10nmサイズ以下のナノキャリアの表面機能を調整して網膜の外側を標的とした体外投与のための薬物送達剤を設計する

Tuning surface functionalities of sub-10 nm-sized nanocarriers to target outer retina in designing drug delivery agents for intravitreal administration.

• Suyeon You
• Hyoungtai Kim
• Hye-Youn Jung
• Boram Kim
• Eun Jung Lee
• Jin Woo Kim
• Yoonkyung Kim

抄録

加齢黄斑変性症（AMD）は、不可逆的失明の主要な原因の一つであり、一般的に先進国では50歳以上の人が罹患しています。抗血管内皮増殖因子（VEGF）療法は新しい血管の成長を抑制する効果があるにもかかわらず、この複雑な疾患では、実質的な視力の改善はまれです。さらに、現在の治療法では、毎月のように薬物の体外への注射を繰り返すと、重篤な副作用が生じる可能性があります。抗VEGFのみを補完し、治療効果を持続させ、目的の部位への効率的な送達を可能にする併用療法が緊急に必要とされています。体内投与されたナノキャリアのバイオアベイラビリティ、分布、および網膜の複数の層にわたるターゲッティング効率に対する物理化学的効果（例えば、サイズ、電荷、形状）を理解するために、ここでは、ほとんどが5nm未満の流体力学的サイズを有する7種類の異なる表面機能化水溶性樹枝状ナノキャリアを調製した。これらの生体適合性ナノキャリアには、同程度の化学量論的な量の蛍光体が共有結合的に付着しており、凍結切除した健康なマウスの目の共焦点顕微鏡による定量分析が可能であった。興味深いことに、注入後24時間目には、表面に複数のグルコサミンのコピーを持つナノキャリア（D）は、主に光受容体層と網膜色素上皮（RPE）に蓄積しており、これらはAMDの発症に関連していると推測されている（すなわち、標的部位）。さらに、これらの網膜外層では、Dが網膜外層に長く滞留していることが示され、Dは徐々に凝集してミクロンスケールの粒子に変化しているように見えた。我々の体系的な知見は、AMDを含む視力を脅かす網膜疾患を治療するための体外ナノキャリアの合理的な設計のための有用なガイドラインを提供する可能性があります。

Age-related macular degeneration (AMD) is one of the leading causes of irreversible blindness, generally affecting people over 50 years of age in industrialized countries. Despite the effectiveness of anti-vascular endothelial growth factor (VEGF) therapy in attenuating the growth of new blood vessels, substantial visual improvements are rare with this complex disease. Furthermore, the current regimen of repeated monthly intravitreal injections of drugs can result in serious side effects. Combination therapies-to complement anti-VEGF alone-with a prolonged therapeutic effect and efficient delivery to the intended site are urgently needed, which could be realized through the use of carefully designed nanocarriers. To understand the physicochemical effects (e.g., size, charge, geometry) of intravitreally administered nanocarriers on their bioavailability, distribution, and targeting efficiency across multiple layers of the retina, here we prepared seven different types of surface-functionalized water-soluble dendritic nanocarriers with hydrodynamic sizes mostly under 5 nm. A similar stoichiometric amount of fluorophore was covalently attached to each of these biocompatible nanocarriers for quantitative analyses by confocal microscopy of cryosectioned healthy mouse eyes. Interestingly, at 24 h post-injection, the nanocarrier with multiple copies of glucosamine on the surface (D) accumulated predominantly in the photoreceptor layer and the retinal pigment epithelium (RPE), which are speculated to be associated with AMD pathogenesis (i.e., target sites). Furthermore, extended residence at these outer retinal layers was demonstrated by D, which appeared to gradually turn into micron-scale particles potentially through aggregation. Our systematic findings may provide useful guidelines for the rational design of intravitreal nanocarriers to treat vision-threatening retinal diseases, including AMD.

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