標的がん治療のための抗体を表示する細胞外小胞

2024-05-23 Thu
外部小胞を表示できる抗体のがん治療における応用
エクソソーム（Extracellular Vesicles, EVs）は、天然の輸送キャリアおよび生体シグナルの媒介体として、さまざまな組織における応用が広く研究されています。本研究では、研究者がEVsのこれらの特性を利用して、特定の抗体結合ドメイン（Fragment crystallizable, Fc）で装飾されたEVsを展示し、それをがんのターゲティング治療のモジュール化輸送システムとして利用しました。本論文は《Nature Biomedical Engineering》に掲載され、国際合作チームによって完了されました。チームにはKarolinska Institutet、Salahaddin University-Erbil、University of Oxfordなどの著名な研究機関からOscar P. B. Wiklander、Doste R. Mamand、Dara K. Mohammadらが参加しています。
研究背景と目的過去数十年、がん治療の主要な進展の一つは抗体ターゲティング治療の応用です。例えば、乳がんの治療に使用される抗HER2（Human Epidermal Receptor 2）治療や、近年の免疫療法も含まれます。ただし、PD-L1（Programmed-Death Ligand 1）はさまざまな腫瘍において高発現していますが、持続的な反応を示す患者は一部に限られています。そのため、化学療法との併用、複数のチェックポイントの抑制、その他の免疫刺激方法など、変換率を向上させるための多くの戦略が提案されています。しかし、これらの戦略は、異なる種類の薬物を目的部位に輸送する際に限界があります。
エクソソーム（EVs）は薬物輸送のナノキャリアとして興味深い代替方法を提供します。EVsはすべての細胞によって分泌される異質な天然ナノ小胞であり、直径は30から2000ナノメートルの間で、細胞由来の脂質、タンパク質、核酸物質を運ぶことができ、これらの大分子を高度な細胞間通信システムを通じて伝達します。EVsは生物的バリアを越えて遠隔臓器に到達するだけでなく、標的化群を表示しさまざまな治療貨物を運ぶように工学的に設計することもできます。過去数年間で、EVsの治療の可能性に対する関心が高まり、さまざまな臨床試験も進行中です。
研究プロセス研究対象と工学的手法本研究は、高度にモジュール化されたEVs治療技術を開発することを目的としています。具体的には、分子工学ツールを使用して抗体Fc部分を結合できるEVsを開発し、興味のあるいかなる組織もターゲットにできるようにすることです。研究チームはまず、EV表面にFc結合ドメインを導入し、異なる種類の抗体を装飾することによってEVsが特定の組織をターゲットとできるようにしました。EV生成細胞を工学的に設計し、Fc結合ドメインとEV分類タンパク質を含む融合構造を表現させ、結果としてFcドメインがEVsに富むようにしました。
研究者は9種類のEV分類ドメイン（例：CD9、CD63、CD81など）と9種類のFc結合ドメイン（例：Protein A、Zドメインなど）の工学的戦略を比較し、イメージングフローサイトメトリー（Imaging Flow Cytometry, IFC）を使用して、EV上の蛍光レポーター遺伝子および抗体の結合状況をスクリーニングおよび測定しました。
実験手順と主要な発見EV工学とスクリーニング：
初期スクリーニングにより、CD63とZドメインの組み合わせが最高レベルの表現を生み出すことが判明し、最適な候補として後続の実験に使用されました。
EVの特徴評価と抗体結合の確認：
ナノ粒子トラッキング分析（Nanoparticle Tracking Analysis, NTA）により、Fc-EVsの粒径が約100ナノメートルであることが確認されました。
免疫電子顕微鏡とサイズ排除クロマトグラフィーを使用して、Fc-EVsと抗体の具体的結合状況がさらに確認されました。
in vitro ターゲティング能力評価：
HER2陽性乳がん細胞（SKBR-3）を対象とした抗HER2抗体（Trastuzumab）によるターゲティング実験では、Fc-EVsの顕著なエンドサイトーシス増加が示されました。
PD-L1を表現する悪性黒色腫細胞（B16F10）を対象とした抗PD-L1抗体（Atezolizumab）による実験においても、同様に顕著なエンドサイトーシス増加が示されました。
in vivo ターゲティング実験：
B16F10腫瘍マウスモデルにおいて、静脈注射によるFc-EVsが顕著な腫瘍組織蓄積を示し、特にPD-L1抗体を展示したFc-EVsはより高い腫瘍ターゲティング蓄積効果を示しました。
薬物輸送と治療効果：
ドキソルビシンをロードしたFc-EVsは黒色腫マウスモデルで顕著な腫瘍進展抑制と生存期間延長効果を示し、がんターゲティング治療キャリアとしての可能性を示しました。
研究の結論と意義本研究は、高度にモジュール化されたEVs治療技術を展示し、抗体Fcドメインを表示することによってEVsが特定の組織をターゲットにし、抗腫瘍薬物を輸送できることを示しました。従来の抗体治療と比較して、Fc-EVsはより精密な薬物輸送方法を提供し、科学および応用価値が顕著です。抗体展示技術の高い柔軟性により、Fc-EVsはさまざまな認可された治療抗体と組み合わせることができ、潜在的な「すぐに使用できる」治療オプションを提供します。
研究のハイライトモジュール化技術の革新：Fcドメインを展示することによるモジュール化設計が初めて展示され、さまざまながんのターゲティング治療に重要な意義を持ちます。
ターゲティング薬物輸送：EVsを介したターゲティング薬物輸送の実現性が証明され、特に悪性腫瘍での応用において、化学療法による副作用を減少させる可能性があります。
多様な応用の可能性：この技術は従来の抗体だけでなく、Fc融合タンパク質、抗体-薬物結合物、二重特異性抗体などにも拡張して使用可能です。
今後の展望本研究は次の研究のために堅固な基盤を築きました。今後の研究では、Fc-EVsがさまざまな治療組み合わせにおいて持つ潜在性をさらに探求し、最終的に臨床応用の実現を目指す必要があります。総じて、Fc-EVsは革新的ながん治療キャリアとして、その巨大な可能性と実際の応用価値を示しており、将来的な精密医療分野で重要な役割を果たすことでしょう。