ノースカロライナ州立大学の研究者らは、再開通した血管が狭くなるのを防ぐとともに、血液が不足している虚血組織に再生幹細胞由来の治療を行うことができる「スマートリリース」トリガーを備えたエクソソームコーティングステントを開発した。この研究は、2021年4月5日にNature Biomedical Engineering誌のオンライン版に掲載された。この論文は、「虚血性傷害後の血管治癒のための エクソソーム 溶出ステント （Exosome-Eluting Stents for Vascular Healing After Ischaemic Injury）」と題されている。ノースカロライナ州立大学のポスドク研究員であるShiqi Hu氏（PhD）とZhenhua Li氏（PhD）が共同筆頭著者だ。
閉塞した動脈を開通させる血管形成術では、多くの場合、金属製のステントを留置して動脈壁を補強し、閉塞部分の除去後に動脈が崩壊するのを防ぐ。しかし、ステントを留置すると、通常、血管壁に傷がつき、その傷を修復しようと平滑筋細胞が増殖し、その部位に移動する。
その結果、血管形成術で開いた血管が再び狭くなってしまう「再狭窄」が生じる。この研究の責任著者であるKe Cheng博士は、「ステントが引き起こす炎症反応は、ステントの効果を低下させる可能性がある」と述べている。「理想的には、平滑筋細胞が過剰に反応して増殖するのを止め、内皮細胞がステントを覆うようにすることができれば、炎症反応が緩和され、再狭窄を防ぐことができるだろう」。
Cheng博士は、ノースカロライナ州立大学の再生医療におけるRandall B. Terry Jr.特別教授であり、ノースカロライナ州立大学/UNC-Chapel Hill合同の生物医学工学部門の教授でもある。現在、細胞の増殖を抑制する薬剤を塗布した薬剤溶出性ステントが使用されているが、このような抗増殖剤は、医療従事者がステントをコーティングしたい細胞である内皮細胞によるステントの被覆を遅らせてしまう。この問題を解決するために、Cheng博士のチームは、間葉系幹細胞（MSC）由来のエクソソームで構成されるステントコーティングを開発した。
エクソソームは、研究対象となっているあらゆる種類の細胞から分泌されるナノサイズの微小な小胞である。まず、エクソソームは細胞膜とあまり変わらない物質で構成されているため、ステントを「カモフラージュ」して平滑筋細胞や体内の免疫系を欺くことができる。2つ目は、 エクソソーム が内皮細胞によるステントの被覆を促進し、怪我をした場合には下流に移動して組織の修復を促進することである。
治療薬の早期枯渇を防ぐため、ステントは、炎症反応時に多く発生する活性酸素種（ROS）に遭遇すると、 エクソソーム を放出する。
Cheng博士は、「 エクソソーム の賢い放出機能と考えて欲しい」と語る。「虚血性再灌流障害は、血流が低下した後に回復したときに起こるもので、多くの活性酸素が発生する。例えば、心臓が虚血でダメージを受けたとする。活性酸素が高まることで、ステント上の エクソソーム が放出され、再生治療が血管を通って損傷部位に移動することになる。」
研究チームは、生体適合性を確保し、放出メカニズムを検証するために、in vitro試験を実施した。その結果、活性酸素の存在下では、損傷後48時間以内にエクソソームの最大60％が放出されることがわかった。
また、ラットの虚血モデルにおいて、エクソソーム溶出ステント（EES）を、ベアメタルステント（BMS）および薬剤溶出ステント（DES）と比較した。その結果、BMSと比較して、このステントは狭窄度の減少と内皮被覆の促進の両方において優れた性能を示した。DESはEESと同様に再狭窄を防ぐことができたが、EESの方が血管壁へのダメージが少なく、内皮被覆率も全体的に優れていた。さらに、EESから放出されたエクソソームは、後肢虚血のラットの筋肉再生を促進した。研究チームは、最終的な臨床試験を視野に入れて、このステントを大規模な動物モデルで試験する予定だ。
Cheng博士は、「この生物活性ステントは、血管の治癒と虚血の修復を促進し、患者はステントを留置した後、再生治療のために追加の処置を必要としないだろう」「ステントはエクソソームの完璧なキャリアであり、エクソソームはステントをより安全に、より強力に組織を修復する」と語った。
この研究は、米国国立衛生研究所および米国心臓協会の支援を受けている。
画像
血管内のステントから放出されたエクソソーム（マゼンタ）。(Credit: Cheng Lab)
BioQuick News:Exosome-Coated Stent Heals Vascular Injury, Repairs Damaged Tissue
