¹³¹I標識抗VEGFR2メソポーラスシリカナノ粒子、未分化甲状腺がんマウスモデルで強力な抗腫瘍活性を示す

概要

未分化甲状腺がん（ATC）は稀ではあるが極めて予後不良な悪性腫瘍であり、その攻撃的な増殖と従来療法への抵抗性により、生存期間中央値は6ヶ月未満である。本研究では、ウシ血清アルブミン（BSA）および抗VEGFR2抗体で機能化したメソポーラスシリカナノ粒子（MSN）を調製し、ヨウ素131（¹³¹I）で放射性標識した。in vitroおよびin vivo試験により、腫瘍への標的性向上、腫瘍内保持の延長、FRO由来ATC異種移植モデルにおける優れた治療効果が実証された。遊離¹³¹Iや非標的MSNと比較して、抗VEGFR2修飾ナノ粒子はより高い腫瘍放射能濃度（24時間後32.2±2.8% ID/g）を達成し、生存期間中央値を有意に延長した（41日対25日）。これらの知見は、標的放射性標識MSNがATCに対する新規な低侵襲治療となり得る可能性を支持する。

背景

ATCは甲状腺がんの約2%を占めるが、急速な局所浸潤と遠隔転移により、甲状腺がん関連死の大半を占める。従来の放射性ヨウ素療法は、ATC細胞がヨウ素取り込み機構を欠くため無効である。VEGF/VEGFR2シグナル伝達によって駆動される血管新生が腫瘍増殖を維持しており、VEGFR2は合理的な治療標的となる。メソポーラスシリカナノ粒子は、高い担持容量、生体適合性、容易な表面機能化を兼ね備え、画像診断と治療を融合したセラノスティクス（療診一体化）の理想的な担体となる。

材料と方法

ナノ粒子の調製

MSNはCTABテンプレート法によるゾルゲル法で合成し、均一な球状粒子（約108 nm）を得た。APTESによる表面アミノ化でMSN-NH₂を得た後、EDC/NHS化学反応でBSAと抗VEGFR2抗体を共役化し、BSA-MSN-抗VEGFR2を調製した。クロラミンT法による¹³¹I標識で、標識効率50-75%を達成した。

キャラクタリゼーション

透過型電子顕微鏡で球状形態を確認。動的光散乱で、完全機能化後には粒径が108 nmから163 nmに増大することを示した。ゼータ電位は-23 mVから+28 mVに反転し、共役化の成功を裏付けた。BET解析では比表面積630 m²/g、細孔径2.8 nmを示した。

In vitro取り込み試験

FRO ATC細胞をFITC標識ナノ粒子と共培養した。共焦点顕微鏡観察により、抗VEGFR2標的粒子では1時間および6時間の時点で非標的対照と比較して著しく強い蛍光が観察され、強力な細胞内取り込みが確認された。

In vivo試験

皮下にFRO異種移植腫瘍を持つ雌性BALB/cヌードマウスに、7.4 MBqの¹³¹I-BSA-MSN-抗VEGFR2、¹³¹I-BSA-MSN、または遊離¹³¹Iを腫瘍内注射した。腫瘍体積、体重、生存を3日ごとにモニタリング。SPECT/CTイメージングとγカウンターによる生体分布解析を24時間、72時間、および投与後最長21日まで実施した。

病理組織学的解析

剖検後のH&E染色と免疫組織化学染色で腫瘍壊死とVEGFR発現を評価し、主要臓器の毒性を検討した。

結果

ナノ粒子の特性

MSNは均一な形態を維持。表面修飾により粒径163 nm、ゼータ電位+28 mVに変化。BET解析でメソポーラス構造を確認。ナノ粒子は数週間安定で凝集は認められなかった。

標的性と取り込み

共焦点イメージングで、抗VEGFR2修飾粒子の緑色蛍光がより強く、結合能の向上を示した。時間依存的放射能測定では、BSA-MSNで3時間、BSA-MSN-抗VEGFR2で5時間にピーク取り込みを示し、後者がより高い絶対カウントを示した。

組織分布

24時間時点で、標的群の腫瘍放射能は32.2% ID/g、非標的群26.1% ID/g。72時間では標的群23.0% ID/g、非標的群12.3% ID/gに低下したが、いずれも遊離¹³¹I（11.6%および2.1% ID/g）を有意に上回った。

In vivoイメージング

SPECT/CTで、標的ナノ粒子の腫瘍放射能が3週間持続するのに対し、遊離¹³¹Iは3日目には消失した。

治療効果

標的群では腫瘍体積が9日目以降プラトー後に縮小したが、非標的群と遊離¹³¹I群では増大し続けた。生存期間中央値：標的群41日、非標的群34日、遊離¹³¹I群25日、生理食塩水群27日（P<0.01）。

安全性プロファイル

心臓、肝臓、肺、腎臓のH&E染色で病理学的変化なし。標的ナノ粒子処理腫瘍では広範な壊死と生存細胞密度の低下を認めた。

考察

放射性標識MSNによるVEGFR2標的化は、ATCにおける腫瘍保持と治療指数を大幅に改善し、従来の放射性ヨウ素療法を上回った。イメージングと治療の両機能（セラノスティクス）により、薬物動態のリアルタイムモニタリングが可能となる。全身毒性の欠如は、臨床応用への好ましい安全性マージンを示唆する。今後の課題は静脈投与の検討と抗がん剤の担持である。

結論

¹³¹I標識BSA-MSN-抗VEGFR2を調製し、ATC異種移植モデルにおいて優れた腫瘍標的性、延長された保持、顕著な抗腫瘍活性、生存延長、検出可能な全身毒性なしを実証した。このプラットフォームは、攻撃的な甲状腺がん治療の有望な新戦略を提示する。

略語

• APTES – 3-アミノプロピルトリエトキシシラン
• ATC – 未分化甲状腺がん
• BSA – ウシ血清アルブミン
• CLSM – 共焦点レーザー走査顕微鏡
• CTAB – セチルトリメチルアンモニウムブロミド
• DAPI – 4,6-ジアミジノ-2-フェニルインダール
• DLS – 動的光散乱
• DMEM – ダルベッコ変性イーグル培地
• DMSO – ジメチルスルホキシド
• EDC – 1-(3-ジメチルアミノプロピル)-3-エチルカルボジイミド塩酸塩
• FBS – 胎児牛血清
• FITC – フルオレセインイソチオシアネート
• HBSS – ハンクス平衡塩液
• MSN – メソポーラスシリカナノ粒子
• NHS – N-ヒドロキシスクシニミド
• PBS – リン酸緩衝生理食塩水
• TEM – 透過型電子顕微鏡
• TEOS – テトラエチルオルソシリケート
• VEGFR – 血管内皮増殖因子受容体