長年の研究を経てついに実現したメッセンジャー（m）RNAワクチンの可能性は、世界的なパンデミックによってこの分野の研究とイノベーションが加速したことで、ようやく現実のものとなりました。しかし、mRNAワクチンの成功は、mRNAを保護し細胞内に送り届けるもう一つの重要な技術である脂質ナノ粒子（LNP）なしには成し得なかったでしょう。本稿では、脂質ナノ粒子研究の現状と、COVID-19以降のナノテクノロジーが持つ将来の可能性について論じます。
リポソームから脂質ナノ粒子への歩みについては、当社のインサイトレポートをご覧ください。ナノテクノロジーとそのドラッグデリバリーへの応用、RNA革命を可能にした役割、そして化粧品や農業などの分野における今後の展望について解説しています。
ナノテクノロジーとmRNAワクチン — 成功の物語か？
SARS-CoV-2との闘いにおいて複数のワクチンが展開されてきましたが、モデルナ社とファイザー・ビオンテック社による2種類の脂質ナノ粒子ベースのmRNAワクチンが最も広く使用されており、COVID-19パンデミックへの対応においてナノテクノロジーが極めて重要な役割を果たしたことを示しています。2021年のこれらのワクチンの大規模な展開はパンデミックの経過を変え、COVID-19の症例数を劇的に減少させました。
しかし、ウイルスの急速な拡散によりいくつかの新しい変異株が発生しており、今後も出現が予想されるため、公衆衛生上の大きな課題となっています。デルタ株やオミクロン株などの懸念される変異株は、中和抗体の機能を低下させることでワクチンの有効性に影響を与えています。それでも、ナノテクノロジーがSARS-CoV-2変異株の課題に取り組む鍵となる可能性があります。科学者たちは現在、ナノテクノロジーを活用するさまざまな方法を模索しており、その中にはナノ粒子、ワクチンによって誘発される中和抗体、操作された中和抗体、そして「ナノデコイ」が含まれます。後者のアプローチでは、細胞表面に発現するアンジオテンシン変換酵素2（ACE2）受容体と相互作用するデコイナノタンパク質を作成し、ウイルスのACE2への結合を阻害して宿主細胞を感染から保護します。これらのナノテクノロジーが新型コロナウイルスパンデミックの終息を早めるために展開される中、この集中的な研究努力から得られた知見を、他の世界的な感染症を含む、未充足のニーズがある他の分野にどのように応用できるでしょうか。
脂質ナノ粒子技術の発展
未来に目を向ける前に、脂質ナノ粒子技術の歴史を振り返ってみましょう。すべては1965年、リポソームの発見から始まりました。リポソームとは、水中で自発的に自己集合して脂肪質のカプセルを形成する閉鎖脂質二重層小胞のことです。研究者たちは、小分子薬を封入し、その水溶性を高める能力（これらの薬剤の40%以上が水溶性が低いことが知られています）から、ドラッグデリバリーにおけるその可能性を即座に見出しました。リポソームの最初の発見以来、この技術は絶えず改良と洗練が重ねられ、脂質ナノ粒子の機能が最適化されて、非常に汎用性の高いドラッグデリバリープラットフォームやリポソーム製剤が創出されてきました。
現在、COVID-19 mRNAワクチンの重要な構成要素として注目されていますが、脂質ナノ粒子は何十年も前から医薬品として利用されてきました。1995年、抗腫瘍剤ドキソルビシンのLNPベース製剤であるDoxilが、初の承認されたリポソーム製剤となりました。もう一つのリポソーム製剤であるEpaxalは、肝炎ワクチンとして使用されるタンパク質抗原のLNP製剤です。この進歩に続いて、2018年には米国食品医薬品局（FDA）がOnpattro（パチシラン）を承認しました。これは、遺伝性トランスサイレチンアミロイドーシスによる多発神経障害の治療のための、LNPベースの低分子干渉RNAです。この極めて重要なマイルストーンは、ナノ粒子デリバリーによって可能となる多くの核酸ベースの治療法の臨床開発への道を切り開きました（脂質ナノ粒子の主要な進歩の年表については図1を、より詳細な見解については当社のインサイトレポートを参照してください）。
ポストCOVID世界におけるナノテクノロジー
CAS Content Collection™の最近の分析では、脂質ナノ粒子関連研究のユニークな状況が調査されました。この分析により、CAS Content Collection™に収録されている24万件以上のLNP関連の科学出版物のうち、19万件以上が2000年から2021年の期間のものであることが明らかになり、ナノテクノロジーへの関心の高まりが浮き彫りになりました。COVID-19を背景に、感染症への取り組みにおけるナノテクノロジーの応用によって、この傾向はさらに強まると予測されており、ナノ医療市場は2027年までに1,640億ドル以上に達すると予測されています。
脂質ナノ粒子は、ドラッグデリバリーシステムの主流として長い間認められた地位を占めてきましたが、この技術には限界もありました。LNPの第一世代と見なされるリポソームは、有機溶媒を使用する複雑な製造方法を必要とし、薬物の封入効率が低く、大規模な製造が困難です。固体脂質ナノ粒子やナノ構造脂質キャリアの開発（表1を参照）といった主要なナノテクノロジーの進歩がこれらの問題の克服に役立ってきましたが、依然として課題は残っています。製造コスト、拡張性、安全性、そしてナノシステムの複雑さはすべて評価され、潜在的な利点と比較検討されなければなりません。この技術の現在の限界を克服するために、研究者たちは現在、次世代の脂質ナノ粒子に目を向け、より高度な機能を備えた洗練されたデリバリーシステムを模索しています。
表1：脂質ナノ粒子の種類：構造と役割
COVID-19 mRNAワクチンへのナノテクノロジーの成功した応用は、マラリア、結核（TB）、ヒト免疫不全ウイルス（HIV）などの感染症を治療するためのこの技術への関心を再燃させました。ナノテクノロジーは、これらの疾患の検出と治療の両方を変革する可能性を秘めています。この技術の汎用性は、リポソーム、ポリマーナノ粒子、ナノドラッグ結晶に封入された治療薬を、局所的または全身的に送達し、持続的または即時的に放出できることを意味します。その可能性は無限大です。
HIVなどの一部の感染症は集中的な研究対象となってきましたが、マラリアや結核といった他の疾患に対する研究の熱意はそれほど高くありませんでした。これまで、こうした未充足の医療ニーズに対するナノテクノロジーの進歩を阻んできた要因は、資金不足にありました。しかし、状況は変わりつつあります。ジョンズ・ホプキンス大学のチームは、遺伝子医薬送達用脂質ナノ粒子の設計を迅速化し、コストを削減するためのプラットフォームを開発しています。現在、同チームはこの技術を活用し、マラリアワクチンの開発に取り組んでおり、肝臓内でのライフサイクルにおける寄生虫を標的としています。
ナノテクノロジーの未来は明るい
ナノテクノロジーは、特に医学の分野で新たな地平を切り拓きました。COVID-19 mRNAワクチンにおける送達ベクターとしての脂質ナノ粒子の活用は、今後の研究の幅を大きく広げるでしょう。より高度で多機能なナノキャリアの設計が、現在および将来の未充足の医療ニーズに応えていくことになります。
脂質ナノ粒子技術の過去、現在、そして将来の展望に関する詳細な分析については、インサイトレポートをご覧ください。
