JP5051490B2 - マクロ生体材料を内包する無機マイクロカプセルおよびその製造方法 - Google Patents
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1. マクロ生体材料を無機マイクロカプセルに内包してなるマクロ生体材料内包型無機マイクロカプセル。
2. マクロ生体材料が、タンパク質、DNA、ウイルス及び細菌からなる群から選ばれる請求項1に記載のマイクロカプセル。
3. 無機マイクロカプセルが、シリカ、ケイ酸カルシウム及び炭酸カルシウムからなる群から選ばれる、請求項1に記載のマイクロカプセル。
4. マイクロカプセル固体の原料となる水溶性無機材料とマクロ生体材料を含む第1水相粒子を油相中に分散してなるW/Oエマルジョンに沈殿剤水溶液を作用させることを特徴とする、マクロ生体材料を無機マイクロカプセルに内包してなるマクロ生体材料内包型無機マイクロカプセルの製造方法。
カプセルの分解・放出条件について、例えば炭酸カルシウム等の炭酸塩やチタニア、チタン酸塩、シュウ酸塩では、低pHでカプセルが壊れ、内包物が放出される。一方、シリカでは、12以上の高pHで溶解する。ケイ酸塩のマイクロカプセルの場合は、酸性条件(弱酸ないし強酸)では金属が溶出してシリカになる。この際、溶出に伴い細孔ができ、この新しい細孔から溶出する程度のマクロ生体材料(概ね10nm以下)ならば、酸性条件で溶出可能である。あるいは、高pHにして、シリカ部分を溶解させてカプセルを完全に壊すことで溶出させることも可能である。
ケイ酸塩としては、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム等を挙げることができる。
チタン酸塩としては、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム等を挙げることができる。
を挙げることができる。
すなわち、マイクロカプセル固体の原料となる水溶性無機材料を溶かした水相に、マクロ生体材料を溶解ないし分散させる(図2の水相1)。DNA、タンパク質(糖蛋白を含む)などは分子量ないし物性によっては溶解させることができる。水に溶解しないマクロ生体材料(細菌、ウイルス、一部のDNA、タンパク質)についても水に分散することができる。なお、マクロ生体材料がタンパク質、DNAなどの生体高分子の場合、その分子量は、通常3000以上、好ましくは5000以上、より好ましくは1万以上、さらに好ましくは2万以上である。また、マクロ生体材料は、遺伝子を発現可能に組み込んだ発現ベクター、プラスミド、ウイルス或いは遺伝子構築物を包含する。
シリカ、チタニアである場合には、炭酸水素アンモニウム、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウムなどのアンモニウム塩、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどのアルカリ金属炭酸水素塩が挙げられ;
ケイ酸塩、チタン酸塩である場合には、塩化カルシウム、臭化カルシウム、水酸化カルシウム、硝酸カルシウム、塩化アルミニウム、臭化アルミニウムなどのアルカリ土類金属ハロゲン化物、アルミニウムハロゲン化物が挙げられ;
炭酸塩、シュウ酸塩である場合には、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化バリウム、臭化カルシウム、臭化マグネシウム、臭化バリウム、硝酸カルシウム、硝酸マグネシウム、硝酸バリウムなどのアルカリ土類金属塩が挙げられる。
どのようなTween類やSpan類をあげることができる。乳化の方法は特に限定されないが、
ホモジェナイザー等を用い十分にエマルジョンを形成させればよい。この乳化液を、上述の水相2(図2における水相2)に加え、マイクロカプセルを得る。この水相2の成分としてはマイクロカプセルを与えるものならば特に限定されないが、シリカのマイクロカプセルの場合は、炭酸水素アンモニウムや炭酸水素ナトリウム等の炭酸水素塩、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウムを用いることができる。ケイ酸塩のマイクロカプセルでは、塩となる金属を含むハロゲン化物等を用いることができる。例えば、ケイ酸カルシウムのマイクロカプセルの場合は、塩化カルシウムを用いることができる。また、炭酸塩、シュウ酸塩の場合は、水相1がアルカリ金属等の炭酸塩、シュウ酸塩を使用し、水相2が塩となる金属を含んだハロゲン化物を用いることができる。或いは、水相1が金属(特にアルカリ土類金属)化合物(例えば金属ハロゲン化物)を使用し、水相2に
アルカリ金属の炭酸塩、シュウ酸塩等を用いることができる。
この際、水相2の種類によってマイクロカプセルの形状等が左右されるだけでなく、マクロ生体材料が良好に内包されるかも影響を受ける。例えば、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウムを用いた場合は、良好にシリカのマイクロカプセル内にアルブミンを内包できる。こうして得られたマイクロカプセルにマクロ生体材料が直接内包される。マイクロカプセルの殻には、ナノメーターサイズの細孔が存在するが、マクロ生体材料はそのような狭い細孔を通じて外部に放出されることはほとんどない。こうして得られたマクロ生体材料内包マイクロカプセルは、光学顕微鏡や電子顕微鏡により球状の粒子が形成されていることを確認でき、またマクロ生体材料を内包していることは紫外線スペクトル等により確認することができる。
実施例1:アルブミン内包シリカ・マイクロカプセルの合成−1
水ガラス3号(29.88g、ケイ素含有量144mmol)を水に溶かし全体積を36mlとした溶液に、アルブミン(CALZYME Laboratories社製、Bovine Serum)1gを素早く溶解させ(
図2の水相1)、溶解後すぐに、Tween80(1.01g:モル数は混合物につき不明)とSpan80(0.50g:モル数は混合物につき不明)をn−ヘキサンに溶かし全体積を72mlとした
溶液(図2の油相)と混合し、ホモジュナイザーを用いて回転数約8300回転で乳化させる。この乳化処理を1分行ったのち、硝酸アンモニウム(40.3g、504mmol)を水に溶解させ全体積を250mlとした溶液(図2の水相2)に加えた。2時間撹拌(回転数:約250回転)の後、ろ別により生成した沈殿を得た(約9.0g)。
実施例2:アルブミン内包シリカ・マイクロカプセルの合成−2
水ガラス3号(29.88g、ケイ素含有量144mmol)を水に溶かし全体積を36mlとした溶液に、アルブミン(CALZYME Laboratories社製、Bovine Serum)1gを素早く溶解させ(
水相1)、溶解後すぐに、Tween80(1.01g:モル数は混合物につき不明)とSpan80(0.50g:モル数は混合物につき不明)をn−ヘキサンに溶かし全体積を72mlとした溶液(
油相)と混合し、ホモジュナイザーを用いて回転数約8300回転で乳化させる。この乳化処理を1分行ったのち、塩化アンモニウム(27.0g、504mmol)を水に溶解させ全体積を250
mlとした溶液(水相2)に加えた。2時間撹拌(回転数:約250回転)の後、ろ別によ
り生成した沈殿を得た(約9.3g)。
実施例3:アルブミン内包シリカ・マイクロカプセルの合成−3
水ガラス3号(29.88g、ケイ素含有量144mmol)を水に溶かし全体積を36mlとした溶液に、アルブミン(CALZYME Laboratories社製、Bovine Serum)0.1gを素早く溶解させ
(水相1)、溶解後すぐに、Tween80(1.01g:モル数は混合物につき不明)とSpan80(0.50g:モル数は混合物につき不明)をn−ヘキサンに溶かし全体積を72mlとした溶液
(油相)と混合し、ホモジュナイザーを用いて回転数約8300回転で乳化させる。この乳化処理を1分行ったのち、塩化アンモニウム(27.0g、504mmol)を水に溶解させ全体積を250mlとした溶液(水相2)に加えた。2時間撹拌(回転数:約250回転)の後、ろ別により生成した沈殿を得た(約8.5g)。
実施例4:アルブミン内包シリカ・マイクロカプセルの合成−4
水ガラス3号(29.88g、ケイ素含有量144mmol)を水に溶かし全体積を36mlとした溶液に、アルブミン(CALZYME Laboratories社製、Bovine Serum)1gを素早く溶解させ(
水相1)、溶解後すぐに、Tween80(1.01g:モル数は混合物につき不明)とSpan80(0.50g::モル数は混合物につき不明)をn−ヘキサンに溶かし全体積を72mlとした溶液
(油相)と混合し、ホモジュナイザーを用いて回転数約8300回転で乳化させる。この乳化処理を1分行ったのち、硫酸アンモニウム(66.7g、504mmol)を水に溶解させ全体積を250mlとした溶液(水相2)に加えた。2時間撹拌(回転数:約250回転)の後、ろ別により生成した沈殿を得た(約9.1g)。
実施例5:アルブミン内包ケイ酸カルシウム・マイクロカプセルの合成
水ガラス3号(33.2g、ケイ素含有量160mmol)を水に溶かし全体積を40mlとした溶
液に、アルブミン(CALZYME Laboratories社製、Bovine Serum)1gを素早く溶解させ(
水相1)、溶解後すぐに、Tween80(1.12g:モル数は混合物につき不明)とSpan80(0.56g:モル数は混合物につき不明)をn−ヘキサンに溶かし全体積を80mlとした溶液(
油相)と混合し、ホモジュナイザーを用いて回転数約8300回転で乳化させる。この乳化処理を1分行ったのち、塩化カルシウム・2水和物(65.9g、449mmol)を水に溶解させ全体積を280mlとした溶液(水相2)に加えた。2時間撹拌(回転数:約250回転)の後、ろ別により生成した沈殿を得た(約9.3g)。
実施例6:アルブミン内包炭酸カルシウム・マイクロカプセルの合成
炭酸カリウム(13.3g、96mmol)を水に溶かし全体積を32mlとした溶液に、アルブミン(CALZYME Laboratories社製、Bovine Serum)1gを素早く溶解させ(図2の水相1)
、溶解後すぐに、Tween80(0.67g:モル数は混合物につき不明)とSpan80(0.34g:モ
ル数は混合物につき不明)をn−ヘキサンに溶かし全体積を48mlとした溶液(図2の油相)と混合し、ホモジュナイザーを用いて回転数約8300回転で乳化させる。この乳化処理を1分行ったのち、塩化カルシウム(28.2g、526mmol)を水に溶解させ全体積を640ml
とした溶液(図2の水相2)に加えた。10分間撹拌(回転数:約250回転)の後、ろ別
により生成した沈殿を得た(約8.0g)。
実施例7:鮭の精巣由来DNA内包シリカ・マイクロカプセルの合成−1
水ガラス3号(29.88g、ケイ素含有量144mmol)を水に溶かし全体積を36mlとした溶液に、鮭の精巣由来のデオキシリボ核酸ナトリウム塩(和光純薬製)0.5gを溶解させ(
図2の水相1)、溶解後すぐに、Tween80(1.01g:モル数は混合物につき不明)とSpan80(0.50g:モル数は混合物につき不明)をn−ヘキサンに溶かし全体積を72mlとした
溶液(図2の油相)と混合し、ホモジュナイザーを用いて回転数約8300回転で乳化させる。この乳化処理を1分行ったのち、炭酸水素アンモニウム(39.8g、504mmol)を水に溶解させ全体積を250mlとした溶液(図2の水相2)に加えた。2時間撹拌(回転数:約250回転)の後、ろ別により生成した沈殿を得た(約8.9g)。
り確認された。
実施例8:鮭の精巣由来DNA内包シリカ・マイクロカプセルの合成−2
水ガラス3号(29.88g、ケイ素含有量144mmol)を水に溶かし全体積を36mlとした溶液に、鮭の精巣由来のデオキシリボ核酸ナトリウム塩(和光純薬製)0.1gを溶解させ(
水相1)、溶解後すぐに、Tween80(1.01g:モル数は混合物につき不明)とSpan80(0.50g::モル数は混合物につき不明)をn−ヘキサンに溶かし全体積を72mlとした溶液
(油相)と混合し、ホモジュナイザーを用いて回転数約8300回転で乳化させる。この乳化処理を1分行ったのち、炭酸水素アンモニウム(39.8g、504mmol)を水に溶解させ全体積を250mlとした溶液(水相2)に加えた。2時間撹拌(回転数:約250回転)の後、ろ別により生成した沈殿を得た(約8.2g)。
実施例9:鮭の精巣由来DNA内包シリカ・マイクロカプセルの合成−3
水ガラス3号(29.88g、ケイ素含有量144mmol)を水に溶かし全体積を36mlとした溶液に、鮭の精巣由来のデオキシリボ核酸ナトリウム塩(和光純薬製)1gを溶解させ(図
1の水相1)、溶解後すぐに、Tween80(1.01g:モル数は混合物につき不明)とSpan80
(0.50g:モル数は混合物につき不明)をn−ヘキサンに溶かし全体積を72mlとした溶液(図1の油相)と混合し、ホモジュナイザーを用いて回転数約8300回転で乳化させる。この乳化処理を1分行ったのち、塩化アンモニウム(26.9g、504mmol)を水に溶解させ全体積を250mlとした溶液(図1の水相2)に加えた。2時間撹拌(回転数:約250回転)の後、ろ別により生成した沈殿を得た(約4.3g)。
タンパク質や核酸等のマクロ生体材料がシリカ等のマイクロカプセル内に内包されることより、これらマクロ生体材料の徐放技術に応用することが期待される。タンパク質は生体内で多くの役割を果たしているため、それらを利用したドラッグデリバリーシステム、核酸は遺伝子治療等に用いることができるためジーンデリバリーシステムへの応用が特に有望である。また、マクロ生体材料のカプセル内の封入による不安定マクロ生体材料の長期保存への利用や、酵素タンパク質を内包させたバイオリアクターへの応用も想定される。
Claims (1)
- マイクロカプセル固体の原料となる水溶性無機材料とマクロ生体材料を含む第1水相粒子を油相中に分散してなるW/Oエマルジョンに沈殿剤水溶液を作用させることを特徴とし、前記水溶性無機材料がケイ酸ナトリウムであり、マクロ生体材料が分子量3000以上であるタンパク質であり、無機マイクロカプセルは、シリカ、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウムからなる群から選択される、その生物学的活性を保持したままでマクロ生体材料を、シリカ、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウムからなる群から選択される無機マイクロカプセルに内包してなるマクロ生体材料内包型無機マイクロカプセルの製造方法。
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