イオン導入時の微弱電流による皮膚への安全性の厳密な検証と美容効果の検討
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. Based on the previous our research, it waspredicted that iontophoresis will induce some negative effects such as inflammation via activation cell signaling. In thisstudy, we tried to study the effect of weak electric current at iontophoresis on the safety and functionality of each skin undercathode and anode. Morphological damage was not observed in the skin after iontophoresis. The amounts of mRNAs relating
inflammation, tumor necrosis factor-α and interleukin (IL) -6 and anti-inflammatory cytokine IL-10 and transforming growth
factor (TGF)-β. The amounts of these mRNAs were not affected by iontophoresis under normal conditions (0.34 mA/cm2).
However, iontophoresis under more intense conditions (1.0 mA / cm2) showed an increasing trend of IL-6 and IL-10 mRNA.
The skin functional components collagen and ceramide were increased by iontophoresis under normal conditions. Fromthese results, it was suggested that iontophoresis under normal conditions does not induce any inflammation in the skintissue. In conclusion, iontophoresis is a safety and useful technology for transdermal drug delivery and skin beauty.

１．緒が重要である。WEB などでイオン導入に関する記事を目言にするが、その多くは「ビタミン C などの美容成分を皮内

イオントフォレシスは、微弱な電流（0 . 3 ～ 0 . 5 mA/cm ）に導入できる」という点のみに触れたものであり、イオン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古導入（微弱電流処理）が皮膚に対して及ぼす影響に関するもくから知られている。美容領域においては、「イオン導入」のは皆無である。すなわち、薬学的観点および香粧品開発という呼称で認知されており、様々なデバイスが開発され、の観点においては、イオン導入の皮膚に及ぼす影響につい

美容整形外科などで用いられている。イオントフォレシスては、ほとんど手付かずであった。

2

に関する研究は、従来抗炎症剤などの低分子薬物を対象と

我々は、これまでイオントフォレシス（イオン導入）によしたものが盛んに行われてきた。それらの研究では、動物

る siRNA や抗体などの高分子薬物の皮内送達研究に取り

皮膚切片および市販のヒト皮膚切片をフランツ型セルに装組んできた 1 - 5）。研究開始当初は、切り取った（死んだ）皮

着し、上層に添加した薬物が皮膚を透過して下層に移行す膚を用いて、抗炎症剤などの低分子薬物の皮膚透過についる量を定量することで皮膚透過性を評価する研究が主であて検討を行っていた。ところが、皮内での徐放効果を期待った。加えて、現在多くの化粧品企業において、動物個体して、主たる研究者の専門テーマであったナノ粒子（リポを用いた研究が実施できない状況にある。そのため、それソーム）とイオントフォレシスとの組み合わせの検討過程

らの研究には「死んだ皮膚」
が多く用いられている。イオンにおいて、動物個体（活きた皮膚）を用いた時に、それまでトフォレシス研究において、皮膚の物理的損傷に関する検不可能だと考えられていたナノ粒子が、イオントフォレシ

討は容易であるが、死んだ皮膚を用いるため生理的な影響、スによって皮内送達可能であることを発見した 2 , 4 , 5）。従来、

特に炎症性サイトカイン産生やシグナル伝達系タンパク質

イオントフォレシスによる皮内薬物送達メカニズムは、電の活性化などを観察することはできない。ヒトの皮膚でモ

極と荷電性薬物との電気的反発とイオンの動きに伴う水のニターを行う場合も、皮膚表面の発赤くらいしか評価する

流れ（電気浸透流）であると考えられていた。しかし、主たことはできない。しかしながら、イオントフォレシス（イる研究者らによる検討の結果、微弱電流によって細胞内オン導入）における微弱電流の皮膚への影響を検討するた

Ca 2 + 濃度が上昇することで、皮膚組織細胞のシグナル伝

めには、「活きた皮膚」
を用いることが必須であり、特に皮達系が活性化され、細胞間隙が開裂することにより、高分膚組織生理への影響については個体レベルで評価すること

子などが皮内に浸透できるようになることを発見した 6）。
すなわち、微弱電流による皮膚組織の生理機能変化が、イオン導入（イオントフォレシス）による高分子の皮内浸透メ

Verification of skin safety and examinationof cosmetolog ica l ef fects by wea kelectric current of iontophoresis
Kentaro Kogure
Graduate School of Biomedical Sciences,
Tokushima University

カニズムであることを明らかにしている。さらに我々は、培養細胞を用いた検討によって、微弱電流刺激は、皮膚組織細胞間隙を開裂させるだけでなく、ユニークな細胞取り込み機構（エンドサイトーシス）を誘起し、細胞外の物質を細胞内に取り込ませるとともに、細胞質に漏出させること− 122 −

イオン導入時の微弱電流による皮膚への安全性の厳密な検証と美容効果の検討も発見している 7 - 10）。これらの知見から、イオントフォレシ

を顕微鏡で観察することで、皮膚の組織学的変化を評価し

ス（イオン導入）における微弱電流処理は、皮膚組織・細胞た。皮膚の採取は、微弱電流処理後 3 時間および 24 時間

におけるシグナル伝達経路を活性化し、組織レベルだけで後とし、それぞれ回収した皮膚について HE 染色後、組織なく細胞レベルでの生理機能を変化させることで、高分子切片観察を行った。

などの皮内薬物送達が可能になっていることが示唆されてグナル伝達以外にも、微弱電流は様々なシグナル伝達、特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Wister ラットの毛を刈った背部皮膚上にヒト心電図用ないかと考えた。この仮説に基づき、主たる研究者の小暮

Ag/AgCl 電極を設置し、微弱電流処理（0 . 34 mA/cm 2、1は、2018 年度に貴財団に採択いただき、動物皮膚に対す時間）を行った。微弱電流処理後、陽極および陰極貼付部

るイオン導入（微弱電流処理）によって、炎症性サイトカイ

分の皮膚をそれぞれ回収し、キットを用いて RNA を抽出

ン産生や皮膚組織変化など負の影響は誘導されないこと、した後、Real-time PCR 法によって炎症性サイトカインなつまりイオン導入は安全性の高い薬物送達技術である可能ど（腫瘍壊死因子（TNF）-α、インターロイキン（IL）- 6）お性を見出した。予定研究期間終了後も、微弱電流処理によよび抗炎症性サイトカイン（IL- 10、腫瘍成長因子（TGF）

る安全性評価を継続したところ、用いる電極の陽極と陰極-β）の mRNA 量を定量解析した。皮膚の採取は、微弱電流において炎症性サイトカインなどの発現が異なる傾向を見

処理後 3 時間および 24 時間後とし、回収した RNA につ出した（論文投稿準備中）。このことは、科学的に理にかな

いて解析を行った。さらに、電流強度を増大させた条件っており、陽・陰電極の下で起こる事象を個別に評価する（1 . 0 mA/cm 2、1 時間）において処理したラット皮膚につ必要性を示唆している。そのため、「安全だ」と断言するたいて、上記と同様に陽極および陰極貼付部分の皮膚を回収

めには、より厳密な評価が必要であると考えた。そこで本し、処理後 3 時間と 24 時間後における炎症性サイトカイ

研究では、美容領域などで汎用されているイオン導入（微弱

ンなど（IL- 6、IL- 10、TNF-α、TGF-β）の mRNA 発現を

電流による皮膚処理）において、陽・陰電極貼付下の皮膚でReal-time PCR 法によって定量解析した。

いる。これらのことから我々は、薬物送達に繋がる細胞シ

個別に起こっている事象を正確に捉え、安全性を厳密に検年度にイオン導入（微弱電流処理）による動物皮膚（特に表皮2 . 3 . 微弱電流処理した皮膚におけるコラーゲン量変化の検討領域）中のセラミド量の増加を世界で初めて見出している 10）。

Wister ラットの毛を刈った背部皮膚上にヒト心電図用

また、これまでの安全性評価過程において、皮内コラーゲン

Ag/AgCl 電極を設置し、微弱電流処理（0 . 34 mA/cm 2、1が微弱電流処理によって増える可能性も見出している（論文準時間）を行った。微弱電流処理後、陽極および陰極貼付部備中）。これらの結果は、これまで局所麻酔剤やビタミンC な分の皮膚をそれぞれ回収し、OCT コンパウンド中で凍結

どの物質の皮内送達技術として捉えられてきたイオン導入（イオ固化させたものをクライオスタットにより凍結切片とした。

ントフォレシス）が、それ単独で皮膚の保湿改善や弾性向上を得られた切片に対して、ピクロシリウスレッド溶液を添加誘導可能な美容技術となる可能性を示唆している。本研究でし、60 分間室温でインキュベートした。その後、酢酸おは、微弱電流処理時の安全性の厳密な評価と同時に、皮膚よびエタノールで洗浄し、キシレンに 15 分間、3 回浸す

機能性に関与する皮内コラーゲンおよびセラミド産生誘導をことで透徹処理を行った。キシレンが乾く前に疎水性マウ

定量的に評価することで、イオン導入（微弱電流処理）が安全性

ント剤をマウントし、カバーガラスで封入した。マウントの高い美容技術となり得ることを証明したいと考えた。

剤乾燥後、倒立型顕微鏡を用いて観察を行った。得られた証したいと考えた。さらに、主たる研究者の小暮は、2019２．方

画像について、画像解析ソフトを用いてコラーゲンに相当

法する赤色部分を数値化した。また、コラーゲンの主成分で

2 . 1 . 微弱電流処理した皮膚の組織学的変化の検討

あるヒドロキシプロリン量を評価するために、イオントフ

Wister ラットの背部皮膚の毛を刈り、露出した皮膚上ォレシス処理をしたラット背部から皮膚を回収し、ヒドロに PBS を浸漬させた脱脂綿を貼付し、その上にヒト心電キシプロリン染色アッセイキットを用いて、皮内のヒドロ

図用の Ag/AgCl 電極を設置して、過去の検討で用いてキシプロリン量を定量した。検量線を用いて吸光度からヒ2きた通電条件（0 . 34 mA/cm 、1 時間）により微弱電流処

ドロキシプロリン濃度を測定した。

理を行った。微弱電流処理を施した部分の皮膚を回収し、タットにより凍結切片とした。得られた切片をヘマトキシ

2 . 4 . 微弱電流処理した皮膚におけるセラミドの定量と分子種同定の検討

リン・エオシン（HE）によって染色し、染色後の皮膚切片

Wister ラットの毛を刈った背部皮膚上にヒト心電図用

OCT コンパウンド中で凍結固化させたものをクライオス− 123 −

コスメトロジー研究報告 Vol. 30, 2022

Ag/AgCl 電極を設置し、微弱電流処理（0 . 34 mA/cm 2、1

れることが知られているが、今回示したように微弱電流処

時間）を行った。微弱電流処理後、陽極および陰極貼付部

理後の皮膚においては、肥厚化は確認されなかった。

分の皮膚をそれぞれ回収し、OCT コンパウンド中で凍結た。得られた切片に対して、1 次抗体として抗セラミド抗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

体を用い、2 次抗体として蛍光色素結合抗 IgG 抗体を用い微弱電流処理後の陽極貼付下および陰極貼付下の皮膚をて、免疫染色を行った。免疫染色後、共焦点レーザー顕微

それぞれ回収し、RNA を抽出した後、Real-time PCR 法

鏡により切片中の蛍光を観察した。得られた画像について、によって炎症性サイトカインなどの炎症関連因子（TNF-α、

画像解析ソフトを用いてセラミドに相当する蛍光量を数

IL- 6）および抗炎症性サイトカイン（IL- 10、TGF-β）の値化した。また、培養細胞を微弱電流処理（0 . 34 mA/cm 2、mRNA 量 を 定 量 解 析 し た。 微 弱 電 流 処 理 3 時 間 後 に お

15 分間）した後、回収した細胞について LC-MS/MS によける陽極貼付下および陰極貼付下の各皮膚組織中の各因る質量分析解析を行い、微弱電流によって増加したセラミ子 mRNA を比較すると、ばらつきがあるものの、IL- 6、ドの分子種の同定を試みた。

TNF-α および TGF-β については、陽極および陰極に関わ固化させたものをクライオスタットにより凍結切片とし

3．結らず目立った変動は認められなかった。しかし、IL- 10 に果

ついては、陽極貼付下皮膚では、変動は見られなかったが、

3 . 1 . 微弱電流処理した皮膚の組織学的変化の検討

陰極貼付下の皮膚において、統計的に有意ではないが、増微弱電流処理後、陽極および陰極貼付部分から回収した加する傾向が認められた。さらに、微弱電流処理 24 時間

皮膚について、HE 染色を行い顕微鏡観察したところ、写後における陽極貼付下および陰極貼付下の皮膚における各真で示すように、まず微弱電流処理 3 時間後の皮膚切片は、

因子 mRNA について定量した結果、IL- 6、TNF-α および

陽極貼付および陰極貼付下の皮膚ともに未処理皮膚と同じ

TGF-β については、3 時間と同様に陽極および陰極に関わであり、微弱電流処理による皮膚組織への目立った影響はらず目立った変動は認められなかった。IL- 10 については、確認されなかった（図 1 A）
。さらに、微弱電流処理 24 時

3 時間とは逆に、陰極貼付下皮膚では、変動は見られなか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ったが、陽極貼付下の皮膚において、統計的に有意ではな行ったが、24 時間後においても陽極貼付下および陰極貼

いが、増加する傾向が認められた。加えて、通常のイオン

付下の皮膚の組織像は未処理皮膚と同じであり、微弱電流

導入条件よりも強力な条件（1 . 0 mA/cm 2）で１時間処理し処理による皮膚組織への影響は陽極・陰極いずれにおいてた場合についても検討を行った。その結果、微弱電流処理も認められなかった（図 1 B）。炎症皮膚病態（アトピー性皮

3 時間後においては、IL- 6 が陽極貼付下および陰極貼付

膚炎や乾癬、紫外線障害など）では、表皮肥厚化が誘起さ下の両方の皮膚において増加傾向を示した。その他の IL10、TNF-α および TGF-β についても IL- 6 ほどではないが、増加の傾向を示した。ところが 24 時間後には、陰極貼付
下の皮膚において、ばらつきが大きいものの、IL- 10 が大きく増加していた。

3 . 3 . 微弱電流処理した皮膚におけるコラーゲン量
変化の検討

微弱電流処理後の陽極貼付下および陰極貼付下の皮膚をそれぞれ回収し、組織切片についてピクロシリウスレッド
染色を行い、組織切片染色画像の画像解析からコラーゲン量を定量したところ、３時間後の陰極貼付下皮膚におけるコラーゲン量が未処理皮膚よりもわずかではあるが増加している結果が得られた。さらに、24 時間後の陽極貼付下および陰極貼付下皮膚中のコラーゲン量を評価したところ、
3 時間時点ほどではないが陰極貼付下皮膚において増加する傾向が認められた。さらに、コラーゲンの成分として知られるヒドロキシプロリンについて、陽極貼付下および陰図１ 微弱電流処理下皮膚の組織学的変化
白バーは 100µm を示す。

極貼付下皮膚中の定量を行ったところ、ピクロシリウスレ
ッド染色の結果とは異なり、3 時間後の陽極貼付下皮膚に− 124 −

イオン導入時の微弱電流による皮膚への安全性の厳密な検証と美容効果の検討

おいて増加していることが確認された。しかし、24 時間

よりも強力な電流で微弱電流処理を行う場合、特に陰極貼後には、陰極貼付下の皮膚において、有意ではないがヒド

付下の皮膚に炎症などを誘起する可能性を示している。皮

ロキシプロリンの増加傾向が認められたが、陽極貼付下の内への物質浸透は、電流強度に依存すると考えられるが、皮膚では大きな変化は認められなかった。

物質浸透を促進するために電流強度を上げることは、皮膚障害を誘起する危険性があることが明らかとなった。興味3 . 4 . 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
微弱電流処理後の陽極貼付下および陰極貼付下の皮膚を深い点は、電極の違いによって、誘起される影響が異なることであり、今回の検討によってはじめて明らかになったことである。

それぞれ回収し、組織切片について抗セラミド抗体を用い今回、微弱電流処理による皮膚の機能性への影響を検討て、組織中セラミド量の変化を評価した。その結果、陽極するため、弾力性など皮膚の構造維持に重要なコラーゲン

貼付下の皮膚においては、微弱電流処理直後からセラミド量の変化を評価した。その結果、微弱電流処理後の陰極貼量が増加する傾向が認められた。一方、陰極貼付下の皮膚

付下の皮膚において、コラーゲン量がわずかに増加していにおいては、３時間後にセラミド量の増加傾向が見られ、た。また、コラーゲン成分であるヒドロキシプロリン量が12 時間後および 24 時間後には有意なセラミド量の増加が陽極貼付下の皮膚において増加していた。いずれもバラつ確認された。陰極貼付下の皮膚におけるセラミド量は、最きもあり、より詳細な検討が必要ではあるが、コラーゲン

大で 2 倍弱にまで増大した。培養細胞を用いて、微弱電流

量やヒドロキシプロリン量が減少するのではなく増加して処理により増大するセラミドの分子種を質量分析手法によいたことから、イオントフォレシスにおける微弱電流処理って解析したところ、炭素数 16 のセラミドが有意に増大

によって皮膚の機能性が負の影響を受けることなく、改善することが明らかとなった。

される可能性が示された。

4．考

また、微弱電流処理後の皮膚における組織中セラミド量

察の変化を評価した結果、セラミド量が増加することが確認

本研究では、イオン導入実施（微弱電流処理）時における、された。特に、陰極貼付下の皮膚においては、セラミド量は、皮膚への影響を厳密に評価するため、陽極貼付下および陰

最大で２倍弱にまで増大することが明らかとなった。セラ

極貼付下の皮膚に分けて、それぞれの皮膚における組織学

ミドは、肌の保湿に重要な役割を果たすことから、イオン的変化、炎症性サイトカインなどの発現、コラーゲンおよ導入時の微弱電流処理によって、皮膚中のセラミド量が大びセラミドの産生について詳細な検討を行った。まず、微きく増大することで、肌の保湿機能が向上する可能性が示

弱電流処理した皮膚の組織学的変化の検討を行った結果、された。さらに、培養細胞を用いた検討から、微弱電流処

微弱電流処理 3 時間後および 24 時間後において、陽極貼理によって増大するセラミドの分子種が、炭素数 16 のセ付下および陰極貼付下の皮膚における組織損傷などは認め

ラミド分子であることが明らかとなり、ある決まった分子

られず、また炎症発生時に生じる表皮の肥厚化も全く認め種の生成が微弱電流処理によって誘導される可能性が示唆られなかった。これらのことから、微弱電流処理は、皮膚された。
以上をまとめると、イオン導入時の微弱電流処理は、通への組織学的変化を誘導しないことが確認された。
さらに、炎症性サイトカインなどの炎症関連因子（TNF-α、常の条件（0 . 3 - 0 . 5 mA/cm 2）であれば、懸念された炎症性IL- 6）および抗炎症性サイトカイン（IL- 10、TGF-β）のサイトカインなどの発現を誘導する可能性は極めて低いこ

mRNA 量を定量解析した結果、これらの遺伝子発現にはとが確認された。しかし、皮内への物質送達の効率を向上

大きな変動は認められなかったことから、通常のイオン導させるために電流値を増大させると、炎症性サイトカイン

2

入条件（0 . 3 - 0 . 5 mA/cm ）では、１時間に及ぶ処理であっの誘導を引き起こす危険性があることも明らかとなった。

ても、炎症性サイトカイン（IL- 6、TNF-α）発現誘導は見また、皮膚の機能性を担うコラーゲンが微弱電流処理によられず、大きな負の影響は示さないことが示唆された。さって増大する可能性が示された。さらに、皮膚の保湿成分

らに、抗炎症性サイトカイン IL- 10 の発現が、時間によっであるセラミドが微弱電流処理後の皮膚において増加するて陰極と陽極の違いはあったが、増加傾向を示したことかことを見出した。すなわち、微弱電流処理によって、皮膚

ら、微弱電流処理は炎症を抑える方向で作用する可能性がの機能性（弾力性と保湿性）が改善される可能性が見出され推察された。さらに通常のイオン導入条件よりも強力な条た。今後さらなる検討により、薬物送達技術であったイオ2件（1 . 0 mA/cm ）で１時間処理した場合、微弱電流処理 3

ントフォレシスが、安全で理想的な肌の美容技術となるこ

時間後においては、各遺伝子発現が増加傾向を示し、さらとが期待される。

に 24 時間後には、陰極貼付下の皮膚において、IL- 10 が大きく増加していた。このことは、通常のイオン導入条件− 125 −

コスメトロジー研究報告 Vol. 30, 2022

謝辞6） Hama S, Kimura Y, Mikami A, Shiota K, Toyoda

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M, Tamura A, Nagasaki Y, Kanamura K, Kajimoto K,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。

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

（引用文献）

7） Hasan M, Nishimoto A, Ohgita T, Hama S, Kashida1） Kigasawa K, Kajimoto K, Hama S, Saito A, Kanamura

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

K, Kogure K. Noninvasive delivery of siRNA into the

induced rapid and efficient delivery of extraneous

epidermis by iontophoresis using an atopic dermatitis-hydrophilic molecules into the cytoplasm. J. Control.
Release 228, 20-25（2016）．

like model rat. Int. J. Pharm. 383,157-160（2010）．
2） Kajimoto K, Yamamoto M, Watanabe M, Kigasawa

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

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

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

and persistent transfollicular drug delivery system

novel functional nucleic acid iRed effectively regulates

using a combination of liposomes and iontophoresis.

target genes following cytoplasmic delivery by faintInt. J. Pharm. 403, 57-65（2011）．

electric treatment. Sci. Technol. Adv. Mater. 17, 554-

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

562（2016）．

Kanamura K, Harashima H, Kogure K. Noninvasive9） Hasan M, Hama S, Kogure K. Low electric treatment

and efficient transdermal delivery of CpG-

activates Rho GTPase via heat shock protein 9 0 andoligodeoxynucleotide for cancer immunotherapy. J.

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

Control. Release 150, 256-265（2011）．
4） H a s a n M , K h a t u n A , F u k u t a T , K o g u r e K .

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

Noninvasive transdermal delivery of liposomes by

M, Shimokawa T, Yamazaki N, Ando H, Ishida T,

weak electric current. Adv. Drug Deliv. Rev. 154-155,

Fukuta T, Tanaka T, Kogure K. Characteristics of

227-235（2020）．

unique endocytosis induced by weak current for5） Hasan M, Khatun A, Kogure K. Iontophoresis of
Biological Macromolecular Drugs. Pharmaceutics 1 4,cytoplasmic drug delivery. Int. J. Pharm. 576 , 119010（2020）．

525（2022）．

− 126 −