JPH0516900B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はマイクロカプセルに関する。より詳細
には、本発明は、（）物質をマイクロカプセル
に充填して実質的に一定速度で特定期間マイクロ
カプセルから放出可能な物質のカプセル内貯蔵部
分をつくる技術および（）分離及び過装置と
してのマイクロカプセルを使用する技術に関す
る。

（従来の技術） カプセル内空間の医薬化合物、生化学的化合
物、殺虫剤、香料および特定期間放出され得る他
の化学的活性物質などを含有するマイクロカプセ
ルを使用することは周知である。そのような組成
物は生体内移殖可能または消化可能な薬物放出シ
ステムとして使用するのに有効であるので医療分
野で特に重要である。

そのようなマイクロカプセルの製造における重
要な工程は、放出されるべき物質をカプセルに充
填する工程である。この工程はしばしばまつたく
費用がかかり、時間もかかる。これらのマイクロ
カプセルを充填する際の最大の費用は、しばしば
物質の非能率的充填に由来する。ほとんどの充填
技術において、比較的大量の物質をマイクロカプ
セルに充填する必要があるが、実際はほんの少量
の物質のみが充填され、残りは時々捨てられるか
再使用前にさらに処理される。物質はしばしば全
く高くつくので、むだな非能率的充填を避けるの
が重要だ。

マイクロカプセルを化学的に活性な物質で充填
するいくつかの技術がある。おそらく、これらの
技術の最大の共通点は、液一液相分離、米国特許
No.3657144；3664963；378195；4272398；および
439330に開示のとおりである。この技術は、カプ
セルの製造と充填を同時に行うことからなる。一
般に、カプセルに封入されるべき物質と膜形成材
料を溶媒に溶解し、次いで、上記物質と膜形成材
料を溶解している溶媒を連続相媒体に分散する。
続いて、溶媒の一部を蒸発させ、マイクロカプセ
ルを膜形成材料葉状物の溶液として形成し、物質
を封入する。最後に、溶媒の残りを抽出する。

もう１つのカプセル充填技術は、係属中の米国
特許出願第485471号にリム（Lim）によつて記載
されているものである。リムは水性カプセル内空
間を画成する選択的透過性のヒドロゲル膜を形成
する。これらのカプセルはカプセル内に封入され
るべき物質の濃厚溶液中に懸濁される。膜を横切
る濃度勾配があると物質を膜を通して拡散させ
る。一般に、カプセルを１回以上各々数時間浸漬
する必要がある。

米国特許第4515736号はリポソームに充填する
技術を開示している。

既知のカプセル充填技術により、多くの最終用
途に適した適当な充填カプセルができる。しか
し、他の方法によつて充填工程が充分短縮でき且
つ安い費用で達成できた。さらにブランクカプセ
ルが好都合に貯蔵でき連続的に充填できる方法を
開発することが有用であろう。

（発明が解決しようとする問題点） したがつて、本発明の目的は、一定の時間をか
けて放出されるべき物質が容易に且つ急速に充填
されるカプセルを提供することである。

さらにもう１つの目的は、半透過性のカプセル
を脱水する方法であつて、カプセル膜が脱水後無
きずのままであり、得られた脱水カプセルが貯蔵
でき、その後で復元できる方法を提供することで
ある。

もう１つの目的は、時間をかけて放出されるべ
き物質で脱水したカプセルを充填する方法を提供
することである。

さらにもう１つの目的は、過および濃縮装置
としてマイクロカプセルを使用する方法を提供す
ることである。

最後に、一定の期間、好ましくは実質的に一定
の速度で放出されるべき物質を含有する容易に充
填できる生物適合性カプセルを提供することであ
る。

本発明の他の目的及び特徴は、下記開示から明
らかとなろう。

（問題を解決するための手段） 本発明は、実質的に空の無きずの選択的に透過
性の膜を有する予備成形された収縮した脱水され
たカプセルを得る方法からなる。カプセル膜は、
カプセル内に封入され時間をかけてカプセルから
放出されるべき物質、たとえば化学活性物質を含
有する水溶液で再水和すると膨張できる。

カプセルの再水和はカプセルを化学的活性物質
を含有する溶液中に浸漬することによつて達成さ
れる。該溶液は膜の孔を通して拡散してカプセル
の中の空間に物質を貯蔵できる。物質の性質と膜
の孔サイズに依つて、溶液中の物質は非選択的あ
るいは選択的に充填できる。

本発明の好適具体例を使用すると、カプセルに
充填後、膜の透過性はポリマー被覆物を塗布する
ことによつて調節できる。別法として、充填溶液
自体は、膜を被覆してカプセルの透過性を調節す
るポリマーを含有してもよい。

別の態様として、本発明は半透過性ハイドロゲ
ル膜を有する水和したカプセルを処理して、無き
ずの膨張できる膜を有する。収縮した脱水された
カプセルを得る方法を提供する。この技術は、カ
プセルを、増加する濃度の脱水剤を含有する溶液
中で連続的に洗うことにより徐々に脱水すること
からなる。本発明の脱水剤は有機溶媒（たとえ
ば、エタノール、メタノール、アセトン、エーテ
ルまたはエステル）あるいは高浸透圧水溶液（た
とえば濃い塩または糖溶液）である。しかし、好
適脱水剤はエタノールである。脱水剤は、カプセ
ル内の空間と膜から液体を抽出してカプセルを収
縮あるいはしぼませる。同様に、実質的に充分に
脱水された薄片状のぎざぎざしたカプセルが得ら
れる。残留する有機溶媒または水溶液が真空乾燥
により除去できる。得られた脱水カプセルは無期
限に貯蔵でき、水溶液と接触させると膨張でき
る。

本発明のカプセルに生理活性物質を充填された
マイクロカプセルは種々の用途に有用である。た
とえば、薬物、ホルモン、ビタミンまたは注射あ
るいは他の手段で動物の体内に投与するための他
の生理活性物質を充填できる。充填された物質は
特定期間にわたり放出できる。マイクロカプセル
の組成物の放出速度を調節して特定の最終用途の
必要性に合致させることができる。ここに開示さ
れた本発明は薬物放出系として医療分野において
最も有用である。たとえば、収縮したマイクロカ
プセルを包み貯蔵できる。患者に特定量の医薬又
は他の同様の化合物を一定期間にわたり投与する
ことを望む内科医は、特定の放出速度を意図され
た収縮したマイクロカプセルを得て、該カプセル
を上述の如く充填するだけで済む。充填されたカ
プセルは、次いで注射または経口投与し、物質は
長期間にわたつて放出されよう。

本発明のマイクロカプセルは過または分離の
ために有用であることも判明した。収縮されたカ
プセルを分子量の異なる種々の分子を含有する溶
液に加えることができる。あらかじめ決められた
低い分子量を有する粒子はたとえばカプセル膜を
透過しカプセルを復元し、一方大きな粒子は溶液
中に残るであろう。選択的に充填されたカプセル
は回収され、所望ならば、カプセル内に充填され
た物質も回収できる。

上述の如く、本発明においては、あらかじめ製
造された多孔性カプセルを脱水して収縮したカプ
セルを形成する。収縮したカプセルはその膜およ
びその内部から液体をとり出した結果ちぢんでし
まい粗く粉つぽい物質のように見える。収縮した
カプセルは貯蔵でき、続いて時間をかけて放出さ
れるべき物質を充填できる。カプセルの充填は大
量の収縮されたカプセルを充填されるべき物質を
含有する溶液に加えることによつて達成される。
短時間の間に、この物質は膜を通つて拡散してカ
プセル内貯蔵部分となるであろう。そしてそれに
よつてカプセルを復元するであろう。カプセル内
空間に含有される物質はある期間にわたつてカプ
セルから放出できる。物質の放出速度は、カプセ
ル膜の透過性によつて決定され、脱水前のカプセ
ル製造の間に膜の孔の大きさと膜の厚さを調節す
ることあるいは充填の間または後にポリマー被覆
カプセルに塗布することによつて調節できる。

本発明によつて収縮され脱水されたカプセルは
ツアン（Tsang）らの米国特許第579494号または
リム（Lim）の米国特許第4324683号によつて開
示された方法によつて製造でき、それらの開示内
容は本明細書に記載されている。

一般に、ツアンによつて開示されたカプセル
は、カプセル内に封入されるべき材料を含んでも
含まなくてもよい水溶性ポリアニオン性ポリマー
（たとえば酸性多糖類）をゲル化して、水和し分
離したゲル化した塊を形成することによつてつく
られる。このゲル化した塊は、水溶液内で膨張し
てさらに水和する。ポリビニルアミン、アミノ化
多糖類、ポリアミノ化ポリペプチド、それらの塩
またはそれらの混合物のようなポリカチオン性ポ
リマーからなる１つ以上の膜の層をポリカチオン
性ポリマーのカチオン基と上記アニオン性材料上
のアニオン基との間の反応によつてアニオン性ポ
リマーに結合される。任意には、カプセルをポリ
アニオン性ポリマー層によつて後で塗布できる。

ポリアニオン性ポリマーのための好適材料はア
ルギンのようなポリカルボキシル化ポリマーであ
る。好適ポリカチオン性ポリマーはポリリシン、
ポリグルタミンまたはポリオルニチンのようなポ
リアミン化ポリマーである。

本明細書において、本発明のカプセルを時とし
て“カプセル”と称したり、“マイクロカプセル”
と称したりすることを理解されたい。これらの用
語は、本発明が実質的にすべてのサイズのカプセ
ルに適用できることが確かなのでどちらでもかま
わない。しかし、好適具体例としては、本発明の
カプセルのサイズは数ミクロン〜数mmである。

収縮したマイクロカプセルはマイクロカプセル
を徐々に脱水することによつて調製できる。本発
明の脱水方法によりちぢんだ収縮した外見上フレ
ーク様の無きずの膜を有するマイクロカプセルが
得られる。これらのマイクロカプセルの膜は水溶
液にさらされると急速に膨張し得る。

好適具体例において、これらのカプセルは、有
機溶媒のような脱水剤を含有する増加する濃度の
溶液または高浸透圧水溶液で洗うことによつて脱
水される。好適有機溶媒はエタノールであるが、
好適高浸透圧溶液は濃い生理塩溶液である。

たとえば、カプセルを好ましくは最初25％エタ
ノール溶液のような有機溶媒で洗う。この混合物
を約３分間攪拌後、上清を傾斜し、無きずのマイ
クロカプセルのみ残す。この方法を25％、50％、
75％および100％の濃度のエタノール溶液を使用
して繰返した。100％エタノールによる洗浄は約
３回繰返した。最後の洗浄後、収縮したマイクロ
カプセルを適当な方法で回収した。１つの好適技
術はフイルターペーパーまたは焼結ガラスフイル
ターを使用して吸引過することである。回収
後、収縮したカプセルを乾燥し、貯蔵するかすぐ
充填する。

上記脱水方法は好ましいが、もつと少い洗浄と
異なる濃度の脱水溶液を使用することも可能であ
る。しかし、たとえば100％エタノール溶液で１
回洗浄するとカプセル溶液の塩が沈殿し均一性の
乏しい望ましくない膜を形成することがわかつ
た。

一般に、各洗浄液は水和カプセルml当り約２〜
３mlの脱水溶液を含有しなければならず、各洗浄
の時間は約３分でなければならない。

カプセルを徐々に脱水することは無きずの膜を
傷つける塩が膜内に沈殿するのを防止するのに必
要であることがわかつた。

無きずの膜を傷つける他の半脱水方法も使用で
きるよう。たとえば、濃い塩または砂糖の溶液の
ような高浸透圧水溶液を使用することによつて達
成できる。本発明の方法の完了後、カプセルを部
分的に脱水された状態で保存する。濃度の少い充
填溶液を接触すると、部分的に脱水されたカプセ
ルが再水和して約290mOsm／Kgとなる。

有機溶媒で脱水された収縮されたカプセルは、
一般に、吸引過を使用して回収される。空気が
パージガスとして使用され、または収縮されたカ
プセルが空気中に貯蔵される場合、カプセルを再
充填するとすぐ気泡が生じよう。この気泡は約５
時間のうちに溶解するであろう。充填したマイク
ロカプセルがガスの気泡を含んではいけない場
合、CO₂のような高度に水溶性のガスをパージガ
スとして使用しなくてはいけない。このように、
CO₂を使用すれば、ガス気泡の形成が防止されよ
う。さらに、収縮したカプセルを回収後、CO₂環
境中で貯蔵して気泡が再充填段階の間に形成しな
いようにする。

収縮した透過性マイクロカプセルを化学活性物
質を含有する大量の溶液に単に添加することによ
り、該カプセルに１つ以上の化学的活性物質を充
填する。膜を横切る濃度勾配にもとづいて、該物
質は孔を通して濃度の高いカプセル外液体から濃
度の低いカプセル内液体へと物質が流れてカプセ
ル内に物質の貯蔵部分を確立するであろう。結果
として、カプセルが充分膨張してカプセル内の濃
度は実質的にカプセル外の濃度と等しくなる。

充填後のカプセル内の浸透圧は好ましくは脱水
前のカプセル内の浸透圧と同じかより大である。

しかし、好ましくは、充填溶液を充分吸収する
に充分な収縮したカプセルを大量に、あらかじめ
決められた容量の封入されるべき物質を含む溶液
に加える。この具体例において、収縮されたカプ
セルはスポンジとして役立ち、溶液が膜を通つて
カプセルを膨張させるであろう。拡散はカプセル
で充分に膨張し溶液の供給が枯渇するまで続け
る。

カプセルを充分に充填または水和する物質の量
は、一般に水和したカプセル（すなわちまだ脱水
されていないカプセル）を目盛付シリンダーまた
は同様の計量容器中の溶液中に密封して置くこと
によつて決定できる。カプセルが保持するであろ
う液体の容量（真実のカプセル容量）は一般に下
記式： 真実のカプセル容量＝総容量／1.35 （式中、総容量は、液体と計量容器中に含まれ
るマイクロカプセルとの総容量である。） によつて、一般的に決定される。この充填技術に
より、化学活性物質のむだが本質的になくなるの
で有意に費用が節約できる。これは、希少のある
いは高価な物質を封入しなければならない場合、
特に有用である。

カプセルに物質を自然に充填するのに要する時
間は、加えるべき材料の分子量及び膜の孔のサイ
ズのような多くのフアクターに依存しよう。一般
に、充填されるべき材料の分子量が大きい程、そ
して膜の孔のサイズが小さくなる程、カプセルを
充填するのに要する時間は大きくなる。しかし、
本明細書に記載の充填方法は、既知技術よりかな
り速く、ほとんど５分しかかからない。種々の物
質についての充填時間は実施例で充分に検討され
よう。

充填溶液は、一般にカプセルが不活性である溶
媒、たとえば水にカプセル内に充填され一定期間
放出されるべき物質を溶解あるいは分散させたも
のである。添加されるべき物質の濃度は、全く最
終用途の必要性に依存する。しかし、本発明にお
いてはカプセル内液体の濃度は実質的に充填溶液
と等しい。

本発明の方法によつて封入でき実質的に一定の
除放を特徴とする物質は広く変化できる。限定的
な因のみでは、非常に低い分子量の材料、たとえ
ば200ダルトン以下の場合、拡散速度をコントロ
ールするのに支配的なフアクターとなるであろう
膜を生成することは困難であるらしい。又、約
10⁶ダルトンより大きな分子量の物質に対して均
等に透過性のカプセル膜も合成するのが難しい。

徐放性カプセルに充填できる物質の例は、ホル
モン、抗生物質、抗原、酵素、リンホカイン、ワ
クチン、天然又は合成薬、殺精子剤、殺虫剤、殺
菌剤、植物ホルモンおよび生長因子、香料、香
水、防腐剤、細胞培養栄養剤のような栄養剤であ
る。

マイクロカプセルに所望の物質を充填後、膜の
透過性を任意に調節できる。膜の多孔性のコント
ロールのための種々の方法は本明細書に参考文献
として記載してある米国特許出願第485471号に開
示されている。好適具体例としては、充填後にポ
リカチオン性ポリマーを使用してカプセル膜を被
覆して透過性を調節することができる。透過性を
制限する被覆物の効果は、被覆材料の分子量、使
用された被覆材料の量および被覆工程の時間等の
フアクターに依存する。

本発明で好適な被覆ポリマーは、ポリリシン、
ポリオルニチン、ポリ−α，γ−ジアミノブタン
酸、ポリ−α，β−ジアミノプロピオン酸、ポリ
ビニルアミン、およびその種々の共重合体または
混合物である。一般に、被覆ポリマーは放出速度
を低下させる能力に関して次のように格付けでき
る。放出速度をもつとも有意に低下させる第一ポ
リマー：ポリ−α，γ−ジアミノブタン酸；ポリ
−α，β−ジアミノプロピオン酸；ポリビニルア
ミン；ポリオルニチン；ポリリシン。

上記から、特定の物質を分散するための特定の
組成を構成するのにはいくつかの実験が必要とな
るであろうことは明らかである。しかし、本明細
書の開示から見ると、当業者は所望の放出速度を
有する特定組成物を生成することができよう。い
くつかの場合、特定のマイクロカプセルの一定放
出速度を特定の所望レベルにセツトすることは困
難である。しかし、多数のカプセルの放出の平均
速度を任意の値にコントロールすることは比較的
簡単である。このように、投与量は、たとえば、
分散されるべき物質の所望量の一定速度で有意の
期間いつしよに放出する多数のカプセルを供給す
ることによつて調節できる。

他の具体例として、被覆ポリマーは充填溶液中
に混入できてカプセルの透過性をカプセルの充填
と同時に固定されよう。

カプセル内に含まれる物質が所望のカプセル外
の濃度より過剰の濃度であつて、膜の多孔性がそ
こを通過する分子が妨害される程に小さいなら
ば、物質の分子は、カプセル外の環境へ実質的に
一定の速度で、カプセル内濃度がカプセル内浸透
圧が膜依存転移速度を支えるのに不充分であるレ
ベルまで低下する迄放出される。本発明の充填さ
れたカプセルは、たとえば化学修飾、吸着、代謝
分解、消化、拡散、あるいは液体流動による単な
る除去などによつて物質がなくなつていく環境下
に使用されて充分に一定速度の放出を達成でき
る。

分散される物質のカプセル内濃度は、全く高
く、典型的には、所望のカプセル外濃度より少く
とも２次数大きく、好ましくは少くとも３次数大
きくなければならない。一般に、カプセル内濃度
が高い程、放出速度は長く維持できる。カプセル
が物質をとり出す機構を有しない環境に置かれた
場合、カプセル内とカプセル外の濃度は結局等し
くなろう。このように、充填されたカプセルは、
カプセル内濃度と実質的に等しいかより大きな濃
度の物質を含有する適合性溶媒中分散物として貯
蔵できる。この環境中で、カプセル外へと物質が
流出するのを防止する。

好適具体例において、これらのカプセルのヒド
ロゲル膜はイオン的に、“交叉結合”したポリマ
ーのマトリツクスからなる。これらのポリマー
は、互いに連絡したランダムな分子内空間を画成
して膜を通して曲がりくねつた通路状の孔を形成
するものと確信する。膜を横切る孔の寸法と孔の
有効長さは分子拡散の動力学を左右する。孔の中
の分子は多くのランダムな衝突を繰返し、その総
計として、最終的に、一定寸法の分子が膜を横切
るに要する平均時間を決定するらしい。このよう
にして、カプセルに封入された物質の放出速度
は、孔サイズ、孔分布、物質の分子量などの因子
によつて決定される。もちろん、放出速度は充填
されたマイクロカプセルの最終用途に依つて異な
るものと考えられる。

（実施例） 下記実施例は本発明の方法およびその有利性を
さらに説明する。

例 １ 既知技術によつて前以つて製造された水和カプ
セルの試料を用意する。この試料に、25％エタノ
ール溶液を、水和カプセルml当り２〜３mlのエタ
ノールの量となるように加えた。この混合物を約
３分間攪拌し、エタノール溶液を傾瀉した。この
方法を25％、50％、75％および100％のエタノー
ル濃度を使用して繰返した。100％エタノール溶
液で洗浄を３回繰返した。最後の洗浄に続いて、
収縮したカプセルを真空過により回収し、真空
チヤンバーをCO₂でパージした。回収されたカプ
セルはフレーク状で、粗い粉末様の材料で、CO₂
環境中に貯蔵した。

例 ２ 例１に記載のように製造された収縮したカプセ
ルに非選択的に牛血清アルブミン（BSA）を下
記の如く充填した。３重量％のBSAを含有する
0.85％NaCl溶液を製造した。この溶液に、大量
の収縮したカプセルを加えた。約５分以内に、カ
プセルは該充填溶液で充分に充填された。この充
填されたカプセルは、少なくとも３％のBSAを
0.85％NaClに溶解した溶液に分散することによ
つて貯蔵した。

例 ３ 0.85％NaCl溶液を調製し、１重量％のミオグ
ロビンを添加した。大量の例１で脱水されたカプ
セルをこの溶液に加え、約５分以内にこれらのカ
プセルは充分に充填された。これらの充填カプセ
ルは0.85％NaCl中少なくとも１％のミオグロビ
ン溶液に懸濁することによつて貯蔵された。

例 ４ 子牛血清の溶液を用意する。例１によつて製造
された収縮したカプセルを大量に該血清に加え、
分子をカプセル膜を通つて拡散させることにより
該子牛血清に含まれる小さな分子で選択的に充填
した。約８時間以内に、これらのカプセルは約
90000〜100000ダルトン以下の分子量の子牛血清
中の分子で充填された。

例 ５ 例２によつて充填されたカプセルであつて被覆
されていないものを10部のPBS対１部のカプセ
ルの割合でリン酸塩緩衝液を添加した生理塩溶液
（PBS）中に入れPBAを放出させた。放出速度は
１次動力学に近い。カプセル中のBSAのカプセ
ル内濃度は約10mg／ml（ｔ＝０）であつた。ｔ＝
360時間では、カプセル内のBSA濃度は約1.7mg／
mlとなつた。カプセル内濃度とカプセル外濃度と
が等しくなるに要する時間（^t1/2）は約48時間で
あつた。

例 ６ 例２によつてBSAで充填されたカプセルはポ
リオルニチンで下記のように被覆された。0.85％
生理塩溶液中1.5mg／mlのポリオルニチンを含有
する溶液を調製した。この溶液に１mlの充填カプ
セルを加えた。この混合物を約30分間軽く攪拌し
た。ポリオルニチンで被覆後、カプセルを回収し
た。

例６と同様のポリオルニチン被覆技術を使用し
て放出速度をコントロールして^t1/2を360時間を
越えるものにした。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 膜の一体性を維持しながらカプセルを段階的
   脱水することによつて形成された無傷で、選択的
   に透過性である膜を有する、予備形成され、収縮
   され、脱水されたカプセルから成る生成物であつ
   て、該膜は実質的に空の内部空間を画成し、なら
   びに該膜は一定濃度の溶質の水溶液による再水和
   により膨張して該溶液を含み、かつ該溶質を徐放
   しうるカプセルを形成し； ここで該カプセル膜の一体性が、脱水および再
   水和される時にも維持されるカプセルから成る生
   成物。 ２ 上記膜は脱水されたハイドロゲルから成る特
   許請求の範囲第１項記載の生成物。 ３ 上記膜はポリアニオン性材料に結合したポリ
   カチオン性材料からなる特許請求の範囲第１項記
   載の生成物。 ４ 上記膜がポリアミノ化ポリマーに結合したポ
   リカルボキシル化ポリマーから成る特許請求の範
   囲第１項記載の生成物。 ５ 実質的に空の内部空間を画成する無傷の膜を
   有する、収縮され、脱水された半透過性カプセル
   から成る生成物を製造する方法であつて、ここで
   収縮され、脱水され、かつ半透過性のカプセルは
   再膨張し、および再水和でき、該方法はヒドロゲ
   ル膜を有するカプセルを増加する濃度の脱水剤を
   含む連続的水性洗浄溶液で処理することによる段
   階的脱水工程から成り、その間該カプセル膜の一
   体性は維持され、その後残留する脱水剤を除去す
   ることによりヒドロゲル膜を有する予備形成され
   たカプセルを脱水し、これによつて脱水されたカ
   プセルを製造し； ここで脱水および再水和の際にも該カプセル膜
   の一体性が維持される方法。 ６ 上記脱水剤は有機溶媒と高浸透圧水溶液から
   成る群から選択される特許請求の範囲第５項に記
   載の方法。 ７ 上記脱水剤がエタノール溶液である特許請求
   の範囲第６項に記載の方法。