JP5041684B2 - 血糖値抑制物質、経皮投与用降血糖薬剤およびその投与方法 - Google Patents

Description

本発明は、インスリンの機能を代替して血糖値を降下せしめる血糖値抑制物質と経皮投与用降血糖薬剤及びその投与方法に関する。

近年先進国では、高齢化とストレス過剰が進行し、身体の代謝機能が低下していわゆる生活習慣病に罹患する人口が急増している。過食や偏食も常態化しているため若年層においても高血糖化が進行しており、重大な社会問題となっている。高血糖状態は糖尿病、高脂血症、動脈硬化や肥満などを引き起こすため、血糖値を正常な範囲に保つことは健康上きわめて重要である。
体内に於いて血糖値を制御しているのは膵臓のランゲルハンス島から分泌されるホルモンのインスリンであるが、糖尿病患者ではインスリンの分泌が低下したり、作用が低下しているため耐糖機能が弱く、とくに食後の著しい血糖値上昇によって毛細血管が損傷したり、動脈硬化などの合併症を引き起こす。したがって、重症患者は日に何回も摘血による血糖値測定とインスリン注射を自ら行って血糖値を制御しなければならない。
このようなインスリン療法は、患者のＱＯＬ（生活の質）を低下させるのみならず、インスリンの過剰投与による低血糖化やウイルス感染の危険も指摘されている。インスリンに代り降血糖作用を示す薬剤として、特許文献１にあるように、従来植物由来のコロソリン酸や無機のバナジウムイオンがあげられて来た。
特開２０００−５１０６９０号公報

しかし、再現性に乏しかったり、強い毒性を有する（バナジウムの場合）ために実用性は疑問視されている。安全性、安定性が高く、かつ入手が容易なインスリン代替薬剤が渇望されているのが現状である。
本発明の目的は、こうした従来のインスリン代替物質に代わる新しい物質に成る血糖値抑制物質及び経皮投与用降血糖薬剤、並びにその投与方法を提供するものである。

本発明は、リン酸基イオンＰＯ_４ ^３−を電離し得る化合物から成る血糖値抑制物質を開示する。

本発明は、上記の物質を主要な血糖値抑制剤として含有する物質から成る経口、注射、経粘膜および経皮投与用降血糖薬剤を開示する。

更に本発明は、上記の物質がＮａ^＋，Ｋ^＋，Ｈ^＋およびＮＨ_３ ^＋から成る陽イオン群のうち少なくとも１種とリン酸基イオンＰＯ_４ ^３−との間の化合物である血糖値抑制剤を開示する。

更に本発明は、上記の薬剤をゲル状マトリクスに分散させ，当該マトリクスを非皮接領域から電子が流入する電極下に配置し、対向電極と共に皮接したとき惹起するイオントフォレシスによって前記リン酸基イオンＰＯ_４ ^３−を経皮浸透せしめる血糖値抑制物質の投与方法を開示する。

本発明によれば、化学的安定性に欠け、投与量の制御も難しいホルモンのインスリンに代って、長時間安定的に血糖値を制御できる物質とその投与方法が提供される。この物質は、低コストで安定的に供給できる上に、注射によらず経皮投与によって血糖値を定常的に低い値に保持できるという大きな特長があるため、糖尿病や高血糖症の患者のＱＯＬ向上に大きく資することができる。また、この物質は長期間連用しても安全性が高いため予防的に投与することも出来、国民病の抑制に大いに役立つと考えられる。

本発明者らは、インスリン注射液の緩衝剤にも使用されているリン酸溶液について、インスリンと比較しながら高血糖化ラットを用いて動物実験を繰り返し、イオントフォレシスを利用した経皮投薬によってついにインスリン代替作用を持つ物質のオリジンが、無機のリン酸基イオンＰＯ_４ ^３−であることを突き止め本発明をなすに至った。
すなわち、本発明の物質は、化学的に安定であるリン酸基イオンＰＯ_４ ^３−を電離し得る化合物から成る血糖値抑制物質である。インスリンのような高分子蛋白質（平均分子量約３５，０００）と異なり、血糖値を降下させるオリジンであるリン酸基イオンＰＯ_４ ^３−は分子量が９５と２桁以上低く、また単純な立体構造を有しているためきわめて生体に吸収されやすい。したがって、ＰＯ_４ ^３−を電離し得る塩または酸を主要な血糖値抑制物質として含有する水溶液から成る注射液、経口投与用固形薬剤、経粘膜投与用クリーム薬剤或いは経皮投与用ゲル剤等さまざまな剤形および投与経路に本発明の降血糖薬剤を適用することができる。

降血糖作用を示すＰＯ_４ ^３−は、出発材料として陰イオンの形では安定に保存できないので化合物の形をとるが、水溶液中で溶解度が大きく、かつ非毒性で安価であり、また大きな電離係数を有する塩としてＮａ^＋，Ｋ^＋，Ｈ^＋及びＮＨ_３ ^＋から成る陽イオン群のうち少なくとも１種との間で形成される無機化合物が好ましい。
さらに投薬方法について敷衍すると、一般に慢性疾患の場合副作用を最小限に抑制しつつ治癒効果を最大限に引き出すためには必要最小限度の薬剤血中濃度が経時的に維持されることがもっとも望ましい。薬剤の過剰投与を避けることは、肉体的だけでなく経済的に見ても好ましく、患者のＱＯＬ向上に役立つ。この意味から、必要な血中濃度が確保され、かつ薬剤が皮膚と反応することがなければ、経皮投与はもっとも望ましい投与方法であるといえる。

経皮投与の中で薬剤を速やかにかつ高濃度に投与する技術として、電気泳動現象を利用したイオントフォレシスをあげることが出来る。イオントフォレシスは、薬剤イオンを電界で加速して皮内に急速浸透させるものであるが、血糖値を制御するオリジンのＰＯ_４ ^３−がマイナスイオンであるため電子供給電極下に薬剤を配置することになる。
すなわち、ＰＯ_４ ^３−を電離し得る化合物を主要な血糖値制御剤として含有する物質をゲル状マトリクスに分散させ，当該マトリクスを非皮接領域から電子が流入する電極下に配置し、対向電極と共に皮接したとき惹起するイオントフォレシスによってリン酸基イオンＰＯ_４ ^３−を経皮浸透せしめる血糖値抑制物質の投与方法もまた、本発明の範疇である。
イオントフォレシスを惹起せしめる電源は、電池等の外部電源を用いても、また本発明者らによって開発された皮膚起電電源を用いてもよい（特許２７９７１１８号ほか）。
リン酸はきわめて安定な物質であり、また生体内にさまざまな化合物の形で存在する非毒性物質なので、化学的安定性を欠く薬剤の緩衝剤としてよく用いられる材料である。たとえば、インスリン注射液にも必ず混入されている。しかし、これまでコロソリン酸などの有機化合物以外にはほとんど降血糖作用について報告されてこなかった。そもそもリン酸そのものに降血糖作用があるとの認識がないため、リン酸化合物のどの部位が有効であるか、などというオリジンに関する研究は一切されてこなかったのである。

本発明者らは、化合物のうちイオン化された正または負イオンのみを選択的に体内に強制浸透させ得るイオントフォレシスの技術を用いて高血糖化ラットによる生体実験を行った結果、リン酸基イオンＰＯ_４ ^３−が降血糖化作用を持つことを確認し、本発明をなすに至った。

以下、本発明を実施形態に基づき、より詳しく述べる。
図１は本発明のゲルピット付皮膚起電イオンフォレシス素子のラミネート化した実施形態であって、特にその縦断面図を示す。この素子１は起電部１００と薬剤ゲル２００とより成る。薬剤ゲル２００は起電部１００のゲルピット部（載置部）６に載置又は接着させてある。そして使用時には、ピット部６内の薬剤ゲル２００の露出面２００Ａを含む皮接側を、すそ部３Ｂと共に皮膚３００に接触させ、素子全体を覆った絆創膏にて皮膚３００に固定させる。

起電部１００は、第１の金電極２酸化亜鉛負極３と絶縁フィルム５と導電部４と第２の金電極２Ａとより成る。導電部４は、第１、第２の金電極２と２Ａとを電気的に結ぶ導電路であると共に、かかる金電極２、２Ａと酸化亜鉛負極３とを電気的に広い領域で接触させて電池を形成させる面接触部位として働く。
酸化亜鉛負極３は、断面がコの字形状部３Ａと断面が横方向に広がったすそ部３Ｂとコの字形状部３Ａの頂部中央の開口部３Ｃとより成る。開口部３Ｃには、導電部４が設けられ（又は挿入され）、更にすそ部３Ｂが皮膚接触面として働き、コの字形状部３Ａの内側が薬剤ゲル２００の挿入空間形成用（そしてそのための金電極２Ａ配置用を含む）として働く。
金電極２Ａの−方の面は導電部４に接触し、その反対側の面が薬剤ゲルピット部６の底面を形成する。
絶縁フィルム５は、薬剤ゲル２００と酸化亜鉛負極３とを電気的に分離するための目的を持つ。

図２は、図１の素子サイズを含む実際の製造例であり、金電極２側からみた上面図（イ）、薬剤ゲル２００側からみた底面図（ロ）を示す。
更に図２はサイズの一例を示す。例えば縦×横×高さ＝１８ｍｍ×１８ｍｍ×４ｍｍである。金電極２は縦×横＝７ｍｍ×７ｍｍの矩形サイズ、薬剤ゲル２００は縦×横＝１０ｍｍ×１０ｍｍの矩形サイズである。
金電極２、２Ａは、金メッキ層、又はシート状金膜、酸化亜鉛負極３は、同様にメッキ層又はシート状膜である。導電部４は抵抗値の低い導電材であり、この導電部４の代わりに、スルーホールをこの部位に形成し、スルーホール内に金電極２と２Ａとを結ぶリード部を設けてもよい。
尚、金電極２をなくして、金電極２Ａと導電部４（又は上記リード部）と酸化亜鉛負極３とより成る構成もある（この場合、リード部は金電極２Ａと負極３とを結ぶリード部となる）。

リン酸による降血糖作用を調べるために、まずラット生体に投与するリン酸緩衝液（ＰＢ）を調合した。蒸留水１８００ｍｌにリン酸２水素ナトリウム・２水結晶ＮａＨ２ＰＯ４・２Ｈ２Ｏを１１．８４ｇ溶解する（室温）。次に、この水溶液にリン酸水素２ナトリウム・１２水結晶Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏを１１６．０ｇ加えて溶解せしめる。完全に溶解したら、この水溶液に蒸留水を加えて全量で２０００ｍｌにメスアップする。こうして０．２Ｍリン酸緩衝液が出来る。この０．２Ｍリン酸緩衝液１０００ｍｌに蒸留水１０００ｍｌを加えると、０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７．４）が出来る。これがＰＢである。ＰＢのｐＨは、皮下体液とほぼ同等である。

次に、ＰＢの降血糖作用を確認するために比較実験用にインスリン注射液を作った。ＰＢ１０００ｍｌに９ｇの塩化ナトリウムＮａＣｌを溶解して０．１Ｍリン酸緩衝食塩水ＰＢＳ（Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｂｕｆｆｅｒ ｓａｌｉｎｅ）とし、この水溶液にウシ由来インスリン結晶３．５ｍｇを溶解した。さらに１０Ｎの塩酸ＨＣｌを添加し、溶液ｐＨを４．０になるように調整した。このインスリン注射液を高血糖化ラットに１．０ＩＵ／ｋｇ（ラット体重１ｋｇにつき１．０国際単位）となるよう投与する。
ＰＢを経皮投与するために、植物由来ヘミセルロース多糖体をゲル剤として用意し、その１ｇにつきＰＢ５ｍｌを混入攪拌して水溶性ゲル２００とした。このゲルの粘度は高く皮接時にＰＢが液状に染み出すことはない。イオントフォレシスを行うため、図１に示すような皮膚起電シート状素子を作成し、中央部のゲルピット部６にこのＰＢゲル２００を収納した。素子１は外寸で約１８×１８×２ｍｍ^３であり、厚み１０μｍの薄膜をラミネートして構成されている。ゲルピット部６は金箔が敷き詰められ金正極２Ａの一部としてＰＢゲル２００と導電接触する。金箔２Ａは酸化亜鉛フィルム（酸化亜鉛負極３）と絶縁フィルム５によって厚み方向に分離されているが、ゲルピット部６の底面中央に導電部４があり、酸化亜鉛負極３の裏面の一部に密着配置された金フィルム２と導電部４を通じて導電接触している。酸化亜鉛負極３は、亜鉛フィルム（厚さ約１０μｍ）の表面を酸処理して亜鉛の表面に形成した亜鉛過剰酸化亜鉛皮膜（厚さ約０．５μｍ）から成る。亜鉛過剰酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｚｎ）は高い導電性を持つｎ型半導体である。

図１、図２に記載したように、ＰＢゲル２００を収納した素子１を皮膚に圧接すると、皮膚にはＰＢゲルと酸化亜鉛が絶縁フィルムに分離された状態で同時に接触する。ＰＢゲル中ではリン酸水素ナトリウムが電離してＮａ^＋，Ｈ^＋，ＰＯ_４ ^３−イオンが高濃度で存在するため、ゲルは良導電性を示す。したがって、この皮接により金正極２Ａ／ＰＢゲル２００／皮膚／酸化亜鉛負極３／金正極２／導電部４／金正極２Ａという電気的閉回路が形成される。
この時、金と酸化亜鉛の電子親和力差に基づく起電力によってＡｕ／ＺｎＯ電池が起電し、ＺｎＯからＡｕを経由して電子がＰＢゲルに注入される。この電池の起電圧は、実験的に約１．３Ｖと確認された。ＰＢゲル中で電離したイオンのうち陽イオン（Ｎａ^＋，Ｈ^＋）は金電極側に引きつけられるが、負イオンのＰＯ_４ ^３−は注入された電子に押されて皮内にドリフトし浸透する（イオントフォレシスの惹起）。
２ケ月齢の高血糖化ラット（雄性、ＧＫ／Ｓｌｃ，平均体重２０８．３ｇ）を準備し、１群３匹として投薬実験を行った。ＰＢゲルを用いた経皮投薬は、図１の素子を実験直前に剃毛したラット背部に強粘着絆創膏で装着固定して行った。また、比較のために上記のように調合したインスリン注射（１．０ＩＵ／ｋｇ投与）とＰＢ注射もラット腹腔内に行った。ＰＢ注射によるＰＢ投与量は、インスリン注射液と等体積量とした。ラットは、最初にベースラインの血糖値計測後薬剤投与してから３０分、１時間、２時間、４時間、６時間及び８時間をそれぞれ経過した各時点に於いて、血糖値を測定した。血糖値測定は、各時間毎にラット尾静脈から１０μｌの血液をキャピラリーチューブに採取し、血糖値センサ（Ｇｌｕｃｏｓｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ，ＢＩＯＳＥＮ ５０３０，
ＥｎｖｉｔｅＣ−Ｗｉｏｍａｒ，Ｇｅｒｍａｎｙ）にかけて行った。

得られた結果を各群の平均値でグラフ化したのが、図３である。図において、
「Ｉｎｓｕｌｉｎ ＳＣ」、「ＰＢ ＳＣ」、「ＰＢ ＩＰ」はそれぞれインスリン１．０ＩＵ／ｋｇを腹腔内投与（注射）した場合、ＰＢをインスリン注射液と同体積量腹腔内投与（注射）した場合、ＰＢをゲル化して経皮投与（イオントフォレシス）した場合のデータを示す。投与後の時間経過データを見ると、２時間経過以降ＰＢは充分な降血糖作用を示していることがわかる。特に４時間経過以降はインスリンの比較的高濃度投与と同等（血糖値の１／２低下）の効果を示す。一方、インスリンは投与後３０分で充分な降血糖作用を示すが、代謝によって投与後約２時間で急速に血糖値抑制効果を失っていることがわかる。インスリン注射液のベースはＰＢＳであるため，投与後２時間以降の抑制的効果は、主にリン酸緩衝剤によるものと考えられる。
ＰＢの注射と経皮投与のデータを比較すると、両者は実験時間内でほぼ同等の血糖値抑制効果を示すことがわかる。インスリンの場合と著しく異なるのは、投与後ほぼ１時間を経過した時点で血糖値の再上昇が見られることである。これは、データエラーではなくインスリンとＰＢが異なる解糖プロセスをもつことを示唆している。

上記したようにＰＢはゲル中で電離しており、イオントフォレシスによってその中の負イオン、すなわちＰＯ_４ ^３−が皮下に急速浸透する。ゲル中のほかの負イオンであるＯＨ⁻も皮下浸透するが、ＯＨ⁻が降血糖作用を有しないことは周知である。図３のデータは、したがって、ＰＢのうちリン酸基イオンＰＯ_４ ^３−が血糖値抑制作用のオリジンであることを示している。

また、注射では時間経過とともに代謝による影響が次第に現れるが、経皮投与の場合ＰＢがゲル中に残存している限り持続的にほぼ一定の降血糖作用が維持されることになる。したがって、慢性疾患の治療にとって原理上この投与方法がもっとも好ましいといえる。
以上の実験ではリン酸基イオンを放つ化合物として水素ナトリウム塩を用いたが、本発明はこれにとどまるものではない。降血糖作用を持つＰＯ_４ ^３−を電離することが出来る水溶性の酸または塩などの化合物であればよい。その意味からは、化合物として正リン酸Ｈ３ＰＯ４を用いることも可能であるが、酸性度が高いため持続的投与する場合ｐＨ調整をする必要がある。ｐＨ調整や使いやすさを目的として、これら化合物に適当な緩衝剤を混合することも出来るが、リン酸基イオンの電離を妨げる物質は好ましくない。その意味で、解離係数も比較的大きな塩として、Ｎａ^＋，Ｋ^＋，Ｈ^＋およびＮＨ_３ ^＋から成る陽イオン群のうち少なくとも１種をアルカリイオンとしてもつ化合物は、より好ましい。
実際、リン酸２水素カリウムＫＨ２ＰＯ４，リン酸２水素ナトリウム・２水ＮａＨ２ＰＯ４・２Ｈ２Ｏ，リン酸２水素アンモニウムＮＨ４Ｈ２ＰＯ４の０．２Ｎ水溶液をそれぞれ作成し、別々に植物由来ヘミセルロース多糖体１ｇにつき５ｍｌづつ混入、攪拌してゲルを形成した。このゲルを図１や図２の素子に充填し、剃毛した高血糖化ラットの背部に装着して上記した方法で血糖値の経時変化を調べた。素子装荷６時間後の各薬剤による血糖値を示したのが、図４である。いずれの薬剤ゲルを用いた場合においてもほぼ同様な降血糖作用が得られることが示されている。

以上のことから、リン酸基イオンＰＯ_４ ^３−を電離することができる他の塩、たとえばリン酸カルシウムやリン酸アルミニウム、或いは有機物の塩、たとえばイソプロピルアンモニウム塩などを用い得ることは自明であろう。
また、イオントフォレシスを用いて経皮投与を行う場合、図１や図２に示したような皮膚起電素子ではなく、通常の外部電池を接続した素子の電池負極側に接続された電極下にリン酸基を含む薬剤ゲルを装着して用い得ることも当然である。リン酸塩を分散するゲル状マトリクスについて上記実施例では、植物由来のへミセルロースを用いたが、もちろん一般的にイオントフォレシスで用いられる他の材料を用いうることは自明である。薬剤イオン以外にゲル構成物質がなるべく生体内に浸透しないようにするために安定な高分子材料が用いられるのが普通であるが、電極下から皮膚表面を伝ってリークしないように素子形状を工夫すれば、薬剤ゲルではなく水溶液を用いることも可能である。

本発明では、簡単で安定な構造を持つリン酸塩として、主に無機の塩の場合について述べたが、もちろん簡単な構造を有する有機化合物を用いることも可能である。
さらに、リン酸基イオンを持つ化合物の剤型について敷衍すれば、リン酸基イオンの分子量が小さく、また一般に水溶性化合物をなすため、上にデータを示した経皮投与や注射のみならず、経口薬、経粘膜薬として製造できることは自明であり、通常用いられている剤型技術をそのまま適用することができる。

本発明の実施例で用いられるイオントフォレシス素子の実施形態を示す皮接図である。 本発明のイオントフォレシス素子の上面図及び底面図を示す。 本発明の実施例で投薬効果を示すグラフである。 本発明の別の実施例で投薬効果を示すグラフである。

符号の説明

１ イオントフォレシス
２、２Ａ 金正極
３ 酸化亜鉛負極
４ 導電部
５ 絶縁フィルム
６ ゲルピット部
１００ 起電部
２００ 薬剤ゲル

Claims (2)

1. リン酸基イオンＰＯ_４ ^３−を有効成分とする２型糖尿病用血糖値抑制剤。
2. 請求項１記載の血糖値抑制剤を含む導電性材料を非皮接領域から電子が流入する電極下に配置し、対向電極とともに皮接したとき惹起するイオントフォレシスによってリン酸基イオンＰＯ_４ ^３−を経皮浸透せしめる２型糖尿病用血糖値抑制剤の投与器具。

Images