がん治療薬として100種類以上の薬が承認されていますが、特定の患者にどの薬が効くかを予測するのは、せいぜい不確実な科学です。
MITが開発した新しい装置が、その状況を変えるかもしれません。米粒ほどの大きさのこの埋め込み型装置には、最大30種類の薬を少量ずつ搭載できます。腫瘍に埋め込み、薬剤を組織内に拡散させた後、研究者は各薬剤が患者のがん細胞をどの程度効果的に死滅させるかを測定できます。
この装置によって、がん治療法の選択に現在伴う推測の多くをなくせる可能性があると、MITコッホ統合がん研究所のポスドクで、装置について説明した論文の筆頭著者であるオリバー・ジョナスは述べています。同論文は4月22日付のオンライン版Science Translational Medicineに掲載されました。
「この装置を使えば、利用可能な複数の薬について患者を検査し、最も効果のある薬を選ぶことができます」とジョナスは述べています。
論文の上級著者は、MITのデイビッド・H・コッホ教授で、コッホ研究所、医療工学・科学研究所、化学工学科のメンバーでもあるロバート・ランガーと、MITのデイビッド・H・コッホ工学教授で、コッホ研究所および材料科学・工学科のメンバーでもあるマイケル・チマです。
患者の体内に研究室を置く
一般的に用いられるがん治療薬の多くは、DNAを損傷させたり、細胞機能を妨げたりして作用します。近年、特定の遺伝子変異を持つ腫瘍細胞を死滅させるよう設計された、より標的を絞った薬も開発されています。しかし、特定の薬が個々の患者に有効かどうかを予測するのは、通常困難です。
場合によっては、医師が腫瘍細胞を採取し、実験皿で培養して、さまざまな薬で処理し、どれが最も有効かを調べます。しかし、この方法では細胞が本来の環境から取り出されます。その環境は、腫瘍が薬物治療にどう反応するかに重要な役割を果たすことがあると、ジョナスは述べています。
「私たちが試すのによいと考えたのは、基本的に研究室を患者の体内に持ち込むことです」と彼は言います。「安全であり、感受性検査のすべてを本来の微小環境で行えます。」
硬質の結晶性ポリマーで作られたこの装置は、生検針を使って患者の腫瘍に埋め込むことができます。埋め込み後、薬剤は腫瘍内に200～300ミクロン浸透しますが、互いに重なりません。貯留部にはあらゆる種類の薬を入れることができ、研究者は、静脈注射など通常の投与法で薬を投与した場合にがん細胞が受ける量と同程度の用量が届くよう、薬剤を調製できます。
薬剤に1日さらした後、インプラントを周囲の腫瘍組織の小さなサンプルとともに取り出します。研究者は組織サンプルを薄切りにし、細胞死や増殖のマーカーを検出できる抗体で染色して、薬剤の効果を分析します。
がん治療薬を順位付けする
装置を試験するため、研究者はヒトの前立腺がん、乳がん、メラノーマの腫瘍を移植したマウスに装置を埋め込みました。これらの腫瘍は、さまざまながん治療薬に対する感受性が異なることが知られており、MITチームの結果は、これまでに確認されたそうした違いと一致しました。
次に研究者は、エストロゲン受容体、プロゲステロン受容体、Her2という、乳がんで最も一般的な3つのマーカーを欠く、トリプルネガティブとして知られるタイプの乳がんで装置を試験しました。このがんは特に悪性度が高く、これに対して使われる薬のいずれも、特定の遺伝子マーカーを標的としていません。
装置を使ったところ、トリプルネガティブ腫瘍は、治療によく使われる5種類の薬に対して異なる反応を示しました。最も効果が高かったのはパクリタキセルで、続いてドキソルビシン、シスプラチン、ゲムシタビン、ラパチニブでした。これらの薬を静脈注射で投与した場合にも同じ結果が得られ、装置が薬剤感受性を正確に予測することが示唆されました。
この研究では研究者は単剤同士を比較しましたが、ジョナスによると、同じ貯留部に2種類または3種類の薬を入れることで、異なる薬剤の組み合わせを試験する用途にも装置を使えます。
「この装置は、化学療法の全身投与を始める前に、集団統計に基づいて選択するのではなく、腫瘍ごとに最適な化学療法薬や組み合わせを特定する助けになる可能性があります。これは腫瘍学界が長年追求してきたことであり、精密ながん治療を開発するという目標に向けた重要な一歩です」と、メモリアル・スローン・ケタリングがんセンターの最高医療責任者で、論文の著者であるホセ・バセルガは述べています。
研究者は現在、患者の体内に装置がある状態でも読み取りやすくし、より速く結果を得られる方法に取り組んでいます。また、来年、乳がん患者を対象とする臨床試験を開始する計画です。
「これは複雑ながんの治療法における、目を見張るような進歩です」と、研究に参加していないジョンズ・ホプキンス大学医学部の脳神経外科・腫瘍学教授、ヘンリー・ブレムは述べています。「この研究は、腫瘍ごとに適切な薬または薬剤の組み合わせを用いる、真に個別化された医療への扉を開くという点で、変革をもたらすものです。」
この装置のもう一つの用途として、新しいがん治療薬の開発と試験を導くことが考えられます。研究者は、有望な化合物の異なる変異体を複数作り、少数のヒト患者を対象とする試験で一度にすべてを試すことで、より大規模な臨床試験に進める最良の候補を選べます。
この研究はKibur Medicalと米国国立がん研究所の資金提供を受けました。論文のその他の著者は、ハーバード大学大学院生のヘザー・ランドリー、MITの元大学院生のジェイソン・フラー、ApoGen Biotechnologiesの社長兼CEOジョン・サンティーニ、Third Rock Venturesのパートナー、ロバート・テッパーです。
この記事は、 MIT News との協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味しません。
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著者：アン・トラフトンはMIT Newsの寄稿ライターです。
画像：MITの化学工学者は、一度に多くの薬を投与できる埋め込み型装置を設計しました。これにより研究者は、患者の腫瘍に対して最も効果的な薬を特定できます。エリック・スミス（ホセ＝ルイス・オリバレス／MIT編集）
