炎症性腸疾患の治療における経口投与可能なナノメディシンの可能性を引き出す

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炎症性腸疾患の治療における経口投与可能なナノメディシンの可能性を引き出す
https://www.cmghjournal.org/article/S2352-345X(24)00057-2/fulltext?utm_medium=Social&utm_campaign=AGA-posts&utm_source=twitter


楊春華
クリパ・シャルマ
ラベヤ・ジャフリン・モウ
ユニス・ボレイ
アナンド・スリニヴァサン
ディディエ・メルラン オープンアクセス掲載:2024年3月13日DOI:https://doi.org/10.1016/j.jcmgh.2024.03.005

慢性的な消化管の炎症を特徴とする炎症性腸疾患(IBD)は、世界的に重要な医療課題となっている。コルチコステロイド、免疫調節薬、生物学的製剤を含むIBDの現在の治療法は、非経口投与による頻繁な全身投与を必要とすることが多く、非特異的な薬物分布、最適とは言えない治療成績、副作用を引き起こしている。薬物の有効性を高め、全身への影響を最小限に抑えるために、標的を絞った薬物送達システムが急務となっている。ナノテクノロジーは、炎症を起こしている腸組織への正確な経口薬物送達を可能にし、標的外影響を低減し、治療効率を高める、革新的なソリューションとして浮上している。その利点には、バイオアベイラビリティの向上、薬物の持続的放出、細胞への取り込みの改善などがある。さらに、ナノベースのアプローチは、セラノシス要素の統合を可能にし、診断と治療を同時に行うことを可能にする。経口IBD治療薬、特に機能化ポリマーナノ粒子や脂質ナノ粒子などのナノ製剤に関する最近の前臨床試験の進歩は、顕著な細胞標的能力と生物学的安全性を示しており、従来の治療法の限界を克服することが期待されている。これらの開発は、個別化された効果的な経口IBD管理へのパラダイムシフトを意味する。本総説では、IBD治療を大幅に向上させる経口ナノメディシンの可能性を、特にIBD管理に使用される可能性のある細胞標的経口薬物送達システムに焦点を当てながら探る。また、セラノスティックナノ粒子や人工知能のような新たな技術についても検討し、ナノメディシンの臨床応用への実用化の道筋を明らかにする。
キーワード
セラノスティックナノ粒子
多面的アプローチ
標的薬物送達システム
人工知能
最適生体内分布
本稿で使用した略語
AI(人工知能)、CD98(分化クラスタ98)、DDS(薬物送達システム)、DSS(デキストラン硫酸ナトリウム)、FA(葉酸)、GAL-PLGA(ガラクトシル化ポリ乳酸-グリコール酸)、GELN(ブドウエキソソーム様ナノ粒子)、GI(消化管)、IBD(炎症性腸疾患)、IL(インターロイキン)、 IONP(酸化鉄ナノ粒子)、KPV(リジン・プロリン・バリン)、LNT(レンチナン)、M(マイクロフォールド)、MGL(ガラクトース型C型レクチン)、MRI(磁気共鳴画像法)、NP(ナノ粒子)、PepT1(ペプチドトランスポーター1)、ROS(活性酸素種)、siRNA(低分子干渉RNA)、TNF-α(腫瘍壊死因子α)、UC(潰瘍性大腸炎)
概要
クローン病や潰瘍性大腸炎(UC)を含む炎症性腸疾患(IBD)の罹患率は、欧米で300万人、世界で600万人を超えている1。研究によると、IBD患者の重篤な症状には、抗腫瘍壊死因子α(抗TNF-α)抗体、コルチコステロイド、免疫抑制剤などの注射で対処するのが一般的である3。しかし、患者の3分の1以上は十分な効果が得られず、最初は効果があった患者でも、時間の経過とともに効果が低下し、感染症や、肝毒性、癌、うつ病、肺炎などの関連疾患のリスクが高まることがある4。これらの問題は、主に注射薬の非標的分布と、それに続く全身性の副作用に起因する。したがって、治療薬の安全性と有効性を高めるために、標的化薬物送達システム(DDS)が切実に必要とされている。
IBDをターゲットとしたDDSの中でも、経口投与は他の方法(静脈内、筋肉内、直腸投与など)と比較して明確な利点がある5,6。これらには、炎症を起こしている腸管領域に薬剤を局在させる可能性が高いこと、利便性が高いこと、侵襲性が低いこと、患者のコンプライアンスが向上することなどが挙げられる7。しかしながら、経口薬物送達における最適な生体内分布と有効性は、早期薬物放出、酵素による生分解、生物学的障壁による過剰な滞留など、消化管(GI)における重大な課題に直面している8。経口IBD治療へのナノメディシンの導入は、標的を絞った効率的なアプローチとして大きな可能性を示しているが、この分野のさらなる進歩のためには協調的な努力が必要である。
前臨床研究では、サイズ、電荷、pH、圧力、微生物に依存したDDSによる消化管組織ターゲティングなど、疾患をターゲットとした経口薬物送達のための多様なメカニズムや戦略が検討されており、これらは広くレビューされている9,10。経口薬物DDSにおけるより高度なナノテクノロジーには、リガンド受容体や抗体抗原依存技術など、細胞特異的または分子ターゲティングを可能にする高度な表面修飾が含まれる。
臨床的には、IBDに対する安全で効果的な経口標的治療薬がないため、研究者は最先端技術を探求し、経口ナノDDSの開発に取り入れている。最先端のナノテクノロジーには、診断と治療の二重の機能を持つNPがIBDの複雑性に対処するための多面的なアプローチを提供するセラノスティック機能が含まれる14。研究者たちは、磁気共鳴画像法(MRI)のような高度なイメージング技術と、消化管の特定部位に治療薬を送達できるNPを積極的に統合している15。Theranostic NPsは、診断精度と治療成績の向上に大きな期待を寄せており、この慢性疾患の患者に対する個別化医療と精密医療の未来を垣間見せてくれる15。
人工知能(AI)の時代には、AIの原理を用いて設計された高度な多機能ナノ医薬品が出現している。この総説では、IBDの前臨床研究における、現在および新たなNPを介した経口ナノDDSについて概説する。本総説では、前臨床IBD研究において現在進行中のNPを介した経口ナノDDSの概要と、これらの戦略の進化、および臨床への実用化の可能性について述べる。
NPの設計には、単独で考える以上のことが必要であり、薬物ペイロードの特徴的な特性と患者の疾患の特異的な特性を統合する必要がある。今回の総説では、この点を限界として認識しつつも、経口投与可能なナノプラットフォームの現代的側面を強調したいと考えている。これらのプラットフォームは、細胞や分子特有の性質を利用することで、特定の細胞を正確に標的とすることを目的としている。
腸管標的経口ナノDDSの基本的側面
消化管内のpH変化は消化器系の基本的な特徴である(図1)。経口投与されたナノDDSは、消化に必要な胃の酸性環境(pH 1-3)に遭遇し、続いて中和のために十二指腸および回腸の弱アルカリ性環境(pH 6.6-7.5)に遭遇する。これらのpHの課題を克服するために、ポリ乳酸-グリコール酸(PLGA)や植物由来の脂質NPなどのポリマーが、酸性pHに耐性を持つNPの構築に用いられている18,19。タンパク質やペプチドによる表面修飾は、正確な細胞ターゲティングを向上させるが、胃内ではハイドロゲルやナノ・イン・マイクロDDSなどの追加的な保護が必要になる場合がある20,21。
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図1腸を標的とした経口ナノDDSの基本的側面。(A)経口投与されたNPは、消化管を通過する間に環境変化(pH、粘液、微生物叢、酵素など)に遭遇する。(B)IBD患者に薬剤を送達するためのNP材料とターゲティング機構の選択肢。
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経口投与されたナノDDSは、口腔では唾液アミラーゼ、胃ではペプシンや胃リパーゼ、小腸ではトリプシンなど、消化管内でさまざまな消化酵素と闘わなければならない22。23,24。消化管の他の部分とは異なり、結腸には嫌気性微生物が主体で、より豊富で多様な腸内細菌叢が存在する(図1A)。この微生物群集は、酵素の挙動に影響を与え、それによって大腸の生理的機能に影響を与えるという極めて重要な役割を担っている25。大腸の微生物相は一連の加水分解酵素と還元酵素を分泌し、多糖類ベースのNPの分解とそれに続くカプセル化された薬物の放出を促進する。
物理的には、消化管の粘液層は重要なバリアとして働き、摂取された毒素や薬剤などの外因性物質から宿主を守っている。消化器系では、小腸の粘液層は大腸の粘液層に比べて薄い。この薄さは、栄養吸収における小腸の主な役割の反映である28。一方、大腸は水分吸収と電解質バランスにおいて、より重要な役割を担っている。ムチン・ネットワークを通過するNPの能力は、サイズや表面電荷などの因子に影響され、より小さなNPはより高い浸透能力を示す30。
IBD患者を調査する際、注目すべき点がある。このような状況では、腸管粘液層の完全性が損なわれ、腸管透過性が亢進し、しばしば「リーキーガット」と俗称される(図1B)31。保護粘液の産生の減少、ムチンのグリコシル化(ムチンタンパク質への糖分子の付加)の変化、ムチンネットワークの全体的な構造の変化などを伴う。32。IBDにおける粘膜バリアの低下は、細菌や毒素などの有害物質の侵入を可能にし、特徴的な炎症反応を引き起こす可能性がある。このような状態では、小~中型の粒子径(<200 nm)は、損なわれた粘液層への浸透がより容易であり、IBD治療における潜在的な治療手段を提供する。
小腸の粘膜は絨毛と陰窩によって特徴付けられ、吸収性腸細胞、杯細胞、パネス細胞、腸内分泌細胞などを含む。対照的に、大腸には顕著な絨毛がなく、大腸陰窩と呼ばれる単純な管状の腺から成り、吸収性の大腸細胞や杯細胞などの細胞タイプがある。持続的な薬物放出には、大腸を通過する時間を考慮することが重要である。
ほとんどのIBD症例では、免疫系を標的とするようにNPが設計されているため、経細胞輸送が必要である。健康な消化管では、NPの細胞内輸送は限定的であるが、IBD患者では腸の内壁が損なわれているため、NPベースのDDSターゲティングではこのプロセスが顕著になる。
細胞特異的ナノDDS設計のための分子標的
分子標的は、サイトカイン、細胞接着分子、転写因子、核酸、受容体、および疾患の進行に関連するその他の重要なタンパク質を含み、IBDの炎症の基礎となる病態生理学的プロセスに複雑に関与している。個々の症例において、炎症を引き起こす根本的な分子メカニズムに対処するためにNPを調整することは、重要な焦点である。これらのNPは、1つまたは複数のカテゴリーを標的とするように作ることができ、IBD発症の複雑な性質に取り組むために多面的なアプローチを採用することができる。
分子標的の細胞内位置(例えば、細胞表面、細胞質/細胞内)は、炎症の状況や段階によってダイナミックに変化する。サイトカインや活性酸素種(ROS)のように、細胞外と細胞内の両方で発現する標的もある。NPの設計戦略を成功させるには、治療薬を目的の部位に効率よく送達するために、このような細胞のニュアンスを考慮しなければならない。表1は、ナノDDSターゲティングのための潜在的な分子標的と腸管細胞との関連を概説したものである。
表1細胞特異的ターゲティングに用いられる潜在的分子標的の概要
標的細胞 分子標的 関連する送達戦略 標的送達用ナノ材料
マクロファージ11,20,23,38,39,40 各種(例えば、ガラクトース受容体、マンノース受容体、JAK-STAT経路、サイトカイン受容体) 糖受容体、サイトカイン受容体、JAKシグナル伝達経路を標的とした炎症状態におけるマクロファージ活性の調節 多糖類NP、糖または抗体を用いて表面を修飾した各種NP
腸細胞43 PepT1、葉酸受容体 トランスポーターまたは受容体と相互作用し、腸細胞による薬物取り込みを促進する 脂質NPまたはポリマーNP、PepT1または葉酸受容体と相互作用するリガンドで機能化されたNP
大腸細胞44,45 CD98、

CD98、GPCR 大腸細胞で過剰発現したCD98、 受容体を標的とし、多くの場合、 大腸送達のためにpH感受性 材料を用いる CD98、GPCRに特異的な リガンドを有する高分子NP
内皮細胞72,73細胞 内皮細胞表面マーカー(CD31、 ICAM-1、VCAM-1) 血流への薬物輸送を促進するた め、内皮細胞上に発現する マーカーを標的とする 特定の内皮細胞マーカーを 標的とする抗体またはリガンド で修飾した脂質NPまたは ポリマーNP
M細胞48,58(パイエル板) M細胞マーカー(GP2、UEA-Iなど) 免疫系に抗原や治療薬を送達するためにM細胞をターゲティング M細胞特異的ターゲティングのために、レクチン(UEA-I)またはGP2に対する抗体でコーティングされたNP
杯細胞50 CSKペプチド 杯細胞関連マーカーと相互作用し、保持を改善 CSKコートNPまたはキトサンベースNP
大腸幹細胞61 Wntシグナル伝達経路(LGR5, CD44) Wntシグナル伝達経路を標的とし、大腸幹細胞の機能 に影響を与え、組織の再生と修復を促す GELN; 幹細胞マーカーCD44に対する抗体で機能化したNP
様々な細胞74 (炎症性) TNF-α, NF-κB TNF-αまたはNF-κB経路を調節することにより炎症関連細胞を標的とし、炎症状態に対処する TNF-α受容体またはNF-κBタンパク質に対する抗体またはリガンドを用いて表面を修飾したNPs
CD31; cluster of differentiation 31; CD44; cluster of differentiation 44; CSK; CSKSSDYQC; GPCR; Gタンパク質共役型受容体; GP2; glycoprotein 2; ICAM-1; intercellular adhesion molecule-1; JAK-STAT; Janus kinase-signal transducer and activator of transcription; LGR5、ロイシンリッチリピート含有Gタンパク質共役型レセプター5、M細胞、マイクロフォールド細胞、NF-κB、核因子κB、UEA-I、ウレウスユーロパエウスアグルチニンI、VCAM-1、血管細胞接着分子1、Wnt、▪▪▪。
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マクロファージ標的ナノDDS
腸の炎症の領域では、腸細胞の損傷と粘膜組織への免疫細胞の流入の増加から生じる粘液ゲル層の枯渇と上皮バリアの破壊が、免疫細胞によるナノ医薬品の選択的な蓄積と取り込みに寄与している36。マクロファージは、ナノ物質に対する自然免疫系の初期応答者として機能し、IBDのナノベース治療における細胞標的化戦略の焦点として浮上している37。マクロファージに関連する数多くの分子標的、特にレクチン受容体マクロファージガラクトース型C型レクチン(MGL)、マンノース受容体、デクチン-1などの糖受容体が、NP標的化のために探索されている11,12,38,39。
C-型レクチンファミリーの一員であるMGLレセプターは、特定の免疫細胞、特にマクロファージに顕著に発現している。Zeeshanら39 は、ガラクトースで表面を修飾することにより、NPのマクロファージへのターゲティング効率が向上することを示した。ガラクトースと結合した高分子NPは、ガラクトシル化(GAL)-PLGAとして知られ、最適な特性を示し、生体適合性を示した。マクロファージによるGAL-PLGAの取り込みはD-ガラクトースによって阻害され、MGL-2の関与が確認された。デキストラン硫酸ナトリウム(DSS)大腸炎モデルマウスでは、GAL-PLGA NPは炎症腸内に選択的に集積したことから、炎症腸内のマクロファージを経口でターゲティングする有望なプラットフォームとしての可能性が示唆された。別のアプローチでは、Xiongら38が、シクロスポリンAを送達するために、キトサン-アルギン酸ハイドロゲルに埋め込んだ経口ガラクトース化カルボキシメチルキトサンポリマーナノミセルを開発した。有利な属性を持つガラクトース化カルボキシメチルキトサンNPは、マクロファージによる内部化の増加を示し、炎症性マクロファージに標的送達するためのガラクトース受容体を介したエンドサイトーシスによる特異的な内部化を示している。ガラクトースの表面修飾もまた、細胞外小胞のマクロファージ標的化能力を高めるために用いられた。Liuら21は、胃での分解からIL10を保護し、大腸固有層内の炎症性マクロファージへの標的送達を促進するために、ネスト化送達システムであるGal-インターロイキン10(IL10)細胞外小胞(キトサンアルギン酸塩中)を設計した。
多糖類のレンチナン(LNT)に焦点を当てた研究で、Linら11人は大腸マクロファージを標的とした経口LNTベースのNPの開発を検討した。細胞への取り込みを評価した結果、LNT-NPはマクロファージを特異的に標的とし、β-グルカンからDectin-1レセプターへの取り込み率を高めることが示された。LNT-NPは、優れた胃安定性と消化酵素に対する耐性を示した。カプセル化により、大腸病変への薬物ターゲティングが著しく改善され、生体内分布試験では、炎症を起こしたマウスの大腸にLNT-NPが効率的に集積することが明らかになった。予想されたように、薬物を充填したLNT-NPは、Toll様受容体4/MyD88/核因子κBシグナル伝達経路を阻害することにより、炎症を有意に緩和した。これらの利点は、LNTベースのNPが、UC治療のための有望な経口DDSであることを示唆している。
表面修飾戦略もまた、活性化マクロファージを標的とするために探索された。Liら40は、表面にデキストラン硫酸コーティングを施したポリドーパミンNPを作製し、活性化マクロファージ上のクラスAマクロファージスカベンジャーレセプターに特異的に結合することを示した。動物実験では、これらのNPを経口投与すると大腸の炎症が有意に緩和された。
より洗練されたDDSは、Hanら12により、β-シクロデキストリンとD-マンノースを用いて表面修飾し、酵母細胞壁微粒子に封入したものである。In vitroの実験では、NPのマクロファージへの内在化効率が改善され、マンノースレセプターとの結合により抗炎症作用が増強されることが示された。Yooら41は、糖鎖(腸内細菌の細胞膜を覆う表面層)構造にヒントを得て、ビリルビンを結合させた糖鎖模倣NPのライブラリーを構築し、IBDのマウスモデルにおいて大腸炎の症状を効果的に緩和した。
糖鎖修飾NP以外にも、Larouiら42は、フラグメント抗原結合領域による表面修飾が、高分子ポリ乳酸-ポリ(エチレングリコール)NPのin vitroマクロファージ標的化動態を改善することを示した。DSS誘発大腸炎マウスにおいて、TNF-αsmall interfering RNA(siRNA)をデリバリーしたフラグメント抗原結合ポリ乳酸-ポリ(エチレングリコール)NPを経口投与したところ、TNF-α発現抑制効果が有意に高く、非カバーNPと比較して抗炎症活性が増強された。
関連分子標的を介した上皮の標的化
腸管上皮は消化管バリアにおいて極めて重要な役割を果たしており、その機能不全はIBDに関与している。上皮細胞レセプターを標的とするリガンドや抗体など、特異的な表面修飾を施したNPを用い、上皮細胞への親和性を高める戦略が開発されている。このアプローチは、治療薬を上皮細胞に直接送達し、治癒を促進し、バリアの完全性を維持しようとするものである。
ペプチドトランスポーター1(PepT1)は、主に小腸に存在するプロトン結合オリゴペプチドトランスポーターであるが、大腸上皮細胞で発現が亢進しており、IBDの発症と進行に関連している。Wuら43は、急性潰瘍性大腸炎を緩和するために、シクロスポリンAを正確に送達する革新的なPepT1を介した医薬品ナノシステムを考案した。PepT1に対する高親和性リガンドとしてリジン・プロリン・バリン(KPV)トリペプチドを用い、合成されたNPはPLGA-KPVにモンモリロナイト/キトサンコーティングを施したもので、シクロスポリンAの漏出を最小限に抑えた。重要なことは、これらのNPが大腸上皮細胞を選択的に標的とし、炎症組織に36時間まで蓄積したことである。DSS誘発性UCのマウスモデルにおいて、薬剤を負荷したPLGA-KPV/モンモリロナイト/キトサンNPは、体重、結腸長、疾患活動性指数の顕著な改善をもたらし、効果的なDDSとしての可能性を示唆した。
同様に、大腸上皮細胞およびマクロファージ上の分化クラスタ98(CD98)のアップレギュレーションは、疾患の進展と関連している44。これに対処するため、Xiaoら45は、CD98 siRNAをキトサン-アルギネートヒドロゲルに封入し、その表面に一本鎖CD98抗体CD98)を持つNPを移植する革新的な戦略を導入した。得られたNPはCD98過剰発現細胞に対して顕著な親和性を示した。著者らは、これらのNPで処理した場合、Colon-26細胞とRAW264.7マクロファージでCD98レベルの有意な減少を観察した。さらに、経口投与されたNPは、T細胞移植マウスモデルと黄砂誘発大腸炎モデルの両方で、大腸炎の重症度を緩和する効果を示した。この研究は、標的薬物送達およびIBD治療の有望な戦略として、特定の細胞タイプに高い親和性を持つNPの可能性を強調するものである。
腸細胞の先端(管腔)表面に発現する葉酸受容体は、食事から摂取された葉酸の吸収細胞への取り込みを促進する。Wangら46は、葉酸受容体のリガンドである葉酸(FA)を、腸細胞への標的送達のための機能化脂質NPの一部として使用した。FAはノンコンジュゲートで結合され、NPの吸収と負荷されたsiRNAのバイオアベイラビリティを向上させた。このアプローチは、マウスモデルにおいて、二価金属イオン輸送体1の発現を効果的に阻害し、鉄の負荷を減弱させた。このことは、FA機能化脂質NPが、他の方法では到達が困難な十二指腸の病変を治療するためのナノDDSとして使用される可能性を示唆している。
その他の標的戦略
マクロファージと腸細胞に焦点を当てた従来の治療戦略だけでなく、別の細胞標的を探索することは、ナノベースの治療戦略において有望なフロンティアとなる。ゴブレット細胞は粘膜の防御に寄与し47 、パイエル板 のミクロフォールド(M)細胞はタイトジャンクションで武装し た強固なバリアを形成し48 、幹細胞は再生能を提供する49 。杯細胞のユニークな特性、M細胞の戦略的な位置、幹細 胞の再生可能性を利用することで、研究者は、標的治療薬 の送達を強化し、有効性を最適化し、標的外影響を最小化 するようなNPの設計を行うことができる。
ゴブレット細胞は小腸上皮で2番目に多い細胞で、保護粘液ゲル層のムチンを分泌する。腸管上皮細胞の中で2番目に多い細胞集団であるにもかかわらず、経口投与強化のために杯細胞を標的とした研究は限られている。課題としては、効果的な薬物送達と細胞への取り込みを阻害する活発な粘液分泌や、杯細胞の比較的低い貪食能と吸収能が挙げられる。研究では、CSKSSDYQCが杯細胞特異的なターゲティング・リガンドとして同定され50、NPターゲティングの可能性が探られている。Chenら51は、CSKSSDYQCペプチドで機能化したN-トリメチルキトサンNPを、経口インスリン送達のために研究しており、IBD治療のために杯細胞を標的とするNPの重要な可能性を強調している。
M細胞は特殊な腸管上皮細胞であり、粒子状物質のトランスサイトーシスと輸送に高い能力を持つ。連続的な粘液コーティングの欠如、膜ヒドロラーゼ活性の低下、薬物排出トランスポーターのまばらさといったM細胞特有の特徴により、NPの吸収に好都合である52。M細胞をターゲットにするには、Toll様受容体、ヌクレオチドオリゴマー化ドメイン様受容体53、C型レクチン受容体、α5β1インテグリン受容体など、病原体と宿主の相互作用や抗原処理に関連する受容体が関与する54。モノホスホリルリピドA、細菌フラジェリン、アルギニル-グリシル-アスパラギン酸ペプチド、アルギニル-グリシル-アスパラギン酸ペプチド模倣物などのリガンドは、NPとM細胞との相互作用を増強する55。さらに、M細胞のタイトジャンクションタンパク質であるクローディン4(56)、およびウレウスユーロパエウスアグルチニンIのようなレクチンが、NPの取り込みを改善するリガンドとして使用されてきた57。クローディン4をクロストリジウム・パーフリンゲンス(CPE30)ペプチド(リガンド)でターゲティングした場合も、M細胞との相互作用が増強された58。レクチンで機能化したNPを用いた研究では、in vitroでM細胞の取り込みが促進され、in vivoではパイエル板での局在性が向上した59。
腸管幹細胞は組織の再生と修復に不可欠であり、これらの細胞をNPで標的とすることで、IBDの組織治癒を促進できる可能性がある60。しかし、腸管幹細胞を標的とするには、その存在量の少なさや動的な挙動など、特有の課題があるため、より困難である。Juら61は、ブドウのエキソソーム様NP(GELN)が腸管幹細胞を標的とすることに成功し、組織のリモデリングと黄砂誘発性大腸炎からの保護につながることを実証した。注目すべきは、GELN処理によって幹細胞のオルガノイド形成が改善されたのに対して、β-カテニンシグナル伝達経路を阻害すると、ロイシンリッチリピートを含むGタンパク質共役型受容体5+幹細胞の産生が減少したことである。ロイシンリッチリピート含有G蛋白質共役型レセプター5を増強した緑色蛍光蛋白質-内部リボソーム進入部位-エストロゲンレセプターの改変型と融合したCreリコンビナーゼ、バリアント2マウス組織切片で可視化すると、腸管幹細胞にGELNが存在することが確認された。これらの知見は、植物由来のエクソソームNPが、幹細胞をターゲットとしたナノDDSの有望な選択肢となりうることを示唆している。
これらの分子には、活性酸素、TNF-α、IL(IL1、IL6、IL12、IL23)が含まれ、これらの分子を標的とするように設計されたNPは、細胞外マトリックスに蓄積する効果もある可能性がある。
セラノスティックナノDDS
従来のIBDの臨床評価は、コンピュータ断層撮影やMRIなどの画像診断技術で造影剤を用いて腸の炎症徴候を確認することに依存している。ナノテクノロジーと医用画像診断技術の融合は、IBDテラノスティクスの領域における大きな飛躍を意味する。これらの革新的なアプローチにより、消化管障害の複雑さが解明され、より的を絞った効果的な治療介入への道が開かれる。
コンピュータ断層撮影では、造影剤が消化管に非特異的に分布するため、正確な診断が損なわれ、IBD患者が蓄積放射線にさらされるという課題が生じる63。この課題に対処するため、Nahaら64は、デキストランで機能化した酸化セリウムNPという新しい解決策を発表した。このナノ造影剤は、腸管マクロファージ内でのターゲティング能力を高め、炎症領域に特異性を示すと同時に、人工的な活性酸素除去剤として作用し、酸化ストレスを緩和する。前臨床試験で安定性と生体適合性が実証されたデキストラン機能化酸化セリウムNPは、IBDセラノスティクスの分野における画期的な進歩である。
近年、酸化鉄NP(IONP)は、特にMRIの経口造影剤としての役割において大きな関心を集め、第4相臨床試験まで進んでいる。この標的化アプローチは、IONPの造影能と相まって、特定の組織や臓器 のイメージングや可視化の向上に寄与する。さらに、IONPは、パッシブ・アプローチやアクティブ・アプローチを含む様々なターゲティング方法を用いて、炎症を起こした細胞に薬剤を送達し、治療効果を著しく高める67。この分野の進歩に伴い、ナノテラノスティクスとMRIの統合は、IBDの診断・治療において、より正確で個別化された介入を約束する。
医用画像診断における造影剤としての利用とは別に、分子イメージング技術もIBD治療のためのナノメディシンの開発に利用されている。Yanら68人は、P-セレクチン結合ペプチドでコーティングしたPLGAナノ粒子を開発することで、この進化する状況に貢献した。これらのNPは、親油性色素(1,1'-dioctadecyl-3,3,3',3'-tetramethylindocarbocyanine perchlorateおよび1,1'-dioctadecyl-3,3,3',3'-tetramethylindodicarbocyanine, 4-chlorobenzenesulfonate salt)を担持し、抗炎症性天然物であるベツリン酸とレスベラトロールをシステムに組み込んだ。ベツリン酸/レスベラトロールを担持したNPは、平均サイズ164.18 nm、負のゼータ電位(-25.46 mV)を示し、高い封入効率と持続的な薬物放出を示した。P-セレクチン結合ペプチドでコートされたPLGA NPは、in vitroでRAW 264.7細胞とColon-26細胞に効率よく浸透し、炎症を起こした結腸を好む傾向を示した。ルミノールと組み合わせると、これらのNPはミエロペルオキシダーゼ依存性の生物発光イメージングを活性化し、生物発光共鳴エネルギー移動-蛍光共鳴エネルギー移動効果を利用して組織の炎症を可視化した。重要なことは、NPはマウスモデルにおいてUCの症状を緩和し、腸内細菌叢のバランスを維持し、臓器傷害を予防する顕著な有効性を示したことである。現在の送達経路は静脈内であるが、経口送達可能なナノプラットフォームを開発することで、IBDの治療薬となる可能性がある。
結論と今後の展望
IBDの病態生理に関与する細胞および分子標的が複雑に絡み合っていることから、革新的な治療法の開発が求められている。先進的な経口ナノ薬剤は、特定の細胞・分子経路を正確に標的とすることで、IBD治療の精度と有効性を高める有望な手段を提供する。このアプローチは、特定の細胞への薬物送達を調整することから、正確に標的化された治療介入と診断能力をシームレスに統合することにまで及ぶ。現在、分子標的に基づいて設計された経口NPは、マクロファージ、腸細胞、結腸細胞、杯細胞などの豊富な細胞に効果的に到達し、標的化することに優れている。しかし、腸管幹細胞を効率的に標的とする点では、顕著なギャップが存在する。GELNのような植物由来のエクソソームNPは、マイクロピノサイトーシスを介して大腸幹細胞を標的とする能力を示している。幹細胞ターゲティング機能に関連するGELNの化学的特性を調べることは、より効率的な幹細胞ターゲティングナノDDSを開発する上で極めて重要である。この理解は、この分野における進歩への道を開くだろう。
IBDは、独創的な解決策を必要とする複雑な慢性疾患として際立っている。IBD治療の基本的要素は、正確な薬物送達のためのNPの戦略的設計である。研究者たちは、薬物送達のためのNPの標的化能力を高めるために、AIの利用を模索している。このアプローチは、副作用を最小限に抑えながら、薬物送達の精度と効率を最大化することを目的としている70。
高度なイメージング技術とAIの相乗効果により、炎症部位におけるNPの分布と相互作用に関する貴重な洞察が得られる。このダイナミックなフィードバックループにより、医療専門家はリアルタイムで調整を行い、治療効果を最大化するために薬物放出を最適化するために必要なデータを得ることができる。IBDは多くの場合、疾患活動性の変動するシンフォニーとして展開する。AIアルゴリズムは、過去のデータとバイオマーカーを分析することで、症状の悪化を予測できる可能性がある。このようなAIを搭載したシステムは、変化する疾患動態に対応して薬物放出スケジュールを再調整することができ、治療効果の持続性を確保することができる。急速に発展しているいくつかの分野では、標的部位の予測、薬物放出プロファイルの最適化、IBDの管理における属性のカスタマイズなど、ナノメディシンを支援するAIの役割が強調されている。AI主導のアルゴリズムが徐々に統合されることで、IBD管理のためのNPベースの治療法の将来を形作る上で極めて重要な役割を果たすと予想される。
著者貢献
Chunhua YangとDidier Merlinが本原稿の構想に貢献し、Chunhua Yangが総説の執筆を担当し、Kripa Sharma、Rabeya Jafrin Mow、Eunice Bolay、Anand Srinivasanが本総説のための文献収集に協力し、Didier Merlinが原稿の修正に重要な役割を果たした。また、ディディエ・メルランが原稿の修正に重要な役割を果たした。
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論文情報
出版履歴
オンライン公開 2024年3月13日
受理済み 2024年3月7日
受理:2024年3月7日 受理:2023年12月30日
出版段階
インプレスジャーナル予稿集
脚注
利益相反 著者らは利益相反を公表していない。

資金提供 本研究は、米国国立糖尿病・消化器・腎臓病研究所の助成金RO1-DK-116306および退役軍人省功労賞BX002526(D.M.)の支援を受けた。ディディエ・メルリンは、退役軍人省からSenior Research Career Scientist Award BX004476を受賞している。

身分証明書
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcmgh.2024.03.005

著作権
© 2024 The Authors. AGA Instituteの委託によりElsevier Inc.が発行。
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図1腸を標的とした経口ナノDDSの基本的側面。(A)経口投与されたNPは消化管を通過する間に環境変化(pH、粘液、微生物叢、酵素など)に遭遇する。(B)IBD患者に薬剤を送達するためのNP材料とターゲティング機構の選択肢。

表1細胞特異的ターゲティングに使用される潜在的分子標的の概要
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