リポソームナノメディシンによる標的がん薬物送達：有効性と安全性の向上

概要

急速かつ制御不能な細胞増殖により合併症と組織機能不全を引き起こす疾患であるがんの罹患率増加は、科学者と医師にとって深刻で切迫した懸念事項の一つです。現在、がん診断、特に効果的な治療は、過去100年間で医療と医学における最大の課題の一つと見なされています。薬物発見と送達における著しい進歩にもかかわらず、それらの多くの副作用と不十分な特異性と感度は、通常健康な組織と臓器への損傷を引き起こし、使用における大きな障壁となっています。これらの治療薬の投与期間と量の制限も課題です。一方、化学療法や放射線療法などの典型的ながん治療法に抵抗性を持つ腫瘍細胞の発生は、抗腫瘍薬物特性の革新、改善、開発への切実な必要性を浮き彫りにしています。リポソームは、異なる物理化学的特性を持つ薬物を貯蔵できる能力により、ナノメディシンにおける薬物送達とがん治療の適切な候補として提案されてきました。さらに、様々なポリマー、リガンド、分子との共役によるリポソーム構造の高い柔軟性と化学修飾の可能性は、薬理学的長所を高めるだけでなく、抗がん剤の有効性を改善するという点でリポソームの大きな利点です。リポソームは、抗悪性細胞剤の体内での感度、特異性、持続性を高め、ナノメディシンへの応用において顕著な利益を提供します。本稿では、リポソームの発見と開発を、多様ながんと疾患治療への臨床応用に焦点を当ててレビューしました。リポソーム薬物特性の改善方法と、がん治療における機会と課題も検討・議論しました。

グラフィカルアブストラクト

はじめに

体の健康な細胞が正常状態から外れ、制御不能に分裂する疾患であるがんは、現代において大きな医療課題として認識されています。この合併症は、環境発がん物質の蓄積や遺伝子変異によって引き起こされ、現代における大きな医療課題と認識されています。毎年何百万人もの人々ががんによって死亡しており、新規患者数と死亡率は継続的に増加しています。世界保健機関（WHO）報告によると、がんは2018年に第2位の死因であり、同年に約960万人が様々ながんで死亡したと推定されています。2018年には、6人に1人の死亡ががんによるものでした。がん死亡の約70%は発展途上国と低所得国で発生しています。しかし、先進国におけるがん罹患率と致死率も考慮する必要があります。

抗腫瘍薬による化学療法は、がん治療の重要な手法として知られています。遊離薬による化学療法は、適切な感度と特異性の欠如によって制限されています。その結果、この制限は副作用による正確な治療の妨げとなり、十分な抗腫瘍効果の発揮を阻害してきました。化学免疫療法、併用併合治療も、従来薬剤に抵抗性を持つ腫瘍細胞を明示的に治療する効果的で有望ながん治療法として提案されています。近年、がん治療のために様々な従来および先進治療が発見・応用されてきました。例えば、従来抗がん剤、特に化学療法薬の副作用を軽減するために、ウイルスナノ粒子（VNPs）、量子ドット、ポリマーナノ材料、リポソームなど、様々なナノメディシンが応用されてきました。

様々なナノメディシンの中で、リポソームは球状ナノ粒子（NPs）として特定の構造を持っています。リポソーム構成要素に水性と有機性の2相が存在することで、親水性と疎水性の両方の薬剤を封入でき、多くのナノキャリアに対する顕著な利点を生み出します。抗腫瘍薬を多様な種類のリポソームに封入することは、特異性、生体利用率、生体適合性特性を高める方法の一つです。過去20年間、リポソームを治療目的で活用するための多大な努力が払われてきました。これらの薬剤の一部、例えばDaunoXome®とCaelyx®は一般および臨床応用で承認されており、他も最終製造と承認段階にあります。

一般に、免疫リポソームやpH感受性リポソームなど、異なる種類の治療用リポソームがあります。免疫リポソームは、標的薬物送達システム（DDS）としても知られるナノ医療デバイスの大グループで、研究において有意な抗悪性効果を示しています。pH感受性リポソームは、構造と構成分子がpH変化によって変化し、薬物内容物を放出する多形性リポソームのグループとしても知られています。さらに、リポソームは他のナノメディシンと同様に、薬物送達システムに加えて組織修復と再生、イメージング、診断にも利用する可能性を持っています。リポソームの様々な側面での使用は、疾患とがんの識別、管理、治療を簡素化します。

本稿では、リポソームの発見と構造に関する知見、リポソームの様々な特性、市販リポソーム薬とその開発について概説します。最終的に、リポソームナノメディシン活用の機会と課題に関する報告を結論としてまとめ、科学者の今後の研究で注目すべき重要課題として強調します。これにより、限界の除去と長所の強化につながることが期待されます。

本文

リポソームの科学的歴史：発見と定義

水性環境中の小さな脂質粒子の構造と振る舞いに関する初期研究から、最初の米国FDA承認脂質ベース薬物送達ナノ粒子まで、約1950年を要しました。水中での脂質と脂肪粒子振る舞いの研究プロセスは、約2000年前のプリニウス（大プリニウス）による最初の観察から始まりました。17世紀末、アントニ・ファン・レーウェンフックによる細胞発見は、細胞構造に関する多くの疑問を提起しました。その後、ゴルターとグレンデルが細胞膜にリン脂質二重層存在を発見しました。さらに、シンガーとニコルソンがモザイク膜モデルを提唱し、細胞膜リン脂質の振る舞いを説明しました。これらの科学的観察と仮説は、他の科学者の注目を脂質由来NPsに集めました。1960年代、バブラハム研究所で血液凝固過程における脂質、特にリン脂質の効果を研究していたアレック・D・バンガムは、偶然最初のリポソームを観察し、水中に自発的に球状粒子が形成されるのを見て驚きました。その後、アレック・バンガム研究室の訪問者で彼の研究成果を知っていたジェラルド・ワイスマンは、アレックが観察したスメクチック中間相を「バンガム小体」ではなく「リポソーム」と命名し、ノーベル賞を受賞しました。リポソーム発見の科学的歴史を図1にまとめます。

現代においてリポソームナノ粒子として知られる構造とは？

リポソームNPsを合理的に定義し、その特性を発見するための激しい努力が払われてきました。現代では、リポソームは脂質二重層膜と親水性コアで構成される、自発的に形成される球状断片として定義されています。

リポソームサイズは約10 nm〜2500 nm（2.5 µm）の範囲で変化します。しかし、薬物送達用投与リポソームの多くは典型的に約50〜450 nmサイズです。確かに、はるかに大きな寸法のリポソームも医療応用に利用可能です。さらに、リポソームは主にリン脂質で構成されます。リン脂質はトリグリセリドと興味深いほど類似した脂質タイプです。リン脂質構造には親水性ヘッドと2つの疎水性鎖があり、両親媒性分子と見なされます。

リン脂質からなるリポソーム膜は、主にホスファチジルコリン（PC）、スフィンゴミエリン（SM）、ホスファチジルセリン（PS）、ホスファチジルエタノールアミン（PE）を含み、これらは両親媒性で水中で特定構造を形成する強い傾向を持ちます。この現象の物理的理由は、リン脂質に親水性ヘッド（リン酸基）と2つの疎水性テール（脂肪酸）が共存することにあります。リン酸基はH₂O極性分子と相互作用し、疎水性テールは水分子から逃れ互いに相互作用します。この場合、非極性鎖が互いに向き合い二重層を形成し、その間に親脂性空間を作ります。したがって、リポソームのこの親脂性部分構造は、疎水性薬剤と材料の貯蔵に応用できます。さらに、リン脂質の親水性部分は分子力（水素結合、ファンデルワールス力など）により水分子に向き、リポソーム内部に親水性領域を形成します。天然リン脂質であるレシチン分子構造、その親水性ヘッド、疎水性鎖、リポソームの様々な領域を図2に示します。

また、水中溶解後のリポソーム球状構造は、分子タイプ、水性媒質温度、モル濃度、イオンなど他の物質存在により、最終形状が決定されます。リポソームの主要物理化学的属性は、構成脂質、特にリン脂質とその他構成分子の正味特性です。これら特性には透過性、表面電荷密度、全体サイズが含まれます。

リポソームの多様な分類

発見以来、これら構造は常に生物学、生物物理学、生化学、薬学研究の不可欠な部分として利用されてきました。

今日、リポソームはサイズ、リン脂質二重層数、合成手順、調製メカニズムに基づいて分類できます。サイズでは、小、中、大の3群に分けられます。膜層数では、単層小胞（ULV）、寡層小胞（OLV）、多層小胞（MLV）に分類されます。ULVは約50〜250 nmの1つのリン脂質二重層で構成されるリポソームであるのに対し、MLVは約0.5〜1.5 µmと大きく、複数のリン脂質二重層膜を含みます。合成手法の違いがこれら2群の境界を作ります。用途では、ULVは内部に大きな親水性環境を持つため、親水性薬物封入に適しています。小型単層小胞（SUV）はULVと同様に1つのリン脂質二重層で構成されますが、サイズでは100 nm未満です。形態学的に、OLVは2〜5個の小胞で構成され、同一または異なるサイズを持つ可能性があります。OLV構造では、小胞は互いに内包されることなく、1つの大きなリン脂質二重層内に全て封入されます。OLVは通常0.1〜1 µmです。ULVとは対照的に、MLVは親水性物質送達に理想的ではありません。MLVは主に疎水性薬剤送達に活用されます。様々なタイプのリポソームを図3に示します。

リポソーム調製法と新世代への発展

金属ナノ粒子などの硬いNPsと対照的に、リポソームはソフトNPsであり、様々な手法で合成可能です。例えば、MLVとULVは明確な調製メカニズムを持ちます。ほとんどの手法では、特定溶媒（クロロホルム、メタノールなど）を用いて、所望モル比でリポソーム膜形成用脂質を丸底フラスコ（RBF）で溶解します。例えば、ハンドシェイク法はMLV合成の主要手順です。この手順は脂質膜水和法としても認識され、脂質を有機溶媒に添加し、溶媒をロータリー装置で蒸発させ、固形物を凍結乾燥し、最終的に水和と押出法でリポソームを合成します。その他のリポソーム合成法には、超音波法、逆相蒸発法、フレンチプレッシャーセル法、凍結乾燥法、膜押出法があります。

さらに、リポソームは時間経過に伴う発見と開発に基づいても異なるカテゴリーに分類できます。第1世代リポソームは一般に従来型または古典的リポソームと呼ばれます。従来型リポソームを治療用NPsとして使用する際の問題点は、in vivoで非常に早く特定されました。早期に検討された問題の一つは、リポソームへの薬物封入制限でした。つまり、多くの薬物が第1世代リポソーム内部に貯蔵できませんでした。リポソーム構造と特性（安定性、治療効力、臨床応用可能性）を調査したいという強い願望とともに、これら課題が第2世代リポソームの開発を導きました。構成脂質、表面電荷、正味重量、総体積を変更することで開発されました。正確には、第2世代リポソームは主に従来型リポソームに親水性ポリマーを添加し、体液中での保存寿命を延長して薬物送達システムの適切な候補とすることで合成されます。この種のリポソームは、非特異的長循環リポソームとリガンド標的長循環リポソームの2群に分けられます。

古細菌リポソーム（アーケオソーム）は、新世代リポソームとして、古細菌膜脂質と合成リン脂質アナログで構成されます。過去10年間、アーケオソームを薬物とワクチン送達に利用する可能性を調査するため、広範かつ相当な努力が払われてきました。古細菌型脂質の構造核は、約20〜40炭素を含む飽和フィタニル鎖を持つジエーテルまたはテトラエーテル分子です。これら炭素鎖は、アーケオールまたはカルダーケオールに見られるスニグリセロール骨格のsn-2,3炭素のエーテル結合に結合しています。前述の通り、これら粒子は腫瘍合併症、アレルギー、感染症の薬物送達、およびワクチン接種にも大いに利用可能です。

リポソームの生体材料特性と物理化学的特性評価

前述の通り、医学の広範な進歩にもかかわらず、特にがんを含む一部疾患治療は、非効率的治療薬と手法により依然として困難な課題に直面しています。腫瘍に影響を与えるために投与薬物用量を調整することは、抗がん剤の狭い治療ウィンドウにより緊迫した問題です。つまり、治療用量と毒性用量の僅かな差、不適切な感度と特異性が、高度な治療手順への大きな需要を生み出しています。

さらに、組織への薬物送達用ナノ材料利用が最近注目されています。生体適合性と生分解性は、送達システムでのナノ材料利用のための生体材料特性からの2つの必須特徴です。生体適合性は、治療NPsが体組織とシステムを損傷することを防ぐために必要で、生分解性はNPsを無毒化合物に分解し、臓器から簡単に除去するために緊急に必要です。リポソーム発見後、科学者たちは薬物送達用ナノ材料として適用し始めました。前述の通り、リポソームは治療目的で必要な2つの生体材料特性、生体適合性と生分解性を持っています。また、リポソームNPsはこの目的のために適している他の特性も持っています。例えば、リポソームの特定構造により、親水性（水溶性）と疎水性（脂溶性）両方の薬剤群を封入できます。さらに、リポソームのリン脂質二重層膜存在により、封入薬剤が酵素分解、免疫構造による生物学的不活性化、in vivo化学変化など、様々な現象と損傷から保護されます。この点には2つの重要な利点があります：第一に、リポソーム内封入分子構造が標的組織到達前に保存され、修飾されないこと。第二に、リポソーム膜により他の健康非標的組織が薬物曝露から保護され、これら薬剤の影響を受けないこと。リポソームはDNA、RNAなど遺伝物質送達や遺伝子治療にも適用可能です。この目的で使用されるリポソームは、陽イオン、陰イオン、中性脂質、リン脂質、またはそれらの混合物で構成可能です。カーボンドットなどの一部診断・イメージング薬剤は、リポソームと組み合わせて、または単独でがん検出とイメージングに利用可能です。カーボンドットは部分的に臨床応用承認され研究で活用されていますが、細胞毒性が広範応用の困難な障壁となっています。リポソーム薬物NPsの一般構造を図4に示します。

Gregory Gregoriadisはこの分野の先駆的研究者の一人として、リポソームを薬物送達システムに使用する仮説を提唱し、薬物化合物がリポソームに封入可能であると述べました。リポソームの適切な生体材料と物理化学的特性が報告されています。例えば、動物モデルで使用された抗腫瘍薬シタラビン含有リポソーム調査では、L1210白血病マウスの寿命が有意に延長されたことが示されています。リポソームを適用することで、薬物活性形の十分な用量を保護された形で標的部位に送達できます。

治療用途のためのリポソームNPs特異性と感度向上

前述の通り、様々な分子とポリマーを使用することでリポソーム構造と膜を変更可能で、これにより新機能をリポソームに追加したり特性を修飾したりできます。リポソームの血中循環延長と、EPR効果による特定腫瘍組織や病変部位への蓄積能力向上は、リポソームの高いクリアランス率を考慮して最初に考慮すべき重要特徴です。ポリエチレングリコール（PEG）分子を化学共役でリポソーム膜に結合させることは、この機能をリポソームに付加するために順次使用されてきました。エチレングリコールポリマーがリポソーム、特に体液中のリポソーム治療NPsの半減期延長における重要性と役割は、約20年前に表明されました。

AbuchowskiとMcCoyは、PEGをリポソーム構造に共役させることで血流中リポソーム半減期延長を初めて試みました。その結果、彼らの努力は一般的にリポソーム循環と血流中半減期を延長しました。数ヶ月後、他研究者たちは単核食作用系細胞（MPS）によるリポソーム高速クリアランス低減可能性を調査しました。リポソーム表面分子にPEGを結合させることで、リポソーム血中循環が改善されることが期待されました。この分野には多数の論文があります。さらに、従来型リポソームとは異なり、PEG修飾リポソームは用量非依存的薬力学的特性を示しました。様々なポリマーの中で、PEG分子はリポソーム表面に結合してin vivo保存寿命を延長できるポリマーの一つです。他ポリマーもこの目的で使用可能です。図5は、PEGポリマー分子がリポソームを抗体から保護し、血中寿命を延長する様子を示しています。

前述の通り、PEG以外にもリポソーム循環延長に利用可能な分子があります。ポリオキサゾリンポリマーも、リポソーム膜修飾により半減期向上に用いられる物質です。Woodleらは、ステルスリポソーム合成にポリ[2-エチル-2-オキサゾリン]（PEOZ）を初めて適用したグループです。彼らの結果は、ラットに注射したポリ[2-エチル-2-オキサゾリル化]PETOX化リポソームの肝臓・脾臓細胞による排除と取り込み減少を証言しました。結果は、ポリ[2-エチル-2-オキサゾリン]やポリ[2-メチル-2-オキサゾリン]（PMOZ）など他ポリマー共役も、PEG類似効果でリポソーム半減期延長とin vivo循環延長をもたらす可能性を示しました。また、PEG、PEOZ、PMOZ共役リポソームの様々な臓器とシステムでの生体分布を比較しました。結果は、これら全リポソームの血液と脾臓での生体分布はほぼ同一でしたが、肝臓ではPMOZ分布が他よりはるかに低いことを示しました。

Painらは、デキストラン分子をULV表面に結合させました。結果は、デキストラン共役リポソームが従来型リポソームと比較してより長い循環と、肝臓と脾臓による吸収と取り込み低下を示しました。この結果は、デキストラン分子がリポソーム体内保存寿命延長に加えて、安定性向上とリポソームからの薬物放出速度調整にも適用可能であることを証言しました。

考慮すべき第2課題は、リポソームの流動性と安定性です。コレステロールなど他脂質をリポソームフレームに使用できます。コレステロールはリン脂質二重層内の一部化合物に置換され、リポソーム特性向上に寄与することがあります。しかし、リポソーム二重層内容を修飾し、一部リン脂質分子を特定化合物、特にコレステロールで置換することが、リポソーム流動性低減できることが証明されています。さらに、リポソーム膜へのコレステロール存在は、構造安定性を高め（in vivoおよびin vitro実験両方で）、透過性と封入物質漏出可能性を低減します。コレステロールは疎水性ステロイドで、リポソーム膜存在時にリン脂質二重層間の疎水性鎖と相互作用し構造を安定化します。このコレステロール作用は、リポソームを臨床的にin vivoで活用する際に実質的です。なぜなら、リポソームが体内で高密度リポタンパク質（HDL）と低密度リポタンパク質（LDL）に変換されることを防ぐためです。また、血液と細胞内液に存在する脂質構造がリポソームに影響を与える可能性があります。LDLやHDLなどリポタンパク質は注入リポソームに影響し、脂質移動と膜再配列を引き起こし、薬物含有リポソームNPs安定性を大幅に低下させます。DNAや治療応用でリポソーム膜に利用される他物質も、膜内コレステロールにアンカー固定する必要があることは注目に値します。リポソーム膜への様々物質添加は、リポソームにポジティブ特性を創出する一つの方法です。

考慮すべき第3必須特徴は、標的細胞への正確な識別と特異的結合のためのリポソーム感度と特異性です。モノクローナル抗体、Fabフラグメント、トランスフェリン、葉酸など他共役分子を結合させることで、リポソーム特異性を高め、腫瘍細胞への特異的結合を可能にできます。さらに、薬物ナノキャリア、特にリポソームの特異性と感度向上は以前から調査されてきました。例えば、Mohammad J. Akbarらは、小細胞肺癌（SCLC）治療のためペプチド-PEG-リピッド共役リポソームを研究しました。結果は、ガストリン放出ペプチド受容体（GRPR）拮抗ペプチドをリポソームに結合させることで、GRPR発現細胞へのこれらリポソーム特異性と蓄積が増加することを示しました。また、これらペプチド結合リポソームは、GRPR発現遺伝子がアップレギュレートされているため肺癌細胞治療に適用可能と主張しました。

最終的に、適切特性を持つPEG化リポソームに薬物が添加され、現在これらリポソーム構造は産業臨床利用で確立されています。抗体も初期研究でリポソーム標的細胞結合能力向上に使用されました。この場合、リポソームにより受容体媒介エンドサイトーシスが実行され細胞内に入ります。一方、抗体をリポソームに結合させる様々な手法が開発されてきました。抗体共役リポソーム研究は、抗体をリポソーム表面に共役させることで、培養腫瘍細胞に対する抗がん剤毒性が増加することを証明しています。PEGリポソーム表面に抗体を適用した場合、特にPEG側鎖が長いとき、抗体が標的受容体に結合する残基がPEGポリマーによって覆い隠されることがあります。したがって、リポソーム薬物へのPEGと抗体同時使用とその欠点は科学者によって考慮されるべきです。

治療応用における第4重要因子は、リポソーム内封入薬物放出の研究です。損傷組織の異常条件によるリポソーム調整による薬物遊離は、リポソーム臨床投与における極めて重要な課題です。さらに、温度感受性化合物、pH、標的細胞組織と膜表面に結合できる特定代謝産物をリポソーム表面に使用することは、これら薬物を精密に放出する手法です。この手法利用により、標的細胞膜表面へのリポソーム特異的効果と内部薬物内容物放出が可能になります。

リポソームNPs内封入化合物放出速度は、標的部位で利用可能な薬物用量調整の第5実質的基準です。リポソーム薬物送達システムとNPsを含む全ての薬物送達システムの適切使用で考慮すべき本質的対象の一つは、薬物放出速度と調整です。リポソーム薬物送達システムとNPsに関して、リポソーム内封入物質は生物学的に利用可能ではなく、初期状態から放出されるときのみ生物学的利用可能になることは言及に値します。したがって、薬物含有リポソームは、がん組織への生物学的利用可能薬物濃度増加能力を提供し、リポソームからの薬物放出速度が調整されている条件下で治療品質と治療効力向上を達成できます。さらに、リポソーム二重層内容変更と一部リン脂質を特定化合物、特にコレステロールなどステロイド分子で置換することが、封入化合物の透過性と意図せぬ漏出を減少させることが証明されています。結果として、この利点を封入化合物放出速度調整に活用できます。一度放出されれば、薬物は細胞内に十分浸透し、必要な生理生化学的変化をもたらして影響を発揮しなければなりません。

前述の通り、アプタマーなど様々化合物をリポソームに共役可能です。Mohammad Mashreghiらは、抗上皮細胞接着分子（抗EpCAM）をアプタマーとして用い、Caelyx®リポソームを機能化しました。実験結果は、このアプタマーによるCaelyx®機能化がこのリポソーム薬の長所を高め、がん治療の実行可能選択肢とすることを決定しました。図6は、in vitroまたは臨床科学目的で使用される様々タイプリポソーム構造を概略的に示しています。

リソソームを通過して細胞内に入る薬物（低pHと多数分解酵素を持つ）は、リポソーム共役医薬品実用応用の第6最重要因子です。治療薬を細胞外・細胞内空間での望ましくない変換から保護するため、細胞透過ペプチドをリポソーム表面に結合させます。

リポソーム薬物薬理学：薬物動態と薬力学

薬理学的属性評価は、医学と薬学科学の不可欠部分として、リポソームを薬物キャリアとしての長短所をより良く理解するだけでなく、臨床試験で確認・評価するためにも必要です。リポソーム薬物薬理学的特性と身体との相互作用は、薬物動態（身体が治療化合物に与える影響）と薬力学（薬物が身体と細胞経路にどう作用し影響するか）の2側面で検討可能です。一般に、がん治療や他疾患でのリポソーム薬物送達利用には、一方ではこれら薬剤有効性向上、他方では正常組織への毒性低減が必要です。NPベース薬物適切投与経路、血流中循環と半減期、組織内生体分布、細胞代謝、排泄、代謝、クリアランスなどが薬物動態分野で研究されてきました。リポソーム薬物動態は主に、様々体液と組織でのリポソーム共役薬物生物学的利用可能性を研究します。確かに、化学分解と生物学的排泄、リポソーム取り込みと浄化研究も薬物動態で考慮されます。リポソーム薬物使用の薬理学的利点（適用リポソームタイプに関わらず）に関する研究結果は、遊離薬物と比較して以下を示しました：

第一に、リポソームは薬物放出プロファイルを持続放出に修飾でき、結果として持続注射必要性を低減できます。第二に、薬物血流と体液中存在を延長し、結果として半減期を延長できます。第三に、癌組織へのより良い生体分布を導く可能性があり、健康な毛細血管内皮を通過する粒子サイズ制限により健康組織への薬物影響を低減できます。最終的に、標的組織到達前の血漿中薬物代謝と不活性化を低減し、薬物代謝産物クリアランスに正の効果をもたらします。

しかし、リポソーム薬物動態において、溶解性、特異性、感度向上のためにいくつか変更が必要です。これら修飾により、化学療法抵抗性細胞克服、有効性と半減期向上が可能になります。さらに、代謝結果としての毒性や意図せぬ代謝産物生成もこれら修飾で低減すべきです。

リポソーム薬物投与後、体内に入り特定半減期で血流循環します。サイズと形成組成がリポソーム薬物半減期を決定します。さらに、体内からリポソーム薬物急速クリアランスは作用持続時間と治療指数を低減させます。前述の通り、リポソームにPEGなど親水性ポリマー付加によりクリアランス率低減とこの課題解決が可能です。また、コレステロール分子添加によりリポソーム膜流動性と薬物放出速度調整も可能です。

リポソーム薬物送達応用は、薬物薬物動態に変化をもたらす可能性があります。リポソームが様々薬物薬物動態特性を変更する能力は、薬物送達システムにおける主要利点の一つです。リポソームクリアランスと排泄プロセスに関して、リポソーム構造は投与後血漿タンパク質影響を受けることは明らかです。例えば、リポソームナノ粒子注射後、オプソニンがリポソーム表面に吸着します。オプソニンは主に免疫グロブリンとフィブロネクチンを含む血漿タンパク質です。リポソーム表面オプソニン存在は、MPSによる排除をもたらし、これは血液と体液から様々薬物排除の重要セクションです。また、補体C3bとFc受容体がオプソニン-リポソーム複合体に結合することでもクリアランスされます。肝臓クッファー細胞、脾臓マクロファージ、骨髄、リンパ節など様々組織と細胞がリポソームNPsクリアランスに関与します。

国際純粋応用化学連合（IUPAC）定義によれば、薬力学は生物系への化合物薬理学的影響と、これら効果の生化学的生理学的帰結を研究することを指します。リポソーム内封入時の治療薬識別忌避性増加は、リポソーム利用の薬力学的利点の一つとして認識されています。

さらに、物理化学的特性がリポソーム薬物薬理学に顕著影響を与えます。ナノ粒子（リポソーム含む）粒子サイズ、膜電気電荷、膜脂質組成は、薬物動態と薬力学に影響を与える物理化学的特性です。第一に、ナノ粒子（リポソーム含む）粒子サイズとクリアランス率に直接関係があります。NPsサイズ増加により、免疫系とMPS細胞による排除率も増加します。第二に、リポソーム膜正味電荷は、リン脂質電気電荷とその他構成粒子の結果です。結果として、膜電荷上昇はこれら薬剤クリアランス率増加と関連します。膜脂質組成と他構造的特徴（親水性コア半径など）もリポソーム薬物薬物動態に顕著影響を与えます。

より重要なのは、異なるタイプリポソームがそれぞれ異なる構造により異なる薬物動態/力学を示すと仮定されていることです。薬物放出速度もリン脂質二重層数と封入薬物化合物含量に依存します。また、流体力学的直径、総体積、他薬物動態特性にも依存します。

リポソーム薬物投与経路

多くの異なる薬物と同様に、NPベースリポソーム医薬品は幅広い経路から投与可能です。つまり、経口摂取と、静脈内（I.V.）投与、様々な局所注射など、異なる注射法がリポソーム薬物一般的投与経路です。薬物送達のためのナノ粒子（リポソーム含む）経口投与利用は、ナノ粒子が薬物生物学的利用可能性を高め、細胞との相互作用改善、消化管内酵素と胃液による薬物分子構造修飾防止により、効果的戦略として強調されています。さらに、粘膜と表皮層への治療分子放出向上だけでなく、初回通過効果時の薬物望ましくない変化から保護する能力も持ちます。静脈内注射は、FDAや他当局承認多くリポソーム薬物の主要投与経路として使用されます。一方、皮下（S.C.）、皮内（I.D.）、腹腔内（I.P.）、筋肉内（I.M.）は局所注射に分類され、リポソーム薬物投与にも利用されます。

リポソーム薬物in vivo運命と標的化作用機序

リポソーム薬物投与後、血流を通じて標的部位病変に到達し蓄積します。リポソーム薬物腫瘍作用機序は、標的部位蓄積、腫瘍細胞による取り込み、遊離薬物放出から始まります。体内進入後、リポソーム薬物は様々標的化作用機序で腫瘍に到達し、細胞と異なる方法で相互作用します。一般に、腫瘍標的化機序は受動的と能動的標的化の2カテゴリーに分けられます。受動的標的化とは、特定リガンド存在なしでリポソームが腫瘍部位で自発蓄積し標的細胞と相互作用する機序を指します。透過性と保持効果（EPR効果）が最重要受動的標的化機序として提案されています。正確には、治療用NPsとリポソーム薬物が腫瘍部位で自発蓄積する現象をEPR効果と呼びます。この現象は、正常組織毛細血管とは異なり腫瘍組織血管が漏出性を持つため、分子とNPsに透過性を持つことに起因します。結果として、薬物化合物これら組織蓄積とEPR効果に至ります。薬物細胞内液と細胞質運命は、放出メカニズム、ナノキャリア構成要素、分子構造など複数因子に依存します。健康組織では毛細血管数と形状が比例的で正常です。しかし、癌器官では血管新生プロセスにより、健康組織と異なり毛細血管数と構造がそれぞれ増加と変形しています。さらに、腫瘍毛細血管構造は破壊され、内皮細胞が減少します。結果として、細胞間隙へ漏出する血漿液量が増加します。健康組織では毛細血管内皮細胞が細胞密着接着を保持し、NPs、小分子、リポソーム薬物が細胞間隙に浸透することを防ぎます。癌毛細血管EPR効果と正常健康組織血管との違いを図7に示します。

一方、能動的標的化は適切効果と高特異性により標的化作用機序として相当注目されています。能動的標的化は様々タイプを含み、一般にリポソームNPs健康細胞と非標的組織へのオフターゲット影響低減を目的とします。この手法では、モノクローナル抗体、小分子、シグナルペプチド、ビタミン、特定炭水化物、グリコリピッド、アプタマーなど分子が一般にリポソーム表面修飾に利用されます。さらに、能動的標的化は多様特徴により様々サブタイプに分割可能です。例えば、2一般カテゴリーに分類可能です：

1. 腫瘍細胞と癌組織受容体標的化：この手法はリポソーム膜表面に特定分子共役させ、癌細胞上の特定または過剰発現受容体に結合可能にします。癌細胞では、異なる遺伝子アップレギュレーションにより、急速細胞増殖代謝需要増大応答で特定細胞表面受容体発現増加します。能動的標的化では、癌細胞過剰発現表面受容体、葉酸受容体（FR）、トランスフェリン受容体（TfR）、上皮成長因子受容体（EGFR）などを特異的に標的化する特定分子修飾適用可能です。葉酸受容体癌細胞役割は葉酸取り込み増加、トランスフェリン受容体はトランスフェリン（血清中80 kDa遊離分子）結合し、このモノマー糖タンパク質エンドサイトーシス引き起こします。さらに、EGFR受容体は組織分化修復など細胞プロセス関与チロシンキナーゼクラスで、血管新生、細胞増殖、転移などプロセス関与により癌細胞発現有意増加します。

2. 腫瘍微小環境標的化利用：この手法ではリポソーム表面変更を利用し、癌細胞微小環境シグナルペプチドや他受容体標的化可能にします。つまり、この能動的標的化機序は腫瘍細胞増殖と転移抑制、新生血管内皮細胞遺伝子型表現型変異防止、薬物耐性制御可能です。さらに、血管内皮増殖因子（VEGF）、血管細胞接着蛋白（VCAM）、マトリックスメタロプロテアーゼ、インテグリンなど腫瘍微小環境受容体がこの機序で標的化されます。

治療用NPs細胞取り込みとリポソーム薬物標的細胞効果：作用と相互作用

前述の通り、リポソームは受動的または能動的に腫瘍細胞標的化可能です。標的化機序によりリポソームが癌細胞と腫瘍環境到達後、治療内容物放出し様々メカニズムで効果発揮可能です。結果として、脂質組成、膜表面電荷、癌タイプ、標的細胞タイプ、リポソーム膜特定リガンド存在が細胞-リポソーム相互作用に影響します。

図8は、リポソーム標的細胞との異なる相互作用タイプを示しています。体内注射後、薬物含有リポソームは血管経由で様々組織移動し、最終的に表面リガンドに基づき標的細胞到達します。これらリポソームはリガンド経由で細胞受容体結合可能で、特異的吸収と呼ばれます。一方、リガンドフリーリポソームも分子引力、静電気力、分子相互作用（非特異的吸収）で標的細胞表面付着可能です。リポソーム細胞結合後、治療薬物細胞質放出され、効果様々方法で産生可能です。リポソームナノキャリアは細胞形質膜と完全融合し薬物放出可能です。薬物化合物もリポソームから細胞内放出され、融合なしでマイクロピノサイトーシスや受動拡散で細胞内進入可能です。リポソームは細胞と直接相互作用し、タンパク質媒介プロセスで細胞膜と脂質断片交換可能です。同時に薬物が細胞作用しリポソーム薬物治療効果発揮可能です。しかし、一部リポソームはエンドサイトーシス（特異的または非特異的）で進入可能です。特に、この経路で細胞透過リポソームは様々運命可能です。リソソームと結合可能性があります。その場合、リソソーム酵素が食作用リソソーム嚢pH低下により薬物構造影響与えます。最終的に、リポソームは細胞膜融合またはエンドサイトーシスで薬物放出し、その後薬物治療効果発揮します。リポソーム細胞透過と効果発揮の全可能経路を図8に描写比較しました。

一方、NPベース医薬品は標的細胞によりエンドサイトーシス、ピノサイトーシス、食作用される可能性があります。エンドサイトーシスは、細胞外空間化合物が細胞膜接近し、小胞として細胞内進入するプロセスとして知られています。ピノサイトーシスは流体エンドサイトーシスとも認識され、小分子や懸濁液が細胞膜陥入形成により小胞で細胞導入される現象です。さらに、ピノサイトーシスはヒト細胞で脂肪滴吸収のため広範に発生します。免疫学研究で、田中百合子らはリポソーム結合抗原ピノサイトーシスが抗原提示細胞（APC）で実行可能と報告しました。この報告はリポソームがピノサイトーシス機序実行可能であることを証明しました。食作用では、0.5 µm超粒子が免疫細胞に食作用され、リポソーム（特にMLVと500 nm超リポソーム）でも発生可能です。例えば、Jitendra N. Vermaらはマラリア抗原リポソーム食作用がマクロファージで発生する研究で、リポソーム食作用発生を確認しました。

カポジ肉腫、リポソーム薬物成功応用の一例

カポジ肉腫は、子宮内膜肉腫として主に知られる進行性多巣性抗増殖性癌です。この癌は免疫系弱まったHIV患者により一般的です。さらに、皮膚組織で一般的で他組織関与可能です。したがって、一般に皮膚粘膜肉腫と呼ばれます。この疾患治療には、修飾長循環リポソームが有用です。リポソームは受動的に腫瘍細胞標的化します。さらに、EPR効果と特異的結合により癌組織治療薬濃度が正常皮膚比5〜11倍高くなります。この目的でドキソルビシン使用されます。対応して、ドキソルビシンをリポソーム封入（半減期延長のためPEG化）することで、正常組織薬物曝露防止、心臓などドキソルビシン感受性健康組織への薬物取り込み低減可能です。

さらに、ドキソルビシンリポソーム形態Doxilは、US-FDA臨床投与承認アントラサイクリン薬タイプです。AIDS関連カポジ肉腫と多発性骨髄腫治療に使用されます。Doxilは遊離ドキソルビシンより優れた治療効力と低毒性を持ち、間接的腫瘍標的化能力に起因します。また、腫瘍血管漏出とEPR効果による受動的標的化です。さらに、Doxil単層リポソームは<100 nmサイズで、様々癌タイプ治療に使用されています。解析も遊離ドキソルビシン濃度が標的組織部位でDoxilより低いことを証明しました。Ogawaraらは、雄マウス癌細胞へのDoxil（ドキソルビシン-PEGリポソーム結合形成）効果調査で、PEGリポソームドキソルビシンまたはDoxil1がドキソルビシン耐性と感受性両C26細胞群に効果的であることを示しました。これはリポソームNPs活用意義を強調できます。なぜなら、一般化学療法薬に抵抗性持つ癌細胞克服を、新規臨床治療化合物発見のための時間かかる研究なしで低コストで可能にするためです。リポソーム等ナノ粒子によるドキソルビシン腫瘍組織送達応用は広く調査されています。ATP結合カセットトランスポータースーパーファミリーBメンバー1（ABCB1）基質ドキソルビシンをリポソーム封入することで、薬物取り込み増加と癌細胞内、特にABCB1発現癌細胞内細胞内分布向上可能です。Doxilシンプル構造を図9に示します。

さらに、リポソームナノ材料は感染症治療にも活用可能です。全身性真菌感染は、腎細胞に高毒性アンホテリシンBで通常治療される最も困難条件一つです。この目的で、リポソーム封入アンホテリシンB使用により、遊離形比較で薬物毒性低減可能です。単層リポソームがこの薬剤封入に使用されました。リポソームアンホテリシンBが遊離薬形態より効果的であることが証明されています。処方に基づき、これらリポソームは抗がん剤同様にアンホテリシンB生体分布も変更し、作用機序配置だけでなく標的組織有効用量濃度増加ももたらします。AmbiSome、アンホテリシンBリポソーム形態も公衆投与承認済みです。抗真菌薬から抗がん剤まで、その他承認リポソーム薬物を表1にまとめます。

リポソームNPsがん治療応用が薬物送達と腫瘍細胞影響の実行可能解決策として謳われてきたものの、中枢神経系（CNS）癌組織への薬物送達は依然として重大課題です。さらに、血液脳関門（BBB）により中枢神経系細胞薬物送達は多く困難に直面します。しかし、新手法開発と脂質ベース化合物使用で部分的に解決可能です。

治療目的で研究段階にあるリポソームナノ粒子

リポソームsiRNA

RNAは翻訳と転写プロセス含む多様機能持つ遺伝子分子タイプです。低分子干渉RNA（siRNA）発見は過去10年間生物学重要進歩です。合成siRNAはオンコジーンとそれらmRNA標的化利用可能です。さらに、siRNAは発がん、増殖、転移、標準化学療法と放射線抵抗性寄与遺伝子標的化適用可能です。したがって、現代がん治療手法として考慮されています。一方、siRNA送達用ナノ粒子は生分解性、優れた生体分布、低毒性など特性持つ必要があります。これら全特性はリポソームで提供可能で、この人気薬物送達システムを有望候補にしています。中性脂質ベースNPs結合siRNAはこれらリポソームから良好に分離されます。また、エフリンタイプA受容体2（EphA2）、局所接着キナーゼ（FAK）、ニューロピリン-2、インターロイキン8（IL-8）、TMRRS/ERG、伸長因子2キナーゼ（EF2K）、Bcl-2経路に影響与えます。この機序発生後、卵巣、結腸、乳癌細胞等に対する適切抗腫瘍効果観察されました。リポソームsiRNA送達に関する多数研究実施され、 대부분で陽イオン脂質Dioleoyl-3-トリメチルアンモニウムプロパン（DOTAP）がリポソーム構造で広く使用されています。DOTAP高陽性電荷により、この陽イオン脂質は細胞毒性あります。細胞溶血刺激し最終生体適合性低減します。これがsiRNA送達適用リポソーム組成でのこの脂質応用課題となっています。

リポソームクルクミンナノ粒子

クルクミン共役リポソームはリポソームナノ粒子使用別例です。クルクミンはウコン（Curcuma longa）植物豊富天然ポリフェノール親水性化合物で、主にウコン抽出物から調製可能です。現在、クルクミン抗がん効果は乳癌、肝癌、前立腺癌等多く腫瘍細胞に対してよく示されています。クルクミン抗癌細胞主要作用機序は、Bcl-xl等タンパク質翻訳干渉とアポトーシスプロセス影響による調節、反応性酸素種（ROS）とシトクロム放出制御、サイクリン等分子因子調節による細胞周期影響です。一方、クルクミンは肝癌細胞核とミトコンドリアDNA構造損傷し、機能阻害可能です。遊離クルクミン比較で、リポソームクルクミン応用は薬物動態と薬力学改善し、腫瘍標的化に必要用量低減します。Matheus Andrade Chaveらは、MLVリポソームにクルクミン分子挿入しクルクミン含有リポソーム探求しました。リポソームクルクミン合成とクルクミン構造を図10に記述します。

さらに、治療研究応用向けリポソームは様々手法で合成可能です。例えば、Qiao Wangらは超音波法と脂質膜水和法活用しダイゼイン長循環リポソーム（DLCL）合成しました。Xiaoyuan Dingらも膜水和法用いアプタマーとAu-NPs（Apt-Au）修飾モリンpH感受性リポソーム合成しました。結果はこれらリポソーム構造高生体適合性と無視できる毒性示し、腫瘍選択的標的化実行可能選択肢として強調しました。

研究段階にあるその他リポソームNPs

複数リポソーム薬物が研究段階で様々薬剤に合成利用されています。例えば、CPX-1は抗腫瘍薬イリノテカンとフルオロウラシル（1:1モル比）をリポソーム封入し、進行大腸癌治療設計された治療ナノ粒子で、フェーズII研究段階です。Lipovaxin-MMはメラノーマ抗原をリポソーム配置し、悪性黒色腫免疫療法主投与されるもう一つ重要リポソームナノ粒子でフェーズI研究段階、調査中です。

結論

液中球状構造として、リポソームはがん治療と薬物送達、イメージング、疾患管理の有望選択肢として適用可能です。リポソーム長短所レビューにより、科学者は今後研究で改善可能です。

リポソーム活用の機会と課題を以下に記述します。リポソーム便利特徴一つは、細胞と形態的類似性（リン脂質存在）と薬物有効性増加です。負面として、リポソームリン脂質が加水分解や酸化反応起こす可能性あり問題となり得ます。他長所には、封入薬物安定性増加、感受性組織治療分子接触低減、薬物毒性低減、薬物動態と薬力学特性改善、薬物放出速度調整能力、所望化学修飾受入れ構造ポテンシャルが含まれます。対照的に、課題として薬物漏出や意図せぬ封入、低リポソーム生物活性、溶解性低下、従来型リポソーム網内系（RES）による血中急速クリアランス、持続静脈内投与や局所注射起因問題があります。

リポソーム長短所検討に加え、適切標的化作用機序考慮すべきです。受動的標的化は豊富臨床エビデンスと経験により有益機序と見なされます。リポソーム薬物循環時間増加ももたらします。問題は非特異的薬物送達と生理的障壁にあります。対照的に、能動的標的化利点には薬物送達特異性増加、化学療法抵抗性腫瘍細胞克服可能性、オフターゲット効果低減含まれます。しかし、癌細胞正確結合部位特定困難と過去利用十分エビデンス欠如が応用で浮き沈みもたらしました。

リポソームは現在抗がん剤有効性向上と薬物耐性発生防止の合理的候補です。今後研究はリポソーム構造特性更なる調査に焦点当てるべきです。リポソーム含む治療ナノ粒子薬物封入探求には、更なる詳細検討必要です。

略語

WHO:

世界保健機関

VNPs:

ウイルスナノ粒子

NPs:

ナノ粒子

US FDA:

米国食品医薬品局

DDSs:

薬物送達システム

PC:

ホスファチジルコリン

SM:

スフィンゴミエリン

PS:

ホスファチジルセリン

PE:

ホスファチジルエタノールアミン

ULVs:

単層小胞

OLVs:

寡層小胞

MLVs:

多層小胞

SUVs:

小型単層小胞

RBF:

丸底フラスコ

LNs:

リポソームナノ粒子

MPS:

単核食作用系

PEG:

ポリエチレングリコール

PEOZ:

ポリ[2-エチル-2-オキサゾリン]

PETOXylated:

ポリ[2-エチル-2-オキサゾリル化]

PMOZ:

ポリ[2-メチルオキサゾリン]

HDL:

高密度リポタンパク質

LDL:

低密度リポタンパク質

SCLC:

小細胞肺癌

GRPR:

ガストリン放出ペプチド受容体

Anti-EpCAM:

抗上皮細胞接着分子

IUPAC:

国際純粋応用化学連合

I.V.:

静脈内

S.C.:

皮下

I.D.:

皮内

I.P.:

腹腔内

I.M.:

筋肉内

EPR:

透過性と保持効果

FR:

葉酸受容体

TfR:

トランスフェリン受容体

EGFR:

上皮成長因子受容体

VEGF:

血管内皮増殖因子

VCAM:

血管細胞接着蛋白

APC:

抗原提示細胞

ABCB1:

ATP結合カセットトランスポータースーパーファミリーBメンバー1

HSPC:

水添大豆ホスファチジルコリン

DSPG:

1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-PG

DOPC:

ジオレオイルホスファチジルコリン

DPPG:

1,2-ジパルミトイル-sn-グリセロ-3-ホスホグリセロール

DSPC:

1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン

AML:

急性骨髄性白血病

ALL:

急性リンパ性白血病

DSPE:

1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン

DOPE:

ジオレオイルホスファチジルエタノールアミン

EPG:

エステル化プロポキシル化グリセロール

DMPC:

1,2-ジミリストイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン

DOPS:

1,2-ジオレオイル-sn-グリセロ-3-ホスホ-L-セリン

POPC:

1-パルミトイル-2-オレオイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン

DMPG:

1,2-ジミリストイル-sn-グリセロ-3-ホスホグリセロール

MPEG:

メトキシポリエチレングリコール

CNS:

中枢神経系

BBB:

血液脳関門

siRNA:

低分子干渉RNA

EphA2:

エフリンタイプA受容体2

FAK:

局所接着キナーゼ

IL-8:

インターロイキン-8

TMRRS/ERG:

TMRRS/ERG トロイの木馬モバイルリモート受信システム/赤芽球変換特異的

EF2K:

伸長因子2キナーゼ

DOTAP:

ジオレオイル-3-トリメチルアンモニウムプロパン

ROS:

反応性酸素種

DLCL:

ダイゼイン長循環リポソーム

RES:

網内系