エクソソームによる治療可能性と総合的な議論

エクソソームはあらゆる細胞から放出される
細胞外小胞の一種であり、
体中を循環して、恒常性や疾患と関わっている
とされているので、
その機序を利用して治療に生かそうというのは
極めて合理的な発想であると考えられます。
実際にエクソソームをそのまま治療に生かす
考え方もあります。
またより積極的な治療としては
エクソソームの中に薬剤を封入する方式もあります。
Raghu Kalluri and Valerie S. LeBleu(敬称略)
からなる医療研究グループは
エクソソームの治療の潜在性を
過去の研究を総括する事によって探られています(1)。
また、エクソソームの総括を結論付けられています(1)。
それらの内容の一部、筆者の記述、考察を加えて
読者の方と情報共有したいと思います。

//他のナノ粒子と比較//ーー
新型コロナウィルスのワクチンで
既に汎用化されたmRNAを包む脂質ナノ粒子の
安全性は確かめられています。
しかし、体内でどのような振る舞いをしているか
どうかは現時点では詳しいことはわかっていません。
ただ、樹状細胞やマクロファージなどの
自然の取り込みを利用して
抗原である構造融合前のSタンパク質を生み出している
と言えます。
一方で、安全性を確保するために
荷電、表面装飾、大きさなど
ナノ粒子の複雑な最適化が必要です。
しかし、制御して大量生産できるという利点があります。
すでにワクチンが
数千円の安価な価格で販売されていること
数億人以上の接種が実現したことが
量産性の力を示しています。
エクソソームは細胞内の自然な生成過程を利用するので
異種性に富み、性能を揃えて生産することが
おそらくナノ粒子よりも難しいと考えられますが、
少なくともリポソームに比べて、
免疫的なクリアランス(食作用など)が
外因的な投与の場合でも最小化できることが
マウスのケースで確かめられています(2-6)。
従って、循環器の中で長寿命である可能性から
様々な疾患に対する適用範囲が広い可能性があります。
また、エクソソーム内のRNAは血液由来の拡散分解酵素
による分解から守られる特徴もあります(14)。
ゆえに、全身の中の平均保持時間が長くなり、
注入位置から離れたサイトへの輸送が可能になる
ということです(1)。

//薬剤の免疫的安全性//ーー
間葉系細胞と上皮細胞から生み出したエクソソームが
マウスに繰り返し注入された結果、
目立った有害性がなかったとされています(7,8)。
特に間葉系幹細胞由来のエクソソームは
それ自身の治療効果から、
そのまま治療に利用されることがあります(9)。
ナノ粒子などの小胞による治療で
最も懸念されることは移植片対宿主病(拒絶反応)です。
これが生じやすい患者さんにおいて
間葉系幹細胞由来のエクソソームを使って治療した結果、
顕著な副作用はなく、治療反応性を示した
とされています(10)。

//細胞種特異的輸送系統(*)//ーー
(*)Cell-type specific delivery system
表面リガンドに基づくエクソソームの分布の局在性。
つまり、エクソソームの表面リガンドと結合する
表面リガンドがある細胞種の周りに
エクソソームが多く分布するという特徴は
特定の細胞種、組織種特異的に治療できる潜在性を与えます。
例えば、
αv型のインテグリンと結合親和性の高い
RGD構造改変ペプチド。
(R, arginine; G, glycine; D, aspartic acid) 
これを未成熟な樹状細胞のエクソソームに与え
それに抗がん剤であるドキソルビシンを封入した
薬剤封入エクソソームを乳房腫瘍が生じたマウスに
投入した結果、治療反応を示しました(31)。
--
細胞種特異的輸送系統で重要な観点がいくつかあります。
1つは、本当に細胞種特異的に輸送されたのかどうかを
確認する必要があるという事です。
ゼブラフィッシュのように透明な生物で
視覚的に確かめる方法もあります。
あるいは細胞種特異的なcirculating RNAを
封入するナノ粒子(この場合、エクソソーム)の中に
試験的にRNA編集する物質を入れ、
それでバーコード化する事によって
液体生検からその痕跡、証拠を探るという
やや間接的な方法もあります。
他の方法、提案も待っています。
-
もう1つは、一つ目と関連しますが、
細胞種特異的な受容体を標的にするということです。
インテグリンのαvは確かに
αvβ1、αvβ3など癌細胞で発現される型もあるのですが、
αvβ5、αvβ6、αvβ8などは
肺、線維芽組織、乳腺、神経組織など
幅広く分布していることがわかります。
乳癌細胞に特異性を持たせるときに
同時に通常の乳腺にもαｖが出ていることが
特異性を下げる原因となり得ると考えられます。
そこで重要となってくるのが
表面タンパク質を総括的に調べるSurfaceomeです。
この数千種類のデータベースの中から
癌細胞に特異的なたんぱく質を409種類見つけられています。
例えば、CDH1, CDH3などは数種類の癌で
特異的な表面タンパク質として検出されています(11)。
このCDH1, CDH3のように
癌でしか出ていない表面リガンドを探し、
それに対して結合親和性の高い表面リガンドを
高濃度でナノ粒子(エクソソーム)に装飾することで
より分布の局在性、取り込み効率の向上が期待できる
と考えられます。
元々、細胞種特異的輸送系統の着想は
病変部位組織だけに薬剤を届ける事によって
副作用を下げるというものです。
あるいはもっと具体的に
外科手術で取り切れない全身に転移した癌細胞を
特異的なトレーサーがついているように全身に回って
効率的に細胞死させるという目的です。
そのためには劇的な効果が必要なため
標的とする細胞の表面リガンドの特定
その後の結合部位の選定
それに合わせたナノ粒子の表面リガンドの形成は
極めて重要になります。
--
エクソソームを含む細胞外小胞が
そのポテンシャルを最も引き出す可能性のある理由は
大きくは２つあります。
--
1つはタンパク質を作り出すための設計図がない中で
遺伝子の力を借りて細胞表面に作れることです。
全くゼロからタンパク質を作るよりも
遺伝子から作る方が容易である可能性があるからです。
それはエクソソームを分泌する親細胞に
遺伝子導入する事で可能になります。
従って、この自由度、任意性を上げていくためには
細胞から表面タンパク質を生み出す遺伝子を
可能な限り多く調査することが重要になります。
この細胞の表面タンパク質は
細胞膜上にできますが、この細胞膜が
細胞外小胞の膜の材料となるので
そのまま引き継がれると現状で考えています。
但し、40%程度というデータもあります(12)。
また、現時点で親細胞とエクソソームの
表面リガンドの類似性、対比についての報告は未知なので
それについては確認する必要性はあります。
--
もう1つは細胞外小胞は上述したように
免疫的なクリアランスを最小化できることから
取り込みの細胞を免疫細胞以外の
様々な細胞に設定できる可能性があるということです。
エクソソームが循環しにくい脳神経の疾患に
利用されることもその証拠です。
一方で、
細胞種特異的な表面リガンドを作っても
細胞内にエンドサイトーシスする機序は
Raghu Kalluri and Valerie S. LeBleu(敬称略)
が図示しているように様々なので(Ref.(1) Fig.6)
無関係に取り込まれてしまう可能性があります。
そうすると特異性が失われてしまいます。
従って、CD47のような"Don't eat me"と呼ばれる
表面リガンドを形成し、食作用を防ぐことは
基礎的に重要な可能性があります(13)。

//癌//ーー
エクソソームによるmiRNA, siRNAの輸送により
臨床前試験が行われています。
〇乳癌(15)
GE11合成ペプチドで修正したエクソソームを使った
EGFR+乳がん細胞標的。
かつmicroRNA let-7aの輸送。
生体内で癌細胞の成長を抑制しました(15)。
-
〇グリオーマ(16)
間葉系幹細胞由来のエクソソーム。
miR-146b輸送。
-
〇膵臓癌(17,18)
間葉系幹細胞由来のエクソソーム。
Kras^G12D siRNA単剤輸送(iExosome)。
これによって生存期間がマウスのケースで延びました。
また標的特異的な効果があり、
明白な有害性は確認されませんでした。
この形式でフェーズⅠの治験が現在行われています。
(ClinicalTrials.gov identifier: NCT03608631).

//脳神経//ーー
人の間質系幹細胞由来のエクソソームを
鼻腔内から投与することで
マウスのケースで自閉症様の振る舞いが改善した
という報告があります。
しかし、その機序についてはよくわかっていません(19)。
--
人の間質系幹細胞由来のエクソソームの
静脈からの投与はトラウマ性脳損傷を負った
豚のモデルで神経保護作用を示したと報告されています(20)。
--
RVG(狂犬病ウィルス糖たんぱく質)に修正した
樹状細胞由来のエクソソームに
Bace1標的siRNA封入し
静脈注射した際、BACE1の発現を抑える
遺伝子治療に脳のケースで成功しました。
これはアルツハイマー病の治療に利用できます。
RVGは神経細胞特異的であるとされています(21)。
この報告はかなり重要です。
RVGを導入した樹状細胞の表面タンパク質(?)が
エクソソームに反映されているか？
それを調べる事は極めて重要です。
同様にαシヌクレインを標的とするsiRNAの
RVG修正エクソソームがマウスのケースで検討され
病態が改善したことが示されています(22)。
--
マクロファージ由来のエクソソームは
血液脳関門と効果的に相互作用し、
エクソソーム内のタンパク質を効果的に
脳組織内に輸送することができます(23)。
カタラーゼを封入したマクロファージ由来
エクソソームにおいてマウスに対して
鼻腔投与したところ、パーキンソン病において
治療効果がありました(24)。
--
ドーパミンを輸送した血液由来のエクソソームが
静脈注射されたあと脳に到達したことがわかりました。
パーキンソン病のマウスで治療効果がありました(25)。

//エンジニアエクソソーム(デキソソーム)//ーー
エンジニアエクソソームを
デキソソーム(Dexosome)と呼びます。
例えば、
IFN-γ成熟樹状細胞から得る事ができます。
T細胞がメラノーマ抗原を認識する
MART1を表面リガンドとして装飾します。
このデキソソームは免疫細胞ではないので
T細胞同様の効果は得られませんでしたが、
NK細胞のような細胞溶解活性が向上しました
それが非小細胞性癌細胞に対して確認されました(26)。
これは細胞種特異的輸送系統と関連する報告です。
人に対する報告では
このデキソソームは22人中1人だけが
重篤な肝臓毒性を示し、
22人中7人は病状安定性を示しました(26)。
1人重篤な副作用がデキソソームに関連しているか
どうかはわからないとされています。

//総括//ーー
エクソソームの基礎的な物理、生物学、生理学は
まだわかっていない領域も多いと考えられます。
全ての細胞に関わり、作用する領域が多様だからです。
一方で、
間葉系幹細胞などを主に臨床応用に向けた臨床前試験や
一部、臨床試験が始まっています。
その中でDirect Biologics社は
急性呼吸窮迫症候群（ARDS）治験薬として
細胞外小胞を使ったものが第三相試験に入っています。
一方で、
日本再生医療学会では
--
細胞外小胞を利用した治療は、研究開発段階であり
広く一般的に理解が深まっているとはいえず、
安全性・有効性確保の上でのリスク、
法規の整備状況、世界の研究開発動向などの
周知・理解も不十分な現状があります。
細胞外小胞を用いた臨床研究や自由診療は、
再生医療等安全性確保法の対象とはならないため、
医師法と医療法以外の実質的な法規制がなく、
安全性・有効性についての科学的根拠が客観的に
十分評価されない状態で治療が実施される懸念があります。
このような懸念がある一方、
世界では細胞外小胞を用いた治療開発が進んでおり、
原材料となる細胞の安定確保・大量培養技術および
細胞外小胞の大量抽出技術の開発、安全性・有効性確保の
上でのリスクの明確化、さらに法規の整備が進めば、
新たな治療法開発につながる可能性があります。
--
このように声明(引用:一部)を発表されています(27)。
大きくは同類の小胞(脂質ナノ粒子)を用いた治療は
新型コロナウィルスのmRNAワクチンでは
臨床試験で段階的に安全性が確かめられたことと
世界危機的状況であったため、
リスクとベネフィットが勘案され、緊急承認されました。
但し、繰り返し頻繁に投与する事に対する
長期的な影響についてはまだわかりません。
それは同様に細胞外小胞、エクソソームについても
当てはまります。
他方で
臨床前試験での有意性ある結果から
細胞外小胞を使った治療の社会的需要は高いと考えられます。
従って、基礎的な理解、臨床応用、安全性、法整備
など国際的に連携しながら並行して行っていく必要があります。
基礎的な理解、臨床応用、安全性
これらにおいて重要な事は
生成過程、循環、細胞内外のやりとりです。
この詳しい理解のためには経時視覚的な情報も必要なため
身体の透明なゼブラフィッシュなどで
その振る舞いについて理解していくことです(28-30)。
一方で、細胞外小胞は異種性が高いことから
製剤した時の特性バラつきが
遊離型の従来の薬剤よりも大きいと考えられます。
また臨床試験についても
細胞外小胞と薬剤をセットで固定して名称を付けて行うのか？
細胞外小胞の選択肢が装飾因子も含めると
非常に大きくなることから
将来の個別化医療を視野に入れると
臨床試験の在り方も議論の範疇になると考えられます。

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