リン脂質を選択する際に考慮すべき点は何ですか?

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相転移温度

相転移温度は、秩序あるゲル相から、炭化水素鎖が完全に伸びて密に詰め込まれ、炭化水素鎖がランダムに配向している無秩序な液晶相への脂質の物理的状態の変化を誘発するのに必要な温度として定義されます。そしてモバイル[1、2]。炭化水素鎖の長さ、不飽和度、電荷、頭部基種など、いくつかの要因が相転移温度に直接影響します。炭化水素鎖の長さが長くなると、ファンデルワールス相互作用が強くなり、規則的な充填を破壊するためにより多くのエネルギーが必要となり、その結果、相転移温度が上昇します。同様に、アシル基に二重結合を導入すると鎖がねじれ、その結果、低温で規則正しい充填配置が得られます。

脂質の転移温度の制御は、新しい製品、プロセス、または方法を開発するときに役立つ場合があります。相転移温度が高い脂質を選択すると、脂質小胞は常にゲル相にあり、漏れることはありません。逆に、脂質の相転移温度が系の開始温度と終了温度の間にある場合、脂質が相転移する際にベシクルが漏れやすくなり、内包物質が放出される可能性があります。さらに、脂質の転移温度が加工ステップにどのような影響を与えるかについても考慮する必要があります。濾過が必要な場合、相転移温度が高い脂質を使用すると、技術的な問題が発生する可能性があります。

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安定性

脂質含有薬剤の長期安定性または保存期間は、製剤中の脂質の種類によって大きく影響される可能性があります。一般に、化合物の不飽和度が高くなるほど、製品は酸化しやすくなり、製品の保存寿命は短くなります。生物由来の脂質 (卵、牛、大豆など) には通常、多価不飽和脂肪酸が大量に含まれており、飽和脂肪酸よりも本質的に安定性が低くなります。飽和脂質は酸化に対してより安定していますが、相転移温度も非常に高いため、製剤化がさらに困難になります。脂肪酸の不飽和が必要な場合は、可能な限り低級不飽和脂肪酸を使用してください。ほとんどの場合、不飽和にはオレイン酸 (18:1、シス D9) で十分であり、オレイン酸は一価不飽和であるため、多価不飽和脂肪酸よりもはるかに安定です。

加水分解による安定性の問題は、脂質製品によく見られる問題です。医薬品の水性製剤は、大量の水が存在すると脂質製剤の急速な加水分解を引き起こす可能性があるため、多くの場合安定性が低くなります[3、4、5]。この加水分解は、pH [3]、温度 [3、5]、緩衝物質 [5]、イオン強度、アシル鎖長、リン脂質の頭部基 [4]、凝集状態 [4] などのいくつかの要因に依存します。これらの要因の議論と要約は、他の文献 [6] を参照することもできます。この加水分解は膜への水の浸透によるものである可能性があることが示されています。 Simon と McIntosh [7] は、X 線回折と比容量測定により、ホスファチジルエタノールアミン (PE) およびホスファチジルエタノールアミン (PE)/コレステロールで構成された膜における水の浸透深さを測定しました。 PE 膜では、水はカルボニル付近のより深くまで浸透しますが、コレステロールを含む PE 膜では、水はグリセロール主鎖までのみ浸透します。これは、コレステロールが脂質膜の加水分解の安定化に役割を果たす可能性があることを示唆しています。

膜を安定に保つことは長年の研究課題です。この研究の主な目的は、無傷のリポソームを乾燥粉末の形態で安定化し、再構成したときに捕捉された内容物が保持されるようにすることでした。最近では、脂質製剤は炭水化物で安定化されています [8,9]。脂質膜に対する炭水化物の安定化効果の考えられる理由は、炭水化物が膜/水界面近くの頭部領域に挿入し、この領域から水を排出できることです。乾燥脂質製剤では、これは脂質の「水和」を維持するのに役立ちます。脂質膜を保護し、リポソーム構造の完全性を維持します。これが本当であれば、水性環境でも炭水化物がこの領域に入り込み、水を置き換えることができます。これにより、膜が加水分解に対して安定化する傾向があります。

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充電

多くの生体膜の表面は、通常、陰イオン性リン脂質によって付与される正味の負電荷を持っています。主な天然のアニオン性リン脂質は、ホスファチジルセリン (PS)、ホスファチジルイノシトール (PI)、ホスファチジン酸 (PA)、およびカルジオリピンです。一部の細菌にはホスファチジルグリセロール (PG) も含まれています。電荷により膜に特定の機能を提供できます。たとえば、凝固カスケードのいくつかのステップでは脂質膜が必要です。血小板表面上でのタンパク質凝集体の集合には、負に帯電した膜表面が必要です。プロトロンビンからトロンビンへの変換には、負に帯電した表面が必要なだけでなく、ホスファチジルセリン (PS) とホスファチジン酸 (PA) に限定される脂質に対する特定の要件もあります [10]。凝固タンパク質は、PS または PA と同様に PG または PI に強く結合しますが、その活性ははるかに低くなります。したがって、一部のシステムでは、電荷要件を満たす必要があるだけでなく、特定の脂質も必要とされます。

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脂質混合物

多くの場合、単一タイプの脂質は、特定のシステムに必要な物理化学的特性を生成しないか、置換または複製する予定の自然システムを適切に模倣しません。これらの質問については、特定の電荷比、不飽和度、相転移温度、または生物学的機能を生成または再現するように設計された 2 つ以上の脂質で構成される複雑な脂質混合物を考慮してください。天然の脳組織抽出物の機能を再現するには、合成脂質の PE:PS:PC 比を 5:3:2 (wt%) にすると満足のいく結果が得られることがわかりました [11] - この結果は、脳組織抽出物の共通のリン脂質組成も示しています。ほとんどの脳組織。さらに、粗脳抽出物を含んでいた市販の凝固試薬の多くは、合成脂質混合物に置き換えられつつあります。この代替混合物にはいくつかの利点があります。生物学的抽出物中に多価不飽和脂肪酸が存在しないため、安定性が向上します。さらに、脂質混合物の再現性も向上します。さまざまな種類の脂質の混合も、サンプル調製時にそれほど手間がかかりません。脂質試薬の量が十分な場合、脂質供給業者はユーザーの仕様に従って事前混合し、すぐに使用できる製品を提供します。

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コレステロール

コレステロールは生体系に広く存在する膜成分であり、膜の流動性、弾性、透過性の調節において独特の役割を果たします。タンパク質が膜に埋め込まれると、他の脂質種の不完全な集合によって生じた隙間を埋めます。コレステロールはモデル膜において本質的に同じ役割を果たします。残念ながら、コレステロールを人間の医療に使用すると、特定の問題が発生する可能性があります。臨床使用に適した高純度コレステロールの供給源は広く入手可能ではありません。市販されているコレステロールのほとんどは、卵またはラノリン（羊由来）に由来しています。これらの動物源は、ウイルス汚染の可能性があるため、人間の医療での使用には適さない可能性があります。さらに、コレステロールは酸化されやすいため、脂質ベースの医薬品の安定性の問題が生じます[12]。これらの酸化副産物の一部は、生物系において非常に有毒である傾向があります。酸化生成物は、25-ヒドロキシコレステロール、7-カルボニルコレステロール、7a-および7β-ヒドロキシコレステロール、コレスタン-3β、5a、6β-トリオール、および5-および7-ヒドロペルオキシドである[13]。これは、大量の酸化ステロールが存在する可能性が高いため、アテローム性動脈硬化の研究結果があいまいになる可能性があることを示唆しています。

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ソース

リン脂質は、化学合成と動物組織抽出という 2 つの基本的な供給源から得られます。動物組織由来のリン脂質は通常、卵またはウシ由来です。このような動物由来のリン脂質は、安定性の問題やウイルスやタンパク質の汚染の可能性があるため、臨床応用には適していません。米国食品医薬品局は、ウシ組織の供給源を「狂牛病」に感染していないことが証明された国および動物に限定する公報を発行した。 (BSE、ウシ海綿状脳症)。米国の牛はBSEフリーであることが証明されていないため、医薬品の製造に使用することはできません。卵の供給源は現在制限されていませんが、医薬品にはウイルス汚染について追加の検査が必要になる場合があります。規制の問題に関係なく、動物組織由来のリン脂質は合成リン脂質に対する優位性を失っています。さらに、多価不飽和脂肪酸が存在するため、本質的に安定性が低くなります。また、合成リン脂質の製造コストは、多くの場合、動物組織由来のリン脂質と大差ないか、それ以下です。

また、合成脂質は原料が異なるため、必ずしも完全に同一であるとは限りません。合成脂質は、グリセロールまたはグリセロール-3-ホスホコリン (GPC) から調製できます。後者の場合、GPC は植物または動物に由来するため、半合成リン脂質と呼ばれることがあります。グリセロール由来のリン脂質は合成キラル中心を必要とするため、最終製品にキラル異性体不純物が生じる可能性があります。動物由来の GPC を使用して調製された脂質は、上記と同じウイルスやタンパク質の汚染の問題に悩まされる可能性がありますが、GPC の典型的な植物源は大豆レシチンであり、もちろん化学合成することもできます。

参考文献:

1. Small、DM、脂質研究ハンドブック: アルカンからリン脂質までの脂質の物理化学、Vol. 4、プレナムプレス、ニューヨーク、1986年。

2. Ellens, H.、Bentz, J.、および Szoka, FC、六方晶系相転移温度におけるホスファチジルエタノールアミン リポソームの不安定化、Biochemistry、25、285、1986。

3. Frrkjaer, S.、Hjorth, EL、および Wrrts, O.、リポソームの安定性と保存、薬物送達の最適化、Bundgaard, H.、Bagger Hansen, A.、および Kofod, H. 編、Munksgaard 、コペンハーゲン、1982年、384。

4. Kensil, CR および Dennis, EA、モデル膜におけるリン脂質のアルカリ加水分解とその凝集状態への依存性、Biochemistry、20、6079、1981。

5. Grit, M.、de Smidt, JH、Struijke, A.、および Crommelin, DJA、水性リポソーム分散液中のホスファチジルコリンの加水分解、Int. J. Pharm.、50、1、1989。

6. Grit, M.、Zuidam、NJ、および Crommelin, DJA、「水性リポソーム分散液中のリン脂質の分析および加水分解反応速度論」、リポソーム技術：リポソームの調製および関連技術、第 1 巻。 1、第 2 版、Gregoriadis、G. 編、CRC Press、アナーバー、1993 年、527。

7. Simon, SA および McIntosh, TJ、脂質二重層への水の浸透の深さ、Meth。 Enzymol.、127、511、1986。

8. Crowe, JH および Crowe, LM、乾燥リポソームの安定性に影響を与える要因、Biochim。生物物理学。アクタ、939、327、1988。

9. Crowe, JH、Crowe, LM、Carpenter, JF、および Aurell Winstrom, C.、糖による乾燥リン脂質二重層およびタンパク質の安定化、Biochem. J.、242、1 1987。

10. Jones, ME、Lentz, BR、Dombrose, FA、および Sandberg, H.、トロンビン形成を増強する合成膜と血小板由来膜の能力の比較、Thromb. Res.、39、711、1985。

11. van den Besselaar、AMHP、Neuteboom、J.、および Bertina、RM、ヘパリンに対する活性化部分トロンボプラスチン時間の応答に対する合成リン脂質の効果、血液凝固。フィブリノール、4、895、1993。

12. スミス、LL、コレステロールの自動酸化、プレナムプレス、ニューヨーク、1981 年。

13. Taylor, CB、Peng, SK、Werthesen, NT、Than, P.、および Lee, KT、コレステロールの自然発生抗毒性誘導体、Am。 Ｊ．クリン． Nutri.、32、40、1979。

この記事は、Burgess, SW、Moore, JD、および Shaw, WA、Handbook of Nonmedical Applications of Liposome: From Design to Microreactors、Vol. 2 から翻訳されたものです。 3、Y.バレンホルツ＆amp; D. Lasic 編、CRC Press、アナーバー、1996 年、5.