2021 Fiscal Year Research-status Report
Preclinical study of near-infrared photoimmunotherapy for pancreatic cancer that incorporates nanoparticulate TLR9 agonist K3-SPG
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20K08329
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
高橋 健 京都大学, 医学研究科, 助教 (60594372)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石井 健 東京大学, 医科学研究所, 教授 (00448086)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | がん免疫 / 自然免疫 / ワクチン / 膵癌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
In situ vaccine (ISV)は、腫瘍局所に自然免疫賦活剤を投与し、腫瘍から放出される患者自身のがん抗原をワクチン抗原のソースに転化することで、がん免疫を起動するワクチン戦略である。本研究は、最難治疾患である膵癌の克服を掲げ、光免疫療法（photoimmunotherapy: PIT）とナノ粒子のTLR9リガンドK3-SPGの併用により腫瘍局所の癌抗原放出と自然免疫活性化を最大化するISVの開発を目標としている。前年度までに、膵癌を自然発症するKPCマウスから樹立された膵癌細胞株（KPC-Pan）と2種類のマウス大腸癌細胞株を用いて、CD44を標的抗原とするPITの実験系を確立し、in vitroでの殺細胞効果や、同種皮下移植マウスモデルにおけるin vivoの抗腫瘍効果を確認した。今年度は、このPITの実験系をもとにして、主に、膵癌マウスモデル（scKPC-Pan）におけるPIT/K3-SPG-ISV併用療法の抗腫瘍効果を解析した。これまでに併用療法の相乗効果、治療部の対側に存在する腫瘍への抗腫瘍効果（abscopal効果）、免疫記憶誘導効果を確認した。また、免疫学的機序の解明にも着手し、K3-SPG-ISVを施したscKPC-Panの腫瘍を用いたRNA-seq解析を実施し、強いType I IFN応答を確認し、最終年度に予定しているPIT/K3-SPG-ISV併用療法の作用機序解明のための基礎データを得た。さらに、興味深いことに、経静脈投与（intravenous injection : iv）されたK3-SPGは、全身投与にも関わらずPITを施した腫瘍部に選択的に集積することを見出した。このことは、PIT付加により、K3-SPG-ivでも腫瘍穿刺を要するK3-SPG-ISVと同様の効果が得られる可能性を示唆しており、最終年度にさらなる解析を予定している。
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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
今年度の研究成果は、以下の4項目である。(1) 両側皮下に腫瘍を移植したscKPC-Panに、それぞれ、無治療、PIT単独療法、K3-SPG-ISV単独療法、PIT/K3-SPG-ISV併用療法を施し、それぞれの腫瘍増殖を評価した。併用群は、PIT単独群やK3-SPG-ISV単独群と比べ、相乗的な抗腫瘍効果を認めた。また、片側の腫瘍のみにPITを施したにもかかわらず、対側の腫瘍でも腫瘍増殖の抑制効果を認めた。また、併用療法で完全に腫瘍が消失したマウスにKPC-Pan細胞を再移植しても腫瘍細胞は生着せず、免疫記憶の成立が示唆された。(2) 両側皮下に腫瘍を移植したscKPC-PanモデルマウスにK3-SPG-ISVを施し、摘出された両側の腫瘍に対してRNA-seqをおこない腫瘍内の遺伝子発現プロファイルを解析したところ、Type I IFNやType II IFNの関連遺伝子の発現上昇が確認された。(3) scKPC-PanにAlexa647でラベルしたK3-SPGをiv投与し、皮下移植腫瘍にPITを施し、K3-SPGの全身分布をIVISで解析したところ、PITを施した腫瘍局所にのみAlexa647-K3-SPGが高度に集積していることを見出した。ナノ粒子であるK3-SPGのEPR効果が、PIT付加により増強された可能性が考えられた。(4) K3-SPG以外の自然免疫活性化アジュバントを用いて同様のPITとの併用療法を試みた。scKPC-Panに対し、TLR3リガンド(poly IC)とSTINGリガンド（2’3’-cGAMP）によるISVをそれぞれPITと併用したところ、preliminaryな実験結果として、PITとの併用効果をpoly ICでは認めなかったが2’3’-cGAMPでは認めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により、最難治消化器疾患である膵癌のマウスモデルscKPC-PanではPITをK3-SPG-ISVと併用することにより抗腫瘍効果が増強され、全身性効果のみでなく免疫記憶も誘導される結果が得られた。最終年度は、この膵癌マウスモデルを用いて、(1) PIT/K3-SPG-ISV療法にさらにチェックポイント阻害剤（PD-1抗体）を併用した場合の上乗せ効果の確認と、(2) PIT/K3-SPG療法による抗腫瘍効果の機序解明を予定している。機序解明に関しては、(2a) 治療側と治療側対側の腫瘍を対象としたRNA-seqと免疫組織染色、 (2b) Tumor infiltrating lymphocytes (TILs)や末梢血細胞のFACS解析による各種の免疫細胞のphenotyping、(2c) 細胞除去実験（CD8 T細胞, CD4細胞, NK細胞, NKT細胞, B細胞）によるエフェクター細胞の同定などを行う。また、(3) iv投与されたK3-SPGが全身投与にも関わらずPITを施した腫瘍部に選択的に集積するという知見に基づき、より臨床応用の実現可能性が高いPIT/K3-SPG-ivの抗腫瘍効果を評価する。最後に、(4) STINGリガンドでもK3-SPG同様のPITとの併用効果が認められたため、TLR9リガンド以外の自然免疫賦活化アジュバントでも同様の実験を行い、本研究のコンセプトがより一般化できるかについて検討する。
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| Causes of Carryover |
研究遂行に必要な試薬を購入する予定であったが、同じ研究室内に備蓄があったため、少額ながら購入を控えた。翌年度の研究遂行に必要な試薬購入のための予算とする。
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[Journal Article] In situ vaccination using unique TLR9 ligand K3-SPG induces long-lasting systemic immune response and synergizes with systemic and local immunotherapy2022
Author(s)
Hirokazu Okada, Ken Takahashi, Hiroaki Yaku, Kouji Kobiyama, Keiko Iwaisako, Xiangdong Zhao, Masahiro Shiokawa, Norimitsu Uza, Yuzo Kodama, Ken J Ishii, Hiroshi Seno
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 12
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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