| Project/Area Number |
23K08892
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 56040:Obstetrics and gynecology-related
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
小林 裕明 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (70260700)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
谷口 俊一郎 鹿児島大学, 医歯学総合研究科, 特任教授 (60117166)
山本 雅達 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 助教 (40404537)
戸上 真一 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 准教授 (20644769)
簗詰 伸太郎 鹿児島大学, 医歯学域鹿児島大学病院, 准教授 (40623343)
水野 美香 鹿児島大学, 医歯学域鹿児島大学病院, 講師 (50588837)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | バイオDDS / ビフィズス菌 / 5FC（フルシトシン） / cytosine deaminase / 前臨床試験 |
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| Outline of Research at the Start |
子宮頸がんの放射線±全身化学療法後の再発病巣は嫌気性環境となり、薬剤到達性が低下するため難治性である。我々は嫌気的環境で増殖するビフィズス菌を遺伝子改変し、cytosine deaminaseを発現させる生物製剤APS001Fを作成した。5FUのプロドラッグであり以前から抗真菌剤として安全に内服されてきた5FCはcytosine deaminase により5FUに変換される。担癌患者にAPS001Fを静注後、がん病巣で集積・増殖した頃に5FCを内服することで、腫瘍局所でのみ5FUが産生されるというバイオDDSを開発した。第Ⅰ相臨床試験を開始したが有害事象は生じず、更なる改良を研究中である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
固形がんに特徴的な低酸素環境を標的とするビフィズス菌(B菌)を遺伝子工学的に改変し、無毒である5FCから制がん剤5FUを産生する生物製剤(APS001F)を開発した。米国での第1相臨床試験で静脈内投与の安全性は確認済みであり、今後は本邦で進行再発子宮頸癌を対象とした臨床試験を目指している。本研究はその前臨床試験として、安全性機序の分子免疫学的解明と、腫瘍局所への初期送達性増強による抗腫瘍効果向上を目的としている。
1）腫瘍局所へのB菌集積性向上のため、血管拡張作用および抗酸化作用を有するビタミンCの前処置または同時投与を行い、腫瘍内到達性への影響を検討した。EPR効果の増強を期待したが、腫瘍内集積の有意な改善は認められなかった。投与量や投与タイミングを様々に検討したが、期待した効果は得られなかった。
2）酸化ストレス環境下での菌体保護と腫瘍内集積性向上を目指し、TEMPOラジカルを含有するRedox Nanoparticle（RNP）（筑波大学長崎研から供与）との共投与を実施したが、こちらも明確な有意差は認められなかった。RNPの投与条件の最適化も試みたが有意な改善には至らなかった。
3）B菌の初期定着・治療効果増強を目的として栄養源の検討を行った結果、哺乳類細胞には代謝されず菌特異的に利用されるアラビノースを使用したところ、投与後数日間における腫瘍内菌数は有意に増加した。現在、治療効果向上への影響を継続評価中である。
4）免疫学的安全性検証として、B菌および大腸菌をマウス腹腔内投与後の自然免疫細胞との相互作用をFACSおよびRNA-seq解析で評価した。大腸菌では炎症誘導性遺伝子発現が顕著に上昇した一方、B菌ではそれらの遺伝子発現は限定的であり、貪食されにくい特性が確認された。これらの結果から、B菌静脈投与のin vivo安全性がin vitroの免疫応答解析からも支持された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究は、生物製剤（APS001F）を用いた臨床試験の前段階として、安全性の分子免疫学的解明と、腫瘍局所への初期送達性の向上による治療効果の強化を目的としている。本年度は、以下の4つの課題に取り組んだ。
1）腫瘍局所へのB菌集積性の向上を目的としたEPR効果の促進として、ビタミンCを前処置または併用投与したが、腫瘍内到達性の有意な改善は認められなかった。
2）B菌の酸化ストレス耐性強化を目的に、抗酸化ナノ粒子であるRedox Nanoparticle（RNP）との共投与を行ったが、期待された菌の集積性向上や生存率の改善は見られなかった。
3）B菌の初期定着促進を目的とした栄養源の最適化において、従来のマルトースに代えてアラビノースを使用したところ、投与後数日での腫瘍内菌数が有意に増加した。アラビノースは哺乳類細胞では代謝されず、腫瘍局所の乳酸産生抑制およびTreg活性抑制を介して抗腫瘍免疫の維持に寄与する可能性があり、現在は治療効果を検証中である。
4）B菌の免疫学的安全性の分子メカニズムの検討として、マウス腹腔内にB菌または大腸菌を投与し、マクロファージおよび好中球との相互作用をFACSおよびRNAシーケンス解析により評価した。その結果、B菌は貪食像を示さず、大腸菌と比較して炎症抑制関連遺伝子の発現が優位に確認された。このことから、B菌は本来、生体内において免疫刺激性が低く貪食されにくい特性を有することが示唆され、安全性の根拠となる新たな知見が得られた。
以上の結果より、4つの課題のうち1つ（3）は良好な進展が見られ、1つ（4）は仮説を支持する新たな知見が得られたが、2つ（1・2）では期待された改善効果は得られなかった。したがって、研究全体としては一定の前進はあったものの、進捗状況としては「やや遅れている」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
前述した現在までに得られた研究成果を踏まえて、
1）B菌の初期増殖を促進し、腫瘍局所における治療効果を高めるための栄養源最適化について、アラビノースの有効性を確認した。今後は、アラビノース投与による腫瘍縮小効果および抗腫瘍免疫への波及効果について、担がんモデルを用いて詳細に検証する。
2）腫瘍免疫に抑制的に働く乳酸の蓄積を改善する方策として、菌の栄養源変更に加え、ポリフェノール類などの補助的因子を併用する治療プロトコールの最適化を行う。特に、Treg活性の抑制や乳酸産生の低減を指標として、腫瘍微小環境における免疫調節効果を評価する予定である。
3）B菌の治療機能を拡張するため、これまでのサイトシンデアミナーゼ発現に加えて、抗PD-1抗体を共発現させる多機能性B菌の構築を試みる。ゲノム安定性および抗体発現量の評価を行い、免疫チェックポイント阻害と局所薬剤産生を併用した新規治療系の実現を目指す。
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