分配係数は、経皮吸収パッチと皮膚組織のような2つの異なる材料間で薬物がどのように分布するかを定義する支配的なパラメータです。これは考慮する必要があります。なぜなら、薬物はしばしばこれらの2つの層で溶解度が大きく異なるためです。この係数がないと、シミュレーションでは平衡濃度比または結果として生じる薬物移動率を正確に予測できません。
コアテイクアウェイ：多層シミュレーションでは、材料特性の違いにより、薬物濃度が境界を横切って連続することはめったにありません。分配係数はこの不連続性を定量化し、モデルが化学ポテンシャルの物理法則を尊重し、フェンタニルなどの薬物が担体（パッチ）から生体組織にどのように移動するかを正しくシミュレートできるようにします。
界面移動の物理学
混和しない相の表現
経皮吸収システムをモデル化する場合、パッチの合成材料と皮膚の生物学的層という、混和しない2つの異なる相を扱います。
これらの材料は混合しないため、薬物がそれらに溶解する方法に影響を与える異なる化学環境を持っています。分配係数は、シミュレーションでこれらの2つの異なる世界を接続するために必要な数学的変換を提供します。
平衡濃度の定義
分配係数は、パッチと皮膚の間の正確な界面での薬物の平衡濃度比を記述します。
これは、パッチ材料中の薬物1単位ごとに、それに隣接する皮膚層に特定の、等しくない量の薬物が存在することを意味します。この比率は1：1になることはめったにないため、境界の両側で濃度が同じであると仮定することはできません。
化学ポテンシャルの連続性
物理的な濃度は界面で「ジャンプ」する（不連続性）ことがよくありますが、薬物の化学ポテンシャルは平衡に向かって進む傾向があります。
分配係数を正確に定義することにより、モデルは層を横切って薬物が移動する際の化学ポテンシャルの変化を効果的にマッピングします。これにより、シミュレーションは薬物移動を駆動する熱力学的力を尊重し、単純化された不正確な濃度仮定に依存しないようになります。
界面モデリングにおける一般的な落とし穴
「連続濃度」エラー
質量移動モデリングでよくある間違いは、界面全体で薬物濃度が連続していると仮定することです（つまり、境界での$C_{patch} = C_{skin}$）。
この仮定は溶解度の違いを無視し、著しく不正確なフラックス予測につながります。分配係数が省略されている場合、モデルはパッチと比較して皮膚が薬物に対して持つ抵抗または親和性を考慮できません。
データ精度の依存関係
シミュレーションの信頼性は、分配係数入力の精度に完全に依存します。
この値は、薬物（例：フェンタニル）および関与する特定の材料に固有の物理的特性を表すため、一般的な値または推定値を使用すると、データセット全体が損なわれる可能性があります。これは、わずかな偏差が予測される送達率を大幅に変更する可能性のある非常に敏感なパラメータです。
モデル精度の確保
信頼性の高い経皮吸収送達シミュレーションを構築するには、モデリングの目的に合わせてパラメータ選択を調整する必要があります。
- 予測精度が主な焦点の場合：理論上の平均値を使用するのではなく、シミュレートしている正確な薬物-ポリマー-皮膚の組み合わせに固有の実験データから導出された分配係数を使用してください。
- 材料選択が主な焦点の場合：分配係数を変数として使用し、異なるパッチ材料（異なる薬物溶解度を持つ）が理論的に皮膚への薬物吸収率をどのように変化させるかをテストします。
界面を正確にモデル化することは、理論的なシミュレーションを臨床パフォーマンスの有効な予測に変換する唯一の方法です。
概要表：
| 主要要素 | 経皮吸収モデリングにおける役割 |
|---|---|
| 分配係数 | パッチと皮膚間の平衡濃度比を定義します。 |
| 化学ポテンシャル | 混和しない相を横切って薬物が平衡に向かって移動することを駆動します。 |
| 不連続性 | 材料境界で薬物濃度が「ジャンプ」する理由を説明します。 |
| フラックス予測 | 溶解度の違いを考慮することで、不正確な投与量計算を防ぎます。 |
| データ依存性 | 精度は、実験的な薬物-ポリマー-皮膚データに依存します。 |
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参考文献
- Flora Bahrami, Thijs Defraeye. An individualized digital twin of a patient for transdermal fentanyl therapy for chronic pain management. DOI: 10.1007/s13346-023-01305-y
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Enokon ナレッジベース .
