2021 Fiscal Year Research-status Report

深共融溶媒内包エマルションによるポリフェノールの経皮デリバリーと皮膚透過機構

Research Project

Project/Area Number	19K15367
Research Institution	Sojo University
Principal Investigator	櫻木美菜 (水谷美菜) 崇城大学, 工学部, 准教授 (90646829)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	マイクロエマルション / 放射光X線散乱 / レスベラトロール / 深共融溶媒
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、ポリフェノールの新たな経皮デリバリーキャリアの創製を目的とした。現在、経皮吸収キャリアとして、球状のマイクロエマルション(ME)が用いられ、MEの成分、粒子径、濃度などの要因が経皮吸収率に影響を及ぼすと報告される。しかし、球状以外のMEについては、形が一般的ではなく、その超分子構造と経皮吸収率の関係性が不明である。申請者らは、界面活性剤の凝集特性を変化させる深共融溶媒(DES)を用いると、大きさの異なる球状や棒状構造のMEが得られることを見出している。本研究では、形状の異なるMEにレスベラトロール(RSV)を内包させ、MEの形状と皮膚透過率の関係を評価した。まず、RSV内包MEの構造特性とRSV内包量の関係性を調べ、皮膚透過試験を行った。MEの成分には非イオン性界面活性剤のTween80、Span20、内相はDES/水の混合溶媒を用い、RSVを飽和量取り込ませた後、MEの安定性評価とRSV取り込み量、X線散乱によるMEの構造を評価した。その結果、球状MEの方が棒状MEよりも皮膚透過性は高い傾向にあるが、RSV取り込み領域の広い棒状MEがRSVの内包量が高く、最終的には棒状MEの方がRSVの皮膚透過量が高いことが示された。また、異なる組成でベシクル状のMEが得られ、さらなるRSVの取り込み量を達成できた。MEやMEの構成成分を異なる水分量を有する角層に適用したときの作用機構を放射光X線散乱により調べた。その結果、角質細胞間の脂質層は、ME適用後徐々に乱れ、各層に含まれる水分量が多いほどより乱れることがわかった。角層中のMEは、角層の水分量が多いほど、時間と共にME内相に水が入り込み、徐々にサイズが大きくなることがわかった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 1年目は、1)サンプル調製、2)RSV内包MEの構造評価とRSV取り込み量、3)RSV皮膚浸透性の評価を行い、当初の計画通り実験を進行でき、2報の論文掲載に至った。 2年目は、MEを角層に適用時の角層成分とMEの構造変化のX線散乱測定に焦点を当てた。しかし、MEの形状因子と角質細胞間脂質のラメラ構造のピークが重なり、どちらも時間と共に構造が変化するために、X線散乱測定による解析は難しいと思われた。その中で、MEの構成成分と角層の作用機構を調べたところ、DES適用時の角層成分の構造変化を詳細に解析でき、論文の掲載に至った。角層中のMEの散乱については、重水素化した溶媒を内相に含むMEを用いて中性子散乱実験を行うことで観察できると期待される。オーストラリアのANSTOにて2020年度に実施予定であったが、当分COVID-19の影響で実施できなかった。 3年目は、J-Parcの実験を計画し、申請書を提出していたが、不採択となり測定に至らなかった。そこで、SPring-8のX線散乱を用いてMEの角層透過メカニズム解明を再度試みた。照射位置を数点変えてデータを平均化したり、セルへの角層の封入量、MEの適用量を最適化することで、角層へのME適用時における角層成分とMEの両方の構造変化を解析することができた。しかし、X線散乱では、角質細胞間脂質の短周期ラメラの構造のピークが明確に見られなかったため、4年目に引き続き中性子散乱実験を計画し、R4年度5月末に実施予定である。これまで本申請テーマで3報の論文を報告済みであることと、今年度中に、MEの角層透過メカニズムに関する論文を作成するデータが揃いつつあるので、「おおむね順調」を選択した。
Strategy for Future Research Activity	今後は、角層透過においてMEがどのように皮膚成分と作用し、いつ内包物を放出するかを調べることが必要である。ME内相の溶媒を重溶媒に置き換えることで、 ME内相からの散乱を際立たせることができる中性子散乱を用いれば、角層中におけるMEからの散乱を観察可能であると考えたため、中性子散乱施設J-Parc(茨城県)、ANSTO(オーストラリア)へ実験の申請書を提出し、2年目に実験を行う予定であった。しかし、COVID-19感染拡大の影響で、実験が保留となってしまった。そのため、2、3年目はX線散乱で条件確立を試みたが、いくつか困難な点があり、多くの時間を費やしてしまった。X線散乱はビーム径が300μm程度であり、X線照射位置により角層の散乱が少し異なる。また角層の水分量の少しの違いで角層のピークの形や強度が異なるが、角層の水分は時間と共に揮発してしまい、水分の維持が難しかった。しかし、角層を数枚積み重ねることで水分を維持させやすくなり、照射位置の違いによるピークの違いについては、照射位置を複数点変えて平均化したデータを使用する、など条件の最適化に成功し、X線でMEと角層成分の作用機構についてのデータを得ることができた。しかし、X線散乱では、角質細胞間脂質の短周期ラメラのピークを得ることが難しいこと、測定時は湿度条件をコントロールしていないので、水分が多少揮発している可能性もあることから、より詳しい解析が必要である。R4年度は、湿度調節装置を導入したJ-ParcのTAIKANにて、角層の水分量をより正確にコントロールした上で実験を行い、X線のデータと合わせて考察する。
Causes of Carryover	当初の実験計画で角層中のMEの構造変化をX線散乱で評価する予定であったが、X線では角層成分からの散乱にMEからの散乱が埋もれてしまい、評価できないことがわかった。よって、ME内相を重溶媒に置換し、中性子散乱を行うことを計画していたが、2020年度は新型コロナ感染拡大の緊急事態宣言と重なり、中性子散乱の実験が実施できなかった。2021年度は申請していた中性子散乱実験が不採択となり、変わりにSPring-8での実験条件を最適化しデータを得た。2022年度5月末に中性子散乱実験の実施が確定したため、この旅費や試薬購入に残りの予算を当てる予定である。