ドキシサイクリンを装填したリン酸カルシウムナノ粒子のLPS誘発神経炎症マウスに対する保護効果

神経科学研究の分野において、神経炎症（neuroinflammation）は多くの神経疾患の重要な病理学的特徴です。神経炎症は中枢神経系（CNS）が様々な有害な刺激（虚血、感染、外傷、免疫反応、有毒タンパク質への暴露など）に対して示す複雑な反応です。この炎症反応が効果的に終息できない場合、持続的な炎症が引き起こされ、深刻な神経損傷や関連疾患（うつ病、アルツハイマー病、パーキンソン病、認知症など）を引き起こします。このような背景のもと、著者らは研究を行い、ドキシサイクリン（doxycycline, DX）およびそれを装填したリン酸カルシウムナノ粒子（dx@cap）、さらにペクチンコーティングしたドキシサイクリン装填リン酸カルシウムナノ粒子（pec/dx@cap）のリポ多糖（lipopolysaccharide, LPS）誘発神経炎症マウスへの影響を評価し、このプロセスにおけるAMPキナーゼ（AMPK）の役割を探りました。

研究背景と目的

本研究の主な目的は、ペクチンコーティングされたドキシサイクリン装填リン酸カルシウムナノ粒子（pec/dx@cap）のLPS誘発神経炎症マウスに対する潜在的な治療効果を評価し、IL-6、SOD、TLR-4、AMPK、NRF2がこのプロセスで果たす役割を確認することです。LPSはグラム陰性菌の細胞壁成分で、様々な神経変性疾患と密接に関連しています。LPSを末梢投与することで、CNS内のサイトカイン上昇を誘導し、神経炎症のモデルを模倣することができ、新しい治療法の研究のための実験基盤を提供しています。

著者と所属機関情報

この研究はSahar A. Harby、Suzan Awad Abdelghany Morsy、Mona Hassan Fathelbab、Norhan S. El-Sayed、Salma E. El-Habashy、Rania G. Alyの6名の著者によって共同で行われました。彼らはそれぞれエジプトのアレクサンドリア大学医学部の臨床薬理学、生化学、生理学、薬剤学、病理学部門に所属しています。この研究論文は「Journal of Neuroimmune Pharmacology」2024年第19巻第2号に掲載され、受理日は2023年12月6日です。

研究方法

1. リン酸カルシウムナノ粒子（CAP）の調製

ドキシサイクリン装填リン酸カルシウムナノ粒子（dx@cap）は湿式化学沈殿法で調製されました。まず、塩化カルシウム（CaCl2）とリン酸二水素ナトリウム（Na2HPO4）を脱イオン水中で混合し、pHを約11に調整しました。Na2HPO4溶液をCaCl2溶液に滴下し、25°Cで攪拌しました。形成されたCAP沈殿を遠心分離し、エタノールで洗浄しました。

2. ドキシサイクリン装填リン酸カルシウムナノ粒子（dx@cap）の調製

CAP沈殿をドキシサイクリンのエタノール溶液に分散させ、重量比2:1で混合し、24時間攪拌した後、遠心分離してdx@cap粒子を得ました。

3. ペクチンコーティングされたドキシサイクリン装填リン酸カルシウムナノ粒子（pec/dx@cap）の調製

分離したdx@cap粒子を脱イオン水に分散させ、ペクチン水溶液を滴定し、さらに30分間攪拌してpec/dx@cap粒子を得ました。

研究結果

1. ナノ粒子の特性評価

ゼータ電位測定、透過型電子顕微鏡（TEM）、フーリエ変換赤外分光法（FTIR）によりナノ粒子の特性評価を行いました。結果は、CAP粒子の表面電荷が負、dx@cap粒子の表面電荷が正で、ドキシサイクリンが成功的に装填されたことを示しました。さらにペクチンコーティング後、粒子の表面電荷は再び負の値になりました。

2. 行動学的評価

T字迷路自発的交替試験と新奇物体認識試験（NOR）により認知機能を評価しました。LPS処理されたマウスは記憶障害を示しましたが、ドキシサイクリンおよびその2種類のナノ粒子製剤は有意にマウスの認知機能を改善し、特にpec/dx@capの効果が最も高く、正常対照群に近い結果を示しました。

3. 組織学的および生化学的分析

組織学的検査では、LPS誘発マウスの脳組織に炎症性浸潤、細胞変性、浮腫が見られました。ドキシサイクリンとそのナノ粒子治療群はいずれもこれらの病理学的変化を減少させ、特にpec/dx@cap群は正常に近い組織構造を示しました。

生化学的分析の結果、LPS処理後のマウス脳組織では抗酸化酵素活性が低下し、SODとAMPKが有意に減少し、TLR-4とIL-6が有意に増加しました。ドキシサイクリンおよびその2種類のナノ粒子製剤はいずれもSODとAMPKレベルを上昇させ、TLR-4とIL-6レベルを低下させ、特にpec/dx@capの効果が最も高かったです。

結論と意義

本研究は、ペクチンコーティングされたドキシサイクリン装填リン酸カルシウムナノ粒子（pec/dx@cap）がAMPKとNRF2の発現を増強し、TLR-4を抑制することで、LPS誘発神経炎症を有意に逆転させ、認知機能を改善できることを示しました。この研究は、ナノ薬物送達システムの神経変性疾患治療における潜在的可能性を示すだけでなく、将来の薬物開発と設計にとって重要な参考となります。