できたエダラボン IL を過剰量秤量し、水と混合、室温でな、優れた安全性・安定性を有する経皮吸収型 ILs の創製24 時間反応させた。得られたサンプルを遠心分離（1 , 000を目的として、①皮膚への刺激性や毒性がほとんど認めら

g, 10 min）し、上清中のエダラボン濃度を HPLC にて評価れないことから化粧品成分として広く使用されるポリエチした。また、室温におけるエダラボン IL の粘度を、粘度レングリコール（PEG）を骨格として有する IL、②シミの計 MicroVISC（Rheosense, San Ramon, CA, USA）を用い形成に関与する活性酸素の除去作用をもつ抗酸化剤を成分て評価した。また、エダラボン IL の融点を示差走査熱量とする IL 9）、を開発したため、報告させていただく。

計（DSC）にて測定した（Hitachi DSC 7000 X instrument;

2．方Hitachi High-Tech Science Corporation, Tokyo, Japan）。

法

また、エダラボン IL を水中に分散させた後、得られた

2 . 1．イオン液体の調製

懸濁液中におけるエダラボン IL の粒子径、表面電荷をアミノ基、および PEG を骨格として有する３種の化合物をカチオンとして、ゲラン酸をアニオンとして任意のモ

Zetasizer Pro（Malvern Instruments, Worcestershire,UK）を用いて評価した。

ル比で混合し、30 分室温で撹拌混合させた。その後、60℃で 30 分間エバポレーションに供し、60 ℃で 48 時間、減2 . 4．抗酸化物質を構成成分とする IL の抗酸化活性圧下にて真空乾燥させた。IL の形成を 60 ℃および室温に評価戻したのちに目視で観察するとともに、Nuclear Magnetic

エ ダ ラ ボ ン お よ び エ ダ ラ ボ ン IL の 抗 酸 化 活 性 を、Resonance（MNR）にて確認した（論文投稿準備中により2 , 2 -diphenyl- 1 -phycrylhydrazyl（DPPH）ラジカルアッセ

詳細は割愛させていただく）。

イを用いて in vitro にて評価した。具体的には、96 -well プ

抗酸化剤を成分とする IL の調製時には、ラジカルスカ

レート中に最終濃度として DPPH が 50 µM、エダラボンおベンジャーとして脳梗塞急性期や筋委縮性側索硬化症の治よびエダラボン IL が 0、10、20、40 µM となるように混合療薬として認可されているエダラボンを用い、薬物自身をした。そして、DPPH および各サンプルを 20 分間反応さカチオンあるいはアニオンとして構成された IL、すなわせた後の、DPPH ラジカルの吸光度（λ= 540 nm）をマイク

ち Active Pharmaceutical Ingredient（API）-IL の作製をロプレートリーダーにて測定した。各サンプルの抗酸化活行った。エダラボンをアニオンとして、またカチオンとし性は、コントロール群（エダラボン 0 µM）と比較した際のて過去に API-IL のカチオン成分として使用された実績のDPPH ラジカルの消去率を、得られた吸光度を基に算出すある重炭酸コリン , 1 - デシル - 3 - メチルイミダゾリウムクることで評価した。また、エダラボンを IL 化することによロライド，1 - ブチル - 1 - メチルピロリジニウムクロライ

り、in vivo における抗酸化活性が損なわれていないことをド，テトラブチルホスホニウムクロライドの 4 種を選択し確認すべく、エダラボンの適応疾患の一つである脳梗塞のた。各カチオンとエダラボンを 1 : 1（モル比）で室温にて 1

モデル動物として頻用される、transient middle cerebral

時間撹拌混合後、溶媒をエバポレーターにより留去した後、artery occlusion（t-MCAO）ラットを用いて評価した 10）。

− 137 −

コスメトロジー研究報告 Vol. 32, 2024

3．結

イミダゾリウムクロライドで作製した IL は 60 ℃では液体果であったものの、室温では固体となってしまうこと、また

3 . 1．PEG モチーフを有する IL の作製と高分子医薬の皮内送達

た IL は水に懸濁した際に容易に析出した。テトラブチル

1 - ブチル - 1 - メチルピロリジニウムクロライドで作製しこれまでに当研究室にて用いていた CAGE のアニオンホスホニウムをカチオンとして作製した IL は室温におい成分であるゲラン酸をアニオンとし、PEG モチーフを有て液体であり、かつ水中で析出しなかったことから、今後するアミンをカチオンとして IL の作製を行った。PEG アの経皮製剤としての取り扱いやすさの観点から、テトラブミンについては、異なる末端基（メトキシ基、ヒドロキシチルホスホニウムをカチオンとし作製した IL を“エダラボ基等）および PEG 鎖長（分子量）の分子種をいくつか選定し、ン IL” とし、以降の検討で使用した。エダラボン IL の水へ異なるアニオン：カチオン比率で IL を調製した。その結果、の飽和溶解度を HPLC にて評価したところ、エダラボンの室温で固体のものも一部得られたが、処方最適化により室飽和溶解度が 1 . 96 ± 0 . 05 mg/mL であったのに対し、エ温で液体の ILs を見出した。これら PEG アミン骨格を有す

ダラボン IL は 3 . 47 ± 0 . 35 mg/mL（エダラボンとして）でる ILs（PEG-ILs）は、難水溶性薬物の可溶化を可能とするあり、約 1 . 8 倍に増加した。さらに、エダラボン粉末は水CAGE と同様に高い薬物溶解性を示した。さらに、ある種に溶けにくく長時間の撹拌混合を必要とする一方で、エダの PEG-IL は、蛍光標識オリゴ核酸と混合してマウス背部

ラボン IL は水中にて約 10 秒間撹拌混合するのみで速やか皮膚へ塗布した際に、高い皮膚吸収促進効果を示すとともに溶解した。また、エダラボン IL の粘度および融点をそに、皮膚刺激性を示さないことが明らかとなった。PEG-

れぞれ測定したところ、粘度は 7753 . 7 ± 61 . 3 mPa・S（20 . 7

ILs の物性評価として、中間水に着目し検討を行った。そ℃において）、融点は−41 . 3 ℃であった。IL を水に懸濁の結果、CAGE では水と混合することでゲル構造を示し、した際に、IL 自身でナノ粒子を形成し、それが IL の皮膚さらに水を添加すると相分離を起こすが、ある種の PEG-や粘膜の透過促進に有効に働くことが示唆されている 11）。

ILs においては、体積比として 90 % まで水を添加した場合

そこで、エダラボン IL を水に懸濁させた際の粒子径およでも均一な溶液を維持し、水の添加による顕著な溶解度低び ζ 電位を測定したところ、粒子径が 199 . 2 ± 68 . 0 nm、ζ下も認められなかった。DSC 測定から中間水の存在が示

電位が−26 . 6 ± 1 . 2 mV と、負電荷のナノ粒子を形成して唆されており、これにより高い水分含量においても相分離いることが明らかとなった。

せず、ILs の形態を維持していた要因であると考察される。

次に、エダラボンを IL 化したことによる抗酸化活性へ

以上より、PEG アミンを用いて作製した新規 ILs は高分子の影響を in vitro および in vivo において評価した。DPPH医薬の皮膚吸収促進を可能とするとともに、高い安全性をラジカルアッセイによってラジカル捕捉活性を評価した結有する ILs であることが示唆された（論文投稿準備中）。

果、エダラボン IL は濃度依存的な抗酸化活性を示し、またその活性はエダラボン原薬と同程度であった（図 2）。こ3 . 2．エダラボン IL の物性・機能性評価のことから、IL 化によってエダラボンの抗酸化活性が変3 . 1 . の検討と並行して、抗酸化活性を有し、美容や炎化しないことが示唆された。さらに、in vivo における抗症性皮膚疾患への応用が可能な ILs の作製に着手した。抗酸化活性を評価するため、エダラボンの適応疾患である脳酸化剤として、高いラジカル捕捉能により脳梗塞や筋萎縮梗塞のモデルラットに対してエダラボン IL を尾静脈内投性側索硬化症の治療薬として使用されているエダラボンを与した結果、エダラボン IL はエダラボン溶液と同程度のアニオンとして使用した。エダラボンと混合するカチオン

脳細胞死の抑制と運動機能不全の改善を示し、in vivo にとして、過去に API-ILs のカチオン成分として使用された

おいてもエダラボン原薬と同様に高い抗酸化活性を発揮す

実績のある重炭酸コリン、1 - デシル - 3 - メチルイミダゾ

ることが明らかとなった 9）。

リウムクロライド、1 - ブチル - 1 - メチルピロリジニウム

4．考

クロライド、テトラブチルホスホニウムクロライドの 4 種察を選択した。各カチオンとエダラボンを 1 : 1（モル比）でILs は難水溶性化合物の可溶化や、低分子・高分子医薬室温にて 1 時間撹拌混合後、溶媒をエバポレーターによりの経皮吸収促進を可能とすることから、医薬領域において留去した後、60 ℃にて 48 時間真空乾燥させることで、エ経皮薬物送達を実現する技術として近年盛んに研究が行わ

ダラボン IL の形成を評価した結果、重炭酸コリンを用いれている。一方で、ILs の種類によっては皮膚に適用したた場合では析出し IL が形成されなかったが，他の 3 つの際に高い毒性を示すものも知られており、コスメトロジー

カチオンを用いた場合では IL の形成が目視において確認

領域への応用を考えた際には、化合物の経皮吸収促進作用でき（図 1）、NMR や FT-IR によりカチオン・アニオン間を有し、かつ高い安全性を有する ILs の開発が望まれていの相互作用を観察できた。一方で、1 - デシル - 3 - メチルる。そこで本研究では、皮膚への刺激性や毒性がほとんど− 138 −

優れた安全性・安定性を有する経皮吸収型イオン液体の創製とコスメトロジー素材への応用

図1

エダラボンイオン液体の材料（A-E）と 25 ℃および 60 ℃における各イオン液体の様子

図２

DPPH ラジカルアッセイによるエダラボンおよびエダラボン IL の抗酸化活性評価

認められず、化粧品成分として広く使用される PEG、お液体の ILs をいくつか見出すとともに、CAGE と同様に高よびシミ予防等により美容へ応用できる可能性を有する抗い薬物溶解性を示すことが明らかとなった。さらに、モデ酸化剤としてエダラボンに着目し、研究を実施した。

ル高分子として蛍光標識オリゴ核酸と PEG-IL をマウス皮PEG アミン骨格を有する化合物をカチオン分子として膚へ塗布したところ、皮膚へ顕著な傷害を示すことなく核いくつか選定し、経皮 DDS の ILs として多くの実績・報告酸を皮内へ送達できている様子が観察された。高分子医薬のある CAGE のアニオン成分であるゲラン酸と反応させである核酸の皮内送達が可能であったことから、多くの化ることで ILs の作製を行った。処方最適化の結果、室温で粧品成分の経皮吸収促進剤として本 PEG-IL が応用可能で− 139 −コスメトロジー研究報告 Vol. 32, 2024あることが期待される。一方で、本 PEG-IL による経皮吸e2004819（2021）．

収促進の詳細なメカニズムや、頻回投与時の安全性などが4） Banerjee A., Ibsen K., Iwao Y., Zakrewsky M.,

未だ明らかでないため、今後更なる検討が必要である。

Mitragotri S. Transdermal protein delivery using

抗酸化剤は、シミ予防やアンチエイジング効果を有することから、コスメトロジーの素材として注目されていcholine and geranate（CAGE）deep eutectic solvent.
Adv. Healthc. Mater., 6, 1601411（2017）．

る。本研究では、高い抗酸化活性を有するエダラボンに

5） Hattori T., Tagawa H., Inai M., Kan T., Kimura S.,着目し、いくつかのカチオンと反応させることで、薬物

Itai S., Mitragotri S., Iwao Y. Transdermal delivery of（API：Active Pharmaceutical Ingredient）自身を IL 化さ

nobiletin using ionic liquids. Sci. Rep., 9, 20191（2019）．

せた「API-IL」の開発に成功した。さらに、エダラボンは

6） Minami A., Fujita Y., Goto J., Iuchi A., Fujita K.,

IL 化させた場合においても高い抗酸化活性を維持していMikami Y., Shiratori M., Ishii A., Mitragotri S., Iwao Y.,

ることが in vitro、in vivo の検討から示された。このこと

Kanazawa H., Kurebayashi Y., Takahashi T., Otsubo T.,から、皮膚に適用した場合においても高い抗酸化活性を発Ikeda K., Suzuki T. Enhancement of elastin expression

揮することが期待される。今後、メラニン保有ヘアレスマ

by transdermal administration of sialidase isozyme

ウスを用いたシミ予防に関する検討や、酸化ストレスが病

Neu2. Sci. Rep., 11, 3302（2021）．

態進行に関与するアトピー性皮膚炎や乾癬のモデル動物に

7） Uddin S., Islam MR., Moshikur RM., Wakabayashi R.,

エダラボン IL を応用することで、皮膚の健康を維持する

Kamiya N., Moniruzzaman M., Goto M. Transdermal

コスメトロジー素材としてエダラボン IL が応用可能であdelivery of antigenic protein using ionic liquid-based

るか明らかとしていきたい。

nanocarriers for tumor immunotherapy. ACS Appl.

本検討により、皮膚への刺激性を示すことなく高い経皮Bio. Mater., 5, 2586-2597（2022）．

吸収促進作用を示す新規 IL の開発、および高い抗酸化作

8） Ibsen KN, Ma H., Banerjee A., Tanner EEL., Nangia

用を有する IL を見出すことができた。今後、これら ILs をS., Mitragotri S. Mechanism of antibacterial activity of

皮膚へ適用した際の皮膚への影響や、安全性に関する知見

choline-based ionic liquids（CAGE）．ACS Biomater.

を蓄積することで、コスメトロジー素材としての有用性をSci. Eng., 4, 2370-2379（2018）.
9） Fukuta T., Ikeda-Imafuku M., Iwao Y. Development

実証したいと考えている。

of edaravone ionic liquids and their application for the（引用文献）

treatment of cerebral ischemia/reperfusion injury. Mol.

1） Sun T., Dasgupta A., Zhao Z., Nurunnabi M.,

Pharm., 20, 3115-3126（2023）．

Mitragotri S. Physical triggering strategies for drug10）Yoneda S., Fukuta T., Ozono M., Kogure K.

delivery. Adv. Drug. Deliv. Rev., 158, 36-62（2020）．

Enhancement of cerebroprotective effects of lipid

2） Fukuta T., Oshima Y., Michiue K., Tanaka D., Kogure

nanoparticles encapsulating FK 5 0 6 on cerebral

K. Non-invasive delivery of biological macromolecularischemia/reperfusion injury by particle size regulation.

drugs into the skin by iontophoresis and its application

Biochem. Biophys. Res. Commun., 611 , 53 - 59（2022）．

to psoriasis treatment. J. Control. Release, 323, 323-33211）Shi Y., Zhao Z., Gao Y., Pan DC., Salinas AK.,（2020）．

Tanner EEL., Guo J., Mitragotri S. Oral delivery of3） Curreri AM., Mitragotri S., Tanner EEL. Recent

sorafenib through spontaneous formation of ionic liquidadvanced in ionic liquids in biomedicine. Adv. Sci., 8,

nanocomplexes. J. Control. Release, 322, 602-609（2020）．

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