Novartis Innovation Vol.2

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1 2 Vol.2 April 2016 The Leading Edge : Special Interview Scene Novartis Today 表紙 : インスリンを分泌する膵臓の β 細胞提供 :David Mack, SPL/PPS 通信社

2 Image*: Kristen Johnson, GNF * 研究者たちは 軟骨修復を定量化する ために 関節内の健常な軟骨の領域 を明確にして計測する The Leading Edge : とはできない ノバルティスバイオメディカル研究所 (Novartis Institutes for Biomedical Research:NIBR スイス バーゼル ) のディレクター Joerg Goldhahnは この高まる医療ニーズに対する画期的なアプローチを明らかにした ノバルティスバイオメディカル研究所ディレクター Joerg Goldhahn 博士 (2016 年 3 月現在 ) 加齢に伴って関節が痛むのは 避けられないことである 軟骨はあらゆる動作の衝撃を吸収するため 生涯続く摩耗に正常の厚さでは耐えることはできない 世界各国で 軟骨の変性が慢性疼痛や障害の主な原因となっている 日本においても変形性膝関節症は 日常生活で介助を必要とする障害の原因として 2 番目に多い 1 さらに運動選手にも見られるように 軟骨損傷が起こるのは高齢者に限らない 米国だけでも 急性軟骨損傷の手術は毎年 20 万例実施されている 外傷か 加齢による変性かにかかわらず 軟骨損傷に対するよい治療はなく 軟骨を修復するための治療が早急に必要とされている 高度な手術により痛みを和らげることはできるが 組織を完全に元の状態に戻すこ 軟骨組織には再生する能力がないが 関節には間葉系幹細胞が存在する この幹細胞は ほとんどの運動器組織において治癒の基盤となるが なぜか軟骨に関しては 修復に貢献しない それでも間葉系幹細胞が軟骨形成に向けた可能性を秘めていると信じられる理由がある 初期の発生生物学で知られているように 幼児期のヒトでは新しい軟骨が常に形成されるからである ただし 成長するにつれその能力は失われる ノバルティスの研究者たちは現在 間葉系幹細胞を活用して 失われた能力を回復させる治療法の研究に挑んでいる この修復に特化した方法は これまでの研究と全く異なる新しいアプローチである と Goldhahnは述べている 損傷した関節に直 2 1. 国民生活基礎調査 ( 厚生労働省 )

3 接注射することで間葉系幹細胞が健康な軟骨 を産生するように誘導できる治療分子の発見 を彼らは目指している 軟骨形成が生理的な メカニカルストレスを伴って進むことも優れてい る点である 治療薬を探索するため研究チームは 幹 細胞を軟骨へ分化誘導する分子のハイスルー プット スクリーニングを行った プレート 上で軟骨を培養すること自体困難であった が 2012 年のサイエンス誌 2 で発表したと おり ノバルティス研究財団ゲノミクス研究 所 (Genomics Institute of the Novartis Research Foundation: GNF 米カリフォルニ ア州サンディエゴ ) の Kristen Johnson は必要な 条件を確立した このスクリーニングにより Kristen Johnson の研究チームはカルトゲニンに似た分子を発 見した この分子は組織培養で軟骨形成を 促進しただけでなく マウスモデルで有望な 関節修復を示した マウスモデルにおいて これまで臨床では見られなかった 正常と同 等の軟骨が再生された と Goldhahn は述べ ている カルトゲニン自体は治療薬候補とし て開発には至らなかったが 研究チームはス クリーニングで類似する効果を示す他の分子 について研究を進めている 治療薬開発の過程で 動物モデルからヒト への移行が困難であることはよく知られている が 軟骨治療の分野では特にリスクがある これまでに 動物実験で有望な結果を示した ものの ヒトへの移行ではうまくいかなかった 例はいくつもあった 成功例が少ない理由とし て 軟骨修復の度合いを測定する方法が不十 分であることが挙げられる 治療薬候補を見 つけるだけでは十分でなく 薬の効果を測定 する方法も必要だ 薬の有効性を評価する方 法がなければ 薬は生まれない と Goldhahn はコメントしている 軟骨修復を評価する測定方法を開発するため 研究チームは創薬と並行して革新的なイメージング技術の開発を進めている 軟骨内の組織変化を描出する画期的な MRI 技術をウィーン医科大学 (Medical University of Vienna) と共同で開発するなど 外部機関との連携が複数進行中である 軟骨の成長モデルがないため 現在は一般的な軟骨欠損を抱える患者さんの軟骨変性の過程に注目している 軟骨変性疾患の分野でさらに課題となるのは 実現可能な臨床試験デザインと評価項目の選定である 変形性関節症は 発症時には自覚がないことが多く 長年にわたり様々な要因によって進行する このきわめて複雑な疾患に対処するために 研究チームはまず急性軟骨損傷をターゲットにしている 急性軟骨損傷は 最初の外傷を発症として明確に定義することができ 臨床においても現実的な治療期間で治すことができる Evansらの先行研究 3 を参考に 初回の臨床試験では人工膝関節置換手術を予定している患者さんで 候補となる分子の安全性と忍容性を確認する 手術に影響がないことを確認し 手術 1 週間前に候補薬を患者さんに注射する 人工膝関節置換手術後 損傷した関節を詳細に分析し 関節内の分子の局在を確認する このような短期間での有効性は期待していないが 現在の目標は分子の局在 安全性および忍容性を確認することである Goldhahnは 私たちの研究はこの分野において最も包括的なアプローチだと言える なぜならば 薬の開発を行いながらそれと並行して 必要な動物モデルや 画期的で高度なイメージング手法 全く新しい試験デザインの構築を行っているからだ と述べている 2. Johnson K, et al. Science May; 336(6082): Evans CH, et al. Hum Gene Ther. 1996; 7(10):

4 The Leading Edge : Special Interview 半月板は膝関節にある三日月状の線維軟骨です 内側半月板と外側半月板が向き合うような位置にあります 衝撃を吸収し関節を安定させる役割があります 半月板は外傷や繰り返しの負荷 加齢などによって断裂あるいは摩耗 変性します 損傷した半月板を温存する治療としては縫合術がありますが その適応は血行豊富な部位で 円周状線維に平行する縦断裂の場合に限られています 縫合術は半月板手術件数の 10% 1 で それ以外は切除術が行われているのが現状です 半月板を広範囲に切除すると半月板の機能が失われ 隣接する関節軟骨が摩耗し 長期経過後に変形性膝関節症 ( 膝 OA) が発症します 他方 半月板縫合術は再断裂をきたすリスクが低くなく これが縫合術が普及しない要因です 我々は 半月板縫合術後の治癒を促進し 半月板温存の可能性を高めるため 滑膜由来の間葉系幹細胞 ( 滑膜幹細胞 ) を用いた細胞治療に取り組んでいます 変性が強い半月板はこれが足場となり 滑膜幹細胞により半月板が再生されることを期待しています 手術後廃棄される種々の間葉系組織を使い 体外で間葉系幹細胞を同一条件で軟骨に分化させると 最も大きく重い軟骨塊を作るのは滑膜幹細胞で 次いで骨髄由来の間葉系幹細胞 ( 骨髄幹細胞 ) でした ウサギに軟骨欠損部を作製し間葉系幹細胞を未分化の状態で移植した実験でも 滑膜幹細胞と骨 半月板再生の臨床研究に取り組む関矢一郎氏 髄幹細胞が軟骨基質を豊富に産生しました 一方 自己血清での培養で十分な細胞数を確保するには滑膜幹細胞の方が有利でした 移植法については ウサギやブタを用いて関節鏡視下で移植する方法を検討し 細胞浮遊液を注射器で軟骨欠損部に 10 分間静置することにより 細胞が接着し軟骨再生を促進することが示されました 2008 年からは軟骨欠損患者 10 例を対象に臨床研究を開始し 鏡視下滑膜幹細胞移植の短期的な安全性と有効性を確認しました ただし 半月板が広範囲に消失している例では再生軟骨が 活動性の増加に伴い再び摩耗する例も経験しました 10 次に我々は 一般的に半月板縫合術の適応とならない半月板損傷患者に半月板縫合術を行い 縫合部に滑膜幹細胞を移植する臨床研究を2013 年に開始しました 方法は まず半月板縫合術の前に末梢血を採取し 自己血清を用意します 手術時に滑膜約 0.5gを採取し 手術室と同じフロアにある細胞治療センターに搬送します 酵素処理後 滑膜細胞を 10% 自己血清含有培地で 14 日間培養すると 平均約 5000 万個の細胞を回収できます 2 回目の手術でこの滑膜幹細胞浮遊液を関節鏡下で半月板縫合部に載せ 10 分間静置して移植します 4 1. 社会医療診療行為別調査 (2013 年 / 厚生労働省 )

5 年 11 月までに 5 例に本治療を施行し ました 3 次元 MRI 画像では 6 カ月後ある いは 1 年後に半月板の断裂が不明瞭になりま した 臨床症状についても 1 年後には術前 よりも改善しました 研究期間中 半月板縫 合に伴う疼痛を生じましたが 経過期間とと もに消失しました ほかにも軽い事象はあり ましたが いずれも対応可能で 重篤な有害 事象は起きませんでした 半月板損傷患者は 半月板部分切除後 または加齢のために 外側半月板が外側に 逸脱することがあります 逸脱した半月板は 機能が低下し 隣接する軟骨の摩耗が進行 することになります 東京医科歯科大学では 逸脱した半月板を鏡視下で整復して安定化さ せる治療 ( セントラリゼーション ) を行っていま す 2015 年からは この治療と組み合わせて 滑膜幹細胞移植を行い 軟骨および半月板の 再生を期待する臨床研究にも着手しました 我々の研究は 滑膜幹細胞に着目したこと がポイントです 軟骨や半月板を損傷すると 滑膜幹細胞に遺伝子プロファイルが類似する 間葉系幹細胞が関節液中に増加し 損傷部 位に接着して 修復に貢献する機序の存在が予測されます しかしその数に限界があるため この自己修復には限界があります そこで再生させるための細胞成分を外部から補うのが有用と考えています 滑膜幹細胞移植は 増殖 軟骨分化能が高い 自己の細胞を利用できる 自己の軟骨組織を犠牲にせずに済む 軟骨と半月板を同時に治療できる 関節切開を必要とせず 鏡視下で施行できる といった利点があります 再生医療で注目されている ips 細胞と比較すると ips 細胞はほぼすべての組織に分化し 継代しても増殖能を保つといった利点があります しかし 腫瘍化のリスクに加えて患者自身の細胞から作製すると準備に 6カ月間を要し その分コストも上昇するという課題もあります これに対して 滑膜幹細胞は軟骨に分化しやすいこと これまで間葉系幹細胞の腫瘍化の報告はないこと そして本法は準備期間が 2 週間で済み コストも比較的安価であることがメリットです 現状では鏡視下滑膜幹細胞移植の適応として 外傷性軟骨欠損 縫合は可能だが再断裂のリスクが高い半月板損傷 外側半月板逸脱による外側型膝 OAを想定しています 前述の通り 広範囲の半月板切除は膝 OAのリスク因子であり 半月板温存の可能性を広げることで 膝 OA 発症の抑制が期待されます その点も含めて 本法の長期成績や比較対照をおいた成績を示すことが必要です 2 国内の膝 OAの患者数は 2500 万人と推計されます 半月板切除の他にも種々の原因がありますが 病態は関節軟骨の変性 破壊であり 再生医療には広範なニーズがあると考えられます 将来は 滑膜幹細胞を使用できる医療施設を増やして より多くの患者さんにこの治療を提供できるようにしたいと考えています (2016 年 2 月 16 日東京医科歯科大学関矢教授室にて ) 2. J Bone Miner Metab. 2009; 27(5):

6 ノバルティス研究財団ゲノミクス研究所 創薬薬理学ディレクター Bryan Laffitte 教授 The Leading Edge : 君は思いのままに無理をしないで生きるん だよ 君の人生はあまり長くはないから 当 時 10 歳だった Chris Stiehl さん ( 米国のエンジ ニア ) は 医師からこう告げられた 1961 年 1 型糖尿病と診断された時のことだった 1 型糖尿病はヒトの免疫系が誤って膵臓の β 細胞を攻撃し破壊することによって 十分に インスリンを分泌できなくなる病気だ 現代の 治療をもってしても 血糖値の上昇と低下の 変動に患者は苦しんでいる Chris Stiehl さんと妻の Lorraine さん しかし かつて不可能とされていたヒトの β 細胞を再生する方法を ノバルティスの研究者 グループが発見した この研究は 2015 年 10 月 26 日 Nature Communications にオンラ イン掲載された 1 研究は初期段階だが 失 われた β 細胞を復元して糖尿病を根本から治 療する経口剤の実現の可能性を示唆している この研究に資金提供した国際若年性糖尿病 研究財団 (The Juvenile Diabetes Research Foundation International) の Chief Scientific Officer である Richard Insel 氏は 今回発表 された化合物は世界で初めてヒト β 細胞の増 殖促進作用を示した 研究は難航したが 画期的な新領域を開拓した と述べる 多くの研究者が試みたが ヒト β 細胞の再生には成功していない この研究には望みがないと思われていた とノバルティス研究財団ゲノミクス研究所 (GNF) の創薬薬理学ディレクターの Bryan Laffitteは述べる しかし わずかだがその可能性を示唆する研究が報告されていた 例えば ヒトの β 細胞は幼年期に分裂すること あるいは 成人 1 型糖尿病患者の解剖で数例にβ 細胞再生の跡が見られたことなどである まれなケースだが 小さな希望となった と Laffitteは言う そこでLaffitteらは 細胞培養で非常に高感度にβ 細胞の分裂を検出する方法を開発し わずかな兆候も見逃さないようにした 200 万種類の化合物を使って どの化合物が β 細胞の分裂を引き起こすのかをテストし マウスとヒト両方の β 細胞に効果のある数種の化合物を絞り込むことに成功した 実験の結果 再生した細胞にもグルコースに反応してインスリンを分泌する機能が示された ヒト 1 型糖尿病モデルマウスにその化合物を投与すると 2 週間以内に血糖管理の改善が見られた と Laffitteは説明する Laffitteらは現在 これらの化合物が β 細胞の複製を促進する機序の解明に努めている β 細胞の再生を誘導するが他の細胞の複製は起こさない化合物 2 の発見がゴールだ 安全性に問題がなく 必要な特性をすべて備える化合物を探索している と Laffitteは説明する そのような化合物が臨床試験に進むまでには まだ多くのステップが必要である インスリン療法を50 年以上続けている Chris Stiehlさんは β 細胞の再生医療の可能性に期待する 1 人だ 人生 50 歳までだと思っていましたが 今 65 歳です 糖尿病管理が少しでも楽になるならば 新しい治療法も試してみたいですね もっと長生きしますよ 6 1. Shen, W. et al. Nat. Commun. 6:8372 doi: /ncomms9372 (2015). 2. NIBR. Oct 27, 2015, accessed March 24,

7 * 健康なヒトの皮膚細胞から誘導した ips 細胞から育てた大脳皮質の興奮性 ニューロン 緑色に染色されているのは微小管結合タンパク質 2(Microtubule-Associated Protein 2 : MAP 2) で ニューロンを示 す 赤色は グリア線維性酸性タンパク質 (Glial Fibrillary Acidic Protein : GFAP) で 放射状グリアと星状膠細胞 を示している 青色は 4,6- ジアミジノ -2- フェニルインドール (DAPI) によって 染色された細胞核である 糖尿病を再生医療で克服する ニュー ロサイエンス は NIBR の記事を翻訳 編集したものです Scene : あなたの脳の一部を実験室で再現して そ の脳の実際の活動を理解することができると したらどうだろう 現実にそのようなことがで きるのだ ノバルティスバイオメディカル研究 所 (NIBR) では 新技術を使ってヒトの神経 疾患モデルを構築している 私たちは神経変性疾患や神経精神疾患の 本質について すでにいくつもの遺伝的手掛か りを特定し それを実験室レベルで検証する ための新技術を開発した NIBR で神経科学グローバルヘッドを務め る Ricardo Dolmetsch はこう述べる 患者さんの皮膚や血液から採取した細胞を 独自の ips 細胞プラットフォームでニューロンに 転換し さらにそれを小さな脳に近似したオル ガノイドへと転換する 患者由来の細胞を用 いた神経疾患の研究が現実になりつつある 例えば 自閉症の小児や アルツハイマー 病の女性のニューロンを実験室で再現して 遺伝子の突然変異がどのように細胞機能を変 化させるかを明らかにし 新薬を創出すること も可能だ と Dolmetsch は述べる 従来の前 臨床モデルの多くは対症療法薬の開発には有 用だが 疾患の進行過程を変えるような治療 法の開発には有効ではなかった 私たちは さらにヒトに近づけたモデルを開発し 予測 Image*: Kraig Theriault, NIBR 精度を高めていきたい と Dolmetschは言う DNA 解析方法の革新により 特定の遺伝子変異と様々な神経疾患を関連づけることが可能になった この情報は 新たな治療標的を探る多くの取り組みの指針となっている また NIBRは光遺伝学 ( 光を用いた単一ニューロンの活動の制御 ) を利用して神経回路を操作する技術も保有している この技術を使えば 特定の行動にどの細胞が関与するかを突き止められる NIBRが対象とする疾患は 小児では自閉症や難治性てんかん 成人では依存症 双極性障害 うつ病 統合失調症が主な領域である これらの疾患の進行過程を変え 患者さんの生活を劇的に改善することができる治療薬の開発を目標とする 神経変性疾患ではアルツハイマー病 筋萎縮性側索硬化症 (ALS) 前頭側頭型認知症のほか いくつかの単一遺伝子による希少疾患を研究している 多発性硬化症については 再発予防に優れている現在の治療薬に加え 疾患の進行で失われる神経機能の回復を目指した治療法の開発に取り組んでいる Dolmetschは 神経疾患 精神疾患におけるアンメット メディカル ニーズは非常に大きく 患者さんの生活を改善することは社会的にも意義がある と述べている 7

8 Novartis Today : ノバルティス研究財団ゲノミクス研究所所長 Jerry Joyce 本記事は NIBR および GNF の記事を翻 訳 編集したものです 私たちには 2 つのミッションがあります 1 つはアンメット メディカル ニーズに応える薬を創ること もう 1 つは そのための技術を生み出すことです ノバルティスバイオメディカル研究所 (NIBR) の一部門であるノバルティス研究財団ゲノミクス研究所 (Genomics I nstit ute of the Nova r tis Research Foundation : GNF 米カリフォルニア州サンディエゴ ) の所長 Jerry Joyceはこのように話しています GNFは 基礎科学と前臨床研究の橋渡しをする役割を果たしており 約 600 人の研究者と技術者が在籍し オンコロジー 自己免疫 心血管疾患 糖尿病 筋骨格障害 感染症にフォーカスしています GNFは米国内外 特にカリフォルニア全域の研究所や大学と連携しています 米国外の連携先の 1 つ アイスランド心臓協会 (Icelandic Heart Association : IHA) では 腎臓 肝臓 肺 心臓 筋ならびに脳の疾患に関連する血液分析 画像診断 機能的測定を含めた集約的な臨床的特徴の評価を 10 年以上にわたり繰り返し受けている数千人の遺伝子型 表現型データを保有しています GNFはこのアイスランド人データを利用して 特定の表現型と分泌されたタンパク質の多型を関連付け さらにはそれに対応する遺伝的多型との関連を探索していきます タンパク質レベルの測定は主に 5,000ものタンパク質を同時に測定できる SOMAscanプラットフォームを使用します GNFはIHAの持つデータセットに加えて 慢性閉塞性肺疾患 (COPD) 1 型糖尿病 腎不全などの疾患関連表現型に焦点を当てた解析も計画しています 疾患の原因となるタンパク質を発見できれば 疾患自体あるいは疾患サブタイプのバイオマーカーの発見も期待できます RNA RNA 分子の活性を妨げるようにデザインすることは 新たな治療法として重要な分野です RNAを標的とした創薬の目指すところは 疾患に関連する RNA 分子を発見し それらを低分子化合物の直接の標的とすることです ある特定の低分子化合物と結合する構造を RNAに導入することはできますが 難題は結合した化合物をどのようにスクリーニングするかです このスクリーニング方法が確立できれば タンパク質を標的とした従来の創薬に取って代わると期待されます 罹患した細胞のみを薬物療法の標的とすることは 難関でもありチャンスでもあります ノバルティスは 分子標的ドラッグデリバリー技術を開発し 幅広い生物学的標的分子を特定しようと試みています これまで新薬につながらなかった細胞が新しい種類の治療の標的となるかもしれません GNFはこうした 潜在的標的 を特定するため 多方面にわたる実験的 生物情報学的アプローチで 特定の組織に特異的に薬物をデリバリーする新たな技術の開発に取り組んでいます 同時に私たちはリード化合物の生物活性と組織への到達を最適化するため 創薬プロセスに組織標的化技術を取り入れています 8 発行 : ノバルティスファーマ株式会社広報統括部 東京都港区虎ノ門 1 丁目 23 番 1 号虎ノ門ヒルズ森タワー Tel ( 代表 ) NPE00002JG 作成

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