本プロトコルは、葉酸修飾スクアレン-キトーサンナノ粒子の合成と特性評価、酵素応答性薬物放出および細胞のvitroでの取り込み評価、そして標的的送達を通じて膵臓がん治療の強化に応用することを目的としています。
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方法論記事
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本プロトコルは、葉酸修飾スクアレン-キトーサンナノ粒子の合成と特性評価、酵素応答性薬物放出および細胞のvitroでの取り込み評価、そして標的的送達を通じて膵臓がん治療の強化に応用することを目的としています。
ここでは、膵管腺癌(PDAC)の高密度細胞外マトリックス(ECM)によって引き起こされる小分子薬剤の腫瘍内浸透が限られている問題に対処するためのプロトコルを提示します。プロドラッグは、薬物浸透性と腫瘍除去効果を高めることで、この課題を克服する大きな可能性を持っています。スクアレン(SQ)は、優れた生体安全性と生適合性を持つコレステロール生合成の自然前駆体であり、親水性薬剤の膜適合性を改善し、化学療法薬や生体活性の小分子と結合すると細胞の取り込みを強化できます。本研究では、新しい脂溶性SQベースのプロドラッグシステムを開発しました。親水性抗がん薬キダミド(CHI)は、膵酵素とカテプシンB(PDAC微小環境で過剰発現する主要酵素)に応答するアミド結合を介してSQに結合しました。この結合により両親性のSQ-CHIプロドラッグが生成され、さらに葉酸(FA)修飾ナノ粒子(FA-SQ-CHI NPs)に自己組み立てされました。最適化されたNPは、均一な流体力学直径173.3±1.5 nm、多分散指数(PDI)0.181±0.18、薬物負荷能力59.0%±0.77%、安定したゼータ電位±0.86 mVで-13.10を示しました。 in vitro 放出試験では、0.25%の膵腺素が存在すると、NPは72時間以内に累積薬物放出率が80.2%±4.22%に達した一方、酵素なしのpH調整バッファー(pH 4.5または7.4)では33%〜38%の放出にとどまりました。細胞取り込みアッセイでは、FA修飾が細胞内送達効率を大幅に向上させ、PDAC細胞(PSN-1およびCFPAC-1)では非標的NPと比較して1.8〜2.3倍の蛍光強度が12〜24時間で高かったことが確認されました。現在のプロトコルは、プロドラッグの合成と特性評価のための包括的な手法、酵素応答性放出速度論の in vitro 評価、治療効果と組織浸透の比較解析を提供し、標的的デリバリー、高薬物負荷、酵素誘発制御放出というナノキャリアの中核的な利点を強調しています。
膵管腺癌(PDAC)は消化管の非常に悪性な腫瘍で、発症率は死亡率とほぼ同じで、5年生存率はわずか8%〜9%です。複雑な腫瘍微小環境(TME)はPDAC2の特徴です。主に異常な細胞外マトリックス(ECM)、活性化されたがん関連線維芽細胞(CAFs)、そして極めて免疫抑制的な細胞環境から構成されています。PDACのECMはタイプIコラーゲンが豊富です。その内容の変化と異常な構造は腫瘍の進行を促進し、予後不良と関連しています。CAFは最も豊富な間質細胞であり、マトリックス産生型myCAFや表現型可塑性を示す炎症性iCAFなど、機能的に異なるサブタイプで構成されています。
免疫学的には、PDAC TMEは腫瘍前性骨髄細胞が優勢です。抗腫瘍リンパ球は希少または機能不全です。成熟したBリンパ球も免疫抑制に寄与します3,4。これらの要素は総合的に複数の治療障壁を築きます。高い間質液圧を特徴とする高密度間質質は、治療薬の深部腫瘍領域への投与を著しく妨げる重要な貫通障壁を生み出し、化学療法薬の臨床効果を大幅に制限します5。したがって、この間質障壁を突破し膵臓腫瘍組織に深く浸透できる薬物送達システムの開発は極めて重要です。
近年、コレステロール生合成の自然前駆体であるスクアレン(SQ)は、その優れたバイオ安全性と生体適合性により大きな注目を集めています6。高度に疎水性であるため、SQは親水性薬物と結合して両親性プロドラッグを形成でき、これにより親水性小分子薬物の細胞膜との生体適合性が向上し、細胞の取り込み効率が向上します7。これまでの研究では、SQがシスプラチン、パクリタキセル、ジェムシタビンなどの様々な化学療法薬と共有結合し、高い薬物負荷能力を持つプロドラッグナノ粒子を形成し、固形腫瘍への薬物送達を改善することが示されています8,9。これらの特性は、SQが薬物送達システム開発における幅広い応用可能性を強調しています。
腫瘍標的化を促進するために、本研究では葉酸(FA)を標的リガンドとして用いています。FAは水溶性ビタミンで、1炭素代謝、生合成10、酸化還元恒常性11、メチル化反応12に不可欠です。FAがカルボキシル基を介してナノキャリアに結合することで、葉酸受容体(FR)への特異的な認識と結合が可能となり、その後受容体介在のエンドサイトーシスが行われます。腫瘍細胞の透過性と保持効果の向上を活用し、Zhengら14 はウエスタンブロッティングと免疫組織化学を用いて膵臓がん、正常膵臓、隣接組織、慢性膵炎における葉酸受容体α(FRα)発現を評価し、臨床病理学的特徴との相関を分析しました。FRαは膵臓がん症例の94.7%(72/76)で発現し、転移と相関していましたが、正常な膵組織では存在しませんでした。FA修飾ナノ粒子はFR陽性組織に選択的に蓄積できるため、分子標的治療を可能にします。
チダミド(CHI)は新しいヒストン脱アセチル酵素阻害剤です。前臨床研究では、膵臓がんや乳がんなどの固形腫瘍に対して強力な抗腫瘍活性を示し、腫瘍細胞の薬剤耐性を逆転させることも示されています(15,16)。しかし、その強い親水性は腫瘍微小環境への浸透効率が低く、固形腫瘍組織内の分布が不十分であり、膵臓がんに対する臨床的治療の可能性を著しく制限しています5。チダミド(CHI)をモデル薬として用い、本研究はCHIとSQの結合とその後のFA修飾による自己組織化ナノ粒子の製剤を提案します。この戦略は、CHIが腫瘍微小環境への浸透力が低く、固形腫瘍組織内での最適分布が不十分であるという点を克服することで、膵臓がんに対する抗腫瘍効果を高めることを目的としています。さらに、膵臓がん細胞株におけるCHIのin vitro有効性を評価することで、このアプローチは、代表的な親水性小分子薬剤であるCHIの膵臓腫瘍微小環境への浸透性と細胞毒性効果を大幅に向上させ、膵臓がんにおけるCHI療法の指導に向けた実験的基盤を提供することが期待されています。
本研究では、膵臓がん治療のためのCHI-SQ-PEG-FA自己組織化プロドラッグナノ粒子の製造における実験手順を詳述しています。具体的には、CHI-SQ-PEG-FAナノ粒子の調製プロセスの最適化と特性評価、ならびに in vitro 薬物放出研究について述べています。このプロセスは、まず単一因子実験手法で製剤を最適化し、最適な粒子サイズと薬物負荷を決定すること、次に、UPLCおよびMTSアッセイを用いたナノ粒子の特性評価、最後に、 in vitro 共培養腫瘍球状モデルの確立。クマリン6(C6)を標的ナノ粒子の蛍光プローブとして用い、ナノ粒子の三次元腫瘍球体内での浸透と分布をさらに検証し、関連データを得ました。
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1. SQ-CHIおよびSQ-PEG-FAの合成
2. SQ-PEG-FAの構造検証
3. in vitro 薬物放出研究
4. 統計解析
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本研究は、新規標的型ナノドラッグ送達システムであるチダミドスクアレンニル化プロドラッグベース自己組織化ナノ粒子(CHI-SQ-PEG-FA NPs)を設計し、体系的に評価することに成功しました。 図1)。CHI-SQ-PEG-FA NPを合成し(図2)、油と水の相比(図3A)、攪拌時間(図3B)、音響条件(図3C)など様々なパラメータが粒子サイズおよび多分散指数(PDI)に与える影響を体系的に評価しました。さらに、CHI-SQ-PEG NPおよびCHI-SQ-PEG-FA NPの形態的特徴を顕微鏡で観察しました(図4)。このシステムは、物理的特徴、薬物放出挙動(図5
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本研究は、ナノ粒子自己組織化に基づくローウエストシステムの実装に関する実践的なステップバイステップガイドを提供します。本研究で得られた自己組織化ナノ粒子は、規則的な球状、良好な分散、均一な粒子サイズ、高い薬物負荷および封入効率を示し、満足のいく安定性を示しました。3次元腫瘍球体共培養モデル(PSN-1/HPSC)を用いてナノ粒子の浸透を評価し、葉酸修飾CHI-SQ-PEG-FA NPが腫瘍球体のコアにより効果的に浸透できることが明らかになりました。さらに、腫瘍球体内の保持時間は有意に延長されました。この保持力の向上は、スクアレノイル化後のCHIの脂溶性が著しく高まったことに起因します。これらのナノ粒子は腫瘍細胞のエンドサイトーシスと細胞間輸送を通じて細胞の取り込みを促進します。したがって、腫瘍微小環境への深い浸透を達成します22。同時に、葉酸を標的とする表面修飾は、葉酸受容体によるエンドサイトーシスを介して膵臓がん細胞によるナノ...
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著者たちは利益相反を一切認めていない。
この研究は浙江省自然科学基金の助成金(LZ23H290001年、LY19H280001年)によって支援されました。中国国家自然科学基金助成金(82474338および82274364);浙江省三農村地区九党農業科学技術協力者プログラム(2025SNJF075);また、湖州科技大学院の公共福祉研究プロジェクト(2021GZ261)も参加しました。また、浙江省教育局の総合科学研究プロジェクト(Y202456442、2025YKJ10)にも参加しています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.25% トリプシン-EDTA | Gibco(アメリカ) | 25200072 | |
| 1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(EDCI) | シグマ・オルドリッチ(アメリカ) | E6383 | |
| 2 mLのクライオジェニックバイアル | コーニング(アメリカ) | 430488 | |
| 96ウェル細胞培養プレート | コーニング(アメリカ) | 3598 | |
| 絶対エタノール | 中国国家製薬集団(中国薬剤) | 100092680 | |
| アセトン | 中国国家製薬集団(中国薬剤) | 32201-2.5L | |
| アセトニトリル | テディア(アメリカ) | A998-4 | HPLCグレード |
| 酢酸アンモニウム | 中国国家製薬集団(中国薬剤) | 10002861 | |
| 無水硫酸ナトリウム | シグマ・オルドリッチ(アメリカ) | 31481 | |
| 生物学的セーフティキャビネット | サーモフィッシャー・サイエンティフィック、アメリカ | 1380, 1332, 1356 | |
| 細胞培養フラスコ | コーニング(アメリカ) | CLS430372 | |
| 細胞培養インキュベーター | サーモフィッシャー・サイエンティフィック、アメリカ | HERA51901126 | |
| チダミデ(チカイ) | 深圳マイクロコアバイオテック有限公司(中国) | 純度>95% | |
| Cytation 5マルチモードマイクロプレートリーダー | バイオテック、アメリカ | CYT5MV | |
| DF-101Sサーモスタティック磁気加熱攪拌器 | 鄭州克長計器有限公司、中国 | ||
| ジクロロメタン | 中国国家製薬集団(中国薬剤) | 80047318 | |
| ジメチルスルホキシド(DMSO) | シグマ・オルドリッチ(アメリカ) | D2650 | |
| ジオキサン | アラジン(中国) | D116156-5ml | |
| DMEM媒体 | Gibco(アメリカ) | 12100046 | |
| ダルベッコリン酸塩緩衝塩水(DPBS) | Gibco(アメリカ) | 14040141 | |
| エチルアセテート | 中国国家製薬集団(中国薬剤) | 10009460 | |
| エチルエーテル | 中国国家製薬集団(中国薬剤) | ||
| FA2004B電子天秤 | 上海天美バランスインスメント有限公司、中国 | FA2004B | |
| 胎児用牛血清(FBS) | Gibco(アメリカ) | 10099141C | |
| 葉酸-ポリ(エチレングリコール)-アミン(FA-PEG-NH2) | 上海鵬樹生物技術有限公司(中国) | PS2-NFA-2000 | |
| 蟻酸 | アラジン(中国) | F112034 | HPLCグレード |
| フリーズドライヤー | サーモフィッシャー・サイエンティフィック、アメリカ | ||
| ヒトカテプシンB | シグマ・オルドリッチ(アメリカ) | SRP0289 | |
| ヒト膵臓がん細胞株(PSN-1、CFPAC-1) | アメリカタイプカルチャーコレクション(ATCC) | CRL-3211、CRL-1918 | |
| ヒト膵星状細胞(HPaStec、HPSC) | アメリカタイプカルチャーコレクション(ATCC) | ||
| ヒトトリプシン | シグマ・オルドリッチ(アメリカ) | ||
| 塩酸 | 中国国家製薬集団(中国薬剤) | CFSR-10011008 | |
| 逆立顕微鏡 | オリンパス、日本 | IX83 | |
| イスコーブの修正ドゥルベッコ媒介(IMDM) | Gibco(アメリカ) | 12440053 | |
| IX 1000 ボルテックスミキサー | 杭州瑞成計器有限公司、中国 | 第9 1000年 | |
| メタノール | 中国国家製薬集団(中国薬剤) | M433287-10L | |
| メタノール | テディア(アメリカ) | MS1922-001 | HPLCグレード |
| マイクロ遠心分離機チューブ(1.5/2.0 mL) | アクシジェン(アメリカ) | MCT-150-C | |
| マイクロピペット(20、100、1000 & Mu;L) | サーモフィッシャー・サイエンティフィック、アメリカ | 4642050, 4642070, 4642090 | |
| Mill-Q水質浄化システム | ミリポア、アメリカ | ZR0Q00800 | |
| MTSアッセイキット(3-(4,5-ジメチルチアゾール-2-イル)-5-(3-カルボキシメトキシフェニル)-2-(4-スルホフェニル)-2H-テトラゾリウム) | プロメガ(アメリカ) | G3582 | |
| N,N-ジメチルホルムアミド(DMF) | アラジン(中国) | ||
| N-ブロモスクシニミド(NBS) | シグマ・オルドリッチ(アメリカ) | B81255 | |
| N-ヒドロキシスクシニミド(NHS) | シグマ・オルドリッチ(アメリカ) | 56480 | |
| オプティマ・マックス超遠心分離機など; | ベックマン、アメリカ合衆国 | 393490 | |
| ペニシリン/ストレプトマイシン溶液 | Gibco(アメリカ) | 15140-122 | |
| 周期酸 | シグマ・オルドリッチ(アメリカ) | P7875 | |
| 石油エーテル | 中国国家製薬集団(中国薬剤) | ||
| フェナジンメトスルフェート(PMS) | シグマ・オルドリッチ(アメリカ) | 3180806 | |
| リン酸緩衝生理食塩水(PBS) | Gibco(アメリカ) | 70011069 | |
| ポリ(エチレングリコール)-アミン(PEG-NH<サブ>2) | 上海鵬樹生物技術有限公司(中国) | PG2-AM-20k | |
| RPMI-1640 ミディアム | Gibco(アメリカ) | 31800022 | |
| シリカゲルパウダー | シグマ・オルドリッチ(アメリカ) | 53698 | 300メッシュ |
| 炭酸水素ナトリウム | シグマ・オルドリッチ(アメリカ) | 401676 | |
| 塩化ナトリウム | 中国国家製薬集団(中国薬剤) | 10019318 | |
| 二クロム酸ナトリウム二水和物 | シグマ・オルドリッチ(アメリカ) | 1.93689 | |
| スクアレン | シグマ・オルドリッチ(アメリカ) | Y0002131 | |
| 無菌遠心分離機チューブ(15 mLおよび50 mL) | コーニング(アメリカ) | 430791, 430828 | |
| 硫酸 | 中国国家製薬集団(中国薬剤) | 10021618 | |
| テトラヒドロフラン | 中国国家製薬集団(中国薬剤) | 34865-4X4L | 分析等級 |
| 超ろ過遠心管(分子量カットオフ:3.5 kDa) | ベックマン、アメリカ合衆国 | 344088 |
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