研究内容
研究内容①：糖鎖薬物送達システムを基盤としたTLRリガンド型糖鎖修飾アジュバントの開発
アジュバントとは、免疫応答を高める物質の総称です。感染症ワクチンでは、抗原だけでは十分な免疫反応が得られないことが多く、その効果を補完・増強するために用いられます。近年では、免疫機能を調節することで、がんやアレルギーの治療につなげる免疫療法への応用も広がっています。しかし、現在広く用いられているアルミニウム塩 (アラム) などのアジュバントは、抗体の産生を促す「液性免疫」の強化に偏っており、ウイルス感染細胞やがん細胞を排除するうえで重要な「細胞性免疫」を十分に誘導できないという課題があります。この課題に対し、私たちは、免疫応答のスイッチとなる「Toll様受容体 (TLR) 」と、TLRを活性化する人工合成リガンドを効率的に免疫細胞へ送達するための「糖鎖受容体」に着目し、これらを標的とした次世代アジュバントの開発に取り組んでいます。
TLRは免疫細胞に豊富に存在し、ウイルスや細菌などの病原体に由来する分子を認識して、自然免疫を起動します (下図)。自然免疫の活性化は、抗原特異的な免疫応答である獲得免疫の促進にもつながるため、TLRを活性化する人工合成リガンドは、感染症ワクチンや免疫療法のアジュバントとして有望視されています。一方で、全身投与した際の副反応や、生体内で十分な薬効を発揮しにくいことが、実用化への大きな障壁となっています。そこで私たちは、TLRリガンドを糖鎖そのもの、あるいは糖鎖修飾金ナノ粒子 (SGNP) と複合体化することで、糖鎖受容体を介した免疫細胞への効率的な送達を実現し、副反応の抑制と薬効の向上を目指しています。このような設計に基づいて開発した「糖鎖修飾アジュバント」は、液性免疫に加えて細胞性免疫も強力に誘導できることが明らかになっており、現在、感染症ワクチンやがん免疫療法への応用に向けた研究を展開しています。
図. TLRが認識する分子とTLRの活性化によって誘導される免疫応答
これまでの研究成果
人工合成TLRリガンドを用いた低・中分子型糖鎖修飾アジュバントの開発
TLR7リガンドと糖鎖を複合化した低・中分子型糖鎖アジュバント
TLR7は、免疫細胞内のエンドソームに存在し、ウイルス由来の一本鎖RNAを感知するセンサーです。TLR7が活性化されると、I 型インターフェロンをはじめとする炎症性物質 (サイトカイン) が産生され、強力な免疫応答が引き起こされます。この特性を活かして、イミダゾキノリン類などのTLR7を標的とした合成低分子リガンドが開発されており、有望なアジュバントとして注目されています。実際、代表的なTLR7リガンドであるイミキモドは、皮膚がん (悪性黒色腫) やウイルス性性感染症の治療薬として臨床で利用されています。一方で、合成低分子TLR7リガンドを全身投与すると、サイトカインの過剰放出による重篤な副反応を引き起こすおそれがあり、ワクチンやがん免疫療法への応用は限定的です。この課題を克服し、安全かつ効果的に免疫を活性化するためには、生体内での薬物動態を最適化し、必要投与量を低減する技術が不可欠です。
そこで私たちは、合成低分子TLR7リガンドに糖鎖を直接結合させた低・中分子型の糖鎖修飾アジュバントの開発を進めています。これまでに、合成低分子TLR7リガンド (1V209) をシクロデキストリンなどの糖鎖と複合体化することで、免疫増強活性と水溶性が大きく向上することを明らかにしました。さらに、これらの成果を踏まえ、ウイルス感染症やがんに対する粘膜ワクチン用アジュバントへの応用研究を展開しています。
図. 1V209-シクロデキストリン複合体 (糖鎖アジュバント)
<関連論文>
- Baba A., et al., Synthesis and immunostimulatory activity of sugar chain-conjugated TLR7
ligands.
Bioorg. Med. Chem. Lett. 30(3), 126840 (2020)
doi.org/10.1016/j.bmcl.2019.126840 - 若尾 雅広 他、TLR7 リガンド複合体の合成と免疫増強活性、
エンドトキシン・自然免疫研究 23, 28-33 (2020)
第5章 一般演題 - 粘膜ワクチン用アジュバント及び粘膜ワクチン組成物 [特願2023-099628], 若尾 雅広, 新地 浩之, 隅田 泰生
- 免疫増強剤, ワクチン用アジュバント及びワクチン組成物 [特願2023-099629], 若尾 雅広, 新地 浩之, 隅田 泰生
人工合成TLRリガンドを用いたナノ粒子型糖鎖修飾アジュバントの開発
合成低分子TLR7リガンドを用いた糖鎖ナノアジュバント
上述の通り、合成低分子TLR7リガンドは、抗ウイルス・抗腫瘍免疫の誘導に強力な効果を発揮しますが、全身投与に伴う過剰な炎症性サイトカインの放出 (副反応リスク) を抑え、いかに免疫細胞へ安全に届けるか (薬物動態の最適化) が大きな課題となっています。
そこで私たちは、この課題に対し、糖鎖を直接修飾する方法とは異なるアプローチとして、糖鎖修飾金ナノ粒子 (SGNP) を合成低分子TLR7リガンドのキャリアとして用いた『TLR7標的型糖鎖ナノアジュバント』を開発しました。SGNPは、ナノ粒子表面に糖鎖が高密度に修飾されており、「糖鎖クラスター効果」によって免疫細胞上の糖鎖受容体に対して高い親和性で結合することができます。これにより、合成低分子TLR7リガンドを免疫細胞（特に樹状細胞）の細胞内へ、選択的かつ効率的に送達することが可能となりました。その結果、抗体産生を促す液性免疫と、感染細胞やがん細胞を直接攻撃する細胞性免疫の双方の誘導能が大幅に向上することを実証しています。現在、この革新的な糖鎖ナノアジュバントを、感染症に対する組換えタンパクワクチンや、がん免疫療法における強力なアジュバントとして応用・展開する研究を進めています。
図. TLR7リガンド(1V209)とα-マンノースを固定化した金ナノ粒子
<関連論文・特許>
- Shinchi H., Yamaguchi T., et al., Gold Nanoparticles Coimmobilized with Small Molecule Toll-Like Receptor 7
Ligand and α-Mannose as Adjuvants.
Bioconjugate Chem. 30(11), 2811-2821 (2019)
doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.9b00560 - Shinchi H., Yuki Y., et al., Glyco-Nanoadjuvants: Sugar Structures on Carriers of a Small
Molecule TLR7 Ligand Affect Their Immunostimulatory Activities.
ACS Appl. Bio Mater. 4(3), 2732-2741 (2021)
doi.org/10.1021/acsabm.0c01639 - Shinchi H., Komaki F., et al., Glyco-Nanoadjuvants: Impact of Linker Length for Conjugating a
Synthetic Small-Molecule TLR7 Ligand to Glyco-Nanoparticles on Immunostimulatory Effects
ACS Chem. Biol. 17(4), 957-968 (2022)
doi.org/10.1021/acschembio.2c00108 - TLRリガンド固定化ナノ粒子 [特許第7023460号], 隅田 泰生, 新地 浩之, 若尾 雅広, 登録日: 2022年2月14日
人工合成TLR9リガンドを用いた糖鎖ナノアジュバント
TLR9は、TLR7と同様に免疫細胞内のエンドソームに存在し、ウイルスや細菌が持つ一本鎖DNA (メチル化CpGオリゴデオキシヌクレオチド：CpG ODN) を感知して自然免疫を活性化します。これまでに、TLR9を標的とした多様な人工合成CpG ODNが開発されており、中でもCpG ODN 1018は、B型肝炎ワクチンのアジュバントとして2017年に米国で臨床利用が承認されました。さらに近年では、がん免疫療法への応用も検討されています。一方で、天然型のCpG ODNは、生体内で分解されやすいことが課題です。また、分解耐性を高める目的でDNAを繋ぐホスホジエステル結合をホスホロチオエート結合へ改変すると、非特異的な組織吸着の増加に伴う薬物動態の変化や副作用の発現が指摘されています。
そこで私たちは、α-マンノースを修飾した金ナノ粒子を人工合成CpG ODNのキャリアとして用いた『TLR9標的型糖鎖ナノアジュバント』を開発しました。
本技術により、天然型CpG ODNの分解耐性が向上し、さらに免疫細胞への送達効率も高まった結果、特に細胞性免疫の誘導活性を有意に向上させることに成功しました。
現在、他の糖鎖ナノアジュバントとの併用によりアジュバント活性をさらに高める研究を進めています。
図. TLR9リガンド(CpG ODN)とα-マンノースを共固定化した金ナノ粒子
<関連論文>
- Murata K., et al., Improvement of the Nuclease Resistance and Immunostimulatory Activity of CpG Oligodeoxynucleotides by Conjugation to Sugar-Immobilized Gold Nanoparticles.
Bioconjugate Chem. 35(6), 804-815 (2024)
doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.4c00145
合成低分子TLR4リガンドを用いた糖鎖ナノアジュバント
TLR4は、免疫細胞の細胞表層に多く存在し、細菌由来のリポ多糖 (LPS) を感知して自然免疫を活性化します。
これまでにモノホスホリルリピドA (MPLA) などの人工リガンドが開発され、子宮頸がんワクチンのアジュバントとしてすでに臨床利用されています。
一方で、ワクチン抗原の免疫原性を高めるにはアジュバント分子との複合化が重要と考えられています。しかし、免疫刺激活性を保持したまま、多様な分子と複合化できる合成低分子TLR4リガンドは、依然として開発途上にあります。
そこで私たちは、合成低分子TLR4リガンドの構造最適化を行い、免疫刺激活性を保ちつつ他分子と複合化できる新規合成低分子TLR4リガンドを開発しました。さらに、この人工合成TLR4リガンドを糖鎖修飾金ナノ粒子に搭載した『TLR4標的型糖鎖ナノアジュバント』を開発しました。TLR4リガンドは、TRIF経路を介して長期間持続する免疫応答を誘導すると考えられています。このことから、現在、他の糖鎖ナノアジュバントとの併用により長期間持続する免疫応答を誘導可能なアジュバントの開発に関する研究を進めています。
図. 構造最適化された低分子TLR4リガンドとα-マンノースを共固定化した金ナノ粒子
<関連論文>
- Mahara Y.,et al., Design and Application of Conjugatable Small Molecule Toll-like Receptor 4 Ligands
Bioconjugate Chem. 36(7), 1409-1420 (2025)
doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.5c00076