Napabucasinと放射線療法を組み合わせた拡散性正中グリオーマへのターゲットドラッグデリバリー

背景紹介

拡散性正中グリオーマ（Diffuse Midline Glioma, DMG）は、小児において最も侵襲性の高い原発性脳腫瘍であり、患者の平均生存期間は通常1年未満です。放射線療法（Radiation Therapy, RT）が現在の標準治療法ですが、症状を一時的に緩和するだけで、患者の生存期間を大幅に延長することはできません。さらに、DMGは脳幹などの正中構造に位置するため、手術による切除は非常にリスクが高く、血液脳関門（Blood-Brain Barrier, BBB）の存在により全身療法の効果も制限されています。そのため、放射線療法と相乗効果を持つ治療戦略を見つけることが、DMG研究の重要な方向性となっています。

Napabucasinは、NAD(P)Hキノンオキシドレダクターゼ1（NQO1）によって活性化される活性酸素（Reactive Oxygen Species, ROS）誘導剤であり、さまざまな癌種で潜在的な治療効果を示しています。本研究では、Napabucasinを放射線増感剤としてDMGに応用し、集束超音波（Focused Ultrasound, FUS）と対流増強デリバリー（Convection-Enhanced Delivery, CED）技術を利用してBBBの制限を克服し、治療効果を高めることを目指しました。

論文の出典

本論文は、Matthew Gallitto、Xu Zhangら、コロンビア大学やバージニア工科大学など複数の研究機関からなる研究チームによって共同で執筆され、2025年にNeuro-Oncology誌に掲載されました。論文のタイトルは「Targeted Delivery of Napabucasin with Radiotherapy Improves Outcomes in Diffuse Midline Glioma」です。

研究の流れと結果

1. DMGにおけるNQO1の発現

研究チームはまず、RNAシーケンシング（RNA-seq）と単一細胞RNAシーケンシング（scRNA-seq）を用いて、76例のDMG患者組織サンプルと正常脳組織におけるNQO1の発現レベルを分析しました。その結果、DMG患者組織ではNQO1の発現が正常脳組織に比べて有意に高いことが明らかになりました。さらに、ウェスタンブロット分析により、複数のDMG細胞株でもNQO1が高発現していることが確認され、NQO1がDMG治療の潜在的な標的となる可能性が示されました。

2. NapabucasinのROS誘導作用

研究チームは、NapabucasinがDMG細胞に対して毒性を示すかどうかをin vitro実験で検証しました。その結果、複数のDMG細胞株において、Napabucasinが顕著な細胞毒性を示し、半数抑制濃度（IC50）は0.80～1.44 µMの範囲であることがわかりました。さらに、Gene Ontology（GO）解析とViper推論によるタンパク質活性解析により、Napabucasin処理後、ROS関連経路が有意に上昇することが明らかになりました。DCFDA試薬を用いたROSレベルの定量実験では、Napabucasinが用量依存的にROSの生成を誘導することが確認されました。

3. Napabucasinの放射線増感作用

研究チームは、Napabucasinが放射線療法条件下でより強力な治療効果を示す可能性を仮定しました。コロニー形成実験では、NapabucasinがDMG細胞の放射線感受性を有意に増強することが明らかになりました。さらに、ROS定量実験では、Napabucasinと放射線療法を併用した場合、ROSレベルが顕著に増加し、両者が相乗効果を持つことが示されました。

4. NQO1依存性実験

Napabucasinの作用がNQO1に依存しているかどうかを検証するため、研究チームはCRISPR-Cas9技術を用いてDMG細胞からNQO1遺伝子をノックアウトしました。その結果、NQO1が欠失すると、Napabucasinの細胞毒性が有意に低下し、ROSの生成と放射線増感作用も大幅に減弱することがわかりました。この結果は、Napabucasinの作用機序がNQO1に依存していることを示しています。

5. 体内実験：皮下移植腫瘍モデル

研究チームは、ヌードマウスにDMG細胞を皮下移植し、皮下移植腫瘍モデルを確立しました。実験の結果、Napabucasin単独治療では腫瘍体積に顕著な影響は見られませんでしたが、放射線療法と併用した場合、局所的な腫瘍制御率が有意に向上しました。この結果は、Napabucasinの放射線増感作用をさらに裏付けるものです。

6. 体内実験：原位移植腫瘍モデルとCED技術

BBBの制限を克服するため、研究チームはCED技術を利用し、Napabucasinを直接DMG腫瘍部位に送達しました。実験の結果、CEDは腫瘍組織内の薬物濃度を有意に上昇させ、放射線療法と併用した場合、マウスの生存期間を有意に延長しました。この結果は、CED技術がNapabucasinの治療効果を高め、臨床応用において重要な根拠を提供することを示しています。

結論と意義

本研究の結論として、NapabucasinはNQO1依存性のROS誘導剤として、DMGにおいて顕著な放射線増感作用を示すことが明らかになりました。CED技術を利用することで、研究チームはBBBの制限を克服し、Napabucasinの治療効果を大幅に向上させ、DMGマウスの生存期間を延長することに成功しました。この研究は、DMGの治療に新たな視点を提供し、今後の臨床研究の基盤を築くものです。

研究のハイライト

1. NQO1の潜在的な治療標的としての役割：本研究は、NQO1がDMGにおいて高発現していることを初めて実証し、Napabucasinの作用機序におけるその重要性を明らかにしました。
2. Napabucasinの放射線増感作用：研究チームは、in vitroおよびin vivo実験を通じて、Napabucasinが放射線増感剤としての潜在能力を持つことを検証し、DMGの併用療法に新たな選択肢を提供しました。
3. CED技術の応用：本研究は、CED技術がDMG治療において実用的であることを初めて示し、薬物送達効率を大幅に向上させることでBBBの克服に新たな技術的手段を提供しました。

その他の価値ある情報

研究チームは、集束超音波（FUS）技術を薬物送達に応用することについても検討しました。本研究ではFUSがNapabucasinの脳内濃度を有意に上昇させることはありませんでしたが、他の研究ではその潜在能力が示されており、今後もさらなる探求が期待されます。

本研究は、多分野の協力により、DMGの治療に新たな視点と方法を提供し、重要な科学的価値と臨床応用の可能性を秘めています。