JP2020533145A - イオントフォレーシス用マイクロニードルデバイス - Google Patents

Abstract

新規なイオントフォレーシス用ポリマー性マイクロニードルデバイスを含む経皮薬剤送達システム（ＴＤＤＳ）のための医用薬剤デバイスおよび薬剤の投与におけるその使用。

Description

本発明は医用薬剤デバイスの分野に属し、経皮薬剤送達システム（ＴＤＤＳ）に関する。新規なイオントフォレーシス用マイクロニードルデバイスならびに予防および治療のための経皮送達薬剤を介する薬剤の投与におけるその使用が提供される。

生物学的製剤および医薬製剤の経口投与には、薬剤の吸収が十分でないこと、および／または胃腸管もしくは肝臓における初回通過効果によって代謝されることによる限界がある。最も一般的な代替策は皮下／筋肉内注射または静脈内輸注による薬剤投与である。しかし、皮下注射針を用いることには、注射に関連する疼痛、薬剤を投与するための訓練された人材の必要性、薬剤および滅菌のコストなどのいくつかの欠点がある。別の不利益は、これらの薬剤投与ルート（静脈内輸注を除く）が血漿中の薬剤濃度の変動を招き、それが有毒な影響または無効な治療に繋がることである。

たとえば、極めて魅力的な活性医薬成分（ＡＰＩ）であるスマトリプタンコハク酸塩またはスマトリプタンは、処方箋による抗片頭痛療法の至適基準と考えられている。現在のところ、スマトリプタンは鼻内および経口を含むいくつかの剤形で、また皮下およびイオントフォレーシス手段によっても送達されている。しかし、それぞれの方法にはそれ自体の限界があり、そのため患者が治療に応じる意思を大きく減退させることがある。たとえば、個人がすでに片頭痛によって能力を失っている場合には、皮下注射は投与が困難である。経口錠剤および経鼻スプレーの生体利用効率は一般に、それぞれ１５％以下および１４％以下と低く、また吐き気および嘔吐という副作用を伴いやすい。

魅力的な最小侵襲性の代替策は、経皮システム（ＴＤＤＳ）、即ちいわゆる経皮パッチの使用であろう。経皮パッチは自己投与が可能で、制御されしかも信頼できる速度で皮膚を通して薬剤を送達することができる。皮膚には強い表皮バリアがあるため、経皮技術は現在のところ小さな親油性分子のＡＰＩに限られている。皮膚を通しての拡散および薬剤取り込みを増大させるため、いくつかの物理的および化学的浸透法、たとえば化学的促進剤、イオントフォレーシス、またはマイクロニードルが研究されてきた。これらの方法は主として皮膚の角質層の脂質二重層構造を破壊して透過を増大させ、薬剤の全身吸収を促進することを目的としている。これらの方法は実験室内の研究では有望であることが示されたが、臨床的および商業的な成功には限界がある。

最小侵襲性の経皮システムとしてマイクロニードル（ＭＮ）が開発され、皮膚を通して高分子または親水性化合物のＡＰＩを送達することも期待されている。そのようなマイクロニードルは角質層および表皮を効果的に迂回することができ、その先に到達して下部の真皮における薬剤の全身的取り込みを達成することができる。マイクロニードルは通常、マイクロメーターサイズの「孔」で表皮を穿刺し、毛細血管に富む下部の真皮に薬剤を直接流入させる流路を創成して薬剤を即時に全身循環させるために用いられるマイクロメーターサイズの針のアレイとともに設計されている。

個々のマイクロニードルは、約５０〜９００μｍの高さおよび約２０００本／ｃｍ^２またはそれ未満の表面密度の針を有して設計される。これらの寸法により、針は角質層および真皮を穿刺して浸透することができるが、神経線維および血管まで延びることはない。

既知のマイクロニードルはシリコン、金属、またはポリマー等の材料から製造され、円錐、ピラミッド、または円筒等の形態で形成され、環状、三角形状、または四角形状の列で配置される。

現在のところ、５種類の異なった型のマイクロニードルアレイ（ＭＮ）：中実ＭＮ、コーティングされたＭＮ、可溶性ＭＮ、中空ＭＮ、およびハイドロゲルＭＮが開発中である。たとえば、中空ＭＮを用いるインフルエンザワクチン接種が、現在広く臨床使用されている。

可溶性マイクロニードル（ＤＭＮ）は、マイクロニードルアレイの中にＡＰＩを組み込んだ水溶性生分解性ポリマーから作られている。針は表皮内に挿入されて数分で溶解し、皮膚および真皮の層にＡＰＩを放出して、体液中に迅速に分布させる。使用後の処理のため、鋭い医療廃棄物は残存しない。プロセス中で創成される皮膚穿刺は痛みを伴わず、３日以内に治癒することが示されている。

イオントフォレーシスとマイクロニードル技術の組み合わせにより、薬剤送達速度を調節しながら皮膚を通しての高分子の取り込みを増大させることが示された。イオントフォレーシスは、局所電流を印加することによって皮膚を通して体内に荷電粒子を導入する手法である。

高分子（たとえばウシインスリン）を負荷したポリ（メチルビニルエーテル−マレイン酸）（ＰＭＶＥ−Ｍａ）マイクロニードルを用いたインビトロ実験により、マイクロニードルまたはイオントフォレーシス単独の場合と比較してブタ皮膚を通しての送達が増大することが示された（非特許文献１）。ヘアレスラットにおけるイオントフォレーシスと組み合わせたマルトースマイクロニードルを用いたインビトロ研究により、メトトレキサートの送達の２５倍の増大が示された（非特許文献２）。それにも関わらず、これらの組み合わせ技術には限界があり、基礎研究のためのスケールでしか適用できない。

特許文献１には、マイクロニードルの上にある薬剤を含むリザーバを圧縮することによって生物学的組織にわたって薬剤を送達するための中空マイクロニードルを用いるマイクロニードルデバイスが記載されている。

特許文献２には、低電流または低電圧の条件下で生体に高分子量のイオン化可能な薬剤を送達することができるイオントフォレーシスデバイスが記載されている。

特許文献３には、マイクロニードルデバイスを用いて皮膚に微小孔を形成し、微小孔形成に続いて、微小孔が形成された皮膚にイオントフォレーシスによってペプチド分子を投与する方法が記載されている。

米国特許第７２２６４３９号 米国特許第７４３７１８９Ｂ２号 米国特許出願公開第２００９／００８２７１３Ａ１号

Ｇａｒｌａｎｄ，Ｍａｒｔｉｎ Ｊ．ら、「Ｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ Ｍｉｃｒｏｎｅｅｄｌｅ Ａｒｒａｙｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌ Ｄｒｕｇ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ」、Ｊ．ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｒｅｌｅａｓｅ、１５９（２０１２）、５２〜５９頁 Ｖｅｍｕｌａｐａｌｌｉ，Ｖ．ら、「Ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｉｏｎｔｏｐｈｏｒｅｓｉｓ ａｎｄ ｓｏｌｕｂｌｅ ｍｉｃｒｏｎｅｅｄｌｅｓ ｆｏｒ ｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｏｆ ｍｅｔｈｏｔｒｅｘａｔｅ」、Ｊ．Ｐｈａｒｍ．Ｐｈａｒｍａｃｏｌ．、６０（２００８）、２７〜３３頁

皮膚を通しての生体高分子または薬剤高分子の経皮送達のための新規なイオントフォレーシス用ポリマー性マイクロニードルアレイデバイスが提供される。マイクロニードルアレイは、カプセル化された分子を含む溶解する生分解性の可溶性ポリマー性溶液からなっている。

デバイスは、いずれの技術にも固有の欠陥を除去することになる。たとえば、マイクロニードルシステムには患者が治療効果を得るまでに固有の遅延時間がある。イオントフォレーシスによる電流の印加によって薬剤の拡散が増大し、遅延効果が低減される。次いで電流が制御されて患者への持続治療用量が得られる。

さらに、イオントフォレーシス用デバイスに必要な電流の量が低減される。マイクロニードルは角質層バリアに浸透して薬剤分子を皮膚層に侵入させるために必要な全電気エネルギーを低減させる。これにより、バッテリの要求性能がより小さくなるとともにイオントフォレーシス用デバイスの寸法が小さくなり、より効率的でより長期の治療ができる可能性がもたらされる。

第１の態様では、皮膚を通して高分子化合物（ＡＰＩ）を送達するための、マイクロスケールで中実の複数のマイクロニードルを有するポリマー性マイクロニードルアレイが提供される。本発明によれば、マイクロニードルは乾燥されたポリマーからなる。乾燥前の液体ポリマー組成物は：
バインダーとしての、１５〜４０ｗｔ％、好ましくは２０〜３０ｗｔ％の量の水溶性ポリマー；
２ｗｔ％未満、好ましくは０．５〜１．５ｗｔ％、最も好ましくは約１ｗｔ％の量の保湿剤／柔軟剤；および
２ｗｔ％未満、好ましくは０．０５〜１．０ｗｔ％、最も好ましくは約０．１ｗｔ％の量の界面活性剤；ならびに
１〜１５ｗｔ％、好ましくは５〜１０ｗｔ％の量でその中にカプセル化された高分子化合物（ＡＰＩ）
を含む。

それに関連する第２の態様では、患者の皮膚を通して高分子化合物（ＡＰＩ）を送達するための能動的経皮パッチデバイス、特にマイクロイオントフォレーシス用デバイスが提供される。本発明によれば、デバイスは
制御可能な電流源を有する電源、
電源に電気的に接続された第１の皮膚電極、即ちカソード、および
電源に電気的に接続された第２の皮膚電極、即ちアノード
を含み、
第２の皮膚電極、即ちアノードは、本明細書に記載した本発明のポリマー性マイクロニードルアレイを含む。

第３の態様は、本明細書に記載した本発明のポリマー性マイクロニードルアレイの製造のための方法である。本発明の方法は：
（ａ）バインダーとしての、好ましくは１５〜４０ｗｔ％、より好ましくは２０〜３０ｗｔ％の量の水溶性ポリマー；
好ましくは２ｗｔ％未満、または０．５〜１．５ｗｔ％、最も好ましくは約１ｗｔ％の量の保湿剤／柔軟剤、および
好ましくは２ｗｔ％未満、または０．０５〜１．０ｗｔ％、最も好ましくは約０．１ｗｔ％の量の界面活性剤、ならびに
好ましくは１〜１５ｗｔ％、より好ましくは５〜１０ｗｔ％の量の高分子化合物（ＡＰＩ）
を水に溶解して液体ポリマー組成物を製造する工程であって、ｗｔ％が乾燥前の液体ポリマー組成物に対して定義される、工程；
（ｂ）生産しようとするマイクロアレイの雌型を有する可撓性の型の中で、液体ポリマー組成物を成形する工程；
（ｃ）ポリマー組成物を型の中で乾燥する工程；および
（ｄ）形成された中実マイクロニードルを有する乾燥されたポリマー性マイクロニードルアレイを、型から取り出す工程
を含む。

その中にカプセル化された高分子化合物（ＡＰＩ）を有するポリマー性マイクロニードルアレイが得られる。用いたポリマー成分の可溶性により、ポリマー性マイクロニードルアレイは、皮膚との接触によって溶解可能である。

本発明の第４の態様は、高分子ＡＰＩを患者に経皮投与するための方法であって：
（ａ）高分子ＡＰＩがその中にカプセル化された本発明のポリマー性マイクロニードルアレイを患者の皮膚の上にまたはその中に載置することによって患者の皮膚に微小孔を形成し、それによりマイクロニードルを皮膚の角質層に浸透させる工程、および
（ｂ）前記マイクロニードルアレイを介してアノード電流（＋）を印加し、それにより、その中にカプセル化された正荷電の高分子ＡＰＩをマイクロニードルから患者の皮膚の中に放出させる工程
を含む方法である。

放出されるＡＰＩの量は、マイクロアレイを介して流れるアノード電流（＋）のレベルによって制御することができる。電流発生のために、マイクロイオントフォレーシスデバイスが用いられる。

本発明のさらに別の関連する態様は、片頭痛に罹患した患者における片頭痛の予防および／または治療のための方法であって、その中にカプセル化された高分子ＡＰＩとしてスマトリプタンを有する本発明のポリマー性マイクロニードルアレイを用い、本明細書で上記した第４の態様の方法の工程を適用することによって、高分子ＡＰＩとしてのスマトリプタンを経皮投与する工程を含む方法である。

本明細書において、冠詞「１つの（ａ）」および「１つの（ａｎ）」は冠詞の文法的目的語の１つまたは２つ以上（即ち、少なくとも１つ）を意味して用いられる。たとえば、「要素（ａｎ ｅｌｅｍｅｎｔ）」は１つの要素または２つ以上の要素を意味する。

本明細書において、用語「および／または」は、関連して列挙した項目の１つまたはそれ以上の任意のおよび全ての組み合わせを含む。

本明細書において、「約」は、量、時間的継続、その他の測定可能な数値に言及する場合、その計算または測定が、値においていくらかの僅かな不正確性を許容することを示している（値における正確性にいくらか近づく場合には「およそ」、または合理的に値に近い場合には「ほぼ」）。ある理由で「約」によって生じる不正確性が当技術においてこの通常の意味によって他に理解されない場合には、本明細書における「約」は、そのようなパラメーターを測定しまたは使用する通常の方法から生じ得る変動を少なくとも示す。

本発明の上記の概要は、本発明のそれぞれの開示した実施形態または全ての実行を記述することを意図していない。以下の詳細な説明により、実例的な実施形態をより詳細に例示する。

マイクロニードル中にカプセル化された薬剤の迅速なまたは制御された放出のための可溶性マイクロニードルの概略図である。 マイクロニードルアレイおよび個別の針の顕微鏡画像である。（Ａ〜Ｂ）Ｆ１マイクロニードル；（Ｃ〜Ｄ）Ｆ２マイクロニードル；（Ｅ〜Ｆ）Ｆ３マイクロニードル；（Ｇ〜Ｈ）Ｆ４マイクロニードル。 ３点曲げ装置を用いた力−変位曲線によるテクスチャー解析である。（Ａ）Ｆ１マイクロニードル；（Ｂ）Ｆ２マイクロニードル；（Ｃ）Ｆ３マイクロニードル；（Ｄ）Ｆ４マイクロニードル。平均値、ｎ＝３。 スマトリプタンコハク酸塩（ＳＳ）を負荷したマイクロニードルの３２時間後の浸透プロファイルである。（Ａ）Ｆ１マイクロニードル、Ｆ１対照（皮膚上で反転したマイクロニードル）、Ｆ１対照＋テープ引き剥がし（１５回）、および参照溶液（スマトリプタンコハク酸塩５ｍｇ／ｍＬ）；（Ｂ）Ｆ２マイクロニードル、Ｆ２対照、Ｆ２対照＋テープ引き剥がし（１５回）、および参照溶液；（Ｃ）Ｆ３マイクロニードルおよび参照溶液。平均値±ＳＤ、ｎ＝３；参照溶液、ｎ＝６。 スマトリプタンコハク酸塩（ＳＳ）を負荷したマイクロニードルの８時間後の浸透プロファイルである。電流０．６ｍＡ／ｃｍ^２でのＦ１マイクロニードル（平均値±ＳＤ、ｎ＝３）、Ｆ１マイクロニードルのみ（平均値±ＳＤ、ｎ＝２）。 拡散実験後のミニブタ組織サンプルの写真および顕微鏡画像である。（Ａ）ブランクミニブタ組織サンプルの写真；（Ｂ〜Ｃ）ニトラジンイエロー指示薬（青色染料）を含むＦ２マイクロニードルアレイで処置したミニブタ皮膚の写真；（Ｄ）ブランクミニブタ組織の顕微鏡画像（１０倍拡大）；（Ｅ）Ｆ１マイクロニードルアレイで処置したミニブタ皮膚の顕微鏡画像、指示薬なし（１０倍拡大）；（Ｆ）Ｆ１マイクロニードルアレイで処置したミニブタ皮膚の顕微鏡画像、指示薬なし（５０倍拡大）。 （Ａ〜Ｂ）気泡およびビーズ形成効果を生じる２０％ＰＶＰ ＤＭＮアレイの写真；（Ｃ〜Ｄ）気泡またはビーズ形成効果のない可撓性のＤＭＮアレイを示す製剤Ｆ３の写真である。 制御可能な電流源を有する電源（１０）、およびそれぞれ電源（１０）と電気的に接続された２つの皮膚電極（２０、３０）を含む本発明の経皮薬剤送達デバイスの概略図である。カソード（３０）は患者の皮膚（５０）と直接接触させることができる。電源（１０）およびカソード（３０）を通して皮膚組織にカソード電流（−）を印加することができる。本発明によれば、アノード（２０）はポリマー性マイクロニードルアレイ（２２）からなっているか、それを有する。患者の皮膚にデバイスを取り付けると、アノードのマイクロニードルアレイ（２２）のマイクロニードルが皮膚に浸透し、それにより角質層（５２）を通して表皮（５４）の下部組織に到達することができる。電源（１０）およびアノード（２０）を通して皮膚組織にアノード電流を印加することができる。ポリマー性マイクロニードル中にカプセル化されたＡＰＩの荷電分子は電気運動力によって能動的に放出され、表皮（５４）の組織中に進入し、結果的に患者の循環系に入る。

ポリマー性マイクロニードルアレイは、乾燥前には１つの溶媒、特に水、主成分であるバインダーとしての水溶性ポリマー、また保湿剤／柔軟剤および界面活性剤を含む液体ポリマー組成物から製造される。高分子化合物（ＡＰＩ）はこのポリマー組成物の中にカプセル化されている。ポリマー組成物の乾燥の間に大部分の溶媒、即ち水は揮発する。

ポリマー組成物中に包含すべき／カプセル化すべきＡＰＩの化学的および物理的な性質に主として応じて、緩衝剤、ｐＨ調節剤、溶媒、可溶化剤または安定剤等のさらなる賦形剤が少量存在してもよいことに注意されたい。しかし特定の実施形態では、ポリマー組成物はそのような他の賦形剤を含まず、水溶性ポリマー、保湿剤／柔軟剤、界面活性剤、およびカプセル化された高分子化合物（ＡＰＩ）のみからなるポリマー性マイクロニードルアレイが提供される。

本発明のマイクロニードルアレイは、基本的には中実の可溶性マイクロニードルを形成する水溶性または生分解性のポリマーからなっている。そのような生分解性ポリマーは、好ましくは乳酸およびグリコール酸等のヒドロキシ酸、ポリラクチド、ポリグリコリド、ポリラクチド−ｃｏ−グリコリド、ならびにＰＥＧ、ポリ無水物、ポリ（オルト）エステル、ポリウレタン、ポリ（酪酸）、ポリ（吉草酸）、ポリ（ラクチド−ｃｏ−カプロラクトン）等とのコポリマーから選択される。より好ましい実施形態では、水溶性分解性ポリマーは、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）であり、最も好ましくは平均分子量（Ｍｗ）３０，０００〜５０，０００の中粘度ＰＶＰ、好ましくは一般的にＰＶＰ−Ｋ３０ポリマーとして入手可能な分子量約４０，０００のＰＶＰである。

好ましい保湿剤および柔軟剤としては、好ましくは尿素、グリセリン（ｇｌｙｃｅｒｏｌ、ｇｌｙｃｅｒｉｎ）、ソルビトール、キシリトール等の多価アルコール、または低分子量ＰＥＧ、１−２−プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、１，３−ブチレングリコール、または１，２，６−ヘキサントリオール、アルファヒドロキシ酸、ジメチコン、メチルグルセス−２０、プランクトン抽出物、およびマンニトールがある。好ましいものの１つはグリセリンである。

好ましい界面活性剤は非イオン性界面活性剤または乳化剤である。非イオン性界面活性剤としては、ポリエトキシレート、脂肪族アルコール（たとえばセテス−２０（平均約２０個のエチレンオキシド単位を有するポリエチレンオキシドのセチルエーテル）およびＩＣＩ Ａｍｅｒｉｃａｓ Ｉｎｃ．社（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、Ｄｅｌ．）から入手可能なその他の「ＢＲＩＪ」（登録商標）非イオン性界面活性剤）、コカミドプロピルベタイン、アルキルフェノール、ソルビトール、ソルビタン、またはポリオキシエチレンソルビタンの脂肪酸エステルがある。

乳化剤によって、相間の界面張力を低減し、エマルジョンの形成および安定性を改善することができる。乳化剤は非イオン性、カチオン性、アニオン性、および両イオン性乳化剤でよい（ＭｃＣｕｔｃｈｅｏｎ’ｓ（１９８６）；米国特許第５０１１６８１号；第４４２１７６９号；第３７５５５６０号を参照。これらは乳化剤について参照によって組み入れられる）。非限定的な例としては、グリセリンのエステル、プロピレングリコールのエステル、ポリエチレングリコールの脂肪酸エステル、ポリプロピレングリコールの脂肪酸エステル、ソルビトールのエステル、ソルビタン無水物のエステル、カルボン酸コポリマー、グルコースのエステルおよびエーテル、エトキシル化エーテル、エトキシル化アルコール、アルキルリン酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪族エーテルホスフェート、脂肪酸アミド、アシルラクチレート、石鹸、ステアリン酸ＴＥＡ、オレス−３リン酸ＤＥＡ、ポリエチレングリコール２０ソルビタンモノラウレート（ポリソルベート２０）、ポリエチレングリコール５ソヤステロール、ステアレス−２、ステアレス−２０、ステアレス−２１、セテアレス−２０、ＰＥＧ−２メチルグルコースエーテルジステアレート、セテス−１０、ポリソルベート８０、リン酸セチル、セチルリン酸カリウム、ジエタノールアミンセチルホスフェート、ポリソルベート６０、ステアリン酸グリセリル、ステアリン酸ＰＥＧ−１００、およびそれらの混合物がある。好ましいものの１つはポリソルベート８０である。

好ましい実施形態では、ポリマー性マイクロニードルアレイ中にカプセル化される薬剤または化合物（ＡＰＩ）は高分子であり、親水性である。より好ましい実施形態では、ＡＰＩはアルカロイド、好ましくは神経活性アルカロイド、およびそれらの混合物から選択される。最も好ましくは、ＡＰＩは抗片頭痛剤スマトリプタン（ＣＡＳ登録番号：１０３６２８−４６−２）またはその誘導体、特にスマトリプタンコハク酸塩である。

本発明のポリマー性マイクロニードルアレイを製造するため、本明細書の他の箇所に記載した特定の量のポリマー組成物の全ての成分、好ましくはＰＶＰ、グリセリン、ポリソルベート８０、およびＡＰＩを、好ましい溶媒としての水に溶解することが好ましい。約２ｍＬの液体ポリマー溶液を、可撓性で好ましくは乾燥したシリコンエラストマーから作られた雌型に注ぐことができる。マイクロニードルアレイの形態は可撓性の鋳型によって提供される。鋳型を室温で好ましくは一夜乾燥する。乾燥したのち、中実のマイクロニードルアレイを鋳型から剥がし、シールされた湿度抵抗性容器の中で保存することができる。

１．化学物質および試薬
Ｍｅｏｈｓ Ｆｉｎｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社（Ｉｂｅｒｉｃａ、ＳＬ）製のスマトリプタンコハク酸塩［３−［２−（ジメチルアミノ）エチル］−Ｎ−メチル−インドール−５−メタン−スルホンアミドスクシネート（１：１）］（ＭＷ＝４１３．５）、ポリビニルピロリドン（Ｋｏｌｌｉｄｏｎ Ｋ３０、ＭＷ＝４０，０００、ＢＡＳＦ社、Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ、Ｇｅｒｍａｎｙ）；Ｐ＆Ｇ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社（Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ、ＯＨ）製のグリセリン（グリセロール）；Ｃｒｏｄａ社（Ｎｅｗ Ｃａｓｔｌｅ、ＤＥ）製のポリソルベート８０；およびＡｌｆａ Ａｅｓａｒ社（Ｗａｒｄ Ｈｉｌｌ、ＭＡ）製のニトラジンイエロー。

２．スマトリプタンマイクロニードルアレイの製造
スマトリプタンコハク酸塩がカプセル化された可溶性マイクロニードル製剤を製造するため；ＰＶＰ、グリセリン、ポリソルベート８０、およびスマトリプタンコハク酸塩を水に溶解して、２．０ｍＬの溶液を作成した。

白金硬化したシリコン（ＰＤＭＳ）マイクロニードルアレイの雌型は、ＬＴＳ Ｌｏｈｍａｎｎ Ｔｈｅｒａｐｉｅ−Ｓｙｓｔｅｍｅ ＡＧ社（Ａｎｄｅｒｎａｃｈ、Ｇｅｒｍａｎｙ）から入手した。Ｒｉｐｏｌｉｎら（「Ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｍｉｃｒｏｎｅｅｄｌｅ ｐａｔｃｈｅｓ ｂｙ ｈｕｍａｎ ｖｏｌｕｎｔｅｅｒｓ」、Ｉｎｔ．Ｊ．Ｐｈａｒｍ．、５２１（２０１７）、９２〜１０１頁）によって記載された方法により、シリコーンＰＤＭＳ鋳型にＰＶＰ−スマトリプタン溶液を満たした。

次いで、周囲条件および室温で、鋳型を実験台上で一夜乾燥した。乾燥したマイクロニードルアレイを鋳型から注意深く剥がし、シールされた湿度抵抗性容器の中で保存した。

同じ手順を採用して４つの異なったＰＶＰ−スマトリプタン（ＰＶＰ−Ｓ）マイクロニードル製剤を製造した。表１にまとめた濃度のＰＶＰ−Ｓ溶液を用いて、マイクロニードルアレイを製造した。

高いＦ４製剤濃度（１５ｗｔ％）ではスマトリプタンは溶液中に完全には溶解しなかった。しかし、ＤＭＮの物理的特性に対する高い薬剤濃度の影響を特性解析するため、Ｆ４ ＤＭＮアレイを生産した。

マイクロニードルアレイの製剤化および処理の手順を、製造への関連を考慮しながら開発した。この目的のため、一般に用いられるミキサーで容易に混合できて水溶液を作成することができる材料に重点を置いた。得られるシステムは容易に脱気できる必要がある。容易に溶解できる中粘度のポリビニルピロリドンＫ３０ポリマーを用いて、親水性のスマトリプタンコハク酸塩化合物を製剤化した。ポリマーは水に溶解し、ゆっくりと撹拌すること、または実験台上に静置しておくことによって、容易に脱気できた。

最初の実験では２０ｗｔ％のＰＶＰおよび水を用いてＤＭＮを製剤化し、気泡を含んだガラス状でもろいＤＭＮアレイが得られた。この溶液は高い表面張力を示し、そのためビーズ形成効果が生じて、ＤＭＮの丸い鋳型を溶液で完全に覆うことができなかった。表面張力を低下させ、気泡発生およびビーズ形成効果を最小化するために、界面活性剤としてポリソルベート８０を加えた。湿度を保ち、可撓性を増大して、一様でない皮膚表面に適用するために、保湿剤としてグリセリンを加えた（図７）。

３．マイクロニードルアレイの顕微鏡による特性解析
光学顕微鏡（Ｎｉｋｏｎ Ｏｐｔｉｐｈｏｔ−２、株式会社ニコン、日本）、デジタルサイト（Ｎｉｋｏｎ Ｄ５−Ｆｉｌ、株式会社ニコン、日本）および画像ソフトウェア（ＮＩＳ−Ｅｌｅｍｅｎｔｓ、株式会社ニコン、日本）を用いて、マイクロニードルアレイの目視による特性解析を行なった。

全てのマイクロニードルは、ＰＶＰ−Ｓの組成によらず一定の外観、形状、および寸法を保っていた。それぞれのアレイは不透明でオフホワイトの外観を有し、直径１０ｍｍの円形の領域内に６００本の針を含んでいた。個別の針は高さ５００μｍ、基底幅３００μｍのピラミッドの形態を有していた。ＤＭＮの間のピッチ間隔（中心と中心の間）は３５０μｍであった（図２）。

４．マイクロニードルアレイの機械的試験
ＤＭＮが皮膚に浸透することが可能か否かを評価するために、引っ張り試験機（ＴＡ．ＸＴＰｌｕｓ、Ｓｔａｂｌｅ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ Ｌｔｄ社、Ｇｏｄａｌｍｉｎｇ、ＵＫ）が必要であった。３点曲げ装置を取り付けた機器（ＨＰＤ／３ＰＢ、Ｓｔａｂｌｅ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ Ｌｔｄ社、Ｇｏｄａｌｍｉｎｇ、ＵＫ）を圧縮モードで用いて、マイクロニードルアレイの機械的破壊力を測定した。試験を行なう前に、２５℃および相対湿度４５％で２４時間を超えてマイクロニードルを保存した。単一のマイクロニードルアレイを固定台の上に載置して、センサープローブによって０．１ｍｍ／ｓの速度でＤＭＮに軸方向の力を印加した。最大変位（５ｍｍ）が得られるか、または力が閾値未満（＜０．１Ｎ）にまで低下すれば、試験を中断した。

３点曲げ装置を取り付けたテクスチャーアナライザーを用いて、針の機械的挙動を決定した。ＤＭＮの破壊力を測定するために、ＤＭＮアレイを５ｍｍの軸方向変位に供した（０．１ｍｍ／ｓ）。試験の間、いずれのＤＭＮアレイも破損しなかった。力の平均値（ｎ＝３）に基づき、力対変位のプロファイル（応力−歪み曲線と類似）を全ての製剤について生成した（図３）。機械的試験の前後に光学顕微鏡を用いて針を検査した。印加した力によっていくつかの針は曲がったが、破損（即ち破砕）しなかった。

５．皮膚への浸透およびＴＥＷＬ測定
雌Ｇｏｔｔｉｎｇｅｎミニブタ皮膚組織全体をＥｌｌｅｇａａｒｄ Ｇｏｔｔｉｎｇｅｎ Ｍｉｎｉｐｉｇｓ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｅｒｖｉｃｅ社（Ｄａｌｍｏｓｅ、Ｄｅｎｍａｒｋ）から入手した。室温で組織を解凍し、水で洗浄した。電気デルマトームＡｃｃｕｌａｎ ３ＴＩ（Ａｅｓｃｕｌａｐ ＡＧ社、Ｔｕｔｔｌｉｎｇｅｎ、Ｇｅｒｅｍａｎｙ）を用いてミニブタの背中の皮膚を厚み８００μｍに切除した。切除した皮膚からパンチで直径２５ｍｍのサンプルを作成し、凍結して９か月以内の使用のために保存した。

マイクロニードルの浸透は、ＴＥＷＬデバイス（Ｂｉｏｘ ＡｑｕａＦｌｕｘ社、ＡＦ２００、Ｌｏｎｄｏｎ、ＵＫ）を用いて経皮水分損失（ＴＥＷＬ）を測定することによっても評価することができる。この評価は、選択したミニブタ皮膚サンプルについてマイクロニードルアレイを皮膚に挿入する前後に実施した。比較のため、テープ引き剥がし法によって角質層を除去する前後にも試験を実施した。この手法は、直径３／４インチ（１９ｍｍ）の標準的なアクリルテープを皮膚の角質層側に１０秒間貼り付けて除去することからなっていた。角質層が完全に除去されたことを確実にするため、この手順を１５回繰り返した。

経皮水分損失（ＴＥＷＬ）によって、ミニブタの皮膚のバリア機能に対するマイクロニードルの適用の影響を評価した。製剤１を用いた処置の前後のミニブタ皮膚サンプルの性質を測定するために、水分損失量を用いた（表２）。皮膚にＤＭＮアレイを適用し、その場所に１５秒間保持してから除去した。これを、テープ引き剥がし法（１５回）によって角質層を除去する前後におけるミニブタ皮膚についての結果と比較した。

６．インビトロ拡散研究
拡散面積１．５９５ｃｍ^２の垂直なフランツ（Ｆｒａｎｚ）セル（Ｇｌａｓｔｅｃｈｎｉｋ、Ｇｒａｆｅｎｒｏｄａ、Ｇｅｒｍａｎｙ）で実験を行なった。皮膚を解凍し、角質層を上向きにして実験台上に載置した。実際の条件を模倣するため、サンプルはあらかじめ水で湿潤させなかった。挿入の間、マイクロニードルアレイにわたって一様な衝撃力（ほぼ１５０Ｎ／ｃｍ^２）を適用する標準的な適用条件を提供するため特製のデバイスを用いて、あらかじめ製造したＰＶＰ−Ｓマイクロニードルアレイを真皮層に導入した。この処置の後、ＤＭＮの底部をドナー区画に対向するようにして、皮膚サンプルをフランツセルに穏やかに載置した。アジ化ナトリウム（０．１％、ｗ／ｗ）を含む１０ｍＬのリン酸塩緩衝液（ｐＨ７．４）（ＰＢＳ）でレシーバーセルを満たし、撹拌して３２℃で制御した。皮膚の状態を維持するため、所定の間隔でレシーバー溶液を完全に取り出し、新鮮なＰＢＳで置き換えた。５ｍＬのメタノール中で皮膚切片を２４時間振盪することによって、インビトロ拡散実験の後のサンプル中に残存する薬剤残留物を抽出した。

レシーバー区画から取り出したアリコートを、高性能液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）システム（Ｊａｓｃｏ社ＬＣ−２０００Ｐｌｕｓ Ｓｅｒｉｅｓ、東京、日本）を用いて分析した。ＨＰＬＣにはＵＶ検出器（Ｊａｓｃｏ社２０７７）およびＣ１８ Ｋｒｏｍａｓｉｌカラム（２５０×４．６ｍｍ、５μｍ、ＶＤＳ Ｏｐｔｉｌａｂ社、Ｂｅｒｌｉｎ、Ｇｅｒｍａｎｙ）を取り付けた。移動相はリン酸二水素ナトリウム溶液およびアセトニトリルの（９０：１０）混合物からなっており、ｐＨは３．２、流量は１．５ｍＬ／分であった。注入量は２０μＬ、ＵＶ検出は２２７ｎｍに設定した。

製剤Ｆ１、Ｆ２、およびＦ３から製造したマイクロニードルアレイを用いて、雌ミニブタ皮膚を通してのＡＰＩの経皮拡散を測定した。３つの製剤全てにおける薬剤の累積量（μｇ／ｃｍ^２）を、３２時間の期間にわたって記録した。反転したミニブタ皮膚にマイクロニードルアレイ（製剤Ｆ１およびＦ２）を適用して（即ち、針を上向きにして）、比較のために受動的拡散（対照）実験も行なった。テープ引き剥がし法（１５回）によって角質層を除去した後のミニブタ皮膚における反転したマイクロニードルアレイ（製剤Ｆ１およびＦ２）を用いる追加の受動的拡散実験を行なった。ＰＢＳ（ｐＨ７．４）中に５ｍｇ／ｍｌのスマトリプタンを含む参照ドナー溶液からの経皮輸送を決定した（図４）。

マイクロニードルへの薬剤の負荷（μｇ／ｃｍ^２）；累積量、Ｑ（μｇ／ｃｍ^２）、２４時間で放出された百分率；スマトリプタンの定常状態フラックス、Ｊｓｓ（μｇ／ｃｍ^２・時間）；皮膚に保持されたスマトリプタン（μｇ／ｃｍ^２）；および遅延時間（時間）を含むデータを記録しまたは計算した（表３）。累積フラックス曲線の定常状態部分の勾配を取ることによって、全ての実験について定常状態フラックスおよび遅延時間（時間）を近似した。マイクロニードルアレイおよびテープを引き剥がした反転したサンプルにおいては２〜８時間以内に定常状態フラックスが生じた。対照および参照サンプルでは定常状態フラックスに達するまで２４〜３２時間を要した。サンプルをメタノールに溶解することによって、皮膚から薬剤を抽出した。

拡散実験に続いて、マイクロニードルが完全に溶解して皮膚に浸透したか否かを決定するため、皮膚のサンプルを目視で検査した。皮膚内で青色を呈する指示薬（ニトラジンイエロー、０．０１％、ｗ／ｗ）をマイクロニードルの大部分に添加したので、この手順を実行することが可能であった。製剤Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３についてマイクロニードルアレイは完全に溶解し、皮膚に浸透することが示された。

製剤Ｆ２のマイクロニードルで処置した皮膚の写真は、マイクロニードルが皮膚に浸透した場所で暗青色のマークを有するアレイパターンを皮膚内に示す（図６）。ニトラジンイエロー指示薬を含まないＦ１マイクロニードルで処置したミニブタの皮膚において、針の空洞が顕微鏡で観察された（図６）。図６は光学顕微鏡（Ｓｗｉｆｔ−Ｄｕｏ Ｖｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社、Ｗｏｋｉｎｇ、ＵＫ）および画像ソフトウェア（Ｍ３ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ、Ｖｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社、Ｗｏｒｋｉｎｇ、ＵＫ）を用いて作成した。

別の実験で、製剤Ｆ１から製造したマイクロニードルアレイを用いて、雌ミニブタ皮膚を通してのイオントフォレーシス（即ち電流）によるＡＰＩの能動的経皮拡散を測定した。イオントフォレーシスのサンプルについては、マイクロニードルの上に位置するアノード電極とフランツセルのレシーバー区画の中に位置するカソード電極との間に０．６ｍＡ／ｃｍ^２の電流を印加した。製剤中の薬剤の累積量（μｇ／ｃｍ^２）を８時間の期間にわたって記録した。比較のため、同じロットの雌ミニブタ皮膚を用いて、マイクロニードルアレイを用いる非イオントフォレーシス拡散実験を行なった。大部分のイオントフォレーシス処置計画は８時間未満であるので、８時間の期間を適当として選択した。

マイクロニードルへの薬剤の負荷（μｇ／ｃｍ^２）；累積量、Ｑ（μｇ／ｃｍ^２）、８時間で放出された百分率；スマトリプタンの定常状態フラックス、Ｊｓｓ（μｇ／ｃｍ^２・時間）および遅延時間（時間）を含むデータを記録しまたは計算した（表４）。累積フラックス曲線の定常状態部分の勾配を取ることによって、全ての実験について定常状態フラックスおよび遅延時間（時間）を近似した。マイクロニードルアレイおよびテープを引き剥がした反転したサンプルにおいて４〜８時間以内に定常状態フラックスが生じた。

本明細書に開示した全ての参照文献は、参照によって組み入れられる。特定の実施形態は好ましい実施形態の説明のために本明細書に示され記述されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、同じ目的を達成するために計算される広範囲の代替または等価の実施によって、提示し説明した特定の実施形態を置き換えることが可能であることは、当業者には認識されよう。本出願は本明細書で考察した好ましい実施形態の任意の適応または変動を包含することが意図されている。したがって、本発明が特許請求の範囲およびその等価物によってのみ限定されることが明白に意図されている。

Claims (16)

1. 皮膚を通して高分子化合物（ＡＰＩ）を送達するための、マイクロスケールで中実の複数のマイクロニードルを有するポリマー性マイクロニードルアレイであって、
   該マイクロニードルは：
   バインダーとしての１５〜４０ｗｔ％の水溶性ポリマー、
   ２ｗｔ％未満の保湿剤／柔軟剤、および
   ２ｗｔ％未満の界面活性剤；ならびに
   その中にカプセル化された１〜１５ｗｔ％の高分子化合物（ＡＰＩ）
   を含む乾燥されたポリマー組成物
   からなり、
   ｗｔ％は、乾燥前の液体ポリマー組成物に対して定義される、前記ポリマー性マイクロニードルアレイ。
2. 水溶性ポリマーは、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）である、請求項１に記載のマイクロニードルアレイ。
3. 水溶性ポリマーは、平均分子量（Ｍｗ）約４０，０００の中粘度ＰＶＰである、請求項２に記載のマイクロニードルアレイ。
4. 保湿剤および柔軟剤は、グリセリンである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロニードルアレイ。
5. 界面活性剤は、ポリソルベート８０である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロニードルアレイ。
6. 高分子化合物（ＡＰＩ）は、親水性である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロニードルアレイ。
7. 高分子化合物（ＡＰＩ）は、スマトリプタンまたはスマトリプタンコハク酸塩である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロニードルアレイ。
8. 水溶性ポリマーは、乾燥前の液体ポリマー組成物中に２０〜３０ｗｔ％の量で存在する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイクロニードルアレイ。
9. 保湿剤および柔軟剤は、乾燥前の液体ポリマー組成物中に０．５〜１．５ｗｔ％の量で存在する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のマイクロニードルアレイ。
10. 界面活性剤は、乾燥前の液体ポリマー組成物中に０．０５〜１．０ｗｔ％の量で存在する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のマイクロニードルアレイ。
11. 高分子化合物（ＡＰＩ）は、乾燥前のポリマー組成物中に５〜１０ｗｔ％の量で存在する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマイクロニードルアレイ。
12. 皮膚を通して高分子化合物（ＡＰＩ）を送達するための能動的経皮パッチデバイスであって：
    制御可能な電流源を有する電源、
    該電源に電気的に接続された皮膚カソード、および
    該電源に電気的に接続された皮膚アノード
    を含み、該アノードは請求項１〜１１のいずれか１項に記載のマイクロニードルアレイを含む、前記能動的経皮パッチデバイス。
13. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のポリマー性マイクロニードルアレイの製造のための方法であって：
    バインダーとしての１５〜４０ｗｔ％の水溶性ポリマー、
    ２ｗｔ％未満の保湿剤／柔軟剤、および
    ２ｗｔ％未満の界面活性剤、ならびに
    １〜１５ｗｔ％の高分子化合物（ＡＰＩ）
    を水に溶解して液体ポリマー組成物を製造する工程であって、ｗｔ％が乾燥前の液体ポリマー組成物に対して定義される、工程；
    生産しようとするマイクロアレイの雌型を有する可撓性の型の中で、液体ポリマー組成物を成形する工程；
    ポリマー組成物を型の中で乾燥する工程；および
    形成された中実マイクロニードルを有する乾燥されたポリマー性マイクロニードルアレイを、型から取り出す工程
    を含む、前記方法。
14. 高分子ＡＰＩを患者に経皮投与するための方法であって：
    高分子ＡＰＩがその中にカプセル化された請求項１〜１１のいずれか１項に記載のポリマー性マイクロニードルアレイを患者の皮膚の上に載置することによって患者の皮膚に微小孔を形成し、それによりマイクロニードルを皮膚の角質層に浸透させる工程、および
    マイクロニードルアレイを介してアノード電流を印加し、それにより、高分子ＡＰＩをマイクロニードルから患者の皮膚の中に放出させる工程
    を含む、前記方法。
15. 放出されるＡＰＩの量は、マイクロアレイを介して流れるアノード電流のレベルによって制御される、請求項１４に記載の方法。
16. 片頭痛に罹患した患者における片頭痛の予防および治療のための方法であって、スマトリプタンがその中にカプセル化された請求項１〜１１のいずれか１項に記載のポリマー性マイクロニードルアレイを用い、請求項１４または１５に記載の方法の工程を適用することによって、スマトリプタンを経皮投与する工程を含む、前記方法。
    

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