使用“可填充药物蛋白的蛋白胶囊”作为药物输送载体 - 通过抗体表面修饰，成功将药物蛋白仅引入靶细胞 -

演示要点

〇​全球首次成功制造出由两亲性蛋白质组装而成的蛋白质胶囊，胶囊内可容纳200多个药物蛋白质分子
〇〇​通过对抗体蛋白进行表面修饰，可以选择性地将这种粒径超过100 nm的蛋白胶囊递送到靶细胞内部
〇 通过在胶囊内预先填充一种具有药物功能的蛋白质，我们能够选择性地将其仅递送至目标细胞，并使药物在细胞内发挥作用

总结

　V体育工学部生命与应用化学系（研究时）高桥浩介先生、生命与应用化学系细田龙树先生、生命与应用化学系水野敏久副教授领导的研究小组与名古屋市立大学、东北大学、北九州市立大学进行了联合研究，开发了药物蛋白^（注1）以哺乳动物细胞为目标（图1）。这里使用的蛋白质胶囊是一种具有特殊两亲特性的双螺旋束蛋白质，是本课题组最初设计的。^{（注意2）}构建的，而且这种蛋白胶囊的构建原理也是国际上首次阐明的。尽管这些蛋白胶囊的粒径超过100 nm，但它们保持了足够的结构稳定性，每个胶囊可以稳定填充200多个分子的药物蛋白，而不会使其变性和失活。此外，通过用针对靶细胞（例如癌细胞）的特异性抗体（IgG抗体和VHH抗体）修饰该胶囊的表面，可以赋予该胶囊仅被靶细胞摄取的功能，并且通过在细胞内释放药物蛋白质，我们也成功地体现了其药效。
此研究结果是2024年份8月1天

图1 两亲性蛋白质^{（注意3）}构建的抗体进行表面修饰的蛋白质胶囊的示意图

研究背景

　近年来，除了以低分子有机化合物为中心的传统药物外，使用蛋白质、核酸等生物聚合物的生物制药的使用也不断增加。随着针对激酶和其他分子的分子靶向药物的出现，人们正在努力减少小分子药物的副作用，但人们希望进一步扩大生物药物的使用，因为生物药物本质上不太可能引起副作用。
　抗体药物是目前使用的生物制药之一，但由于它们很难被细胞吸收，因此药物发现基本上仅限于在细胞外表面发挥作用的药物。这种不被自发地摄入细胞的特性使得副作用很难发生，但另一方面，目前还无法制造出针对大多数直接参与细胞内生命活动的生物分子的药物，这限制了生物制药可靶向的药物发现种子的数量。为了解决这个问题，目前世界各地正在努力开发技术，将基于蛋白质的生物制药（包括抗体）有效引入靶细胞。

研究内容/结果

　自然界中已知有几种保留内部孔的蛋白质聚集体（以下称为蛋白质胶囊），近年来，使用AlphaFold 3等结构预测程序的设计和开发不断取得进展。蛋白质胶囊也因其用作药物蛋白质的药物递送载体而受到关注。大多数蛋白胶囊是由超过100个分子的亚基蛋白组装而成，但内部孔径超过10 nm的很少，目前即使使用结构预测程序，也很难人工设计和构建内部孔径大于100 nm、可填充大量药物蛋白的蛋白胶囊。
在这项研究中，我们从不同的角度提出了这样的想法：通过设计一种新型两亲性蛋白质，其中由两个α螺旋组成的双螺旋束蛋白质的一个表面是疏水性的，另一个表面是亲水性的，并通过使用乳液方法将其组装成磷脂形成的脂质体，从而构建满足药物递送载体要求的蛋白质胶囊。这里使用的两亲性蛋白质是通过结合广泛分布于可榨油的植物种子中的两亲性蛋白质油质蛋白的一部分的蛋白质序列和卷曲螺旋的蛋白质序列（也称为天然存在的DNA结合蛋白的结构基序）而独特设计的。
　尽管该蛋白质的粒径超过100nm，但其保持足够的结构稳定性，并且即使在冷冻干燥等干燥操作后也保持胶囊形式。此外，通过在蛋白胶囊制备过程中预先添加待包封的药物蛋白，可以在每个胶囊中填充200个以上的分子，而不会使胶囊变性和失活，并且即使在这种状态下也能保持胶囊形状。另一方面，仅用这种胶囊没有观察到哺乳动物细胞的摄取，但通过用靶细胞（例如癌细胞）特异性的抗体分子修饰胶囊表面，通过受体介导的内吞作用诱导靶细胞的摄取（图2）。结果，我们能够将预先包装在胶囊内的药物蛋白选择性地递送到靶细胞的细胞质中，并成功地体现出其药效（成功开发出完全作为药物蛋白的药物递送载体的蛋白胶囊，这是最初的目标）。尽管已有报道利用抗体修饰的病毒衣壳蛋白成功地进行细胞类型选择性递送核酸，但该研究成果是世界上首次成功利用填充药物蛋白的蛋白胶囊，通过与抗体缀合作为药物蛋白的细胞类型选择性载体。

图 2 使用抗体修饰蛋白胶囊对药物蛋白进行细胞类型选择性递送

社会意义

　近年来，作为新型冠状病毒在全球传播的对策，一种生物制药的m-RNA疫苗引起了广泛关注，但未来以生物聚合物为药物的药物开发预计将进一步扩大。然而，为了扩大这些药物的用途，必须推进技术的开发来弥补生物制药的缺点和局限性，而这种抗体修饰的蛋白质胶囊型药物递送载体不仅解决了膜通透性低的问题，而且有望避免免疫清除，这是给药到血液中时所担心的问题。此外，由于它是一种内部孔隙极大的蛋白质胶囊，因此还有望输送有望具有更大药理活性的蛋白质复合物和蛋白质-核酸复合物。这项研究结果为研发提供了新的建议，使得能够在药物中使用更复杂的蛋白质复合物，而不是基于单分子生物聚合物的药物开发。

未来展望

　本研究开发的蛋白质胶囊的抗体部分可以针对每个靶细胞进行更换，胶囊内还可以填充各种药物蛋白质。因此，对多种哺乳动物细胞具有选择性的蛋白质胶囊型药物递送载体的开发有望取得进展。未来，该研究小组计划在临床前阶段利用实验动物验证疗效。

　这项研究是在池谷科学技术基金会和泉科学技术基金会的支持下完成的。

术语表

（注1）药物蛋白：这里所指的药物蛋白假定是任何被引入细胞后预期具有药用作用的蛋白质。例如，可以包括与核酸合酶、核酸结合蛋白、信号转导蛋白等具有结合活性的蛋白质。在本研究论文中，以RNA水解酶和同源重组酶作为示范。

（注2）双螺旋束蛋白：通过连接肽连接两个α螺旋，稳定形成二聚体结构的蛋白质。总体而言，它具有棒状三维结构。

（注意3)两亲性蛋白质：这里是指具有棒状三维结构的二螺旋束蛋白质，其一个表面具有疏水性，另一个表面具有亲水性。这种分子结构内疏水性和亲水性部分的不均匀排列控制着这些蛋白质之间的相互作用，并且由它们之间的相互作用形成的蛋白质胶囊在水中稳定。

论文信息

论文标题：使用 VHH 呈现的 OLE-ZIP 胶囊对货物蛋白进行目标选择性胞质递送
作者姓名：Kousuke Takahashi、Yasumichi Inoue、Shigeaki Hida、Ryuki Hosoda、Naoki Umezawa、Isamu Akiba、Mitsuo Umetsu、Toshihisa Mizuno*
出版杂志名称：RSC Pharmaceutics
发布日期：2024 年 8 月 1 日
DOI：101039/D4PM00069B
网址：

联系信息

研究相关

V体育生命与应用化学系
水野敏久副教授
电话：052-735-5237
电子邮件：toshitcm[at]nitechacjp

公共关系很重要

V体育企划公关科
电话：052-735-5647
电子邮件：pr[at]admnitechacjp

请将 *[at] 替换为 @。