診断ツールおよび治療薬としてのアプタマーの現在の展望

Current Perspectives on Aptamers as Diagnostic Tools and Therapeutic Agents.

• Prabir Kumar Kulabhusan
• Babar Hussain
• Meral Yüce

抄録

アプタマーは、コンビナトリアルオリゴヌクレオチドライブラリーから、よく知られているin vitroでの選択と反復プロセスであるSELEXを経て選択された合成一本鎖DNAまたはRNA配列である。アプタマーは、高い特異性と結合親和性、低い免疫原性と毒性、合成が容易でバッチ間のばらつきがほとんどないなどのユニークな特性を持っているため、過去30年間でアプタマー研究が急速に発展してきました。アプタマーは、低分子から複雑な構造のものまで、様々な標的に特異的に結合することができるため、診断や治療のための無数のアプリケーションに適しています。分析の場面では、アプタマーは抗体の代わりに分子プローブとして使用されます。バイオマーカー、微生物、ウイルス、環境汚染物質、病原体などの検出が可能です。治療目的では、アプタマーを化学的に安定化・修飾することで、血清半減期や保存期間を延ばすことができます。これまでに、膨大な数の拮抗性アプタマーやアプタマーをベースとしたコンジュゲートがin vitroでの選択的な方法で発見されていますが、いくつかの問題点があります。しかし、アプタマーの臨床応用にはいくつかの課題があり、特定のアプタマーのみが市場に出回っているのが現状です。アプタマー研究はまだ発展途上の段階にあり、核酸化学、標的相互作用、組織分布、薬物動態のより深い理解が求められている。本レビューでは、現在の診断薬や体外診断薬への応用におけるアプタマーについて、それに伴う課題を取り上げながら考察した。また、診断目的のためのアプタマーコンジュゲートの実装に光を当て、最後に臨床研究中の治療用アプタマーとそこでの課題、そして今後の方向性を明らかにした。

Aptamers are synthetic single-stranded DNA or RNA sequences selected from combinatorial oligonucleotide libraries through the well-known in vitro selection and iteration process, SELEX. The last three decades have witnessed a sudden boom in aptamer research, owing to their unique characteristics, like high specificity and binding affinity, low immunogenicity and toxicity, and ease in synthesis with negligible batch-to-batch variation. Aptamers can specifically bind to the targets ranging from small molecules to complex structures, making them suitable for a myriad of diagnostic and therapeutic applications. In analytical scenarios, aptamers are used as molecular probes instead of antibodies. They have the potential in the detection of biomarkers, microorganisms, viral agents, environmental pollutants, or pathogens. For therapeutic purposes, aptamers can be further engineered with chemical stabilization and modification techniques, thus expanding their serum half-life and shelf life. A vast number of antagonistic aptamers or aptamer-based conjugates have been discovered so far through the in vitro selection procedure. However, the aptamers face several challenges for its successful clinical translation, and only particular aptamers have reached the marketplace so far. Aptamer research is still in a growing stage, and a deeper understanding of nucleic acid chemistry, target interaction, tissue distribution, and pharmacokinetics is required. In this review, we discussed aptamers in the current diagnostics and theranostics applications, while addressing the challenges associated with them. The report also sheds light on the implementation of aptamer conjugates for diagnostic purposes and, finally, the therapeutic aptamers under clinical investigation, challenges therein, and their future directions.