Radioceranostics Drug Design Strategy for Tumor-Targeting Nanoparticles for Clinical Use

• Project/Area Number: 21K07653
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52040:Radiological sciences-related
• Research Institution: Tohoku Medical and Pharmaceutical University
• Principal Investigator: 山本 文彦 東北医科薬科大学, 薬学部, 教授 (40253471)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: ラジオセラノスティクス / 分子イメージング / 放射性標識合成 / 腫瘍 / ナノ粒子

Outline of Research at the Start

がん画像診断や放射線治療を同じ基材で行えるラジオセラノスティクスは患者の病状に合わせた効果的な個別化がん治療が提供できる薬剤として期待される。その創製を目指し、腫瘍への特異的集積性とステルス特性を保持しつつ、複数回投与可能な新型ナノ粒子実現のための新たなドラッグデザインの妥当性を明らかにする。その戦略として我々が開発中のナノ粒子を母核とし、治療用核種にも置換可能な診断核種標識体を開発する他、複数回投与を可能とするポリグリセロール修飾両親媒性ポリマーを作り最適な修飾比を見出す。この戦略の有効性が明らかになればナノ粒子のラジオセラノスティクス開発と臨床利用への道を拓くことが期待できる。

Outline of Annual Research Achievements

「In-111標識AB型ラクトソームの開発と腫瘍集積性評価」では、腫瘍集積能を向上させるための構造修飾のアプローチを行った。ラクトソームに多様な機能性ペプチドやリガンドを導入するため、ポリサルコシン末端にマレイミドを有する両親媒性ポリマーを検討した。HN-PSar-PLLAに、DMF中室温で3-マレイミドプロピオン酸N-スクシンイミドを反応させることで、マレイミドを導入可能であることを確認した。今後マレイミド両親媒性ポリマーの効率的合成条件を探っていく必要がある。それとともに、SH基を有する各機能性官能基の導入やラクトソーム本体へのI-125標識体も検討する。
「ABC現象を回避するポリグリセロール修飾ラクトソーム開発」として、PLLA（30mer-O-lin-PG（10mer）の安定した生成条件を見出した。10％の割合でラクトソームに組み込むことにより、50nm程度の粒子径のミセル粒子を形成することを明らかにした。また、ABC現象を軽減する機能性ポリマーを効果的にラクトソームに組込むことを期待して、末端にマレイミドを有するPLLAマレイミド合成は可能であることを見出した。今後は効率的合成条件を探っていくとともに、SH基を有する各機能性ポリマーの導入とラクトソームへの組込みを検討する。
腫瘍集積性やABC現象の軽減を放射性標識体で行うための候補化合物選別法として、ABC現象の原因と考えられる血中抗ラクトソーム抗体量を、ELISA法を用いて評価する方法の開発に着手した。具体的には、ラクトソームを複数回投与しABC現象を発現する条件のマウス血清を用いて、血清中のIgM抗体のうちラクトソームを認識する抗体を２次抗体を用いて定量する方法を目指した。抗体量を測定可能であったため、ABC現象軽減をするナノ粒子を選定できる基本的な測定条件を検討している。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

「In-111標識AB型ラクトソームの開発と腫瘍集積性評価」では、前年度までにI-125標識体とは腫瘍集積性が異なったことを明らかにした。その理由を探るため、標識様式の安定性の違い、内包物の動態の関連性などの検討が必要であった。そのためには、ラクトソームの本体を直接標識できる新しい標識ナノ粒子を作る必要がある。またI-111体については骨髄への放射能集積の観点からA3B型よりもAB型の方が核医学治療剤としては優位であり、しかしながらさらに腫瘍認識能を高める必要があると考えられた。そのためにラクトソームに膜透過ペプチド、RGDペプチド、受容体リガンドなどが容易に導入するためのマレイミド両親媒性ポリマーの利用や、ABC現象を回避する機能性ポリマーの導入などを検討するに至った。
「ABC現象を回避するポリグリセロール修飾ラクトソーム開発」にあたっては、lin-PG以外に、幅広い機能性ポリマーを導入したナノ粒子のデザインを検討することに着手した。ABC現象の有無には放射性標識した候補粒子でインビボ評価をする方法を行うが、候補化合物選別のためにまずは血中抗ラクトソーム抗体量の変化を見るためにELISA法を用いた測定法の開発と条件検討に着手した。

Strategy for Future Research Activity

ラクトソームを構成する両親媒性ポリマーへの放射性ヨウ素の導入アプローチとして、マレイミドPLLAまたはマレイミド両親媒性ポリマーを用いた標識や精製方法の検討を行うとともに、安定性や生体内分布を調べ、In-111標識または内包型放射性ヨウ素標識ラクトソームとの比較を行う。
完成させたELISA法を用いたABC現象の評価系を用いて、ポリグリセロール修飾ラクトソームの抗ラクトソーム抗体発現量を測定し、ABC現象軽減の可能性を評価する。また、報告されているいくつかのABC現象軽減機能性ポリマーのうち、ポリカルボキシベタイン（PCB）、ポリビニルピロリドン（PVP）を有する修飾ラクトソームの合成と粒子化を検討するとともに、それらについての抗ラクトソーム抗体発現量を評価する。このうち、候補化合物を選別し、I-125標識PLLA内包による放射標識を行い、マウスを用いたインビボ分布とABC軽減の有無を評価していく。

Research Products

• [Journal Article] Synthesis of Radioiodine-labeled Nanocarrier Composed of Poly(L-Lactic Acid)-<i>block</i>-Poly(Sarcosine) Amphiphilic Polydepsipeptide and Its Biodistribution in Tumor-bearing and Inflammation Model Mice (2023)
  • Author(s): Mitsuharu Kimura, Ibuki Onishi, Yumi Yamamoto, Yohei Saito, Hiroshi Fukuda, Akira Makino, Yasushi Kiyono, Hideo Saji, Eiichi Ozeki, Shunsaku Kimura, Fumihiko Yamamoto
  • Journal Title: RADIOISOTOPES Volume: 72 Issue: 2 Pages: 149-161
  • DOI: 10.3769/radioisotopes.72.149
  • ISSN: 0033-8303, 1884-4111
  • Year and Date: 2023-07-15
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] In-111標識AB型ラクトソームの腫瘍集積評価の検討 (2022)
  • Author(s): 1.今井 健太郎、小野 夏実、柴田 達郎、佐々木 遼、山本 由美、齋藤 陽平、牧野 顕、清野 泰、山本 文彦
  • Organizer: 日本薬学会第142年会