炎症性皮膚疾患である乾癬（psoriasis）と酒さ（rosacea）は、世界中で一般的な慢性皮膚疾患であり、患者の生活の質に深刻な影響を及ぼします。従来の局所薬物療法は、皮膚浸透性の低さや長期的な副作用が問題となっています。そのため、効果的かつ安全な局所治療法の開発が求められています。

酸化ストレスは、乾癬や酒さを含む多くの炎症性皮膚疾患の病態において重要な役割を果たしています。過剰な活性酸素（reactive oxygen species, ROS）の蓄積は、皮膚の生理的な抗酸化能力を低下させ、表皮微小環境の酸化還元システムを破壊します。研究によると、スーパーオキシドディスムターゼ（superoxide dismutase, SOD）とマトリックスメタロプロテアーゼ9（matrix metalloproteinase 9, MMP9）は、炎症性皮膚疾患の発症と進行において重要な役割を担っています。したがって、SODとMMP9の酵素活性を標的とすることが、これらの疾患を治療する有効な戦略となる可能性があります。

ナノ粒子（nanoparticles, NPs）は、その制御可能なサイズ、形状、および独特の物理化学的特性により、免疫調節、ワクチン接種、炎症性疾患の治療において優位性を示しています。特に金ナノ粒子（gold nanoparticles, AuNPs）はSOD酵素活性を持ち、過剰なROSを効果的に除去し、炎症を調節することができます。しかし、その経皮性能と安定性は、炎症性皮膚疾患への応用を制限しています。表面修飾により、金属ナノ粒子の経皮性能と安定性を向上させることができます。本研究では、アゼラミドモノエタノールアミン（azelamide monoethanolamine, MEA）を金ナノ粒子と結合させ、新たな生物学的ナノ材料であるAu-MEA NPsを開発し、その安定性と経皮性能を向上させることで、炎症性皮膚疾患を効果的に治療することを目指しました。

論文の出典

本論文は、He Zhao、Han Zhao、Yan Tang、Mengfan Li、Yisheng Cai、Xin Xiao、Fanping He、Hongwen Huang、Yiya Zhang、およびJi Liによって共同執筆され、中南大学湘雅医院皮膚科、湖南大学材料科学与工程学院などの機関から発表されました。論文は2024年に『Biomarker Research』誌に掲載されました。

研究の流れと実験設計

1. 材料の合成

1.1 Au-CA NPsの合成

Au-CA NPsは、古典的なクエン酸ナトリウム還元法を用いて合成されました。具体的な手順は、塩化金酸（HAuCl₄）溶液を105℃に加熱し、クエン酸ナトリウム溶液を加え、Au-CA NPsを生成するものです。反応後、遠心分離を行い、脱イオン水に分散させました。

1.2 Au-MEA NPsの合成

Au-MEA NPsは、リガンド交換法を用いて合成されました。Au-CA NPsをMEA溶液と混合し、30℃で24時間攪拌し、MEAリガンドがクエン酸リガンドを置換するようにしました。反応後、遠心分離を行い、脱イオン水に分散させました。

1.3 FITC標識Au-CA NPsおよびAu-MEA NPsの合成

Au-CA NPsおよびAu-MEA NPsを3-メルカプトプロピオン酸（MPA）と反応させ、さらにフルオレセインイソチオシアネート（FITC）と結合させ、FITC標識ナノ粒子を生成しました。

1.4 Au-CA NPsゲルおよびAu-MEA NPsゲルの調製

Au-CA NPsおよびAu-MEA NPsをSepimax Zenゲルと混合し、超音波分散と攪拌により均一なゲルを調製しました。

2. 材料の特性評価

透過型電子顕微鏡（TEM）、X線回折（XRD）、紫外可視分光法（UV-Vis）、フーリエ変換赤外分光法（FTIR）、X線光電子分光法（XPS）、動的光散乱法（DLS）などの技術を用いて、Au-CA NPsおよびAu-MEA NPsの物理化学的特性を評価しました。

3. 細胞実験

HaCaT細胞（ヒト角化細胞）を用いて細胞炎症モデルを構築し、CCK-8実験によりナノ粒子の細胞毒性を評価し、蛍光顕微鏡およびTEMによりナノ粒子の細胞内分布を観察し、リアルタイム定量PCR（qPCR）およびウェスタンブロットにより炎症因子の発現を検出しました。

4. 動物実験

イミキモド（imiquimod, IMQ）誘導乾癬モデルおよびLL37誘導酒さモデルを用いて、Au-MEA NPsゲルの治療効果を評価しました。組織学的分析、免疫蛍光、ICP-MSなどの技術を用いて、ナノ粒子の経皮性能と安全性を検出しました。

5. プロテオミクス分析

プロテオミクス技術を用いて、Au-MEA NPsの炎症性皮膚疾患に対する治療メカニズムを分析し、差異発現タンパク質（DEPs）を同定し、GOおよびKEGG経路エンリッチメント分析を行いました。

主な研究結果

1. Au-MEA NPsの合成と特性評価

Au-MEA NPsはリガンド交換法により成功裏に合成され、良好な安定性と経皮性能を示しました。TEMおよびXRD分析により、Au-MEA NPsはAu-CA NPsと同様の形態とサイズ分布を持つことが示されました。UV-VisおよびFTIRスペクトルにより、MEAリガンドの成功裏の付着が確認されました。DLS分析により、Au-MEA NPsは水溶液中でより大きな平均サイズを持ち、Zeta電位が低いことが示され、水溶液中でより安定であることが示されました。

2. Au-MEA NPsゲルの経皮性能

SEMおよびEDS分析により、Au-CA NPsおよびAu-MEA NPsがゲルに成功裏に埋め込まれたことが確認されました。TEMおよびICP-MS分析により、Au-MEA NPsがマウス皮膚の角質層を効果的に透過し、真皮層に蓄積することが示されました。

3. Au-MEA NPsゲルの乾癬および酒さに対する治療効果

IMQ誘導乾癬モデルにおいて、Au-MEA NPsゲルはマウスの耳の厚さ、鱗屑、紅斑を有意に軽減し、表皮過形成および真皮浸潤細胞の数を減少させました。LL37誘導酒さモデルにおいて、Au-MEA NPsゲルは紅斑および炎症細胞浸潤を有意に改善し、炎症因子の発現を抑制しました。

4. Au-MEA NPsの抗炎症メカニズム

プロテオミクス分析により、Au-MEA NPsはNF-κBシグナル経路、TNFシグナル経路、Th17細胞分化などの炎症関連経路を調節することにより、抗炎症作用を発揮することが示されました。さらに、Au-MEA NPsはSOD活性を促進し、MMP9活性を抑制することにより、角化細胞における炎症メディエーターの産生を減少させました。

5. Au-MEA NPsの安全性

組織学的分析およびICP-MS検出により、Au-MEA NPsゲルはマウスの主要臓器において明らかな毒性反応を引き起こさず、良好な安全性を示しました。

結論と意義

本研究では、リガンド交換法により初めてAu-MEA NPsを合成し、乾癬や酒さなどの炎症性皮膚疾患の治療において顕著な治療効果を示すことを証明しました。Au-MEA NPsは、SOD活性を促進し、MMP9活性を抑制することにより、炎症メディエーターの産生を減少させ、皮膚炎症を効果的に緩和します。さらに、Au-MEA NPsは良好な経皮性能と安全性を有し、臨床応用における大きな可能性を示しています。

研究のハイライト

1. 新規ナノ材料の合成：リガンド交換法によりAu-MEA NPsを成功裏に合成し、金ナノ粒子の安定性と経皮性能を大幅に向上させました。
2. 顕著な抗炎症効果：Au-MEA NPsは乾癬および酒さ動物モデルにおいて顕著な治療効果を示し、従来のAu-CA NPsを上回りました。
3. 詳細なメカニズム研究：プロテオミクス分析により、Au-MEA NPsがNF-κBシグナル経路およびSOD/MMP9活性を調節することにより抗炎症作用を発揮する分子メカニズムを明らかにしました。
4. 良好な安全性：Au-MEA NPsはマウスの主要臓器において明らかな毒性反応を引き起こさず、良好な安全性を示しました。

今後の展望

Au-MEA NPsは炎症性皮膚疾患の治療において大きな可能性を示していますが、その長期毒性、経皮メカニズム、および経皮深度についてはさらなる研究が必要です。今後の研究では、治療用量と頻度の最適化、および既存の市販ゲルとの比較研究を行い、その性能をさらに向上させることが期待されます。