皮膚パッチ

皮膚パッチ または皮膚パッチは、薬剤を皮膚に送達するために人間の皮膚に貼付される薬剤 接着パッチです。これは、薬剤を皮膚を通して血流に送達する経皮パッチとは対照的です。

• フレクター（ジクロフェナクエポラミン）パッチは、軽い捻挫、ねんざ、打撲による急性疼痛の治療に使用されるNSAID局所パッチです。また、線維筋痛症や関節炎など、NSAID が有効な慢性疾患の痛みや炎症の治療にも使用されています。
• リドカインパッチは Lidoderm として販売されており、帯状疱疹の末梢痛を和らげます。急性外傷による痛みや慢性痛の治療に適応外使用が一般的になりましたが、使用後 12 時間で除去する必要があるという制限があります。
• いくつかの実験研究では、汚染された市販の皮膚移植パッチに抗生物質を局所的に送達するためのセラミック皮膚パッチの使用や^[1]、歯科手術後に歯茎に抗生物質を局所的に送達するための抗生物質皮膚パッチの使用を調査しています^{[2] 。}

2016 年、ノッティンガム大学から、天然のクモ糸と機能的に同一である初の合成クモ糸についての研究が発表されました。非天然のメチオニン類似体 L-アジドホモアラニン (L-Aha) と遺伝子組み換え大腸菌細胞を使用して、フィラメントを作成するために必要な条件下で自己組織化タンパク質が生成されました。これらの条件は、クモ糸タンパク質の生成を研究している J. ヨハンソンと同僚によって何年も前に研究されていました。研究で使用されたタンパク質は、同じように動作する自然界で見つかったシルクモノマーの小型版です。変更により、フィラメントの軸に沿って、育児巣クモから得られた自己組織化組換えドラッグラインシルクタンパク質であるタンパク質 4RepCT の機能化領域を発現することができました。^[3]

4RepCT タンパク質を機能化する方法は成功していますが、生物学的環境で安定したタンパク質機能化を確実に生成し、調整および変更できる方法ではありません。機能ペプチド配列をシルク遺伝子に遺伝子融合する方法と、機能分子をアミノ酸側鎖に化学的に結合する方法は、現在、調整可能な機能を持つ機能化 4RepCT タンパク質を実現する方法として知られています。最初のアプローチには、シルクの翻訳後操作が最小限に抑えられるという利点があります。残念ながら、遺伝子操作は、遺伝子の GC (グアニン-シトシン) 含有量が高く、転写エラーにつながるため困難です。また、この方法では、機能結合部位の普及が、25 kDa 4RepCT シルクタンパク質あたり 1 つのリガンド結合部位に制限されます。抗体などの大きなアダプタータンパク質を使用して、より多くの結合部位を表示できますが、実現可能な解決策とは見なされていません。この方法では、天然のスピドロインタンパク質よりも細胞接着性が高く、さまざまな抗菌特性を持つ 4RepCT タンパク質が生成されることが示されています。 2 つ目の方法は、シルク タンパク質の化学修飾であり、用途に応じて堅牢なリンカーまたは感度の高いリンカーを使用して、さまざまな有機および有機金属リガンドの複数のコピーを共有結合させる必要があります。この方法の課題は、4RepCT タンパク質の修飾を部位特異的に行うことが難しいことです。特定の部位を標的とするには、残基もアクセス可能で、シルク タンパク質の残りの部分と化学的に生体直交するように修飾する必要があります。シトシン残基は、マイケル付加によるこのタイプの結合によく使用されますが、交換反応を起こす傾向があるため、生物学的環境では長期間不安定になります。これら 2 つの方法は時代遅れですが、4RepCT が細胞接着、抗菌効力、および結合する分子または薬剤の種類という重要な領域で調整できるという事実を検証するのに役立っています。^[3]

その後、EDC/NHSカップリングを用いてドラッグラインシルクタンパク質のN末端にアジド官能基が結合し、細胞接着が強化されたグリコポリマー結合フィルムと、制御可能なマイクロアーキテクチャを備えたDNAシルクキメラが得られました。これを基に、本研究の研究者らは3つのL-Aha残基を4RepCTに組み込むことを調査し、次の結果を得ました。L-Ahaのアジド側鎖は、ホスフィン試薬とのシュタウディンガーライゲーション、およびクリック反応における銅(I)触媒アジド-アルキン環化付加( CuAAC )またはひずみ促進アジド-アルキン環化付加( SPAAC )を介して、さまざまな機能性分子への高度に特異的で効率的な部位特異的結合を可能にします。^[3]${\displaystyle 4RepCT^{3Aha}}$

CuAAC と SPAAC はどちらも一般的なクリック反応で、クリックケミストリーでは互換性があることが多いです。細胞内の Cu(I) は細胞毒性があることはよく知られています。つまり、CuAAC は、in vivo アプリケーションにつながる研究では SPAAC クリック反応ほど一般的ではありません。この研究の研究者は、この研究の目的が in vivo アプリケーションであるにもかかわらず、いくつかの理由から CuAAC を使用することに決めました。まず、グルタミン酸残基が 2 つしか存在せず、ヒスチジン残基 (Cu(I) に対して高い親和性を持つ 2 つの残基) が存在しないため、銅がタンパク質に結合する可能性は低いです。これらの残基は、合成中に 4RepCT タンパク質に結合した可溶化融合パートナーであるチオレドキシンに存在します。ただし、チオレドキシンは、繊維形成につながるトロンビンとの自己組織化反応をトリガーするために除去されるため、これは問題を引き起こしません。 Cu(I) を多く含むチオレドキシンの除去により、シルク構造からほぼすべての銅が除去されます。研究者らはまた、EDTA を含むバッファーと THPTA (銅イオンを安定化する) を利用して繊維をすすぎ、Cu(I) をさらに除去し、重量で 0.1 % 未満の銅イオン痕跡を残しました。第二に、4RepCT などのシトシン含有量の高いタンパク質が存在する場合、クリック反応では CuAAC が SPAAC より優れています。4RepCT などのタンパク質が存在する場合、SPAAC プロセスは、多くの場合、オフターゲット サイトで「クリック」を作成し、リガンドがタンパク質の間違った部分に結合して、タンパク質を実質的に役に立たなくします。繊維に沿った機能サイトの数を最大化するには、CuAAC が適しています。^{[3] [4]}${\displaystyle 4RepCT^{3Aha}}$

この研究では、2つの異なる蛍光体と抗生物質レボフロキサシンとのCuAAC媒介結合が実証され、共有結合で機能化された組み換えクモ糸タンパク質が特性を強化した生体材料として潜在的可能性を示唆しました。研究者らはアルキン蛍光体との結合に成功し、タンパク質がシルク繊維の軸に結合された状態でアジド基を介して機能化できることを証明しました。その結果、繊維軸に沿った強力で均一な蛍光だけでなく、繊維が1:1の比率で2つの異なる蛍光体で装飾されたときに強力で均一な複合蛍光も示されました。^[3]${\displaystyle 4RepCT^{3Aha}}$${\displaystyle 4RepCT^{3Aha}}$

機能的アジド基を臨床的に関連する分子で修飾できることを証明するために、研究者らは繊維をグリシジルプロパルギルエーテル（酸不安定リンカー）で修飾し、エポキシドカルボキシレート基間のエステル結合を使用してレボフロキサシン（グラム陽性菌を標的とする抗生物質）を繊維に結合させようとした。研究者らは、各因子レベルにLB培地が含まれる大腸菌NCTC 12242細菌に対する機能化シルク繊維の阻止帯アッセイを実施した。その結果、レボフロキサシンで修飾された繊維の機能化が成功し、抗生物質の持続性が半径3.5cmで120時間維持され、細胞密度は他の因子レベル（LB培地のみ、非機能化シルク、レボフロキサシン添加シルク）の約50%（p ≤ 0.01）に維持された。繊維からのレボフロキサシンの最大持続放出は5日間であった。^[3]

クモの糸は、最も古くから知られている皮膚パッチの 1 つです。主に傷口を縛るために使用され、スパイラル シルクの糖タンパク質接着剤と繊維自体のタンパク質構造には、軽度の抗菌作用があります。局所的な消毒剤として作用するこのシルクは、敗血症や慢性疾患の発生率を低下させました。シルクの粘弾性と高い引張強度および靭性は、外科用テープと同様に傷口の治癒を助けました。

クモの糸は、ガーゼによる包帯、蜂蜜酢による治療、全身性抗生物質といった現在の広範囲の創傷治療方法や、皮膚パッチとしてよく使われる方法よりも優れているにもかかわらず、臨床診療にはまだ使われていません。歴史的に、その主な理由は、養殖と糸の収穫の難しさです。再現しやすいいくつかの条件で糸を紡ぐカイコとは異なり、クモは獲物を捕らえるなど、実験室条件で再現するのが難しい特定の目的のために糸を紡ぎます。さらに、クモは一般に共食いをする傾向があるため、十分な数のクモを繁殖させることは困難です。強制的に糸を紡ぐと、不適切な糸ができます。皮膚への応用として最もよく提案されている使用例は次のとおりです。

• 局所的な薬剤送達のための皮膚パッチ
• 局所抗生物質創傷被覆材
• 局所皮膚再灌流スキャフォールド
• 非接着性局所薬物送達デバイスを接着するための皮膚粘膜接着剤

研究によると、カイコの糸は本来の抗生物質特性や生体模倣の機械的特性を持たず、人によっては致命的な呼吸器アレルギー反応を引き起こす可能性がある。^[5]

2020年の研究では、組み換え生産されたクモの糸のタンパク質が、静置溶液の液体と空気の界面で自己組織化し、タンパク質透過性、超強力、超柔軟な膜を形成することがわかった。強制されない自己組織化により、細胞の成長をサポートするナノフィブリル膜が形成される。ヒトの皮膚細胞の合流層は3日以内に形成され、患者に直接投与するのに適している。^[6]

カイコの糸は血管系に接触すると人間にとって致命的となる可能性があるため、カイコの糸を皮膚に貼付するパッチ、または皮膚に貼付するパッチのような用途は承認されていません。