JPWO2006043705A1 - Ii型キュービック液晶組成物 - Google Patents
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Abstract
下記一般式(1)で表され、かつIV/OV値が0.65〜0.95の範囲である少なくとも1種の両親媒性化合物、及び水もしくは水性溶媒を含有することを特徴とするキュービック液晶組成物。(式中、Rは親水基であり、X及びYはそれぞれ水素原子を表すか又は一緒になって酸素原子を表し、nは0〜4の整数を表し、mは0〜3の整数を表す。)
Description
本発明は、II型キュービック液晶組成物、並びに該II型キュービック液晶組成物を利用した薬物送達システム(略称;DDS)及び化粧料に関する。本発明はまた、II型キュービック液晶組成物を用いた蛋白質の結晶化方法にも関する。
脂質の多くは同一分子中に親水基と疎水基を合わせ持つ両親媒性の物質(以下、「両親媒性脂質」と称する。)であり、水中で様々な形態の分子会合体を自発的に形成する。代表的な両親媒性脂質としては、例えば合成界面活性剤、石けん、レシチン等の天然複合脂質;疎水鎖と親水鎖を持つブロックコポリマーなどが挙げられる。
両親媒性脂質は、その種類や濃度に応じて決まるクラフト温度(TK;Kraffteutectic temperature、クラフト点などとも呼ばれる。)以上の温度では、水中で様々な分子会合体を形成する(非特許文献1参照)。そのような分子会合体には、親水基が外側に向いて閉じられたミセル(球状ミセル、棒状ミセルなど)、疎水基が外側に向いて閉じられた逆ミセル、両親媒性脂質の疎水基同士又は親水基同士が向かい合って配列した二分子膜がランダムに連続したスポンジ相のほか、各種のリオトロピック液晶相などがある。該リオトロピック液晶相としては、無限長のシリンダー状会合体が二次元六方格子を形成するヘキサゴナル液晶及び逆ヘキサゴナル液晶、二分子膜シートがZ軸方向に一定間隔で層状に積み重なったラメラ液晶、三次元格子構造を持つキュービック液晶などが知られている。
これらの分子会合体は、化粧品分野、医薬品分野などで様々な用途に利用されている。例えば、両親媒性脂質を用いた薬物送達システム(DDS)の開発は非常に盛んであり、ラメラ液晶から作られるリポソーム内水相や脂質二重膜に薬剤を包埋した薬物送達システム(非特許文献2参照)を始めとして、多種多様な形態の薬物送達担体が製造されている(特許文献1及び2参照)。
分子会合体のうちバイコンティニュアス型(1−(1)で後述)のキュービック液晶は、ナノメートルオーダーの直径を持つ外部に繋がった水(または水性溶媒)部分(以下水チャネルと呼ぶ)と湾曲した脂質二重膜からなる独特な液晶構造をもつ。そのためリポソームやミセルと比較して、脂溶性薬剤と水溶性薬剤の両方をより多く包埋することが可能であり、かつより安定な構造をしており、機械的強度もより大きい。さらにキュービック液晶は、水チャネル内に水溶性蛋白質を、脂質二重膜中に疎水性の膜蛋白質を取り込むことができる。このためキュービック液晶は、リポソームやミセルとは違った新しい薬物送達担体として注目されてきた(非特許文献3〜5、15参照)。
両親媒性脂質/水系で見出されるキュービック液晶の大多数は、両親媒性脂質/水二成分相図上の広い領域を占めるミセル水溶液、ヘキサゴナル液晶、ラメラ液晶、逆ヘキサゴナル液晶等の他の相領域の間に挟まれた狭い濃度範囲でしか安定に存在できない(非特許文献6参照)ため、薬物送達担体などとしての利用には困難を伴う。しかし、モノオレインを代表とするモノアシルグリセロール類やフィタントリオール(非特許文献14参照)のキュービック液晶は、両親媒性脂質/水二成分相図上でキュービック相と水相が隣接している“II型のキュービック液晶”(後述)であるため、過剰の水と共存する場合でも比較的安定であり、薬物送達システム等への応用が試みられている。しかし、フィタントリオールのキュービック液晶は約40℃以上で逆ヘキサゴナル液晶へと転移し高温領域での安定性に難があるだけでなく、ビタミンAなどの脂溶性薬物を包埋させるとキュービック液晶構造を維持し難いなどの問題点を有していた。また、該モノアシルグリセロール類の内、例えばモノミリストレイン、モノペンタデセノイン、モノオクタデカノインのクラフト温度は、それぞれ35℃(非特許文献7参照)、30℃(非特許文献8参照)、80℃(非特許文献9参照)とかなり高く、室温ではキュービック液晶を形成出来ないため、これらも薬物送達担体などとしての利用には相応しくない。ところが、不飽和脂肪酸を疎水鎖に持ったモノオレイン及びモノワクセニンのクラフト温度は、15℃(非特許文献10、11参照)と低い。そこで、これまでのキュービック液晶を用いた薬物送達システム等の研究は、モノオレインのキュービック液晶に限られていたといっても過言ではなかった(特許文献3〜9及び非特許文献15参照)。しかしながら、モノオレインは酸化を受けやすいだけでなく、血中で、急速に酵素的分解を受けて脂肪酸とグリセリンに分解されてしまい、安定に存在できないという問題点(非特許文献16参照)の他、冷蔵温度(6℃未満)で保存する場合や、その温度で実験操作を行なう場合には不安定になるという問題があった。
そこで以前、本発明者らは、クラフト温度の比較的低いイソプレノイド型疎水鎖を持つ糖脂質を開発した(特許文献10及び11参照)。該糖脂質の内、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロシドは水の存在下でキュービック液晶を形成したが、クラフト温度は10℃であった(非特許文献12、13及び17参照)。また最近、クラフト温度が6℃である、モノアシルグリセロール類に属する1脂質が報告された(非特許文献18)。しかしこれらは、冷蔵温度(約4℃)又はそれ以下の温度での保存や実験操作を行なうには適しておらず、改善の余地がある。
特表2002−505307号公報 特開2001−231845号公報 米国特許第5,531,925号明細書 米国特許第5,196,201号明細書 米国特許第6,656,385号明細書 米国特許第5,143,934号明細書 米国特許第5,593,663号明細書 米国特許第5,756,108号明細書 特表2004−502524号公報 特開平8−245682号公報 特開2002−226497号公報 特開昭59−170085号公報 Laughlin,R.G.,″The Aqueous Phase Behavior of Surfactants″(1994年)Academic Press London,p.106−117 Lasic D.D.,TIBTECH 16,(1998年)p.307−321 Engstrom,S.,Lipid Technol.2,(1990年)p.42−45 Shah,J.C.,et al.,Adv.Drug Delivery Reviews 47(2001年)p.229−**250 Ganem−Quintanar,A.,Quintanar−Guerrero,D.,and Buri,P.,Drug Development and Industrial Pharmacy,26(8),(2000年)p.809−820 Fontell,K.Colloid & Polymer Sci.,268(1990年)p.264−285 Briggs,J.Caffrey,M.Biophys.J.,66,(1994年)p.573−587 Briggs,J.Caffrey,M.Biophys.J.,67,(1994年)p.1594−1602 Lutton E.S.,J.Am.Oil Chem.Soc.,42,(1965年)p.1068−1070 Qiu,H.,and Caffrey,M.,Biomaterials 21,(2000年)p.223−234 Qui,H.,Caffrey,M.,J.Phys.Chem.B.102,(1998年)p.4819−4829 Hato,M.,Minamikawa,H.,Salkar,R.A.,Matsutani,S.Langmuir,18,(2002年)p.3425−3429 Hato,M.,Minamikawa,H.,Salkar,R.A.,Matsutani,S.Progr.Colloid Polym.Sci.,123(2004年)p.56−60 Barauskas,J.,Landh,T.,Langmuir,(2003年)19,p.9562−9565 Drummond,C.J.and Fong,C.,″Surfactant self−assembly objects as novel drug delivery vehicles.″Curr.Opin.Colloid Interface Sci.,4,(2000年)p.449−456 Leesajakul,W.,Nakano,M.,Taniguchi,A.,Handa,T.,Colloid Surf.,B.(2004年)p.253−258 Hato,M.,Yamashita,I.,Kato,T.,Abe Y.,Langmuir,(2004年)20,p.11366−11373 Misquitta,Y.,Cherezov,V.,Havas,F.,Patterson,S.,Mohan,J.M.,Wells,A.J.,Hart,D.J.,Caffrey,M.,J.Structural Biol.(2004年)148,p.169−175
両親媒性脂質は、その種類や濃度に応じて決まるクラフト温度(TK;Kraffteutectic temperature、クラフト点などとも呼ばれる。)以上の温度では、水中で様々な分子会合体を形成する(非特許文献1参照)。そのような分子会合体には、親水基が外側に向いて閉じられたミセル(球状ミセル、棒状ミセルなど)、疎水基が外側に向いて閉じられた逆ミセル、両親媒性脂質の疎水基同士又は親水基同士が向かい合って配列した二分子膜がランダムに連続したスポンジ相のほか、各種のリオトロピック液晶相などがある。該リオトロピック液晶相としては、無限長のシリンダー状会合体が二次元六方格子を形成するヘキサゴナル液晶及び逆ヘキサゴナル液晶、二分子膜シートがZ軸方向に一定間隔で層状に積み重なったラメラ液晶、三次元格子構造を持つキュービック液晶などが知られている。
これらの分子会合体は、化粧品分野、医薬品分野などで様々な用途に利用されている。例えば、両親媒性脂質を用いた薬物送達システム(DDS)の開発は非常に盛んであり、ラメラ液晶から作られるリポソーム内水相や脂質二重膜に薬剤を包埋した薬物送達システム(非特許文献2参照)を始めとして、多種多様な形態の薬物送達担体が製造されている(特許文献1及び2参照)。
分子会合体のうちバイコンティニュアス型(1−(1)で後述)のキュービック液晶は、ナノメートルオーダーの直径を持つ外部に繋がった水(または水性溶媒)部分(以下水チャネルと呼ぶ)と湾曲した脂質二重膜からなる独特な液晶構造をもつ。そのためリポソームやミセルと比較して、脂溶性薬剤と水溶性薬剤の両方をより多く包埋することが可能であり、かつより安定な構造をしており、機械的強度もより大きい。さらにキュービック液晶は、水チャネル内に水溶性蛋白質を、脂質二重膜中に疎水性の膜蛋白質を取り込むことができる。このためキュービック液晶は、リポソームやミセルとは違った新しい薬物送達担体として注目されてきた(非特許文献3〜5、15参照)。
両親媒性脂質/水系で見出されるキュービック液晶の大多数は、両親媒性脂質/水二成分相図上の広い領域を占めるミセル水溶液、ヘキサゴナル液晶、ラメラ液晶、逆ヘキサゴナル液晶等の他の相領域の間に挟まれた狭い濃度範囲でしか安定に存在できない(非特許文献6参照)ため、薬物送達担体などとしての利用には困難を伴う。しかし、モノオレインを代表とするモノアシルグリセロール類やフィタントリオール(非特許文献14参照)のキュービック液晶は、両親媒性脂質/水二成分相図上でキュービック相と水相が隣接している“II型のキュービック液晶”(後述)であるため、過剰の水と共存する場合でも比較的安定であり、薬物送達システム等への応用が試みられている。しかし、フィタントリオールのキュービック液晶は約40℃以上で逆ヘキサゴナル液晶へと転移し高温領域での安定性に難があるだけでなく、ビタミンAなどの脂溶性薬物を包埋させるとキュービック液晶構造を維持し難いなどの問題点を有していた。また、該モノアシルグリセロール類の内、例えばモノミリストレイン、モノペンタデセノイン、モノオクタデカノインのクラフト温度は、それぞれ35℃(非特許文献7参照)、30℃(非特許文献8参照)、80℃(非特許文献9参照)とかなり高く、室温ではキュービック液晶を形成出来ないため、これらも薬物送達担体などとしての利用には相応しくない。ところが、不飽和脂肪酸を疎水鎖に持ったモノオレイン及びモノワクセニンのクラフト温度は、15℃(非特許文献10、11参照)と低い。そこで、これまでのキュービック液晶を用いた薬物送達システム等の研究は、モノオレインのキュービック液晶に限られていたといっても過言ではなかった(特許文献3〜9及び非特許文献15参照)。しかしながら、モノオレインは酸化を受けやすいだけでなく、血中で、急速に酵素的分解を受けて脂肪酸とグリセリンに分解されてしまい、安定に存在できないという問題点(非特許文献16参照)の他、冷蔵温度(6℃未満)で保存する場合や、その温度で実験操作を行なう場合には不安定になるという問題があった。
そこで以前、本発明者らは、クラフト温度の比較的低いイソプレノイド型疎水鎖を持つ糖脂質を開発した(特許文献10及び11参照)。該糖脂質の内、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロシドは水の存在下でキュービック液晶を形成したが、クラフト温度は10℃であった(非特許文献12、13及び17参照)。また最近、クラフト温度が6℃である、モノアシルグリセロール類に属する1脂質が報告された(非特許文献18)。しかしこれらは、冷蔵温度(約4℃)又はそれ以下の温度での保存や実験操作を行なうには適しておらず、改善の余地がある。
本発明は、上記問題を解決し、低温(6℃未満)において安定性が高く、かつ、物性や構造の制御可能なキュービック液晶組成物及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行なった結果、ある特定の両親媒性脂質又はその混合物を用いることにより、6℃未満のような低温でもII型キュービック液晶が形成されることを見出した。本発明は、この知見に基づいて完成されたものであり、すなわち以下を包含する。
[1] 下記一般式(1)で表され、かつIV/OV値が0.65〜0.95の範囲である少なくとも1種の両親媒性化合物、及び水もしくは水性溶媒を含有することを特徴とするキュービック液晶組成物。
(式中、Rは親水基であり、X及びYはそれぞれ水素原子を表すか又は一緒になって酸素原子を表し、nは0〜4の整数を表し、mは0〜3の整数を表す。)
[2] 下記一般式(1)で表され、かつクラフト温度が6℃未満である少なくとも1種の両親媒性化合物、及び水もしくは水性溶媒を含有することを特徴とするキュービック液晶組成物。
(式中、Rは親水基であり、X及びYはそれぞれ水素原子を表すか又は一緒になって酸素原子を表し、nは0〜4の整数を表し、mは0〜3の整数を表す。)
[3] 前記両親媒性化合物が、下記式(2)〜(12)及び(15)よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記[1]又は[2]に記載のキュービック液晶組成物。
[4] 前記両親媒性化合物とは異なる少なくとも1種の両親媒性脂質をさらに含有する、上記[1]又は[2]に記載のキュービック液晶組成物。
[5] 上記式(2)〜(12)及び(15)の両親媒性化合物とは異なる少なくとも1種の両親媒性脂質をさらに含有する、上記[3]に記載のキュービック液晶組成物。
[6] 上記[1]〜[5]のいずれかのキュービック液晶組成物に、薬物(但し、リソソーム酵素は除く)を包埋した複合体。
[7] 上記[6]の複合体を含む、医薬組成物。なおこの組成物は、好ましくは徐放性組成物である。
[8] 上記[1]〜[5]のいずれかのキュービック液晶組成物に、化粧品有効成分(但し、リソソーム酵素は除く)を包埋した複合体。
[9] 上記[8]に記載の複合体を含む、化粧品組成物。
[10] 下記式(2)〜(12)及び(15)のいずれかで表される両親媒性化合物。
[11] 上記式(2)〜(12)及び(15)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の両親媒性化合物に、上記式(2)〜(12)及び(15)とは異なる少なくとも1種の両親媒性脂質を加えて水又は水性溶媒中で混合することを特徴とする、キュービック液晶組成物の液晶構造及び物性の改変方法。
[12] 下記一般式(1)で表され、かつIV/OV値が0.65〜0.95の範囲である少なくとも1種の両親媒性化合物と、曲率調整物質とを、水または水性溶媒中で混合することを特徴とする、キュービック液晶組成物における液晶構造の安定性を増大させる方法。
(式中、Rは親水基であり、X及びYはそれぞれ水素原子を表すか又は一緒になって酸素原子を表し、nは0〜4の整数を表し、mは0〜3の整数を表す。)
この方法において、曲率調整物質がトリグリセリド含有物質であることは好ましい。好適には、曲率調整物質はオリーブオイルである。また、両親媒性化合物及び曲率調整物質と共に、さらに蛋白質を混合してもよい。この方法において蛋白質を混合することにより、キュービック液晶組成物にその蛋白質が包埋される。
[13] 上記[1]、[2]及び[4]のいずれかのキュービック液晶組成物に蛋白質を包埋し、得られた複合体中で蛋白質の結晶を成長させることを特徴とする、蛋白質の結晶化方法。この方法で用いるキュービック液晶組成物は、前記両親媒性化合物として、下記式(2)〜(13)及び(15)よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有するものであることがとりわけ好ましい。
本発明におけるキュービック液晶組成物とは、その組成物中に含まれる本発明に係る両親媒性化合物(及び、場合により、他の両親媒性脂質など)と水又は水性溶媒によりキュービック液晶相が形成されている組成物を言う。
なお本明細書では、一般式(1)で表される化合物を両親媒性化合物と呼び、この両親媒性化合物を包含するがそれに限定されない広義の両親媒性脂質を両親媒性脂質と呼ぶ。
本発明のキュービック液晶組成物は、様々な化合物(例えば薬物など)を簡便な手順によって包埋することができる。特に本発明のキュービック液晶組成物は、一般には液晶構造中に大量には包埋されにくい高分子化合物や疎水性化合物も大量にその液晶中に包埋することができる。本発明のキュービック液晶組成物はまた、従来技術では安定に取り扱うことが困難であった低温(6℃未満)でも高い安定性を保つため、低温での製造及び保存が求められる医薬品、化粧品等に用いる場合に特に有利である。本発明のキュービック液晶組成物は強酸性、強アルカリ性条件下でも安定である。さらに本発明のキュービック液晶組成物は、包埋した薬物や化粧品有効成分等を保持して、その活性を長期間維持することができる。本発明のキュービック液晶組成物はまた、包埋した薬物や化粧品有効成分を分解酵素などによる破壊から保護することができる。さらに本発明のキュービック液晶組成物は、包埋した薬物や化粧品有効成分を液晶構造中から徐放させることができる。
本発明のキュービック液晶の構造及び物性の改変方法を用いることにより、キュービック液晶の構造を、包埋する薬物や化粧品有効成分に適合するように最適化することができる。また用途に合わせて、徐放速度などを調節することも可能である。
本発明のキュービック液晶組成物と薬物や化粧品有効成分との複合体を含む医薬組成物及び化粧品組成物は、包埋した薬物や化粧品有効成分を適用部位で長期間にわたり作用させることができる。
本発明のキュービック液晶組成物の製造において、上記一般式(1)で表され、かつIV/OV値が0.65〜0.95の両親媒性化合物、好ましくは上記式(1)〜(12)及び(15)で表される両親媒性化合物を用いれば、低温安定性の改善されたキュービック液晶組成物を製造することができるだけでなく、その液晶の構造や物性を用途に応じて改変したキュービック液晶組成物を製造することも可能である。
さらに、本発明のキュービック液晶組成物については、その製造の際に上記両親媒性化合物に曲率改変性脂質を添加することにより、曲率改変性脂質を添加せずに調製したキュービック液晶組成物と比較して、キュービック液晶構造の安定性を増大させることができる。そのような、キュービック液晶組成物における液晶構造の安定性を増大させる方法は、例えば、キュービック液晶組成物に包埋された薬物の放出をより安定化するために用いることができる。
本発明のキュービック液晶組成物はまた、様々な蛋白質の結晶化の場として有用である。本発明のキュービック液晶組成物を用いた蛋白質の結晶化方法によれば、各種蛋白質の結晶化を高度に促進することができ、それにより良質な蛋白質結晶を十分なサイズで、例えばX線解析に適した結晶サイズで容易に得ることができる。
本明細書は、本願の優先権の基礎となる特願2004−304952号の明細書に記載された内容を包含する。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行なった結果、ある特定の両親媒性脂質又はその混合物を用いることにより、6℃未満のような低温でもII型キュービック液晶が形成されることを見出した。本発明は、この知見に基づいて完成されたものであり、すなわち以下を包含する。
[1] 下記一般式(1)で表され、かつIV/OV値が0.65〜0.95の範囲である少なくとも1種の両親媒性化合物、及び水もしくは水性溶媒を含有することを特徴とするキュービック液晶組成物。
(式中、Rは親水基であり、X及びYはそれぞれ水素原子を表すか又は一緒になって酸素原子を表し、nは0〜4の整数を表し、mは0〜3の整数を表す。)
[2] 下記一般式(1)で表され、かつクラフト温度が6℃未満である少なくとも1種の両親媒性化合物、及び水もしくは水性溶媒を含有することを特徴とするキュービック液晶組成物。
(式中、Rは親水基であり、X及びYはそれぞれ水素原子を表すか又は一緒になって酸素原子を表し、nは0〜4の整数を表し、mは0〜3の整数を表す。)
[3] 前記両親媒性化合物が、下記式(2)〜(12)及び(15)よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記[1]又は[2]に記載のキュービック液晶組成物。
[4] 前記両親媒性化合物とは異なる少なくとも1種の両親媒性脂質をさらに含有する、上記[1]又は[2]に記載のキュービック液晶組成物。
[5] 上記式(2)〜(12)及び(15)の両親媒性化合物とは異なる少なくとも1種の両親媒性脂質をさらに含有する、上記[3]に記載のキュービック液晶組成物。
[6] 上記[1]〜[5]のいずれかのキュービック液晶組成物に、薬物(但し、リソソーム酵素は除く)を包埋した複合体。
[7] 上記[6]の複合体を含む、医薬組成物。なおこの組成物は、好ましくは徐放性組成物である。
[8] 上記[1]〜[5]のいずれかのキュービック液晶組成物に、化粧品有効成分(但し、リソソーム酵素は除く)を包埋した複合体。
[9] 上記[8]に記載の複合体を含む、化粧品組成物。
[10] 下記式(2)〜(12)及び(15)のいずれかで表される両親媒性化合物。
[11] 上記式(2)〜(12)及び(15)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の両親媒性化合物に、上記式(2)〜(12)及び(15)とは異なる少なくとも1種の両親媒性脂質を加えて水又は水性溶媒中で混合することを特徴とする、キュービック液晶組成物の液晶構造及び物性の改変方法。
[12] 下記一般式(1)で表され、かつIV/OV値が0.65〜0.95の範囲である少なくとも1種の両親媒性化合物と、曲率調整物質とを、水または水性溶媒中で混合することを特徴とする、キュービック液晶組成物における液晶構造の安定性を増大させる方法。
(式中、Rは親水基であり、X及びYはそれぞれ水素原子を表すか又は一緒になって酸素原子を表し、nは0〜4の整数を表し、mは0〜3の整数を表す。)
この方法において、曲率調整物質がトリグリセリド含有物質であることは好ましい。好適には、曲率調整物質はオリーブオイルである。また、両親媒性化合物及び曲率調整物質と共に、さらに蛋白質を混合してもよい。この方法において蛋白質を混合することにより、キュービック液晶組成物にその蛋白質が包埋される。
[13] 上記[1]、[2]及び[4]のいずれかのキュービック液晶組成物に蛋白質を包埋し、得られた複合体中で蛋白質の結晶を成長させることを特徴とする、蛋白質の結晶化方法。この方法で用いるキュービック液晶組成物は、前記両親媒性化合物として、下記式(2)〜(13)及び(15)よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有するものであることがとりわけ好ましい。
本発明におけるキュービック液晶組成物とは、その組成物中に含まれる本発明に係る両親媒性化合物(及び、場合により、他の両親媒性脂質など)と水又は水性溶媒によりキュービック液晶相が形成されている組成物を言う。
なお本明細書では、一般式(1)で表される化合物を両親媒性化合物と呼び、この両親媒性化合物を包含するがそれに限定されない広義の両親媒性脂質を両親媒性脂質と呼ぶ。
本発明のキュービック液晶組成物は、様々な化合物(例えば薬物など)を簡便な手順によって包埋することができる。特に本発明のキュービック液晶組成物は、一般には液晶構造中に大量には包埋されにくい高分子化合物や疎水性化合物も大量にその液晶中に包埋することができる。本発明のキュービック液晶組成物はまた、従来技術では安定に取り扱うことが困難であった低温(6℃未満)でも高い安定性を保つため、低温での製造及び保存が求められる医薬品、化粧品等に用いる場合に特に有利である。本発明のキュービック液晶組成物は強酸性、強アルカリ性条件下でも安定である。さらに本発明のキュービック液晶組成物は、包埋した薬物や化粧品有効成分等を保持して、その活性を長期間維持することができる。本発明のキュービック液晶組成物はまた、包埋した薬物や化粧品有効成分を分解酵素などによる破壊から保護することができる。さらに本発明のキュービック液晶組成物は、包埋した薬物や化粧品有効成分を液晶構造中から徐放させることができる。
本発明のキュービック液晶の構造及び物性の改変方法を用いることにより、キュービック液晶の構造を、包埋する薬物や化粧品有効成分に適合するように最適化することができる。また用途に合わせて、徐放速度などを調節することも可能である。
本発明のキュービック液晶組成物と薬物や化粧品有効成分との複合体を含む医薬組成物及び化粧品組成物は、包埋した薬物や化粧品有効成分を適用部位で長期間にわたり作用させることができる。
本発明のキュービック液晶組成物の製造において、上記一般式(1)で表され、かつIV/OV値が0.65〜0.95の両親媒性化合物、好ましくは上記式(1)〜(12)及び(15)で表される両親媒性化合物を用いれば、低温安定性の改善されたキュービック液晶組成物を製造することができるだけでなく、その液晶の構造や物性を用途に応じて改変したキュービック液晶組成物を製造することも可能である。
さらに、本発明のキュービック液晶組成物については、その製造の際に上記両親媒性化合物に曲率改変性脂質を添加することにより、曲率改変性脂質を添加せずに調製したキュービック液晶組成物と比較して、キュービック液晶構造の安定性を増大させることができる。そのような、キュービック液晶組成物における液晶構造の安定性を増大させる方法は、例えば、キュービック液晶組成物に包埋された薬物の放出をより安定化するために用いることができる。
本発明のキュービック液晶組成物はまた、様々な蛋白質の結晶化の場として有用である。本発明のキュービック液晶組成物を用いた蛋白質の結晶化方法によれば、各種蛋白質の結晶化を高度に促進することができ、それにより良質な蛋白質結晶を十分なサイズで、例えばX線解析に適した結晶サイズで容易に得ることができる。
本明細書は、本願の優先権の基礎となる特願2004−304952号の明細書に記載された内容を包含する。
図1は、キュービック液晶の構造モデルを示す図である。
図2は、ペネトレイション法による両親媒性化合物/水系の偏光顕微鏡写真を示す。
図3は、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルの偏光顕微鏡写真である。
図4は、72.4質量%モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルのDSCカーブを示す図である。
図5は、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルのSAXS測定結果(1℃)を示す図である。
図6は、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系の濃度−温度依存性部分相図を示す図である。
図7は、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシド(α−XP)/水系における濃度−温度依存性部分相図を示す図である。
図8は、総両親媒性化合物濃度60±3質量%の、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシド(α−XP)と1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド(β−XP)の二成分両親媒性化合物/水系における相図を示す図である。Xαは、両親媒性化合物総量に対するα−XPのモル分率を表す。
図9は、総両親媒性化合物濃度60±3質量%の、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールと1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドの二成分両親媒性化合物/水系における相図を示す図である。Xは、両親媒性化合物総量に対するモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールのモル分率を表す。
図10は、キュービック液晶中に包埋されたインシュリンの徐放性試験の結果を示す図である。
図11は、キュービック液晶中に包埋されたα−ガラクトシダーゼ(α−GALA)、β−ガラクトシダーゼ(β−GAL)が活性を有することを示した写真である。
図12は、α−GALAを包埋させたキュービック液晶組成物における徐放性試験の結果を示す図である。
図13は、α−GALAを包埋するキュービック液晶組成物を投与したマウスにおける血中のα−GALA活性の推移を示す図である。
図14は、1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール/100mgリゾチーム/mL、0.4M NaCl、0.075M酢酸ナトリウム溶液(pH4.6)系キュービック液晶中で生成したリゾチーム結晶の偏光顕微鏡写真(横棒のスケール:50ミクロン)である。
図2は、ペネトレイション法による両親媒性化合物/水系の偏光顕微鏡写真を示す。
図3は、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルの偏光顕微鏡写真である。
図4は、72.4質量%モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルのDSCカーブを示す図である。
図5は、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルのSAXS測定結果(1℃)を示す図である。
図6は、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系の濃度−温度依存性部分相図を示す図である。
図7は、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシド(α−XP)/水系における濃度−温度依存性部分相図を示す図である。
図8は、総両親媒性化合物濃度60±3質量%の、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシド(α−XP)と1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド(β−XP)の二成分両親媒性化合物/水系における相図を示す図である。Xαは、両親媒性化合物総量に対するα−XPのモル分率を表す。
図9は、総両親媒性化合物濃度60±3質量%の、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールと1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドの二成分両親媒性化合物/水系における相図を示す図である。Xは、両親媒性化合物総量に対するモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールのモル分率を表す。
図10は、キュービック液晶中に包埋されたインシュリンの徐放性試験の結果を示す図である。
図11は、キュービック液晶中に包埋されたα−ガラクトシダーゼ(α−GALA)、β−ガラクトシダーゼ(β−GAL)が活性を有することを示した写真である。
図12は、α−GALAを包埋させたキュービック液晶組成物における徐放性試験の結果を示す図である。
図13は、α−GALAを包埋するキュービック液晶組成物を投与したマウスにおける血中のα−GALA活性の推移を示す図である。
図14は、1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール/100mgリゾチーム/mL、0.4M NaCl、0.075M酢酸ナトリウム溶液(pH4.6)系キュービック液晶中で生成したリゾチーム結晶の偏光顕微鏡写真(横棒のスケール:50ミクロン)である。
1.キュービック液晶組成物
(1)キュービック液晶の一般的な構造及び特徴
キュービック液晶は、両親媒性脂質が形成する様々な形態の分子会合体(球状、ロッド状、あるいは二分子膜など)が構造単位となり、規則的な三次元構造をとっている。キュービック液晶は、光学的に透明で複屈折性をもたない性質(光学的等方性)を有するため、偏光顕微鏡により直行ニコル条件で観察すると均一に暗く見え、何らのテクスチャーを示さない(等方性テクスチャー)。
キュービック液晶は、液晶構造ユニットにおける疎水性領域及び親水性領域の連続性の相違から、バイコンティニュアス型とディスコンティニュアス型に分類される。かかる「バイコンティニュアス型」とは、液晶構造ユニット中の疎水性領域と親水性領域(両親媒性脂質の親水性基と水又は水性溶媒を含む)がそれぞれ連続した(つながった)領域からなっているものである。また、「ディスコンティニュアス型」とは、液晶構造ユニット中の疎水性領域と親水性領域のうち、一方の領域が連続的な構造をとっているが、もう一方は不連続な構造(例えば球状に閉じた構造)となっているものである。
また、キュービック液晶構造は、I型とII型に分類される。液晶構造ユニットを形成する脂質分子膜が疎水基側に湾曲し、“水中油型”構造をとる場合をI型キュービック液晶、逆に脂質分子の親水基及び水(又は水性溶媒)側に湾曲して、“油中水型”構造をとる場合をII型キュービック液晶2称する。I型とII型は、両親媒性脂質/水系の相挙動から判定することが出来る。例えば、I型の場合、両親媒性脂質/水系の水含有量を増加させてゆくと、液晶構造は他の液晶構造(例えばラメラ液晶)から、さらにはミセルへと転移し、最終的には均一な水溶液となる。これに対し、II型液晶では、ある一定以上の水量となると、飽和量の水を含んだ液晶と過剰な水が共存する“液晶+過剰水”の二相となり、水量を増しても均一な水溶液となることはない。
図1には、結晶学的空間群Im3mに属するキュービック液晶の構造モデル(Evans,F.,Wennerstrom,H.,“The Colloidal Domain”VHC(1994年))を示している。
ところで、両親媒性脂質によって形成されるキュービック液晶などの液晶は、両親媒性脂質の種類と濃度によって決まるクラフト温度(TK)以上の温度でなければ形成されない。さらに液晶は、通常、両親媒性脂質の濃度や温度の変化に伴って相転移を起こすため、特定の液晶構造が安定して存在できる最高温度(Tmax)も脂質の種類や両親媒性脂質濃度に応じて決まってくる。従ってある両親媒性脂質によって形成される液晶構造は、TK−Tmaxの範囲で安定的に形成される。このようなTK−Tmaxと両親媒性脂質濃度の関係は、通常、両親媒性脂質/水系の「濃度−温度依存性相図」として示される。両親媒性脂質のクラフト温度は、このような相図を作製することによる方法などの、当業者に周知の方法により、定めることができる(例えば非特許文献1を参照)。2種以上の両親媒性脂質の混合物についても、同様の方法でクラフト温度を定めることができる。
一般にキュービック液晶は、狭い両親媒性脂質濃度範囲でしか形成されないことが多い。このため、ほんの少しの濃度変化でも液晶構造が転移してしまい、キュービック液晶の構造を利用することは、通常、非常に困難である。
(2)本発明のキュービック液晶組成物中のキュービック液晶の構造及び特徴
本発明のキュービック液晶組成物中では、本発明に係る1種又は複数種の両親媒性脂質(これについての詳細は「(3)キュービック液晶組成物の製造」にて後述)によって、バイコンティニュアス型でありかつII型の構造を有するキュービック液晶が形成される。
本発明に係るキュービック液晶は、図1に例示された様に湾曲した両親媒性脂質二重膜部分と、通常2〜20nm程度(特にこの範囲に限定されるものではない)の直径を有する連続した水チャネルとから構成される3次元的な規則構造を有している。
本発明のキュービック液晶組成物中のキュービック液晶は、広範な温度範囲及び両親媒性脂質濃度範囲で安定的に形成される。特に、II型である本発明のキュービック液晶においては、両親媒性脂質/水系の水量が増加して液晶構造中に含有され得る最大水量を超えた場合でも、過剰の水(正確には極微量の両親媒性脂質分子が溶解している希薄水溶液)が液晶構造から分離して水相を形成して、水を飽和したキュービック液晶と過剰の水からなる二相共存状態となり、その液晶構造は保持される。過剰水の存在下でも液晶構造が保持されるというこの特徴は、水含量の多い医薬品や化粧品を製造する際に有利であるだけでなく、例えばキュービック液晶組成物を薬物送達システム用担体等として用いる上でも非常に都合が良い。本発明のキュービック液晶組成物中の両親媒性脂質濃度(例えば、本発明に係る両親媒性化合物濃度)に特に制限はないが、通常、0.1〜90質量%の範囲であり、両親媒性脂質の種類や温度等に応じて、80質量%以下であることもあり、70質量%以下であることもあり、又は50質量%以下であることもある。なお本明細書において、「両親媒性脂質濃度」「両親媒性化合物濃度」とは、その両親媒性脂質又は両親媒性化合物と水又は水性溶媒とを含む混合系の総質量に対する、その両親媒性脂質又は両親媒性化合物の質量の割合(質量%)を言う。特に「総両親媒性化合物(脂質)濃度」とは、2種類以上の両親媒性化合物(脂質)が含まれる場合の、両親媒性脂質又は両親媒性化合物と水又は水性溶媒とを含む混合系の総質量に対する、その2種類以上の両親媒性脂質又は両親媒性化合物の合計質量の割合(質量%)を言う。
一例としては、本発明のキュービック液晶組成物を製造する場合、両親媒性脂質濃度をキュービック液晶のみが形成するよう選ぶ事が好ましい。一般的に、キュービック液晶の一相領域は両親媒性脂質濃度が40質量%〜90質量%の範囲に現れる場合が多いので、この濃度範囲でキュービック液晶を製造する事が好ましい。厳密にはキュービック液晶の一相領域を与える濃度−温度範囲は両親媒性脂質の種類に依存するので、両親媒性脂質/水系の「濃度−温度依存性相図」から濃度を選択すればよい。
一実施形態では、ある濃度範囲(例えば製造時により一般的に用いられる濃度範囲)の両親媒性脂質を用いて一旦製造したキュービック液晶組成物を、必要に応じて水又は水性溶媒で希釈してもよい。そのようにして希釈されたキュービック液晶組成物も、本発明のキュービック液晶組成物に含まれる。その希釈組成物は、最初に製造されたキュービック液晶組成物よりも低い両親媒性脂質濃度(又は、両親媒性化合物濃度)を有するが、上記のように低両親媒性脂質濃度領域では水を飽和したキュービック液晶と過剰の水の二相共存状態が熱力学的安定状態となるため、特に制限するものではないが、両親媒性脂質濃度(又は、両親媒性化合物濃度)を0.1質量%程度まで希釈してもキュービック液晶構造自体は安定に維持されている。
本発明のキュービック液晶組成物においては、例えば6℃未満のような低温でも安定なバイコンティニュアス型II型キュービック液晶が形成される。本発明の液晶組成物では、通常、−10(あるいは、使用した水性溶媒の氷結温度以上)〜80℃の範囲で安定なバイコンティニュアス型II型キュービック液晶が形成され、好ましくは0〜50℃、の範囲でより安定なキュービック液晶が形成されうる。両親媒性脂質のクラフト温度は、例えば、1質量%〜85質量%の両親媒性脂質を含む水溶液のDSC測定、あるいは(偏光)顕微鏡下で両親媒性脂質の融解挙動を観察すれば容易に求めることが出来る。また、厳密には相図を作製することによる慣用手法によって決定すればよい(例えば非特許文献1参照)。
なお本発明のキュービック液晶組成物は、典型的には透明なゲル状形態であるが、適切な分散剤を添加することなどにより粒子の体積平均粒子径で50nm〜5μmの範囲の粒子、典型的には体積平均粒子径のピーク値が100〜200nm程度の液晶微粒子とすることもできる。
(3)キュービック液晶組成物の製造、並びにその液晶構造の改変及び安定化
本発明のキュービック液晶組成物は、本発明に係る両親媒性脂質と、水又は水性溶媒とを混合することによって製造することができる。
キュービック液晶組成物の製造には、本発明に係る両親媒性脂質として、下記一般式(1)で表されるイソプレノイド型疎水鎖を有する両親媒性化合物(以下、両親媒性化合物(1)と略称することがある。)を用いることができる。
上記式中、Rは親水基であり、X及びYはそれぞれ水素原子を表すか又は一緒になって酸素原子を表し、nは0〜4の整数を表し、mは0〜3の整数を表す。Rが表す親水基としては、例えばグリセロール(2個の水酸基を持つ);エリスリトール、ペンタエリスリトール、トレイトール、ジグリセロール、キシロース、リボース、アラビノース、リキソース、アスコルビン酸(いずれも3個の水酸基を持つ);グルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトース、アルトロース、グロース、イドース、タロース、トリグリセロール(いずれも4個の水酸基を持つ)などから1つの水酸基を除いた残基が挙げられる。式中、Oは酸素原子を表す。
これらの両親媒性化合物(1)は、当業者であれば、後述の実施例等の記載を参考にすることにより、周知の有機化学合成法や生化学的製造法を利用して容易に製造することができる(例えば特許文献10〜12参照)。
また、キュービック液晶組成物の製造では、両親媒性化合物(1)の中でも、バイコンティニュアス型II型キュービック液晶を形成し、かつクラフト温度が低くなる傾向の強い0.65〜0.95(より好ましくは、0.65〜0.93)の範囲のIV/OV値を有する両親媒性化合物を少なくとも1種使用することが好ましい。ここで、本明細書で用いる「IV/OV値」は、有機化合物(本発明においては両親媒性化合物)の無機性値(IV)と有機性値(OV)の比率(IV/OV)として算出される値であり、有機化合物の物性と化学構造の相関を示す指標として利用されている。
本発明で用いるIV/OV値のIV、OVそれぞれの算出方法を以下に簡単に説明する。まず、OV(organic value又はorganic property value)は、両親媒性化合物中の全炭素数に20を掛け、直鎖に枝分かれがある場合は、枝分かれ1つ毎に10を減じることにより求められる。そして、IV(inorganic value又はinorganic property value)は、両親媒性化合物中の水酸基を100、エーテル酸素を20(特に環状糖のエーテル酸素は75)、エステル基を60、非芳香性単環構造を10とし、両親媒性化合物中の該当する全ての基の値を足し合わせて求められる。IV/OV値は、界面活性剤分野で多用されるHLB値と近似的に以下の関係が成り立つことが知られている:HLB=(IV/OV)×10。OV、IV及びIV/OV値についての詳細は、Fujita,A.,″Prediction of Organic Compounds by a Conceptional Diagram″Chem.Pharm.Bull.(Tokyo),2,163−173(1954);″Formulation Design with Organic Conception Diagram″Nihon Emulsion Co.,LTD(2001)[この文献は以下で入手可能である:http://www.nihon−emulsion.co.jp/pdf/ocdbook_e.pdf];甲田善生著「有機概念図−基礎と応用−」三共出版(1984);Hanqing Wu,″Chemical Property Calculation through JavaScript and Applications in QSAR″Molecules(1999)4,p.16−27[この文献は以下で入手可能である:http://fr.mdpi.net/molecules/papers/40100016.pdf]などに記載されている。
本発明におけるIV/OV値の好ましい範囲(0.65〜0.95)は、特に上述したFujitaの方法を基礎とし界面活性剤等両親媒性脂質の関わる現象へ適用されるNihon Emulsion Co.,LTDの方法に従って算出したOV値でIV値を除算し、得られる値の小数点以下第3位を四捨五入することによって算出される値とする。
本発明のキュービック液晶組成物の製造では、クラフト温度(TK)が6℃未満である両親媒性化合物(1)を少なくとも1種使用することが好ましい。
0.65〜0.95の範囲のIV/OV値を有するか又はクラフト温度が6℃未満である両親媒性化合物(1)の具体例として、例えば上記式(2)〜(12)及び(15)などが挙げられる。
本発明のキュービック液晶組成物の製造においては、両親媒性化合物(1)(好ましくは0.65〜0.95の範囲のIV/OV値を有するか又はクラフト温度が6℃未満である両親媒性化合物(1))を1種使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。また、上記両親媒性化合物(1)以外の少なくとも1種の両親媒性脂質をさらに混合してもよい。
キュービック液晶組成物の製造において、両親媒性脂質を2種以上混合する場合には、特に限定するものではないが、上記式(2)〜(12)及び(15)の両親媒性化合物を少なくとも1種と、それ以外の両親媒性脂質(好ましくは両親媒性化合物(1))の少なくとも1種とを混合することが好ましい。ここで、式(2)〜(12)及び(15)の両親媒性化合物とは異なる種類であってそれと混合して用いるのに好適な上記式(1)の両親媒性化合物としては、例えば下記式(13)
で表される1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドがある。また、式(2)〜(12)及び(15)の両親媒性化合物と混合して用いるのに好適な両親媒性脂質として、モノオレイン、モノワクセニン、3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル−1,2,3−トリオール[フィタントリオール]、3,7,11−トリメチルドデカン−1,2,3−トリオール(後述する式(14))などが挙げられる。両親媒性脂質を2種以上混合する場合、混合比率は当業者が適宜定めることができるが、上記式(2)〜(12)及び(15)の両親媒性化合物の総量が、混合系全体に含まれる全ての両親媒性脂質の総質量(両親媒性化合物を含む)に対して1質量%以上であるのが好ましく、5〜99質量%であることがより好ましく、20〜99質量%であるのがさらに好ましい。
また両親媒性脂質を2種類以上混合する場合(一例としては、両親媒性化合物(1)と、両親媒性化合物(1)以外の両親媒性脂質とを混合する場合)、混合物としての両親媒性脂質のクラフト温度が6℃未満となるような両親媒性脂質の組み合わせ及び濃度比を用いることが好ましい。この場合に、両親媒性脂質の1つとして、式(13)の両親媒性化合物を混合することも好ましい。
なお4℃程の低温で使用するキュービック液晶組成物を製造する場合、安定性の点からは、上記式(13)の両親媒性化合物を1種類のみで使用するのは避けることが好ましい。
キュービック液晶を形成するために両親媒性脂質と混合する水又は水性溶媒としては、特に限定するものではないが、滅菌水、精製水、蒸留水、イオン交換水、超純水などの水;生理的食塩水、塩化ナトリウム水溶液、塩化カルシウム水溶液、塩化マグネシウム水溶液、硫酸ナトリウム水溶液、硫酸カリウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液、酢酸ナトリウム水溶液等の電解質水溶液;リン酸緩衝溶液やトリス塩酸緩衝溶液などの緩衝溶液;グリセリン、エチレングリコール、エタノール等の水溶性有機物を含有する水溶液;グルコース、スクロース、マルトース等の糖分子を含有する水溶液;ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール等の水溶性高分子を含む水溶液;オクチルグルコシド、ドデシルマルトシド、プルロニック(ポリエチレングリコール/ポリプロピレングリコール/ポリエチレングリコール共重合体)等の界面活性剤を含む水溶液;細胞内液、細胞外液、リンパ液、髄液、血液、胃液、血清、唾液、尿などの体液などが挙げられる。
両親媒性脂質と混合する水又は水性溶媒の使用量は、当業者であれば各両親媒性脂質/水系の相図から容易に決定出来るが、一般には、両親媒性脂質(両親媒性化合物を含む)と水又は水性溶媒とを含む混合系の総質量(キュービック液晶組成物の総質量)に対して10質量%以上であることが好ましい。
本発明のキュービック液晶組成物を製造するためには、両親媒性脂質と水又は水性溶媒とを、十分に混合することが好ましい。特に限定するものではないが、本発明の両親媒性脂質と水又は水性溶媒は、例えば1時間〜50時間かけて混合することが好ましい。
本発明の両親媒性脂質に過剰量の水又は水性溶媒を混合しても、キュービック液晶組成物を製造することが可能である。ここで「過剰量」とは、形成されるキュービック液晶構造中に含有されうる最大水量を超えた水量を意味する。
本発明のキュービック液晶組成物の製造において、水又は水性溶媒と混合する際に用いる両親媒性脂質の量は,両親媒性脂質−水(または水性溶媒)系の相図を参考に、目的に応じ適宜定めればよく、特に限定されない。しかし、上記1−(2)に述べたように混合時の両親媒性脂質濃度をキュービック液晶一相が形成されるように選ぶ事が好ましい。そのようにして一旦製造した本発明のキュービック液晶組成物に、その後、水又は水性溶媒を加えて希釈してもよい。そのような希釈物も、本発明のキュービック液晶を含む限り、本発明のキュービック液晶組成物に含まれる。
本発明のキュービック液晶組成物を製造するためには、両親媒性脂質を水又は水性溶媒中に混合する際又は混合した後、その混合物を、キュービック液晶を形成しうる温度範囲で保温することが望ましい。キュービック液晶を形成し得る温度範囲は、各両親媒性脂質の種類や濃度によっても異なるが、当業者であれば、各両親媒性脂質について決定され得る液晶の相図に基づいて、適切な温度範囲を設定することが可能である。本発明のキュービック液晶組成物の場合、キュービック液晶を形成し得る温度範囲は典型的には室温を含む比較的広い範囲に及び、特に限定するものではないが、例えば、通常、0.1〜90質量%の両親媒性脂質濃度であれば、−10(氷点下温度は、水が氷にならない過冷却の条件などの場合)〜80℃、好ましくは0〜40℃の温度範囲で混合又は混合後に保温すれば、安定に生成することができる。
上記のような本発明に係るキュービック液晶組成物の製造方法も、本発明に含まれる。
本発明のキュービック液晶組成物の製造において、両親媒性脂質を2種以上、好ましくは物性の異なる両親媒性脂質を2種以上用いることにより、形成されるキュービック液晶の構造や物性を好適に変化させることができる。例えば、クラフト温度が0℃以下であるが高温域での安定性が劣る両親媒性脂質と、クラフト温度が高い両親媒性脂質の2種を混合して用いることにより、低温域から高温域まで安定にキュービック液晶を形成する組成物を製造することができる。また両親媒性脂質を2種以上用いることにより、形成されるキュービック液晶の水チャネルの直径も同時に変化させることができる。さらに、両親媒性脂質を2種以上用いることによりキュービック液晶の構造や特性を変化させることができることを利用すれば、キュービック液晶の構造を制御することが可能である。つまり、キュービック液晶組成物の使用目的に応じてその特性(例えば、格子定数、キュービック液晶の水チャネルの直径、クラフト温度、Tmax値、粘度など)を最適化することもできる。例えば、後述のように特定の高分子化合物をキュービック液晶に取り込ませる場合に、キュービック液晶の水チャネルの直径をその高分子化合物の分子量に合わせて、広げたり縮小したりすることにより、徐放速度の最適化を行なうことができる。
本発明のキュービック液晶組成物は、かなり広範囲の両親媒性脂質群から任意に選択した両親媒性脂質を用いて製造できるため、その組成物中のキュービック液晶の物性や構造を制御する上で自由度が高い。
一例として、単独で同じ結晶学的空間群に属すキュービック液晶を形成する2種の両親媒性脂質を用いてキュービック液晶の水チャネルの直径の制御を行なう場合を例に取り、キュービック液晶構造を制御するための計算式を以下に述べる。
混合する2種の両親媒性脂質1と両親媒性脂質2の作るキュービック液晶の水チャネルの直径を各々、D1,D2(D1>D2)とする場合、両親媒性脂質を各々、X1、X2(X1+X2=1)のモル分率で混合した両親媒性脂質から形成されたキュービック液晶の水チャネルの直径D3は、両親媒性脂質濃度が一定の条件で近似的に以下の数式(i)で表される。
D3=(X1*D1+X2*D2) (i)
この式(i)を利用すれば、当業者であれば容易に目的とする水チャネルの直径を持ったキュービック液晶をデザイン出来る。
さらに本発明は、本発明のキュービック液晶組成物についてキュービック液晶構造を好適に安定化する方法にも関する。
一般に、両親媒性脂質/水系で形成される各種液晶の構造は、その液晶を構成する両親媒性脂質膜の平均曲率と大きく関連している。両親媒性脂質膜が水側に凸に湾曲している場合の該平均曲率を正の値とし、両親媒性脂質膜が水側に凹に湾曲している場合の該平均曲率を負の値とする場合、液晶を構成する両親媒性脂質膜の平均曲率は、例えば、ラメラ液晶の曲率0を経て、バイコンティニュアス型II型キュービック液晶、II型(逆)ヘキサゴナル液晶の順に負の値が大きくなる。このことから、両親媒性脂質膜の平均曲率を意図的に変化させることができれば、例えば、ラメラ液晶又はII型(逆)ヘキサゴナル液晶も、バイコンティニュアス型II型キュービック液晶に転移させうると考えられる。
両親媒性脂質膜の曲率を決定する因子については、Gruner,S.M.J.Phys.Chem.,93,7562−757(1989)に詳しい議論がある。また、液晶構造が両親媒性脂質膜の曲率のエネルギーならびに疎水鎖の充填エネルギーで決定されるとする議論は、上記論文の他、Helfrich,W.Z.Naturforsch.28C,p.693−703(1973);Seddon,J.M.;Templer,R.H.Phil.Trans.R.Soc.Lond.A p.377−401(1993)でも展開されている。
そこで本発明では、両親媒性脂質に、両親媒性脂質膜の曲率を変化させることができる物質(曲率調整物質)を加えて水又は水性溶媒中で混合することにより、曲率調整物質を添加せずにその両親媒性脂質から構成させたキュービック液晶組成物と比較して、キュービック液晶組成物中の液晶構造をより安定化することができる。例えば、本発明のキュービック液晶組成物が、特定の条件下でラメラ液晶相に転移することが判明した場合には、曲率を負方向に変化させる曲率調整物質を適当な量で添加することにより、本発明のキュービック液晶組成物における液晶相転移を防ぎ、キュービック液晶構造を安定に維持することができる。曲率を負方向に変化させる曲率調整物質としては、トリグリセリド類、ジグリセリド類、コレステロール、非解離型のオレイン酸等の長鎖脂肪酸の他、水中でII型(逆)ヘキサゴナル液晶を形成する1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−フォスフォエタノールアミン等の両親媒性脂質などが挙げられる。曲率を負方向に変化させる曲率調整物質として本発明で好適に用いられるのは、以下に限定はされないが、オリーブオイル、ツバキ油、ヒマシ油、マカデミアナッツオイル等のトリグリセリド含有物質や1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−フォスフォエタノールアミンである。一方、本発明のキュービック液晶組成物が、特定の条件下でII型(逆)ヘキサゴナル液晶相に転移することが判明した場合には、曲率を正方向に変化させる曲率調整物質を適当な量で添加することにより、本発明のキュービック液晶組成物における液晶相転移を防ぎ、キュービック液晶構造を安定に維持することができる。曲率を正方向に変化させる曲率調整物質としては、限定するものではないが、例えば、卵レシチン、大豆レシチン、ジガラクトシルジアシルグリセロール、ジグルコシルジアシルグリセロール、マルトシルフィタニルエーテル、ジアルキルジメチルアンモニウムクロライド、ポリオキシエチレン鎖付加型リン脂質、オレイン酸カリウム等の、ラメラ液晶、I型ミセル、又はI型ヘキサゴナル液晶を形成する両親媒性脂質、界面活性剤等が好適に用いられる。曲率調整物質として用いる両親媒性脂質(曲率改変脂質)は、融点の低い(好ましくは0℃以下)ものが特に好ましい。曲率調整物質の最適な添加量は、両親媒性脂質/曲率調整物質/水の3成分系相図から当業者であれば容易に決定できるが、例えば、曲率調整物質と両親媒性脂質の合計量に対して1〜50質量%、好ましくは3〜30質量%となる量の曲率調整物質を用いることが好ましい。
(4)キュービック液晶構造の解析
上記(3)の方法により製造される本発明のキュービック液晶組成物については、以下の方法でキュービック液晶を形成していること、バイコンティニュアス型であること、II型であることを確認することができる。
(a)偏光顕微鏡による観察
両親媒性脂質/水系がキュービック液晶を形成するか否か、また、I型かII型かを簡便に判定する方法として、ペネトレイション法が利用出来る。少量(数mg)の両親媒性脂質を顕微鏡用スライドグラス上に置き、カバーグラスでそっと圧力を加え、スライドグラスとカバーグラスの間の間隙に10ミクロン程度の厚さの両親媒性脂質薄膜(直径1〜5mm位)を形成する。スライドグラスとカバーグラス間隙側面から毛管現象で水あるいは水性溶媒を加えると、水は両親媒性脂質薄膜の外縁部から除々に内部に浸透し、両親媒性脂質薄膜/水界面から両親媒性脂質薄膜内部に向かって水含有量の勾配を形成する。これを偏光顕微鏡で観察すると、両親媒性脂質/水系の濃度に依存してどのような相が出来るのかが判定出来る。図2にペネトレイション法による両親媒性脂質/水系の偏光顕微鏡写真を示した。図2の写真には4つの領域が観察される。写真の最右領域は水領域であり、それ以外の部分は水を含んだ両親媒性脂質領域である。写真右から左に行くにつれ水含有量が減少し、最左領域は未だ水が浸透していない両親媒性脂質部である。水領域と接して水領域と同じ等方性のテクスチャーを与える領域(キュービック液晶)、明るいテクスチャーを与える領域(ラメラ液晶)、等方性のテクスチャーを与える領域(ドライの両親媒性脂質)が観察される。これにより、この脂質がキュービック液晶を形成する事が示唆される。また、キュービック液晶が過剰の水と両親媒性脂質部の界面部に安定に形成されている事からII型である事が分かる。
(b)エックス線小角散乱(SAXS)測定によるキュービック液晶の確認
キュービック液晶は偏光顕微鏡下で等方性のテクスチャーを与えるが、等方性のテクスチャーを示す領域がキュービック液晶であると結論するためにはさらなる確認をすることが好ましい。その確認のためには、エックス線小角散乱(SAXS)法により、液晶構造が立方格子を有することを調べればよい。この手順としては、所定の濃度の両親媒性脂質/水系サンプルを石英製エックス線キャピラリーチューブに入れた後、キャピラリーを酸素バーナーで封じ、SAXS測定に供すればよい。
本発明のキュービック液晶組成物においては、特に限定するものではないが、典型的には結晶学的空間群Ia3d(以下、Ia3dキュービック液晶と呼ぶ)あるいはPn3mに属するキュービック液晶(以下、Pn3mキュービック液晶と呼ぶ)または、結晶学的空間群Im3mに属するキュービック液晶(以下、Im3mキュービック液晶と呼ぶ)が形成される。Ia3dキュービック液晶は、以下の比:
Pn3mキュービック液晶は、以下の比:
Im3mキュービック液晶は、以下の比:
を示す面間隔を与えることによって、確認することができる。また当業者に周知の方法に従って、X線小角散乱データからピーク値を算出し、さらにそれらの逆数の比を求めれば容易に空間群と格子定数を決める事ができる。過剰の水性溶媒と共存状態にあるキュービック液晶のX線小角散乱ピーク値あるいはキュービック格子の大きさは、脂質濃度によらず一定となる。従って、キュービック液晶が過剰の水性溶媒と共存状態にあることは、SAXS測定によって確認できるので、キュービック液晶がII型であるか否かを判定することも容易に可能である。
(c)「バイコンティニュアス型」の確認
バイコンティニュアス型のキュービック液晶構造を形成する湾曲した両親媒性脂質二重膜の疎水鎖の末端メチル基が接する曲面は、無限周期最小曲率表面(infinite periodic minimal surface:IPMS)と呼ばれる曲面で記述出来る事が分かっている(Hyde,S.T.;Andersson,S.;Ericsson,B.;Larsson K.Z.Kristallogr.1984年,168,p.213−219.Longley,W.;McIntosh,T.J.Nature 1983年,303,p.612−614.)。例えば、Ia3dキュービック液晶の両親媒性脂質二重膜はジャイロイド曲面(gyroid surface)と呼ばれる曲面によって、Pn3mキュービック液晶の両親媒性脂質二重膜はダイアモンド曲面(diamond surface)と呼ばれる曲面によって良く記述できる。このモデルによれば、キュービック液晶中の両親媒性脂質分子の疎水鎖部の容積分率φhcは下式(ii)で表される。
式中、ωは、曲面の型によって決まる無次元の常数でジャイロイド曲面の場合は3.091、ダイアモンド曲面の場合、1.919である。dhcは両親媒性脂質二重膜疎水部の長さ、acはキュービック液晶の格子定数を表す。χu Eはオイラー常数でジャイロイド曲面の場合は−8、ダイアモンド曲面の場合は−2(Anderson,D.M.;Gruner,S.M.;Leibler,S.Proc.Natl.Acad.Sci.USA 1988年,85,5364−5368.)。
このφhcは下式(iii)によって計算出来る。
式(iii)中、Mhcは両親媒性脂質分子の疎水鎖部の分子量、Mheadは両親媒性脂質分子の親水基部の分子量、Mwは水の分子量である。nL、nWはキュービック液晶中の両親媒性脂質と水のモル数、ρw、ρhc、ρheadはそれぞれ水、両親媒性脂質の疎水鎖部、両親媒性脂質の親水基部の密度である。ρhcは密度計で測定した両親媒性脂質の疎水鎖部に対応するアルコール(エーテル型の両親媒性脂質の場合)あるいはカルボン酸(エステル型の両親媒性脂質の場合)密度に等しい値と仮定した。
式中、nL、nWは実測可能であり、acはSAXS実験から測定出来るので、式(ii)及び(iii)から、上記dhc値を計算できる。キュービック液晶がバイコンティニュアス構造であれば、計算されたdhc値は、同じ両親媒性脂質が作るラメラ液晶の両親媒性脂質二重膜の疎水基部の厚さと等しくなる。この比較から、キュービック液晶がバイコンティニュアス構造であるか否かが判定できる。
2.キュービック液晶組成物と薬物との複合体の製造、及び該組成物の薬物送達用担体としての用途
本発明のキュービック液晶組成物は、そのキュービック液晶内に様々な薬物(例えば、生物活性物質や生理活性物質)を包埋することができる。本発明のキュービック液晶組成物は、例えば、そのキュービック液晶構造の水チャネル中に水溶性薬物を、一方で両親媒性脂質二重膜部分には膜蛋白質や難溶性薬物のような疎水性の薬物を包埋することができる。本発明のキュービック液晶組成物の液晶構造はかなり強固であり、その構造内に取り込んだ薬物を物理的にも外部環境から非常によく保護することができる。本明細書では、薬物が包埋された本発明のキュービック液晶組成物、より好ましくは、そのキュービック液晶構造内に薬物が包埋された本発明のキュービック液晶組成物を、キュービック液晶組成物と薬物との複合体と呼ぶ。一方、本発明のキュービック液晶組成物、及び該キュービック液晶組成物と薬物との複合体はまた、バルクの液晶状態の他、微粒子、細繊維状、薄膜などの様々な形態へ容易に成形することが可能である。また、本発明のキュービック液晶組成物は、薬物を、水性環境(例えば生体内など)で該薬物の機能・活性・構造などを維持した状態で液晶構造中に取り込み、保持することができる。かかる薬物は、高分子化合物であってもよいし、低分子化合物であってもよい。かかる薬物は、例えば医薬品、医薬部外品、化粧品有効成分などとして用いられうる生理活性物質などであってもよい。但し本発明における「薬物」には、リソソーム酵素は含まないものとする。ここでリソソーム酵素とは、リソソーム病の原因となる酵素の平常型(機能又は活性を有する野生型又は変異型)であってリソソーム病の患者における酵素補充療法に利用できる可能性があるものを言う。
本発明において、高分子化合物を機能・活性・構造などを維持した状態で液晶構造中に取り込んで保持することができることは、本発明のキュービック液晶組成物の有利な点の1つである。
上記薬物として本発明のキュービック液晶組成物に包埋することができる高分子化合物の分子量は、特に限定するものではないが、通常、分子量が4,000〜1,000,000、好ましくは5,000〜500,000である。そのような高分子化合物は、親水性、疎水性、両親媒性のいずれであってもよく、また、有機化合物であっても無機化合物であってもよいし、天然物、その誘導体あるいは合成物であってもよい。かかる高分子化合物としては、特に限定するものではないが、例えば、酵素、糖蛋白質・リポ蛋白質・膜蛋白質などの蛋白質(ポリペプチド)、核酸(DNA、RNA)、多糖、天然ゴム、高分子硫黄、高分子ケイ素、シリカ、チタニア、アルミナ、ヒドロキシアパタイト、ナイロン・ポリエステル・ポリアクリレート・ポリメタクリレート・ポリビニル化合物などのナノコロイド粒子などが挙げられる。キュービック液晶組成物に高分子化合物を包埋して複合体にすることにより、その高分子化合物を長期にわたり高濃度かつ高機能・高活性で保持することができる。
本発明において用いる薬物としては、分子量が200〜4,000程度の、医薬品、医薬部外品、化粧品有効成分などとして用いられうる生理活性物質も挙げられる。特に限定するものではないが、具体的には例えば天然または合成のビタミン、ペプチド、ホルモン、各種難溶性薬物等が挙げられる。
ここで、本発明のキュービック液晶組成物における目的の物質(薬物)の「包埋」とは、その物頁(薬物)が、該組成物中のキュービック液晶構造内部に存在し、そこで少なくとも一定期間保持されている状態を言う。本発明のキュービック液晶組成物においては、通常、水溶性物質はキュービック液晶の親水性部分(両親媒性脂質の極性基を含む水チャネル中)に、疎水性物質はキュービック液晶の疎水性部分(両親媒性脂質の二重膜部分)に選択的に存在する。蛋白質等の両親媒性物質は、キュービック液晶の親水性領域と疎水性領域の両方にまたがって存在する場合もある。目的の物質(薬物)は、キュービック液晶構造内で、単量体で存在していてもよいし、多量体として存在していてもよい。目的の物質(薬物)は、単分子、会合体、微粒子、微結晶、結晶、又は凝集塊などの状態で存在してもよい。しかし、個々の物質(薬物)の存在部位や存在形態等は、これらに限定されるものではない。
本発明のキュービック液晶組成物と薬物との複合体は、前述のキュービック液晶組成物の製造方法において、包埋させる薬物が水溶性の場合は、水もしくは水性溶媒に溶解した該薬物と両親媒性脂質を混合することにより、あるいは、前もって製造したキュービック液晶組成物に該薬物を直接添加することによって、製造することができる。または、本発明の複合体は、水もしくは水性溶媒に溶解した薬物と前もって製造したキュービック液晶組成物とを混合することによって製造することもできる。包埋させる薬物が疎水性の薬物(例えば、疎水性の生理活性物質)の場合には、疎水性の薬物(例えば、該生理活性物質)と両親媒性脂質の混合物(エタノール、アセトン等の両者に共通の溶媒に溶解後溶媒を除去して容易に得られる)と水もしくは水性溶媒を混合することにより製造することが出来る。
本発明の複合体の製造において包埋させる薬物の量は、特に限定するものではないが、例えば両親媒性脂質に対して0.01〜50質量%となるように混合すればよい。
キュービック液晶組成物に薬物を包埋した複合体は、該薬物を比較的長い時間にわたり、その液晶構造から一定濃度ずつ徐放させることができる。従って本発明のキュービック液晶組成物は、薬物送達システム(DDS)用の薬物送達用担体としても有利に使用することができる。例えば、本発明のキュービック液晶組成物に薬物を包埋した複合体を製造し、その複合体を所定の体内組織中に埋め込めば、その薬物をその組織に集中的に投与することができる。またそのような本発明の複合体を生体内に注射すれば、長期にわたって全身的にその薬物を徐放させることができる。
本発明でキュービック液晶組成物に包埋させる上記薬物の入手方法には特に制限はなく、例えば市販品を購入したり、天然起源から採取又は精製したり、遺伝子工学的手法によって製造したりすることによって適宜入手が可能である。本発明のキュービック液晶組成物に包埋させる薬物として蛋白質などの高分子化合物を用いる場合、水性溶液中でその機能、活性及び/又は構造などが維持される状態で、添加することが好ましい。例えば高分子化合物として膜蛋白質を用いる場合には、可溶化した膜蛋白質溶液を、本発明に係る両親媒性脂質と、又は前もって製造しておいたキュービック液晶組成物と混合すればよい。また高分子化合物が膜上に発現している細胞を、低浸透圧条件に置くなどの温和な条件で破壊して、細胞膜断片ごと、両親媒性脂質及び水もしくは水性溶媒と混合することも可能である。
3.キュービック液晶組成物を用いた医薬組成物
上記の方法により得られる本発明のキュービック液晶組成物に薬物(例えば、生物活性物質)を包埋した複合体に、場合により、医薬製剤上許容される担体、添加剤、希釈剤などを混合させることにより、医薬組成物を得ることができる。
かかる薬物は、疎水性薬物、親水性薬物、両親媒性薬物のいずれであってもよく、例えば、具体的には、ヒアルロン酸ナトリウム、免疫グロブリン、スーパーオキシドジスムターゼ、クロロフィル、ジアスターゼ、グルコースオキシダーゼ、ウレアーゼ、ウリカーゼ、核酸(DNA,RNA、siRNA、アプタマー、デコイDNA、アンチセンスDNA、リボザイムなど)、L−アスパラギナーゼ、アデノシンデアミナーゼ、アルテプラーゼ、アンギオテンシンII(ヒト型)、インスリン、インターフェロンα、インターフェロンβ、インターフェロンγ、ウロキナーゼ、エポエチンα、エポエチンβ、カリジノゲナーゼ、カルペリチド、L−カルニチン、乾燥濃縮ヒトアンチトロンビンIII、酢酸デスモプレシン、酢酸テトラコサクチド、酢酸ナファレリン、酢酸ブセレリン、酢酸リュープロレリン、酢酸ゴセレリン、セルモロイキン(IL−2)、ソマトロピン、チソキナーゼ、テセロイキン(IL−2)、トラフェルミン(FGF)、ナサルプラーゼ、ナルトグラスチム(G−CSF)、ネオカルチノスタチン、バトロキソビン、パミテプラーゼ、フィルグラスチム(G−CSF)、ミリモスチム(M−CSF)、メカセルミン、モンテプラーゼ、レノグラスチム(G−CSF)、活性化プロトロンビン複合体、乾燥濃縮人血液凝固第VIII因子、血液凝固第VIII因子、血液凝固第IX因子、免疫グロブリンG、下垂体性性腺刺激ホルモン(HMG)、血清性性腺刺激ホルモン(PMS)、胎盤性性腺刺激ホルモン(HCG)、パソプレッシン、オキシトシン、カルシトニン、エルカトニン、ストレプトキナーゼ、ストレプトドルナーゼ、セミアルカリプロテイナーゼ、セラペプターゼ、ペプシン、リゾチーム、グルカゴン、ブロメライン、プロナーゼ、エラスターゼ、トロンビン、α2−マクログロブリン、アポリポプロテインE、アルギナーゼ、カタラーゼ、キモトリプシン、キモパパイン、トリプシン、ドリプトファナーゼ、トロンポポエチン(TPO)、トロンボモジュリン、ヒアルロニダーゼ、ヒルジン、フェニルアラニンアンモニアリアーゼ、ヘモグロビン、ペルオキシダーゼ、モチリン、ラクトフェリン、リパーゼ、腫瘍化増殖因子(TGF−β)、膿腫壊死因子(TNF−α)、繊維芽細胞成長因子(bFGF)、各種抗体医薬などが好ましいが、これらに限定されるものではない。上記の薬物としても、リソソーム酵素は除かれる。
本発明のキュービック液晶組成物はまた、難溶性薬物を、例えばその微粒子中に、微結晶の状態で包埋することができる。したがって、本発明のキュービック液晶組成物を利用すれば、難溶性薬物を安定的に水溶化した製剤を製造することができる。
ここで、難溶性薬物としては、例えば、鎮痛剤、抗炎症剤、駆虫薬、抗不整脈薬、抗生物質、抗凝固剤、抗うつ剤、抗糖尿病剤、抗てんかん薬、抗ヒスタミン剤、抗高血圧薬、抗ムスカリン剤、抗マイコバクテリア剤、抗腫瘍剤、免疫抑制剤、抗甲状腺薬、抗ウィルス剤、不安緩和性鎮静薬、収れん薬、β−アドレナリン受容体遮断薬、心筋変力作用剤、造影剤、コルチコステロイド、鎮咳薬、診断剤、診断用イメージング剤、利尿剤、ドパミン作用剤、止血剤、脂質調整剤、筋肉弛緩薬、副交感神経作用薬、甲状腺カルシトニン及びビホスホネート、プロスタグラジン、放射性医薬、性ホルモン剤、抗アレルギー薬、刺激剤、食欲抑制剤、交感神経作用薬、甲状腺剤、血管拡張剤、及びキサンチン薬などの各種薬剤に分類される様々な薬物を使用できる。
難溶性薬物の具体的例としては、プロピオン酸フルチカゾン、プロピオン酸ベクロメタゾン、ブデソニド、シクレソニド、パクリタキセル、アドリアマイシン、ドキソルビシン、シスプラチン、テトラサイクリン、ドキシサイクリン、ミノサイクリン、デメチルクロルテトラサイクリン、メトロニダゾール、ダナゾール、パルミトイルリゾキシン、ペンクロメジン、レチン酸、イソトレチノイン、タモキシフェン、エトポシド、カンポテシン、ナベルビン、バルプロ酸、タクロリムス、シロリムス(ラパマイシン)、サイクロスポリンA、クラリスロマイシン、テストステロン、エストラジオール、プロゲステロン、シプロフロキサシン、フェノフィブレート、ベンザフィブレート、アジトロマイシン、イトラコナゾール、ミコナゾール、プロポフォール、ブリモニジン、ラタノプロスト、アグリジン、アジマリン、アモバルビタール、クロルジアゼポキシド、酢酸クロマジノン、クロナゼパム、ジアゼパム、ジルチアゼム、キタサマイシン、ジクマロール、スルファチアゾール、メダゼパム、メナジオン、ミデカマイシン、ピロキシカム、ナイスタチン、フェナセチン、フェノバルビタール、フェノチアジン、フルニトラゼパム、プレドニゾロン、ニセルゴリイン、フェニトイン、プロブコール、ニフェジピン、レセルピン、フロセミド、グリベンクラミド、インドメタシン、グリセオフルビン、ニトラゼパム、アルベンダゾール、カルバマゼピン、フェニルブタゾン、N−メチル−N−(4,6−ジメチルピロド−2−イル−1−[2−(4−(3,4−ジメトキシベンゾイル)ピペラジン−1−イル)エチル]ベンズイミダゾール−2−カルボキシアミド(N−5159)、グリセオフルビン、グリベンクラミドおよびニフェジピン、セファクロル、セフポドキシムプロキセチル、セフチアムヘキセチル、セフロキシムアキセチル、セフジトレンピボキシル、塩酸セフカペンピボキシル、セフテラムピボキシル、エリスロマイシン、クラリスロマイシン、エノキサシン、トシル酸トスフロキサシン、ノルフロキサシン、ピロミド酸、オフロキサシン、ケトプロフェン、ジクロフェナクナトリウム、フルフェナム酸、ケトフェニルブタゾン、イブプロフェン、ケトプロフェン、フルルビプロフェン、フェルビナク、アセトアミノフェン、ジフェンヒドラミン、塩酸プロメタジン、ノスカピン、塩酸クロブチノール、タンニン酸オキセラジン、塩化ベルベリン、塩酸パパベリン、塩酸クロルプロマジン、カルバマゼピン、バルプロ酸ナトリウム、ニカルジピン、ピンポセチン、塩酸エタフェノン、ジルチアゼム、塩酸ブホルミン、シメチジン、塩酸ナクロビジン、メフェナム酸、フルフェナム酸、ジギトキシン、ジオキトキシン、アミノフィリン、ウルソデスオキシコール酸、ケノデオキシコール酸、ジノプロストン、塩酸ミナプリン、アルファカルシドール、カルシトリオール、ロキシスタチン、ビホナゾール、ケトコナゾール、ラノコナゾール等が挙げられる。
配合することができる医薬製剤上許容される担体、希釈剤及び/又は添加剤などの例としては、例えば水、コラーゲン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、カルボキシビニルポリマー、アルギン酸ナトリウム、水溶性デキストラン、カルボキシメチルスターチナトリウム、ペクチン、キサンタンガム、アラビアゴム、カゼイン、ゼラチン、寒天、グリセリン、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ワセリン、パラフィン、ステアリルアルコール、ステアリン酸、ヒト血清アルブミン、マンニトール、ソルビトール、ラクトースなどが挙げられる。該担体、添加剤、希釈剤は、剤形に応じて適宜選択される。
本発明の医薬組成物は、経口経路又は非経口経路のいずれでも投与することができる。本発明の医薬組成物の経口投与用剤形としては、限定するものではないが、例えばカプセル剤、ジェル剤、液剤、懸濁剤、シロップ剤などが挙げられる。本発明の医薬組成物の非経口投与用剤形としては、限定するものではないが、例えば皮下注射剤、筋肉内注射剤、静脈注射剤及び輸液剤などの液剤、湿布及び経皮吸収用テープ剤などの貼布剤、軟膏などの塗り薬、坐剤、点鼻薬、うがい薬、皮下又は組織内などへの体内埋込型製剤などが挙げられる。
本発明の医薬組成物には、製剤上一般的に使用される結合剤、賦形剤、滑沢剤、崩壊剤、湿潤剤、安定剤、緩衝剤、矯味剤、保存剤、香料、着色剤などを配合して製剤化してもよい。
本発明の医薬組成物の投与量は、その有効成分である薬物の含有量に基づき、投与対象の年齢及び体重、病状、投与経路、投与頻度などを考慮して決定すればよい。当業者であれば、そのような決定及び変更は通常の手法に従って行うことができる。一例としては、本発明の医薬組成物を0.05〜1g使用して、体内埋込型製剤として投与することが考えられるが、特にこれに限定するものではない。本発明の医薬組成物を投与する対象は、主としてヒト、家畜、愛玩動物、実験(試験)動物等を含む哺乳動物である。本発明は、本発明の医薬組成物を投与することを含む哺乳動物の治療方法にも関する。
本発明の医薬組成物を投与すると、有効成分である薬物は、キュービック液晶構造中に保持された状態でその機能を発揮する。例えば、その薬物が酵素である場合には、その酵素はキュービック液晶構造中で基質と反応することができる。またキュービック液晶構造中に保持されている薬物が水溶性の蛋白質である場合、キュービック液晶内の水チャネル部に選択的に存在することになるが、水チャネルの直径が数ナノメートルであり、分子サイズに近いため、チャネル壁による空間制限効果により構造変性を防ぐ効果がある。また、体内環境中の分解酵素や細胞の作用を受けにくいため、長期間にわたり安定的に活性を維持することができる。また本発明の医薬組成物は、薬物をキュービック液晶構造内に高濃度で保持することができるので、少量でも高い活性を有する。さらに本発明の医薬組成物は、そのキュービック液晶構造中に取り込まれた薬物が徐々に外部へと放出されるため、徐放性製剤としても用いることができる。このため本発明の医薬組成物は、血中濃度の急激な上昇が望ましくない薬剤を投与するために有利に使用することができる。また本発明の医薬組成物を用いれば、長期間にわたって一定量の薬剤投与を必要とする患者、例えば、遺伝的疾患や慢性疾患を患っている患者や、疾患の発症予防のために継続的な薬剤投与を必要とする患者などに対し、比較的低い投与頻度で十分な薬物を投与することができる。従って本発明の医薬組成物は、患者やその家族におけるクオリティ・オブ・ライフの向上の面でも、非常に有用である。すなわち本発明は、本発明の医薬組成物をin vivo、in vitro、又はex vivoで被験体に投与することによる、薬物(例えば、生物活性物質)の徐放方法にも関する。
本発明の医薬組成物では、生体親和性の高い両親媒性脂質分子から構成された液晶組成物を薬物送達用担体として使用するため、投与された患者にもたらす副作用もごくわずかと思われる。
本発明の医薬組成物には、医薬品として使用されるものだけでなく、薬用歯磨き剤、制汗スプレー、薬用クリーム、ベビーパウダー、育毛剤、染毛剤、入浴剤、薬用化粧品、薬用石けん等の医薬部外品や機能性食品における有効成分として使用されるものも包含する。
4.キュービック液晶組成物を用いた化粧品組成物
本発明は、キュービック液晶組成物を含有する化粧品組成物にも関する。好ましくは、本発明の化粧品組成物は、本発明のキュービック液晶組成物と化粧品有効成分との複合体を含有する。
本発明の化粧品組成物に含有させるそのような複合体は、上記第2節に従って作製することができる。
上記の化粧品有効成分は、化粧品に使用されうる有効成分であれば特に限定されず、疎水性、親水性、両親媒性のいずれであってもよい。化粧品有効成分としては例えば、コラーゲン、ミルク蛋白質、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸ナトリウム、セラミド、アテロコラーゲン、ポリエチレングリコールなどの保湿剤、ビタミンC及びその誘導体、アルブチン、コウジ酸、オリザノール、ルシノールなどの美白剤、ビタミンA、レチノイン酸、シリビン、スーパーオキシドジスムターゼ、クロロフィルなどの抗老化剤、パラアミノ安息香酸、フェニルサリシレートなどの紫外線吸収剤、酢酸ヒドロコーチゾン、グリチルリチン酸などの消炎剤、DNA、パントテニールエチルエーテル、植物油、藻類抽出物、アミノ酸類及びその誘導体、ビタミンE及びその誘導体、TiO2、オクチルメトキシシンナメート、パラアミノ安息香酸エステル、グリチルリチン酸塩、トリクロロカルバニリド(TCC)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。但し、上記化粧品有効成分としても、リソソーム酵素は除かれる。
本発明の化粧品組成物には、化粧品に通常配合される担体、希釈剤、賦形剤などの添加剤を配合することができる。このような添加剤としては、特に限定するものではないが、例えばアミノ酸又はアミノ酸誘導体、油(例としては、ラウリルアルコールなどの高級アルコール類、ステアリン酸などの高級脂肪酸類、ミンク油などの動物性油脂、ココナッツ油などの植物性油脂等)、乳化剤(例としては、ラウリル硫酸ナトリウムなどの脂肪酸塩、モノステアリン酸グリセリンなどの非イオン界面活性剤等)、酸化防止剤(例としては、トコフェロール、アスコルビン酸等)、キレート剤(例としては、エデト酸塩、シュウ酸ナトリウム等)、pH調整剤(例としては、エタノールアミン、クエン酸等)、保存剤(例としては、パラベン、フェノール等)、増粘剤(例としては、カルボキシビニルポリマー、ベントナイト等)、アルコール類(例えば、エタノール等の低級アルコール、1,3−ブチレングリコール等の多価アルコール等)、収斂剤(例としては、酒石酸、タンニン酸等)、ビタミン剤(例としては、ビタミンB群、ビタミンC、ビタミンE等)、香料(例としては、リナノール、精油等)、色素(例としては、二酸化チタン等の無機顔料、コチニール等の天然色素等)、水(例としては、滅菌水、イオン交換水等)等が挙げられる。
本発明の化粧品組成物の使用形態は、一般的な化粧品であれば特に限定されるものではないが、液状、ゲル状又はクリーム状のものがより好ましい。具体的には例えば、化粧水、美容液、乳液、クリーム、ローション、リップクリーム、パック剤、化粧下地、ファンデーション、及び口紅などの顔に使用する化粧品、並びに日焼け止め剤、日焼けクリーム、ボディーローション、ボディークリーム、ハンドクリーム、スリミング剤、及び制汗剤などの身体に使用する化粧品が挙げられる。本発明の化粧品組成物は、通常の化粧品の製造方法に従って配合及び製剤を行なうことができる。化粧品組成物へのキュービック液晶組成物と化粧品の有効成分との複合体の配合量は、当業者であれば該有効成分の有効量や使用する化粧品形態を考慮して、適宜決定することができる。化粧品の一般的な処方・製造方法などについては、例えば光井ら編、「新化粧品学 第2版」(2001年)、南山堂;Takeo Mitsui,“New Cosmetic Science”(1998年)Elsevier Science B.V.;FRAGRANCE JOURAL編集部編、「香粧品製造学−技術と実際−」(2001年)、フレグランスジャーナル社などに詳細に記載されている。
5.キュービック液晶組成物を用いた蛋白質の結晶化
本発明のキュービック液晶組成物は、各種蛋白質の結晶化の場としても有用である。本発明では、上記第2節に記載したキュービック液晶組成物と薬物との複合体の製造方法に従って本発明のキュービック液晶組成物中に目的の蛋白質を包埋し、続いてそれを適当な条件下でインキュベートしてその複合体中で蛋白質の結晶を成長させることにより、目的の蛋白質を十分大きなサイズで、高品質に結晶化することができる。
この結晶化促進効果は、おそらく、生体膜に類似の脂質二重膜と水チャネルから構成されているキュービック液晶内部では、包埋する蛋白質が水溶性蛋白質の場合、蛋白質と同程度のサイズの水チャネル内に包埋された蛋白質の“安定化効果”(Zhou,H−X.,Dill,K.A.,Biochemistry,(2001),11289−11293.)や蛋白質の実効濃度が、バルク溶液の蛋白質濃度より大きくなる“濃縮効果”(Tanaka,S.,Egelhaaf,S.U.,Poon,W.C.K.,Phys.Rev.Lett.,(2004),92,128102−1.)によって結晶化に有利な条件が実現されることによって生じるものと考えられる。また、生体膜外に取り出されると不安定である膜蛋白質も、生体膜類似環境を提供するキュービック液晶の脂質二重膜部に取り込まれることにより安定化されるため、数週間から数ケ月にわたる結晶化過程での蛋白質の変性が抑制されるものと考えられる。また、従来の水溶液中での結晶化でしばしば結晶化を妨害する水溶性の不純物も、キュービック液晶内では水チャネル内に留まり、脂質二重膜部で進行する膜蛋白質の結晶化に影響しないという“精製効果”や、キュービック液晶内部では、通常の溶液中の結晶化で問題となる溶液内部の熱対流や機械的振動の影響が大幅に抑制されることなども蛋白質の結晶化に有利に働くものと思われる。但し、本発明の範囲はこのような理論によって限定されるものではない。
蛋白質、特に創薬のターゲットとなる蛋白質については、創薬に重要な構造情報を得るため、蛋白質単体および蛋白質−リガンド結合体を結晶化し、そのX線構造解析を行う研究が盛んに行われている。しかしながら、一般的な結晶化方法では、特に膜蛋白質等ではX線構造解析で十分な解像度を与えるような良質な蛋白質結晶を形成できた例は数少ない。最近モノオレインを中心とするモノアシルグリセロールのキュービック液晶を用いた膜蛋白質の結晶化例が報告されている(“Methods and Results in Crystallization of Membrane Proteins”,(2003年)Ed.,So Iwata,International University Line,La Jolla,Chapter 3,and 4.)。しかし、これらモノアシルグリセロールのクラフト温度は4℃より高いため、室温(例えば20℃)での結晶化が中心であり、4℃あるいはそれ以下の低温での結晶化が望ましい多くの蛋白質には適用できなかった。これに対し、クラフト温度が6℃未満、特に0℃以下である本発明のキュービック液晶組成物を用いれば、4℃あるいはそれ以下の低温でも蛋白質の結晶化を行うことが可能である。
本発明のキュービック液晶組成物を利用した蛋白質結晶化方法では、水溶性蛋白質だけでなく膜蛋白質も良好に結晶化することができる。この方法で結晶化されうる蛋白質の種類は、特に限定されない。
本方法による結晶化の対象となりうる蛋白質には、典型的な蛋白質である100個以上のアミノ酸残基を含むポリペプチドだけでなく、より短いポリペプチド(例えば、短いものでは10〜50アミノ酸長、中程度の長さのものでは50〜100アミノ酸長)や、オリゴペプチド(例えば、2〜10アミノ酸長)も包含される。結晶化の対象となりうる蛋白質は、単量体であってもよいし、多量体であってもよい。結晶化の対象となりうる蛋白質の好適な例としては酵素が挙げられるが、そのような酵素は、例えば、1本のポリペプチド鎖からなる酵素分子、酵素サブユニット、又は複数の酵素サブユニットからなる会合体などであってもよいし、金属イオンや有機低分子化合物(補酵素)などの他の成分を含むものでもよい。さらに、結晶化の対象となりうる蛋白質は、抗体(免疫グロブリン)や膜蛋白質であってもよく、核蛋白質、糖蛋白質、リポ蛋白質、及びリン蛋白質などの複合蛋白質であってもよい。膜蛋白質としては膜受容体蛋白質やイオンチャンネル、転写因子などが挙げられる。特に、チトクロームP−450類(CYP1A2、CYP2E1、CYP2C19、CYP2C9、CYP2D6、CYP3A4など)、各種G蛋白質、G蛋白質共役型受容体、各種転写因子(NF−κBなど)などは、医薬開発上有用な創薬標的となりうるため、蛋白質結晶化の対象として特に有用である。膜蛋白質を本発明の方法で結晶化する場合には、細胞から単離した膜蛋白質を適切な界面活性剤で可溶化した膜蛋白質水溶液を上記第1−(2)と第2節に記した方法で両親媒性脂質に包埋すれば良い。
一実施形態としては、まず、目的の蛋白質水溶液(又は可溶化された膜蛋白質水溶液)と使用する両親媒性脂質とをPCRチューブ(あるいは直径1〜3mm程度のガラスチューブでもよい)内で両者を混合して蛋白質を包埋したキュービック液晶を形成する。この時、蛋白質水溶液と両親媒性脂質の質量比はキュービック液晶一相のみを形成する条件を選択することが好ましい。キュービック液晶と過剰の蛋白質水溶液が共存する二相共存サンプルは白濁するので、キュービック液晶内部で進行する結晶成長挙動や結晶形態の観察が困難となるからである。キュービック液晶形成後、結晶化剤を添加して結晶化を促進させる事が好ましい。ここで、結晶化剤とは、蛋白質分子間の引力相互作用を強め、結晶化を促進するために通常使用される化合物である。結晶化剤としては、特に制限するものではないが、硫酸アンモニウム、硫酸リチウム、硫酸マグネシウム、燐酸アンモニウム、燐酸ナトリウム、燐酸カリウム、塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、クエン酸ナトリウム等の電解質、ポリエチレングリコール等の水溶性高分子、イソプロパノール、2メチル−2,4−ペンタンジオール等の有機化合物が挙げられる。これらの化合物は、通常それを含有する水溶液として利用される。また、市販の結晶化剤キットを用いる事も出来る。一般に結晶化剤は蛋白質を包埋したキュービック液晶組成物を形成後添加するが、蛋白質を包埋したキュービック液晶組成物の形成を行う際に、結晶化剤を含む蛋白質水溶液と両親媒性脂質を混合しても良い。一般的な方法では、結晶化剤を添加したキュービック液晶組成物は、PCRチューブの気密を保ち、適切な温度(例えば、4℃、あるいは20℃)の恒温器内に静置し、数週間〜数ケ月にわたって結晶成長を行わせる。その間、結晶成長過程や結晶形態を光学顕微鏡(偏光)で観察し、結晶がエックス線測定可能なサイズとなるまで成長を継続させる。本発明の結晶化法においては、蛋白質溶液の代わりに、蛋白質を包埋したキュービック液晶組成物の0.05〜0.2μリットルを用いて蒸気拡散法(シッティングドロップ法、またはハンギングドロップ法)等の従来の結晶化技術により結晶化を行う事も出来る。蛋白質の結晶化に関しての詳細は、坂部知平、相原茂雄 編“タンパク質の結晶化”京都大学学術出版会(2005年)で議論されている。一旦、蛋白質の結晶が得られれば、キュービック液晶内から結晶を採取し常法に従って通常のエックス線測定を行う事ができる。(Drenth,J.,“Principles of Protein X−ray Crystallography”(1994年),Springer−Verlag,New York)。結晶の採取には、通常の蛋白質結晶化実験で利用される結晶マニピュレイション用マイクロツールを用いて機械的に採取する方法や、オクチルグルコシド等の界面活性剤水溶液を少量添加し、キュービック液晶をラメラ液晶等に転移させ脂質マトリクスの粘度を低下させた後クライオループで採取する等の方法を取る事が出来る。
この結晶化方法において、キュービック液晶組成物の構成成分である本発明の両親媒性化合物としては、既に記載した通りのものであるが、特に上記式(2)〜(13)及び(15)のいずれか1種、またはそれらの組み合わせを用いることが好ましい。前記と同様に、これらの両親媒性化合物は、他の両親媒性脂質と組み合わせて使用してもよい。
本発明の結晶化方法では、キュービック液晶組成物と蛋白質との複合体生成工程において、結晶化すべき蛋白質は、限定するものではないが、1mg/ml〜10mg/mlあるいはそれ以上の濃度で添加する事が好ましい。
本発明の結晶化方法では、限定するものではないが、4kDa〜1,000kDa、好ましくは9kDa〜500kDaの蛋白質(多量体の場合は会合体での分子量)を、好適に結晶化することができる。本発明の結晶化方法では、特に、20kDa以上、100kDa以上、さらには400kDa以上の分子量を有する蛋白質の結晶化に適している。本発明の結晶化方法は、依然として結晶化が困難な、膜蛋白質の結晶化において、従来の室温(20℃)での結晶化の他、特に4℃あるいはそれ以下の低温度条件での結晶化に有利に適用することができる。
(1)キュービック液晶の一般的な構造及び特徴
キュービック液晶は、両親媒性脂質が形成する様々な形態の分子会合体(球状、ロッド状、あるいは二分子膜など)が構造単位となり、規則的な三次元構造をとっている。キュービック液晶は、光学的に透明で複屈折性をもたない性質(光学的等方性)を有するため、偏光顕微鏡により直行ニコル条件で観察すると均一に暗く見え、何らのテクスチャーを示さない(等方性テクスチャー)。
キュービック液晶は、液晶構造ユニットにおける疎水性領域及び親水性領域の連続性の相違から、バイコンティニュアス型とディスコンティニュアス型に分類される。かかる「バイコンティニュアス型」とは、液晶構造ユニット中の疎水性領域と親水性領域(両親媒性脂質の親水性基と水又は水性溶媒を含む)がそれぞれ連続した(つながった)領域からなっているものである。また、「ディスコンティニュアス型」とは、液晶構造ユニット中の疎水性領域と親水性領域のうち、一方の領域が連続的な構造をとっているが、もう一方は不連続な構造(例えば球状に閉じた構造)となっているものである。
また、キュービック液晶構造は、I型とII型に分類される。液晶構造ユニットを形成する脂質分子膜が疎水基側に湾曲し、“水中油型”構造をとる場合をI型キュービック液晶、逆に脂質分子の親水基及び水(又は水性溶媒)側に湾曲して、“油中水型”構造をとる場合をII型キュービック液晶2称する。I型とII型は、両親媒性脂質/水系の相挙動から判定することが出来る。例えば、I型の場合、両親媒性脂質/水系の水含有量を増加させてゆくと、液晶構造は他の液晶構造(例えばラメラ液晶)から、さらにはミセルへと転移し、最終的には均一な水溶液となる。これに対し、II型液晶では、ある一定以上の水量となると、飽和量の水を含んだ液晶と過剰な水が共存する“液晶+過剰水”の二相となり、水量を増しても均一な水溶液となることはない。
図1には、結晶学的空間群Im3mに属するキュービック液晶の構造モデル(Evans,F.,Wennerstrom,H.,“The Colloidal Domain”VHC(1994年))を示している。
ところで、両親媒性脂質によって形成されるキュービック液晶などの液晶は、両親媒性脂質の種類と濃度によって決まるクラフト温度(TK)以上の温度でなければ形成されない。さらに液晶は、通常、両親媒性脂質の濃度や温度の変化に伴って相転移を起こすため、特定の液晶構造が安定して存在できる最高温度(Tmax)も脂質の種類や両親媒性脂質濃度に応じて決まってくる。従ってある両親媒性脂質によって形成される液晶構造は、TK−Tmaxの範囲で安定的に形成される。このようなTK−Tmaxと両親媒性脂質濃度の関係は、通常、両親媒性脂質/水系の「濃度−温度依存性相図」として示される。両親媒性脂質のクラフト温度は、このような相図を作製することによる方法などの、当業者に周知の方法により、定めることができる(例えば非特許文献1を参照)。2種以上の両親媒性脂質の混合物についても、同様の方法でクラフト温度を定めることができる。
一般にキュービック液晶は、狭い両親媒性脂質濃度範囲でしか形成されないことが多い。このため、ほんの少しの濃度変化でも液晶構造が転移してしまい、キュービック液晶の構造を利用することは、通常、非常に困難である。
(2)本発明のキュービック液晶組成物中のキュービック液晶の構造及び特徴
本発明のキュービック液晶組成物中では、本発明に係る1種又は複数種の両親媒性脂質(これについての詳細は「(3)キュービック液晶組成物の製造」にて後述)によって、バイコンティニュアス型でありかつII型の構造を有するキュービック液晶が形成される。
本発明に係るキュービック液晶は、図1に例示された様に湾曲した両親媒性脂質二重膜部分と、通常2〜20nm程度(特にこの範囲に限定されるものではない)の直径を有する連続した水チャネルとから構成される3次元的な規則構造を有している。
本発明のキュービック液晶組成物中のキュービック液晶は、広範な温度範囲及び両親媒性脂質濃度範囲で安定的に形成される。特に、II型である本発明のキュービック液晶においては、両親媒性脂質/水系の水量が増加して液晶構造中に含有され得る最大水量を超えた場合でも、過剰の水(正確には極微量の両親媒性脂質分子が溶解している希薄水溶液)が液晶構造から分離して水相を形成して、水を飽和したキュービック液晶と過剰の水からなる二相共存状態となり、その液晶構造は保持される。過剰水の存在下でも液晶構造が保持されるというこの特徴は、水含量の多い医薬品や化粧品を製造する際に有利であるだけでなく、例えばキュービック液晶組成物を薬物送達システム用担体等として用いる上でも非常に都合が良い。本発明のキュービック液晶組成物中の両親媒性脂質濃度(例えば、本発明に係る両親媒性化合物濃度)に特に制限はないが、通常、0.1〜90質量%の範囲であり、両親媒性脂質の種類や温度等に応じて、80質量%以下であることもあり、70質量%以下であることもあり、又は50質量%以下であることもある。なお本明細書において、「両親媒性脂質濃度」「両親媒性化合物濃度」とは、その両親媒性脂質又は両親媒性化合物と水又は水性溶媒とを含む混合系の総質量に対する、その両親媒性脂質又は両親媒性化合物の質量の割合(質量%)を言う。特に「総両親媒性化合物(脂質)濃度」とは、2種類以上の両親媒性化合物(脂質)が含まれる場合の、両親媒性脂質又は両親媒性化合物と水又は水性溶媒とを含む混合系の総質量に対する、その2種類以上の両親媒性脂質又は両親媒性化合物の合計質量の割合(質量%)を言う。
一例としては、本発明のキュービック液晶組成物を製造する場合、両親媒性脂質濃度をキュービック液晶のみが形成するよう選ぶ事が好ましい。一般的に、キュービック液晶の一相領域は両親媒性脂質濃度が40質量%〜90質量%の範囲に現れる場合が多いので、この濃度範囲でキュービック液晶を製造する事が好ましい。厳密にはキュービック液晶の一相領域を与える濃度−温度範囲は両親媒性脂質の種類に依存するので、両親媒性脂質/水系の「濃度−温度依存性相図」から濃度を選択すればよい。
一実施形態では、ある濃度範囲(例えば製造時により一般的に用いられる濃度範囲)の両親媒性脂質を用いて一旦製造したキュービック液晶組成物を、必要に応じて水又は水性溶媒で希釈してもよい。そのようにして希釈されたキュービック液晶組成物も、本発明のキュービック液晶組成物に含まれる。その希釈組成物は、最初に製造されたキュービック液晶組成物よりも低い両親媒性脂質濃度(又は、両親媒性化合物濃度)を有するが、上記のように低両親媒性脂質濃度領域では水を飽和したキュービック液晶と過剰の水の二相共存状態が熱力学的安定状態となるため、特に制限するものではないが、両親媒性脂質濃度(又は、両親媒性化合物濃度)を0.1質量%程度まで希釈してもキュービック液晶構造自体は安定に維持されている。
本発明のキュービック液晶組成物においては、例えば6℃未満のような低温でも安定なバイコンティニュアス型II型キュービック液晶が形成される。本発明の液晶組成物では、通常、−10(あるいは、使用した水性溶媒の氷結温度以上)〜80℃の範囲で安定なバイコンティニュアス型II型キュービック液晶が形成され、好ましくは0〜50℃、の範囲でより安定なキュービック液晶が形成されうる。両親媒性脂質のクラフト温度は、例えば、1質量%〜85質量%の両親媒性脂質を含む水溶液のDSC測定、あるいは(偏光)顕微鏡下で両親媒性脂質の融解挙動を観察すれば容易に求めることが出来る。また、厳密には相図を作製することによる慣用手法によって決定すればよい(例えば非特許文献1参照)。
なお本発明のキュービック液晶組成物は、典型的には透明なゲル状形態であるが、適切な分散剤を添加することなどにより粒子の体積平均粒子径で50nm〜5μmの範囲の粒子、典型的には体積平均粒子径のピーク値が100〜200nm程度の液晶微粒子とすることもできる。
(3)キュービック液晶組成物の製造、並びにその液晶構造の改変及び安定化
本発明のキュービック液晶組成物は、本発明に係る両親媒性脂質と、水又は水性溶媒とを混合することによって製造することができる。
キュービック液晶組成物の製造には、本発明に係る両親媒性脂質として、下記一般式(1)で表されるイソプレノイド型疎水鎖を有する両親媒性化合物(以下、両親媒性化合物(1)と略称することがある。)を用いることができる。
上記式中、Rは親水基であり、X及びYはそれぞれ水素原子を表すか又は一緒になって酸素原子を表し、nは0〜4の整数を表し、mは0〜3の整数を表す。Rが表す親水基としては、例えばグリセロール(2個の水酸基を持つ);エリスリトール、ペンタエリスリトール、トレイトール、ジグリセロール、キシロース、リボース、アラビノース、リキソース、アスコルビン酸(いずれも3個の水酸基を持つ);グルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトース、アルトロース、グロース、イドース、タロース、トリグリセロール(いずれも4個の水酸基を持つ)などから1つの水酸基を除いた残基が挙げられる。式中、Oは酸素原子を表す。
これらの両親媒性化合物(1)は、当業者であれば、後述の実施例等の記載を参考にすることにより、周知の有機化学合成法や生化学的製造法を利用して容易に製造することができる(例えば特許文献10〜12参照)。
また、キュービック液晶組成物の製造では、両親媒性化合物(1)の中でも、バイコンティニュアス型II型キュービック液晶を形成し、かつクラフト温度が低くなる傾向の強い0.65〜0.95(より好ましくは、0.65〜0.93)の範囲のIV/OV値を有する両親媒性化合物を少なくとも1種使用することが好ましい。ここで、本明細書で用いる「IV/OV値」は、有機化合物(本発明においては両親媒性化合物)の無機性値(IV)と有機性値(OV)の比率(IV/OV)として算出される値であり、有機化合物の物性と化学構造の相関を示す指標として利用されている。
本発明で用いるIV/OV値のIV、OVそれぞれの算出方法を以下に簡単に説明する。まず、OV(organic value又はorganic property value)は、両親媒性化合物中の全炭素数に20を掛け、直鎖に枝分かれがある場合は、枝分かれ1つ毎に10を減じることにより求められる。そして、IV(inorganic value又はinorganic property value)は、両親媒性化合物中の水酸基を100、エーテル酸素を20(特に環状糖のエーテル酸素は75)、エステル基を60、非芳香性単環構造を10とし、両親媒性化合物中の該当する全ての基の値を足し合わせて求められる。IV/OV値は、界面活性剤分野で多用されるHLB値と近似的に以下の関係が成り立つことが知られている:HLB=(IV/OV)×10。OV、IV及びIV/OV値についての詳細は、Fujita,A.,″Prediction of Organic Compounds by a Conceptional Diagram″Chem.Pharm.Bull.(Tokyo),2,163−173(1954);″Formulation Design with Organic Conception Diagram″Nihon Emulsion Co.,LTD(2001)[この文献は以下で入手可能である:http://www.nihon−emulsion.co.jp/pdf/ocdbook_e.pdf];甲田善生著「有機概念図−基礎と応用−」三共出版(1984);Hanqing Wu,″Chemical Property Calculation through JavaScript and Applications in QSAR″Molecules(1999)4,p.16−27[この文献は以下で入手可能である:http://fr.mdpi.net/molecules/papers/40100016.pdf]などに記載されている。
本発明におけるIV/OV値の好ましい範囲(0.65〜0.95)は、特に上述したFujitaの方法を基礎とし界面活性剤等両親媒性脂質の関わる現象へ適用されるNihon Emulsion Co.,LTDの方法に従って算出したOV値でIV値を除算し、得られる値の小数点以下第3位を四捨五入することによって算出される値とする。
本発明のキュービック液晶組成物の製造では、クラフト温度(TK)が6℃未満である両親媒性化合物(1)を少なくとも1種使用することが好ましい。
0.65〜0.95の範囲のIV/OV値を有するか又はクラフト温度が6℃未満である両親媒性化合物(1)の具体例として、例えば上記式(2)〜(12)及び(15)などが挙げられる。
本発明のキュービック液晶組成物の製造においては、両親媒性化合物(1)(好ましくは0.65〜0.95の範囲のIV/OV値を有するか又はクラフト温度が6℃未満である両親媒性化合物(1))を1種使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。また、上記両親媒性化合物(1)以外の少なくとも1種の両親媒性脂質をさらに混合してもよい。
キュービック液晶組成物の製造において、両親媒性脂質を2種以上混合する場合には、特に限定するものではないが、上記式(2)〜(12)及び(15)の両親媒性化合物を少なくとも1種と、それ以外の両親媒性脂質(好ましくは両親媒性化合物(1))の少なくとも1種とを混合することが好ましい。ここで、式(2)〜(12)及び(15)の両親媒性化合物とは異なる種類であってそれと混合して用いるのに好適な上記式(1)の両親媒性化合物としては、例えば下記式(13)
で表される1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドがある。また、式(2)〜(12)及び(15)の両親媒性化合物と混合して用いるのに好適な両親媒性脂質として、モノオレイン、モノワクセニン、3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル−1,2,3−トリオール[フィタントリオール]、3,7,11−トリメチルドデカン−1,2,3−トリオール(後述する式(14))などが挙げられる。両親媒性脂質を2種以上混合する場合、混合比率は当業者が適宜定めることができるが、上記式(2)〜(12)及び(15)の両親媒性化合物の総量が、混合系全体に含まれる全ての両親媒性脂質の総質量(両親媒性化合物を含む)に対して1質量%以上であるのが好ましく、5〜99質量%であることがより好ましく、20〜99質量%であるのがさらに好ましい。
また両親媒性脂質を2種類以上混合する場合(一例としては、両親媒性化合物(1)と、両親媒性化合物(1)以外の両親媒性脂質とを混合する場合)、混合物としての両親媒性脂質のクラフト温度が6℃未満となるような両親媒性脂質の組み合わせ及び濃度比を用いることが好ましい。この場合に、両親媒性脂質の1つとして、式(13)の両親媒性化合物を混合することも好ましい。
なお4℃程の低温で使用するキュービック液晶組成物を製造する場合、安定性の点からは、上記式(13)の両親媒性化合物を1種類のみで使用するのは避けることが好ましい。
キュービック液晶を形成するために両親媒性脂質と混合する水又は水性溶媒としては、特に限定するものではないが、滅菌水、精製水、蒸留水、イオン交換水、超純水などの水;生理的食塩水、塩化ナトリウム水溶液、塩化カルシウム水溶液、塩化マグネシウム水溶液、硫酸ナトリウム水溶液、硫酸カリウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液、酢酸ナトリウム水溶液等の電解質水溶液;リン酸緩衝溶液やトリス塩酸緩衝溶液などの緩衝溶液;グリセリン、エチレングリコール、エタノール等の水溶性有機物を含有する水溶液;グルコース、スクロース、マルトース等の糖分子を含有する水溶液;ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール等の水溶性高分子を含む水溶液;オクチルグルコシド、ドデシルマルトシド、プルロニック(ポリエチレングリコール/ポリプロピレングリコール/ポリエチレングリコール共重合体)等の界面活性剤を含む水溶液;細胞内液、細胞外液、リンパ液、髄液、血液、胃液、血清、唾液、尿などの体液などが挙げられる。
両親媒性脂質と混合する水又は水性溶媒の使用量は、当業者であれば各両親媒性脂質/水系の相図から容易に決定出来るが、一般には、両親媒性脂質(両親媒性化合物を含む)と水又は水性溶媒とを含む混合系の総質量(キュービック液晶組成物の総質量)に対して10質量%以上であることが好ましい。
本発明のキュービック液晶組成物を製造するためには、両親媒性脂質と水又は水性溶媒とを、十分に混合することが好ましい。特に限定するものではないが、本発明の両親媒性脂質と水又は水性溶媒は、例えば1時間〜50時間かけて混合することが好ましい。
本発明の両親媒性脂質に過剰量の水又は水性溶媒を混合しても、キュービック液晶組成物を製造することが可能である。ここで「過剰量」とは、形成されるキュービック液晶構造中に含有されうる最大水量を超えた水量を意味する。
本発明のキュービック液晶組成物の製造において、水又は水性溶媒と混合する際に用いる両親媒性脂質の量は,両親媒性脂質−水(または水性溶媒)系の相図を参考に、目的に応じ適宜定めればよく、特に限定されない。しかし、上記1−(2)に述べたように混合時の両親媒性脂質濃度をキュービック液晶一相が形成されるように選ぶ事が好ましい。そのようにして一旦製造した本発明のキュービック液晶組成物に、その後、水又は水性溶媒を加えて希釈してもよい。そのような希釈物も、本発明のキュービック液晶を含む限り、本発明のキュービック液晶組成物に含まれる。
本発明のキュービック液晶組成物を製造するためには、両親媒性脂質を水又は水性溶媒中に混合する際又は混合した後、その混合物を、キュービック液晶を形成しうる温度範囲で保温することが望ましい。キュービック液晶を形成し得る温度範囲は、各両親媒性脂質の種類や濃度によっても異なるが、当業者であれば、各両親媒性脂質について決定され得る液晶の相図に基づいて、適切な温度範囲を設定することが可能である。本発明のキュービック液晶組成物の場合、キュービック液晶を形成し得る温度範囲は典型的には室温を含む比較的広い範囲に及び、特に限定するものではないが、例えば、通常、0.1〜90質量%の両親媒性脂質濃度であれば、−10(氷点下温度は、水が氷にならない過冷却の条件などの場合)〜80℃、好ましくは0〜40℃の温度範囲で混合又は混合後に保温すれば、安定に生成することができる。
上記のような本発明に係るキュービック液晶組成物の製造方法も、本発明に含まれる。
本発明のキュービック液晶組成物の製造において、両親媒性脂質を2種以上、好ましくは物性の異なる両親媒性脂質を2種以上用いることにより、形成されるキュービック液晶の構造や物性を好適に変化させることができる。例えば、クラフト温度が0℃以下であるが高温域での安定性が劣る両親媒性脂質と、クラフト温度が高い両親媒性脂質の2種を混合して用いることにより、低温域から高温域まで安定にキュービック液晶を形成する組成物を製造することができる。また両親媒性脂質を2種以上用いることにより、形成されるキュービック液晶の水チャネルの直径も同時に変化させることができる。さらに、両親媒性脂質を2種以上用いることによりキュービック液晶の構造や特性を変化させることができることを利用すれば、キュービック液晶の構造を制御することが可能である。つまり、キュービック液晶組成物の使用目的に応じてその特性(例えば、格子定数、キュービック液晶の水チャネルの直径、クラフト温度、Tmax値、粘度など)を最適化することもできる。例えば、後述のように特定の高分子化合物をキュービック液晶に取り込ませる場合に、キュービック液晶の水チャネルの直径をその高分子化合物の分子量に合わせて、広げたり縮小したりすることにより、徐放速度の最適化を行なうことができる。
本発明のキュービック液晶組成物は、かなり広範囲の両親媒性脂質群から任意に選択した両親媒性脂質を用いて製造できるため、その組成物中のキュービック液晶の物性や構造を制御する上で自由度が高い。
一例として、単独で同じ結晶学的空間群に属すキュービック液晶を形成する2種の両親媒性脂質を用いてキュービック液晶の水チャネルの直径の制御を行なう場合を例に取り、キュービック液晶構造を制御するための計算式を以下に述べる。
混合する2種の両親媒性脂質1と両親媒性脂質2の作るキュービック液晶の水チャネルの直径を各々、D1,D2(D1>D2)とする場合、両親媒性脂質を各々、X1、X2(X1+X2=1)のモル分率で混合した両親媒性脂質から形成されたキュービック液晶の水チャネルの直径D3は、両親媒性脂質濃度が一定の条件で近似的に以下の数式(i)で表される。
D3=(X1*D1+X2*D2) (i)
この式(i)を利用すれば、当業者であれば容易に目的とする水チャネルの直径を持ったキュービック液晶をデザイン出来る。
さらに本発明は、本発明のキュービック液晶組成物についてキュービック液晶構造を好適に安定化する方法にも関する。
一般に、両親媒性脂質/水系で形成される各種液晶の構造は、その液晶を構成する両親媒性脂質膜の平均曲率と大きく関連している。両親媒性脂質膜が水側に凸に湾曲している場合の該平均曲率を正の値とし、両親媒性脂質膜が水側に凹に湾曲している場合の該平均曲率を負の値とする場合、液晶を構成する両親媒性脂質膜の平均曲率は、例えば、ラメラ液晶の曲率0を経て、バイコンティニュアス型II型キュービック液晶、II型(逆)ヘキサゴナル液晶の順に負の値が大きくなる。このことから、両親媒性脂質膜の平均曲率を意図的に変化させることができれば、例えば、ラメラ液晶又はII型(逆)ヘキサゴナル液晶も、バイコンティニュアス型II型キュービック液晶に転移させうると考えられる。
両親媒性脂質膜の曲率を決定する因子については、Gruner,S.M.J.Phys.Chem.,93,7562−757(1989)に詳しい議論がある。また、液晶構造が両親媒性脂質膜の曲率のエネルギーならびに疎水鎖の充填エネルギーで決定されるとする議論は、上記論文の他、Helfrich,W.Z.Naturforsch.28C,p.693−703(1973);Seddon,J.M.;Templer,R.H.Phil.Trans.R.Soc.Lond.A p.377−401(1993)でも展開されている。
そこで本発明では、両親媒性脂質に、両親媒性脂質膜の曲率を変化させることができる物質(曲率調整物質)を加えて水又は水性溶媒中で混合することにより、曲率調整物質を添加せずにその両親媒性脂質から構成させたキュービック液晶組成物と比較して、キュービック液晶組成物中の液晶構造をより安定化することができる。例えば、本発明のキュービック液晶組成物が、特定の条件下でラメラ液晶相に転移することが判明した場合には、曲率を負方向に変化させる曲率調整物質を適当な量で添加することにより、本発明のキュービック液晶組成物における液晶相転移を防ぎ、キュービック液晶構造を安定に維持することができる。曲率を負方向に変化させる曲率調整物質としては、トリグリセリド類、ジグリセリド類、コレステロール、非解離型のオレイン酸等の長鎖脂肪酸の他、水中でII型(逆)ヘキサゴナル液晶を形成する1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−フォスフォエタノールアミン等の両親媒性脂質などが挙げられる。曲率を負方向に変化させる曲率調整物質として本発明で好適に用いられるのは、以下に限定はされないが、オリーブオイル、ツバキ油、ヒマシ油、マカデミアナッツオイル等のトリグリセリド含有物質や1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−フォスフォエタノールアミンである。一方、本発明のキュービック液晶組成物が、特定の条件下でII型(逆)ヘキサゴナル液晶相に転移することが判明した場合には、曲率を正方向に変化させる曲率調整物質を適当な量で添加することにより、本発明のキュービック液晶組成物における液晶相転移を防ぎ、キュービック液晶構造を安定に維持することができる。曲率を正方向に変化させる曲率調整物質としては、限定するものではないが、例えば、卵レシチン、大豆レシチン、ジガラクトシルジアシルグリセロール、ジグルコシルジアシルグリセロール、マルトシルフィタニルエーテル、ジアルキルジメチルアンモニウムクロライド、ポリオキシエチレン鎖付加型リン脂質、オレイン酸カリウム等の、ラメラ液晶、I型ミセル、又はI型ヘキサゴナル液晶を形成する両親媒性脂質、界面活性剤等が好適に用いられる。曲率調整物質として用いる両親媒性脂質(曲率改変脂質)は、融点の低い(好ましくは0℃以下)ものが特に好ましい。曲率調整物質の最適な添加量は、両親媒性脂質/曲率調整物質/水の3成分系相図から当業者であれば容易に決定できるが、例えば、曲率調整物質と両親媒性脂質の合計量に対して1〜50質量%、好ましくは3〜30質量%となる量の曲率調整物質を用いることが好ましい。
(4)キュービック液晶構造の解析
上記(3)の方法により製造される本発明のキュービック液晶組成物については、以下の方法でキュービック液晶を形成していること、バイコンティニュアス型であること、II型であることを確認することができる。
(a)偏光顕微鏡による観察
両親媒性脂質/水系がキュービック液晶を形成するか否か、また、I型かII型かを簡便に判定する方法として、ペネトレイション法が利用出来る。少量(数mg)の両親媒性脂質を顕微鏡用スライドグラス上に置き、カバーグラスでそっと圧力を加え、スライドグラスとカバーグラスの間の間隙に10ミクロン程度の厚さの両親媒性脂質薄膜(直径1〜5mm位)を形成する。スライドグラスとカバーグラス間隙側面から毛管現象で水あるいは水性溶媒を加えると、水は両親媒性脂質薄膜の外縁部から除々に内部に浸透し、両親媒性脂質薄膜/水界面から両親媒性脂質薄膜内部に向かって水含有量の勾配を形成する。これを偏光顕微鏡で観察すると、両親媒性脂質/水系の濃度に依存してどのような相が出来るのかが判定出来る。図2にペネトレイション法による両親媒性脂質/水系の偏光顕微鏡写真を示した。図2の写真には4つの領域が観察される。写真の最右領域は水領域であり、それ以外の部分は水を含んだ両親媒性脂質領域である。写真右から左に行くにつれ水含有量が減少し、最左領域は未だ水が浸透していない両親媒性脂質部である。水領域と接して水領域と同じ等方性のテクスチャーを与える領域(キュービック液晶)、明るいテクスチャーを与える領域(ラメラ液晶)、等方性のテクスチャーを与える領域(ドライの両親媒性脂質)が観察される。これにより、この脂質がキュービック液晶を形成する事が示唆される。また、キュービック液晶が過剰の水と両親媒性脂質部の界面部に安定に形成されている事からII型である事が分かる。
(b)エックス線小角散乱(SAXS)測定によるキュービック液晶の確認
キュービック液晶は偏光顕微鏡下で等方性のテクスチャーを与えるが、等方性のテクスチャーを示す領域がキュービック液晶であると結論するためにはさらなる確認をすることが好ましい。その確認のためには、エックス線小角散乱(SAXS)法により、液晶構造が立方格子を有することを調べればよい。この手順としては、所定の濃度の両親媒性脂質/水系サンプルを石英製エックス線キャピラリーチューブに入れた後、キャピラリーを酸素バーナーで封じ、SAXS測定に供すればよい。
本発明のキュービック液晶組成物においては、特に限定するものではないが、典型的には結晶学的空間群Ia3d(以下、Ia3dキュービック液晶と呼ぶ)あるいはPn3mに属するキュービック液晶(以下、Pn3mキュービック液晶と呼ぶ)または、結晶学的空間群Im3mに属するキュービック液晶(以下、Im3mキュービック液晶と呼ぶ)が形成される。Ia3dキュービック液晶は、以下の比:
Pn3mキュービック液晶は、以下の比:
Im3mキュービック液晶は、以下の比:
を示す面間隔を与えることによって、確認することができる。また当業者に周知の方法に従って、X線小角散乱データからピーク値を算出し、さらにそれらの逆数の比を求めれば容易に空間群と格子定数を決める事ができる。過剰の水性溶媒と共存状態にあるキュービック液晶のX線小角散乱ピーク値あるいはキュービック格子の大きさは、脂質濃度によらず一定となる。従って、キュービック液晶が過剰の水性溶媒と共存状態にあることは、SAXS測定によって確認できるので、キュービック液晶がII型であるか否かを判定することも容易に可能である。
(c)「バイコンティニュアス型」の確認
バイコンティニュアス型のキュービック液晶構造を形成する湾曲した両親媒性脂質二重膜の疎水鎖の末端メチル基が接する曲面は、無限周期最小曲率表面(infinite periodic minimal surface:IPMS)と呼ばれる曲面で記述出来る事が分かっている(Hyde,S.T.;Andersson,S.;Ericsson,B.;Larsson K.Z.Kristallogr.1984年,168,p.213−219.Longley,W.;McIntosh,T.J.Nature 1983年,303,p.612−614.)。例えば、Ia3dキュービック液晶の両親媒性脂質二重膜はジャイロイド曲面(gyroid surface)と呼ばれる曲面によって、Pn3mキュービック液晶の両親媒性脂質二重膜はダイアモンド曲面(diamond surface)と呼ばれる曲面によって良く記述できる。このモデルによれば、キュービック液晶中の両親媒性脂質分子の疎水鎖部の容積分率φhcは下式(ii)で表される。
式中、ωは、曲面の型によって決まる無次元の常数でジャイロイド曲面の場合は3.091、ダイアモンド曲面の場合、1.919である。dhcは両親媒性脂質二重膜疎水部の長さ、acはキュービック液晶の格子定数を表す。χu Eはオイラー常数でジャイロイド曲面の場合は−8、ダイアモンド曲面の場合は−2(Anderson,D.M.;Gruner,S.M.;Leibler,S.Proc.Natl.Acad.Sci.USA 1988年,85,5364−5368.)。
このφhcは下式(iii)によって計算出来る。
式(iii)中、Mhcは両親媒性脂質分子の疎水鎖部の分子量、Mheadは両親媒性脂質分子の親水基部の分子量、Mwは水の分子量である。nL、nWはキュービック液晶中の両親媒性脂質と水のモル数、ρw、ρhc、ρheadはそれぞれ水、両親媒性脂質の疎水鎖部、両親媒性脂質の親水基部の密度である。ρhcは密度計で測定した両親媒性脂質の疎水鎖部に対応するアルコール(エーテル型の両親媒性脂質の場合)あるいはカルボン酸(エステル型の両親媒性脂質の場合)密度に等しい値と仮定した。
式中、nL、nWは実測可能であり、acはSAXS実験から測定出来るので、式(ii)及び(iii)から、上記dhc値を計算できる。キュービック液晶がバイコンティニュアス構造であれば、計算されたdhc値は、同じ両親媒性脂質が作るラメラ液晶の両親媒性脂質二重膜の疎水基部の厚さと等しくなる。この比較から、キュービック液晶がバイコンティニュアス構造であるか否かが判定できる。
2.キュービック液晶組成物と薬物との複合体の製造、及び該組成物の薬物送達用担体としての用途
本発明のキュービック液晶組成物は、そのキュービック液晶内に様々な薬物(例えば、生物活性物質や生理活性物質)を包埋することができる。本発明のキュービック液晶組成物は、例えば、そのキュービック液晶構造の水チャネル中に水溶性薬物を、一方で両親媒性脂質二重膜部分には膜蛋白質や難溶性薬物のような疎水性の薬物を包埋することができる。本発明のキュービック液晶組成物の液晶構造はかなり強固であり、その構造内に取り込んだ薬物を物理的にも外部環境から非常によく保護することができる。本明細書では、薬物が包埋された本発明のキュービック液晶組成物、より好ましくは、そのキュービック液晶構造内に薬物が包埋された本発明のキュービック液晶組成物を、キュービック液晶組成物と薬物との複合体と呼ぶ。一方、本発明のキュービック液晶組成物、及び該キュービック液晶組成物と薬物との複合体はまた、バルクの液晶状態の他、微粒子、細繊維状、薄膜などの様々な形態へ容易に成形することが可能である。また、本発明のキュービック液晶組成物は、薬物を、水性環境(例えば生体内など)で該薬物の機能・活性・構造などを維持した状態で液晶構造中に取り込み、保持することができる。かかる薬物は、高分子化合物であってもよいし、低分子化合物であってもよい。かかる薬物は、例えば医薬品、医薬部外品、化粧品有効成分などとして用いられうる生理活性物質などであってもよい。但し本発明における「薬物」には、リソソーム酵素は含まないものとする。ここでリソソーム酵素とは、リソソーム病の原因となる酵素の平常型(機能又は活性を有する野生型又は変異型)であってリソソーム病の患者における酵素補充療法に利用できる可能性があるものを言う。
本発明において、高分子化合物を機能・活性・構造などを維持した状態で液晶構造中に取り込んで保持することができることは、本発明のキュービック液晶組成物の有利な点の1つである。
上記薬物として本発明のキュービック液晶組成物に包埋することができる高分子化合物の分子量は、特に限定するものではないが、通常、分子量が4,000〜1,000,000、好ましくは5,000〜500,000である。そのような高分子化合物は、親水性、疎水性、両親媒性のいずれであってもよく、また、有機化合物であっても無機化合物であってもよいし、天然物、その誘導体あるいは合成物であってもよい。かかる高分子化合物としては、特に限定するものではないが、例えば、酵素、糖蛋白質・リポ蛋白質・膜蛋白質などの蛋白質(ポリペプチド)、核酸(DNA、RNA)、多糖、天然ゴム、高分子硫黄、高分子ケイ素、シリカ、チタニア、アルミナ、ヒドロキシアパタイト、ナイロン・ポリエステル・ポリアクリレート・ポリメタクリレート・ポリビニル化合物などのナノコロイド粒子などが挙げられる。キュービック液晶組成物に高分子化合物を包埋して複合体にすることにより、その高分子化合物を長期にわたり高濃度かつ高機能・高活性で保持することができる。
本発明において用いる薬物としては、分子量が200〜4,000程度の、医薬品、医薬部外品、化粧品有効成分などとして用いられうる生理活性物質も挙げられる。特に限定するものではないが、具体的には例えば天然または合成のビタミン、ペプチド、ホルモン、各種難溶性薬物等が挙げられる。
ここで、本発明のキュービック液晶組成物における目的の物質(薬物)の「包埋」とは、その物頁(薬物)が、該組成物中のキュービック液晶構造内部に存在し、そこで少なくとも一定期間保持されている状態を言う。本発明のキュービック液晶組成物においては、通常、水溶性物質はキュービック液晶の親水性部分(両親媒性脂質の極性基を含む水チャネル中)に、疎水性物質はキュービック液晶の疎水性部分(両親媒性脂質の二重膜部分)に選択的に存在する。蛋白質等の両親媒性物質は、キュービック液晶の親水性領域と疎水性領域の両方にまたがって存在する場合もある。目的の物質(薬物)は、キュービック液晶構造内で、単量体で存在していてもよいし、多量体として存在していてもよい。目的の物質(薬物)は、単分子、会合体、微粒子、微結晶、結晶、又は凝集塊などの状態で存在してもよい。しかし、個々の物質(薬物)の存在部位や存在形態等は、これらに限定されるものではない。
本発明のキュービック液晶組成物と薬物との複合体は、前述のキュービック液晶組成物の製造方法において、包埋させる薬物が水溶性の場合は、水もしくは水性溶媒に溶解した該薬物と両親媒性脂質を混合することにより、あるいは、前もって製造したキュービック液晶組成物に該薬物を直接添加することによって、製造することができる。または、本発明の複合体は、水もしくは水性溶媒に溶解した薬物と前もって製造したキュービック液晶組成物とを混合することによって製造することもできる。包埋させる薬物が疎水性の薬物(例えば、疎水性の生理活性物質)の場合には、疎水性の薬物(例えば、該生理活性物質)と両親媒性脂質の混合物(エタノール、アセトン等の両者に共通の溶媒に溶解後溶媒を除去して容易に得られる)と水もしくは水性溶媒を混合することにより製造することが出来る。
本発明の複合体の製造において包埋させる薬物の量は、特に限定するものではないが、例えば両親媒性脂質に対して0.01〜50質量%となるように混合すればよい。
キュービック液晶組成物に薬物を包埋した複合体は、該薬物を比較的長い時間にわたり、その液晶構造から一定濃度ずつ徐放させることができる。従って本発明のキュービック液晶組成物は、薬物送達システム(DDS)用の薬物送達用担体としても有利に使用することができる。例えば、本発明のキュービック液晶組成物に薬物を包埋した複合体を製造し、その複合体を所定の体内組織中に埋め込めば、その薬物をその組織に集中的に投与することができる。またそのような本発明の複合体を生体内に注射すれば、長期にわたって全身的にその薬物を徐放させることができる。
本発明でキュービック液晶組成物に包埋させる上記薬物の入手方法には特に制限はなく、例えば市販品を購入したり、天然起源から採取又は精製したり、遺伝子工学的手法によって製造したりすることによって適宜入手が可能である。本発明のキュービック液晶組成物に包埋させる薬物として蛋白質などの高分子化合物を用いる場合、水性溶液中でその機能、活性及び/又は構造などが維持される状態で、添加することが好ましい。例えば高分子化合物として膜蛋白質を用いる場合には、可溶化した膜蛋白質溶液を、本発明に係る両親媒性脂質と、又は前もって製造しておいたキュービック液晶組成物と混合すればよい。また高分子化合物が膜上に発現している細胞を、低浸透圧条件に置くなどの温和な条件で破壊して、細胞膜断片ごと、両親媒性脂質及び水もしくは水性溶媒と混合することも可能である。
3.キュービック液晶組成物を用いた医薬組成物
上記の方法により得られる本発明のキュービック液晶組成物に薬物(例えば、生物活性物質)を包埋した複合体に、場合により、医薬製剤上許容される担体、添加剤、希釈剤などを混合させることにより、医薬組成物を得ることができる。
かかる薬物は、疎水性薬物、親水性薬物、両親媒性薬物のいずれであってもよく、例えば、具体的には、ヒアルロン酸ナトリウム、免疫グロブリン、スーパーオキシドジスムターゼ、クロロフィル、ジアスターゼ、グルコースオキシダーゼ、ウレアーゼ、ウリカーゼ、核酸(DNA,RNA、siRNA、アプタマー、デコイDNA、アンチセンスDNA、リボザイムなど)、L−アスパラギナーゼ、アデノシンデアミナーゼ、アルテプラーゼ、アンギオテンシンII(ヒト型)、インスリン、インターフェロンα、インターフェロンβ、インターフェロンγ、ウロキナーゼ、エポエチンα、エポエチンβ、カリジノゲナーゼ、カルペリチド、L−カルニチン、乾燥濃縮ヒトアンチトロンビンIII、酢酸デスモプレシン、酢酸テトラコサクチド、酢酸ナファレリン、酢酸ブセレリン、酢酸リュープロレリン、酢酸ゴセレリン、セルモロイキン(IL−2)、ソマトロピン、チソキナーゼ、テセロイキン(IL−2)、トラフェルミン(FGF)、ナサルプラーゼ、ナルトグラスチム(G−CSF)、ネオカルチノスタチン、バトロキソビン、パミテプラーゼ、フィルグラスチム(G−CSF)、ミリモスチム(M−CSF)、メカセルミン、モンテプラーゼ、レノグラスチム(G−CSF)、活性化プロトロンビン複合体、乾燥濃縮人血液凝固第VIII因子、血液凝固第VIII因子、血液凝固第IX因子、免疫グロブリンG、下垂体性性腺刺激ホルモン(HMG)、血清性性腺刺激ホルモン(PMS)、胎盤性性腺刺激ホルモン(HCG)、パソプレッシン、オキシトシン、カルシトニン、エルカトニン、ストレプトキナーゼ、ストレプトドルナーゼ、セミアルカリプロテイナーゼ、セラペプターゼ、ペプシン、リゾチーム、グルカゴン、ブロメライン、プロナーゼ、エラスターゼ、トロンビン、α2−マクログロブリン、アポリポプロテインE、アルギナーゼ、カタラーゼ、キモトリプシン、キモパパイン、トリプシン、ドリプトファナーゼ、トロンポポエチン(TPO)、トロンボモジュリン、ヒアルロニダーゼ、ヒルジン、フェニルアラニンアンモニアリアーゼ、ヘモグロビン、ペルオキシダーゼ、モチリン、ラクトフェリン、リパーゼ、腫瘍化増殖因子(TGF−β)、膿腫壊死因子(TNF−α)、繊維芽細胞成長因子(bFGF)、各種抗体医薬などが好ましいが、これらに限定されるものではない。上記の薬物としても、リソソーム酵素は除かれる。
本発明のキュービック液晶組成物はまた、難溶性薬物を、例えばその微粒子中に、微結晶の状態で包埋することができる。したがって、本発明のキュービック液晶組成物を利用すれば、難溶性薬物を安定的に水溶化した製剤を製造することができる。
ここで、難溶性薬物としては、例えば、鎮痛剤、抗炎症剤、駆虫薬、抗不整脈薬、抗生物質、抗凝固剤、抗うつ剤、抗糖尿病剤、抗てんかん薬、抗ヒスタミン剤、抗高血圧薬、抗ムスカリン剤、抗マイコバクテリア剤、抗腫瘍剤、免疫抑制剤、抗甲状腺薬、抗ウィルス剤、不安緩和性鎮静薬、収れん薬、β−アドレナリン受容体遮断薬、心筋変力作用剤、造影剤、コルチコステロイド、鎮咳薬、診断剤、診断用イメージング剤、利尿剤、ドパミン作用剤、止血剤、脂質調整剤、筋肉弛緩薬、副交感神経作用薬、甲状腺カルシトニン及びビホスホネート、プロスタグラジン、放射性医薬、性ホルモン剤、抗アレルギー薬、刺激剤、食欲抑制剤、交感神経作用薬、甲状腺剤、血管拡張剤、及びキサンチン薬などの各種薬剤に分類される様々な薬物を使用できる。
難溶性薬物の具体的例としては、プロピオン酸フルチカゾン、プロピオン酸ベクロメタゾン、ブデソニド、シクレソニド、パクリタキセル、アドリアマイシン、ドキソルビシン、シスプラチン、テトラサイクリン、ドキシサイクリン、ミノサイクリン、デメチルクロルテトラサイクリン、メトロニダゾール、ダナゾール、パルミトイルリゾキシン、ペンクロメジン、レチン酸、イソトレチノイン、タモキシフェン、エトポシド、カンポテシン、ナベルビン、バルプロ酸、タクロリムス、シロリムス(ラパマイシン)、サイクロスポリンA、クラリスロマイシン、テストステロン、エストラジオール、プロゲステロン、シプロフロキサシン、フェノフィブレート、ベンザフィブレート、アジトロマイシン、イトラコナゾール、ミコナゾール、プロポフォール、ブリモニジン、ラタノプロスト、アグリジン、アジマリン、アモバルビタール、クロルジアゼポキシド、酢酸クロマジノン、クロナゼパム、ジアゼパム、ジルチアゼム、キタサマイシン、ジクマロール、スルファチアゾール、メダゼパム、メナジオン、ミデカマイシン、ピロキシカム、ナイスタチン、フェナセチン、フェノバルビタール、フェノチアジン、フルニトラゼパム、プレドニゾロン、ニセルゴリイン、フェニトイン、プロブコール、ニフェジピン、レセルピン、フロセミド、グリベンクラミド、インドメタシン、グリセオフルビン、ニトラゼパム、アルベンダゾール、カルバマゼピン、フェニルブタゾン、N−メチル−N−(4,6−ジメチルピロド−2−イル−1−[2−(4−(3,4−ジメトキシベンゾイル)ピペラジン−1−イル)エチル]ベンズイミダゾール−2−カルボキシアミド(N−5159)、グリセオフルビン、グリベンクラミドおよびニフェジピン、セファクロル、セフポドキシムプロキセチル、セフチアムヘキセチル、セフロキシムアキセチル、セフジトレンピボキシル、塩酸セフカペンピボキシル、セフテラムピボキシル、エリスロマイシン、クラリスロマイシン、エノキサシン、トシル酸トスフロキサシン、ノルフロキサシン、ピロミド酸、オフロキサシン、ケトプロフェン、ジクロフェナクナトリウム、フルフェナム酸、ケトフェニルブタゾン、イブプロフェン、ケトプロフェン、フルルビプロフェン、フェルビナク、アセトアミノフェン、ジフェンヒドラミン、塩酸プロメタジン、ノスカピン、塩酸クロブチノール、タンニン酸オキセラジン、塩化ベルベリン、塩酸パパベリン、塩酸クロルプロマジン、カルバマゼピン、バルプロ酸ナトリウム、ニカルジピン、ピンポセチン、塩酸エタフェノン、ジルチアゼム、塩酸ブホルミン、シメチジン、塩酸ナクロビジン、メフェナム酸、フルフェナム酸、ジギトキシン、ジオキトキシン、アミノフィリン、ウルソデスオキシコール酸、ケノデオキシコール酸、ジノプロストン、塩酸ミナプリン、アルファカルシドール、カルシトリオール、ロキシスタチン、ビホナゾール、ケトコナゾール、ラノコナゾール等が挙げられる。
配合することができる医薬製剤上許容される担体、希釈剤及び/又は添加剤などの例としては、例えば水、コラーゲン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、カルボキシビニルポリマー、アルギン酸ナトリウム、水溶性デキストラン、カルボキシメチルスターチナトリウム、ペクチン、キサンタンガム、アラビアゴム、カゼイン、ゼラチン、寒天、グリセリン、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ワセリン、パラフィン、ステアリルアルコール、ステアリン酸、ヒト血清アルブミン、マンニトール、ソルビトール、ラクトースなどが挙げられる。該担体、添加剤、希釈剤は、剤形に応じて適宜選択される。
本発明の医薬組成物は、経口経路又は非経口経路のいずれでも投与することができる。本発明の医薬組成物の経口投与用剤形としては、限定するものではないが、例えばカプセル剤、ジェル剤、液剤、懸濁剤、シロップ剤などが挙げられる。本発明の医薬組成物の非経口投与用剤形としては、限定するものではないが、例えば皮下注射剤、筋肉内注射剤、静脈注射剤及び輸液剤などの液剤、湿布及び経皮吸収用テープ剤などの貼布剤、軟膏などの塗り薬、坐剤、点鼻薬、うがい薬、皮下又は組織内などへの体内埋込型製剤などが挙げられる。
本発明の医薬組成物には、製剤上一般的に使用される結合剤、賦形剤、滑沢剤、崩壊剤、湿潤剤、安定剤、緩衝剤、矯味剤、保存剤、香料、着色剤などを配合して製剤化してもよい。
本発明の医薬組成物の投与量は、その有効成分である薬物の含有量に基づき、投与対象の年齢及び体重、病状、投与経路、投与頻度などを考慮して決定すればよい。当業者であれば、そのような決定及び変更は通常の手法に従って行うことができる。一例としては、本発明の医薬組成物を0.05〜1g使用して、体内埋込型製剤として投与することが考えられるが、特にこれに限定するものではない。本発明の医薬組成物を投与する対象は、主としてヒト、家畜、愛玩動物、実験(試験)動物等を含む哺乳動物である。本発明は、本発明の医薬組成物を投与することを含む哺乳動物の治療方法にも関する。
本発明の医薬組成物を投与すると、有効成分である薬物は、キュービック液晶構造中に保持された状態でその機能を発揮する。例えば、その薬物が酵素である場合には、その酵素はキュービック液晶構造中で基質と反応することができる。またキュービック液晶構造中に保持されている薬物が水溶性の蛋白質である場合、キュービック液晶内の水チャネル部に選択的に存在することになるが、水チャネルの直径が数ナノメートルであり、分子サイズに近いため、チャネル壁による空間制限効果により構造変性を防ぐ効果がある。また、体内環境中の分解酵素や細胞の作用を受けにくいため、長期間にわたり安定的に活性を維持することができる。また本発明の医薬組成物は、薬物をキュービック液晶構造内に高濃度で保持することができるので、少量でも高い活性を有する。さらに本発明の医薬組成物は、そのキュービック液晶構造中に取り込まれた薬物が徐々に外部へと放出されるため、徐放性製剤としても用いることができる。このため本発明の医薬組成物は、血中濃度の急激な上昇が望ましくない薬剤を投与するために有利に使用することができる。また本発明の医薬組成物を用いれば、長期間にわたって一定量の薬剤投与を必要とする患者、例えば、遺伝的疾患や慢性疾患を患っている患者や、疾患の発症予防のために継続的な薬剤投与を必要とする患者などに対し、比較的低い投与頻度で十分な薬物を投与することができる。従って本発明の医薬組成物は、患者やその家族におけるクオリティ・オブ・ライフの向上の面でも、非常に有用である。すなわち本発明は、本発明の医薬組成物をin vivo、in vitro、又はex vivoで被験体に投与することによる、薬物(例えば、生物活性物質)の徐放方法にも関する。
本発明の医薬組成物では、生体親和性の高い両親媒性脂質分子から構成された液晶組成物を薬物送達用担体として使用するため、投与された患者にもたらす副作用もごくわずかと思われる。
本発明の医薬組成物には、医薬品として使用されるものだけでなく、薬用歯磨き剤、制汗スプレー、薬用クリーム、ベビーパウダー、育毛剤、染毛剤、入浴剤、薬用化粧品、薬用石けん等の医薬部外品や機能性食品における有効成分として使用されるものも包含する。
4.キュービック液晶組成物を用いた化粧品組成物
本発明は、キュービック液晶組成物を含有する化粧品組成物にも関する。好ましくは、本発明の化粧品組成物は、本発明のキュービック液晶組成物と化粧品有効成分との複合体を含有する。
本発明の化粧品組成物に含有させるそのような複合体は、上記第2節に従って作製することができる。
上記の化粧品有効成分は、化粧品に使用されうる有効成分であれば特に限定されず、疎水性、親水性、両親媒性のいずれであってもよい。化粧品有効成分としては例えば、コラーゲン、ミルク蛋白質、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸ナトリウム、セラミド、アテロコラーゲン、ポリエチレングリコールなどの保湿剤、ビタミンC及びその誘導体、アルブチン、コウジ酸、オリザノール、ルシノールなどの美白剤、ビタミンA、レチノイン酸、シリビン、スーパーオキシドジスムターゼ、クロロフィルなどの抗老化剤、パラアミノ安息香酸、フェニルサリシレートなどの紫外線吸収剤、酢酸ヒドロコーチゾン、グリチルリチン酸などの消炎剤、DNA、パントテニールエチルエーテル、植物油、藻類抽出物、アミノ酸類及びその誘導体、ビタミンE及びその誘導体、TiO2、オクチルメトキシシンナメート、パラアミノ安息香酸エステル、グリチルリチン酸塩、トリクロロカルバニリド(TCC)などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。但し、上記化粧品有効成分としても、リソソーム酵素は除かれる。
本発明の化粧品組成物には、化粧品に通常配合される担体、希釈剤、賦形剤などの添加剤を配合することができる。このような添加剤としては、特に限定するものではないが、例えばアミノ酸又はアミノ酸誘導体、油(例としては、ラウリルアルコールなどの高級アルコール類、ステアリン酸などの高級脂肪酸類、ミンク油などの動物性油脂、ココナッツ油などの植物性油脂等)、乳化剤(例としては、ラウリル硫酸ナトリウムなどの脂肪酸塩、モノステアリン酸グリセリンなどの非イオン界面活性剤等)、酸化防止剤(例としては、トコフェロール、アスコルビン酸等)、キレート剤(例としては、エデト酸塩、シュウ酸ナトリウム等)、pH調整剤(例としては、エタノールアミン、クエン酸等)、保存剤(例としては、パラベン、フェノール等)、増粘剤(例としては、カルボキシビニルポリマー、ベントナイト等)、アルコール類(例えば、エタノール等の低級アルコール、1,3−ブチレングリコール等の多価アルコール等)、収斂剤(例としては、酒石酸、タンニン酸等)、ビタミン剤(例としては、ビタミンB群、ビタミンC、ビタミンE等)、香料(例としては、リナノール、精油等)、色素(例としては、二酸化チタン等の無機顔料、コチニール等の天然色素等)、水(例としては、滅菌水、イオン交換水等)等が挙げられる。
本発明の化粧品組成物の使用形態は、一般的な化粧品であれば特に限定されるものではないが、液状、ゲル状又はクリーム状のものがより好ましい。具体的には例えば、化粧水、美容液、乳液、クリーム、ローション、リップクリーム、パック剤、化粧下地、ファンデーション、及び口紅などの顔に使用する化粧品、並びに日焼け止め剤、日焼けクリーム、ボディーローション、ボディークリーム、ハンドクリーム、スリミング剤、及び制汗剤などの身体に使用する化粧品が挙げられる。本発明の化粧品組成物は、通常の化粧品の製造方法に従って配合及び製剤を行なうことができる。化粧品組成物へのキュービック液晶組成物と化粧品の有効成分との複合体の配合量は、当業者であれば該有効成分の有効量や使用する化粧品形態を考慮して、適宜決定することができる。化粧品の一般的な処方・製造方法などについては、例えば光井ら編、「新化粧品学 第2版」(2001年)、南山堂;Takeo Mitsui,“New Cosmetic Science”(1998年)Elsevier Science B.V.;FRAGRANCE JOURAL編集部編、「香粧品製造学−技術と実際−」(2001年)、フレグランスジャーナル社などに詳細に記載されている。
5.キュービック液晶組成物を用いた蛋白質の結晶化
本発明のキュービック液晶組成物は、各種蛋白質の結晶化の場としても有用である。本発明では、上記第2節に記載したキュービック液晶組成物と薬物との複合体の製造方法に従って本発明のキュービック液晶組成物中に目的の蛋白質を包埋し、続いてそれを適当な条件下でインキュベートしてその複合体中で蛋白質の結晶を成長させることにより、目的の蛋白質を十分大きなサイズで、高品質に結晶化することができる。
この結晶化促進効果は、おそらく、生体膜に類似の脂質二重膜と水チャネルから構成されているキュービック液晶内部では、包埋する蛋白質が水溶性蛋白質の場合、蛋白質と同程度のサイズの水チャネル内に包埋された蛋白質の“安定化効果”(Zhou,H−X.,Dill,K.A.,Biochemistry,(2001),11289−11293.)や蛋白質の実効濃度が、バルク溶液の蛋白質濃度より大きくなる“濃縮効果”(Tanaka,S.,Egelhaaf,S.U.,Poon,W.C.K.,Phys.Rev.Lett.,(2004),92,128102−1.)によって結晶化に有利な条件が実現されることによって生じるものと考えられる。また、生体膜外に取り出されると不安定である膜蛋白質も、生体膜類似環境を提供するキュービック液晶の脂質二重膜部に取り込まれることにより安定化されるため、数週間から数ケ月にわたる結晶化過程での蛋白質の変性が抑制されるものと考えられる。また、従来の水溶液中での結晶化でしばしば結晶化を妨害する水溶性の不純物も、キュービック液晶内では水チャネル内に留まり、脂質二重膜部で進行する膜蛋白質の結晶化に影響しないという“精製効果”や、キュービック液晶内部では、通常の溶液中の結晶化で問題となる溶液内部の熱対流や機械的振動の影響が大幅に抑制されることなども蛋白質の結晶化に有利に働くものと思われる。但し、本発明の範囲はこのような理論によって限定されるものではない。
蛋白質、特に創薬のターゲットとなる蛋白質については、創薬に重要な構造情報を得るため、蛋白質単体および蛋白質−リガンド結合体を結晶化し、そのX線構造解析を行う研究が盛んに行われている。しかしながら、一般的な結晶化方法では、特に膜蛋白質等ではX線構造解析で十分な解像度を与えるような良質な蛋白質結晶を形成できた例は数少ない。最近モノオレインを中心とするモノアシルグリセロールのキュービック液晶を用いた膜蛋白質の結晶化例が報告されている(“Methods and Results in Crystallization of Membrane Proteins”,(2003年)Ed.,So Iwata,International University Line,La Jolla,Chapter 3,and 4.)。しかし、これらモノアシルグリセロールのクラフト温度は4℃より高いため、室温(例えば20℃)での結晶化が中心であり、4℃あるいはそれ以下の低温での結晶化が望ましい多くの蛋白質には適用できなかった。これに対し、クラフト温度が6℃未満、特に0℃以下である本発明のキュービック液晶組成物を用いれば、4℃あるいはそれ以下の低温でも蛋白質の結晶化を行うことが可能である。
本発明のキュービック液晶組成物を利用した蛋白質結晶化方法では、水溶性蛋白質だけでなく膜蛋白質も良好に結晶化することができる。この方法で結晶化されうる蛋白質の種類は、特に限定されない。
本方法による結晶化の対象となりうる蛋白質には、典型的な蛋白質である100個以上のアミノ酸残基を含むポリペプチドだけでなく、より短いポリペプチド(例えば、短いものでは10〜50アミノ酸長、中程度の長さのものでは50〜100アミノ酸長)や、オリゴペプチド(例えば、2〜10アミノ酸長)も包含される。結晶化の対象となりうる蛋白質は、単量体であってもよいし、多量体であってもよい。結晶化の対象となりうる蛋白質の好適な例としては酵素が挙げられるが、そのような酵素は、例えば、1本のポリペプチド鎖からなる酵素分子、酵素サブユニット、又は複数の酵素サブユニットからなる会合体などであってもよいし、金属イオンや有機低分子化合物(補酵素)などの他の成分を含むものでもよい。さらに、結晶化の対象となりうる蛋白質は、抗体(免疫グロブリン)や膜蛋白質であってもよく、核蛋白質、糖蛋白質、リポ蛋白質、及びリン蛋白質などの複合蛋白質であってもよい。膜蛋白質としては膜受容体蛋白質やイオンチャンネル、転写因子などが挙げられる。特に、チトクロームP−450類(CYP1A2、CYP2E1、CYP2C19、CYP2C9、CYP2D6、CYP3A4など)、各種G蛋白質、G蛋白質共役型受容体、各種転写因子(NF−κBなど)などは、医薬開発上有用な創薬標的となりうるため、蛋白質結晶化の対象として特に有用である。膜蛋白質を本発明の方法で結晶化する場合には、細胞から単離した膜蛋白質を適切な界面活性剤で可溶化した膜蛋白質水溶液を上記第1−(2)と第2節に記した方法で両親媒性脂質に包埋すれば良い。
一実施形態としては、まず、目的の蛋白質水溶液(又は可溶化された膜蛋白質水溶液)と使用する両親媒性脂質とをPCRチューブ(あるいは直径1〜3mm程度のガラスチューブでもよい)内で両者を混合して蛋白質を包埋したキュービック液晶を形成する。この時、蛋白質水溶液と両親媒性脂質の質量比はキュービック液晶一相のみを形成する条件を選択することが好ましい。キュービック液晶と過剰の蛋白質水溶液が共存する二相共存サンプルは白濁するので、キュービック液晶内部で進行する結晶成長挙動や結晶形態の観察が困難となるからである。キュービック液晶形成後、結晶化剤を添加して結晶化を促進させる事が好ましい。ここで、結晶化剤とは、蛋白質分子間の引力相互作用を強め、結晶化を促進するために通常使用される化合物である。結晶化剤としては、特に制限するものではないが、硫酸アンモニウム、硫酸リチウム、硫酸マグネシウム、燐酸アンモニウム、燐酸ナトリウム、燐酸カリウム、塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、クエン酸ナトリウム等の電解質、ポリエチレングリコール等の水溶性高分子、イソプロパノール、2メチル−2,4−ペンタンジオール等の有機化合物が挙げられる。これらの化合物は、通常それを含有する水溶液として利用される。また、市販の結晶化剤キットを用いる事も出来る。一般に結晶化剤は蛋白質を包埋したキュービック液晶組成物を形成後添加するが、蛋白質を包埋したキュービック液晶組成物の形成を行う際に、結晶化剤を含む蛋白質水溶液と両親媒性脂質を混合しても良い。一般的な方法では、結晶化剤を添加したキュービック液晶組成物は、PCRチューブの気密を保ち、適切な温度(例えば、4℃、あるいは20℃)の恒温器内に静置し、数週間〜数ケ月にわたって結晶成長を行わせる。その間、結晶成長過程や結晶形態を光学顕微鏡(偏光)で観察し、結晶がエックス線測定可能なサイズとなるまで成長を継続させる。本発明の結晶化法においては、蛋白質溶液の代わりに、蛋白質を包埋したキュービック液晶組成物の0.05〜0.2μリットルを用いて蒸気拡散法(シッティングドロップ法、またはハンギングドロップ法)等の従来の結晶化技術により結晶化を行う事も出来る。蛋白質の結晶化に関しての詳細は、坂部知平、相原茂雄 編“タンパク質の結晶化”京都大学学術出版会(2005年)で議論されている。一旦、蛋白質の結晶が得られれば、キュービック液晶内から結晶を採取し常法に従って通常のエックス線測定を行う事ができる。(Drenth,J.,“Principles of Protein X−ray Crystallography”(1994年),Springer−Verlag,New York)。結晶の採取には、通常の蛋白質結晶化実験で利用される結晶マニピュレイション用マイクロツールを用いて機械的に採取する方法や、オクチルグルコシド等の界面活性剤水溶液を少量添加し、キュービック液晶をラメラ液晶等に転移させ脂質マトリクスの粘度を低下させた後クライオループで採取する等の方法を取る事が出来る。
この結晶化方法において、キュービック液晶組成物の構成成分である本発明の両親媒性化合物としては、既に記載した通りのものであるが、特に上記式(2)〜(13)及び(15)のいずれか1種、またはそれらの組み合わせを用いることが好ましい。前記と同様に、これらの両親媒性化合物は、他の両親媒性脂質と組み合わせて使用してもよい。
本発明の結晶化方法では、キュービック液晶組成物と蛋白質との複合体生成工程において、結晶化すべき蛋白質は、限定するものではないが、1mg/ml〜10mg/mlあるいはそれ以上の濃度で添加する事が好ましい。
本発明の結晶化方法では、限定するものではないが、4kDa〜1,000kDa、好ましくは9kDa〜500kDaの蛋白質(多量体の場合は会合体での分子量)を、好適に結晶化することができる。本発明の結晶化方法では、特に、20kDa以上、100kDa以上、さらには400kDa以上の分子量を有する蛋白質の結晶化に適している。本発明の結晶化方法は、依然として結晶化が困難な、膜蛋白質の結晶化において、従来の室温(20℃)での結晶化の他、特に4℃あるいはそれ以下の低温度条件での結晶化に有利に適用することができる。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明はこれら実施例にその技術的範囲が限定されるものではない。
[実施例1] 両親媒性化合物の合成
1−O−(3,7,11−トリメチルドデシル)エリスリトール[式(2)]の合成
窒素雰囲気下、p−トルエンスルホニルクロライド20.96g(110mmol)の乾燥塩化メチレン100ml溶液に、3,7,11−トリメチルドデカノール22.8g(100mmol)とピリジン9.48g(120mmol)を乾燥塩化メチレン200mlに溶解した溶液を氷冷下(1〜2℃)で滴下した。滴下後、室温で一晩攪拌した後、得られた反応液を水200ml、2N塩酸200ml、飽和重曹水200mlで順次洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後濃縮して、粗製3,7,11−トリメチルドデシルトシレート41.6gを得た。
窒素雰囲気下、エスリトール16.0g(131mmol)を乾燥DMF400mlに溶解した。氷冷下(2〜4℃)、ヘキサンにて油分を除去した後の50〜70%NaH2.62g(60%として65.5mmol)をDMF約50mlに懸濁した溶液を、数回に分けて添加した。添加後、室温で1時間攪拌した後、約50℃に昇温し、上記で得られた粗製3,7,11−トリメチルドデシルトシレート13.1g(34mmol)を滴下し、滴下装置付着分をDMF55mlで洗い込み、80℃に加温してから4時間攪拌した。得られた反応液を濃縮し、残渣にジクロロメタン300mlと飽和食塩水1,000mlを加えて、有機層を分取した。水層をジクロロメタン150mlで抽出し、有機層計500mlを飽和食塩水300ml×2回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後、濃縮し、褐色油状物7.7gを得た。これを、シリカゲル400gを用いてカラム精製[CH2Cl2→CH2Cl2:MeOH(98:2)→CH2Cl2:MeOH(95:5)]し、1−O−(3,7,11−トリメチルドデシル)エリスリトール0.66gを得た。HPLC純度は100.0%であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(270MHz,CDCl3,TMS)δ:0.83−0.9(m,12H),1.0−1.7(m,17H),2.31(br.s,1H),2.65(br.s,1H),2.77(br.s,1H),3.5−3.7(m,4H),3.7−3.9(m,4H)
1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール[式(3)]の合成
窒素雰囲気下、p−トルエンスルホニルクロリド22.1g(0.12mol)の乾燥塩化メチレン100ml溶液に、5,9,13−トリメチル−1−テトラデカノール27g(0.11mol)とピリジン10g(0.13mol)を乾燥塩化メチレン200mlに溶解した溶液を氷冷下に滴下した。滴下後、室温で一夜攪拌した後、得られた反応液を水200ml、2N塩酸200ml、飽和重曹水200mlで順次洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後、減圧下に濃縮して(5,9,13−トリメチルテトラデシル)トシレートを34.4g得た。
窒素気流下、エリスリトール25.8g(0.21mol)を乾燥DMF200mlに溶解し、氷冷しながら60%NaH4.2g(0.11mol)を数回に分けて添加した。添加後、室温で1時間攪拌した後、50℃に昇温し、上記で得られた(5,9,13−トリメチルテトラデシル)トシレートの半量17.2gを滴下し、DMF55mlで洗浄した。80℃に加温してから4時間攪拌し、得られた反応液を減圧下に濃縮し、残液にエーテル500mlを加えて2回抽出溶解し、飽和食塩水で2回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後、濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、下記の物性を有する1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトールを2.3g得た。HPLC分析による本品の純度は、1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール76.9%、2−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール23.1%であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(270MHz、CDCl3,TMS)δ:0.845,0.867(d,J=6.9Hz,6.6Hz,12H),1.0−1.6(m,21H),3.51(t,J=7.5Hz,2H),3.55−3.85(m,6H)
1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)エリスリトール[1−O−(フィタノイル)エリスリトール;式(4)]の合成
窒素雰囲気下、フィタン酸2.5g、塩化メチレン12.5mlにピリジンを1滴加え、室温で塩化チオニル1.43gを滴下した。滴下終了後、1時間還流し、減圧下に濃縮してフィタン酸クロリド約2.6gを得た。
窒素雰囲気下、エリスリトール1.33g、ピリジン1.15g、乾燥N,N−ジメチルホルムアミド40mlを混合し、加熱溶解させた。室温まで冷却し、上記で得られたフィタン酸クロリド2.40gを塩化メチレン7mlに溶解した溶液を滴下し、滴下後1時間室温で攪拌した。塩化メチレン100mlを加え、飽和食塩水300mlで洗浄、続いて200mlで2回洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。濾過、減圧濃縮した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、透明半固体状の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)エリスリトールを1.4g得た。キャリア溶媒として、アセトニトリル:水(4:1)、カラムとしてCAPCELLPAK SG−120(5μm)を用いたHPLC分析の結果、本品は、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)エリスリトール91.1%、2−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)エリスリトール8.5%であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(270MHz、CDCl3,TMS)δ:0.8−0.9(m,12H),0.93(d,J=6Hz,3H),1.0−1.6(m,22H),1.95(br.s,1H),2.13(dd,J=14Hz,9Hz,1H),2.37(dd,J=14Hz,6Hz,1H),3.33(br.s,1H),3.43(br.s,1H),3.58−3.92(m,4H),4.27(d,J=5Hz,1H)
モノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)ペンタエリスリトール[モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール;式(5)]の合成
窒素雰囲気下、フィタノール29.16g(97.67mmol)とピリジン9.27g(117.2mmol)を乾燥塩化メチレン220mlに溶解し、氷冷下、液温が10℃を超えないようp−トルエンスルホニルクロリド20.48g(107.4mmol)を少しずつ添加した。添加終了後、フィタノールが消失するまで12時間攪拌し、得られた反応液を水200ml、2N塩酸200ml、飽和重曹水200mlで順次洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後、減圧下に濃縮してフィタニルトシレートを61.31g得た。
窒素気流下、ペンタエリスリトール36.09g(265.1mmol)を乾燥DMF210mlに溶解し、氷冷しながら60%NaH5.3g(132.5mmol)を少しずつ添加した。室温まで昇温し、1時間攪拌後、フィタニルトシレート30.0g(66.26mmol)を滴下し、DMF55mlで洗浄した。80℃に加温してから4時間攪拌し、得られた反応液を減圧下に濃縮し、残液にエーテル500mlを加えて2回抽出溶解し、飽和食塩水で2回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後、濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、無色透明でやや粘稠な液体状のモノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)ペンタエリスリトールを6.3g得た。HPLC分析による本品の純度は99.5%以上であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(270MHz、CDCl3,TMS)δ:0.8−1.7(m,39H),2.68(br.s,3H),3.44(br,4H),3.69(br.s,6H)
モノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)ペンタエリスリトール [モノO−(フィタノイル)ペンタエリスリトール;式(6)]の合成
窒素雰囲気下、フィタン酸2.0g、塩化メチレン10mlにピリジンを1滴加え、室温で塩化チオニル1.14gを滴下した。滴下終了後、1時間還流し、減圧下に濃縮してフィタン酸クロリド約2gを得た。
ペンタエリスリトール0.88g、ピリジン0.69g、乾燥1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン25mlを混合し、加熱溶解させた。室温まで冷却し、上記で得られたフィタン酸クロリド1.32gを塩化メチレン5mlに溶解した溶液を滴下し、滴下後1時間室温で攪拌した。得られた反応液に塩化メチレン100mlを加え、飽和食塩水100mlで5回洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過及び減圧濃縮した。残存ジメチルイミダゾリジノンを除去してから、濃縮液をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製して、透明半固体状のモノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)ペンタエリスリトールを0.64g得た。HPLC分析による本品の純度は99.4%であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(270MHz、CDCl3,TMS)δ:0.7−0.9(m,12H),0.95(d,J=7Hz,3H),1.0−1.6(m,22H),1.9(br.s,1H),2.15(dd,J=14Hz,9Hz),2.38(dd,J=14Hz,7Hz,1H),3.17(br.s,2H),3.62(s,6H),4.16(s,2H)
1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール[式(7)]の合成
窒素雰囲気下、5,9,13,17−テトラメチルオクタデカン酸10g、塩化メチレン20mlにピリジンを1滴加え、室温で塩化チオニル5.2gを滴下した。滴下終了後、1時間還流し、減圧下に濃縮して5,9,13,17−テトラメチルオクタデカン酸クロリドを10.5g得た。
エリスリトール2.56g、ピリジン2.21g、乾燥DMF70mlを混合し加熱溶解させた。室温まで冷却し、上記で得られた5,9,13,17−テトラメチルオクタデカン酸クロリド5gを塩化メチレン10mlに溶解した溶液を滴下し、滴下後1時間室温で攪拌した。得られた反応液に塩化メチレン100mlを加え、飽和食塩水で3回洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。濾過、減圧濃縮した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、透明半固体状の1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトールを2.83g得た。HPLC分析による本品の純度は、1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール91.6%、2−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール8.4%であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(270MHz、CDCl3,TMS)δ:0.8−0.9(m,15H),1.0−1.7(m,26H),2.11(br.s,1H),2.33(t,J=7.9Hz,2H),2.66(br.s,1H),2.75(br.s,1H),3.6−3.9(m,4H),4.29−4.36(m,2H)
モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)ペンタエリスリトール[式(8)]の合成
窒素雰囲気下、p−トルエンスルホニルクロリド19.3g(0.10mol)の乾燥塩化メチレン100ml溶液に5,9,13,17−テトラメチル−1−オクタデカノール30g(0.09mol)とピリジン8.72g(0.11mol)を乾燥塩化メチレン200mlに溶解した溶液を氷冷下に滴下した。滴下後、室温で一夜攪拌した後、得られた反応液を水200ml、2N塩酸200ml、飽和重曹水200mlで順次洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後、減圧下に濃縮して(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)トシレートを42g得た。
窒素気流下、ペンタエリスリトール25g(0.18mol)を乾燥DMF200mlに溶解し、氷冷しながら60%NaH3.7g(0.09mol)を数回に分けて添加した。添加後、室温で1時間攪拌してから50℃に昇温し、上記で得られた(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)トシレートの半量21gを滴下し、DMF55mlで洗浄した。80℃に加温してから4時間攪拌し、得られた反応液を減圧下に濃縮し、残液にエーテル500mlを加えて2回抽出溶解し、飽和食塩水で2回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後、濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、透明粘稠な液体状のモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)ペンタエリスリトールを7.3g得た。HPLC分析による本品の純度は、99.5%以上であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(270MHz、CDCl3,TMS)δ:0.83−0.88(m,15H),1.0−1.6(m,28H),2.88(br.s,3H),3.39−3.52(m,4H),3.71(d,J=3.9Hz,6H)
モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール[式(9)]の合成
ペンタエリスリトール3.81g、ピリジン2.21g、乾燥DMF120mlを混合し加熱溶解させた。室温まで冷却し、1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール[式(7)]の合成工程において得られた5,9,13,17−テトラメチルオクタデカン酸クロリド5gを塩化メチレン5mlに溶解した溶液を滴下し、滴下後1時間室温で攪拌した。得られた反応液に塩化メチレン100mlを加え、飽和食塩水で3回洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。濾過、減圧濃縮した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、下記の物性を有するモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトールを2.50g得た。HPLC分析による本品の純度は、99.5%以上であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(270MHz、CDCl3,TMS)δ:0.8−0.9(m,15H),1.0−1.7(m,26H),2.34(t,J=7.4Hz,2H),3.06(br.s,3H),3.63(d,J=4Hz,6H),4.17(s,2H)
1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)−β−D−キシロピラノシド[略称:β−XylC22;式(10)]の合成
1)アルゴン雰囲気下、β−キシローステトラアセテート318mgを乾燥塩化メチレン6mlに溶解し、0℃に冷却した。そこに四塩化スズ0.12mlを塩化メチレン1mlに溶解した溶液を滴下し、室温で20分間攪拌した後、−10℃に冷却した。5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノール326.6mgを塩化メチレン1mlに溶解した溶液を滴下し、4時間攪拌した。反応液に重曹水を加え、塩化メチレンで3回抽出した。抽出液を水洗し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。濾過後、濃縮し、カラムクロマトグラフィで精製することにより1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)−β−D−キシロピラノシドトリアセテートを93mg得た。
2)アルゴン雰囲気下、1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)−β−D−キシロピラノシドトリアセテート584.8mgを乾燥メタノール5mlに溶解し、ナトリウムメチラート54mgを加え、攪拌した。室温下、一夜攪拌した後、冷却して1N−塩酸1mlを滴下した。反応液を減圧濃縮し、得られた残留物をクロロホルムに溶解してスラリー溶液とし、シリカゲルカラムクロマトグラフィで精製することにより、ワックス状の半固体として1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)−β−D−キシロピラノシドを413mg得た。また、1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)−β−D−キシロピラノシドを無水酢酸−ピリジン混合溶媒に溶解し、60℃で2時間処理後、ガスクロマトグラフィーで純度を検定したところ、純度96%であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(300MHz、CDCl3,TMS)δ:0.84,0.86(d,J=6.4Hz,J=6.8Hz,15H),1.0−1.7(m,31H),3.2−3.7(m,5H),3.82(dd,J=16Hz,7.7Hz,1H),3.94(dd,J=11.6Hz,5Hz,1H),4.25(d,J=7.1Hz,1H)
1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシド[式(11)]の合成
アルゴン雰囲気下、乾燥させたモレキュラーシーブ4A(2g)に、3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノール(5.16g、17.3mM)を加え、2時間攪拌した後、減圧乾燥したテトラ−O−アセチル−β−D−キシロシド(5g、15.7mM)にアルゴン雰囲気下、100mlの塩化メチレンを加え、10〜30分攪拌した。1M塩化スズの塩化メチレン溶液15.8mlを滴下し室温で20分撹拌した。次いで反応系を5℃まで冷却した後、3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノール(5.16g、17.3mM)の20ml塩化メチレン溶液を30分程かけて滴下し、そのまま室温で4時間攪拌を続けた。この溶液を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液に注ぎ、塩化メチレン100mlで3回抽出した後に、水で洗浄した。有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、濾過し、濃縮した。次いで混合物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した(溶出溶媒:ヘキサン―酢酸エチル混合溶媒)。
得られたテトラアセテートをメタノール5.5mlに溶解し、これに0.05Mのナトリウムメチラート2.5mlを加えた。室温で4.5時間攪拌した後、等量の1N塩酸を加えて中和した。溶液を濃縮した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製(溶出溶媒:クロロホルム−メタノール混合溶媒)した後、減圧乾燥し、無色透明で粘稠な液体を得た。
この液体について純度測定を行なった。C,Hについての元素分析結果は、C:70.1%(計算値69.7%)H:11.9%(計算値11.8%)であり、分子構造からの計算値と良く一致した。また、NMR測定の結果、α体純度は少なくとも97%以上であり、β体のシグナルは観察されなかった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(300MHz、CDCl3,TMS)δ:4.78(1H,d,J=3.78Hz,H1),4.38(1H,H5a),3.83(1H,H4),3.09(1H,d,J=8.9Hz,H3),3.7(2H,H’1),3.4−3.8(5H,H2,H5b,3*OH)
モノO−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)ペンタエリスリトール[式(12)]の合成
窒素気流下、ペンタエリスリトール28.7g(0.21mol)を乾燥DMF200mlに溶解し、氷冷しながら60%NaH4.22g(0.11mol)を数回に分けて添加した。添加後、室温で1時間攪拌した後、50℃に昇温し、1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール[式(3)]の合成工程において得られた(5,9,13−トリメチルテトラデシル)トシレートの半量17.2gを滴下し、DMF 55mlで洗浄した。80℃に加温してから4時間攪拌し、得られた反応液を減圧下に濃縮し、残液にエーテル500mlを加えて2回抽出溶解し、飽和食塩水で2回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後、濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィで精製することにより、下記の物性を有するモノO−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)ペンタエリスリトールを5.8g得た。
1H−NMRスペクトル(300MHz、CDCl3,TMS)δ:0.846,0.867(d,J=6.6Hz,6.3Hz,12H),1.0−1.6(m,21H),1.72(br.s,1H),2.68(br.s,2H),3.425(t,J=6.5Hz,2H),3.47(s,2H),3.72(s,6H)
6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸[式(15)]の合成
アルゴン気流下、濃硫酸90mlにL−アスコルビン酸21.0g(119mmol)を溶解させた。攪拌しながら、5,9,13,17−テトラメチルオクタデカン酸メチル42.3g(119mmol)を添加し、24〜27℃で1晩静置した。得られた均一溶液をイオン交換水750mlに注加し、ジイソプロピルエーテルで抽出した後、水洗した。有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧濃縮した。
濃縮液をシリカグルカラムクロマトグラフィーで精製し、エタノール中、活性炭処理を行い、濾過、濃縮を行うことにより、下記のNMRスペクトルを有する淡黄色半固体の6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)アスコルビン酸を9.1g得た。
1H−NMRスペクトル(300MHz、DMSO−d6,TMS)δ:11.1(br.s,1H),8.4(br.s,1H),5.3(br.s,1H),4.67(s,1H),4.06(m,2H),3.97(m,1H),2.3(m,2H),1.6−1.0(m,26H),0.9−0.8(m,15H)
1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α,β−D−キシロピラノシド[式(16)]の合成
キャピラリーと蒸留装置を備えたフラスコにフィタノール(298g、998mM)を仕込み、乳鉢で粉砕したD−(+)−キシロース(30.0g、200mM)を添加した。p−トルエンスルホン酸・一水和物(1.9g、10mM)を加えた後、キャピラリーよりアルゴンガスをバブリングさせながら減圧度を40torrとした。オイルバスで徐々に加熱し、水を留去しながら内温を95℃とした。95℃で7時間反応させた後、室温まで冷却し、1N水酸化ナトリウム水溶液(10ml)を加えた。水層を分離し、有機層をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、淡褐色の粗1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α,β−D−キシロピラノシド(60.5g)を得た。このうち59.5gを1N−水酸化ナトリウム水溶液(2.34ml)/エタノール120mlの混合液に溶解し、30%過酸化水素水溶液(2.34ml)を滴下し、室温で15時間攪拌した。反応液をクロロホルム(1150ml)で希釈し、蒸留水(115ml)、40%チオ硫酸ナトリウム(115ml)、飽和食塩水(115ml)で順次洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮した。濃縮残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、淡黄色の粗1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α,β−D−キシロピラノシドを58.6g得た。このうち53.6gをエタノール(530ml)に溶解し、活性炭(5.3g)を加えて室温で1時間攪拌した後、濾過、減圧濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、濃縮液をエタノール530mlに溶解し、メンブランフィルター(PTFE0.2μm)で濾過し、減圧濃縮することにより、無色の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α,β−D−キシロピラノシド(52.0g)を得た。
この液体のNMR測定の結果を以下に示す。なおα体含量は約66%、β体含量は約34%であった。
1H−NMRスペクトル(300MHz、CDCl3,TMS)δ:4.80(0.66H,d,J=3.6Hz,H1),4.35(0.34H,J=6.3Hz,H1),4.35(1H,dd),3.3−4.0(7H,m),1.0−1.8(m,31H),0.83−0.91(m,15H)
モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール[式(9)]の合成−2
窒素雰囲気下、2Lフラスコにペンタエリスリトール115.4g(846mmol)、乾燥DMF515mlを仕込み、113℃に加熱して溶解させた。DMF70mlを追加しながら、DMF93mlを留去し、脱水を行った。乾燥無水炭酸カリウム0.82g(5.93mmol、1.1mol%)を仕込み、120〜140mmHgの減圧下に102〜104℃で還流した。5,9,13,17−テトラメチルオクタデカン酸メチル200g(564mmol)を2.5時間で滴下しながら、生成するメタノールを留去し、反応を行った。滴下1時間後に無水炭酸カリウム0.39g(0.5mol%)を追加し、2時間反応を続けた。転化率99%以上まで追い込んだ後、冷却し、ギ酸0.781g(17mmol)を加えて中和した。減圧下にメタノール、DMFを留去し、窒素にて減圧解除後、イソプロピルエーテル300mlを加えて室温まで冷却攪拌した。未反応のペンタエリスリトールを濾別し、イソプロピルエーテル200mlで洗浄し、得られた濾液に600mlを加え、飽和重曹水400mlで洗浄した。
水層にイソプロピルエーテル900mlと水400ml、飽和重曹水200mlを加えて分液し、有機層を水200mlで洗浄した。有機層を合わせてイソプロピルエーテル950mlを加え、水1000ml、温水600mlで洗浄し、得られた有機層を水500mlで洗浄した後、脱水、濾過、濃縮することにより、純度48.4%の粗モノ−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール214gを得た。
同様の方法でさらに1バッチの反応及び後処理を行い、純度41.0%の粗モノ−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール193.4gを得た。
得られた粗モノ−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトールを合わせた中から357.8gを薄膜蒸留し(180〜190℃/0.004torr.)、純度83〜89%のモノ−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトールを111.1g得た。
[参考例1]
1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド[β−XP;式(13)]の合成
アルゴン雰囲気下、乾燥させたモレキュラーシーブ4A(2g)に、減圧乾燥したテトラ−O−アセチル−β−D−キシロピラノシド(5g、15.7mM)、100mlの塩化メチレンを加え、10〜30分攪拌した。5〜8℃に冷却後、1M塩化スズの塩化メチレン溶液16mlを滴下し、室温で20分撹拌した。−10℃まで冷却した後、3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノール(4.69g、15.7mM)の16ml塩化メチレン溶液を30分程かけて滴下し、そのまま4時間攪拌を続けた。この溶液を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液に注ぎ、塩化メチレン100mlで3回抽出した後に、水で洗浄した。有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、濾過し、濃縮した。次いで混合物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した(溶出溶媒:ヘキサン−酢酸エチル混合溶媒)。
得られた1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドトリアセテートをメタノール5.5mlに溶解し、これに0.05Mのナトリウムメチラート2.5mlを加えた。室温で4.5時間攪拌した後、等量の1N塩酸を加えて中和した。溶液を濃縮した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製(溶出溶媒:クロロホルム−メタノール混合溶媒)した後、減圧乾燥し、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド[式(13)](白色ワックス状の固体)を得た。NMR測定により、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドは混入していないことがわかった。
[実施例2]
本発明において特に好適に使用できる両親媒性化合物について、下記表の通りIV/OV値を算出した。IV/OV値は、小数点以下第3位まで算出した。
また、それらの両親媒性化合物及びその混合物について後述の各解析で決定したクラフト温度を、それぞれ表2−1及び表2−2に示す。
[実施例3] II型キュービック液晶の形成及び解析−1
モノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)ペンタエリスリトール[以下、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール;上記式(5)]と純水を混合デバイス中に加え、室温(23℃)で48時間かけて100回以上の混合操作を行いながらインキュベートした。これにより均一に混合されたモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルを得た。このモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルは、外観上は透明のゲル状組成物であった。
次に、このように調製したモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプル(両親媒性化合物の濃度:74.6質量%)について、偏光顕微鏡による観察を行なったところ、脂質部全領域においてキュービック液晶特有の光学等方性のテクスチャーが観察された(図3)。図3中、右領域は水であり、左領域は、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルである。左領域は、水と同様に光学的に等方的であるが粘度の高い領域であった。この観察結果は、キュービック液晶の生成を示唆している。さらに、スライドグラスとカバーグラスの間に挟まれた上記サンプルに水を加えても、水と脂質部の光学等方性のテクスチャー領域は安定な界面を形成し、長時間放置しても脂質部の光学等方性テクスチャーは変化しなかった。これは、このキュービック液晶が過剰の水が存在する条件下でも安定であることを示す。この結果、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールが形成するキュービック液晶はII型であることが示された。
続いて、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて、−45℃から70℃までの温度範囲で示差走査熱量分析(DSC)を行なった。DSC分析には、Seiko SSC/560U示差走査熱量計(セイコー電子工業製)を使用した。上記方法で調製した72.4質量%のモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルをDSCセルに封入し、−45℃で3時間にわたり冷却しながらインキュベートして、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールの水和固体(以下水和個体と略す)を十分に形成させた。次にこの水和固体を0.5℃/分の昇温速度で加熱しながら、水和固体の融解挙動をDSC分析法によって調べた。その結果、図4に示すように−40℃付近から始まり−27℃付近で終了する水和固体の融解による吸熱ピークと、−10〜1℃の温度範囲に観測される氷の融解による吸熱ピークが観察された。図4中、左のピークが水和固体の融解による吸熱ピーク、右のピークが氷の融解ピークである。70℃まで測定したが他の熱転移は観察されなかった。また他の濃度においても本質的に同じ結果が得られた。これより、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールのTKは0℃以下であると結論できた。
次に、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて、エックス線小角散乱(SAXS)によりキュービック液晶であることの確認を行なった。モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルを石英製エックス線キャピラリーチューブに入れた後、キャピラリーの先端を酸素バーナーで封じ、SAXS測定に供した。SAXS測定は、RU−200X線発生装置(Rigaku製)を使用して波長0.154nmで行なった。エックス線キャピラリーチューブに封入されたサンプルは、各測定温度で少なくとも15時間以上インキュベートし熱平衡に到達した後、エックス線照射時間30〜45分でSAXS測定を行なった。インキュベート時間を72時間から最大5日まで延長してもSAXS測定結果は変化しなかったので本実験条件は平衡状態のキュービック液晶を測定していることが確認できた。
SAXS測定の結果、少なくとも1℃から40℃までの温度範囲で、6本のシャープな散乱ピークが観察された。ピーク値の比は、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール濃度と温度により、結晶学的空間群Pn3mに属するキュービック液晶に特有の比:
を示す場合(図5−A)と、結晶学的空間群Ia3dに属するキュービック液晶に特有の比:
を与える場合(図5−B)があった。これより、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルは結晶学的空間群Pn3mと結晶学的空間群Ia3dに属するキュービック液晶を形成することが確認できた。なお、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール濃度が73〜74質量%(温度により値が異なる)以下の過剰の水が存在する条件で観測されるキュービック液晶の格子定数がモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール濃度によらず一定になることから、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールが形成するキュービック液晶は、水過剰条件でも安定な「II型」のキュービック液晶であることが示された。
図5には、1℃でのモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルのSAXS測定結果を示した。1℃では、−50℃で観察された水和固体のピークが消失しており、キュービック液晶に特有の比を示す6本のピークのみが観察された。
図5−A:
56.7質量%;Pn3mキュービック液晶;格子定数=8.2nm
図5−B:
74.6質量%;Ia3dキュービック液晶;格子定数=12.3nm
さらに、SAXS測定結果に基づいてモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルにおけるキュービック液晶構造のモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールの二重膜のdhc値を算出したところ、1.17±0.1nmであった。この値は、O−フィタニル鎖を疎水鎖とする両親媒性脂質が作る両親媒性脂質二分子膜のdhc値が、1.2±0.1nmであること[Hato,M.Minamikawa,H.,Tamada,K.,Baba,T.,and Y.Tanabe,Adv.Colloid Interface Sci.,80,233−270(1999年)]と矛盾しない。これにより、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールが形成するキュービック液晶がバイコンティニュアス型であることが確認できた。
以上の実験でキュービック液晶の形成が認されたサンプル例(両親媒性脂質の濃度別)は以下の表3の通りであった。
図6には、以上の測定結果をもとに決定したモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系の濃度−温度依存性部分相図を示した。
なお本明細書における相図中の記号の意味は以下の通りである。
W : 水相(微量の両親媒性化合物が溶解した希薄水溶液)
HII : 逆ヘキサゴナル液晶
Pn3m : Pn3mキュービック液晶
Ia3d : Ia3dキュービック液晶
Lα : ラメラ液晶
LC : 構造が特定出来ない液晶
FI : 等方的液体相(キュービック液晶ではない)
(但し、2種の記号を記載している部分は、それらの共存領域である。)
[実施例4] II型キュービック液晶の形成及び解析−2
モノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)ペンタエリスリトール[以下、モノO−(フィタノイル)ペンタエリスリトール;上記式(6)]と純水を、実施例3と同様の手順に従って均一に混合し、モノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)ペンタエリスリトール/水系サンプルを得た。このモノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、少なくとも1〜65℃の温度範囲においてバイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。58.9質量%のモノO−(フィタノイル)ペンタエリスリトール/水系におけるキュービック液晶の格子定数は、10.6nm(25℃)〜8.3nm(55℃)であった。
このモノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて示差走査熱量分析(DSC)を行なったところ、−8℃付近から始まり−2.5℃で終了するモノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)ペンタエリスリトールの水和固体の融解によるピークと0℃付近における氷の融解ピーク以外の熱転移は観察されなかった。この結果は調べた全ての両親媒性化合物濃度において本質的に同じであった。従ってモノO−(フィタノイル)ペンタエリスリトールのTKは0℃以下であると結論された。
本実施例でキュービック液晶の形成が確認されたサンプルは以下の通りであった。
[実施例5] II型キュービック液晶の形成及び解析−3
1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)エリスリトール[以下、1−O−(フィタノイル)エリスリトール;上記式(4)]と純水を、実施例3の手順に従って混合し、1−O−(フィタノイル)エリスリトール/水系サンプルを得た。この1−O−(フィタノイル)エリスリトール/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、少なくとも1℃から60℃までの温度範囲で、バイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶又はIa3dキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。52.3質量%の1−O−(フィタノイル)エリスリトールによって形成されたPn3mキュービック液晶の格子定数は、11.4nm(1℃)、11.3nm(25℃)、10.1nm(45℃)であった。
この1−O−(フィタノイル)エリスリトール/水系サンプルについて示差走査熱量分析(DSC)を行なったところ、0℃付近の氷の融解による吸熱ピークと、それに重なった−0.6℃付近の1−O−(フィタノイル)エリスリトール水和個体の融解による吸熱ピークが観察された。これより、1−O−(フィタノイル)エリスリトールのTKは0℃以下であることが結論された。
以上の実験でキュービック液晶の形成が確認されたサンプルは以下の通りであった。
[実施例6] II型キュービック液晶の形成及び解析−4
1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール[上記式(3)]と純水を、実施例3の手順に従って混合し、1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール/水系サンプルを得た。この1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、少なくとも1℃から75℃までの温度範囲で、バイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶又はIa3dキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。53.7質量%の1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール/水系におけるIa3dキュービック液晶の格子定数は、17.3nm(20℃)、17.2nm(35℃)、17.1nm(40℃)であった。
この1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール/水系サンプルの示差走査熱量分析(DSC)を実施例3と同様に行なったところ、0℃付近の氷の融解による吸熱ピークのみが観察された。これより、1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトールのTKは0℃以下であることが強く示唆された。
以上の実験でキュービック液晶の形成が確認されたサンプルは以下の通りであった
[実施例7] II型キュービック液晶の形成及び解析−5
1−O−(3,7,11−トリメチルドデシル)エリスリトール[上記式(2)]と純水を、実施例3と同様の手順に従って混合し、1−O−(3,7,11−トリメチルドデシル)エリスリトール/水系サンプルを得た。この1−O−(3,7,11−トリメチルドデシル)エリスリトール/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、少なくとも1℃から60℃までの温度範囲で、バイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。
上記実験でキュービック液晶の形成が確認されたサンプル例は以下の通りであった。
[実施例8] II型キュービック液晶の形成及び解析−6
1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール[上記式(7)]と純水を、実施例3と同様な方法で均一に混合して、1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール/水系サンプルを得た。この1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、少なくとも1℃から60℃までの温度範囲においてバイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。
この1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール/水系サンプルについて示差走査熱量分析(DSC)を行なったが、0℃付近の氷の融解に基づく吸熱ピーク以外の熱転移は観察されなかった。また、実施例3と同様に低温度で形成された1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール水和固体を1℃でインキュベートしたところ、キュービック液晶へと転移したことから、1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトールのTKは0℃以下であると結論できた。
以上の実験でキュービック液晶の形成が確認されたサンプル例は以下の通りであった。
[実施例9] II型キュービック液晶の形成及び解析−7
モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)ペンタエリスリトール[上記式(8)]と純水を、実施例3と同様な方法で均一に混合し、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)ペンタエリスリトール/水系サンプルを得た。このモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)ペンタエリスリトール脂質/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、バイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。
このモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて示差走査熱量分析(DSC)を行なったところ、0℃付近の氷の融解に基づく吸熱ピーク以外の熱転移は観察されなかった。また、実施例3と同様に低温度で形成したモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)ペンタエリスリトールの水和固体を1℃でインキュベートしたところ、キュービック液晶へと転移したことから、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)ペンタエリスリトールのTKは0℃以下であると結論できた。
以上の実験でキュービック液晶の形成が確認されたサンプル例は以下の通りであった。
[実施例10] II型キュービック液晶の形成及び解析−8
モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール[上記式(9)]と純水を、実施例3と同様の手順に従って均一に混合し、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/水系サンプルを得た。このモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、バイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。
このモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて示差走査熱量分析(DSC)を行なったところ、脂質水和固体の融解による吸熱ピークは−20℃付近から始まり−15℃で終了した。それ以上の温度では、0℃付近の氷の融解に基づく吸熱ピーク以外の熱転移は観察されなかった。これにより、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトールのTKは0℃以下であると結論できた。
上記実験でキュービック液晶の形成が確認されたサンプル例は以下の通りであった。
[実施例11] II型キュービック液晶の形成及び解析−9
1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)−β−D−キシロピラノシド[以下、β−XylC22;上記式(10)]と純水を、実施例3と同様の手順に従って均一に混合し、β−XylC22/水系サンプルを得た。このβ−XylC22/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、少なくとも1℃から45℃までの温度範囲においてバイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶及びIa3dキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。またピーク値から算出した61.5質量%のβ−XylC22濃度のキュービック液晶における格子定数は、10.1nm(1℃)、9.9nm(30℃)、9.5nm(40℃)であった。
このβ−XylC22/水系サンプルについて、実施例3と同様に示差走査熱量分析(DSC)を行なったところ、β−XylC22水和固体の融解による吸熱ピークは、−13℃付近から始まり−9℃で終了した。それ以上の温度では、0℃付近の氷の融解に基づく吸熱ピーク以外の一切の熱転移は観察されなかった。これにより、β−XylC22のTKは0℃以下であると結論できた。
以上の実験によりキュービック液晶の形成が確認されたサンプルは以下の通りである。
[実施例12] II型キュービック液晶の形成及び解析−10
1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシド[以下、α−XP;上記式(11)]と純水を、実施例3の手順に従って混合し、α−XP/水系サンプルを得た。
このように調製したα−XP/水系サンプルについて偏光顕微鏡による観察を行なった結果、水との界面には逆ヘキサゴナル液晶が形成されるが、その内部の両親媒性化合物濃度の高い領域にはキュービック液晶が形成されることが示された。またα−XP/水系サンプルで水との界面に形成されるのが逆ヘキサゴナル液晶であることから、α−XPが形成するキュービック液晶はII型であることが示された。さらにこのα−XP/水系サンプルについて実施例3と同様にSAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なったところ、少なくとも78〜84質量%の濃度範囲、少なくとも1℃から45℃までの温度範囲において、バイコンティニュアス型のIa3dキュービック液晶が形成されることが確認された。α−XP濃度84.2質量%のα−XP/水系におけるキュービック液晶の格子定数は、9.8nm(1℃)、9.7nm(25℃)、9.6nm(40℃)であった。
α−XP/水系サンプルの示差走査熱量分析(DSC)を行なったところ、−10℃付近から始まり−1℃付近のα−XPの転移による吸熱ピークとそれに重なった0℃における水の融解ピークのみが観測された。これより、α−XPのTKは0℃以下であると結論できた。
以上の実験でキュービック液晶の形成が確認されたサンプルは以下の通りであつた。
図7に、以上の測定結果をもとに決定した、α−XP/水系の濃度−温度依存性部分相図を示した。
[実施例13] II型キュービック液晶の形成及び解析−11
モノO−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)ペンタエリスリトール[上記式(12)]と純水を、実施例3と同様の手順に従って均一に混合し、モノO−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)ペンタエリスリトール/水系サンプルを得た。このモノO−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、少なくとも1℃〜4℃の温度範囲及びモノO−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)ペンタエリスリトール濃度55.3質量%において、バイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。
このモノO−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて示差走査熱量分析(DSC)を実施例3と同様に行なったところ、−10℃付近から始まり1℃で終了する吸熱ピークのみが観察された。これより、モノO−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)ペンタエリスリトールのTKは0℃以下であると結論された。
[実施例14] II型キュービック液晶の形成及び解析−12
6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸[上記式(15)]と純水を、実施例3の手順に従って混合し、6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸/水系サンプルを得た。このように調製した6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、少なくとも1℃から60℃までの温度範囲において、6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸濃度と温度に依存して、バイコンティニュアス型でありII型のPn3m又はIa3dキュービック液晶が形成されることが確認された。
さらにそのピーク値から算出したPn3mキュービック液晶(6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸、61質量%)の格子定数は、12.2nm(1℃)、12.2nm(20℃)、12.1nm(30℃)、11.4nm(40℃)、11.0nm(50℃)、10.1nm(60℃)であり、Ia3dキュービック液晶(6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸、69質量%)の格子定数は、17.4nm(30℃)、16.9nm(40℃)、17.0nm(50℃)であった。
この6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸/水系サンプルについて、実施例3と同様にして、−60℃から50℃の温度範囲で示差走査熱量分析(DSC)を行なったところ、0℃付近の氷の融解に基づく吸熱ピーク以外の熱転移は観察されなかった。これにより、6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸のTKが0℃以下であると結論できた。
以上の実験によりキュービック液晶の形成が確認されたサンプルは以下の通りであった。
[比較例1] II型ヘキサゴナル液晶の形成及び解析
1−O−(3,7,11−15−テトラメチルヘキサデシル)グリセロール[IV/OV=0.524]と純水を、実施例3と同様の手順に従って均一に混合し、1−O−(3,7,11−15−テトラメチルヘキサデシル)グリセロール/水系サンプルを得た。この1−O−(3,7,11−15−テトラメチルヘキサデシル)グリセロール/水系サンプルについて偏光顕微鏡観察を行なったところ、1−O−(3,7,11−15−テトラメチルヘキサデシル)グリセロール/水界面にはII型ヘキサゴナル液晶に特有のテクスチャーが観察され、キュービック液晶特有の光学等方性テクスチャーは全く観察されなかった。このことから、これらの1−O−(3,7,11−15−テトラメチルヘキサデシル)グリセロールがキュービック液晶ではなくII型ヘキサゴナル液晶を形成することが示された。
[比較例2] ラメラ液晶の形成及び解析
3,7,11−トリメチルドデカン−1,2,3−トリオール[IV/OV=1.154](下記式(14))と純水を、実施例3と同様の手順に従って均一に混合し、3,7,11−トリメチルドデカン−1,2,3−トリオール/水系サンプルを得た。
1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−グルコピラノシド[IV/OV=1.052]と純水を、実施例3と同様の手順に従って均一に混合し、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−グルコピラノシド/水系サンプルを得た。
1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−マルトシド[IV/OV=1.517]と純水を、実施例3と同様の手順に従って均一に混合し、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−マルトシド/水系サンプルを得た。
このようにして調製した両親媒性脂質/水系サンプルのそれぞれについて、偏光顕微鏡観察を行なったところ、いずれのサンプルでも両親媒性脂質/水界面からラメラ液晶特有のミエリン形の成長が観察された。一方、キュービック液晶特有の等方性テクスチャーは全く観察されなかった。従って、これらの両親媒性脂質がラメラ液晶を形成することが示された。
[実施例15] 二成分混合系のII型キュービック液晶の形成及び解析−1
総両親媒性化合物濃度が60質量%(水過剰条件)となるように、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシド(上記式(11);以下、α−XP(又はα体)と略称する。TKは0℃以下。)と1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド(上記式(13);以下、β−XP(又はβ体)と略称する。TKは約10℃。)を、実施例3と同様の手順に従って純水中に均一に混合して、両親媒性化合物/水系サンプルを得た。この両親媒性化合物/水系サンプルについて実施例3と同様に調べたところ、α−XPとβ−XPの混合系によって、両親媒性化合物総量に対するα−XPのモル分率Xαが0.0から少なくとも0.8までの範囲でPn3mキュービック液晶が形成されることが示された。
サンプルの温度−両親媒性化合物組成と形成されるキュービック液晶構造との関係を図8に示した。図8の二つの線に挟まれた領域(Pn3m)においてPn3mキュービック液晶が形成された。
図8に示される通り、両親媒性化合物総量に対するα−XPの割合が増加するにつれて、Pn3mキュービック液晶が安定に存在できる最低温度(すなわちクラフト温度(TK))と最高温度はほぼ同じ傾きで低下した。両親媒性化合物総量に対してα−XPのモル分率が0.2の場合は4〜65℃の範囲、0.35の場合は0〜58℃の範囲、0.6の場合は少なくとも0〜47℃の範囲で、安定なPn3mキュービック液晶が形成された。この結果から、α体のモル分率が0.2以上のα−XPとβ−XPの混合系である1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−D−キシロピラノシドによって形成されるキュービック液晶は、4℃でも熱力学的に安定に形成されることが示された。また、β−XPとα−XPとを混合することによって、β−XP単独の場合のTKよりも低い温度でキュービック液晶を形成させることができることも示された。
[実施例16] 二成分混合系のII型キュービック液晶の形成及び解析−2
モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール[上記式(5)]は、室温において、1質量%〜75質量%(1相領域は73〜75質量%)の濃度範囲ではバイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶を形成し、76質量%から少なくとも85質量%まではIa3dキュービック液晶を形成する。モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールの場合、TKは0℃以下であるが、キュービック液晶が形成される最高温度は40℃であり、高温域での安定性が低めであると同時に、そのキュービック液晶構造は柔らかく、水性溶媒中の塩や蛋白質等により比較的壊れやすい。
一方、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド[上記式(13)]は、過剰の水存在下でバイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶を形成することができ、その液晶構造が形成される最高温度は75℃であって高温域でも安定性が高い。さらにキシロース部の強い相互作用のためキュービック液晶構造も強固で、水性溶媒中の塩やタンパク質等が存在してもキュービック液晶構造は安定に保たれる。一方で、TKは約10℃であり、低温域で液晶が形成されない。
かかる物性の異なる2種類の両親媒性化合物を用いて、二成分混合系のII型キュービック液晶を以下の様にして形成させた。
まず、総両親媒性化合物濃度が60質量%(水過剰条件)となるように、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールと、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドを、実施例3と同様の手順に従って純水中に均一に混合して、両親媒性化合物同士の量比を変えた複数の両親媒性化合物/水系サンプルを得た。それらの両親媒性化合物/水系サンプルについて実施例3と同様に調べたところ、二成分混合系によってPn3mキュービック液晶が形成されることが示された。
得られたサンプルの温度−両親媒性化合物組成と形成されるキュービック液晶構造との関係を図9に示した。二つの曲線に挟まれた領域(Pn3m)においてPn3mキュービック液晶が形成された。
図9に示される通り、両親媒性化合物総量に対するモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールの割合が増加するにつれて、キュービック液晶が安定に存在できる最低温度と最高温度はほぼ同じ傾きで低下した。モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールのモル分率が0.2の場合は4〜72℃の範囲、0.4の場合は0〜70℃の範囲、0.8の場合は少なくとも0〜60℃の範囲で、バイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶が安定に形成された。このように、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールを、モル分率が0.2以上となる様に1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドと混合することにより、低温(例えば4℃)でも熱力学的に安定なキュービック液晶が形成された。
格子定数は、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドのみから形成されるキュービック液晶では9.2nmであったが、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールの混合比率の増加に伴って連続的に7.06nm(モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールが100質量%)まで小さくなった。またこれに伴ってキュービック液晶の水チャネルの直径は、3.8nmから2.5nmまで変化した。この結果から、複数の両親媒性化合物を混合して用いることにより、キュービック液晶の微細構造を意図的に変化させることができることが示された。
[実施例17] 三成分混合系のII型キュービック液晶の形成及び解析−3
5質量%のα−XPを含む1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド(β−XP)と、ラメラ液晶を形成する3,7,11−トリメチルドデカン−1,2,3−トリオール(以下、第二成分と呼ぶ)を、実施例3と同様の手順に従って純水中に均一に混合し、両親媒性脂質/水系サンプルを得た。この両親媒性脂質/水系サンプルについて実施例3と同様に調べたところ、少なくとも第二成分の含有量が50質量%に達するまでは、三成分混合系によってPn3mキュービック液晶が形成されることが確認できた。また、実施例3と同様のDSC測定により、この三成分両親媒性脂質/水系サンプルにおいて、TKは第二成分の含有量の増加に伴って低下し、第二成分が20質量%以上になるとTKは0℃以下になることが示された。結果を表14に示す。
[実施例18] 生理活性物質を包埋したII型キュービック液晶組成物の製造
両親媒性化合物/ビタミンA/水系キュービック液晶組成物の製造
20質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドと80質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドに、両親媒性化合物総量に対して5.5質量%に当たる量のビタミンAを添加し、実施例3と同様の手法に従って均一に混合して、両親媒性化合物/ビタミンA/水が均一に混合されたサンプルを得た。この両親媒性化合物/ビタミンA/水系サンプルについて実施例3と同様にしてSAXS測定を行なったところ、Ia3dキュービック液晶に特有の比:
を与える散乱ピークが得られた。またこのキュービック液晶は、少なくとも室温(20℃)〜45℃の温度範囲で安定であった。これにより、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシド、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド、及びビタミンAを含有する本組成物において、ビタミンAを包埋したキュービック液晶の形成が確認された。
両親媒性化合物/ヒアルロン酸ナトリウム/水系キュービック液晶組成物の製造
さらに、上記の20質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドと80質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド0.65gにヒアルロン酸ナトリウム0.4質量%水溶液0.35gを実施例3と同様の手法に従って均一に混合して、両親媒性化合物/ヒアルロン酸ナトリウム/水が均一に混合されたサンプルを得た。この両親媒性化合物/ヒアルロン酸ナトリウム/水系サンプルについて実施例3と同様にしてSAXS測定を行なったところ、少なくとも4℃から55℃の温度範囲でPn3mキュービック液晶に特有の比:
を示す散乱結果が得られた。これにより、この両親媒性化合物/ヒアルロン酸ナトリウム/水系サンプルにおいてPn3mキュービック液晶が形成されることが示された。
両親媒性化合物/ビタミンE/水系キュービック液晶組成物の製造
522mgのモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール[上記式(9);PEOCOC22]と55.4mgのビタミンE(α−トコフェロール)を0.8mlのジクロルメタンに溶解し、次いでジクロルメタンを減圧下で除去して、ビタミンE含量9.6質量%のモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/ビタミンE混合サンプルを得た。この両親媒性化合物/ビタミンEサンプルを実施例3と同様の手順に従って水と混合した後、得られたサンプルについて実施例3と同様にして25℃で偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験を行ったところ、水との界面に安定な等方性の脂質相が形成されたことから、II型の液晶相が形成される事が確認された。
さらに、そのII型の液晶サンプルについてSAXS測定を行なった結果、6本のシャープな散乱ピークが得られ、またピーク値の比は、結晶学的空間群Pn3mに属するキュービック液晶に特有の比:
を示した。これより、ビタミンE含量9.6質量%のモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/ビタミンE/水系サンプルにおいて、結晶学的空間群Pn3mに属し、格子定数=9.05nmのII型のPn3mキュービック液晶が形成されていることが確認できた。
画親媒性化合物/クロロフィルa/水系キュービック液晶組成物の製造
5質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドと95質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドからなる混合脂質236mgに、クロロフィルa 2.44mgと純水127mgを添加し、実施例3と同様の手法に従って均一に混合し、SAXS測定を行なった結果、Pn3mキュービック液晶が形成される事を確認する事ができた。
両親媒性化合物/ベクロメタゾンジプロピオネート/水系キュービック液晶組成物の製造
5質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドと95質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドに、両親媒性化合物総量に対して5質量%、1質量%、0.1質量%、又は0.02質量%に当たる量のベクロメタゾンジプロピオネートを添加した混合物をジクロルメタンに溶解した後、ジクロルメタンを減圧下除去し、両親媒性化合物/ベクロメタゾンジプロピオネート混合物を得た。これを実施例3と同様の手順に従って水と混合し、両親媒性化合物/ベクロメタゾンジプロピオネート/水系サンプルを得た。この両親媒性化合物/ベクロメタゾンジプロピオネート/水系サンプルについて実施例3と同様にしてSAXS測定を行なったところ、結晶学的空間群Pn3mに属するキュービック液晶に特有の比:
を与える散乱ピークが得られた。またこのキュービック液晶は、少なくとも室温(20℃)〜45℃の温度範囲で安定であった。一方、両親媒性化合物/ベクロメタゾンジプロピオネート/水系サンプルの偏光顕微鏡観察により、ベクロメタゾンジプロピオネート0.02質量%以外のサンプルにはPn3mキュービック液晶内にベクロメタゾンジプロピオネートの微結晶の析出が観察された。このことから、Pn3mキュービック液晶の脂質疎水部に可溶化されるベクロメタゾンジプロピオネートは0.02質量%程度であることが示された。また、ベクロメタゾンジプロピオネートの微結晶はPn3mキュービック液晶内のみに観測され、外水相には観測出来なかった事から、ベクロメタゾンジプロピオネートがPn3mキュービック液晶内に選択的に包埋されていることが示された。本キュービック液晶組成物においては、上記飽和溶解度を上回る量のベクロメタゾンジプロピオネートは、キュービック液晶内に微結晶の分散状態で存在していると考えられる。
両親媒性化合物/オリーブオイル/CoQ10/水系キュービック液晶組成物の製造
95質量%のモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール[上記式(9)]と5質量%のオリーブオイルに、0.05質量%、0.1質量%、0.5質量%、1質量%、2質量%、5質量%、又は20質量%のコエンザイムQ10(以下、CoQ10と略す)を添加し、50℃で5分間加熱融解した後、均一に混合して、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/オリーブオイル/CoQ10混合サンプルを得た。この両親媒性化合物/オリーブオイル/CoQ10サンプルを実施例3と同様の手順で水と混合して両親媒性化合物/オリーブオイル/CoQ10/水系サンプルを調製した後、SAXS測定を行った。その結果、結晶学的空間群Pn3mに属するキュービック液晶に特有の比:
を与える6本の散乱ピークが得られ、Pn3mキュービック液晶が形成されることが確認された。なおいずれのCoQ10濃度でも格子定数は9.7nm(25℃)であった。
両親媒性化合物/CoQ10/水系サンプルの偏光顕微鏡観察により、0.5質量%以上のCoQ10を含むサンプルでは、CoQ10がPn3mキュービック液晶内に微結晶(又は固体)として分散していることが観察された。一方、0.1質量%以下のCoQ10を含むサンプルではPn3mキュービック液晶内にCoQ10の微結晶は観察出来なかった。なお、CoQ10の微結晶がPn3mキュービック液晶内のみに観察され、外水相には観察出来なかったことから、CoQ10がPn3mキュービック液晶内に選択的に包埋される事が結論出来た。以上からモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/オリーブオイル/CoQ10/水系サンプルでは、Pn3mキュービック液晶の脂質疎水部に分子状に可溶化されるCoQ10の最大濃度(飽和溶解度)は、0.05〜0.1質量%程度であり、飽和溶解度以上の量のCoQ10は、キュービック液晶内に微結晶として分散した状態で存在することが示された。
なお、CoQ10を包埋したPn3mキュービック液晶は、少なくとも1℃〜40℃の温度範囲で安定であった。
[実施例19] 酵素を包埋したII型キュービック液晶の製造
20質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドと80質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドからなる混合脂質40.2mgに、1ml溶液中に230mgのリゾチームを含む水溶液を40μl添加し、実施例3と同様の手法で均一に混合して15℃で10時間インキュベートして、両親媒性化合物/リゾチーム/水系サンプルを作製した。このサンプルのSAXS測定を行なった結果、15〜65℃の温度範囲では、Im3mキュービック液晶に特有の比:
を示す散乱結果が得られた。これにより、この両親媒性化合物/リゾチーム/水系サンプルにおいてIm3mキュービック液晶が形成されることが示された。この系はまた、両親媒性化合物総量に対して23質量%ものリゾチームを含有することから、このキュービック液晶が多量の蛋白質を取込むことができることが示された。
さらに、上記と同じ両親媒性化合物混合系65mgに、0.1質量%のカゼイン水溶液35μlを添加して、実施例3と同様の手法に従って均一に混合したところ、実施例3と同様の方法により、得られた両親媒性化合物/カゼイン/水系サンプルにおいてPn3mキュービック液晶が形成されることを確認することができた。
[実施例20] ペプチドを包埋したII型キュービック液晶の製造と徐放性
モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール75mgと、100単位/mlのインシュリンを含むインシュリン注射液(ペンフィルR注)25mlを、実施例3と同様の手法に従って混和した。こうして得られたモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/インシュリン/水系サンプルについて実施例3と同様にしてSAXS測定を行なったところ、Pn3mキュービック液晶が形成されていることが示された。
次いで、このモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/インシュリン/水系サンプル(すなわち、キュービック液晶組成物とインシュリンの複合体)を直径0.3mmのロッド状に成形し、その50mgを10mlの生理的食塩水中に浸した。浸漬後、37℃の生理的食塩水に溶出するインシュリン量を高速液体クロマトグラフィーによって経時的に測定したところ、キュービック液晶構造中に包埋されたインシュリンは、約8〜10時間かけて全量が徐放されたことが示された(図10)。
[参考例2] 酵素を包埋したキュービック液晶からの徐放性試験
α−ガラクトシダーゼ(α−GALA)及びβ−ガラクトシダーゼ(β−GAL)を、酵素濃度が1mg/mlとなるようにそれぞれPBS(Phosphate Buffered Saline)に溶解した。次いでこのα−GALA溶液又はβ−GAL溶液を、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド[β−XPと略す]との質量比が35:65となるように添加して、よく混合することにより、α−GALA又はβ−GALを包埋したβ−XPキュービック液晶組成物を作製した。
このキュービック液晶に包埋したα−GALA、β−GALの酵素活性については、α−GALAの基質として4−メチルウンベリフェリルα−D−ガラクトピラノシド、β−GALの基質として4−メチルウンベリフェリルβ−D−ガラクトピラノシドを使用し、反応産物である4−メチルウンベリフェロンを蛍光顕微鏡観察することによって検出した。
まずα−GALA又はβ−GALを包埋したキュービック液晶組成物をスライドガラス上に約1mg載せ、その上からカバーガラスをかぶせて軽く押さえ、伸展させた。そこに、上記基質を0.15M酢酸ナトリウム溶液(pH4.6)に溶解した基質溶液(1.7mg/ml)を10μl添加した後蛍光顕微鏡で経時的に観察を行なった。
観察の結果、α−GALA又はβ−GALを包埋したキュービック液晶組成物のいずれにおいても、液晶内部で反応産物に由来する蛍光が認められたため(図11)、包埋されたα−GALA又はβ−GALがキュービック液晶中で活性を有することが示された。分子量48000のα−GALAは二量体、分子量116400のβ−GALは四量体を形成して機能することが分かっていることから、このキュービック液晶は少なくとも分子量96000〜465600の蛋白質の活性を維持した状態で包埋できることが立証された。
さらに、キュービック液晶に包埋したα−GALAの徐放性について調べた。血中での徐放性を想定した実験系とするため、上記と同様にして製造したα−GALA(使用酵素濃度:2mg/ml、0.2mg/ml)を包埋するキュービック液晶組成物10mgをウシ血清1mlに添加し、10℃のインキュベーター内で振盪した。振盪開始後、0、2、6、24、48時間目に10μlずつサンプルを採取してα−GALA活性を測定した。
検出には、採取したサンプル10μlに、4−メチルウンベリフェリルα−D−ガラクトピラノシド基質溶液(26mg/ml)を60μl添加して37℃で30分間反応させた後、700μlの0.2Mグリシン(pH10.7)NaOH溶液を加えて反応を停止させた。反応産物4−メチルウンベリフェロンを、蛍光分光器で励起波長365nm、蛍光波長450nmにて測定した。2mg/ml及び0.2mg/mlの濃度でα−GALAを包埋させたキュービック液晶組成物における徐放性試験の結果を、図12のA及びBにそれぞれ示す。
図12に示される通り、2mg/mlの濃度でα−GALAを包埋させたキュービック液晶組成物では、振盪開始直後から徐々にα−GALA活性の上昇が認められ、24時間後には包埋量の約4%に相当する酵素活性が示された。また0.2mg/mlの濃度でα−GALAを包埋させたキュービック液晶組成物では、同様に振盪開始直後から徐々にα−GALA活性の上昇が認められ、48時間後には包埋量の約50%に相当する酵素活性が示された。
[参考例3] 酵素が包埋されたキュービック液晶を投与したマウスの血中動態
3匹を1群とする9群の9週齢の雄マウスSlc:ICR系統(SPF)に、参考例2と同様にして製造したα−GALAを包埋するキュービック液晶組成物(1匹当たり30mg)を腹腔内投与した。投与の0、2、4、6、12、24、32、48、72時間後、9群のうち1群のマウスから、エーテル麻酔下で腹部大動脈より少なくとも0.4mLを採血した。対照としては、キュービック液晶組成物の代わりにα−GALAを生理的食塩水で希釈した溶液を同系統のマウスに腹腔内投与し、投与の2、6、24時間後に採血を行なった。
採取した血液は直ちに氷水中に30分以上置いた後、3000rpmで15分間遠心分離し、上澄み(血清)を半量ずつ2本に分けて分取し、次の試験まで−0℃で保存した。この血清10μlに4−メチルウンベリフェリルα−D−ガラクトピラノシド基質溶液を60μl添加して37℃で30分間反応させた後、700μlの0.2Mグリシン(pH10.7)NaOH溶液を加えて反応を停止させた。反応産物4−メチルウンベリフェロンを、蛍光分光器で励起波長365nm、蛍光波長450nmにて測定した。結果を図13に示す。図13中、黒塗りの三角(▲)はキュービック液晶組成物投与群、白抜きの丸(○)は対照サンプル投与群を表す。
この結果、α−GALAを包埋するキュービック液晶組成物を投与したマウスの血中では、投与後12時間目のころからα−GALA活性が上昇した。このα−GALA活性は投与後48時間目にピークに達し、さらに投与後72時間目においても同じレベルで維持されていた。ピーク時の上昇の割合は投与直前(0時間)に対して約113%であった。対照サンプルを投与したマウスの血中では、投与後6時間目にα−GALA活性はピークに達し(投与直前に対し約197%)、投与後12時間目以降には激減した。
α−GALAを包埋するキュービック液晶組成物から投与された場合、投与直後の血中α−GALAの急上昇が抑制されるため、血中α−GALAの急上昇による副作用の抑制効果が期待出来る。さらに、α−GALAの血中濃度が、長時間にわたって一定濃度に保持出来るため、投与頻度の低減ひいては患者のQOL向上が期待出来る。
[実施例21] 化粧品機能性試験
1mlの0.1Mリン酸バッファー[pH7.0]に300単位のスーパーオキシドジスムターゼ[Supseroxide dismutase,SODと略す]を溶解し、これの12μLと35.5mgの1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシド[20%]及び1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド[80%]の混合物を混合し、透明なゲル状のSOD含有キュービック液晶組成物を得た。続いてこれを、チトクロームC固定化電極の表面に薄く塗布した。
次に、ゲル状SOD含有キュービック液晶組成物を塗布したチトクロームC固定化電極及びチトクロームC固定化電極の二種類の電極を、0.5mMキサンチンを含む0.1Mリン酸バッファー[pH7.0]中に浸した後、キサンチン酸化酵素(キサンチンオキシダーゼ)を添加してスーパーオキシドラジカルを発生させた。チトクロームC固定化電極は、スーパーオキシドラジカルと電極表面に固定化されたチトクロームCとの間の電子授受による電流を発生した。一方、ゲル状SOD含有キュービック液晶組成物を塗布したチトクロームC固定化電極からは、チトクロームC固定化電極の場合の1/10程度の小さい電流値しか得られなかった。これは溶液中で発生したスーパーオキシドラジカルがキュービック液晶内のSODによって分解されたことを示している。このことから、SOD含有キュービック液晶組成物を有効成分として用いれば、抗酸化用化粧品を製造できることが示される。
ところで、スーパーオキシドラジカルがSODによって分解される際、過酸化水素が生成することが知られている。そこでSODとカタラーゼの二種類の酵素を含むキュービック液晶組成物(ゲル状)を作製して上記手法に従って実験したところ、過酸化水素の発生が大幅に抑制された。従ってSODとカタラーゼの二種類の酵素を含むキュービック液晶組成物を有効成分として用いることにより、より抗酸化能の高い抗酸化用化粧品を製造することができる。例えば、SODとカタラーゼの二種類の酵素を含むキュービック液晶組成物を用いて、皮膚の老化現象等を防止するための機能性クリームを製造することができる。
[実施例22] 美肌用乳液の製造
1mlの0.1Mリン酸バッファー[pH7.0]に300単位のスーパーオキシドジスムターゼを溶解し、これに1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドと1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドを20%:80%の質量比で3gを混合して、透明なゲル状のSOD含有キュービック液晶組成物を得た。得られたキュービック液晶組成物に、プルロニックF127([PEG]99−[PPO]67−[PEO]99)0.3g、グリセリン5g、及び水を全体として100gとなる量まで混合してから、マグネチックスターラーで3〜5時間撹拌し、乳白色の溶液を得た。得られた溶液は、平均粒子径300〜500nmのキュービック液晶微粒子を含むキュービック液晶分散液であり、これは室温で10ヶ月以上安定な品質を保つ美肌用乳液として使用し得る。
[実施例23] 美肌クリームの製造
1mlの0.1Mリン酸バッファー[pH7.0]に300単位のスーパーオキシドジスムターゼを溶解し、これに1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドと1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドを20%:80%の質量比で3g混合し、透明なゲル状のSOD含有キュービック液晶組成物を得た。得られたキュービック液晶組成物に、プルロニックF127([PEG]99−[PPO]67−[PEO]99)0.3g、及び水を全体で15gとなる量まで加えて攪拌し、乳白色のキュービック液晶分散液を得た。得られた分散液は美肌クリームとして使用し得る。
[実施例24] 両親媒性化合物/ヒアルロン酸ナトリウム/水系キュービック液晶組成物の水分蒸発抑制効果
実施例18において製造された両親媒性化合物/ヒアルロン酸ナトリウム/水系のキュービック液晶組成物(被験サンプル)、及び0.4質量%のヒアルロン酸ナトリウム水溶液(対照サンプル)を、それぞれ別個のPCRチューブにいれ、チューブのフタを開けた状態で25℃、相対湿度30%の窒素気流下に保存し、水の蒸発量をサンプルの質量減少から測定した。
この結果、両サンプルとも、サンプル中の水含量は時間とともに直線的に減少した。0.4質量%ヒアルロン酸ナトリウム水溶液の場合、8時間後には蒸発時間ゼロの時点の水含量に対して20%の水分しか残っていなかった。一方、両親媒性化合物/ヒアルロン酸ナトリウム/水系のキュービック液晶組成物(0.4質量%ヒアルロン酸ナトリウム水溶液を含有)は、8時間後に60%の水分を保持しており、両親媒性化合物/ヒアルロン酸ナトリウム/水系のキュービック液晶組成物における水の蒸発速度は0.4質量%ヒアルロン酸ナトリウム水溶液単独における蒸発速度に比較して抑制されていた。この結果から、ヒアルロン酸ナトリウム水溶液含有キュービック液晶組成物の優れた水分保持能力が示された。
[実施例25] キュービック液晶の安定化
ある種の第三成分を加えた場合などに、キュービック液晶構造がラメラ液晶やII型(逆)ヘキサゴナル液晶(HII)等に転移してしまうことがある。このような場合に、オリーブオイルなどの曲率調整物質(特に、曲率改変脂質)を添加することにより、液晶相の構造転移を抑制し、キュービック液晶構造を維持できることが判明した。
モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトールに、質量比にして0.11となる量でプルロニックF127を添加し、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/プルロニックF127の混合サンプルを調製した(プルロニックF127/モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール=0.11(w/w))。この混合サンプルを実施例3と同様の手順で水と混合し、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/プルロニックF127/水系サンプルを得た。このサンプルについて、実施例3と同様にSAXS測定を行った結果、ラメラ液晶由来の強い散乱ピーク(ラメラの繰り返し周期=4.7nm、1℃)[散乱ピークの比は1:1/2]と、Im3mキュービック液晶由来と推定される弱い散乱ピークが観測された。なお分解能が悪く格子定数等は決定出来なかった。これにより、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/水系のキュービック液晶は、プルロニックF127が共存する条件下では、ラメラ液晶へと転移する事が示された。
そこで、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトールにオリーブオイルを5質量%添加し、その混合物に上記と同様にプルロニックF127を添加して、それを実施例3と同様の手順で水と混合し、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/オリーブオイル/プルロニックF127/水系サンプルを得た。このサンプルについて、実施例3と同様にSAXS測定を行ったところ、ラメラ液晶由来の散乱は観測されず、Im3mキュービック液晶に特有のピーク比を持った散乱が観測されたことから、Im3mキュービック液晶(格子定数=13.2nm)が形成されたことが確認された。これにより、プルロニックF127の添加によりラメラ液晶を生じる上記サンプルは、オリーブオイルの添加によってIm3mキュービック液晶構造を維持できるように安定化されたことが示された。
[実施例26] キュービック液晶組成物を用いた蛋白質の結晶生成
リゾチーム濃度100mg/mlの0.4M NaCl、0.075M 酢酸ナトリウム(pH4.6)溶液と、リゾチーム濃度50mg/mlの0.4M NaCl、0.075M 酢酸ナトリウム(pH4.6)溶液を調製し、それぞれ0.1μmのフィルターで濾過した。
本発明の両親媒性化合物としては、(A)66質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドと34質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドとからなる1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−D−キシロピラノシド[以下、αβ−XPと称する]、(B)1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール、(C)1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド[以下、β−XP]の3種類の両親媒性化合物を用いた。それらの各両親媒性化合物50mgを秤量して、それぞれ別個のPCRチューブに入れた後、上記で調整したリゾチーム濃度が100mg/ml又は50mg/mlの0.4M NaCl、0.075酢酸ナトリウム溶液(pH4.6)50mgを各々加え、各PCRチューブ内で十分混合した。13,000rpm、25℃で10分間遠心した後、各サンプルを10mgずつ用い、スライドガラス上に薄膜スポット(直径1mm、厚さ約30ミクロン)をそれぞれ形成させて、偏光顕微鏡下で観察した。その結果、光学的に等方性であり、キュービック液晶の形成が確認された。なお本実施例では、結晶化剤として0.4M NaClを用いた。
次いで、これらのリゾチームを含むキュービック液晶組成物のスポットを、0.4M NaCl、0.075酢酸ナトリウム溶液(pH4.6)の水蒸気圧で飽和平衡にさせた密閉容器中に静置し、αβ−XP又は1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトールをそれぞれ用いたサンプルについては4℃、β−XPを用いたサンプルについては20℃で、インキュベートした。
その結果、4℃でインキュベーションした1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール含有サンプルにおいては、インキュベーション開始から2日後、偏光顕微鏡観察により、キュービック液晶構造中にリゾチーム結晶の生成が確認された。リゾチーム濃度100mg/mLの溶液を用いたサンプルの場合、20×15ミクロン〜250×100ミクロンのサイズの多数のリゾチーム結晶が観察され、一方、リゾチーム濃度50mg/mLの溶液を用いたサンプルの場合は、20×15ミクロンから最大で50×50ミクロンのサイズを有するリゾチーム結晶が観察された。
このようにしてキュービック液晶中で成長し、生成されたリゾチーム結晶の1つの偏光顕微鏡写真を、図14に示した。図14に示される通り、得られたリゾチーム結晶は、複屈折性を持ち、明瞭な辺を有する多角形であった。
同様に、4℃でインキュベーションしたαβ−XP含有サンプルにおいても、インキュベーション開始から2日後、偏光顕微鏡観察により、キュービック液晶構造中にリゾチーム結晶の成長が確認された。
以上の4℃でのインキュベーションはさらに3ヶ月間にわたって継続した。その間、いずれのサンプルも光学的な等方性を維持したことから、このリゾチーム/キュービック液晶系におけるキュービック液晶構造は長期にわたって4℃で安定に維持されることが確認できた。
さらに、20℃でインキュベーションしたβ−XP含有サンプルについても、同様にリゾチーム結晶の生成が確認され、20℃ではそのキュービック液晶構造が長期間安定に維持されることが示された。
対照実験としては、リゾチームを含有しないこと以外は上記と同条件で調製した両親媒性化合物(αβ−XP又は1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール)/0.4M NaCl/0.075酢酸ナトリウム溶液(pH4.6)系サンプルを、上記と同様に4℃で3ヶ月間インキュベーションし、その間、偏光顕微鏡観察を継続的に行った。その結果、生成されたキュービック結晶領域の全域において、上記実験で観察されたような結晶は全く観察されなかった。
[実施例1] 両親媒性化合物の合成
1−O−(3,7,11−トリメチルドデシル)エリスリトール[式(2)]の合成
窒素雰囲気下、p−トルエンスルホニルクロライド20.96g(110mmol)の乾燥塩化メチレン100ml溶液に、3,7,11−トリメチルドデカノール22.8g(100mmol)とピリジン9.48g(120mmol)を乾燥塩化メチレン200mlに溶解した溶液を氷冷下(1〜2℃)で滴下した。滴下後、室温で一晩攪拌した後、得られた反応液を水200ml、2N塩酸200ml、飽和重曹水200mlで順次洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後濃縮して、粗製3,7,11−トリメチルドデシルトシレート41.6gを得た。
窒素雰囲気下、エスリトール16.0g(131mmol)を乾燥DMF400mlに溶解した。氷冷下(2〜4℃)、ヘキサンにて油分を除去した後の50〜70%NaH2.62g(60%として65.5mmol)をDMF約50mlに懸濁した溶液を、数回に分けて添加した。添加後、室温で1時間攪拌した後、約50℃に昇温し、上記で得られた粗製3,7,11−トリメチルドデシルトシレート13.1g(34mmol)を滴下し、滴下装置付着分をDMF55mlで洗い込み、80℃に加温してから4時間攪拌した。得られた反応液を濃縮し、残渣にジクロロメタン300mlと飽和食塩水1,000mlを加えて、有機層を分取した。水層をジクロロメタン150mlで抽出し、有機層計500mlを飽和食塩水300ml×2回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後、濃縮し、褐色油状物7.7gを得た。これを、シリカゲル400gを用いてカラム精製[CH2Cl2→CH2Cl2:MeOH(98:2)→CH2Cl2:MeOH(95:5)]し、1−O−(3,7,11−トリメチルドデシル)エリスリトール0.66gを得た。HPLC純度は100.0%であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(270MHz,CDCl3,TMS)δ:0.83−0.9(m,12H),1.0−1.7(m,17H),2.31(br.s,1H),2.65(br.s,1H),2.77(br.s,1H),3.5−3.7(m,4H),3.7−3.9(m,4H)
1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール[式(3)]の合成
窒素雰囲気下、p−トルエンスルホニルクロリド22.1g(0.12mol)の乾燥塩化メチレン100ml溶液に、5,9,13−トリメチル−1−テトラデカノール27g(0.11mol)とピリジン10g(0.13mol)を乾燥塩化メチレン200mlに溶解した溶液を氷冷下に滴下した。滴下後、室温で一夜攪拌した後、得られた反応液を水200ml、2N塩酸200ml、飽和重曹水200mlで順次洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後、減圧下に濃縮して(5,9,13−トリメチルテトラデシル)トシレートを34.4g得た。
窒素気流下、エリスリトール25.8g(0.21mol)を乾燥DMF200mlに溶解し、氷冷しながら60%NaH4.2g(0.11mol)を数回に分けて添加した。添加後、室温で1時間攪拌した後、50℃に昇温し、上記で得られた(5,9,13−トリメチルテトラデシル)トシレートの半量17.2gを滴下し、DMF55mlで洗浄した。80℃に加温してから4時間攪拌し、得られた反応液を減圧下に濃縮し、残液にエーテル500mlを加えて2回抽出溶解し、飽和食塩水で2回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後、濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、下記の物性を有する1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトールを2.3g得た。HPLC分析による本品の純度は、1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール76.9%、2−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール23.1%であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(270MHz、CDCl3,TMS)δ:0.845,0.867(d,J=6.9Hz,6.6Hz,12H),1.0−1.6(m,21H),3.51(t,J=7.5Hz,2H),3.55−3.85(m,6H)
1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)エリスリトール[1−O−(フィタノイル)エリスリトール;式(4)]の合成
窒素雰囲気下、フィタン酸2.5g、塩化メチレン12.5mlにピリジンを1滴加え、室温で塩化チオニル1.43gを滴下した。滴下終了後、1時間還流し、減圧下に濃縮してフィタン酸クロリド約2.6gを得た。
窒素雰囲気下、エリスリトール1.33g、ピリジン1.15g、乾燥N,N−ジメチルホルムアミド40mlを混合し、加熱溶解させた。室温まで冷却し、上記で得られたフィタン酸クロリド2.40gを塩化メチレン7mlに溶解した溶液を滴下し、滴下後1時間室温で攪拌した。塩化メチレン100mlを加え、飽和食塩水300mlで洗浄、続いて200mlで2回洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。濾過、減圧濃縮した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、透明半固体状の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)エリスリトールを1.4g得た。キャリア溶媒として、アセトニトリル:水(4:1)、カラムとしてCAPCELLPAK SG−120(5μm)を用いたHPLC分析の結果、本品は、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)エリスリトール91.1%、2−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)エリスリトール8.5%であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(270MHz、CDCl3,TMS)δ:0.8−0.9(m,12H),0.93(d,J=6Hz,3H),1.0−1.6(m,22H),1.95(br.s,1H),2.13(dd,J=14Hz,9Hz,1H),2.37(dd,J=14Hz,6Hz,1H),3.33(br.s,1H),3.43(br.s,1H),3.58−3.92(m,4H),4.27(d,J=5Hz,1H)
モノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)ペンタエリスリトール[モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール;式(5)]の合成
窒素雰囲気下、フィタノール29.16g(97.67mmol)とピリジン9.27g(117.2mmol)を乾燥塩化メチレン220mlに溶解し、氷冷下、液温が10℃を超えないようp−トルエンスルホニルクロリド20.48g(107.4mmol)を少しずつ添加した。添加終了後、フィタノールが消失するまで12時間攪拌し、得られた反応液を水200ml、2N塩酸200ml、飽和重曹水200mlで順次洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後、減圧下に濃縮してフィタニルトシレートを61.31g得た。
窒素気流下、ペンタエリスリトール36.09g(265.1mmol)を乾燥DMF210mlに溶解し、氷冷しながら60%NaH5.3g(132.5mmol)を少しずつ添加した。室温まで昇温し、1時間攪拌後、フィタニルトシレート30.0g(66.26mmol)を滴下し、DMF55mlで洗浄した。80℃に加温してから4時間攪拌し、得られた反応液を減圧下に濃縮し、残液にエーテル500mlを加えて2回抽出溶解し、飽和食塩水で2回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後、濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、無色透明でやや粘稠な液体状のモノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)ペンタエリスリトールを6.3g得た。HPLC分析による本品の純度は99.5%以上であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(270MHz、CDCl3,TMS)δ:0.8−1.7(m,39H),2.68(br.s,3H),3.44(br,4H),3.69(br.s,6H)
モノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)ペンタエリスリトール [モノO−(フィタノイル)ペンタエリスリトール;式(6)]の合成
窒素雰囲気下、フィタン酸2.0g、塩化メチレン10mlにピリジンを1滴加え、室温で塩化チオニル1.14gを滴下した。滴下終了後、1時間還流し、減圧下に濃縮してフィタン酸クロリド約2gを得た。
ペンタエリスリトール0.88g、ピリジン0.69g、乾燥1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン25mlを混合し、加熱溶解させた。室温まで冷却し、上記で得られたフィタン酸クロリド1.32gを塩化メチレン5mlに溶解した溶液を滴下し、滴下後1時間室温で攪拌した。得られた反応液に塩化メチレン100mlを加え、飽和食塩水100mlで5回洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過及び減圧濃縮した。残存ジメチルイミダゾリジノンを除去してから、濃縮液をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製して、透明半固体状のモノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)ペンタエリスリトールを0.64g得た。HPLC分析による本品の純度は99.4%であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(270MHz、CDCl3,TMS)δ:0.7−0.9(m,12H),0.95(d,J=7Hz,3H),1.0−1.6(m,22H),1.9(br.s,1H),2.15(dd,J=14Hz,9Hz),2.38(dd,J=14Hz,7Hz,1H),3.17(br.s,2H),3.62(s,6H),4.16(s,2H)
1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール[式(7)]の合成
窒素雰囲気下、5,9,13,17−テトラメチルオクタデカン酸10g、塩化メチレン20mlにピリジンを1滴加え、室温で塩化チオニル5.2gを滴下した。滴下終了後、1時間還流し、減圧下に濃縮して5,9,13,17−テトラメチルオクタデカン酸クロリドを10.5g得た。
エリスリトール2.56g、ピリジン2.21g、乾燥DMF70mlを混合し加熱溶解させた。室温まで冷却し、上記で得られた5,9,13,17−テトラメチルオクタデカン酸クロリド5gを塩化メチレン10mlに溶解した溶液を滴下し、滴下後1時間室温で攪拌した。得られた反応液に塩化メチレン100mlを加え、飽和食塩水で3回洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。濾過、減圧濃縮した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、透明半固体状の1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトールを2.83g得た。HPLC分析による本品の純度は、1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール91.6%、2−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール8.4%であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(270MHz、CDCl3,TMS)δ:0.8−0.9(m,15H),1.0−1.7(m,26H),2.11(br.s,1H),2.33(t,J=7.9Hz,2H),2.66(br.s,1H),2.75(br.s,1H),3.6−3.9(m,4H),4.29−4.36(m,2H)
モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)ペンタエリスリトール[式(8)]の合成
窒素雰囲気下、p−トルエンスルホニルクロリド19.3g(0.10mol)の乾燥塩化メチレン100ml溶液に5,9,13,17−テトラメチル−1−オクタデカノール30g(0.09mol)とピリジン8.72g(0.11mol)を乾燥塩化メチレン200mlに溶解した溶液を氷冷下に滴下した。滴下後、室温で一夜攪拌した後、得られた反応液を水200ml、2N塩酸200ml、飽和重曹水200mlで順次洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後、減圧下に濃縮して(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)トシレートを42g得た。
窒素気流下、ペンタエリスリトール25g(0.18mol)を乾燥DMF200mlに溶解し、氷冷しながら60%NaH3.7g(0.09mol)を数回に分けて添加した。添加後、室温で1時間攪拌してから50℃に昇温し、上記で得られた(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)トシレートの半量21gを滴下し、DMF55mlで洗浄した。80℃に加温してから4時間攪拌し、得られた反応液を減圧下に濃縮し、残液にエーテル500mlを加えて2回抽出溶解し、飽和食塩水で2回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後、濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、透明粘稠な液体状のモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)ペンタエリスリトールを7.3g得た。HPLC分析による本品の純度は、99.5%以上であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(270MHz、CDCl3,TMS)δ:0.83−0.88(m,15H),1.0−1.6(m,28H),2.88(br.s,3H),3.39−3.52(m,4H),3.71(d,J=3.9Hz,6H)
モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール[式(9)]の合成
ペンタエリスリトール3.81g、ピリジン2.21g、乾燥DMF120mlを混合し加熱溶解させた。室温まで冷却し、1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール[式(7)]の合成工程において得られた5,9,13,17−テトラメチルオクタデカン酸クロリド5gを塩化メチレン5mlに溶解した溶液を滴下し、滴下後1時間室温で攪拌した。得られた反応液に塩化メチレン100mlを加え、飽和食塩水で3回洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。濾過、減圧濃縮した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、下記の物性を有するモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトールを2.50g得た。HPLC分析による本品の純度は、99.5%以上であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(270MHz、CDCl3,TMS)δ:0.8−0.9(m,15H),1.0−1.7(m,26H),2.34(t,J=7.4Hz,2H),3.06(br.s,3H),3.63(d,J=4Hz,6H),4.17(s,2H)
1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)−β−D−キシロピラノシド[略称:β−XylC22;式(10)]の合成
1)アルゴン雰囲気下、β−キシローステトラアセテート318mgを乾燥塩化メチレン6mlに溶解し、0℃に冷却した。そこに四塩化スズ0.12mlを塩化メチレン1mlに溶解した溶液を滴下し、室温で20分間攪拌した後、−10℃に冷却した。5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノール326.6mgを塩化メチレン1mlに溶解した溶液を滴下し、4時間攪拌した。反応液に重曹水を加え、塩化メチレンで3回抽出した。抽出液を水洗し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。濾過後、濃縮し、カラムクロマトグラフィで精製することにより1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)−β−D−キシロピラノシドトリアセテートを93mg得た。
2)アルゴン雰囲気下、1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)−β−D−キシロピラノシドトリアセテート584.8mgを乾燥メタノール5mlに溶解し、ナトリウムメチラート54mgを加え、攪拌した。室温下、一夜攪拌した後、冷却して1N−塩酸1mlを滴下した。反応液を減圧濃縮し、得られた残留物をクロロホルムに溶解してスラリー溶液とし、シリカゲルカラムクロマトグラフィで精製することにより、ワックス状の半固体として1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)−β−D−キシロピラノシドを413mg得た。また、1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)−β−D−キシロピラノシドを無水酢酸−ピリジン混合溶媒に溶解し、60℃で2時間処理後、ガスクロマトグラフィーで純度を検定したところ、純度96%であった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(300MHz、CDCl3,TMS)δ:0.84,0.86(d,J=6.4Hz,J=6.8Hz,15H),1.0−1.7(m,31H),3.2−3.7(m,5H),3.82(dd,J=16Hz,7.7Hz,1H),3.94(dd,J=11.6Hz,5Hz,1H),4.25(d,J=7.1Hz,1H)
1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシド[式(11)]の合成
アルゴン雰囲気下、乾燥させたモレキュラーシーブ4A(2g)に、3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノール(5.16g、17.3mM)を加え、2時間攪拌した後、減圧乾燥したテトラ−O−アセチル−β−D−キシロシド(5g、15.7mM)にアルゴン雰囲気下、100mlの塩化メチレンを加え、10〜30分攪拌した。1M塩化スズの塩化メチレン溶液15.8mlを滴下し室温で20分撹拌した。次いで反応系を5℃まで冷却した後、3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノール(5.16g、17.3mM)の20ml塩化メチレン溶液を30分程かけて滴下し、そのまま室温で4時間攪拌を続けた。この溶液を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液に注ぎ、塩化メチレン100mlで3回抽出した後に、水で洗浄した。有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、濾過し、濃縮した。次いで混合物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した(溶出溶媒:ヘキサン―酢酸エチル混合溶媒)。
得られたテトラアセテートをメタノール5.5mlに溶解し、これに0.05Mのナトリウムメチラート2.5mlを加えた。室温で4.5時間攪拌した後、等量の1N塩酸を加えて中和した。溶液を濃縮した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製(溶出溶媒:クロロホルム−メタノール混合溶媒)した後、減圧乾燥し、無色透明で粘稠な液体を得た。
この液体について純度測定を行なった。C,Hについての元素分析結果は、C:70.1%(計算値69.7%)H:11.9%(計算値11.8%)であり、分子構造からの計算値と良く一致した。また、NMR測定の結果、α体純度は少なくとも97%以上であり、β体のシグナルは観察されなかった。またNMR測定の結果は以下の通りであった。
1H−NMRスペクトル(300MHz、CDCl3,TMS)δ:4.78(1H,d,J=3.78Hz,H1),4.38(1H,H5a),3.83(1H,H4),3.09(1H,d,J=8.9Hz,H3),3.7(2H,H’1),3.4−3.8(5H,H2,H5b,3*OH)
モノO−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)ペンタエリスリトール[式(12)]の合成
窒素気流下、ペンタエリスリトール28.7g(0.21mol)を乾燥DMF200mlに溶解し、氷冷しながら60%NaH4.22g(0.11mol)を数回に分けて添加した。添加後、室温で1時間攪拌した後、50℃に昇温し、1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール[式(3)]の合成工程において得られた(5,9,13−トリメチルテトラデシル)トシレートの半量17.2gを滴下し、DMF 55mlで洗浄した。80℃に加温してから4時間攪拌し、得られた反応液を減圧下に濃縮し、残液にエーテル500mlを加えて2回抽出溶解し、飽和食塩水で2回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過後、濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィで精製することにより、下記の物性を有するモノO−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)ペンタエリスリトールを5.8g得た。
1H−NMRスペクトル(300MHz、CDCl3,TMS)δ:0.846,0.867(d,J=6.6Hz,6.3Hz,12H),1.0−1.6(m,21H),1.72(br.s,1H),2.68(br.s,2H),3.425(t,J=6.5Hz,2H),3.47(s,2H),3.72(s,6H)
6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸[式(15)]の合成
アルゴン気流下、濃硫酸90mlにL−アスコルビン酸21.0g(119mmol)を溶解させた。攪拌しながら、5,9,13,17−テトラメチルオクタデカン酸メチル42.3g(119mmol)を添加し、24〜27℃で1晩静置した。得られた均一溶液をイオン交換水750mlに注加し、ジイソプロピルエーテルで抽出した後、水洗した。有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧濃縮した。
濃縮液をシリカグルカラムクロマトグラフィーで精製し、エタノール中、活性炭処理を行い、濾過、濃縮を行うことにより、下記のNMRスペクトルを有する淡黄色半固体の6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)アスコルビン酸を9.1g得た。
1H−NMRスペクトル(300MHz、DMSO−d6,TMS)δ:11.1(br.s,1H),8.4(br.s,1H),5.3(br.s,1H),4.67(s,1H),4.06(m,2H),3.97(m,1H),2.3(m,2H),1.6−1.0(m,26H),0.9−0.8(m,15H)
1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α,β−D−キシロピラノシド[式(16)]の合成
キャピラリーと蒸留装置を備えたフラスコにフィタノール(298g、998mM)を仕込み、乳鉢で粉砕したD−(+)−キシロース(30.0g、200mM)を添加した。p−トルエンスルホン酸・一水和物(1.9g、10mM)を加えた後、キャピラリーよりアルゴンガスをバブリングさせながら減圧度を40torrとした。オイルバスで徐々に加熱し、水を留去しながら内温を95℃とした。95℃で7時間反応させた後、室温まで冷却し、1N水酸化ナトリウム水溶液(10ml)を加えた。水層を分離し、有機層をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、淡褐色の粗1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α,β−D−キシロピラノシド(60.5g)を得た。このうち59.5gを1N−水酸化ナトリウム水溶液(2.34ml)/エタノール120mlの混合液に溶解し、30%過酸化水素水溶液(2.34ml)を滴下し、室温で15時間攪拌した。反応液をクロロホルム(1150ml)で希釈し、蒸留水(115ml)、40%チオ硫酸ナトリウム(115ml)、飽和食塩水(115ml)で順次洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮した。濃縮残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、淡黄色の粗1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α,β−D−キシロピラノシドを58.6g得た。このうち53.6gをエタノール(530ml)に溶解し、活性炭(5.3g)を加えて室温で1時間攪拌した後、濾過、減圧濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、濃縮液をエタノール530mlに溶解し、メンブランフィルター(PTFE0.2μm)で濾過し、減圧濃縮することにより、無色の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α,β−D−キシロピラノシド(52.0g)を得た。
この液体のNMR測定の結果を以下に示す。なおα体含量は約66%、β体含量は約34%であった。
1H−NMRスペクトル(300MHz、CDCl3,TMS)δ:4.80(0.66H,d,J=3.6Hz,H1),4.35(0.34H,J=6.3Hz,H1),4.35(1H,dd),3.3−4.0(7H,m),1.0−1.8(m,31H),0.83−0.91(m,15H)
モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール[式(9)]の合成−2
窒素雰囲気下、2Lフラスコにペンタエリスリトール115.4g(846mmol)、乾燥DMF515mlを仕込み、113℃に加熱して溶解させた。DMF70mlを追加しながら、DMF93mlを留去し、脱水を行った。乾燥無水炭酸カリウム0.82g(5.93mmol、1.1mol%)を仕込み、120〜140mmHgの減圧下に102〜104℃で還流した。5,9,13,17−テトラメチルオクタデカン酸メチル200g(564mmol)を2.5時間で滴下しながら、生成するメタノールを留去し、反応を行った。滴下1時間後に無水炭酸カリウム0.39g(0.5mol%)を追加し、2時間反応を続けた。転化率99%以上まで追い込んだ後、冷却し、ギ酸0.781g(17mmol)を加えて中和した。減圧下にメタノール、DMFを留去し、窒素にて減圧解除後、イソプロピルエーテル300mlを加えて室温まで冷却攪拌した。未反応のペンタエリスリトールを濾別し、イソプロピルエーテル200mlで洗浄し、得られた濾液に600mlを加え、飽和重曹水400mlで洗浄した。
水層にイソプロピルエーテル900mlと水400ml、飽和重曹水200mlを加えて分液し、有機層を水200mlで洗浄した。有機層を合わせてイソプロピルエーテル950mlを加え、水1000ml、温水600mlで洗浄し、得られた有機層を水500mlで洗浄した後、脱水、濾過、濃縮することにより、純度48.4%の粗モノ−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール214gを得た。
同様の方法でさらに1バッチの反応及び後処理を行い、純度41.0%の粗モノ−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール193.4gを得た。
得られた粗モノ−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトールを合わせた中から357.8gを薄膜蒸留し(180〜190℃/0.004torr.)、純度83〜89%のモノ−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトールを111.1g得た。
[参考例1]
1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド[β−XP;式(13)]の合成
アルゴン雰囲気下、乾燥させたモレキュラーシーブ4A(2g)に、減圧乾燥したテトラ−O−アセチル−β−D−キシロピラノシド(5g、15.7mM)、100mlの塩化メチレンを加え、10〜30分攪拌した。5〜8℃に冷却後、1M塩化スズの塩化メチレン溶液16mlを滴下し、室温で20分撹拌した。−10℃まで冷却した後、3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノール(4.69g、15.7mM)の16ml塩化メチレン溶液を30分程かけて滴下し、そのまま4時間攪拌を続けた。この溶液を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液に注ぎ、塩化メチレン100mlで3回抽出した後に、水で洗浄した。有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、濾過し、濃縮した。次いで混合物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した(溶出溶媒:ヘキサン−酢酸エチル混合溶媒)。
得られた1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドトリアセテートをメタノール5.5mlに溶解し、これに0.05Mのナトリウムメチラート2.5mlを加えた。室温で4.5時間攪拌した後、等量の1N塩酸を加えて中和した。溶液を濃縮した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製(溶出溶媒:クロロホルム−メタノール混合溶媒)した後、減圧乾燥し、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド[式(13)](白色ワックス状の固体)を得た。NMR測定により、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドは混入していないことがわかった。
[実施例2]
本発明において特に好適に使用できる両親媒性化合物について、下記表の通りIV/OV値を算出した。IV/OV値は、小数点以下第3位まで算出した。
モノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)ペンタエリスリトール[以下、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール;上記式(5)]と純水を混合デバイス中に加え、室温(23℃)で48時間かけて100回以上の混合操作を行いながらインキュベートした。これにより均一に混合されたモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルを得た。このモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルは、外観上は透明のゲル状組成物であった。
次に、このように調製したモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプル(両親媒性化合物の濃度:74.6質量%)について、偏光顕微鏡による観察を行なったところ、脂質部全領域においてキュービック液晶特有の光学等方性のテクスチャーが観察された(図3)。図3中、右領域は水であり、左領域は、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルである。左領域は、水と同様に光学的に等方的であるが粘度の高い領域であった。この観察結果は、キュービック液晶の生成を示唆している。さらに、スライドグラスとカバーグラスの間に挟まれた上記サンプルに水を加えても、水と脂質部の光学等方性のテクスチャー領域は安定な界面を形成し、長時間放置しても脂質部の光学等方性テクスチャーは変化しなかった。これは、このキュービック液晶が過剰の水が存在する条件下でも安定であることを示す。この結果、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールが形成するキュービック液晶はII型であることが示された。
続いて、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて、−45℃から70℃までの温度範囲で示差走査熱量分析(DSC)を行なった。DSC分析には、Seiko SSC/560U示差走査熱量計(セイコー電子工業製)を使用した。上記方法で調製した72.4質量%のモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルをDSCセルに封入し、−45℃で3時間にわたり冷却しながらインキュベートして、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールの水和固体(以下水和個体と略す)を十分に形成させた。次にこの水和固体を0.5℃/分の昇温速度で加熱しながら、水和固体の融解挙動をDSC分析法によって調べた。その結果、図4に示すように−40℃付近から始まり−27℃付近で終了する水和固体の融解による吸熱ピークと、−10〜1℃の温度範囲に観測される氷の融解による吸熱ピークが観察された。図4中、左のピークが水和固体の融解による吸熱ピーク、右のピークが氷の融解ピークである。70℃まで測定したが他の熱転移は観察されなかった。また他の濃度においても本質的に同じ結果が得られた。これより、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールのTKは0℃以下であると結論できた。
次に、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて、エックス線小角散乱(SAXS)によりキュービック液晶であることの確認を行なった。モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルを石英製エックス線キャピラリーチューブに入れた後、キャピラリーの先端を酸素バーナーで封じ、SAXS測定に供した。SAXS測定は、RU−200X線発生装置(Rigaku製)を使用して波長0.154nmで行なった。エックス線キャピラリーチューブに封入されたサンプルは、各測定温度で少なくとも15時間以上インキュベートし熱平衡に到達した後、エックス線照射時間30〜45分でSAXS測定を行なった。インキュベート時間を72時間から最大5日まで延長してもSAXS測定結果は変化しなかったので本実験条件は平衡状態のキュービック液晶を測定していることが確認できた。
SAXS測定の結果、少なくとも1℃から40℃までの温度範囲で、6本のシャープな散乱ピークが観察された。ピーク値の比は、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール濃度と温度により、結晶学的空間群Pn3mに属するキュービック液晶に特有の比:
を示す場合(図5−A)と、結晶学的空間群Ia3dに属するキュービック液晶に特有の比:
を与える場合(図5−B)があった。これより、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルは結晶学的空間群Pn3mと結晶学的空間群Ia3dに属するキュービック液晶を形成することが確認できた。なお、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール濃度が73〜74質量%(温度により値が異なる)以下の過剰の水が存在する条件で観測されるキュービック液晶の格子定数がモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール濃度によらず一定になることから、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールが形成するキュービック液晶は、水過剰条件でも安定な「II型」のキュービック液晶であることが示された。
図5には、1℃でのモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルのSAXS測定結果を示した。1℃では、−50℃で観察された水和固体のピークが消失しており、キュービック液晶に特有の比を示す6本のピークのみが観察された。
図5−A:
56.7質量%;Pn3mキュービック液晶;格子定数=8.2nm
図5−B:
74.6質量%;Ia3dキュービック液晶;格子定数=12.3nm
さらに、SAXS測定結果に基づいてモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/水系サンプルにおけるキュービック液晶構造のモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールの二重膜のdhc値を算出したところ、1.17±0.1nmであった。この値は、O−フィタニル鎖を疎水鎖とする両親媒性脂質が作る両親媒性脂質二分子膜のdhc値が、1.2±0.1nmであること[Hato,M.Minamikawa,H.,Tamada,K.,Baba,T.,and Y.Tanabe,Adv.Colloid Interface Sci.,80,233−270(1999年)]と矛盾しない。これにより、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールが形成するキュービック液晶がバイコンティニュアス型であることが確認できた。
以上の実験でキュービック液晶の形成が認されたサンプル例(両親媒性脂質の濃度別)は以下の表3の通りであった。
なお本明細書における相図中の記号の意味は以下の通りである。
W : 水相(微量の両親媒性化合物が溶解した希薄水溶液)
HII : 逆ヘキサゴナル液晶
Pn3m : Pn3mキュービック液晶
Ia3d : Ia3dキュービック液晶
Lα : ラメラ液晶
LC : 構造が特定出来ない液晶
FI : 等方的液体相(キュービック液晶ではない)
(但し、2種の記号を記載している部分は、それらの共存領域である。)
[実施例4] II型キュービック液晶の形成及び解析−2
モノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)ペンタエリスリトール[以下、モノO−(フィタノイル)ペンタエリスリトール;上記式(6)]と純水を、実施例3と同様の手順に従って均一に混合し、モノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)ペンタエリスリトール/水系サンプルを得た。このモノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、少なくとも1〜65℃の温度範囲においてバイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。58.9質量%のモノO−(フィタノイル)ペンタエリスリトール/水系におけるキュービック液晶の格子定数は、10.6nm(25℃)〜8.3nm(55℃)であった。
このモノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて示差走査熱量分析(DSC)を行なったところ、−8℃付近から始まり−2.5℃で終了するモノO−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)ペンタエリスリトールの水和固体の融解によるピークと0℃付近における氷の融解ピーク以外の熱転移は観察されなかった。この結果は調べた全ての両親媒性化合物濃度において本質的に同じであった。従ってモノO−(フィタノイル)ペンタエリスリトールのTKは0℃以下であると結論された。
本実施例でキュービック液晶の形成が確認されたサンプルは以下の通りであった。
1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデカノイル)エリスリトール[以下、1−O−(フィタノイル)エリスリトール;上記式(4)]と純水を、実施例3の手順に従って混合し、1−O−(フィタノイル)エリスリトール/水系サンプルを得た。この1−O−(フィタノイル)エリスリトール/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、少なくとも1℃から60℃までの温度範囲で、バイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶又はIa3dキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。52.3質量%の1−O−(フィタノイル)エリスリトールによって形成されたPn3mキュービック液晶の格子定数は、11.4nm(1℃)、11.3nm(25℃)、10.1nm(45℃)であった。
この1−O−(フィタノイル)エリスリトール/水系サンプルについて示差走査熱量分析(DSC)を行なったところ、0℃付近の氷の融解による吸熱ピークと、それに重なった−0.6℃付近の1−O−(フィタノイル)エリスリトール水和個体の融解による吸熱ピークが観察された。これより、1−O−(フィタノイル)エリスリトールのTKは0℃以下であることが結論された。
以上の実験でキュービック液晶の形成が確認されたサンプルは以下の通りであった。
1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール[上記式(3)]と純水を、実施例3の手順に従って混合し、1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール/水系サンプルを得た。この1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、少なくとも1℃から75℃までの温度範囲で、バイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶又はIa3dキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。53.7質量%の1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール/水系におけるIa3dキュービック液晶の格子定数は、17.3nm(20℃)、17.2nm(35℃)、17.1nm(40℃)であった。
この1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトール/水系サンプルの示差走査熱量分析(DSC)を実施例3と同様に行なったところ、0℃付近の氷の融解による吸熱ピークのみが観察された。これより、1−O−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)エリスリトールのTKは0℃以下であることが強く示唆された。
以上の実験でキュービック液晶の形成が確認されたサンプルは以下の通りであった
1−O−(3,7,11−トリメチルドデシル)エリスリトール[上記式(2)]と純水を、実施例3と同様の手順に従って混合し、1−O−(3,7,11−トリメチルドデシル)エリスリトール/水系サンプルを得た。この1−O−(3,7,11−トリメチルドデシル)エリスリトール/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、少なくとも1℃から60℃までの温度範囲で、バイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。
上記実験でキュービック液晶の形成が確認されたサンプル例は以下の通りであった。
1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール[上記式(7)]と純水を、実施例3と同様な方法で均一に混合して、1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール/水系サンプルを得た。この1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、少なくとも1℃から60℃までの温度範囲においてバイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。
この1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール/水系サンプルについて示差走査熱量分析(DSC)を行なったが、0℃付近の氷の融解に基づく吸熱ピーク以外の熱転移は観察されなかった。また、実施例3と同様に低温度で形成された1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール水和固体を1℃でインキュベートしたところ、キュービック液晶へと転移したことから、1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトールのTKは0℃以下であると結論できた。
以上の実験でキュービック液晶の形成が確認されたサンプル例は以下の通りであった。
モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)ペンタエリスリトール[上記式(8)]と純水を、実施例3と同様な方法で均一に混合し、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)ペンタエリスリトール/水系サンプルを得た。このモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)ペンタエリスリトール脂質/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、バイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。
このモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて示差走査熱量分析(DSC)を行なったところ、0℃付近の氷の融解に基づく吸熱ピーク以外の熱転移は観察されなかった。また、実施例3と同様に低温度で形成したモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)ペンタエリスリトールの水和固体を1℃でインキュベートしたところ、キュービック液晶へと転移したことから、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)ペンタエリスリトールのTKは0℃以下であると結論できた。
以上の実験でキュービック液晶の形成が確認されたサンプル例は以下の通りであった。
モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール[上記式(9)]と純水を、実施例3と同様の手順に従って均一に混合し、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/水系サンプルを得た。このモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、バイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。
このモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて示差走査熱量分析(DSC)を行なったところ、脂質水和固体の融解による吸熱ピークは−20℃付近から始まり−15℃で終了した。それ以上の温度では、0℃付近の氷の融解に基づく吸熱ピーク以外の熱転移は観察されなかった。これにより、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトールのTKは0℃以下であると結論できた。
上記実験でキュービック液晶の形成が確認されたサンプル例は以下の通りであった。
1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデシル)−β−D−キシロピラノシド[以下、β−XylC22;上記式(10)]と純水を、実施例3と同様の手順に従って均一に混合し、β−XylC22/水系サンプルを得た。このβ−XylC22/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、少なくとも1℃から45℃までの温度範囲においてバイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶及びIa3dキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。またピーク値から算出した61.5質量%のβ−XylC22濃度のキュービック液晶における格子定数は、10.1nm(1℃)、9.9nm(30℃)、9.5nm(40℃)であった。
このβ−XylC22/水系サンプルについて、実施例3と同様に示差走査熱量分析(DSC)を行なったところ、β−XylC22水和固体の融解による吸熱ピークは、−13℃付近から始まり−9℃で終了した。それ以上の温度では、0℃付近の氷の融解に基づく吸熱ピーク以外の一切の熱転移は観察されなかった。これにより、β−XylC22のTKは0℃以下であると結論できた。
以上の実験によりキュービック液晶の形成が確認されたサンプルは以下の通りである。
1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシド[以下、α−XP;上記式(11)]と純水を、実施例3の手順に従って混合し、α−XP/水系サンプルを得た。
このように調製したα−XP/水系サンプルについて偏光顕微鏡による観察を行なった結果、水との界面には逆ヘキサゴナル液晶が形成されるが、その内部の両親媒性化合物濃度の高い領域にはキュービック液晶が形成されることが示された。またα−XP/水系サンプルで水との界面に形成されるのが逆ヘキサゴナル液晶であることから、α−XPが形成するキュービック液晶はII型であることが示された。さらにこのα−XP/水系サンプルについて実施例3と同様にSAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なったところ、少なくとも78〜84質量%の濃度範囲、少なくとも1℃から45℃までの温度範囲において、バイコンティニュアス型のIa3dキュービック液晶が形成されることが確認された。α−XP濃度84.2質量%のα−XP/水系におけるキュービック液晶の格子定数は、9.8nm(1℃)、9.7nm(25℃)、9.6nm(40℃)であった。
α−XP/水系サンプルの示差走査熱量分析(DSC)を行なったところ、−10℃付近から始まり−1℃付近のα−XPの転移による吸熱ピークとそれに重なった0℃における水の融解ピークのみが観測された。これより、α−XPのTKは0℃以下であると結論できた。
以上の実験でキュービック液晶の形成が確認されたサンプルは以下の通りであつた。
[実施例13] II型キュービック液晶の形成及び解析−11
モノO−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)ペンタエリスリトール[上記式(12)]と純水を、実施例3と同様の手順に従って均一に混合し、モノO−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)ペンタエリスリトール/水系サンプルを得た。このモノO−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、少なくとも1℃〜4℃の温度範囲及びモノO−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)ペンタエリスリトール濃度55.3質量%において、バイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶が安定に形成されることが確認された。
このモノO−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)ペンタエリスリトール/水系サンプルについて示差走査熱量分析(DSC)を実施例3と同様に行なったところ、−10℃付近から始まり1℃で終了する吸熱ピークのみが観察された。これより、モノO−(5,9,13−トリメチルテトラデシル)ペンタエリスリトールのTKは0℃以下であると結論された。
[実施例14] II型キュービック液晶の形成及び解析−12
6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸[上記式(15)]と純水を、実施例3の手順に従って混合し、6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸/水系サンプルを得た。このように調製した6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸/水系サンプルについて実施例3と同様にして偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験、SAXS測定及びSAXS測定結果に基づくdhc値の算出を行なった結果、少なくとも1℃から60℃までの温度範囲において、6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸濃度と温度に依存して、バイコンティニュアス型でありII型のPn3m又はIa3dキュービック液晶が形成されることが確認された。
さらにそのピーク値から算出したPn3mキュービック液晶(6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸、61質量%)の格子定数は、12.2nm(1℃)、12.2nm(20℃)、12.1nm(30℃)、11.4nm(40℃)、11.0nm(50℃)、10.1nm(60℃)であり、Ia3dキュービック液晶(6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸、69質量%)の格子定数は、17.4nm(30℃)、16.9nm(40℃)、17.0nm(50℃)であった。
この6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸/水系サンプルについて、実施例3と同様にして、−60℃から50℃の温度範囲で示差走査熱量分析(DSC)を行なったところ、0℃付近の氷の融解に基づく吸熱ピーク以外の熱転移は観察されなかった。これにより、6−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)−L−アスコルビン酸のTKが0℃以下であると結論できた。
以上の実験によりキュービック液晶の形成が確認されたサンプルは以下の通りであった。
1−O−(3,7,11−15−テトラメチルヘキサデシル)グリセロール[IV/OV=0.524]と純水を、実施例3と同様の手順に従って均一に混合し、1−O−(3,7,11−15−テトラメチルヘキサデシル)グリセロール/水系サンプルを得た。この1−O−(3,7,11−15−テトラメチルヘキサデシル)グリセロール/水系サンプルについて偏光顕微鏡観察を行なったところ、1−O−(3,7,11−15−テトラメチルヘキサデシル)グリセロール/水界面にはII型ヘキサゴナル液晶に特有のテクスチャーが観察され、キュービック液晶特有の光学等方性テクスチャーは全く観察されなかった。このことから、これらの1−O−(3,7,11−15−テトラメチルヘキサデシル)グリセロールがキュービック液晶ではなくII型ヘキサゴナル液晶を形成することが示された。
[比較例2] ラメラ液晶の形成及び解析
3,7,11−トリメチルドデカン−1,2,3−トリオール[IV/OV=1.154](下記式(14))と純水を、実施例3と同様の手順に従って均一に混合し、3,7,11−トリメチルドデカン−1,2,3−トリオール/水系サンプルを得た。
1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−グルコピラノシド[IV/OV=1.052]と純水を、実施例3と同様の手順に従って均一に混合し、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−グルコピラノシド/水系サンプルを得た。
1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−マルトシド[IV/OV=1.517]と純水を、実施例3と同様の手順に従って均一に混合し、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−マルトシド/水系サンプルを得た。
このようにして調製した両親媒性脂質/水系サンプルのそれぞれについて、偏光顕微鏡観察を行なったところ、いずれのサンプルでも両親媒性脂質/水界面からラメラ液晶特有のミエリン形の成長が観察された。一方、キュービック液晶特有の等方性テクスチャーは全く観察されなかった。従って、これらの両親媒性脂質がラメラ液晶を形成することが示された。
[実施例15] 二成分混合系のII型キュービック液晶の形成及び解析−1
総両親媒性化合物濃度が60質量%(水過剰条件)となるように、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシド(上記式(11);以下、α−XP(又はα体)と略称する。TKは0℃以下。)と1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド(上記式(13);以下、β−XP(又はβ体)と略称する。TKは約10℃。)を、実施例3と同様の手順に従って純水中に均一に混合して、両親媒性化合物/水系サンプルを得た。この両親媒性化合物/水系サンプルについて実施例3と同様に調べたところ、α−XPとβ−XPの混合系によって、両親媒性化合物総量に対するα−XPのモル分率Xαが0.0から少なくとも0.8までの範囲でPn3mキュービック液晶が形成されることが示された。
サンプルの温度−両親媒性化合物組成と形成されるキュービック液晶構造との関係を図8に示した。図8の二つの線に挟まれた領域(Pn3m)においてPn3mキュービック液晶が形成された。
図8に示される通り、両親媒性化合物総量に対するα−XPの割合が増加するにつれて、Pn3mキュービック液晶が安定に存在できる最低温度(すなわちクラフト温度(TK))と最高温度はほぼ同じ傾きで低下した。両親媒性化合物総量に対してα−XPのモル分率が0.2の場合は4〜65℃の範囲、0.35の場合は0〜58℃の範囲、0.6の場合は少なくとも0〜47℃の範囲で、安定なPn3mキュービック液晶が形成された。この結果から、α体のモル分率が0.2以上のα−XPとβ−XPの混合系である1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−D−キシロピラノシドによって形成されるキュービック液晶は、4℃でも熱力学的に安定に形成されることが示された。また、β−XPとα−XPとを混合することによって、β−XP単独の場合のTKよりも低い温度でキュービック液晶を形成させることができることも示された。
[実施例16] 二成分混合系のII型キュービック液晶の形成及び解析−2
モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール[上記式(5)]は、室温において、1質量%〜75質量%(1相領域は73〜75質量%)の濃度範囲ではバイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶を形成し、76質量%から少なくとも85質量%まではIa3dキュービック液晶を形成する。モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールの場合、TKは0℃以下であるが、キュービック液晶が形成される最高温度は40℃であり、高温域での安定性が低めであると同時に、そのキュービック液晶構造は柔らかく、水性溶媒中の塩や蛋白質等により比較的壊れやすい。
一方、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド[上記式(13)]は、過剰の水存在下でバイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶を形成することができ、その液晶構造が形成される最高温度は75℃であって高温域でも安定性が高い。さらにキシロース部の強い相互作用のためキュービック液晶構造も強固で、水性溶媒中の塩やタンパク質等が存在してもキュービック液晶構造は安定に保たれる。一方で、TKは約10℃であり、低温域で液晶が形成されない。
かかる物性の異なる2種類の両親媒性化合物を用いて、二成分混合系のII型キュービック液晶を以下の様にして形成させた。
まず、総両親媒性化合物濃度が60質量%(水過剰条件)となるように、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールと、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドを、実施例3と同様の手順に従って純水中に均一に混合して、両親媒性化合物同士の量比を変えた複数の両親媒性化合物/水系サンプルを得た。それらの両親媒性化合物/水系サンプルについて実施例3と同様に調べたところ、二成分混合系によってPn3mキュービック液晶が形成されることが示された。
得られたサンプルの温度−両親媒性化合物組成と形成されるキュービック液晶構造との関係を図9に示した。二つの曲線に挟まれた領域(Pn3m)においてPn3mキュービック液晶が形成された。
図9に示される通り、両親媒性化合物総量に対するモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールの割合が増加するにつれて、キュービック液晶が安定に存在できる最低温度と最高温度はほぼ同じ傾きで低下した。モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールのモル分率が0.2の場合は4〜72℃の範囲、0.4の場合は0〜70℃の範囲、0.8の場合は少なくとも0〜60℃の範囲で、バイコンティニュアス型でありII型のPn3mキュービック液晶が安定に形成された。このように、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールを、モル分率が0.2以上となる様に1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドと混合することにより、低温(例えば4℃)でも熱力学的に安定なキュービック液晶が形成された。
格子定数は、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドのみから形成されるキュービック液晶では9.2nmであったが、モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールの混合比率の増加に伴って連続的に7.06nm(モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトールが100質量%)まで小さくなった。またこれに伴ってキュービック液晶の水チャネルの直径は、3.8nmから2.5nmまで変化した。この結果から、複数の両親媒性化合物を混合して用いることにより、キュービック液晶の微細構造を意図的に変化させることができることが示された。
[実施例17] 三成分混合系のII型キュービック液晶の形成及び解析−3
5質量%のα−XPを含む1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド(β−XP)と、ラメラ液晶を形成する3,7,11−トリメチルドデカン−1,2,3−トリオール(以下、第二成分と呼ぶ)を、実施例3と同様の手順に従って純水中に均一に混合し、両親媒性脂質/水系サンプルを得た。この両親媒性脂質/水系サンプルについて実施例3と同様に調べたところ、少なくとも第二成分の含有量が50質量%に達するまでは、三成分混合系によってPn3mキュービック液晶が形成されることが確認できた。また、実施例3と同様のDSC測定により、この三成分両親媒性脂質/水系サンプルにおいて、TKは第二成分の含有量の増加に伴って低下し、第二成分が20質量%以上になるとTKは0℃以下になることが示された。結果を表14に示す。
両親媒性化合物/ビタミンA/水系キュービック液晶組成物の製造
20質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドと80質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドに、両親媒性化合物総量に対して5.5質量%に当たる量のビタミンAを添加し、実施例3と同様の手法に従って均一に混合して、両親媒性化合物/ビタミンA/水が均一に混合されたサンプルを得た。この両親媒性化合物/ビタミンA/水系サンプルについて実施例3と同様にしてSAXS測定を行なったところ、Ia3dキュービック液晶に特有の比:
を与える散乱ピークが得られた。またこのキュービック液晶は、少なくとも室温(20℃)〜45℃の温度範囲で安定であった。これにより、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシド、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド、及びビタミンAを含有する本組成物において、ビタミンAを包埋したキュービック液晶の形成が確認された。
両親媒性化合物/ヒアルロン酸ナトリウム/水系キュービック液晶組成物の製造
さらに、上記の20質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドと80質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド0.65gにヒアルロン酸ナトリウム0.4質量%水溶液0.35gを実施例3と同様の手法に従って均一に混合して、両親媒性化合物/ヒアルロン酸ナトリウム/水が均一に混合されたサンプルを得た。この両親媒性化合物/ヒアルロン酸ナトリウム/水系サンプルについて実施例3と同様にしてSAXS測定を行なったところ、少なくとも4℃から55℃の温度範囲でPn3mキュービック液晶に特有の比:
を示す散乱結果が得られた。これにより、この両親媒性化合物/ヒアルロン酸ナトリウム/水系サンプルにおいてPn3mキュービック液晶が形成されることが示された。
両親媒性化合物/ビタミンE/水系キュービック液晶組成物の製造
522mgのモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール[上記式(9);PEOCOC22]と55.4mgのビタミンE(α−トコフェロール)を0.8mlのジクロルメタンに溶解し、次いでジクロルメタンを減圧下で除去して、ビタミンE含量9.6質量%のモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/ビタミンE混合サンプルを得た。この両親媒性化合物/ビタミンEサンプルを実施例3と同様の手順に従って水と混合した後、得られたサンプルについて実施例3と同様にして25℃で偏光顕微鏡下でのペネトレイション実験を行ったところ、水との界面に安定な等方性の脂質相が形成されたことから、II型の液晶相が形成される事が確認された。
さらに、そのII型の液晶サンプルについてSAXS測定を行なった結果、6本のシャープな散乱ピークが得られ、またピーク値の比は、結晶学的空間群Pn3mに属するキュービック液晶に特有の比:
を示した。これより、ビタミンE含量9.6質量%のモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/ビタミンE/水系サンプルにおいて、結晶学的空間群Pn3mに属し、格子定数=9.05nmのII型のPn3mキュービック液晶が形成されていることが確認できた。
画親媒性化合物/クロロフィルa/水系キュービック液晶組成物の製造
5質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドと95質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドからなる混合脂質236mgに、クロロフィルa 2.44mgと純水127mgを添加し、実施例3と同様の手法に従って均一に混合し、SAXS測定を行なった結果、Pn3mキュービック液晶が形成される事を確認する事ができた。
両親媒性化合物/ベクロメタゾンジプロピオネート/水系キュービック液晶組成物の製造
5質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドと95質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドに、両親媒性化合物総量に対して5質量%、1質量%、0.1質量%、又は0.02質量%に当たる量のベクロメタゾンジプロピオネートを添加した混合物をジクロルメタンに溶解した後、ジクロルメタンを減圧下除去し、両親媒性化合物/ベクロメタゾンジプロピオネート混合物を得た。これを実施例3と同様の手順に従って水と混合し、両親媒性化合物/ベクロメタゾンジプロピオネート/水系サンプルを得た。この両親媒性化合物/ベクロメタゾンジプロピオネート/水系サンプルについて実施例3と同様にしてSAXS測定を行なったところ、結晶学的空間群Pn3mに属するキュービック液晶に特有の比:
を与える散乱ピークが得られた。またこのキュービック液晶は、少なくとも室温(20℃)〜45℃の温度範囲で安定であった。一方、両親媒性化合物/ベクロメタゾンジプロピオネート/水系サンプルの偏光顕微鏡観察により、ベクロメタゾンジプロピオネート0.02質量%以外のサンプルにはPn3mキュービック液晶内にベクロメタゾンジプロピオネートの微結晶の析出が観察された。このことから、Pn3mキュービック液晶の脂質疎水部に可溶化されるベクロメタゾンジプロピオネートは0.02質量%程度であることが示された。また、ベクロメタゾンジプロピオネートの微結晶はPn3mキュービック液晶内のみに観測され、外水相には観測出来なかった事から、ベクロメタゾンジプロピオネートがPn3mキュービック液晶内に選択的に包埋されていることが示された。本キュービック液晶組成物においては、上記飽和溶解度を上回る量のベクロメタゾンジプロピオネートは、キュービック液晶内に微結晶の分散状態で存在していると考えられる。
両親媒性化合物/オリーブオイル/CoQ10/水系キュービック液晶組成物の製造
95質量%のモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール[上記式(9)]と5質量%のオリーブオイルに、0.05質量%、0.1質量%、0.5質量%、1質量%、2質量%、5質量%、又は20質量%のコエンザイムQ10(以下、CoQ10と略す)を添加し、50℃で5分間加熱融解した後、均一に混合して、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/オリーブオイル/CoQ10混合サンプルを得た。この両親媒性化合物/オリーブオイル/CoQ10サンプルを実施例3と同様の手順で水と混合して両親媒性化合物/オリーブオイル/CoQ10/水系サンプルを調製した後、SAXS測定を行った。その結果、結晶学的空間群Pn3mに属するキュービック液晶に特有の比:
を与える6本の散乱ピークが得られ、Pn3mキュービック液晶が形成されることが確認された。なおいずれのCoQ10濃度でも格子定数は9.7nm(25℃)であった。
両親媒性化合物/CoQ10/水系サンプルの偏光顕微鏡観察により、0.5質量%以上のCoQ10を含むサンプルでは、CoQ10がPn3mキュービック液晶内に微結晶(又は固体)として分散していることが観察された。一方、0.1質量%以下のCoQ10を含むサンプルではPn3mキュービック液晶内にCoQ10の微結晶は観察出来なかった。なお、CoQ10の微結晶がPn3mキュービック液晶内のみに観察され、外水相には観察出来なかったことから、CoQ10がPn3mキュービック液晶内に選択的に包埋される事が結論出来た。以上からモノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/オリーブオイル/CoQ10/水系サンプルでは、Pn3mキュービック液晶の脂質疎水部に分子状に可溶化されるCoQ10の最大濃度(飽和溶解度)は、0.05〜0.1質量%程度であり、飽和溶解度以上の量のCoQ10は、キュービック液晶内に微結晶として分散した状態で存在することが示された。
なお、CoQ10を包埋したPn3mキュービック液晶は、少なくとも1℃〜40℃の温度範囲で安定であった。
[実施例19] 酵素を包埋したII型キュービック液晶の製造
20質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドと80質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドからなる混合脂質40.2mgに、1ml溶液中に230mgのリゾチームを含む水溶液を40μl添加し、実施例3と同様の手法で均一に混合して15℃で10時間インキュベートして、両親媒性化合物/リゾチーム/水系サンプルを作製した。このサンプルのSAXS測定を行なった結果、15〜65℃の温度範囲では、Im3mキュービック液晶に特有の比:
を示す散乱結果が得られた。これにより、この両親媒性化合物/リゾチーム/水系サンプルにおいてIm3mキュービック液晶が形成されることが示された。この系はまた、両親媒性化合物総量に対して23質量%ものリゾチームを含有することから、このキュービック液晶が多量の蛋白質を取込むことができることが示された。
さらに、上記と同じ両親媒性化合物混合系65mgに、0.1質量%のカゼイン水溶液35μlを添加して、実施例3と同様の手法に従って均一に混合したところ、実施例3と同様の方法により、得られた両親媒性化合物/カゼイン/水系サンプルにおいてPn3mキュービック液晶が形成されることを確認することができた。
[実施例20] ペプチドを包埋したII型キュービック液晶の製造と徐放性
モノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール75mgと、100単位/mlのインシュリンを含むインシュリン注射液(ペンフィルR注)25mlを、実施例3と同様の手法に従って混和した。こうして得られたモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/インシュリン/水系サンプルについて実施例3と同様にしてSAXS測定を行なったところ、Pn3mキュービック液晶が形成されていることが示された。
次いで、このモノO−(フィタニル)ペンタエリスリトール/インシュリン/水系サンプル(すなわち、キュービック液晶組成物とインシュリンの複合体)を直径0.3mmのロッド状に成形し、その50mgを10mlの生理的食塩水中に浸した。浸漬後、37℃の生理的食塩水に溶出するインシュリン量を高速液体クロマトグラフィーによって経時的に測定したところ、キュービック液晶構造中に包埋されたインシュリンは、約8〜10時間かけて全量が徐放されたことが示された(図10)。
[参考例2] 酵素を包埋したキュービック液晶からの徐放性試験
α−ガラクトシダーゼ(α−GALA)及びβ−ガラクトシダーゼ(β−GAL)を、酵素濃度が1mg/mlとなるようにそれぞれPBS(Phosphate Buffered Saline)に溶解した。次いでこのα−GALA溶液又はβ−GAL溶液を、1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド[β−XPと略す]との質量比が35:65となるように添加して、よく混合することにより、α−GALA又はβ−GALを包埋したβ−XPキュービック液晶組成物を作製した。
このキュービック液晶に包埋したα−GALA、β−GALの酵素活性については、α−GALAの基質として4−メチルウンベリフェリルα−D−ガラクトピラノシド、β−GALの基質として4−メチルウンベリフェリルβ−D−ガラクトピラノシドを使用し、反応産物である4−メチルウンベリフェロンを蛍光顕微鏡観察することによって検出した。
まずα−GALA又はβ−GALを包埋したキュービック液晶組成物をスライドガラス上に約1mg載せ、その上からカバーガラスをかぶせて軽く押さえ、伸展させた。そこに、上記基質を0.15M酢酸ナトリウム溶液(pH4.6)に溶解した基質溶液(1.7mg/ml)を10μl添加した後蛍光顕微鏡で経時的に観察を行なった。
観察の結果、α−GALA又はβ−GALを包埋したキュービック液晶組成物のいずれにおいても、液晶内部で反応産物に由来する蛍光が認められたため(図11)、包埋されたα−GALA又はβ−GALがキュービック液晶中で活性を有することが示された。分子量48000のα−GALAは二量体、分子量116400のβ−GALは四量体を形成して機能することが分かっていることから、このキュービック液晶は少なくとも分子量96000〜465600の蛋白質の活性を維持した状態で包埋できることが立証された。
さらに、キュービック液晶に包埋したα−GALAの徐放性について調べた。血中での徐放性を想定した実験系とするため、上記と同様にして製造したα−GALA(使用酵素濃度:2mg/ml、0.2mg/ml)を包埋するキュービック液晶組成物10mgをウシ血清1mlに添加し、10℃のインキュベーター内で振盪した。振盪開始後、0、2、6、24、48時間目に10μlずつサンプルを採取してα−GALA活性を測定した。
検出には、採取したサンプル10μlに、4−メチルウンベリフェリルα−D−ガラクトピラノシド基質溶液(26mg/ml)を60μl添加して37℃で30分間反応させた後、700μlの0.2Mグリシン(pH10.7)NaOH溶液を加えて反応を停止させた。反応産物4−メチルウンベリフェロンを、蛍光分光器で励起波長365nm、蛍光波長450nmにて測定した。2mg/ml及び0.2mg/mlの濃度でα−GALAを包埋させたキュービック液晶組成物における徐放性試験の結果を、図12のA及びBにそれぞれ示す。
図12に示される通り、2mg/mlの濃度でα−GALAを包埋させたキュービック液晶組成物では、振盪開始直後から徐々にα−GALA活性の上昇が認められ、24時間後には包埋量の約4%に相当する酵素活性が示された。また0.2mg/mlの濃度でα−GALAを包埋させたキュービック液晶組成物では、同様に振盪開始直後から徐々にα−GALA活性の上昇が認められ、48時間後には包埋量の約50%に相当する酵素活性が示された。
[参考例3] 酵素が包埋されたキュービック液晶を投与したマウスの血中動態
3匹を1群とする9群の9週齢の雄マウスSlc:ICR系統(SPF)に、参考例2と同様にして製造したα−GALAを包埋するキュービック液晶組成物(1匹当たり30mg)を腹腔内投与した。投与の0、2、4、6、12、24、32、48、72時間後、9群のうち1群のマウスから、エーテル麻酔下で腹部大動脈より少なくとも0.4mLを採血した。対照としては、キュービック液晶組成物の代わりにα−GALAを生理的食塩水で希釈した溶液を同系統のマウスに腹腔内投与し、投与の2、6、24時間後に採血を行なった。
採取した血液は直ちに氷水中に30分以上置いた後、3000rpmで15分間遠心分離し、上澄み(血清)を半量ずつ2本に分けて分取し、次の試験まで−0℃で保存した。この血清10μlに4−メチルウンベリフェリルα−D−ガラクトピラノシド基質溶液を60μl添加して37℃で30分間反応させた後、700μlの0.2Mグリシン(pH10.7)NaOH溶液を加えて反応を停止させた。反応産物4−メチルウンベリフェロンを、蛍光分光器で励起波長365nm、蛍光波長450nmにて測定した。結果を図13に示す。図13中、黒塗りの三角(▲)はキュービック液晶組成物投与群、白抜きの丸(○)は対照サンプル投与群を表す。
この結果、α−GALAを包埋するキュービック液晶組成物を投与したマウスの血中では、投与後12時間目のころからα−GALA活性が上昇した。このα−GALA活性は投与後48時間目にピークに達し、さらに投与後72時間目においても同じレベルで維持されていた。ピーク時の上昇の割合は投与直前(0時間)に対して約113%であった。対照サンプルを投与したマウスの血中では、投与後6時間目にα−GALA活性はピークに達し(投与直前に対し約197%)、投与後12時間目以降には激減した。
α−GALAを包埋するキュービック液晶組成物から投与された場合、投与直後の血中α−GALAの急上昇が抑制されるため、血中α−GALAの急上昇による副作用の抑制効果が期待出来る。さらに、α−GALAの血中濃度が、長時間にわたって一定濃度に保持出来るため、投与頻度の低減ひいては患者のQOL向上が期待出来る。
[実施例21] 化粧品機能性試験
1mlの0.1Mリン酸バッファー[pH7.0]に300単位のスーパーオキシドジスムターゼ[Supseroxide dismutase,SODと略す]を溶解し、これの12μLと35.5mgの1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシド[20%]及び1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド[80%]の混合物を混合し、透明なゲル状のSOD含有キュービック液晶組成物を得た。続いてこれを、チトクロームC固定化電極の表面に薄く塗布した。
次に、ゲル状SOD含有キュービック液晶組成物を塗布したチトクロームC固定化電極及びチトクロームC固定化電極の二種類の電極を、0.5mMキサンチンを含む0.1Mリン酸バッファー[pH7.0]中に浸した後、キサンチン酸化酵素(キサンチンオキシダーゼ)を添加してスーパーオキシドラジカルを発生させた。チトクロームC固定化電極は、スーパーオキシドラジカルと電極表面に固定化されたチトクロームCとの間の電子授受による電流を発生した。一方、ゲル状SOD含有キュービック液晶組成物を塗布したチトクロームC固定化電極からは、チトクロームC固定化電極の場合の1/10程度の小さい電流値しか得られなかった。これは溶液中で発生したスーパーオキシドラジカルがキュービック液晶内のSODによって分解されたことを示している。このことから、SOD含有キュービック液晶組成物を有効成分として用いれば、抗酸化用化粧品を製造できることが示される。
ところで、スーパーオキシドラジカルがSODによって分解される際、過酸化水素が生成することが知られている。そこでSODとカタラーゼの二種類の酵素を含むキュービック液晶組成物(ゲル状)を作製して上記手法に従って実験したところ、過酸化水素の発生が大幅に抑制された。従ってSODとカタラーゼの二種類の酵素を含むキュービック液晶組成物を有効成分として用いることにより、より抗酸化能の高い抗酸化用化粧品を製造することができる。例えば、SODとカタラーゼの二種類の酵素を含むキュービック液晶組成物を用いて、皮膚の老化現象等を防止するための機能性クリームを製造することができる。
[実施例22] 美肌用乳液の製造
1mlの0.1Mリン酸バッファー[pH7.0]に300単位のスーパーオキシドジスムターゼを溶解し、これに1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドと1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドを20%:80%の質量比で3gを混合して、透明なゲル状のSOD含有キュービック液晶組成物を得た。得られたキュービック液晶組成物に、プルロニックF127([PEG]99−[PPO]67−[PEO]99)0.3g、グリセリン5g、及び水を全体として100gとなる量まで混合してから、マグネチックスターラーで3〜5時間撹拌し、乳白色の溶液を得た。得られた溶液は、平均粒子径300〜500nmのキュービック液晶微粒子を含むキュービック液晶分散液であり、これは室温で10ヶ月以上安定な品質を保つ美肌用乳液として使用し得る。
[実施例23] 美肌クリームの製造
1mlの0.1Mリン酸バッファー[pH7.0]に300単位のスーパーオキシドジスムターゼを溶解し、これに1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドと1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドを20%:80%の質量比で3g混合し、透明なゲル状のSOD含有キュービック液晶組成物を得た。得られたキュービック液晶組成物に、プルロニックF127([PEG]99−[PPO]67−[PEO]99)0.3g、及び水を全体で15gとなる量まで加えて攪拌し、乳白色のキュービック液晶分散液を得た。得られた分散液は美肌クリームとして使用し得る。
[実施例24] 両親媒性化合物/ヒアルロン酸ナトリウム/水系キュービック液晶組成物の水分蒸発抑制効果
実施例18において製造された両親媒性化合物/ヒアルロン酸ナトリウム/水系のキュービック液晶組成物(被験サンプル)、及び0.4質量%のヒアルロン酸ナトリウム水溶液(対照サンプル)を、それぞれ別個のPCRチューブにいれ、チューブのフタを開けた状態で25℃、相対湿度30%の窒素気流下に保存し、水の蒸発量をサンプルの質量減少から測定した。
この結果、両サンプルとも、サンプル中の水含量は時間とともに直線的に減少した。0.4質量%ヒアルロン酸ナトリウム水溶液の場合、8時間後には蒸発時間ゼロの時点の水含量に対して20%の水分しか残っていなかった。一方、両親媒性化合物/ヒアルロン酸ナトリウム/水系のキュービック液晶組成物(0.4質量%ヒアルロン酸ナトリウム水溶液を含有)は、8時間後に60%の水分を保持しており、両親媒性化合物/ヒアルロン酸ナトリウム/水系のキュービック液晶組成物における水の蒸発速度は0.4質量%ヒアルロン酸ナトリウム水溶液単独における蒸発速度に比較して抑制されていた。この結果から、ヒアルロン酸ナトリウム水溶液含有キュービック液晶組成物の優れた水分保持能力が示された。
[実施例25] キュービック液晶の安定化
ある種の第三成分を加えた場合などに、キュービック液晶構造がラメラ液晶やII型(逆)ヘキサゴナル液晶(HII)等に転移してしまうことがある。このような場合に、オリーブオイルなどの曲率調整物質(特に、曲率改変脂質)を添加することにより、液晶相の構造転移を抑制し、キュービック液晶構造を維持できることが判明した。
モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトールに、質量比にして0.11となる量でプルロニックF127を添加し、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/プルロニックF127の混合サンプルを調製した(プルロニックF127/モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール=0.11(w/w))。この混合サンプルを実施例3と同様の手順で水と混合し、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/プルロニックF127/水系サンプルを得た。このサンプルについて、実施例3と同様にSAXS測定を行った結果、ラメラ液晶由来の強い散乱ピーク(ラメラの繰り返し周期=4.7nm、1℃)[散乱ピークの比は1:1/2]と、Im3mキュービック液晶由来と推定される弱い散乱ピークが観測された。なお分解能が悪く格子定数等は決定出来なかった。これにより、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/水系のキュービック液晶は、プルロニックF127が共存する条件下では、ラメラ液晶へと転移する事が示された。
そこで、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトールにオリーブオイルを5質量%添加し、その混合物に上記と同様にプルロニックF127を添加して、それを実施例3と同様の手順で水と混合し、モノO−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)ペンタエリスリトール/オリーブオイル/プルロニックF127/水系サンプルを得た。このサンプルについて、実施例3と同様にSAXS測定を行ったところ、ラメラ液晶由来の散乱は観測されず、Im3mキュービック液晶に特有のピーク比を持った散乱が観測されたことから、Im3mキュービック液晶(格子定数=13.2nm)が形成されたことが確認された。これにより、プルロニックF127の添加によりラメラ液晶を生じる上記サンプルは、オリーブオイルの添加によってIm3mキュービック液晶構造を維持できるように安定化されたことが示された。
[実施例26] キュービック液晶組成物を用いた蛋白質の結晶生成
リゾチーム濃度100mg/mlの0.4M NaCl、0.075M 酢酸ナトリウム(pH4.6)溶液と、リゾチーム濃度50mg/mlの0.4M NaCl、0.075M 酢酸ナトリウム(pH4.6)溶液を調製し、それぞれ0.1μmのフィルターで濾過した。
本発明の両親媒性化合物としては、(A)66質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−α−D−キシロピラノシドと34質量%の1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシドとからなる1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−D−キシロピラノシド[以下、αβ−XPと称する]、(B)1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール、(C)1−O−(3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル)−β−D−キシロピラノシド[以下、β−XP]の3種類の両親媒性化合物を用いた。それらの各両親媒性化合物50mgを秤量して、それぞれ別個のPCRチューブに入れた後、上記で調整したリゾチーム濃度が100mg/ml又は50mg/mlの0.4M NaCl、0.075酢酸ナトリウム溶液(pH4.6)50mgを各々加え、各PCRチューブ内で十分混合した。13,000rpm、25℃で10分間遠心した後、各サンプルを10mgずつ用い、スライドガラス上に薄膜スポット(直径1mm、厚さ約30ミクロン)をそれぞれ形成させて、偏光顕微鏡下で観察した。その結果、光学的に等方性であり、キュービック液晶の形成が確認された。なお本実施例では、結晶化剤として0.4M NaClを用いた。
次いで、これらのリゾチームを含むキュービック液晶組成物のスポットを、0.4M NaCl、0.075酢酸ナトリウム溶液(pH4.6)の水蒸気圧で飽和平衡にさせた密閉容器中に静置し、αβ−XP又は1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトールをそれぞれ用いたサンプルについては4℃、β−XPを用いたサンプルについては20℃で、インキュベートした。
その結果、4℃でインキュベーションした1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール含有サンプルにおいては、インキュベーション開始から2日後、偏光顕微鏡観察により、キュービック液晶構造中にリゾチーム結晶の生成が確認された。リゾチーム濃度100mg/mLの溶液を用いたサンプルの場合、20×15ミクロン〜250×100ミクロンのサイズの多数のリゾチーム結晶が観察され、一方、リゾチーム濃度50mg/mLの溶液を用いたサンプルの場合は、20×15ミクロンから最大で50×50ミクロンのサイズを有するリゾチーム結晶が観察された。
このようにしてキュービック液晶中で成長し、生成されたリゾチーム結晶の1つの偏光顕微鏡写真を、図14に示した。図14に示される通り、得られたリゾチーム結晶は、複屈折性を持ち、明瞭な辺を有する多角形であった。
同様に、4℃でインキュベーションしたαβ−XP含有サンプルにおいても、インキュベーション開始から2日後、偏光顕微鏡観察により、キュービック液晶構造中にリゾチーム結晶の成長が確認された。
以上の4℃でのインキュベーションはさらに3ヶ月間にわたって継続した。その間、いずれのサンプルも光学的な等方性を維持したことから、このリゾチーム/キュービック液晶系におけるキュービック液晶構造は長期にわたって4℃で安定に維持されることが確認できた。
さらに、20℃でインキュベーションしたβ−XP含有サンプルについても、同様にリゾチーム結晶の生成が確認され、20℃ではそのキュービック液晶構造が長期間安定に維持されることが示された。
対照実験としては、リゾチームを含有しないこと以外は上記と同条件で調製した両親媒性化合物(αβ−XP又は1−O−(5,9,13,17−テトラメチルオクタデカノイル)エリスリトール)/0.4M NaCl/0.075酢酸ナトリウム溶液(pH4.6)系サンプルを、上記と同様に4℃で3ヶ月間インキュベーションし、その間、偏光顕微鏡観察を継続的に行った。その結果、生成されたキュービック結晶領域の全域において、上記実験で観察されたような結晶は全く観察されなかった。
本発明のキュービック液晶組成物は、各種化合物、特に酵素等の高分子化合物を低温(6℃未満)でも液晶構造中に取込んで長期にわたり安定的に保持することができる。本発明のキュービック液晶組成物はまた、例えば酵素等の生物活性物質を液晶構造中に保持し、分解酵素などによる破壊から保護することによって、溶液中に遊離して存在する場合よりもその活性を長期間維持したり、その物質を液晶構造から徐放させたりすることができる。これらの点から、本発明のキュービック液晶組成物は、医薬品製造における薬物送達担体として、特に有利に使用することができる。
また本発明に係る両親媒性脂質を2種類以上混合することにより、キュービック液晶構造を薬物送達システムに適合させる方法は、様々な特性又は大きさを有する各種化合物のそれぞれを包埋するのに最適化されたキュービック液晶組成物を製造するために利用できる。さらに、本発明のII型キュービック液晶組成物と各種薬剤との複合体を含有する医薬組成物及び化粧品組成物は、例えば有効成分である薬剤を1回の投与で長期間作用させたり、薬剤の血中濃度を一定に保ったり、薬剤を低温(6℃未満)下で保存したりするためにも使用することができる。
さらに本発明のキュービック液晶組成物中での蛋白質結晶化方法は、蛋白質のX線解析等に必要な高品位な蛋白質結晶を提供するために使用できる。
本明細書中で引用した全ての刊行物、特許及び特許出願はその全体を参照により本明細書中に組み入れるものとする。
また本発明に係る両親媒性脂質を2種類以上混合することにより、キュービック液晶構造を薬物送達システムに適合させる方法は、様々な特性又は大きさを有する各種化合物のそれぞれを包埋するのに最適化されたキュービック液晶組成物を製造するために利用できる。さらに、本発明のII型キュービック液晶組成物と各種薬剤との複合体を含有する医薬組成物及び化粧品組成物は、例えば有効成分である薬剤を1回の投与で長期間作用させたり、薬剤の血中濃度を一定に保ったり、薬剤を低温(6℃未満)下で保存したりするためにも使用することができる。
さらに本発明のキュービック液晶組成物中での蛋白質結晶化方法は、蛋白質のX線解析等に必要な高品位な蛋白質結晶を提供するために使用できる。
本明細書中で引用した全ての刊行物、特許及び特許出願はその全体を参照により本明細書中に組み入れるものとする。
Claims (18)
- 前記両親媒性化合物とは異なる少なくとも1種の両親媒性脂質をさらに含有する、請求項1又は2に記載のキュービック液晶組成物。
- 前記式(2)〜(12)及び(15)の両親媒性化合物とは異なる少なくとも1種の両親媒性脂質をさらに含有する、請求項3に記載のキュービック液晶組成物。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のキュービック液晶組成物に、薬物(但し、リソソーム酵素は除く)を包埋した複合体。
- 請求項6に記載の複合体を含む、医薬組成物。
- 徐放性組成物である、請求項7に記載の組成物。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のキュービック液晶組成物に、化粧品有効成分(但し、リソソーム酵素は除く)を包埋した複合体。
- 請求項9に記載の複合体を含む、化粧品組成物。
- 曲率調整物質がトリグリセリド含有物質である、請求項13に記載の方法。
- 曲率調整物質がオリーブオイルである、請求項13又は14に記載の方法。
- 両親媒性化合物及び曲率調整物質と共に、さらに蛋白質を混合する、請求項13〜15のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1、2及び4のいずれか1項に記載のキュービック液晶組成物に蛋白質を包埋し、得られた複合体中で蛋白質の結晶を成長させることを特徴とする、蛋白質の結晶化方法。
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