腎指向性を付与した一酸化炭素送達システムの創製と致死性横紋筋融解症治療への展開

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H02604
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 丸山 徹 熊本大学, 大学院生命科学研究部(薬), 教授 (90423657)
• 研究分担者: 渡邊 博志 熊本大学, 薬学部, 准教授 (70398220) ; 前田 仁志 熊本大学, 薬学部, 助教 (80791483)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: COデリバリーシステム / 横紋筋融解症 / 急性腎障害 / アルブミン創薬プラットフォーム / 災害医療 / アルブミン融合技術 / 一酸化炭素

研究実績の概要

災害、事故や薬物により惹起される横紋筋融解症は重篤化すると急性腎障害(AKI)を起点として多臓器不全に至る致死性病態であり、災害多発国の本邦 において、予後を改善できる画期的な薬剤の開発が切望されている。横紋筋融解症AKI時には、腎臓のヘムオキシゲナーセ-1が活性化し、それより派生 する“生理活性ガスの一酸化炭素(CO)”がストレス応答防御機構として重要な役割を果たしていることから、本研究では医療機関や災害時等の多様な状 況下でも使用可能な横紋筋融解症AKIの新規治療薬を開発すべく、“アルブミン創薬プラットフォーム” を基軸として、ヘモグロビンを担体とするCO放 出ナノ製剤を作製し、さらに腎指向性ペプチドを搭載することで、“腎臓への効率的なCOデリバリーシステム”の創製を試みた後、その予防・治療効果 及び安全性を非外傷性(1種類)及び外傷性(2種類)横紋筋融解症モデル動物を用いて検証する。

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

外傷性横紋筋融解症モデルとして、40%脱血により誘発した出血性ショックモデルラットを用いて検討した。50%グリセロールをラットの両下肢に筋肉内投与し、その1時間後から、40%脱血を行った。この出血性ショック併発の横紋筋融解症AKI系に対して、本研究で開発した腎指向型COデリバリーシステムを静脈内投与し、病態改善効果を検証した。その結果、saline投与群では全てのラットが9時間以内に死亡したのに対して、腎指向型COデリバリーシステム投与群では24時間後でも100%の生存が確認された。出血性ショックの標準治療である赤血球輸血を行ったが、24時間後における生存率は10%であった。また、腎機能及び腎障害を評価したところ、saline投与群で観察された重度な腎障害が腎指向型COデリバリーシステム投与群では顕著に改善されていた。これらの結果から、腎指向型COデリバリーシステムによる生存率の改善は、本生理ガスデリバリーによるCOと酸素の供給によるためではないかと推察された。特に、腎保護効果には、腎臓へのCO供給が大きく寄与していることが示唆された。クラッシュ症候群誘発AKIモデルラットに対する腎保護効果に関しては、予備的な検討を行った。既報に従い、2kg負荷で作製したゴムバンドをラットの両下肢付け根に装着 し、5時間下肢を圧迫した後に、ゴムバンドを解除することで病態モデルを作製した。ゴムバンド圧迫を解除した1時間後の段階で、saline及び腎指向型COデリバリーシステムを投与したところ、saline投与群では全てのラットが短時間で死亡したが、腎指向型COデリバリーシステム投与群では全例の生存が観察された。予備的検討結果ではあるが、腎指向型COデリバリーシステムはクラッシュ症候群誘発AKIモデルに対しても有効である可能性が示唆された。以上のこと から、本研究課題は概ね順調に進展していると思われる。

今後の研究の推進方策

前年度に検討したクラッシュ症候群誘発AKIモデルに対する腎指向型COデリバリーシステムの治療効果(生存率、腎機能、腎障害、血液及び生化学パラメータ、尿所見)を再度検証する。その際、コントロール群としては、saline群と腎指向性ペプチドを付与していないCOデリバリーシステムを用いる。また、本モデルに対するCO供給能を血中CO濃度推移及び腎臓と他の臓器内濃度を測定して評価する。最後に、COによる腎保護効果のメカニズムを横紋筋融解症誘発AKIラットの腎臓及びヒト近位尿細管細胞を用いて検討する。

研究成果

• [雑誌論文] α1-acid glycoprotein attenuates adriamycin-induced nephropathy via CD163 expressing macrophages induction (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujimura, Watanabe H, Nishida K, Fujiwara Y, Koga T, Bi J, Imafuku T, Kobayashi K, Komori H, Miyahisa M, Maeda H, Tanaka M, Matsushita K, Wada T, Fukagawa M, Maruyama T
  • 雑誌名: Kidney360 巻: － ページ: －
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Systemic and sustained thioredoxin analogue prevents acute kidney injury and its-associated distant organ damage in renal ischemia reperfusion injury mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishida K, Watanabe H, Miyahisa M, Hiramoto Y, Nosaki H, Fujimura R, Maeda H, Otagiri M, and Maruyama M
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: － ページ: －
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The DsbA-L gene is associated with respiratory function of the elderly via its adiponectin multimeric or antioxidant properties (2020)
  • 著者名/発表者名: Oniki K, Nohara H, Nakashima R, Obata Y, Muto N, Sakamoto Y, Ueno-Shuto K, Imafuku T, Ishima Y, Watanabe H, Maruyama T, Otake K, Ogata Y, Suico MA, Kai H, Shuto T, and Saruwatari J
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: － ページ: －
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evasion of the accelerated blood clearance phenomenon by polysarcosine coating of liposomes (2020)
  • 著者名/発表者名: Son K, Ueda M, Taguchi K, Maruyama T, Takeoka S, Ito Y.
  • 雑誌名: J Control Release 巻: － ページ: －
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Melinjo seed extract increases adiponectin multimerization in physiological and pathological conditions (2020)
  • 著者名/発表者名: Oniki K, Kawakami T, Nakashima A, Miyata K, Watanabe T, Fujikawa H, Nakashima R, Nasu A, Eto Y, Takahashi N, Nohara H, Suico MA, Kotani S, Obata Y, Sakamoto Y, Seguchi Y, Saruwatari J, Imafuku T, Watanabe H, Maruyama T, Kai H, Shuto T
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: － ページ: －
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Carbon monoxide rescues the developmental lethality of experimental rat models of rhabdomyolysis-induced acute kidney injury (2020)
  • 著者名/発表者名: Taguchi K, Ogaki S, Nagasaki T, Yanagisawa H, Nishida K, Maeda H, Enoki Y, Matsumoto K, Sekijima H, Ooi K, Ishima Y, Watanabe H, Fukagawa M, Otagiri M, Maruyama T
  • 雑誌名: J Pharmacol Exp Ther 巻: 372(3) ページ: 355-365
  • DOI: doi: 10.1124/jpet.119.262485.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Strategy of Drug Development Based on the Bioactive Gas-carrying Capacity of Hemoglobin (2020)
  • 著者名/発表者名: Taguchi K, Matsumoto K, Maruyama T, Otagiri M.
  • 雑誌名: Yakugaku Zasshi. 巻: 140(2) ページ: 141-146
  • DOI: DOI:10.1248/yakushi.19-00187-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Repeated Administration of Kupffer Cells-Targeting Nanoantioxidant Ameliorates Liver Fibrosis in an Experimental Mouse Model. (2020)
  • 著者名/発表者名: Maeda H, Minayoshi Y, Ichimizu S, Mizuta Y, Nagasaki T, Matsusaka K, Oshiro S, Oniki K, Saruwatari J, Ishima Y, Watanabe H, Otagiri M, Maruyama T
  • 雑誌名: Biol Pharm Bull. 巻: 43(1) ページ: 93-101
  • DOI: doi: 10.1248/bpb.b19-00599.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Albumin domain mutants with enhanced Aβ binding capacity identified by phage display analysis for application in various peripheral Aβ elimination approaches of Alzheimer's disease treatment (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishima Y, Mimono A, Tuan Giam Chuang V, Fukuda T, Kusumoto K, Okuhira K, Suwa Y, Watanabe H, Ishida T, Morioka H, Maruyama T, Otagiri M.
  • 雑誌名: IUBMB Life. 巻: 72(4) ページ: 641-651
  • DOI: doi: 10.1002/iub.2203.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cell-penetrating mechanism of intracellular targeting albumin: Contribution of macropinocytosis induction and endosomal escape (2020)
  • 著者名/発表者名: Ichimizu S, Watanabe H, Maeda H, Hamasaki K, Ikegami K, Chuang VTG, Kinoshita R, Nishida K, Shimizu T, Ishima Y, Ishida T, Seki T, Katsuki H, Futaki S, Otagiri M, Maruyama T
  • 雑誌名: J Control Release. 巻: 304 ページ: 156-163
  • DOI: doi:10.1016/j.jconrel.2019.05.015.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] S-Nitrosated alpha-1-acid glycoprotein exhibits antibacterial activity against multidrug-resistant bacteria strains and synergistically enhances the effect of antibiotics (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishima Y, Watanabe K, Chuang VTG, Takeda I, Kuroda T, Ogawa W, Watanabe H, Iwao Y, Ishida T, Otagiri M, Maruyama T
  • 雑誌名: FASEB Bioadv 巻: 1(3) ページ: 137-150
  • DOI: doi.org/10.1096/fba.1018
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Unique Hydrolysis of an Ester-Type Prodrug of Levodopa in Human Plasma: Relay-Type Role Sharing between Alpha-1 Acid Glycoprotein and Human Serum Albumin (2019)
  • 著者名/発表者名: Kono K, Fukuchi Y, Okawa H, Nunoya KI, Imawaka H, Watanabe H, Maruyama T.
  • 雑誌名: Mol Pharm. 巻: 16(10) ページ: 4131-4138
  • DOI: doi.org/10.1021/acs.molpharmaceut.9b00435
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] α1-Acid Glycoprotein Has the Potential to Serve as a Biomimetic Drug Delivery Carrier for Anticancer Agents. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsusaka K, Ishima Y, Maeda H, Kinoshita R, Ichimizu S, Taguchi K, Giam Chuang VT, Nishi K, Yamasaki K, Otagiri M, Watanabe H, Maruyama T
  • 雑誌名: J Pharm Sci. 巻: 108(11) ページ: 3592-3598
  • DOI: doi:10.1016/j.xphs.2019.07.002.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Serum Parathyroid Hormone on Tacrolimus Therapy in Kidney Transplant Patients: A Possible Biomarker for a Tacrolimus Dosage Schedule (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirata K, Watanabe H, Toyoda M, Sugimoto R, Ikegami K, Imafuku T, Matsuzaka K, Ichimizu S, Maeda H, Uekihara S, Jingami S, Maruyama T
  • 雑誌名: Biol Pharm Bull. 巻: 42(5) ページ: 786-791
  • DOI: doi.org/10.1248/bpb.b18-00976
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distribution of Polysulfide in Human Biological Fluids and Their Association with Amylase and Sperm Activities (2019)
  • 著者名/発表者名: Ikeda M, Ishima Y, Chuang VTG, Sakai M, Osafune H, Ando H, Shimizu T, Okuhira K, Watanabe H, Maruyama T, Otagiri M, Akaike T, Ishida T
  • 雑誌名: Molecules 巻: 30 ページ: 24(9)
  • DOI: doi: 10.3390/molecules24091689.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Co-treatment of EPR enhancer increases the anti-tumor effect of nab-paclitaxel against pancreatic cancer；EPR増強剤の併用は膵臓癌に対するnab-パクリタキセルの治療効果を増強する (2019)
  • 著者名/発表者名: 丸山 徹、木下 遼、前田 仁志、渡邊 博志、小田切 優樹、異島 優
  • 学会等名: 第30回 日本消化器癌発生学会総会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Albumin fusion protein: next generation of albumin preparation (2019)
  • 著者名/発表者名: Toru Maruyama, Masaki Otagiri
  • 学会等名: The 17th International Symposium on Blood Substitutes & Oxygen Therapeutics (XVII-ISBS-2019)
  • 国際学会
• [図書] Molecular mechanism of muscle wasting in CKD. Recent advances of sarcopenia and frailty in CKD (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H, Enoki Y, Maruyama T
  • 総ページ数: 15-34
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 978-981-15-2365-6
• [産業財産権] 効率的な抗原の細胞内送達とアジュバント活性を有する化合物を有効成分とする薬剤 (2020)
  • 発明者名: 2020
  • 権利者名: 2020
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2020-020192