免疫細胞を充填した薄い金属フィルムは癌治療に有望である
アラン・ボイル著
シアトルのフレッド・ハッチンソンがん研究センターの研究者らは、免疫細胞をジャムのように極薄の金属メッシュシートの上に塗り広げ、そのメッシュを腫瘍の上に置くという、固形腫瘍と闘わせる新しい方法の有効性を実証した。
これまでのところ、遺伝子操作されたT細胞を送達する技術はマウスにのみ使用されていたが、本日「ネイチャー・バイオメディカル・エンジニアリング」誌に発表された前臨床研究は、このメッシュを人間にも使用するための準備を整えるのに役立つ可能性がある。
「がんと闘うための細胞療法は血液がんでは大きな成功を収めてきたが、固形がんでは効果がなかった」と、フレッド・ハッチ臨床研究部門の教員で本研究の主任著者であるマティアス・ステファン氏はニュースリリースで説明した。
「私たちの研究結果は、卵巣がんと戦うために設計されたT細胞を搭載した薄い金属メッシュが、治療を受けたマウスの70％で腫瘍を除去したことを示しており、固形腫瘍に対する細胞療法の有効性に向けて大きな一歩を踏み出しています」と彼は述べた。
このメッシュは、マイクロパターン化されたニッケルチタン合金（通称ニチノール）で作られています。厚さはわずか10マイクロメートルで、人間の髪の毛よりも細いです。ニチノールフィルムは、血管疾患の治療のために血管内に埋め込まれるステントなど、幅広い医療機器に既に使用されています。
ステファン氏とその同僚たちは、長年にわたり、キメラ抗原受容体T細胞（通称CAR-T細胞）を送達するための様々なシステムの開発に取り組んできました。CAR-T細胞は、患者のがん細胞の防御機構を克服するようにプログラムされています。CAR-T細胞を血流に注入することは白血病などの血液がんには有効ですが、固形がんには効果があまりに散発的すぎるようです。
CAR-T細胞送達システムが固形腫瘍に対してより効果的であれば、化学療法や放射線療法に代わる魅力的な選択肢となるでしょう。「患者の副作用を最小限に抑えることに加え、私たちの最終的な目標は、T細胞療法をより迅速かつ安価に製造し、患者への提供を容易にすることです」とステファン氏は述べています。
他の研究者たちは、ハイドロゲルや電界紡糸ポリマーで作られた足場をT細胞送達プラットフォームとして用いることを検討してきましたが、これらの材料は高濃度のT細胞を保持するのに最適な構造ではない可能性があります。ステファン氏と彼の同僚は、代わりにニチノールの薄膜に注目しました。
「T細胞に適したフィルムのパターンを見つける必要がありました」とステファンは説明した。「パターンは、細胞が隙間に落ちない程度に小さく、かつT細胞が窮屈に感じて動けなくなるほど小さすぎないものでなければなりませんでした。」
迷路のような直線模様のメッシュが最も効果的であるように思われた。研究者らは、体内に入った細胞が成長・増殖できるような材料でメッシュをコーティングした。そして、卵巣がん細胞を追い詰めて破壊するように設計されたCAR-T細胞をメッシュに充填した。
「両面にマーマレードを塗ったパンのようなものです」とステファン氏は言う。「金属膜がパンで、その両面にCAR-T細胞を置き、さらに中央にも浸透させています。」
この技術は、ヒト卵巣がん細胞を注入され、その結果皮下に腫瘍を発症したマウスで試験されました。10匹のマウスの腫瘍にT細胞メッシュが移植されました。他の10匹のマウスにはCAR-T細胞が注入され、10匹のマウスは未治療の対照群として用いられました。
メッシュを投与したマウスでは10日以内に腫瘍が消失し、10匹中7匹は数週間後も腫瘍のない状態を維持した。一方、T細胞を注入したマウスは全例が60日以内に死亡し、未投与のマウスは1ヶ月以内に死亡した。
別の実験では、フレッド・ハッチ研究所のチームは、T細胞メッシュのチューブ型バージョンが腫瘍のチューブ内への増殖を阻止することを発見しました。このアプローチは、肺がんや膵臓がんのように、呼吸器系や消化器系の閉塞を引き起こすがんの治療に使用できる可能性があると研究チームは述べています。また、腫瘍が嚥下を妨げないようにステントが用いられる食道がんにも、このアプローチが応用できる可能性があります。
ステファン氏は、この金属メッシュの構造が、他の様々な医療用途にも役立つ可能性があると示唆した。「今回の実験ではCAR-T細胞に焦点を当てましたが、このアプローチはT細胞受容体療法、ナチュラルキラー細胞、そしてがんを標的とする他の種類の免疫細胞にも応用できると考えています」と彼は述べた。
研究論文の中で、著者らは実験が非自然的な条件下で行われたことを認めている。研究チームがヒト臨床試験に進む前に、T細胞メッシュ技術はより現実的な条件、すなわちより大きな動物を用いて評価される必要がある。その間、研究者らは治療効果を最適化するために、六角形や螺旋形など、様々なメッシュパターンを開発している。
Nature Biomedical Engineering誌に掲載された論文「固形腫瘍治療のためのCAR-T細胞で機能化されたニチノール薄膜」の主著者は、フレッド・ハッチ臨床研究部門のマイケル・クーン氏とシルッカ・ステファン氏です。その他の著者には、モナーク・バイオサイエンスのヴィカス・グプタ氏とコリン・キーリー氏が含まれます。
本研究で使用されたメッシュはモナーク・バイオサイエンス社が製造し、研究資金を提供しました。フレッド・ハッチとベゾス・ファミリー財団からも追加資金が提供されました。フレッド・ハッチとその一部の科学者は、将来的に本研究から金銭的な利益を得る可能性があります。マティアス・ステファンとコリン・キーリーはT細胞メッシュ技術に関する特許出願を行っており、フレッド・ハッチとモナーク・バイオサイエンスが譲受人として記載されています。
