Science Dailys 2011年8月24日
ナノテクノロジーが健康リスクもたらす?
ナノ粒子は細胞内輸送を妨げる


情報源:Science Daily August 24, 2011
Health Risks With Nanotechnology? Nanoparticles Can Hinder Intracellular Transport
http://www.sciencedaily.com/releases/2011/08/110824091143.htm?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+sciencedaily+%28ScienceDaily%3A+Latest+Science+News%29

訳:野口知美(化学物質問題市民研究会)
http://www.ne.jp/asahi/kagaku/pico/
掲載日:2011年9月2日
このページへのリンク:
http://www.ne.jp/asahi/kagaku/pico/nano/news/110824_SD_Health_Risks_With_Nano.html


この写真は、細胞内への蛍光性ナノ粒子の摂取を示す。
黄色と紫色のドットは、細胞内に運ばれて蓄積した
粒子である。(Credit: Radium hospitalet)
【サイエンス・デイリー(2011年8月24日)】 ノルウェー・ラジウム病院の癌生物医学センターの科学者たちは、ナノ粒子が細胞に摂取及び蓄積されることにより重要な細胞内輸送経路が阻害される可能性があるということを初めて明らかにした。

 研究者たちは、ナノ粒子が重要物質の細胞内や細胞外への輸送を妨害して、細胞の生理機能に有害な変化をもたらし、通常の細胞機能をかく乱することを発見した。

 可能性として、特定のサイズのナノ粒子は「エンドソーム(訳注1)の極細い管に入ることができない、あるいは管内にとどまって管を詰まらせてしまう」という説がある。

 ナノ粒子を含む新薬の治療価値は明らかであるが、厄介な問題が持ち上がることもある。オスロにあるノルウェー・ラジウム病院の研究者たちは、ナノ粒子がどのようにして細胞内への重要物質の輸送を妨げる可能性があるのかについて明らかにした。

影響を受ける細胞

 ノルウェー・ラジウム病院で行われたような細胞培養の基礎研究では、ナノ粒子が細胞に影響を与えるということがはっきりと証明されている。

 上級科学者のTore-Geir Iversenとその同僚たちは4年にわたる実験を経て、ナノ粒子の細胞内での挙動に焦点を当てるようになった。Iversen博士率いるグループは、ナノ粒子が細胞に摂取及び蓄積されることにより重要な細胞内輸送経路が阻害される可能性があることを初めて明らかにした。

 このプロジェクトは、ノルウェーの機能ゲノム科学(FUGE)及びナノテクノロジーと新素材(NANOMAT)というノルウェー研究審議会の大規模プログラムのもとで資金提供を受けている。研究結果は、Nano Letters誌上で初めて発表された。

 このプロジェクトに取り組んでいる研究者たちは、直径30〜100ナノメートルのナノ粒子について研究している。これは薬とDNAを細胞内に運ぶために使用されるナノ粒子の典型的なサイズである。

 ナノ粒子はレーザーの照射によって蛍光発光するよう染色された。様々な蛍光物質で染色された種々の粒子を様々なレーザー波長で照射することによって、研究者たちは顕微鏡を用いて細胞内の種々の粒子の場所を突き止めることができた。

 よく利用される粒子タイプの一つに蛍光性量子ドットがあるが、これは紫外線領域に近い波長の光に照射されると発光する。その他には酸化鉄粒子があるが、これは蛍光物質と結合するため、研究者は酸化鉄粒子が摂取されて細胞内のどこに運ばれるかを観察することができる。酸化鉄粒子は、磁気共鳴画像(MRI)診断に20年もの間使用されている。

研究結果

 実験では、鉄を細胞内に輸送するタンパク質はナノ粒子と結合した場合でも通常どおり吸収されるということが証明された。しかし、ナノ粒子と結合しなかったタンパク質の99%が細胞外に排出され、再利用が可能であるにもかかわらず、ナノ粒子と結合したタンパク質は細胞内にとどまるということが明らかになった。

 そしてナノ粒子と結合したタンパク質はエンドソームに蓄積されるが、このエンドソームというのは細胞膜に覆われた泡のような区画であり、細胞内の輸送システムにおいて重要な機能を担っているのだ。こうして研究者たちは、ナノ粒子が重要物質の細胞内や細胞外への輸送を妨害して、細胞の生理機能に有害な変化をもたらし、通常の細胞機能をかく乱するということを発見した。

 「可能性として、次のような説がある」とIversen博士は言う。「タンパク質は、エンドソームの(細管と呼ばれる)極細い管から入らなければならない。私たちが研究対象としているサイズのナノ粒子は、細管に入ることができない、あるいは細管内にとどまって細管を詰まらせてしまうのである」。

 このことは、将来の粒子設計に関して極めて重要な知識となる。

早合点への警告

 ノルウェーのこの研究によって確認されたことは、罹患組織をターゲットにした薬剤の開発に近道はないということである。たとえタンパク質自体をターゲットにして好ましい効果が得られたとしても、このタンパク質がナノ粒子と結合していれば効果は半減する、あるいは害を及ぼすことになるかもしれない。

 「数多くの国際的な科学論文が裏付けの乏しい根拠に基づき、ナノ粒子は効果的に薬剤を細胞核に輸送すると確信を持って結論付けていることを不満に思っている」とIversen博士は嘆いた。彼は最近、同僚たちとともに Nanomedicine 誌と Nano Today 誌で総説を発表し、ナノ粒子についてのこうした主張に対する批判を詳述した。

「私たちの総説によって、細胞の摂取に関する将来の研究の質が高まることを願う」。

不確かなリスク

 Tore-Geir Iversenは、製薬業界が製品開発を急いでいることを懸念している。

 もしナノ医薬品が末期癌患者の寿命を延ばすために使用されるのであれば、ナノ粒子の蓄積など些細なことかもしれない、と彼は論じている。しかし、慢性疾患を治療するために医薬品が開発されるのであれば、患者は何年もその薬を飲み続けることになるのであるから、製薬会社は自社の薬が完全に分解され、体外に排出されるということを証明しなければならないはずだ。

 ここでの問題は、慢性疾患の患者を対象にして行われる臨床研究であっても真実を全て明らかにすることはできないということである。ナノ医薬品の悪影響は短期の研究では現れないかもしれないが、慢性疾患を克服するためナノ医薬品を長年使い続けている患者の場合、ナノ粒子の排出が不十分であり体細胞内の輸送が妨害されるために、特定の癌型が過剰発生することになるかもしれないのだ。

 「基礎細胞生物学を理解することもせずに、臨床試験や動物実験に飛びついてはならない」とIversenは警告する。

今後の研究

 今後、ノルウェー・ラジウム病院の研究者たちが解明しようとしていることは、直径30ナノメートル以下のナノ粒子が細胞内の輸送システムを少しでも良い方向に導くことができるかどうかということである。

 さらに、材料研究者と密接に協力しつつ目指していることは、様々なサイズや表面組成を持つ粒子を生成することによって、粒子が血中を安定して循環し、特に標的細胞に接触したとしても粒子が細胞内で分解可能になるよう確保することである。動物実験に移る前に、ノルウェー・ラジウム病院の細胞生物学者たちはまた、免疫学者と協力することになるであろう。

どのようにしてナノ粒子は細胞内に輸送されるか

 ナノ粒子やタンパク質などの高分子は、多様なメカニズムによって体細胞に摂取される。ナノ粒子はまず、細胞表面に生じる小胞と呼ばれる脂肪の泡の中に取り込まれる。

 こうした小胞は、ソーティングエンドソームとして知られているより大きな小胞と融合し、さらに成長して多小胞体(MVBs)になる可能性がある。MVBsは次にリソソームと融合し、そこでタンパク質などの高分子がプロテアーゼなどの酵素によって分解される。ナノ粒子は、ソーティングエンドソームあるいは回収エンドソームによって細胞外に輸送される可能性がある。

Story Source:
The above story is reprinted (with editorial adaptations by ScienceDaily staff) from materials provided by The Research Council of Norway. The original article was written by Claude Olsen.



訳注1
エンドソーム/ウィキペディア
エンドソーム (endosome) はピノサイトーシスによって形成された一重の生体膜からなる小胞。ほぼ全ての真核細胞が持ち、細胞外の分子の取り込みや、細胞表面の分子のソーティングに関わる。その結果エンドソームに取り込まれた一部の分子は再利用され、小胞輸送によって細胞膜へと輸送される。



化学物質問題市民研究会
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