新型コロナウイルス感染症治療薬を目指した新規フラーレン誘導体の創製

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K18881
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 大江 知之 慶應義塾大学, 薬学部(芝共立), 教授 (30624283)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2025-03-31
• Keywords: フラーレン / SARS-CoV-2 / COVID-19

Outline of Annual Research Achievements

サッカーボール型炭素同素体フラーレン（C60）は、その球状の縮合芳香環構造に由来した物理化学的性質は非常にユニークであり、様々な分野で応用研究が行われている。創薬化学の観点からも興味深く、これを母核とした画期的な医薬品の創製を目指した研究も行われている。一方、新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)の感染により引き起こされる新型コロナウイルス感染症(COVID-19)の治療薬を目指し、世界中で様々な研究が行われているが、最も期待されているターゲットとしてメインプロテアーゼがある。
申請者らは、前年度までに、様々なC60誘導体のSARS-CoV-2メインプロテアーゼに対する阻害効果を、自身で構築した評価系を用いてスクリーニングした結果、ビスマロン酸型C60誘導体に非常に強い活性があり、アザフレロイド型誘導体には中程度の活性、新規にデザイン・合成したピロリジン型誘導体には弱い活性しかないことを明らかにした。本年度は、活性が比較的強い誘導体を用いて立体異性体間で差があるかを検討することとした。まずは不斉触媒を用いて立体選択的合成を行ったが、良好な鏡像体過剰率で目的物を得ることができなかったため、キラルカラムHPLCを用いて光学分割を行い、得られたcisおよびtransそれぞれの鏡像異性体に関して、鏡像体過剰率を算出した。また、分取したそれぞれに関して円偏光二色性（CD）分析を行い、指紋領域である430 nm付近に観察されたコットン効果の正負から、セクタールールを用いて絶対配置を決定した。分取した立体異性体のDMSO溶液に関して、ラセミ体を用いて濃度既知のDMSO溶液を別途調製して作成した検量線をもとに濃度を算出し、希釈を行い、SARS-CoV-2メインプロテアーゼに対する阻害効果性を評価した。その結果、この誘導体に関しては立体異性体間に活性の差はほぼ見られなかった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

1年目は、SARS-CoV-2メインプロテアーゼに対する阻害アッセイ系の構築をした上で、当研究室ですでに合成されていたC60誘導体を用いてスクリーニング的に評価したところ、様々なフラーレン誘導体がメインプロテアーゼを阻害することが明らかになり、その中でもビスマロン酸型誘導体が強力な阻害能を有することを見出した。2年目は、それをもとに、新規誘導体の合成に着手し構造活性相関を進めたことに加え、これまでの誘導体とはタイプが異なるアザフレロイドのシリーズで活性が強いものを発見した。以上の成果は投稿論文にまとめられ、すでに受理されている。3年目となる本年度は、活性のあったフラーレン誘導体の立体選択的合成やキラル分割にも挑戦し、純度の高い光学異性体を得ることにを成功している。残念ながら、これらの異性体間にメインプロテアーゼに対する阻害活性の差は認められなかったが、差がないという結果も重要な知見と思われる。このように、3年目も1年目、2年目に得られた成果をもとに着実に研究を展開しており、研究は順調に進捗したと判断できる。

Strategy for Future Research Activity

一部のC60誘導体には抗炎症作用があることが明らかになっている。COVID-19は炎症を伴う疾患であることから、SARS-CoV-2メインプロテアーゼに対する阻害活性のある誘導体に抗炎症効果や抗酸化活性があれば、多標的型COVID-19治療薬候補となり得るので、細胞系などを使って抗炎症効果の評価を進める。また、次なるステージとして、候補化合物について、水溶性、膜透過性（人工膜、経細胞輸送）、代謝安定性（肝ミクロソームや肝細胞）、細胞毒性（肝細胞）などを評価する。

Causes of Carryover

研究開始後約3年が経過して、SARS-CoV-2メインプロテアーゼ阻害剤も含め多くのCOVID-19治療薬が開発され市販されている。その中で、優位性を出すためには、単純な単標的型の治療薬ではなく、多標的型の治療薬を目指す必要が出てきた。フラーレン骨格はその構造的特徴から多くの生物学的標的に対し作用することが知られており、多標的型の医薬品を目指すバックボーンとして相応しいと考えられている。実際にフラーレン類にはその顕著に強い抗酸化作用に由来する抗炎症効果が知られており、COVID-19の疾患に特徴的な重篤な炎症を抑えることができるかもしれないと考えられる。そこで、SARS-CoV-2メインプロテアーゼ阻害効果と抗炎症作用を併せ持つフラーレン誘導体を発見あるいは創製することができれば、魅力的な医薬品候補になる可能性はある。以上の理由から、3年目の途中で、抗炎症効果を検討する研究に方向転換した関係で、計画期間の延長と予算執行の変更の必要性が生じた。