成果報告書詳細
管理番号20100000001981
タイトル平成19年度-平成21年度成果報告書 次世代DDS型悪性腫瘍治療システムの研究開発事業 深部治療に対応した次世代DDS治療システムの研究開発事業 「革新的DDSと光ファイバー技術を融合した光線力学治療システムの研究開発」
公開日2010/11/10
報告書年度2007 - 2009
委託先名国立大学法人東京大学
プロジェクト番号P06042
部署名バイオテクノロジー・医療技術開発部
和文要約本事業では、光増感剤をがん組織に選択的に送達するDDSと粘膜全体に均質光を照射する光照射システムを組み合わせることによって、正常粘膜を傷害することなく粘膜上の微小がんを根絶できる光線力学治療(PDT)システムの開発を行った。第一に、光増感剤を内包した腫瘍特異的DDS製剤の開発においては、DDSとして、デンドリマーフタロシアニン(DPc)を内包した高分子ミセルの開発を行った。生体内におけるミセル構造の安定化を目的として、ミセル内核にジスルフィド架橋やコレステロール基を導入したところ、酸素消費効率の向上、血中滞留期間の長期化、がん組織への集積性の向上、制がん活性の増強が確認された。これらのシステムは、現在臨床応用されているフォトフリンやレザフィリンよりも優れた制がん活性を有しており、皮膚等の正常組織に対する光毒性も示さないことが明らかになった。また、DPc内包ミセルの大量調製法と凍結乾燥法を確立し、凍結乾燥製剤が3ヶ月以上の保存安定性を有することが確認された。次に、患部に対する効果的な光照射を可能にする照射システムの開発においては、患部に対して均一な光照射を可能にする光照射プローブの開発を行った。開発された均質照射用光分散プローブ(以下、HIP)は、プローブ先端にねじり加工が施され、さらに円錐形状に仕上げられた上に石英製保護キャップを装着されたもので、最大外径0.7 mm、先端チップ長 5.0 mmとラット尿道を介して膀胱内に挿入できるサイズに設計されており、HIP射出光空間分布特性を評価したところ、十分な均質性を示した。このHIPを用いてラット膀胱内へ光照射したところ、膀胱内粘膜面全体の60 - 80%に光が到達していることがわかり、生体内への均質照射が実現できた。さらに、大型動物(犬)への光照射のための20Wクラスの照射用レーザーとHIP を試作し、犬膀胱内への挿入および光照射実験において、その優れた操作性、安全性が確認された。最後に、難治性がんに対するPDT(光線力学療法)の開発と化学療法及び免疫療法を融合した治療システムの開発に関しては、ラットの正所性膀胱がんモデルに対してPDT効果を検証したところ、DPc内包ミセルは、既存の光増感剤よりも優れた治療効果を示し、正常膀胱粘膜への光傷害に起因する膀胱萎縮も示さないことが確認された。また、微小がんを検知できる診断システムとして、蛍光標識DPc内包ミセルと細径内視鏡による蛍光分光測定システムを構築し、小動物用超音波イメージングシステムでも検知の困難な、サブミリサイズの微小腫瘍を検出することができた。一方、PDTと化学療法の融合治療に関しては、DPc内包ミセルと制がん剤(カンプトテシン)内包ミセルの併用によって、固形がんモデルに対して単独治療よりも有意に優れた制がん活性を確認することができた。また、PDTと免疫療法の融合治療に関しては、皮下腫瘍に対するPDT後の免疫応答を解析したところ、PDTを受けた動物で免疫系が活性化されていることが明らかになった。これによりPDT後の腫瘍に樹状細胞を投与することで腫瘍特異的な免疫応答が誘導できる可能性が示唆された。
英文要約Title: Development of novel drug delivery systems for the treatment of malignant tumors. Development of Innovative Drug Delivery Systems and Optical Fibers for Effective Photodynamic Therapy (FY2007-FY2009) Final Report
In this project, we aimed to develop effective delivery systems for photosensitizers (PS) and optical probes for efficient photoirradiation and to achieve effective and safe photodynamic therapy (PDT) against submucosal tumors. Regarding the delivery systems, we have developed dendrimer phthalocyanine (DPc)-incorporated polymeric micelles (DPc/m), which are formed via the electrostatic interaction between anionic DPc and poly(ethylene glycol)-poly(L-lysine) block copolymers (PEG-PLL). We demonstrated that the introduction of disulfide cross-linkings or hydrophobic moieties (i.e., cholesteryl group) to the core of DPc/m improved the singlet oxygen production efficiency of DPc, stability during blood circulation, tumor accumulation and antitumor activity. Consequently, DPc/m showed higher antitumor activity compared with clinically approved PSs (Photofrin and talaporfin sodium) and reduced side effects such as skin phototoxicity. Furthermore, we established the method of large-scale production of DPc/m and freeze-drying for long-term storage. Indeed, freeze-dried DPc/m has been demonstrated to be stable for more than 3 months. Regarding optical probes, we developed an optical probe that provides homogeneous delivery of light to the target lesion. The homogenous irradiation probe (HIP) was manufactured through torsion processing of the probe tip, which was secondarily sharpened to a conical shape followed by fixing a silica glass cap on the probe head. The HIP, which had an outer diameter of 0.7 mm and a length of 5 mm, showed excellent performance in homogeneous delivery of light. Intrabladder irradiation through a rat urethra resulted in a light distribution area covering 60 - 80% of the whole surface of the bladder mucosa. Furthermore, an HIP for large animals was also manufactured and its safety was confirmed by intrabladder irradiation in dogs. Regarding the development of a PDT system for solid tumors, the rat orthotopic bladder tumor model was treated by the combination of above-mentioned DPc/m and HIP. As a result, the PDT with DPc/m resulted in significant reduction of tumor mass, whereas inhibition of tumor proliferation was not seen in rats subjected to PDT with talaporfin sodium (NPe6). Furthermore, DPc/m-PDT showed no remarkable change in bladder compliance, while NPe6-PDT reduced bladder compliance. In addition, we developed a fluorescence imaging system and fluorescent-labeled DPc/m for the tumor imaging. The combination of the ultrathin endoscope and fluorescent-labeled DPc/m enabled detection of submicrometer-sized tumors in orthotopic rat bladder tumor models. Regarding the combination therapy of PDT and chemotherapy, the antitumor activity of camptothecin-loaded micelles was significantly enhanced by the combination therapy. Finally, we applied DPc/m for the activation of anti-cancer immunity. Analysis of immune response revealed that the immune system in mice was appreciably activated after PDT. This result suggests the potential of the combination therapy of PDT using DPc/m and local administration of dendritic cells into solid tumors.
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