免疫チェックポイント阻害剤搭載型ナノホウ素薬剤によるアブスコパル効果誘導法の確立

• 研究課題/領域番号: 22K18196
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分90120:生体材料学関連
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 河崎 陸 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (40836194)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: BNCT / DDS / ハイブリッドナノ粒子 / 抗体 / ドラッグデリバリーシステム / ナノマテリアル / 刺激応答性ナノ材料 / ハイブリッド材料

研究開始時の研究の概要

近年、低侵襲ながん放射線療法であるホウ素中性子捕捉療法（BNCT）により誘導されるアブスコパル効果の転移がん治療への適用が望まれている。アブスコパル効果とは、BNCTによって損傷したがん細胞の放出するがん抗原を介した細胞障害性T細胞（CTL）の活性化により、原発巣のみならず転移巣のがん細胞に対しても細胞死を誘導する免疫賦活作用のことである。ホウ素薬剤と免疫チェックポイント阻害剤両方の体内動態制御に基づく腫瘍集積性の向上を実現するICI搭載型ナノホウ素薬剤の開発によって、アブスコパル効果の誘導法の確立とその転移がん治療への応用を目指す。

研究実績の概要

多糖へとホウ素薬剤をコンジュゲートした化合物が確かにナノ粒子を形成すること、その粒子が水中で安定に分散し得ることを明らかとした。また形成したナノ粒子はコロイド的に安定であることも動的光散乱測定の結果から明らかとした。種々の分光学的手法（紫外可視分光光度計・蛍光高度計・多角度散乱測定・小角X線散乱測定）や顕微鏡技術（走査型電子顕微鏡・透過型電子顕微鏡・原子間力顕微鏡）の利用により、ナノ粒子の会合挙動、その形成過程、形態など系統的な物性評価を行うことでキャラクタリゼーションは完了した。また本システムへの刺激応答性の感度についても把握することができた。
ここで本システムと抗体の相互作用について検討したところ、抗体とナノ粒子の物質量比が１：１のとき、ほぼ１００％の抗体分子がナノ粒子内部に複合化されることが蛍光相関分光法による測定から明らかとした。また本システムへ外部刺激を導入することによって、即時的な放出が可能であることも実証した。
次に本システムは細胞に効率的に導入することができるだけでなく、中性子線照射によって、BNCTに基づく効率的な殺細胞効果を実現しえ、その活性は臨床薬であるL-BPA/fructose錯体を凌駕するものであった。また、その効果の違いが導入されたホウ素量の違いであることをICP発光分析により明らかとしている。ここでがん細胞と正常細胞の共培養系の利用によって、本システムのがん細胞への選択的な送達能を実証した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

目的としていたホウ素薬剤修飾多糖の合成、さらにはナノ粒子の作製に成功している。それだけでなく、作製したナノ粒子の物性評価についても系統的な評価を完了しており、目的とする物性値を既に一定数達成している。また制御困難と当初考えていた抗体分子の複合化の手法も確立し、その制御放出の因子について、検討することができている。そのため、今後動物実験によって、その送達性を明らかとすることで、目的とするアブスコパル効果の誘導へと繋げることができる。
一方で、ナノ粒子ががん細胞へと効率的に送達しえ、そのBNCT活性が臨床薬であるL-BPA/fructose錯体を凌駕するものであったことを細胞実験で明らかとしている。これに加えて、がん細胞（マウス結腸がん細胞）と正常細胞（マウスマクロファージ細胞）からなる共培養系において、がん細胞選択的な集積を確認している。
上記の事柄から判断して、今後、担腫瘍マウスを用いた治療活性を評価することで本システムの有用性を実証していくのに十分な知見を得ているものと考えている。

今後の研究の推進方策

今後は本システムの腫瘍組織の浸透性を議論するため、がんスフェロイドを作製し、その三次元培養環境中における分布を観察する。さらには、腫瘍組織への浸透性についても明らかとする。ここへ中性子線を照射し、治療性能に加えて、関連タンパク質の放出性について、検討を行うことで、アブスコパル効果誘導における有用性を確認、最適化させる。
さらには、担腫瘍マウスを作製し、その血中滞留性、腫瘍集積性および選択性について明らかとする。さらには蛍光標識を行なった抗体分子を用いて、本システムの抗体の腫瘍集積性についても検討を行う。ここで腫瘍集積性に乏しい場合については、血中滞留性の向上を見込み、ステルス性を付与する高分子ポリエチレングリコールを表面修飾することで改善を図る。
最後に本システムの担腫瘍マウスおよび転移モデルにおけるBNCT活性、アブスコパル効果誘導性について、腫瘍の成長抑制、関連タンパク質の放出量、フローサイトメトリーを用いた免疫細胞の活性化度から明らかとする。さらには、多糖の骨格を変更したシステムを並行して作製することでタンパク質とナノキャリアの相互作用のより精密な制御について検討を進める。

研究成果

• [雑誌論文] Fluorescence Turn‐on of Tetraphenylethylene Derivative by Transfer from Cyclodextrin to Liposomes, HeLa Cells, and E. coli (2023)
  • 著者名/発表者名: Masuda Kosuke、Omokawa Riku、Kawasaki Riku、Mise Yuta、Ooyama Yousuke、Harada Shogo、Shinoda Wataru、Ikeda Atsushi
  • 雑誌名: Chemistry A European Journal 巻: 29 号: 10 ページ: 202203071-202203071
  • DOI: 10.1002/chem.202203071
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Water‐Dispersible Supramolecular Complex of Polyphenol with Polypeptides for Attenuation of the Allergic Response using a Mechanochemical Strategy (2023)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki Riku、Kawamura Shogo、Kodama Tomoki、Yamana Keita、Maeda Akira、Yimiti Dilimulati、Miyaki Shigeru、Hino Shodai、Ozawa Naoki、Nishimura Tomoki、Kawamoto Seiji、Ikeda Atsushi
  • 雑誌名: Macromolecular Bioscience 巻: 23 号: 4 ページ: 2200462-2200462
  • DOI: 10.1002/mabi.202200462
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluorescence sensor using porous host molecules deposited on filter paper with vapochromic and mechanochromic properties (2023)
  • 著者名/発表者名: Umezane Sota、Fukutomi Satoshi、Ono Toshikazu、Hisaeda Yoshio、Nishimura Tomoki、Kawasaki Riku、Ikeda Atsushi
  • 雑誌名: New Journal of Chemistry 巻: 47 号: 9 ページ: 4166-4171
  • DOI: 10.1039/d2nj04929e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carborane bearing pullulan nanogel-boron oxide nanoparticle hybrid for boron neutron capture therapy (2023)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki Riku、Hirano Hidetoshi、Yamana Keita、Isozaki Hinata、Kawamura Shogo、Sanada Yu、Bando Kaori、Tabata Anri、Yoshikawa Kouhei、Azuma Hideki、Sasaki Yoshihiro、Akiyoshi Kazunari、Nagasaki Takeshi、Ikeda Atsushi
  • 雑誌名: Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine 巻: 49 ページ: 102659-102659
  • DOI: 10.1016/j.nano.2023.102659
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aqueous solutions with information on solids: room-temperature phosphorescence of polysaccharide benzophenone complexes (2023)
  • 著者名/発表者名: Okuno Masafumi、Yamana Keita、Kawasaki Riku、Konishi Yuto、Ono Toshikazu、Ishi-i Tsutomu、Ikeda Atsushi
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 13 号: 6 ページ: 3528-3533
  • DOI: 10.1039/d2ra08205e
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Theranostic Agent Combining Fullerene Nanocrystals and Gold Nanoparticles for Photoacoustic Imaging and Photothermal Therapy (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki Riku、Kondo Kosuke、Miura Risako、Yamana Keita、Isozaki Hinata、Shimada Risako、Kawamura Shogo、Hirano Hidetoshi、Nishimura Tomoki、Tarutani Naoki、Katagiri Kiyofumi、Stubelius Alexandra、Sawada Shin-ichi、Sasaki Yoshihiro、Akiyoshi Kazunari、Ikeda Atsushi
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 23 号: 9 ページ: 4686-4686
  • DOI: 10.3390/ijms23094686
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cyclodextrin-induced release of drug-entrapping liposomes associated with the solation of liposome gels (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamada Hiromu、Yamana Keita、Kawasaki Riku、Yasuhara Kazuma、Ikeda Atsushi
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 12 号: 34 ページ: 22202-22209
  • DOI: 10.1039/d2ra03837d
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Aqueous Solutions of a Porous Host Poly‐L‐lysine Complex with Information on Solids as Different Fluorescence by Guests (2022)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Katsuya、Umezane Sota、Ono Toshikazu、Fukutomi Satoshi、Ihara Megumi、Hisaeda Yoshio、Kawasaki Riku、Ikeda Atsushi
  • 雑誌名: Chemistry An Asian Journal 巻: 17 号: 23 ページ: 20220879-20220879
  • DOI: 10.1002/asia.202200879
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formulation of water-dispersible hydrophobic compound nanocomplexes with polypeptides via a supramolecular approach using a high-speed vibration milling technique (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawamura Shogo、Kawasaki Riku、Hino Shodai、Yamana Keita、Okuno Masafumi、Eto Takuro、Ikeda Atsushi
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 12 号: 49 ページ: 32012-32019
  • DOI: 10.1039/d2ra06054j
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oncogenic RAS Networks Suppression: Reversibly Ionic Oligonucleotide‐Based Nanoparticles Caged microRNA‐143 Inhibit KRAS‐Mutated Colon Cancer Growth in Tumor‐Bearing Mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto Noriko、Kawasaki Riku、Sakuragi Mina、Yamana Keita、Isozaki Hinata、Kawamura Shogo、Akiba Isamu、Kitade Yukio
  • 雑誌名: Advanced Therapeutics 巻: 6 号: 2 ページ: 2200265-2200265
  • DOI: 10.1002/adtp.202200265
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Drug-Loaded Biocompatible Chitosan Polymeric Films with Both Stretchability and Controlled Release for Drug Delivery (2022)
  • 著者名/発表者名: Lee Ji Ha、Tachibana Tomoyuki、Wadamori Hijiri、Yamana Keita、Kawasaki Riku、Kawamura Shogo、Isozaki Hinata、Sakuragi Mina、Akiba Isamu、Yabuki Akihiro
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 8 号: 1 ページ: 1282-1290
  • DOI: 10.1021/acsomega.2c06719
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] テトラフェニルエチレン誘導体―多糖錯体を用いる固体情報を維持した水溶液の作製 (2022)
  • 著者名/発表者名: 池田篤志・日野彰大・重川陸・河﨑陸
  • 学会等名: 第19回ホスト-ゲスト・超分子化学シンポジウム
• [学会発表] 河村昇吾・河崎陸・日野彰大・山名啓太・池田篤志 (2022)
  • 著者名/発表者名: ポリペプチドをホスト分子として用いた疎水性化合物の水溶化とその生体応用
  • 学会等名: 第19回ホスト-ゲスト・超分子化学シンポジウム
• [学会発表] メカノクロミック分子の結晶情報を保持した多糖による水溶化法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 重川陸・河﨑陸・西村智貴・中谷都志美・池田篤志
  • 学会等名: 第19回ホスト-ゲスト・超分子化学シンポジウム
• [学会発表] ポルフィリン誘導体含有リポソームの安定性と光線力学活性の評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西村航太郎, 島田莉紗子, 山名啓太, 河崎陸, 中谷都志美, 池田篤志
  • 学会等名: 第19回ホスト-ゲスト・超分子化学シンポジウム
• [学会発表] カルボランをビルディングブロックとするナノ構造体の創製 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山名啓太, 河﨑陸, 樽谷直紀, 西村智貴, Neval Yilmaz, 片桐清文, 佐々木善浩, 秋吉一成, 池田篤志
  • 学会等名: 第19回ホスト-ゲスト・超分子化学シンポジウム
• [学会発表] Development of Organic-Inorganic Hybrid Nanoparticles for Boron Neutron Capture Therapy (2022)
  • 著者名/発表者名: Riku KAWASAKI, Hidetoshi HIRANO, Keita YAMANA, Yu SANADA, Kaori BANDO, Anri TABATA, Kouhei YOSHIKAWA, Hideki AZUMA, Minoru SUZUKI, Kouki TANAKA, Yoshinori SAKURAI, Naoki TARUTANI, Kiyofumi KATAGIRI, Takushi TAKATA, Shin-ichi SAWADA, Yoshihiro SASAKI, Kazunari AKIYOSHI, Takeshi NAGASAKI, Atsushi IKEDA
  • 学会等名: IUMRS-ICYRAM2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Water Solubilization of Hydrophobic compounds Using Polypeptides via HSVM (2022)
  • 著者名/発表者名: Shogo Kawamura, Riku Kawasaki, Shodai Hino, Keita Yamana, Atsushi Ikeda
  • 学会等名: IUMRS-ICYRAM2022
  • 国際学会
• [学会発表] The complex of pyrene-substituted carborane with hyaluronic acid as a potential novel boron agent for tumor targeting boron neutron capture therapy (2022)
  • 著者名/発表者名: Keita Yamana, Riku Kawasaki, Yu Sanada, Anri Tabata, Kaori Bando, Kouhei Yoshikawa, Hideki Azuma, Yoshinori Sakurai, Shin-ichiro Masunaga, Minoru Suzuki, Takeshi Nagasaki and Atsushi Ikeda
  • 学会等名: IUMRS-ICYRAM2022
  • 国際学会
• [学会発表] フラーレンナノクリスタルー金ナノ粒子ハイブリッドの開発とセラノスティック応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河﨑陸・近藤光佑・三浦理紗子・山名啓太・西村智貴・澤田晋一・佐々木善浩・秋吉一成・池田篤志
  • 学会等名: 第39回日本ハイパーサーミア学会
  • 招待講演
• [学会発表] カルボランナノ構造体の創製 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山名啓太・ 河﨑陸・ 平野英寿・ 樽谷直紀・ 西村智貴・ Neval Yilmaz・ 片桐清文・ 佐々木善浩・ 秋吉一成・ 池田篤志
  • 学会等名: 第71回高分子討論会
• [学会発表] 活性酸素種応答性タンパク質ナノキャリアとしてのフェニルボ ロン酸修飾グリコーゲンの創製とその炎症性疾患への応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 磯崎陽・河崎陸・山名啓太・味八木茂・Alexandra Stubelius・池田 篤志
  • 学会等名: 第71回高分子討論会
• [学会発表] BNCTを志向したホウ素ハイブリッドナノゲルの創製 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河崎陸・平野英寿・山名啓太・真田悠生・坂東香里・田畑杏梨・髙田卓志・櫻井良憲・田中浩基・鈴木実・澤田晋一・佐々木善浩・秋吉 一成・長崎健・池田 篤志
  • 学会等名: 第71回高分子討論会
• [学会発表] ポリペプチドを可溶化剤とした疎水性化合物の水溶化技術の開発とその生体応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河村昇吾・河崎陸・日野彰大・山名啓太・児玉 智基・ 河本 正次・池田篤志
  • 学会等名: 第71回高分子討論会
• [学会発表] 光応答性ナノゲル-アップコンバージョンナノ粒子ハイブリッドの創製と光線力学療法への応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 江藤拓郎・河﨑陸・山名啓太・池田篤志
  • 学会等名: 第73回コロイドおよび界面化学討論会
• [学会発表] カルボラン修飾多糖と疎水化ホウ素ナノ粒子からなるハイブリッドナノゲルの創製とBNCT薬剤の機能評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 平野英寿, 河﨑陸, 山名啓太, 真田悠生, 坂東香里, 田畑杏梨, 高田卓志,田中浩基, 櫻井良憲, 鈴木実, 樽谷直紀, 片桐清文, 澤田晋一, 佐々木善浩, 秋吉一成, 長﨑健, 池田篤志
  • 学会等名: 第73回コロイドおよび界面化学討論会
• [学会発表] カルボランからなる自己組織化構造体の創製 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山名啓太, 河﨑陸, 樽谷直紀, 西村智貴, Neval Yilmaz, 片桐清文, 佐々木善浩, 秋吉一成, 池田篤志
  • 学会等名: 2022年日本化学会中国四国支部大会 広島大会
• [学会発表] 卵角膜ペプチド模倣ヒドロゲルの創製と再生医療応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河村昇吾・河崎陸・池田篤志
  • 学会等名: 2022年日本化学会中国四国支部大会 広島大会
• [学会発表] カルボラン内包リポソームの創製とそのホウ素中性子捕捉療法への応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大重彩乃・河﨑陸・山名啓太・平野英寿・真田悠生・坂東香里・田畑杏梨・田中浩基・櫻井良憲・鈴木実・長崎健・池田篤志
  • 学会等名: 2022年日本化学会中国四国支部大会 広島大会
• [学会発表] 揮発性芳香族分子を認識する蛍光ホスト分子の試験紙化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 梅實聡太・福冨郷史・小野利和・久枝良雄・西村智貴・河﨑陸・池田篤志
  • 学会等名: 2022年日本化学会中国四国支部大会 広島大会
• [学会発表] リポソーム膜表面で蛍光を発する凝集誘起発光ルミノゲン（AIEgen）の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 月原拓光・河崎陸・大山陽介・池田篤志
  • 学会等名: 2022年日本化学会中国四国支部大会 広島大会
• [学会発表] カルボランを会合因子とする自己組織化ナノゲルと疎水化ホウ素ナノ粒子からなるハイブリッドナノゲルの創製及びBNCT薬剤としての機能評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 平野英寿, 河﨑陸, 山名啓太, 真田悠生, 坂東香里, 田畑杏梨, 高田卓志,田中浩基, 櫻井良憲, 鈴木実, 樽谷直紀, 片桐清文, 澤田晋一, 佐々木善浩, 秋吉一成, 長﨑健, 池田篤志
  • 学会等名: 2022年日本化学会中国四国支部大会 広島大会
• [学会発表] 活性酸素種応答タンパク質ナノキャリアとしてのフェニルボロン酸修飾グリコーゲンの設計と変形性関節症治療への応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 磯崎陽・河崎陸・山名啓太・味八木茂・Alexandra Stubelius・池田 篤志
  • 学会等名: 2022年日本化学会中国四国支部大会 広島大会
• [学会発表] 光応答性ナノゲル-アップコンバージョンナノ粒子ハイブリッドの創製と近赤外光を利用した光線力学療法への応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 江藤拓郎・河崎陸・山名啓太・池田篤志
  • 学会等名: 2022年日本化学会中国四国支部大会 広島大会
• [学会発表] ポルフィリンのメソ位の置換基の違いによる細胞導入量と光線力学活性の制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 奥野真史・山名啓太・河村昇吾・日野彰大・河﨑陸・池田篤志
  • 学会等名: 2022年日本化学会中国四国支部大会 広島大会
• [学会発表] ホウ素クラスターを基盤とする有機―無機ハイブリッドナノ粒子の創製と医用応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河﨑陸
  • 学会等名: 高分子学会九州支部若手会
  • 招待講演
• [学会発表] 光応答性ナノゲルーアップコンバージョンナノ粒子ハイブリッドの創製およびその光線力学療法への応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 江藤拓郎・河﨑陸・池田篤志
  • 学会等名: 第15回 有機π電子系シンポジウム
• [学会発表] C60誘導体とポルフィリン誘導体からなる二元系リポソームの創製と光線力学活性の向上 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西村航太郎・山名啓太・河﨑陸・池田篤志
  • 学会等名: 第15回 有機π電子系シンポジウム
• [図書] 化学 (2023)
  • 著者名/発表者名: 河﨑陸
  • 総ページ数: 78
  • 出版者: 化学同人
• [図書] 月刊アグリバイオ (2022)
  • 著者名/発表者名: 山名啓太・河﨑陸
  • 総ページ数: 100
  • 出版者: 北隆館