中枢神経バリアー構成細胞の特性を利用した難治性中枢神経疾患の新規治療法開発

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H00529
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 神田 隆 山口大学, 大学院医学系研究科, 教授(特命) (40204797)
• 研究分担者: 竹下 幸男 山口大学, 大学院医学系研究科, 助教 (70749829) ; 清水 文崇 山口大学, 医学部附属病院, 講師 (90535254)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 血液脳関門 / 血管内皮細胞 / アストロサイト / ペリサイト / 自己抗体

研究実績の概要

血管内皮細胞バリアーを通過して血液脳関門構成アストロサイト、ペリサイトに作用して有用物質を放出させる大規模低分子化合物スクリーニング法を完成させるために、温度感受性溶解ゲルを開発し、細胞自動分注機による大量生産可能な相互細胞接着型ヒト血液脳関門三次元モデルを構築した。開発した温度感受性溶解ゲルは、細胞分注装置でもハンドリングが容易な低粘度であり、かつ細胞接着性を保持し、37度以上でゾル化・溶解する特性を持つ。インサート膜の表面に層状に培養したペリサイト(裏面にはアストロサイトの層状培養)の上からこのゲルを加える。さらに、33度培養条件でゲル上に血管内皮細胞層を形成させた後に、37度に培養条件を変化させゲルをゾル化・溶解させることでインサート表面にペリサイトと血管内皮細胞を層培養させた相互細胞接着型ヒト血液脳関門三次元モデルを完成させた。
この技術の開発によって、これまで煩雑な手作業で大量作成できなかった相互細胞接着型ヒト血液脳関門三次元モデルを、細胞分注装置で安定的に大量に作成することが可能となり、製薬会社が保有する数万種類の化合物ライブラリーでのスクリーニング検証が可能となった。次年度は、このBBBモデルを用いた大規模低分子化合物スクリーニング法を完成させるという課題を残すのみとなった。なお、本技術を用いた起業を検討しており、特許戦略を優先し、論文発表は行なっていない。

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

血液脳関門を直接的に破壊して中枢神経に対する有用物質を脳内移行させるのではなく、血管内に注入した血液脳関門を自由に透過できる低分子物質を用いて脳内環境を変化させる斬新な発想に基づく研究である。令和3年度は、相互細胞接着型ヒト血液脳関門三次元モデルを用いた小規模スクリーニング方法を確立し、本年度は、確立したスクリーニング法を大規模解析するための温度溶解性ゲルを用いた相互細胞接着型ヒト血液脳関門三次元モデルの開発に成功しており、課題としていた大規模化合物スクリーニング法を完成させる目処がつくようになった。加えて今回、BBBモデルの大量生産が可能となったことで、産業化の方向性が新たに加わっており、事業化にむけた実装化研究を新たな課題として設定した。

今後の研究の推進方策

1. 今回完成させたモデルを用いて、低分子以外の化合物を含めた100-500種類程度の中規模化合物のスクリーニング法を確立させる。
2. 相互細胞接着型ヒト血液脳関門三次元モデルを用いた産業化のための特許戦略を含めた基礎研究を検証する

研究成果

• [雑誌論文] Pioglitazone Attenuates the Effects of Peripheral Inflammation in a Human In Vitro Blood-Brain Barrier Model. (2022)
  • 著者名/発表者名: da Rocha GHO, Loiola RA, de Paula-Silva M, Shimizu F, Kanda T, Vieira A, Gosselet F, Farsky SHP
  • 雑誌名: Int. J. Mol. Sci. 巻: 23 ページ: 12781
  • DOI: 10.3390/ijms232112781
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Exploring lipophilic compounds that induce BDNF secretion in astrocytes beyond the BBB using a new multi-cultured human in vitro BBB model. (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujisawa M, Takeshita Y, Fujikawa S, Matsuo K, Okamoto M, Tamada M, Shimizu F, Sano Y, Koga M, Kanda T.
  • 雑誌名: J Neuroimmunol 巻: 362 ページ: 577783
  • DOI: 10.1016/j.jneuroim.2021.577783
  • 査読あり
• [雑誌論文] GRP78 Antibodies Are Associated With Blood-Brain Barrier Breakdown in Anti-Myelin Oligodendrocyte Glycoprotein Antibody-Associated Disorder. (2022)
  • 著者名/発表者名: Fumitaka Shimizu, Ryo Ogawa, Yoichi Mizukami, Kenji Watanabe, Kanako Hara, Chihiro Kadono, Toshiyuki Takahashi, Tatsuro Misu, Yukio Takeshita, Yasuteru Sano, Miwako Fujisawa, Toshihiko Maeda, Ichiro Nakashima, Kazuo Fujihara, Takashi Kanda.
  • 雑誌名: Neurol Neuroimmunol Neuroinflamm 巻: 9 ページ: e1038
  • DOI: 10.1212/NXI.0000000000001038
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Heterozygous NOTCH1 variants cause CNS immune activation and microangiopathy. (2022)
  • 著者名/発表者名: Helman G, Zarekiani P, Tromp SAM, Andrews A, Botto LD, Bonkowsky JL, Chassevent A, Giorgio E, Pippucci T, Shen W, Smith-Hicks C, Vaula G, Willemsen MAAP, Schimmel M, Vollert K, Shimizu F, Kanda T, Lynch M, Roscioli T, Taft RJ, Simons C, Bugiani M, Kuijpers TW, van der Knaap MS
  • 雑誌名: Ann Neurol 巻: 92 ページ: 895-901
  • DOI: 10.1002/ana.26477
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Interaction of surfactant coated PLGA nanoparticles with in vitro human brain-like endothelial cells. (2022)
  • 著者名/発表者名: Moya ELJ, Lombardo SM, Vandenhaute E, Schneider M, Mysiorek C, Tureli AE, Kanda T, Shimizu F, Sano Y, Maubon N, Gosselet F, Gunday-Tureli N, Dehouck MP.
  • 雑誌名: Int J Pharm 巻: 621 ページ: 121780
  • DOI: 10.1016/j.ijpharm.2022.121780
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 【BBB-単なる障壁でない】血液脳関門―研究史と新しい研究の展開 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西原秀昭，神田 隆
  • 雑誌名: Clinical Neuroscience 巻: 40 ページ: 1514-1518
• [雑誌論文] BBB:多発性硬化症での変化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤澤 美和子，神田 隆
  • 雑誌名: Clinical Neuroscience 巻: 40 ページ: 1579-1581
• [学会発表] MAGニューロパチー患者では，血管内皮細胞の自己分泌TNF-αがMAG抗体の微小血管透過性を亢進させている (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤亮太，清水文崇，桑原 基，渡邉健司，水上洋一，前田敏彦，竹下幸男，古賀道明， 楠進，神田 隆
  • 学会等名: 第33回日本末梢神経学会学術研究会
• [学会発表] Effect of IgG from Guillain-Barre syndrome on the blood-nerve barrier (2022)
  • 著者名/発表者名: Fumitaka Shimizu, Michiaki Koga, Ryota Sato, Yoichi Mizukami, Kenji Watanabe, Natsumi Fujii, Ken Matsukage, Yukio Takeshita, Yasuteru Sano, Toshihiko Maeda and Takashi Kanda.
  • 学会等名: 第63回日本神経学会学術集会
• [学会発表] Effect of immunoglobulin G from idiopathic inflammatory myopathy patients on human muscle microvascular endothelial cell． (2022)
  • 著者名/発表者名: Masaya Honda, Fumitaka Shimizu, Takashi Kanda
  • 学会等名: 第63回日本神経学会学術集会
• [学会発表] Effects of sera in NMO, MOG, and MS on IgG translocation to central nervous system. (2022)
  • 著者名/発表者名: Miwako Fujisawa, Yukio Takeshita, Susumu Fujikawa, Kinya Mastuo, Fumitaka Shimizu, Yasuteru Sano, Michiaki Koga, Takashi Kanda.
  • 学会等名: 第63回日本神経学会学術集会
• [学会発表] Autocrine TNF-α increases penetration of MAG antibodies across the blood-nerve barrier in anti-MAG neuropathy. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ryota Sato, Fumitaka Shimizu, Motoi Kuwahara, Yoichi Mizukami, Kenji Watanabe, Toshihiko Maeda, Yasuteru Sano, Yukio Takeshita, Michiaki Koga, Susumu Kusunoki, Takashi Kanda.
  • 学会等名: 第63回日本神経学会学術集会
• [学会発表] 日本神経学会賞受賞講演「脳神経内科の卒前、専門医教育への取り組み」 (2022)
  • 著者名/発表者名: 神田 隆
  • 学会等名: 第63回日本神経学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular targeted therapy in autoimmune neurological disorders (2022)
  • 著者名/発表者名: Takashi Kanda
  • 学会等名: 第1回国際臨床免疫シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 神経疾患の分子標的薬 (2022)
  • 著者名/発表者名: 神田 隆
  • 学会等名: 第119 回日本内科学会総会・講演会
  • 招待講演
• [図書] 末梢神経障害 (2022)
  • 著者名/発表者名: 神田 隆
  • 総ページ数: 506
  • 出版者: 医学書院
  • ISBN: 978-4-260-04939-9