JP2017137311A - マイクロニードル塗布物 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、マイクロニードルに塗布する溶液を塗布液、塗布し乾燥した後マイクロニードルに付着しマイクロニードルの一部となったものを塗布物という。
塗布物は、基剤と薬効成分により構成されている。
また、水溶液に水溶性多糖類を溶解させると水溶液の粘度が上昇するが、マイクロニードル先端を塗布液に浸して塗布液を付着させようとするとき、塗布液の粘度と付着量の間には重要な関係がある。塗布液の粘度が適当であると多量の塗布液がマイクロニードル先端に塗布される。塗布液の粘度が低いと、塗布液にマイクロニードル先端部を浸しても十分な量の塗布液が塗布されない。一方塗布液の粘性が極めて高いと、マイクロニードルへの付着性がかえって悪化して結果的に塗布量が少なくなる。一般に基剤中の水溶性多糖類の割合は2〜60質量%が適当である。
水溶性多糖類は種々の分子量のものが市販されている。分子量が異なる水溶性多糖類を混合して、塗布液の物性を最適化することができる。なお、水溶性多糖類に水溶性高分子、例えばポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール等を添加してマイクロニードル塗布物の硬度を改善することも有効である。ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール等の水溶性高分子をさらに添加する場合、基剤中の水溶性多糖類と水溶性高分子の割合は2〜60質量%が適当である。
本発明のマイクロニードル用塗布液の単糖類としてはグルコースを、2糖類としてはスクロース若しくはトレハロースを好適に用いることができる。
液状多価アルコールとしては、グリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、マンニトール、若しくは分子量500以下のポリエチレングリコール、又はこれらの混合物を好適に用いることができる。
本発明の目的に適した薬効成分の例としては、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、各種の抗原蛋白質、バクテリア、ウイルスの断片、あるいは低分子化合物からなる薬物もマイクロニードル化によりその特徴を発揮するものであれば本発明の対象となる。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、成長ホルモン、成長ホルモン放出ホルモン、ブラジキニン、サブスタンスP、ダイノルフィン、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、インフルエンザ抗原、HBs表面抗原、HBe抗原等が挙げられる。
塗布法では塗布液はマイクロニードル先端に付着させる。塗布後、塗布した状態で包装して出荷する。したがって、塗布配合物における薬効成分の保存安定性は極めて重要である。
塗布物は、皮膚刺入後皮膚内で溶解しなければならない。溶解時間が長すぎると患者の負担が大きくなり好ましくない。
本発明者らは、マイクロニードル先端部に薬剤を塗布したマイクロニードルアレイを実際に動物に適用し、適用部の皮膚の角質をテープストリッピングして測定したところ、薬剤の一部が皮膚の角質層に残ることがわかった。したがって、たとえマイクロニードル先端部に薬剤を定量的に塗布できたとしても、実際に経皮吸収製剤として適用する際に、角質層に薬剤残りが発生し、薬剤の定量的投与の目的を達成できない可能性が問題点として浮上した。本発明のマイクロニードル用塗布液を適用するマイクロニードルアレイを構成するマイクロニードルは、以下の形状を有することが望ましい。
針の先端部頂点の直径は、皮膚への刺し入れの容易性と皮膚への薬物残りを低減させるため、20μm以上100μm以下であり、30μm以上60μm以下が好ましい。
個々のマイクロニードルは、底面が円である円柱状もしくは円錐状、又は、底面が楕円である楕円柱状もしくは楕円錐状である。楕円の大きさを表す場合、長径を直径として表し、短径は楕円を形成できる限りにおいて長径より短い。これらの形状のマイクロニードルは、段差を有していてもよい。
以下の実施例では、ポリグリコール酸を素材とする非水溶性マイクロニードルアレイ(PGA−MN)とヒアルロン酸を素材とする水溶性マイクロニードルを用いた。マイクロニードルに薬効成分を塗布する際には、塗布液にマイクロニードル先端を浸漬し、引き上げて5秒風乾させた。浸漬と風乾を5回繰り返して後、ドライボックス(室温下、湿度1〜2%の雰囲気)で12時間乾燥させて試験用試料(乾燥試料)とした。
多糖類としては、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC-SSL(分子量4万)、(HPC-SL(分子量10万)、HPC-L(分子量14万)、HPC-M(分子量62万)、いずれも日本曹達(株)) 、カルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC)(和光純薬(株)試薬)、又はヒアルロン酸(FCH-80、分子量80万)、(FCH-200、分子量200万)(キッコーマンバイオケミファ(株))を用いた。他の水溶性高分子としては、ポリビニルピロリドン(PVP)(K-90、(株)日本触媒)を用いた。
単糖類・2糖類としては、スクロース(suc)若しくはトレハロース(tre)を用いた。
多価アルコールとしては、グリセリン(gly)若しくはプロピレングリコール(pg)、マンニトール(man)を、界面活性剤としては、ポリソルベート80(p80)若しくはポリソルベート20(p20)を用いた。
また、薬効成分としては実施例1〜10及び比較例1〜5においてはインフルエンザ抗原(阪大微研製)を用いた。実施例14、15、16、17においては牛血清アルブミン(ナカライテスク(株))を用いた。
1.非水溶性マイクロニードルアレイ
ポリグリコール酸を用いて射出成形法により作成し、実施例1〜13、16、17、比較例1〜4、6、7において用いた。直径10mmの円形基板上に、針長さ400μmの480本のマイクロニードルを備える。製法の詳細は、特許5852280号に記載されている。
2.水溶性マイクロニードルアレイ
ヒアルロン酸(FCH-80、FCH-200)、カルボキシルメチルセルロースを用いて鋳型成形法により作成し、実施例14,15、比較例5において用いた。直径10mmの円形基板上に、針長さ800μm、針底部直径250μm、針間隔600μmで280本の円錐型マイクロニードルを備える。
塗布液にマイクロニードル先端を浸漬し、0.1秒後に引き上げて5秒乾燥させた。その操作による浸漬を5回繰り返し、乾燥させて先端薬効成分塗布マイクロニードルを作製した。
1.塗布量(薬効成分と基剤の総重量)
浸漬前と浸漬後のマイクロニードルアレイを乾燥させそれらの質量を比較した。後の質量から前の質量を差し引いて塗布物の質量(mg)を求めた。塗布物の質量が1.0mg以上の場合◎と、0.5−1.0mgの場合○と、0.5mg未満の時×と記入した。
塗布乾燥後のマイクロニードルアレイをパラフィルム(厚さ1mm)に突き刺し、引き抜いて後マイクロニードルの顕微鏡写真を観察した。これにより薬効成分のマイクロニードルアレイへの付着強度を調べた。塗布物が剥がれていない場合○と、塗布物が一部剥がれている場合×と記入した。
5回塗布乾燥後のマイクロニードルアレイをウイスター系ラット(雄、4週齢)の剃毛した腹部に投与し、20分後若しくは40分後に取り出した。取り出したマイクロニードルパッチを顕微鏡観察し、塗布物のマイクロニードル上の残存量を確認した。
表1の溶解時間の欄に、マイクロニードルに塗布した塗布物が20分以内に全部溶解していたとき◎を、20分以内には全部溶解していなかったが40分以内に全部溶解していたとき○を、40分後にも全部は溶解していなかったときは×を記入した。本試験においては実施例14、15、比較例5においてはヒアルロン酸からなるマイクロニードルを使用しており、塗布物のみならずマイクロニードル全てが溶解してしまうのが観察された。
4.粘度
塗布液の粘度を、音叉型振動式粘度計(SV-10、エーアンドディー(株))を用い測定した。測定温度は25℃、サンプル量は10mL、測定時間は15秒であった。
表1の粘度の欄に、粘度が2500mPa・s以上の場合は粘度が高すぎて溶液の作製も塗布も困難であったので、×を記入した。粘度が100〜2500mPa・sの場合は塗布が容易で塗布量も十分であったので、○を記入した。粘度が100mPa・s未満の場合は塗布は容易だったが塗布量が少なかったので、××を記入した。
薬効成分としてインフルエンザワクチンたんぱく質を例に用いて、マイクロニードル塗布後の薬効成分の安定性を試験した。蛋白質の定量のためにマイクロBCAプロテインアッセイキット(サーモサイエンティフィック社)を用いた。マイクロニードルアレイ上のインフルエンザワクチンたんぱく質を0.5mlの水で溶解し、インフルエンザワクチン蛋白質質量を測定した。塗布直後の蛋白質質量と35℃で3カ月保存後の蛋白質質量とを比較した。実施例14、15、16、17においては、牛血清アルブミンに関し同様の蛋白定量法により評価した。
表1の安定性の欄に、3か月保存後の量/作製直後の量が0.9以上のとき○を記入し、この比が0.9未満のとき×を記入した。
厚さ1mmの塗布物シートを作製し、シート上から小型卓上試験機EZ Test EZSX(島津製作所(株))を用いて直径1.5mmのステンレス円柱棒を垂直におしつけて圧迫した。押しつけ速度は0.5mm/minであった。得られた応力−歪み曲線の直線部においてその傾きを計算し、押し込み距離0.1mmにおける圧縮応力を得て塗布物の硬さ(単位N)を定量化した。
(1) ニードルの高さ、(2) ニードル塗布部の直径、の異なるFITC塗布PGA−MNを実験に供し、角質へのFITC残り量について考察した。
1.試験材料
ラット適用実験に供したPGA−MNの全体像を図1に示す。図1において、PGA−MN基板は長径14.0mm、短径12.0mm、厚さ1.0mmの楕円形であり、その上部に厚さ1.0mmの台部を有する。ニードルは2段構造をとる。実験に供したニードル高さの異なる2種類のPGA−MNのディメンジョンを表2に示す。
ヒドロキシプロピルセルロース(HPC−L)日本曹達株式会社製
Fluorescein-4-isothiocyanate 株式会社同仁化学研究所製
1)0.1mol/LのNaOHで溶解したFITCと(HPC-L 50%+SUC 49%+p80 1%)水溶液を混合して塗布液を調製した。
2)容器に入れた塗布液にPGA−MN先端を浸漬して、ニードル先端に塗布液を付着させた。
3)デシケーター中で1夜乾燥させた。
1)Wistar/ST雄性ラット8週齢の腹部をシェーバーで剃毛し、腹部を上にして手足を固定し、ソムノペンチルで麻酔をした。
2)FITC塗布PGA−MNを、ニードルを刺入するように腹部皮膚に押し付けて貼付し、テーピングで圧着固定した。
3)PGA−MNを貼付したラットを固定器に入れて動かないように固定した。
4)5分後または1時間後PGA−MNを取り出した。
5)10分間置いて適用皮膚の表面を乾燥させた。
1)FITC塗布PGA−MNを適用した皮膚に直径12mmの円形のテープを貼って押してから剥がした。これを15回繰り返して皮膚表面の角質を採取した。
2)15枚のテープを5枚ずつに分けて6ウェルプレートに入れ、1mlの0.01mol/LのNaOH水溶液で抽出した。
3)同ロットの適用前FITC塗布PGA−MNを同様に抽出した。
4)抽出液を96ウェルプレートに入れ、励起波長485nm、測定波長535nmで蛍光強度を測定した。測定装置は、テカンジャパン株式会社製プレートリーダーSpectraFluorを用いた。
5)適用前MNの蛍光強度を100としたときの、角質を剥がしたテープ15枚の抽出液の蛍光強度の割合を算出し、角質への残り量とした。
実験結果より、適用後の角質への残り量が少ないのは、(1)ニードルの高さは高く、(2)塗布部の直径は細いMNであることがわかった。600μmPGA−MNで塗布部の直径を70μm以下にすれば、角質への残り量はおよそ10%以下になるため、実用的なマイクロニードル製剤を得ることが出来ると考える。
Claims (18)
- 水溶性多糖類と単糖類及び/又は2糖類と界面活性剤とを基剤の必須成分とする水溶液からなるマイクロニードル用塗布液。
- 乾燥後の塗布物の硬さが10N以上で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用塗布液。
- さらに水溶性多価アルコールを基剤として含有する請求項1又は2に記載のマイクロニードル用塗布液。
- 基剤中の前記水溶性多糖類が2〜60質量%、単糖類及び/又は2糖類が30〜95質量%、前記界面活性剤が0.05〜5質量%、かつ前記水溶性多価アルコールが10質量%以下である請求項1から3のいずれか1項に記載のマイクロニードル用塗布液。
- 前記水溶性多糖類がヒドロキシプロピルセルロース、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、デキストラン、及びカルボキシメチルセルロースからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のマイクロニードル用塗布液。
- 前記単糖類がグルコースであり、前記2糖類がスクロース若しくはトレハロースであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のマイクロニードル用塗布液。
- 前記界面活性剤がポリソルベート80、ポリソルベート20及びポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のマイクロニードル用塗布液。
- 前記水溶性多価アルコールがグリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール及び分子量500以下のポリエチレングリコールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物であることを特徴とする請求項3又は4に記載のマイクロニードル用塗布液。
- 溶液粘度が100mPa・s以上2500mPa・s以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のマイクロニードル用塗布液。
- マイクロニードル用塗布液の基剤100重量部に対し薬効成分を最大40重量部含有する請求項1〜9のいずれか1項に記載のマイクロニードル用塗布液。
- さらにポリビニルピロリドンを基剤として含有する請求項1〜10のいずれか1項に記載のマイクロニードル用塗布液。
- 基剤中の前記水溶性多糖類とポリビニルピロリドンの合計が2〜60質量%であることを特徴とする請求項11に記載のマイクロニードル用塗布液。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載のマイクロニードル用塗布液をマイクロニードルに塗布し乾燥して得られるマイクロニードル塗布物。
- 水溶性多糖類が2〜60質量%、単糖類及び/又は2糖類が30〜95質量%、界面活性剤が0.05〜5質量%かつ水溶性多価アルコールが0〜10質量%である基剤の組成を有する請求項13に記載のマイクロニードル塗布物。
- 硬さが10N以上であることを特徴とする請求項13又は14に記載のマイクロニードル塗布物。
- 前記水溶性多糖類がヒドロキシプロピルセルロース、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸及びカルボキシメチルセルロースからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物であり、
前記単糖類がグルコースであり、前記2糖類がスクロース若しくはトレハロースであり、
前記界面活性剤がポリソルベート80、ポリソルベート20及びポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物であり、
前記水溶性多価アルコールがグリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール及び分子量500以下のポリエチレングリコールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物である
ことを特徴とする請求項13〜15のいずれか1項に記載のマイクロニードル塗布物。 - さらにポリビニルピロリドンを基剤として含有し、基剤中の水溶性多糖類とポリビニルピロリドンの総量が2〜60質量%であることを特徴とする請求項13〜16のいずれか1項に記載のマイクロニードル塗布物。
- 針長さは350μm以上900μm以下であり、針先端部頂点の直径は20μm以上100μm以下であり、請求項13〜17いずれか1項に記載のマイクロニードル塗布物を針先端部に有するマイクロニードルアレイであって、該塗布物の下端は針の根元から200μm以上であることを特徴とするマイクロニードルアレイ。
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