超音波の波を用いて、MITとマサチューセッツ総合病院（MGH）の研究者は、消化管（GI）への薬剤の超迅速送達を可能にする方法を見出しました。研究者によれば、このアプローチは、炎症性腸疾患、潰瘍性大腸炎、クローン病などの消化器疾患を患う患者への薬剤投与を容易にする可能性があります。
現在、このような疾患は通常、浣腸として投与される薬剤で治療されており、薬剤が吸収される間、数時間にわたって結腸内に保持しておく必要があります。しかし、下痢や失禁に苦しむ患者にとっては困難な場合があります。これを克服するため、研究者らはより迅速な薬剤吸収を促す方法を模索しました。
「薬剤の投与方法を変えるわけではありません。変えているのは、製剤を体内にとどめておく必要がある時間です。薬剤が組織へ入る速度を速めているのです」と語るのは、MITコッホ統合がん研究所の研究員であり、MGHの消化器専門医でもあるジョバンニ・トラベルソ氏である。同氏は、本技術を解説した論文の責任著者の一人で、10月21日号の Science Translational Medicineに掲載されました。
「さらなる研究により、本技術は臨床と研究の両方の現場で極めて貴重なものとなり、治療法の改善や消化管に応用される研究手法の拡大につながる可能性があります。本技術は、生物学的製剤を含む薬剤を消化管を通じて能動的に投与できることを初めて示しました」と、同論文の責任著者でもある化学工学のハーマン・P・マイスナー教授、ダニエル・ブランクシュタイン氏は語ります。
ロバート・ランガー氏は、MITのデイビッド・H・コッホ研究所教授であり、コッホ統合がん研究所のメンバーでもあり、同論文のもう一人の責任著者です。研究の筆頭著者は、化学工学の大学院生であるカール・シェルハマー氏です。
強化された送達
ランガーは30年前、超音波を用いて薬剤送達を強化する可能性を探り始めました。1995年、彼とブランクシュタインは Science 誌で、超音波が皮膚を通じた薬剤送達を可能にしうることを報告しましたが、消化管での検討はこれまで行われていませんでした。
「1980年代半ば以降、物質や皮膚を通じた輸送を高める手段として超音波に取り組んできましたが、この新しいアプローチの意義は、多くの患者を支援する可能性を秘めていると考えています」とランガーは語ります。
超音波は、過渡的キャビテーションとして知られる機序により薬剤送達を改善します。液体が音波にさらされると、波が微小な気泡の形成を誘導し、その気泡が崩壊して、組織に浸透し薬剤を押し込むことのできるマイクロジェットを生み出します。
本研究では、研究者らはまずブタの消化管でこの新しいアプローチを試験しました。その結果、超音波の適用により、大型タンパク質であるインスリンと、大腸炎の治療によく用いられる小型分子メサラミンの両方の吸収が大幅に増加することが分かりました。
「幅広いサイズの分子、生物学的製剤を含む分子の送達が示されたことは、この技術が応用されうる範囲の広さを明確に示しています」とシェルハマー氏は語ります。同氏は、本研究と、消化管組織へ直接薬剤を送達するマイクロニードルピルに関する研究により、今年初めにレメルソンMIT「Cure it!」学生賞（賞金15,000ドル）を受賞しました。チームは、MIT「$100K Entrepreneurship Competition」の決勝にも進出しました。
より良い治療
研究者らは次に、超音波による薬剤送達の強化が動物の疾患を効果的に治療できるかどうかを調べました。
マウスを用いた試験では、メサラミンを投与した後、毎日2週間、1秒間の超音波を照射することで大腸炎の症状を解消できることが分かりました。隔日でこの治療を行っても効果はありましたが、超音波を用いずに薬剤のみを投与した場合は効果がありませんでした。
また、超音波を用いた強化インスリン送達が、ブタの血糖値を効果的に低下させることも示しました。
「この技術の性能は非常によく示されています。局所的および全身的な薬剤送達の両方において大きな有用性があります」と、カリフォルニア大学サンタバーバラ校のシステム生物学・生物工学教授サミール・ミトラゴトリ氏は語ります。ミトラゴトリ氏は、1995年の超音波薬剤送達に関する Science 論文の著者の一人でもありましたが、今回の新しい研究には関与していません。
炎症性消化器疾患がこのタイプの薬剤送達の明らかな第一の標的である一方、大腸がんや消化管感染症の薬剤投与にも使用できる可能性があるとトラベルソ氏は述べています。研究者らは現在、超音波装置を最適化し、ヒト患者での試験に備えるため、追加の動物実験を行っています。
本記事は MIT Newsとの協力により掲載されたものです。掲載は、世界経済フォーラムによる見解への支持を意味するものではありません。
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著者：アン・トラフトン氏はMITニュース局のライターです。
画像：箔のストリップに入った医薬品の錠剤とカプセルが、このイラスト写真のテーブルに並べられています。REUTERS/Srdjan Zivulovic。
