大阪公立大学 綿野 哲 教授 : 「粉体シミュレーション」の現状と最新の取り組みについて

インフルエンザ治療薬のリレンザやイナビルは粉末吸入製剤ですが、インフルエンザウイルスが増殖する気道などの粘膜に薬物を直接届けることができるだけでなく、薬物投与量を減少させることで副作用の軽減にも役立ちます。薬物の肺での投与が見直され、今後ますます粉末吸入する薬剤が増えていくと思います。ただし、粉末吸入した薬物が、肺のどの部位にまで到達しているかは人間の目では見えません。昔は薬物に蛍光のラベリングをつけたり、放射性物質でマーカーをして、投与後の薬物の到達程度を写真に撮って確認することができましたが、今は倫理規定が厳しくなり、人体を使った実験ができません。かつて製薬会社ではラット、イヌ、サルなどを使った動物実験が行われていましたが、それもやりにくくなっています。動物実験の代わりにできることは、シミュレーションしかありません（図1）。

現在、我々が研究を行っている噴霧乾燥（スプレードライ）装置は、有効成分を溶かした溶液を高温の気流内に噴霧することで瞬時に顆粒を作る装置ですが、様々な分野で使われています。昔の洗剤はほとんどが噴霧乾燥で製造されていました。昔の洗剤を作るコンセプトは、表面積を大きくし、多孔質にすることで、水に溶けやすくすることが主流でした。現在でも、カップスープ、インスタントコーヒー、調味料などの水やお湯にさっと溶ける粉末では、圧倒的に噴霧乾燥が用いられています。先ほど述べたように、噴霧乾燥では、固体成分が溶けた溶液を噴霧することで微小な液滴を生成し、その液滴が外部から乾燥され、次第に固体成分が析出して最終的に粉末ができるわけですが、そのプロセスが非常に複雑です。直接観察することも難しく、液体がどう乾燥するかを見られない。そこで、乾燥過程がどうなっているか、どれ位の熱を加えたら、どのような粒子ができるのかをCFDで解析することが大きな課題です（図2）。

実験室でテスト用の小さな装置を作り、それを基に、実際の生産規模の大型装置を設計する、これをスケールアップと言います。実験室で作ったものと同じものを生産スケールで作るにはどのような条件で運転すべきかを検討するため、シミュレーションが大活躍します（図4）。シミュレーションがないと、生産スケールの大型装置を作って実験しなければならず、時間と莫大なコストがかかります。シミュレーションで代替できればコストの問題も解決でき、検討に要する時間は極端に短くなるので、強力な解析・設計ツールになります。