JP5131676B2 - ジオトリカム属菌を用いたキチン・キトサンを含む多糖体含有物の製造方法 - Google Patents
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Description
即ち、本発明は、ジオトリカム属菌を培養増殖させ、キチン・キトサンを含む多糖体含有物を製造する方法であり、好ましくは、ジオトリカム属菌を液体培地で培養増殖させる工程を含むものである。
本発明の「多糖体含有物」には、(1)キチン・キトサンを含む繊維状の菌糸体、(2)菌糸体の細胞壁からなる多糖体含有物、及び、(3)後工程のアセチル化処理によりキチン成分を高めた多糖体含有物、が含まれる(なお以下では、多糖体含有物を単に「多糖体」という場合がある)。(1)の繊維状の菌糸体は、ジオトリカム属菌を液体培地で培養増殖させる工程と、得られた菌糸体を培養液から分離後、滅菌処理する工程とによって製造可能である。(2)の菌糸体の細胞壁からなる多糖体含有物は、(1)の繊維状の菌糸体から細胞質成分を脱離させることによって製造可能である。(3)のキチン成分を高めた多糖体含有物は、(2)の菌糸体の細胞壁からなる多糖体含有物をアセチル化処理することによって製造可能である(図13参照)。
本発明の製造方法において、所望の菌糸体を得るため、好ましくは、ジオトリカム アミラリエ(Geotrichum armillariae),ジオトリカム キャピタタム(Geotrichum capitatum),ジオトリカム リンキ(Geotrichum linkii),ジオトリカム セリシュウム(Geotrichum sericeum),ジオトリカム シトリ‐アウランティ(Geotrichum citri-aurantii),ジオトリカム カンディダム(Geotrichum candidum),ジオトリカム プルモニュウム(Geotrichum pulmoneum),ジオトリカム クレバタム(Geotrichum clavatum),ジオトリカム エリエンス(Geotrichum eriense),ジオトリカム ファメンタンス(Geotrichum fermentans),ジオトリカム フラグランス(Geotrichum fragrans)およびジオトリカム クレバニィ(Geotrichum klebahnii)種から選ばれる1又は複数のジオトリカム属菌を用いてキチン・キトサンを含む多糖体含有物を製造するとよい。
菌糸体は、好ましくは後述するように、ジオトリカム属菌が成長増殖する過程において、菌糸がランダムに分節し、分節胞子(分節分生子)として径5μm前後、長さ1,000μm以上の繊維状になり、複雑に重なって積層した集合体の形をしたものである。また、菌糸体細胞壁の好ましい組成としては、主にキチン・キトサンのほか、微量の不溶性多糖類、水溶性多糖類を含有している。
一例として、ジオトリカム フラグランス(Geotrichum fragrans)CBS127.76菌株、及びジオトリカム フラグランス(Geotrichum fragrans)CBS164.32菌株を用いて、本発明のキチン・キトサンを含む多糖体含有物を製造することができる。CBSとは、オランダに在る微生物保存機関の略称であり、研究者などからの要請があれば菌体を分譲するなどで、微生物研究に寄与している。CBS127.76菌株及びCBS164.32菌株はこの機関に登録された固有の種であり、他に同一の菌体は存在しない。
本発明のキチン・キトサンを含む多糖体含有物は、食品及び化粧品の原材料に利用することができるほか、医療用の創傷保護被覆材、さらには細胞培養シートの材料、DDSに用いる薬物担体などとしても利用することができる。この点については後に詳述する。とりわけ、ジオトリカム フラグランス種を用いて製造された多糖体含有物からなる創傷保護材は、生体親和性(適合性)に優れ、更に新生血管誘導能を備えるなど従来品には見られない優れた特長を示した。したがって、ジオトリカム フラグランス種を用いて製造された多糖体含有物を、創傷保護材の用途に使用することは好ましい。また、ジオトリカム フラグランス種を用いて製造された多糖体含有物は、上記のように生体親和性(適合性)に非常に優れていたので、これを細胞培養シートや薬物担体の用途に使用することは好ましい。本発明は、このような創傷保護材、細胞培養シートおよび薬物担体を包含するものである。なお、本明細書において、「創傷保護材」および「創傷保護被覆材」の語はいずれも医療用の創傷保護材の意味であり、創傷部位を被覆して保護するシート状のものが例示されるが、その他の形状、使用方法の創傷保護材であってもよい。
本実施形態では、ジオトリカム属菌をグルコース、廃糖蜜などの炭素源、及びポリペプトン、イーストエキストラクト、マルトエキスなどの窒素・燐酸、ミネラル成分などを含む液体培地にて、好気的条件下で振盪もしくは攪拌培養、あるいは静置培養して繊維状の多糖体をパルプスラリー様、ゲル様、あるいはシート様で生産する。
液体培養されたジオトリカム属菌の繊維状の菌糸体は、複雑に絡み合い積層した多重積層構造である。菌糸体は、遠心分離機などにより培養液と概ね分離した後に、水洗して更にミクロフィルターなどにより吸引濾化して収集することができる(S2)。また、遠心分離を行わずに、筒型の大型フィルター(ポア径1〜3μm)へ圧力ポンプにより圧送することで、繊維状の菌糸体を短時間で効率よく大量に収集することができる。
さらに、上記多糖体をアセチル化処理することで、キチン成分を高めた多重積層構造の繊維状の多糖体を得ることができる(S7)。これを不織布、あるいはシート様に加工することによって(S8)、医療用の創傷保護被覆材や細胞培養シートとして利用可能である。なお、アセチル化処理前の繊維状の多糖体をそのまま用いてもなんら不都合はない。このアセチル化処理した、もしくはアセチル化処理前の繊維状の多糖体は、超音波破砕機あるいはホモジナイザーなどにより、ナノレベルまで破砕することでDDSに用いる薬物担体として用いることも可能である。
以下では、本発明のキチン・キトサンを含む多糖体の利用方法の具体例について説明する。
ムコ多糖体であるキチンおよびキチンの脱アセチル化誘導体であるキトサンは、低毒性であり、人腸内では難消化性であるため食物性繊維などとしての利用価値が認められている。既に、海老・蟹由来のキチン・キトサンは、乾燥粉末状に加工されて市場に流通している。使用例としては、菓子や麺類、アイスクリーム、チーズなどに適量を添加することで、増粘作用、保水・保湿作用、乳化作用などの効果が得られ、これらの製造に用いられている。
前述したように、海老・蟹由来のキチン・キトサンは、そのままでは水に溶解、もしくは分散させることが不可能である。化粧品として利用するには特殊な溶媒に溶かせ、化学修飾して水溶性誘導体とするなどの複雑な処理が必要である。さらに肌に対して毒性を有しないようにする処理も必要とされる。
医療用の創傷保護被覆材としては、既に海老・蟹由来の製品が臨床の場で使用されており、下記の参考文献1〜4に記述されている内容の治療効果が得られている。すなわち熱傷や深い創、滲出液の多い創などの表面を被覆することにより、滲出液を吸収して創傷部に適度な湿潤環境を創出し、表皮形成および肉芽組織生成の促進効果などである。
1.新薬と臨牀41(8):192-202,1992
2.西日皮膚54(6):1182-1189,1992
3.西日皮膚55(5):941-946,1992
4.キチン、キトサンハンドブック:324-354,キチン、キトサン研究会編
現在、細胞培養シートとしてはポリグルコール酸、あるいはポリグルコール酸とポリ乳酸の共重合体を材料にした合成品と、生物由来の材料として人羊膜由来のコラーゲンシートの他、豚、魚類(鮭皮)由来のコラーゲンシートなどがある。それらに求められる生物学的物性は、毒性、病原性、抗原性のないことが必須である。例えば、人羊膜には上皮細胞が含まれているため、これを取り除くプロセスが必要であるが、病原性、抗原性を限りなくゼロに近く取り除き、精製コラーゲンシートとして得るためには極めて複雑な化学処理工程が必要となる。従って製造コストが高くなる。豚、魚類(鮭皮)由来のコラーゲンシートなども同様の問題点を抱えている。現状では再生医療で用いられる細胞培養シートとしては、合成材料を主原料とした方向に研究は進んでいるが、合成材料については、生体内で新生血管を誘導したり、免疫に働きかけるといった生理活性能を顕著に示す研究の報告例は、ほとんど見受けられない。生物由来の材料については、現在、人羊膜由来のコラーゲンシートが総合的に優位であることが示唆されており、この細胞培養シートは、既に角膜細胞を培養する足場として医科大などにおいて臨床応用が進められているが、製造コストが極めて高くつく。
生体内で薬物を効かすためには、薬物をその必要とする部位に適切に作用させなければならない。しかし、ほとんどの薬物は部位選択性がなく、その薬理作用を発現させるために必要以上の投与が行われ、これにより様々な副作用が生じている。そこで、薬物を必要な部位へ、必要な濃度で、必要な時期にだけ働かせることが求められる。これがDDSの考えである。現在、DDSに用いる薬物担体としては、前述のポリグルコール酸、ポリ乳酸、あるいはポリグルコール酸とポリ乳酸の共重合体を材料にした合成品のほか、生物由来の材料として大豆由来のレシチンをナノ粒子レベルまで加工し、リボソーム化したものなどが人への臨床応用を目指して動物試験に用いられている。本発明のキチン・キトサン含有多糖体を脱タンパク処理し、ナノレベルへ微細に破砕することにより、生体内に導入し易くすることが可能となる。キチン・キトサンの基本構造は化学修飾性に富むアミノ基と水酸基を有することから、目的の薬物を当該キチン・キトサン含有多糖体内に包含させることにより、生体内では予め設計した時期に薬物を徐放させることで、目的の部位で必要とされる効果を得ることが期待できる。このDDSに用いる薬物担体への応用は、本発明のキチン・キトサン含有多糖体の特長である優れた生体適合性、生体内消化性を生かしたものである。
脱塩水3,000ml、D-グルコース60g(2%)、ポリペプトン15g(0.5%)、イーストエキストラクト9g(0.3%)、マルトエキス5g(0.0167%)からなる培地をpH5.6に調製した後、5L容量のジャーファメンターに入れ、121℃で15分間オートクレーブ処理後に28℃まで冷却した。これを本培養液(培地)として用いる。なお、各栄養成分の配合比率は適宜変更して用いても良い。
脱塩水200ml、D-グルコース2%、ポリペプトン0.5%、イーストエキストラクト0.3%、マルトエキス0.016%、粉末寒天2%からなる培地をpH5.6に調製した後、121℃で15分間オートクレーブ処理した。そして、クリーンベンチにて前もって滅菌済みのペトリ皿10枚に各々15ml分注し、28℃まで冷却した。これを本培地として用いる。
実施例1のとおりに培地を調製し、滅菌済み液体培地を試験管5本に各々7ml分注し、冷却後ジオトリカム フラグランス(Geotrichum fragrans)CBS164.32菌株をクリーンベンチにて1白金耳植菌し、振盪培養機で温度30℃、振盪速度140rpm、好気的条件で24時間振盪培養した。この前培養菌液の中から最も生育の良い菌体液10mlを、実施例1のとおりに調製したジャーファメンターの本培養液(培地)に植菌して培養を開始した。なお、前培養菌液の植菌量は、1ml以上であればよい。培養条件は次のとおりで各設定値を任意に設定して組み合わせ、計3回実施した。通気量は0.3vvmから1.5vvmで、培養液温度は24℃から32℃の範囲で、回転翼は100rpm〜400rpmで攪拌し、培養した。
5,000ml容量のフラスコに脱塩水1,000ml、ポリペプトン5gを容れ、オートクレーブにて滅菌した後50℃に冷却し、これにアスペルギウス・オリゼーで40時間醗酵処理した米麹200gを加え、50℃の恒温機で20時間加水分解した。これを培地として28℃に冷却した後、試験管にて24時間前培養したジオトリカム フラグランス(Geotrichum fragrans)CBS127.76菌株を1ml植菌し、振盪培養機にて好気的条件で振盪速度100rpm〜140rpm、温度27℃〜31℃の範囲で30時間振盪培養した。
成分を確認するため培養シートは、水洗したのち、1〜3Mの水酸化ナトリウムもしくは炭酸ナトリウム水溶液中に1〜10w/v%となるように加え、100〜121℃で60〜300分間加熱した。冷却後、脱塩水で十分に洗浄し中和した。これを乾燥させて赤外吸収スペクトル法(FT−IR法)により分析した結果、アセチル化度約45%のキチン・キトサンが含まれていることが確認できた(図7参照)。
クリーンベンチにて、フランスの菌体販売会社ETS Andre COQUARDより取り寄せた商品名SIGMA-54のジオトリカム カンジダム菌株を、実施例1のとおりに調製した滅菌冷却済み液体培地7mlがそれぞれ入った試験管5本に1白金耳づつ植菌し、振盪培養機で温度30℃、振盪速度140rpm、好気的条件で24時間振盪培養した。この前培養菌液の中から最も生育の良い菌体液10mlを、実施例1のとおりに調製したジャーファメンターの本培養液に植菌して培養を開始した。なお、前培養菌液の植菌量は、1ml以上であればよい。培養条件は次のとおりで各設定値を任意に設定して組み合わせ、計3回実施した。通気量は0.3vvmから1.5vvmで、培養液温度は24℃から32℃の範囲で、回転翼は100rpm〜400rpmで攪拌し、培養した。
海老・蟹由来のキチン・キトサンは、そのままでは水に溶解、もしくは分散させることが不可能である。化粧品として利用するには特殊な溶媒に溶かせるなどの複雑な処理が必要であり、さらに肌に対して毒性を有しないようにする処理も必要とされる。キチンは、一般的にジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等と塩化リチウムとを組み合わせた溶媒に、また、キトサンは、リンゴ酸や酢酸などの有機酸、あるいは無機酸などの酸性溶媒に溶解させなければならない。このような溶媒に溶かした海老・蟹由来のキチン・キトサンは、そのままでは化粧品として用いることが困難であった。化粧品として用いるには、より温和な溶剤で溶かさなければない。そのため、キチンはカルボキシメチルキチンとしたものを水溶液として、また、キトサンは、プロピレンオキサイドにより合成されたヒドロキシプロピルエーテルの水溶液として用いられている等の例がある。しかし、いずれも極めて濃度の薄い性状に調製しなければ化粧品として用いることはできない。
医療用の創傷保護被覆材としては、現在、海老・蟹由来のキチン質(ポリ‐N‐アセチルグルコサミン)を素材に、不織布に加工した製品が臨床の場で使用されている。しかしこの不織布の製造工程は極めて複雑であり、前段階の繊維の製造には特殊な溶媒を用いて紡錘加工しなければならない。ゆえに製造コストが高くつく。また、紡錘加工した繊維を不織布にするには特殊な接着剤を必要とし、このことで生体親和性が若干損なわれるなど、解決すべき課題として顕在化している。
再生医療分野で用いられる、細胞培養シートの製造法について述べる。細胞培養シートに求められる生物学的物性は、病原性、抗原性のないことが最も重要である。本発明のジオトリカム属から得られる多重積層構造を有した繊維状のキチン・キトサン含有多糖体の特長を生かした細胞培養シートの製造方法を見出した。すなわち多重積層構造を有した繊維状のキチン・キトサン含有多糖体をアルカリ熱水処理、更に必要に応じてプロテアーゼ処理するなどにより、病原性、抗原性の主な原因であるタンパク質や核酸などの物質を溶出、除去し、更にアセチル化を進める化学処理によってキチン成分を高め、生体適合性、生体内消化性に優れた細胞培養シートを得る方法である。以下に、CBS127.76株を用いた製造法を詳細に記述する。
次に、本発明のキチン・キトサン含有多糖体シートが、医療用の創傷保護被覆材として適合する特性・機能を備えているか否かの検証を、財団法人先端医療振興財団の協力を得て行った。実験に用いたマウスは、近交系C57BL/6 Cr Slcの生後7週目の雄(体重21g〜23g)3匹で、SPFの条件下で飼育管理したものである。材料としては、実施例7・8記載の方法と同様の方法で調製したキチン・キトサン含有多糖体シート(以下、「本発明シート」という)を8mm四方の大きさで重量を18ミリグラムの断片に裁断して使用した。対照として、市販の海老・かに由来の医療材料、キチン創傷保護材(以下、「市販シート」という)を同様の大きさ、重量に裁断し、使用した。
Claims (16)
- (1)ジオトリカム属菌を液体培地で培養増殖させる工程、
(2)得られた菌糸体を培養液から分離後、滅菌処理する工程、
(3)得られた繊維状の菌糸体から細胞質成分を脱離させ、菌糸体の細胞壁からなる多糖体含有物を得る工程、
(4)得られた菌糸体の細胞壁からなる多糖体含有物をアセチル化処理する工程
を含むことを特徴とする、キチン・キトサンを含む多重積層構造の多糖体含有物を製造する方法。 - 多糖体含有物が、キチン成分を高めた多糖体含有物である、請求項1記載の製造方法。
- ジオトリカム アミラリエ(Geotrichum armillariae),ジオトリカム キャピタタム(Geotrichum capitatum),ジオトリカム リンキ(Geotrichum linkii),ジオトリカム セリシュウム(Geotrichum sericeum),ジオトリカム シトリ‐アウランティ(Geotrichum citri-aurantii),ジオトリカム カンディダム(Geotrichum candidum),ジオトリカム プルモニュウム(Geotrichum pulmoneum),ジオトリカム クレバタム(Geotrichum clavatum),ジオトリカム エリエンス(Geotrichum eriense),ジオトリカム ファメンタンス(Geotrichum fermentans),ジオトリカム フラグランス(Geotrichum fragrans)およびジオトリカム クレバニィ(Geotrichum klebahnii)種から選ばれる1又は複数のジオトリカム属菌を用いることを特徴とする、請求項1記載の製造方法。
- ジオトリカム フラグランス(Geotrichum fragrans)種のジオトリカム属菌を用いることを特徴とする、請求項3に記載の製造方法。
- ジオトリカム フラグランス(Geotrichum fragrans)CBS127.76菌株を用いることを特徴とする、請求項4に記載の製造方法。
- ジオトリカム フラグランス(Geotrichum fragrans)CBS164.32菌株を用いることを特徴とする、請求項4に記載の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法によりキチン・キトサンを含む多重積層構造の多糖体含有物を製造する工程、及び
該多糖体含有物を原材料に使用して食品を製造する工程
を含む、食品の製造方法。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法によりキチン・キトサンを含む多重積層構造の多糖体含有物を製造する工程、及び
該多糖体含有物を原材料に使用して化粧品を製造する工程
を含む、化粧品の製造方法。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法によりキチン・キトサンを含む多重積層構造の多糖体含有物を製造する工程、及び
該多糖体含有物を材料に使用して、医療用の創傷保護被覆材を製造する工程
を含む、医療用の創傷保護被覆材の製造方法。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法によりキチン・キトサンを含む多重積層構造の多糖体含有物を製造する工程、及び
該多糖体含有物を材料に使用して、細胞培養シートを製造する工程
を含む、細胞培養シートの製造方法。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法により製造された多重積層構造の多糖体含有物を含む、食用組成物。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法により製造された多重積層構造の多糖体含有物を含む、化粧用組成物。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法により製造された多重積層構造の多糖体含有物を材料に使用して製造された、医療用の創傷保護被覆材。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法により製造された多重積層構造の多糖体含有物を材料に使用して製造された、細胞培養シート。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法により製造された多重積層構造の多糖体含有物を材料に使用して製造された、DDS(ドラッグ・デリバリー・システム)に用いる薬物担体。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法によりキチン・キトサンを含む多重積層構造の多糖体含有物を製造する工程、及び
該多糖体含有物を材料に使用して、DDS(ドラッグ・デリバリー・システム)に用いる薬物担体を製造する工程
を含む、DDSに用いる薬物担体の製造方法。
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