開放型セルを用いたレ ー ザ ー 光音響法による経皮吸収測定
東京大学工学部

澤田嗣 郎

The feasibility of percutaneous absorptiometry technique utilizing an open-ended
Photoacoustic (PA) cell are reported. This PA system is capable of measuring percu­
taneous absorption in vivo with both high sensitivity and accuracy. In addition, it pro­vides the means for very simple measurement, compared with conventional methods
such as radioisotopes.
An in vitro percutaneous absorptiometry was attempted using 1 % indomethacin(IDM) ointment applied to an extracted hairless mouse skin. By this experiment, both
the decrease in the amount of IDM on the donor side by the PA signal and the increase in
the concentration of IDM in the receiver side by UV absorbance were observed alongwith penetration of IDM through the skin.
An in vivo percutaneous absorptiometry was attempted using the 1 % IDM ointment
applied to a hairless mouse. The diffusion coefficient of IDM through the skin in vivo ob­―tained by this PA method was calculated to be 6. 7 X 10 'crrf /min. This was in good
agreement with the results obtained by the conventional in vitro method using a longitu­
dinal diffusion cell.
Based upon the results shown above, it was concluded that the laser PA method us­
ing an open-ended cell was applicable to percutaneous absorption.

1 . はじめに重要な鍵である。 そのため、拡散セルやラジオア
イソト ー プ(RI)などの様々 な方法が開発され近年、 経皮吸収促進剤や基剤の開発など、外用ているが、 簡便に かつ正しく物質の経皮吸収性剤の経皮吸収に関する基礎的な 研究から開発研究を評価可能な測定法は定まっていない。 特にin

ま で盛んに行われている。これは内服剤と比較しuiuo測定においてはin vitro法よりさらに定まって外用剤は、 効果の持続時間が長いことや副作用ていないのが現状である。in uiuo法においてはが小さいことなどの利点を有するからである。し一般的にRIが用いられているが、 対象薬剤に放かしながら最大の課題は、外的環境に対してバリ射性物質をマ ー カ ー として施す必要性があり、 測ア機能を有する皮膚（角層）にいかにして薬剤を定も極めて困難なため、スクリ ー ニング法と して吸収させるかである。医薬品や化粧品などの外用は不適当と思われる。さらに当然のことながらヒ剤を開発する際にも、 ドラッグデリバリ

ーシステト(in uiuo)には適用できない。簡便にかつ正ム(DDS)という言葉が盛んに使われている。

し< in uiuo測定の可能 な評価法が望まれている。

このDDS研究において、薬剤の経皮吸収評価は

我々はこれまでに、 簡便かつ高感度に経皮吸収

Percutaneous Absorptiometry by Laser Pho­
toacoustic Method Using an
Open-ended Cell.
Tsuguo Sawada
Faculty of Engineering,
The University of Tokyo

評価の可能な開放型セルを用いた光音響(PA)法を開発し、 in vitro、 in uiuo経皮吸収測定ヘIの適用を行ってきた l , 2 l。 さらにより測定対象物資を拡大するため、 UVレー ザ ー 光源を用いた高感度で高精度に適用可能な開放型セルを用いた
UVレ ー ザ ー PA法を新規に開発した叫そして、本法によるヘアレスマウスのin vitro、in uiuo-103-経皮吸収測定を行い、対象薬物の皮膚中拡散速度ドメタシン(IDM; C19H1 uClN04, WakoPureとしての有効性を報告する。

を、ポリエチレングリコ ー ルと混合させた1.0%

Chemical, Reagent class; for biochemistry)を求めた。本論文において本法の経皮吸収測定法

IDM軟膏を作成した。尚、一般的にIDMは消炎剤として用いられている。

2. 実 験
図1 にライトガイドと 一体型の開放型PAセル

3. 結果と考察を用いたin vivo経皮吸収測定システムを示す。
Ar'LASER

PASー 吸光度同時測定によるIDMのm

3. 1

LIQIT
CHOPPERvitro経皮吸収測定

脂肪部を除去したヘアレスマウスの摘出皮閤に1 .0%のIDM軟膏を10mg塗布し、拡散セルには生理食塩水を用い 、PASー 吸 光 度同時測定を

図1.

UV-PAS法を用いた筋便かつ高精度な経皮吸収測定システム

梃滋

行った。このシステムは皮膚上のIDMの残存量をPA法で、皮膚透過したIDM量を吸光度で、連続かつ同時に測定可能なシステムである。図2

光源として2 57nmのUV光を用いた。UV光は、に示した結果のように、PA信号の減少に伴い吸Physics, Model-2020)に非線形光学結晶(/3して吸光度は8時間程のラグタイムが存在するが、なUV発振ユニット(Ascal Corp., UVA-4)ことによるものと思われる。

5W( マルチ）のアルゴン レ ー ザ ー (Spectra-BaB心4 : BBO)を備えた光学微調整の可能を取り付けることで得られた。レ ー ザ ー ビ ー ムを

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41•9リュ ー ムは小さくなり、測定もより簡便となった。

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作成した。このデザインによってセルのデッドボ

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がった音響パイプをその末端に取り付けることでェ↓りr].

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いた。このPAセルは、ライトガイドの末端をセI

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これはIDMが皮膚の真皮層内に保持されやすい

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PAセル の共鳴周波数であ る2.2kHz にライト光度の増加が確認された。PA信号の変化と比較

図2.

UV-PAS・吸光度同時測定法によるIDMのin vitro経皮吸収測定た。この共鳴周波数は音響パイプの長さを変える

3. 2

UVレ ー ザ ー PAS法によるin vivo経 皮をこのPAセルを用いて高感度に検出し、ロック1%のIDM軟膏を実使用量(6mg/10mm¢)、

また、 SINをさらに向上させるため、脈拍や環境ノイズの影響を受けにくい周波数(kHz)で共鳴を起こすようにPAセルの構造をデザインしことで調整可能であった。試料から発生する音波

インアンプで解析することでPA信号を得た。

モデル試料として 、257nm光を吸収するイン-104-

Time [Hour]

吸収測定と皮膚中拡散係数の算出

ヘアレスマウスの背部に塗布しin vivo経皮吸収測定を行った。この時、UVレ ー ザ ー 光の温熱に開放型セルを用いたレーザー光音響法による経皮吸収測定―6

よる経皮吸収促進の影響を防ぐため5分ごとに測10定を行い、ロックインアンプなどの微小信号器の厚(L)=O.lcm)この値は、従来のin vitro拡散機能を考慮して1回の測定にかける時間を15秒とセル法により得られた値(3.5 X 10 6 C面/min.)した。 優れたS/N (40以上）で得られたin vivoとオ ー ダ ー で一 致した。 この結果より、本法の経測定の結果を図3 に示す。 基剤のみ塗布し同条件皮吸収評価法としての妥当性が得られた。

直/min.となった。

（ヘアレスマウスの皮膚―

n=S80
[Aユ]

0.00701% IDM Ointment

5030-0.04． ••-0.06
Vehicle20-0.08℃ 607 m,n．．

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40-0.02．

(OO l-0 )N laE
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Jd v 1eu61s Vd60

r=0.948406010。。
図3.

-0.1010203040Time[min.]506020Time

UV-PAS法によるIDMのin vivo経皮吸収測定（対象：ヘアレスマウス）

図4.

(min.]

経皮吸収理論に基づいた対数法による時定数の決定(IDMの皮膚中拡散係数の算出）

で測定を行った参照信号とIDM軟膏を塗布した

4. まとめと今後の課題

場合を比較すると、前者は時間に対してほぼ一 定であるが後者は60分後に初期PA信号に対して5％の信号の減少が認められた。 UVレ ー ザ ー 照射開放型セルを用いたレー ザ ー PA法は、高感度によるIDMの破壊や光変化は認められず、このかつ高精度にin vivo経皮吸収測定が可能であり、PA信号の減少はIDMの経皮吸収に伴うものとRIなどの従来法と比較して極めて測定が簡便で考えられた。 そこで、 IDMのヘアレスマウスのある。 さらに、本法を用いれば、経皮吸収に関すin vivo皮膚における皮膚中拡散係数を、得られる新たな情報を得られる可能性があり、測定法とたPA信号から求めることを試みた。 これは、しての有効性も示された。 また、本報告においてPA信号の経時変化から時定数を定めることで求は光源としてレー ザ ー 光を用いているが、高出力めることができる 4) 。 皮膚上の物質の濃度の減のキセノンランプあるいは重水素ランプなどを用

少変化は基本的に指数関数で表されるので、時定いれIfより多くの物質に本法を適用できる。

数はPA信号を対数でプロットすることで得られ現在、本法のヒトin vivo皮膚への適用を検討る。 また、膜中の物質の拡散理論より、時定数て中である。 この際の唯一の課題は、UV光の皮膚は次の式で記述される。て =4L勺冗の安全性についてである。 可視光を光源とする場
z

D

合は、皮膚に対する波長と照射エネルギーの最大(L: 膜厚、D: 物質の膜中拡散係数）許容値がわかっているので問題はほとんどない。

この原理を得られたPA信号(Fig.2)に適用す

しかしながら、波長が300nm以下のUV光の場

ると、図4に示したようにはて(607分）は相関

合には、実験例が少ないことやこれらの光が地表係数0.948で得られ、これより拡散係数は6.7 Xに到達していないこともあって、最大許容値は明-105-確に定められていない。 従って、 光強度を可能な限り小さくし、 十分安全性を検討した上で適用す

Sawada, T. Anal. Chem. 1992, 64, 2661-2663.

3) Takamoto, R. ; Yamamoto, S. ; Namba, R. ;Takamatsu, T. ; Matsuoka, M. ; Sawada, T.

ることが必要である。

Anal. Chem. 1994, (in press) .

引用文献
I) Takamoto, R. ; Namba, R. ; Nakata, 0. ;Sawada, T. Anal. Chem. 1990, 62, 674-677.

4) Steven, D. C.; Sinclair, S. Y.; Martin, A. A.

IEEE Transactions on Biomedical Engineer­
mg 1976, BME-26 (4), 220-227.

2 ) Takamoto, R.; Namba, R.; Matsuoka, M. ;-106-