薬 剤 学, 74 (2), 126‑131 (2014)≪若手研究者紹介≫

ドラッグデリバリーシステムに導かれた人生

奥

田

知

将*

Tomoyuki Okuda

名城大学薬学部薬物動態制御学研究室に関する研究を中心に進めている．

1．は じ め に読者数としては決して多くないとは思うものの，本コラムの執筆に当たり，未だ 30 代半ばである

特にこれからアカデミアで研究者となる将来を考え

若輩者の筆者にとっては気恥ずかしい壮大な題を付ている学生にとって本稿が少しでも参考になれば幸けさせて頂いたが，それほど筆者の人生において『ドいである．

ラッグデリバリーシステム（DDS）』はかけがえのない存在である．筆者と DDS との出会いは，高校

2．博士前期課程での研究活動

3 年生の時に何気なく手に取り読んだ科学書籍に掲

岡山大学薬学部に在学していた筆者は，4 年生か載されていた『リポソーム』に関するもので，そのらの研究室配属に当たり，迷わず木村研究室を志願

魅力にとりつかれて以来，大学での 9 年間全くぶれした．学生からの人気が高い研究室で定員を超える

ずにアカデミアでの DDS 研究者となる道を志して多数の志願者がいた中で，無事に配属が決まり，DDS

きた（これが筆者の唯一の誇りである）．筆者は大学

研究をスタートすることができた．吸収改善，徐放4 年生から博士前期課程までの間，岡山大学大学院

化，標的指向化と DDS 研究が幅広く展開されてい自然科学研究科（現，医歯薬学総合研究科）
・木村聰

た中で，筆者には研究テーマとして『アミノ酸含有

城郎教授（現，特任教授）主宰の薬物動態制御学分

低粘膜傷害性吸収促進剤の開発』を頂いた．

野に在籍して『安全性に優れた吸収促進剤の開発』

投与の簡便さおよび患者のコンプライアンスの観に関する研究に従事し，その後，博士後期課程から点から，経口および経粘膜が最も望まれる投与経路は京都大学大学院薬学研究科・橋田充教授主宰のである一方，粘膜透過性が乏しい医薬品シーズが多薬品動態制御学分野に移籍して『腫瘍内滞留型ナノい現状にある．この問題の改善に向けて，古くから粒子製剤の開発』に関する研究に従事してきた．そ

吸収促進剤の探索・開発が進められており多くの候の間，非常に多くの恩師の先生方と仲間に支えられ，補化合物が見出されてきたものの，実用化にはその卒業後に名城大学薬学部・岡本浩一教授主宰の薬物

粘膜傷害性が大きな障壁となっている．

動態制御学研究室で助教として採用頂き，アカデミ

木村研究室のこれまでの研究成果において，脂肪アで研究者となる夢を結実することができた．現在

酸塩の中でラウリン酸ナトリウム（C12）が比較的は，『肺をターゲットとした吸入型 DDS 製剤の開発』

広範囲の分子量を持つ薬物に対して優れた吸収促進効果を発揮するととともに，タウリンや L-グルタミ*2003 年岡山大学薬学部総合薬学科卒業．2005 年同大学大学院自然科学研究科博士前期課程修了．2008 年京都大学大学院薬学研究科博士後期課程修了，名城大学
薬学部薬物動態制御学研究室助教．研究のモットー：『あきらめたらそこで試合終了ですよ』（『SLAM DUNK』
安西先生の名言）連絡先：〒468–8503 名古屋市天白区八事山 150 E-mail: tokuda@meijo-u.ac.jp
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ンなどのアミノ酸との併用により C12 の吸収促進作用を維持しつつその粘膜傷害性を軽減できることが見出されていた．筆者の研究テーマは，C12 の吸収促進・粘膜傷害作用に対して各アミノ酸がどのような作用をもたらしているかについて，特にカルシウ

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ムシグナルに焦点を当てて機構解明を行うものであ

基本姿勢を培うことができたのも，学生の主体性がった．培養細胞を用いた阻害実験の結果から，C12

重んじられた研究環境と，時に研究成果を競い合いがホスホリパーゼ C の活性化を介したイノシトール

時に研究内容を相談し合った研究室仲間との協力の三リン酸経路とカルシウムチャネルを介した細胞外賜物であったように思う．

からのカルシウム流入の 2 経路により細胞内カルシ

博士後期課程への進学は決めていたものの，木村

ウム濃度を上昇させることを見出し，その上昇が研究室に残るか，新天地として橋田研究室に移籍す

C12 による細胞間隙経路の透過性亢進および粘膜傷

るかについて，これまでの人生の中で最も悩んだこ

害作用の両方に一部関与していることを明らかにしとを記憶している．悩んだ末に木村研究室に残る覚1）た（図 1） ．また，併用したアミノ酸が細胞膜カル

悟を決めて，直接の研究指導者であった檜垣和孝助

シウム ATP アーゼの活性化およびミトコンドリア教授（現，教授）にその旨を伝えたものの，その後内へのカルシウム取り込み亢進により，C12 によるすぐに（記憶が正しければ約 1 週間後）
，筆者が橋細胞内カルシウム濃度上昇を抑制することを見出

田研究室への移籍を考えていることを先輩づてで聞し，その作用が粘膜保護効果の一部に関与している

いていた大河原賢一助手（現，准教授）の御厚意に1）ことが示唆された（図 1） ．一方，細胞内経路の透より，周山サマーセミナー（京都）の場で橋田研究

過性に関わる細胞膜の流動性を C12 が上昇させるの室所属の川上に対して，併用したアミノ酸は影響を及ぼさないこ

学総合研究科教授）と話をする機会を頂き，新天地とを明らかにした．

での研究への期待に気持ちが高まり，橋田研究室へ

茂助教（現，長崎大学大学院医歯薬

最初に研究の大きな方向性についてディスカッシ

の移籍に転向した．新天地での進学を支えて下さっ

ョンした後は，卒業まで自由に研究に取り組ませてた木村教授，『まっ，お前の人生やからな』と謀反者

頂き，曜日・昼夜を問わず研究活動に没頭することを温かく送り出して下さった檜垣助教授，新天地でができた．研究活動に重きを置く余り，日曜日に実の進学の大きなきっかけを与えて下さった大河原助

施されていた薬剤師国家試験対策の講義ならびに模手の各先生方には，感謝の気持ちでいっぱいである．

試をボイコットし，1 人で研究していたところを木村教授に見つかり何度も注意を受けたことも，今で3．博士後期課程での研究活動

は良い思い出である（無事に一発で国家試験に合格

橋田研究室に移籍してからは，新規がん治療薬とできたことが，せめてもの罪滅ぼしであった）．『自して期待されているレチノイド（ビタミン A とそのら考え，行動し，実証する』という研究者としての誘導体の総称）の腫瘍内滞留型製剤，特に，神奈川
科学技術アカデミー高分子ナノメディカルプロジェ
クトの横山昌幸プロジェクトリーダー（現，東京慈恵医科大学医学部准教授）から御提供頂いたブロック共重合体を用いた高分子ミセル製剤の開発を中心に行った（図 2）．

図1

細胞内カルシウム動態に及ぼす C12 およびアミノ酸の影響
PIP2：ホスファチジルイノシトール二リン酸，IP3：
イ ノ シ ト ー ル 三 リ ン 酸，PLC： ホ ス ホ リ パ ー ゼ C，
ATP：アデノシン三リン酸，ADP：アデノシン二リン酸，
Pi：無機リン酸，SERCA：小胞体カルシウム ATP アーゼ，PMCA：細胞膜カルシウム ATP アーゼ．

図2

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4-HPR 封入高分子ミセルの概略図
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レチノイドは，培養細胞による検討では従来の抗現在，多くの学生に研究テーマを与える身となり，がん剤に匹敵する優れた抗がん活性が報告されてい当時研究テーマの立ち上げから着手させて頂けたこるものの，生体内投与後に十分ながん治療効果が認とが大きな経験となっている．在籍中は，新規研究められた報告は極めて少ない．レチノイドによるがテーマの立案や研究結果について川上助教と頻繁にん治療効果発現に要する腫瘍内濃度‑時間パターン

ディスカッションする中で多くの駄目出しと助言をを達成する新規製剤開発に当たり，レチノイドの脂頂いた．それらを基に研究の軌道修正を行い，ある

溶性の高さを利用して疎水性相互作用を介して効率程度の自信を持って全体のミーティングに臨むも，的に封入するとともに血中滞留性に付随した en-

橋田教授と山下富義准教授から盲点および弱点を突

hanced permeability and retention（EPR）効果にかれることの連続であった．本当に価値ある研究テ

よるがんターゲティングが期待できる微粒子製剤化ーマおよびその成果を出すことの難しさ・大切さをが最適と考えた．そこで，高分子ミセルをはじめ，痛感し，研究者としてたくましく育てて頂いたこと

リポソームや o/w エマルションなど様々なナノ粒子に感謝の気持ちでいっぱいである．

を用いて，種々のレチノイドの微粒子製剤化に着また在籍中に得た大きな経験として，2006 年の日

手した．研究 1 年目は，①手に入るレチノイドの検

本薬学会第 126 年会（仙台）で初めて企画された大索→②脂溶性および抗がん活性に関する情報収集→

学院生シンポジウムにおいて『微粒子関連製剤の最③抗がん活性の確認（実験）→④ナノ粒子への封入・

近の動向』の演題の下，オーガナイザーを務めさせ

組成検討→⑤マウス静脈内投与後の血中濃度‑時間て頂いた．シンポジストの人選に始まり，微粒子型

パターン解析の流れで try & error のひたすら繰り

DDS 製剤の開発経緯と今後の方向性についてスラ返しであった．ナノ粒子へのレチノイドの封入は比イドにまとめ上げるとともに，シンポジウムの司会・

較的容易に達成できたが，ほとんどの場合に血液中進行の業務に携わり，学生としては大変貴重な体験

でナノ粒子からレチノイドが速やかに放出されるを経ることができた．シンポジウムを終えた後には，現象に直面した．リポソームや高分子ミセルを薬物

一般発表では得られなかった何とも言い難い達成感

万能のキャリアーと思い込んでいた筆者にとって，に満ち溢れていたことを今でもよく覚えている．こ

血液中で薬物を安定にナノ粒子中に保持することののシンポジウムをきっかけとして，全国の DDS 研

難しさは驚愕であった．研究 2 年目に差し掛かり，究に従事する若手研究者（教員・学生）が集う親睦N（4-hydroxyphenyl）
retinamide（4-HPR）につい会が定期的（ほぼ毎年）に開催されている．多い時て，高分子ミセルへの封入により血中滞留性が劇的には総人数で 100 人近くになることもあり，重要なに延長する結果を得て，思わずガッツポーズをした

出会い・情報交換の場となっている．筆者にとってのが一番の思い出である．さらに，構造が異なる脂も非常に楽しみな会であり，その場で交わされる

溶性官能基を疎水性ブロックに導入した種々のブロ

DDS 研究仲間との話が，今でも研究遂行の大きなモック共重合体を用いて検討したところ，4-HPR の血

チベーションとなっている．現在は教員の立場で同中滞留性を獲得するにはベンジル基の導入が最も有シンポジウムに足を運び，学生の講演を聞かせても2）

効であることを見出した ．最適化した 4-HPR 封らっているが，年を経るごとに講演内容のレベルが入高分子ミセルは血中滞留性のみならず，期待して上がっていることには驚くばかりである（学生に許いた EPR 効果による腫瘍内滞留性を獲得し，皮下された自由奔放で奇抜な発想・提案が少なくなって腫瘍モデルマウスにおいてがん治療効果を達成するいるという面では少し寂しさを感じる）．日本薬剤学に至った．その他，カチオン性 o/w エマルションに会年会においても同様の企画（SNPEE）が組み込

4-HPR を封入した局所投与型製剤の開発を進め，皮まれ，現在では恒例のシンポジウムとして周知され下腫瘍モデルマウスにおいて腫瘍内投与後のるに至っているが，特にこれからアカデミアで研究

4-HPR の腫瘍内滞留性の獲得およびがん治療効果を者となる将来を考えている学生には，ぜひオーガナ

見出すとともに，4-HPR の副作用として知られる血イザーあるいはシンポジストとしてこれらの企画に中レチノール濃度低下作用を回避できる可能性が示

積極的に参加することを強くお勧めしたい．

唆された．
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4．現在の研究活動
卒業後は，岡本研究室の助教として採用頂き，長年夢に描いていたアカデミアでの研究者としての第一歩を踏み出すことができた．赴任直後に岡本教授
から『自分の好きなように研究を進めてください』と激励のお言葉を頂き，研究室の大部分の研究活動を任されてから今日まで，配属学生とともに切磋琢
磨しつつ研究を進めることができている．赴任当時から岡本研究室では製剤学を専門とする粉末製剤化研究，とりわけ吸入粉末剤としての実用化を目指した粉末微粒子の設計・開発が精力的に進められてお図 3 噴霧急速凍結乾燥法（SFD 法）（a）
装置の概略図 （b）SFD 微粒子の電子顕微鏡写真

り，それまでの研究で溶液試料しか取り扱ったことのない筆者にとっては大変新鮮で興味深いものであSFD）法で得られる多孔性粉末微粒子に注目し，吸った．当時研究室に在籍していた大学院生と一緒に入粉末剤応用に向けた組成・調製条件の最適化を進研究を進める中で，彼らから製剤学的な知識・技術めてきた（図 3）．粒子構造の低密度化により，肺内を学ぶことも非常に多かった．粉末製造後に薬理活送達性に適した空気力学的粒子径を達成しつつ，幾性が大幅に減弱する，はたまた粉末微粒子が速やか

何学的粒子径を増加することで付着凝集性の問題をに吸湿して液状化するなど，思いもよらない現象に解決できる．最適化を進める中で，疎水性アミノ酸

驚きの毎日であった．このような状況で，これまでの一種である L-ロイシン（Leu）を組成中に組み込に培ってきた知識・技術を生かして吸入粉末剤研究

むことにより，SFD 微粒子の肺内送達性が飛躍的にを進めるに当たり，筆者が最も注目したのが『粉体向上することを見出した．さらにヒト吸入パターン

としての生物学的作用』である．吸入粉末剤研究の再現装置を用いた吸入特性評価から，Leu を添加し主流は構造・粒子径・結晶性・付着凝集性など設計・

た SFD 微粒子が有する優れた肺内送達性が吸入パ製造した粉末微粒子の物性評価であるが，呼吸器系

ターンおよび吸入器の分散性能の違いに依らず得ら上皮細胞に沈着した粉末微粒子がどのような生物学れることを明らかにした．これらの結果より，SFD的作用を及ぼすかについて詳細に評価・解析した報微粒子を吸入粉末剤に応用することで，吸入パター

告は極めて少ない．そこで，吸入粉末剤の生物学的ンが異なった様々な患者が服薬しても，治療に要す

作用評価に適した in vitro/in vivo 評価系を確立する

る十分な肺内送達量が保証され，安定した治療効果とともに，それらの評価に基づいて肺内送達性と治を得ることが期待できる．

療効果の双方に優れた新規吸入用粉末微粒子の開発

4.2 核酸含有吸入粉末剤の開発を推進してきた．以下，筆者がこれまでに得た研究

核酸（DNA および RNA）は，セントラルドグマ

成果の一部について，簡単に紹介したい．
4.1

による遺伝子発現作用のみならず，アプタマーによ吸入パターン・吸入器性能に依存しない吸入る蛋白質機能抑制作用あるいは small interfering

用粉末微粒子の開発

RNA（siRNA）による遺伝子発現抑制作用などの新吸入器に充填された粉末微粒子を肺深部まで送達

たな機能が近年多数見出されており，新薬候補としするには，服薬時の吸入動作で生じる気流により容て注目されている．その最大の課題は DDS 技術の

易に一次粒子にまで分散する必要があり，付着凝集確立であり，肺疾患治療への応用に向けては吸入剤性を克服するための緻密な粒子構造設計ならびに粒開発に大きな期待が寄せられている．一方，有用な

子径制御が求められる．また患者の吸入パターンや核酸含有吸入粉末剤を創出するためには，核酸の構

吸入器の分散性能の違いに依らず，安定した肺内送造を維持しつつ吸入剤応用に適した粒子設計が可能

達性が得られることが望ましい．

な粉末製造技術の確立が必要不可欠である．

筆者らは噴霧急速凍結乾燥（spray freeze drying：

筆者らはキトサンを始めとしたカチオン性ポリマ

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ーを遺伝子ベクターとして，SFD 法および超臨界二酸化炭素晶析（supercritical fluid precipitation：
SCF）法により，プラスミド DNA（pDNA）およびprobe；PEG-NIRF）の開発に成功している 5）．
4.4

気液界面培養細胞評価系を用いた吸入用粉
末微粒子の

評価

siRNA を含有した核酸吸入粉末剤の開発を進めてき細胞の粘膜側を空気に曝した状態で培養して構築た．カチオン性ポリマーを添加することで，製造しする気液界面培養細胞評価系（air-liquid interface

た粉末微粒子中で核酸の構造が維持されるとともcell culture system；AIC）は，タイトジャンクショ

に，その粉末微粒子を水で溶解すると粉末製造前とンの形成や粘液分泌能の獲得など呼吸器内環境をよ同様の粒子径・表面電荷を持つ核酸 / カチオン性ポり反映した in vitro 評価系として注目されている．

リマー静電的複合体を形成することを明らかにし筆者らは吸入粉末剤の生物学的作用評価に AIC

た

3, 4）

．pDNA 含有粉末微粒子をマウス肺内に投与を応用すべく，細胞層上に粉末微粒子を簡便かつ均したところ，肺での局所的な遺伝子発現効果が認め

一に分散添加可能な添加デバイスの開発を行った．

3）られた ．また siRNA 含有粉末微粒子についても，

この添加デバイスと AIC を用いて粉末微粒子添加後肺転移がんモデルマウスへの肺内投与により，肺にの薬物透過性を評価したところ，溶液として添加し転移したがん細胞に対して遺伝子発現抑制効果が認た場合よりも薬物透過量が増加する興味深い結果がめられた 4）．最近得た興味深い結果として，粉末製得られた．この透過量増加効果は吸収促進剤として造後に核酸 / カチオン性ポリマー静電的複合体の作汎用されるカプリン酸ナトリウムを添加した場合に用を増強する賦形剤を見出し，現在，その機構解明

匹敵し，数百から一万までの分子量が異なった薬物に向けた検討に着手している．

においてほぼ同程度の効果が認められた．一方，膜4.3

近赤外蛍光イメージングを応用した吸入粉

抵抗値変化や粘膜傷害など細胞層への影響は認めら

末剤の肺内送達量評価れなかった．現在，この透過量増加効果の詳細な機

小動物を用いた吸入粉末剤の動態・薬理試験において，自発呼吸の影響で粉末微粒子の肺内送達量を構解明を進めるとともに，賦形剤間の毒性比較評価など新たな吸入粉末剤試験に展開している．

厳密に制御することは極めて困難である．そのため，

5．お わ り に

試験結果が不明瞭となる場合も多く，個々の小動物における肺内送達量を簡便かつ非侵襲的に把握する

吸収改善から標的指向化と学生時代に幅広く
DDS 研究に携われたことが，現在，吸入粉末剤研究

評価法が強く求められている．
この評価法として，筆者らはインドシアニングリを展開・推進する大きな原動力となっている．薬学ーン（ICG）を含む近赤外蛍光ラベル化粉末微粒子部の 6 年制移行に伴って筆者の頃とは異なり，学生を用いた in vivo 蛍光イメージング評価を試みてきが研究に従事できる時間は大幅に短縮されている．

た．キトサンを遺伝子ベクターとした pDNA 含有粉研究活動の努力が成果として実り始めたタイミング

末微粒子の in vivo 試験にこの評価を応用したとこで実験を終了し，卒論としてまとめ上げなければなろ，肺内送達量と遺伝子発現量の間に有意な相関関らない学生も多く，研究の面白さを伝えきれていな係が得られることを確認し，in vivo で遺伝子発現効い現状を歯痒く思っている．一方，配属生のうち，果を発揮するのに最適な N/P 比（pDNA 中のリン酸短い研究活動の中で研究に興味を持ち，博士課程に基に対するキトサン中のアミノ基のモル比）の決定

進学する学生が比較的多いこと（一昨年度，昨年度3）を達成できた ．肺がん治療への応用に向けて開発

ともに各 2 人）を大変嬉しく思う．筆者が教員としした抗がん剤含有粉末微粒子においても，同様に肺て初めて指導した当時大学院の修士 2 年生だった 2

内送達量と肺がん治療効果の間に有意な相関関係が人が，ともに博士課程に進み，その後，筆者と同じ得られ，近赤外蛍光イメージングによる肺内送達量ようにアカデミアで研究者として活躍していること

評価の有用性が示された．さらに ICG と比較してカも，大きな刺激となっている．今後も，精力的に研チオン性化合物との相互作用が弱く，より長期間正究を進めるとともに，『自ら考え，行動し，実証す

確に肺内送達量評価が可能な高分子型近赤外蛍光ラる』という研究活動の醍醐味を多くの学生に伝えら

ベル剤（PEG-conjugated near-infrared fluorescent

れるよう努めていく所存である．

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引 用 文 献
1) T. Okuda, K. Kadotsuji, C. Takayama, K. Hanada, F. Mukaizawa, K. Ogawara, K. Higaki, T.
Kimura, Involvement of intracellular Ca2＋ dynamics in cytoprotective action by amino acids
and cytotoxicity by sodium laurate, an absorption
enhancer, J. Pharm. Sci., 95, 2256–2265 (2006).
2) T. Okuda, S. Kawakami, M. Yokoyama, T. Yamamoto, F. Yamashita, M. Hashida, Block copolymer
design for stable encapsulation of N-(4-hydroxyphenyl)retinamide into polymeric micelles in
mice, Int. J. Pharm., 357, 318–322 (2008).
3) K. Mohri, T. Okuda, A. Mori, K. Danjo, H. Oka-

moto, Optimized pulmonary gene transfection inmice by spray-freeze dried powder inhalation, J.
Control. Release, 144, 221–226 (2010).
4) T. Okuda, D. Kito, A. Oiwa, M. Fukushima, D.
Hira, H. Okamoto, Gene silencing in a mouselung metastasis model by an inhalable dry smallinterfering RNA powder prepared using the supercritical carbon dioxide technique, Biol. Pharm.
Bull., 36, 1183–1191 (2013).
5) T. Okuda, Y. Kobayashi, S. Yanamoto, H. Okamoto,PEG conjugation of a near-infrared fluorescentprobe for noninvasive dual imaging of lung deposition and gene expression by pulmonary genedelivery, J. Drug Target., 20, 801–812 (2012).

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