2020 Fiscal Year Annual Research Report
経皮吸収促進機能を有する油状ナノキャリアの創成とがんワクチンへの応用
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19J21032
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
小坂 秀斗 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 経皮ドラッグデリバリー / がんワクチン / 液晶材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、塗り薬や貼り薬によって体内の免疫力を増強し、がんの予防や治療を行う経皮がんワクチンの開発を目的としている。免疫を惹起するには、がん抗原を皮膚内部に存在する皮膚樹状細胞へ送達する必要がある。しかし皮膚最外層には疎水性の高い角質層が生体のバリアとして存在しており、親水性かつ高分子量のがん抗原をそのまま皮膚内部へ浸透させることはできない。そこで本研究ではがん抗原の皮膚浸透促進技術の確立をめざし、経皮吸収促進機能を有する油状ナノキャリアの創成を試みている。医療従事者を必要としないワクチン投与法の確立によって、患者のQOLの向上のみならずワクチン接種率の改善に寄与することが本研究の最終的な目的である。
2019年度は経皮吸収促進効果を持つ脂質分子と水を混合すると容易に液晶を形成し、これがペプチド抗原の皮膚浸透性を飛躍的に改善することを見出した。ところが、ペプチド抗原の免疫原性はタンパク質抗原よりも低く、経皮ワクチン効果をさらに向上させるためにはタンパク質抗原の利用が好ましい。ところが、タンパク質抗原をこの液晶に封入させても皮膚浸透量の向上は見られなかった。この理由として、液晶中に形成される微細孔に薬物が封入されるが、その孔径がタンパク質のサイズよりも小さく、薬物が十分に放出されないためであると考えられた。そこで本研究では液晶構造の微細孔を膨潤させることで、薬物放出の促進を試みた。糖脂質分子の添加によって液晶の微細孔は約1.6倍に膨潤し、モデルタンパク質抗原であるオボアルブミン (OVA) の水和半径よりも大きくさせることに成功した。この膨潤液晶におけるOVAの拡散係数は元の液晶よりも10倍以上高く、皮膚に塗布した際の浸透量は4倍以上向上することが示された。液晶をタンパク質の経皮製剤へ応用した例はこれまでになく、これらの研究成果をまとめた論文を、筆頭著者として執筆中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の研究実施計画では液晶中にペプチド抗原を封入した液晶経皮製剤において、そのワクチン機能を種々の動物実験によって評価する予定であった。2020年度はその計画通り、がんモデルマウスを用いたがんワクチン効果の評価を実施し、液晶経皮製剤が注射製剤に匹敵することを示した。また、液晶経皮製剤の投与によって、皮膚中に存在する免疫応答に優れた細胞に抗原が送達されることを明らかとした。
さらに2020年度はより優れた経皮がんワクチンを創成すべく、タンパク質抗原を封入した液晶経皮製剤の開発にも着手した。これまで私が使用していたペプチド抗原の免疫原性はタンパク質抗原よりも低く、経皮ワクチン効果をさらに向上させるためにはタンパク質抗原の利用が好ましいと考えられる。そこで私は糖脂質分子の利用によって液晶構造を制御し、タンパク質抗原にも適用可能な液晶製剤を開発した。こちらについては当初の研究実施計画で予定していたものの、計画よりも早く概念実証が進んだため、当初の計画以上に研究が進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は液晶製剤を利用した経皮がんワクチンの開発に焦点を当て、研究を推進する。これまでの検討によって、免疫原性が高いとされるタンパク質抗原にも適用可能な液晶製剤の開発に成功している。そこで本年度は、マウスを用いた動物実験により、タンパク質抗原を封入した液晶製剤の経皮ワクチン効果を評価する。具体的にはまずマウスに対して液晶製剤の経皮投与を行い、皮膚樹状細胞へのがん抗原送達量をフローサイトメトリーによって評価する。さらに皮膚樹状細胞を追跡し、リンパ節や脾臓への遊走、あるいは細胞傷害性T細胞の活性化をフローサイトメトリーやELISA法を用いたサイトカイン産生量測定によって評価する。最終的には腫瘍モデルマウスを用いて経皮免疫化を行い、腫瘍予防効果及び治療効果を評価する。
もし上記の評価において十分なワクチン効果が得られなかった場合は、タンパク質抗原の皮膚浸透量が不十分であることが原因として考えられる。これまでの予備検討で、上記の液晶にコレステロールとリン脂質を添加すると液晶構造がさらに膨潤することを見出している。つまり、液晶構造のさらなる膨潤よって薬物の放出速度が向上し、皮膚浸透性がさらに向上するのではないかと期待している。よってタンパク質抗原の皮膚浸透量の低さが問題となる場合は、コレステロールとリン脂質を添加した液晶に抗原タンパク質を内包させ、上記の免疫学的評価を行う予定である。
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