ナノ粒子が臓器の健康に関する新たで必要な洞察への扉を開く

臓器の状態を把握する技術は、さまざまな分野の進歩によって発展しています。AIだけでなく、ナノ粒子も診断や薬剤送達を改善する可能性があります。本稿では、2024年に報告された動脈硬化と腎臓に関する研究を紹介します。いずれも、人での治療効果がすでに確立したことを意味するものではありません。

ナノ粒子とは何か？

ナノ粒子は、一般に大きさがおよそ1～100ナノメートルの粒子を指します。自然界に存在するものも、研究や産業用途のために人工的に作られるものもあります。マイケル・ファラデーは1850年代に金コロイドと光の相互作用を研究しましたが、「ナノ粒子」という現代の用語を当時考案したわけではありません。金属の微粒子は、科学的に理解される以前からガラスの発色などに利用されてきました。

ナノ粒子は体積に対する表面積が大きく、材料や大きさによって特有の光学的・化学的性質を示します。量子効果が重要になる場合もありますが、すべての粒子に共通するわけではありません。また、原子より小さい粒子という意味でもありません。電子機器、環境研究、医療などへの応用が研究されています。

医療における画期的なナノ粒子技術

医療では、薬剤送達や画像診断へのナノ粒子の利用が研究されています。体内での移動や蓄積は、粒子の大きさ、表面性質、臓器の状態によって変わります。以下の二つの研究は、その可能性と限界を示しています。

粥状動脈硬化

2024年9月に紹介された、学術誌Small掲載の研究は、ナノ粒子による粥状動脈硬化の画像化と薬剤送達を扱っています。粥状動脈硬化では動脈壁にプラークが形成され、心筋梗塞や脳卒中の原因になり得ます。脂質管理などの既存治療はありますが、病変に薬剤を集中的に届ける技術には研究課題が残ります。

出典 -Mayo Foundation

心血管疾患全体による世界の年間死亡者数として約1,790万人という推計が使われています。これは粥状動脈硬化だけの死亡者数ではありません。今回の研究は、ナノ粒子を使ってプラークを画像化し、薬剤を病変へ届ける前臨床段階の試みです。

プラークの評価には、血管内超音波、冠動脈造影、CT血管造影、MRIなどが使われます。それぞれ、侵襲性、描出できる情報、費用などに違いがあります。MRIが常に最も高解像度とは限りません。金属製の医療機器や腎機能に関する注意点も、機器の種類や造影剤の使用によって異なります。

研究

研究では、プラークの画像化と薬剤送達を組み合わせるナノ粒子を開発しました。粥状動脈硬化は感染症ではなく、ここでいう粒子も自律的に動くロボットではありません。病変の化学的環境を利用して成分を放出する材料です。

粥状動脈硬化に対するナノ粒子の試験

粒子はナノスケール配位高分子（NCP）と、酸性環境に応答するベンゾイミン結合などから構成されます。ガドリニウムをMRI造影に利用し、シンバスタチンを薬剤として組み込みました。

プラークの酸性環境で粒子が分解し、造影成分と薬剤を放出する設計です。粒子が環境を酸性に変えてから薬剤を放出するという説明ではありません。前臨床モデルで、画像化と病変への薬剤送達の可能性が調べられました。

ナノ粒子テスト結果

ST/NCP-PEG粒子は、前臨床モデルでプラークを標的とする画像化・薬剤送達の有望な結果を示しました。これを、人で迅速な診断と治療がすでに実現したという結論に置き換えることはできません。

動脈硬化の診断と治療におけるナノ粒子の利点

画像化と標的薬剤送達を組み合わせられれば、病変の評価と治療の改善につながる可能性があります。ただし、研究条件での薬剤集積量の比較を、すべての治療で1,000倍の効率が得られるという意味に広げるのは不適切です。安全性、費用、臨床効果には追加の検証が必要です。

生体適合性と生分解性

生体適合性や分解性は、医療用ナノ粒子にとって重要な評価項目です。材料が分解されることと、あらゆる用量で副作用がないことは同じではありません。体内での分布、排泄、長期的な影響を調べる必要があります。

研究者

この研究はシンガポール国立大学のYong Loo Lin医学部などの共同研究です。外科部門、ナノ医療研究プログラム、心血管研究所に所属するWang Jiong-Wei助教らが進め、生体医工学、化学・生体分子工学、化学分野の研究者も協力しました。

腎機能の評価に向けたナノ粒子研究

2024年7月29日にAdvanced Materialsで公表された別の研究は、傷害を受けた腎臓で金ナノ粒子がどのように移動・滞留するかを調べました。これは腎疾患を治療したという報告ではなく、将来のナノ医療の安全性と診断に関わる基礎研究です。

腎疾患の治療と診断に向けたナノ粒子研究

研究では、腎臓から排泄されるよう設計された金ナノ粒子（AuNP）をX線造影プローブとして使いました。粒子の動きを追跡し、腎臓の傷害と粒子の滞留の関係を評価しました。治療薬の投与効果を実証する試験ではありません。

ナノ粒子テスト

シスプラチンで腎傷害を起こしたマウスに金ナノ粒子を投与し、X線画像でその移動を観察しました。重度の傷害では、血中尿素窒素（BUN）とクレアチニン（Cr）が正常値の約10倍になり、粒子の移動が遅くなりました。

これらは腎機能を示す指標です。傷害を感染と呼んだり、BUNを単なる窒素濃度と説明したりするのは正確ではありません。

結果

重度の腎傷害では、粒子が髄質を通過する速度が遅くなり、長く滞留しました。比較的軽度の傷害では、BUNやCrだけでは粒子の移動や蓄積を予測できず、尿細管の傷害との関係が重要でした。

この結果は、腎機能が低下した状況でナノ医薬品を使う際に注意が必要であることを示します。「早期なら必ず安全で効率的に薬剤を届けられる」と結論づけることはできません。

利点

ナノ粒子を画像診断のプローブに使うことで、従来の血液検査だけでは分からない情報が得られる可能性があります。ただし、この動物研究によって人での診断精度、費用削減、治療上の利益が確立したわけではありません。

研究者

この研究の著者には、テキサス大学ダラス校のXuhui Ning、Jie Zheng、Mengxiao Yuらが含まれます。腎傷害とナノ粒子の輸送の関係を、複数の研究者が共同で調べました。

関連技術を開発する2社

ナノ粒子や微粒子の製造技術、分析装置は、診断・治療の研究を支える分野です。以下の企業は関連事業を持ちますが、ここで紹介した二つの研究を商業化しているという意味ではありません。

1. Liquidia Corporation

LQDA 価格チャート

Liquidia Corporation (LQDA )はノースカロライナ州に拠点を置き、肺高血圧症などに対する治療薬を開発しています。独自のPRINT技術を利用して、薬剤粒子の大きさや形状などを制御します。薬剤送達の改善が目的ですが、同社のすべての粒子をナノ粒子と呼ぶことはできません。

PRINTは薬剤粒子を製造する技術であり、それ自体が肺高血圧症の治療法というわけではありません。Liquidiaは2023年6月、Pharmosa Biopharmと吸入トレプロスチニル製剤L606に関するライセンス契約を結びました。2021年の上場契約という元の説明は不正確です。

Liquidiaの株価は、開発状況や承認、競争、資金調達などの影響を受けます。特定時点の株価や52週高値・安値を、更新日が不明なまま現在値として扱うことはできません。また、株価の回復は売上高の回復と同じ意味ではありません。投資判断にはこれらのリスクを検討する必要があります。

2. Bruker Corporation

BRKR 価格チャート

Bruker Corporation (BRKR )は1960年に創業し、マサチューセッツ州に本拠を置く分析・計測機器メーカーです。高性能の科学機器や診断関連製品を提供しており、ナノ材料の分析にも関係する技術を持ちます。患者の治療を行う医療機関ではありません。

Brukerの2023年の売上高は約29億6,000万ドルでした。同社はNMRを含む科学分析機器の開発に長く携わっています。売上成長には事業拡大や買収など複数の要因が関係し、特定のナノ粒子技術だけに帰することはできません。

Brukerの研究機器はナノ材料分野と関連しますが、そのことだけで株式投資の成功が保証されるわけではありません。事業構成、競争、評価額、研究開発や買収に伴うリスクも確認する必要があります。

ナノ粒子 – 未来

ナノ粒子の応用研究は、医療、計測、材料科学など多くの分野で進んでいます。画像解析やモデル化にAIを組み合わせる試みもあります。どの用途が実用化されるかは、性能だけでなく安全性、製造、費用などの検証に左右されます。

ナノ粒子は大きな意味を持つ

小さな粒子には、診断や薬剤送達を改善する可能性があります。同時に、傷害を受けた臓器での蓄積など、注意すべき課題も明らかになっています。前臨床研究の成果を、人での治療効果が確立したかのように受け取らないことが重要です。その他のナノテクノロジーに関する記事はこちら。