JP5093547B2 - 両イオン性脂質およびその用途 - Google Patents
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- A61K47/186—Quaternary ammonium compounds, e.g. benzalkonium chloride or cetrimide
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、簡便に合成され、生体適合性、生分解性の高い両イオン性脂質、並びにその優れた分子集合特性を利用した表面改質剤、分散安定化剤、薬物運搬体、酸素運搬体としての用途に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小胞体を形成する両イオン性脂質としては、例えばジアシルグリセロホスフォコリンなどのコリン型リン脂質が広く用いられている。両イオン性脂質は、極性頭部間での静電的相互作用により安定な二分子膜を形成することが知られており、小胞体膜の主成分として利用されている。
【０００３】
小胞体の物理化学的、生理学的性質は、膜構成脂質の親水基の性質が反映される。このため、ポリエチレングリコールや糖質を親水部に有する脂質を任意の割合で混合すると血中滞留時間が変動し、また、各種糖質、抗体、蛋白質、オリゴペプチドなどを小胞体表面に担持させ、特定部位への集積能を高めることもできる。しかし、何れもコリン型リン脂質を主成分とする小胞体が用いられており、適当な代替脂質は実用されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
飽和型リン脂質は、原料が高価、合成が煩雑、しかもカラムを用いる精製が不可欠であるため、非常に高価であり、これを生体投与を目的とする小胞体の膜主成分として用いる場合、抗がん剤など僅かな投与量で高価な薬物の運搬体の使用に限定されている。しかし、コリン型リン脂質の様な二本鎖の両イオン性脂質は安定な分子集合体を形成するので、簡便な方法で安価に大量合成できる様になれば、酸素運搬体などの大量生体投与剤に留まらず、食品、香粧品、トイレタリー、染料などの多種領域への用途が期待できる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記実状に鑑み鋭意研究を行った結果、アミノ基およびカルボキシル基を親水部に有する二本鎖の両イオン性脂質の合成に成功した。合成は極めて簡便であり、精製工程は溶解性の相違を利用するため、カラム精製を用いる必要はなく、収率高く大量に供給できる。この両イオン性脂質が水性媒体中で安定な二分子膜小胞体を形成し、また内相に水溶性物質を高効率で内包できる。
【０００６】
すなわち、本発明によれば、下記式
【化２】
（但し、ｍとｎは各々独立に１ないし４の整数、ｐは７ないし２１の整数、Ｒは一つがＮＨ3 +であり、その他のＲは全てＨ）で表される両イオン性脂質が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【０００８】
式（Ｉ）で示される本発明の両イオン性脂質は、以下のようにして合成することができる。
【０００９】
まず、式（Ａ）：
【化３】
【００１０】
（ここで、ｎは、式（Ｉ）と同じ）で示されるアミノ酸を式（Ｂ）：
【化４】
【００１１】
（ここで、各ｐは、式（Ｉ）と同じ）で示される長鎖アルコールと反応させて、式（Ｃ）：
【化５】
で示されるアミノ酸の長鎖アルキルエステルを合成する。
【００１２】
式（Ａ）で示されるアミノ酸と式（Ｂ）で示される長鎖アルコールとの反応は、酸触媒による脱水縮合、活性エステル法、酸無水物法、混合酸無水物法等を用いて行うことができる。その中でも、酸触媒による脱水縮合が最も簡便であり、精製も容易であるので好ましい。但し、酸触媒による脱水縮合では加熱を必要とするため、原料が加熱に対して不安定な場合は、他の方法を選択する。
【００１３】
他方、式（Ｄ）
【化６】
【００１４】
（ここで、ｍおよびＲは、式（Ｉ）と同じ）で示されるアミノ酸を準備し、そのアミノ基と一方のカルボキシル基を常法により保護する。次に、このアミノ基およびカルボキシル基保護アミノ酸を式（Ｃ）で示されるアミノ酸長鎖アルキルエステルと反応（アミド結合生成反応）させた後、アミノ基およびカルボキシル基の保護基を除去することによって、式（Ｉ）で示される本発明の両イオン性脂質を得ることができる。
【００１５】
上記アミノ基およびカルボキシル基保護アミノ酸と式（Ｃ）で示されるアミノ酸長鎖アルキルエステルとの反応は、活性エステル法、酸無水物法、混合酸無水物法等を用いて行うことができる。また、通常のペプチド合成と同様の方法で固相合成を行うこともできる。
【００１６】
本発明の両イオン性脂質の上記合成方法は、簡便であり、収率高く目的の両イオン性脂質を供給することができる。また、合成された両イオン性脂質の精製も溶媒に対する溶解度の差を利用して行うことができ、カラム精製を用いる必要はない。
【００１７】
なお、原料としてのアミノ酸が不斉炭素を有する場合、Ｄ体、Ｌ体、およびＤ体とＬ体を任意の割合で含む混合物の何れを用いても合成は同様の方法で実施できる。用途に応じて光学異性体純度の高い両イオン性脂質が要求される場合は、光学異性体純度の高いＤ体かＬ体が原料として好ましい。また、生成物を光学異性体分離カラムなどで分離してもよい。
【００１８】
本発明の両イオン性脂質は親疎水界面に接触するとその疎水基を疎水性表面に、両イオン性基を水性媒体に向けて配向するため、疎水性表面を親水性表面に改質させることができ、分離用充填剤、各種センサー、細胞培養基板等の表面改質剤として利用できる。また、医薬品、食品、香粧品、トイレタリー、染料等に使用される薬剤の乳化剤、安定剤、分散剤、可溶化剤、混和剤、湿潤剤、浸透剤、粘度調整剤などとして利用できる。
【００１９】
本発明の両イオン性脂質は、水性媒体に単独、あるいはコレステロールやその他の両親媒性分子と混合させて分散させることにより、疎水部間の疎水性相互作用、両イオン性基間の静電的相互作用により分子充填状態が高く、安定な分子集合体（ミセル状、繊維状、平板状、ロール状、小胞体など）を形成する。安定な二分子膜小胞体（リポソーム）を形成する場合、例えば内水相に水溶性薬剤を内包させることができ、あるいは膜表面に認識部位を担持させることができるので、薬物輸送システムに利用できる。特に、ヘモグロビンを内包させる場合、酸素運搬体として利用できる。
【００２０】
本発明の両イオン性脂質を小胞体の膜主成分として利用する場合、その他の膜成分としてはステロール類を安定化剤として添加してもよい。このようなステロール類としては例えば、エルゴステロール、コレステロール等が挙げられるが、好ましくはコレステロールである。コレステロールの含有量に制限はないが、小胞体膜の安定度を考慮すれば５〜５０モル％、好ましくは２０〜５０モル%である。膜成分中に負電荷脂質を混合させることで小胞体凝集が抑制され被覆層数が減少して内包効率が増大するので、負電荷脂質を成分として添加してもよい。負電荷脂質としてはジアシルホスファチジルグリセロール、ジアシルホスファチジン酸、ジアシルホスファチジルイノシトール、ジアシルホスファチジルセリン、脂肪酸、カルボン酸型脂質が使用でき、含有量は１〜５０モル％であり、特に５〜２０モル％が望ましい。ポリエチレングリコール型脂質の導入により小胞体凝集が大幅に抑制され、投与後の血中滞留時間が増大するので、これを膜成分として添加してもよい。混合脂質中に０．０１〜５モル％のポリエチレングリコール型脂質を混合させる場合が有効であるが、好ましくは０．１〜１モル％である。０．１モル％より少ない場合は凝集抑制効果が弱くなり、また１モル％より多い場合は小胞体内相に伸びたポリエチレングリコール鎖の排除体積効果により封入効率が低下する。ポリエチレングリコールの分子量は２，０００〜１２，０００程度が好ましい。
【００２１】
水性媒体としては純水、生理食塩水、各種緩衝液、あるいはこれらの水性媒体に水溶性薬剤を溶解させた溶液を用いる。水性媒体のｐＨは酸性ではカルボン酸アニオンはカルボン酸となり、アルカリ性ではアンモニウムがアミンとなって両イオン性ではなくなるが、表面電荷を制御する必要がある場合やそれによって特に安定性の低下や集合形態の変化などに支障が無い場合はｐＨの制限はない。また、ｐＨの変化による集合形態の変化を逆に利用して内包物の放出や凝集による分離を目的とする場合には、目的に応じたｐＨであれば良い。小胞体の粒子径は、例えば混合脂質粉末に水性媒体を加えて水和、膨潤させ、静置水和法、ボルテックスミキサー、強制撹拌機、超音波照射機、ホモジナイザー、マイクロフルイダイザー、高圧押出機（エクストルーダー）、凍結融解などにより行うことができる。特に、凍結融解と高圧押出機を組み合わせることにより、フィルターの透過性が著しく向上するため、処理時間が短縮、収率が向上する。内包されなかった水溶性薬剤はゲルろ過や超遠心分離や限外ろ過膜処理により内包小胞体と分離できる。
【００２２】
ヘモグロビン溶液を使用する場合、ヒト由来、ウシ由来の赤血球を常法によって溶血させ、遠心分離や限外ろ過によりストローマ成分のみを除去したストローマフリーヘモグロビン溶液、ヘモグロビンを単離した精製ヘモグロビン溶液、あるいはリコンビナントヘモグロビン溶液で、限外ろ過により１０ｇ／ｄＬ以上に濃縮したものが使用される。酸素運搬体として充分量の酸素を生体組織に供給するためにはヘモグロビン濃度２０〜５０ｇ／ｄＬが好ましい。
【００２３】
本発明において、イノシシトールリン酸、ピリドキサ−ル５’リン酸（ＰＬＰ）などの有機リン化合物をヘモグロビンの酸素親和度調節のために加えてもよい。また、ヘモグロビンの還元剤としてはホモシステイン、グルタチオンなどのチオール類、水溶性ビタミン類などを加えてもよい。活性酸素除去剤としてはカタラーゼ、スーパーオキシドジスムターゼを加えてもよい。
【００２４】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。なお、以下の実施例における化合物（誘導体）１〜５の構造は、最後にまとめて示してある。
【００２５】
実施例１
本実施例では、親水部としてグルタミン酸をα位のカルボキシル基で化合物１に結合させた両イオン性脂質３を以下のようにして合成した。
【００２６】
（Ａ）Ｌ−グルタミン酸（２．９６グラム、２０ｍｍｏｌ）、p−トルエンスルホン酸一水和物（４．５６ｇ，２４ｍｍｏｌ）を溶媒ベンゼン（１５０ｍＬ）に溶解させ、生成水を除去しながら１時間還流した。ヘキサデシルアルコール（１０．６５ｇ、４４ｍｍｏｌ）を加え、１０５℃で生成水を除去しながらさらに14時間還流させた。溶媒を減圧除去した後、残分をクロロホルム（１５０ｍＬ）に溶解させ、炭酸ナトリウム飽和水溶液（１５０ｍＬ）で２回、水（１５０ｍＬ）で２回洗浄した。クロロホルム層を回収し、硫酸ナトリウムで脱水後、溶媒を減圧除去した。残渣をメタノールから４℃で再結晶、ろ過後乾燥して白色粉末の化合物１（９．５ｇ、収率８０％）を得た。
【００２７】
化合物１の分析結果：
薄層クロマトグラフィー（シリカゲルプレート、クロロホルム／メタノール（4／1）（容量／容量）：Ｒｆ：0.79（モノスポット）。
【００２８】
赤外吸収スペクトル（cm− 1）：3385 [νN ― H（NH2）]；1738 [νC ＝ O（エステル）]。
【００２９】
1H−NMRスペクトル（CDCl3，500 MHz，δ（ppm））：0.88（t，6H，−CH3）；1.26（s，52H，−CH2−CH2−）；1.62（m，4H，−CO−O−C−CH2）；1.85，2.08（m，2H，glu β−CH2）；2.46（m，2H，glu γ−CH2）；3.46（m，1H，glu α−CH）；4.08，4.12 (tt，4H，−CO−O−CH2−)。
【００３０】
（Ｂ）化合物１をアミノ基およびカルボキシル基保護グルタミン酸と以下のようにして結合させた。すなわち、Ｎ−ｔ−Ｂｏｃ−Ｌ−グルタミン酸α−ｔ−ブチルエステル（７６４ｍｇ、２．５２ｍｍｏｌ）とＤＣＣ（５１３ｍｇ、２．５２ｍｍｏｌ）をジクロロメタンに溶解し、４℃で３０分撹拌した後、化合物１（１ｇ、１．６８ｍｍｏｌ）とトリエチルアミン（１７０ｍｇ、１．６８ｍｍｏｌ）を溶解したジクロロメタン溶液に滴下する。反応混合溶液を２５℃で５時間撹拌した後、グラスフィルター（Ｇ４）で反応液を濾過し、溶媒を減圧除去する。メタノール（３００ｍＬ）から４℃で再結晶してろ過後、乾燥して、化合物1に親水部としてアミノ基およびカルボキシル基保護グルタミン酸を結合させた化合物２を白色固体として得た（１．１５ｇ、収率７８％）。
【００３１】
化合物２の分析結果：
薄層クロマトグラフィー（シリカゲルプレート、クロロホルム／メタノール（4／1）（容量／容量）：Ｒｆ：0.81（モノスポット）。
【００３２】
赤外吸収スペクトル（cm− 1）： 1737（νC ＝ O（エステル））； 1665（νC ＝ O（アミド））；1570（δN-H（アミド））。
【００３３】
1H−NMRスペクトル（CDCl3，500MHz，δ（ppm））：0.88（t，6H，−CH3）；1.26（s，52H，−CH2−CH2−）；1.44、1.46（s，18H，CH3−C−）；1.62（m，4H，−CO−O−C−CH2）；1.88-2.25（m，4H，glu β−CH2）；2.31-2.44（m，4H，glu γ−CH2）；4.06，4.14 (t，4H，−CO−O−CH2−) ；4.13（br，1H，−CH−CONH−）；4.57（m，1H，−CH−CO−O−）；5.25（br，1H，−O−CO−NH−）；6.90（d，1H，amide）。
【００３４】
（Ｃ）化合物２（１．１５ｇ、１．３０ｍｍｏｌ）をＴＦＡ（１０ｍＬ）に溶解し、４℃で３時間撹拌した後、クロロホルム（５０ｍＬ）を加え、炭酸ナトリウム飽和水溶液で２回、水で２回洗浄した。クロロホルム層を無水硫酸ナトリウムで脱水した後、溶媒を減圧除去した。ベンゼン（１０ｍＬ）に溶解後、未溶解成分を濾過して濾液を凍結乾燥し、両イオン性脂質３を白色固体として得た（０．８９ｇ、収率９２％）。
【００３５】
化合物３の分析結果：
薄層クロマトグラフィー（シリカゲルプレート、クロロホルム／メタノール（4／1）（容量／容量）：Ｒｆ：0.24（モノスポット）。
【００３６】
赤外吸収スペクトル（cm− 1）： 1739 （νC ＝ O（エステル））； 1661（νC ＝ O（アミド））；1567（δN-H（アミド））。
【００３７】
1H−NMRスペクトル（CDCl3，500MHz，δ（ppm））：0.88（t，6H，−CH3）；1.26（s，52H，−CH2−CH2−）； 1.61（m，4H，−CO−O−C−CH2）；1.70-2.20（m，4H，glu β−CH2）；2.32、2.41（m，4H，glu γ−CH2）；3.40（m，1H，−CH−CO−O−）4.07，4.12 (t，4H，−CO−O−CH2−) ；4.51（m，1H，−CH−CONH−）。
【００３８】
MS（FAB）C42H79O7N2Naについての計算値：746.6；実測値：747.7（M＋H）＋。
【００３９】
実施例２
本実施例では、親水部としてグルタミン酸をγ位のカルボキシル基で化合物１に結合させた両イオン性脂質５を以下のようにして合成した。
【００４０】
（Ａ）化合物１をアミノ基およびカルボキシル基保護グルタミン酸とを以下のようにして結合させた。すなわち、Ｎ−ｔ−Ｂｏｃ−Ｌ−グルタミン酸γ−ｔ−ブチルエステル（３８２ｍｇ、１．２６ｍｍｏｌ）とＤＣＣ（２５６ｍｇ、１．２６ｍｍｏｌ）をジクロロメタンに溶解し、４℃で３０分撹拌した後、化合物１（５００ｍｇ、０．８４ｍｍｏｌ）とトリエチルアミン（８５ｍｇ、０．８４ｍｍｏｌ）を溶解したジクロロメタン溶液に滴下した。反応混合溶液を２５℃で５時間撹拌した後、グラスフィルター（Ｇ４）で反応液を濾過し、溶媒を減圧除去した。メタノール（３００ｍＬ）から４℃で再結晶してろ過後、乾燥して、化合物1に親水部としてアミノ基およびカルボキシル基保護グルタミン酸を結合させた化合物４を白色固体として得た（６２９ｍｇ、収率８５％）。
【００４１】
化合物４の分析結果：
薄層クロマトグラフィー（シリカゲルプレート、クロロホルム／メタノール（4／1）（容量／容量）：Ｒｆ：０．８４（モノスポット）。
【００４２】
赤外吸収スペクトル（cm− 1）： 1737（νC ＝ O（エステル））； 1661（νC ＝ O（アミド））；1580（δN-H（アミド））。
【００４３】
1H−NMRスペクトル（CDCl3，500MHz，δ（ppm））：0.88（t，6H，−CH3）；1.26（s，52H，−CH2−CH2−）；1.44、1.47（s，18H，CH3−C−）；1.62（m，4H，−CO−O−C−CH2）；1.86-2.22（m，4H，glu β−CH2）；2.28-2.45（m，4H，glu γ−CH2）；4.05，4.08 (t，4H，−CO−O−CH2−) ；4.16（br，1H，−O−CO−NH−CH−）；4.59（m，1H，−CH−CO−O−）；5.20（br，1H，−O−CO−NH−）；6.60（d，1H，amide）
（Ｂ）化合物４（６２９ｍｇ、０．７１ｍｍｏｌ）をＴＦＡ（１０ｍＬ）に溶解し、４℃で３時間撹拌した後、クロロホルム（３０ｍＬ）を加え、炭酸ナトリウム飽和水溶液で2回、水で2回洗浄した。クロロホルム層を無水硫酸ナトリウムで脱水した後、溶媒を減圧除去した。ベンゼン（１０ｍＬ）に溶解後、未溶解成分を濾過して、濾液を凍結乾燥し、両イオン性脂質５を白色固体として得た（４８８ｍｇ、収率９２％）。
【００４４】
化合物５の分析結果：
薄層クロマトグラフィー（シリカゲルプレート、クロロホルム／メタノール（4／1）（容量／容量）：Ｒｆ：0.25（モノスポット）。
【００４５】
赤外吸収スペクトル（cm− 1）： 1736 （νC ＝ O（エステル））； 1650（νC ＝ O（アミド））；1588（δN-H（アミド））。
【００４６】
1H−NMRスペクトル（CDCl3，500MHz，δ（ppm））：0.88（t，6H，−CH3）；1.26（s，52H，−CH2−CH2−）； 1.62（m，4H，−CO−O−C−CH2）；1.94-2.20（m，4H，glu β−CH2）；2.40、2.41（m，4H，glu γ−CH2）；3.44（br，1H，−CH−CO−O−）4.06，4.10 (t，4H，−CO−O−CH2−) ；4.47（br，1H， NH2−CH−CH2−）。
【００４７】
MS（FAB）C42H79O7N2Naについての計算値：746.6；実測値：747.7（M＋H）＋。
【００４８】
実施例３
化合物３（１５０ｍｇ、０．２０７ｍｍｏｌ）、コレステロール（８０ｍｇ、０．２０７ｍｍｍｏｌ）、ジパルミトイルホスファチジルグリセロール（ＤＰＰＧ）（２９ｍｇ、０．０４１ｍｍｏｌ）、ポリエチレングリコール結合ジパルミトイルホスファチジルエタノールアミン（ＰＥＧ−ＤＰＰＥＡ）（８ｍｇ、０．００１４ｍｍｏｌ)を秤量し、１００ｍＬのナス型フラスコに加えた。ここにベンゼン（１０ｍＬ）を加え加温しながら完全溶解させた。このものをドライアイス−メタノールで凍結して凍結乾燥機に装着し、１０時間凍結乾燥した。このものに、ＤＰＰＧと等モルのＮａＯＨを含む注射用水（２５ｍＬ）を添加してマグネットスターラーを用いて撹拌し、均一に水相に分散させた。このものを液体窒素で３分間凍結した後、４０℃の恒温槽中に１０分間静置して融解させた。この操作を３回繰り返した後、液体窒素で凍結させ凍結乾燥機に装着し、３０時間凍結乾燥して白色粉末状の混合脂質粉末を得た。この混合脂質粉末（５０ｍｇ）を１０ｍＬのナス型フラスコに投入し、濃度４０ｇ／ｄＬの一酸化炭素化したヘモグロビン溶液（５ｍＬ）を加えた後、マグネットスターラーを用いて室温で２時間撹拌した。これを口径２５φのEXTRUDER（商品名、日油リポソーム製）に加え、加圧（２０ｋｇ／ｃｍ2）しながら孔径３．０μｍ、０．４５μｍ、０．３０μｍ、０．２２μｍのアセチルセルロースフィルター（富士写真フイルム製）まで順に通過させた。作成したサンプルについて超遠心分離（１０万ｇ、６０分）を３回繰り返し、未内包ヘモグロビンを除去した。人工肺（Capiox-II）を用いてこれに高圧ナトリウムランプからの白色光を照射して酸素をガスポートに通過させることにより酸素に配位子交換することが出来る。こうして得たヘモグロビン内包小胞体について市販のコレステロール定量キット及びヘモグロビン定量キットを用いてコレステロール定量、ヘモグロビン（Ｈｂ）定量を行った。コレステロール定量から総脂質重量を求め、ヘモグロビン重量を総脂質重量で除してヘモグロビン／総脂質比を算出した。また、酸素結合解離平衡曲線はHEMOX-ANALYZER（商品名、ＴＣＳ製）にて測定を行った。得られた値を表１にまとめた。比較として化合物３の代わりにジパルミトイルホスファチジルコリン（ＤＰＰＣ）を用いて同様に調製したヘモグロビン小胞体の値を表１に示すが、物性の大きな相違は無く、コリン型リン脂質成分を代替できることが明らかである。
【００４９】
【表１】
【００５０】
実施例４
化合物５をクロロホルムに溶解させ（０．５ｍＭ）、マイクロシリンジにて２０μＬをＬＢ膜作成装置に充填した水面（純水）に展開した。バリヤーを移動させ、水面圧が２５ｍＮ／ｍになるまで水面を圧縮し（２８ｃｍ2／min）、単分子膜を作成した。グラファイト基板（１．５ｃｍ×１．５ｃｍ）をこの水面に接触させ、単分子膜をグラファイト基板表面に吸着させた。シリカゲルを充填したデシケータ内に２４時間放置し乾燥させた後、水滴の接触角を測定した。グラファイト基板の接触角が１５２°であるのに対し、化合物５の単分子膜を吸着させた表面では３２°となり、化合物５は疎水基をグラファイト側に、両イオン性の親水基を表面側に向け配向し、疎水性グラファイト表面が親水性表面に改質されていることを確認した。
【００５１】
【化７】
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡便な方法で安価に大量合成できる二本鎖の両イオン性脂質が提供される。
【発明の属する技術分野】
本発明は、簡便に合成され、生体適合性、生分解性の高い両イオン性脂質、並びにその優れた分子集合特性を利用した表面改質剤、分散安定化剤、薬物運搬体、酸素運搬体としての用途に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小胞体を形成する両イオン性脂質としては、例えばジアシルグリセロホスフォコリンなどのコリン型リン脂質が広く用いられている。両イオン性脂質は、極性頭部間での静電的相互作用により安定な二分子膜を形成することが知られており、小胞体膜の主成分として利用されている。
【０００３】
小胞体の物理化学的、生理学的性質は、膜構成脂質の親水基の性質が反映される。このため、ポリエチレングリコールや糖質を親水部に有する脂質を任意の割合で混合すると血中滞留時間が変動し、また、各種糖質、抗体、蛋白質、オリゴペプチドなどを小胞体表面に担持させ、特定部位への集積能を高めることもできる。しかし、何れもコリン型リン脂質を主成分とする小胞体が用いられており、適当な代替脂質は実用されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
飽和型リン脂質は、原料が高価、合成が煩雑、しかもカラムを用いる精製が不可欠であるため、非常に高価であり、これを生体投与を目的とする小胞体の膜主成分として用いる場合、抗がん剤など僅かな投与量で高価な薬物の運搬体の使用に限定されている。しかし、コリン型リン脂質の様な二本鎖の両イオン性脂質は安定な分子集合体を形成するので、簡便な方法で安価に大量合成できる様になれば、酸素運搬体などの大量生体投与剤に留まらず、食品、香粧品、トイレタリー、染料などの多種領域への用途が期待できる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記実状に鑑み鋭意研究を行った結果、アミノ基およびカルボキシル基を親水部に有する二本鎖の両イオン性脂質の合成に成功した。合成は極めて簡便であり、精製工程は溶解性の相違を利用するため、カラム精製を用いる必要はなく、収率高く大量に供給できる。この両イオン性脂質が水性媒体中で安定な二分子膜小胞体を形成し、また内相に水溶性物質を高効率で内包できる。
【０００６】
すなわち、本発明によれば、下記式
【化２】
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【０００８】
式（Ｉ）で示される本発明の両イオン性脂質は、以下のようにして合成することができる。
【０００９】
まず、式（Ａ）：
【化３】
（ここで、ｎは、式（Ｉ）と同じ）で示されるアミノ酸を式（Ｂ）：
【化４】
（ここで、各ｐは、式（Ｉ）と同じ）で示される長鎖アルコールと反応させて、式（Ｃ）：
【化５】
【００１２】
式（Ａ）で示されるアミノ酸と式（Ｂ）で示される長鎖アルコールとの反応は、酸触媒による脱水縮合、活性エステル法、酸無水物法、混合酸無水物法等を用いて行うことができる。その中でも、酸触媒による脱水縮合が最も簡便であり、精製も容易であるので好ましい。但し、酸触媒による脱水縮合では加熱を必要とするため、原料が加熱に対して不安定な場合は、他の方法を選択する。
【００１３】
他方、式（Ｄ）
【化６】
（ここで、ｍおよびＲは、式（Ｉ）と同じ）で示されるアミノ酸を準備し、そのアミノ基と一方のカルボキシル基を常法により保護する。次に、このアミノ基およびカルボキシル基保護アミノ酸を式（Ｃ）で示されるアミノ酸長鎖アルキルエステルと反応（アミド結合生成反応）させた後、アミノ基およびカルボキシル基の保護基を除去することによって、式（Ｉ）で示される本発明の両イオン性脂質を得ることができる。
【００１５】
上記アミノ基およびカルボキシル基保護アミノ酸と式（Ｃ）で示されるアミノ酸長鎖アルキルエステルとの反応は、活性エステル法、酸無水物法、混合酸無水物法等を用いて行うことができる。また、通常のペプチド合成と同様の方法で固相合成を行うこともできる。
【００１６】
本発明の両イオン性脂質の上記合成方法は、簡便であり、収率高く目的の両イオン性脂質を供給することができる。また、合成された両イオン性脂質の精製も溶媒に対する溶解度の差を利用して行うことができ、カラム精製を用いる必要はない。
【００１７】
なお、原料としてのアミノ酸が不斉炭素を有する場合、Ｄ体、Ｌ体、およびＤ体とＬ体を任意の割合で含む混合物の何れを用いても合成は同様の方法で実施できる。用途に応じて光学異性体純度の高い両イオン性脂質が要求される場合は、光学異性体純度の高いＤ体かＬ体が原料として好ましい。また、生成物を光学異性体分離カラムなどで分離してもよい。
【００１８】
本発明の両イオン性脂質は親疎水界面に接触するとその疎水基を疎水性表面に、両イオン性基を水性媒体に向けて配向するため、疎水性表面を親水性表面に改質させることができ、分離用充填剤、各種センサー、細胞培養基板等の表面改質剤として利用できる。また、医薬品、食品、香粧品、トイレタリー、染料等に使用される薬剤の乳化剤、安定剤、分散剤、可溶化剤、混和剤、湿潤剤、浸透剤、粘度調整剤などとして利用できる。
【００１９】
本発明の両イオン性脂質は、水性媒体に単独、あるいはコレステロールやその他の両親媒性分子と混合させて分散させることにより、疎水部間の疎水性相互作用、両イオン性基間の静電的相互作用により分子充填状態が高く、安定な分子集合体（ミセル状、繊維状、平板状、ロール状、小胞体など）を形成する。安定な二分子膜小胞体（リポソーム）を形成する場合、例えば内水相に水溶性薬剤を内包させることができ、あるいは膜表面に認識部位を担持させることができるので、薬物輸送システムに利用できる。特に、ヘモグロビンを内包させる場合、酸素運搬体として利用できる。
【００２０】
本発明の両イオン性脂質を小胞体の膜主成分として利用する場合、その他の膜成分としてはステロール類を安定化剤として添加してもよい。このようなステロール類としては例えば、エルゴステロール、コレステロール等が挙げられるが、好ましくはコレステロールである。コレステロールの含有量に制限はないが、小胞体膜の安定度を考慮すれば５〜５０モル％、好ましくは２０〜５０モル%である。膜成分中に負電荷脂質を混合させることで小胞体凝集が抑制され被覆層数が減少して内包効率が増大するので、負電荷脂質を成分として添加してもよい。負電荷脂質としてはジアシルホスファチジルグリセロール、ジアシルホスファチジン酸、ジアシルホスファチジルイノシトール、ジアシルホスファチジルセリン、脂肪酸、カルボン酸型脂質が使用でき、含有量は１〜５０モル％であり、特に５〜２０モル％が望ましい。ポリエチレングリコール型脂質の導入により小胞体凝集が大幅に抑制され、投与後の血中滞留時間が増大するので、これを膜成分として添加してもよい。混合脂質中に０．０１〜５モル％のポリエチレングリコール型脂質を混合させる場合が有効であるが、好ましくは０．１〜１モル％である。０．１モル％より少ない場合は凝集抑制効果が弱くなり、また１モル％より多い場合は小胞体内相に伸びたポリエチレングリコール鎖の排除体積効果により封入効率が低下する。ポリエチレングリコールの分子量は２，０００〜１２，０００程度が好ましい。
【００２１】
水性媒体としては純水、生理食塩水、各種緩衝液、あるいはこれらの水性媒体に水溶性薬剤を溶解させた溶液を用いる。水性媒体のｐＨは酸性ではカルボン酸アニオンはカルボン酸となり、アルカリ性ではアンモニウムがアミンとなって両イオン性ではなくなるが、表面電荷を制御する必要がある場合やそれによって特に安定性の低下や集合形態の変化などに支障が無い場合はｐＨの制限はない。また、ｐＨの変化による集合形態の変化を逆に利用して内包物の放出や凝集による分離を目的とする場合には、目的に応じたｐＨであれば良い。小胞体の粒子径は、例えば混合脂質粉末に水性媒体を加えて水和、膨潤させ、静置水和法、ボルテックスミキサー、強制撹拌機、超音波照射機、ホモジナイザー、マイクロフルイダイザー、高圧押出機（エクストルーダー）、凍結融解などにより行うことができる。特に、凍結融解と高圧押出機を組み合わせることにより、フィルターの透過性が著しく向上するため、処理時間が短縮、収率が向上する。内包されなかった水溶性薬剤はゲルろ過や超遠心分離や限外ろ過膜処理により内包小胞体と分離できる。
【００２２】
ヘモグロビン溶液を使用する場合、ヒト由来、ウシ由来の赤血球を常法によって溶血させ、遠心分離や限外ろ過によりストローマ成分のみを除去したストローマフリーヘモグロビン溶液、ヘモグロビンを単離した精製ヘモグロビン溶液、あるいはリコンビナントヘモグロビン溶液で、限外ろ過により１０ｇ／ｄＬ以上に濃縮したものが使用される。酸素運搬体として充分量の酸素を生体組織に供給するためにはヘモグロビン濃度２０〜５０ｇ／ｄＬが好ましい。
【００２３】
本発明において、イノシシトールリン酸、ピリドキサ−ル５’リン酸（ＰＬＰ）などの有機リン化合物をヘモグロビンの酸素親和度調節のために加えてもよい。また、ヘモグロビンの還元剤としてはホモシステイン、グルタチオンなどのチオール類、水溶性ビタミン類などを加えてもよい。活性酸素除去剤としてはカタラーゼ、スーパーオキシドジスムターゼを加えてもよい。
【００２４】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。なお、以下の実施例における化合物（誘導体）１〜５の構造は、最後にまとめて示してある。
【００２５】
実施例１
本実施例では、親水部としてグルタミン酸をα位のカルボキシル基で化合物１に結合させた両イオン性脂質３を以下のようにして合成した。
【００２６】
（Ａ）Ｌ−グルタミン酸（２．９６グラム、２０ｍｍｏｌ）、p−トルエンスルホン酸一水和物（４．５６ｇ，２４ｍｍｏｌ）を溶媒ベンゼン（１５０ｍＬ）に溶解させ、生成水を除去しながら１時間還流した。ヘキサデシルアルコール（１０．６５ｇ、４４ｍｍｏｌ）を加え、１０５℃で生成水を除去しながらさらに14時間還流させた。溶媒を減圧除去した後、残分をクロロホルム（１５０ｍＬ）に溶解させ、炭酸ナトリウム飽和水溶液（１５０ｍＬ）で２回、水（１５０ｍＬ）で２回洗浄した。クロロホルム層を回収し、硫酸ナトリウムで脱水後、溶媒を減圧除去した。残渣をメタノールから４℃で再結晶、ろ過後乾燥して白色粉末の化合物１（９．５ｇ、収率８０％）を得た。
【００２７】
化合物１の分析結果：
薄層クロマトグラフィー（シリカゲルプレート、クロロホルム／メタノール（4／1）（容量／容量）：Ｒｆ：0.79（モノスポット）。
【００２８】
赤外吸収スペクトル（cm− 1）：3385 [νN ― H（NH2）]；1738 [νC ＝ O（エステル）]。
【００２９】
1H−NMRスペクトル（CDCl3，500 MHz，δ（ppm））：0.88（t，6H，−CH3）；1.26（s，52H，−CH2−CH2−）；1.62（m，4H，−CO−O−C−CH2）；1.85，2.08（m，2H，glu β−CH2）；2.46（m，2H，glu γ−CH2）；3.46（m，1H，glu α−CH）；4.08，4.12 (tt，4H，−CO−O−CH2−)。
【００３０】
（Ｂ）化合物１をアミノ基およびカルボキシル基保護グルタミン酸と以下のようにして結合させた。すなわち、Ｎ−ｔ−Ｂｏｃ−Ｌ−グルタミン酸α−ｔ−ブチルエステル（７６４ｍｇ、２．５２ｍｍｏｌ）とＤＣＣ（５１３ｍｇ、２．５２ｍｍｏｌ）をジクロロメタンに溶解し、４℃で３０分撹拌した後、化合物１（１ｇ、１．６８ｍｍｏｌ）とトリエチルアミン（１７０ｍｇ、１．６８ｍｍｏｌ）を溶解したジクロロメタン溶液に滴下する。反応混合溶液を２５℃で５時間撹拌した後、グラスフィルター（Ｇ４）で反応液を濾過し、溶媒を減圧除去する。メタノール（３００ｍＬ）から４℃で再結晶してろ過後、乾燥して、化合物1に親水部としてアミノ基およびカルボキシル基保護グルタミン酸を結合させた化合物２を白色固体として得た（１．１５ｇ、収率７８％）。
【００３１】
化合物２の分析結果：
薄層クロマトグラフィー（シリカゲルプレート、クロロホルム／メタノール（4／1）（容量／容量）：Ｒｆ：0.81（モノスポット）。
【００３２】
赤外吸収スペクトル（cm− 1）： 1737（νC ＝ O（エステル））； 1665（νC ＝ O（アミド））；1570（δN-H（アミド））。
【００３３】
1H−NMRスペクトル（CDCl3，500MHz，δ（ppm））：0.88（t，6H，−CH3）；1.26（s，52H，−CH2−CH2−）；1.44、1.46（s，18H，CH3−C−）；1.62（m，4H，−CO−O−C−CH2）；1.88-2.25（m，4H，glu β−CH2）；2.31-2.44（m，4H，glu γ−CH2）；4.06，4.14 (t，4H，−CO−O−CH2−) ；4.13（br，1H，−CH−CONH−）；4.57（m，1H，−CH−CO−O−）；5.25（br，1H，−O−CO−NH−）；6.90（d，1H，amide）。
【００３４】
（Ｃ）化合物２（１．１５ｇ、１．３０ｍｍｏｌ）をＴＦＡ（１０ｍＬ）に溶解し、４℃で３時間撹拌した後、クロロホルム（５０ｍＬ）を加え、炭酸ナトリウム飽和水溶液で２回、水で２回洗浄した。クロロホルム層を無水硫酸ナトリウムで脱水した後、溶媒を減圧除去した。ベンゼン（１０ｍＬ）に溶解後、未溶解成分を濾過して濾液を凍結乾燥し、両イオン性脂質３を白色固体として得た（０．８９ｇ、収率９２％）。
【００３５】
化合物３の分析結果：
薄層クロマトグラフィー（シリカゲルプレート、クロロホルム／メタノール（4／1）（容量／容量）：Ｒｆ：0.24（モノスポット）。
【００３６】
赤外吸収スペクトル（cm− 1）： 1739 （νC ＝ O（エステル））； 1661（νC ＝ O（アミド））；1567（δN-H（アミド））。
【００３７】
1H−NMRスペクトル（CDCl3，500MHz，δ（ppm））：0.88（t，6H，−CH3）；1.26（s，52H，−CH2−CH2−）； 1.61（m，4H，−CO−O−C−CH2）；1.70-2.20（m，4H，glu β−CH2）；2.32、2.41（m，4H，glu γ−CH2）；3.40（m，1H，−CH−CO−O−）4.07，4.12 (t，4H，−CO−O−CH2−) ；4.51（m，1H，−CH−CONH−）。
【００３８】
MS（FAB）C42H79O7N2Naについての計算値：746.6；実測値：747.7（M＋H）＋。
【００３９】
実施例２
本実施例では、親水部としてグルタミン酸をγ位のカルボキシル基で化合物１に結合させた両イオン性脂質５を以下のようにして合成した。
【００４０】
（Ａ）化合物１をアミノ基およびカルボキシル基保護グルタミン酸とを以下のようにして結合させた。すなわち、Ｎ−ｔ−Ｂｏｃ−Ｌ−グルタミン酸γ−ｔ−ブチルエステル（３８２ｍｇ、１．２６ｍｍｏｌ）とＤＣＣ（２５６ｍｇ、１．２６ｍｍｏｌ）をジクロロメタンに溶解し、４℃で３０分撹拌した後、化合物１（５００ｍｇ、０．８４ｍｍｏｌ）とトリエチルアミン（８５ｍｇ、０．８４ｍｍｏｌ）を溶解したジクロロメタン溶液に滴下した。反応混合溶液を２５℃で５時間撹拌した後、グラスフィルター（Ｇ４）で反応液を濾過し、溶媒を減圧除去した。メタノール（３００ｍＬ）から４℃で再結晶してろ過後、乾燥して、化合物1に親水部としてアミノ基およびカルボキシル基保護グルタミン酸を結合させた化合物４を白色固体として得た（６２９ｍｇ、収率８５％）。
【００４１】
化合物４の分析結果：
薄層クロマトグラフィー（シリカゲルプレート、クロロホルム／メタノール（4／1）（容量／容量）：Ｒｆ：０．８４（モノスポット）。
【００４２】
赤外吸収スペクトル（cm− 1）： 1737（νC ＝ O（エステル））； 1661（νC ＝ O（アミド））；1580（δN-H（アミド））。
【００４３】
1H−NMRスペクトル（CDCl3，500MHz，δ（ppm））：0.88（t，6H，−CH3）；1.26（s，52H，−CH2−CH2−）；1.44、1.47（s，18H，CH3−C−）；1.62（m，4H，−CO−O−C−CH2）；1.86-2.22（m，4H，glu β−CH2）；2.28-2.45（m，4H，glu γ−CH2）；4.05，4.08 (t，4H，−CO−O−CH2−) ；4.16（br，1H，−O−CO−NH−CH−）；4.59（m，1H，−CH−CO−O−）；5.20（br，1H，−O−CO−NH−）；6.60（d，1H，amide）
（Ｂ）化合物４（６２９ｍｇ、０．７１ｍｍｏｌ）をＴＦＡ（１０ｍＬ）に溶解し、４℃で３時間撹拌した後、クロロホルム（３０ｍＬ）を加え、炭酸ナトリウム飽和水溶液で2回、水で2回洗浄した。クロロホルム層を無水硫酸ナトリウムで脱水した後、溶媒を減圧除去した。ベンゼン（１０ｍＬ）に溶解後、未溶解成分を濾過して、濾液を凍結乾燥し、両イオン性脂質５を白色固体として得た（４８８ｍｇ、収率９２％）。
【００４４】
化合物５の分析結果：
薄層クロマトグラフィー（シリカゲルプレート、クロロホルム／メタノール（4／1）（容量／容量）：Ｒｆ：0.25（モノスポット）。
【００４５】
赤外吸収スペクトル（cm− 1）： 1736 （νC ＝ O（エステル））； 1650（νC ＝ O（アミド））；1588（δN-H（アミド））。
【００４６】
1H−NMRスペクトル（CDCl3，500MHz，δ（ppm））：0.88（t，6H，−CH3）；1.26（s，52H，−CH2−CH2−）； 1.62（m，4H，−CO−O−C−CH2）；1.94-2.20（m，4H，glu β−CH2）；2.40、2.41（m，4H，glu γ−CH2）；3.44（br，1H，−CH−CO−O−）4.06，4.10 (t，4H，−CO−O−CH2−) ；4.47（br，1H， NH2−CH−CH2−）。
【００４７】
MS（FAB）C42H79O7N2Naについての計算値：746.6；実測値：747.7（M＋H）＋。
【００４８】
実施例３
化合物３（１５０ｍｇ、０．２０７ｍｍｏｌ）、コレステロール（８０ｍｇ、０．２０７ｍｍｍｏｌ）、ジパルミトイルホスファチジルグリセロール（ＤＰＰＧ）（２９ｍｇ、０．０４１ｍｍｏｌ）、ポリエチレングリコール結合ジパルミトイルホスファチジルエタノールアミン（ＰＥＧ−ＤＰＰＥＡ）（８ｍｇ、０．００１４ｍｍｏｌ)を秤量し、１００ｍＬのナス型フラスコに加えた。ここにベンゼン（１０ｍＬ）を加え加温しながら完全溶解させた。このものをドライアイス−メタノールで凍結して凍結乾燥機に装着し、１０時間凍結乾燥した。このものに、ＤＰＰＧと等モルのＮａＯＨを含む注射用水（２５ｍＬ）を添加してマグネットスターラーを用いて撹拌し、均一に水相に分散させた。このものを液体窒素で３分間凍結した後、４０℃の恒温槽中に１０分間静置して融解させた。この操作を３回繰り返した後、液体窒素で凍結させ凍結乾燥機に装着し、３０時間凍結乾燥して白色粉末状の混合脂質粉末を得た。この混合脂質粉末（５０ｍｇ）を１０ｍＬのナス型フラスコに投入し、濃度４０ｇ／ｄＬの一酸化炭素化したヘモグロビン溶液（５ｍＬ）を加えた後、マグネットスターラーを用いて室温で２時間撹拌した。これを口径２５φのEXTRUDER（商品名、日油リポソーム製）に加え、加圧（２０ｋｇ／ｃｍ2）しながら孔径３．０μｍ、０．４５μｍ、０．３０μｍ、０．２２μｍのアセチルセルロースフィルター（富士写真フイルム製）まで順に通過させた。作成したサンプルについて超遠心分離（１０万ｇ、６０分）を３回繰り返し、未内包ヘモグロビンを除去した。人工肺（Capiox-II）を用いてこれに高圧ナトリウムランプからの白色光を照射して酸素をガスポートに通過させることにより酸素に配位子交換することが出来る。こうして得たヘモグロビン内包小胞体について市販のコレステロール定量キット及びヘモグロビン定量キットを用いてコレステロール定量、ヘモグロビン（Ｈｂ）定量を行った。コレステロール定量から総脂質重量を求め、ヘモグロビン重量を総脂質重量で除してヘモグロビン／総脂質比を算出した。また、酸素結合解離平衡曲線はHEMOX-ANALYZER（商品名、ＴＣＳ製）にて測定を行った。得られた値を表１にまとめた。比較として化合物３の代わりにジパルミトイルホスファチジルコリン（ＤＰＰＣ）を用いて同様に調製したヘモグロビン小胞体の値を表１に示すが、物性の大きな相違は無く、コリン型リン脂質成分を代替できることが明らかである。
【００４９】
【表１】
実施例４
化合物５をクロロホルムに溶解させ（０．５ｍＭ）、マイクロシリンジにて２０μＬをＬＢ膜作成装置に充填した水面（純水）に展開した。バリヤーを移動させ、水面圧が２５ｍＮ／ｍになるまで水面を圧縮し（２８ｃｍ2／min）、単分子膜を作成した。グラファイト基板（１．５ｃｍ×１．５ｃｍ）をこの水面に接触させ、単分子膜をグラファイト基板表面に吸着させた。シリカゲルを充填したデシケータ内に２４時間放置し乾燥させた後、水滴の接触角を測定した。グラファイト基板の接触角が１５２°であるのに対し、化合物５の単分子膜を吸着させた表面では３２°となり、化合物５は疎水基をグラファイト側に、両イオン性の親水基を表面側に向け配向し、疎水性グラファイト表面が親水性表面に改質されていることを確認した。
【００５１】
【化７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡便な方法で安価に大量合成できる二本鎖の両イオン性脂質が提供される。
Claims (9)
-
- ｍが３，ｎが２である請求項１に記載の混合脂質。
- ｍが３，ｎが２であり，末端カルボキシル炭素から数えて４番目の炭素のＲがＮＨ３ ＋であり，その他のＲがＨである請求項１に記載の混合脂質。
- ｍが３，ｎが２であり，末端カルボキシル炭素から数えて２番目の炭素のＲがＮＨ ３ ＋ であり，その他のＲがＨである請求項１に記載の混合脂質。
- 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の混合脂質を，疎水性物質と水性媒体が接触する界面に配向させて，該疎水性物質の表面を親水性表面に改質することを特徴とする表面改質方法。
- 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の混合脂質を水溶性薬物と共に水性媒体に分散させて形成される小胞体からなる水溶性薬剤の運搬体。
- 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の混合脂質を含有する脂質の膜で構成されており，内水相に水溶性薬剤が内包され，水性媒体に分散している粒子径１００〜３００ｎｍの小胞体からなる水溶性薬剤の運搬体。
- 内水相に１０〜４０ｇ／ｄＬのヘモグロビンが内包された請求項７に記載の運搬体。
- 下記式
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