LNPによるDNA送達は100%致死性であるが, 内因性抗炎症性脂質を組み入れることで100%安全に

[注] LNP (Lipide NanoParticles / 脂質ナノ粒子）

　米国ペンシルベニア大学のコピー室でカタリン・カリコ博士とドリュー・ワイスマン教授が出会ったことが、2023年ノーベル賞生理・医学賞を受賞することになるCOVID-19 mRNAワクチンの端緒であった。mRNAワクチンが実現したのは、一つには、RNAをLNPでヒト体内へ送達することに成功したことにある。今回、同じくペンシルベニア大学の研究チームが、DNAをLNPで送達するとマウスが100%死亡すること、しかし、それを回避することが可能なこと、を発見・発明した。これによって、適切なLNPを利用することで効用が長期間続くであろうDNA医薬の可能性が広がった。

[詳細] 以下のテキストは出典のうち主としてResearch Briefingに準拠

課題

　COVID-19 mRNAワクチンの画期的な成功によって、LNPを介したmRNA医薬の研究開発に拍車がかかっている。しかし、mRNAの半減期が短く、また、それ自身では特定の細胞型を標的することができないことから、mRNA製剤の糖尿病や線維症などの慢性疾患の治療への有用性が限られている。これに対して、DNA医薬には、より長期の発現とより高い細胞型特異性を可能にすることで、これらの課題を解決できる可能性がある。

　そこで、研究チームはLNPを介してプラスミドDNA（pDNA）を送達したところ、深刻な毒性問題に遭遇した。低用量から中用量であっても、健康なマウスは100％死亡したのである。このこのpDNA-LNPの毒性の問題はあまり研究されておらず、明確な解決策も提案されていなかった。

解決策

　研究チームは、慢性疾患に対するpDNA-LNP医薬を実現するために、pDNAの送達によって引き起こされる毒性シグナル伝達経路の理解と阻害に焦点を当て、pDNA-LNPがDNAウイルス感染時に一般的にトリガーされるDNA感知経路を活性化するという仮説を立てた。ノックアウトマウスを使って複数のセンサー候補をテストした結果、cGAS-STING経路がpDNA-LNPによる毒性の主犯であることを突き止めた。

　研究チームはこれに対処するため、pDNA-LNPにcGAS-STING阻害剤を付加した。しかし、LNPは脂質ベースでない薬物を担持させるのが難しいことで、知られていた。幸にして、哺乳類にはSTING4を阻害する内因性脂質があった。硝酸脂質ニトロオレイン酸（nitro-oleic acid: NOA）をpDNA-LNPに組み込むことによって、炎症反応を著しく低減し、マウスに対する致死的毒性を完全に阻止し、死亡率を0％にまで抑制することに成功した。また、このNOA-pDNA-LNPは、生体内で数ヶ月間（mRNA-LNPよりはるかに長い期間）導入タンパク質を発現することが示され、慢性疾患の治療に適していることがわかった。

今後の方向性

　pDNA-LPNsは、長期間の遺伝子発現またはshRNAの発現を介した遺伝子ノックダウンに大きな可能性を持ち、アデノ随伴ウイルスなどの現在の送達方法と比較していくつかの利点を提供する。これらには、より大きな遺伝子ペイロードを送達する能力、細胞タイプ特異的プロモーターを設計する能力、低分子による発現制御能力、反復投与能力、従来のLNPの製造上の利点と臓器標的の精度を維持する能力などが含まれる。

　pDNA-LNPは将来、糖尿病、線維症、がん、慢性疼痛など、さまざまな慢性疾患の治療に使われる可能性がある。例えば、pDNA-LNPは、特定の臓器（例えば肝硬変の肝臓）に発現をターゲティングすることで局所的に、あるいは全身的にタンパク質を産生するために、6ヶ月ごとに投与することができる。このような柔軟性により、pDNA-LNPは、ワクチン用のmRNA-LNP、遺伝子サイレンシング用の低分子干渉RNA、遺伝子編集用のCRISPR、遺伝子導入用のアデノ随伴ウイルスと並んで、遺伝子医薬のツールボックスに加えられる貴重な存在となるだろう。

　今後の課題として、NOA添加によって毒性が軽減され、炎症性サイトカインの放出もて減少されたが、いくらかの急性炎症が残っており、これをさらに最小限に抑える必要がある。加えて、pDNA-LNPの発現レベルが、mRNA-LNPで見られる発現レベルのほんの一部に止まっている。研究チームは、LNPの超分子構造を改変することによって、この問題の改善をすでに進めており [プレプリントをbioRxiv から公開済*]、さらなるアプローチが登場する可能性がある。望まないゲノム統合の防止や疾患特有の問題への対応など、その他の課題にも取り組まなければならない。
[*] "Multi-stage-mixing to create a core-then-shell structure improves DNA-loaded lipid nanoparticles’ transfection by orders of magnitude" Nong J [..] Brenner JS. bioRxiv 2025-02-11. https://doi.org/10.1101/2024.11.12.623321

　しかし、LNP技術とDNA設計の柔軟性は、これらのハードルを克服する多くの機会を提供する。改良を続けることで、この技術は最終的に、一般的な慢性疾患の範囲に対して、安全で長持ちする遺伝的解決策を提供することができるだろう。

[使用されたマウス]

Naive C57BL/6, naive BALB/c, STING-KO BALB/c, C57BL/6, AIM2-knockout C57BL/6, TLR9-knockout C57BL/6.

[出典]

論文 "Safer non-viral DNA delivery using lipid nanoparticles loaded with endogenous anti-inflammatory lipids" Patel MN [..] Brenner JS. Nat Biotechnol. 2025-02-05. https://doi.org/10.1038/s41587-025-02556-5 [著者所属] U Pennsylvania (Dept Systems Pharmacology and Translational Therapeutics, Division of Pulmonary, Allergy, and Critical Care, Dept Microbiology, Dept Bioengineerin)
Research Briefing "Improving the safety of lipid nanoparticle-based DNA delivery for extended gene expression" Patel MN, Tiwari S, Brenner JS. Nat Biotechnol. 2025-03-03 https://doi.org/10.1038/s41587-025-02600-4；著者らによる解説と専門家およびNature Biotechnology 誌編集者のコメント