Skin penetration enhancement of biopharmacies (large-molecular-weight drug) by combined use of new type microneedle and physicochemical methods

• Project/Area Number: 18K12109
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90130:Medical systems-related
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: HIKIMA TOMOHIRO 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (30332852)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 高廣 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (10367401)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 経皮治療システム / 物理的透過促進法 / 皮膚透過促進 / 時間制御 / 電場 / 烏口型マイクロニードル / 併用効果 / インスリン / 高分子化合物 / ストレプトゾトシン誘発性糖尿病ラット / 射出成型技術 / 微細金型加工 / 光干渉画像法 / マイクロニードル / バイオ医薬品

Outline of Final Research Achievements

The bird-bill microneedle (MN), which had a vertical groove in its tip, was increased the amount of coated drug in its groove using capillary attraction and was firmly inserted into the skin. The bird-bill MN coated insulin was significantly decreased the blood glucose concentration of diabetic rat in vivo. Thus, the bird-bill MN can be used for the transdermal delivery of large-molecular-weight drugs. Moreover, I revealed the condition of the skin penetration enhancement of a large-molecular-weight drug by iontophoresis (IP) and showed that the mechanism of skin penetration enhancement by IP may be to decrease the drug concentration in viable epidermis. Although synergistic effect of MN and IP for transdermal delivery of large-molecular-weight drug was not recognized under in vitro condition, the combined use of MN and IP is a promising method to enhance the skin penetration of a large-molecular-weight drug.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

注射剤として投与されているバイオ医薬品は、患者の生活の質（QOL）が下がるなどの欠点がある。本研究課題の成果である烏口型MNは、分子量が大きく親水性であるバイオ医薬品（高分子量化合物）を経皮的に投与することが可能であることを示した。さらに物理的透過促進法である電場における高分子量化合物の皮膚透過促進メカニズムを一部であるが明らかにすることができた。烏口型MNと電場を併用することで、今後、バイオ医薬品の皮膚透過促進速度の制御に可能となり、患者のQOLを改善できると期待できる。

Research Products

• [Presentation] 医療用マイクロニードルアレイの作製 (2020)
  • Author(s): 山田一也, 松島俊也, 水野有希, 福田龍彌, 高澤香奈衣, 伊藤高廣, 引間知広, 村上直, 椿浩忠, 原正哉, 田代康典, 松尾正昭
  • Organizer: 2020年度精密工学会秋季大会
• [Presentation] New shape microneedle array for medical application (2020)
  • Author(s): Shunya MATSUSHIMA, Kazuya YAMADA, Yuki MIZUNO, Tatsuya FUKUDA, Takahiro ITO, Tomohiro HIKIMA, Sunao MURAKAMI, Hirotada TSUBAKI, Masaya HARA, Ysaunori TASHIRO, Masaaki MATSUO
  • Organizer: 18th International Conference on Precision Engineering
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新規形状のコーティング型マイクロニードルの開発 (2019)
  • Author(s): 水野有希, 福田龍彌, 原正哉, 田代康典, 松尾正昭, 伊藤高廣, 引間知広
  • Organizer: 第35回日本DDS学会学術集会
• [Presentation] 医療用マイクロニードルアレイの研究-新規形状の性能評価- (2019)
  • Author(s): 松島俊也, 山田一也, 福田龍彌, 水野有希, 伊藤高廣, 引間知広, 村上直, 椿浩忠, 田代康典, 原正哉, 松尾正昭
  • Organizer: 2019年度精密工学会秋季大会学術講演会
• [Presentation] メディショナルな経皮的次世代化システムに向けて～九工大マイクロニードル研究の進捗について～ (2019)
  • Author(s): 引間知広, 伊藤高廣
  • Organizer: 令和元年度メディショナルナノテク研究会
• [Presentation] 医療用マイクロニードルアレイの研究 (2019)
  • Author(s): 山田一也、花田大知、伊藤高廣、引間知広、福田龍彌、村上直、椿浩忠、原正哉、田代康典、松尾正昭
  • Organizer: 精密工学会春季大会
• [Patent(Industrial Property Rights)] マイクロニードルアレイ (2021)
  • Inventor(s): 中利明、松尾正昭、田代康典、原正哉、伊藤高廣、引間知広
  • Industrial Property Rights Holder: 中利明、松尾正昭、田代康典、原正哉、伊藤高廣、引間知広
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2021-014454
  • Filing Date: 2021