[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

一度に沢山の医薬分子を放出できるプロドラッグ

[スポンサーリンク]

薬物のプロドラッグ化により、薬物吸収性の改善・特定部位への標的化(副作用の軽減)・作用の持続化などが期待できる、ということは以前のトピックでも述べました。応用性の高い手法ですが、これまでに知られる例は、エステル化などのごくごく単純な変換・修飾に限られていました。

2005年に、イスラエル・テルアビブ大学のDoron Shabatらによってプロドラッグ化にデンドリマーを用いることでさらに新しい機能を付与できる、という報告がなされました[1]。今回のトピックではこれを紹介してみたいと思います。

デンドリマー型プロドラッグ:構造

Shabatらは、デンドリマー末端に薬物(Drug)および酵素基質(Enzyme Substrate)を結合させた、以下のようなプロドラッグを設計しました。酵素基質が酵素分解されることが引き金となって、活性薬物が放出される設計(標的特異性)を意図しています。 

しかし単純に生分解性デンドリマー末端に薬物をくっつけ、プロドラッグ化した報告は、これが初めてではありません。

それでは、このデザインはどの点が今までより新しく、また秀逸なのでしょうか?

デンドリマー型プロドラッグ:薬物放出機構

これまでのプロドラッグは、一つの酵素によりプロドラッグ一分子が代謝され、一分子の活性薬物を生成する構造がほとんど全てでした。しかしながら、上図の分子設計では、一つの酵素による一回の代謝で三分子の活性薬物が放出されるという特徴を有しています。


このプロドラッグは、1,4-キノンメチド開裂反応を上手く使用した設計となっています(下図)。まずフェノールの保護基R’が何かしらの条件で除去されることで反応が開始します。その後、フェノキシドのベンジル位からアルコキシドROが開裂し、キノンメチドを生成します。キノンメチドは不安定なので、水が介在しているときには速やかに反応してフェノールになります。

 少々視点を変えてこの反応を見てみるとどうでしょう、R’の開裂が引き金となってROが放出される反応、と捉えることが出来ます。ここで、R’を酵素の基質、ROを活性型薬物に置き代えて考えてみると・・・なんとこれはプロドラッグそのものです!!!

このプロドラッグの薬物放出機構は、余分なリンカーが結合している分、少々複雑です。最初に基質が酵素によって分解された後は、生理条件下で1,4-キノンメチド開裂を3回繰り返し、3分子の活性型薬物が放出される、というわけです(下図)[1,2]

 

デンドリマー型プロドラッグ:実験例

以上のコンセプトに基づき、Shabatらは実際に3分子のカンプトテシン(CPT: 抗癌剤)とレトロアルドール抗体触媒38C2(酵素モデル)の基質を結合させたプロドラッグpro-tCPTを合成しました。また比較のため、単薬剤型プロドラッグpro-mCPTも合成し、細胞成長阻害活性の評価を行いました[1a]。 最初に38C2によってアルドール部位が分解され、これが引き金となって、薬物が放出されるという設計になっています。

 様々なガン細胞に対し活性評価を行ったところ、抗体触媒38C2非存在下では、pro-tCPT・pro-mCPTともにIC50値がCPTの数十倍であり、プロドラッグの形では活性がそれほどないことが明らかとなりました。 38C2存在下にはpro-tCPTはCPTと同程度のIC50値を示し、これはプロドラッグとしてpro-tCPTが設計通り働いていることを示すデータとなっています。また、単薬剤型であるpro-mCPTのIC50値は、CPT・pro-tCPTの4〜5倍とpro-tCPTに比べ効率が良くないことも明らかとなりました。

さらに、薬剤濃度を固定して抗体触媒38C2の濃度と活性の関係を調べたところ、プロドラッグとして同一のIC50値を示すために必要な抗体触媒濃度は、pro-tCPTの場合にはpro-mPCTの約1/3でよいことも明らかとなりました。この結果からも、一分子の抗体触媒によりpro-tCPTからは3分子、pro-mCPTからは1分子のCPTが放出されるという期待通りの結論が導けます。

また、デンドリマー部位の分解物は全く系に毒性影響を与えないということも予め確かめられています。

こうして、 コンセプト通りにプロドラッグが機能していることが確かめられました。

デンドリマー型プロドラッグ:さらなる展開

こうしてデンドリマー型プロドラッグの可能性が示されたわけですが、上記の実験例だけでは、単純にターゲッティング部位を結合させた旧世代型プロドラッグと大きく変わらないように見えてしまい、変換の手間に比してメリットが小さい気もしてきます。基礎研究では上記のような実験で今後の可能性を示して終わり、という形の論文に得てしてなりがちですが、Shabatらは論文[1a,1b]でさらなる可能性を自ら示唆しています。

すなわち、3分子の活性薬剤をそれぞれ別物にしたヘテロ型プロドラッグを提唱しています。 論文ではあまり強調されていませんでしたが、このコンセプトは、癌の化学療法に限らず多剤併用療法の考え方が主流となっている潮流下にあって、大きな意味を持ってくるでしょう。

 その具体化としてShabatらは下図のようにカンプトテシン、ドキソルビシン、エトポシドという3種類の抗癌剤を結合させたプロドラッグを合成し、同様の活性評価を行っています[1a]。単純な活性値自体はpro-tCPTにくらべやや落ちるようですが、化学療法における相乗効果が期待できるかもしれない、と付け加えられていました。

私見・今後の展望など

この設計は、今までのプロドラッグには無い様々なメリットを有しています。例えば私自身が思いつく限りでも

  • 酵素反応(認識)部位と薬物が離れた位置にある為、薬物放出過程が薬物構造に影響されにくいデザインとなっている。すなわち、どんな構造の薬物であっても適用可能という、高い応用性・一般性・発展性がある。
  • デンドリマー部位を修飾することにより、これまでと同様に吸収性・酵素特異性・生分解性・作用部位を向上させられることに加えて、薬物自体に機能性・多様性を持たせることができる
  • デンドリマーの世代を高めることで標的部位での薬物濃度の増加・単純な薬効増幅が期待できる。
  • ヘテロドラッグ型にすることで複雑な相乗作用をコントロールできる。切断箇所・酵素を変えるなどにより単一薬物が複数の作用部位で時間差作用・相乗作用を及ぼすような薬物設計すら可能になる[1c]。
  • デンドリマー由来の不要分解物がフラグメンテーションにより小分子となるため、不要物が低毒性かどうかという知見が既に相当量蓄積されており、安全に使用できる可能性が高い不要物が代謝・排泄されやすい薬物デザインも容易となる。
  • 上記の改良を行うに当たっては特別な知識・技術が不要なので、誰でも容易に研究を進められる。

などが考えられます。

「最初に優れたアイデアありき」 結局何事においても、アイデア・発想を生み出す段階がもっとも難しく、あとは時が解決してくれるものだと思います。私自身にも言えますが、常に新しい発想に取り組み続けたいものですね。

(2005.6.20 cosine)
※本記事は以前公開されていたものをブログに移行したものです。

参考文献

  1. a) Shabat, D. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 716. b) Shabat, D. et al. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1726. c) Shabat, D. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 2256. d) de Groot, F. M. H. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 4490.
  2. a) McGrath, D. V. et al. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 15688. b) Shabat, D. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 4494.

関連書籍

[amazonjs asin=”B0086I26EG” locale=”JP” title=”Dendrimer-Based Drug Delivery Systems: From Theory to Practice (Wiley Series in Drug Discovery and Development)”][amazonjs asin=”1600216641″ locale=”JP” title=”Dendrimers in Medicine”]

関連リンク

Avatar photo

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。国立大学教員→国研研究員にクラスチェンジ。専門は有機合成化学、触媒化学、医薬化学、ペプチド/タンパク質化学。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. 有機合成化学協会誌2022年7月号:アニオン性相間移動触媒・触媒…
  2. 分子標的の化学1「2012年ノーベル化学賞GPCRを導いた親和ク…
  3. アメリカ大学院留学:TAの仕事
  4. 第45回BMSコンファレンス参加者募集
  5. 接着系材料におけるマテリアルズ・インフォマティクスの活用 -条件…
  6. 推進者・企画者のためのマテリアルズ・インフォマティクスの組織推進…
  7. オピオイド受容体、オレキシン受容体を標的とした創薬研究ーChem…
  8. カーボンナノベルト合成初成功の舞台裏 (3) 完結編

注目情報

ピックアップ記事

  1. テトロドトキシン Tetrodotoxin
  2. 水の電気分解に適した高効率な貴金属フリーの電極が開発される:太陽光のエネルギーで水素を発生させる方法
  3. 拡張Pummerer反応による簡便な直接ビアリール合成法
  4. 液体キセノン検出器
  5. 【十全化学】新卒採用情報
  6. ロータリーエバポレーターの回転方向で分子の右巻き、左巻きを制御! ―生命のホモキラリティーの起源に踏み込む―
  7. 水素化ホウ素亜鉛 Zinc Bodohydride
  8. ペプチドの特定部位を狙って変換する -N-クロロアミドを経由するペプチドの位置選択的C–H塩素化-
  9. ボロン酸エステル/ヒドラゾンの協働が実現する強固な細胞Click反応
  10. 米国へ講演旅行へ行ってきました:Part II

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2005年6月
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930  

注目情報

最新記事

査読に AI を使われた体験談

生成 AI の普及は加速しており、調べもの、英文校閲など研究者の皆さんも活用していることと思います。…

フィーゼルマン チオフェン合成/Fiesselmann Thiophene Synthesis

概要フィーゼルマン チオフェン合成(Fiesselmann Thiophene Synthesi…

“とび跳ねる水滴”に潜む物理 〜接触時間とエネルギー源で読む撥水・防氷のテク〜

熱したフライパンに落ちた水滴が、玉になってコロコロと走り回り、冷えた面では、結露水が合体した瞬間に跳…

AI時代に研究者がすでに持っている力・これから伸ばしたい力

論文要約や文献検索など、研究現場でもAI活用が日常化する一方、「自分の仕事の先行き」に漠然とした不安…

miHub®を活用した探索的データ解析の実践

開催概要研究開発においてデータ活用が進む中、機械学習モデルの構築や予測解析に…

“ある特効薬”のはなし ~本田宗一郎氏の回想から

Tshozoです。最近実家に戻っては色々と廃棄するなどの店じまいを少しずつ進めているのですが、中…

高分子鎖を束ねた新しい共重合体「束状共重合体」が誕生

第715回のスポットライトリサーチは、東京大学大学院 工学系研究科(植村研究室)に所属されていた亀谷…

2026年「有機溶媒危機」へのアンサー。北大発・メカノクロスが挑む、溶媒に依存しない新たな合成法 = “メカノケミカル有機合成”の社会実装

株式会社メカノクロスは、メカノケミカル有機合成技術の社会実装に挑む北海道大学発の…

“壊れないよう” に作ってきた半導体ポリマーを、あえて “壊れるよう” に作る化学

半導体ポリマーは長いあいだ、「いかに壊れにくく、長持ちさせるか」といったような安定性を競って進歩して…

有機合成化学協会誌2026年7月号:固体高分子電解質・電子ドナー・アクセプター錯体・機械学習法・trichodermamide類・エナンチオ選択的スキップジエン合成法

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2026年7月号がオンラインで公開されています。…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP