JP6040497B2

JP6040497B2 - 無機粒子状物質の製造方法

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Publication number: JP6040497B2
Application number: JP2014509629A
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Inventors: マリオマイオ; オイゲニアブライニンガー; ペレスカリンカブレラ; ウルリッヒラング; ベンヤミンペーテルズ; トーマスプッヘルト; クリストフザール; ミハエルシュルツ
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Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2016-12-07
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Description

本発明は、無機粒子状物質の製造方法、該方法により得られる前記物質、前記物質を含む、制御放出送達システム、及び、生体活性物質を投与するための前記物質の使用に関する。

ここ数年、生物医学分野において無機材料は大きな関心を引いている。従来より、薬物の摂取には２つの主要な経路が用いられる。即ち、経口投与と注入である。従来の治療薬は、摂取時に血漿中の薬物濃度が上昇した後に低下し、更に血漿濃度と時間の関係が正弦挙動を示す方向に進む特徴を有する。
無機材料、特にバイオセラミックスは多孔質なので、例えば、イブプロフェン又はニモジピン等の化学合成物質だけでなく、例えば、成長因子又はタンパク質を放出する生物由来物質をはじめとする薬物の送達に使用することができる。特に、シリカ系の規則性を有するメソ多孔質体は、薬物を閉じ込めることができるバイオセラミックスのリザーバーという可能性を有する候補である。
これらの材料は、比表面積が大きく、規則性のある多孔性を有し、孔径分布が狭いことを特徴とする。更に、これらのメソ多孔性材料は、広範な薬物の制御送達システムとしての実現可能性及び骨組織の再生促進の可能性を示すことから、組織工学ナノテクノロジーの分野で使用できる優れた候補と報告されている。

無機材料は、その孔径により、ミクロ多孔、メソ多孔又はマクロ多孔に分類することができる。本願の定義において、ミクロ多孔性材料は孔径が２nm未満、メソ多孔性材料は孔径が２〜100nm、マクロ多孔性材料は孔径が100nmより大きいものと解される。
近年、規則性のある多孔体については、薬物送達システムとしての使用が数多く研究されている。これらの材料のなかでも、メソ多孔質シリカは特定の関心の的となっている。
薬物送達システム製剤にメソ多孔質シリカを使用する際の主要なアプローチ方法の１つは、難水溶性又は非水溶性の有効医薬成分の溶出速度を上昇させることである。通常、難水溶性又は非水溶性の有効医薬成分は、消化液での溶解性が悪いため、生物学的利用能（バイオアベイラビィティー）が非常に低く、吸収が不完全となる。薬物送達システムにメソ多孔質シリカを使用する理論的根拠となるのは、難水溶性又は非水溶性の有効医薬成分の溶出速度を上げること、それによって医薬成分のバイオアベイラビィティーを向上させることである。
規則性のあるメソ多孔質材料体は広範に研究されてきた。例えば、MCM-41（Mobil Composition of Matter 41）及びSBA-15（サンタバーバラ型アモルファス材料No. 15）が挙げられる。SBA-15は、Zhao等により最初に報告されたが、これは、両親媒性ブロック共重合体の六角配置を基にテンプレート法によりできたものである（D.Y. Zhao et al.: Triblock copolymer syntheses of mesoporous silica with periodic 50 to 300 angstrom pores, Science 279 (1998) 548-552）。MCM-41は、長鎖アルキルアンモニウム界面活性剤分子のテンプレートアクション（template action）により得られる（J.S. Beck et al.: A new family of mesoporous molecular sieves prepared with liquid-crystal templates, J. Am. Chem. Soc. 114 (1992) 10834-10843）。一般に、MCM-41の場合は細孔の径が２〜６nmであり、SBA-15の場合は４〜13nmである。SBA-15は、メソ多孔質系の輪郭が明確であることに加え、ミクロ孔（孔径＜２nm）からなる補完的な細孔系を有する。このミクロ孔は、隣接するメソ孔間の壁の中に存在し、壁を貫通せず、一端が閉じた細孔を構成する（J.S. Beck et al.: A new family of mesoporous molecular sieves prepared with liquid-crystal templates, J. Am. Chem. Soc. 114 (1992) 10834-10843)。

Vallet-Regi等の報告は、これらの材料の薬物放出特性を最初に探求したものの１つで、MCM-41を担体として使い、イブプロフェンの遅延放出を試みた（M. Vallet-Regi et al.: A new property of MCM-41: drug delivery system, Chem. Mater. 13 (2001) 308-311）。メソ多孔質シリカ担体からの薬物の放出動態は、材料のいくつかの特性に依存する。その材料特性としては、孔径（P. Horcajada et al.: Influence of pore size of MCM-41 matrices on drug delivery rate, Microporous Mesoporous Mater. 68 (2004) 105-109）、孔の連続性（J. Andersson et al.: Influences of material characteristics on ibuprofen drug loading and release profiles from ordered micro- and mesoporous silica matrices, Chem. Mater. 16 (2004) 4160-4167）及びシリカ表面の化学組成（B. Munoz et al.: MCM-41 organic modification as drug delivery rate regulator, Chem. Mater. 15 (2003) 500-503）が挙げられる。
ＷＯ2006/026840A2には制御放出送達システムが開示されているが、生体活性化合物の放出に非晶質のメソ多孔質非繊維状シリカをマトリックス担体として使用し、このマトリックス担体が更に平均孔径0.4〜2.0nmのミクロ孔を有する制御放出送達システムである。
ＷＯ2005/000740A2は、ゼオライト型ミクロ孔の骨格（ナノメートルサイズの構造ユニットと明示）を有する、Ｘ線回折においてブラッグ回折を生じない結晶性メソ多孔質シリカ材料と、薬物送達への該材料の使用を開示している。

Z.G. Shi等は薬物送達用のメソ多孔質シリカ粒子を示しているが、これはメソ孔に加えてマクロ孔も有する（Z.G. Shi et al.: Drug delivery devices based on macroporous silica spheres, Micropor. Mesopor. Mater. 126 (2011) 826-831）。粒子中に存在する浸透可能なマクロ孔により、この材料のメソ孔は十分かつ効率的に薬物を担持することができる。
Z.G. Shi等の上記出版物に記載のシリカ粒子は、2008年のZ.G. Shi等の(Z.G. Shi et al.: Synthesis and characterization of hierarchically porous silica microspheres with penetrable macropores and tunable mesopores, Micropor. Mesopor. Mater. 116 (2008) 701)に記載のごとく、ゾルゲル法と乳化法及び相分離とを組み合わせて製造されている。手短に言えば、テトラエトキシオルトシリケート（TEOS）を含む溶液、ポリエチレンオキシド及び塩酸を混合撹拌し、TEOSの加水分解によるエタノールを真空ポンプで４時間取り除く。その後、得られた溶液を激しく撹拌しながらパラフィン油に分散させる。20時間後、出来た生成物をエタノールと水で繰り返し洗浄した後、600℃で２時間焼成を行う。得られた焼成シリカに超音波処理を５分間行い、水にシリカ粒子を分散させ、該分散液を２時間静置して分散液の粒子を沈澱させ、小さな粒子を含む上澄み水溶液を廃棄する工程を含む水簸により粒度分級を行った。この粒度分級を５回繰り返し、粒子を回収した。

前記のごとく、シリカ粒子におけるメソ多孔性とマクロ多孔性との組合せは、薬物の担持と放出に有利である。しかしながら、前述のとおり、このような材料の製造方法は複雑であり、真空ポンピング、パラフィン油での造粒、何度も繰り返す洗浄、粒度分級工程といった、多数の様々な工程が必要とされる。そのため、マクロ孔も有するメソ多孔質シリカ粒子の更に単純化した製造方法へのニーズがある。

本発明により、主として酸化ケイ素で構成され、メソ孔とマクロ孔とを含む無機粒子状物質が、下記の工程：
（ａ）水溶性ポリマー又は別の細孔形成剤とマトリックス溶解剤前駆体とを、有機金属化合物（工程ｂ参照）の加水分解を促進する媒体中に溶解させる工程と、
（ｂ）加水分解性配位子を含む有機金属化合物又は有機金属化合物の混合物を混合して加水分解反応を促進する工程と、
（ｃ）ゾルゲル転移法により前記混合物を固化することによって、一方は溶媒リッチで他方は無機成分リッチで表面細孔を含有する、三次元の相互連結した相ドメインを有するゲルを調製する工程と、
（ｄ）前記ゲルを粒子に砕解する工程と、
（ｅ）前記マトリックス溶解剤を前記マトリックス溶解剤前駆体から遊離させ、前記マトリックス溶解剤により前記無機成分の構造を改変する工程と、
（ｆ）濃縮乾燥及び／又は熱処理により前記溶媒を除去する工程と、
（ｇ）前記粒子を焼成して多孔質材料を形成する工程とを有する方法により容易に提供できることがわかった。

したがって、本発明は、主に酸化ケイ素で構成され、メソ孔及びマクロ孔を含む無機粒子状物質の製造方法に関するもので、該製造方法は、
（ａ）水溶性ポリマー又は別の細孔形成剤とマトリックス溶解剤前駆体とを、有機金属化合物（工程ｂ参照）の加水分解を促進する媒体中に溶解させる工程と、
（ｂ）加水分解性配位子を含む有機金属化合物又は有機金属化合物の混合物を混合して加水分解反応を促進する工程と、
（ｃ）ゾルゲル転移法により有機金属化合物又は有機金属化合物の混合物を固化することによって、一方は溶媒リッチで他方は無機成分リッチで表面細孔を含有する、三次元の相互連結した相ドメインを有するゲルを調製する工程と、
（ｄ）前記ゲルを粒子に砕解する工程と、
（ｅ）前記マトリックス溶解剤を前記マトリックス溶解剤前駆体から遊離させ、前記マトリックス溶解剤により前記無機成分の構造を改変する工程と、
（ｆ）濃縮乾燥及び／又は熱処理により前記溶媒を除去する工程とを含む。
本発明の好適な実施形態においては、工程（ａ）〜（ｆ）を有する前記製造方法が、更に粒子を焼成する工程（ｇ）を含む。

図１は、試料の溶出速度を示す。

本発明の製造方法によると、粒子状物質の平均粒径は、約１〜約2000μm、好ましくは約１〜1000μm、より好ましくは約１〜500μmになる。
有利なことに、本製造方法のすべての工程は同一の反応容器内で行うことができる（ワンポイント反応（one point reaction））。一方、従来技術に記載の製造方法は乳化工程を含み、該乳化工程は、水溶性ポリマー（ポリエチレンオキシド）と有機金属化合物（TEOS）とを含む溶液を、パラフィン油を有する異なる容器中で分散する必要がある。本製造方法で使用する容器は閉じられる容器であると好ましく、飽和蒸気圧を作りだすことができ、後述のごとく容易で時間効率のよい方法でマトリックス溶解剤をその前駆体から遊離することができる。驚くべきことに、本発明の方法によると、粒子状物質の粒径分布が均一になり、製造方法の条件を調整することで粒径分布は要件に合わせることができる。時間と費用がかかる粒度分級工程をしなくてよいこと、並びに、分級による材料の損失を回避できるので有利である。
本発明の方法は、当該分野で公知の伝統的なゾルゲル法を基にしており、基本的には、好適な条件下で重合により有機金属化合物のゲルを形成する。加水分解性配位子を有する有機金属化合物を、水溶性ポリマーの酸性水溶液又は別の細孔形成相と混合することで、有機金属化合物が加水分解されると、その後のゾルゲル反応により固化したゲルが形成される。ゲル中、一方は溶媒リッチ、他方はシリカリッチ（ゲル骨格、マトリックス）の相分離ドメインが存在する。溶液の固化後、マトリックス溶解剤をその前駆体から遊離させることによってゲルが熟成される。マトリックス溶解剤により、内壁は溶出して再沈澱し、小さな孔が失われ、大きな孔が増えることによりメソ孔の鋭い分布ができる。

更に固化する前に、ゲル骨格を粒子状に砕解する。この砕解工程は、攪拌機、高剪断ミキサー（例えば、Ultraturrax（登録商標））による撹拌又は超音波により実行できる。砕解の開始時間及び／又は撹拌速度の調整により、粒径や粒径分布を広い範囲にわたって制御することができる。驚くべきこと、上記のようなパラメータを調整することにより非常に均一な粒径分布が得られることがわかった。そこで、本発明の製造方法は、従来技術で説明したような後続の分級工程を省くことができるような、均一な粒径分布の粒子を製造する簡単な方法を更に呈示するものである。
好ましくは、攪拌機を用いてゲル骨格から粒子状物質へと変換、均質化する。粒径及び粒径分布の調整は、製造方法の条件、特には相分離から撹拌開始までの時間や攪拌機の速度及び大きさといった条件の選択により可能となる。原則として、小粒径及び狭い粒径分布の粒子を形成するには、相分離から撹拌までの時間を短くし、撹拌翼の大きな攪拌機を用いることが有効であり、一方、相分離から撹拌までの時間を長くしたり、撹拌翼の小さな攪拌機を用いることで粒径を大きくする。
相分離から撹拌までの一般的な時間は、15〜120分である。例えば、相分離から撹拌までの時間が15分で、大きな翼の攪拌機を使用する場合、平均粒径が約11μmで粒径分布が狭い（d₁₀:５μm、d₅₀:11μm、d₉₀:21μm）材料が得られ、上記時間が約120分であると、平均粒径が約200μmで粒径分布幅が広い（d₁₀:５μm、d₅₀: 216μm、d₉₀:956μm）材料が得られる。

本発明の製造方法では、相分離法によって細孔形成を引き起こすのに適した水溶性ポリマー又は他の細孔形成剤を使用して材料の多孔性を制御している。細孔形成剤は、水及び水‐アルコール混合溶媒への溶解度がかなり高く、加水分解性配位子を含む有機金属化合物の加水分解反応中に生成される溶媒混合物に均一に溶解されなければならない。本発明による多孔質材料の製造において細孔形成相の一部として用いられる細孔形成剤は、水及び水‐アルコール混合溶媒に対して溶解性が高いことが望ましい。加水分解性配位子を含む有機金属化合物、例えばシリコンアルコキシド等の加水分解反応中に生成される溶媒混合物中、細孔形成剤は均一に溶解されなければならない。
細孔形成を誘発するのに適した水溶性ポリマーとしては、例えば、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム又はポリスチレンスルホン酸カリウム等のポリマー塩、ポリアクリル酸等のポリアニオンに解離するポリマー酸、ポリアリルアミン又はポリエチレンイミン等のポリカチオンに解離するポリマー塩基、ポリエチレンオキシド等の主鎖にエーテル酸素を有する非イオン性ポリマー、ポリビニルピロリドン等の側鎖にラクトン構成単位を有する非イオン性ポリマーが好適な例として挙げられる。好ましいポリマーは、ポリオキシエチレンのエーテル誘導体等の非イオン界面活性剤、特に、アルキル、アリール、アルキルアリール（例えばアルキルフェニル等）又はアリールアルキル（例えばフェニルアルキル等）残基を含むものが好ましい。親水部位としてポリオキシプロピレン残基を有する非イオン界面活性剤、例えば、ポリオキシプロピレンアルキルエーテル等も使用できる。ポリエチレンオキシド含有界面活性剤の好適なものは、炭素数８〜20の親油性アルキル基で誘導されたもの、又は、１個以上のアルキル基で置換されていてもよく、合計で６〜25の炭素原子を有する親油性アリール基で誘導されたものが挙げられる。ポリエチレンオキシド含有界面活性剤の後者の例として、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル又はポリオキシエチレン(1,1,3,3-テトラメチルブチル)-フェニルエーテルが挙げられるが、これらの例に限定されるものではない。

ＨＬＢを利用することにより非イオン界面活性剤の挙動評価を容易に行ったり、異なる非イオン性界面活性に交換する際の指針としてもＨＬＢが使える。非イオン界面活性剤の添加量は、該非イオン界面活性剤の種類や添加される金属アルコキシドの種類や量によって変わるが、金属アルコキシド10gに対して、1.0〜10.0g、好ましくは1.5〜6.0gであるとよい。
非イオン界面活性剤には、ゾル‐ゲル変換と相分離の両方を同時に引き起こす役割がある。ゲル化中に、反応系を溶媒リッチ相とシリカリッチ相とに分離させる。本発明の好適な実施形態は、前記の製造方法であって、細孔形成剤が非イオン界面活性剤である製造方法に関する。
金属アルコキシド、金属塩化物、金属塩又は配位化合物を加水分解することによって、有機金属化合物が適用される。本方法では、有機ポリマーを使用するが、この有機ポリマーは、金属アルコキシド又はその重合体の溶液と相溶性があり、かつ、加水分解‐重合工程において相分離を被るポリマーである。本方法は、細孔形成剤存在下でのゾル‐ゲル変換によって、大きさが約100nm以上のマクロ孔を創出することが可能な溶媒リッチ相を有するゲルを調製し、最後に該材料を乾燥して焼成することを含む。本方法により製造された無機多孔質物質には、連続した開放マクロ孔が見られる。文献開示の細孔形成剤の例として、メタノール又はエタノール等の低級アルキルアルコールをゲル化混合物に添加して、マクロ孔の大きさを修正することもできる。本発明では、ゾル‐ゲル法を用いて無機多孔質物質の孔径を制御する。

金属アルコキシドのような加水分解性配位子を有する有機金属化合物を出発物質とし、適宜化学物質を加えることで、結果的に特徴的な相分離構造が形成され、溶媒リッチな細孔形成相が乾燥ゲル材料のマクロ孔に変換する。このような出発物質及び出発物質を加水分解するのに必要な条件は、この分野では公知である。好適な金属アルコキシドはシリコンアルコキシドで、例えば、テトラメトキシシラン（TMOS）、テトラエトキシシラン（TEOS）、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン及びビニルトリメトキシシランが挙げられるが、これらの例に限定されるものではない。他の好適な金属アルコキシド又は他の好適な金属化合物やこれらの混合物は当該分野では公知である。
加水分解性官能基を有する金属化合物を加水分解し、該金属化合物の重合を行う条件を選択する。反応溶液のゾル‐ゲル転移と、溶媒リッチ相と金属化合物リッチ相（骨格相）との相分離が同時に引き起こされる。加水分解性官能基を有する金属化合物がシリコンアルコキシドであれば、加水分解は酸性媒体中で行われる。この場合、希釈した有機酸又は無機酸が好ましい。とくに好ましいのは、酢酸、塩酸又は硝酸を濃度１mmol/l〜２mol/lで使用する。シリコンアルコキシドの加水分解を行うのに好適な他の酸性媒体は、当該分野では公知である。他の有機金属化合物の加水分解に好適な試薬類も同様に当該分野では公知である。

本発明の製造方法には、前駆体、即ち、マトリックス溶解剤の前駆体が更に含まれるが、これは、材料のメソ多孔性の制御に使われる。前駆体を使用する場合、ゾルゲル転移中に該前駆体が溶解し、溶解状態を保つように最初から添加してもよい。その後、例えば加熱等によりマトリックス溶解剤の遊離を誘発することができ、化学分解（熱分解）でマトリックス溶解剤は遊離される。前駆体から遊離するマトリックス溶解剤は、アンモニア等の塩基性物質である。本発明で使用できるアンモニアを遊離する前駆体は、例えば、尿素及びホルムアミド、N-メチルホルムアミド、N,N,-ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等の有機アミド類が挙げられる。好適な前駆体は、アミド基又はアルキルアミド基を有する化合物で、特に尿素が好ましい。したがって、本発明の実施形態の一つは、マトリックス溶解剤の前駆体がアミド基又はアルキルアミド基を有する化合物、好ましくは尿素である、無機粒子状物質の製造方法に関する。
本発明の反応系における熱分解性化合物の量は、該化合物の種類によって異なる。例えば、反応系（反応系＝すべての成分をあわせたもの）10gに対して尿素は0.1〜３g、好ましくは0.2〜２gの量で使用すればよい。尿素を熱分解するための加熱温度は60〜200℃の範囲がよい。熱分解生成物の蒸気圧を飽和させ、溶媒が速やかに安定したｐＨ値となるようにするために、熱分解工程は閉じた容器内で行うことが好ましい。熱分解後の溶媒のｐＨ値は8.0〜11.0が好ましい。製造条件のもとでゲルの多孔構造が実質的に安定してからの時間は、マトリックス溶解剤の前駆体の種類や印加条件（例えば温度）によって異なる。尿素をマトリックス溶解剤の前駆体として使用する場合は、必要な時間は通常30分（例えば温度は200℃）〜30日（例えば温度は60℃）である。ゲルは、温度110℃で約４時間尿素により処理することが好ましく、結果、孔径約10〜13nmのメソ多孔質材料となる。

前駆体から既に遊離したマトリックス溶解剤との相互作用によりゲルの熟成工程が終了してから、固化したゲルから溶媒を除去する工程の前に、適切な手段、好ましくは攪拌機による撹拌により、部分的に固化したゲル骨格を砕解して粒子状にする。
そこで、本発明の更に好適な実施形態は、攪拌機、高剪断ミキサーによる撹拌又は超音波により工程（ｅ）が行われる、無機粒子状物質の製造方法に関する。相分離直後のゲルはまだ柔らかく、その場合、粒子形成に超音波処理を利用することもできる。
本発明による無機多孔質粒子状物質を製造するための最終調製工程は、任意の例えば水による洗浄工程、乾燥工程、焼成工程を含んでもよい。一般に、乾燥は温度20〜80℃で行われ、空気循環型オーブンの使用、又は減圧により乾燥工程は容易にできる。
焼成は通常、最終温度400〜900℃で１時間〜数時間行う。温度プログラムを用いて最終温度にするが、通常は、１時間に50〜200℃のペースで温度を上昇させる。
マクロ孔の孔径は水銀多孔度測定法により求める。また、走査型電子顕微鏡写真（SEM）からも孔の寸法を概算することが可能である。メソ孔の孔径及びその比表面積は、窒素吸着／脱着による測定（BET法）を用いて測定する。これについては以下の標準的プロトコルに従って行う。

従来技術に記載のメソ孔及びマクロ孔を有するシリカ粒子は、乳化法（Z.G. Shi et al. (2008)、前述参照）を用いて調製されるが、一方、本発明の製造方法により得られた粒子は、相分離後にゲルを砕解して形成される。乳化の場合、ゲルは球形の小滴となり、この小滴を単離して乾燥することにより球形の粒状物質が得られる。本発明の製造方法は、乳化により造粒するのではなく砕解によるものなので、新しい粒状生成物となり、粒子の形状が異なる点で少なくとも従来の生成物とは異なる。したがって、本発明は、主に酸化ケイ素から構成される新規な無機粒子状物質に関するもので、該粒子状物質がマクロ孔及びメソ孔を有し、マクロ孔の平均孔径が0.1μm以上でメソ孔の平均孔径が２〜100nmであり、本願明細書記載の本発明の製造方法により得られる無機粒子状物質に関する。
本方法により得られる粒子状物質の平均粒径は、約１〜約2000μm、好ましくは約１μm〜1000μm、より好ましくは約１〜500μmである。
更に、本発明の好適な実施形態の一つは、不規則で非球状である前記メソ多孔質粒子状物質に関する。
有利なことに、本発明が提供する物質は、生体活性物質のための制御放出送達システムにおけるマトリックス形成剤として使用することができる。そのため、本発明は、生体活性物質と、本発明の製造方法により得られるメソ多孔質かつマクロ多孔質である無機粒子状物質とをそのままの状態で含む、制御放出送達システムに関する。

生体活性物質は、制御放出システムにおいて使用でき、いずれの化学物質又はタンパク質でもよく、投与対象において局所的又は全身的な生物学的、生理学的、治療的効果をもたらすことができる。生体活性物質の好適な例としては、医薬品、ビタミン類又はミネラル類が挙げられる。生体活性物質は、本発明の制御放出システムで使用できるが、その活性から、例えば、感染又は炎症の抑制又は予防、細胞増殖や組織再生の促進、腫瘍の成長の抑制、鎮痛剤としての作用、細胞癒着防止（anti-cell attachment）の促進、骨成長の促進、他の機能を発揮する薬剤が挙げられる。この他の好適な生体活性物質としては、抗ウイルス剤、合成ホルモン、抗体、又は治療用プロテイン類などが挙げられる。更に、プロドラッグも生体活性物質として挙げられるが、プロドラッグは、投与時は生物学的活性を有さないが、対象者に投与されると、物質代謝又は他の機構により生体活性物質に変換される化学物質である。本発明の好適な実施形態によると、制御送達システムは医薬品を含む。そこで、本発明の実施形態の一つは、生体活性物質が医薬品である、制御放出システムに関する。
本願明細書で使用のごとく、「制御放出」という用語は、剤形又はその一部位が液状媒体と接触すると、送達システム又はその一部位から生体活性物質が放出されるが、この放出が、従来の即放性製剤からの前記と同じ生体活性物質の放出とは異なるもので、従来は主に生体活性物質の液状媒体に対する溶解性によって放出が制御されている。したがって、制御放出には、加速放出（即ち、溶出速度のアップ）、持続放出、持効放出、徐放放出、遅延放出等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

本発明の製造方法で得られるそのままの状態の、マクロ孔及びメソ孔を有する無機粒子状物質は、生体活性物質の溶解を早めるのに特に適しており、また、難水溶性又は非水溶性の生体活性物質の溶出速度を高めるのに特に適している。難水溶性物質とは、水への溶解度が10mg/ml未満、とりわけ５mg/ml未満、とくには１mg/ml未満のものと解され、ほとんど水に溶けない物質又は非水溶性物質とは、水への溶解度が0.1mg/ml未満と解釈される。本願における「水溶性」又は「水への溶解度」という用語は温度25℃で測定した溶解度を指す。
したがって、本発明の更なる目的は、生体活性物質と、本発明の製造方法により得られるそのままの状態のメソ多孔質とマクロ多孔質の両方を備えた粒子状物質とを有する制御放出システムに関するもので、生体活性物質の水への溶解度が約10mg/ml未満、好ましくは約0.1〜約５mg/ml、より好ましくは約１mg/ml未満である。
本発明の制御放出システムは、生体活性物質を約0.1〜約90質量％、好ましくは約0.2〜約75質量％、より好ましくは約５〜約40質量％、最も好ましくは約10〜約30質量％含む。そこで本発明は、生体活性物質が約0.1〜約90質量％、好ましくは約0.2〜約75質量％、より好ましくは約５〜約40質量％、最も好ましくは約10〜約30質量％の量比で存在する、本願明細書で記載した制御放出システムに関する。
生体活性物質は、当該分野で公知の担持方法により無機粒子状物質に適用することができる。例えば、生体活性物質を含む好適な溶媒の溶液から無機物質へ吸着させた後に分離させる方法、例えばエタノール、CH₂Cl₂又はアセトン等の好適な溶媒に生体活性物質を溶解させた濃縮溶液で、無機物質を含浸（湿式）させた後に溶媒を蒸発させる方法、好適な溶媒に溶解させた生体活性物質混合物を噴霧乾燥する方法、生体活性物質と粒子状物質との混合物を加熱する方法、あるいは、超臨界流体による薬物担持方法が挙げられる。

制御放出システムは、経口、局所又は非経口投与剤形、好ましくは経口投与剤形に製剤化することができる。そこで、本発明は、本願明細書記載の制御放出システムの使用であって、経口、局所又は非経口投与剤形である前記システムの使用に関する。
経口投与剤形に好適なのは、錠剤、カプセル剤、散剤、糖衣錠、懸濁剤で、好適な局所投与剤形は、軟膏、クリーム剤、懸濁剤、ローション剤、散剤、溶液剤、泥膏、ゲル、スプレー剤、エアロゾル又はオイルが挙げられる。
経口投与剤形を使用する場合、錠剤、カプセル剤、散剤が好適である。局所投与剤形を使用する場合は、軟膏、クリーム剤、懸濁剤、散剤が好適である。したがって、本発明は、放出システムが経口投与剤形であり、錠剤、カプセル剤、散剤もしくは糖衣錠であるか、又は、局所投与剤形であり、軟膏、クリーム剤、懸濁剤もしくは散剤であるか、又は、非経口投与剤形であって微小粒子を含むもの、もしくは、インプラントである、本願明細書前記記載の制御放出システムに関する。
上記制御放出システムは、少なくとも１種の生体活性物質を哺乳動物、好ましくはヒトへの投与に使用するのに適している。したがって、本発明は、少なくとも１種の生体活性物質を哺乳動物、好ましくはヒトへ投与するための、本願明細書に記載の制御放出システムの使用に関する。

上記の投与剤形は当該分野では周知である。例えば、制御放出システムが錠剤又はカプセル剤の形態の場合、生体活性物質を担持した無機物質を、経口で無毒の医薬的に許容できる不活性賦形剤、例えば、エタノール、グリセロール、水等と一緒にすることができる。散剤の場合、生体活性物質を担持した無機物質自体で構成することができ、更に細末化してもよい。或は、生体活性物質を担持した無機物質を事前に細末化しておいてもよいが、これと、細末化した医薬賦形剤、例えばデンプン又はマンニトール等の食用炭水化物とを混合することによって調製することができる。調味料、防腐剤、分散剤及び着色剤も同様に含有してもよい。
カプセル剤は、前記の粉末混合物を調製し、成形したゼラチン殻に充填することによって製造される。充填作業の前に、流動促進剤や滑沢剤、例えば、高分散ケイ酸、タルク、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム又は固体のポリエチレングリコールを、前記粉末混合物に添加してもよい。カプセル剤摂取後の薬剤のアベイラビリティを向上させるために、崩壊剤又は可溶化剤、例えば、寒天、炭酸カルシウム又は炭酸ナトリウムを同様に添加してもよい。

更に、所望あるいは必要であれば、好適な結着剤、滑沢剤、崩壊剤を着色剤同様、混合物に混入させてもよい。好適な結着剤としては、デンプン、ゼラチン、グルコース又はベータラクトース等の天然の糖類、トウモロコシから作った甘味料、例えばアラビアゴム、トラガカントゴム又はアルギン酸ナトリウム等の天然及び合成ゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレングリコール、ワックス類等が挙げられる。これらの剤形で使用する滑沢剤としては、オレイン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸マグネシウム、安息香酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、塩化ナトリウム等が挙げられる。崩壊剤としては、デンプン、メチルセルロース、寒天、ベントナイト、キサンタンガム等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。錠剤は、例えば、粉末混合物を調製し、該混合物を粉砕又はドライプレスして、滑沢剤及び崩壊剤を添加し、全混合物をプレスして錠剤とすることで製剤化する。粉末混合物は、活性物質を担持した無機物質（事前に適切な方法で細末化しておいてもよい）と、希釈剤又は基剤（a base）とを前記のごとく混合し、更に任意であるが、例えば、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸塩、ゼラチン又はポリビニルピロリドン等の結着剤、例えば、パラフィン等の溶解遅延剤、例えば四級塩等の吸収促進剤、及び／又は、例えばベントナイト、カオリン又はリン酸二カルシウム等の吸収剤とを混合して調製してもよい。粉末混合物は、例えば、糖蜜、澱粉糊、アラビアゴム粘液又はセルロース又はポリマー材料の溶液等の結合剤で粉末混合物を湿らせ、篩にかけることによって造粒することができる。造粒の他の方法としては、粉末混合物を錠剤製造機に投入し、不均一な形状の塊を作り、その塊を分解して粒状物を作成する。この粒状物にステアリン酸、ステアリン酸塩、タルク又は鉱油を添加して滑りをよくして、錠剤流し込型に付着しないようにすることができる。この滑りを改善した混合物をプレスして錠剤にする。また、生体活性物質を担持した無機物質は、流動性のある不活性賦形剤と混合して、造粒又は乾燥プレス工程を行わずに直接プレスを行って錠剤にしてもよい。セラック封止層からなる透明又は不透明保護層、糖又はポリマー材料からなる層、ワックスによる光沢層を設けてもよい。剤形の違いを差別化するために、着色剤をこれらの塗布液に添加してもよい。

例えば口や皮膚などの外部組織の治療には、好ましくは、製剤を局所用軟膏又はクリーム剤として塗布する。製剤を軟膏にする場合、生体活性物質を担持した無機物質は、パラフィン系クリーム基剤又は水混和性クリーム基剤のいずれかと一緒に用いればよい。或は、生体活性物質を担持した無機物質を製剤化して、水中油形クリーム基剤又は油中水形基剤と一緒にしてクリーム剤とすることができる。
「インプラント」という用語は、固体状の制御放出送達システムの一つを示すが、適当な体の組織又は腔に埋め込み、溜め又はプールを形成し、周囲の組織や器官にゆっくり移行し、最終的には全身に分散された状態となる。しかしながら、当該分野では、この区分けを必ずしも厳格に固守するものではない。したがって、液体インプラント、固体のデポー製剤、固体と液体形態の混合物が本発明の範囲に包含されると考える。
また、皮膚の上皮層のすぐ下、即ち、治療患者の皮膚の表皮と真皮との間に設置するインプラントも含まれる。このようなインプラントでは、送達技術において一般に使用されている周知の原理及び材料によって、制御放出、持続放出及び／又は遅延放出により有効成分を患者の全身的循環に提供できるように調製すればよい。有利なことに、このようなインプラントは最小限の切開術により簡単に施したり取り除くことができたり、或は、インプラント用シリンジを使って適用できるが、これらはこうした目的の分野においては周知である。

また、固体状の制御放出送達システムは、微小粒子という形態で担体液を使ってシリンジを介して非経口で投与することもできる。好ましくは、前記微小粒子は担体液と混合して、患者の体内に注入される。実施形態の一つでは、微小粒子を有機溶媒と混合し液体又はゲルにして、患者の体内に注入するとよい。
口中の局所投与に適合させた更なる製剤としては、薬用ドロップ、トローチ、口内洗浄剤も含まれる。
実施例により本発明を説明するが、これらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
三口フラスコ（直径7.6ｃｍの小型ブレードを有するオーバーヘッドスターラーを装備）中、30.45gのPEOと27.00gの尿素とを300mLの0.01M酢酸に溶解し、室温で10分間混合する。この溶液を5.0℃まで冷却し、撹拌せずに150mLのTMOSを添加する。更に、得られた混合物を5.0℃で30分間撹拌した後、更に20分間で30℃まで加熱する。撹拌を停止すると相分離が起きる（溶液は透明から白色に変化する）。相分離から15分後、半固体のシリカゲルを、回転速度450rpmで3.5時間、更に300rpmで一晩撹拌する。その後、シリカゲルを耐圧ガラス瓶に注ぎ、スチームオートクレーブに入れて110℃で４時間のエージング処理を行う。ガラス吸引フィルター上、溶媒を４段階（純水、硝酸、純水、水／エタノール（2:1））で交換する。シリカは約200mLの各溶媒で４回洗浄し、濾過乾固する。半乾きのシリカゲルを濾紙で覆われた蒸発皿に置き、40℃の炉内で５日間乾燥工程を行う。

乾燥後、加熱速度50K/時でゲルを600℃で４時間焼成する。焼成したゲルは、水銀圧入法及び窒素ガス吸脱着（ＢＥＴ法）により分析する。更に、粒径分布はマルバーンレーザー回折で測定する。
本実施例及び他のすべての実施例の粒子測定は下記の測定器を用いて行った。
水銀圧入法：ポアマスター60、カンタクロームインスツルメンツ社製（米国33426、フロリダ州ボイントンビーチ、コーポレートドライブ1900）
ＢＥＴ法：高効率比表面積及び細孔分布測定装置ＡＳＡＰ（登録商標）2420、マイクロメリティクス社製（米国30093-2901、ジョージア州ノークロス、コミュニケーションドライブ4356）
マルバーン・マスターサイザー2000、マルバーン・インスツルメント社製（英国WR14 1XZ、ウスターシャー州マルバーン、グローブウッドロード、エニグマ・ビジネスパーク（Enigma Business Park, Grovewood Road, Malvern, Worcestershire WR14 1XZ, United Kingdom））
マクロ孔径: 4.81μm
メソ孔径: 10.1nm
比表面積: 322m²/g
粒径分布: ｄ₁₀ = ６μm、ｄ₅₀ = 22μm、ｄ₉₀ = 92μm

実施例２
三口フラスコ（直径8.8ｃｍの大型ブレードを有するオーバーヘッドスターラーを装備）中、30.45gのPEOと27.00gの尿素とを300mLの0.01M酢酸に溶解し、室温で10分間混合する。この溶液を5.0℃まで冷却し、撹拌せずに150mLのTMOSを添加する。更に、得られた混合物を5.0℃で30分間撹拌した後、更に20分間で30℃まで加熱する。撹拌を停止すると相分離が起きる（溶液は透明から白色に変化する）。相分離から15分後、半固体のシリカゲルを、回転速度450rpmで3.5時間、更に300rpmで一晩撹拌する。その後、シリカゲルを耐圧ガラス瓶に注ぎ、スチームオートクレーブに入れて110℃で４時間のエージング処理を行う。ガラス吸引フィルター上、溶媒を４段階（純水、硝酸、純水、水／エタノール（2:1））で交換する。シリカは約200mLの各溶媒で４回洗浄し、濾過乾固する。半乾きのシリカゲルを濾紙で覆われた蒸発皿に置き、40℃の炉内で５日間乾燥工程を行う。
乾燥後、加熱速度50K/時でゲルを600℃で４時間焼成する。焼成したゲルは、水銀圧入法及び窒素ガス吸脱着（ＢＥＴ法）により分析する。更に、粒径分布はマルバーンレーザー回折で測定する。
マクロ孔径: 3.99μm
メソ孔径: 10.2nm
比表面積: 321m²/g
粒径分布: ｄ₁₀ = ５μm、ｄ₅₀ = 11μm、ｄ₉₀ = 21μm

実施例３
三口フラスコ（直径8.8ｃｍの大型ブレードを有するオーバーヘッドスターラーを装備）中、30.45gのPEOと27.00gの尿素とを300mLの0.01M酢酸に溶解し、室温で10分間混合する。この溶液を5.0℃まで冷却し、撹拌せずに150mLのTMOSを添加する。更に、得られた混合物を5.0℃で30分間撹拌した後、更に20分間で30℃まで加熱する。撹拌を停止すると相分離が起きる（溶液は透明から白色に変化する）。相分離から30分後、半固体のシリカゲルを、回転速度450rpmで3.5時間、更に300rpmで一晩撹拌する。その後、シリカゲルを耐圧ガラス瓶に注ぎ、スチームオートクレーブに入れて110℃で４時間のエージング処理を行う。ガラス吸引フィルター上、溶媒を４段階（純水、硝酸、純水、水／エタノール（2:1））で交換する。シリカは約200mLの各溶媒で４回洗浄し、濾過乾固する。半乾きのシリカゲルを濾紙で覆われた蒸発皿に置き、40℃の炉内で５日間乾燥工程を行う。
乾燥後、加熱速度50K/時でゲルを600℃で４時間焼成する。焼成したゲルは、水銀圧入法及び窒素ガス吸脱着（ＢＥＴ法）により分析する。更に、粒径分布はマルバーンレーザー回折で測定する。
マクロ孔径: 1.7μm
メソ孔径: 10.1nm
比表面積: 321m²/g
粒径分布: ｄ₁₀ = ５μm、ｄ₅₀ = 166μm、ｄ₉₀ = 501μm

実施例４
三口フラスコ（直径7.6ｃｍの小型ブレードを有するオーバーヘッドスターラーを装備）中、30.45gのPEOと27.00gの尿素とを300mLの0.01M酢酸に溶解し、室温で10分間混合する。この溶液を5.0℃まで冷却し、撹拌せずに150mLのTMOSを添加する。更に、得られた混合物を5.0℃で30分間撹拌した後、更に20分間で30℃まで加熱する。撹拌を停止すると相分離が起きる（溶液は透明から白色に変化する）。相分離から２時間後、半固体のシリカゲルをスパチュラで粗粉砕し、回転速度450rpmで3.5時間、更に300rpmで一晩撹拌する。その後、シリカゲルを耐圧ガラス瓶に注ぎ、スチームオートクレーブに入れて110℃で４時間のエージング処理を行う。ガラス吸引フィルター上、溶媒を４段階（純水、硝酸、純水、水／エタノール（2:1））で交換する。シリカは約200mLの各溶媒で４回洗浄し、濾過乾固する。半乾きのシリカゲルを濾紙で覆われた蒸発皿に置き、40℃の炉内で５日間乾燥工程を行う。
乾燥後、加熱速度50K/時でゲルを600℃で４時間焼成する。焼成したゲルは、水銀圧入法及び窒素ガス吸脱着（ＢＥＴ法）により分析する。更に、粒径分布はマルバーンレーザー回折で測定する。
マクロ孔径: 1.7μm
メソ孔径: 10.1nm
比表面積: 321m²/g
粒径分布: ｄ₁₀ = ５μm、ｄ₅₀ = 166μm、ｄ₉₀ = 501μm

実施例５
三口フラスコ（直径8.8ｃｍの大型ブレードを有するオーバーヘッドスターラーを装備）中、30.45gのPEOと27.00gの尿素とを300mLの0.01M酢酸に溶解し、室温で10分間混合する。この溶液を5.0℃まで冷却し、撹拌せずに150mLのTMOSを添加する。更に、得られた混合物を5.0℃で30分間撹拌した後、更に20分間で30℃まで加熱する。撹拌を停止すると相分離が起きる（溶液は透明から白色に変化する）。相分離から30分後、半固体のシリカゲルを、回転速度450rpmで3.5時間、更に300rpmで一晩撹拌する。その後、シリカゲルを耐圧ガラス瓶に注ぎ、スチームオートクレーブに入れて110℃で４時間のエージング処理を行う。ガラス吸引フィルター上、溶媒を４段階（純水、硝酸、純水、水／エタノール（2:1））で交換する。シリカは約200mLの各溶媒で４回洗浄し、濾過乾固する。半乾きのシリカゲルを濾紙で覆われた蒸発皿に置き、40℃の炉内で５日間乾燥工程を行う。
乾燥後、加熱速度50K/時でゲルを600℃で４時間焼成する。焼成したゲルは、水銀圧入法及び窒素ガス吸脱着（ＢＥＴ法）により分析する。更に、粒径分布はマルバーンレーザー回折で測定する。
この後、シリカ表面を再ヒドロキシル化（シロキサン基から親水性シラノール基への変換）させるために、焼成シリカを水の入っているビーカーに懸濁させ、３時間130℃のオートクレーブに入れる。その後、再ヒドロキシル化ゲルをガラス吸引フィルター上でメタノールを用いて洗浄し、すべての溶媒分を取り除く。濾紙で覆われた蒸発皿にシリカゲルを置き、40℃の炉内で５日間乾燥工程を行う。
得られた物質は、シラノール基が最大となるため親水性を有する。
マクロ孔径: 1.43μm
メソ孔径: 11.1nm
比表面積: 328m²/g
粒径分布: ｄ₁₀ = ３μm、ｄ₅₀ = 25μm、ｄ₉₀ = 562μm

薬物担持例
イトラコナゾールはトリアゾール系合成抗真菌剤で、水溶液には難溶である（ｐＨ７で１ng/mL、ｐＨ１で４μg/mL；Six, K. et al., Eur J Pharm Sci 24 (2005) 179-186参照のこと）。これをモデル薬物として使用した。
本発明のシリカ材料に、湿潤含浸法（wetness impregnation）によりイトラコナゾールを担持させた。1.0gのイトラコナゾールを130mLのアセトンに53℃で溶解させた。250ml容量の三口フラスコ（60℃の湯浴で加熱、オーバーヘッドスターラーとパドルを装備）に、実施例５にしたがって合成したシリカ材料2.3gを入れた。撹拌下、窒素ガスでアセトンを蒸発させながら、それに比例しながらイトラコナゾール溶液をフラスコに添加した（一回の含浸工程で10mL）。この含浸とそれに続く蒸発の手順を繰り返して、全イトラコナゾール溶液を蒸発させた。更に、得られた粉体を真空下40℃で一晩乾燥した。薬物担持量が30質量％になるようにした。
前記のようにして調製したイトラコナゾール担持製剤と、純粋な結晶性イトラコナゾールの溶出速度を、オンラインＵＶサンプラー及び測定系（条件：ペプシンを省いた人工胃液（ＳＧＦ）、1000mLの容器、37℃、75rpm、0.1％ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ））を有するＵＳＰ装置II（回転翼型)溶出測定器で測定を行った。
イトラコナゾールを担持した供試品はイトラコナゾールを50mg含んでおり、これは、高速液体クロマトグラフィー（HPLC）によりＵＶ検出器を用いて確認した。純粋な結晶性イトラコナゾールも同じ量（50mg）で測定した。

Claims

主として酸化ケイ素で構成され、メソ孔とマクロ孔とを含み、平均粒径が１μm〜2000μmである無機粒子状物質の製造方法であって、
（ａ）水溶性ポリマー又は別の細孔形成剤とマトリックス溶解剤前駆体とを、加水分解性配位子を含む有機金属化合物の加水分解を促進する媒体中に溶解させて混合物を形成する工程と、
（ｂ）有機金属化合物又は有機金属化合物の混合物を、工程（ａ）で得られた混合物に添加して加水分解反応を促進し、かつ混合物を形成する工程と、
（ｃ）ゾルゲル転移法により工程（ｂ）で得られた混合物を固化することによって、一方は溶媒リッチで他方は無機成分リッチで表面細孔を含有する、三次元の相互連結した相ドメインを有するゲルを調製する工程と、
（ｄ）工程（ｃ）の相分離から15〜120分後に前記ゲルを粒子に砕解する工程と、
（ｅ）前記マトリックス溶解剤を前記マトリックス溶解剤前駆体から遊離させ、前記マトリックス溶解剤により前記無機成分の構造を改変する工程と、
（ｆ）濃縮乾燥及び／又は熱処理により前記溶媒を除去する工程とを含む製造方法。
（ｇ）前記粒子を焼成する工程を更に含む、請求項１記載の製造方法。
前記マクロ孔の平均孔径が0.1μm以上、かつ、前記メソ孔の平均孔径が２〜100nmである、請求項１又は２記載の製造方法。
前記マトリックス溶解剤前駆体がアミノ基又はアルキルアミド基を有する化合物である、請求項１〜３のいずれか１項記載の製造方法。
前記工程（ｅ）が、攪拌機を用いて撹拌によって行われる、請求項１〜４のいずれか１項記載の製造方法。
前記細孔形成剤が非イオン界面活性剤である、請求項１〜５のいずれか１項記載の製造方法。
酸化ケイ素で構成され、マクロ孔とメソ孔とを含む無機粒子状物質であって、前記マクロ孔の平均孔径が0.1μm以上、かつ、前記メソ孔の平均孔径が２〜100nmであり、請求項１〜６のいずれか１項記載の方法により得られる、無機粒子状物質。
前記物質が不規則な非球形である、請求項７記載の無機メソ多孔質粒子状物質。
生体活性物質と、請求項７又は８記載の無機メソ多孔質粒子状物質とを含む、制御放出送達システム。
前記生体活性物質が薬剤である、請求項９記載の制御放出送達システム。
前記生体活性物質の水への溶解度が10mg/ml未満である、請求項９又は１０記載の制御放出送達システム。
前記生体活性物質が、0.1〜90質量％の量比で存在する、請求項９〜１１のいずれか１項記載の制御放出送達システム。
前記システムが経口又は局所又は非経口投与剤形である、請求項８〜１２のいずれか１項記載の制御放出送達システム。
前記経口投与剤形が錠剤、カプセル剤、散剤又は糖衣錠で、前記局所投与剤形が軟膏、クリーム剤、散剤又は懸濁剤で、前記非経口剤形が、微小粒子又はインプラントである、請求項１３記載の制御放出送達システム。
少なくとも１種の生体活性物質を哺乳動物へ投与するための、請求項９〜１４のいずれか１項記載の制御放出システムを製造するための、請求項７又は８記載の無機メソ多孔質粒子状物質の使用。
前記哺乳動物への投与が経口又は局所又は非経口投与である、請求項１５記載の使用。