癌に対する新規液体金属ナノ粒子

研究者は、光エネルギーを熱に変換してがん細胞を破壊できる新しいがん治療薬を開発

北陸先端科学技術大学院大学

画像: 免疫調節剤と免疫チェックポイント阻害剤である抗 PD-L1 を内包する新しい LM ナノ粒子の開発には、多用途の液体金属 (LM) ガリウム - インジウム合金が使用されています。 近赤外光を照射すると、抗 PD-L1 は癌細胞に特異的に結合し、免疫刺激剤は T 細胞と樹状細胞を活性化します。 この相乗的な活性化と光熱効果により、がん細胞がほぼ即座に効果的に除去されます。もっと見る

Credit: Eijiro Miyako from JAIST.

石川県 -- 純粋なガリウム (Ga) や Ga ベースの合金などの液体金属 (LM) は、独特の物理化学的特性を持つ新しい種類の材料です。 LM の最も顕著な用途の 1 つは癌に対する光熱療法であり、機能性 LM ナノ粒子が光エネルギーを熱エネルギーに変換し、癌細胞を死滅させます。 LM ベースの光線療法は、特異性が高く、再現性があり、副作用が少ないため、従来のがん治療よりも優れています。

新しい最先端の研究で、北陸先端科学技術大学院大学（JAIST）の都栄二郎准教授らは、がんの光線療法と免疫療法を組み合わせる多機能性Gaベースのナノ粒子を合成した。 合成された新規 LM ナノ粒子 (PEG-IMIQ-LM) には、共晶ガリウム - インジウム (EGaIn) LM 合金と免疫調節剤イミキモド (IMIQ) が含まれており、両方とも生体適合性界面活性剤 DSPE-PEG2000-NH2 内に埋め込まれています。 彼らの研究の詳細な結果は、Advanced Functional Materials に掲載されました。

「私たちは、ナノ免疫工学とLM技術の融合により、がん免疫療法を進歩させるための理想的な免疫反応を引き起こす有望な手段を提供できると信じています。 この研究では、光熱療法と免疫療法を組み合わせるために、免疫刺激剤を含む光活性化可能な多機能LMナノ粒子を報告します」と都博士は、この研究を実施するチームの動機について語りながら語った。

まず研究チームは、IMIQを導入するためにDSPE-PEG2000-NH2を用いた簡単なワンステップ超音波処理プロセスを通じて水分散性LMナノ粒子を調製した。 EGaIn LM は本質的に水と混和しない材料であるため、これは大きな進歩であると考えられています。 さらなる調査により、LMが崩壊してIMIQを確実に標的に届けることが確認された。 さらに、調製されたナノ粒子は、808 nm の近赤外 (NIR) 領域での吸光度の線形増加を示し、その光学的に活性化可能な性質が確認されました。

LM ナノ粒子の水溶液に NIR レーザー (808 nm) を照射すると、研究チームは、ナノ粒子濃度の増加に比例して溶液の温度が顕著に上昇することを観察しました。 これらの発見により、PEG-IMIQ-LM ナノ粒子が免疫療法に適した堅牢で安定した光熱薬物キャリアであることが確認されました。

さらなる実験により、LM ナノ粒子は極めて安全であり、ヒト線維芽細胞 (MRC5) およびマウス結腸癌 (Colon26) 細胞に対して細胞毒性を引き起こさないことが明らかになりました。 粒子の内在化と分布の程度を評価するために、インドシアニン グリーン (ICG) として知られる蛍光色素が超音波処理によって粒子に導入され、PEG-ICG-IMIQ-LM 粒子が得られました。 レーザービームを備えた蛍光（FL）顕微鏡検査により、LM粒子がさまざまなNIR波長で強い蛍光を示し、Colon26細胞を即座に破壊することが実証されました。 したがって、LM 粒子は免疫調節剤を効率的に送達できるだけでなく、リアルタイム追跡を可能にし、特定のがん細胞を除去することもできます。

最後に、チームはがん治療のための多面的なLM免疫ナノ刺激装置を開発しました。 そうするために、彼らは、最も有望な免疫チェックポイント阻害剤の 1 つである抗プログラムデスリガンド 1 抗体 (抗 PD-L1) を既存の蛍光 LM ナノ粒子に追加しました。 修飾粒子、Anti-PD-L1‒PEG-ICG-IMIQ-LM は、顕著な蛍光を発しながら効率的に分散されました。 照射後の時間が増加するにつれて、腫瘍表面温度は直線的に増加し、ナノ粒子の抗腫瘍効果を示しています。