切断リスクを減らせ！2つのマイクロニードルが糖尿病の傷を治す新戦略

 糖尿病性の創傷は、しばしば切断につながる深刻な合併症を引き起こします。これらの慢性で治癒しない創傷は、持続的な炎症を特徴とし、世界人口の6%以上が罹患しています。シンガポールでは、治癒しない糖尿病性の創傷が原因で、毎日約4件の下肢切断手術が行われています。シンガポールにおける糖尿病性創傷に焦点を当てたある研究では、2017年における患者一人当たりの切断関連の医療費総額は23,000ドルと推定されました。この国内外で極めて重要な課題に取り組むため、シンガポール国立大学（NUS）の研究者たちは、成長因子と呼ばれるタンパク質の機能を維持し、望ましくない炎症性化合物を除去することによって、前臨床モデルで糖尿病性創傷治癒を加速する有効性を示した2つのマイクロニードル技術を開発しました。

これら2つの新規技術は、シンガポール国立大学デザイン工学部生体医工学科および健康革新技術研究所のアンディ・テイ助教授（Assistant Professor Andy Tay）が率いる科学者チームによって開発されました。「成長因子は、主要な細胞機能を調節するため、創傷治癒に重要です。しかし、糖尿病性の創傷では、これらの成長因子はプロテアーゼとして知られる他の酵素によって急速に分解されてしまいます。これにより、創傷の回復が劇的に遅れます。同時に、糖尿病性の創傷は持続的に高いレベルの炎症を特徴としています」とテイ助教授は説明しました。 

「私たちは、送達と抽出の両方にマイクロニードルを使用することで、これら2つの問題に取り組みたいと考えました。これは低侵襲であり、精密に製造でき、活性化合物を痛みなく創傷に直接投与することを可能にします。マイクロニードルパッチは創傷治癒のための優れた材料です」と彼は述べています。

これら2つの関連研究の成果は、科学雑誌『Biomaterials』に2024年7月4日に、また『Advanced Functional Materials』に2024年7月24日にそれぞれオンラインで発表され、乾癬や慢性糖尿病性創傷などの様々な皮膚疾患の治療におけるこの革新的なアプローチの可能性を示しています。

創傷治癒を加速する2つのユニークなアプローチ

市場では、成長因子を創傷に送達するためにヒドロゲルが使用されています。しかし、慢性創傷のプロテアーゼが豊富な環境は成長因子を急速に分解し不活性化するため、この方法はそれほど効果的ではありません。これは、成長因子を高用量で繰り返し送達する必要があることを意味し、費用と時間がかかる可能性があります。

シンガポール国立大学の研究チームが開発した最初のアプローチでは、成長因子を直接送達する代わりに、まず創傷内の成長因子の産生を増加させました。

彼らは、スクラルファートマイクロニードルを開発し、重要な免疫調節タンパク質であるインターロイキン-4を送達することでこれを達成し、糖尿病組織における成長因子の産生を刺激しました。インターロイキン-4は免疫応答を調節し、組織再生を促進するのに役立ち、一方、一般的に消化性潰瘍の治療に使用される薬剤であるスクラルファートは、成長因子を分解から保護します。 

マイクロニードルは創傷内で溶解し、インターロイキン-4とスクラルファートを直接創傷に送達します。この局所送達システムは全身性の副作用を最小限に抑え、また、現在臨床的に使用されている従来の粘着性ドレッシングによって引き起こされる、繊細な新生組織への二次的損傷を回避します。研究者たちは、SUC-MNが従来の治療法と比較して2倍速く創傷治癒を大幅に加速することを発見しました。

炎症促進性化合物を除去する世界初の抽出型マイクロニードル

マイクロニードル技術の大部分は送達のために材料を使用しますが、シンガポール国立大学のチームは2番目のアプローチで、望ましくない炎症促進性タンパク質と免疫細胞を抽出するためのマイクロニードルの新規な使用法を検討しました。そうするために、同チームは、ケモカインとして知られる炎症促進性化合物を吸い上げるスポンジとして機能できる適切なコーティング材料を見つける必要がありました。ケモカインは、創傷組織に炎症促進性免疫細胞であるモノサイトを動員し捕捉する「メッセンジャー」分子です。

 研究チームはさまざまな材料をスクリーニングし、最終的にヘパリンコーティング多孔質マイクロニードルを使用して、皮膚創傷における持続的な炎症の問題に根本から対処しました。以前の研究に基づくと、ヘパリンはケモカインに容易に結合することがわかっています。同チームは、HPMNが創傷部位からケモカインとモノサイトを効果的に枯渇させることができ、治療14日目までに組織の炎症を50%減少させ、創傷サイズを90%縮小させることを実証しました。

これらの初期の知見は、炎症性皮膚疾患の治療のための有望な戦略としてのHPMNの可能性を浮き彫りにしています。HPMNが皮膚組織の深部にあるケモカインと炎症細胞を除去する能力は、表面レベルの炎症のみを対象とする既存の治療法に対する独自の利点を提供します。HPMNは、個別化された創傷ケアや、乾癬などのさまざまな炎症性皮膚疾患の個別化治療のためにさらに開発される可能性があります。

次のステップ 

スクラルファートマイクロニードル（SUC-MN）とヘパリンコーティング多孔質マイクロニードル（HPMN）の開発は、創傷治癒と皮膚疾患管理の分野における重要な前進を表しています。チームは、この技術の可能性を探求し、市場に投入するためのさらなる研究を行う予定です。

特に抽出型マイクロニードルについては、チームは3Dプリンティングなどの先端技術を使用して、より制御可能な細孔サイズのマイクロニードルを製造し、臨床的な非治癒性創傷にはしばしば感染が伴うため、マイクロニードルに抗菌特性を組み込む予定です。彼らはまた、さまざまな組織形状によく適合するように、柔軟なマイクロニードルパッチを設計しています。 

「私たちの研究がもたらす潜在的な影響に興奮しており、この技術を臨床応用に向けて進めることを楽しみにしています。私たちのチームによって開発された2つのアプローチは、糖尿病性創傷の患者さんだけでなく、アトピー性皮膚炎や乾癬などの皮膚疾患に苦しむ多くの患者さんに、待望の救済をもたらすでしょう」とテイ助教授は述べました。

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