【コラム】NIR分光法による医療用大麻の品質管理（QC）および製品スクリーニング
2022/09/05
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大麻と近赤外分光法
近赤外分光法（NIRS）は、ヘンプを含むさまざまな大麻製品の品質管理（QC）および製品スクリーニングを実施するために使用される、迅速な分析技術であり、ランニングコストが低いという特徴があります。NIRSは、乾燥大麻花のカンナビノイドプロファイルや、さらには効力を測定することができます。NIRSは、大麻オイル、ワックス、チンキ剤、その他の製剤の品質管理にも使用できます。
「大麻」は、精神作用特性が異なる3種類の植物を含む一般的な用語です：Cannabis sativa、Cannabis indica、およびCannabis ruderalis [1]。大麻植物は、何千年もの間、医薬品、食品、および繊維のために使用されてきました。大麻植物の花や一部の葉は、「トリコーム」と呼ばれる小さな結晶状の構造で覆われており、これらの構造が、多くの他の製品で使用されるカンナビノイドの生成を担っています。
これらの植物の花を収穫して乾燥させると、世界で最も一般的な薬物の1つになります。
最も重要でよく知られている大麻化合物とは何ですか？
大麻には、「カンナビノイド」と呼ばれる120種類以上の化合物が含まれています [1]。各カンナビノイドの効果についてはまだ完全には解明されていませんが、専門家はそのうち3つについて十分な理解を持っています：カンナビジオール（CBD）、カンナビゲロール（CBG）、およびテトラヒドロカンナビノール（THC、またはDelta-9-THC）です。それぞれに独自の効果と用途があります [1]：
- CBD。 これは精神活性カンナビノイドですが、中毒性および陶酔作用はなく、つまり「ハイ」になることはありません。炎症や痛みの軽減を助けるためによく使用されます。研究者は、CBDの医療用途における有効性を完全に理解するための研究を続けています。
- CBG。 このカンナビノイドは1964年に初めて単離されました。CBGに関する研究はまだ前臨床段階ですが、現在利用可能な研究では、大きな治療効果が期待されています。CBGの特性は、中毒作用なしにTHCの特性を上回る可能性があります。また、CBGには抗がん、抗うつ、および抗菌特性がある可能性を示す証拠もあります。
- THC。 これは大麻に含まれる主要な精神活性化合物です。THCは、ほとんどの人が大麻と関連付ける「ハイ」な状態を引き起こします。
大麻およびヘンプの合法性
大麻は多くの国で違法です。しかし、医療用途だけでなく娯楽用途でも合法化を開始する地域が増えています。通常、THC含有量が低いヘンプは、繊維を利用して織物、ロープ、さらには生分解性プラスチックなどの製品を作るために、現在でも多くの地域で使用されています。
大麻の所持および使用に関する法律も、国ごとに異なります。大麻の所持をあらゆる種類で重大な犯罪とみなす国もあれば、CBDのみを含む製品を許可する国もあり、THCを含む製品（医療目的または娯楽目的のいずれの場合も）の使用を許可している国はごくわずかです。
市場で入手可能な大麻製品にはどのようなものがありますか？
合法的な大麻は、喫煙またはその他の方法で摂取される一般的な乾燥花やワックス以外にも、さまざまな製品として提供されています。居住している国や、さまざまなカンナビジオール化合物の合法性に応じて、複数の選択肢があります。以下のリスト（包括的なものではありません）[2]は、さまざまな地域で大麻がより受け入れられるようになるにつれて、この10年間で大麻製品の市場がどのように発展してきたかを示しています。
- 大麻オイル
- 大麻美容およびスキンケア製品
- 大麻エディブル（例：飲料、チョコレート、グミ、その他のスナック）
- 大麻カプセル
- 大麻犬用おやつ
大麻の乾燥、キュアリング、および加工
乾燥およびキュアリングは、収穫後の大麻植物を大麻オイル、大麻カプセルなどの最終製品へ正常に加工するために重要です。植物材料は、劣化を防ぐために収穫後すぐに乾燥させる必要があります。最初の3日間で水分の大部分を除去し、その後は数日間かけて乾燥しすぎるのを防ぐために乾燥速度を遅くします [3]。キュアリング工程は乾燥の延長ですが、数週間にわたって植物のプロセスを促進するために、環境を変化させて行われます。乾燥した大麻は、定期的に開封するだけの密閉容器に入れられます。これにより、花芽内部の水分を引き出しながら、品質と効力を高めます [3]。キュアリング後、大麻は最終製品へ加工する準備が整います。
そのような製品の1つであるCBDオイルは、乾燥した大麻花から抽出し、その後キャリアオイル（例：ココナッツオイルまたはヘンプシードオイル、図1）で希釈することで作られます。抽出工程には、エタノール抽出または超臨界CO2抽出という2つの適切な選択肢があります。
大麻カプセルまたは錠剤を製造するには、乾燥した大麻を99～104°Cで10分間加熱する必要があります。これにより、未加工の植物材料が脱炭酸され、より強力になります。
これらの工程をスクリーニングするために、Metrohmは、原材料試験としての粉砕植物材料およびオイル向けのアプリケーションソリューションを提供しています。NIR分光法は、これらの製品の品質管理をより効率的かつ費用対効果の高いものにするために特に適した分析技術です。
この記事の残りの部分では、まずNIRSの概要を簡単に紹介し、その後、医療用大麻業界向けのアプリケーション例を示します。最後に、医療用大麻製造者がQCプロセスにおいてNIRSからどのようなメリットを得られるかについて説明します。
NIRS技術 – 簡単な概要
光と物質の相互作用は、よく知られたプロセスです。分光法で使用される光は、通常、適用されるエネルギーによって説明されるのではなく、多くの場合、波長または波数によって説明されます。
NIR分光計（例えば、Metrohm DS2500 Liquid Analyzer またはMetrohm DS2500 Solid Analyzer）は、この相互作用を測定して、図2に示されるようなスペクトルを生成します。NIRSは、特定の官能基（例：-CH、-NH、-OH、および-SH）の存在に対して特に高い感度を示します。そのため、NIR分光法は、大麻およびその最終製品に含まれるTHC、CBD、CBGの量や水分含量（湿度）などの化学パラメータを定量するための理想的な方法です。
これらすべての情報は、1つのNIRスペクトルに含まれているため、この方法は迅速なマルチパラメータ分析に適しています。
NIRS測定モード
測定モードは、サンプルの種類によって異なります。透過モードは、一般的に大麻オイルのような液体を分析するための適切な手法です。透過（図3b）では、NIR光はサンプルを通過する際に吸収されます。吸収されなかったNIR光は検出器に反射します。
トランスフレクションモードは、一般的にクリームを分析するための適切な手法です。このモードは、大麻の場合のように、利用可能なサンプル量が非常に少ない場合にも使用されます。トランスフレクション（図4b）では、NIR光はサンプルを通過し、その後、拡散反射板によって反射され、吸収されながら再びサンプルを通過します。吸収されなかったNIR光は、分析の最後に検出されます。
拡散反射モードは、一般的に乾燥大麻花のような固体サンプルを分析するための適切な手法です。拡散反射（図5b）では、NIR光がサンプルを照射し、吸収されなかったNIR光が検出器へ反射されます。
図2に示されているNIRスペクトルを取得する手順では、NIR分光法の2つの主な利点がすでに示されています：サンプル測定における簡便性および速度：
- 1分未満で結果が得られる高速な技術。
- サンプル前処理がほとんど、またはまったく不要。
- サンプルあたりのコストが低い – 化学薬品や溶媒が不要。
- 環境に優しい技術 – 廃棄物が発生しない。
- 非破壊的 – 貴重なサンプルを分析後に再利用可能。
- 操作が容易 – 経験のないユーザーでもすぐに使用可能。
二次技術としてのNIRSに関するより詳細な情報については、以前のブログ記事をご覧ください。
QC向けASTM準拠ツールとしてのNIRS
ASTM E1655 （赤外多変量定量分析の標準実施要領）は、材料の物理的または化学的特性を測定するために使用される赤外分光計の多変量校正に関するガイドです。これらの実施要領は、近赤外（NIR）スペクトル領域（およそ780～2500 nm）から中赤外（MIR）スペクトル領域（およそ4000～400 cm−1）までで実施される分析に適用されます。
NIRSによる医療用大麻のQC向けアプリケーションおよびパラメータ
医療用大麻製品は、その化学的特性を測定するために標準化された試験方法の対象となります。ラボ試験は、R&Dおよび品質管理に不可欠な要素です。表1では、医療用大麻のQCにおける最も関連性の高い試験パラメータの一部を示しています。
表1. 選択された医療用大麻製品のQCにNIRSを使用するアプリケーション例。
| 製品 | パラメータ | 従来法 | 関連するNIRSアプリケーション |
|---|---|---|---|
| CBDオイル | CBD含有量 | HPLC | AN-NIR-088 |
| 乾燥大麻 | THC、CBD、およびCBG含有量 | HPLC | AN-NIR-101 |
乾燥大麻分析向けのターンキーソリューション
医療用大麻分析向けのMetrohm NIRSソリューションには、700以上の実製品スペクトルに基づいて、THC、CBD、CBG、および水分含量の測定を行うためのすぐに使用可能なプレキャリブレーションモデルが搭載されています（表2）。これらのプレキャリブレーションにより、Metrohmソリューションはメソッド開発を必要としないバリデーション済みキャリブレーションモデルとして使用できます。
表2. 医療用大麻分析で利用可能なNIRSプレキャリブレーション。
| パラメータ | 範囲 | SECV | R2 |
|---|---|---|---|
| THC | 0.3–19.3% | 0.73 wt% | 0.979 |
| CBD | 0.1–18.5% | 0.75 wt% | 0.978 |
| CBG | 0.1–3.0% | 0.17 wt% | 0.849 |
| 水分 | 5.4–7.5% | 0.21 wt% | 0.953 |
図6は、医療用大麻におけるTHC、CBD、およびCBG含有量測定の例の結果を示しています。対応する相関プロットは、これら3つのパラメータのモデルが堅牢であることを示しています。さらに、各測定パラメータにおける標準誤差（SECV）の値は、キャリブレーション標準誤差（SEC）に近い値となっています。
まとめ
NIR分光法は、乾燥大麻における複数の主要な品質パラメータの分析に非常に適しています。一次分析法（HPLC）と比較すると、結果が得られるまでの時間はNIRSの大きな利点です。NIRSでは1回の測定が1分以内で実施されるのに対し、HPLCでは約30分かかります。さらに、NIRSで測定されたサンプルは破壊されず、化学試薬も不要であるため、さらにコストを削減できます。医療用大麻およびその製品のQC向け代替技術として近赤外分光法を使用するもう1つの利点は、操作が容易であることです。そのため、シフト勤務者であっても問題なくこれらの分析を実施できます。さらに、MetrohmのVision Airソフトウェアは、21 CFR Part 11およびUSP <856>ガイドラインに完全に準拠しています。
参考文献
- What Is Cannabis? Facts About Its Components, Effects, and Hazards。Healthline。https://www.healthline.com/health/what-is-cannabis（2022-07-14アクセス）。
- Fiorillo, S. 7 Cannabis Products On the Rise。TheStreet。https://www.thestreet.com/lifestyle/5-cannabis-products-on-rise-14578907（2022-07-14アクセス）。
- dhydratech。Cannabis Drying & Curing 101。Dhydra Technologies。https://dhydra.com/cannabis-drying/（2022-07-14アクセス）。
QCラボの効率を向上：NIRSがコストを最大90%削減する方法
QCプロセスを過小評価することは、内部および外部での製品不良につながる主要な要因の1つであり、これらは売上高の10～30%の損失を引き起こすことが報告されています。その結果、多くの異なる規格が、メーカーを支援するために導入されています。しかし、結果が得られるまでの時間や、化学薬品に関連するコストは非常に大きくなる可能性があり、多くの企業がQCプロセスに近赤外分光法を導入しています。以下のホワイトペーパーでは、NIRSの可能性を説明し、最大90%のコスト削減の可能性を示しています。
