2019 Fiscal Year Annual Research Report
メッセンジャーRNA送達に向けたシリカゲルナノ粒子の構築と経口投与への応用
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19J22910
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
亀川 凜平 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | メッセンジャーRNA / シリカゲル / 経口投与 / ポリイオンコンプレックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、経口投与を介したメッセンジャーRNA（mRNA）の腸への送達を可能にするナノ粒子を構築することである。
mRNAを体内に投与し目的の細胞に導入することで、ゲノムへの挿入変異を起こすことなくmRNAにコードされたたんぱく質発現を促すことができる。このことから、様々な難病に対する次世代の治療薬として期待される。mRNAの投与方法として、経口投与は、患者への負担が少なく腸の細胞でたんぱく質発現を誘導できることから、優れた投与方法であると言える。しかしながら、mRNAは消化管を通じて豊富に存在する分解酵素に対する耐性が低いため、mRNAを分解から保護し、腸まで届けるようなキャリアを構築する必要がある。その上消化管は、消化酵素や胃の強酸環境といったmRNA送達に対して過酷な環境が揃っているため、経口mRNAキャリアはその環境に耐えうる性質が必要である。
そこで本研究では、消化管環境で安定なマテリアルとしてシリカゲルに着目した。シリカゲルは、シロキサン結合のネットワークにより密な構造を持ち、かつ、シロキサン結合は強酸や消化酵素に対して安定であるからである。mRNAのシリカゲル粒子に内包するため、mRNAを正に帯電したポリマーと混合することで、全体として正に帯電したナノ粒子（ポリイオンコンプレックス、PIC）を作製した。ついでPICをケイ酸溶液と混合することで、PIC表面でのシリカゲル形成を促し、シリカゲルで被覆されたmRNA内包粒子を調製した。本年度は特に、シリカゲル層の分解酵素のアクセス阻害能を評価するため、シリカゲル層形成温度を変化しシリカゲルの架橋密度をコントロールした上で、mRNA保護性能を評価した。その結果、架橋密度が高いほど、mRNA分解保護能が向上することが確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の予定では、シリカゲル層に細胞内の還元環境に応答して開裂するジスルフィド結合を導入し、細胞内での積極的なシリカゲル層の溶解を促す方針であった。ジスルフィド結合導入に用いる試薬の疎水性の高さから、水/エタノール混合溶媒中で、その混合比率を変えながら試薬の溶解を達成し、PICの被覆を行う予定であった。しかしながら、その混合溶媒中でのPICのコロイド安定性の低さから、粒径やその分散状態を保った状態での被覆が困難であることがわかった。今後は、試薬の溶解性とPICの安定性を両立する条件を探索する予定である。
一方で、ジスルフィド結合を導入していないシリカゲル被覆PICについてmRNA分解保護能の評価を行なった。その結果、被覆温度によるシリカゲル層の架橋密度のコントロールが可能であり、かつ架橋密度が高いほど分解保護能が優位に高くなることが明らかになった。さらに、この分解保護能は他のmRNAキャリアと比較しても優れたものであることがわかった。当初の予定よりもやや遅れてはいるものの、この発見はシリカゲル被覆PICのmRNAキャリアとしてのポテンシャルの高さを示すものであり、優れた成果の1つであると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、ジスルフィド架橋導入試薬の溶解性とPICの安定性を両立する条件を探し出した上で、シリカゲル被覆を行なっていく。具体的な探索方法としては、水/エタノールの比率に加えて、pHや物理的な混合手法をパラメータとしてその最適条件を探っていく。
一方で、ジスルフィド結合未導入の条件でも、mRNA分解保護能の点で優れた成果を上げている。そこで、上記の探索と並行して、この条件でのさらなる可能性を模索するため当初の計画通りマウスを用いた動物実験を行なっていく。具体的には、潰瘍性大腸炎という指定難病の治療に向けて、潰瘍性大腸炎モデルマウスを作製し、シリカゲル被覆PICの経口投与を行い、腸でのmRNA分解耐性および発現性能の評価を行う。その過程で、評価に向けた実験手法の最適化を行う。上記の探索が達成され次第、ジスルフィド結合導入有無のシリカゲル被覆PICの比較を行い、経口mRNAキャリアとしてのより良い性能を持つキャリアの構築を行なっていく。
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