USHIO

光技術情報誌「ライトエッジ」No.31(2008年10月発行)

日本美容皮膚科学会誌

(2008年7月)

5-アミノレブリン酸外用薬を用いた
光線力学的療法における健常皮膚への影響
一アミノレブリン酸の濃度と有害事象の発現の関連性について一

坪内利江子1,木村誠2,3,徳岡由一4
1:銀座スキンクリニック,2:ウシオ電機株式会社,3:横浜桐蔭大学バイオメディカルエンジニアリングセンター,4:横浜桐蔭大学医用工学部

要旨

種々の濃度の5-アミノレブリン酸(5-ALA)を所定時間外用した際の、健常皮膚におけるポルフィリン系化合物の蓄積状態と有害事象について検証した。その結果、20wt%5-ALA外用薬を塗布した場合、正常皮膚に著しい紅斑、浮腫および炎症後色素沈着の発現が認められた。また、10wt%以下の5-ALA外用薬を塗布した場合、発赤および紅斑の発現は抑制され、特に2wt%以下の5-ALA外用薬では、紅斑は短時間で消失するかあるいは認められず、浮腫の発症はまったく認められなかった。低濃度5-ALAに有害事象の発現の抑制は、皮膚中のポルフィリン系化合物の集積の程度と関連があることが示唆された。

キーワード

5-アミノレブリン酸、尋常性ざ瘡、光線力学的療法、ポルフィリン系化合物、ランプ

はじめに

尋常性ざ瘡の治療方法の一つとして、5-アミノレブリン酸(5-ALA)を用いた光線力学的療法 (Photodynamic Therapy: PDT)が皮膚科分野で活用されている[1.2]。尋常性ざ瘡に対する5-ALAを用いた PDT(ALA-PDT)の作用メカニズムは次の通りである。5-ALAを経口あるいは外用にて投与して所定時間放置すると、5-ALAは選択的に毛包脂腺系、とくに皮脂腺に集積し、光増感作用を持つポルフィリン系化合物(コプロポルフィリンIII、プロトポルフィリンIXなど)となる。そこに波長400から700nmの可視光で励起させると、光化学反応によって活性酸素種あるいはラジカル種が生成される。これは、Propionibacterium acnes (P.acnes)や常在菌を殺菌しさらに皮脂腺を構成する細胞に損傷を与えて皮脂の産生を抑制することでざ瘡の症状を改善させるものである[1.2]

経口投与では、投与された5-ALAは毛細血管を経て皮脂腺を構成する細胞にのみに取り込まれてポルフィリン系化合物を蓄積するため、正常な角質層や表皮に損傷を与え難いという特長がある[3.4]。しかし、眼や皮膚以外の正常な組織にも一時的にポルフィリン系化合物を蓄積するため、患部以外への光曝露には十分な注意を払う必要がある[3]。また、10mg/kgB.W.の5-ALAを内服で投与し約4時間後に光照射した場合に、嘔吐や一時的な肝機能障害などの副作用が報告されている[3]のは懸念すべきである。

一方、ざ瘡に対する従来の外用ALA-PDTのプロトコールでは、悪性腫瘍に対する方法に準じて、20wt%の 5-ALAを親水性軟膏に配合した5-ALA外用薬を患部に塗布し、4〜6時間後に光照射する。外用法の場合には、5-ALAは角質層から浸潤して正常な皮膚組織にも取り込まれて一時的にポルフィリン系化合物を蓄積する。そのため、光曝露によって正常な角質層や表皮細胞にも障害が起きやすく、場合によっては紅斑、浮腫、落屑、色素沈着などの副作用が発症することがある[5]。悪性腫瘍の治療ではそれらの副作用はそれほど問題視されないが、尋常性ざ瘡の治療では十分に考慮される必要がある。

また、いずれの方法でも、従来のプロトコールでは、5 -ALAの塗布を開始してから照射するまでの蓄積したポルフィリン系化合物が代謝されるまでの長時間、患者を遮光した部屋にて管理することは、通院による尋常性ざ瘡治療においては実用的ではない。

これら有害事象の発症を抑え、尋常性ざ瘡に対する安全で簡便なALA-PDTを提供するためには、過剰量の5-ALA投与を避ける必要がある。しかし、尋常性ざ瘡のALA-PDTにおける5-ALAの至適濃度に関する知見は少ない。内服あるいは外用ALAの組織における分布の経時的変化についてもわずかにモデルマウスでの報告があるのみである[6]。表皮を傷害せずより選択的にALAが皮脂腺に集積するとして、近年日本人を始めアジア人、すなわち外用ALA-PDTでは色素沈着の副作用のおきやすいdarker skin typeにおいて内服 ALA-PDTが試み始められている。しかしながら、内服法の外用法に対する有効性における優位性は明らかではなく、また上記の全身性の副作用に対する懸念から国際的には未だ外用法が一般的である。

本研究では、痤瘡に対する実用的な外用PDT法の確立のための至適ALAの濃度の探索の一環として、外用薬中の5-ALA濃度と正常皮膚組織におけるポルフィリン系化合物の経時的経時的な蓄積状態の変化、およびその集積の程度と有害事象の発症との相関について検証した。

方法

外用5-ALA

親水性軟膏(日興製薬株式会社製)に5-ALA (コスモ.バイオ株式会社製)を配合し各種濃度の5-ALA外用薬を作成した。

照射装置

赤外線治療機として薬事認可のおりているセラビー A®VR630 (薬事認証番号:218AGBZX00008000、ウシオ電機株式会社製)[8](図1)を用いた。これは、メタルハライドランプに熱線カットフィルタおよび600〜800nm 付近の光を透過するバンドパスフィルタを用いることにより630nmおよび670nm付近に強い放射ピークを有する光源である[7]。照射強度は53mW /cm2、照射面積は直径10cmの正円形で使用した。

図1.セラビームの外観

ポルフィリン蓄積の測定および副反応の観察

5 - ALA外用薬を塗布後の皮膚組織中で産生されるポルフィリン系化合物の蓄積状態は、ポルフィリン系化合物の赤色蛍光発光を利用し以下の方法で測定した。

1.面像装置によるALA由来の蛍光の強さと分布

UVフラッシュランプによりポルフィリンを励起しそれによる赤色発光の蛍光写真撮影が可能な高感度カメラを備えたセラビーム® Photo (ウシオ電機株式会社製)を用いて顔面における蛍光分布を測定した。

2.組織からの蛍光スペクトルの測定

蛍光スペクトル分析機能内蔵型VLD装置、VLD-Ml/ver3.0SP (株式会社エムアンドエム製)を用いた。これはVLD光出力および計測光入力兼用の2連ファイバーを備えた装置で、405nm,140mWの光が出るファイバーの先端を皮膚の表面にあて、その励起による410nm付近から近赤外線領域までの蛍光スペクトルを測定した。

3.副反応の観察

セラビーム® Photoにより、蛍光写真と連続性に臨床写真を撮影すると同時に、目視にて観察した。

上記外用薬と照射装置を用いて以下の三つの実験を行った。各実験の実験部位および実験条件を、それぞれ図2および表1に示す。

図2.実験部位

表1. 実験プロファイル

実験1:20wt%ALA外用による螢蛍光発現の経時的変化と副反応の観察

書面にて同意を得た34、43および44歳の健常男性被験者3名の頰部に20wt%5-ALA外用薬を塗布してプラスチックフィルムとガーゼで密封し、1時間後(図2a)あるいは3時間後(図2b)にふきとった。さらに、頬部に塗布してから12時間後に下顎部にも同様に外用した。塗布開始から 1、3、12および18時間後のポルフィリン系化合物の集積状態を画像診断装置にて蛍光観察した。また、塗布して1、 3、9および16日後の皮膚の状態を目視で観察した。

実験2: 5wt%および10wt%ALA外用および励起光照射後の螢蛍光発現の経時的変化ならびに副反応の観察

書面にて同意を得た32、39および43歳の健常男性被験者3名の頰部に、頬より耳側上下2箇所(図2cおよびd) に5wt%5-ALA外用薬を、頬より鼻側上下2箇所(図2e およびf)に10wt%5-ALA外用薬を実験1と同様の方法で1時間塗布した。塗布を開始して3時間後に、上部(図 2cおよびe)に30J/cm2、下部(図2dおよびf)に15J/cm2の光を照射した。塗布してから1、3、12および48間後のポルフィリン系化合物の集積状態を画像診断装置にて蛍光観察および目視にて皮膚の状態を観察した。

実験3: 0.5wt%および2wt%ALA外用による
螢蛍光発現の経時的変化ならびに副反応の観察

書面にて同意を得た43および44歳の健常男性被験者 2名の頬上部(図2g)に2wt%5-ALA外用薬を、頬下部 (図2h)に0.5wt%5-ALA外用薬を上記と同様に1時間塗布し塗布を開始してから3時間後に15J/cm2でそれぞれの部位に光照射を行った。塗布してから1、3、6、12および24時間後に、ポルフィリン系化合物の集積状態を画像診断装置による蛍光観察および蛍光スペクトル測定し、皮膚の状態を目視で観察した。

結果

外用20wt%5-ALAにおける蛍光発現および臨床症状の経時的変化

20wt%5-ALA外用薬を塗布してから1、3、12および18 時間後の画像診断装置による蛍光観察の一例を図3に示す。ポルフィリン系化合物の頬部への蓄積は塗布1時間後から認められ、3時間後では高い蛍光発光が観察された。これは、塗布時間が1時間であっても3時間であっても、蛍光発現の程度に差はみられなかった(図3B,C)。さらに、塗布終了後も蛍光発光は確認され、塗布開始から4〜12 時間(塗布終了から1〜9時間)で強くなった。その後は減衰傾向となったが、18時間後(塗布終了から15時間後)においても蛍光発光が認められ、ポルフィリン系化合物が残存していることが確認された。その後、塗布開始から24時間後(塗布終了から21時間後)まで若干の蛍光発光が確認されたが、36時間後(塗布終了から33時間後)では確認されなかった。また、蛍光強度が強くなるにしたがって、蛍光発現の範囲は塗布部位を超えて拡大した。顎部に塗布した場合においても、頰部と同様の経時的な変化を示した。

臨床的には、被験者3名とも塗布を開始して18〜24時間後(塗布終了15〜21時間後)に著明な紅斑が認められ、翌日以降も紅斑は残存した。その後、2名において紅斑は約10日後に消失したが、残りの1名においては30日後まで紅斑が遷延した(図4)。

図3.20wt%5-ALA軟膏塗布による経時的蛍光写真

図4.20wt%5-ALA軟膏塗布による経時的臨床写真

外用5wt%および10wt%5-ALAにおける蛍光発現の経時的変化

図5に、5wt%および10wt%5-ALA外用薬を塗布してから1、3時間後の蛍光観察結果の一例を示す。ポルフィリン系化合物の集積の程度は、塗布して1時間後に蛍光が発現し、3時間後(塗布終了から2時間後)に増強した(図5A, B)。この傾向は全ての被験者において同様であった。

図5.5wt%および5wt%および10wt%5-ALA軟膏塗布による経時的蛍光写真

外用5wt%および10wt%5-ALAを使用したPDTにおける蛍光発現および臨床症状の経時的変化

図5に、5および10wt%5—ALA外用薬を塗布してから 1、3、12および48時間後の蛍光観察結果の一例を示す。光照射後は、30J/cm2の光を照射した方が15J/cm2照射した場合より蛍光発光は減少し、その傾向5%wt5-ALA 塗布部の方が10wt%5-ALA塗布部より顕著であった (図5C)。また、被験者3名全員において、塗布して24〜48 時間後(光照射後21〜45時間後)に紅斑が認められ、その程度はフルエンスが15J/cm2よりも30J/cm2の場合、あるいは5wt%よりも10wt%5-ALA塗布の場合において顕著であった。被験者3名中2名においては、PDT1週間後には紅斑は完全に消退したが、残りの1名においては、いずれの5-ALA濃度においても、塗布部に紅斑が残った。

外用0.5wt%および2wt%5-ALA—PDTにおける蛍光発現および臨床症状の経時的変化

2wt%5—ALA外用薬を塗布した場合、塗布して1時間後から僅かな蛍光発光が確認され、3時間後(光照射前、塗布終了2時間後)では明らかな蛍光発光が確認された (図6)。また、塗布部からの蛍光スペクトルの測定では、塗布して1時間後から630nm近傍にポルフィリン系化合物由来の蛍光ピークが認められ、3時間後(塗布終了2時間後)ではピーク強度は増加した。しかしながら、光照射後は時間経過とともにピーク強度は減少し、塗布して24時間後(光照射21時間後)においては630nm付近に蛍光ピークは確認できなかった(図7)。したがって、2wt%5-ALA 外用薬を塗布した場合において、画像診断装置による蛍光発現の程度と蛍光スペクトルの経時的変化は、同様の傾向であった。20%wt5-ALA使用においても、1、3、6時間後に蛍光スペクトルを測定したが、1時間後から630nm 近傍に蛍光ピークが現れ、3および6時間後の方が強度は 高くなった(data not shown) 。

0.5wt%5-ALA外用薬の場合には、1時間後では画像診断装置にて蛍光発光は確認できず、3時間後に僅かに認められた(図6)。また、いずれの濃度においても、光照射後に蛍光発光は消失し、その後、蛍光発光の増加はまったく認められなかった。

一方、臨床的には、2wt%5-ALAの場合には、光照射直後に外用薬を塗布した部位に軽微紅斑がみられたが、1時間後には軽快し、24時間後消退した(図8)。 0.5wt%5-ALAの場合には照射後の副作用はみられなかった。

図6.0.5wt%および2wt%-5ALA軟膏塗布による経時的蛍光写真

図7.2wt%5-ALA軟膏塗布部の蛍光スペクトル経時的変化

図8.2wt%5-ALA軟膏塗布部の光照射による臨床写真

考察

今回われわれは、簡便な外用による5-ALA投与に注目し安全な尋常性ざ瘡のALA-PDTを提供するための至適5-ALA濃度を検討するため、0.5、2、5、10および 20wt%の5-ALA外用薬を正常皮膚組織に塗布し、一定時間後の皮膚組織からのポルフィリン系化合物の蛍光発光と副作用の発現の有無を観察した。それらの結果を表2にまとめた。

これまでの尋常性ざ瘡に対するALA-PDTでは 20wt% 5-ALA外用薬が使用されていた。しかしながら、われわれは20wt% 5-ALA外用薬を用いたALA-PDT において、紅斑や浮腫および遷延性の炎症後色素沈着など激しい術後副作用を起こすことをしばしば経験してきた[5]。このように、今回の実験1ではこのような副作用のリスクがあらかじめ予測できたため、あえて光照射は行わなかった。

従来、尋常性ざ瘡に対する外用ALA-PDTのプロトコールでは、塗布時間が3-4時間であったが、今回の実験から、塗布時間が1時間であっても3時間であっても、蛍光発現の程度に明らかな差が見られなかった。したがって、塗布時間を1時間に短縮しても、組織内のポルフィリンの集積に影響がないことがわかった。

表2に示すように、20wt%5-ALA外用薬を塗布した場合には、光を照射していないにもかかわらず、正常皮膚組織に紅斑が認められた。これは、長時間皮膚中に残存する多量のポルフィリン系化合物が室内照明(本研究時300 -400ルクス)や外光などの弱い光曝露によって励起され、その結果生じる活性酸素種やラジカル種によって皮膚組織が損傷を受けたためと考えられる。したがって、20wt%5 -ALAの外用は正常皮膚組織において有害事象を発症しやすいことがわかった。

10wt%以下の5-ALA外用薬を塗布した場合には、 20wt%5-ALA外用薬を塗布した場合と比較して、紅斑および色素沈着の発現は抑制された。特に2wt%以下の 5-ALA外用薬では、全く発生しないか、あるいは発現しても短時間で消失し遷延しなかった。低濃度でも画像診断装置あるいは蛍光スペクトルによって、塗布1時間後から蛍光発現が認められている。蛍光スペクトルの測定結果からは2wt%においても塗布1時間後からALA由来の蛍光波長の630nm近傍にピークが観察された。20wt%5 -ALA塗布時においても、1時間後に比較して3、6時間後の方がピーク強度は高くなったことから、ALA濃度によって蛍光スペクトルの経時的変化に大きな差はないと考える。この経時的変化は画像診断装置による発光強度と同様の傾向であったことから、画像による蛍光発光の程度は、大まかに組織内の蛍光量をみるのに信頼できると考える。

実験2において、光照射直後に、明らかに蛍光発現が減少した(図6C, D)。5wt%および10%wt 5-ALAを塗布して12時間後(光照射9時間後)の写真(図5)からわかるように、30J/cm2の光を照射した場合において15J/cm2 を照射した場合よりも蛍光発光は減少した。また、その照射後の蛍光発現は5wt% 5-ALA塗布部の方が10wt% 5-ALA塗布部より弱かった。照射後に蛍光が減弱するのは、光照射によって生成された活性酸素種やラジカル種によってポルフィリン系化合物自身が酸化分解される、所謂、フォトブリーチングによるものと考えられる。高いフルエンスで照射したほうがフォトブリーチングは強くなるため、 30J/cm2で照射後の螢光発現はより低下したと考えられる。また、10wt%5-ALAの方が、5wt% 5-ALAに比較して皮膚組織内に蓄積したポルフィリン量が多かったため、フォトブリーチング後もポルフィリンが残存し螢光発現にあまり変化がなかったと考えられる。照射後も蛍光発光が残っている場合には臨床的にも紅斑を強く残しており、さらに照射フルエンスが高いほうが副反応は強く残る傾向にあった(図5E,F)。

低濃度において副作用の発現が抑制されたことは、皮膚中へのポルフィリン系化合物の蓄積量が高濃度の場合に比較して低下することに起因すると考えられる。今回の結果から、有害事象発症の観点から考えると、外用による至適5-ALA濃度は2wt%以下であることが示唆された。低濃度5-ALAを使用することに伴うポルフィリン系化合物の蓄積量の低下は安全性が高くなる一方、同時に、尋常性ざ瘡に対するALA-PDT効果を低下させる懸念がある。したがって、より実用的な外用ALA-PDTのための至適ALA濃度を決定するためには、有害事象の発症のみではなく、治療効果も含めて検討する必要がある。今回の研究は被験者の数が限定されており、健常皮膚での反応である。そのため現在、種々の濃度の5-ALA外用薬を用いて尋常性ざ瘡の被験者に対してALA-PDTを施行し、安全性および治療効果について検証中である。

表2. ポルフィリン系化合物の蓄積状態と有害事象

謝辞

本研究にあたり、全般的に御指導を頂いた福井大学医学部三好憲雄先生に深謝する。また、本研究に御協力を頂いた、株式会社エムアンドエム岩森正樹氏およびウシオ電機株式会社佐賀崇氏に感謝する。

下記論文の研究についての利益相反(conflict of interest)に関し開示いたします。内容(研究費の助成、その他のサポート、競合関係など)は下記のとおりです。

ウシオ電機(株)
照射装置、画像診断装置の無償貸与
(株)エムアンドエム
蛍光スペクトル測定装置の無償貸与、ALAの供与

Copyright © USHIO INC. All Rights Reserved.