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浦上財団研究報告書

Vol.31（2024）＜令和 2 年度助成＞

クルクミン分散液の抗炎症作用発現における粒子径の意義
宮澤大 樹 1) ・ 仲 川清 隆 2)（ 1) 東北大学 未来科学技術共同研究センター、 2) 東北大学大学院 農学研究科）ある。

背景と目的

こうした背景のもと、本研究では同じ材質で構成食品成分の機能向上を目指し、食品成分をナノスされ、かつ異なる粒子径を持つナノ化クルクミンの、ケールで分散させる技術（フードナノテクノロジー）

粒子径の違いによる細胞への取り込み・抗炎症作用・。その市場規模

吸収代謝・臓器蓄積に及ぼす影響を細胞実験と動物は急速に拡大し、2027 年には 102 億ドルを超える試験により評価した。本研究で得られた知見は、ナとみなす予測もされている 。このフードナノテク

ノ化クルクミンの粒子径の生理作用への影響を担保

ノロジーの領域で最も広く用いられている食品成分し、フードナノテクノロジーの領域においてクルクミの一つがクルクミンである。クルクミンは、ウコンンの基礎的な情報を提供できるだけでなく、クルク等の香辛料に含まれる脂溶性ポリフェノールであミン製品の市場拡大にも貢献できると考えられる 7)。の開発が世界的に進められている

1, 2)

3)

り、抗炎症作用、抗肥満作用などの種々の生理作用を持つことが報告されてきた 4, 5)。一方、クルクミン

実験方法の化学的安定性の低さ、生体への吸収量の低さ、代謝の受けやすさが目的の生理作用を発揮させるうえ

1．細胞実験での障害となっていることが指摘されている 。こ異なる粒子径を持つナノ化クルクミンの、粒子径のような問題を解決することを目指し、クルクミンの違いに応じた細胞への取り込み・抗炎症作用を確分散液（ナノ化クルクミン）の開発が世界中で進め認するために細胞実験を行った。同じ組成で粒子径られ、一部にはサプリメントとして市販されているのみが異なる 4 種類のナノ化クルクミン（それぞれ製品もある。

120、447、987、1,910 nm）は、超音波ホモジナ

6)

一般に、分散液中のナノ粒子の粒子径は、いずれイザーとジルコニアビーズを用いてそれぞれ調製の投与経路（経口投与、非経口投与）でも吸収代謝、し、動的散乱光分析、透過電子顕微鏡を用いて物性臓器蓄積、細胞への取り込みに影響するため、ナノ評価を行った。その後、これらの 4 種類のナノ化ク化クルクミンの生理作用に影響する重要な因子であルクミンを LPS（リポポリサッカライド）で刺激しると推察される。したがって、その化学的裏付けをたマウス白血病単球（RAW264）細胞に添加し、抗担保したナノ化クルクミンを開発することが必要で炎症作用と細胞への取り込み量を評価した。抗炎症ある。しかしながら、現在までに様々な分散技術で関連遺伝子は RT-PCR で、炎症に関連するサイトカ異なる粒子径のナノ化クルクミンが調製されてきた

インは ELISA キット（BioLegend Japan 株式会社）

が、異なる粒子間で生理作用を比較検討した報告はで、NO（一酸化窒素）産生量は griess 法で評価し殆どない。この理由として、内包させるクルクミンた。ナノ化クルクミンの細胞への取り込みは共焦点の化学的性質上、同じ方法で異なる粒子径のナノ粒レーザー顕微鏡で評価した。

子を調製することが難しいという技術的な問題がクルクミン分散液の抗炎症作用発現における粒子径の意義2．動物試験

75掲載）したことから、ナノ化クルクミンの抗炎症作

異なる粒子径を持つナノ化クルクミンの、粒子径用は粒子径が小さいほど強くなる傾向が見出されの違いに応じた吸収代謝・臓器蓄積を確認するためた。これは、細胞内へのクルクミンの取り込み量とに動物試験を行った。7 週令の SD（Sprague-Dawley）

抗炎症作用に相関関係があることを報告した既報をラットを日本クレア株式会社から購入し、固形飼料支持する結果でもある 8)。

CE-2（日本クレア株式会社）で 1 週間予備飼育した。

動物試験では、SD ラットに 4 種類のナノ化クル経口投与では、クルクミンの投与量が 100 mg/kg

クミンを経口投与し、クルクミンとその主要な代謝となるように 4 種類のナノ化クルクミンを投与し、物（クルクミングルクロン酸抱合体）の経時的な血HPLC-MS/MS（4000 QTRAP HPLC-MS/MS、SCIEX）

漿中の濃度を定量・比較した。結果、血漿中のクルで投与 1、3、6、12、24 時間後の血漿中のクルククミン濃度は全ての群で有意差がなかったが、クルミンとその代謝物の濃度を定量し、薬物血中濃度時クミングルクロン酸抱合体の濃度は 120 nm の投間曲線下面積（area under the curve、AUC）で群間与群のみが有意に高かった（図 1D）。この結果は、を比較した。尾静脈投与では、クルクミンの投与量粒子径が 200 nm 以下となると固体ナノ粒子の吸収が 5 mg/kg となるように 3 種類のナノ化クルクミン

経 路 が clathrin-mediated endocytosis か ら caveola-を投与し、HPLC-MS/MS で投与 2 時間後の各臓器mediated endocytosis に変化したためなのかもしれ（脳、肺、肝臓、腎臓、脾臓）のクルクミンの濃度ないが、より詳細な検討が今後必要である 9)。尾静を定量した。なお、動物倫理的観点より 1,910 nm脈投与では、SD ラットに 3 種類のナノ化クルクミの粒子は尾静脈投与しなかった。本研究は、「東北ンを投与し、2 時間後の各臓器中の濃度を定量・比大学における動物実験等に関する規程」に従って実較した（図 1E）。結果、粒子径が大きいほど、各臓施された。

器への蓄積量が大きいことを確認した。粒子径が小さいほど細網内皮系からの回避能が上昇することが3．統計解析

知られている 10)。よって、粒子径が大きいナノ化ク多群間の比較では、一元配置分散分析（ANOVA）

ルクミンほど細網内皮系に早急に補足され、各臓器を用い、Turkey の多重比較検定により比較した。に蓄積したのかもしれない。今後、経時的な臓器蓄データは p < 0.05 を有意であるとみなした。

積のデータの取得が必要になると思われる。以上より、ナノ化クルクミンを調製するうえで、粒子径が結果と考察

生理作用に深く影響する重要な因子であることが示された 7)。

細胞実験では、NO 産生量を測定した結果、4 種類のナノ化クルクミン全てで NO 産出量が添加量依

謝

辞存的に減少し、かつその粒子径が小さいほど有意に本研究の遂行にあたり、研究助成を賜りました公減少した（図 1A）。続いて、炎症に関連する遺伝子益財団法人 浦上食品・食文化振興財団に心より御礼（Il-1β、Cox-2、Il-6、Mcp-1、Inos）の発現量を RT-申し上げます。今後も、引き続き本研究を進めていPCR によって比較したところ、粒子径が小さいほどく所存です。

有意に低下した（図 1B）。更に、炎症に関連するサイトカイン（IL-6、Mcp-1、IL-1β）の産生量も、粒子径が小さいほど有意に減少した（図 1C）。これらの結果は共焦点レーザー顕微鏡によるナノ化クルクミンの細胞への取り込みの結果とも一致（データ未76

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図1Vol.31（2024）

本研究で行った細胞実験の結果（A、B、C）動物実験の結果（D、E）

クルクミン分散液の抗炎症作用発現における粒子径の意義

参 考文 献1) Sekhon, B.S. Food nanotechnology - an overview.
Nanotechnol. Sci. Appl. (2010) 3, 1–15. doi:10.2147/NSA.S8677
2) Miyazawa, T.; Itaya, M.; Burdeos, G.C.; Nakagawa, K.;
Miyazawa, T. A critical review of the use of surfactantcoated nanoparticles in nanomedicine and foodnanotechnology. Int. J. Nanomedicine. (2021) 16,3937-3999. doi:10.2147/IJN.S298606
3) Reportlinker.com. Global nanoencapsulation for foodproducts industry. https://www.reportlinker.com/
p01658724/Global-Nanoencapsulation-for-FoodProducts-Industry.html（閲覧日：2022 年 9 月 25 日）
4) Itaya, M.; Miyazawa, T.; Zingg, J.M.; Eitsuka, T.; Azzi,A.; Meydani, M.; Miyazawa, T.; Nakagawa, K. The
differential cellular uptake of curcuminoids in vitro
depends dominantly on albumin interaction.
Phytomedicine. (2019) 59, 152902. doi:10.1016/
j.phymed.2019.152902
5) Miyazawa, T.; Nakagawa, K.; Kim, S.H.; Thomas, M.J.;
Paul, L.; Zingg, J.M.; Dolnikowski, G.G.; Roberts, S.B.;
Kimura, F.; Miyazawa, T.; Azzi, A.; Meydani, M.
Curcumin and piperine supplementation of obese
mice under caloric restriction modulates body fat
and interleukin-1β. Nutr. Metab. (2018) 15, 12.
doi:10.1186/s12986-018-0250-6776) Nelson, K.M.; Dahlin, J.L.; Bisson, J.; Graham, J.; Pauli,G.F.; Walters, M.A. The essential medicinal chemistryof curcumin. J. Med. Chem. (2017) 60:1620-1637.
doi:10.1021/acs.jmedchem.6b00975
7) Kato, C.; Itaya-Takahashi, M.; Miyazawa, T.; Ito, J.;
Parida, I.S.; Yamada, H.; Abe, A.; Shibata, M.; Someya,K.; Nakagawa, K. Effects of particle size of curcuminsolid dispersions on bioavailability and antiinflammatory activities. Antioxidants. (2023) 12,724. doi: 10.3390/antiox12030724
8) Itaya, M.; Miyazawa, T.; Khalifa, S.; Shimizu, N.;
Nakagawa, K. The inhibition of interaction withserum albumin enhances the physiological activityof curcumin by increasing its cellular uptake.
Food Funct. (2022) 13:639-648. doi:10.1039/
d1fo03234h9) Rejman, J.; Oberle, V.; Zuhorn, I.S.; Hoekstra, D. Sizedependent internalization of particles via thepathways of clathrin- and caveolae-mediatedendocytosis. Biochem. J. (2004) 377, 159-169. doi:
10.1042/BJ20031253
10) Alexis, F.; Pridgen, E.; Molnar, L.K.; Farokhzad, O.C.
Factors affecting the clearance and biodistribution ofpolymeric nanoparticles. Mol. Pharm. (2008) 5, 505515. doi:10.1021/mp800051m

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浦上財団研究報告書

Vol.31（2024）

Investigation of the importance of particle size in expressionof the anti-inflammatory activities of curcumin dispersions
Taiki MIYAZAWA1), and Kiyotaka NAKAGAWA2)
1)
New Industry Creation Hatchery Center (NICHe), Tohoku University, Miyagi, Japan
2)
Graduate School of Agricultural Science, Tohoku University, Sendai, Miyagi, JapanThe low chemical stability, poor bioavailability, and metabolic susceptibilityof curcumin are factors that inhibit its physiological activities. To solve theseproblems, curcumin dispersions (nano-curcumin) are now under development
aroun d the wor ld. However, d ue t o t he t e chni cal di ffi cul t y o f p r e p ar i n g
nanoparticles with different particle sizes via the same method, as a result of
the chemical properties of the curcumin to be encapsulated, the effect ofparticle size on their biological activities has not been well-studied. In thisstudy, the effects of nano-curcumin consisting of the same material but having
different particle sizes (120, 447, 987, and 1,910 nm), were evaluated bycellular and animal experiments on cellular uptake, anti-inflammatory effects,
absorpt ion, metabolism, and org an accumulat ion. As a result, in cellularexperiments using mouse leukemia monocytes, genes associated withinflammation decreased, the production of inflammatory cytokines decreased,
and cellular uptake increased as the particle size of the nano-curcumin becames m a l l e r. I n a n i m a l e x p e r i m e n t s w i t h S D ( S p r a g u e - D a w l e y ) r a t s , o n l y t h etreatment g roup w ith the smallest nano-curcumin part icle size absorbedsignificantly higher amounts via oral administration. In tail vein injection,organ accumulation became significantly higher as the particle size of thenanosized curcumin became larger. The findings from this study indicate thatparticle size is a critical factor in the preparation of nano-curcumin, and deeply
affects its biological activities.