JP2013189432A - 短時間溶解型マイクロニードル - Google Patents

Abstract

【課題】短時間に溶解し、速やかに吸収させうるマイクロニードル素材を提供して、マイクロニードル適用時間を短縮する。
【解決手段】マイクロニードル素材として、水溶性高分子と、単糖類及び２糖類の中から選ばれた１種若しくは複数種の糖類との混合物を用いる。水溶性高分子は、合成高分子、蛋白質、多糖類、若しくはそれらの混合物を好適に用いることができる。糖類はグルコース、フルクトース、シュクロース、ラクトースのいずれか、若しくはそれらの混合物を好適に用いることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は皮膚表層及び／又は皮膚角質層に修飾効果及び／又は機能効果を与えるためのマイクロニードルを、短時間で溶解させるための素材に関する。

有価物を人の体内に投与する手法として、経口的投与法と経皮的投与法がある。注射は代表的な経皮的投与法である。しかし、注射は医師や看護師の手を煩わせねばならず、苦痛を伴い、更にエイズやＢ型肝炎などの感染もあり得る、多くの人にとって歓迎すべからざる手法である。これに対し、最近マイクロニードルアレイを利用した、苦痛を伴わない経皮的投与法が注目されてきた（特許文献１、非特許文献１）。
ここに有価物とは薬物や化粧品のように、人体に投与されて好ましい効果を示すものをいう。

皮膚角質層は有価物透過のバリアとして働き、単に皮膚表面に有価物を塗布するだけでは有価物は十分に透過しない。これに対し微小な針、すなわちマイクロニードルを用いて角質層を穿孔することにより、塗布法より有価物透過効率を格段に向上させることができる。このマイクロニードルを基板上に多数集積したものがマイクロニードルアレイである。また、マイクロニードルアレイに、マイクロニードルアレイを皮膚に付着させるための粘着テープなどを付加して使用しやすい製品としたものをマイクロニードルパッチという。
ここにテープとは、フィルム、もしくは布又は紙に粘着剤を塗布したものをいう。

水溶性高分子など体内で溶解し代謝により消失する物質を素材としてマイクロニードルを作成すれば、仮にマイクロニードルが折れ皮膚内に残存したとしても事故とはならない。そればかりか、水溶性高分子中に有価物を含ませておくならば、刺入されたマイクロニードルが体内で溶解されることにより、容易に有価物を皮内や皮下に投与することができる（特許文献２）。
特に、ヒアルロン酸やコラーゲンなどの生体溶解性高分子物質からなるマイクロニードルを皮膚に刺入すると、皮膚内水分がマイクロニードルに拡散し、皮膚に差し込まれたニードル部が膨潤しその後溶解する。この結果ヒアルロン酸やコラーゲンが皮膚内に拡散して抗しわ作用を発現し、あるいはニードル部に前もって溶解させている有価物や有価物質が皮膚内に拡散する（特許文献３、４）。

ヒアルロン酸など水溶性高分子を主素材とするマイクロニードルが皮膚内で膨潤し溶解するには、皮膚内の水分量にも依存するが、平均３〜１０時間を要する。このためマイクロニードルアレイを顔面皮膚に適用する際には就寝前に適用することが多く、皮膚科医院や美容エステで皮膚に適用することは困難であった。また医療用に使用する際にも皮膚内挿入されたマイクロニードルを溶かすため長時間の適用が必要であり、患者のＱＯＬ改善の面からもより適用時間の短縮が必要であった。糖尿病患者へのインスリンマイクロニードル投与においては速やかに血糖値を下げなければいけない場合がある。またワクチンマイクロニードルの投与においても３０分程度で皮膚適用が終了すればその利便性はきわめて大きい。
ここにマイクロニードルアレイを皮膚に適用するとは、皮膚にマイクロニードルを刺入し、相当時間その状態で保持することをいう。

マイクロニードルを利用する化粧品は、コスメディ製薬により世界で初めて商業的に製造され、２００８年１０月より発売された（非特許文献１）。このマイクロニードルは膨潤と溶解にかなりの時間を要したため、需用者からはマイクロニードルの溶解速度を早め、迅速に適用できるよう改善することが強く要望されていた。

マイクロニードルアレイに含有させる有価物には非常に高価なものや微量しか得られないものもある。そのような高価貴重な有価物を素材に含有させて常法によりマイクロニードルアレイを作成すると、有価物はマイクロニードル部分のみならず基板部分にも含まれることとなる。このマイクロニードルアレイを皮膚に刺入すると、マイクロニードル部分に含まれる有価物は体内に取り込まれ拡散するが、基板部分に存在する有価物は利用されることなく廃棄され、高価な有価物の利用効率が低い結果となる。高価な有価物の損失を避けるためには、マイクロニードルの先端部にのみ有価物を保持させればよい。
有価物をマイクロニードルの先端にのみ保持させるには、マイクロニードル先端部を有価物水溶液に浸し、先端部にのみ付着させる方法がある（特許文献５）。しかし、有価物を単に先端に付着させる従来法では、マイクロニードルを皮膚に刺入するに際し付着部分が折れたり剥がれたりし、有価物が十分取り込まれなかった問題点を解決する必要がある。

特表２００２−５１７３００号公報 特開２００３−２３８３４７号公報 特開２００９−２７３８７２号公報 特開２０１０−０２９６３４号公報 国際公開第２００８／１３９６４８号

権英淑、神山文男「マイクロニードル製品化への道程」、薬剤学、社団法人日本薬剤学会、平成２１年９月、第６９巻、第４号、ｐ．２７２−２７６

本発明が解決しようとする課題は、速やかに溶解し、速やかに吸収させうるマイクロニードルを提供して、従来技術の前記の問題点を解決することである。すなわち、マイクロニードルパッチの設計を検討し、マイクロニードルアレイの膨潤と溶解に時間がかからないマイクロニードル素材を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明に係わる短時間溶解型マイクロニードルは、水溶性高分子と、単糖類及び２糖類の中から選ばれた１種若しくは複数種の糖類との混合物をマイクロニードル素材とすることを特徴とする。

水溶性高分子に単糖類や２糖類を上記混合物の素材総重量の５〜４０重量％になるよう添加した素材をもってマイクロニードルを作成すると、マイクロニードルの皮膚内溶解時間を３０分以内とすることができる。単糖類や２糖類の混合量が５重量％より少ないと溶解時間の短縮効果が小さい。４０重量％をこえるとマイクロニードルの機械的強度が低下し、マイクロニードルの製造が困難となると共に、マイクロニードル使用に際して皮膚に刺入し難くなる。マイクロニードルの製造には、通常、素材水溶液を常温で鋳型に流延して乾燥後鋳型からの取り出す方法が用いられるが、機械的強度が低下すると鋳型からの取り出しが困難となる。また、機械的強度の低いマイクロニードルは、皮膚刺入に際し折れて刺入できない。

水溶性高分子としては、合成高分子、たとえばポリビニルピロリドン、ポリピニルアルコール；蛋白質、たとえば、コラーゲン（又は加水分解コラーゲン）、ゼラチン；多糖類、たとえば、ヒアルロン酸、デキストリン、デキストラン、プロテオグリカン、コンドロイチン硫酸ナトリム；カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等が適当である。

水溶性高分子と混合する単糖類、２糖類としてはグルコース、フルクトース、シュクロース、ラクトース、トレハロース、やそれらの混合物を好適に用いることができる。なかでもグルコースが最も適当である。

マイクロニードルアレイを適用する際、皮膚内に刺入されるのはマイクロニードル部分であるので、マイクロニードル部分の素材が水溶性高分子と、単糖類及び２糖類の中から選ばれた１種若しくは複数種の糖類との混合物であれば、マイクロニードルアレイ基板部分は異なっていてもよい。

また本マイクロニードルには化粧品原料ないしは薬効成分、特に高分子薬効成分等の有価物を含浸させてもよい。有価物の含量は総重量に対し０．００１％から２０％が適当である。上記化粧品の原料としては、例えば、パルミチン酸アスコルビル、コウジ酸、ルシノール、トラネキサム酸、油用性甘草エキス、ビタミンＡ誘導体、プラセンタエキス、アデノシン硫酸Ｍａ、等の美白成分；レチノール、レチノイン酸、酢酸レチノール、パルミチン酸レチノール、ＥＧＦ、細胞培養エキス、アデノシン、等の抗しわ成分；α−トコフェロール、酢酸トコフェロール、カプサイン、ノリル酸バニリルアミド等の血行促進成分；ラズベリーケトン、月見草エキス、海草エキス等のダイエット成分；イソプロピルメチルフェノール、感光素、酸化亜鉛等の抗菌成分；ビタミンＤ２、ビタミンＤ３、ビタミンＫ等のビタミン類などが挙げられる。
上記高分子薬効成分としては、例えば、生理活性ペプチド類とその誘導体、核酸、オリゴヌクレオチド、ワクチン用途の各種の抗原蛋白質、バクテリア、ウイルスの断片等が挙げられる。
上記生理活性ペプチド類とその誘導体としては、例えば、カルシトニン、副腎皮質刺激ホルモン、副甲状腺ホルモン（ＰＴＨ）、ｈＰＴＨ（１→３４）、インスリン、エキセンディン及びその誘導体、セクレチン、オキシトシン、アンギオテンシン、β−エンドルフィン、グルカゴン、バソプレッシン、ソマトスタチン、ガストリン、黄体形成ホルモン放出ホルモン、エンケファリン、ニューロテンシン、心房性ナトリウム利尿ペプチド、成長ホルモン、成長ホルモン放出ホルモン、ＦＧＦ、ブラジキニン、サブスタンスＰ、ダイノルフィン、エリスロポエチン、甲状腺刺激ホルモン、プロラクチン、インターフェロン、インターロイキン、Ｇ−ＣＳＦ、グルタチオンパーオキシダーゼ、スーパーオキシドディスムターゼ、デスモプレシン、ソマトメジン、エンドセリン、及びこれらの塩等が挙げられる。抗原蛋白質としては、インフルエンザウイルス抗原、ＨＢｓ表面抗原、ＨＢｅ抗原、等が挙げられる。

一般的な有価物については、マイクロニードル素材の水溶液に有価物を溶解させ、その水溶液を鋳型に流延して乾燥させその後鋳型から取り出すという常法によりマイクロニードルアレイを作成すれば、有価物含有マイクロニードルアレイを作成することができる。

有価物が高価である場合には、有価物をマイクロニードルアレイ全体に含有させるとマイクロニードルアレイの基板部分に含有された有価物が無駄となるため、有価物はマイクロニードル先端部にのみ含有させる必要がある。しかし、マイクロニードル先端を単に有価物水溶液に浸して付着させるのみでは、マイクロニードルを皮膚に刺入するに際し有価物付着部分が折れたり剥がれたりし、有価物が十分取り込まれない。

有価物が水溶性であるときは、以下の手順によれば高価な有価物を効率よく投与することができる。マイクロニードルは水溶性高分子と糖類（単糖類若しくは２糖類）との混合物を素材として作製する。有価物は水溶性高分子と糖類（単糖類若しくは２糖類）の混合物水溶液に溶解する。マイクロニードルの先端を有価物溶液に含浸し、有価物をマイクロニードルの先端部に付着させ、その後乾燥させて有価物付着マイクロニードルを作成する。このようにすれば有価物はマイクロニードル素材である水溶性高分子と糖類の混合物と共にマイクロニードル先端に取り込まれることとなる。このようにすればマイクロニードルと有価物とが一体化し、マイクロニードル刺入の際有価物が剥がれ落ちることなく、有価物が体内に完全に取り込まれることとなる。
ここに、一体的とは、元のマイクロニードル先端部と新たに付着した部分との間に明確な境界面が存在しないことをいう。境界部分では、有価物水溶液が部分的にマイクロニードルを溶かすため、有価物は濃度勾配を有しているものと思われる。この際、マイクロニードル素材の組成と有価物溶液とに用いる水溶性高分子と糖類（単糖類若しくは２糖類）の混合物の組成は、同一であっても同一でなくてもよい。同一であれば当然一体化するが、別種水溶性高分子あるいは別種糖類であっても、水溶性であるならば乾燥後の境界面は消失して一体化し有価物が剥がれ落ちることはない。

マイクロニードルが皮膚内において短時間に溶解すると、マイクロニードルアレイを皮膚適用する時間を大幅に短縮することができる。３０分以内、更には１５分以内に溶解するならば、マイクロニードルの使用がより容易となり、化粧品用途においては皮膚科診察室や美容室での使用が現実的となる。また、医療用途においては患者のへの投与時間が短縮され患者の負担が軽減される。

さらに有価物をマイクロニードル先端部分に一体的に取り込ませれば、マイクロニードル刺入に際し有価物が剥がれ落ちることがなく、高価な有価物を有効に利用することができる。

マイクロニードル形成用凹部１１が形成された鋳型１にマイクロニードル素材水溶液２を満たした状態の断面図 鋳型１により形成したマイクロニードル３の断面図の一例 マイクロニードルの適用前と適用後の形状比較図。

次に、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

（マイクロニードルアレイの作成法）
本実施例で用いたヒアルロン酸はキッコーマンバイオケミファ（株）製でその分子量は８０万（商品名：ＦＣＨ−８０ＬＥ）、デキストランは日本バルク薬品（株）から購入（商品名：デキストラン７０）、ポリビニルピロリドンはＢＡＳＦジャパン製（商品名：コリドン１２ＰＦ）、コラーゲンは（株）ニッピ製（商品名：リヤスシャーク）、セラチンは（株）ニッピ製（商品名：ニッピハイグレートゼラチンＡＰＡＴ）、プロテオグリカンはバイオマテックジャパン（株）製（商品名：ナチュラルプロテオグリカン）である。単糖類、２糖類、コウジ酸、アデノシン、レチノイン酸及びα−トコトフェロール、コンドロイチン硫酸ナトリム、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースは全て和光純薬（株）より購入した。

感光性樹脂に光照射するリソグラフィ法により所定形状のマイクロニードルパターンを形成した後、電鋳加工により所定形状のマイクロニードルパターンを転写したマイクロニードル形成用凹部が形成された鋳型を製造した。この鋳型１と、この鋳型１の上面に流し込まれたマイクロニードル素材の水溶液２を図１に示す。
このマイクロニードル形成用凹部１１は、入口直径（ｂ）が０．２ｍｍ、底部直径（ｃ）が０．０４ｍｍ、深さ（ａ）０．８ｍの円錐形状であり、０．６ｍｍ間隔（ｄ）に格子状に配列されており、１ｃｍ^２あたり２５０個形成されている。また本鋳型１は１辺が１０ｃｍの正方形状に形成されている。

この鋳型１により形成されるマイクロニードルアレイの断面形状の一例を図２に示す。各マイクロニードルは、ニードル根元の直径（ｂ）０．２ｍｍ、先端直径（ｃ）０．０４ｍｍ、高さ（ａ）０．８ｍｍの円錐台状であり、０．６ｍｍ間隔（ｄ）で格子状に配列されている。このマイクロニードルアレイを円形に形成したとき、１ｃｍ^２に約２５０個のマイクロニードルを含んでいる。以下、この形状のマイクロイードルアレイを８００−ＭＮと記載する。

同様にしてニードル根元の直径（ｂ）０．４ｍｍ、先端直径（ｃ）０．０１ｍｍ、高さ（ａ）０．２ｍｍの円錐台状のマイクロニードルを作成できる。この形状のマイクロニードルを２００−ＭＮと記載する。この場合もマイクロニードルアレイ上にマイクロニードルは１ｃｍ^２に約２５０個形成されている。

素材の混合物を水に溶解させて５〜２０％固形分水溶液とする。有価物を添加する場合は、コウジ酸、アデノシン、レチノイン酸又はα−トコトフェロールをそれぞれ少量のエタノールにて溶解し、素材の水溶液に加え混合した。本水溶液を室温下マイクロニードル形成用凹部に流延し水分を蒸発して乾燥した後剥離してマイクロニードルアレイを作製した。マイクロニードルアレイは直径１ｃｍの円状にカットした。
このマイクロニードルアレイを直径２ｃｍの円形１６μｍ厚ＰＥＴの片面に粘着剤を塗布したシートで裏打ちしてマイクロニードルパッチとした。

（マイクロニードルアレイのヒト適用時の溶解性試験）
各種の水溶性高分子と糖類の組み合わせについて、表１、２に示すようなマイクロニードルアレイを作成した。これらのマイクロニードルアレイをボランテイア４名に適用した。マイクロニードルを適用するとは、マイクロニードルを刺入し、一定時間その状態で保持することをいう。適用部位は、２００−ＭＮは顔面に、８００−ＭＮは上腕部にした。２００−ＭＮの場合は１５分後にマイクロニードルアレイを取り外してマイクロニードルの溶解程度を顕微鏡観察した。１５分後４名の内１名でも溶解不完全の場合、改めて再試験を行い、３０分後の溶解性を観察した。８００−ＭＮの場合は３０分後にマイクロニードルアレイを取り外してマイクロニードルの溶解程度を顕微鏡観察した。観察により「完全溶解」か「不完全溶解」かを判断し、４人中完全溶解の割合人数を評価結果として表１に示した。例えば３／４は４人中３名が完全溶解したことを意味する。なお、「完全溶解」とは皮膚適用後ニードル形状が完全に溶解消失していることを、「不完全溶解」とはニードル形状が一部残存していることをいう。

表１は実施例であり好ましい場合を、表２は比較例であり好ましくない場合を示す。表１に示されるように、本発明のマイクロニードルは、おおむね３０分以内に完全に溶解する。
なお、表１、２において、糖類添加量は、水溶性高分子＋糖類の素材総重量に対する重量％で示す。有価物について、Ｋはコウジ酸、Ａはアデノシン、Ｒはレチノイン酸、Ｖはα−トコトフェロールを示し、添加量は素材（水溶性高分子＋糖類）総重量に対する重量％で示す。また、＊は良好なマイクロニードルアレイが作成不能で、皮膚適用試験は実施できなかったことを示す。

適用前と適用後のマイクロニードルの形状比較を図３に示す。Ａはマイクロニードル２００−ＭＮの皮膚適用前の写真である。Ｂは２００−ＭＮの皮膚適用後の「不完全溶解」の場合の写真である。Ｃは２００−ＭＮの皮膚適用後の「完全溶解」の場合の写真である。Ｄはマイクロニードル８００−ＭＮの皮膚適用前の写真である。Ｅは８００−ＭＮの皮膚適用後の「不完全溶解」の場合の写真である。Ｆは８００−ＭＮの皮膚適用後の「完全溶解」の場合の写真である。

（短時間溶解マイクロニードルへの有価物装填方法）
牛インスリン（ナカライテスク株式会社）をｐＨ２．５の塩酸水溶液に溶解し、この水溶液とヒアルロン酸（ＦＣＨ−８０ＬＥ）８％とグルコース２％を含む水溶液とを混合し、牛インスリンに関して１．０ユニット（Ｕ）／ｍｌ濃度の有価物を含む有価物水溶液を作成した。
実施例１７と同様に作製した針長さ８００μｍのマイクロニードルアレイのマイクロニードル先端部分３００μｍを有価物水溶液中に浸漬し、直ちに引き上げて乾燥させた。マイクロニードルアレイあたりの牛インスリンの含量は０．０８ユニットであった。以下、これを牛インスリン含有マイクロニードルアレイＡと略記する。

牛インスリン（ナカライテスク株式会社）をｐＨ２．５の塩酸水溶液に溶解し、この水溶液とヒドロキシエチルセルロース７％とグルコース３％を含む水溶液とを混合し、牛インスリンに関して１．０ユニット（Ｕ）／ｍｌ濃度の有価物を含む有価物水溶液を作成した。
実施例２６と同様に作製した針長さ８００μｍのマイクロニードルアレイのマイクロニードル先端部分２５０μｍを有価物溶液中に浸漬し、直ちに引き上げて乾燥させた。マイクロニードルアレイあたりの牛インスリンの含量は０．０７ユニットであった。以下、これを牛インスリン含有マイクロニードルアレイＢと略記する。

卵白アルブミン（ナカライテスク株式会社）をｐＨ７．５の燐酸緩衝液に溶解し、この水溶液とヒアルロン酸（ＦＣＨ−８０ＬＥ）８％とトレハロース（株式会社林原）２％を含む水溶液とを混合し、卵白アルビミンに関して１００μｇ／ｍｌ濃度の有価物を含む有価物水溶液を作成した。
実施例２６と同様に作製した針長さ８００μｍのマイクロニードルアレイのマイクロニードル先端部分２００μｍを有価物溶液中に浸漬し、直ちに引き上げて乾燥させた。マイクロニードルアレイあたりの卵白アルブミンの含量は６μｇであった。以下、これを卵白アルブミン含有マイクロニードルアレイと略記する。

ウイスター系雄性ラット３匹を用い腹部を麻酔下に剃毛した。牛インスリン含有マイクロニードルアレイＡ、Ｂ、及び卵白アルブミン含有マイクロニードルアレイ各３枚を用いて、バネ式投与補助具を使用して該ラット腹部皮膚に経皮投与した。投与中、粘着テープを用いてマイクロニードルアレイを固定した。３０分後にマイクロニードルアレイを取り出し顕微鏡観察すると全例において針は皮膚内で完全溶解していた。

Claims (9)

1. 水溶性高分子と、単糖類及び２糖類の中から選ばれた１種若しくは複数種の糖類との混合物をマイクロニードル素材とすることを特徴とするマイクロニードル。
2. マイクロニードル素材中での前記糖類の混合量が、素材総重量に対し５〜４０重量％あることを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードル。
3. マイクロニードル刺入後３０分以内に溶解することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のマイクロニードル。
4. 前記糖類が、グルコース、フルクトース、シュクロース、ラクトース、トレハロース、及びこれらの混合物からなる群から選ばれた１種若しくは複数種の糖類であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のマイクロニードル。
5. 前記糖類がグルコースであることを特徴とする請求項４に記載のマイクロニードル。
6. 前記水溶性高分子が、合成高分子、蛋白質、多糖類、若しくはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のマイクロニードル。
7. 前記水溶性高分子がポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、コラーゲン、ゼラチン、ヒアルロン酸（ナトリム）、デキストリン、デキストラン、プロテオグリカン、コンドロイチン硫酸ナトリム、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースのいずれか、もしくはそれらの混合物であることを特徴とする請求項６に記載のマイクロニードル。
8. マイクロニードルアレイのマイクロニードル先端に有価物を付着させるに際し、有価物を水溶性高分子と単糖類や２糖類との混合物水溶液に溶解させて有価物水溶液を作成し、マイクロニードルの先端部を該有価物水溶液に浸漬し、該有価物をマイクロニードル先端に一体的に保持させたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードル。
9. 水溶性高分子と、グルコースを主とする単糖類若しくは２糖類またはその両者との混合物を素材とするマイクロニードルを用いることを特徴とするマイクロニードルアレイの短時間溶解法