非晶質固体分散体用基材としての有用性評価

加熱混練溶融法への適用を企図した 低ケン化度ポリビニルアルコールの

非晶質固体分散体用基材としての有用性評価

2019

森 由匡

Potential Evaluation of Lowly Hydrolyzed Polyvinyl Alcohol as a Matrix for Amorphous Solid Dispersion toward

Application in Hot-melt Extrusion

Yoshimasa Mori

Potential Evaluation of Lowly Hydrolyzed Polyvinyl Alcohol as a Matrix for Amorphous Solid Dispersion toward Application in Hot-melt Extrusion

Yoshimasa Mori

Solid dispersion (SD) techniques using organic solvents are widely employed in the pharmaceutical industrial field to improve solubility and oral bioavailability of poorly water-soluble drugs. Polyvinyl alcohol (PVA) is one of the representative non-ionic water soluble polymers, and widely used in various formulations as pharmaceutical excipients. However, little is known about the applications of PVAs as SD matrices because of their low processability along with the extremely poor solubility in organic solvents.

Meanwhile, hot-melt extrusion (HME) is a thermal processing method for the preparation of a SD, and regarded as a green and cost-effective way because of mass production via a continuous manufacturing process. In this study, we focused on the potential use of PVA as a SD carrier for HME by using the different hydrolyzed degree of PVAs between 70 to 99%. First, we examined the physicochemical properties of PVAs, and precipitation behaviors of indomethacin (IND), a model of a poorly water-soluble drug, in PVAs solution. In addition, we evaluated molecular interactions between PVAs and IND in water using nuclear magnetic resonance (¹H-NMR) and nuclear overhauser effect spectroscopy (NOESY). Next, we investigated the miscibility, directly influence on stabilities and performances of SDs, between PVAs and IND by using Hoftyzer and Krevelen method or thermodynamic models, and finally validated the predictability by HME experiments. Lastly, the effect of composition [IND, PVA, sorbitol (a plasticizer)]

and process parameters (temperature and screw speed) on each response, i.e., processing torque, and physicochemical properties such as residual crystallinity, residual ratio, and area under the dissolution curve (AUDC) in supersaturated solution using a HME by applying the design of experiment (DoE) approach were systematically examined. The results obtained are summarized as follows:

1) Sharply reduced surface tension in a lowly hydrolyzed PVA (L-PVA) solution was observed among the five kinds of PVAs possessing a different hydrolyzed degree, suggesting that L-PVA would generate a polymeric micelle above a critical micelle concentration (0.01-0.10 mg/mL). This was based on the structure consisting of a hydrophilic unit (vinyl alcohol unit) and a hydrophobic unit (vinyl acetate unit). On the other hand, the highly hydrolyzed degree of PVAs did not form polymeric micelle structures.

2) L-PVA increased twelve (12) times the solubility of IND, suggesting that L-PVA works as a polymeric solubilizer.

3) Supersaturation of IND was prolonged in L-PVA solution in a concentration-dependent manner, suggesting that L-PVA works as a powerful precipitation inhibitor due to the micelle forming ability.

4) Scanning electron microscopy and powder X-ray diffraction studies suggested that the hydrolyzed

degree of PVAs affects the crystal habit (precipitate morphology), but not polymorphic form of IND.

5) Suppressed and broadened IND peaks were observed in L-PVA solution in ¹H-NMR measurement in a concentration-dependent manner, suggesting the molecular interactions between IND and L-PVA.

6) Molecular interaction sites between IND and L-PVA were identified by NOESY measurement and 1D-sliced spectrum. These results suggested that a hydrophobic unit (vinyl acetate unit) of L-PVA interacts with IND via hydrophobic interactions.

7) A higher miscibility between IND and L-PVA was predicted than conventional PVA by solubility parameter of Hoftyzer and Krevelen method and thermodynamic models of Flory-Huggins (F-H) theory.

8) Validation studies for the phase diagram constructed by F-H theory were performed by HME in 10%

(w/w) drug loading at 110-156ºC (less than melting temperature of IND). As a result, a lower processing torque, a higher stability and a more superior supersaturation profile in L-PVA were observed than those in conventional PVA, resulting from the superior miscibility in HME processing.

9) The influence of three components (IND, L-PVA and sorbitol (plasticizer)) and two processing inputs (temperature and torque speed in HME) on processing torque and physicochemical properties of each extrudate, i.e., residual crystallinity, residual ratio of IND and dissolution profiles, were systematically and simultaneously investigated via 36 experiments constructed by Design-Expert^® (DoE) software.

The result of DoE elucidated that the amount of sorbitol strongly affected processing torque in HME processing, dissolution performance and residual crystallinity of SDs obtained. The addition of a minimum amount of sorbitol was proposed by an estimated design space consisted of each prediction model to meet all criterions of the target profiles.

10) Three validation studies were performed to test the proposed design space for the target product. The expected performances were obtained except for residual crystallinity of IND. These results suggested that each model gave high predictability, and a combination of L-PVA and a minimal amount of sorbitol could overcome the inherently poor processability of L-PVA and maximize the potency of L-PVA at a lower processing temperature less than melting temperature of IND.

In conclusion, the present study demonstrates that L-PVA possesses micelle-forming ability, and interacted with IND via hydrophobic interactions, which led a prolonged supersaturation of IND. In addition, L-PVA exhibited a high miscibility, and the potency of L-PVA as carrier for a SD was maximized by the addition of the small amount of sorbitol for overcoming its inherently poor processability.

Therefore, these findings suggest that L-PVA has a great potential as a non-ionic SD matrix for HME processing.

加熱混練溶融法への適用を企図した低ケン化度ポリビニルアルコールの 非晶質固体分散体用基材としての有用性評価

創薬・生命薬科学専攻 ドラッグデリバリーコース

(製剤設計学分野) 森 由匡

ポリビニルアルコール (PVA) は、代表的な非イオン性基材であり、医薬品添加剤として様々な用途 で使用されている。しかしながら、有機溶媒への溶解度が低いこと、ならびに準結晶性に基づく加工 性の低さから、SD 用基材としては不向きであると考えられてきた。一方、近年、SD 化技術の一つで ある加熱混練溶融法 (Hot Melt Extrusion：HME) に PVA が用いられた研究報告を皮切りに、PVA の SD 用基材としての可能性に注目が集まっている。しかしながら、日欧米 3 極で共通して使用可能な PVA はケン化度 88% のみであり、他のケン化度の PVA の SD 用基材としての有用性は不明である。

そこで本研究は、PVA の SD 用基材としての有用性を明らかにすることを目的として、第 1 章で はまず、ケン化度 70% から 99% の計 5 つの PVA (重合度は同等) の基礎的な物理化学的特性を評 価し、難水溶性モデル薬物であるインドメタシン (IND) の過飽和状態に対するケン化度の影響を検討 した。また、各種 PVA と IND の分子間相互作用を、Nuclear magnetic resonance (NMR) および Nuclear overhauser effect spectroscopy (NOESY) を用いて検討した。第 2 章では、異なるケン化度の PVA と IND の混和性を、溶解度パラメータならびに示差走査熱量計 (DSC) の 2 つの手法により予測したの ち、実際に HME を用いてそれらの予測精度を検証した。第 3 章では、低ケン化度 PVA (L-PVA) の 加工性を改善させ、HME の連続生産性を達成させることを目的に、可塑剤であるソルビトールを混和 し、処方ならびに HME のプロセス条件を最適化した。最適化には、処方成分とプロセス条件を体系 的に評価可能な Combined-Mixture Process Design を適用し、各種製剤品質に及ぼす影響を統計学的に 解析した。以下に本研究で得られた主な知見を要約する。

1) ケン化度の異なる 5 種の PVA 水溶液の表面張力を測定した結果、ケン化度が低下するにつれ、

強い表面張力低下作用が観察された。なかでも最も低いケン化度の JR-05 (70.0-74.0% hydrolyzed,

L-PVA) は、顕著な表面張力の低下に加えて、濁度の上昇も認められたことから、臨界ミセル濃度

(CMC) を有する界面活性剤として作用することが示唆された。

2) JR-05 の IND に対する可溶化能を検討した結果、CMC 以上の濃度において、溶解度を約 12 倍

向上させたことから、JR-05 は可溶化剤として作用することが示された。

3) ケン化度の異なる 5 種の PVA 水溶液中における IND の析出挙動を評価した結果、ケン化度が 低下するにつれて、長時間に渡り IND の過飽和状態を維持した。なかでも、JR-05 の効果は顕著 であった。また、過飽和維持の定量的解析を目的として、過飽和パラメータを算出した結果、ケン 化度と過飽和パラメータに高い相関が認められた。

4) PVA のケン化度は、IND の析出物の外観 (晶癖) に影響を及ぼすが、その結晶多形には影響を及 ぼさないことが示された。

5) IND の過飽和水溶液中における PVAs の分子間相互作用を ¹H-NMR を用いて評価した結果、

JR-05 は、他の高ケン化度 PVAs よりも、IND と強く分子間相互作用することが示唆された。

6) 水溶液中における IND と PVAs の分子間相互作用を NOESY を用いて評価した結果、IND は

L-PVA の疎水基である酢酸ビニル基と分子間相互作用することが示唆された。一方、高ケン化度

の PVAs では、IND との分子間相互作用は認められなかった。

7) Hoftyzer-Krevelen 法で IND と PVAs (JR-05 および JP-05 (87.0-89.0% hydrolyzed, 汎用グレード))

の溶解度パラメータを算出し、薬物/ポリマー間の混和性を予測した結果、JR-05 は JP-05 と比較 して良好な混和性を示す可能性が示唆された。また、室温条件下 (25^oC) における相互作用パラメ ータ (χ) を算出した結果、両 PVA において相分離リスクは内在するものの、JR-05 の方が IND の再結晶化に対して良好な安定性を示すものと推測された。

8) Flory-Huggins (F-H) 理論に基づき、IND と PVAs (JR-05 および JP-05) の比率を変化させた際の融 点降下およびエンタルピーの変化量から χ を算出し、薬物/ポリマー間の混和性を評価した。IND の融点付近における JR-05 の χ は、JP-05 と比較して負の値を示し、より良好な混和性を示す可 能性が示唆された。また 25^oC における χ を算出した結果、Hoftyzer-Krevelen 法で算出した溶解 度パラメータの結果と同様の傾向が得られた。したがって、JR-05 は JP-05 よりも、良好な混和 性 (安定性) を示す可能性が考えられた。

9) 液体-固体相転移曲線 (liquid-solid curve)、混和性曲線 (miscibility curve) およびガラス転移点 曲線からなる F-H T-φ 相図ならびにギブスの自由エネルギー相図の混和性に関する予測精 度を検証した。薬物濃度 10% (w/w)、設定温度 110^oC、133^oC および 156^oC の条件下、HME を用いて調製した溶融物の物理化学的特性を評価した。JR-05 は JP-05 と比較して、より低温

度で SD を調製可能であり、IND の残存率の低下も 110^oC の条件を除き認められず、良好な保存

安定性と過飽和維持能を示した。

10) SD の物理化学的特性へ及ぼす各処方成分 (IND、JR-05 およびソルビトール) と製造条件 (スクリ ュー回転数、加工時温度) の影響を検討するため、Design-Expert^® の混合実験計画法に製造プロセ ス因子を組み合わせた実験デザインを構築し、合計 36 条件の SD 溶融物を調製した。SD 溶融 物の各種物理化学的特性を評価後、平均トルク値、残存結晶化度 (混和性)、残存率および過飽和 条件下での溶出挙動 (AUDC) に関する定量予測モデル式を作成した。棄却検定を行い、不要な構 成因子を取り除くことで、定量予測モデル式の精度が改善した。

11) 可塑剤であるソルビトールを製剤処方の成分比率として 0 から 40% (w/w) の量で配合し、HME 加工時の平均トルク値を評価した。その結果、平均トルク値は、ソルビトールの配合割合が増加す るにつれて効果的に低下した。配合比率として 16% のソルビトールを添加した際には、検討した 加工時温度の範囲 (110~156^oC) のいずれの条件においても、目標トルク値 (1 Nm 以下) の範囲内 に管理可能であることが示唆された。

12) SD 中の IND の残存結晶化度を評価した結果、ソルビトールの配合割合が増加するにつれ、IND

の残存結晶化度は増加する傾向が認められた。また 16% のソルビトールを添加した場合、処方中

の IND の配合割合が増加する、あるいは HME の加工時温度が低温になるにつれて、IND の残

存結晶化度は増加した。よって、ソルビトールの添加は、その添加量ならびに加工時温度に応じて、

残存結晶化度に影響を与えることが示唆された。

13) SD 中の IND 残存率は、今回検討したいずれの製造条件ならびにソルビトールの配合割合におい ても、変化しなかった。

14) ソルビトールの配合割合が増加する、あるいは加工時温度が低下するにつれて、AUDC は減少し たことから、ソルビトールは、その添加量に応じて AUDC に影響を与えることが示唆された。

15) 各定量予測モデル式を用いて、ソルビトールの配合量を 2%、スクリュー回転数を 20 rpm に固定 した際の、目標品質特性を達成可能なデザインスペースを設定し、その堅牢性を評価した。検証用 として、予測モデル式の構築に使用していない3 条件の処方および製造条件を用いて評価した結 果、残存結晶化度以外の応答因子に関しては、95% の信頼区間内の予測値が得られた。

以上述べたように、L-PVA は汎用グレードの PVA と比較して、疎水性相互作用に起因した高い過 飽和維持能を有すること、また良好な混和性を示すことが明らかとなった。さらに、可塑剤としてソ ルビトールを組み合わせることで HME の連続生産性の課題である加工時トルクを効果的に制御可能 であった。本研究で得られた知見は、L-PVA を基材とした SD の製剤設計ならびに HME の製造条件 を検討する上で、有用な基礎資料となるものと考えられる。

主な略語一覧表

略語 英語表記 日本語表記

Adj R² Adjusted coefficient of determination 調整済み決定係数

AMED Japan Agency for Medical Research and

Development 日本医療研究開発機構

ANOVA Analysis of variance 分散分析

CBZ Carbamazepine カルバマゼピン

CMC Critical micelle concentration 臨界ミセル濃度

CoG Cost of goods sold 売上原価

C.V. Coefficient of variation 変動係数

DMSO Dimethyl sulfoxide ジメチルスルホキシド

DoE Design of experience 実験計画法

DOSY Diffusion ordered spectroscopy N/A

DS Design space デザインスペース

DSC Differential scanning calorimetry 示差走査熱量計

D2O Deuterium oxide 重水

EMA European Medicines Agency 欧州医薬品庁

EP European Pharmacopoeia 欧州薬局方

Eudragits Polymethacrylate-based copolymers メタクリル酸コポリマー

FDA Food and Drug Administration アメリカ食品医薬品局

F-H Flory-Huggins N/A

HME Hot melt extrusion 加熱混練溶融法

HPC Hydroxypropyl cellulose ヒドロキシプロピルセルロース

HPMC Hydroxypropyl methylcellulose ヒプロメロース

HPMC-AS Hypromellose acetate succinate ヒドロキシプロピルメチルセルロース

アセテートサクシネート ICH International Council for Harmonisation of

Technical Requirements for Pharmaceuticals for Human Use

医薬品規制調和国際会議

IND Indomethacin インドメタシン

JPE Japanese Pharmaceutical Excipients 医薬品添加物規格

L-PVA Lowly hydrolyzed polyvinyl alchol 低ケン化度ポリビニルアルコール

NIR Near-infrared spectroscopy 近赤外線分光法

NMR Nuclear magnetic resonance 核磁気共鳴

NOESY Nuclear overhauser effect spectroscopy N/A

USP United States Pharmacopeia 米国薬局方

PAT Process analytical technology N/A

PEG Polyethylene glycol ポリエチレングリコール

PMDA Pharmaceuticals and Medical Devices Agency 医薬品医療機器総合機構 Pred R² Predicted coefficient of determination 予測決定係数

PVP Polyvinylpyrrolidone ポリビニルピロリドン

PVP-VA Povidone-vinyl acetate コポビドン

PXRD Powder X-ray diffraction 粉末X線回折

PVA Polyvinyl alchol ポリビニルアルコール

R² Coefficient of determination 決定係数

SEM Scanning electron microscope 走査電子顕微鏡

SP Supersaturation parameter 過飽和パラメータ

TMSP Trimethylsilyl propanoic acid トリメチルシリルプロパン酸

UPLC Ultra performance liquid chromatography 超高速高分離液体クロマトグラフィー

χ Drug-polymer interaction parameter 相互作用パラメータ

本論文は学術雑誌に収載された次の論文を基礎とするものである。

(1) Identification of molecular-interaction sites between lowly hydrolyzed polyvinyl alcohols and indomethacin by NMR spectroscopy

Int. J. Pharm., 549, 456-465 (2018).

Yoshimasa Mori, Mitsumasa Takahashi, Yasushi Ohno, Ryuhei Okura, Makoto Ishida, Taishi Higashi, Keiichi Motoyama, Hidetoshi Arima

(2) Theoretical and practical evaluation for lowly hydrolyzed polyvinyl alcohol as a potential carrier for hot-melt extrusion

Int. J. Pharm., 555, 124-134 (2019).

Yoshimasa Mori, Keiichi Motoyama, Makoto Ishida, Risako Onodera, Taishi Higashi, Hidetoshi Arima

(3) A comprehensive understanding of lowly–hydrolyzed polyvinyl alcohol–based ternary solid dispersions with the use of a combined mixture–process design

Drug Dev. Ind. Pharm., 45, 1599-1609 (2019).

Yoshimasa Mori, Taishi Higashi, Keiichi Motoyama, Makoto Ishida, Risako Onodera,

Hidetoshi Arima

目 次

緒 言

... - 1 -

第 1 章 ケン化度の異なる PVA の非晶質固体分散体用基材としての有用性評価 ... - 10 -

第 1 節 序 ... - 10 -

第 2 節 表面張力と濁度 ... - 11 -

第 3 節

JR-05

第 4 節 析出挙動に及ぼす PVAs の影響 ... - 13 -

第 1 項

pH

第 2 項

PVAs

第 3 項

Supersaturation parameter

第 5 節 析出物の物理化学的特性 ... - 17 -

第 1 項 走査型電子顕微鏡 ... - 17 -

第 2 項 粉末 X 線回折 ... - 18 -

第 6 節

1D-

H-NMR

第 1 項

IND

第 2 項

PVA

H-NMR

第 7 節

NOESY

第 1 項

NOESY spectrum

第 2 項

1D-spectrum

第 8 節 考察 ... - 28 -

第 9 節 小括 ... - 32 -

第 2 章

Hot Melt Extrusion (HME)

第 1 節 序 ... - 34 -

第 2 節 溶解度パラメータによる薬物/ポリマー間の混和性予測 ... - 36 -

第 3 節

DSC

第 1 項 薬物/ポリマー相互作用パラメータの算出 ... - 37 -

第 2 項 F-H T-φ 相図の作成 ... - 40 -

第 4 節

HME

第 1 項 検証時のプロセス条件設定 ... - 43 -

第 2 項 加工時トルク値と溶融物の外観 ... - 45 -

第 3 項 残存率 ... - 46 -

第 4 項 粉末 X 線回折 ... - 46 -

第 5 項 過飽和時の溶出挙動 ... - 48 -

第 5 節 考察 ... - 49 -

第 6 節 小括 ... - 53 -

第 3 章

PVA

第 1 節 序 ... - 55 -

第 2 節 実験計画法 ... - 57 -

第 1 項 目標製品品質 ... - 57 -

第 2 項

Combined Mixture-Process Design ... - 57 -

第 3 節 調製物の物理化学的特性 ... - 60 -

第 1 項 加工時トルク ... - 60 -

第 2 項 残存結晶化度 (混和性) ... - 64 -

第 3 項 残存率 ... - 69 -

第 4 項 過飽和時の溶出挙動 ... - 72 -

第 4 節 デザインスペースの設定と検証 ... - 76 -

第 1 項 デザインスペースの設定 ... - 76 -

第 2 項 検証 ... - 79 -

第 5 節 考察 ... - 82 -

第 6 節 小括 ... - 86 -

総 括

... - 88 -

謝 辞

... - 92 -

実験の部 ... - 93 -

参考文献 ... - 104 -

緒 言

医薬品候補化合物の 70% 以上、上市製品の 40% 以上が難水溶性化合物であり、

Biopharmaceutics Classification System (BCS) class II あるいは IV に分類されている。

1)

それゆえ、これらの溶解度ならびに経口吸収性を改善するために、これまで数多く の製剤技術が開発されてきた。

なかでも、アモルファス化した“固体”状態の薬物 を、基材中に分子レベルで“分散”させる技術である非晶質固体分散体 (SD) 化技術 に対する産学の注目度は高い。 SD が難水溶性薬物の物性を改善する手法として広く 採用される理由として、アモルファス化された薬物は、結晶状態の薬物と比較して溶 解度が顕著に上昇すること、また、高い確度で経口吸収性を改善することが挙げられ る。

さらに、 SD を製造する技術が十分に確立されていることも、製薬業界が SD を 積極的に採用する理由であると考えられる。事実、 Table 1 に示すように、これまで に本技術を適用した多くの製品が上市されている。

SD の代表的な製造法は、有機溶剤を使用するスプレードライ法と熱を使用する加 熱溶融混練技術 (Hot Melt Extrusion：HME) に大別される。

スプレードライ法は、

薬物およびポリマーをアセトン、エタノールあるいはジクロロメタンのような有機溶

剤中に溶解させた後、ノズルよりスプレー状に噴霧すると同時に急速に乾燥させるこ

とで、ポリマーの粘度を急速に上昇させてアモルファス状態の薬物をポリマー中に速

度論的に保持させる原理を利用している。

しかし、次工程では、得られた粉末中の

残留溶媒を十分に取り除くために、バッチ式での乾燥工程が必要となる。近年、原薬

のみならず、製剤の中間製品ならびに最終製品中への残留有機溶媒に対する規制がよ

り厳しくなってきており、残留溶媒に関する医薬品規制調和国際会議 (ICH) ガイド

ライン Q3C (R6) には、それぞれの残留溶媒に対する毒性学的許容レベルが明確に記

載されている。

そのため、スプレードライ法を採用する場合には、有機溶剤の費用

だけでなく、残留溶媒レベルを許容範囲内になるように厳密に管理するための追加製

造費用が発生することから、売上原価 (CoG) の面で事業性が成り立つか留意する必

要がある。

Table 1. Approved Product Applying Solid Dispersion Technologies

Product

Name Company API Polymer Cap/tab Preparation

method

Approval year by

FDA

Cesamet Valeant Nabilone PVP Capsule -- 1985

Sporanox Janssen Itraconazole HPMC Capsule Spray Drying 1992

Prograf Fujisawa Tacrolimos HPMC Capsule Spray Drying 1994

Covera

-HS Pfizer Verapamil HCL HPC Tablet HME ¹⁾ 1996

Zithroma

x Pfizer Azithromycin Pregelatinized

Starch Tablet HME ¹⁾ 1996

Gris-PEG Pedinol

Pharmacal Griseofulvin PEG Tablet HME ¹⁾ 2000

Crestor AstraZeneca Rosuvastatin HPMC Tablet Spray Drying 2002

Cymbalta Lilly Duloxetine HPMC-AS Capsule Spray Drying 2004

Kaletra Abbott Lopinavir/ritonavir PVP-VA Tablet HME ¹⁾ 2005

Eucreas

Galvumet Novartis Vidagliptim/Metformi

n HCL HPC Tablet HME ¹⁾ 2007 ²⁾

Intelence Janssen Etravirine HPMC Tablet Spray Drying 2008

Nurofen Meltlets lemon

Reckitt benckiser Healthcare

Ibuprofen HPMC Tablet HME ¹⁾ 2009

Modigraf Astellas Tacrolimos HPMC Capsule Spray Drying 2009 ²⁾

Samsca Otsuka

Pharmaceutical Tolvaptan N/A Tablet Granulation 2009

Zortress Novartis Everolimus HPMC Tablet Spray Drying 2010

Novir Abbott Ritonavir PVP-VA Tablet HME ¹⁾ 2010

Onmel Stiefel Itraconazole HPMC Tablet HME ¹⁾ 2010

Fenoglide TM

Lifecycle

pharma Fenofibrate PEG6000 Tablet HME ¹⁾ 2010

Incivek Vertex Telaprevir HPMC-AS Tablet Spray Drying 2011

Zelboraf Roche Vemurafenib HPMC-AS Tablet Co-precipitation 2011

Kalydeco Vertex Ivacaftor HPMC-AS Tablet Spray Drying 2012

Noxafil Merck Posaconazole HPMC-AS/HPC Tablet HME ¹⁾ 2013

Isoptin

SRE SOLIQS Verapamil HCL HPC/HPMC Tablet HME ¹⁾ No

information Orkambi

Vertex Pharmaceutical s

Lumacator/Ivacaftor HPMC-AS/SLS Tablet Spray Drying 2015

Viekira

XR Abbvie

Dasabuvir, Ombitasvir, Paritaprevir, and Ritonavir

PVP-VA/TPGS Tablet HME ¹⁾ 2016

1) Hot melt extrusion

2) European Medicines Agency

一方、 HME は 1930 年代にプラスチック業界ならびに食品業界に導入されて以来、

広く用いられてきた。医薬品業界においては、 1970 年代初頭に Egakey による、ポリ

(ビニルアセテート-メタクリル酸共重合体) ならびに 2 級アミンを含有するエポキシ

レジンをキャリアとして用いた検討が報告されて以来、現在に至るまで数多くの応用

研究が行われてきた。

HME により調製された溶融物は、顆粒剤、ペレット、カプ

セル、錠剤 ( 溶出制御製剤 ) 、経皮デリバリー用フィルム、また近年では、数ヶ月間に

わたり緑内障患者の眼圧を制御可能な眼内インプラントなどにも応用され、その有用

性に益々注目が集まっている。また、一般に HME により SD を調製する場合、薬

物をキャリアとして使用される高分子ポリマーの中へ分子レベルで均一に拡散させ るため、高分子ポリマーのガラス転移温度 (T

) あるいは融点 (T

) よりも高温で加 工、混練する必要がある。

HME はスプレードライ法と比較して 1) 製造工程数の削減、2) 工程時間の短縮、

3) 脱溶媒性、 4) 連続生産性の面で利点を有する。

製造工程数や工程時間の短縮は、

CoG に直結する。近年の医薬品候補化合物の合成経路の煩雑化や薬価算定方式の改 定などにより、製薬業界、特に Chemistry, Manufacturing and Control 部門はこれまで 以上に CoG の削減が求められている。したがって、SD の製造法として、CoG の削 減が見込める HME 技術に対する製剤業界の関心は高い。さらに、HME は有機溶剤 不使用であるため、環境面においてもその優位性は高い。また、近年 Food and Drug Administration (FDA) や European Medicines Agency (EMA) は、高品質な製品の安定供 給が可能、かつパンデミックなどの緊急時においても製造量を柔軟に調整することが 可能な、 “連続生産”の採用を推奨している。さらに平成 30 年 6 月に開催された ICH の国際会議において、新規トピックとして連続生産 (ICH Q13) が採択された。

ま た、医薬品医療機器総合機構 (PMDA) でも、連続生産による承認申請を後押してい る。その一環として、日本医療研究開発機構 (AMED) では、連続生産を重点課題の 一つとして採択し、その有用性の普及に力を入れている。

このような背景の下、

連続生産性に優れる HME は、今後 SD 製造法の主流になる可能性が高く、企業投

資を行うに値する技術であると考えられる。現在、 HME 技術を組み込んだ連続生産

による承認事例は未だないものの、Raman や Near-infrared (NIR) spectroscopy などの

高度な分析技術が開発されていることから、 Process analytical technology (PAT) などを

用いたリアルタイムリリースにも十分に対応可能な水準にあると考えられる。これま

で述べたように、 HME は多数の利点を有しており、 SD を製造する上で、魅力的な

技術である。一方、HME には、1) オペレーション時の熱ならびに機械的シェアによ

り薬物が分解される、2) 原料の流動性不良により製品品質が影響を受ける、3) 基材

の選択肢が限定的である、などの課題も存在する。特に熱や機械的シェアに敏感な薬

物の場合、 HME 技術の適用が限定される可能性がある。また、原料は Fig. 1 に示す

ようにフィーダー部分から定量的に供給される必要がある。一般に、多くの原料 (ポ

リマー) は微細化された状態のものが多く、流動性が悪い。そのため、HME の運転

時において、安定した原料の流動性 ( 供給性 ) を確保することは、製品品質、特に含

量均一性を保証するうえで課題となる。

Fig. 1 Schematic Representation of a Pharmaceutical Hot Melt Extruder

Feeding system, extruder body with screws, shaping and cutting system and monitoring system.¹²⁾

加えて、 HME に使用可能な基材は、 Table 2 で示すものに限定されているという点 も課題である。それぞれの基材は、異なる T

や T

を有しており、候補化合物の物 性に合わせて適切な基材を選択する必要がある。そのため、薬物の物性が益々多様化 している現在の状況を鑑みると、基材の多様性も同様に求められる。実際、最適な基 材を選定することは、 SD の製剤設計の成功可否、延いては臨床試験の成功可否に直

結する。 Table 1 にも示す通り、承認された SD に適用されている基材の多くが、ポ

リビニルピロリドン (PVP)

やヒプロメロース (HMPC)

などの非イオン性ポリ マーである。その理由として、非イオン性ポリマーは、メタクリル酸コポリマー (Eudragit

) や ヒ ド ロ キ シ プ ロ ピ ル メ チ ル セ ル ロ ー ス ア セ テ ー ト サ ク シ ネ ー ト

(HPMC-AS) などのイオン性ポリマーと比較し、生体内の pH や塩に依存することな

く薬物を持続的に放出可能であることが挙げられる。そのため、非イオン性ポリマー は、経口吸収性のばらつきに対するリスクヘッジとして優先的に採用されるケースが

多い。

しかしながら、これらの非イオン性ポリマーにも課題はあり、イオン性

ポリマーと比較し、分子状態に分散した薬物の再結晶化を抑制する作用は弱く、過飽

和状態の維持や製剤安定性の面において劣るケースがある。そのため、イオン性ポリ

マーと同等に薬物の過飽和状態を維持可能な非イオン性ポリマーの開発が望まれて

いる。

Table 2. Carriers Used to Prepare Hot Melt Extruded Dosage Forms

Chemical name Trade name Tg (^oC) Tm (^oC)

Ammonio methacrylate copolymer Eudragit^® RS/RL 64 --

Poly (dimethylaminoethylmethacrylate-

co-methacrylic esters) Eudragit^® E 50 --

Poly (methacrylic acid-co-methyl methacrylate) 1:2 Eudragit^® S/L 160 --

Cellulose acetate phthalate -- 165 192

Poly (vinyl pyrrolidone) Kollidon^® 90 - 156 --

Poly (vinyl acetate) Sentry^® plus 35 - 40 --

Hydroxypropyl methylcellulose phthalate -- 137 150

Polyvinylpyrrolidone-co-vinyl acetate Kollidon^® VA64 101 -- Polyvinyl caprolactam-polyvinyl acetate-PEG graft

copolymer Soluplus^® 70 --

Hydroxypropyl methylcellulose Methocel^®, Benecel^® 160 - 210 -- Hydroxypropyl methylcellulose acetate succinate Aqoat-AS^® ~ 120 --

Ethyl cellulose Ethocel^® Aqualon^® EC 130 - 133 --

Hydroxypropyl cellulose Klucel^® Softens at

130 Chars at

260 -275

PEG Carbowax^® -17 for MM^a)

6000

37 - 63

Polyethylene oxide PolyyOx^® WSR -57 - -50 62 - 67

Polymethacrylates Eudragit^® RSPM

Eudragit^® E

52, 40 --

Carnuba wax -- -- 81 - 86

Glyceryl palmitostearate Precirol ATO 5^® -- 52 - 55

Glyceryl trimyristate Dynasan 114^® -- 55 - 58

Triglyceride tripalmitin Dynasan 116^® -- 61 - 65

a) MM: Molecular mass

ポリビニルアルコール (PVA, Fig. 2A) は、代表的な pH 非依存性の水溶性ポリマ ーの一つである。

PVA は準結晶体のポリマーであり、親水性基 (ビニルアルコール 基) および疎水性基 (酢酸ビニル基) から成る両親媒性のグラフトコポリマーである。

PVA には様々なケン化度と重合度を有したグレードがあり、それらの特性は触媒濃 度、反応温度および反応時間といった合成条件によって決定される。

現在、 PVA は、

経口固形製剤における結合剤、コーティング剤、溶出制御製剤の基材として、また、

その高い塑性変形性から 3-D プリンティングの基材としても使用されている (Table 3) 。その他の剤形においては、外用剤、注射剤、点眼剤および経肺投与製剤の基材な どにも使用されている。

さらに最近の報告では、通常の細胞培養で使用するウシ 血清成分やアルブミンの代わりに PVA を使用することで、マウス造血幹細胞の未分 化性を維持したまま数ヶ月培養可能であることが明らかとなった。これにより、ヒト 造血幹細胞にも応用可能であると考えられ、おもに小児の血液疾患に対して移植処置 の合併症リスクを軽減した安全な造血幹細胞移植が提供できるとともに、幹細胞治療 や再生医療への応用や医療コストの軽減に期待されている。

以上述べたように、

PVA の適用範囲は多岐に渡っており、医薬品添加剤としての汎用性ならびに有用性

は極めて高い。

Fig. 2. Chemical Structures of (A) PVAs and (B) IND

Table 3. Application of PVA in Pharmaceutical Science and Industries

Route of

administration Characteristics Hydrolyzed

degree (%)

Molecular weight (Mw)

Oral Binder ¹⁹⁾ 87.0-89.0 29,000

Coating agent (Film former in immediate-release coatings) ²⁰⁾

98.0 N/A ^a)

Sustained-release (Colon Delivery) ²¹⁾ N/A 10,000, 15,000, 49,000, 100,000 Swelling controlled release system 96.0-97.5 N/A

Solid Dispersion (HME) ¹⁷⁾ 33.0-88.0 N/A

Solid Dispersion (KinetiSol^®) ^{14, 15)} 87.0-89.0 N/A

3-D printing ²²⁾ N/A N/A

PLGA nanoparticles (Emulsifier) ²³⁾ N/A 30,000 - 70,000

Topical Hydrogel ^24),25) 86.7-88.7 130,000, 205,000

99.39 1730 ^b)

Patches ²⁶⁾ N/A 72,000

Injection Microspheres (Carrier) ²⁷⁾ N/A 10,000

Poly (lactic acid) (PLA) and poly(ɛ-caprolactone) (PCL) Microspheres (Emulsifier) ²⁸⁾

N/A 75,000

PLGA nanoparticles (Emulsifier) ^29),30) N/A 87.0-89.0

30,000 - 70,000 30,000 - 70,000 Eyes Stabilizing agent in emulsion ^31),32) 88.0 26,000

Viscosity increasing agent ^31),33) N/A 86,000

Artificial tears ³⁴⁾ N/A N/A

Lubrication purposes (contact lens) ³⁵⁾ N/A 6000 - 162,000

Implants ³⁶⁾ N/A N/A

Lung Microspheres (Carrier, Electro-sprayed) ³⁷⁾ N/A 20,000 - 30,000, 89,000 - 124,000 Microparticles (Carrier, Spray Dryed) ³⁸⁾ 99.0 85,000 - 124,000

Others Vascular grafts ³⁹⁾ 87.0-89.0 85,000 - 124,000

Tissue engineering (crosslinked gellan/PVA nanofibers) ⁴⁰⁾

N/A 140,000

Haematopoietic stem cells (HSCs) culture ¹⁸⁾ 87.0-89.0

≥99.0

85,000-124,000 85,000-124,000 a) Not applicable

b) Degree of polymerization

Polymerization degree: n+m

Hydrolyzed degree (mol%): n/(n+m)×100 vinyl alcohol unit vinyl acetate unit

( CH₂ CH ) OH

n ( CH₂ CH ) O C=O CH₃

m

(A) (B)

一方、 PVA はアセトンやエタノールといった有機溶剤への溶解性が著しく低いこ とから、スプレードライ法に関する報告はなく、製薬業界において PVA は、 SD 用 基材として不向きなポリマーであると考えられている。実際、Table 1 に示す通り、

現在のところ PVA を基材とした SD 製品は上市されていない。しかし、Table 3 に 示すように、2015 年に De Jaeghere によって PVA の HME 用途での可能性に関し て初めて報告された。

また最近では、高速トルクを利用した KinetiSol

といった 新規の SD 製造技術も開発され、PVA であっても SD の製造が可能であることが明 らかとなり、

加工性の低さから SD 用基材として敬遠されていた PVA に再度 注目が集まっている。

製薬業界において広く使用されている PVA は、一般的に部分ケン化型 PVA と呼 ばれる比較的ケン化度の高い PVA (87.0-89.0% hydrolyzed) である。このケン化度の PVA が汎用されている理由として、米国薬局方 (USP)、欧州薬局方 (EP) ならびに医 薬品添加物規格 (JPE) に共通して承認されているためである (Fig. 3)。一方、上記ケ ン化度以外の PVA の医薬用途における検討例は極めて少なく、その有用性は十分に 検討されていない。

Fig. 3. Hydrolyzed and Polymerization Degree of PVA in JPE, EP and USP

100

70

0 5000

80 90

1000 2000 3000 4000

JPE: Fully Hydrolyzed

USP: Partially

JPE: Partially Hydrolyzed EP: Partially Hydrolyzed

Polymerization Degree

Hydrolyzed(mol%)

このような背景の下、本研究では、 Fig. 4 に示す検討フローに従い種々のケン化度

を有する PVA の非晶質固体分散体用基材としての有用性を評価した。なお本検討で

は、インドメタシン (IND, Fig. 2B) を難水溶性薬物のモデルとして使用した。 IND は 結晶多形を有する代表的な BCS class II 化合物であり、多くの製剤化研究の難水溶性 モデル薬物として使用されている。第 1 章では、ケン化度 70% から 99% の計 5 つ

の PVA ( 重合度は同等 ) に関する基礎的な物理化学的特性を評価した後に、過飽和状

態の IND の分子状態に及ぼすケン化度の影響を分子間相互作用の観点から検討した。

評 価 に は 、 Nuclear magnetic resonance (NMR) お よ び Nuclear overhauser effect spectroscopy (NOESY) を用いた。第 2 章では、異なるケン化度の PVA と IND の混 和性に関して、溶解度パラメータならびに示差走査熱量計 (DSC) の 2 つの手法によ り予測したのち、実際に HME を用いてそれらの予測精度を検証した。第 3 章では、

低ケン化度 PVA (L-PVA) の加工性を改善させ、 HME の連続生産性を達成させること を目的に、可塑剤であるソルビトールを混和し、処方ならびに HME のプロセス条件 を 最 適 化 し た 。 評 価 に は 、 処 方 成 分 と プ ロ セ ス 条 件 を 体 系 的 に 評 価 可 能 な

Combined-Mixture Process Design を適用し、各種製剤品質に及ぼす影響を統計学的に

解析した。

以下に本研究で得られた内容を詳述する。

Fig. 4. Evaluation Scheme of Potency of PVAs as s SD Carrier

• Five types of PVAs

• Surface tension

• Precipitation study

• 1D-¹H NMR

• NOESY

1) Potency evaluation of PVAs as a SD carrier

• Miscibility prediction by solubility

parameter and DSC measurement

• Validation study

2) Miscibility in Hot- melt extrusion

• Compositions and processing parameters

• Combined Mixture- Process Design

• Validation study

3) Formulation and Process

optimization Miscible?

IND

JF-05

JT-05

JP-05 JL-

05E JR-05

IND JP-05 JR-05

Which is the best? Find a “sweet spot” by comprehensive understanding

(98-99%mol)

(93.5-94.5%mol)

(87-89%mol) (80-84%mol)

(70-74%mol)

(70-74%mol) (87-89%mol) control L-PVA

Compositions

Outputs

Processing parameters

 JR-05 (L-PVA)

 IND

 Sorbitol (Plasticizer)

 Temperature

 Screw speed

 Torque

 Residual crystallinity

 Residual ratio

 AUDC

第 1 章 ケン化度の異なる PVA の非晶質固体分散体用基材としての有用性評価

第 1 節 序

医薬品有効成分の結晶形を熱力学的に安定な状態から、アモルファスに変換するこ とは、難水溶性薬物の溶解性とバイオアベイラビリティを改善するうえで有用な手法

である。

SD はスプレードライ法

あるいは HME

以外にも、エバポレ

ーション法

、融合法

、さらにはシクロデキストリンを用いた包接化

など の手法によって得られるが、実用性や製造能力の高さからスプレードライ法または HME が汎用されている。一方、SD の構造多様性とその安定性には、ポリマーと薬 物間の分子間相互作用の強度が大きく影響するため、それらの相互作用を分子レベル で理解することは高品質な製剤を設計するうえで、極めて重要となる。例えば Policianova は、 PVP、 poly [N-(2-hydroxypropyl)-metacrylamide]、 poly (2-ethyl-2-oxazoline) およびポリエチレングリコール (PEG) を用いて、アセチルサリチル酸の SD を調製 し、固体 NMR により SD の構造多様性を評価した。その結果、各ポリマーと薬物 間には、異なる分子間相互作用に起因した SD の構造多様性が確認された。

PVA は、代表的な pH 非依存性の水溶性ポリマーの一つであり、その適用範囲は 多岐に渡るものの、PVA の SD 基材としての有用性に関する報告はほとんどない。

特に SD 中の薬物物性に及ぼす PVA のケン化度の影響や、分子レベルでの相互作用 メカニズムに関する検討はない。

以上の背景より、本章では、 PVA の SD 用基材としての有用性を評価するため、

まず、PVA の水溶液中における基礎的な物理化学的情報を取得後、各種ケン化度の PVA 水溶液中における IND の析出挙動を評価した。その理由として、薬物の析出・

再結晶化は SD の最大の課題であり、過飽和状態 ( 高エネルギー状態 ) を長期にわた

り維持させることは SD 基材に求められる最も重要な特性であるためである。

次に、分子間相互作用に起因した析出抑制挙動に及ぼすケン化度の効果を、高い解像

度、選択性および検出感度を有する

H-NMR や NOESY を用いて、そのメカニズム

解析を行った。なお

H-NMR や NOESY の測定は、析出抑制挙動と同一試験条件下

で評価した。今回の検討は、薬物の析出抑制挙動に及ぼす PVA のケン化度の影響お

よび NMR を用いた分子間相互作用メカニズムを検討した初めての試みである。

第 2 節 表面張力と濁度

SD 基材の両親媒性や界面活性作用に関する情報は、製剤設計する過程で極めて重 要である。そこで本節では、水溶液中における表面張力に及ぼす各種 PVA のケン化 度およびその濃度の影響を検討した。本検討では、 Table 4 に示す 5 種の異なるケン 化度を有する PVA を用いた。なお、水溶液中における粘度はほぼ同等の PVA を選 択した。

Table 4. General Properties of the Five Different Types of PVAs

Product name

Hydrolyzed degree (mol %)

Polymerization degree

Glass transition temperature

(^oC)

Melting point

(^oC) pH ^a Viscosity (mPa•s)^a

JF-05 98.0~99.0 600 69 225 5~7 4.5~6.5

JT-05 93.5~94.5 600 67 212 5~7 4.5~6.5

JP-05 87.0~89.0 600 63 190 5~7 4.0~6.0

JL-05E 80.0~84.0 620 59 180 5~7 4.0~6.0

JR-05 70.0~74.0 600 57 174 5~7 4.5~6.5

a 4%, 20^oC

Figure 5A に示すように、低ケン化度の PVA グレードである JR-05 (70.0-74.0%

hydrolyzed) は、低濃度 (0.001-0.1 mg/mL) から表面張力を顕著に低下させ、約 1.0

mg/mL でプラトーに到達し、最終的には約 41.0 mN/m まで低下させた。ある特定の

濃度で急激な表面張力の低下を示したことから、JR-05 はミセル構造を形成すること が示唆された。また、Fig. 5A の結果より、JR-05 の臨界ミセル濃度 (CMC) は、

0.01-0.10 mg/mL の間にあることが示唆された。同様に、JR-05 に次いでケン化度の

低い JL-05E (80.0-84.0% hydrolyzed) においても、表面張力の顕著な低下が認められ、

その効果は約 1.0 mg/mL でプラトーに到達した。これらの結果より、 JR-05 や JL-05E のような L-PVA は、ミセル形成能を有することが示唆された。

一方、JP-05 (87.0-89.0% hydrolyzed)、JT-05 (93.5-94.5% hydrolyzed) および JF-05 (98.0-99.0% hydrolyzed) のような高いケン化度の PVA 水溶液では、 PVA の濃度が上 昇するにつれて、緩やかな表面張力の低下が観察されたものの、検討した濃度範囲内 ではプラトーに到達しなかった。さらに Fig. 5B に示すように、CMC 以上の JR-05 の PVA 水溶液において、濁度の上昇が観察されたのに対し、その他のケン化度では、

その変化はほとんど認められなかった。これらのことから、 L-PVA のうち、 JR-05 は

界面活性作用を有することが示唆された。

Fig. 5. (A) Surface Tension and (B) Turbidity of Aqueous Solutions

(□) JF-05 (98.0-99.0% hydrolyzed), (◇) JT-05 (93.4-94.5% hydrolyzed), (△) JP-05 (87.0-89.0%

hydrolyzed), (〇) JL-05E (80.0-84.0% hydrolyzed) and (■) JR-05 (70.0-74.0% hydrolyzed) at 25^oC.

Each point represents the mean ± S.E. of 3 experiments. ^†p<0.01 versus JF-05, JT-05, JP-05 and JL-05E.

35 45 55 65 75

0.0001 0.0010 0.0100 0.1000 1.0000 10.0000 100.0000

Surface tension (mN/m)

Concentration of PVAs (mg/mL)

0 2 4 6 8 10

0.0001 0.0010 0.0100 0.1000 1.0000 10.0000 100.0000

Turbidity (%)

Concentration of PVAs (mg/mL)

(A)

(B)

CMC

† † †

†

†

† †

† † †

†

†

† †

† † †

第 3 節 JR-05 の可溶化能

前節の結果から、JR-05 は界面活性作用を有することが示唆された。一般に界面活 性剤のような両親媒性成分は、難水溶性薬物の溶解性を改善することが広く知られて いる。そこで本節では、 JR-05 の IND に対する溶解性改善効果を評価した。 Figure 6 に示すように IND の溶解度は、JR-05 の CMC 以上において約 12 倍上昇した。以 上の結果から、JR-05 は IND の可溶化剤として機能することが示された。

Fig. 6. Solubility of IND in Water or JR-05 Aqueous Solutions at Room Temperature

Each value represents the mean ± S.E. of 3 experiments. ^†p<0.01, ^*p<0.05 versus H2O.

第 4 節 析出挙動に及ぼす PVAs の影響

PVAs の SD 用基材としての有用性を検討するにあたり、各種ケン化度の PVA 含

有水溶液中における IND の析出挙動を評価した。試験開始時の IND 濃度は、過飽 和状態の 111.1 μg/mL と設定し、IND の析出挙動へ及ぼす PVA のケン化度とその 濃度 (111.1 、 222.2 、 444.4 および 888.9 μg/mL) の影響を評価した。

第 1 項 pH の影響

IND は弱酸性化合物 (pKa = 4.13-4.22

) であるため、pH によって溶解度が変化

する。そこで各種 PVA 水溶液中における IND の析出挙動を評価する前段階として、

異なる濃度の PVA 水溶液 (111.1 、 222.2 、 444.4 および 888.9 μg/mL) における pH 変 化を検討した。 Figure 7 に示すように、 PVA を添加することで、 pH 7.0 から 6.5 へ のシフトが確認された。しかし、PVA のケン化度やその濃度の違いによる影響は認 められなかった。本結果は、各種 PVA の 4% 水溶液における pH 規格 (Table 4) に 合致した。 pH がわずかに酸性側に傾いたのは、 PVA 中に残留する微量の酢酸の影響 であると考えられた。しかし、今回認められた pH 変化は、いずれも製品規格の範囲 内であり、 IND のプロトン化は誘起しない範囲であることから、 PVA 添加による pH 変化は、IND の溶解度上昇に寄与しないものと推察される。

Fig. 7. pH Profiles of Various PVA Aqueous Solutions

Each concentration of PVA was set at 0, 111.1, 222.2, 444.4 and 888.9 μg/mL. Each point represents the mean ± S.E. of 3 experiments.

第 2 項 PVAs のケン化度と添加濃度の影響

各種 PVA 共存下における IND の析出抑制挙動を評価するにあたり、まず IND 単独での析出挙動を評価した。Figure 8 に示す通り、試験開始時より IND は速やか に析出し、 2 時間以内に IND の溶解度 (8.8 μg/mL

) 付近まで低下した。次に、高 ケン化度 PVA である JF-05 (98.0-99.0% hydrolyzed) や JT-05 (93.5-94.5% hydrolyzed) の析出抑制作用を検討した結果、その効果は弱く、 PVA 濃度に依存せず速やかに IND の析出が観察され、IND の溶解度まで低下した。一方、汎用グレードである JP-05 (87.0-89.0% hydrolyzed) では、 PVA 濃度 222.2 μg/mL 以上において、短時間ではある も の の IND の 析 出 を 抑 制 し た (Fig. 8B-D) 。 さ ら に 、 L-PVA で あ る JL-05E

5 5.5 6 6.5 7 7.5 8

0 200 400 600 800 1000

pH

Concentration (μg/mL)

JR-05 JL-05E JP-05 JT-05 JF-05

Concentration of PVAs (mg/mL)

(80.0-84.0% hydrolyzed) や JR-05 (70.0-74.0% hydrolyzed) の析出抑制効果を検討した 結果、低濃度の PVA 添加で IND の析出抑制効果が観察された (Fig. 8A) 。その効果 は JR-05 において特に顕著であり、最大 4 時間以上継続した (Fig. 8D)。以上の結果 から、 PVA のケン化度の差は、 IND の析出抑制挙動に影響を及ぼすこと、また、 L-PVA は IND の優れた析出抑制剤として機能することが示唆された。

Fig. 8. Precipitation Profiles of IND in PVA Solutions at 37

C

IND alone (●) or IND in the presence of (□) JF-05 (98.0-99.0% hydrolyzed), (◇) JT-05 (93.4-94.5%

hydrolyzed), (△) JP-05 (87.0-89.0% hydrolyzed), (〇) JL-05E (80.0-84.0% hydrolyzed) and (■) JR-05 (70.0-74.0% hydrolyzed). Initial amount of dissolved IND was 50 mg (111.1 μg/mL) in 450 mL of water. The amounts of dissolved PVAs were (A) 50 mg (111.1 μg/mL), (B) 100 mg (222.2 μg/mL), (C) 200 mg (444.4 μg/mL) and (D) 400 mg (888.9 μg/mL) in 450 mL of water, respectively. Each point represents the mean ± S.E. of 3-5 experiments. ^*p<0.05 versus JF-05, JT-05, JP-05 and JL-05E.

†p<0.01 versus JF-05, JT-05, JP-05 and JL-05E.

0 20 40 60 80 100

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

IND concentration (μg/mL)

Time (hr)

(a) IND/PVA=111.1/111.1

(c) IND/PVA=111.1/444.4 (d) IND/PVA=111.1/888.9

†

††

††* †

*

*

† †

*†* * * †

†*

*

* * 0 20 40 60 80 100

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

IND concentration (μg/mL)

Time (hr)

0 20 40 60 80 100

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

IND concentration (μg/mL)

Time (hr)

0 20 40 60 80 100

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

IND concentration (μg/mL)

Time (hr)

(b) IND/PVA=111.1/222.2

(A) (B)

(C) (D)

第 3 項 Supersaturation parameter による定量的解析

前項で検討した PVA の IND 析出抑制効果を定量的に評価することを目的として、

過飽和パラメータ値 (Supersaturation parameter、 SP 値

) を算出し、その抑制効果 を数値化した。 SP 値は PVA の共存下および非共存下における IND の濃度プロファ イルを比較することで算出した。なお SP 値は 0 から 1 で表され、 1 は水溶液中に おいて完全に薬物の析出を抑制していることを意味する。

算出方法の詳細は、実 験の部に示す。 Figure 9 に示すように、 JR-05 は 111.1 μg/mL の濃度から、他の PVA と比較し有意に高い SP 値を示した。さらに SP 値は、いずれの濃度においてもケン 化度が上昇するにつれて減少した。以上の結果より、今回検討した PVA の中で最も 低いケン化度を有する JR-05 は、優れた過飽和維持能を有することが示された。

Fig. 9. SP Ratio of Precipitation Profiles of IND in Water with PVAs at 37

C

Each value represents the mean ± S.E. of 3-5 experiments. ^†p<0.01 versus JF-05, JT-05, JP-05 and JL-05E in IND/PVA=111.1/888.9. ^*p<0.05 versus JF-05, JT-05 and JP-05 in IND/PVA=111.1/444.4.

**p<0.05 versus JF-05, JT-05, JP-05 and JL-05E in IND/PVA =111.1/222.2. ^***p<0.05 versus JF-05, JT-05, JP-05 and JL-05E in IND/PVA=111.1/111.1.

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

JR-05 (70.0-74.0%)

JL-05E (80.0-84.0%)

JP-05 (87.0-89.0%)

JT-05 (93.5-94.5%)

JF-05 (98.0-99.0%)

S P r a ti o

IND/PVA=111.1/111.1 IND/PVA=111.1/222.2 IND/PVA=111.1/444.4 IND/PVA=111.1/888.9

†

*

**

***

Hydrolyzed degree

第 5 節 析出物の物理化学的特性

IND には結晶多形が存在することが知られていることから、本節では、IND の析 出物の結晶多形およびその外観 (晶癖) に及ぼす PVA ケン化度の影響を検討した。

前節の析出試験終了後に得られた析出物の物理化学的特性を、走査型電子顕微鏡

(SEM) および粉末 X 線回折 (PXRD) により評価した。なお析出物の回収量の都合上、

IND 濃度が 111.1 μg/mL および PVA の濃度が 444.4 μg/mL の試験条件時 (Fig. 8C) に得られた析出物を用いて評価した。

第 1 項 走査型電子顕微鏡

IND および PVA 存在下で得られた IND 析出物の外観を評価するため、SEM を 用いて観察した (Fig. 10)。 IND 原末 (form) の外観 (Fig. 10A) と比較し、 PVA 非共 存下の水溶液中で得られた析出物 (Fig. 10B) は、 IND (form) 特有の針状結晶の形態 を示した。最もケン化度の高い JF-05 共存下で得られた析出物 (Fig. 10C) を観察し

た結果、 Fig. 10B 同様、針状結晶の凝集塊が観察された。また、その他の JT-05、 JP-05

および JL-05E 共存下においても同様に針状結晶の析出物が観察されたが、凝集の程 度は、ケン化度が低下するにつれ低下した (Fig. 10D-F) 。対照的に、 JR-05 共存下で 得られた析出物 (Fig. 10G) は、細かい球状粒子であった。これらの結果から、 PVA の ケン化度は、得られる析出物の外観に影響を及ぼすことが示された。

Fig. 10. SEM images IND Obtained in the Absence and Presence of PVAs

(A) IND alone and IND precipitates obtained (B) in the absence of PVAs, (C) in the presence of JF-05 (98.0-99.0% hydrolyzed), (D) JT-05 (93.4-94.5% hydrolyzed), (E) JP-05 (87.0-89.0% hydrolyzed), (F) JL-05E (80.0-84.0% hydrolyzed) and (G) JR-05 (70.0-74.0% hydrolyzed). The concentrations of IND and PVAs in the precipitation were 111.1 μg/mL and 444.4 μg/mL, respectively.

(A) (B) (C)

(D) (E) (F) (G)

第 2 項 粉末 X 線回折

前項において得られた IND の析出物の結晶形を検討するため、 PXRD を用いて 評価した (Fig. 11)。 IND 原末の回折パターンは form (Fig. 11A) であったのに対し、

PVA 非共存下で得られた IND の回折パターンは form (Fig. 11B) であった。

続いて PVA 共存下で得られた析出物の回折パターンをそれぞれ評価した結果、い ずれも form の回折パターンが観察された (Fig. 11C-G) 。前項の SEM の結果では、

PVA のケン化度の違いにより、外観の異なる析出物が得られたことに対し、 IND の 回折パターンに変化は認められなかったことから、 PVA のケン化度は、 IND の晶癖 に影響を及ぼすことが示唆された。

Fig. 11. PXRD Patterns of IND Obtained in the Absence and Presence of PVAs

(A) IND alone and IND precipitates obtained (B) in the absence of PVAs, (C) in the presence of JF-05 (98.0-99.0% hydrolyzed), (D) JT-05 (93.4-94.5% hydrolyzed), (E) JP-05 (87.0-89.0%

hydrolyzed), (F) JL-05E (80.0-84.0% hydrolyzed) and (G) JR-05 (70.0-74.0% hydrolyzed). The concentrations of IND and PVAs in the precipitation were 111.1 μg/mL and 444.4 μg/mL, respectively.

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

0 5 10 15 20 25

Two Theta

Intensity (A)

(B) (C) (D) (E) (F) (G)