製剤設計学研究室

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研究テーマ分子間相互作用に基づく機能性粒子調製

医薬品と製剤添加剤、食品中有効成分と機能性食品添加剤などを、分子レベルで特異的に相互作用させて機能性粒子を設計する研究を行っています。有機ナノコンポジット形成現象を利用した機能性粒子設計、ナノ構造体を利用した肺到達型機能性複合粒子設計、コンピュータシミュレーションによる粒子設計など様々な研究を展開しています。

キーワード

機能性食品添加剤、分子間相互作用、数値シミュレーション、難水溶性化合物、吸入粉末剤、自己乳化型製剤

配属学生

大学院生 4名(薬学専攻 博士課程 2名、薬科学専攻 博士後期課程 2名)【特任研究員】1名(Dr. Anirudh Srivastava)
学部学生 6年次生:15名、5年次生:15名、4年次生:12名

スタッフ

戸塚 裕一
戸塚 裕一
教授 / 博士(薬学)
担当科目
物理薬剤学(3年)、製剤学(3年)、薬剤学実習(3年)、薬局方総論(6年)、特別演習・実習(4年、5年、6年)、 特別演習(PBL)(大学院)、特別研究(大学院)
所属学会および社会活動
日本薬学会(近畿支部幹事)、日本薬剤学会(代議員、広報委員長)、製剤機械技術学会(評議員、技術論文編集委員)、粉体工学会、シクロデキストリン学会、日本海水学会、日本食品科学工学会、日本食品化学学会、創剤フォーラム、ヘスペリジン研究会、 文部科学省 科学技術予測センター NISTEP専門調査員
Mail:
ytozuka@gly.oups.ac.jp
reseachmap:
https://researchmap.jp/read0090215
門田 和紀
門田 和紀
准教授 / 博士(工学)
担当科目
物理薬剤学(3年)、製剤学(3年)、薬剤学実習(3年)、医工学連携授業、(2年)、特別演習・実習(4年、5年、6年)、 特別演習(PBL)(大学院)、特別研究(大学院)
所属学会および社会活動
粉体工学会、化学工学会、日本海水学会、日本食品科学工学会、日本薬学会、日本薬剤学会、製剤機械技術学会
Mail:
kadota@gly.oups.ac.jp
reseachmap:
https://researchmap.jp/k-kadota
内山 博雅
内山 博雅
助教 / 博士(薬学)
担当科目
薬剤学実習(3年)、特別研究(大学院)
所属学会および社会活動
日本薬剤学会、製剤機械技術学会、粉体工学会、日本食品科学工学会、日本食品化学学会、日本薬学会
Mail:
uchiyama@gly.oups.ac.jp
reseachmap:
https://researchmap.jp/h.uchiyama

研究内容

(1)ナノコンポジット形成に基づく難水溶性化合物の溶解性改善及び吸収性改善

医薬品開発や特定機能性食品開発において、対象とする有効成分の水への溶解度が極めて低い場合には、優れた効果・効能を持っていても有効活用が困難となります。難水溶性有効成分を機能性添加剤と分子レベルで特異的に相互作用させ、その性質を保持した機能性粉末を調製することにチャレンジしています。溶解性や吸収性および安定性に優れた粉体の設計、次世代の特定保健食品開発のための基礎研究、医薬品を含む有機ナノ粒子の調製に取り組んでいます。
溶解度上昇の方法としては、薬物をアモルファス化あるいは高分子や糖類中に固体分散体化させる方法が知られています。そこで、新たな固体分散体調製法の確立や薬物のアモルファス分散状態についての物性評価法の確立や長期安定性の予測などについても取り組んでいます。

(2)機能性素材やコンピュータシミュレーションを用いた吸入用粒子の創成

また、近年経口投与や注射による投与に代わる新たな投与経路として注目を集めている経肺投与製剤の開発にも取り組んでいます。中でも我々の研究室では、食品添加剤として利用されている高度分岐環状デキストリンが水中で20~30nmの均一なナノ構造に着目して、ナノスフェアから構成される経肺治療用の新しい製剤設計を試みています。多剤耐性緑膿菌などによる難治性肺炎治療などが最終的なターゲットであり、肺到達性が高く、組織障害性の低い吸入用粉末合剤のための基礎研究を行っています。

さらに、数値シミュレーションを利用した経肺製剤の気道内における粒子挙動予測に関する研究を行っております。患者から得られるCT画像を基に気管支モデルを設計し、気管支内での空気の流体計算を行っています。実際に実験で調製した粒子に関する情報を考慮し、経肺微粒子と肺内到達率との関係性を空気力学的に予測することを目指しています。数値シミュレーションを用いて、得られた口腔内から気管支および肺における生体内での粒子挙動や粒子の沈着率などをin vitro実験と比較しその妥当性について検証し、その妥当性が確認されれば、実際に最適な粒子径、粒子形態、などを考慮した経肺粒子の設計支援に応用することを期待しています。

(3) 機能性食品成分の可溶化および安定化を可能にする乳化法の開発

 近年、医療費の高騰によりセルフメディケーションが推進される中、機能性食品に注目が集まっています。機能性食品成分の中には、体内での溶解性が低いものや、水中での保存安定性が低いものが多く存在します。我々の研究室では、溶けないあるいは保存安定性の低い化合物に対して、自己乳化製剤やピッカリングエマルションを検討しています。自己乳化製剤では、食品添加剤のみを用いて数十ナノメートルの大きさのエマルション調製に成功し、機能性食品成分の吸収性改善や保存安定性の向上といった知見が得られています。またピッカリングエマルションは、界面活性剤を使用することなく乳化を実現することが可能であり、消費者の方に優しい製剤設計が可能になります。高圧微粒化装置と組み合わせることで、従来の乳化技術に比べて分散性や保存安定性、吸収性に優れたエマルションの調製が界面活性剤を使用することなく実現できるよう、現在取り組んでおります。

(4)その他の研究として、新規固体分散体調製法の確立及び医薬品のアモルファス分散状態の探索や粉体プロセスによる機能性材料の創製や新たな粉体プロセスの構築など、他大学との共同研究を実施しています。

代表的論文

2018年

  1. Uchiyama H., Srivastava A., Fujimori M., Tomoo K., Nakanishi A., Tandia M., Kadota K., Tozuka Y., Investigation of physiological properties of transglycosylated stevia with cationic surfactant and its application to enhance the solubility of rebamipide, J. Phys. Chem. B., 122:10051-10061, 2018
  2. Kadota K., Arima H., Shakudo R., Semba K., Uchiyama H., Sugiyama K., Tozuka Y., Emergent composite structures following the amorphization of itraconazole with transglycosylated rutin by over-grinding, Powder Technol., 323:69-75, 2018
  3. Uchiyama H., Nogami S., Katayama K., Hayashi K., Kadota K., Tozuka Y., Jelly containing composite based on α-glucosyl stevia and polyvinylpyrrolidone: Improved dissolution property of curcumin, Euro. J. Pharm.Sci, 117:48-54, 2018
  4. Kadota K., Hashimoto M., Yamaguchi T., Kawachi H., Uchiyama H., Tozuka Y., Preparation of a highly water-dispersible powder containing hydrophobic polyphenols derived from chrysanthemum flower with a xanthine oxidase-inhibitory activity, Food Sci. Technol. Res., 24:273-281, 2018
  5. Uchiyama H., Wada Y., Takamatsu M., Kadota K., Tozuka Y., Improved dissolution property of quercetin by preparing evaporated particles with transglycosylated rutin and isoquercitrin, Environ. Control Biol., 56:161-165, 2018
  6. Kadota K., Imanaka A., Shimazaki M., Takemiya T., Kubo K., Uchiyama H., Tozuka Y., Effects of inhalation procedure on particle behavior and deposition in the airways analyzed by numerical simulation, J. Taiwan. Inst. Chem. Eng., 90:44-50, 2018
  7. Tse J. Y., Kadota K., Takeo T., Hirata Y., Taniguchi M., Uchiyama H., Tozuka Y., Characterization of matrix embedded formulations for combination spray-dried particles comprising pyrazinamide and rifampicin, J. Drug Deliv. Sci. Tech., 48:137-144, 2018
  8. Kitayama A., Kadota K., Konishi Y., Uchiyama H., Tozuka Y., Shimosaka A., Yoshida M., Shirakawa Y., Amorphization progression of indomethacin during co-grinding with cystine from energy assessed by discrete element method simulation, J. Ind. Eng. Chem., 62:436-445, 2018
  9. Deki Y., Kadota K., Onda S., Tozuka Y., Shimosaka A., Yoshida M., Shirakawa Y., Crystallization behavior of glycine molecules with electrolytic dissociation on charged silica gel particles, Chem. Eng. Technol., 41:1073-1079, 2018
  10. Tanida S., Takata N., Takano R., Sakon A., Ueto T., Shiraki K., Kadota K., Tozuka Y., Ishigaki M., Cocrystal structure design based on isomorphism, Cryst. Eng. Comm., 20:362-369, 2018
  11. Takata N., Tanida S., Nakae S., Shiraki K., Tozuka Y., Ishigai M., Tofogliflozin salt cocrystals with sodium acetate and potassium acetate, Chem. Pharm. Bull., 66:1035-1040, 2018

2017年

  1. Kadota K, Senda A, Tagishi H, Ayorinde J.O., Tozuka Y, Evaluation of highly branched cyclic dextrin in inhalable particles of combined antibiotics for the pulmonary delivery of anti-tuberculosis drugs, Int. J. Pharm, 517:8-18, 2017
  2. Ueda H, Kadota K, Ito T, Kunita A, Tozuka Y, Co-amorphous formation of tranilast and diphenhydramine hydrochloride, J. Pharm Sci., 106:123-128, 2017
  3. Fujimori M, Kadota K, Tozuka Y, Mixed micelle system following interaction between transglycosylated stevia and ionic surfactant improves dissolution profile of mefenamic acid, J. Pharm. Sci, 106:1117-1123, 2017
  4. Miyazaki Y, Sugihara H, Nishiura A, Kadota K, Tozuka Y, Takeuchi H, Appropriate selection of the aggregation inhibitor of fine particles applied to inhalation upon the emulsion solvent diffusion, Drug Dev. Ind. Pharm., 43:30-41, 2017
  5. Miyazaki Y, Aruga N, Kadota K, Tozuka Y, Takeuchi H, Improved respirable fraction of budesonide powder for dry powder inhaler formulations produced by advanced supercritical CO2 processing and use of a novel additive, Int. J. Pharm., 528:118-126, 2017
  6. Kadota K, Nishimura T, Nakatsuka Y, Kubo K , Tozuka Y, Assistance for predicting deposition of dry powder in pulmonary airways by computational fluid dynamics, J. Pharm. Innov., 12:249-259, 2017
  7. Maeyama Y, Kadota K, Kitayama A, Tozuka Y, Yoshida M, Shimosaka A, Shirakawa Y, Theoretical study of the temperature dependent hydrogen storage capacity of Pd and Ti nanoparticles, Int. J. Hydrogen Energy, 42:11501-11509, 2017
  8. Kikuchi K, Kadota K, Tozuka Y, Yoshida M, Shimosaka A, Yoshida M, Shirakawa Y, Effects of the process parameters on the size distribution of taurine particles produced by nozzleless electrostatic atomization, Chem. Eng. Process., 117:38-44, 2017
  9. Kishimoto T, Furukawa R, Kadota K, Tozuka Y, Shimosaka A, Shirakawa Y, Nozzleless electrostatic atomization process for crystallization via liquid–liquid interfaces, J. Chem. Eng. Jpn., 50:367-375, 2017
  10. Sato H, Aoki A, Tabata A, Takahashi A, Kadota K, Tozuka Y, Seto Y, Onoue S, Development of sesamin-loaded solid dispersion with α-glycosylated stevia for improving physicochemical and nutraceutical properties, J. Funct. Foods., 35:325-331, 2017
  11. Tse J.Y, Kadota K, Shakudo R, Uchiyama H, Tozuka Y, Effective role of sodium chloride as an agglomeration inhibitor or a grinding aid in pharmaceutical manufacturing processes, Bull. Soc. Sea Water Sci., Jpn, 71:342-345, 2017

2016年

  1. Fujimori M, Kadota K, Kato K, Seto Y, Onoue S, Sato H, Ueda H, Tozuka Y: Low hygroscopic spray-dried powders with trans-glycosylated food additives for enhanced solubility and oral bioavailability of a ipriflavone, Food. Chem., 190:1050-1055, 2016
  2. Ueda H, Muranushi N, Sakuma S, Ida Y, Endoh T, Kadota K, Tozuka Y: A strategy for co-former selection to design stable co-amorphous formations, Pharm. Res., 33:1018-1029, 2016
  3. Kadota K, Semba K, Shakudo R, Sato H, Deki Y, Shirakawa Y, Tozuka Y: Inhibited photodegradation of highly-dispersed folic acid nanoparticles by antioxidant effect of transglycosylated rutin, J. Agr. Food. Chem., 64:3062-3069, 2016
  4. Kadota K, Okamoto D, Sato H, Onoue S, Otsu S, Tozuka Y: Hybridization of polyvinylpyrrolidone to a binary composite of curcumin/α-glucosyl stevia improves both oral absorption and photochemical stability of curcumin, Food Chem., 213:668-674, 2016
  5. Nishimura T, Kadota K, Kunita A, Nakayama Y, Tagishi H, Tozuka Y: Morphological control of tranilast attached to carrier particles by amino acid addition, Adv. Powder Tech.,27:971-976, 2016
  6. Tahara K, Nishikawa M, Onodera R, Tozuka Y, Matsui K, Hisazumi K, Takeuchi H: In vitro and in vivo characterization of drug nanoparticles prepared using PureNanoTM continuous crystallizer to improve bioavailability of poorly water soluble drug, Pharm. Res., 33:2259-2268, 2016
  7. Tanida S, Kurokawa T, Sato H, Kadota K, Tozuka Y: Evaluation of the micellization of an amphipathic graft copolymer with enhanced solubility of ipriflavone, Chem. Pharm. Bull, 64:68-72, 2016
  8. Kadota K, Ehara M, Fujimori M, Sato H, Tozuka Y: Novel quantification of the amorphous content of ursodeoxycholic acid by pulsed NMR, J. Pharm. Sci. Technol., Jpn., 76:117-122, 2016
  9. Kadota K, Otsu S, Fujimori M, Sato H, Tozuka Y: Soluble hydrolysis-resistant composite formulation of curcumin containing α-glucosyl hesperidin and polyvinylpyrrolidone, Adv. Powder Tech., 27:442-447, 2016
  10. Tahara K, Tomida H, Ito Y, Tachikawa S, Onodera R, H. Tanaka, Tozuka Y, Takeuchi H: Pulmonary liposomal formulations encapsulated procaterol hydrochloride by a remote loading method achieve sustained release and extended pharmacological effects, Int. J. Pharm, 505:139-146, 2016
  11. T. Tanaka, Kadota K, Tozuka Y, Shimosaka A, Shirakawa Y: Improvement in photocatalytic activity of morphologically controlled Pd-supporting TiO2 particles via sol-gel process using inkjet nozzle, Ceram. Int., 42:9963-9971, 2016
  12. Konishi Y, Kadota K, Tozuka Y, Shimosaka A, Shirakawa Y: Amorphization and radical formation of cystine particles by mechanochemical process analyzed using DEM simulation, Powder Technol., 301:220-227, 2016
  13. Deki Y, Kadota K, Tozuka Y, Shimosaka A, Shirakawa Y: Mutual diffusion diagram of liquid-liquid interfaces for morphological control of NaCl crystals, J. Mol. Liq., 223:462-468, 2016
  14. Miyazaki Y, Sugihara H, Nishiura A, Kadota K, Tozuka Y, Takeuchi H; Application of combinational supercritical CO2 techniques to preparation of inhalable particles, J. Drug Deliv. Sci. Tech.,, 36:1-9, 2016

2015年

  1. Fujimori M, Kadota K, Shimono K, Shirakawa Y, Sato H, Tozuka Y: Enhanced dissolution of quercetin by forming composite particles, J. Food Eng., 149:248-254, 2015
  2. Sato H, Fujimori M, Suzuki H, Kadota K, Shirakawa Y, Onoue S, Tozuka Y: Absorption improvement of tranilast by forming highly soluble nano-size composite structures associated with α-glucosyl rutin, Euro. J. Pharm. Biopharm., 92:49-55,2015
  3. Ueda H, Wakabayashi S, Kikuchi J, Ida Y, Kadota K, Tozuka Y: Anormalous role change of tertiary amino and ester groups as hydrogen acceptors in Eudragit® E based solid dispersion depending on the concentration of naproxen, Mol. Pharm., 12:1050–1061, 2015
  4. Kadota K, Nishimura T, Hotta D, Tozuka Y: Preparation of composite particles of hydrophilic or hydrophobic drugs with highly branched cyclic dextrin via spray drying for dry powder inhalers, Powder Technol., 283:16-23, 2015
  5. Shimono K, Kadota K, Tozuka Y, Shimosaka A, Shirakawa Y, Hidaka J: Kinetics of co-crystal formation with caffeine and citric acid via liquid-assisted grinding analyzed using the distinct element method, Euro. J Pharm. Sci., 76:217-224, 2015
  6. Kadota K, Senda A, Ito T, Tozuka Y, Feasibility of highly branched cyclic dextrin as a carrier in dry powder inhalers, Euro. J. Pharm. Sci, 79:79-86, 2015
  7. Gonda K, Kadota K, Deki Y, Tozuka Y, Shimosaka A, Shirakawa Y, Hidaka J: Fabrication of composite particles by liquid-liquid interfacial crystallization using an ultrasonic spray nozzle, Powder Tech., 269:401-408, 2015

2014年

  1. Ueda H, Ida Y, Kadota K, Tozuka Y: Raman Mapping for Kinetic Analysis of Crystallization of Amorphous Drug Based on Distributional Images, Int. J. Pharm.,462:115-122, 2014
  2. Kadota K, Furukawa R, Tozuka Y, Shimosaka A, Shirakawa Y, Hidaka J: Formation Mechanism of Non-Spherical Calcium Carbonate Particles in the Solution using Cluster-moving Monte Carlo Simulation, J. Mol. Liq., 194:115-120, 2014
  3. Tamura H, Kadota K, Shirakawa Y, Tozuka Y, Shimosaka A, Hidaka J: Morphology Control of Amino Acid Particles in Interfacial Crystallization Process using Inkjet Nozzle, Adv. Powder Tech., 25:847-852, 2014
  4. Zhang J, Higashi K, Ueda K, Kadota K, Tozuka Y, Limwikrant W, Yamamoto K, Moribe K: Drug Solubilization Mechanism of α-Glucosyl Stevia by NMR Spectroscopy, Int. J. Pharm., 465:255-261, 2014
  5. Kadota K, Wake T, Gonda K, Kitayama A, Tozuka Y, Shimosaka A, Shirakawa Y, Hidaka J: Effect of Organic Solvent on Mutual Diffusion and Ionic Behavior Near Liquid-liquid Interface by Molecular Dynamics Simulations, J. Mol. Liq., 197:243-250, 2014
  6. Ueda H, Aikawa S, Kawashima Y, Kikuchi J, Tanino T, Ida Y, Kadota K, Tozuka Y: Anti-Plasticizing Effect of Amorphous Indomethacin Induced by Specific Intermolecular Interactions with PVA Copolymer, J. Pharm. Sci.,103:2829-2838, 2014
  7. Kadota K, Tamura H, Shirakawa Y, Tozuka Y, Shimosaka A, Hidaka J: Interfacial Sol-gel Processing for Preparation of Porous Titania Particles using a Piezoelectric Inkjet Nozzle, Chem. Eng. Res. Des., 92:2461-2469, 2014
  8. Hata M, Moribe K, Ando S, Tozuka Y, Yamamoto K, Density Functional Theory Study of Equimolar Complexation of Urea or Thiourea with 2-Alcoxybenzamide, J. Struct. Chem.,155:1506-1513, 2014

2013年

  1. Tozuka Y, Imono M, Uchiyama H, Tahara K, S. Tazawa, Y. Araki, Takeuchi H: Dry Powder Formulation with α-Glycosyltransferase-Treated Stevia for the Effective Absorption of Hydrophobic Bioactive Compounds in Crude Drugs, Powder Tech., 240:2-6, 2013
  2. Ueda H, Kawai A, Hayashi T, Ida Y, Kakemi M, Tozuka Y: Process Monitoring of Ultrasound Compaction as a Small-scale Melting Method, Euro. J. Pharm. Sci., 49:829-835, 2013
  3. Hoashi Y, Tozuka Y, Takeuchi H: Development of a Novel and Simple Method to Evaluate Disintegration of Rapid Disintegrating Tablets, Chem Pharm. Bull., 61:962-966, 2013
  4. Hoashi Y, Tozuka Y, Takeuchi H: A Completely Solvent-free Process for the Improvement of Erythritol Compactibility, Int. J. Pharm., 455:132-137, 2013
  5. Hoashi Y, Tozuka Y, Takeuchi H: Solventless Dry Powder Coating for Sustained Drug Release Using the Mechanochemical Treatment Based on the Tri-component System of Acetaminophen, Carnauba Wax and Glidant, Drug Dev. Ind. Pharm., 39:259-265, 2013
  6. Murata M, Yonamine T, Tanaka S, Tahara K, Tozuka Y, Takeuchi H, Surface Modification of Liposomes using Polymer–Wheat Germ Agglutinin Conjugates to Improve the Absorption of Peptide Drugs by Pulmonary Administration, J. Pharm. Sci., 102:1281-1289, 2013
  7. Sasaki H, Hironaka K, Karasawa K, Tahara K, Tozuka Y, Takeuchi H, Retinal Drug Delivery in Surface-Modified Liposome with Poly-L-lysine via Eyedrop Administration, Euro. J. Pharm. Biopharm., 83:364-369, 2013

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