JP5397726B2 - カーボンナノホーンをキャリアとする抗菌剤徐放化製剤 - Google Patents

Description

本発明は、カーボンナノホーンをキャリアとする抗菌剤徐放化製剤に関するものである。

また、抗菌剤を含有する製剤として、無機系抗菌剤を吸着剤に吸着したものが提案されている（例えば、特許文献１、参照）。特許文献１に記載された抗菌製品は、吸着剤として、活性炭、木炭、カーボンナノチューブ等の炭素系、シリカゲルなどが例示されている。しかしながら、カーボンナノチューブは口径が１．４ｎｍ程度と小さく、その中に有機系の抗菌剤を包含させるには、容易ではない。

更に、特許文献２には、特許文献１と同様な製品に関するものであるが、吸着剤として、カーボンナノホーンを用いることが開示されている。しかしながら、特許文献２には、被吸着物質の開示はない。

また、特許文献３には、カーボンナノホーンにデキソメタゾンやシスプラチン等の抗癌剤などのステロイド系ホルモンを含有させることが開示されているが抗菌剤ではない。

特開２００３−４０７１８号公報 特開２００６−００７２１７号公報 特開２００５−３４３８８５号公報

まず、抗菌剤の製剤の徐放化の必要性について、抗生剤の一つである塩酸バンコマイシンを例にとって説明する。塩酸バンコマイシンは細菌感染症起因菌として重大な問題となっているメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（ＭＲＳＡ）の治療薬として広く用いられているが、副作用として腎毒性を有し、至適血中濃度と毒性発現濃度が近接しているため血中濃度の測定のもと厳密な投与量・間隔の調整が必要である。

また、抗生剤一般の性質として、手術部位・感染部位への局所投与では薬剤濃度が維持できず急激に減少するためほとんど効果がない。

これらの欠点を解決する手段として、薬剤を徐放化する方法が知られており、塩酸バンコマイシンの徐放化製剤としてｐｏｌｙ（ｌａｃｔｉｄｅ−ｃｏ−ｇｌｙｃｏｌｉｄｅ）（ＰＬＧＡ）のｍｉｃｒｏｐａｒｔｉｃｌｅをキャリアとした製剤の報告があるが、この製剤では含有する塩酸バンコマイシンの約９０％が２４時間以内に放出されてしまい、長時間の至適濃度の維持はできない。

前述したように、塩酸バンコマイシンの場合、ｐｏｌｙ（ｌａｃｔｉｄｅ−ｃｏ−ｇｌｙｃｏｌｉｄｅ）（ＰＬＧＡ）のｍｉｃｒｏｐａｒｔｉｃｌｅをキャリアとした徐放化製剤技術では１日１回の投与が必要となり、塩酸バンコマイシン単独投与と比べてメリットが少ない。

また、徐放が長時間継続する製剤を開発する事で１回の投与で長時間の抗菌作用維持が可能となり、投与間隔延長や、手術部位への局所使用のように投与機会が１度しかない局面での抗菌効果の長期維持に有用となる。

そこで、本発明の技術的課題は、カーボンナノホーンをキャリアとすることによって、徐放化が図られた抗菌剤を包含する抗菌剤徐放化製剤を提供することにある。

本発明によれば、抗菌剤を内包したカーボンナノホーンをキャリアとして有し、前記カーボンナノホーンは過酸化水素処理にて形成された開孔部を有し、前記抗菌剤は、抗生剤としての塩酸バンコマイシン（ＶＣＭ）及び殺菌剤としてのヨウ素の内のいずれか一種を含み、前記抗菌剤内包カーボンナノホーンは、生体への１回の投与で、少なくとも２００時間以上１５００時間内で、前記抗菌剤の有効量を放出する徐放速度を有するように製剤されていることを特徴とする抗菌剤徐放化製剤が得られる。

ここで、本発明において、殺菌剤としては、ヨウ素を例示することができ、また、抗菌剤としては、塩酸バンコマイシンなどの抗生剤などを例示することができる。前記抗菌剤として、塩酸バンコマイシン（ＶＣＭ）及びヨウ素の内のいずれか一種を用いる場合、前記抗菌剤内包カーボンナノホーンは、生体内環境において、１回の投与で、少なくとも２００時間以上１５００時間以内で、前記抗菌剤の医療用に適切な量を放出する徐放速度を有するように製剤されていることが好ましい。

また、本発明によれば、前記抗菌剤徐放化製剤において、前記カーボンナノホーンの側壁、先端、あるいは、開孔部縁は、内包薬剤の放出速度を制御するための化学修飾が施されていることを特徴とする抗菌剤徐放化製剤が得られる。

また、本発明によれば、前記抗菌剤徐放化製剤において、カーボンナノホーンの側壁、先端、あるいは、開孔部縁には、疎水性である当該カーボンナノホーンの親水性を高めるための化学修飾または細網内皮系の貪食作用を回避するための化学修飾が施されていることを特徴とする抗菌剤徐放化製剤が得られる。

また、本発明によれば、前記抗菌剤徐放化製剤において、前記カーボンナノホーンの側壁、先端、あるいは、開孔部縁に、前記患部に選択的に到達するように患部に特異的に発現している抗体等に選択的に付着する分子が付加されていることを特徴とする抗菌剤徐放化製剤が得られる。

また、本発明によれば、前記いずれか一つの抗菌剤徐放化製剤において、前記カーボンナノホーンまたは化学修飾カーボンナノホーンに機能性物質を物理吸着させたことを特徴とする抗菌剤徐放化製剤が得られる。

また、本発明によれば、前記抗菌剤徐放化製剤において、前記機能性物質の機能は、内包抗菌剤の徐放制御、抗菌作用、薬剤、親水性分子、標的分子などであることを特徴とする抗菌剤徐放化製剤が得られる。

また、本発明によれば、前記いずれか一つの抗菌剤徐放化製剤において、前記抗菌剤内包カーボンナノホーンを、皮膚疾患治療用として用いることを特徴とする抗菌剤徐放化製剤が得られる。

また、本発明によれば、前記抗菌剤内包カーボンナノホーンを皮膚などに塗布しやすくなるような機能を備えた物質と混合して用いることを特徴とする抗菌剤徐放化製剤が得られる。

また、本発明によれば、前記いずれか一つに記載の抗菌剤徐放化製剤において、前記抗菌剤内包カーボンナノホーンを、皮膚疾患治療用として体内投与して用いることを特徴とする抗菌剤徐放化製剤が得られる。

また、本発明によれば、キャリアとしてカーボンナノホーンを過酸化水素処理によって開孔処理し、抗菌剤を内包させるとともに、前記抗菌剤は、抗生剤としての塩酸バンコマイシン（ＶＣＭ）および殺菌剤としてのヨウ素の内の何れか一種であり、前記抗菌剤内包カーボンナノホーンは、生体への１回の投与で、少なくとも２００時間以上１５００時間内で、前記抗菌剤の有効量を放出する徐放速度を有するように製剤することを特徴とする抗菌剤徐放化製剤の製造方法が得られる。

本発明によれば、カーボンナノホーンをキャリアとすることによって、徐放化が図られた抗菌剤を包含する抗菌剤徐放化製剤を提供することが出来る。

本発明をより詳しく説明する。

本発明において、カーボンナノホーン（ＣＮＨ）はグラファイトシートが円筒状に丸まり、端が円錐状の形態をした単層カーボンナノチューブがほぼ放射状に並んで直径８０〜１００ｎｍ球形集合体を形成したものである。

ＣＮＨはチューブ壁に孔を開けることが可能であり、開孔制御、化学修飾によりチューブへの薬剤の内包・放出をコントロールすることができ、薬剤の徐放化製剤のキャリアとしての有用性が報告されている。

本発明では、薬剤キャリアとしてＣＮＨを用いることで、より優れた塩酸バンコマイシンなどの抗菌剤の徐放化製剤を設計したものである。

本発明の抗菌剤所放化製剤は、抗菌剤を内包したカーボンナノホーンをキャリアとして有する。

ここで、カーボンナノホーンは、過酸化水素等の開孔処理によって設けられた開孔部を有する開孔カーボンナノホーンであることが好ましい。

また、前記抗菌剤として、無機系抗菌剤やさらに合成系有機物抗菌剤、各種天然物系抗菌剤なども含むことができる。

無機系抗菌剤としては、銀や銀系抗菌剤のほかにマンガン(Ｍｎ^２＋)、鉄（Ｆｅ^３＋）、コバルト（Ｃｏ^２＋）、ニッケル（Ｎｉ^２＋）、銅（Ｃｕ^２＋）等の金属イオンなどを含む酸化物又は水酸化物等の化合物が好ましい。

また、合成系有機物抗菌剤としては、２−（４−チアゾリル）ベンズイミダゾールなどイミダゾール誘導体、シクロフルアニドなどＮ−ハロアルキルチオ系化合物、１０、１０’−オキシビスフェノキサアルシンなどフェニルエーテル誘導体、セシルジメチルエチルアンモニウムブロミドなど第４級アンモニウム塩および２、３、５、６テトラコロル−４−（メチルスルホニル）ピリジンなどスルホン誘導体、アミド類、トリアジン誘導体、トリアゾール誘導体、メチロール基含有化合物、活性ハロゲン含有化合物、活性化されたＮ−Ｓ結合含有化合物、イソチアゾロン系、有機ヨウ素系、ベンズイソチアゾロン系、およびピリチオン系等が挙げられるが、これに限定されるものではない。

また、前記抗菌剤は、殺菌剤及び抗生剤の内の少なくとも一種を含み、殺菌剤としては、ヨウ素、抗生剤としては、塩酸バンコマイシンなどが例示できるが、これらに限定されるものではない。

また、本発明の抗菌剤徐放化製剤において、前記カーボンナノホーンの側壁、先端、あるいは、開孔部縁は、内包薬剤の放出速度を制御するための化学修飾が施されていることが好ましい。

また、本発明の前記抗菌剤徐放化製剤において、前記カーボンナノホーンの側壁、先端、あるいは、開孔部縁は、疎水性である当該カーボンナノホーンの親水性を高めるための化学修飾または細網内皮系の貪食作用を回避するための化学修飾が施されているが施されていることが好ましい。親水性は、例えば、スパッタ等によって酸素原子を化学修飾させることで得られるが、これらに限定されるものではないことは勿論である。

また、本発明の前記抗菌剤徐放化製剤において、前記カーボンナノホーンの側壁、先端、あるいは、開孔部縁に、前記患部に選択的に到達するように患部に特異的に発現している抗体等に選択的に付着する分子が付加されていることが好ましい。

また、本発明の前記抗菌剤徐放化製剤において、前記カーボンナノホーンまたは化学修飾カーボンナノホーンに機能性物質を物理吸着させることが好ましい。

この機能物質は、内包抗菌剤の徐放制御、抗菌作用、薬剤、親水性分子、標的分子などを有する。親水性分子としては、酸素含有分子を用いることができる。

また、本発明の前記抗菌剤徐放化製剤は、前記抗菌剤内包カーボンナノホーンを、皮膚疾患治療用として用いる。この抗菌剤徐放化製剤としては、前記抗菌剤内包カーボンナノホーンを皮膚などに塗布しやすくなるような機能を備えた物質と混合して用いることが好ましい。

また、本発明の前記抗菌剤徐放化製剤において、前記抗菌剤内包カーボンナノホーンを、皮膚疾患治療用として体内投与して用いることが好ましい。

以下に本発明の実施例を説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではないことは勿論である。

本発明の実施例１では、塩酸バンコマイシン（ＶＣＭ）内包カーボンナノホーンについて説明する。

ＶＣＭ約１８ｍｇを水１００ｃｃに溶解させ、その中に開孔単層カーボンナノホーン（ＳＷＮＨｏｘ）約２５ｍｇを分散させる。分散液を大気圧窒素気流中に１週間放置したところ、ＶＣＭ内包ＳＷＮＨｏｘ（以下、ＶＣＭ＠ＳＷＮＨｏｘと表わす）の黒色粉末を得ることができた。Ｈｅ中での熱重量分析により、内包されたＶＣＭは約３０〜４０％（０．４〜０．７ｇ／ｇ）であった。収率は９５％程度であった。

ＶＣＭ＠ＳＷＮＨｏｘ１．８５ｍｇを緩衝液４ｍｌに分散させ、一定時間経過後、１０，０００ｒｐｍで５分間遠心分離して上澄み液を回収し、さらに、孔サイズ２００ｎｍのメンブレンを用いてろ過した。ろ液の紫外可視吸収スペクトルを測定し、〜２８０ｎｍのピークの強度からＶＣＭの濃度を見積もった。遠心分離管の底に残ったＶＣＭ＠ＳＷＮＨｏｘを再び４ｍｌの緩衝液に分散させて、実験をくりかえした。その結果を図１に示す。

図１は、ＶＣＭ＠ＳＷＮＨｏｘから緩衝液中へのＶＣＭ放出量を示す図であり、図の数字はデータポイントの測定順を示している。

図１から、ナノホーンからのＶＣＭ放出は特殊であり、緩衝液にはじめて浸漬したときに現れたＶＣＭ初期バースト放出（図１の点１と２）以外は、ＶＣＭ放出量は低かった。しかも、緩衝液浸漬１５分以内に、ＶＣＭの放出と取り込みが平衡に達し、見かけ上放出がとまった。これは、生体内で放出したＶＣＭが周辺にあるときには、過剰放出しないことを示唆し、これまでにない、薬剤放出パターンである。なお、初期バーストは、ＳＷＮＨｏｘ外壁に付着したＶＣＭの溶け出しが原因である。

上記放出特性は、臨床において、過剰投与を防ぐ好ましい特徴であると思われ、１回の本製剤の投与で少なくとも２００時間以上に渡り薬剤の濃度を一定に保つ事が可能となる。血中に投与する際は抗菌効果の長期間に渡る維持が可能となり、通常１日に１〜４回の投与が必要な薬剤の投与間隔を大幅に延長する事が可能となる。また手術・処置の際にＭＲＳＡ感染の可能性がある部位に局所投与することで長期間に渡る抗菌効果が可能となる。

また塩酸バンコマイシンは、腸管で吸収されないため内服薬として骨髄移植の前処置の際の消化管内殺菌や一部の細菌感染症の治療に用いられているが（１日４回の内服が必要）、本製剤を使用する事により投与間隔を延長し、かつ持続的な抗菌力の維持が可能となる。

（抗バクテリア試験）
大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ：ＪＭ１０１）抗菌性試験に用いた。最初に、トリプトン（ＤＩＦＣＯ研究所）、酵母エキス（ＤＩＦＣＯ研究所）、ＮａＣｌ，寒天（ＢＤ），及び水を２：１：２：３：２００の重量比率で混ぜて、ＬＢ寒天固体培養培地を作製した。この培地を１．５時間高圧滅菌して、それから５０℃まで冷却された時に、培養皿（１００ｍｍ）に移動した。大腸菌は、ＬＢ液体培地に接種されて、３７℃で一夜で培養された。細菌の溶液のほんの一部分は、個々のＬＢプレートに接種されて、寒天表面に広がり、それから、後の使用のために４℃で蓄えた。

ＶＣＭを内包したＳＷＮＨｏｘ（ＶＣＭ＠ＳＷＮＨｏｘで示す）の活性を調査するために、約３ｍｇサンプル（約１．２ｍｇＶＣＭ包含）を、図２に示すようにバクテリアを接種する寒天表面に置いた。比較のために、１．２ｍｇＶＣＭおよび１．８ｍｇＳＷＮＨｏｘを同じ皿に入れた。その皿は、一晩中３７℃で培養された。

図２はＶＣＭ，ＳＷＮＨｏｘ、ＶＣＭ＠ＳＷＮＨｏｘを使用した大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）実験結果を示している。固体培地の白色は大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ．）が存在することを示している。挿入物から、バクテリアがＶＣＭ（図２上図）及びＶＣＭ＠ＳＷＮＨｏｘ（図２左下図）付近で殺菌されているのに対して、ＳＷＮＨｏｘはバクテリアに対して殺菌効果がない（非中毒性）である（図２右下図）ことが分かる。

図２から、ＶＣＭ及びＶＣＭ＠ＳＷＮＨｏｘ試料の周囲に、バクテリアが存在しないことによる抑制リングがあることが分かった。これは、ＶＣＭ＠ＳＷＮＨｏｘがバクテリアの増殖の抑制効果を有することを示している。しかしながら、ＳＷＮＨｏｘはそれ自身は抗生作用を有してはいない。

本発明の実施例２では、ナノホーンを用いたヨウ素吸着剤について説明する。

１．＜ナノホーンのヨウ素吸着能について＞
カーボンナノホーン（ＣＮＨ）を過酸化水素（１００℃、３時間加熱）処理にて開孔した。開孔カーボンナノホーン（ＣＮＨｏｘ）（５２ｍｇ）をヨウ素粒（０．５ｇ）とともに密閉ガラス容器中にいれ、放置し、ヨウ素ガスをＣＮＨｏｘに吸着させた（Ｉ_２／ＣＮＨｏｘ）。ヨウ素吸着によるＣＮＨｏｘの重量増加を調べた結果を図３に示す。図３はＣＮＨｏｘに吸着されたヨウ素量の時間依存性を示している。図４は、Ｉ_２／ＣＮＨｏｘのラマンスペクトルを示している。ＣＮＨｏｘに内包されたヨウ素はＩ^５−やＩ^３−となっていることがわかった。ＣＮＨｏｘのＧバンドは通常のＣＮＨｏｘ１５９２ｃｍ^−１より約８ｃｍ^−１ブルーシフトしていた。これより、ＣＮＨｏｘからヨウ素に電子移動したことが明らかである。

２．＜Ｉ_２／ＣＮＨｏｘからのヨウ素放出＞
Ｉ_２／ＣＮＨｏｘからのＩ_２の放出は、取り込み速度よりもよりゆっくり進行した。Ｉ_２／ＮＨｏｘは、室温で空気にさらされた。Ｉ_２／ＣＮＨｏｘからのヨウ素放出に伴うＩ_２／ＮＨｏｘの重量減少を図５に示す。図５に示すように、Ｉ_２／ＣＮＨｏｘの初期の重量は、１８０．５ｍｇ（１２８．５ｍｇのＩ_２と５２ｍｇのＣＮＨｏｘ）であった。それは、５２日間のＩ_２がＣＮＨｏｘに包含された結果である。Ｉ_２／ＣＮＨｏｘを６４日間空気にさらした後に、その重量は１２０．６ｍｇに減少しただけで、まだ、５９．９ｍｇのＩ２がＣＮＨｏｘ中に残存していた。吸着量半減期は約２０００時間（約８３日）であった。

３．＜放出ヨウ素の抗菌作用＞
Ｉ_２／ＮＨｏｘの抗菌性の効果を、大腸菌（ｃｏｌｏｎ ｂａｃｉｌｌｉ）において研究した。ＣＮＨｏｘにＩ_２を２６日間吸着後、ＣＮＨｏｘに含まれているＩ_２の重量比率は２：１であった。０．１５ｍｇのＩ_２／ＣＮＨｏｘは、その上に大腸菌が増殖した培養皿上に置かれた。対比のために、２０μｌの水および２０μｌのペニシリンが、同じ培養皿に滴下された。図６に示すように、１日の定温培養の後に、ペニシリンとＩ_２／ＣＮＨｏｘは、大腸菌への成長抑制効果があることが判明した。

以上の説明の通り、本発明においては、カーボンナノホーンをキャリアとすることで抗菌剤を徐放化する製剤に適用される。

本発明の実施例1によるＶＣＭ＠ＳＷＮＨｏｘから緩衝液中へのＶＣＭ放出量を示す図で、図中の数字はデータポイントの測定順を示している。 ＶＣＭ，ＳＷＮＨｏｘ、ＶＣＭ＠ＳＷＮＨｏｘを使用した大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）実験結果を示す写真である。 本発明の実施例２によるＣＮＨｏｘに吸着されたヨウ素量の時間依存性を示している。 本発明の実施例２によるＩ_２／ＣＮＨｏｘのラマンスペクトルを示す図である。 本発明の実施例２によるＩ_２／ＣＮＨｏｘからのヨウ素放出に伴うＩ_２／ＮＨｏｘの重量減少を示す図である。 １日の定温培養の後のペニシリンとＩ_２／ＣＮＨｏｘの大腸菌への成長抑制効果を示す写真である。

Claims (10)

1. 抗菌剤を内包したカーボンナノホーンをキャリアとして有し、前記カーボンナノホーンは過酸化水素処理にて形成された開孔部を有し、前記抗菌剤は、抗生剤としての塩酸バンコマイシン（ＶＣＭ）及び殺菌剤としてのヨウ素の内のいずれか一種を含み、前記抗菌剤内包カーボンナノホーンは、生体への１回の投与で、少なくとも２００時間以上１５００時間内で、前記抗菌剤の有効量を放出する徐放速度を有するように製剤されていることを特徴とする抗菌剤徐放化製剤。
2. 請求項１に記載の抗菌剤徐放化製剤において、前記カーボンナノホーンの側壁、先端、あるいは、開孔部縁には、内包薬剤の放出速度を制御するための化学修飾が施されていることを特徴とする抗菌剤徐放化製剤。
3. 請求項１又は２に記載の抗菌剤徐放化製剤において、前記カーボンナノホーンの側壁、先端、あるいは、開孔部縁には、疎水性である当該カーボンナノホーンの親水性を高めるための化学修飾または細網内皮系の貪食作用を回避するための化学修飾が施されていることを特徴とする抗菌剤徐放化製剤。
4. 請求項１乃至３の内のいずれか一項に記載の抗菌剤徐放化製剤において、前記カーボンナノホーンの側壁、先端、あるいは、開孔部縁に、前記患部に選択的に到達するように患部に特異的に発現している抗体等に選択的に付着する分子が付加されていることを特徴とする抗菌剤徐放化製剤。
5. 請求項１乃至４の内のいずれか一項に記載された抗菌剤徐放化製剤において、前記カーボンナノホーンまたは化学修飾カーボンナノホーンに機能性物質を物理吸着させたことを特徴とする抗菌剤徐放化製剤。
6. 請求項５に記載の抗菌剤徐放化製剤において、前記機能性物質の機能は、内包抗菌剤の徐放制御、抗菌作用、薬剤、親水性分子、または標的分子などであることを特徴とする抗菌剤徐放化製剤。
7. 請求項１乃至６の内のいずれか一項に記載の抗菌剤徐放化製剤において、前記抗菌剤内包カーボンナノホーンは、皮膚疾患治療用であることを特徴とする抗菌剤徐放化製剤。
8. 請求項１乃至７の内のいずれか一項に記載の抗菌剤徐放化製剤において、前記抗菌剤内包カーボンナノホーンと、皮膚などに塗布しやすくなるような機能を備えた物質とを混合した混合物よりなることを特徴とする抗菌剤徐放化製剤。
9. 請求項１乃至８の内のいずれか一項に記載の抗菌剤徐放化製剤において、前記抗菌剤内包カーボンナノホーンは、皮膚疾患治療用として体内投与用であることを特徴とする抗菌剤徐放化製剤。
10. キャリアとしてカーボンナノホーンを過酸化水素処理によって開孔処理し、抗菌剤を内包させるとともに、前記抗菌剤は、抗生剤としての塩酸バンコマイシン（ＶＣＭ）および殺菌剤としてのヨウ素の内の何れか一種であり、前記抗菌剤内包カーボンナノホーンは、生体への１回の投与で、少なくとも２００時間以上１５００時間内で、前記抗菌剤の有効量を放出する徐放速度を有するように製剤することを特徴とする抗菌剤徐放化製剤の製造方法。

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