架橋機能化ナノ粒子による迅速な排泄を目指したナノメディシンの開発を進めています

Advancing nanomedicine with cross-link functionalized nanoparticles for rapid excretion.

• Hongjie Dai
• Zhuoran Ma
• Feifei Wang
• Yeteng Zhong
• Felix Salazar
• Jiachen Li
• Mingxi Zhang
• Fuqiang Ren
• Anna M Wu

抄録

ナノ粒子は、前臨床動物モデルでイメージング、治療薬、または治療薬として広く研究されてきました。しかし、保持性や毒性の懸念から、ヒトへの使用が承認されているナノスケール材料は非常に限られています。近年、第二近赤外窓（NIR-IIb、1,500～1,700 nm）の長波長域でのin vivo蛍光イメージングが見られるようになり、光散乱の減少とほぼゼロに近い自家蛍光のため、より深い組織への浸透とより高いイメージングの鮮明さを提供しています。ほとんどのNIR-IIb蛍光色素はナノ粒子をベースにしたプローブであり、生体内での保持時間が長いのが特徴である。ここでは、約1,600nmで発光するコア/シェル型硫化鉛/硫化カドミウム量子ドット(PbS/CdS QDs)を機能化するために、新規な架橋コーティングを適用した。このコーティングは、両親媒性ポリマーと3つの架橋両親媒性ポリマー層（分岐PEG-直鎖PAA-分岐PEG、P 3コーティング）から構成されており、高い生体親和性と2週間の静脈内投与で90%以上の量子ドットの排泄を実現した。このP 3-QDは、抗PD-L1療法に反応するCD8+細胞傷害性Tリンパ球（CTL）のin vivo分子イメージングを可能にするために、人工抗CD8ジアボディとの結合に利用されました。ダウンコンバージョンErナノ粒子と組み合わせた2プレックス分子イメージングは、非侵襲的NIR-IIb光シート顕微鏡（LSM）による細胞分解能でPD-L1+腫瘍細胞とCD8+CTLのリアルタイムin vivoモニタリングのために実行されました。別のアプリケーションでは、腫瘍微小環境における血管新生を、CD105に対するキメラモノクローナル抗体TRC105に結合したP 3 -QDを用いて画像化した。さらに、P3-QDは、最大170までの信号対背景比で体の深部のリンパ節をイメージングすることができました。最後に、我々はまた、磁性ナノ粒子上のP 3コーティングは、2週間未満で迅速に排泄することができ、アプローチの一般性を確立したことを示しています。体内から様々なナノ粒子を除去する能力は、人間が使用するためのナノメディシンの多くの可能性を開きます。

Nanoparticles have been widely investigated for preclinical animal models as imaging, therapeutic or theranostic agent. However, a very limited number of nanoscale materials are approved for human use due to retention and toxicity concerns. Recent years have seen in vivo fluorescence imaging in the long end of the second near infrared window (NIR-IIb, 1,500-1,700 nm), affording deeper tissue penetration and higher imaging clarity owing to reduced light scattering and near-zero autofluorescence. Most NIR-IIb fluorophores are nanoparticle based probes with long retention in the body. Here, we applied a novel cross-linked coating to functionalize core/shell lead sulfide/cadmium sulfide quantum dots (PbS/CdS QDs) emitting at ~1,600 nm. The coating was comprised of an amphiphilic polymer followed by three crosslinked amphiphilic polymeric layers (branched PEG-linear PAA-branched PEG, P 3 coating), imparting high biocompatibility and > 90% excretion of QDs within 2 weeks of intravenous administration. The P 3 -QDs were utilized for conjugation to an engineered anti-CD8 diabody to afford in vivo molecular imaging of CD8+ cytotoxic T lymphocytes (CTLs) in response to anti-PD-L1 therapy. Two-plex molecular imaging in combination with down-conversion Er nanoparticles was performed for real-time in vivo monitoring of PD-L1+ tumor cells and CD8+ CTLs with cellular resolution by non-invasive NIR-IIb light sheet microscopy (LSM). In another application, angiogenesis in the tumor microenvironment was imaged with P 3 -QDs conjugated to TRC105, a chimeric monoclonal antibody against CD105. Further, P 3 -QDs afforded imaging of lymph nodes deep in the body with a signal-to-background ratio of up to ~170. Lastly, we show that the P 3 coating on magnetic nanoparticles also afforded rapid excretion in < 2 weeks, establishing generality of the approach. The ability of eliminating various nanoparticles from a body opens up many possibilities of nanomedicine for human use.

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