JST発新技術説明会 2014.3.11 H24・25年度フィージビリティスタディステージ探索タイプ課題No. AS242Z01542Q 「微小癌の検出・治療を目的としたセラノスティック薬剤の開発」研究成果 • 超早期に癌細胞を発見し、死滅除去する • 副作用なくがんを切らずに治す新しい蛍光ナノプローブによる微小癌の検出と光照射で発生する活性酸素による副作用のない画期的な癌治療崇城大学DDS研究所前田浩 Barriers for the development of nanomedicine for cancer Steps to overcome Barriers to maneuver Comments Vascular wall / Circulating Blood Polymeric/nanomedicine EPR effect /Extravasation into tumor tissue Vascular wall opening Enhancement of EPR effect by NO, ACEI 2nd step Dissemination to tumor tissue/cells <Acidic pH → free drug> Stromal matrix / Fibringel / fibroblast: protease/plasmin/PA 3rd step Active endocytosis of tumor/ Internalization <Active endocytosis in tumor> <Not in normal cells> Endocytotic uptake Drug release / free active drug No reverse exocytosis Hydrazone/maleic acid 5th step Antitumor effect: ～100% survival/cure React with target molecules High antitumor efficacy in vivo 6th step Regulatory steps / safety issue P-Ⅰ, -Ⅱ, -Ⅲ 7th step Cost / benefit More universal tumor target [Evaluation by Nat’l Inst. Clin. Excell.,UK] 1st step 4th step Tumor tissue / interstitial space (low pH/protease labile linker→ free drug) <Reach to target> SMA-micelle disintegration Transporter↑ その問題点① 癌は変異する（遺伝子多型） → ターゲットの複雑化 → 100~200もある 3 最先端の分子標的薬の成果の現状最先端癌治療薬（分子標的薬）延命寄与率最先端癌治療薬あり（相対究極延命率）なし延命なし (Data from D. Cella, 2012, FDA/USA) 有効性に疑問 4 その問題点②-1 価格？大各種分子標的薬剤の薬価と1ヶ月（コース）薬代１日１コース１ヶ月 ① イマニチブ（グリベック） 12,514～円 25,028 37.5～万円 75 ② ゲフィニチブ（イレッサ） 6,561 円 20 万円 ③ エルロニチブ（タルセバ） 10,342 円 31 万円 ④ スニチニブ（スーテント） 34,185 円 96 万円 ⑤ ソラフェ二ブ（ネクサバール） 21,705 円 65 万円 ⑥ ボルテゾミブ（ボルテゾミフ） ⑦ リツキシマブ（リツキサン） 44 万円 (2ｺｰｽ/treatment) 103 万円 ⑧ セツキシマブ（アービタックス） 58～67 万円 ⑨ トラスツズマブ（ハーセプチン） 24～30 万円 ⑩ ベバシズマブ（アバスチン） ⑪ イブリツモマブ（セヴァリン） ⑫ ゲムツズマブオゾガマイシン（マイタローグ） 31 万円 506 万円 141 万円 5 解決策はEPR効果で世界が注目するEPR効果とは： Enhanced Permeability and Retention (EPR) effect のこと。がんの血管は欠陥血管で、じゃじゃ漏れ血管。それは巨大分子（超大型の薬剤分子のみ）が、がん局所でのみ漏出するということ。そこで、漏出した高分子は長時間そこにとどまる。さらに、癌局所では多数の透過性亢進因子が生成している（正常ではない！）癌部選択的に薬をデリバーできる。 6 高分子色素が癌に選択的に集まる原理、EPR効果：ブルーアルブミンの癌標的性と時間的蓄積 S180腫瘍（移植癌）サイズ1cm 腫瘍内濃度同上サイズ3cm C 転移性肺癌（C26) ＝（矢印青色部） (Cancer Res. 1986, Maeda, Matsumura) EPR効果は転移性癌でも陽性 7 前田研究室のナノドラッグパイプラインとくに高分子型制癌剤のプロジェクト化活性本体 1. ZnPP 名称亜鉛型プロトポルフィリン略称高分子化物特長 ZnPP (ZP) P-ZP SMA-ZP HPMA-ZP PX-ZP HO-1とoncogeneのsuppression。癌のサバイバル因子抑制、光照射療法→活性酸素の生成。蛍光発生 →検出腫瘍で高発現しているトランスポーターを利用、アントラサイクリンでドキソルビシンの兄弟だがドキソより上（細胞への取り込みがよい）。In vivo, in vitroに加え臨床データが優れている。安全性はもとのCDDPの5～10 倍よい。合成が簡単。 2. THP ピラルビシン（テトラヒドロピラニルドキソルビシン） THP P-THP HPMA-THP SMA-THP 3. 白金シスプラチン CDDP SMA-cis 1,2はヒドラゾン結合を用いると癌局所の酸性pH（6.5）で薬物の放出と薬効の発現がみられる。正常部では無毒。次世代型制癌ナノメディシン安全性と腫瘍選択性の増強 → 副作用の排除と薬効増強 (1) 高分子化 → EPR効果 → 腫瘍血管の選択的透過 (2) 低分子化放出により固型腫瘍局所で細胞内への取り込み増加弱酸性pHで切断される化学結合 → 癌局所で薬物放出 (3) 腫瘍細胞内への輸送系の亢進を利用（NTトランスポーター：THPがのる） (4) ナノ粒子の細胞内への取り込みは癌細胞がより強い。エンドサイトシス亢進。 (5) EPR増強剤を使用する。腫瘍デリバリーが2~3倍上がる。 ① ニトロ剤 → NO2― → NO → EPR効果 ② ACE阻害剤（エナラプリルなど）： ACE-I → BK↑ → NO → EPR効果 ③ アンジオテンシンIIによる昇圧。腫瘍血管選択的に拡張 → （110→160mmHg）。物理的に血中より癌組織中へpush in. Chemical structure of HPMA-ZnPP ＜第１候補＞ ZnPP loading: 20% Properties of HPMA-ZnPP (1) (2) (3) (4) Fluorescent → Imaging Micelle forming → EPR Singlet oxygen → cytocidal HO-1 inhibior → oxystress 10 腫瘍蛍光像： EPR効果 HPMA-ZnPP Free-ZnPP （在来型）（本発明） T EPR (+++) 腫瘍蛍光像 Non micellar form No EPR 11 腫瘍にピンポイント No pinpoint 大腸癌の蛍光内視鏡による検出のチャレンジカメラ内視鏡カメラ Ex 500nm, F > 600 nm 装着励起光源腫瘍部マウス大腸癌選択的に蛍光で容易検出 A HPMA-ZnPP 5h 同じマウス大腸癌の明視野像 B レザフィリン：在来型低分子蛍光プローブ、癌選択性なし C 5h 630ex, 700em （蛍光）上の現在実用化されているレザフィリンは、腫瘍選択性がない。（C.J. Gomer & A. Ferrario, Cancer Res. 50, 3985-3990,1990） 12 PDTの過去と未来：PZPの特長：在来法との比較 (1) 在来型（レザフィリン、フォトフォリン）⇒低分子→癌選択性なし→（全身/皮膚に分布）→皮膚傷害 (2) 励起波長：390‐450nmの範囲がよい。（現在のレーザーは635nmのみを励起 → 全く的が外れている。活性酸素の生成なし。薬効なし。） (3) PZPは内視鏡やプロジェクターのXe光源でよい。［低価格！！］ (4) レ－ザ－装置は4,800万円 vs Xenon光源はその1/100で可能。 (5) フォトフォリン/レザフィリンは1回投与の薬代は40万円近い。 (6) 蛍光内視鏡/蛍光腹腔鏡の展開が期待できる。 PDT with HPMA-ZnPP (1) 3）腫瘍の大きさ（mm Tumor volume (mm3) 25000 20000 10000 薬 (mm ) 3）腫瘍の大きさ（mm Tumor Volume (mm3) 腫瘍の大きさ 3 6000 4000 3000 薬光 5000 Light 0 3 7 10 14 17 21 24 28 31 35 38 42 Light + D 5mg 10mg 20mg 49 57 投与後日数 Control Light only D 20mg only 光量依存性 5000 Light D Mouse S-180 tumor model (Implanted sarcoma dorsal) 7000 D 5mg only Light only 15000 低投与量 Low dose 8000 Control 容量依存性 0 9000 Dose response Mouse S-180 tumor model (Implanted sarcoma dorsal) 薬薬 D 2000 光 Light 1000 0 0 3 7 10 14 17 投与後日数 22 24 28 D+ light 20% 40% 60% 31 60%のパワーの光照射で完治ラット乳癌の蛍光イメ－ジ/PHPMA-ZnPP (2) 明視野像 T 蛍光像 T DMBA induced autochthonous breast cancer in rat. ピンポイント的に腫瘍部に集積し、in vivoで可視化 15 PDT with HPMA-ZnPP (3) 8000 化学発癌剤誘発乳癌に対する光線療法の効果光 DMBA induced rat breast cancer model (Autochthonous/orthotopic tumors) 7000 腫瘍の大きさ（mm3） Control 対照 6000 Control 5000 4000 D(20mg/kg) D LL 3000 2000 薬物(20mg/kg) + 光出力 (40%) 1000 光照射で完治 0 0 4 7 10 14 18 21 25 28 33 35 39 42 投与後日数光照射で完治 16 Chemical structure of PHPMA-conjugated THP ＜第２候補＞ HPMA(hyd) = poly (hydroxypropyl metaacrylamide) hydrazone < P-THP > THP (pyrarubicin) P-THP ＝ Polymer conjugate drug with THP 17 P-THPの癌選択的集積性 B. P-THPの集積分布 P-THP投与後遊離THP：臓器別 T S 相対薬物濃度 A. もとのTHP T S K T T S Lu Li I Li I H K P Lu Lu T H P 腫瘍部のみに集積腫瘍集積性なし 18 P-THPの抗腫瘍効果低投与量高投与量 15mg/kg P-THP P-THP 腫瘍移植後日数腫瘍移植後日数副作用（体重変化）生存率 15mg/kg P-THP （腫瘍重量） P-THP 100% 治癒生存率（%) 体重 (g) 完治 90日目評価腫瘍移植後日数腫瘍移植後日数 Free THP およびSMA-THPの血中動態と治療効果（生存率） Animal: ddY mouse Dose: 10mg/kg THP equivalent i.v. Fluorescent intensity 10000 1000 30mg/kg SMA-THP 100 10mg/kg Free THP 10 No drug 1 0 10 20 30 40 50 Time after i.v. injection (h) SMA-THPは血中AUCで100～200倍。120日目で65%生存(cure)に改善された。 Suppression of lung metastasis of colon 26 tumor by SMATHP given iv on day 10: evaluation on day 50. Metastasis score Drug Control Given iv, on day 10 once only Dose (mg/kg) (-) (+) (+++) 0 0/5 1/5 4/5 10 2/5 2/5 1/5 30 5/5 0/5 0/5 転移性肺癌は1回投与50日目には消失した。 21 EPR効果増強因子の併用：Enhancement of EPR effect by using vascular effectors  AT-II → angiotensin II → hypertension  NO NG, NOS/ Arg, NO2 / reductase 腫瘍デリバリーを 2～3倍上げる。  ACE-I → Bradykinin (kinin) level  Collagenase  CO  PGs ONOO－/ ProMMP HO-1 COX  CyK, ILs, VEGF/VPF, heat, PA, etc 22 ポリマー結合THP制癌剤によるヒトの代表的治療例第Ⅳ期肺腺癌CT像 Lung cancer, adenocarcinoma Prostate cancer patient, Stage IV Before P-THP August, 2013 Before P-THP June, 2013 （PSA値1472）左上部の腫瘍は９月末より治療後８週間でサイズは約半分になった。多くの小さな娘結節は大半が消失。脳転移（癌性すい膜炎）の症状は消失。3回投与後退院。白い斑点が腫瘍結節 After×2 iv Oct., 2013 治療後 After×2 iv Oct., 2013 (PSA値 0.67) 治療前前立腺癌末期患者の肺転移CT像大半の腫瘍結節は消失（患者は退院） 2013/4/19 23 本技術に関する知的財産権 ①    発明の名称：スチレン－マレイン酸共重合体の誘導体出願番号出願番号：特願2013-239222 発明者：前田浩、方軍、中村秀明出願人：前田浩 ②     発明の名称：高分子型蛍光分子プローブ出願番号：PCT/JP2012/072640 公開番号：WO2013035750 A1 発明者：前田浩、橋爪誠、方軍、中村秀明、覃海波、ステファン・ハックバス、村田正治出願人：前田浩 ③ その他、基本特許、P-ZnPP他、多数お問い合せ先前田浩崇城大学DDS研究所特任教授熊本市西区池田4-22-1 TEL: 096-326-4114 FAX:096-326-3185 E-mail: hirmaeda@ph.sojo-u.ac.jp 24