研究内容Research

副反応の低減したmRNAワクチンの開発

mRNAを内包した脂質ナノ粒子（LNP）によるワクチン（mRNA-LNPワクチン）は、100日ミッションにも対応し得る有効性の高いモダリティとして期待されている。しかし現状のmRNA-LNPワクチンは、炎症性サイトカインの産生等に起因する発熱・投与局所の腫れ・倦怠感などの副反応が高頻度で観察され、ワクチン忌避の主な要因となっている。そのため、平時にも適用可能なモダリティとして進化させるためには、強力に免疫誘導しつつ、起炎性に起因する副反応を低減することが不可欠となっている。そこで我々は、LNPなどを改変することで、副反応の低減したmRNAワクチンの開発を進めている

経鼻ワクチン

経鼻ワクチンは、従来の注射型ワクチンと異なり、血中のみならず、多くの病原体の初発感染部位である上気道でも抗体産生を誘導可能であるなど、重症化だけでなく感染そのものを防御し得る理想のワクチンとして世界的に期待されている。しかし、経鼻ワクチンにおいて、1）抗原を単独で鼻腔に投与しても、上皮細胞からなる粘膜バリアを通過困難であり、鼻腔リンパ組織への抗原送達効率が乏しいために粘膜免疫を効率的に誘導できないことや、2）粘膜免疫を安全に誘導可能なアジュバントが存在しないなど、未だ多くの問題が山積みされており、実用化は困難を極めている。本観点から我々は、粘膜免疫を効率良く誘導可能なワクチン抗原送達技術の開発を推進している。

エンテロウイルスD68ワクチン

エンテロウイルスD68（EV-D68）は、1970～2013年の約40年間において世界中で報告された症例は約700例と散発的な報告のみであった。しかし、2014年にアメリカを中心に世界中でEV-D68が大流行し、2000例を超える症例が報告されて以来、日本を含む世界各地で流行を繰り返している。一般にEV-D68は、呼吸器症状を引き起こす病原体であるが、近年、急性弛緩性脊髄炎と呼ばれるポリオ様麻痺との関連が示唆されており、神経病原性ウイルスとしての可能性が注目されている。今後もアウトブレイクの発生が懸念されており、ワクチン開発が待望されているものの、未だに対症療法しか存在していない。本観点から我々は、EV-D68に対する不活化全粒子ワクチン、mRNAワクチン、VLPワクチンの開発を試みている。

構造ワクチン学

ワクチン抗原蛋白質の立体構造情報をもとに、熱安定性や発現量・収量の向上といった目的機能を抗原に付与する“構造ワクチン学”の扉が開こうとしている。本邦でも承認されたRSウイルスワクチンは先駆けでもあり、プレ融合型に安定化された改変抗原が使用されている。またそれら一連の知見が新型コロナウイルスワクチンにも適用されたことは周知の事実である。さらにAlphaFoldや人工蛋白質設計基盤技術に2024年ノーベル化学賞が授与されたことからも明白なように、まさに今、構造ワクチン学が台頭しつつある。一方で、世界的にみても構造ワクチン学を推進可能なグループは少ない。本観点から我々は、蛋白質工学の専門家との異分野共同研究により構造ワクチン学を用いた抗原最適設計を進めている。

がんに対するmRNAワクチン

本邦における死亡原因1位のがんは、多くの治療法が存在するものの、未だ根治不能な病と言っても過言ではなく、新たな概念に基づく治療法の開発が急務となっている。本観点では、免疫チェックポイント阻害剤の開発も相俟ってがん免疫療法が注目されており、特に最近は、mRNA-LNPワクチンの確立により、がんワクチンの潜在能力に期待が寄せられている。しかし現状では、mRNA-LNPワクチン単独で抗がん効果がほとんど観察されないなど、未だ効果は不十分であり、がんワクチンの高度化に向けたmRNA-LNPワクチンの最適設計が最重要課題となっている。本観点から我々は、がんに対する、より効果的なmRNA-LNPワクチンの開発を進めている。

過去の研究内容（2018年から2022年辺りまでの研究概要）

樹状細胞標的化ペプチドの開発：

これまで、抗原の樹状細胞への効率的な送達を目指し、様々な抗原送達キャリアの開発が世界中で進められてきた。例えば、リポソームなどの粒子状物質が細胞に取り込まれやすいことから、正電荷リポソームなど、多くの粒子状物質が抗原送達キャリアとして基礎研究されてきた。しかし、細胞傷害性を示す粒子状物質が多いこと、作製が極めて煩雑であること、十分な効果を発揮可能な送達キャリアに乏しいこと、多くの場合、高価であることなどから、数十年に渡る基礎研究にも関わらず、臨床展開されるには至っていない。そのため、効果・安全性に優れることは勿論のこと、より簡便かつ低コストな抗原送達キャリアの開発、即ち、感染症対策に資する基盤技術の開発が喫緊の課題となっている。本観点で、我々はこれまでに、独自のファージ表面提示法を駆使し、樹状細胞選択的に結合可能な樹状細胞標的化ペプチドを先駆けて創製したうえで、抗原に付与するだけで、リンパ節中の樹状細胞に効率的に抗原を送達可能なばかりか、アジュバントを加えずとも強力に抗原特異的抗体産生を誘導可能であることを見出している。さらに、アジュバントと併用することで、抗原特異的CD8陽性T細胞も強力に誘導可能であり、感染症ワクチンのみならずがんワクチンへの展開も期待されている。現在、本ペプチドの免疫誘導メカニズムの解明などを推進すると共に、新たな抗原送達用ペプチドの創製にも取り組んでいる。

新規インフルエンザワクチンの開発研究：

インフルエンザウイルスに対するワクチンは、最も身近なワクチンであるものの、未だ多くの課題を抱えている。例えば、ワクチン株と流行株の抗原性が異なった場合、十分なワクチン効果を期待できないため、同一亜型内でワクチン株と抗原性の異なる株に対して、交差反応性を示すワクチンの開発が期待されている。本観点から我々は、アジュバントの最適化や抗原の最適化などによる、交差反応性を有する新たなワクチンの開発を進めている。例えば、1）TLR9リガンドであるCpG核酸をアジュバントに用いることで、抗原特異的な非中和型IgG2の選択的誘導に起因する抗体依存性細胞障害（ADCC）により、ヘテロローガスな株を防御可能であること、2）非中和型IgG1及びIgG2を共に産生誘導するアジュバントにおいては、IgG1によりIgG2のADCC活性が競合阻害されることで、IgG2の防御能が低下することを明らかとしており、IgG2を選択的に誘導可能なアジュバントの有用性を認めている。さらに、Neuraminidase(NA)が抗原として有用であることも確認しており、NAに対する抗体産生を増強可能な新たなワクチン開発を進めている。

マイコプラズマ肺炎の病態形成メカニズムの解明とワクチン展開：

Mycoplasma pneumoniae（以下、マイコプラズマ）は、市中肺炎における原因菌の20～30％を占める病原微生物である。マイコプラズマに起因する肺炎（マイコプラズマ肺炎）の罹患者の約70%が14歳以下であると共に、小児においては、マイコプラズマ肺炎患者の約20%が入院を余儀なくされるなど、重篤な症状を呈する。成人においても、長期間続く乾性咳嗽によるQuality of lifeの低下や、気管支喘息の悪化を誘発することから社会問題となっている。治療にはマクロライド系抗菌薬が用いられるものの、近年、マクロライド系抗菌薬耐性マイコプラズマの出現により、小児に使用できる薬剤は極めて限局されている。さらに1960年代に、不活化マイコプラズマを用いたワクチン開発が進められたものの、ヒトにおいて、マイコプラズマ感染による肺炎症状がワクチン接種により悪化したという報告も存在し、現在も、ヒトにおけるワクチンは存在しない。本観点から、既存の抗菌薬に代わる新たな治療薬や、有効で安全なワクチンの開発が世界的急務となっている。そこで我々は、マイコプラズマ肺炎の病態形成メカニズムの解明と共に、得られた知見を基にしたワクチン開発を進めている。

2015年から2018年辺りまでの研究概要

我々はこれまでに、体内動態を制御し得る抗原送達キャリアの開発を目的に、粒子のサイズと体内動態の連関を精査してきました。その結果、粒子径100nm以下のナノサイズのナノ粒子が、100nm以上の粒子と比較して、リンパ節への移行性が顕著に上昇すること、さらに、樹状細胞といった抗原提示細胞に効率良く取り込まれることを明らかとしています。本知見は、適切なナノ粒子をデザインすることで、抗原やアジュバントを効率的にリンパ節・抗原提示細胞に送達させ、副作用を誘発することなく、ワクチン効果のみを誘導し得ることを示しています。そこで現在、蛋白質/抗体工学や高分子化学の手法を駆使し、無機物、蛋白質、ペプチドなど、様々な素材から構成される機能性ナノ粒子のデザイン研究を推進しています。特に、・アジュバント送達キャリアの全身・免疫組織・細胞レベルでの詳細な動態を解析したうえで、ナノ粒子の物性と動態、有効性・安全性との連関情報を基に最適粒子設計することで、抗原送達キャリアの最適化を図っています。さらに、網羅的な分子探索技術を駆使し、ワクチンアジュバントの分子標的として優れたサイトカインやTLRシグナルを活性化し得る低分子化合物やバイオ化合物（ペプチドなど）の探索および最適デザインを図っています。そのうえで、ワクチン開発に資するこれら基盤技術を活用することで、インフルエンザやA型連鎖球菌といったウイルスや細菌に対する新規ワクチン開発をも推進しています。また、開発した抗原送達キャリアやアジュバントの安全性研究にも重点をおいており、「ワクチン効果」は当たり前で、老若男女が安全・安心に接種できるワクチン開発を目指しています。これら研究は、インフルエンザ、エボラ出血熱やHIVといった感染症のみならず、将来的には、がんやアルツハイマー病、糖尿病といった疾患に対するワクチン開発へも直結するものであり、その波及効果は図りしれないなど、社会的ニーズに富んだ薬学研究といえます。

2015年までの研究内容の概要 ＜これら内容を基盤に、上述した研究を推進しています＞

現在、医薬品の概念は広がり続けており、バイオ医薬（蛋白医薬、核酸医薬など）やナノ医薬といった最先端医薬が続々と台頭し、難病や新興・再興感染症などの克服が期待されている。一方で、20世紀後半から期待され続けてきた蛋白医薬をみても、抗IL-6受容体抗体といった抗体医薬などの一部の例外を除き、その臨床応用が順調に進んでいるとは言い難い。これは、最先端医薬を含めた医薬品の開発において、未だに、有効性の欠如のみならず、動態の不備や毒性発現が大きな障壁となっていることに起因する。従って、最先端医薬の成功の鍵は、薬物動態（ADME）と毒性（T）の連関【ADMET】を追求したうえで、リスクとベネフィットを制御し得る創薬基盤技術を如何に開発するかにかかっていると言っても過言では無い。本観点から私は、薬物送達学と毒性学/安全科学を軸として、ADMETを基盤とした薬学的視点から、❶バイオ医薬の医薬品化に叶う新たな創薬基盤技術の構築、❷ナノ素材の安全性を加味した最適粒子設計によるナノ医薬の開発と❶を融合した、新興・再興感染症の克服に資するワクチン開発を試みてきた。

❶これまでに、蛋白質工学や高分子化学を駆使することで、ペプチドや蛋白質（サイトカインや抗体）の体内動態を高度に制御しつつ、目的とする生理作用のみを発揮可能な医薬価値に優れた蛋白質・ペプチド医薬の開発に資する創薬基盤技術を構築してきた。特に、腫瘍壊死因子（TNF）スーパーファミリーを標的として、①数億種類以上ものペプチド・蛋白質構造変異体ライブラリの中から、目的作用を有する人工ペプチド・蛋白質を迅速創製可能なファージ表面提示法を駆使することで、生物活性・体内安定性・レセプター特異性の向上といった有用機能が付与された機能性人工ペプチド・蛋白質を自由自在に迅速創製可能な基盤技術の構築に成功してきた。さらに、ペプチド・蛋白質・ウイルスベクターの体内動態制御を目的に、②DDS機能（標的指向能・薬物徐放化能など）を有した機能化高分子キャリアの新規設計など、圧倒的な医薬価値を有するペプチド・蛋白質医薬の創製基盤を先駆けて確立した。

❷さらに、新興・再興感染症の克服に資するワクチン開発を目指し、ADMETの理解と制御による、「アジュバントと抗原送達法の開発、そして安全科学/毒性学的観点からのワクチンリスク解析と安全性確保」を推進してきた。アジュバントについて、③上述の①で構築した機能改変型人工TNF-αが経鼻アジュバントとして有望であることを示すと共に、④IL-18やIL-33といったIL-1ファミリーが、最強の粘膜アジュバントであるコレラトキシンよりも強力かつ安全な経鼻アジュバントになり得ることを先駆けて見いだした（特許5539660号）。これら知見を最大限に活用し、防御免疫や安全性をさらに高めるには、「如何に抗原を効率よく、確実に、免疫担当細胞に送達するか」が肝心であり、抗原送達キャリアの設計が第一義的に最重要と言える。そこで、粒子径100nm以下の素材であるナノ素材を用いた抗原送達キャリアの創製を目的に、⑤ナノ素材の物性—体内・細胞内動態—有効性・安全性の連関情報を収集し、ナノ素材の動態特性と安全性は、粒子サイズ、粒子形状、表面電荷、プロテインコロナといった物性により運命付けられ得ることを先駆けて見いだした。そのうえで、⑥抗原を細胞質に導入し細胞傷害性T細胞をも誘導可能な抗原送達キャリアや、抗原を粒子表面に吸着させるだけで、経鼻免疫によりコレラトキシンと同等以上の強い抗体産生を誘導し得るキャリアを見いだしており、感染症に対する有効かつ安全なワクチン開発に向けた基盤が整っている。現在、これまでに構築してきた創薬基盤技術を土台に、感染症予防に資する粘膜ワクチン開発に注力している。特に、ワクチンリスクへの懸念が増していることから、有効なのは当たり前で、妊婦・胎児・新生児など、ワクチン接種が必須であるものの、副作用が誘発しやすい脆弱な個体を含め、老若男女を問わず安心して使用できるワクチンを開発したいと念じている。