2018 Fiscal Year Annual Research Report
Flow process of bioadhesive liposome production using supercritical-segmented solution
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18H01773
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
下山 裕介 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (30403984)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | フロープロセス / リポソーム / 超臨界二酸化炭素 / マイクロ流路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リポソームの形成技術として，本研究課題では，「プロープロセスでの形成」と「有機溶媒使用量の提言」を目的としており，本年度は，超臨界二酸化炭素を媒体としたマイクロ混合，マイクロ流路で形成されるスラグ流を利用したリポソーム形成プロセスの構築に取り組んだ．具体的には，脂質成分として利用するlecithinを超臨界二酸化炭素中へ溶解させ，swirl型のマイクロ混合システムにより，water-in-supercritical CO2(W/CO2)エマルションを，フローシステムにて形成させた．形成したW/CO2エマルションを，T字型接合部にて，薬物成分であるtimolol maleateを含む水溶液と接触させ，内径0.5 mmのマイクロ流路内においてスラグ流を形成させた．マイクロ流路内でのスラグ流では，W/CO2エマルション中の水滴が，水溶液相へ移動することで脂質膜を形成し，リポソームが作製されることが示唆された．これらの過程は全て，配管 (tube)のみを用いた流通状態で操作可能となり，リポソーム形成におけるフロープロセスが構築された．フロープロセスから流出された水溶液について，動的光散乱法，ならびに透過型電子顕微鏡により，脂質膜を有するリポソームが形成されることが確認された．さらに，構築されたリポソーム形成フロープロセスにおいて，二酸化炭素流量，W/CO2エマルション形成過程における水流量が，形成されるリポソームのサイズ，ならびに薬物カプセル化効率へ及ぼす影響について検証した．その結果，W/CO2エマルションの形成過程における薬物成分であるtimolol maleateを含む水溶液の流量により，形成されるリポソームのサイズ制御が可能であることを見出した．以上より，本年度は，超臨界流体によるスラグ流を利用することで，リポソーム形成のフロープロセスを構築することができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の当初の計画では，初年度においては，超臨界二酸化炭素相と水相が形成するスラグ流を利用することで，リポソームを形成することが考えていた．リポソーム形成を実施する上で重要となる，マイクロ混合システムによるW/CO2エマルションの形成を確認する必要がある．本研究では，異相流体の迅速な混合が期待できるswirl型混合システムを適用し，さらには下流部にサファイア製可視窓容器を設置することで，二酸化炭素流量を変化させたW/CO2エマルションの形成が確認できた．また，W/CO2エマルションと水相とのスラグ流におけるリポソーム形成において，リポソームサイズを制御する上で重要な操作因子が，W/CO2エマルションの形成過程における薬物成分であるtimolol maleateを含む水溶液の流量であることを見出し，フロープロセスにおけるリポソームのサイズ制御が可能となった．このように，当初の計画では，swirl型混合システムによるW/CO2エマルションの形成と，W/CO2エマルションと水相とのスラグ流によるリポソーム形成をフロープロセスにおいて可能にすることを目的としていたが，リポソームサイズを制御する上で重要な操作因子が，W/CO2エマルションの形成過程における薬物成分であるtimolol maleateを含む水溶液の流量であることを見出すことで，リポソームサイズの制御が可能となった点は，当初の計画以上に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
超臨界二酸化炭素とマイクロシステムを融合した，W/CO2エマルションの形成と，スラグ流内におけるリポソーム形成が，フロープロセスにおいて可能となった一方，リポソームの実用を考慮した場合，表面機能化技術の確立が必要となる．そのため，これまでに構築したリポソーム形成フロープロセスの下流部に，キトサンを溶解した水溶液との接触部を追加し，リポソーム表面を正帯電化させ，生体癒着性を付与するフロープロセスへ展開する．具体的には，スラグ流で形成されたリポソームを，二酸化炭素を溶解させたキトサン水溶液と接触，混合させることで，リポソーム表面の正帯電化を試みる．ここでは，キトサン水溶液におけるキトサン濃度を変化させることで，リポソーム表面電荷をコントロール可能となることが期待できる一方，キトサン水溶液中におけるリポソーム同士の合一により，リポソームサイズや形状の変化が懸念される．そのため，リポソーム表面の正帯電化に利用するキトサン水溶液の濃度を変化させ，形成されたリポソームの表面電荷との関係を明らかにする．さらには，スラグ流で形成されたリポソームとキトサン水溶液を接触させる，流路ならびに接触部の影響についても検証する．以上より，リポソーム形成に留まらず，実用展開を念頭にしたリポソームへの生体癒着性の付与まで実現するフロープロセスの開発に取り組む予定である．
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