イオン導入時の微弱電流による皮膚組織炎症への影響と安全性の検証
徳島大学大学院医歯薬学研究部

小暮健太朗

Iontophoresis is a non-invasive transdermal drug delivery technology using weak electric current. Although iontophoresis
is widely used in beauty field, its safety has not been investigated. From the previous our research, it was predicted thationtophoresis will induce inflammation via activation cell signaling. In this study, we tried to study the effect of weak electric
current at iontophoresis on the skin tissue inflammation and safety. The skin cross section after iontophoresis was comparedwith non-treated skin. There was no difference in skin tissue between before and after iontophoresis. Furthermore, to checkthe inflammation induction by iontophoresis, the amounts of various mRNAs relating inflammation, such as tumor necrosis
factor-α and interleukin (IL) -1β. Although statistical significant difference was not recognized, mRNAs of inflammatory
cytokines was not activated by iontophoresis. Interestingly, anti-inflammatory cytokine IL-10 mRNA showed the tendency toincrease after iontophoresis. From these results, it was suggested that iontophoresis does not induce any inflammation in theskin tissue. In conclusion, iontophoresis is safety technology for transdermal drug delivery and skin beauty.

１．緒に関するものは皆無と言ってよい。すなわち、薬学的観点

言および香粧品開発の観点において、イオン導入の皮膚に及2

微弱な電流（0 . 3 ～ 0 . 5 mA/cm ）を用いて皮膚内にイオン性の物質を送達する技術としてイオントフォレシスが知ぼす影響については、ほとんど手付かずと言ってよいのが現状である。

られており、美容領域においては「イオン導入」として一

我々は、2005 年からイオントフォレシス（イオン導入）般には認知されている。様々なデバイスが開発されており、の高分子薬物送達への展開に取り組んできた 1 - 3）。当初は、美容整形外科等で用いられている。
イオントフォレシス（イ他の研究者同様に切り取った（死んだ）皮膚を用いて、低分オン導入）に関しては、これまで低分子薬物を対象とした子薬物（抗炎症剤）の皮膚透過について検討を行っていたが、研究が盛んに行われており、通常切り取った動物皮膚およ主たる研究者の専門であったナノ粒子（リポソーム）とイオ

び市販のヒト皮膚をフランツ型セルにセットし、上層からントフォレシスとの組み合わせを検討する過程において、皮膚を透過して下層に移行した薬物量を定量する研究が主

生きた皮膚（動物個体）を用いた時、それまで不可能であるである。また、現在の国内化粧品企業では、動物個体を用と考えられていた高分子・ナノ粒子が皮膚内に送達可能いた研究が行えない状況にある。そのため、「死んだ皮膚」であることを発見した 1 - 3）。従来、イオントフォレシスにを用いることが多く、皮膚の物理的損傷に関しては検討さよる皮膚内への薬物送達機構は、電気的反発とイオンの動れているが、生理的影響、特に炎症性サイトカイン産生やきに伴う水の流れ（電気浸透流）であると考えられていたが、シグナル伝達系タンパク質の活性化等は観察することがで主たる研究者の検討の結果、皮膚組織細胞のシグナル伝達きない。ヒトでモニターする場合も、皮膚表面の発赤くら系が活性化され、細胞間隙が開裂することによると発見す

いしか検討できない。しかしながら、イオン導入におけるるに至った 4）。すなわち、微弱電流によって皮膚組織の生微弱電流の皮膚への影響を検討するには、「生きた皮膚」を理機能が変化することが、イオントフォレシス（イオン導用いることが必須であり、特に皮膚組織生理への影響に関入）による薬物の皮内浸透メカニズムであることが明らかしては個体レベルでモニターすることが重要である。インになったわけである。さらに、検討を重ねた結果、微弱電ターネット等でイオン導入に関する記事をよく目にするが、流刺激は、皮膚組織細胞間隙を開裂させるだけでなく、細すべて「ビタミン C 等の美容成分を皮膚内に非侵襲的に導胞の取り込み機構（エンドサイトーシス）を誘起し、細胞外入することができる」という点のみを述べており、イオンの物質を細胞内に取り込ませることも発見している 5- 8）。こ導入（微弱電流処理）が皮膚にどのような影響を及ぼすのか、れらのことから、イオントフォレシスにおける微弱電流処
理は、皮膚組織・細胞におけるシグナル伝達経路を活性化し、組織レベルおよび細胞レベルでの生理機能を変化させStudy of the effect of weak electric
current at iontophoresis on the skintissue inflammation and safety
Kentaro Kogure
Graduate School of Biomedical Sciences,
Tokushima University

ることが明らかとなり、薬物送達に繋がっていることが示
唆されている。そのため我々は、上記検討から薬物送達に繋がる細胞シグナル伝達以外にも、微弱電流は様々なシグナル伝達、特に安全性に関与する炎症関連シグナルを活性化するのではないかと考えた。そこで本研究では、美容領− 73 −

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域等で汎用されているイオン導入（微弱電流による皮膚処を行った。微弱電流処理を施した部分の皮膚を回収し、キ理）が、皮膚組織の生理機能、特に炎症性サイトカインのットを用いて RNA を抽出した後、Real-time PCR 法によ発現等に与える影響を検討することで、イオン導入（イオって炎症性サイトカイン等（インターフェロン（INF）-γ、ントフォレシス）の安全性を検証することを目的とした。

腫瘍壊死因子（TNF）-α、インターロイキン（IL）- 6、IL- 1 β、２．方IL- 33、シクロオキシゲナーゼ（COX）- 2）および抗炎症性法

サイトカイン（IL- 10、腫瘍成長因子（TGF）-β）の mRNA２．
１．微弱電流処理した皮膚の組織学的変化の検討量を定量解析した。皮膚の採取は、微弱電流処理後 3 時間

Wister ラット（当初計画では、マウスを予定していたが、および 24 時間後とし、各 5 匹以上のラットから回収した

mRNA 定量に必要な量の RNA を抽出するために、より大RNA について解析を行った。さらに、より強力な電流強きいラットに変更して行った）背部皮膚の毛を刈り、露出度（1 . 0 mA/cm 2、1 時間）において処理したラット皮膚にした皮膚上に PBS を浸透させた脱脂綿を置き、その上かついて、処理後 3 時間におけるこれら炎症性サイトカイン

ら心電図用の Ag/AgCl 電極を用いて、これまでの検討で等（IL- 6、IL- 10、TNF-α、TGF-β）の mRNA 発現を定量用いてきた条件（0 . 34 mA/cm 2、1 時間）により微弱電流処解析した。

理を行った。微弱電流処理を施した部分の皮膚を回収し、３．結OCT コンパウンド中で凍結固化させたものをクライオス

果３．
１．微弱電流処理した皮膚の組織学的変化の検討

タットを用いて凍結切片とした。得られた切片をヘマトキ
シリン・エオシン（HE）によって染色し、染色後の皮膚切微弱電流処理後、HE 染色を行った皮膚切片について顕片を顕微鏡で観察することで、皮膚の組織学的変化につい微鏡観察したところ、写真で示すように、3 時間後の皮膚て検討した。皮膚の採取は、微弱電流処理後 3 時間および切片は、未処理皮膚と同じであり、微弱電流処理による皮24 時間後とし、それぞれ回収した皮膚について組織切片

膚組織への目立った影響は確認されなかった（図 1 A）
。さ観察を行った。

らに、微弱電流処理 24 時間後の皮膚についても同様に HE染色した組織切片観察を行ったが、24 時間後においても２．２．微弱電流処理した皮膚における炎症性サイトカ
イン mRNA 量の検討

未処理皮膚と同じであり、微弱電流処理による組織への影毛を刈った Wister ラットの背部皮膚上に心電図用 Ag/紫外線障害等の炎症病態では、皮膚表皮領域の肥厚化が確響は認められなかった（図 1 B）。アトピー性皮膚炎や乾癬、2認されるが、微弱電流処理後の皮膚においては、そのようAgCl 電極を置き、微弱電流処理（0 . 34 mA/cm 、1 時間）

図1− 74 −イオン導入時の微弱電流による皮膚組織炎症への影響と安全性の検証後においても、皮膚組織に目立った変化は認められなかっな変化は認められなかった。

たことから、微弱電流処理による顕著な炎症反応等は誘起

３．２．微弱電流処理した皮膚における炎症性サイトカ
イン mRNA 量の検討されないことが示唆された。
このことを、より厳密に評価するために、炎症に関与す微弱電流処理した皮膚中の RNA を回収し、Real-timeる種々の因子の遺伝子発現について定量解析を試みた。今PCR 法によって炎症性サイトカイン等の炎症関連因子

回は、炎症性サイトカインとして INF-γ、TNF-α、IL- 6、（INF-γ、TNF-α、IL- 6、IL- 1 β、IL- 33、COX- 2 お よ び

IL- 1 β、IL- 33、炎症関連因子として COX- 2、抗炎症サイ

抗炎症性サイトカイン（IL- 10、TGF-β）の mRNA 量を定トカインとして IL- 10、TGF-β に着目した。本研究で着目量解析した。微弱電流処理 3 時間後における皮膚組織中のした因子であるが、以下のような特徴を有する。IL- 1 β は、各因子 mRNA を比較すると、それぞればらつきが大きい

アトピー性皮膚炎において、アレルギー感作性の亢進と角が、以下のようになった。COX- 2 および IL- 6 は、変動は質層内 IL- 1 β の増加との間に関連性があると報告されて見られなかった。IL- 1 β、IL- 33、TGF-β、TNF-α は、若いる。IL- 33 は、IL- 33 が著しく増大したマウスはアトピ干減少しているようであった。一方 IL- 10 は、増加する傾ー性皮膚炎様症状を発症することが報告されている。掻破向が認められた。さらに、微弱電流処理 24 時間後におけされた皮膚が、IL- 33 を分泌し Th 2 炎症を引き起こすこる皮膚中の各因子 mRNA について定量したところ、3 時間とも報告されている。TNF-α は、関節リウマチや乾癬にで変化のなかった COX- 2 と IL- 6 がやや増加傾向に、3 時関与することが知られている。また、Ⅰ型およびⅢ型コラ間では若干減少していた IL- 1 β、IL- 33、TGF-β、TNF-α は、ーゲンの産生を抑制する特性を有することも報告されてい3 時間時点よりも多くなり、IL- 1 β と TGF-β は、コントロる。IL- 6 は、炎症性サイトカインおよび抗炎症性サイトールレベル、TNF-α は、コントロールよりも若干高めにカイン両方の作用を有する。TNF-α や IL- 1 によって産生なっていた。3 時間において増加傾向が認められた IL- 10が誘導されるが、それらの活性化を抑制するとともに、そは、やや減少していた。しかし、これらの変動は、ばらつれらの内因性阻害物質（sTNFR や IL- 1 ra）の産生を高める。

きが大きいため、いずれも統計的に有意な変化ではなかっ

COX- 2 は、炎症時にサイトカインや増殖因子等の刺激にた。これらのことから、通常のイオン導入処理条件（0 . 3 -より発現が誘導されるため、COX- 2 を介して炎症反応を

0 . 5 mA/cm 2）
では、大きな負の影響は示さないことが示唆進行させる PGE 2 や PGI 2 等の産生が亢進することが知らされたため、当初計画にも示したように、通常条件よりもれている。一方、抗炎症性サイトカインの IL- 10 は、創より強力な電流強度（1 . 0 mA/cm 、1 時間）による処理の傷部の炎症環境では COX- 2 が活性化し、プロスタグラン皮膚炎症に及ぼす影響を追加検討した。ここでは、IL- 6、ジン E 2（PGE 2）の産生が上昇することによって、IL- 10

IL- 10、TNF-α、TGF-β に絞って電流処理 3 時間後の皮産生が上昇することが知られている。IL- 10 は、炎症性サ膚における mRNA 発現量の定量解析を行った。その結果、イトカインの産生（マクロファージからの IL- 1 β や TNF-α

検討したすべてのサイトカイン mRNA 発現量が大きく増等）を抑制することができる。また、TGF-β は、線維芽細加することが明らかとなった。

胞によるコラーゲン合成に必要なサイトカインである。そ2４．考のため、TGF-β の変化は、皮膚中コラーゲンの減少や弾察性の低下に繋がることが予想される。これらの因子につ我々のこれまでの検討によって、イオン導入（イオント

いて、微弱電流処理後の皮膚から抽出した RNA を用いてフォレシス）処理時の微弱電流が、組織細胞におけるシグ各 mRNA 量を定量解析した。その結果、得られた結果は、ナル伝達系を活性化し、様々なタンパク質のリン酸化を誘ばらつきが大きく、有意な変化は認められなかったものの、起することで、細胞間隙の開裂やエンドサイトーシスが誘炎症性サイトカイン類に関しては、若干減少する傾向がみ導されることを見出してきた 4 - 9）。そのため、イオン導入られ、また抗炎症性サイトカインの IL- 10 は、増加する傾時の微弱電流は、皮膚組織における炎症性サイトカイン向が認められた。このことは、組織観察の結果と一致して遺伝子等の発現にも影響を及ぼすのではないかと考えるにおり、微弱電流処理によって、少なくとも炎症が誘起され至り、本研究を実施することとした。過去の検討において、ないことを示唆している。むしろ、抗炎症性サイトカイン

ラット皮膚に炎症を誘起してアトピー性皮膚炎モデルおよの IL- 10 が増える傾向が得られたことから、微弱電流処理

び乾癬モデルを作成した場合、皮膚の表皮層の顕著な肥厚は炎症を鎮める効果を有する可能性も考えられる。

化が認められていたため、微弱電流処理によって皮膚に炎微弱電流処理による炎症惹起に閾値があるのか確かめる症が誘起される場合には、同様に皮膚組織の肥厚化が見らため、より強力な電流強度（1 . 0 mA/cm 2、1 時間）で処理れるのではないかと考え、微弱電流処理の有無による皮膚した皮膚における炎症性サイトカイン等の発現を追加検討組織像の比較を行った。その結果、微弱電流処理 24 時間した結果、調査したすべてのサイトカイン（IL- 6、IL- 10、− 75 −

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TNF-α、TGF-β）の mRNA 量が大きく増大することが明and persistent transfollicular drug delivery system

らかとなった。このことから、通常条件よりも強力な電流

using a combination of liposomes and iontophoresis.

強度では、やはり皮膚に大きなストレスをかけるため、炎Int. J. Pharm. 403, 57-65（2011）．

症性サイトカイン等の発現が上昇し、炎症が惹起される

3） Kigasawa K, Kajimoto K, Nakamura T, Hama S,

可能性が確認された。すなわち、通常条件（0 . 3 - 0 . 5 mA/Kanamura K, Harashima H, Kogure K. Noninvasivecm 2）を超えるような電流強度を用いなければ、炎症惹起and efficient transdermal delivery of CpG-は防げることが示唆された。

oligodeoxynucleotide for cancer immunotherapy. J.
Control. Release. 150, 256-265（2011）．

当初、炎症性サイトカインが上昇すると予想していたため、それに関連する炎症性シグナル関連タンパク質の活性

4） Hama S, Kimura Y, Mikami A, Shiota K, Toyoda

化や皮膚のアポトーシス等を検討することも考えていたが、M, Tamura A, Nagasaki Y, Kanamura K, Kajimoto K,

1 時間という長時間の微弱電流処理にもかかわらず、通常

Kogure K. Electric stimulus opens intercellular spaces
in skin. J. Biol. Chem. 289, 2450-2456（2014）．

2

条件（0 . 3 - 0 . 5 mA/cm ）でのイオン導入（イオントフォレシス）であれば炎症性サイトカイン等の炎症関連因子の大5） Hasan M, Nishimoto A, Ohgita T, Hama S, Kashida

きな変動もなかったことから、これらの検討は行うに至ら

H, Asanuma H, Kogure K. Faint electric treatment-

なかった。しかし、抗炎症性サイトカイン IL- 10 の若干のinduced rapid and efficient delivery of extraneous

増加等の傾向もみられたことから、今後より詳細な検討をhydrophilic molecules into the cytoplasm. J. Control.

行う必要があると考えている。また、微弱電流が皮膚組織

Release 228, 20-25（2016）．

細胞のシグナル伝達系を活性化することから、皮膚の機能

6） Hasan M, Tarashima N, Fujikawa K, Ohgita T, Hama

性に関連する因子、すなわちセラミドやコラーゲン・エラ

S, Tanaka T, Saito H, Minakawa N, Kogure K. The

スチン等が変化している可能性も考えられる。今後、これnovel functional nucleic acid iRed effectively regulates

らの皮膚機能性に関する因子についても検討を行いたいとtarget genes following cytoplasmic delivery by faint考えている。

electric treatment. Sci Technol Adv Mater 17, 554-562（2016）．

謝辞

7） Hasan M, Hama S, Kogure K. Low electric treatment

本研究の遂行にご支援をいただきました公益財団法人コactivates Rho GTPase via heat shock protein 9 0 andーセーコスメトロジー研究財団に篤く御礼申し上げます。

protein kinase c for intracellular delivery of siRNA.
Sci. Rep. 9, 4114（2019）．

（引用文献）

8） Torao T, Mimura M, Oshima Y, Fujikawa K, Hasan

1） Kigasawa K, Kajimoto K, Hama S, Saito A, Kanamura

M, Shimokawa T, Yamazaki N, Ando H, Ishida T,K, Kogure K. Noninvasive delivery of siRNA into theFukuta T, Tanaka T, Kogure K. Characteristics ofepidermis by iontophoresis using an atopic dermatitis-unique endocytosis induced by weak current forlike model rat. Int. J. Pharm. 383, 157-160（2010）．

cytoplasmic drug delivery. Int. J. Pharm. 576, 119010

2） Kajimoto K, Yamamoto M, Watanabe M, Kigasawa（2020）．

K, Kanamura K, Harashima H, Kogure K. Noninvasive− 76 −