2019 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超臨界セグメント空間をリポソームの連続合成プロセスへ応用展開する場合，マイクロ流路における超臨界二酸化炭素相と水相による，エマルション，ならびにスラグ流の形成をコントロールする必要がある．リポソーム形成に用いられる脂質成分のlecithinを，超臨界二酸化炭素と共溶媒との混合物に溶解させ，医薬物質としてtimolol maleateを溶解させた水相と接触させることでwater-in-supercritical CO2(W/CO2)エマルションを形成させた．超臨界二酸化炭素相と水相の混合には，マイクロ空間において旋回流を生じさせるswirl型のマイクロミキサーを用いた．マイクロミキサーで形成したW/CO2エマルションを，バルク相となる水相とT型混合部において接触させることで，W/CO2エマルションと水相のスラグ流を形成させた．ここで，W/CO2エマルション中の水滴が，バルクの水相へ移動することで，流通状態のスラグ流においてリポソームを形成させた．W/CO2エマルションを形成させる際，エマルション中に分散する水滴サイズが，最終的に形成されるリポソームのサイズに影響する．そのため，swirl 型マイクロミキサーで接触させる水相，ならびにlecithinを溶解させる際に用いた共溶媒種が及ぼすリポソームサイズへの影響を明らかにした．また，疎水性の脂質成分と，親水性の脂質成分が共存する複合リポソーム生成の連続プロセスを構築した．複合リポソームの連続生成プロセスにおいて，脂質成分を溶解させた共溶媒，ならびに水相を，超臨界二酸化炭素へ混合させる順序と，形成された複合リポソームの形状，サイズに及ぼす影響について検証した．以上のように，本年度は，本研究目的における超臨界セグメントの形成とリポソーム形成との関連性の把握における成果を挙げた．
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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
研究目的を達成する上で，超臨界セグメント空間の形成と，流動状態におけるリポソーム構造の形成が重要となる．超臨界セグメント空間の形成では，water-in-supercritical CO2(W/CO2)エマルション，ならびに超臨界二酸化炭素相と水相のスラグ流を，連結させた流動状態において，リポソーム構造の形成が必要となる．昨年度の実績において， swirl型マイクロミキサーにより，超臨界二酸化炭素相と水相を混合することで，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エマルション中の水滴となるtimolol maleateを含む水溶液の流量であることを見出した．本年度の実績より，脂質成分を溶解させる共溶媒としてethanolを用い，超臨界二酸化炭素中へ溶解させることで，形成されるリポソームのサイズをナノオーダーからマイクロオーダーまで，幅広くコントロールすることが確認された．さらに，リポソームの内水相へのtimolol maleateのカプセル化効率は，60 %程度と高い値を示すことも確認された．さらに，複数の脂質成分から構成される複合リポソームの形成への応用展開を図り，本研究課題で提案した超臨界セグメント空間を利用した連続形成プロセスの適用性について検証した．Polyethylene glycol鎖が付加した複数の脂質成分を利用し，複合リポソームの形成が確認された．以上のように，リポソーム構造の形成が可能であることを既に把握できており，リポソームのサイズ制御に重要となる操作因子も把握されている．さらに，複数の脂質成分を用いた複合リポソームの形成への展開も進められており，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 |
超臨界セグメント空間による流動状態を利用したリポソームの連続生成プロセスの構築において，これまでにリポソーム構造の形成と，サイズ制御に関する操作因子の影響が確認されており，今後はリポソームの実用を考慮した，表面機能化への展開を目指す．リポソームの表面機能化として，本年度より開始している複合リポソームの形成を遂行する．複数の脂質成分を用いてリポソームを形成することで，親水化や生態癒着性を，リポソーム表面へ付加させる．また，生体癒着性リポソームの形成においては，表面を正帯電化させることも有効であり，キトサン添加によるリポソームの形成についても検証する．超臨界セグメント空間による流動状態を利用したプロセスでは，形成される複合リポソーム，正帯電化リポソームのサイズ，ならびに表面電位を制御することが重要となる．そのため，超臨界セグメント空間となる，water-in-supercritical CO2(W/CO2)エマルション，ならびに超臨界二酸化炭素相と水相のスラグ流において，脂質溶液や医薬物質水溶液の流量と，複合リポソーム，正帯電化リポソームのサイズ，ならびに表面電位との関連性について，定量的な実測データを蓄積する．ここで得られた実測データ，ならびに知見を用いて，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連続形成プロセスの開発に取り組む予定である．
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