STAFF BLOG社員ブログ

D-β-ヒドロキシ酪酸塩とメラトニン(BHB/MLT)の点滴剤は、出血性ショックモデルの生存率を向上させる。従来のBHB/MLT製剤はメラトニンの溶解性を増加させるためにDMSOを含んでいる。そこで、筆者らは、DMSO中のBHB/MLT溶液を10%ポリビニルピロリドン(BHB/MLT/PVP)もしくは5%ヒドロキシプロピル-β-シクロデキストリン/2.5%PVP/2.5%ポリエチレングリコール400(BHB/MLT/CD)に置換し、最適な処方を検討した。出血性ショックモデルのラットにそれぞれ急速投与したところ、BHB/MLT/CD投与群の生存率が最も延長した。以上のことから、BHB/MLT/CDの構成は、出血性ショックの治療ににおいて有望な候補になり得る。

参考文献

Evaluation of novel formulations of d-β-hydroxybutyrate and melatonin in a rat model of hemorrhagic shock

A. Wolf¹, S. Thakral², K. Mulier³, R. Suryanarayanan², G. J. Beilman³

^aDepartment of Surgery, University of Minnesota, Minneapolis, MN 55455, USA

^bDepartment of Pharmaceutics, University of Minnesota, Minneapolis, MN 55455, USA

Int. J. Pharm. 548, 104-112 (2018).

Current Impact Factor of 3.862 (2017 Journal Citation Reports)

分岐シクロデキストリンは、溶解性や安全性に優れており、汎用性の高いシクロデキストリン誘導体である。最近 Liuxi らは、分岐シクロデキストリンの一種であるグルコシル–β–シクロデキストリンの高効率な合成方法を確立した。マルトデキストリンに、β–シクロデキストリングルコシルトランスフェラーゼ (β-CGTase) およびアミログルコシダーゼ (AG) を作用させると、β-CGTase のみを作用させた場合に比べ、生成物中のグルコシル–β–シクロデキストリンの含量が 10 倍増大し、さらに、副生成物である α– および γ–シクロデキストリン含量が減少した。本研究は、分岐シクロデキスリンを高効率に調製する上で、有益であると考えられる。

参考論文

Efficient Synthesis of Glucosyl-β-Cyclodextrin from Maltodextrins by Combined Action of Cyclodextrin Glucosyltransferase and Amyloglucosidase.

Liuxi Xia et al.

State Key laboratory of Food Science and Technology, Jiangnan University, China

J. Agric. Food Chem., 65, 6023-6029 (2017).

Current Impact Factor of 3.154 (2017 Journal Citation Reports)

シクロデキストリン（CD）は、環状オリゴ糖の一種であり、その独特な親水性の外表面および親油性の中央空洞は、多相互作用を介して、コレステロールおよびリン脂質などの様々な生体分子との包接複合体の形成を促進する。低密度リポタンパク質（LDL）は、血流中のコレステロールの主要なキャリアであり、アテローム性動脈硬化症の進行に関与する。 LDLの表面は、遊離のエステル化されていないコレステロールの大部分を含むリン脂質単層膜と、アポリポタンパク質B-100の単一複写物から構成される。今日まで、LDL表面の生体分子と相互作用するような多種のLDL吸着剤が製造されてきた。その優雅な構造のために、CDはより経済的で効果的なLDL吸着物質の調製のための有望な選択肢であると考えられている。したがって、本研究では溶液中のβ-CDとLDLとの相互作用を動的光散乱、円偏光二色性および紫外分光法により調べた。さらに、β-CDに基づく超分子表面は金表面上の自己組織化膜によって単純に調製された。 水素結合の効果とβ-CDとLDLとの間の相互作用するβ-CDの空洞は、表面プラズモン共鳴（SPR）分析によって特に探究された。 SPRの結果は、そのようなβ-CD修飾表面が良い選択性を示し、ドデシル硫酸ナトリウム洗浄によって大部分再生されることを示した。この研究は、LDLとLDL吸着剤との相互作用、または将来のより効率的で低コストのLDL吸着剤の設計および開発の理解を広げる可能性がある。
参考論文
A Selective and Regenerable Surface Based on β-Cyclodextrin for Low-Density Lipoprotein Adsorption.
Fang F1, Huang XJ1, Guo YZ1, Hong X1, Wu HM1, Liu R2, Chen DJ3.
1 MOE Key Laboratory of Macromolecular Synthesis and Functionalization, Department of Polymer Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2 Institute of Textiles and Clothing, The Hong Kong Polytechnic University, Hung Hom, Kowloon, Hong Kong.
3 Medical School, Hangzhou Normal University, Hangzhou 311121, China
Langmuir. 2018 Jun 20
Current Impact Factor of 4.268

ニーマンピック病C型 (NPC) は、エンドライソゾーム内に遊離型コレステロールが蓄積する難治性の神経変性疾患であり、重篤な神経症状や肝脾腫を呈するが、いまだ有効な治療法は確立されていない。近年、2-ヒドロキシプロピル-β-シクロデキストリン (HPβCD) がNPCの治療薬として臨床応用されているが、HPβCDの体内動態プロファイルが芳しくないため、大量のCDが必要であることや聴覚障害の副作用が問題となっている。そこで筆者らは、薬物動態および体内分布プロファイルが優れた新規βCDポリマープロドラック(ORX-301)を開発した。ORX-301は、血中滞留性の向上を企図して高分子量にβCDポリマー化し、さらに細胞内酸性環境でポリマー架橋部位が切断されるようにケタール結合を導入した。

ORX-301の皮下投与は、HPβCDと比較して、①AUCやバイオアベイラビリティーの値を改善、②神経行動学的スコアを向上、③生存率の延長などを示した。さらに重要なことに、ORX-301は、HPβCDで十分な効果を示す値(4000mg/kg)の1/5量(800mg/kg)で上記の効果を示した。

以上の知見より、βCDポリマープロドラック(ORX-301)は、新規NPC治療薬になり得ることが示された。

参考文献

Linear Cyclodextrin Polymer Prodrugs as Novel Therapeutics for Niemann-Pick Type C1 Disorder

A. Kulkarni¹, P. Caporali², A. Dolas³, S. Johny³, S. Goyal³, J. Dragotto², A. Macone⁴, R. Jayaraman⁵, M. T. Fiorenza^2,6

¹ Aten Porus Lifesciences, Bangalore, 560068, India. aditya@atenporus.com.

² Department of Psychology, Division of Neuroscience, Sapienza University, Rome, Italy.

³ Aten Porus Lifesciences, Bangalore, 560068, India.

⁴ Department of Biochemical Sciences “A. Rossi Fanelli”, Sapienza University of Rome, Rome, Italy.

⁵ TheraIndx Lifesciences Pvt Ltd., Bangalore, 562123, India.

⁶ IRCCS Fondazione Santa Lucia, Via del Fosso Fiorano 64, 00179, Rome, Italy.

Sci. Rep., 8, Article number: 9547 (2018). doi: 10.1038/s41598-018-27926-9.

Current Impact Factor of 4.259 (2017 Journal Citation Reports)

レスベラトロールは、抗酸化作用や抗がん作用などの生物学的機能を示すことが注目されており、栄養補助食品や化粧品として上市されている。しかし、その低い水溶性や安定性が問題となっている。これらの問題を改善するため、レスベラトロールの O-グルコシル化が行われるが、収量や有機溶媒使用の面から、生産性に課題があった。Marié らは、β-シクロデキストリンとレスベラトロールの複合体に cyclodextringlucano-transferase (CGTase) を作用させると、有機溶媒フリーかつワンステップでレスベラトロールの O-グルコシル化が可能なことを明らかにした。本研究は、レスベラトロールのグルコシル化の生産性を向上させるうえで、極めて有用な方法である。

参考論文

Enzymatic Synthesis of Resveratrol α-Glycosides from β-Cyclodextrin-Resveratrol Complex in Water.

Thomas Marié et al.

Chaire Agro-Biotechnologies Industrielles (ABI)-AgroParisTech, CEBB 3 rue des Rouges Terres, F-51110 Pomacle, France

ACS Sustainable Chem. Eng., 6(4), 5370-5380 (2018).

Current Impact Factor of 5.951 (2017 Journal Citation Reports)

マクロファージは多くの疾患の病態に関与しているので、治療分子のマクロファージへの送達を標的化することは重要な問題である。複数のシクロデキストリンが直線的に連なり構成されたポリロタキサン（PRX）は、代謝性疾患や細胞代謝の調節のための治療薬として利用されている。マクロファージへの送達を標的化するため、マクロファージスカベンジャー受容体クラスA（SR-A）との相互作用促進を企図して、カルボキシエチルエーテル基修飾PRX（CEE-PRX）は設計された。 SR-A陽性マクロファージ様細胞（RAW264.7）におけるアニオン性CEE-PRXの細胞内移行は、非イオン性PRXよりも顕著に高く、一方、SR-A陰性細胞における細胞内部移行効率は陰イオン性および非イオン性PRXとの間であった。さらに、アクスルポリマーの分子量およびPRX上で修飾されたCEE基の数は、SR-A陽性RAW264.7細胞における細胞への内部移行効率を決定する主な要因であることが見出されている。従って、CEE-PRXは、PRXをマクロファージへ送達を標的化するための有望な設計である。
参考論文
Scavenger Receptor A‐Mediated Targeting of Carboxylated Polyrotaxanes to Macrophages and the Impacts of Supramolecular Structure
Matsui H1, Tamura A2, Osawa M2, Tonegawa A2, Arisaka Y2, Matsumura M1, Miura H1, Yui N2.
1 Department of Restorative Sciences, Graduate School of Medical and Dental Sciences, Tokyo Medical and Dental University (TMDU), 1-5-45 Yushima, Bunkyo, Tokyo, 113-8549, 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.
Macromol Biosci. 2018 Jun 13
Current Impact Factor of 3.238

近年、ドラッグデリバリーシステムの構築においてナノメディシンが盛んに研究されている。中でも合成ポリマーは、生分解性があることや生体適合性を有するため、頻繁に使用されている。一方、合成ポリマーは高分子量かつ安定なため、分解に数週間から数ヶ月間要する。したがって、様々な免疫システムに作用し、免疫毒性を誘発する可能性がある。この問題の解決のため、本研究では、シクロデキストリン(CD)とゲスト分子を利用した超分子技術によるナノメディシンを構築した。具体的なシステムは下図の通りである。

CDとカンプトテシン(CPT)がジスルフィド結合を介して結合した分子(CD-SS-CPT)が分子間でロタキサン様構造を形成し、コア部分はCPTのπ-πスタッキングにより自己会合することで、ナノ粒子を形成した。また、CPT-PEG-RGDおよびCPT-PEG-NOTAを導入することで、直交的に会合させることが可能となり、さらに、ターゲティング能とイメージング能も有する。本ナノ粒子は、アクティブおよびパッシブターゲティングによりがん細胞に取り込まれ、グルタチオンによりジスルフィド結合が切断されることで、CPTを放出し、抗がん活性を示す。実際、乳がんの同所移植モデルマウスに対して、全身毒性や長期免疫毒性は観察されず、顕著な抗がん活性および抗転移効果を示した。以上のように、超分子技術を用いた本ナノ粒子は、がんセラノススティクスの新たな一歩となり得る。

参考文献

Supramolecular Polymer-Based Nanomedicine: High Therapeutic Performance and Negligible Long-Term Immunotoxicity

G. Yu et al.

Laboratory of Molecular Imaging and Nanomedicine, National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, National Institutes of Health, Bethesda, Maryland 20892, United States

J. Am. Chem. Soc., DOI:10.1021/jacs.8b04400 (2018)

Current Impact Factor of 13.858 (2017 Journal Citation Reports)

コレステロール結晶（CC）は、アテローム硬化性プラークに豊富に存在し、補体系およびインフラマソーム活性化を介して炎症応答を促進する。

環状オリゴ糖2-ヒドロキシプロピル-β-シクロデキストリン（BCD）は、親油性物質を可溶化する化合物である。

最近我々は、BCDが、インフラマソームおよび肝臓X受容体（LXR）の活性化の抑制を介して、CCに対する抗炎症効果を有することを示した。

しかしながら、 CCの補体活性化に対するBCDの効果は未だ不明である。

本研究において、BCDがCCに結合し、ヒト血漿中のCC上のイムノグロブリン、パターン認識分子および補体因子の沈着を減少させることが見出された。

さらに、BCDは、補体活性化を低下させ、CC曝露に応答して全血中の単球上の補体受容体の発現を低下させた。

これに伴い、BCDはまた、CCに起因する全血中の活性酸素種の形成を減少させた。

さらに、BCDは、ヒト末梢血単核細胞におけるCC誘発炎症性サイトカイン応答（例えば、IL-1α、MIP-1α、TNF、IL-6およびIL-8）ならびに様々なCC誘導性遺伝子発現を低下させた。

 また、BCDはエクスビボで処置したヒト頸動脈プラークにおける補体関連遺伝子発現を調節した。

例えば尿酸一ナトリウム結晶およびザイモサンといった他の補体活性化物の終末補体複合体補体の形成は、BCDの影響を受けなかった。

これらのデータは、BCDによる補体活性化の減弱によると考えられるCC誘導性炎症応答をBCDが阻害することを示すものである。

したがって、これらの知見は、アテローム性動脈硬化症の治療薬としてのBCDの可能性を支持するものである。

参考論文

Cyclodextrin Reduces Cholesterol Crystal-Induced Inflammation by Modulating Complement Activation

Bakke S.S. et al.,

Center of Molecular Inflammation Research, Department of Cancer Research and
Molecular Medicine, Norwegian University of Science and Technology, 7491 Trondheim,
Norway

J. Immunol., 199(8), 2910-2920 (2017).

Impact factor of 4.856 (2016 Journal Citation Reports)

Zhu らは、チオール－エン反応を介して、α– もしくは β–シクロデキストリンの水酸基にオリゴエチレングリコールを修飾し、温度、酸化還元および金属イオンに応答してゲスト分子を包接する“スマート” シクロデキストリンを開発した。本シクロデキストリン中のオリゴエチレングリコール鎖は、曇点以上の温度において凝集し、シクロデキストリンの空洞が塞がれるものの、曇点以下の温度では、オリゴエチレングリコール鎖が伸展し、空洞が解放され、ゲスト分子を包接可能になる。さらに、酸化環境では、本シクロデキストリンのチオエーテル基が酸化され、複合体の親水性が向上した。また、同チオエーテル基は銀イオンとキレートを形成し、包接複合体を安定化した。このように、本“スマート” シクロデキストリンは、刺激応答性ゲスト分子として有用である。

参考論文

OEGylated Cyclodextrins Responsive to Temperature, Redox, and Metal Ions.

Runlang Zhu et al.

Department of Polymer Materials, College of Materials Science and Engineering, Shanghai University, China

ACS Appl. Mater. Interfaces, 10, 13258-13263 (2018).

Current Impact Factor of 7.504 (2017 Journal Citation Reports)

幼児期および晩期乳児期の神経型のセロイドリポフスノーゼ（NCL）は、中枢神経系（CNS）に影響を及ぼすリソソーム蓄積症である。乳児型のNCL（INCL）はPPT1遺伝子の突然変異によって誘導され、後期乳児NCL（LINCL）はTPP1遺伝子の突然変異によっておきる。 PPT1またはTPP1酵素機能の欠損は、患者細胞において病理学的なリポフスチン様物質のリソソーム蓄積をもたらす。現在、NCLsには小分子の薬物治療は存在しない。
我々は、3人の患者の皮膚線維芽細胞株から誘導された人工多能性幹細胞（iPSC）を作製し、さらにそれらを神経幹細胞（NSC）に分化させた。これらの新たな疾患モデルを用いて、δ-トコフェロール（DT）及びヒドロキシプロピル-β-シクロデキストリン（HPBCD）の酵素補充療法を対照として評価を行なった。関連性のある組換え酵素またはDTによる治療は、疾患モデル細胞において脂質の蓄積およびリソソームの拡大を有意に改善した。 δ-トコフェロールとHPBCDとの併用療法は、単独療法として使用される両方の薬物の効果と比較して、その効果をさらに改善した。
この結果は、これらの患者iPSC細胞由来NCL NSCが、疾患の病態生理学および医薬品開発の研究に使用可能な特徴的な疾患表現型を伴った有効な細胞ベースの疾患モデルであることを実証している。
参考論文
Neural stem cells for disease modeling and evaluation of therapeutics for infantile (CLN1/PPT1) and late infantile (CLN2/TPP1) neuronal ceroid lipofuscinoses.

Sima N1,2, Li R1, Huang W1,2, Xu M1, Beers J3, Zou J3, Titus S1, Ottinger EA1, Marugan JJ1, Xie X2, Zheng W4.
Author information
1 National Center for Advancing Translational Sciences, National Institutes of Health, 9800 Medical Center Drive, Bethesda, MD, 20892, USA.
2 Department of Gynecologic Oncology, Women’s Reproductive Health Laboratory of Zhejiang Province, Women’s Hospital, School of Medicine, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang, People’s Republic of China.
3 iPSC core, National Heart, Lung and Blood Institute, National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA.
4 National Center for Advancing Translational Sciences, National Institutes of Health, 9800 Medical Center Drive, Bethesda, MD, 20892, USA.
Orphanet Journal of Rare Diseases201813:54 April 2018
Current Impact Factor of 3.507