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サムズアップ・アメリカ！
組織を内側から治す！

〜画期的なバイオマテリアル登場〜

バイオマテリアル（生体材料）とは、医学や歯学分野において、主にヒトに移植することを目的とした材料のことを呼びます。 具体的な例としては、人工関節やデンタルインプラントなどが挙げられます。しかし今回画期的なのは、生体材料が静脈注射で患部に作用するという利点です。以下はそのレポートからの抜粋です。

心臓発作や外傷性脳損傷などにも応用できる可能性

概要

静脈注射が可能な新しいバイオマテリアルは、組織の炎症を抑え、細胞や組織の修復を促進する。このバイオマテリアルは、齧歯類と大型動物（動物名は特定しない）の両方で、心臓発作による組織損傷の治療に有効であることがテストされ、証明された。また、外傷性脳損傷や肺動脈性肺高血圧症の患者さんにも有効であることが、齧歯類モデルで実証されました。

カリフォルニア大学サンディエゴ校の生体工学教授で、この材料を開発したチームの主任研究員であるカレン・クリスマン氏は、「この生体材料は、損傷した組織を内側から治療することを可能にします」「これは、再生工学の新しいアプローチです。」と語っています。

ヒトを対象としたこのバイオマテリアルの安全性と有効性に関する研究は、1～2年以内に開始できるだろうと、クリストマン氏は付け加えています。生物工学者と医師からなる研究チームは、この研究成果を『Nature Biomedical Engineering』誌の12月29日号に発表した。

米国では、毎年785,000人が新たに心臓発作を起こすと推定されているが、その結果生じる心臓組織の損傷を修復するための確立された治療法は今まで存在しなかった。

（心臓発作の後、瘢痕組織が形成され、筋肉の機能が低下し、うっ血性心不全につながることがあります。）

カリフォルニア大学サンディエゴ校循環器内科の医師であるRyan R. Reeves博士は、「冠動脈疾患、急性心筋梗塞、うっ血性心不全は、今日の社会にとって最も負担の大きい公衆衛生問題であり続けています」と述べています。さらに「冠動脈疾患やうっ血性心不全の患者さんを日々治療しているインターベンショナル・カーディオロジストとして、患者さんの予後を改善し、衰弱させる症状を軽減する別の治療法があればと思います。」とも述べています。

これまでの研究で、Christman率いるチームは、細胞外マトリックス（ECM）としても知られる、心筋組織の天然の足場から作られたハイドロゲルを開発し、カテーテルを介して損傷した心筋組織に注入することができるようにしました。

このゲルは、心臓の損傷部位に足場を形成し、新しい細胞の増殖と修復を促します。2019年秋には、第1相のヒト臨床試験に成功した結果が報告されました。

しかし、心筋に直接注入する必要があるため、心臓発作の1週間以上後にしか使用できない。

これより早いと、針を使った注入手順のため、損傷を引き起こす危険がある。

そこで研究チームは、心臓発作の直後に投与できる治療法を開発したいと考えた。つまり、血管形成術やステントなどの他の治療法と同時に、心臓の血管に注入したり、静脈注射したりできる生体材料を開発することであった。

この論文の筆頭著者であるMartin Spang氏は、バイオエンジニアリング学部Shu Chien-Gene Lay学科のChristman氏の研究室で博士号を取得しました。

この新しいバイオマテリアルの利点の一つは、静脈内に注入するため、損傷した組織全体に均等に行き渡ることです。これに対して、カテーテルから注入されるハイドロゲルは、特定の場所に留まり、広がりません。

バイオマテリアルの製造方法

Christmanの研究室の研究者たちは、まず、自分たちが開発したハイドロゲルが、安全性試験の一環として血液注入に適合することが証明されたところから始めた。しかし、ハイドロゲル中の粒子径が大きすぎて、漏出した血管をターゲットにすることはできなかった。

当時、Christmanの研究室で博士課程に在籍していたSpangは、ハイドロゲルの液体前駆体を遠心分離機にかけることでこの問題を解決し、大きな粒子をふるい落とし、ナノサイズの粒子のみを残すことに成功した。

得られた材料は、透析と滅菌フィルターにかけられた後、凍結乾燥された。最終的にできた粉末に滅菌水を加えれば、静脈内注射や心臓の冠動脈への注入が可能な生体材料ができあがる。

どのように機能するか

研究者らは、この生体材料を心臓発作を起こしたネズミのモデルでテストした。心臓発作を起こすと、血管の内皮細胞の間に隙間ができるため、この材料は血管を通過して組織の中に入っていくと予想されたのだ。

しかし、それとは別のことが起こった。生体材料がこれらの細胞と結合し、隙間を塞いで血管の治癒を促進し、その結果、炎症が抑制されたのである。研究者らは、豚の心臓発作モデルでもこのバイオマテリアルをテストし、同様の結果を得た。

この論文の筆頭著者であるMartin Spang氏は、バイオエンジニアリング学部Shu Chien-Gene Lay学科のChristman氏の研究室で博士号を取得しました。

この新しいバイオマテリアルの利点の一つは、静脈内に注入するため、損傷した組織全体に均等に行き渡ることです。これに対して、カテーテルから注入されるハイドロゲルは、特定の場所に留まり、広がりません。

さらに、外傷性脳損傷と肺動脈性肺高血圧のラットモデルで、同じバイオマテリアルが他のタイプの炎症を抑制するのに役立つという仮説の検証にも成功した。Christman教授の研究室では、これらの疾患に関するいくつかの前臨床試験を実施する予定である。

次のステップ

「この研究の大部分は心臓に関するものですが、アクセスが困難な他の臓器や組織の治療の可能性は、新しい疾患の治療に生体材料/組織工学の分野を切り開くことができます」と、Spangは述べています。

一方、Christmanは、彼女が共同設立した新興企業Ventrix Bio, Inc.とともに、この新しい生体材料の心臓疾患への応用について、ヒトでの試験を実施する許可をFDAに求める予定である。これは、ヒトでの臨床試験が1〜2年後に開始されることを意味します。

「重症の冠動脈疾患や心筋梗塞を治療する大きな理由の一つは、左心室機能障害やうっ血性心不全への移行を防ぐことです」とリーブス博士。そして「投与が容易なこの治療法は、我々の治療法において重要な役割を果たす可能性があります」と述べています。