ヘテロ機能化セラノスティクス・ナノ粒子の腫瘍組織へのアクティブ・インベージョン

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K01358
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 中村 教泰 山口大学, 大学院医学系研究科, 教授 (10314858)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: ドラッグデリバリー / 有機シリカナノ粒子 / EPR効果 / 腫瘍 / ターゲティング / 診断と治療の一体化 / ナノ医療

研究実績の概要

近年、ナノ粒子を医療に応用するナノ医学が発展しつつある。ナノ粒子を用いた癌治療において粒子の腫瘍組織への集積効率を向上させることは治療効果の改善に極めて重要である。EPR (Enhancement Permeability and Retention) 効果等によるパッシブ・インベージョンは腫瘍血管の内皮細胞の配列が正常血管に比べて粗雑であるため、正常血管では漏出が極めて少ない直径 50 nm～250 nm のナノ粒子が漏出し、さらに腫瘍組織のリンパ管が未発達であるため、ナノ粒子の排出が遅く腫瘍組織内に滞留することが関係する。EPR効果については粒子サイズが極めて重要である。さらに腫瘍組織への侵入の第一段階であるナノ粒子の腫瘍血管への集積(アンカリング技術)の開発を進めている。
平成２９年度はアンカリング技術の開発を新たな評価法を用いて効率よく進めると共にルート・エクスパンジョン技術の開発を進めた。パッシブ・インベージョンに適したサイズであり、しかもアンカリング効率を高めた機能化粒子を対象として、粒子に腫瘍血管の拡張機能、血管障害機能、細胞外マトリックス分解機能を付加する方法と評価法の確立を行った。血管拡張機能には、粒子表面の金ナノ粒子が持つ光線温熱効果を応用し、光線による発熱効果が得られた。血管障害機能には、光線力学的効果と薬剤放出の応用を進めた。薬剤放出について、ドキソルビシンやサリドマイドなどの血管障害効果を示す薬剤を検討した。腫瘍組織への侵入に障害となる細胞外マトリックス構造の分解のためナノ粒子の表面にコラゲナーゼやヒアルロニダーゼなど酵素を結合し、評価するための技術を開発した。これらのルート・エクスパンジョン技術について腫瘍細胞移植マウスなどを用いたin vivo評価、ミクロ観察等により腫瘍組織における粒子集積の比較検討を進めることができた。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

コラゲナーゼやヒアルロニダーゼなど酵素による粒子の表面機能化について、酵素タンパクの粒子への結合量の新しい定量的測定法を確立することができ、ルート・エクスパンジョン技術の開発は進行している。しかし、酵素の結合により表面機能化した粒子の酵素活性などの機能的評価の実験開始が遅れた。そのため酵素により表面機能化した粒子の作製が遅れることにより腫瘍移植マウスを用いた実験など、ルート・エクスパンジョン技術のin vivo 評価のための実験が十分に行うことができなかった。当初予定した計画と比較して、ルート・エクスパンジョン技術を応用するための粒子の作製法の開発と定量的評価の確立は進んだため、今後は研究の進捗を改善することができる。

今後の研究の推進方策

次年度はアンカリング技術、ルート・エクスパンジョン技術の開発と評価を引き続き進めていくと共にアクティブ・インベージョンの高度化と腫瘍組織への高度送達のための研究開発を加速させる。パッシブ・インベージョンの最適化のため特定したサイズの粒子に対して複数の機能をナノ粒子表面に血管拡張機能、血管障害機能、細胞外マトリックスの分解機能を融合的に再構成させてアクティブ・インベージョン技術を高度化させる。そして複数の機能による相加・相乗効果を評価する。腫瘍移植マウスを用いて腫瘍組織内におけるナノ粒子の分布密度、集積度、腫瘍の組織学的変化についてin vivo評価、ミクロ観察、透明化組織の観察総合的に評価し、最適となるヘテロ機能化と投与方法を決定する。さらに光照射や放射線照射による治療効果も評価する。さらに磁場温熱治療効果、ボロンやガドリニウムを含有した中性子捕捉療法効果を持つセラノスティック粒子の治療効果の評価についても検討する。

次年度使用額が生じた理由

次年度においては腫瘍移植マウスを大量に使用することになる。腫瘍移植マウスの作製にはヌードマウスやSCIDマウスなど高価なマウスが必要であり、平成30年度分の実験で使用する予定である。さらにアンカリング技術やルート・エクスパンジョン技術の開発、アクティブ・インベージョンの高度化の研究においても高価な抗体、ペプチド、酵素などの消耗品試薬が大量に必要であり、それらに研究費を使用する。

研究成果

• [国際共同研究] University of California Los Angels/City of Hope Cancer Center(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of California Los Angels/City of Hope Cancer Center
• [雑誌論文] Effective impairment of myeloma cells and their progenitors by hyperthermia. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Miki, Shingen Nakamura, Asuka Oda, Hirofumi Tenshin, Jumpei Teramachi, M. Hiasa, A. Bat-Erdene, Y. Maeda, M. Oura, M. Takahashi, M. Iwasa, T. Harada, S. Fujii, K. Kurahashi, S. Yoshida, K. Kagawa, I. Endo, K. Aihara, M. Ikuo, K. Itoh, Koichiro Hayashi, Michihiro Nakamura, Masahiro Abe
  • 雑誌名: Oncotarget 巻: 9 ページ: 10307-10316
  • DOI: https://doi.org/10.18632/oncotarget.23121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Miniaturization of thiol-organosilica nanoparticles induced by an anionic surfactant (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Doura, Fuyuhiko Tamanoi, Michihiro Nakamura
  • 雑誌名: Journal of Colloid and Interface Science 巻: 526 ページ: 51-62
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2018.04.090
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mesoscopic Multimodal Imaging Provides New Insight to Tumor Tissue Evaluation: An Example of Macrophage Imaging of Hepatic Tumor using Organosilica Nanoparticles (2017)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Nakamura, Koichiro Hayashi, Hitoshi Kubo, Masafumi Harada, Keisuke Izumi, Yoshihiro Tsuruo, Toshinobu Yogo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 3953
  • DOI: 10.1038/s41598-017-04043-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 有機シリカナノ粒子の作製と応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中村教泰
  • 雑誌名: 顕微鏡 巻: 52 ページ: 170-173
• [学会発表] Syntheses, Characterization, and Biomedical Applications of Multifunctionalized Organosilica Nanoparticles. (2018)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Nakamura
  • 学会等名: 10th Choshu London Symposium, Ube, Yamaguchi
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ナノ・イメージングと診断 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中村教泰
  • 学会等名: 21世紀の医療とテクノロジーの展望シンポジウム、日本ライフサイエンスビル(東京・中央区)
• [学会発表] Biomedical application of multifunctional organosilica nanoparticles. (2017)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Nakamura
  • 学会等名: Cancer Nanotechnology 2017 Summer Symposium, Los Angeles, USA
  • 国際学会
• [学会発表] ポリエチレンイミン修飾有機シリカ・ナノ粒子の開発と電子顕微鏡観察技術を用いた粒子評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 安藤英紀、堂浦智裕、中村教泰
  • 学会等名: 第26回DDSカンファランス、グランシップ、(静岡県静岡市)
• [学会発表] チオール有機シリカナノ粒子の新規サイズ制御合成法の開発と蛍光性ナノ粒子合成への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 堂浦智裕、安藤英紀、中村教泰
  • 学会等名: 第11回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] Multifunctional Organosilica Nanoparticles Toward Theranostic. (2017)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Nakamura
  • 学会等名: 5th China-Japan Symposium on Nanomedicine , Suzhou, China
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mesoscopic Multimodal Imaging using Multifunctionalized Organosilica Nanoparticles. (2017)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Nakamura
  • 学会等名: 11th International Symposium on Nanomedicine (ISNM2017), Sendai, Miyagi
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 器官解剖学 （旧 解剖学第一） Organ Anatomy and Nanomedicine
  • URL: http://www.med.yamaguchi-u.ac.jp/medicine/chair/basic_00.html
• [備考] 器官解剖学 （旧 解剖学第一） Organ Anatomy and Nanomedicine
  • URL: http://ds.cc.yamaguchi-u.ac.jp/~org-anat/