ほったらかしで健康になる? ~体内ナノマシンによる医療革命~【前編】

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ミクロのサイズになった医療チームが、要人の手術をするため体内に送り込まれる作戦を描いたSF映画「ミクロの決死圏」。東京大学特任准教授の安楽泰孝氏はここで描かれた世界を現実のものにしようと研究を進めています。

安楽氏が体内に送り込むのは米粒の10万分の1サイズの「ナノマシン」です。体内でこのナノマシンが24時間365日検査を続け、病気になりそうな部分を見つけるとマシンの中から必要な薬だけを放出して治療まで行う。こんな未来を思い描いています。

2018年12月9日に安楽氏をお招きしてトークセッション「ほったらかしで健康になる?~体内ナノマシンによる医療革命~」を行いました。
イベントでは、安楽氏からナノマシンが実現した先の未来にどんなビジョンを思い描いているのかをお話し頂き、話を聞いた参加者の期待や不安、考えたことをふせんに書いてもらい、その場で共有しました。

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このブログでは前編で安楽氏の研究内容を、後編 (執筆中)では安楽氏がナノマシン実現後に想い描く未来とそれを聞いた私を含む参加者が考えたことを報告します。

体内でこのナノマシンが24時間365日検査を続け、病気になりそうな部分を見つけるとマシンの中から必要な薬だけを放出して治療まで行う。こんな未来を思い描いています。

それではまず、ナノマシンとはどういうものなのかをご紹介しましょう。
◆ナノマシンってどんなもの?
ナノサイズの人工物一般を指す言葉として「ナノマシン」という用語は使われていますが、ここでは、治療や健康維持を目的として体内に送り込むものをナノマシンと呼ぶことにします。必要な場所に、必要な量の薬を運ぶことを目的に作られた船です。この船は血管中を血流に乗って移動することで全身をめぐることができます。作り方は簡単、人体にいれることを目的に開発された生体適合材料を水中で混ぜ合わせるだけです。

20190208伊達_02.jpgこのナノマシンが、体内を巡回して病気を診断して検出し、治療まで行ってくれる「体内病院」というコンセプトを実現しようと、ナノ医療イノベーションセンター (略称、iCONM)を中心に研究が進められています。現在の医療システムでは、体調が悪くなったら病院で診察を受けて、病気の原因を調べる検査をしてもらい、原因がわかったらそれに応じた治療してもらうという手順を踏みます。これら医療システムをナノマシンに集約してしまおうという狙いです。

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◆必要な場所に、必要な量の薬を運ぶ方法
体内ナノマシンは、最終的には診断から治療までを自律的に行うことを目指しています。つまり、どこが患部であるのかを自分で探してくるわけです。
ですが、診察や検査を通して人間の医師が見きわめた患部に薬を届けることも、実はまだ十分にできているとは言えないのが実情なのです。「狙った場所に狙った量の薬を運ぶ」、この技術はドラッグデリバリーシステム (DDS)と呼ばれています。研究者の長年の課題で、その歴史は1960年代にまでさかのぼります。
※ドラッグデリバリーシステムに関する科学コミュニケーター伊藤のブログはこちら

例えば病気になって薬を飲んだときに、腸で働いてほしい薬であれば、口の中や食道で放出されては困りますし、胃で分解されても困ります。がんに効く薬であれば、がん以外の場所は素通りして働かず、がんのあるところにだけ薬を放出することが理想です。

しかし、身体の中では薬を「悪いやつ」と勘違いして患部まで届かせないようにしてしまうのです。薬をやっつけようと兵士が待ち受けていたり、落とし穴が身体のあちこちにあるようなイメージです。薬が患部に届くためには、こうしたいくつもの「関門」を突破せねばなりません。

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安楽氏らが開発するナノマシンは、薬をステルス機能付きの素材で包むことで、落とし穴に落ちず、兵士の攻撃から逃れることを達成しています。
具体的には、ナノマシンの表面を水になじみやすい高分子 (ポリエチレングリコール、以下PEG)で覆っています。薬をやっつけようとする兵士 (細網内皮系と呼ばれる細胞)はナノマシンを捕まえて攻撃しようとしますが、表面のPEGが邪魔をして捉えられなくすることで攻撃を回避します。

従来のDDSに加えて、ナノマシンは「患部がどこにあるかを診断して、そこに薬を放出する技術」を加えています。これにより、DDSに診断と治療の機能を加えて体内病院を現実のものにしようとしています。

この技術は、薬を放出すべき場所の環境に合わせて、ナノマシンの素材を設計することで達成できます。例えば、がん細胞の周辺では、酸の強さを表す酸性度 (pH)が正常細胞周辺のpH7.4くらいに比べて、pH6.5~6.8とより酸性になることが知られています。
さらに、がん細胞内で「胃袋」のような役割をするエンドソームという小胞体の内部はpH5程度とさらに酸性が強くなります。
がん細胞内の胃袋に取り込まれて、周囲のpHが5~6になったときにナノマシンが崩壊するように設計しておけば、がん細胞の中だけで崩壊して薬が出ていく、つまり患部だけへ薬を届けることを実現しています。
現在がん細胞以外の場所への薬剤放出についても、研究が進められています。

◆脳への投薬は難しい
しかし、ナノマシンを届けることができない場所がありました。脳です。
脳が原因で起こるとされる病気には、アルツハイマー病やパーキンソン病などがあります。どれも患者さんの生活や人生に大きな影響を及ぼすものです。

脳には血液脳関門 (blood-brain barrier,BBB)という特殊なバリアがあり、血管から脳へどんな物質をどれくらい送るかを厳しく制限しています。これが脳への投薬を防ぐバリアとなっていました。

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例えば、安楽氏によると、脳が広範囲に委縮してしまい起きる認知症の一つ、アルツハイマー病の既存薬は、投薬した量のうち約0.1%しか脳へ届きません。残り99.9%は血液を巡って脳以外の部分に散らばってしまいます。

安楽氏らのグループは2017年にマウスで行った実験で、血液脳関門を越えてナノマシンを脳に届けることに成功しました。その量は既存の薬剤の約60倍。投薬した量の約6%です。さらに、ナノマシン1個あたりに約100個の薬を搭載可能なため、脳へ様々な種類の薬剤を一度に届けることができる可能性があります。

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これまで脳の病気を対象にした薬の治験が行われてきており、実用化まで達している薬もあります。しかし、多くは血液脳関門を越えられない、もしくは越えた上で薬が効かないのか、薬の効果がないのかが分からず失敗に終わっています。
安楽氏らの研究成果は、脳疾患への薬治療の可能性を切り拓くものです。そして、体内病院の範囲を脳まで含めた全身に広げるものです。

後編で紹介するイベントでは安楽氏が想い描く、ナノマシンを使った体内病院が実現した未来を語って頂き、参加者の皆さまと考えを共有しました。研究者はどんな未来を想い描き、それを聞いた私を含む参加者はどう感じたのか。
後編 (執筆中)をお待ちください。

【参考文献】
・安楽泰孝氏の原著論文 (Nature Communicationsvolume 8,1001,2017)
「Glycaemic control boosts glucosylated nanocarrier crossing the BBB into the brain」

・人間の体内を自由に動き回る、究極の「マシン」
 https://nge.jp/2017/02/16/post-138079

・ナノ医療イノベーションセンター (略称、iCONM) HP
 https://iconm.kawasaki-net.ne.jp/index.html