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扁平上皮がんは口腔に影響を与える悪性腫瘍である。リドカインは様々な細胞種で抗増殖性や細胞障害活性を示す。急速な分散は限定的な問題であるが、シクロデキストリンとの複合体は薬理学的な特性を改善し薬物の放出を改善する。今回の研究はリドカインとヒドロキシプロピルβシクロデキストリンの複合体が人の扁平上皮がん細胞のSCC9細胞やSCC25細胞の細胞生存率や増殖に与える影響を検討した。
複合体の形成を示差走査熱量測定や走査型電子顕微鏡によって確認した。SCC9やSCC25細胞にリドカインとヒドロキシプロピルβシクロデキストリンを処置し細胞増殖性や抗増殖性の活性を検討した。
示差走査熱量測定や走査型電子顕微鏡によってホストゲスト相互作用を確認した。リドカインのみではSCC9細胞の生存率を83%に下げたがリドカインとヒドロキシプロピルβシクロデキストリンの複合体は生存率を63%に下げた。SCC25細胞に置いてはリドカインのみでは細胞生存率を71%に下げたがリドカインとヒドロキシプロピルβシクロデキストリンの複合体は生存率を44%に下げた。リドカインはSCC9細胞の増殖を39.5%SCC25細胞の増殖を23.7%にそれぞれ下げた。リドカインとヒドロキシプロピルβシクロデキストリンの複合体はどちらの細胞株にも細胞障害性を示した。
ヒドロキシプロピルβシクロデキストリンはin vitroにおいて人扁平上皮がんに対するリドカインの細胞毒性効果を増強させることが出来る。
参考論文
Effects of lidocaine and the inclusion complex with 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin on cell viability and proliferation of oral squamous cell carcinoma.
Ferreira LEN1, Antunes GBM2, Muniz BV2, Burga-Sánchez J2, de Melo NFS3, Groppo FC2, Fraceto LF4, Volpato MC2.
1 Department Foundation Sciences, School of Dental Medicine, East Carolina University, Greenville, NC, USA.
2 Department of Physiological Sciences, Piracicaba Dental School, University of Campinas (UNICAMP), Piracicaba, SP, Brazil.
3 Department of Immunology and Molecular Biology, São Leopoldo Mandic Research Center, Campinas, SP, Brazil.
4 Laboratory of Environmental Nanotechnology, Institute of Science and Technology of Sorocaba, São Paulo State University (UNESP), Sorocaba, SP, Brazil.
J Pharm Pharmacol. 2018 Apr 6. doi: 10.1111/jphp.12917.
Current Impact Factor of 2.405

糖ペプチドは、バイオマーカーの探索や病気の進行や原因を見識する重要な指標である。しかしながら、糖ペプチドは糖化されていないペプチドの2~5%であり、同定が非常に困難である。

そこで、筆者らは、シクロデキストリン、グルタミン酸およびポリエチレングリコールを用いて、自己会合型の分子チューブ(glu-CDMT)を開発した。糖ペプチドを選択的に捕捉するためには、表面の親水性が重要である。glu-CDMTは、シクロデキストリンがロタキサン状に繋がっているため、表面は広範囲で親水性を示す。実際、glu-CDMT は、多くの糖ペプチドを捕捉可能であり、その選択性は、BSA(糖化されていないタンパク質)と比較してHRP(糖タンパク質)に対し、10000倍であった。また、glu-CDMTは、グルタミン酸が導入されていることにより、高い安定性および酸、アルカリ耐性を示した。

以上の特性から、glu-CDMTは、糖ペプチドの解析の有用なツールになり得る。

参考文献

Self-assembling glutamate functionalized cyclodextrin molecular tube for specific enrichment of N-linked glycopeptides

H. Zheng^a, X. Li^b, Q. Jia^{a, c}

^a College of Chemistry, Jilin University, Changchun 130012, China

^b China-Japan Hospital of Jilin University, Changchun 130033, China

^c Key Laboratory for Molecular Enzymology and Engineering of Ministry of Education, School of Life Sciences, Jilin University, Changchun 130012, China

ACS Appl. Mater. Interfaces, Just Accepted Manuscript (2018), DOI: 10.1021/acsami.8b01445

Current Impact Factor of 7.504 (2017 Journal Citation Reports)

高い機械的強度と生体適合性を有するハイドロゲルの開発が期待されている。本研究では、生体適合性、スライシング耐性、自己修復性を有するハイドロゲルの調製を可能にする二種類の相互作用を見出した。その一つは、３アームホストーゲスト超分子（HGSMs）を形成するためのホスト分子(isocyanatoethyl acrylate-modified β-cyclodextrin, β-CD-AOI2) とゲスト分子 (2-(2-(2-(Adamantyl-1-oxy)ethoxy)ethoxy) ethoxy)ethanol acrylate, A-TEG-Ad) 間の相互作用である。もう一つは UV重合によって得られるハイドロゲル中のHGSMs間の共有結合である。このホストーゲスト相互作用は、ハイドロゲルの迅速な自己修復性を可能にした。すなわち、ホストーゲスト相互作用を分断した表面同士を合わせると、相互の再認識が速やかに起こり、迅速な面の修復がなされた。得られたスマートハイドロゲルは、軟組織修復用のバイオマテリアルとして有用である可能性が示された。

参考文献

A Novel Rapidly Self-healing Host-guest Supramolecular Hydrogel
with High Mechanical Strength and Excellent Biocompatibility

Zhifang Wang et al., 

National Engineering Research Centre for Tissue Restoration and Reconstruction and School of Material Science and Engineering South China University of Technology, Guangzhou 510640 (China)

Angewandte Chemie International Edition, in press (2018).

First published: 18 May 2018 

https://doi.org/10.1002/anie.201804400

Current Impact Factor of 11.994 

近年、標的細胞選択的に薬物をデリバリーする際のリガンドとして、アプタマーが汎用されている。しかし、アプタマーと薬物の相互作用は弱く、化学修飾が必要になる一方で、アプタマー修飾により、薬物の活性の低下も懸念される。Jiang らは、モデルタンパク質の GFP にゲスト分子であるアダマンタンを、アプタマーにホスト分子の β–シクロデキストリンを修飾し、ホスト－ゲスト相互作用を介して GFP にアプタマーを可逆的に修飾した。本技術によりアプタマーを修飾した GFP は、効率よく細胞内に取り込まれた。本報告では、in vitro しか研究が行われていないものの、本技術は薬物にアプタマーを修飾する際に有用な技術になり得る。

参考論文

Supramolecularly Engineered Circular Bivalent Aptamer for Enhanced Functional Protein Delivery.

Ying Jiang et al.

Hunan University, China

J. Am. Chem. Soc. in press (2018).

Current Impact Factor of 13.858 (2017 Journal Citation Reports)

ニーマンピック病C型 (NPC)はコレステロールのリソソーム内への蓄積に特徴付けられる致死的な代謝性疾患である。HP-β-CDはニーマンピックC型モデル動物においてコレステロールの排泄促進や延命効果を示すにも関わらず、極度に高い濃度が必要である。筆者らはNPCにおいてβ-CDの治療効率を増強させるために、ポリマーチェインに沿って複数β-CDが連なり、酸性で切断可能なストッパー分子によってキャッピングされた酸分解性ポリロタキサンを開発した。酸分解性ポリロタキサンは酸性のリソソームの下解離し、リソソーム内にβ-CD群を放出することでHP-β-CDよりも低い濃度でNPCモデル細胞においてコレステロールの排泄を促進した。本研究ではポリロタキサンの治療効果についてNPCモデルマウスを用いて研究を行なった。毎週のポリロタキサン投与は以前報告されていたHP-β-CDに比べて500mg/kgという低い濃度にもかかわらずマウスにおいて寿命を有意に延長させ、神経変性を抑制した。詳細な組織コレステロールの分析によりポリロタキサンによる治療はNPCモデルマウスにおいて顕著にコレステロールの組織蓄積を抑止したが健常マウスにおいてはコレステロール量を変化させなかった。従って酸分解性ポリロタキサンはNPCの治療においてβ-CDの効力を増強させるための有望な候補である。

参考論文
Polyrotaxane-based systemic delivery of β-cyclodextrins for potentiatingtherapeutic efficacy in a mouse model of Niemann-Pick type C disease
Tamura A1, Yui N2.
1 Department of Organic Biomaterials, Institute of Biomaterials and Bioengineering, Tokyo Medical and Dental University (TMDU), 2-3-10 Kanda-Surugadai, Chiyoda, Tokyo 101-0062, Japan.
2 Department of Organic Biomaterials, Institute of Biomaterials and Bioengineering, Tokyo Medical and Dental University (TMDU), 2-3-10 Kanda-Surugadai, Chiyoda, Tokyo 101-0062, Japan.
Journal of Controlled Release. 2018 Jan 10;269:148-158
Current Impact Factor of 7.786 (2017 Journal Citation Reports)

筆者らは、ポリβ-シクロデキストリン(PCD)、アダマンタン(Ad)およびアクリルアミド(AAc)を用いて、新規超分子ハイドロゲル(PCD-Ad ハイドロゲル)を調製した。本PCD-Ad ハイドロゲルは、PCDとAdのホスト-ゲスト相互作用を利用し架橋することで、自己修復能および形状記憶能を有する。

実際、本PCD-Ad ハイドロゲルの自己修復能は、70℃、湿潤条件で、120分後に70%に到達した。この値は、過去の報告でポリマー化していないCDとAdにより調製されたハイドロゲルの値(~45%)より高かった。また、本PCD-Ad ハイドロゲルにFe³⁺を添加することにより、Fe³⁺とAAcのカルボキシ基が可逆的な架橋を形成し、形状記憶能を示した。

以上のように、PCD-Ad ハイドロゲルは、自己修復能および形状記憶能を有する新規超分子ハイドロゲルであることが示された。今後PCD-Ad ハイドロゲルは、自己修復コーティング材料やソフトアクチェーター材料としての応用が期待される。

参考論文

Self-healable tough supramolecular hydrogels crosslinked by poly-cyclodextrin through host-guest interaction.

T. Cai^a, S. Huo^a, T. Wang^a, W. Sun^a, Z. Tong^a,b

Carbohydr. Polym., 193, (2018), (54-61).

Current Impact Factor of 4.811 (2017 Journal Citation Reports)

2-ヒドロキシプロピル-β-シクロデキストリン（HPβCD）は、Niemann-Pick病C型（NPC）細胞のリソソーム中のコレステロールの蓄積を減少させることから、現在、米国において、臨床試験が実施されている。しかしながら、NPC細胞において、HPβCDがどのような機構でコレステロール蓄積を減少させるかは明らかでなく、その分子標的も不明である。著者らは、コレステロールとの相互作用が強いため、脂質ラフト阻害剤として汎用されている親水性シクロデキストリン誘導体であるメチル-β-シクロデキストリン（MβCD）が、Niemann-Pick病C1型（NPC1）細胞のマクロオートファジー/オートファジーフラックスの障害を回復させることを見出した。この作用は、MβCDがオートファジー経路における上流キナーゼであるAMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）のβ-サブユニットへ結合することで、AMPKを直接活性化することにより誘導されることが示された。AMPKβ1またはβ2サブユニットをコードするPRKAB1またはPRKAB2発現のノックダウンおよびAMPK阻害剤は、NPC1細胞におけるMβCDのコレステロール蓄積に対する減少効果を消失させた。これらの結果は、AMPKがMβCDの分子標的であり、その活性化がオートファジーの一連の流れを増強し、それによってNPC1細胞におけるコレステロール蓄積を減少させること、また、AMPKがNPC治療薬の開発において魅力的な標的であることを示すものである。

参考論文

Methyl-β-cyclodextrin restores impaired autophagy flux in Niemann-Pick C1-deficient cells through activation of AMPK

Dai S et al.

National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS), NIH , Bethesda , MD , USA.

Sir Run Run Shaw Hospital , Zhejiang University School of Medicine , Hangzhou , China.

Autophagy. 13(8):1435-1451 (2017).

Current Impact Factor of 8.593 (2017 Journal Citation Reports)

最近西田らは、メチル–β–シクロデキストリンから成るポリロタキサンが、LCST 以上の温度でコアセルベートを形成すること利用して、タンパク質デリバリーキャリアを構築した。ポリロタキサン中には酸性で分解される結合様式を導入し、酸性条件下でタンパク質を放出する工夫を施した。本コアセルベートには、アルブミン、リゾチーム、β–ガラクトシダーゼなど、種々のタンパク質を封入可能であった。また、コアセルベートからのタンパク質の放出は、中性 (pH 7.4) よりも酸性 (pH 5.0) において増大した。さらに、アルブミン封入コアセルベートを皮下投与すると、アルブミン単独に比べ、投与部位における滞留性が著しく増大した。このように、メチル–β–シクロデキストリンポリロタキサンから成るコアセルベートは、新規タンパク質キャリアとして有用であることが示唆された。

参考論文

pH-Responsive Coacervate Droplets Formed from Acid-Labile Methylated Polyrotaxanes as an Injectable Protein Carrier.

Kei Nishida et al.

Department of Organic Biomaterials, Institute of Biomaterials and Bioengineering, Tokyo Medical and Dental University

Biomacromolecules, in press (2018).

Current Impact Factor of 5.246 (2017 Journal Citation Reports)

クリスタリン網膜症は、日本人に多い遺伝性網膜変性疾患であり、病初期には網膜色素上皮細胞が障害され、その後2次的に視細胞障害が生じて網膜変性が進行することで最終的に失明に至ると考えられています。クリスタリン網膜症の原因遺伝子は、チトクロームP450のCYP4V2であると報告されていましたが、その病態は全く分かっていませんでした。本研究グループは、疾患特異的iPS細胞を用いて、患者由来の網膜色素上皮細胞を得ることで、試験管内での疾患モデルの作成に成功しました。患者由来の網膜色素上皮細胞では、空胞形成を伴う細胞変性が生じており、その結果、細胞死が引き起こされていました。また、患者由来の網膜色素上皮細胞に対して、網羅的脂質解析を用いることで、細胞内の遊離コレステロール蓄積がリソソーム機能障害を介して細胞変性・細胞死を引き起こしていることが明らかとなりました。更に、メチル-β-シクロデキストリンは、網膜色素上皮細胞内の遊離コレステロール蓄積を阻害することで、クリスタリン網膜症の病態を改善させることが示されました。

参考論文

Reduction of lipid accumulation rescues Bietti’s crystalline dystrophy phenotypes.

Hata M, Ikeda HO, Iwai S, Iida Y, Gotoh N, Asaka I, Ikeda K, Isobe Y, Hori A, Nakagawa S, Yamato S, Arita M, Yoshimura N, Tsujikawa A.

Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2018, 115(15):3936-3941.

マウスを3つの食事制限グループ (普通食を摂食させるグループ、高脂肪食を摂取させるグループ及び高脂肪食を摂取させさらにαシクロデキストリンを摂取させるグループ)に分けて16週間実験を行なった。結果、高脂肪食を摂取させたグループで体重及び精巣上体脂肪組織の重量は普通食を摂取させるグループに比べて増加していた、高脂肪食を摂取させさらにαシクロデキストリンを摂取させたグループは高脂肪食のみを摂取させたグループと比べて体重及び精巣上体脂肪組織の重量増加は小さかった。また高脂肪食摂取により減少した腸内細菌叢内のバクテリア、バクテロイデス、ビフィズス菌やラクトバチルスの数をαシクロデキストリンを摂取することで増加させた。重要なことにαシクロデキストリンを摂取することで盲腸内の乳酸や酢酸、プロピオン酸のような短鎖脂肪酸やブタン酸の濃度を上昇させグルコース濃度を減少させた。さらに、αシクロデキストリンを摂取することで脂肪組織での脂肪細胞の分化に関わるPPARγやエネルギー消費に関わるPPARαの遺伝子発現を増加させ、脂肪酸やトリグリセライド合成に関わるステロール調節エレメント結合タンパク質を減少させた。αシクロデキストリンは脂質代謝に関与する遺伝子の発現を調節することで腸内細菌叢を変えたり、乳酸や短鎖脂肪酸の産生を増加させることで肥満抑制効果をもたらすことが示唆された。

参考論文

Dietary α-cyclodextrin modifies gut microbiota and reduces fat accumulation in high-fat-diet-fed obese mice.
Nihei N1, Okamoto H1,2, Furune T1, Ikuta N2, Sasaki K3, Rimbach G4, Yoshikawa Y5, Terao K1,2.
1 CycloChem Bio Co., Ltd, Chuo-ku, Kobe, Hyogo, Japan.
2 Division of Food and Drug Evaluation Science, Graduate School of Medicine, Kobe University, Chuo-ku, Kobe, Hyogo, Japan.
3 Graduate School of Science, Technology and Innovation, Kobe University, Nada-ku, Kobe, Hyogo, Japan.
4 Division of Food Science, Institute of Human Nutrition and Food Science, University of Kiel, Kiel, Germany.
5 Department of Health, Sports, and Nutrition, Faculty of Health and Welfare, Kobe Women’s University, Chuo-ku, Kobe, Hyogo, Japan.

Biofactors. 2018 May 7. doi: 10.1002/biof.1429
Current Impact Factor of 3.236 (2017 Journal Citation Reports)