高分子医薬の脳へのデリバリーの突破口を拓く脳型ナノ粒子のボトムアップ構築

2022 年度 実績報告書

• 研究領域: 生物を陵駕する無細胞分子システムのボトムアップ構築学
• 研究課題/領域番号: 22H05393
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 内田 康雄 東北大学, 薬学研究科, 准教授 (70583590)
• 研究期間 (年度): 2022-06-16 – 2024-03-31
• キーワード: 脳機能の改変 / 中枢関門 / 脂質ナノ粒子 / プロテオミクス

研究実績の概要

マイクロ流体デバイスを用いて、粒子の構成成分の脂質と遺伝子をそれぞれ異なる入り口から送液し、流路内のジグザグ構造によって互いの相互作用が最大化され、均一な粒子径の遺伝子搭載型脂質ナノ粒子を作成できる。粒子径とその均質性は、細胞や生体への遺伝子導入において鍵を握る要素であり、この装置はこの点で優れている。本装置を用いて、粒子径の異なる粒子を作成し、脳血管内皮細胞株(hCMEC/D3細胞)への遺伝子導入効率を計測し、効率が最大となる粒子径を解明した。また、粒子内に遺伝子を封入する効率を95％以上にできる装置条件を決定した。リポフェクタミンを比較対象として、ssPalmで作成した脂質ナノ粒子にGreen Fluorescent Protein (GFP)のmRNAを搭載し、hCMEC/D3細胞への遺伝子発現効率を計測した。遺伝子発現効率が95％と高い値が得られた。対照的に、リポフェクタミン処理では、全く発現しなかった。遺伝子導入できても細胞毒性があっては適切ではないため、細胞毒性も評価した。リポフェクタミン処理では、低濃度から顕著な毒性が示され、定量プロテオミクス解析においてリボソームやシャペロニンなどの細胞生存に重要な分子群の発現低下が示された。対照的に、ssPalm脂質ナノ粒子では、細胞形態やプロテオームに影響は出なかった。従って、ssPalm脂質ナノ粒子を用いれば、血液脳関門の細胞に高効率かつ低毒性で遺伝子導入できることが証明された。本成果をPharmaceutics. 2022 Jul 27;14(8):1560で発表した。

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

計画通りに血液脳関門の細胞へ効率よく遺伝子導入する方法を確立できたため。

今後の研究の推進方策

In vitro解析及びin vivo解析によって、脳の関門細胞に選択的に脂質ナノ粒子をデリバリーできることを実証する。

研究成果

• [国際共同研究] スイス連邦工科大学(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: スイス連邦工科大学
• [国際共同研究] コシャン研究所/パリ第五大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: コシャン研究所/パリ第五大学
• [国際共同研究] スタンフォード大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: スタンフォード大学
• [国際共同研究] ベーリンガーインゲルハイム(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ベーリンガーインゲルハイム
• [国際共同研究] 東フィンランド大学/ヘルシンキ大学(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: 東フィンランド大学/ヘルシンキ大学
• [雑誌論文] Pharmacoproteomics of Brain Barrier Transporters and Substrate Design for the Brain Targeted Drug Delivery (2022)
  • 著者名/発表者名: Huttunen KM, Terasaki T, Urtti A, Montaser AB, Uchida Y
  • 雑誌名: Pharm Res 巻: 39(7) ページ: 1363-1392
  • DOI: 10.1007/s11095-022-03193-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Regional Differences in the Absolute Abundance of Transporters, Receptors and Tight Junction Molecules at the Blood-Arachnoid Barrier and Blood-Spinal Cord Barrier among Cervical, Thoracic and Lumbar Spines in Dogs (2022)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi H, Suzuki M, Goto R, Tezuka K, Fuchs H, Ishiguro N, Terasaki T, Braun C, Uchida Y
  • 雑誌名: Pharm Res 巻: 39(7) ページ: 1393-1413
  • DOI: 10.1007/s11095-022-03275-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Upregulation of ribosome complexes at the blood-brain barrier in Alzheimer's disease patients (2022)
  • 著者名/発表者名: Suzuki M, Tezuka K, Handa T, Sato R, Takeuchi H, Takao M, Tano M, Uchida Y
  • 雑誌名: J Cereb Blood Flow Metab 巻: 42(11) ページ: 2134-2150
  • DOI: 10.1177/0271678X221111602
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proteomics-based investigation of cerebrovascular molecular mechanisms in cerebral amyloid angiopathy by the FFPE-LMD-PCT-SWATH method (2022)
  • 著者名/発表者名: Handa T, Sasaki H, Takao M, Tano M, Uchida Y
  • 雑誌名: Fluids Barriers CNS 巻: 19(1) ページ: 56
  • DOI: 10.1186/s12987-022-00351-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantitative Targeted Absolute Proteomics for Better Characterization of an In Vitro Human Blood-Brain Barrier Model Derived from Hematopoietic Stem Cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Dehouck MP, Tachikawa M, Hoshi Y, Omori K, Maurage CA, Strecker G, Dehouck L, Boucau MC, Uchida Y, Gosselet F, Terasaki T, Karamanos Y
  • 雑誌名: Cells 巻: 11(24) ページ: 3963
  • DOI: 10.3390/cells11243963
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 輸送に関わる分子とその機能 (2022)
  • 著者名/発表者名: 赤川ラリブレダ、内田康雄
  • 雑誌名: 中外医学社Clinical Neuroscience 巻: 40(12) ページ: 1531-1534
• [雑誌論文] pH-Responsive Lipid Nanoparticles Achieve Efficient mRNA Transfection in Brain Capillary Endothelial Cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Sakurai Y, Watanabe H, Nishio K, Hashimoto K, Harada A, Gomi M, Suzuki M, Oyama R, Handa T, Sato R, Takeuchi H, Taira R, Tezuka K, Tange K, Nakai Y, Akita H, Uchida Y
  • 雑誌名: Pharmaceutics 巻: 14(8) ページ: 1560
  • DOI: 10.3390/pharmaceutics14081560
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Proteomics-Based Transporter Identification by the PICK Method: Involvement of TM7SF3 and LHFPL6 in Proton-Coupled Organic Cation Antiport at the Blood-Brain Barrier (2022)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa T, Tega Y, Uchida Y, Higuchi K, Tabata H, Sumiyoshi T, Kubo Y, Terasaki T, Deguchi Y
  • 雑誌名: Pharmaceutics 巻: 14(8) ページ: 1683
  • DOI: 10.3390/pharmaceutics14081683
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 次世代型定量プロテオミクスが拓く中枢関門研究の新地平 (2023)
  • 著者名/発表者名: 内田康雄
  • 学会等名: 第6回日本質量分析学会東北談話会
  • 招待講演
• [学会発表] 次世代型プロテオミクスで拓かれる新たな中枢関門の正体 (2022)
  • 著者名/発表者名: 内田康雄
  • 学会等名: 第21 回医療薬学若手研究者セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 次世代型定量プロテオミクスによって拓かれる中枢関門研究の新地平 (2022)
  • 著者名/発表者名: 内田康雄
  • 学会等名: 学術変革領域「脳分子探査」セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 血液脳関門に高発現するトランスポーターMFSD10の新規基質探索 (2022)
  • 著者名/発表者名: 赤川ラリブレダ、佐藤哲、神戸大朋 、内田康雄
  • 学会等名: 第61回日本薬学会東北支部大会
• [学会発表] 血液脳関門 MFSD10 による薬物の脳移行性と中枢作用の制限 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤哲、赤川ラリブレダ、内田康雄
  • 学会等名: 第61回日本薬学会東北支部大会
• [図書] Drug Delivery to the Brain - Physiological Concepts, Methodologies and Approaches - The second edition (2022)
  • 著者名/発表者名: Y Uchida, R Goto, T Usui, M Tachikawa and T Terasaki
  • 総ページ数: 812
  • 出版者: Springer
• [備考] 研究室ホームページ（内田康雄）
  • URL: https://www.hiroshima-u.ac.jp/pharm/research/lab/Pharmaceutics_and_Therapeutics