マイクロナノ懸濁液の製造におけるトップダウンとボトムアップ方法の比較研究

一、紹介

本文はマイクロジェット均質機の応用特別テーマに属し、全文は6500字で、読むのに約20分かかる。

サマリー

本文のシステム比較トップダウン（マイクロジェット均質法）とボトムアップ（超音波沈殿法）2つの技術によりイブプロフェンマイクロナノ懸濁体の製造方法の特性と安定性を評価し、SLS、PVP、Pluronicシリーズ、Tween 80及び異なる型番のHPMCを含む多種の安定剤の性能差を評価した。研究によると、2つの方法は初期粒径と短期安定性の面で類似しており、その中でHPMC系安定剤は粒径の減少と安定性の維持の面で効果が優れている、マイクロジェット法の粒径は安定剤中の薬物の溶解度と密接に関連しており、沈殿法則は安定剤のHLB値に依存している。溶解度は貯蔵過程におけるオストワルド熟成現象及び粒子成長に影響する重要な因子であることが確認された。本研究は異なるプロセス経路における安定剤の合理的な選択に理論的根拠を提供した。

キーーワード

マイクロジェット均質、沈殿するナノ懸濁液安定剤溶解度親水親油バランス

二、全体フレーム

三、はじめに

近年、高フラックススクリーニングと組み合わせ化学などの技術の急速な発展は大量の高脂溶性、低水溶性の候補薬物を生み出し、その経口生物利用度の低さは製剤開発の主要なボトルネックとなっている。ナノ懸濁液は薬物比表面積を大きくすることにより溶解速度を著しく向上させ、難溶性薬物の送達効率を改善するために有効な策略を提供した。本研究はイブプロフェンをモデル薬物とし、トップダウン（マイクロジェット均質法）とボトムアップ（超音波沈殿法）の2種類のナノ懸濁液調製方法の優劣を系統的に比較し、異なる安定剤が粒子特性、安定性及びオストワルド熟成現象に与える影響を重点的に考察し、ナノ製剤プロセスの最適化と安定剤の理性的設計に理論的根拠と実践指導を提供することを期待した。

四、基本的な流れ

特性	ボトムアップ法（Bottom-Up）	トップダウン法（Top-Down）
メソッド名	超音波沈殿法	マイクロジェツト均質法
基本原理	薬物を分子状態から沈殿ナノ粒子	巨視的な大粒子をはさいふんさいナノ粒子
重要な手順	1.有機溶媒（アセトン）への薬物溶解 2.有機相を安定剤含有氷水相に注入する 3.全過程にプローブ超音波処理を適用する 4.残留有機溶媒の真空除去	1.安定剤含有水相中に原薬を分散して粗懸濁液を形成する 2.高速予備均質破砕大塊 3.マイクロジェット高圧力サイクル処理 4.徐々に昇圧して閉塞を防ぎ、循環水浴の温度制御
コア要素	溶媒/反溶媒、超音波（混合とナノ化の促進）、安定剤（結晶成長の抑制）	高機械エネルギー（高圧、高速衝突）、安定剤（再凝集抑制）、温度制御（過熱回避）
生成物形成方式	薬は無から有へ構築ナノ粒子	薬物大粒子被ぶんかいナノ粒子

五、データキャラクタリゼーション

キャラクタリゼーション指標	検出方法	重要な詳細と目的
1.粒径分布	動的光散乱（DLS）	•サンプル前処理：イブプロフェン飽和30%グリセリン溶液で希釈し、溶解による粒径変化を防止する •ねんどほせい：希釈サンプルの実際の粘度を測定し、測定器を入力して計算の正確性を確保する •目的：粒子集団の平均粒径及び分布幅（X 50、X 99）を得て、ナノ化効果を評価する
2.Zeta電位	Zeta Plusアナライザ	•サンプル前処理：粒径測定と同じ希釈方法で、一致性を保証する •目的：粒子表面の有効電荷を測定し、懸濁液を評価するせいでんあんていせい。高い絶対値（>｜30 mV｜）は、システムがより安定していることを示している
3.溶解度と薬物担持量	HPLC解析	•サンプル前処理：高速遠心分離未溶解薬物、0.1μmろ過膜ろ過上清液 •解析方法：USP NF 2006標準HPLC定量を採用 •目的： -ようかいど：異なる安定剤溶液中の薬物見かけ溶解度を測定し、分析とオストワルド熟成の関連付け -薬物担持量：初期投与量と溶解度データによる系固形分の間接評価

六、結果と討論

超音波沈殿法（ボトムアップ法）

超音波沈殿法を用いて調製したイブプロフェン懸濁液は主に針状粒子を形成するため、強度重み付け粒子径分布を用いて特徴づける必要がある。その結果、少数のHPMCサンプルを除いて、ほとんどの安定剤で製造された粒子の平均粒径は1μmより大きい（厳密にはナノメートル範囲を超えている）ことが分かった。

その中でHPMC K 3が最も優れ、最小平均粒径702±106 nmを得たが、ポロキサムF-68は最も効果が悪く、平均粒径は1282±51 nmに達した。

分布分析によると、HPMC系安定剤だけが顕著な割合（25%）の粒子を500 nm以下に安定させることができ、すべての安定剤のX 50値は1μm未満、X 99値は5μm未満であり、この方法はミクロン級の懸濁液を製造することができるが、真のナノレベルに達することは依然として挑戦的であり、その中でHPMC系安定剤は優れたナノ化効果と安定能力を示している。

使用沉淀法获得的不同稳定剂布洛芬悬浮液的平均粒径 — 沈殿法を用いて得られた異なる安定剤イブプロフェン懸濁液の平均粒径

マイクロジェット均質法（トップダウン法）

マイクロ噴流均質法を用いて製造したイブプロフェン懸濁液は不規則な粒子を形成し、その全体のナノ化効果は超音波沈殿法より優れ、平均粒子径はより小さい。ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）系安定剤が最も優れ、粒径を1μm以下に下げることに成功し、すべてのHPMC製剤のX 25値は500 nm未満であった。注目すべきは、ドデシル硫酸ナトリウム（SLS）、トウェイン80（Tween 80）、ポロキサムF-127（Pluronic F-127）から製造された懸濁液に粒径異常増大現象が現れ、これはこれらの安定剤溶液中の薬物の高溶解度と密接に関連し、オストワルド熟成の可能性を示唆している。その結果、マイクロジェット法はナノ化を効果的に実現することができるが、安定剤の選択は薬物溶解度への影響を考慮して、粒子の成長を避ける必要があり、HPMCは2つの方法の中で優れた安定した性能を示している。

使用微射流法制备的不同稳定剂布洛芬悬浮液的平均粒径 — マイクロジェット法を用いて作製した異なる安定剤イブプロフェン懸濁液の平均粒径

Zeta電位

2つの方法で製造されたイブプロフェン懸濁液は類似のZeta電位特徴を有し、粒子表面電荷特性は主に調製プロセスではなく安定剤タイプに影響されることを示している。ドデシル硫酸ナトリウム（SLS）はイオン型安定剤として粒子表面に強い負電荷（−60.70〜−65.00 mV）をもたらし、主に静電安定機構を通じて作用する、一方、ポリビニルピロリドン（PVP）、ポロキサム、トウェイン80、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）などの非イオン性安定剤は空間安定化機構を通じて作用し、Zeta電位範囲は狭い（-25 mVから+2 mV）。注目すべきは、HPMC系安定剤はイブプロフェン粒子自体の負電荷（Zeta電位がゼロに近い）を効果的にマスクし、安定性研究で示された最適な性能に直接関係する最も完全で緊密な吸着層を形成していることを証明することができることである。

不同稳定剂制备的布洛芬悬浮液的平均Zeta电位 — 異なる安定剤から製造されたイブプロフェン懸濁液の平均Zeta電位

安定剤効果

ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）は2種類の製造方法の中でいずれも優れた安定化効果を示し、その分子中のメトキシ疎水基はイブプロフェン粒子表面との疎水相互作用によって強力な吸着を実現し、親水性セグメントは水相まで延びて空間安定化作用を提供する。研究により、安定剤の選択基準は製造方法によって異なることが分かった：超音波沈殿法における安定剤効果は親水性親油平衡値（HLB）と正の相関を示し（低HLB値の方が有利）、マイクロ噴流均質法における安定剤効果はその中における薬物の溶解度と密接な相関がある（溶解度が低いほど効果が良い）。表面エネルギー、接触角などのパラメータは安定化効果と明確な相関性がないが、Zeta電位の結果はHPMCが最も完全な表面被覆層を形成できることを示し、これはその安定化性能と直接関連している。本研究は異なる製造方法における安定剤の理性的選択に重要な根拠を提供した。

各种羟丙基甲基纤维素的物理化学性质 — 各種ヒドロキシプロピルメチルセルロースの物理化学的性質

イブプロフェンミクロン／ナノ懸濁液の形成に対する安定剤特性の影響を決定するために、界面張力、接触角、イブプロフェン溶解度、表面エネルギー、親水性親油平衡値（HLB）に対するこれらの影響などの各種安定剤特性を考慮した。ナノ懸濁液安定剤の選択を支援するために、薬物の表面エネルギーを様々な安定剤の表面エネルギーと関連付けることを試みた。しかし、表面エネルギーとナノ懸濁液を形成する能力との間に相関は観察されなかった。したがって、これらの特性においては、得られた粒径データと比較するために、各種安定剤のHLB値及びそれがイブプロフェン溶解度に与える影響のみをさらに考慮した。

表に、研究に使用された各種非イオン安定剤のHLB値を示す。HLB系はイオン界面活性剤の機能を決定しないので、SLSを比較することはできません。HLBは安定剤分子の親水性と親油性の尺度である。HLB値が低いほど、安定剤の親油性が強くなり、逆も同様である。親油性（疎水性）分子は、疎水性イブプロフェン粒子と相互作用するより高い確率を示し、それによってより小さな粒径を実現すべきである。ボトムアップ法を用いて調製した懸濁液の場合、粒子径と非イオン安定剤HLBとの間の正の相関が得られた（図4 a）。しかし、マイクロジェット均質法を用いて調製した懸濁液については、このような相関は得られなかった（図4 b）

布洛芬悬浮液粒径与稳定剂HLB值的关系：(a) 沉淀法，(b) 微射流法。（♦）羟丙甲纤维素（HPMCs），（▲）吐温80，（●）泊洛沙姆F-127，（■）泊洛沙姆F-68 — イブプロフェン懸濁液の粒径と安定剤HLB値の関係：（a）沈殿法、（b）マイクロジェット法。（♦）ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMCs）、（▲）トウェイン80、（●）ポロシャムF-127、（■）ポロシャムF-68

異なる加工条件下での安定剤挙動の違いは、粒子が相不適合性によって溶液から形成されるため、沈殿技術のいくつかの態様がエマルジョン形成（HLBシステムは主にこのために開発された）と類似していることによって説明することができる。しかし、HLB値はマイクロジェット均質法により作製されたナノ懸濁液において主導的な役割を果たす可能性はあまりない。マイクロ噴流均質法により得られた粒子径は、各種安定剤溶液中のイブプロフェンの溶解度（25°C）と相関があるようである（図5及び6）。イブプロフェン固有の水溶性（0.049 mg/ml）への影響が最も小さい安定剤（PVP K-30、Pluronic F-68及びHPMCs）は、イブプロフェン溶解度を顕著に増加させる安定剤（SLS、Tween 80及びPluronic F-127）と比較して低い平均粒径をもたらした。

布洛芬在通过不同方法制备的悬浮液中的溶解度(在25◦C时) — 異なる方法で調製した懸濁液中のイブプロフェンの溶解度（25◦C時）

通过微射流法制备的布洛芬悬浮液的粒径作为在稳定剂中的溶解度的函数 — マイクロジェット法により製造されたイブプロフェン懸濁液の粒径は、安定剤中の溶解度の関数として

ちょぞうあんていせい

保存安定性の研究により、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）基製剤は4°Cと25°Cの条件下でいずれも7日間以内の粒子径の安定性を維持することができ、その他の安定剤で製造された懸濁液はすべて異なる程度の粒子径の増加が現れた。ドデシル硫酸ナトリウム（SLS）、トウェイン80、ポロキサムF−127はイブプロフェン溶解度を著しく向上させたため、その粒径増加は主にオストワルド熟成機構に由来し、一方、ポリビニルピロリドン（PVP K-30）とポロキサムF-68は表面被覆の不備により粒子凝集を起こした。研究により、高温（25°C）は不安定過程を顕著に加速し、HPMCは低溶解効果と優れた空間安定作用を同時に備えているため、最適な貯蔵安定性を示した。この結果は、オストワルド熟成の抑制と完全な表面被覆の実現がナノ懸濁液の安定性を確保する重要な要素であることを証明した。

六、結論

トップダウンとボトムアップの両方のプロセスは、比較的短期的に安定性のある類似の初期製剤を提供する。
安定剤HLB値は、主に乳化技術の変異体であるため、ボトムアップ（超音波沈殿）プロセスの安定剤選択を助けることができる。
トップダウン（マイクロジェット均質）プロセスでは、安定剤溶液中の薬物の溶解度が支配的な役割を果たす。
2つの加工方法で製造された製剤について、安定剤溶液中の薬物の溶解度と貯蔵中に観察された粒径安定性との間には関係がある。これは、オストワルド熟成がナノ懸濁液の安定性に重要な役割を果たすことを意味する。したがって、ナノ懸濁液を調製する際には、薬物溶解度に最も影響が少ない/無視できる安定剤のみを使用すべきである。
HPMCを用いた空間安定化作用は、イブプロフェンミクロン/ナノ懸濁液を7日間安定化するのに十分であり、したがって、さらなる製剤の加工に十分な準備期間を提供することができる。
データは、HPMC分子がイブプロフェン表面と良好に相互作用し、最適な表面被覆をもたらすことを示している。これは、安定性の研究に優れた性能の主な原因である可能性があります。しかし、HPMCとイブプロフェンとの間の具体的な相互作用をさらに研究して、この仮説を確認する必要がある。

参考文献

[1] バーマ・S、ゴカレー・R、バーゲス・D・J。マイクロ/ナノスペンションの準備のための上から下と下から上のアプローチの比較研究[J]。Int J Pharm、2009年、380（1-2）：216-222。DOI:10.1016/j.ijpharm.2009.07.005。

マイクロジェット均質処理の全体的なソリューション

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