ROS除去性脂質ナノ粒子-mRNA製剤による糖尿病創傷治癒の促進

2024-05-23 Thu
脂質ナノ粒子-mRNA製剤を使用してROSを除去し糖尿病創傷の治癒を促進する糖尿病患者によく見られる合併症の一つである糖尿病創傷は、発症率と再発率が高く、世界経済に大きな損害をもたらしています。現存する治療法には、創傷負荷減少療法や成長因子療法などがあり、臨床試験では治癒時間の短縮を示していますが、これらの広範な応用はコストや潜在的な副作用によって制限されています。したがって、より効果的で安全かつ便利な糖尿病創傷管理方法の開発が急務です。
複雑な創傷微小環境における治療の課題は、主に反応性酸素種（reactive oxygen species, ROS）の制御不能な蓄積と持続的な炎症から来ています。この病理学的微小環境は過度な酸化ストレスと虚血性新生血管形成を引き起こし、その結果、創傷の治癒が遅れます。本研究の目的は、反応性に富んだROS応答性の脂質ナノ粒子（lipid nanoparticles, LNP）とmRNA製剤を開発し、創傷内のROSおよび炎症微小環境を調節することで、糖尿病創傷の治癒を促進することです。
研究概要この論文はIcahn School of Medicine at Mount Sinai及びOhio State UniversityのSiyu Wang、Yuebao Zhang、Yichen Zhongなど多くの研究者が共同で完成し、2024年5月21日の《PNAS》（Proceedings of the National Academy of Sciences）に掲載されました。論文はROS除去脂質ナノ粒子とmRNA製剤に基づく新たな治療方法を詳細に記述しており、これは糖尿病創傷の治癒を著しく促進することができます。
研究背景と動機糖尿病患者の慢性かつ治癒しにくい創傷は複雑な病理機序を持ち、主にROSの制御不能な蓄積と持続的な炎症反応が特徴です。これらの過剰なROSは過度な酸化ストレスと成長因子の失活を引き起こし、それによって創傷の治癒能力が著しく低下します。もう一方で、病理的創傷においてM1型マクロファージが持続的に炎症促進性のサイトカインを放出し、M2型マクロファージは抗炎症反応を通じて創傷修復を促進します。したがって、創傷内の炎症微小環境を調節し、ROSを除去しマクロファージの表現型変換を調整することは、糖尿病創傷の治癒に有効な方法である可能性があります。
研究プロセスTS LNPの合成とmRNA配送のための準備研究チームはROS応答の硫鎖脂質ナノ粒子（Trisulfide-derived LNP, TS LNP）を設計し、これをインターロイキン-4（Interleukin-4, IL4）mRNAを包むために使用し、ROSを除去しマクロファージの表現型を調整することを目指しました。研究はまず三硫化結合を含むイオン化可能な脂質を合成し、組合化学的方法により98種の異なる脂質分子を含むライブラリーを構築し、これらの巨核細胞内の配送効率を評価しました。
実験の最適化とスクリーニング研究チームは生物発光強度を用いて各LNPのmRNA配送効率をテストおよびスクリーニングしました。結果として、TS2 LNPが最も高いmRNA配送効率を示し、臨床で一般的に使用されるMC3 LNPに比べて30倍の効率を示しました。次に、研究チームはTS2 LNPの配合をさらに最適化し、最終的に脂質成分の最適な割合を特定し、mRNAの配送効率と粒子の安定性を著しく向上させました。
細胞実験による検証イン・ビトロ実験において、TS2 LNPが細胞内のROSを効果的に除去し、線維芽細胞を酸化ストレスから保護することが証明されました。さらに、TS2 LNPはマクロファージをM1型からM2型へと成功裏に変換させ、創傷微小環境の免疫調節を実現しました。
動物モデルによる検証糖尿病マウス（db/db mice）モデルにおいて、研究チームは一回の投与によってTS2 LNP-IL4 mRNA製剤をヒドロゲルにロードし、それを糖尿病創傷に適用しました。結果として、未処理群、フリーIL4 mRNA群およびMC3-IL4 LNP-mRNA群と比較して、TS2-IL4 LNP-mRNA群は創傷治癒効率が著しく向上し、治癒時間が約半分に短縮されました。
主な結果と結論研究は、TS2 LNP-IL4 mRNAがイン・ビトロおよびイン・ビボで優れたROS除去能力と最適化されたマクロファージ表現型調整効果を示すことを明らかにしました。創傷微小環境を改善することにより、この製剤は糖尿病創傷の治癒を著しく加速しました。さらに、他の臨床的に一般的なmRNA配送システムと比較して、TS2 LNPはより高いmRNA配送効率とより高い細胞保護効果を示しました。
研究の科学的および応用上の価値この研究は、安全で効果的かつ便利な糖尿病創傷治療の新しい戦略を提供するだけでなく、他の慢性または急性の創傷治療に対する新たな可能性も開きました。研究技術の革新性は、ROS応答性ナノ粒子とmRNA製剤を組み合わせることで、根本的に病理的創傷の微小環境を調節し、臨床応用の可能性と治療効果を著しく向上させた点にあります。
重要なハイライト革新的な治療戦略：反応性に富んだROS応答性脂質材料を設計・合成し、TS LNPとしてmRNA配送に使用することで、糖尿病創傷治療におけるいくつかの重大な課題を成功裏に解決しました。
高効率なROS除去能力：TS LNPはイン・ビトロおよびイン・ビボで卓越したROS除去能力を示し、細胞生存率と創傷治癒速度を著しく向上させました。
免疫微小環境の調節：IL4 mRNAを配送することで、マクロファージの表現型をM1型からM2型へと成功裏に変換し、創傷の治癒と組織再構築をさらに促進しました。
まとめ本研究は、ROS応答性ナノ粒子とmRNA配送システムを革新的に融合させ、糖尿病創傷の治療に新たな思考と方法を提供しました。研究結果は、TS2 LNP-IL4 mRNAが顕著なROS除去および免疫調節能力を持ち、動物モデルにおいても顕著な創傷治癒促進効果を示すことを明らかにしました。この科学的発見は将来の臨床応用で重要な役割を果たし、多くの糖尿病患者のためになることでしょう。