放射線加工による高機能ヒアルロン酸の創製とがん幹細胞標的型BNCTへの応用

• Project/Area Number: 22K07783
• 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: Osaka Medical and Pharmaceutical University
• Principal Investigator: 山沖 留美 大阪医科薬科大学, 薬学部, 講師 (60368181)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平田 雅彦 大阪医科薬科大学, 薬学部, 講師 (00268301)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: ヒアルロン酸 / 放射線照射 / ナノ粒子 / ホウ素中性子捕捉療法 / DDS

Outline of Research at the Start

ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)では、現在、L-p-Boronophenylalanine (BPA) が脳腫瘍や頭頸部がんの治療に使用されている。適用範囲を拡大するべく、本研究では、がん幹細胞に高出現するCD44と親和性が高く、DDS製剤に利用されるヒアルロン酸ナノ粒子(HANPs)を放射線の主鎖切断作用により創製する。さらに、HANPsにホウ素化合物を封入し、血管透過性に基づくEnhanced Permeation and Retention (EPR) 効果の活用とがん幹細胞を標的とするホウ素-HANPsのBNCTへの有用性を評価する。

Outline of Annual Research Achievements

ホウ素中性子捕捉療法（BNCT）に用いる製剤には、腫瘍組織内にホウ素濃度20 ppm～40 ppmの集積性が求められる。
本研究では、細胞外マトリックス主要構成成分の一つであるヒアルロン酸（HA）は粒子サイズにより生体機能が異なり、がん幹細胞の増殖・転移に関与する点に着目し、その核となるヒアルロン酸ナノ粒子（HANPs）の作製を放射線の主鎖切断作用を活用し試みる。これにより、分解剤を用いず生体適合性を保った状態でヒアルロン酸に機能性を付与でき、同時に放射線による殺滅菌も実施できるため、他の薬剤の除去工程を省略でき、経済性に優れる医療原料を創出できる。さらに、ヒアルロン酸は水酸基を多く有し、1分子製剤あたりに多くのホウ素化合物を封入可能であることより、血管透過性に基づくEnhanced Permeation and Retention （EPR）効果の活用と、ヒアルロン酸とがん幹細胞マーカーのCD44との親和性に基づく腫瘍集積性の高いホウ素－HANPs（B-HANPs）を創出し、BNCTのためのDDS製剤への応用を目指す。
当該年度は、ヒアルロン酸 (微生物由来、80万ダルトン以上) に、5 MeVの電子線を用いて室温下にて5 kGy～50 kGyに照射した。照射後のヒアルロン酸について、電子スピン共鳴法、サイズ排除クロマトグラフィー、粘度計測、動的光散乱法により解析した結果、電子線の吸収線量に応じてヒアルロン酸の分子鎖が切断され、10 nm～500 nm 範囲のHANPsを作製できることが判明した。さらに、ボロノフェニルアラニン (BPA) を用い、ホウ素－HANPs 合成法として塩基添加調整法の検討を行った結果、HANPsとBPAとの複合体形成を示唆する条件を見出すことができた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

初年度の研究計画では、放射線加工によりHANPsを作製し、その物性について解析すること、さらに、ホウ酸、ボロン酸ならびにBPAを用いてHANPsへホウ素を導入し、ホウ素濃度の高いホウ素－HANPs（B-HANPs）の合成条件を明らかとすることであった。そこで、5 MeVの電子線照射によりHANPsを作製し、BPAを用いてB-HANPsの複合体形成を示唆する条件を見出した。ホウ酸を用いたB-HANPs合成についても試みたが、ホウ酸を用いることで製剤としての毒性が高くなることが懸念されたため、ホウ素化合物として臨床で使用されているBPAを用いた合成法に注力した。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、合成したHANPs－BPAを培養腫瘍細胞に処置してインビトロ評価を実施する。細胞内に移行したホウ素量をICP発光分光法により定量し、腫瘍細胞へのホウ素取り込み率について糖－BPA錯体（Fructose-BPA）と比較する。さらに、CD44陽性細胞への取り込みとHANPsの分子サイズの影響を評価する。良好な移行性を示したものは担がんマウスに投与して、ICP発光分光法により腫瘍内のホウ素量を測定し、インビボでの有用性を評価する。一方、HANPs作製のための放射線加工として、電子線とは線量率の異なるγ線 （Co-60）照射による影響についても検討を進める予定である。