腫瘍関連マクロファージの標的化による効率的表現型転換を基盤とした革新的癌免疫療法

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K15185
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 丸山 徹 熊本大学, 薬学部, 教授 (90423657)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 異島 優 熊本大学, 薬学部, 助教 (00457590) ; 渡邊 博志 熊本大学, 薬学部, 准教授 (70398220)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: ドラッグデリバリー

Outline of Annual Research Achievements

増殖/再発/転移といった難治性癌に対する新規治療法戦略として、M2 マクロファージ様細胞である腫瘍関連マクロファージ(TAM)が注目され、TAM をM1 様細胞へ表現型転換することで、癌細胞を取り巻く悪性化微小環境の改善と、M1 様細胞による癌細胞死を誘導する”TAM のre-education”療法が有望視されている。この戦略を実現するには、治療効果の向上や副作用の軽減の観点から、TAM(M2)に効率良く送達するための担体が必要不可欠である。本研究では、我々が独自に開発した遺伝子組換型マンノースHSAをTAM表面に高発現するCD206標的担体のシーズとして採用した。本年度は、1) rMan-HSA を基盤としたTAM 標的化担体を設計・作製し、2) それらのin vitro 及び in vivoにおける動態特性を解析した後、3) M1 誘導剤を修飾することでin vivoで機能するナノM1誘導体の候補物質の調製を到達目標とした。まず、種々のrMan-HSAのPEG化を試みたところ、分子量の異なるPEGをCys34に対して特異的に修飾することができた。これらはいずれもTAM様細胞に高い認識能を有していた。担癌マウスを用いたin vivo実験により、PEG化rMan-HSA誘導体の中でも、PEG化rMan-HSAダイマーが最も高い腫瘍集積性と低い肝移行性を示した。したがって、TAM標的化担体としてPEG化rMan-HSAダイマーを適用することとした。最後に種々のM1誘導体をPEG化rMan-HSAダイマーに結合・修飾してin vivoで機能するナノM1誘導体の候補物質の調製に着手した。今回取り組んでいる能動的送達システムにより、TAM の表現型転換を効率良く実現できれば、治療抵抗性、転移や再発といった難治性癌に対する革新的な免疫治療戦略の道を拓くことが大いに期待される。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究では、TAM をM1 様細胞へ表現型転換することで、癌細胞を取り巻く悪性化微小環境の改善と、M1 様細胞による癌細胞死を誘導する”TAM のre-education”療法の実現に向けてin vivoで機能するナノM1誘導体の開発を最終目的としている。本治療戦略において重要な鍵を握るのはTAM 標的化担体の創製である。本年度の到達目標は、1) rMan-HSA を基盤としたTAM 標的化担体を設計・作製し、2) それらのin vitro 及び in vivoにおける動態特性を解析した後、3) M1 誘導剤を修飾することでin vivoで機能するナノM1誘導体の候補物質を調製することであった。これらの課題に対して、ほぼ予定どおりの進捗状況を達成することができた。すなわち、1) 種々のrMan-HSAのPEG化を試みたところ、分子量の異なるPEGをCys34に対して特異的に修飾することができた。2) これらはいずれもTAM様細胞に高い認識能を有していた。担癌マウスを用いたin vivo実験により、PEG化rMan-HSA誘導体の中でも、PEG化rMan-HSAダイマーが最も高い腫瘍集積性と低い肝移行性を示した。したがって、TAM標的化担体としてPEG化rMan-HSAダイマーを適用することとした。3) 最後に種々のM1誘導体をPEG化rMan-HSAダイマーに結合・修飾してin vivoで機能するナノM1誘導体の候補物質の調製に着手した。以上の進捗状況からおおむね順調に進展していると評価した。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、1) 昨年度着手したM1誘導体のPEG化rMan-HSAダイマーへの結合・修飾によるナノM1誘導体（rMan-HSA-M1 誘導剤）の作製を行う。次いで、2) それらのM1 誘導化能をマクロファージ細胞を用いたin vitro 実験系で比較検討する。その際、コントロールとして、HSAダイマー、rMan-HSAダイマー及びM1 誘導剤を用いる。この中で、M1 誘導能が最も強力なrMan-HSAダイマー-M1 誘導剤を数種類選別する。次に、常法により採取したマウス腹腔マクロファージを、腫瘍細胞の培養液上清で培養し、TAM 類似のフェノタイプを示すM2 様マクロファージを作製する。この系に、2)で選択したrMan-HSAダイマー-M1 誘導剤を添加し、TAM に対するM1 誘導効果を再評価する。得られた結果の中から、M1 誘導能が強力なrMan-HSAダイマー-M1 誘導剤を選別する。このrMan-HSAダイマー-M1 誘導剤の体内動態特性を正常及び担癌マウスを用いて検討する。最後に、rMan-HSAダイマー-M1 誘導剤を担癌マウスに投与して、in vivo でのM1 様誘導化能、抗腫瘍効果及び有害事象の有無を総合的に検討する。

Research Products

• [Journal Article] Influence of Molecular Structure on O2-Binding Properties and Blood Circulation of Hemoglobin‒Albumin Clusters (2016)
  • Author(s): Yamada K, Yokomaku K, Haruki R, Taguchi K, Nagao S, Maruyama T, Otagiri M, Komatsu T
  • Journal Title: PLoS One Volume: 19 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0149526
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Biological Responsiveness and Metabolic Performance of Liposome-Encapsulated Hemoglobin (Hemoglobin-Vesicles) in Apolipoprotein E-Deficient Mice after Massive Intravenous Injection (2015)
  • Author(s): Taguchi K, Nagao S, Yamasaki K, Sakai H, Seo H, Maruyama T, Otagiri M
  • Journal Title: Biol Pharm Bull Volume: 38 Pages: 1606-16
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] S-Nitrosated human serum albumin dimer as novel nano EPR enhancer applied to macromolecular anti-tumor drugs such as micelles and liposomes (2015)
  • Author(s): Kinoshita R, Ishima Y, Ikeda M, Kragh-Hansen U, Fang J, Nakamura H, Chuang VTG, Tanaka R, Maeda H, Kodama A, Watanabe H, Maeda H, Otagiri M, Maruyama T
  • Journal Title: J Control Release Volume: 217 Pages: 1-9
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pharmacokinetic Properties of Single and Repeated Injection of Liposomal Platelet Substitute in a Rat Model of Red Blood Cell Transfusion-Induced Dilutional Thrombocytopenia (2015)
  • Author(s): Hashimoto M, Taguchi K, Ogaki S, Watanabe H, Kinoshita M, Nishikawa K, Takeoka S, Ikeda Y, Handa M, Otagiri M, Maruyama T
  • Journal Title: J Pharm Sci Volume: 105 Pages: 3968-76
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Safety Evaluation of Hemoglobin Albumin Cluster “HemoAct” as a Red Blood Cell Substitute (2015)
  • Author(s): Haruki R, Kimura T, Iwasaki H, Yamada K, Kamiyama I, Kohno M, Taguchi K, Nagao S, Maruyama T, Otagiri M, Komatsu T
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 5 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1038/srep12778
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Renoprotective effect of long acting thioredoxin by modulating oxidative stress and macrophage migration inhibitory factor against rhabdomyolysis-associated acute kidney injury (2015)
  • Author(s): Nishida K, Watanabe H, Ogaki S, Kodama A, Tanaka R, Imafuku T, Ishima Y, Chuang VTG, Toyoda M, Kondoh M, Wu Q, Fukagawa M, Otagiri M, Maruyama T
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 5 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1038/srep14471
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effect of Repeated Injections of Adenosine Diphosphate-Encapsulated Liposomes Coated with a Fibrinogen γ-Chain Dodecapeptide Developed as a Synthetic Platelet Substitute on Accelerated Blood Clearance in a Healthy and an Anticancer Drug-Induced Thrombocytopenia Rat Model (2015)
  • Author(s): Taguchi K, Hashimoto M, Ogaki S, Watanabe H, Takeoka S, Ikeda Y, Handa M, Otagiri M, Maruyama T
  • Journal Title: J Pharm Sci Volume: 104 Pages: 3084-9
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cross-linked human serum albumin dimer has the potential for use as a plasma-retaining agent for the fatty acid-conjugated antidiabetic drugs (2015)
  • Author(s): Taguchi K, Chuang VT, Yamasaki K, Urata Y, Tanaka R, Anraku M, Seo H, Kawai K, Maruyama T, Komatsu T, Otagiri M
  • Journal Title: J Pharm Pharmacol Volume: 67 Pages: 255-263
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Polythiol-containing, recombinant mannosylated-albumin is a superior CD68+/CD206+ Kupffer cell-targeted nano-antioxidant for the treatment of two acute hepatitis models (2015)
  • Author(s): Maeda H, Hirata K, Watanabe H, Ishima Y, Chuang VTG, Taguchi K, Inatsu A, Kinoshita M, Tanaka M, Sasaki Y, Otagiri M, Maruyama T
  • Journal Title: J Pharm Exp Ther Volume: 352 Pages: 244-57
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Poly-S-nitrosated human albumin enhances the antitumor and antimetastasis effect of bevacizumab, partly by inhibiting autophagy via the generation of nitric oxide (2015)
  • Author(s): Ishima Y, Inoue A, Fang J, Kinoshita R, Ikeda M, Watanabe H, Maeda H, Otagiri M, Maruyama T
  • Journal Title: Cancer Sci Volume: 106 Pages: 194-200
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] S-Nitrosated human serum albumin dimer as novel nano EPR enhancer applied to nano-anticancer drugs (2015)
  • Author(s): Ryo Kinoshita, Yu Ishima, Mayumi Ikeda, Jun Fang, Hiroshi Maeda, Masaki Otagiri, Toru Maruyama
  • Organizer: Asian Federation for Pharmaceutical Sciences 2015
  • Place of Presentation: Bangkok, Thailand
  • Year and Date: 2015-11-25 – 2015-11-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Anti-tumor effect of Poly-S-nitrosated Human Serum Albumin is enhanced by phosphodiesterase 5 inhibitors (2015)
  • Author(s): Mayumi Ikeda, Yu Ishima, Ryo Kinoshita, Hiroshi Watanabe, Tsuyoshi Ikeda, Masaki Otagiri, Toru Maruyama
  • Organizer: Asian Federation for Pharmaceutical Sciences 2015
  • Place of Presentation: Bangkok, Thailand
  • Year and Date: 2015-11-25 – 2015-11-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新規ナノEPR増強剤である一酸化窒素付加アルブミンダイマーを用いた高分子抗癌剤治療の効率化 (2015)
  • Author(s): 木下 遼、異島 優、池田 真由美、方 軍、前田 浩、渡邊 博志、 小田切 優樹、丸山 徹
  • Organizer: 第22回日本血液代替物学会年次大会
  • Place of Presentation: 熊本：熊本大学薬学部
  • Year and Date: 2015-10-22 – 2015-10-23
• [Presentation] Poly-S-二トロソ化ヒト血清アルブミンのHIF-1alpha抑制効果 (2015)
  • Author(s): 異島 優、井上 亜希、小田切 優樹、渡邊 博志、丸山 徹
  • Organizer: 第31回 日本DDS学会学術集会
  • Place of Presentation: 東京：京王プラザホテル
  • Year and Date: 2015-07-02 – 2015-07-03
• [Presentation] 急性及び慢性肝炎モデルマウスにおけるCD68+/CD206+クッパ―細胞由来活性酸素種を標的としたナノ抗酸化アルブミンの治療効果 (2015)
  • Author(s): 前田 仁志、一水 翔太、渡邊 博志、異島 優、小田切 優樹、丸山 徹
  • Organizer: 第31回 日本DDS学会学術集
  • Place of Presentation: 東京：京王プラザホテル
  • Year and Date: 2015-07-02 – 2015-07-03