JP7361297B2

JP7361297B2 - バブル製剤の製造方法

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Publication number: JP7361297B2
Application number: JP2019154308A
Authority: JP
Inventors: 英一金田; 亮鈴木; 一雄丸山
Original assignee: Teikyo Univ
Current assignee: Teikyo Univ
Priority date: 2019-08-27
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2023-10-16
Anticipated expiration: 2039-08-27
Also published as: JP2021031449A

Description

本発明は、バブル製剤の製造方法に関し、特にセラノスティクス用のバブル製剤の製造方法に関する。

体内での薬剤の動きをコントロールし、必要な場所に、必要な時、必要な量だけ作用させることで薬の効果を最大限に発揮させるＤＤＳ（ドラッグ・デリバリー・システム）が注目されている。ＤＤＳとして提案されている手法のなかに超音波を利用したものがある。超音波を利用したＤＤＳでは、微小気泡の懸濁液であるバブル製剤を対象組織に導入し、超音波を対象組織に作用させることにより対象組織の診断及び治療を行うことが提案されている。そのようなバルブ製剤の製造方法として、例えば、特許文献１には、ＮＭＲ映像法におけるフッ素の有用性を期待した、乳剤性造影剤としてパーフルオロカーボン乳化製剤を、高圧ジェット流型乳化機を用いて製造することが提案されている。

特開２００１－２０５０６１号公報

しかしながら、バブル製剤を用いた診断及び治療が注目を浴びているが、バブル製剤を衛生的に製造できる装置は未だ知られていない。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、バブル製剤を衛生的に製造できるバブル製剤の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決すべく、本発明に係るバブル製剤の製造方法は、内部に流体の流通路を有し、外周面から流通路まで貫通し、流通路を流れる流体にガスを取り込むための貫通孔が形成されたノズル本体部と、流体の流れに対して上流側端部から下流側端部にかけて内径が漸次的に狭くなる第１の筒状体と、第１の筒状体の下流側に配置され、流体の流れに対して上流側端部から下流側端部にかけて内径が広くなる第２の筒状体とを備え、第２の筒状体は、ノズル本体部の長手方向に平行な向きの内周面における断面形状が、下流側に準線を設け、この準線よりも上流側の位置であり、かつ流路内でない位置に焦点を設けてなる放物線の一部となる形状のものよりなるものであるバブル製剤の製造装置の貫通孔にパーフルオロプロパン、パーフルオロブタン、パーフルオロペンタン、及び、パーフルオロヘキサンの少なくとも何れか又はこれらの混合ガスを導入し、流通路に流体として、ジステアロイルホスファチジルコリン(DSPC)、ジステアロイルホスファチジルグリセロール(DSPG)、及び、1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン-N-[メトオキシ（ポリエチレングリコール）]（DSPE-PEG）の少なくとも１以上を含む脂質懸濁液を流通させることにより、流体中に混合ガスの微小気泡を生成させることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、簡易で構造でバブル製剤を衛生的かつ大量に製造できるバブル製剤の製造方法を提供することができる。

実施形態に係るバブル製剤のイメージ図（断面図）である。実施形態に係るバブル製剤の製造装置の一部断面図である。実施形態に係るバブル製剤の製造装置のノズル本体部の構成図である。実施形態に係るバブル製剤の製造装置の整流板の構成図である。実施形態に係るバブル製剤の製造装置の第１の筒状体の構成図である。実施形態に係るバブル製剤の製造装置の第２の筒状体の構成図である。実施形態に係るバブル製剤の製造装置の第３の筒状体の構成図である。実施形態に係るバブル製剤の製造システムの構成図である。実施例に係るバブル製剤の測定結果（粒径分布）を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、実施形態では、脂質からなる被膜と前記被膜の内腔に封入されたガスとからなり、低強度治療用超音波を作用させることにより、対象組織の診断及び治療を可能とするセラノスティクス用のバブル製剤（ＴＢ製剤ともいう）の製造装置、製造方法及び製造システムについて説明するが、本発明は、セラノスティクス用のバブル製剤に限らず、他のバブル製剤、例えば、対象組織の診断用のバブル製剤及び対象組織の治療用のバブル製剤の製造装置、製造方法及び製造システムにも適用可能である。

[実施形態]
（バブル製剤）
図１は、実施形態に係るバブル製剤のイメージ図（断面図）である。図１に示すように、バブル製剤は、脂質からなる被膜と、この被膜の内腔に封入されたガスとからなる。被膜は、ジステアロイルホスファチジルコリン(DSPC)、ジステアロイルホスファチジルグリセロール(DSPG)、及び、1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン-N-[メトオキシ（ポリエチレングリコール）]（DSPE-PEG）を、22～60：30～68：4～12のモル比にて被覆され形成されたアニオニック脂質である。また、ガスは、パーフルオロプロパン、パーフルオロブタン、パーフルオロペンタン、及び、パーフルオロヘキサンの少なくとも何れか又はこれらの混合ガスである。被膜は、DSPC、DSPG及びDSPE-PEGを22～60：30～68：4～12のモル比にて形成されることにより、パーフルオロ炭化水素の保持性が高まり、診断用超音波の照射で崩壊すること無く持続的な共振・共鳴を示し、これにより長時間の連続超音波造影が可能となる。

実施形態のバブル製剤の被膜の内部には薬物を内包又は表面吸着させることも可能である。薬物は、長期間血中濃度が維持されることが望まれる薬物又は特定の疾患部位や細胞への標的指向性を意図した投与が必要な薬物等が好ましい。薬物は、特に限定されるものではないが、例えば抗癌剤、抗生物質、抗喘息薬、抗血栓剤、抗原虫薬、免疫賦活剤、ペプチド系薬物、抗ウイルス薬である。これにより、対象組織に対して診断及び治療を行うことができる。

上記バブル製剤を用いて診断及び治療を行う際は、バブル製剤が注射用水に懸濁されている懸濁液を対象組織に導入し、造影用超音波を対象組織に作用させることにより対象組織の造影による診断(Diagnostics)を行い、低強度超音波又は低強度収束超音波を対象組織に作用させることによりキャビテーション現象による対象組織の治療(Therapeutics)を行う。ここで、造影用超音波の周波数は、例えば3MHz～20MHzの範囲内であることが好ましい。3MHz～20MHzの範囲内の周波数の音波を作用させることによりMicrostreaming現象が生じ、超音波の音圧強度によりバブル製剤（微小気泡）が拡大・縮小を繰り返して局所的に振動する。また、低強度超音波又は低強度収束超音波の周波数は、例えば0.5MHz～3.0MHzの範囲内であることが好ましい。0.5MHz～3.0MHzの範囲内の周波数の音波を作用させることによりキャビテーション現象による対象組織の治療を行うことができる。なお、キャビテーション現象は、バブル製剤が圧壊する時点で大きな圧力を放出し、ジェット流が生じるものである．なお、造影診断及び治療の両方の超音波（3MHz～20MHz及び0.5MHz～3.0MHz）に反応させるためには、バブル製剤の粒径は、１～５μｍの範囲内であることが好ましい。

（製造装置）
図２に示すように、実施形態に係るバブル製剤の製造装置１０は、ノズル本体部１１０と、整流板１２０と、第１の筒状体１３０と、第２の筒状体１４０と、第３の筒状体１５０と、第４の筒状体１６０とを備える。なお、図２では、バブル製剤の製造装置１０の両端に接続されるチェックバルブ（Check Valve）も図示している。

図３（ａ）はノズル本体部１１０の正面図、図３（ｂ）はノズル本体部１１０の側面図である。図３に示すように、ノズル本体部１１０は、内部に流体（本実施形態では、脂質懸濁液）の流通路１１１を有している。また、ノズル本体部１１０には、外周面１１２から流通路１１１まで貫通し、流通路１１１を流れる流体にガスを取り込むための貫通孔１１０Ｈが形成されている。また、ノズル本体部１１０には、貫通孔１１０Ｈからガスを取り込むためのプラグＰが設けられている。

ここで、貫通孔１１０Ｈは、第１の筒状体１３０と第２の筒状体１４０との間に設けられた隙間Ｇに連通している。そして、プラグＰから流入するガスは、貫通孔１１０Ｈを介して隙間Ｇから流通路１１１を流れる流体に取り込まれる。

図４（ａ）は整流板１２０の正面図、図４（ｂ）は整流板１２０の断面図である。図４に示すように、整流板１２０は、板厚方向に貫通した貫通孔１２１を複数（図４では４つ）有している。整流板１２０は、ノズル本体部１１０内部（流通路１１１）の第１の筒状体１３０の上流側に配置され、流通路１１１を流れる流体の流れを整え（整流し）、流体を層流とする。整流板１２０を通過することにより流体のレイノルズ数（Ｒｅ）の値が小さくなる。

図５（ａ）は第１の筒状体１３０の断面図、図５（ｂ）は第１の筒状体１３０の正面図である。図２に示すように、第１の筒状体１３０は、整流板１２０の下流側（図２の紙面に向かって右側）に配置される。また、図５に示すように、第１の筒状体１３０は、流体の流れに対して上流側端部１３１から下流側端部１３２にかけて、つまり図５の紙面右側に向かうに従い内径Ｄ１が漸次的に狭くなっている。また、第１の筒状体１３０の下流側端部１３２側には、第２の筒状体１４０との間に隙間Ｇを形成するために凸部１３４が設けられている。

図６（ａ）は第２の筒状体１４０の断面図、図６（ｂ）は第２の筒状体１４０の裏面図である。図２に示すように、第２の筒状体１４０は、第１の筒状体１３０との間に微小な隙間Ｇを設けて第１の筒状体１３０の下流側（図２の紙面に向かって右側）に配置される。また、図６に示すように、第２の筒状体１４０は、流体の流れに対して上流側端部１４１から下流側端部１４２にかけて、つまり図６の紙面右側に向かうに従い内径Ｄ２の大きさが漸次的に広くなっている。より具体的には、第２の筒状体１４０は、ノズル本体部１１０の長手方向に平行な向きの内周面における断面形状が、下流側に準線を設け、この準線よりも上流側の位置であり、かつ流路内でない位置に焦点を設けてなる放物線の一部となる形状のものよりなる（換言すると、第２の筒状体１４０の内壁１４３が、立体的な形状がホーン（horn）形状となっている）。第２の筒状体１４０により、流体は、乱流となり、そのレイノルズ数（Ｒｅ）が増大する。

図７（ａ）は第３の筒状体１５０の正面図、図７（ｂ）は第３の筒状体１５０の断面図である。図２に示すように、第３の筒状体１５０は、第２の筒状体１４０の下流側（図２の紙面に向かって右側）に配置される。また、図２及び図７に示すように、第３の筒状体１５０は、流体の流れに対して上流側端部１５１の内径Ｄ３が第２の筒状体１４０の下流側端部１４２の内径Ｄ２と略同一であり、第２の筒状体１４０の下流側端部１４２の内径Ｄ２とノズル本体部１１０の内径（流通路径）との違いにより生じる段差を低減するために、ノズル本体部１１０の流通路１１１に配置される。

図２に示すように、第４の筒状体１６０は、第１の筒状体１３０の上流側（図２の紙面に向かって左側）に配置される。ここで、第４の筒状体１６０は、第１の筒状体１３０の上流側端部１３１の内径Ｄ１とノズル本体部１１０の内径（流通路径）との違いにより生じる段差を低減するために、ノズル本体部１１０の流通路１１１に配置される。なお、第４の筒状体１６０の構成は、図７を参照して説明した第３の筒状体１５０と略同一であるため重複する説明を省略する。

以上のように、実施形態に係るバブル製剤の製造装置２３は、図３、図６及び図７を参照して説明したように、板厚方向に貫通した貫通孔１２１を複数有し、ノズル本体部１１０の内部に配置されて流通路１１１を流れる流体を整流する整流板１２０と、流体の流れに対して上流側端部１３１から下流側端部１３２にかけて内径Ｄ１が漸次的に狭くなる第１の筒状体１３０（図６参照）と、第１の筒状体１３０との間に微小な隙間Ｇを設けて第１の筒状体１３０の下流側に配置され、流体の流れに対して上流側端部１４１から下流側端部１４２にかけて内径Ｄ２の大きさが漸次的に広くなる第２の筒状体１４０（図６参照）とを備えている。そして、第２の筒状体１４０は、ノズル本体部１１０の長手方向に平行な向きの内周面における断面形状が、下流側に準線を設け、この準線よりも上流側の位置であり、かつ流路内でない位置に焦点を設けてなる放物線の一部となる形状のものよりなる。

つまり、整流板１２０で流体を層流とした後に、第１の筒状体１３０を通過させることで急激に流速を上げたのち、断面形状が指数関数による放物線形状、つまり立体的な形状がホーン（horn）形状となっている第２の筒状体１４０を通過させることで流体全体に効率よく乱流を発生することができる。このため、微小気泡（ナノバブル）を効率よく連続的・安定的に生成することができる。また、構造が簡易であるため、取扱いが容易で製造コストを低減することができる。

微小気泡を効率よく連続的・安定的に生成することができる理由としては、発生した乱流により生じるせん断力によりガスを効率よくせん断して流体中に分散させることができるためであると考えられる。また、第１の筒状体で流体の圧力が高まり、第２の筒状体で流体の圧力が低下するため、取り込んだガスを圧力の高い状態で流体中に高濃度で溶解させることが出来、第２の筒状体で高濃度にガスが溶解した流体の圧力を解放することで溶解したガスが過飽和状態となり微小気泡として析出するためであると考えられる。

また、実施形態に係るバブル製剤の製造装置１０の第２の筒状体１４０は、ノズル本体部１１０の長手方向に平行な向きの内周面における断面形状が、下流側に準線を設け、この準線よりも上流側の位置であり、かつ流路内でない位置に焦点を設けてなる放物線の一部となる形状のものよりなる（換言すると、第２の筒状体１４０の内壁１４３が、立体的な形状がホーン（horn）形状となっている）。このため、流体に効率的に乱流を発生させることができる。この結果、極めて効率よく微小気泡を生成することができる。

また、実施形態に係るバブル製剤の製造装置１０の貫通孔１１０Ｈは、第１の筒状体１３０と第２の筒状体１４０との間に設けられた隙間Ｇに連通しており、ガスは、該貫通孔１１０Ｈを介して隙間Ｇから流通路１１１を流れる流体に取り込まれる。つまり、乱流を発生させる第２の筒状体１４０の手前でガスを取り込むようにしているので、非常に効率よく微小気泡を連続的・安定的に生成することができる。

また、実施形態に係るバブル製剤の製造装置１０は、第２の筒状体１４０の下流側に配置され、流体の流れに対して上流側端部１５１の内径Ｄ３が第２の筒状体１４０の下流側端部１４２の内径Ｄ２と略同一であり、第２の筒状体１４０の下流側端部１４２の内径Ｄ２とノズル本体部１１０の内径との違いにより生じる段差を低減する第３の筒状体１５０を備えている。このため、第２の筒状体１４０の下流側端部１４２で流体の流れが乱れずにスムーズに流れる。このため、バブル製剤の製造装置１０での微小気泡の生成に悪影響を与えることを抑制することができる。

なお、従来の技術において、高圧ジェット流型乳化機などのバブル製剤の製造装置は、流体の圧力を高くする必要があるため、その圧力に耐えることができるように金属製のものがほとんどであるため価格も高額となっている。このため、ノズルを簡単に取り換えることができず、高度な衛生管理が必要な医療用のバブル製剤の製造に利用する場合、定期的に洗浄を行う必要がある。しかしながら、洗浄中はバブル製剤を製造することができずダウンタイムとなる。

一方、実施形態に係るバブル製剤の製造装置１０は、流体を高圧とする必要がないため、金属に比して耐久性が低いＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）樹脂、ナイロン、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファインド）樹脂等の樹脂製とすることが可能である。このため、金属製に比して、安価にバブル製剤の製造装置１０を製造することができ、製造装置１０を定期的もしくは利用のたびに交換することで、ダウンタイムを極力少なくすことができる。また、製造装置１０を定期的もしくは利用のたびに交換するので高度な衛生管理を実施することができ、ＧＭＰ（good manufacturing practice）に準拠した運用が可能となる。なお、該記載は、実施形態に係るバブル製剤の製造装置１０の利点を記述したものであり、実施形態に係るバブル製剤の製造装置１０を樹脂製に限定するものではない。

（バブル製剤の製造システム）
次に、バブル製剤の製造装置１０を用いたバブル製剤の製造システム１について、図８を参照して説明する。図８に示すように、実施形態に係るバブル製剤の製造システム１は、バブル製剤の製造装置（NOZZLE）１０と、バブル製剤の製造装置１０に流体を送出するためのポンプ（PUMP）１１とを備える。

ポンプ１１は、モータ１１Ａを有し、流体（例えば、脂質懸濁液）をバブル製剤の製造装置１０へと送出する。バブル製剤の製造装置１０では、GAS SUPPLYに接続された配管Ｂから供給されるガスが取り込まれて微小気泡が生成され、バブル製剤の製造装置１０へと送られた流体は、GAS SUPPLYから供給されたガスの微小気泡（ナノバブル）を含んだ状態となって配管Ａ内を循環する。配管Ａ内を循環させることで、流体に十分な量の微小気泡（ナノバブル）を含ませることができる。

また、バブル製剤の製造装置及び製造システムによれば、全てを閉塞した状態（外気に触れない状態）でバブル製剤を製造することができ、攪拌タイプのように製造途中にバブル製剤が外気に触れることない。このため、バブル製剤への雑菌等の混入（コンタミネーション）を抑制することができる。

次に、実施例について説明する。発明者らは、図８を参照して説明したバブル製剤の製造システム１を用いて、バブル製剤を生成し、バブル製剤に含まれる微小気泡（バブル）の粒径及び数を計測した。

（脂質懸濁液の作成）
初めに、脂質懸濁液の製造について説明する。本実施例では、発明者らは、以下の手順で脂質懸濁液を作成した。
DSPC：DSPG：DSPE-PEG2ｋ-Omeがモル比率で30：60：10の割合となるように、DSPCを711.2 mg、DSPGを1433 mg、DSPE-PEG2ｋ-OMeを825 mgをナスフラスコに秤取し、クロロホルム、メタノール、水の混合液の溶媒に完全に溶解させた。なお、クロロホルム、メタノール、水の比率は、65：35：4（体積％（v/v%））である。

次に、上記のようにして作成した脂質溶液をエバポレーターにセットし、溶媒（クロロホルム、メタノール、水の混合液）を完全に除去した。ナスフラスコに析出した脂質混合物の溶媒を完全に除去するため、真空デシケーターを用いて１晩で乾燥させた。この脂質にリン酸緩衝液(pH7.4)を3L（リットル）加えて脂質を水和させ、脂質懸濁液を得た。

（バブル製剤の作成）
次に発明者らは、上記のようにして製造した脂質懸濁液に、実施形態で説明したバブル製剤の製造装置１０を用いてプラグＰからガス（パーフルオロプロパンガス（Ｃ_３Ｆ_８））を導入して、バブル製剤を作成した。

以下の表１にバブル製剤の作成条件及び測定結果を示す。なお平均粒径は、算術平均により算出された値である。

なお、微小気泡の粒径及び数の計測には、ベックマン・コールター株式会社製の超高分解能粒度分布測定＆粗大粒子数測定装置（商品名：Multisizer3（マルチサイザー3））を用いた。また、圧力は、バブル製剤の製造装置の上流に設けた圧力計（ＳＭＣ社製）で計測した値である（図８の圧力計の位置を参照）。

図９は、上記表１のサンプルNo.4の粒径分布を示す図である。図９において、縦軸は粒子数（×１０⁷個）、横軸は粒子径（直径（μｍ））である。図９に示すように、粒子径１．１μｍ前後に粒子数のピークがあることがわかる。

以上のように、実施形態に係るバブル製剤製造装置に製造されたバブル製剤は、微小気泡の平均粒径（算術平均による平均粒径）が１．５μｍ～１．６μｍ、１ｃｃ当たりの微小気泡の粒子数が２×１０⁹個（２億個）以上という良好な測定結果を得ることができた。

以上で説明したように、本発明に係るバブル製剤の製造方法は、バブル製剤の製造に好適である。

１バブル製剤の製造システム
１０バブル製剤の製造装置
１１ポンプ（PUMP）
１１０ノズル本体部
１２０整流板
１３０第１の筒状体
１４０第２の筒状体
１５０第３の筒状体
１６０第４の筒状体

Claims

バブル製剤の製造方法であって、
内部に流体の流通路を有し、外周面から前記流通路まで貫通し、前記流通路を流れる流体にガスを取り込むための貫通孔が形成されたノズル本体部と、前記流体の流れに対して上流側端部から下流側端部にかけて内径が漸次的に狭くなる第１の筒状体と、前記第１の筒状体の下流側に配置され、前記流体の流れに対して上流側端部から下流側端部にかけて内径が広くなる第２の筒状体とを備え、
前記第１の筒状体及び前記第２の筒状体は、前記ノズル本体部中に隙間を設けて配置され、
前記貫通孔は、前記隙間に連通して設けられ、
前記第２の筒状体は、前記ノズル本体部の長手方向に平行な向きの内周面における断面形状が、下流側に準線を設け、この準線よりも上流側の位置であり、かつ流路内でない位置に焦点を設けてなる放物線の一部となる形状のものよりなるものであるバブル製剤の製造装置の前記貫通孔にパーフルオロプロパン、パーフルオロブタン、パーフルオロペンタン、及び、パーフルオロヘキサンの少なくとも何れかのガス又はこれらの混合ガスを導入し、
前記流通路に前記流体として、ジステアロイルホスファチジルコリン(DSPC)、ジステアロイルホスファチジルグリセロール(DSPG)、及び、1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン-N-[メトオキシ（ポリエチレングリコール）]（DSPE-PEG）の少なくとも１以上を含む脂質懸濁液を流通させることにより、前記流体中に前記混合ガスの微小気泡を生成させることを特徴とするバブル製剤の製造方法。
前記流路内での前記流体の流速が１～２８Ｌ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１に記載のバブル製剤の製造方法。
前記流路内での前記流体の圧力が０．２～０．３ＭＰａであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバブル製剤の製造方法。
前記貫通孔から導入される前記ガス又は前記混合ガスのガス流量が毎分０．１～０．４リットルの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のバブル製剤の製造方法。
前記脂質懸濁液は、
DSPC：DSPG：DSPE-PEG2ｋ-Omeがモル比率で３０：６０：１０の割合で混合した混合物にリン酸緩衝液を加えて水和させることで得られたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のバブル製剤の製造方法。