B型ニーマンピック病マウスにおけるICAM-1を標的としたナノキャリアによる酸スフィンゴミエリン酵素の送達と効果の向上

Enhanced Delivery and Effects of Acid Sphingomyelinase by ICAM-1-Targeted Nanocarriers in Type B Niemann-Pick Disease Mice.

• Carmen Garnacho
• Rajwinder Dhami
• Melani Solomon
• Edward H Schuchman
• Silvia Muro

抄録

B 型ニーマンピック病における酸スフィンゴミエリン酵素欠損症は、主に肺、肝臓、脾臓に影響を与え、リソソソームスフィンゴミエリン貯蔵を引き起こす。組換え酵素の注入は有益であるが、肺への送達は制限されており、肝臓や脾臓よりも高用量を必要とするため、潜在的な有害反応を引き起こす可能性がある。これまでの研究では、炎症時に過剰発現するタンパク質であるICAM-1を標的としたナノキャリアによって、酵素の肺への取り込みが増加したことが示されている。ここでは、ポリスチレンとポリ乳酸-コ-グリコール酸ナノキャリアを用いて、酵素用量とナノキャリア濃度を変化させて肺への送達を最適化し、インビボでエンドサイトーシスとリソソソームトラフィッキングを検証し、送達された活性と効果を評価した。ナノキャリアの酵素負荷を上げると、裸の酵素よりも、肺、肝臓、脾臓のすべてへの絶対的な酵素送達が徐々に増加した。ナノキャリアの濃度を変化させると、肺と肝臓および脾臓への取り込みに逆の影響を与えた。マウスの生体内および死後の検査では、ナノキャリアを用いたエンドサイトーシス、トランスサイトーシス、リソソソームトラフィッキングが確認された。裸の酵素と比較して、ナノキャリアは臓器内の酵素活性を増加させ、肺スフィンゴミエリン貯蔵量とマクロファージ浸潤を減少させた。疾患が進行した高齢マウスでは、担体、抗体、酵素を含まない緩衝液を含む注入に対して反応性（肺白血球浸潤）を示したが、疾患が軽度の若年マウスでは反応性は認められなかった。これらの結果から、抗ICAMナノキャリアは、低用量の酵素を用いた効果的な肺酵素療法につながる可能性があると結論づけた。

Acid sphingomyelinase deficiency in type B Niemann-Pick disease leads to lysosomal sphingomyelin storage, principally affecting lungs, liver, and spleen. Infused recombinant enzyme is beneficial, yet its delivery to the lungs is limited and requires higher dosing than liver and spleen, leading to potentially adverse reactions. Previous studies showed increased enzyme pulmonary uptake by nanocarriers targeted to ICAM-1, a protein overexpressed during inflammation. Here, using polystyrene and poly(lactic-co-glycolic acid) nanocarriers, we optimized lung delivery by varying enzyme dose and nanocarrier concentration, verified endocytosis and lysosomal trafficking in vivo, and evaluated delivered activity and effects. Raising the enzyme load of nanocarriers progressively increased absolute enzyme delivery to all lung, liver, and spleen, over the naked enzyme. Varying nanocarrier concentration inversely impacted lung versus liver and spleen uptake. Mouse intravital and postmortem examination verified endocytosis, transcytosis, and lysosomal trafficking using nanocarriers. Compared to naked enzyme, nanocarriers increased enzyme activity in organs and reduced lung sphingomyelin storage and macrophage infiltration. Although old mice with advanced disease showed reactivity (pulmonary leukocyte infiltration) to injections, including buffer without carriers, antibody, or enzyme, younger mice with mild disease did not. We conclude that anti-ICAM nanocarriers may result in effective lung enzyme therapy using low enzyme doses.

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