日本 油 化 学 会 誌 第49巻 第11・12号 (2000) 1343
総
説
平成12年 度 日本油化学会学会賞
生体 内界面活性物質 の機 能 とその応用
上 野
實
東 京理科大学理学部第1部 応用化学科
東京理科大学界面科学研究所
(〒162-8601 東京都新宿区神楽坂1-3)
Properties
of Some
Biosurfactants
and Their
Applications
Minoru UENO
Department of Applied Chemistry, Faculty of Science,
Science University
of Tokyo
Institute
of Colloid and surface Chemistry, Science University
of Tokyo
(1-3 Kagurazaka, Shinjuku-ku, Tokyo 162-8601)
Abstract: Functional properties and applications of several biosurfactants such as bile acids (BA), lung surfactants (LS) and so on have been so far studied particularly in the boundary fields between colloids and surface chemistry and medical science. The main themes are as follows;
(1) Studies on colloidal and surface properties of various bile salts.
Changes of the shapes and structures of mixed micelles prepared by mixing a bile salt with various mole fractions in aqueous solutions of the nonionic surfactant with homogeneous ethylene oxide chain length (C10E8) were estimated for various mixed ratios of bile salts. These are itemized as follows;
(a) CMCs, structures, aggregation numbers and hydrophobicities of micelles for single bile salt systems and for aqueous binary mixed systems between one of bile salts and C10E8.
(b) Absorption of vitamine E (VE) solubilized in micellar solutions of various bile salts by a rat small intestine.
(2) Studies on the functions and developements of LS. The mechanism of a synthetic lung surfactant including surfactant proteins named •gTA•h developed by Fujiwara et al., being more effective for respiratory distress syndrome (RDS), was evaluated by surface rheology as follows; (a) Surface Theological properties of proteolipids, surfactant protein (SP-B, SP-C, SP-BC) and their mixtures containing lecithin, palmitic acid (PA) and egg phosphatidyl glycerol (EggPG) and the efficiency as LS.
(3) Studies on the fundamental properties of liposomes.
(a) Evaluation of phase transition temperature (Tc) of lipid liposomes by using a tautomerism of ƒ¿-benzoylacetoanilide (BAA) and effects of addition of cholesterol.
(b) Influences of addition of ionic and nonionic surfactants on the membrane of lipid liposomes. (4) Solubilities of insoluble drugs into water.
(a) Dissolution of calcium bilirubinate disk as a model of a gallstone by some solvents. (b) Dissolution of dicrofenac sodium by the complexes formed among hydrotropic substances in
water.
Key words: bile salts, mixed micelles, rat intestine, vitamine E, lung surfactants, liposomes, hydrotropy
1344 日本 油 化 学 会 誌 第49巻 第11・12号 (2000) は じ め に 我 々 の 体 内 の各 器 管 が生 理 学 的 に も,ま た物 理 的 に も 十 分 に そ の機 能 を発 揮 す る た め に は,そ の 器 管 に付 随 し た 内外 分 泌 腺 か ら分 泌 され る分 泌 液 が,そ の 役 目 を担 っ て い る場 合 が 多 い。 それ らの 成 分 中 に は界 面 活 性物 質 あ る い は界 面 活 性 剤 と して の 機 能 を持 つ もの が 多 く存 在 し,そ れ が生 体 内の い た る と こ ろで 多種 多 様 の コ ロイ ド お よ び界 面 現 象 を引 き起 こす こ とに よ って,器 管 を円滑 に機 能 させ る重 要 な役 目 を果 た して い る1)∼5)。例 え ば, 胆 汁 中の 胆 汁 酸 塩 は洗 剤 と同様 な 界 面 活 性 剤 で あ り,摂 取 した油 脂 類 を ミセ ル 中 に 可溶 化 し,ま た は乳 化 す る こ と に よ って 腸 管 で の消 化 吸 収 を助 け て い る。 これ は,一 般 の 洗 剤 に見 られ る典 型 的 な液/液 界 面 現 象 と何 ら変 わ りが ない 。 また,目 の 角膜 表 面 に は,親 水性 の脂 質 と ム チ ン質 が 層 状 に 吸着 して い る た め,涙 液 が膜 状 に広 が っ て 眼 球 を濡 ら し,乾 燥 を防 ぎ,洗 浄 し,眼 球 運 動 の 潤 滑 油 の 役 目 を して い る 。ま た,呼 吸 機 能 の重 要 な役 目 を担 っ て い る肺 は,そ れ を取 り巻 く肋 間 筋 と横 隔 膜 の 収 縮 運 動 に よ って,小 気 管 支 の末 端 に ブ ドウの 実 の房 の よ うに無 数 に付 い て い る肺 胞 内 に空 気 が送 く られ,そ こで 呼 吸 に 合 わ せ て肺 胞 表 面 上 の 毛 細 血 管 の 血 流 中 に酸 素 が取 り込 ま れ る。 そ の際 肺 胞 内 の 表 面 を覆 って い る粘 液 性 の 薄 層 液 膜 中 に存 在 す る肺 表 面 活 性 剤(Lung Surfactant, LS)は 液 膜 表 面 で 呼 吸 に合 わ せ て 吸 脱 着 す る こ とに よっ て表 面 張 力 の 変 化 を引 き起 こ し,肺 胞 の 膨 張 収 縮 に 対 し て無 くて は な ら ない 役 を演 じて い る。 これ らは,ま さに 生 体 内 の気/液 界 面 現 象 の 典 型 的 な例 で あ る。 これ らの 興 昧 あ る研 究 対 象 とな る問 題 と取 り組 む た め に は,学 際 的 な立 場 か ら医 学研 究 者 の ご協 力 を得 て,初 め て可 能 と な る こ とで あ り,こ の こ とが 何 よ り も必 須 条 件 で あ る よ う に思 う。 以 下,こ の よ うな観 点 か らあ らゆ る生 体 内 界 面 現 象 に興 味 を持 っ た,我 々 の研 究 の一 端 を ご紹 介 した い と思 う。 そ の 主 な 内 容 を挙 げ る と,(I)-1胆 汁 酸 塩 の 物 理 化 学 的 性 質 と ミセル 構 造 の 解 析,(I)-2胆 汁 酸 塩 に よ り 可 溶 化 され た ビ タ ミ ンEの ラ ッ ト腸 管 吸 収,(II)肺 胞 に お け る界 面 活 性 物 質(サ ー フ ァ ク タ ン ト)の 機 能 と開 発,(III)標 的 臓 器 へ 特 定 の 薬 物 を移 送 す る リポ ソ ー ム の基 礎 物 性,(IV)難 溶 性 薬 物 の 水 へ の溶 解 性 の4項 目 で あ る。 以 下,(I)∼(IV)に つ い て 詳 し く述 べ る。
I・1 胆 汁 酸 塩 の 物 理 化 学 的 性 質 と ミセル 構 造 の
解 析
生 体 内 で 生 合 成 され る胆 汁酸 塩 は,い ろ い ろ な分 野, 例 えば 化 粧 品,医 薬 品,化 学 工業 製 品 な ど に可 溶 化 剤, 乳 化 剤 また は 分散 剤 と して利 用 され る こ とが 多 くな って きて い る。 そ れ に応 じて胆 汁酸 塩 水 溶 液 の界 面 化 学 的 性 質 に 関 す る報 文 や 総 説 も今 まで に 数 多 く報 告 され て い る6)∼12)。そ の 中 で,胆 汁 酸 塩 が嵩 高 い疎 水 性 の ス テ ロ イ ド環 を持 つ た め に,通 常 の界 面 活 性 剤 と は異 な った 界 面 化 学 的性 質 を示 す共 通 の事 柄 が あ る。 胆 汁 酸 の 構 造 を説 明 す る た め に,お 互 い にエ ピ マーの 関 係 に あ る構 造 異 性 体 の ウル ソデ オ キ シ コー ル酸(a) (UDCA)と ケ ノデ オ キ シ コ ー ル酸(b) (CDCA)の 構 造 式 を それ ぞれFig. 1 (a)と(b)に 示 した13)。α位 は環 面 に 垂 直(axial)で あ り,β 位 は 環 面 に 水 平(equatorial)で あ る こ と を示 して い る。5β はA/B環 がcis型 で5位 の 水 素 と10位 の メ チ ル 基 が β位 に な っ て い る こ と を示 す 。 こ の 図 か ら α面 に あ る水 酸 基 が 集 中 して 存 在 す る か,分 散 し て 存 在 す るか が判 る.分 散 して い る場 合 に は,親 水 性 と疎 水 性 の バ ラ ン ス が くず れ,界 面 化 学 的 性 質(例 え ば CMCや 可 溶 化 量 等)に 影 響 を 与 え る こ と に な る。 UDCAの 水 酸 基 は3α, 7β-コ ラ ン酸 で あ リ,CDCAは 3α, 7α-コ ラ ン酸 で あ る。 こ の 水 酸 基 の7α と7β 位 の 違 い だ けで,界 面 化 学 的 な 物 性 が 大 い に異 な って く る。 これ は長 鎖 の 疎 水 基 を もつ 通 常 の界 面 活 性 剤 と は界 面 化 学 的 性 質 の 異 な る原 因 とな っ て い る。 (a) (b)Fig. 1 (a) and (b). Epimeric Structures of (a) Ursodeoxy Cholic Acid (UDCA)
and (b) Chenodeoxycholic Acid (CDCA).
日本 油 化 学 会 誌 第49巻 第11・12号 (2000) 1345
Hydrophobic part Hydrophilic part
Fig. 2 Scheme of Amphipathic Structure of Bile Salts. R: side chains of glycine and taurine; C: cho-late; DC: deoxycholate; CDC: chenode-oxycholate; UDC: ursodeoxycholate; Lc;
lithocholate. Fig. 2に ス テ ロ イ ド環 に付 い て い る極 性 基 の 位 置 と種 類 を モ デ ル 化 した も の を示 す 。 特 に,24位 の 炭 素 は カ ル ボ キ シ ル基 で あ り,こ れ に グ リシ ンや タ ウ リンが ア ミ ド結合 した もの を抱 合 胆 汁 酸 と呼 び,フ リーの もの を遊 離胆 汁 酸 と呼 ん で い る 。 お互 い に界 面 化 学 的 に異 な っ た 性 質 を示 す 。 I・1・a 胆 汁 酸 塩 の 構 造 とCMC Table 1は 各 胆 汁 酸 塩 の 表 面 張 力 曲 線 か ら得 ら れ た CMCを 示 して い る14)∼21)。CMC値 は モ ノ ヒ ドロ キ シ酸 塩 が最 も小 さ く,ジ ヒ ドロキ シ酸 塩 に な る につ れ て 増 加 す る傾 向 が あ る。 同 数 の 水酸 基 を持 つ 系 列 で は,一 般 に β位 に付 くもの ほ どCMCは 大 き くな る。 I・1・b 蛍 光 発 光 スペ ク トル に よ る ミセ ル 内 極 性 の 推 定 (i) 胆 汁 酸 塩 の ミセル 内極 性 蛍 光 プ ロー ブ と して ミセル に可 溶 化 させ た ピ レ ン を用 い,消 光 剤 と して ドデ シル ピ リジ ニ ウ ム ク ロ ライ ド(DPCL)を 用 い た蛍 光 発 光 ス ペ ク トル 測 定 で は,ピ レ ン周 囲 の 環境 の極 性 の程 度 と ミセ ル 平 均 会 合 数 を推 定 す る こ と が で き る22)∼24)。得 られ た5本 の 蛍 光 ス ペ ク トル の ピー ク の1番 目と3番 目
1346 日本 油 化 学 会 誌 第49巻 第11・12号 (2000) の 強 度 比I1/I3が 大 きい ほ ど ミセル 内 は親 水 性 の 度 合 い が 大 き い こ と を示 す 。Table 1に 各 胆 汁 酸 塩 のI1/I3値 を示 す14)∼21)。この デ ー タか ら,ミ セ ル 内 親 水 性 の 度 合 の 順 序 はNaTUDC>NaGUDC>NaUDC>NaTC> NaGC>NaTCDC>NaC>NaTDC=NaGCDC>NaGDC >NaDC>NaCDCで あ る こ と が 推 定 され る。 水 酸 基 の 数 が多 くな るほ ど,水 酸 基 が 同数 の 場 合 は,β 位 に付 く ほ どI1/I3値 は 大 き く な り,ミ セ ル 内 の 親 水 性 がCMC と同 様 に 大 き くな る傾 向 を示 した。 (ii) 非 イ オ ン界 面 活 性 剤 との 混 合 ミセル 内 の 極 陛: 胆 汁 酸 塩 ミセ ル の構 造 を調 べ る た め に,非 イオ ン界 面 活 性 剤,C10E8,と 各 胆 汁 酸 塩 混 合 水 溶 液 の 極 性 度I1/I3値 を胆 汁 酸 塩 の モ ル 分 率 に 対 して プ ロ ッ トし た もの を Fig.3 (a)∼(j)に 示 した 。 これ らの グ ラ フ か ら,一 般 に純 粋 胆 汁 酸 塩 ミセ ル の 内 部 は,C10E8の 純 粋 ミセル の 内 部 よ り もI1/I3値 が 小 さ く,よ り疎 水 性 で あ る こ と を 示 し た 。 胆 汁 酸 塩 の 高 モ ル 分 率 側 で,NaGUDC-C10E8 の混 合 系 以 外 は,急 激 に減 少 す る屈 折 点 を示 した 。 これ は,あ る特 定 の 割 合 で 非 イオ ン界 面 活 性 剤 主体 の球 状 の ミセル か ら胆 汁 酸 塩 主 体 の ミセル 構 造 へ と変化 す る こ と を示 して い る 。屈 折 点 か らのI1/I3値 の減 少 は,よ り コ ンパ ク トな ミセル が形 成 され て い る こ と を示 して い る。 そ れ に 対 してNaGUDC-C10E8の 混 合 系 は,あ る特 定 の モル 分 率 でI1/I3値 が 急 激 に増 加 す る傾 向 を示 し た。 こ れ は,7β 位 に 付 く水 酸 基 の た め に立 体 障 害 を生 じ,よ りル ーズ パ ッ クの 胆 汁 酸 塩 主 体 の ミセ ル が形 成 され る こ
Fig. 3 Plots of I1/I3 vs. Mole Fraction of Bile Salts at 25•Ž. Total surfactant concentration for each of the solutions is 100mmol dm-3.
日本 油 化 学 会 誌 第49巻 第11・12号 (2000) 1347 Fig. 3 Continued と を示 して い る14)。 I・1・c 蛍 光 発 光 ス ペ ク トル に よ る ミ セ ル の 平 均 会 合 数 (i) 胆 汁 酸 塩 の ミセル の 平 均 会 合 数m ミセル の平 均 会 合 数 は,胆 汁酸 塩 溶 液 に ピ レ ン を可 溶 化 させ,こ の溶 液 に,DPClを 添 加 した 溶 液 を調 製 し, ピ レ ンの 蛍 光 発 光 スペ ク トル を測 定 した22)∼24)。ス ペ ク トル の1番 目の ピー ク につ い て蛍 光 強 度 比 を求 め た。 プ ロ ー ブ分 子Pと ク エ ンチ ャー 分 子Qが ボ ア ソ ン分 布 に 従 って ミセル 中 に分 配 可 溶 化 され て い る場 合,あ るい は ミ セル 中 にPの み が 可 溶 化 され た と き の 発 光 で は ,Q 無 添 加 溶 液 の 蛍 光 強 度 に 対 す るQ添 加 溶 液 の 蛍 光 強 度 比(I/I。)と の 間 に次 の 関 係 が あ る。 (I/I。)=exp(-[Q]/[M]) (1) こ こで,[Q]は クエ ン チ ャー濃 度 を,[M]は ミセ ル の 濃 度 を表 す 。 ま た,[M]は 活 性 剤 の 濃 度[Det]と 平 均 会 合 数,n,に よ って 次 の よ うに示 され る 。 [M]=([Det]-[単 分 散 溶 質])/m (2) こ こで,ミ セ ル会 合 体 と平 衡 状 態 に あ る単 分 散 溶 質濃 度 はCMC値 に近 似 して よ い か ら(1), (2)式 よ り次 式 が得 られ る。 In(I/I。)=[Q]・m-/([Det]-[CMC]) (3) 従 っ て,[Q]に 対 す るIn (I/I。)値 の プ ロ ッ トか ら得 られ た 直 線 の 勾 配 か ら ミセル の 平 均 会 合 数mが 得 られ る。 通 常 の 活 性 剤 ミセ ル に比 べ て胆 汁 酸 塩 ミセル は 会合 数 も少 な く,Table 115)∼21)に示 し た よ う に,多 くて も25 分 子 程度 で あ る 。
1348 日本 油 化 学 会 誌 第49巻 第11・12号 (2000) (ii) 混 合 ミセ ル の平 均 会 合 数m Fig. 4に 各 胆 汁 酸 塩 の モル 分 率 に対 す る混 合 系 ミセル の 平 均 会 合 数 の グ ラ フ を示 した15)∼21)。胆 汁 酸 塩 単 独 ミ セル の 会 合 数 は平 均18で,C10E8単 独 ミセ ル の そ れ は 69で あ り,胆 汁 酸 塩 単 独 ミセ ル の 約3.5倍 に 相 当 す る。 しか し,Fig. 4か ら も分 か る よ う に,C10E8水 溶 液 に 会 合 数 の 少 ない胆 汁酸 塩 を少 量 加 え る と,平 均 会 合 数 は急 激 に 半 減 した 。 これ は 胆 汁 酸 塩 分 子 間 の 強 い 凝 集 力 と C10E8分 子 間 の 弱 い凝 集 力 の差 に よ る と考 え られ る。 I・1・d 1H NMR測 定 に よ る分 子 間 相 互 作 用 の 推定 日 本 電 子NMRス ペ ク トル メ ー タ ーJNM-EX 400を 用 い,400MHz, 25℃ で,縦 緩 和 時 間(T1)は 反 転 回 復 法,横 緩 和 時 間(T2)はCPMG法 に よ り測 定 した 。 T1とT2は,プ ロ トン核 の 緩 和 現 象 が,主 に磁 気 双 極 子 -双極 子 緩 和 で あ る と き式 で 表 せ る(式 は 省 略)。 これ ら の 関係 を使 っ て得 られ たT1とT2の 比,T1/T2に 含 まれ る ω は 既 知 量 で あ る か ら分 子 相 関 時 間 τcが求 め られ る25)。 分 子 の 運 動 性 を示 す τcの値 か ら,胆 汁 酸 塩 分 子 と C10E8分 子 との 相 互 作 用 の変 化 お よび 混 合 ミセル 中 の胆 汁 酸 塩 分 子 の 配 向 性 を推 定 し た。特 に,お 互 い に エ ピ マ ー の 関係 に有 るCDCとUDCに 対 す るNaGCDC-C10E8系 とNaGUDC-C10E8系 お よ びNaTCDC-C10E8系 と NaTUDC-C10E8系 の 混 合 系 の 組 み 合 わせ の τcを比 較 検 討 した 。 Fig. 5 (a), (b), (c)と(d)に 胆 汁 酸 塩 の18, 19,
Fig. 4 Plots of the Mean Aggregation Number, m, vs. Mole Fraction of Bile Salts at 25•Ž. Total surfactant concentration for each of the solutions is 50mmol dm-3.
日本 油 化 学 会誌 第49巻 第11・12号 (2000) 1349 Fig. 4 Continued 21位 に あ る各 メ チル 基 の プ ロ トン(Me 1.8, Me 19, Me 21で 表 す)の τc値を混 合 系 の 胆 汁 酸 塩 の モ ル 分 率 に対 して示 した26)。 以 上 の結 果 か ら,混 合 ミセ ル 中 で の胆 汁酸 塩 分子 の配 向性 を考 察 す る と,グ リ シ ン(G)と タ ウ リン(T)の 抱 合 体 と し て の 違 い は あ る がCDCの 構 造 を 持 つ NaGCDCとNaTCDCの ミ セ ル はback-to-backの 凝 集 体 を形 成 し,UDCの 構 造 を持 つNaGUDCとNaTUDC の ミセル はside-to-sideに 近 い 緩 く結 合 した凝 集 体 を形 成 して い る と考 え られ る 。 以 上 の 結 果 を も とに して 混 合 ミセル 中 での 各 胆 汁 酸 塩 分 子 の 配 向 性 を推 定 す る と,Fig. 6 (a)と(b)に 示 し た モ デ ル が考 え られ る26)。
I・2 胆 汁 酸 塩 に よ り可 溶 化 され た ビ タ ミ ンEの
ラ ッ ト腸 管 吸 収
d-α-tocopherol(ビ タ ミ ンE (VE))が,胆 汁 中 の胆 汁 酸 塩 に よ って 可 溶 化,あ るい は 乳化 され て 小 腸 管 で吸 収 され る こ とは,一 般 的 な周 知 の こ と と され てい る27),2 しか し,腸 管 吸 収 に お け る活 性 剤 と しての 胆 汁 酸塩 の影 響 につ い て は,少 数 の 報 告 が あ る だ け で あ る29)。Gibal-diとFeldmanは 胆 汁 酸 塩 ミセ ル が薬 物 の 生 体 膜 透 過 率 に2つ の 点 で 大 き く関 わ っ て い る こ とを示 し た。1っ は ミセ ル との相 互 作 用 に よ る薬 物 の 生 物 化 学 的 な性 質 に変 化 を与 え る こ とで あ り,も う1つ は活 性 剤 と して の胆 汁 酸 塩 が生 体 膜 に直 接 作 用 して,生 体 膜 の透 過率 に影 響 を 与 え る こ と で あ る。 ま た,今 井 等 は,ミ セル の粒 子 径 お よ び腸 管 内腔 の水 流 束(フ ラ ック ス)とVEの 腸 管 内 吸
1350 日本油 化 学 会 誌 第49巻 第11・12号 (2000)
Fig. 5 Plots of Correlation Times (Ąc) vs. Apparent Mole Fraction of Bile Salts System.
収 率 との 間 に は相 関 関 係 が あ る こ と を示 唆 して い る30)。 しか し,VEを 取 り込 ん だ ミセル あ る い は エ マ ル シ ョン の 粒 子 径 と腸 管 内 の吸 収 機 構 との 間 の 相 関 につ いて は, 未 だ十 分 に は解 明 され て い な い 。 そ こで,VEの 腸 管 吸 収 量 とVEを 可 溶 化 した胆 汁 酸 塩 水 溶 液 中の ミセル の 粒 子 径,会 合 数,可 溶 化 量 との 関 連 を調 べ る 目的 で この研 究 を行 っ た 。Fig. 7にNaGC, NaTC, NaGCDC, NaGDC, NaTDCお よ び 人 胆 汁 に 近 い 混 合 系(NaGC:29%, NaTC:13%, NaGCDC:30%, NaGDC:20%, NaTDC:9%)に つ い て得 られ た 各 胆 汁 酸塩 濃 度 に 対 す るVEの 飽 和 可 溶 化 量 を示 す31)。VEの 腸 管 吸 収 実 験 は, 200グ ラ ム の 雄 の ウ イ ス タ ー ラ ッ トの 小 腸 間 を 還 流 チ ュー ブで 連 結 し,VEを 可 溶 化 した 胆 汁 酸 水 溶 液 を流 速4.5ml/minで ポ ン プ を使 っ て 循 環 させ るin situ還 流 法 で 循 環 させ,一 定 間隔 で 還 流 液 を採 取 してVEの 残存 量 か ら,腸 管 吸 収 量 を求 め た 。Fig. 8は,各 種 胆 汁 酸 塩 濃 度 で可 溶 化 され たVEの 腸 管 吸 収 後 の残 存 率 の経 時 変 化 を示 して い る。この 結 果 は胆 汁 酸 塩 濃 度 が 高 くなれ ば, VEの 可 溶 化 量 も増 加 し,腸 管 内 で の 残 存 率 も増 加 す る こ とを示 し,見 か け上 腸 管 吸 収 率 が 減 少 す る結 果 を得 た。 そ こで,単 位VE濃 度 当 た り に換 算 した残 存 率 で比 較 す る た め に,VE残 存 率 を各 時 間 に お け るVE濃 度 で割 り, そ の 常 用 対 数 値 を時 間 に 対 してFig. 9に 示 した 。 そ の 結 果,VEの 腸 管 吸 収 速 度 は 一 定 で,疎 水 性 の 胆 汁 酸 塩 を用 い た系 の 方 がVEの 吸 収 量 が よ り多 く,ま た各 濃度 に対 す る経 時 変 化 は ほ と ん ど ない が,胆 汁 酸 塩 の 濃 度 に 依 存 して 増 加 す る こ とが 分 か った 。 これ らの ミセル 径 は 4∼7nmで あ り,会 合 数 も14か ら18の 狭 い 範 囲 に あ る こ とか ら,ミ セ ル の 粒 子 径 や 会 合 数 に よ っ て,VEの 吸 収 量 が影 響 され ない と判 断 した 。 一般 に,通 常 の 活 性 剤
日本 油 化 学 会 誌 第49巻 第11・12号 (2000) 1351
Fig. 6 Schematic Representation of the Mixed Micelle Models for the NaGCDC-C10E8 and NaGUDC-NaGCDC-C10E8 Systems.
Fig. 7 Amount of Solubilized VE in Various Concen-trations of Bile Salts at 37•Ž.
は,小 腸 管 内 の 表 面 に存 在 す る微 絨 毛 の膜 に直 接 相 互 作 用 す る こ と は よ く知 られ て い る29)ことか ら,こ れ ら胆 汁 酸 塩 の ミセル は,通 常 の活 性 剤 と 同 じよ うに生 体 膜 に直 接 相 互 作 用 し て い る と 考 え ら れ る 。Feldman等 は NaTDCミ セル が小 腸 管 内膜 か ら リン脂 質 と タ ンパ ク質 を溶 出 させ る作 用 が あ る こ と を報 告 して い る32)。これ ら は 今 井 の研 究 に よ っ て も支 持 され て い る30)。したが って, 各 種胆 汁酸 塩 混 合 水 溶 液 中 に飽 和 可 溶 化 され た ビ タ ミン Eの ラ ッ ト腸 管 吸 収 は,ミ セル の 大 き さ に は依 存 せ ず, 各 胆 汁 酸 塩 の 有 す る特 性 に 大 き く依 存 す る と結 論 され
Fig. 8 Time Dependence on Remaining Ratio of VE Solubilized Solution. た 。つ ま り,水 酸 基 の個 数 が少 ない ほ ど,ス テ ロ イ ド環 の α面 側 に水 酸 基 が 配 置 され て い る ほ どVEの 可 溶 化 量 お よび 小 腸 管 吸 収 も大 き く,人 胆 汁 に近 い組 成 を持 っ た系 は,個 々 の胆 汁 酸 塩 と比 べ て 中位 の効 果 が あ る こ と が分 か っ た 。
1352 日本 油 化 学 会誌 第49巻 第11・12号 (2000)
Fig. 9 Time Dependence on Logarithm of Remaining Ratio per 1mM of Solubilized VE.
II 肺 胞 に お ける界 面 活性 物 質(サ
ー フ ァ ク タ ン
ト)の 機 能 と開発
II・1・a 研 究 の 背 景 肺 の 呼 吸機 能 の 重要 な役 目を持 っ て い る肺 胞 内の 表 面 層 液 中 に は 肺 表 面 活 性 剤(LS)が 存 在 し,表 面 に 吸 着 した活 性 剤 に よ る表 面 張 力 の変 化 に よ っ て肺 胞 が収 縮 膨 張 し,呼 吸 が 正 常 に行 われ て い る。 この 活 性 剤 の 不 足 に よ って 生 じ る,呼 吸 窮迫 症候 群(RDS)の 治 療 薬 と して, 牛 の 肺 か ら抽 出 され た肺 表 面 活 性 剤 の 組 成 に倣 って 人 工 肺 表 面 活 性 剤 が 開 発 され て い る33),34)。LSの主 成 分 は DPPCで あ るが,DPPCだ け で は呼 吸 に応 じて 肺 胞 を 膨 張,収 縮 させ て機 能 させ る効 果 は な く35),子 牛 の肺 か ら 取 っ た 微 量 のsurfactant protein (SP-A, SP-B, SP-Cの 混 合物)を 添 加 す る こ とに よっ て,開 発 に成 功 して い る36),37)。In vitroでLSの 物 性 を測 定 す る方 法 は, ク レメ ン トの動 的表 面 張 力 の ヒス テ リ シス 曲 線 を描 く方 法 や 気 泡 を膨 張 収縮 させ るpulsating bubble法 な ど が あ るが,こ れ と云 って 決 め 手 にな る評価 の 方 法 で は な か っ た38),39)。我 々 はLSの 各 々の 成 分 を単 分 子 膜 状 で水 面 上 に拡 げ,一 定 面 積 を収 縮 させ る こ とに よっ て生 じる表 面 圧 力 の 減 衰 曲 線 か ら,一 般Maxwell Modelを 適 用 して, 表 面 粘 弾 性 を得 た40)∼45)。その 結 果,LSと して有 効 な治 療 薬 の成 分 に は,そ れ に 特有 な表 面 レオ ロジ ー特 性 を有 す る こと を見 い 出 し,こ の方 法 が人 工 肺 サ ー フ ァク タ ン トの物 性 の 評 価 法 と して,有 効 で あ る こ とを示 した。 II・1・b 人 工 肺 サ ー フ ァ ク タ ン ト(人 工LS)の 表 面 レ オ ロ ジ ー の 性 質 肺 の 発 達 が 未 熟 でLSが 十 分 に出 来 な い うち に早 産 し た 新生 児 に はLSが 不 足 して呼 吸 窮 追 症 候(Respiratory Distress Syndrome, RDS)に な る こ とが 多 い 。 この 治 療 薬 と して,牛 の 肺 か ら抽 出 され た肺 表 面活 性 剤 の組 成 に倣 っ て人 工 肺 表 面 活 性 剤 が藤 原 等 に よっ て 開発 され, 経 気 道補 充 療 法 と して使 用 され て い る 。人 工LSは 有 効 成 分 と して,パ ル ミチ ン酸(PA) 9.0%,エ ッグ ホ ス フ ァ チ ジル グ リセ ロ ール(EggPG) 22.1%, DPPC 68.0%, 小 牛 の 肺 か ら抽 出 したSP-BC, 0.9%を そ れ ぞ れ含 く み,LS-TAの 名 前 で 使 用 さ れ て い る46)。LSの 主 成 分 はDPPCで あ るが,DPPC単 独 成 分 だ けで は呼 吸 に 応 じて 肺 胞 を膨 張 収 縮 させ る効 果 は な く,子 牛 の 肺 か ら 取 っ た 微 量 のSurfactant Protein (SP-B, SP-Cあ る い は,SP-BCの 混 合 物)の 添 加 に よ っ て人 工LSと し て有 効 に な る こ とが 確 認 され て い る37)。 し か し,こ の 微 量 のSP-Bお よ びSP-Cあ る い は SP-BCが 添 加 され る こ と に よ っ て,な ぜ 有 効 に作 用 す るの か につ い て は,い ま まで の測 定 法 で は評 価 す る こ と は出 来 なか った 。Fig. 10 Apparatus for the Modified Wilhelmy Plate Method.
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そ こ で我 々 はLSの 各 々の 成 分 を単 分 子 膜 状 に水 面 上 に拡 げ,一 定 面 積 を収縮 させ る こ とに よ っ て生 じる表 面 圧 力 の 減 衰 曲 線 にFig. 10に 示 した 一般Maxwell model
を適 用 して,表 面 粘 弾 性 を得 る こ と を試 み た と こ ろ, LSと して有 効 な 治 療 薬 の 成 分 に は,そ れ に 特 有 な表 面 レオ ロ ジ ー特 性 を有 す る こ と を見 い 出 した43)。以 下 その 詳 細 を述 べ る。 II・1・c LS中 の 成 分 の 単 分 子 膜 の 表 面 レオ ロ ジー (i) 表 面粘 弾 性 の測 定 Fig. 11に 示 した よ うに表 面 張 力 の 測 定 に はWilhelmy Balanceを 使 用 した 。可 動 式 仕 切 り板 で仕 切 られ た 一 定 面 積Aを,一 定 速 度 で 微 少 面 積 ΔAだ け 圧 縮 し た と き に生 じ た表 面 張 力 の 平 衡 表 面 圧 まで の差 Δπの 減 衰経 時 変 化(t)曲 線 を求 め た 。 Δπ-t曲 線 を解 析 す るた め に 一 つ の ス プ リ ング と一 つ の ダ ッ シ ュ ポ ッ トか らな る一 般 Maxwell-Modelを 適 用 して,歪(ΔA/A)一 定 の 条 件 で, 次 の式(4)か ら表 面弾 性 率 εと表 面 粘 性 率 η を求 め た 。 (de/dt)=(1/ε)(dp/dt)+(p/η) (4) 但 し, e:歪,t:時 間,ε:弾 陛率,p:応 力,η:粘 性率 。 初 期 条 件t=0の と き の 初 期 応 力p=p0, p=p/eの と きの 緩 和 時 間 をt=τ とす る と,e=(ΔA/A)=一 定 の 場 合 は,(de/dt)=0と な るの で(1)式 は積 分 で きて, p=p0exp〔(-t/τ)〕 (5) を得 る。 応 力 緩 和 に 緩 和 時 間 の 分 布 が あ る と き,Kohl Rausch-williams Wattの パ ラメ ー タ,β を含 ん だ次 式 で 表 せ る47)。 p=p0exp〔(-t/τ)β 〕 (6) 測 定 の結 果,応 力 緩 和 に緩 和 時 間 の分 布 が な く,し た が っ て,β ≒1と 考 え て良 いの で,自 然 対 数 で 表 して, lnp=lnp0-t/τ (7) を 得 る。 但 し,τ=η/ε,こ の 式(7)を2次 元 の 表 面 圧 力 の変 化 に適 用 し,Fig. 11に 示 した対 応 を考 え る と, 前 もっ て測 定 され た各 成 分 の平 衡 表 面 圧(πe)-面 積 曲 線 か ら得 られ た Δπt, Δπ0は,Pt, P0と 式(8), (9) の 関係 に あ るの で,式(4)に 代 入 して式(11)を 得 る。 pt=Δ πt=πt-πe (8) p0=Δ π0=π0-πe (9) lnΔπt=lnΔπ0-t/τ (10) lnΔπt-tプロ ッ トに よ っ て 得 られ た 直 線 の切 片lnΔ π0と 傾 き(-1/τ)か ら,Δ π0と τを得 る。 一 方,Hookの 法則 か ら次 の 式(11), (12)を 得 る。 ε=-Δπ0/(ΔA/A) (11) η=-τ*ε= -(Δπ0)*τ/(ΔA/A) (12) Table 2の 各 成 分 と そ の 組 み 合 わ せ につ い て得 られ た 平 衡 表 面 圧 に対 す る表 面 粘 弾性 の 結 果 をFig. 12(a) (b) とFig. 13(a) (b)に 示 し た43)。人 工LS-TAは,平 衡 表 面 圧 変 化 に 対 して も殆 ど変 化 せ ず,あ る一 定 の 粘 弾性 を示 し,SPを 含 まな い 他 の 成 分 に対 す る結 果 とは 明 ら か に は っ き り と した差 が 見 られ た。 更 に,TAと 殆 ど同 じ成 分 を持 つ,(SP-B)-MIX, (SP-C)-MIXと(SP-B +C)-MIXの 粘 弾 性 の平 衡 表 面 圧 に対 す る傾 向 は,殆 ど TAと 同 じで あ っ た 。 この こ と か ら,我 々 はSPの 存 在 がLSの 有 効 性 に と っ て 不 可 欠 の 条 件 で あ る と結 論 し た。 な ぜ,微 量 のLSの 添 加 で 有 効 に な るの か,表 面 層 に吸 着 して い るSPの 挙 動 に関 して の 詳 細 は 不 明 で あ る が,粘 弾 性 の結 果 か らつ ぎの こ とが結 論 で き る。 肺 胞 の 膨 張 に際 して,SP分 子 はDPPCや そ の 他 の 吸 着 分子 と複 合 体 を形 成 し,肺 胞 内表 面 上 に拡 が る役 目 を し,肺 胞 の 収 縮 に際 して は,DPPC同 志 が凝 集 しな い よ うに 吸着 分 子 に対 して ク ッシ ョンの よ うに作 用す る こ とに よっ て,絶 えず 表 面 粘 弾 性 を一 定 に保 持 し,呼 吸 の サ イ クル 運 動 を助 け て い る と結 論 され る。この よ うに,
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Table 2 The components of each sample.
aSP-BC, suffactant protein separated from the lung surfactant by using a column with
chloroform/methanol (2:1v/v) as a developing solvent.
bSP-B, SP-C, surfactant proteins separated from SP-BC by using a column with
chloroform/methanol (1:1v/v) solvent including 0.1mol-1 hydrochloric acid (5% v/v).
cSP-B+C, surfactant protein remixed from SP-B and SP-C (at ratio of 65:35 w/w for
SP-B:SP-C).
Fig. 12 (a) Surface Shear Moduli against ESP for (SP-BC) Systems with SP-BC and TA Monolayers on Saline Water at 25•Ž. (b) Surface Shear Viscosities against ESP for (SP-BC) Systems with SP-BC and TA Monolayers on Saline Water at 25•Ž.
Fig. 13 (a) Surface Shear Moduli against ESP for SP-MIX Monolayers with Various Surfactant Proteins on Saline Water at 25•Ž. (b) Surface Shear Viscosities against ESP for SP-MIX Monolayers with Various Surfactant Proteins on Saline Water at 25•Ž.
日本 油 化 学 会誌 第49巻 第11・12号 (2000) 1355 SPはLSに 対 して 重 要 な役 目 を担 う機 能 性 を持 っ た高 分 子 で あ る こ と が確 認 され た 。 今 後 は,動 物 の 肺 か ら微 量 しか採 取 出来 な いSPに 代 る,よ りLSと して の機 能 性 を持 ち,肺 胞 に適合 性 した 高分 子 をin vitroで 開発 す る こ と が,こ れ か らの 課 題 と考 えて い る。 III・1 α-ベ ン ゾ イ ル ア セ トア ニ リ ド(BAA)の ケ トー エ ノ ー ル 型 互 変 異 性 を 用 い たPCリ ポ ソ ー ム の 相 転 移 温 度 の 評 価 Fig. 14に 示 し た α-ベ ン ゾ イ ル ア セ ト ア ニ リ ド (BAA)を プ ロ ー ブ と して 希 薄 な 一 枚 膜 リポ ソー ム サ ス ペ ン シ ョン の相 転 移 温 度(Tc)を 決 定 す る有 効 な手 段 で あ る こ と を見 出 した48),49)。希 薄 な一 枚 膜 リポ ソ ー ム サ ス ペ ン シ ョ ン はFig. 15に 示 し た 装 置 を 使 い,Table 3に 挙 げ た最 適 条 に よ っ て エ タ ノ ール 注 入 法50),51)によ り 調 製 され た52),53)。我 々 は,こ の 方 法 をBAA法 と名 付 け て い る。 リポ ソ-ム サ ス ペ ン シ ョン の温 度 の 増 加 に 対 して,分 光 光 度 計 で 測 定 され た ケ ト型 の吸 光 度 に対 す る エ ノ ール 型 の 吸 光 度 の 割 合(Aenol/Aketo(%))が あ る温 度 で 急 増 し,鋭 い ピー ク を示 す 。Fig. 16に 示 した よ うに,こ の (Aenol/Aketo(%))値 の 増 加 し始 め る温 度 と ピー クの 温 度 が,DSCに よ る吸 熱 が始 ま る温 度 と吸 熱 が終 わ る温 度 と各 々一 致 した こ とか ら,DSC測 定 で の 吸 熱 が終 わ る と き の温 度 と,ピ ー ク 値 の 温 度 を リポ ソ ー ム の ゲ ル ー 液 晶 のTcと して 採 用 した 。
Fig. 14 (a) Structural Formula of BAA. (b)
Absorp-tion Spectra of BAA Dissolved: (A) in mixed
solvent consisting of water and ethanol
(94/6(v/v)); (B) in liposome suspension
pre-pared from lecithins.
III・2 2種 の リポ ソ ー ム 間 の 合 一 性 の 評 価
Dimyristoyl phophatidyl Choline (DMPC)とDPPC の 各 々 か ら な る2種 の リポ ソー ム サ ス ペ ンシ ョ ン に 関 し,以 下 の3種 の方 法 で 混 合 した 各 混 合 リポ ソーム サ ス ペ ン シ ョンのTcを 比 較 す る こ とに よ っ て,リ ポ ソー ム 間 の 合 一性 を評 価 した 。 方 法-1: DMPCとDPPCの 各 々 の リポ ソ ー ム サ ス ペ ン シ ョン を室 温 で 等 量 混 合 し,直 ぐ に20℃ か ら昇 温 させ な が ら各温 度 に お け る吸 光 度 を測 定 す る。 方 法-2: DMPCとDPPCの 各 々 の リポ ソ ー ム サ ス ペ ンシ ョ ンを室 温 で等 量 混 合 し,そ の 混 合 サ ス ペ ンシ ョ ン を70℃ まで 昇 温 させ1時 間静 置 し,そ の 後 室 温 ま で 自然 冷 却 す る 。更 に20℃ か ら昇 温 させ な が ら各 温 度 に お け る 吸光 度 を測 定 す る 。 方 法-3: DMPCとDPPCの2種 の 成 分 を予 め 混 合 して リポ ソー ム サ ス ペ ン シ ョ ン を調 製 し,70℃ まで 昇 温 させ,1時 間 静 置 し,そ の 後 室 温 ま で 自然 冷 却 す る。 更 に20℃ か ら昇 温 させ な が ら各 温 度 に お け る吸 光 度 を 測 定 す る。 Fig. 17:は3種 の方 法 を使 って 調 製 したDMPCリ ポ
Table 3 Conditions of the Injection for Liposome
Preparation.
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Fig. 16 Phase Transition Temperature (Tc) of DPPC Liposome by DSC Measurement (no mark) and by Absorbance Ratio of Enol to Keto of BAA (• ).
Tc: temperature corresponding to the peak for BAA method and corresponding to end of absorption of heat for DSC method.
Fig. 17 The Plots of the Absorbance Ratio vs. Temper-ature for Each Liposomes Prepared by Procedure-1, 2, 3. ソ-ム サ ス ペ ン シ ョ ン とDPPCリ ポ ソ ームサ スペ ンシ ョ ン等 量 混 合 物 の(Aenol/Aketo(%))値 の 温 度 変 化 を示 し て い る54),55)。方 法-1で 得 られ た 曲線 に観 察 され た2つ の ピ ー ク は,各 々DMPC (24℃)とDPPC (41℃)単 独 の もの と ほぼ 対 応 して い る。 次 に,方 法-2で 得 られ た 曲 線 に は32℃ 付 近 に 一 つ の ピ ー ク の み が観 測 され た 。 両 者 の 単 独 系 のTcに 相 当 す る ピ ー ク は観 測 され な か っ た 。 従 っ て,こ の 時 点 で はDMPC, DPPCの 単 独 系 リポ ソー ム は存 在 して い な い こと が推 測 され る。 こ の こ とか ら,異 な るTcを 持 つ リポ ソ ー ム を等 量 混 合 して 両 者 のTc以 上 に まで 昇 温 させ た場 合,あ た か も細 胞 膜 間 の相 互 作 用 の よ うに新 た な混 合 リポ ソ ーム が形 成 され る こ とが分 か っ た 。更 に,方 法-3で 調 製 され た リポ ソ ー ム の ピー ク値 も,方 法-2で 調 整 され た リポ ソ ー ム の そ れ と一 致 した 。両 者 の 曲線 が ほぼ 重 な る こ とか ら,方 法 -2に よ る混合 リポ ソ ー ム は,Fig. 1854)に模 式 的 に示 し た よ うに,2種 の 脂 質 分 子 が均 一 に配 向 した混 合 状 態 に な っ て い る と考 え られ る。 14
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Fig. 18 Scheme of the Reconstructed Liposome by Warming the Two kinds of Mixed Liposomes from 25•Ž to 70•Ž. III・3 DPPCリ ポ ソ ー ム に 対 す る コ レ ス テ ロ ー ル の 添 加 効 果 Fig. 1954)はDPPCリ ポ ソー ム に 各 種 濃 度 の コ レ ス テ ロー ル を添 加 した と き の ピー ク値 へ の影 響 を示 して い る。Fig. 19中 の ピ ー ク の 位 置 に相 当 す るTcは コ レ ス テ ロ ール の添 加 量 に依 存 せ ず,ほ ぼ一 定 の40℃ ∼41℃ で あ っ た が,コ レ ス テ ロ ール の 添 加 量 の 増 加 に した が い, ピー ク付 近 の(Aenol/Aketo(%))値 の 減 少 が 認 め られ た 。 これ は,コ レス テ ロ ール 分 子 が 脂 質 二 分 子 膜 内 に 取 り込 まれ て配 向す る こ と に よ り,疎 水 基 間 の 相 互 作 用 が 強 め られ,そ の 結 果,BAA分 子 の リポ ソ ー ム ニ 分 子 膜 内 へ の 取 り込 み が 妨 げ られ,(Aenol/Aketo(%))値 が 減 少 し た と考 え られ る 。
Fig. 19 Effect of Temperature on Absorbance Ratio of Enolic Form and Ketonic Form in DPPC Liposome in Additional System of Cholesterol.
Fig. 20 The Plots of the Absorbance Ratios vs. Temperature Curves for Each Liposomes Consisting of 10mol%-cholesterol Prepared by Procedure-1, 2, 3. III・4 DMPCとDPPCの 混 合 リ ポ ソ ー ム に 対 す る コ レ ス テ ロ ー ル の 添 加 効 果 III・2で述 べ た3種 の 方 法 で 得 られ た リポ ソ ー ム に コ レ ス テ ロ ール を添 加 した場 合 の結 果 をFig. 2054)に示 し た。Fig. 17の コ レ ス テ ロ ール 無 添 加 系 と 同様 に,方 法 -2に よ っ て得 られ た 曲線 が1つ の ピ ー クの み を示 した こ とか ら,コ レス テ ロー ル 添 加 系 で も2種 の リポ ソ ーム を混 合 した 場 合,Tc以 上 で コ レス テ ロ ール を保 持 した ま まで 混 じ り あい,混 合 リポ ソー ム を形 成 す る と結 論 で き る。 こ こで,コ レス テ ロー ル の 無添 加 系 と添 加 系 の グ ラ フ を,3つ の 方 法 ご と に別 々 に比 較 し た もの がFig. 2154)であ る 。 ど の方 法 で も添 加 系 の方 が グ ラ フの 下 側 の 位 置 して い る が,方 法-2に 従 い,Tc以 上 で 混 じ り あっ た 後 で も,コ レ ス テ ロ ー ル の 添 加 効 果,即 ち, (Aenol/Aketo(%))値 を減 少 させ る効 果 が確 認 され た こ と は興 味 あ る事 実 で あ る。 この 現 象 は,混 合 リポ ソ ーム が再 構成 され る時 に,コ レス テ ロ ール が沈 殿 を生 成 させ る こ と な しに,幾 つ かのPC分 子 とコ ン プ レ ッ クス を形 成 した状 態 で,リ ポ ソ ー ムニ 分 子膜 中 に取 り込 まれ た こ と を意 味 して い る。 III・5 DPPCリ ポ ソ ー ム の 相 転 移 温 度 に 及 ぼ す イ オ ン性 活 性 剤 お よ び 非 イ オ ン 性 活 性 剤 の 添 加 効 果 界 面 活 性 剤 と分 散 剤 の 助 剤 と して の リポ ソ ー ムが 一所 に利 用 され る多 く の研 究 が報 告 され て い る56)∼63)。そ の 15
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Fig. 21 The Plots of the Absorbance Ratios vs. Temperature Curves for Various Liposomes Prepared by Procedure-1, 2, 3.
際,活 性 剤 は リポ ソー ム膜 を崩 壊 した り,可 溶 化 す る作 用 が あ る。 そ こで,リ ポ ソ ー ム溶 液 と各 界 面 活 性 剤 溶液 (SDS, C10E8各 単 独 溶 液 とSDS/C10E8混 合 溶 液)を 等 量 混 合 し,そ の 溶 存 状 態 をBAA法 に よ っ て 研 究 を 行 っ た。 混 合 サ ン プ ル を50℃ で10分 間 温 置 し た後, 20℃ に 下 げ,20∼50℃ の 温 度 範 囲 で 吸 光 度 比, (Aenol/Aketo(%))値 の測 定 を行 っ た 。Fig. 22(a), (b) に,リ ポ ソー ム サ ス ペ ン シ ョ ン にSDSを0∼10.0mM の範 囲 で添 加 した と きの温 度 に対 す る吸光 度比 の変 化 を 示 した64)。 ス ペ ク トル の 各 ピ ー ク は,Fig. 22(a)のSDSを2.0 mMま で の添 加 系 で は徐 々 に低 温 側 に シ フ トし,吸 光 度 比 が 高 く な っ た 。 そ れ に対 してFig. 22(b)でSDSの 2.5∼4.5mMの 範 囲 の 添 加 系 で,吸 光 度 比 の ピ ー ク が 低 温 部 と高 温 部 の2ヵ 所 に現 れ,SDS濃 度 の 増 加 と共 に こ の2つ の ピ ー ク の 間 隔 は 顕 著 に な っ た 。SDSを 6.0mM以 上 添 加 す る こ と に よ っ て,こ の ピ ー ク は消 失 した 。 Fig. 22(c)に,リ ポ ソ ー ム サ ス ペ ン シ ョン にSDSを 0mM∼10.0mMの 範 囲 で 添 加 した と きの 温 度 に対 す る DSC変 化 を示 した 。SDSを2.0mMま で添 加 し た系 で は,吸 熱 ピ ー ク が1つ だ け 現 れ,SDSの 添 加 濃 度 の増 加 と共 に その ピー ク は低 温 へ と移 動 し た 。SDSを3.0 ∼5 .0mMの 添 加 で は ピー ク が2つ 現 れ,そ の ピ ー ク 間 隔 はUV測 定 の結 果 と同 様 に添 加 す るSDS濃 度 の 増 加 と共 に顕 著 に な る傾 向 を示 し た 。SDSを6.0mM以 上 添 加 で は,ピ ー ク は消 失 した。Fig. 22(d)に,リ ポ ソ ー ム サ ス ペ ン シ ョ ン にSDSを3.5mM添 加 し た と きの 吸 光 度 比,相 対 粘度,濁 度 の温 度 変 化 を ま とめ て示 した。 吸 光 度 比(I)の2つ の ピ ー ク 間 で,相 対 粘 度(II)は 上 昇 し濁 度(III)は 減 少 した。 吸 光 度 比 の2つ の ピ ー ク はTcに 相 当 す る の でv測 定 温 度 の20℃ か ら温 度 を上 昇 させ た とき に ゲ ル 状 の リポ ソ ー ム にSDS分 子 が 入 り 込 み,UV測 定 で の低 温 側 の ピ ー クで 崩 壊 して 小 断 片 の 板 状 の 液 晶 ラ メ ラ に な る と考 え られ る。 吸光 度 比(I) の高 温 側 の ピ ー ク は,リ ポ ソー ムに再 構 成 され な か った ゲル 状 の ラ メ ラが 液 晶 状 態 へ と相 転 移 す る た め に現 れ る と考 え られ る。ま た,こ の 温 度 以 降,相 対 粘 度 が下 が り, 濁 度 が 上 が っ て い る こ とか ら,リ ポ ソー ムの 崩 壊 断 片 で あ る液 晶 状 ラメ ラが液 晶状 の球 状 リポ ソ ー ム を再 構成 す る と考 え られ る。 Fig. 23(a), (b), (c)と(d)に,リ ポ ソ ー ム サ ス ペ ン シ ョ ン にC10E8を0∼2.0mMの 範 囲 で添 加 した と き の 温 度 に対 す る吸 光 度 比(a), DSC(b),濁 度(c)お
よびESR (d)の 変 化 を ま とめ て示 した64)。Fig. 23(a) はC10E8を0.5∼1.25mMの 範 囲 で添 加 した系 で,SDS を添 加 した 系 と同 様 に2つ の 吸 光 度 比 の ピ ー ク が 現 れ た 。 しか しSDSを 添 加 し た系 とは 異 な り,低 温 側 の 鋭 い ピー ク(35℃)値 は添 加 す るC10E8の 濃 度 が増 加 して も移 動 せ ず に 一 定 で あ っ た 。 高 温 側 の ピー クは,C10E8 の添 加 濃 度 が0.75mMま で は 徐 々 に低 温 側 に移 行 し, そ の 濃 度 以 上 で は 高 温 側 に移 行 した 。C10E8を2.0mM 以 上 添 加 した系 で は,こ の ピー クは消 失 した。 Fig. 23(b)に 示 したDSC (b)曲 線 に は 吸光 度 比(a) と は異 な っ て,低 温 側(約35℃)に,ピ ー ク は現 れ ず, 高 温 側 の ピ ー ク の み が 現 れ た 。C10E8を2.0mM以 上 添 加 した 系 で は高 温 側 の ピ ー ク も消 失 した 。 しか し,Fig. 23(c)に 示 した この 系 の 濁 度 測 定 に は,吸 光 度 比 と 同 様 に35℃ 付 近 で 鋭 い ピ ー ク が現 れ た こ とか ら,35℃ 付 近 で は相 転 移 で は な く,C10E8の 脱 水 和 作 用 に よ る リポ ソー ム とC10E8 richミ セル の相 互 作 用 が 生 じて い ると判 断 し た。 希 薄 系 で の こ の よ う な現 象 は,BAA法 で し か 確 認 で き な か った 新 しい 事 実 と考 え る。ESRは,ス ピ ン ラベ ル 法 で 測 定 し,オ ー ダ ーパ ラ メ ー タ ーSを 計 算 して 膜 の 流 動 性 を評 価 し た65)∼67)。ス ピ ン ラ ベル 剤 と し て5-nitroxide stearic acid (5-NS)を 用 い た。
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Fig. 22 (a) and (b): Additional Effects of SDS on Absorbance Ratio of Enol to Keto of BAA in DPPC Liposome. (c): Additional Effects of SDS on Turbidity for DPPC Liposome. (d): Effects of Temperature on Properties
of DPPC Liposome Suspensions Containing of SDS 3.5 mM in the Absorbance Ratio of Enol to Keto of BAA(I) Relative Viscosity(II) and Turbidity(III). SDS concentration=•¡; 0mM, • ; 0.5mM, •£; 1.0mM, •¢; 2.0mM,•Ÿ ; 3.0mM, •ž; 3.5mM, •œ; 4.5mM, •›; 5.5mM, •~; 6.0mM, -; 8.0mM Fig. 23(d)に,リ ポ ソー ム サ ス ペ ン シ ョ ン にC10E8 を0∼1.5mMの 範 囲 で,温 度 に対 す る オ ー ダ ーパ ラ メ ー タ ーSの 変 化 を示 した 。 オ ー ダ ーパ ラ メ ー ターSの, 各Tc付 近 に お け る急 激 な減 少 か ら,膜 の流 動 性 の 増 加 が 確 認 され た 。 C10E8濃 度 の 増 加 と共 に混 合 ミセル の 割 合 が 増 え,全 体 的 にオ ー ダ ーパ ラメ ー タ ーS値 が減 少 した 。 Fig. 24(a)に,リ ポ ソー ム サ ス ペ ン シ ョン にSDSを 0∼10.0mMの 範 囲 で 添 加 した と きの 相 図 を示 した 。 こ れ はUV測 定 とDSC測 定 の 結 果 か ら得 たTcを,SDS 添 加 濃 度 に 対 し て プ ロ ッ ト した もの で あ る 。SDS添 加 濃 度 が2.5mM付 近 まで は,SDS濃 度 が増 加 す る につ れ て リ ポ ソ ー ム 中 に 取 り込 ま れ るSDSの 分 子 数 が 増 し,二 分 子 膜 が ル ー ズ パ ッ ク に な りTcが 減 少 す る。
1360 日本 油 化 学 会 誌 第49巻 第11・12号 (2000)
Fig. 23 (a) Additional Effects of C10E8 on Absorbance Ratio of Enol to Keto of BAA in DPPC Liposome. (b) Differential Calorimetric Profiles of DPPC Liposome in Additional Systems of C10E8. (c) Additional Effecs of C10E8 on Turbidity for DPPC Liposome. (d) Additional Effects of C10E8 on
Order Parameter S from ESR Spectra of 5-NS.
C10E8 concentration=•¡: 0mM, • : 0.5mM, •›: 0.75mM, •£:1.0 mM, •œ: 1.25mM, •~:1.5mM, •¢: 2.0mM. SDS添 加 濃 度 が2.5mM以 上 で は,低 い 温 度 領 域 で 球 状 の リポ ソ ー ム と ラメ ラ状 の会 合 体 が共 存 して い る と考 え られ る。 その 理 由 は,温 度 の上 昇 に よ り リポ ソ ー ム が 相 転 移 し,SDSの 膜 内 取 り込 み に よ っ て 球 状 構 造 が 壊 され,粘 性 の あ る液 晶 ラメ ラ状 片 が増 加 す る 。 さ らに温 度 の上 昇 に よ って ゲ ル 状 の ラメ ラが相 転 移 しs液 晶の ラ メ ラ片 に な る。 これ らの ラ メ ラ片 は高 温 領 域 で は そ の構 造 を保 ち続 け る こ とが 出来 ず,球 状 構 造 に再構 成 され る 。 SDS添 加 濃 度 が6mM付 近 で 混 合 ミセ ル へ の 可 溶 化 が 始 ま り,SDS添 加 濃 度 が8mM以 上 で は,脂 質 は 全 て 混 合 ミセ ル と して存 在 す る と推 論 され た。 Fig. 24(b)に,リ ポ ソー ム サ ス ペ ン シ ョ ン にC10E8
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Fig. 24 (a) Phase diagrams illustrated by temperatures (Tc) in DSC spectra (solid line), and temperatures corresponding to peaks of absorbance ratios of enol to keto (dotted line) for the mixtures with various ratios of SDS solutions and DPPC liposome suspension.
(b) Phase diagrams illustrated by plotting temperatures at peaks of absorbance ratios of enol to keto for the mixtures of DPPC liposome suspension and SDS/C10E8 mixed solutions with mole fractions of C10E8 of 0.5, 0.75, 0.875, 0.975 and 1.0 C10E8=•Ÿ: 0.5, •¢: 0.875, •~: 0.975, •›: 1.0. 単 独 溶 液,SDS/C10E8(モ ル 比=1:1, 1:3, 1:7, 1: 15:C10E8の モ ル 分 率 は そ れ ぞ れ0.5, 0.75, 0.875, 0.975)混 合 界 面 活 性 剤 溶 液 を添 加 した 時 の 相 図 を示 し た 。 この相 図 か ら次 の よ うな状 態 が推 察 され た。(a)添 加 す る界 面 活 性 剤 濃度 の増 加 と共 にTcが 減 少 す る領 域 で は,界 面活 性 剤 が リポ ソ ー ム 中に 取 り込 まれ るた め, 低 温 で相 転 移 しやす くな り,相 転 移 に よ って 液 晶状 態 の 混 合 リポ ソ ー ム を形 成 す る。(b)さ らに 界 面 活 性 剤 濃 度 の増 加 に よ り相 転 移 温 度 が 上 昇 した の は,界 面活 性 剤 濃 度0.75mM付 近 か ら混 合 ミ セル が 出 来 は じ め,そ の た め リポ ソ ー ム 中 に取 り込 まれ る界 面活 性 剤分 子 の数 が 減 少 す る。(c)そ の 領 域 で は,そ のTcで リポ ソ ー ム と 混 合 ミセル の 合一 が 起 こ り,そ の結 果混 合 リポ ソー ム が 再 構 成 され る。(d)界 面 活 性 剤 を1.5mM以 上 添 加 した 系 で は,脂 質 が 全 て 混 合 ミセ ル 中 に取 り込 ま れ る 。界 面 活 性 剤 が二 分 子 膜 を崩壊 す る現 象 は一 般 に リポ ソ ー ム が 可 溶 化 され る こ とに よっ て起 こる 。界 面 活 性 剤 を添 加 す る こ と に よ って 起 こ る リポ ソー ム の可 溶 化 過 程 は,リ ヒ デ ン ベル グ ら60)によ り3つ の 段 階 に分 けて 説 明 され て い る。 まず,最 初 は,界 面 活 性 剤 モ ノ マ ー が リポ ソ ー ム を 飽 和 状 態 にす る まで 二分 子 膜 中 に入 り込 む。 その と きの リポ ソ ー ムのTcは,二 分 子 膜 中の 界 面 活 性 剤 の 増 加 と 共 に減 少 す る 。二 番 目の段 階 で は,リ ポ ソー ム が飽 和 し, 混合 ミセル が共 存 して い る。 最 後 の 段 階 で,リ ポ ソ ー ム を構 成 す る リン脂 質 は混 合 ミセル 中 に完 全 に取 り込 まれ る。 同様 な系 に対 して得 られ た我 々 の 結 果 は,希 薄 系 リ ポ ソ ー ム につ いて も,リ ヒ テ ン ブル グ 等 の考 え を支 持 す る もの で あ る。 IV 難 溶 性 薬 物 の 水 へ の 溶 解 性 IV・1 胆 石 モ デ ル と して の ビ リル ビ ン カ ル シ ウ ム デ ィ ス ク の 溶 解 現 象 近 年,胆 石 症 患 者 の 数 は 著 し い 増 加 の 傾 向 に あ る68)∼71)。胆 石 症 の 治 療 は 主 に外 科 的 手 術 が行 わ れ て い るが,胆 石 の サ イ ズ や存 在 位 置 に よ って は手術 に よ る胆 石 除 去 が 困難 な場 合 もあ り,溶 剤 を用 い て 胆石 を溶 解 さ せ る こ とが試 み られ て い る72)∼75)。 胆 石 は コ レ ス テ ロ ール 系 石 と ビ リル ビ ン系石 と に大 別 す る こ とが で き76),77),前者 につ い て は,t-ブ チ ル メチ ル エ ー テル(MTBE)が 臨 床 使 用 され て お り,以 前,我 々 もMTBEと 胆 汁 との 混 和 性 の 向 上 を 図 る た め に,O/W
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Fig. 25 Structural Formula of Calcium Bilirubinate.
Fig. 26 Additional Effect of DMI in the Dissolution Agent Consisting of 4.0wt% EDTA at pH8.4.
エ マ ル シ ョ ン の 研 究 を 行 っ て い た78)。Fig. 25に 合 成78)∼80)して 得 た ビ リル ビ ン カ ル シ ウ ム(BilCa)の 構 造 式 を示 し た 。 し か し,混 合 胆 石 は,BilCaの 他 に コ レ ス テ ロ ー ル も含 む た め,コ レ ス テ ロ ー ル 胆 石 の 直 接 溶 剤 だ け で は 溶 解 性 が 低 い こ と が 知 ら れ て い る 。 そ こ で,カ ル シ ウ ム の キ レ ー ト剤 で あ るethylene di-aminetetraacetic acid (EDTA)と 非 プ ロ トン 性 極 性 溶 媒 で あ る1, 3-dimethyl-2-imidazolidinone (DMI)の 混 合 液 を 用 い て,胆 石 モ デ ル で あ る 純 成 分 のBilCaデ ィ ス ク の 溶 解 実 験 を ス タ テ ィ ッ ク デ ィス ク 法 に よ り 行 い,
Table 4 Chemical composition of human gallstone (%).
Fig. 27 Photographs of Human Gallstone Dissolved by
the Dissolution Agent Consisting of 4.0wt%
EDTA and 30wt% DMI at pH 8.4: (a)
before dissolution; (b) after 10min; (c)
af-ter 30min; (d) afaf-ter 1h; (e) afaf-ter 3h.
これ らの 効 果 的 な 溶 解濃 度 を確 認 した81)。 非 プ ロ トン性極 性有 機 溶 媒 と して,特 に我 々 が 注 目 し た の は,1, 3-ジ メチ ル-2-イ ミダ ゾ リジ ノ ン(DMI)で あ る。Fig. 26は37℃, pH 8.4でDMI, 30%を 含 む EDTAの 濃 度(wt%)に 対 す るBilCaの1時 間 当 た り の 溶 解 濃 度(mg/dl)曲 線 を示 して い る81)。Fig. 26か ら 分 か る よ う に,EDTA 4.0%でBilCaの 最 大 の 溶 解濃 度 70mg/dlを 示 した 。 こ の値 は,い ま ま で に 検 索 され て き た溶 解 剤 よ り も優 れ た 溶 解能 力 を持 って い る こ とが分 か っ た 。 そ こで,Table 4に 示 す 組 成 を持 っ た人 胆 石 の 溶 解 実 験 を こ の溶 解 剤 で行 っ た と こ ろ,Fig. 27に 示 し た よ う に3時 間 で,定 性 的 で は あ るが,十 分 な溶 解性 が 確 認 され た81)。
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IV・2 難 水 溶 性 ジ ク ロ フ エ ナ ク ナ ト リ ウ ム(DCF) 抗 炎 症 剤 の 水 へ の 溶 解 現 象
Fig. 28で 示 した分 子 構造 を持 っ たDiclofenac Sodium, sodium 2-[(2, 6-dichlorophenyl) amino]-phenyl acetate, DCF)は,白 色 の結 晶 性 粉 末 で,強 い プ ロ ス タ グ ラ ン ジ ン生 合成 阻害 剤 を有 し,消 炎,お よび 鎮 通 作 用 な ど, 非 ス テ ロ イ ド系 抗 炎 症 剤 と して 使 用 され て い る 。 メ タ ノ ール,エ タ ノール に は溶 解 す る が,難 水 溶 性 で あ り, 塗 布 使 用 す るに は,水 に溶 解 す る必 要 が あ る。 1, 3-ブ チ レ ン グ リコ ー ル(1, 3-BG)はDCFを 透 明 に水 に 溶 解 す る こ とが知 られ て い る。 更 に,第 三 の 物 質 と して 水 に不 溶 性 の両 親 媒 性 物 質 で あ る モ ノ カ プ リル酸 プ ロ ピ レ ング リコ ール(MCPG)を 加 え る こ と に よ って, 溶 解 性 が 増 す こ と も確 認 され て い る。 これ は,ハ イ ドロ
Fig. 28 Diclofenac Sodium (DCF).
トロ ピ ーで あ る と考 え られ る82),83)。Fig. 29(a), (b), (c), (d)に 一 定 重 量%のDCFに 対 す る水-1, 3-BG-MCPG 混 合 系 の 三 角 相 図 を示 した84)。一 定 重 量%のDCFに 対 して温 度 を10℃, 20℃, 30℃, 40℃ と昇温 す る と,5% DCFと10% DCFで は30℃ で 最 も溶 解 領 域(S)が 広 が っ た 。 一 定 温 度 で の 溶 解 度 は20℃ と401の 各 温 度 で の測 定 結 果 は,両 者 と も7% DCFが 最 も大 き な溶 解 領 域 を示 した。 ま た,三 成 分 の 濃 度 の 変 化 に よ っ て,透 明溶 解 領 域 内で の 溶 存 状 態 や 溶 液 物 性 を調 べ る た め に, 特 に屈 折 率,電 気 伝 導 度,粒 子 径 な どの物 性 を測 定 した。 Fig. 30(a)に,20℃, 7% DCFに 対 す る これ らの 結 果 を示 す 。1, 3-BG濃 度 の増 加 と共 に,屈 折 率 は増 加 し, 電 気 伝 導 度 は減 少 した 。 この と き,そ れ ぞ れ の直 線 の 勾 配 が 同一濃 度 で 変 化 し,直 線 に屈 折 点 を生 じて い る こ と が分 か っ た。 従 って,こ の 濃度 付 近 を境 に して連 続 層 が 親 水 性 層 か ら有 機 溶 媒 の 疎 水 性 層 へ と徐 々 に転 換 し,分 子 の溶 解 状 態,会 合 状 態 が 変 化 して い る こ とが推 定 され た 。Fig. 30(b)に 他 の 成 分 比 で 測 定 され た 結 果 を示 す 。 屈 折 点 を点 線 で 結 ん だ 境 界 線 の 右 側 で は,DCF分 子 を 中心 に して,親 水 基 を 中 に向 け,疎 水基 を有 機 溶 媒 側 に 向 け た状 態 で 水 分 子 を内 包 す る よ うな 分子 の集 合 体 を形 成 して,疎 水 性 層 中 に溶 解 して い る と推 定 され る。更 に, この会 合 体 の 存 在 を確 認 す るた め に,溶 解 領 域 中の 各 成 分 比 の溶 液 に対 して 粒 子 径 の 測 定 を行 っ た 。 その 結 果,
Fig. 29 (a) Phase Diagrams Consisting of Water 1, 3-Butylene Glycol and mono Caprylic Acid Propylene Glycol Containing 5 Weight Percent of Diclofenac Sodium at 10, 20, 30, 40•Ž, Respectively.
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Fig. 29 (b) Phase Diagrams Consisting of Water 1, 3-Butylene Glycol and mono Caprylic Acid Propylene Glycol Containing 10 Weight Percent of Diclofenac Sodium at 10, 20, 30, 40•Ž, Respectively.
Fig. 29 (c) Phase Diagrams Consisting of Water 1, 3-Putylene Glycol and mono Caprylic Acid Propylene Glycol Containing 3, 5, 7 and 10 Weight Percent of Diclofenac Sodium at 20•Ž.
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Fig. 29 (d) Phase Diagrams Consisting of Water 1, 3-Butylene Glycol and mono Caprylic Acid Propylene Glycol Containing 3, 5, 7 and 10 Weight Percent of Diclofenac Sodium at 40•Ž.
Fig. 30 Sampling Spots Used for the Measurements of Conductivity and Refractive Index in the Phase Diagram and Plots of Conductivity and Refractive Index vs. wt% of MCPG and 1, 3-BG. 粒 子 径 は 数nmの 大 き さで,ミ セル 程 度 か,ま た は それ 以 下 で あ る こ とが確 認 され た 。 ま た,溶 解 領 域 の連 続 相 中 で は,同 じ溶 解性 を示 す が,親 水 性 層 と疎 水 性 層 で は, 存 在 す る会 合 体 の 種 類 は か な り異 な る こ とが 推 定 され た。Fig. 30(b)に 示 した よ うに,MCPGの 低 濃 度 領 域 で は,DCF分 子 とMCPG分 子 の 数 に対 して1, 3-BG分 子 が よ り多 く会 合 し,そ の た め比 較 的 小 さ な会 合 体 を形 成 す る こ と が分 か っ た 。 ま た,1, 3-BGの 低 濃 度 領 域 で は,DCFとMCPG分 子 が 数 個 ず つ 会 合 した も の に, 1, 3-BGが そ の 間隙 を埋 め る程 度 の 少 数 分 子 で 会 合 体 を 形 成 して い る こ と が 推 論 さ れ た 。 結 論 と し て,こ の DCFの 溶 解 現 象 は,ミ セル 形 成 と は異 な っ た形 態 の 会 合 体 が 関与 して お り,ハ イ ドロ トロ ピ ック な溶 解 現 象 で あ る と結 論 され た84)。
1366 日本 油 化 学 会 誌 第49巻 第11・12号 (2000) お わ り に 生 体 内 で生 理 機 能 を左 右 す る よ う な,界 面 化 学 的 な現 象 を取 り上 げ研 究 を行 っ て き ま した が,足 掛 か り を作 る こ とが精 一 杯 だ っ た よ う な気 が し ます 。 こ こで取 り上 げ た テ ー マ は,ほ んの 一 部 分 で す 。 そ の 他,考 え られ る の は,涙 液,膵 液 と膵 石,腎 臓 結石,中 耳 管 内液 な ど は, 未 解決 な 問題 点 が山 積 して お り,コ ロイ ド,界 面 化 学 の 分 野 で これ か ら興 味 あ る研 究対 象 に な る と考 え ます 。 謝 辞 今 は亡 き誠 潤 会 城 北病 院 副 医院 長 の故 野 崎 正 彦 先 生 に 人 工LSの 研 究 の足 掛 か りをつ けて 頂 い た 。 ま た,東 海 大 学 の 故 中村 正 男先 生 に は,生 前,貴 重 な ア ドバ イス を 頂 い た。 有 難 う ご ざい ま した 。私 に とっ て,忘 れ られ な い,生 前 公私 と もに 暖 か く陰 日向 に な り応 援 くだ さ った 恩 師,故 目黒 健 次郎 先 生 に深 く感 謝 を 申 し上 げ,先 生 方 の ご冥 福 をお祈 りい た します 。 胆 汁 酸塩 の研 究 で は,福 岡 大 学 の 杉 原 剛 介 先 生,五 十 君 裕 玄先 生 に ア ドバ イ ス を頂 い た 。有 難 う ご ざい ま した 。 本稿 を書 き終 え る に 当 た って,長 年 にわ た って,私 と 研 究 を と もに して頂 いた 研 究 室 の 卒業 生 の 皆 さん,そ し て 何 時 も暖 か く迎 えて い た だ い た 日本 油 化 学 会 の会 員 の 皆 さん に深 く感 謝 い た し ます 。 多 くの 方 々 の 暖 か い御 支 援 を得 ま して,名 誉 あ る 日本油 化 学会 学会 賞 を 受 け る栄 誉 を賜 りま した。 研 究 室 を代 表 い た し ま して 御礼 申 し上 げ ます 。 (受付:2000年9月18日,受 理:2000年9月20日) 文 献
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