Novel strategy to treat intractable CNS disorders, utilizing the properties of BBB-composing cells

• Project/Area Number: 20H00529
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 52:General internal medicine and related fields
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 神田 隆 山口大学, 大学院医学系研究科, 教授(特命) (40204797)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 竹下 幸男 山口大学, 医学部, 教授(連携講座) (70749829) ; 清水 文崇 山口大学, 大学院医学系研究科, 准教授 (90535254)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥44,590,000 (Direct Cost: ¥34,300,000、Indirect Cost: ¥10,290,000); Fiscal Year 2024: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000); Fiscal Year 2023: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000); Fiscal Year 2022: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000); Fiscal Year 2021: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000); Fiscal Year 2020: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
• Keywords: 血液脳関門 / 血管内皮細胞 / アストロサイト / ペリサイト / 自己抗体

Outline of Research at the Start

難治性中枢神経疾患の新規治療法開発の実現には血液脳関門という大きな障壁がある。本研究は、研究代表者の所属する教室で樹立した３種類のヒト血液脳関門由来不死化細胞株と、同細胞を用いて作成した相互細胞接着型ヒト血液脳関門in vitroモデルを用いて、2つの戦略のもとに難治性中枢神経疾患治療法の確立を試みようというものである。

Outline of Annual Research Achievements

前年度完成させた温度溶解性ゲルを用いた相互細胞接着型ヒト血液脳関門三次元モデルを用い、血管内皮細胞バリアーを通過して血液脳関門構成アストロサイト、ペリサイトに作用して有用物質を放出させる化合物の中規模スクリーニングを施行した。相互細胞接着型ヒト血液脳関門三次元モデルの大量生産による多検体解析が可能となったため、対象とする化合物は、これまで検討してきた脂溶性・低分子化合物の条件をなくし、FDA承認の特許切れ200種類の化合物ライブラリーに拡大して検証した。
結果は、BDNFの発現させる3種類(catecholamine系化合物2つ、微小管形成阻害剤)の化合物を三次元モデルの血管内皮細胞側に作用させることで、この相互細胞接着型ヒト血液脳関門三次元モデルのアストロサイトから神経栄養因子BDNFが放出されることが明らかになった。追加の解析で3種類とも血管内皮細胞、アストロサイト、ペリサイトの単培養系ではBDNFの分泌は見られなかったが、3種混合培養時と内皮細胞・アストロサイトの共培養時にのみBDNFの分泌促進が確認された。これらのうち2種類の化合物は親水性の構造を呈した中分子化合物であり、BBB通過能を保持していないことが想定された。
以上のことから、BBBの通過能を持たないような化合物であっても、内皮細胞を介してアストロサイトを刺激することでBDNFの産生が誘導される機序が存在することが明らかとなった。さらに、血液脳関門を自由に透過できる低分子物質でなくても血管内皮細胞を刺激できる化合物であれば、BBBを介した神経栄養因子による脳内環境の変化を誘導できる可能性が示された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

令和3年度は、相互細胞接着型ヒト血液脳関門三次元モデルを用いた小規模スクリーニング方法を確立し、令和4年度は、確立したスクリーニング法を大規模解析するための温度溶解性ゲルを用いた相互細胞接着型ヒト血液脳関門三次元モデルの開発に成功している。本年度は、このモデルを用いた中規模のスクリーニング法の確立とリード化合物の同定に至っており、製薬会社が保有する数万種類の化合物ライブラリーでのスクリーニングが可能な段階まで進展しており、概ね予定通りに進んでいる。昨年から取り組んでいる産業化については、大規模スクリーニングの目処がたったことで、本モデルを用いた製薬企業との事業展開が可能となっており、現在起業の準備を進めている。

Strategy for Future Research Activity

1. 現在、今年度進めてきたFDA承認の化合物ライブラリーの残り200種類の化合物スクリーニングを進める。
2. すでに同定したEP4アゴニスト、S1P5アゴニスト、catecholamine系化合物2つ、微小管形成阻害剤による血管内皮細胞を介したアストロサイトからのBDNF放出に関して、血管内皮細胞からアストロサイトのBDNF 分泌を促進させる液性因子の同定や至適血中濃度の検証を行って、以降計画するin vivo実験の基盤を確立する。
3. 化合物ライブラリーの提供が可能な製薬会社と共同研究を行い、大規模スクリーニング研究をすすめる。
4. 本モデルを用いたビジネスモデルを構築し、起業化をすすめる。

Research Products

• [Journal Article] Autocrine TNF-α Increases Penetration of Myelin-Associated Glycoprotein Antibodies Across the Blood-Nerve Barrier in Anti-MAG Neuropathy (2023)
  • Author(s): Sato Ryota、Shimizu Fumitaka、Kuwahara Motoi、Mizukami Yoichi、Watanabe Kenji、Maeda Toshihiko、Sano Yasuteru、Takeshita Yukio、Koga Michiaki、Kusunoki Susumu、Kanda Takashi
  • Journal Title: Neurology - Neuroimmunology Neuroinflammation Volume: 10 Issue: 3
  • DOI: 10.1212/nxi.0000000000200086
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Jo-1 Antibodies From Myositis Induce Complement-Dependent Cytotoxicity and TREM-1 Upregulation in Muscle Endothelial Cells (2023)
  • Author(s): Honda Masaya、Shimizu Fumitaka、Sato Ryota、Mizukami Yoichi、Watanabe Kenji、Takeshita Yukio、Maeda Toshihiko、Koga Michiaki、Kanda Takashi
  • Journal Title: Neurology - Neuroimmunology Neuroinflammation Volume: 10 Issue: 4 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1212/nxi.0000000000200116
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Highlighting In Vitro the Role of Brain-like Endothelial Cells on the Maturation and Metabolism of Brain Pericytes by SWATH Proteomics (2023)
  • Author(s): Menaceur Camille、Hachani Johan、Dib Shiraz、Duban-Deweer Sophie、Karamanos Yannis、Shimizu Fumitaka、Kanda Takashi、Gosselet Fabien、Fenart Laurence、Saint-Pol Julien
  • Journal Title: Cells Volume: 12 Issue: 7 Pages: 1010-1010
  • DOI: 10.3390/cells12071010
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] TNFα Activates the Liver X Receptor Signaling Pathway and Promotes Cholesterol Efflux from Human Brain Pericytes Independently of ABCA1 (2023)
  • Author(s): Dib Shiraz、Loiola Rodrigo Azevedo、Sevin Emmanuel、Saint-Pol Julien、Shimizu Fumitaka、Kanda Takashi、Pahnke Jens、Gosselet Fabien
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 24 Issue: 6 Pages: 5992-5992
  • DOI: 10.3390/ijms24065992
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pioglitazone Attenuates the Effects of Peripheral Inflammation in a Human In Vitro Blood-Brain Barrier Model (2022)
  • Author(s): da Rocha Gustavo Henrique Oliveira、Loiola Rodrigo Azevedo、de Paula-Silva Marina、Shimizu Fumitaka、Kanda Takashi、Vieira Andrea、Gosselet Fabien、Farsky Sandra Helena Poliselli
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 23 Issue: 21 Pages: 12781-12781
  • DOI: 10.3390/ijms232112781
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Exploring lipophilic compounds that induce BDNF secretion in astrocytes beyond the BBB using a new multi-cultured human in vitro BBB model (2022)
  • Author(s): Fujisawa Miwako、Takeshita Yukio、Fujikawa Susumu、Matsuo Kinya、Okamoto Masashi、Tamada Masaya、Shimizu Fumitaka、Sano Yasuteru、Koga Michiaki、Kanda Takashi
  • Journal Title: Journal of Neuroimmunology Volume: 362 Pages: 577783-577783
  • DOI: 10.1016/j.jneuroim.2021.577783
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Heterozygous NOTCH1 Variants Cause Immune Activation and Microangiopathy (2022)
  • Author(s): Helman Guy、Zarekiani Parand、Tromp Samantha A.M.、Andrews Ashley、Botto Lorenzo D.、Bonkowsky Joshua L.、Chassevent Anna、Giorgio Elisa、Pippucci Tommaso、Wei Shen、Smith‐Hicks Constance、Vaula Giovanna、Willemsen Mich、Schimmel Mareike、Vollert Kurt、Shimizu Fumitaka、Kanda Takashi、et al
  • Journal Title: Annals of Neurology Volume: 92 Issue: 5 Pages: 895-901
  • DOI: 10.1002/ana.26477
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Interaction of surfactant coated PLGA nanoparticles with in vitro human brain-like endothelial cells (2022)
  • Author(s): Moya Elisa L.J.、Lombardo Sonia M.、Vandenhaute Elodie、Schneider Marc、Mysiorek Caroline、Treli Akif E.、Kanda Takashi、Shimizu Fumitaka、Sano Yasuteru、Maubon Nathalie、Gosselet Fabien、Gnday-Treli Nazende、Dehouck Marie-Pierre
  • Journal Title: International Journal of Pharmaceutics Volume: 621 Pages: 121780-121780
  • DOI: 10.1016/j.ijpharm.2022.121780
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 【BBB-単なる障壁でない】血液脳関門―研究史と新しい研究の展開 (2022)
  • Author(s): 西原秀昭，神田 隆
  • Journal Title: Clinical Neuroscience Volume: 40 Pages: 1514-1518
• [Journal Article] BBB:多発性硬化症での変化 (2022)
  • Author(s): 藤澤 美和子，神田 隆
  • Journal Title: Clinical Neuroscience Volume: 40 Pages: 1579-1581
• [Journal Article] GRP78 Antibodies Are Associated With Blood-Brain Barrier Breakdown in Anti-Myelin Oligodendrocyte Glycoprotein Antibody-Associated Disorder (2021)
  • Author(s): Shimizu F, Ogawa R, Mizukami Y, Watanabe K, Hara K, Kadono C, Takahashi T, Misu T, Takeshita Y, Sano Y, Fujisawa M, Maeda T, Nakashima I, Fujihara K, Kanda T.
  • Journal Title: Neurol Neuroimmunol Neuroinflamm Volume: 9 Issue: 1
  • DOI: 10.1212/nxi.0000000000001038
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] HLA genotype-clinical phenotype correlations in multiple sclerosis and neuromyelitis optica spectrum disorders based on Japan MS/NMOSD Biobank data (2021)
  • Author(s): Watanabe M. Nakamura Y. Sato S. Niino M. Fukaura H. Tanaka M. Ochi H. et al
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 607-607
  • DOI: 10.1038/s41598-020-79833-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Protective effect of the sphingosine-1 phosphate receptor agonist siponimod on disrupted blood brain barrier function. (2021)
  • Author(s): Spampinato SF, Merlo S, Sano Y, Kanda T, Sortino MA.
  • Journal Title: Biochem Pharmacol. Volume: 186 Pages: 114465-114465
  • DOI: 10.1016/j.bcp.2021.114465
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] New BBB Model Reveals That IL-6 Blockade Suppressed the BBB Disorder, Preventing Onset of NMOSD. (2021)
  • Author(s): Takeshita Y, Fujikawa S, Serizawa K, Fujisawa M, Matsuo K, Nemoto J, Shimizu F, Sano Y, Tomizawa-Shinohara H, Miyake S, Ransohoff RM, Kanda T.
  • Journal Title: Neurol Neuroimmunol Neuroinflamm Volume: 8 Issue: 6
  • DOI: 10.1212/nxi.0000000000001076
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Glial cell line-derived neurotrophic factor and basic fibroblast growth factor derived from skeletal muscle pericytes increase the barrier function of endothelial cells in the endomysium. (2021)
  • Author(s): Eri Ishiguchi, Yasuteru Sano, Toshihiko Maeda, Fumitaka Shimizu, Miwako Fujisawa, Masaya Honda, Yukio Takeshita, Michiaki Koga, Takashi Kanda.
  • Journal Title: Clin Exp Neuroimmunol Volume: 12 Issue: 4 Pages: 258-267
  • DOI: 10.1111/cen3.12674
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Triple Culture Cell System Modeling the Human Blood-Brain Barrier. (2021)
  • Author(s): Eleonora Rizzi, Clemence Deligne, Lucie Dehouck, Roberta Bilardo, Yasutero Sano, Fumitaka Shimizu, Takashi Kanda, Marina Resmini, Fabien Gosselet, Marie-Pierre Dehouck, Caroline Mysiorek.
  • Journal Title: J Vis Exp Volume: 177 Issue: 177 Pages: 30-30
  • DOI: 10.3791/63134
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Advancing human induced pluripotent stem cell‐derived blood‐brain barrier models for studying immune cell interactions (2020)
  • Author(s): Nishihara Hideaki、Gastfriend Benjamin D.、Soldati Sasha、Perriot Sylvain、Mathias Amandine、Sano Yasuteru、Shimizu Fumitaka、Gosselet Fabien、Kanda Takashi、Palecek Sean P.、Du Pasquier Renaud、Shusta Eric V.、Engelhardt Britta
  • Journal Title: The FASEB Journal Volume: 34 Issue: 12 Pages: 16693-16715
  • DOI: 10.1096/fj.202001507rr
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] The effect of IgG from CIDP and MMN on the blood-nerve barrier (2023)
  • Author(s): Fumitaka Shimizu, Ryota Sato, Yoichi Mizukami, Kenji Watanabe, Sonoko Misawa, Naoko Matsui, Yukio Takeshita, Toshihiko Maeda, Michiaki Koga, Yuishin Izumi, Satoshi Kuwabara and Takashi Kanda
  • Organizer: 第64回日本神経学会学術集会
• [Presentation] ギラン・バレー症候群で血液神経関門破綻をきたすU1-snRNP抗体の同定． (2023)
  • Author(s): 清水文崇，古賀道明，水上洋一，渡邊健司，佐藤亮太，前田敏彦，神田 隆，中森雅之
  • Organizer: 第34回日本末梢神経学会学術集会
• [Presentation] 血管炎による末梢神経障害の診断 (2023)
  • Author(s): 神田 隆
  • Organizer: 好腎好日セミナー(Web)
  • Invited
• [Presentation] 末梢神経障害の臨床 (2023)
  • Author(s): 神田 隆
  • Organizer: 日本神経学会九州地区生涯教育講演会（Web）
  • Invited
• [Presentation] 末梢神経障害の臨床 (2023)
  • Author(s): 神田 隆
  • Organizer: 第34回日本末梢神経学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 全身疾患と血液脳関門 (2023)
  • Author(s): 神田 隆
  • Organizer: 第14回日本小児免疫性脳炎研究会
  • Invited
• [Presentation] ヒト血液脳関門モデルの構築と自己免疫性神経疾患 (2023)
  • Author(s): 神田 隆
  • Organizer: 第64回日本神経病理学会総会学術集会
  • Invited
• [Presentation] Human BBB in vitro model for neuroimmunological disorders. (2023)
  • Author(s): Takashi Kanda
  • Organizer: 第35回日本神経免疫学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] MAGニューロパチー患者では，血管内皮細胞の自己分泌TNF-αがMAG抗体の微小血管透過性を亢進させている (2022)
  • Author(s): 佐藤亮太，清水文崇，桑原 基，渡邉健司，水上洋一，前田敏彦，竹下幸男，古賀道明， 楠進，神田 隆
  • Organizer: 第33回日本末梢神経学会学術研究会
• [Presentation] Effect of IgG from Guillain-Barre syndrome on the blood-nerve barrier (2022)
  • Author(s): Fumitaka Shimizu, Michiaki Koga, Ryota Sato, Yoichi Mizukami, Kenji Watanabe, Natsumi Fujii, Ken Matsukage, Yukio Takeshita, Yasuteru Sano, Toshihiko Maeda and Takashi Kanda.
  • Organizer: 第63回日本神経学会学術集会
• [Presentation] Effect of immunoglobulin G from idiopathic inflammatory myopathy patients on human muscle microvascular endothelial cell． (2022)
  • Author(s): Masaya Honda, Fumitaka Shimizu, Takashi Kanda
  • Organizer: 第63回日本神経学会学術集会
• [Presentation] Effects of sera in NMO, MOG, and MS on IgG translocation to central nervous system. (2022)
  • Author(s): Miwako Fujisawa, Yukio Takeshita, Susumu Fujikawa, Kinya Mastuo, Fumitaka Shimizu, Yasuteru Sano, Michiaki Koga, Takashi Kanda.
  • Organizer: 第63回日本神経学会学術集会
• [Presentation] Autocrine TNF-α increases penetration of MAG antibodies across the blood-nerve barrier in anti-MAG neuropathy. (2022)
  • Author(s): Ryota Sato, Fumitaka Shimizu, Motoi Kuwahara, Yoichi Mizukami, Kenji Watanabe, Toshihiko Maeda, Yasuteru Sano, Yukio Takeshita, Michiaki Koga, Susumu Kusunoki, Takashi Kanda.
  • Organizer: 第63回日本神経学会学術集会
• [Presentation] 日本神経学会賞受賞講演「脳神経内科の卒前、専門医教育への取り組み」 (2022)
  • Author(s): 神田 隆
  • Organizer: 第63回日本神経学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] Molecular targeted therapy in autoimmune neurological disorders (2022)
  • Author(s): Takashi Kanda
  • Organizer: 第1回国際臨床免疫シンポジウム
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 神経疾患の分子標的薬 (2022)
  • Author(s): 神田 隆
  • Organizer: 第119 回日本内科学会総会・講演会
  • Invited
• [Presentation] Blood-brain barrier-breakdown in anti-myelin oligodendrocyte glycoprotein antibody associated disorders (2021)
  • Author(s): Shimizu F, Ogawa R, Takahashi T, Takeshita Y, Misu T, Sano Y, Maeda T, Nakashima I, Fujihara K, Kanda T
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] ギラン・バレー症候群での血液神経関門破綻メカニズムの解析 (2021)
  • Author(s): 清水文崇，古賀道明，佐藤亮太，竹下幸男，佐野泰照，松影 顕，藤井菜月美，前田敏彦，神田 隆
  • Organizer: 第32回日本末梢神経学会学術集会
• [Presentation] New in vitro and in ex-vivo triple co-culture BBB models and in vivo EAE model revealed that NMO-IgG increased the intracerebral transferability of NMO-IgG and satralizumab and that IL-6 blockade suppressed the NMO-IgG-induced leukocyte transmigration and barrier dysfunction, leading to prevention of onset of NMOSD. (2021)
  • Author(s): Takeshita Y, Fujikawa S, Serizawa K, Fujisawa M, Matsuo K, Nemoto J, Shimizu F, Sano Y, Tomizawa-Shinohara H, Miyake S, Ransohoff RM, Kanda T
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] 視神経脊髄炎でのIL-6を介した血液脳関門破綻の病態機序と「BBBを治療する」というIL-6受容体阻害薬の新たな作用機序 (2021)
  • Author(s): 竹下幸男, 藤川 晋, 芹澤賢一，藤澤美和子,西原秀明,松尾欣哉, 清水文崇, 古賀道明,Richard Ransohoff , 神田 隆
  • Organizer: 第33回日本神経免疫学会学術集会
• [Presentation] 多発性硬化症でのCD20抗体によるB細胞療法における血液脳関門を中心とした新しい病態機序 (2021)
  • Author(s): 竹下幸男,藤澤 美和子,松尾欣哉,福迫陽人, 藤川 晋, 玉田雅也, 岡本雅史, 西原秀明, 清水文崇, 古賀道明, 神田 隆
  • Organizer: 第33回日本神経免疫学会総会
• [Presentation] ヒトin vitro BBBモデルを用いたアストロサイトからのBDNF分泌を促進させる脂質化合物の同定 (2021)
  • Author(s): 藤澤美和子, 竹下幸男, 藤川 晋, 松尾欣哉, 清水文崇, 古賀道明, 神田 隆
  • Organizer: 第33回日本神経免疫学会学術集会
• [Presentation] Intracerebral transferability of satralizumab in neuromyelitis optica using a new multi-cultured in vitro BBB model (2021)
  • Author(s): Matsuo K, Takeshita Y, Fujikawa S, Fujisawa M, Serizawa K, Shimizu F, Sano Y, Koga M, Kanda T.
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術集会
• [Presentation] Blood-brain barrier-activation in myelin oligodendrocyte glycoprotein antibody associated disorders (2020)
  • Author(s): Shimizu F, Ogawa R, Takahashi T, Takeshita Y, Misu T, Sano Y, Maeda T, Nakashima I, Fujihara K, Kanda T
  • Organizer: 第61回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Exploring lipophilic compounds which induce BDNF secretion from astrocytes beyond the BBB (2020)
  • Author(s): Takeshita Y, Fujikawa S, Okino T, Fujisawa M, Shimizu F, Maeda T, Sano Y, Koga M, Kanda T
  • Organizer: 第61回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Effects of sera in NMO and MOG on IgG translocation to central nervous system (2020)
  • Author(s): Fujisawa M, Takeshita Y, Fujikawa S, Shimizu F, Maeda T, Sano Y, Koga M, Kanda T
  • Organizer: 第61回日本神経学会学術大会
• [Book] 末梢神経障害 (2022)
  • Author(s): 神田 隆
  • Total Pages: 506
  • Publisher: 医学書院
  • ISBN: 9784260049399
• [Book] 医学生・研修医のための脳神経内科第4版 (2021)
  • Author(s): 神田 隆
  • Total Pages: 680
  • Publisher: 中外医学社