特 集薬 学 研 究 の 未 来 を 拓 く

COPD や中枢神経系疾患治療に貢献する DDS 研究

東京理科大学 薬学部 生命創薬科学科 講師

1．はじめにあき た

秋田とも み智后

同定された肺胞上皮前駆細胞に対し，合成レチノイド
Am80 が分化誘導効果を有すること，さらに，エラス

ドラッグデリバリーシステム（Drug Delivery System ;ターゼ誘発性 COPD モデルマウスに 1.0 mg/kg の用DDS）は，薬物を必要な時に，必要な量を，必要な部量で経肺投与することで，有意な肺気腫改善効果が得位に，選択的に送達することを目指した製剤技術です．

られ，Am80 が COPD の根治治療薬になり得る可能

薬物の体内における時間的，量的，空間的な制御によ性を示してきました1，2）．しかし，そこから推定されって，医薬品の有効性や安全性が向上し，副作用も軽る Am80 の ヒ ト 臨 床 用 量 は 5.0 mg/60 kg で あ り，減することが可能となるため，患者のクオリティ・オ

Am80 を吸入粉末剤化するためには薬効量の低下が必ブ・ライフ（QOL）を向上させることができます．筆

要でした．そこで，Am80 の肺気腫改善効果を高める者の研究室（物理薬剤学・製剤学）は，2024 年度よりための DDS の構築を行いました．

発足しましたが，2011 年に本学薬学部 DDS・製剤設

具体的には，Am80 の作用点である核内への移行量計学の山下親正教授の研究室に一期生として配属されを向上させるために，細胞内環境応答性脂質を用いたて以来，一貫してご指導を頂き，DDS に関する研究脂質ナノ粒子（Lipid Nanoparticle；LNP）による細胞質を行ってきました．

デリバリーと，レチノイン酸結合タンパク質 RARα の

本稿では，主な研究内容として，肺胞再生を目指し核局在化シグナルを利用した DDS 戦略を用いました．

た分化誘導を基盤とする COPD 根治治療薬の DDS のその結果，Am80 封入 LNP が，炎症により増加した

開 発 と，国 立 研 究 開 発 法 人 日 本 医 療 研 究 開 発 機 構

アポリポプロテイン E を介してエンドサイトーシス（AMED）事業に採択され，研究代表者である山下教授を経て細胞内に取り込まれ，2 種の細胞内環境応答ユの下，筆者が研究分担者として研究を行っている中枢

ニットである「第三級アミン」と「ジスルフィド結神経系疾患治療を目指した神経回路を活かした Nose-合」を搭載した細胞内環境応答性脂質の機能によるto-Brain システムの開発に関する研究について紹介し

LNP の効率的なエンドソーム脱出と LNP から細胞質ます．

への薬物放出を経て，RARα の関与により Am80 の核2．肺胞再生を目指した分化誘導を基盤とする
COPD 根治治療薬の DDS の開発
慢 性 閉 塞 性 肺 疾 患（Chronic Obstructive Pulmonary

内移行量が有意に増加することを示しました3）【図 1】．
第三級アミンは，エンドソーム内の低 pH 環境に応答してプロトン化し，対イオンがエンドソーム内に流入することでエンドソーム内の浸透圧が上がり，水が流入してエンドソームを崩壊させることで LNP の細胞

Disease ; COPD）は，2019 年における世界の死亡原因の第 3 位を占める疾患ですが，有効な薬物療法は未だに対症療法しかありません．有
毒ガスや喫煙などの長期吸入曝露を主な発症原因とし，末梢気道病変と気腫性病変が様々な割合で複合的に関与して気流閉塞を示します．特に日本では，肺胞領域で弾性線維が破壊される気腫型が多いと考えられています．
肺胞の再構築には肺胞を構成する I 型及び II型肺胞上皮細胞への前駆細胞分化が重要です．
筆者らの研究グループでは，近年ヒトにおいて【図 1】Am80 封入 LNP の細胞内移行プロセス
理大科学フォーラム

2024（8）19

質中への脱出を可能にします．ジスルフィド結合は，物が脳脊髄液へ拡散や全身吸収されるため，経鼻投与細胞質中のグルタチオンによる還元反応を受け，その後の薬物は，細胞内へ取り込ませ神経へと移行させる結合が開裂することでナノ粒子の不安定化を引き起こ必要がありました．また，神経科学の常識として，神し，封入した薬物の細胞質中への放出を可能にしてい経細胞の軸索輸送は非常に遅いことが知られていまします．細胞での評価に加え，マウスにおける薬理効果た．そこで，神経細胞への取り込みを促進させるためを 評 価 し た 結 果，0.01 mg/kg の Am80 を 封 入 し たの膜透過性促進配列である Cell-penetrating Peptide

LNP を 経 肺 投 与 す る こ と に よ り，LNP 未 封 入 時 の（CPP）と，エ ン ド ソ ー ム 脱 出 促 進 配 列 で あ る

100 分の 1 の投与量で肺胞修復効果及び呼吸機能改Penetration Accelerating Sequence（PAS）を神経ペプ善効果が得られました ．

チ ド に 付 加 し，軸 索 輸 送 が 速 く な る よ う な 誘 導 体4）（PAS-CPP-GLP-2）を創製しました【図 3】．

以 上 の 結 果 よ り 推 定 さ れ た Am80 臨 床 用 量 は

まず，PAS-CPP-GLP-2 の CPP によりマクロピノサ0.05 mg/60 kg となりました．そこで，臨床応用を目指して，Am80 封入 LNP を最大限活かす吸入製剤をイトーシスが誘起され，誘導体が効率よく神経細胞に開発するため，患者吸気の空気衝撃で多孔質な凍結乾取り込まれた後，PAS の作用でエンドソーム脱出して燥ケーキが瞬時に崩壊し，微粒子を生成する凍結乾燥細胞質に移行し，さらに細胞外に移行して次の神経細を用いた LDPI（Lyophilizate Dry Powder Inhalation）システム5）に着目し製剤設計を行いました．製剤の添加剤としてフェニルアラニンとロイシンを選択し，改良した空気力学的粒度分布装置5）を用いて応答曲面法により最適添加剤量を決定しました【図 2】．その添加剤 量 は フ ェ ニ ル ア ラ ニ ン 1.25 mg/vial，ロ イ シ ン
0.65 mg/vial となり，決定した最適処方を用いた吸入特性試験の結果，臨床用量 0.05 mg/vial を満たす吸入粉末製剤化に成功しました．また，LNP の機能，Am80 の分化誘導効果において，凍結乾燥による影響はみられないことを確認しています．

【図 2】
（a）応答曲面の一例と（b）最適添加剤量により作製された凍結乾燥ケーキ

3．神経回路を活かした
Nose-to-Brain システムの開発
うつ病やアルツハイマー病などの中枢神経系疾患は，中枢への薬物送達が難しいことから，薬剤貢献度や治療満足度が低い，アンメット・メディカル・ニーズが高い疾患です．近年，生体に存在する神経ペプチドで促

あ る Glucagon-like peptide-2（GLP-2）は，マ ウ ス への側脳室内投与により抗うつ様作用を示し，治療抵抗【図 3】GLP-2 誘導体における PAS-CPP のアミノ酸配列性うつ病のモデル動物に対しても有効であることから，うつ病の新規治療薬候補として期待されています．し胞へ乗り継いで移行していくという仮説を立て，in

かし，脳内に薬物を直接注入する側脳室内投与は侵襲

vitro の実験系を用いて検証しました．その結果，仮性が高いため，山下教授発案の下，筆者らは神経ペプ説通りにマクロピノサイトーシスによる細胞内取り込チドを非侵襲的に脳内へ送り届ける DDS 技術の確立

みと PAS によるエンドソーム脱出，その後の細胞外を目指しました．

移行がみられ，この PAS-CPP-GLP-2 をマウスに経鼻経鼻投与後の中枢移行経路は，まず鼻粘膜の嗅上皮投与したところ，側脳室内投与と同用量で，かつ単回と呼吸上皮を介した経路に大別され，それぞれの上皮投与後 20 分という時間で薬効を示し，驚くほど効率からは細胞間隙または神経を介する経路の，合計 4的に中枢へ移行していることが明らかになりました6）．

つの経路が存在します．細胞間隙を介した経路では薬

また，GLP-2 と同じく生体内の神経ペプチドであり，

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特集

薬学研究の未来を拓くすることで低用量化に成功し，その細胞内移行プロセスを明らかにして，臨床用量を満たす吸入粉末製剤の開発に成功しました．今後は，機能性脂質を用いた
LNP の経肺投与が，他の難治性肺疾患に対しても有用であるか，その可能性を検討していきたいと思います．
Nose-to-Brain シ ス テ ム の 開 発 で は，機 能 性 配 列
PAS-CPP を神経ペプチドに付加することで，細胞内を移行し，神経細胞を乗り継いで効率的に中枢移行することを，その移行メカニズムと共に明らかにすることができました．本システムは神経細胞の内側から薬【図 4】初 代培養した三叉神経における順行性・物を作用させることが可能となるため，現在，山下教

逆行性輸送のイメージ授を研究代表者として AMED 事業に採択され，筆者
アルツハイマー病の新規治療薬候補として期待されるはアルツハイマー病の治療薬の実用化に向けて，研究Glucagon-like peptide-1（GLP-1）を誘導体化（PAS-CPP-分担者として研究を推進しているところです．

GLP-1）したところ，仮説通りの細胞動態を示し，加えて三叉神経の初代培養細胞を用いたことで神経細胞を順行性輸送（細胞体から軸索末端に向かう輸送）・逆行性輸送（軸索末端から細胞体に向かう輸送）【図 4】することを世界で初めて実証することができました ．
7）

謝辞
本研究成果は，本学薬学部の山下研究室在籍中のものであり，学生時代から引き続き現在まで，多大なる次に，PAS-CPP-GLP-2 が側脳室内投与と経鼻投与ご指導とご支援を頂いている山下親正教授に深く感謝

で同じ薬効量を示した理由を解明するため，両者にお申し上げます．また，本研究を進めるにあたり，共同ける中枢移行経路を比較することとしました．側脳室研究者としてご協力頂きました多くの先生方に対し，内投与では投与された薬物は速やかに脳脊髄液（CSF）この場をお借りして厚く御礼申し上げます．そして，へと拡散し，CSF で満たされた血管周囲腔を透過して昼夜を問わず多くの実験を行い，素晴らしい研究成果薬物作用部位の脳実質細胞へと移行します．ELISA とに繫げてくれた研究室の皆様に，感謝の意を表します．

免疫染色法を用いた検討の結果，側脳室内投与後のPAS-CPP-GLP-2 は CSF 中には移行したものの，血管周囲腔に多くが留まり，実質細胞にほとんど移行していないことが分かりました8）．一方，経鼻投与では［ 参考文献 ］
1）H. Sakai, M. Horiguchi, C. Ozawa, T. Akita, K. Hirota, K. Shudo, H.
Terada, K. Makino, H. Kubo, C. Yamashita, J. Control. Release., 196,154―160（2014）

CSF と血管周囲腔のどちらにも検出・観察されず，呼2）H. Sakai, M. Horiguchi, T. Akita, C. Ozawa, M. Hirokawa, Y. Oiso, H.

吸上皮の三叉神経から三叉神経節，神経投射経路上のKumagai, Y. Takeda, I. Tachibana, N. Maeda, C. Yamashita, J.

三叉神経毛帯，そして作用部位である海馬や視床下部に誘導体が検出され，これら一連の神経経路を移行したことが分かりました8）．以上より，PAS-CPP-GLP-2は側脳室内投与と経鼻投与で異なる経路で中枢移行する こ と を 明 ら か に し ま し た．さ ら に，現 在 で は，
PAS-CPP-GLP-1 および PAS-CPP-GLP-2 の薬効面でも新たな有用性が得られる新規誘導体の開発にも成功しています．

4．おわりにCOPD 根治治療薬の開発を目指した DDS 研究では，

Pharmacol. Exp. Ther., 361, 501―505（2017）3）T. Akita, K. Oda, S. Narukawa, Y. Morita, K. Tange, Y. Nakai, C.
Yamashita, Pharmaceuticals, 16, 838（2023）
4）T. Akita, Y. Morita, T. Kawai, K. Oda, K. Tange, Y. Nakai, C. Yamashita,
Pharmaceutics, 15, 37（2023）
5）K. Miyamoto, H. Taga, T. Akita, C. Yamashita, Pharmaceutics, 12, 976（2020）
6）T. Akita, R. Kimura, S. Akaguma, M. Nagai, Y. Nakao, M. Tsugane, H.
Suzuki, J. Oka, C. Yamashita, J. Control. Release, 335, 575―583（2021）
7）T. Akita, M. Shimamura, A. Tezuka, M. Takagi, C. Yamashita, Eur. J.
Pharm. Biopharm., 195, 114176（2024）
8）T. Akita, Y. Oda, R. Kimura, M. Nagai, A. Tezuka, M. Shimamura, K.
Washizu, J. Oka, C. Yamashita, J. Control. Release, 351, 573―580（2022）

細胞内環境応答性脂質を用いた LNP に Am80 を封入
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