Development of new glaucoma therapy using effective delivery of factors associated with neuroprotection and axon regeneration

• Project/Area Number: 19KK0229
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 56:Surgery related to the biological and sensory functions and related fields
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
• Principal Investigator: 原田 高幸 公益財団法人東京都医学総合研究所, 疾患制御研究分野, 参事研究員 (90345306)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野呂 隆彦 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (00349606) ; 中野 匡 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (90217795)
• Project Period (FY): 2019-10-07 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000); Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2022: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2021: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2020: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2019: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 緑内障 / 神経栄養因子 / 遺伝子治療 / 眼内インプラント / Spermidine

Outline of Research at the Start

緑内障は我が国で最大の失明原因であるが、現状では眼圧を低下させる点眼薬の使用や手術以外には治療法がない。一方、神経栄養因子の産生細胞をデバイス内に封入し、眼内に留置することによって視機能を改善するという画期的な治療法が米国で検討されている。そこで本研究では同治療法の開発者と共同研究を行い、日本における導入を目標に検討を行う。

Outline of Annual Research Achievements

緑内障を含む失明を引き起こす難治性網膜変性症に対する治療法は確立していないが、近年では神経栄養因子の産生細胞をデバイス内に封入し、眼内に留置することによって視機能を改善するという治療法が米国で検討されている。しかし日本国内への輸入や臨床試験には道筋が立っていない。そこで本研究ではこの治療法を主導する Jeffrey L Goldberg教授（Stanford大学眼科）との国際共同研究によってその効果や安全性を検討し、将来の日米共同臨床治験に道をつけることを目標とする。またこの研究を霊長類で行うためには、新たな疾患モデルの確立が必要となるが、我々はすでに視神経外傷マーモセットを用いた検討を開始している。
さらに本年度は脳由来神経栄養因子（BDNF）の高親和性受容体であるTropomyosin receptor kinase Bの細胞内領域のみを細胞膜に強制発現させるアデノ随伴ウイルスベクター（AAV-iTrkB）の有効性を発表した。AAV-iTrkBベクターは、一度だけの眼球内投与により、BDNFの投与無しに、網膜神経節細胞における細胞内シグナルを活性化することに成功した。また緑内障のいずれの疾患モデルマウスにおいても神経保護効果を促進し、緑内障の進行を抑制した。さらに視神経外傷モデルにおいては、視神経軸索が視交叉に到達するほどの強力な再生効果が確認された。以上からAAV-iTrkBベクターを用いた遺伝子治療が、緑内障を含む網膜変性疾患の進行抑制や、外傷後の視機能回復に寄与する可能性が示された。以上の成果を、米国遺伝子細胞治療学会の機関誌である「Molecular Therapy」誌上で発表した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新型コロナウイルスの影響により、共同研究機関（Stanford大学）等への訪問が難しい状況であり、また米国治験の遅れから本来使用を予定していたインプラントの入手が不可能となっているため。
ただし頻繁にweb meetingを行っており、意思の疎通は取れているほか、共同研究者を2023年に東京で開催される日本緑内障学会の特別講演者として招待しており、国内での対面meetingも予定している。
また神経栄養因子受容体の遺伝子治療が、緑内障の進行抑制に有用なことはすでに論文発表しており、残り期間で神経栄養因子を充填可能なインプラントの自作などを模索している状況である。

Strategy for Future Research Activity

米国治験で使用している物と同一のインプラントの入手が不可能になったことから、代替品の購入や作製ができないか、検討を行っている。一方で遺伝子治療についてはマウスにおいて良好な成果を得ていることから（Nishijima et al. Molecular Therapy, 2023）、引き続きマーモセットの視神経外傷モデルを用いた治療研究を積極的に進める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Memorial Sloan Kettering Cancer Center(米国)
• [Int'l Joint Research] UCL Institute of Ophthalmology(英国)
• [Int'l Joint Research] Stanford University/Memorial Sloan Kettering Cancer Center(米国)
• [Int'l Joint Research] Stanford University(米国)
• [Int'l Joint Research] Stanford University(米国)
• [Journal Article] Vision protection and robust axon regeneration in glaucoma models by membrane-associated Trk receptors (2023)
  • Author(s): Nishijima Euido、Honda Sari、Kitamura Yuta、Namekata Kazuhiko、Kimura Atsuko、Guo Xiaoli、Azuchi Yuriko、Harada Chikako、Murakami Akira、Matsuda Akira、Nakano Tadashi、Parada Luis F.、Harada Takayuki
  • Journal Title: Molecular Therapy Volume: 31 Issue: 3 Pages: 810-824
  • DOI: 10.1016/j.ymthe.2022.11.018
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of constitutively active K-Ras on axon regeneration after optic nerve injury (2023)
  • Author(s): Kiyota Naoki、Namekata Kazuhiko、Nishijima Euido、Guo Xiaoli、Kimura Atsuko、Harada Chikako、Nakazawa Toru、Harada Takayuki
  • Journal Title: Neuroscience Letters Volume: 799 Pages: 137124-137124
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2023.137124
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Astrocytic dysfunction induced by ABCA1 deficiency causes optic neuropathy (2022)
  • Author(s): Shinozaki Youichi、Leung Alex、Namekata Kazuhiko、Saitoh Sei、Nguyen Huy Bang、Takeda Akiko、Danjo Yosuke、Morizawa Yosuke M.、Shigetomi Eiji、Sano Fumikazu、Yoshioka Nozomu、Takebayashi Hirohide、Ohno Nobuhiko、Segawa Takahiro、Miyake Kunio、Kashiwagi Kenji、Harada Takayuki、Ohnuma Shin-ichi、Koizumi Schuichi
  • Journal Title: Science Advances Volume: 8 Issue: 44 Pages: 1081-1081
  • DOI: 10.1126/sciadv.abq1081
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ASK1 signaling regulates phase-specific glial interactions during neuroinflammation (2022)
  • Author(s): Guo Xiaoli、Kimura Atsuko、Namekata Kazuhiko、Harada Chikako、Arai Nobutaka、Takeda Kohsuke、Ichijo Hidenori、Harada Takayuki
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 119 Issue: 6
  • DOI: 10.1073/pnas.2103812119
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genetic inhibition of collapsin response mediator protein‐2 phosphorylation ameliorates retinal ganglion cell death in normal‐tension glaucoma models (2022)
  • Author(s): Brahma Musukha Mala、Takahashi Kazuya、Namekata Kazuhiko、Harada Takayuki、Goshima Yoshio、Ohshima Toshio
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 27 Issue: 8 Pages: 526-536
  • DOI: 10.1111/gtc.12971
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of lighting environment on the degeneration of retinal ganglion cells in glutamate/aspartate transporter deficient mice, a mouse model of normal tension glaucoma (2022)
  • Author(s): Ohashi Tsutomu、Namekata Kazuhiko、Guo Xiaoli、Kimura Atsuko、Harada Chikako、Harada Takayuki
  • Journal Title: Biochemistry and Biophysics Reports Volume: 29 Pages: 101197-101197
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2021.101197
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Topical ripasudil stimulates neuroprotection and axon regeneration in adult mice following optic nerve injury (2020)
  • Author(s): Nishijima Euido、Namekata Kazuhiko、Kimura Atsuko、Guo Xiaoli、Harada Chikako、Noro Takahiko、Nakano Tadashi、Harada Takayuki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 15709-15709
  • DOI: 10.1038/s41598-020-72748-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Suppression of Oxidative Stress as Potential Therapeutic Approach for Normal Tension Glaucoma (2020)
  • Author(s): Harada Chikako、Noro Takahiko、Kimura Atsuko、Guo Xiaoli、Namekata Kazuhiko、Nakano Tadashi、Harada Takayuki
  • Journal Title: Antioxidants Volume: 9 Issue: 9 Pages: 874-874
  • DOI: 10.3390/antiox9090874
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 視神経と再生研究 (2020)
  • Author(s): 野呂隆彦、原田高幸
  • Journal Title: 日本の眼科 Volume: 91 Pages: 24-28
• [Presentation] 神経栄養因子受容体のシグナル伝達経路を活用した神経保護療法の検討 (2022)
  • Author(s): 原田高幸
  • Organizer: 第３３回日本緑内障学会
  • Invited
• [Presentation] Constitutively active Ras promotes protection and axon regeneration in retinal ganglion cells after optic nerve injury. (2022)
  • Author(s): Kiyota N, Namekata K, Guo X, Kimura A, Nakazawa T, Harada T.
  • Organizer: ARVO 2022 meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 視神経再生関連因子 (2021)
  • Author(s): 原田高幸
  • Organizer: 第５９回日本神経眼科学会総会
  • Invited
• [Presentation] Exploring new glaucoma therapies using animal models. (2021)
  • Author(s): 原田高幸
  • Organizer: 第３２回日本緑内障学会
  • Invited
• [Presentation] AAV-mediated delivery of constitutively active TrkB promotes CNS axon regeneration and neuroprotection. (2021)
  • Author(s): Kimura A, Nishijima E, Kitamura Y, Honda S, Guo X, Harada C, Namekata K, Harada T.
  • Organizer: Neuroscience Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 活性型TrkBを活用した遺伝子治療による神経保護と軸索再生. (2021)
  • Author(s): 行方和彦、西島義道、北村裕太、本田紗里、郭曉麗、木村敦子、原田知加子、原田高幸.
  • Organizer: 第９４回日本生化学会大会
• [Presentation] Microglial DOCK8 and neurodegeneration. (2021)
  • Author(s): Kimura A, Namekata K, Guo X, Arai N, Harada C, Harada T.
  • Organizer: The 4th International Conference on Applied Biochemistry and Biotechnology (ABB 2021)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The renin-angiotensin system regulates neurodegeneration in a mouse model of optic neuritis. (2021)
  • Author(s): Guo X, Namekata K, Kimura A, Harada C, Harada T.
  • Organizer: Annual Global Conference on Neuroscience and Neurology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Gene therapy with modified TrkB induces neuroprotection and axon regeneration. (2021)
  • Author(s): Kimura A, Nishijima E, Kitamura Y, Honda S, Guo X, Harada C, Namekata K, Harada T.
  • Organizer: 第４４回日本神経科学大会
• [Presentation] Gene therapy with mutant TrkB receptor protects retinal ganglion cell and retinal function in a mouse model of normal tension glaucoma. (2021)
  • Author(s): Nishijima E, Honda S, Namekata K, Kimura A, Guo X, Harada C, Nakano T, Harada T.
  • Organizer: World Glaucoma Congress 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Gene therapy with mutant TrkB receptors protects retinal neurons and promotes optic nerve regeneration without ligands. (2021)
  • Author(s): Nishijima E, Namekata K, Kimura A, Kitamura Y, Honda S, Guo X, Harada C, Nakano T, Harada T.
  • Organizer: ARVO 2021 meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pathogenic roles of glial ASK1 signaling in neuroinflammation. (2021)
  • Author(s): Guo X, Kimura A, Namekata K, Harada C, Harada T.
  • Organizer: ARVO 2021 meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 正常眼圧緑内障と脳脊髄圧 (2021)
  • Author(s): 野呂隆彦
  • Organizer: 第３２回日本緑内障学会
  • Invited
• [Presentation] 高齢マーモセットと緑内障 (2021)
  • Author(s): 野呂隆彦
  • Organizer: 第１４回眼抗加齢医学研究会
  • Invited
• [Remarks] 緑内障モデルにおいて病態の進行を予防し、視神経を再生する、新しい遺伝子治療ベクター
  • URL: https://www.igakuken.or.jp/topics/2022/1208.html
• [Remarks] Gene therapy using neurotrophin receptor
  • URL: https://www.igakuken.or.jp/english/topics/2022/e-1208.html
• [Remarks] ASK1シグナルは神経炎症におけるグリア間相互作用を病期特異的に制御する
  • URL: https://www.igakuken.or.jp/topics/2022/0201.html
• [Remarks] ASK1 signaling regulates glial interactions
  • URL: https://www.igakuken.or.jp/english/topics/2022/e-0201.html
• [Remarks] 視覚病態プロジェクト
  • URL: https://www.igakuken.or.jp/project/detail/retina.html
• [Remarks] Visual Research Project
  • URL: https://www.igakuken.or.jp/english/project/detail/retina.html
• [Remarks] 未来を話そう！ プロジェクト研究の紹介
  • URL: https://www.igakuken.or.jp/project/to-tomin/to-pro26.html
• [Remarks] 網膜・視神経変性疾患の病態解明と治療法
  • URL: https://www.igakuken.or.jp/retina/index.html
• [Remarks] 東京慈恵会医科大学眼科
  • URL: https://www.hosp.jikei.ac.jp/diagnosis/department/216.html
• [Remarks] Visual Research Project
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/english/project/detail/pro26/retina2.html
• [Remarks] 未来を話そう！ プロジェクト研究の紹介
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/project/to-tomin/to-pro26.html
• [Remarks] 視覚病態プロジェクト
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/project/detail/retina.html
• [Remarks] 網膜・視神経変性疾患の病態解明と治療法
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/retina/index.html