イオン液体によるドラッグデリバリー

この記事で分かること

鼻腔粘膜にイオン液体を利用し、脳への効率的な薬物送達実現

　和歌山県立医科大学の薬学部門では、鼻腔粘膜にイオン液体を適用することで、脳への薬物送達を効率化する新しい治療技術が開発されました。

　この技術は、鼻腔の粘膜を通じて薬剤を脳に直接届ける方法であり、従来の経口投与や注射と比較して、薬物が脳に到達する効率を大幅に向上させる可能性があります。特に、脳疾患の治療において、薬剤の効果を高め、副作用を軽減することが期待されています。

ドラッグデリバリーシステムとは何か

　ドラッグデリバリーシステム（DDS）とは、薬物を適切な場所（標的部位）に、適切な速度と量で届ける技術のことです。単純に薬を投与するのではなく、効果を最大化し、副作用を最小限に抑えることを目的としています。DDSには以下のような種類があります。

　1. 標的指向型DDS（ターゲティングDDS）

　薬物を特定の組織や細胞に届ける方法。

• パッシブターゲティング：血管の特徴（EPR効果）を利用し、がん細胞などに薬を集める
• アクティブターゲティング：抗体やリガンドを利用し、特定の細胞と結合する

　例：

• 抗体薬物複合体（ADC）（がん細胞を特異的に攻撃）
• リポソーム型抗がん剤（例：ドキソルビシン封入リポソーム）

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2. 徐放・制御放出型DDS（Sustained/Controlled Release）

　薬物をゆっくり放出し、長時間効果を持続させる方法。

• マイクロカプセル・ナノ粒子：薬を徐々に放出する微粒子
• 高分子ゲル：薬物を閉じ込め、時間とともに拡散

　例：

• 徐放性錠剤（カプセル内で徐々に放出）
• インスリンポンプ（糖尿病患者向け、血糖値に応じてインスリンを放出）

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3. 経粘膜・経皮DDS（Transmucosal & Transdermal DDS）

　皮膚や粘膜を通して薬物を吸収させる方法。痛みが少なく、簡便な投与が可能。

• 経鼻投与：鼻腔から脳へ直接薬を届ける（例：今回のイオン液体研究）
• 経皮吸収パッチ：ニコチンパッチ、鎮痛薬パッチ（フェンタニル）
• 舌下錠：心疾患の硝酸薬（ニトログリセリン）

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4. ナノDDS（ナノテクノロジーを活用）

　ナノ粒子を利用して薬物を効率よく運ぶ。

• ナノカプセル：薬物を包み込み、標的部位で放出
• ナノリポソーム：脂質二重層で薬物を包む（細胞膜と類似の構造）
• ポリマー製ナノキャリア：特定のpHや酵素で薬物を放出

　例：

がん治療薬（ドキソルビシンのPEG化リポソーム）

mRNAワクチン（COVID-19） → ナノリポソームを利用

イオン液体とは何か

　イオン液体（Ionic Liquid, IL）とは、常温付近で液体の状態を保つ塩のことです。通常、塩は固体ですが、イオン液体は融点が低く、室温でも液体のまま存在するという特徴を持っています。

1. 低い融点

• 一般的な塩（例えばNaCl）は高温でないと融解しませんが、イオン液体は常温や比較的低温（100℃以下）で液体の状態を保ちます。
• これは、陽イオン（カチオン）と陰イオン（アニオン）の構造が複雑で、結晶格子を作りにくいためです。

2. 高い熱・化学的安定性

• 一般的な有機溶媒と比べて揮発性が低く、熱や酸化に強いため、安全性が高い。
• 加熱しても蒸発しにくい（低蒸気圧）。

3. 高い溶解性・親和性の調整が可能

• イオンの組み合わせによって、水溶性・油溶性・粘度などを自在に調整できる。
• 有機溶媒や水に溶けにくい物質（例えば特定の医薬品や高分子材料）も溶かすことが可能。

4. 生体適合性と膜透過性

• 一部のイオン液体は生体適合性があり、細胞や粘膜を傷つけずに薬剤を運ぶことができる。
• 粘膜透過性を向上させる効果があるため、薬物の吸収を促進するのに役立つ。

　上記のような特徴からイオン液体は以下のような応用分野で利用されています。

1. 医療・薬学

• 薬物の溶解性向上 → 水に溶けにくい薬剤の吸収を高める。
• 経皮・経鼻投与 → 粘膜を通じて薬剤を吸収しやすくする（今回の和歌山県立医科大学の研究）。
• 遺伝子・タンパク質輸送 → 生体適合性を活かしたドラッグデリバリー技術。

2. 環境・エネルギー

• グリーン溶媒 → 有機溶媒の代替として、環境負荷の低い化学プロセスに利用。
• リチウムイオン電池 → 高温でも安定な電解液として利用。

3. 化学・材料科学

バイオマス処理 → 木材やセルロースを溶解し、バイオ燃料の製造に利用。

触媒 → 反応を促進する触媒や、ナノ材料の合成に活用。

イオン液体にはどのようなものがあるのか

　イオン液体にはさまざまな種類があり、その組み合わせによって特性が大きく異なります。

　(1) イミダゾリウム系イオン液体

例：1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム塩（[BMIM][X]）

• 化学式:BMIMX（X = Cl⁻, PF₆⁻, BF₄⁻ など）
• 特徴:
  • [BMIM][PF₆]：疎水性が強く、有機溶媒と相性が良い
  • [BMIM][BF₄]：水溶性があり、グリーン溶媒として利用
• 用途:
  • 有機合成の触媒
  • リチウムイオン電池の電解液
  • バイオマスの溶解

(2) ピロリジニウム系イオン液体

例：N-ブチル-N-メチルピロリジニウム塩（[BMP][X]）

• 特徴:
  • イミダゾリウム系よりも化学的安定性が高い
  • 電気化学的な応用が広い
• 用途:
  • 電池・キャパシタの電解液
  • 触媒としての利用

(3) ホスホニウム系イオン液体

例：テトラアルキルホスホニウム塩

• 特徴:
  • 熱安定性が高い（300℃以上でも安定）
  • 潤滑剤や工業用溶媒として利用される
• 用途:
  • 高温での化学プロセス（触媒・溶媒）
  • 潤滑剤

(4) コリン系イオン液体（生体適合性が高い）

例：コリン塩（Choline-based ILs）

バイオ燃料の処理

特徴:

生体適合性があり、医療・薬学分野で注目

安価で環境に優しい

用途:

薬物送達（ドラッグデリバリー）

タンパク質やDNAの溶解

なぜ、イオン液体の利用で効率が上がるのか

　鼻腔粘膜にイオン液体を用いることで、脳への薬物送達効率が向上する理由は、大きく以下の3つがあります。

1. 鼻腔-脳ダイレクトルートの活用

　鼻腔には嗅神経があり、この神経を通じて薬物が血流を介さず直接脳に到達できます。通常の薬物は血液脳関門（BBB）を通過する必要がありますが、この方法ではその障壁を回避できるため、効率的な脳内送達が可能になります。

2. イオン液体による粘膜透過性の向上

　イオン液体には、膜透過性を向上させる特性があります。これにより、鼻腔粘膜を通過しやすくなり、より多くの薬物が速やかに吸収されるようになります。また、粘膜に対する刺激を抑えながら、薬剤の浸透を促進できます。

3. 薬物の溶解性と安定性の向上

　イオン液体は、親水性と疎水性のバランスを調整できるため、水に溶けにくい薬物でも安定して溶解させることが可能です。これにより、薬物が鼻腔粘膜から吸収されやすくなり、脳への送達効率が上がります。

　脳への伝達効率の向上によって、特にアルツハイマー病やパーキンソン病などの脳疾患の治療に応用できる可能性があり、今後の研究と臨床応用が期待されています。

イオン液体でなぜ粘膜透過性が向上するのか

　イオン液体（IL）が粘膜透過性を向上させる理由は、以下の3つの主要なメカニズムによります。

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1. 細胞膜の流動性を変化させる（膜の柔軟化）

　イオン液体は細胞膜のリン脂質二重層と相互作用し、膜の構造を変化させます。

• カチオン（陽イオン）の影響 → イオン液体のカチオン（例：イミダゾリウム、コリン）は、細胞膜の負に帯電したリン脂質と相互作用し、膜の流動性を高める。
• アニオン（陰イオン）の影響 → 親油性の高いアニオン（例：[PF₆]⁻、[BF₄]⁻）は膜内の脂質部分に浸透し、膜の剛性を低下させる。

　➡ 結果として、薬物が細胞膜を通過しやすくなり、粘膜からの吸収が向上します。

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2. タイトジャンクション（細胞間バリア）を緩める

　粘膜には、細胞間を密着させるタイトジャンクション（tight junctions）があり、異物の侵入を防いでいます。

• イオン液体の一部はタイトジャンクションを一時的に緩める作用を持ち、これにより薬物の経細胞・経細胞間透過が増加。
• 特に鼻腔粘膜や皮膚の透過性を向上させることが報告されている。

➡ この作用によって、通常は通過しにくい大きな分子や水に溶けにくい薬物も効率よく吸収されるようになります。

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3. 薬物の溶解性と分散性を向上させる

・イオン液体は親水性と親油性を兼ね備えており、水に溶けにくい薬物（疎水性薬物）を可溶化する。

・イオン液体と薬物が相互作用することで、薬物が均一に分散し、粘膜への接触面積が増加する。

　これらの作用により、薬物の吸収速度が向上し、効率よく粘膜を通過できるようになる。