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浦上財団研究報告書

Vol.30（2023）＜令和 2 年度助成＞

印刷工学技術による機能性コアシェル微粒子設計を活用した新規食品加工技術の開発

佐藤秀行（静岡県立大学 薬学部 薬剤学分野）

背景・目的いて報告する。基剤には hydroxypropyl cellulose-SSL（HPC）および hydroxypropyl methylcellulose acetate

Fine droplet drying（FDD）工法は、印刷工学技術succinate-HG（HPMCAS）を用い、腸溶性の HPMCASを応用した微粒子設計技術であり、新しい微細液滴を粒子表面に偏在させることで、保存安定性と溶解形成機構を備えた粒子設計技術として粒子設計への性の改善の両立、さらには粘膜付着性に起因する吸応用が強く期待されている。我々は、FDD 工法につ収部位における滞留性向上による化合物の経口吸収いて検討を進める中で、液滴の乾燥工程において溶性の改善を試みた。

液中に、ある種のポリマーが複数種類存在することでポリマー同士が相分離を起こし、片方のポリマー方法が表面に局在化、つまりはワンステップでコアシェル型の粒子を形成するという極めてユニークな現象

CsA を含有した 3 成分 tSD（tSD/CsA）は、CsAを見いだした。このような粒子は、表面に局在する（100 mg）、HPMCAS-HG（950 mg）、HPC-SSL（950ポリマーの種類により、例えば pH 感受性ポリマーmg）を固形分 2％（w/w）となるように acetone にによる消化管内の部位特異的な化合物送達や苦味マ完全溶解させた後、FDD 工法にて粒子化を行い tSD/スキング、粘膜付着性ポリマーによる吸収性制御、CsA を得た。また比較サンプルとして CsA と HPC-疎水性ポリマーコートによる保存安定性向上等、そSSL から構成される 2 成分 ASD（ASD/CsA）を溶媒の応用可能性は極めて多岐にわたることが期待されとして 1,4-dioxane を使用して作成した。作成したる。本研究では、その応用可能性を精査すべく FDD粒子について物理科学的特性評価として、表面形態、工法にて難水溶性化合物を含有した 3 成分固体分散

粒度分布、保存安定性、溶出性、粘膜付着性を精査

体製剤（tSD：ternary solid dispersion）の調製を行した。加えて、コアシェル粒子化が化合物の吸収動い、保存安定性、溶解性、粘膜付着性および経口吸収態に与える影響を評価するため、ラット経口投与後性を評価した。今回用いる製剤化技術である非晶質固の血中濃度推移についてモニタリングした。

体分散体製剤（ASD：Amorphous solid dispersion）は、薬剤の非晶質化に伴う高い自由エネルギーと分子レ結果・考察

ベルでの基剤中への分散によって薬剤の溶解性を改善する有効な手段であることが知られている。対象

FDD 工法にて調製した tSD/CsA および ASD/CsA を化 合 物 に は、 機 能 性 食 品 成 分 で あ る（R）
-α-lipoic

SEM ならびにレーザー回折にて評価した（Figure 1）。

acid（RLA） お よ び 難 水 溶 性 中 分 子 化 合 物 で あ る

SEM ならびにレーザー回折の結果から、両サンプルcyclosporine A（CsA）を選択した。RLA については、ともに粒子径の均一性は高く、平均粒子径ならびに鋭意検討を行った結果、粒子からの放出制御が極め

span factor は tSD/CsA で 3.4 µm および 0.4、ASD/て困難であったため、放出制御を達成した CsA につCsA で 5.6 µm および 0.7 であった。一方、外観に

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Figure 1 Appearance and particle size distribution. (A) SEM observations of CsA samples. (A-I) SD/CsA and (A-II) tSD/CsA.
(A-III) and (A-IV) after storage at 40/75%RH for 1 week. White bars represent 15 µm. (B) Laser diffraction analysis of CsA
samples to measure the particle size distribution. (B-I) SD/CsA and (B-II) tSD/CsA; Solid line, particle size distribution before
storage; and dotted line, particle size distribution after storage at 40/75%RH for 1 week.

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おいては ASD/CsA が球形形状を有していたのに対Vol.30（2023）優れる固体分散体であった。

し、tSD/CsA は表面に皴のある非球形形状であった

Amorphous CsA、tSD/CsA、および ASD/CsA にお（Figure 1A）。この形状の違いは溶媒の蒸気圧差にける CsA の溶出性を pH1.2 および pH6.8 の 2 種類伴う乾燥速度差と基剤間の相分離による影響が考えの試験液を用いて評価した（Figure 2）。Amorphousられる。Acetone のように蒸発速度が速い溶媒を使

CsA はいずれの pH 条件下においてもほとんど溶解用した場合、乾燥工程において液滴表面で基剤の析が見られなかった。一方で、ASD/CsA および tSD/出に伴うシェルが急速に生成されることが考えら

CsA は、pH1.2 溶液における試験開始 120 分時点でれ、結果として乾燥初期に生じたシェルが乾燥に伴の CsA 濃度は 7.1 および 0.6 µg/mL、pH6.8 条件下

う体積収縮によって非球形形状化をもたらしたと思での 360 分時点での CsA 濃度は 7.5 および 9.4 µg/われる。非球形形状の場合、その高い表面積によっmL であり、ASD/CsA では両 pH 条件において溶解て空気中の水分を吸着しやすい傾向があり保存安定性の改善が見られたのに対して tSD/CsA では pH1.2

性には不利に働く可能性があるが、HPMCAS-HG が条件では CsA の溶出がほとんど見られず、pH6.8 条

tSD/CsA 表面に存在することで水分の吸湿性が抑制

件において CsA の高い溶解性の改善効果を示した

された場合、ASD/CsA と比較して高い保存安定性が（Figure 2）。この顕著な pH 応答性の溶出挙動の結期待される。実際に保存安定性試験を行った結果、果から推察すると、tSD/CsA 内部において HPMCAS-

熱湿度条件下にて保存後の ASD/CsA は SEM 画像に

HG と HPC-SSL との間で相分離に起因する構造化が見られるような顕著な粒子間凝集を引き起こしてお生じており、HPMCAS-HG が tSD/CsA の表面に局在り、圧縮空気により粒子を分散できずレーザー回折する疑似的なカプセル構造を有している可能性が考による粒子径分布の測定が出来なかったが、tSD/えられる。

CsA の外観ならびに粒子径分布は保存後において顕CsA サンプル懸濁液をムチンディスク上に塗布し、著な変化は認めなかった。以上の結果から今回調製緩衝液中でインキュベートした後、ディスク上に残した tSD/CsA は ASD/CsA と比較して良好な保存安存した CsA 量を定量することで粘膜付着性を評価し定性を有し、熱湿度条件下にて保存後も粉体特性にた。その結果、tSD 製剤は顕著に高い粘液付着特性

Figure 2 Dissolution behavior of CsA samples under (A) pH 1.2 and (B) pH 6.8 solutions.
×, amorphous CsA; ○, tSD/CsA; △, SD/CsA. Each bar represents mean±S.E. of 3 independent
experiments. distribution after storage at 40/75%RH for 1 week.

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Figure 3 Mucoadhesive properties of CsA samples evaluated by mucin disc method.
Each bar represents mean ± S.E. of 3 independent experiments (n =3).

を示した（Figure 3）。ムチンは数百万の巨大な分子

CsA の Cmax、AUC0–inf. および BA はそれぞれ 0.12 µg/量を有する糖タンパクの混合物であり、主に硫酸基

mL、0.5 µg.h/mL および 0.7％であり経口吸収性がに結合したオリゴ糖残基量に依存した負帯電を示乏しかった。一方、ASD/CsA における CsA の Cmax、す。これらの特性から、使用した添加剤の有するヒAUC0–inf. および BA はそれぞれ 1.0 µg/mL、10.3 µg.h/

ドロキシル基やカルボニル基との間に形成される水

mL および 13％、tSD/CsA ではそれぞれ 1.2 µg/mL、素結合、疎水性相互作用や、分子鎖の物理的絡み合14.5 µg.h/mL および 19％であった。このように 2いなどの相互作用によって付着特性が発現したと考

種類の固体分散体製剤は、amorphous CsA と比較しえる。て 顕 著 に 吸 収 性 を 改 善 し、BA で の 比 較 に お い て各検体を経口投与後の CsA の血漿中濃度推移およびASD/CsA で 19 倍、tSD/CsA で 27 倍 の 改 善 が 見 ら、Cmax、AUC0–inf.、生物学的利用能（BA：Bioavailability）

れた。これらは、CsA の固体分散体化に伴う CsA の平均滞留時間（MRT）などの薬物動態パラメーター溶解性改善効果が反映された結果と考えられる。

を Figure 4 と Table 1 にそれぞれ示す。Amorphous

MRT を比較した場合 amorphous CsA は 5.9 時間で

Figure 4 Oral absorption profile of CsA samples after oral administration (10 mg-CsA/kg, p.o.) in rats.
×, amorphous CsA; ○, tSD/CsA; △, SD/CsA. Each bar represents mean ± S.E. of 5-6 independent experiments.

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Table 1

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Vol.30（2023）

Pharmacokinetic parameters of CsA in rats after oral administration of CsA samples.

Amorphous CsA(10 mg/kg)
tSD/CsA(10 mg/kg)
ASD/CsA(10 mg/kg)

AUC0–inf. (µg.h/mL)

BA (%)MRT (h)0.5 ± 0.2

0.7

5.9 ± 0.5

14.5 ± 1.3

198.7 ± 0.3

10.3 ± 1.9

137.5 ± 0.8

Data represent mean ± S.E. of 5 independent experiments. (n=5).

あったのに対して、ASD/CsA および tSD/CsA はそれ謝辞

ぞ れ 7.5 お よ び 8.7 時 間 で あ り、tSD/CsA は ASD/

本研究は、公益財団法人 浦上食品・食文化振興財

CsA と比べても MRT の延長が認められた。これら団による研究助成により遂行された。ここに深く感の結果は、粘膜付着性結果ならびに溶解試験におけ謝いたします。

る tSD/CsA の放出プロファイルに起因していると考えられる。
以上、tSD/CsA はコア基剤である HPC による固体分散体化を反映した対象化合物の溶解性改善ならびにシェル基剤である HPMCAS-HG の基剤特性を反映することによって保存安定性と経口吸収性の改善を可能とし、FDD 工法によるコアシェル粒子開発の難水溶性化合物の薬物動態制御への応用可能性を明らかとした。以上より、本研究にて開発した手法は様々な難水溶性化合物への有用性を有すると考えられ、機能性食品成分や医薬成分への発展的応用、製品開発への貢献が期待される。

Development of a novel food processing technology by designingcore-shell fine particles based on printing technology

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Development of a novel food processing technology by designingcore-shell fine particles based on printing technology
Hideyuki SATO
Laboratory of Biopharmacy, School of Pharmaceutical Sciences, University of Shizuoka
AbstractThe present study aimed to clarify the applicability of the fine droplet
drying (FDD) process, a novel powderization technology using an inkjet head,to strategic application for designing functional core-shell particles to control
and improve the pharmacokinetic behavior of poorly water-soluble compounds.
Hydroxypropyl cellulose (HPC) and hydroxypropyl methylcellulose acetate
succinate (HPMCAS) were selected as carrier materials for ternary solid
dispersion (tSD). (R)-α-lipoic acid (RLA) and cyclosporine A (CsA) were selected
as model compounds with poor water solubility. The physicochemical andpharmacokinetic properties of the prepared formulations were evaluated. Basedon the results, it was found to be difficult to control the release kinetics of RLA
using the present strategy. Accordingly, we focused primarily on an evaluationof tSD/CsA. The tSD/CsA comprised uniform shriveled particles with a mean
diameter of 3.4 µm and span factor of 0.4, which are parameters for estimatingt h e p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n . A l t h o u g h H P C - b a s e d S D s h o w e d a s e ve r eaggregation of the particles after storage under 40°
C/75% relative humidity for
1 week, there were no significant aggregation of tSD/CsA, possibly due to therelatively low hygroscopic property of HPMCAS. In the dissolution test, tSD/CsA could suppress drug release under pH 1.2, and gradually release the drug
under pH 6.8, with an improved dissolution of CsA. In an in vitro mucoadhesive
evaluat ion using a mucin disk, tSD/CsA exhibited a higher mucoadhesive
property than HPC-based SD. Orally-dosed tSD/CsA in rats resulted in asignificantly improved oral absorpt ion of CsA, as evidenced by a 27-foldhigher bioavailability relative to that of amorphous CsA, due to the improved
dissolution and mucoadhesive properties of tSD/CsA. The FDD process could
serve a promising strategy for the fine particle design of functional particles, toimprove the biopharmaceutical properties of poorly water-soluble compounds.