アジュバント機能一体型mRNAと標的指向性送達キャリアを用いたがんワクチン治療

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03529
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 内田 智士 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (20710726)
• 研究分担者: 弓場 英司 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80582296)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: mRNAワクチン / ガンワクチン / 脂質性ナノ粒子 / 2本鎖RNA / アジュバント / 高分子ミセル

研究実績の概要

がんワクチンにおいて、mRNA医薬は、患者毎に異なるネオ抗原に合わせた自由な配列設計が可能であり、かつ細胞性免疫を誘導できるといった特長から、注目されている。本研究では、がんを対象としたmRNAワクチンの機能を向上させるため、(課題1) 免疫賦活化アジュバント機能を一体化したmRNAを設計し、(課題2) それを免疫組織に送達するためのmRNAキャリアを開発する。
課題1のmRNA設計に関して、既に翻訳活性を維持したまま免疫賦活化を行う2本鎖mRNAの設計し、培養細胞を用いてその有用性を示していた。本年度、その2本鎖mRNAを、モデル抗原を用いたマウスワクチン実験に用いたところ、アジュバント機能を一体化していないmRNAを用いた場合と比べ、がんワクチンに必要な細胞性免疫の誘導活性が飛躍的に向上した。さらに、免疫賦活化作用の強度を制御することで、ワクチン効果を調整できることも見出した。また、mRNAに免疫賦活化機能を一体化することで、mRNAとアジュバントを別に投与した場合と比べて、より強い免疫賦活化作用が得られ、mRNAにアジュバント機能を組み込む必要性が実証された。
課題2のmRNAキャリアの設計に関して、脂質性ナノ粒子、高分子ミセルの2種類のシステムを検討している。本年度、優れたmRNA送達活性を示す新規脂質性ナノ粒子の設計に成功した。高分子ミセルに関しては、特に生体内でのmRNA酵素分解の抑制が大きな課題となっていたが、高分子だけでなくmRNAの設計を組み合わせることで、酵素耐性を飛躍的に向上させた。このように、今後ワクチン研究に用いる上で基盤となる優れたmRNAキャリアの設計に成功している。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

今年度の目標は、(1) 新規に設計した2本鎖mRNAワクチンの有用性を、マウスワクチン実験において実証すること、さらには、(2) 今後のワクチン実験に用いるmRNAキャリアを開発することであった。研究実績の概要に示したように、2本鎖mRNAワクチンを用いることで、アジュバント機能を一体化していないmRNAを用いた場合と比べ、がんワクチンに必要な細胞性免疫の誘導活性が飛躍的に向上した(1)。さらに、新規の脂質性ナノ粒子、高分子ミセルの開発にも成功した(2)。このように、本年度目標とした項目を全て達成した。
さらに、予想していなかったような優れた成果も得ている。ワクチンを目指したmRNA送達において、mRNAキャリアの体内分布が極めて重要となるが、その分布を制御するための高分子の設計を行った。この高分子を用いることで、様々な脂質性ナノ粒子を、免疫組織である脾臓へ高効率に集積させることに成功した。この技術により、今後ワクチン効果を向上できると期待される。さらに、この高分子は、ウイルス性遺伝子ベクターのクリアランス機構を抑制し、結果的に標的組織への送達効率を向上できることも見出した。この想定外の成果は、遺伝子治療全体に大きなインパクトを持つ。

今後の研究の推進方策

今年度までに、がんワクチンに必要な細胞性免疫を効率的に得られるシステムの設計に成功した。今後、その成果に基づき、実際に抗がん活性が得られるかの検討を行う。ワクチン投与の回数の最適化や、適宜、免疫チェックポイント阻害剤との併用を行うことで、優れた治療効果を示すシステムを見出す。また、現在の静脈内投与では全身性の副作用の懸念があるため、より低侵襲な皮内、皮下、点鼻投与といった局所投与系を検討する。例えば、点鼻投与では高分子ミセルが優れたmRNA送達活性を示すことが分かっている。そこで高分子ミセル設計を最適化し、ワクチンへの展開を目指す。皮内、皮下への投与では、脂質性ナノ粒子が優れた効果を示すので、その設計の最適化に取り組む。以上の研究に取り組むことで、本研究の目標である安全かつ高効率なmRNAがんワクチンの設計を実現できる。

研究成果

• [雑誌論文] A 50-nm-Sized Micellar Assembly of Thermoresponsive Polymer-Antisense Oligonucleotide Conjugates for Enhanced Gene Knockdown in Lung Cancer by Intratracheal Administration. (2020)
  • 著者名/発表者名: B. S. Kim, S. Osawa, M. Naito, S. Ogura, R. Kamegawa, H. Ishida, H. J. Kim, S. Uchida, K. Miyata
  • 雑誌名: Advanced Therapeutics 巻: 3 ページ: 1900123
  • DOI: 10.1002/adtp.201900123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-stranded DNA-packaged polyplex micelle as adeno-associated-virus-inspired compact vector to systemically target stroma-rich pancreatic cancer. (2019)
  • 著者名/発表者名: T. A. Tockary, W. Foo, A. Dirisala, Q. Chen, S. Uchida, S. Osawa, Y. Mochida, X. Liu, H. Kinoh, H. Cabral, K. Osada, K. Kataoka
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 13 ページ: 12732-12742
  • DOI: 10.1021/acsnano.9b04676
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Enhancement of motor function 1 recovery after spinal cord injury in mice by delivery of brain derived neurotrophic factor mRNA. (2019)
  • 著者名/発表者名: S. T. Crowley, Y. Fukushima, S. Uchida, K. Kataoka, K. Itaka
  • 雑誌名: Mol. Ther. Nucleic Acids 巻: 17 ページ: 465-476
  • DOI: 10.1016/j.omtn.2019.06.016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bundling mRNA strands to prepare nano-assemblies with enhanced stability towards RNase for in vivo delivery. (2019)
  • 著者名/発表者名: N. Yoshinaga, E. Cho, K. Koji, Y. Mochida, M. Naito, K. Osada, K. Kataoka, H. Cabral, S. Uchida
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 58 ページ: 11360-11363
  • DOI: 10.1002/anie.201905203
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vivo rendezvous of small nucleic acid drugs with charge-matched block catiomers to target cancer. (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe, K. Hayashi, K. Toh, H. J. Kim, X. Liu, H. Chaya, S. Fukushima, K. Katsushima, Y. Kondo, S. Uchida, S. Ogura, T. Nomoto, H. Takemoto, H. Cabral, H. Kinoh, H. Tanaka, M. R. Kano, Y. Matsumoto, H. Fukuhara, S. Uchida, M. Nangaku, K. Osada, N. Nishiyama, K. Miyata, K. Kataoka
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 10 ページ: 1894
  • DOI: 10.1038/s41467-019-09856-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PEG-oligoRNA hybridization of mRNA for developing sterically stable lipid nanoparticles toward in vivo administration. (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Kurimoto, N. Yoshinaga, K. Igarashi, Y. Matsumoto, H. Cabral, S. Uchida
  • 雑誌名: Molecules 巻: 24 ページ: 1303
  • DOI: 10.3390/molecules24071303
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Treatment of intervertebral disk disease by administration of messenger RNA encoding a cartilage-anabolic transcription factor. (2019)
  • 著者名/発表者名: C. -Y. Lin, S. T. Crowley, S. Uchida, Y. Komaki, K. Kataoka, K. Itaka
  • 雑誌名: Mol. Ther. Nucleic Acids 巻: 16 ページ: 162-171
  • DOI: 10.1016/j.omtn.2019.02.012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Preparation of nanoassemblies from several mRNA strands for enhancing nuclease stability. (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Uchida, N. Yoshinaga, E. Cho, K. Koji, K. Kataoka, H. Cabral
  • 学会等名: International Symposium on Biomedical Materials for Drug/Gene Delivery
  • 国際学会
• [学会発表] Development of mRNA polyplex micelles through engineering polymers and mRNA for in vivo therapeutic applications (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Uchida
  • 学会等名: IBS CNM Seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Stabilization of mRNA polyplex micelles for in vivo delivery by engineering mRNA (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Uchida, N. Yoshinaga, H. Cabral, K. Kataoka
  • 学会等名: 2nd G’L’owing Polymer Symposium in KANTO
• [学会発表] 複複数のmRNA鎖を束ねることで生体内酵素分解を抑制させたmRNAナノ集合体の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 内田 智士、吉永 直人、趙 オル、小路 恭子、長田 健介、片岡 一則、Horacio Cabral
  • 学会等名: 第41回バイオマテリアル学会大会
• [学会発表] Nanoengineering mRNA through short RNA hybridization for biomedical application (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Uchida
  • 学会等名: 1st Thailand-Australia-Japan Joint Research Meeting on Nanomedicine
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 複数のmRNA鎖を束ねたナノ集合体の開発と生体内投与 (2019)
  • 著者名/発表者名: 内田 智士、吉永 直人、趙 オル、小路 恭子、長田 健介、片岡 一則、Horacio Cabral
  • 学会等名: 日本核酸医薬学会第5回年会
• [学会発表] 複数のmRNA鎖からなるナノ集合体を用いたmRNA安定化とその生体内投与 (2019)
  • 著者名/発表者名: 内田 智士、吉永 直人、趙 オル、小路 恭子、長田 健介、片岡 一則、Horacio Cabral
  • 学会等名: 第35回日本DDS学会学術集会
• [学会発表] Hybridization of mRNA with a small number of short cholesteryl RNA oligonucleotides for tight mRNA packaging to polyplex micelles. (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Uchida, N. Yoshinaga, H. Cabral, K. Kataoka
  • 学会等名: 19th Smposium for gene design and delivery
  • 国際学会
• [備考] ホームページ
  • URL: http://www.bmc.t.u-tokyo.ac.jp/suchida.html
• [産業財産権] mRNA送達用キャリアおよびこれを含む組成物 (2019)
  • 発明者名: 片岡 一則，内田 智士，アンジャネユル ディリサラ
  • 権利者名: 川崎市産業振興財団
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT/JP2019/032943
  • 外国