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ナノキャリアは、薬物などの他の物質の輸送モジュールとして使用されるナノ材料です。一般的に使用されるナノキャリアには、ミセル、ポリマー、炭素ベースの材料、リポソーム、その他の物質が含まれます。[2]ナノキャリアは現在、薬物送達での使用について研究されており、その独自の特性は化学療法での潜在的な使用を示しています。このクラスの材料は、1960年代初頭にアレンテージョのエヴォラ大学の研究者チームによって初めて報告され、それ以来、関連性が飛躍的に高まりました。[2]
特徴づけ
ナノキャリアのサイズは直径1～1000 nmの範囲であるが[3] [4]、マイクロキャピラリーの幅は200 nmであるため、ナノメディシンは200 nm未満のデバイスを指すことが多い。[4]ナノキャリアはサイズが小さいため、通常はアクセスできない体内の部位に薬剤を送達することができる。ナノキャリアは非常に小さいため、大量の薬剤を投与することが難しい場合が多い。ナノキャリアの製造に使用されるエマルジョン技術では、薬剤の充填量や薬剤のカプセル化が低くなることが多く、臨床使用が困難になる。[2]
種類
発見されたナノキャリアには、ポリマー複合体、ポリマーナノ粒子、脂質ベースのキャリア、デンドリマー、カーボンナノチューブ、金ナノ粒子などがあります。脂質ベースのキャリアには、リポソームとミセルの両方が含まれます。金ナノ粒子の例としては、金ナノシェルとナノケージがあります。[3] ナノキャリアで使用されているさまざまな種類のナノ材料により、疎水性および親水性の薬剤を体全体に送達することができます。[5]人体は主に水で構成されているため、疎水性薬剤を人体に効果的に送達できることは、ナノキャリアの主な治療上の利点です。[6]ミセルには、リン脂質分子の方向に応じて、親水性薬剤または疎水性薬剤のいずれかを含めることができます。[7] [8]一部のナノキャリアにはナノチューブアレイが含まれており、疎水性薬剤と親水性薬剤の両方を含めることができます。[9]
ナノキャリアの潜在的な問題の一つは、使用されているナノ材料の種類による望ましくない毒性です。無機ナノ材料も、特定の細胞小器官に蓄積すると人体に有毒となる可能性があります。[10]より効果的で安全なナノキャリアを発明するための新たな研究が行われています。タンパク質ベースのナノキャリアは、天然に存在し、一般的に合成分子よりも細胞毒性が低いため、治療用途に有望です。[11]
標的薬物送達
ナノキャリアは、薬物を部位特異的な標的に送達できるため、薬物送達プロセスに役立ちます。これにより、薬物を特定の臓器や細胞に送達し、他の臓器や細胞には送達しないことができます。部位特異性は、薬物が間違った場所に送達されるのを防ぐため、治療上の大きな利点です。[5] [7] [8] [9]ナノキャリアは、体内の健康で急速に成長する細胞に対する化学療法の有害で広範囲な毒性を軽減するのに役立つため、化学療法での使用に有望です。化学療法薬は人間の細胞に対して非常に有望なため、体の他の部分に放出されることなく腫瘍に送達することが重要です。[2] [5] [7] [8]ナノキャリアが薬物を送達できる4つの方法には、受動的標的化、能動的標的化、pH特異性、温度特異性があります。
パッシブターゲティング
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受動標的化とは、ナノキャリアが腫瘍の血管系を下って移動し、捕捉されて腫瘍内に蓄積する能力を指します。この蓄積は、多くのナノキャリアの外側にあるポリエチレンオキシド（PEO）コーティングの強化された透過性と保持効果[2] [8] [12]によって引き起こされます。PEO により、ナノキャリアは腫瘍の漏れやすい血管系を通過して移動することができ、そこからは逃げることができません。腫瘍の漏れやすい血管系は、腫瘍内に形成される血管のネットワークで、多くの小さな孔があります。これらの孔はナノキャリアを進入させますが、ナノキャリアが捕捉される可能性のある多くの屈曲部も含んでいます。捕捉されるナノキャリアが増えるにつれて、薬剤は腫瘍部位に蓄積します。[12]この蓄積により、大量の薬剤が腫瘍部位に直接送達されます。[2] PEOは細胞とナノキャリアの相互作用に悪影響を及ぼし、薬剤の効果を弱める可能性がある。なぜなら薬剤が放出される前に多くのナノキャリアが細胞内に組み込まれる必要があるからである。[12]
アクティブターゲティング
アクティブターゲティングでは、体内の特定の種類の細胞に特異的なリガンドや抗体などのターゲティングモジュールをナノキャリアの表面に組み込む。ナノキャリアは表面積と体積の比率が非常に高いため、複数のリガンドを表面に組み込むことができる。 [3]これらのターゲティングモジュールにより、ナノキャリアを細胞内に直接組み込むことができるが、欠点もある。リガンドは非特異的結合によりナノキャリアの毒性をわずかに高める可能性があり、リガンドの正電荷により細胞内に入った後の薬物送達効率が低下する可能性がある。[8] [12]アクティブターゲティングは、腫瘍細胞の多剤耐性を克服するのに役立つことがわかっている。 [13]
pH特異性
特定のナノキャリアは、特定のpH範囲でのみ含まれる薬剤を放出します。pH特異性により、ナノキャリアは薬剤を腫瘍部位に直接送達することもできます。[2] [7]腫瘍は一般に正常なヒト細胞よりも酸性であり、pHは約6.8です。正常な組織のpHは約7.4です。[2] したがって、特定のpH範囲でのみ薬剤を放出するナノキャリアは、酸性の腫瘍環境内でのみ薬剤を放出するために使用できます。[2] [7] [12]酸性環境が高いと、酸性環境がナノキャリアの構造を劣化させるため、薬剤が放出されます。[14]これらのナノキャリアは中性または塩基性の環境では薬剤を放出しないため、腫瘍の酸性環境を効果的に標的とし、正常な体細胞には影響を与えません。[2] [12]このpH感受性は、pHに依存しない方法で作用すると判明しているミセルにコポリマー鎖を追加することで、ミセルシステムで誘導することもできます。[8] これらのミセルポリマー複合体は、癌細胞が多剤耐性を発現するのを防ぐのにも役立ちます。低pH環境はミセルポリマーの急速な放出を引き起こし、他の薬物治療のように徐々に放出されるのではなく、大部分の薬剤が一度に放出されます。この急速放出メカニズムにより、抗癌剤が腫瘍を殺すのにかかる時間が大幅に短縮され、腫瘍が薬剤耐性になるような変異を起こす時間を効果的に防ぎます。[8]
温度特異性
一部のナノキャリアは、特定の温度でより効果的に薬剤を送達できることも示されています。腫瘍の温度は一般的に体の他の部分の温度よりも高く、約40℃であるため、この温度勾配は腫瘍特異的な部位への送達の安全策として機能します。[7]
用途
ナノキャリアに関する研究のほとんどは、薬物送達、特に化学療法における潜在的な用途に応用されています。[15]ナノキャリアは、腫瘍の小さな細孔、低いpH、および高い温度を特異的に標的とするために使用できるため、多くの化学療法薬の毒性を低下させる可能性があります。[2] [5] [7] [8]また、抗がん剤の約75％は疎水性であるため、ヒト細胞内での送達が困難であることが示されているため、ミセルを使用して疎水性薬剤の疎水性を安定化し、効果的に隠すことで、疎水性抗がん剤に新たな可能性がもたらされます。[6]
参考文献
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