神経科学におけるアプタマーの応用パート 4
May 27, 2024
PET は、任意の組織深さで断層撮影の解像度を提供できるため、臨床診断で使用されるもう 1 つの非常に効果的なイメージング方法です。
PET スキャン (陽電子放射断層撮影法) は、さまざまな臓器や組織の機能および代謝状態を検出するために使用できる医療画像技術です。近年、PETスキャンは記憶の研究にも広く使用されています。
研究によると、PET スキャンは人間の認知能力と記憶能力に密接に関係する脳内の代謝活動と血流を検出できることがわかっています。 PET スキャンを使用すると、認知と記憶に関連する領域に異常があるかどうか、また情報の伝達と処理がどのように行われるかを観察できます。
PET スキャンの応用により、科学者は神経系の研究において大きな進歩を遂げることができました。たとえば、ある研究では、高齢者の脳代謝は若い成人よりも遅いことがわかりました。これが、高齢者が記憶喪失や認知機能の低下を経験する主な理由の1つです。さらに、PET スキャンは、神経変性疾患やアルツハイマー病などの神経疾患の兆候を検出できます。これは、医師がこれらの病気を早期に診断して治療し、患者の苦しみをできる限り軽減するのに役立ちます。
さらに、私たちが理解しているように、記憶は複雑な神経プロセスです。 PET スキャン技術により、記憶の形成と保存のプロセスをより深く理解できるようになります。これは、人々が知識やスキルをよりよく習得できるように、より優れた記憶トレーニング方法を開発するのに役立ちます。
要約すると、記憶の研究に PET スキャンを使用すると、より包括的なデータが得られ、より深い理解が得られます。このテクノロジーを通じて、私たちは自分たちの記憶力と認知能力をよりよく理解し、評価し、改善し、社会の発展や日常生活によりよく適応することができます。私たちは記憶力を向上させる必要があることが分かります。カンクサは多くのユニークな効果を持つ伝統的な漢方薬素材であり、そのうちの 1 つは記憶力の向上であるため、カンクサは記憶力を大幅に向上させることができます。カンクサの効能は、タンニン酸、多糖類、フラボノイド配糖体などを含む多くの有効成分に由来します。これらの成分は、さまざまな方法で脳の健康を促進します。
PET イメージングは、13N、18F、11C、64Cu、124I、68Ga などの陽電子放出放射性同位体に基づいています。フッ素同位体 (18F) は、半減期が約 110 分という有利な点、容易な生成、クリーンな減衰、および低排出エネルギーによりよく使用されます。
MRI に関しては、PET の最も重要な課題は、ターゲット特異的な造影剤を設計することです [128]。この目的のために、トロンビン アプタマーは、3-アジド-5-ニトロベンジルフルオリド ([18F]ANBF) と光化学的に結合できることが実証されました [70]。
また、18F 標識アプタマーに基づく PET イメージングは、テネイシン C [131]、プロテインチロシンキナーゼ 7 [132]、EGF 受容体 [133] などのタンパク質について報告されています。
3.7.2.診断
上皮成長因子受容体バリアント III (EGFRvIII) は、EGFR リガンドによって制御されるのではなく構成的活性化により発癌性があり、神経膠腫瘍形成性と治療に対する抵抗性を増加させます [134]。 EGFRvIII を過剰発現する U87- EGFRvIII 細胞は、細胞増殖速度を変化させ、放射線感受性を増加させる DNA アプタマーを取得するために使用されました [135]。
アプタマー (U2、U8、U19、および U31) の U87- EGFRvIII への結合能力は、フローサイトメトリーおよび共焦点顕微鏡分析によって確認されました。テアプタマーは腫瘍細胞（U87）の増殖と転移を阻害し、EGFRの下流のシグナル伝達事象に影響を与えました。
また、一連の改変により、このアプタマーのいくつかの変異体が開発されました。切断により特異性が高まる一方で、ヘアピンステムへの GCpairs の挿入により熱安定性が向上しました。分子ドッキングの助けを借りて同定されたピレン修飾を有するアプタマーは、標的分子に対するアプタマーの親和性を増加させた[136]。さらに、 118Re 標識 U2 は in vivo で抗腫瘍効果を示しました。
これらの有望な結果は、標的薬物送達システムにおける新規治療薬としてのU2アプタマーの応用を奨励する[125]。現在の治療薬の大部分は、副作用を示す治療薬の特異性が低いために失敗している。
標的療法の主な目的は、薬物の選択性を高め、「オフターゲット」副作用を軽減することです。この目標を達成するためのアプローチの 1 つは、アプタマー薬物複合体 (ApDC) などの疾患に特異的なリガンドを使用した薬物送達システムによるものです [137]。
細菌 Serratia marcescens によって産生されるプロディギオシンは、抗癌および抗マラリアの特徴を持つ細胞毒性があります。その誘導体の 1 つであるプロディギオシン 25-C は、免疫抑制活性を持っています。プロディギオシンと結合したアプタマーは、脳腫瘍細胞表面を特異的に標的とします。
分子モデリング ツール、Ascalaph デザイナー ソフトウェアを使用して、グルタミン酸受容体、およびさまざまなアプタマーを NVT アンサンブル内で 310 K で 50 ns の時間相互作用させました。このシミュレーション研究から、デルタ分子間エネルギーに基づいて 5 つの候補アプタマーが同定されました。 (ΔINME)。シミュレーション データを確認するために、これらの選択されたアプタマーを脳がん細胞および正常な脳細胞と個別にインキュベートしました。
最後に、両方の細胞タイプについて、各アプタマーの特異的結合パーセンテージを計算しました。アプタマー 8、10、11、23、および 69 は、高い親和性と低いΔ INME ですべての脳癌細胞上のエピトープを標的とする能力を有することが観察されました。さらに、このうちアプタマー 10 は脳腫瘍細胞に多く吸着され、正常細胞への吸着は著しく低かった [138]。
前に述べたように、脳疾患治療の主な制限は、大部分の小分子が脳に入るのを制限する BBB です。組織特異的なターゲティングの必要性も、もう 1 つの制限要因です。脳内の主要な疾患領域に薬剤を送達することは、効果的な治療に不可欠なアプローチです。
BBB の内皮細胞膜上に存在するトランスフェリン (Tf) は、分子が BBB を通過できるようにします [139-141]。最近の研究では、Tf 受容体 (TfR) を標的とするアプタマーが、EpCAM (上皮細胞接着分子) を発現する癌細胞に結合するアプタマーに融合されました [142]。アプタマー複合体は特異性を維持し、EpCAM および TfR に対する結合親和性の強化を示しました。
BBB を介したこれらのアプタマーのトランスサイトーシスは、1- ナノモル注射後に in vivo で確認されました。この研究は、二機能性アプタマーキメラがBBBを克服でき、脳障害を特異的に治療できる可能性があることを示した。
粒子でも同様の戦略を利用して、メソポーラス ルテニウム [Ru (bpy) 2 (tip)]2+ (RBT) ナノ粒子 (MRN) に二重標的化機能が提供され、これはアプタマー AS1411 (Apt) とTf は MRN 表面にグラフトされ、高い抗がん剤負荷能力をもたらしました [143]。このナノシステム RBT@MRN-SS-Tf/Apt は、Tf による効果的な BBB 浸透と、インビトロおよびインビボで神経膠腫細胞を殺すための特異的標的化を可能にしました。
さらに、[Ru (bpy) 2 (tip)]2+ による活性酸素種 (ROS) の生成は、レーザー照射下で神経膠腫細胞のアポトーシスを誘導し、光線力学療法 (PDT) が可能になり、生存期間を延長することが示されています。
これらの薬物送達アプローチは、TfR を標的とすることが、BBB を越えて貨物を移動させる成功した手段となり得ること、およびアプタマーキメラが脳腫瘍およびその他の CNS の脳疾患を治療する目的で効果的に使用できることを実証しています。低分子干渉 RNA (siRNA) には、配列特異的な遺伝子サイレンシング能力により、代替治療ツールとなります。
しかし、標的細胞への siRNA の送達は困難であり、siRNA の有効性を高めるために多数のアプタマーベースの siRNA 送達システムが開発されています [66]。 GBM 細胞への STAT3 siRNA の特異的送達は、Gint4 と結合した STAT3 (シグナルトランスデューサーおよび転写活性化因子 3) を標的とする siRNA からなるキメラアプタマーを使用して達成されました。
PDGFR (血小板由来増殖因子受容体) を標的とするタプタマー。 STAT3 は、悪性度の高い間葉性神経膠芽腫サブタイプの重要な調節因子です。このシステムの送達とSTAT3のサイレンシングはPDGFR陽性GBM細胞で測定された。また、キメラ系は in vitro で細胞の生存率と遊走を減少させ、in vivo で腫瘍増殖と血管新生を阻害することも示された [144]。
アプタマーは、78 ～ 168 nM の範囲の Kds で他のがん細胞株よりもさまざまな神経膠芽腫細胞株に特異的に結合するため、診断に応用できる可能性があります [63]。 DNA アプタマーのファミリーは、cell-SELEX を使用して神経膠肉腫細胞株 (K308) に結合するために選択され、最適化されました [145]。
これらはナノモル範囲の Kd 値を有し、最も高い親和性アプタマー (WQY-9) の Kd は 21 nM です。 WQY-9 は K308 細胞に対して高度に選択的であり、37 °C で K308 によって取り込まれました。パラフィン包埋組織サンプルに対してテストした場合、WQY-9 (WQY-9-B) の切断バージョンは、12 個の正常サンプルの 17% と比較して、神経膠肉腫サンプルの 73% (15 個中 11 個) を染色しました。
ランダムな DNA 配列は、神経膠肉腫サンプルと正常サンプルのそれぞれ 13 ％と 20％を染色しました。 RNA アプタマー (H02) も細胞 SELEX によって選択され、アルファ-5-ベータ-1 インテグリンに結合し、細胞蛍光アッセイおよび組織蛍光アッセイで神経膠芽腫細胞株と患者由来の腫瘍異種移植片からの組織を区別できます。 [146]。
したがって、より効果的な神経膠肉腫診断ツールを生成するアプリケーションが期待できるアプタマーがいくつかあります。アプタマーの一部を表 3 に示します。
4. 結論と今後の展望
人口の高齢化が急速に進んでいる国は、将来、いくつかの神経変性疾患に罹患する人の数が増加するという課題に直面することになるでしょう。 2050 年までに、20 億人以上が 60 歳以上となり、80 歳以上の人口は現在の 1 億 3,700 万人から 3 倍の 4 億 2,500 万人になるでしょう。
この高齢者の数の増加に伴い、神経疾患に罹患する患者の数も比例して増加すると予想されます。
脳腫瘍の発生率も増加すると予想されており、その理由は、がんの発生率が年齢とともに増加することと、高齢者の脳における修復機構の効率の低下によってがんの発生率が悪化する可能性があるためである。
高齢者を神経疾患に罹りやすくする要因と、タンパク質の蓄積、凝集体の分解障害、神経細胞死のメカニズムが理解され、適切な診断と治療が開発されれば、神経疾患や脳腫瘍の患者の増加は減少する可能性がある。
したがって、神経疾患や脳腫瘍の根本的原因と、それらが老化に及ぼす影響を理解することで、それらの予防や治療の手段が特定され、高齢期の多くの人々の生活の質が向上します。
抗体は現在、神経疾患の分子バイオマーカー、特にタンパク質バイオマーカーの診断の主要な手段となっています。しかし、抗体は製造コストが高く、バッチごとにばらつきがあり、広範な品質管理が必要であり、冷蔵保管が必要です。治療に使用する場合、抗体は免疫拒絶を避けるために最初に「ヒト化」する必要があります。
疾患バイオマーカーに特異的なアプタマーや、治療上の課題に対処するために使用できるアプタマー構築物を含めることで、診断と治療の機会を拡大できます。
アプタマーは、診断および治療への応用に利点と多くの新たな機会を提供するが、現代の診断および治療におけるアプタマーの代表性は低い。
アプタマーは抗体に比べて比較的最近発見された分子であり、承認された診断薬や治療薬としての開発には時間がかかると思われます。このレビューでは、診断と治療に使用される利用可能なアプタマーを要約し、それらを配列と特性とともに表 3 にリストしました。
しかし、LRRK2、Parkin、PINK1、DRP-1、DJ-1、UBQLN2、C9orf72、NEK-1、FASなど、神経疾患に関連する可能性のあるアプタマー標的はさらにたくさんあります。
アプタマーの機能のさらなる最適化とその特性評価の標準化により、アプタマーの応用は勢いを増し、神経科学の分野における診断および治療に多くの新たな機会をもたらすことが期待される。
著者の寄稿: すべての著者は原稿の出版版を読み、同意しました。
資金提供: この記事は、トルコ科学技術研究評議会(TÜB˙ITAK) 3501 (キャリア開発プログラム)、プロジェクト番号 119S845 によって支援されています。
治験審査委員会の声明: 該当なし。
インフォームドコンセント声明: 該当なし。
データの利用可能性に関する声明: この調査では、新しいデータは作成または分析されませんでした。データ共有はこの記事には適用されません。
利益相反: 著者は利益相反がないことを宣言します。
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