マイクロカプセルを介した化学物質の新たな環境動態の解明と評価

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H01166
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 鑪迫 典久 愛媛大学, 農学研究科, 教授 (40370267)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 寺崎 正紀 岩手大学, 人文社会科学部, 教授 (10363904) ; 山岸 隆博 国立研究開発法人国立環境研究所, 環境リスク・健康領域, 主任研究員 (30379333) ; 堀江 好文 神戸大学, 内海域環境教育研究センター, 准教授 (60785137) ; 山室 真澄 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (80344208) ; 石橋 弘志 愛媛大学, 農学研究科, 准教授 (90403857)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 難水溶性物質 / 試験困難物質 / 生態毒性 / マイクロプラスチック / ミジンコ / メダカ

Outline of Annual Research Achievements

マイクロカプセル（MC）とは、芯材に様々な化学物質を封入した微細な粒子状物質を指す。カプセルに封入された化学物質は、化学物質本来の化学構造から推定される環境動態とは異なる動きを示し、欧州ではマイクロプラスチックと同等に規制対象となっている。本年度はカプセルの水中挙動や生体内は難しいため、超音波処理をしてカプセルを破壊し、芯材を溶出させた場合とカプセル状態のままの場合を比較することによってカプセルの毒性をミジンコ、メダカを用いて明らかにした。結果として、カプセル剤の方が遅効性の効果を示した。
次に昨年と引き続きMCの合成を試みている。小さい粒子を形成できてかつ生態影響が少ないと思われる基材として，乳酸・グリコール酸共重合体（PLGA）を基材とし分散剤としてPVA（ポリビニルアルコール）を選び、農薬、香料、ホルモン剤を選びMC合成の方法をおこなった。収率を上げるため、基材や分散剤の濃度、成分比率、芯材成分のの添加量などを変化させて最適値を求めた。定量性についてまだ検討中である。合成した香料（リナロール）を包埋したMCを用いて、ミジンコの毒性試験をおこなったところ、ミジンコはカプセルを摂取しカプセルによる毒性影響が検出された。空のカプセルでは影響がなかったため、カプセルに包埋された成分の影響であることが分かった。
カプセル合成に使用しているMC合成装置が海外製のため、その交換部品の入手は相変わらずコロナの影響で入手が難しい状況が続いている。代替品があるものについては入手できたが、合成に必須のガラス板加工品は入手が困難だったため、古いものを再生させるなど工夫しながら使用している。今後MC合成装置を使わない合成方法などの検討も行っていく予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

カプセル製剤を用いて、ミジンコやメダカ仔魚を用いたMCの急性毒性試験の実施およびその生態影響を検出は可能である。また、溶液中のMC数を血球計算盤と光学顕微鏡および粒子計測装置（PITA04）を用いて計測できる。さらに光学顕微鏡の処理ソフトを更新し、カプセルの個数だけではなく、その大きさと数についてヒストグラムの作成も可能になった。PITA04は大きい粒子が混ざっているとセルが詰まってしまう点が欠点だった。高周波の超音波発生装置を用いてカプセル破壊し、その心材成分を取り出す方法などについても可能になった。
さらに微小サイズのMCを合成できる装置を使い様々な種類のMCを合成できるようになり、心材と壁材の濃度及び成分比の組み合わせにより合成カプセルの数や大きさを変更できるような条件も検討した。MC合成装置の交換部品の一部について海外製品のためコロナの影響で輸入が困難であり、国内の代替品を使用することができた。しかし一部はまだ手に入らない。よって合成装置はフル稼働で動かすことができなかった。また、合成に関する共同研究者が離れており（岩手県）、当方（愛媛県）の装置を使うために移動する必要があったが、コロナの影響によって県外者の移動禁止措置が取られていたため思うように共同研究者と交流ができなかった。
新たな野外でのカプセルの採取なども行えなかった。
一部合成できたカプセルによりミジンコの毒性試験を行い、カプセル剤によって遅効性毒性が得られることは確認できた。

Strategy for Future Research Activity

MC合成装置の交換部品や消耗品等の入手できるようになってきたものの、必須の送液経路が彫ってあるガラスプレートの代替品は見つからなかった。現有しているガラスプレートを、時間が非常にかかるが、洗浄再生することでしばらくMCの合成を行う。そのガラスプレートを損なわないようなMC合成方法を検討する。また、最悪の事態も想定してMC合成装置に依らない合成条件の検討も開始する、生態毒性試験を実施するために必要な量のMCの合成を優先して行う。また、試験生物の維持管理にも力を入れて、常に生物試験ができるような体制を整備する。共同研究者との情報交流および人的交流は対面式で行えない為、WEB会議を活用して行う。しかし、対面でないと実験はできないので早急に交流が回復するように希望する。
MCの環境リスクを評価するためには、影響評価（生態毒性）と曝露評価（環境中濃度）を知ることが必要であるが、MC化によって化学物質の特性が大きく変化することによって、環境中挙動が変化し、環境リスクも変化するエビデンスを明らかにする。より明確にリスク評価をすることが重要であり、そのためMC化によって毒性が大きく変わると思われる化学物質を芯剤としてMCを合成し、環境リスク評価に資するための方策を考える。
また、リスク評価に必要な環境中濃度については、生産量と環境中半減期などからの推測が考えられるが、揮発性で環境中での検出頻度が低い香料などが野生生物の油脂中から検出されるかなどを検証することによってMCの環境中影響を推察できる。シジミなどの貝類の内臓を分析したところ香料に使われている揮発成分が検出されたが、それらがMC由来の香料なのか天然由来なのかはっきりしない為論文投稿が保留になっている。室内環境中濃度の測定も、サンプルが集まらず進んでいない。野外または室内で、カプセル由来の化学物質を確認でき次第、MCのリスク評価を行う。