Research

 

1) トランスポーターの機能解析と薬物動態への影響
  Effects of transporters on pharmacokinetics

 消化管に発現する排出トランスポーターは薬物の吸収性に大きく関与します.薬物の消化管吸収機構を明らかにするために考案された既存の方法には,消化管内の生理的状態を保ったままin vitro系で評価する手法や,小腸管腔側に発現する排出トランスポーターの機能を簡便に評価する実験系が少ないことが問題点でした.小腸から作製されるエンテロイドは,陰窩に含まれる幹細胞が種々の腸上皮細胞へ分化・増殖し,それら細胞同士が接着して自己組織化したオルガノイドです.エンテロイドは吸収上皮細胞以外の細胞や組織が混在する生理的状態をよく維持しており,実際の小腸を模倣した物質輸送が行われていると考えられるため,in vivo系に近いin vitro系として有用な物質輸送解析のツールになる可能性があります.そこで,エンテロイドを用いる新規の物質輸送実験系を確立して排出トランスポーターの機能評価へ応用することを目的として研究を進めています.本実験系は,蛍光顕微鏡で視覚的に変化を観察できるところも利点です.
 これまでの検討から,代表的排出タンパク質であるP-糖タンパク質(P-gp)の蛍光基質であるローダミン123がエンテロイド内腔へ蓄積する様子を観察でき,P-gp阻害薬を共存させることによりエンテロイド内腔への基質の移行率が大きく減少したことから,小腸管腔側に発現するP-gpの活性が阻害されことによりエンテロイドを形成する上皮細胞に蓄積した基質の細胞外への流出抑制が再現されたものと考えられました.これらの結果より,エンテロイドを用いてP-gpによる基質の輸送を測定することができ,本実験系が排出トランスポーターの機能を評価するのに有用であることが示唆されています.現在,3D解析を導入しさらなる解析精度の向上を目指しています.

  Efflux transporters expressed on the intestinal membrane contribute to drug absorption. A number of methods for clarifying the mechanism of drug absorption in the intestine in vitro have been developed. However, it is difficult to assess the function of efflux transporters in the intestine under physiological conditions in vitro. Therefore, we are conducting research to establish a novel experimental method using “enteroids” by which the function of efflux transporters in the intestine can be assessed. Enteroids are organoids prepared from stem cells in the small intestinal crypts and are known to be comprised of intestinal epithelial cell lineages. In addition to absorptive epithelial cells, enteroids maintain a mixed population of various cells and tissues, and the transport system in enteroids is therefore considered to be close to that in physiological conditions. Accordingly, we have been using enteroids to investigate the transport system in the small intestine in in vitro conditions that are close to in vivo conditions. This method has the advantage of enabling detection of the accumulation of a substrate for efflux transporters in the luminal space of enteroids by using a fluorescence microscope.
  P-glycoprotein (P-gp) is a representative efflux transporter expressed on the apical membrane of epithelial cells in the small intestine. We confirmed the accumulation of rhodamine 123 (Rh123), a fluorescent substrate for P-gp, in the luminal space when Rh123 was exposed to enteroids, suggesting that Rh123 was transported from the basolateral side to the apical side by P-gp. In contrast, this accumulation was suppressed by the addition of a P-gp inhibitor. Instead, we found that Rh123 accumulated in the epithelial cells in the presence of the P-gp inhibitor. These results indicate that enteroids can mimic the inhibition of substrate efflux from epithelial cells to the intestinal lumen by a P-gp inhibitor and that enteroids are a useful tool for assessment of the function of efflux transporters in the intestine. Recently, we have also been using 3D analysis and are currently addressing improvement of this method using enteroids by 3D analysis.

 

2) 吸収改善のための製剤学的検討
  Pharmaceutical studies for improvement of absorption

 近年,生活習慣病の増加や高度高齢社会の進行などにより,高騰する国民医療費の軽減を期待してセルフメディケーションが推奨されています.それに伴って,機能性食品の成分に関する研究が広く行われており,その成果を反映した多様な製品が開発されています.しかしながら,食品成分の体内動態、特に吸収動態の解析は詳細に行われていないものが多いのが現状です.私たちの研究室では,経口吸収率の良くない機能性食品成分の消化管吸収機構を解明し,それをもとに最適な剤形を設計することを目的として研究を進めています.また,従来法での難水溶性物質の吸収性評価は難しかったことから,吸収性の新たな評価方法としてリンパ移行量の測定方法を確立しました.さらに,併用すると吸収過程でトランスポーターなどの特殊な輸送系が関与する相互作用を生じる組み合わせを明らかにし,その回避策を提案しています.これらの結果は,医薬品と食品成分との相互作用の科学的な根拠を示すとともに,健康保持・増進のためのより効率的な摂取法の提案や日常的な健康食品成分の使用への有用な情報となると考えています.

  Preventive medicine and anti-aging medicine have received much attention recently due to increases in the proportion of elderly people in the population and patients with lifestyle diseases such as hypertension, dislipidemia and diabetes. Oxidative stress is involved in the onset of lifestyle diseases, and various antioxidant supplements and antioxidant-fortified functional foods have recently become available. Many epidemiological studies have shown relationships between consumption of polyphenol or carotenoid-rich foods and prevention of these lifestyle diseases. However, the mechanisms by which these components are absorbed have not been studied as much detail as the effects of these components. Absorption of food components and drugs from the gastrointestinal tract after oral administration is one of the important determinants of bioavailability, and the solubility of these components is thought to be a critical issue. Generally, poorly water-soluble components with poor membrane permeability classified into BCS (biopharmaceutics classification system) Class 4 show very low bioavailability. We have been investigating the absorption mechanisms of these components and we have prepared some pharmaceutical formulations for improvement of their absorption and have evaluated their absorption by various methods.
  Our research has shown possibility of undesirable food-food, drug-food or drug-drug interactions and how to avoid these interactions. Based on the evidence, our studies could also contribute to the establishment of an efficient intake method for these components and health promotion.

 

3) 血小板の活性化による薬物動態変動を解析
  Effects of platelets on transporter activity

 血小板は,直接的および間接的に止血機構を制御する一方,病的な血栓の形成においても中心的な役割を担っています.また,血小板は活性化に伴い凝集すると共に,自身の顆粒中の物質を放出することが知られています.血小板内の顆粒には成長因子をはじめとした様々な生理活性物質が含有されており,これらを放出することにより血小板は周辺の細胞や組織に多様な生理作用を及ぼします.従来,炎症の誘導やがん細胞の増殖・転移を促進といった血小板のネガティブな作用が注目されてきましたが,肝再生や病原微生物の捕捉といったポジティブな作用についても報告されるようになってきました.さらに,近年では血小板が自己免疫疾患や非アルコール性脂肪肝炎の発症にも関与することが明らかとなり,止血や血栓の形成以外の血小板の多彩な作用が多方面で脚光を浴びています.しかしながら,血小板と薬物動態との関連に着目した検討はほとんど行われていません.我々は,薬物動態の中でも吸収への寄与が大きいトランスポーターに着目し,血小板によりトランスポーターの輸送活性が変動するかを解析しています.

  Platelets play a central role not only in physiological hemostasis but also in pathological thrombosis. Activated platelets are known to achieve their roles by aggregating and releasing various bioactive substances such as growth factors, lysophospholipids and chemokines. Accordingly, platelets exert various physiological actions on surrounding cells and tissues. Several studies have demonstrated negative effects of platelets such as promotion of inflammation, cancer cell proliferation and metastasis. However, positive effects of platelets on liver regeneration and on trapping of pathogens have also been reported. Furthermore, recent studies have revealed that platelets are also involved in the development of autoimmune diseases and nonalcoholic steatohepatitis. Thus, numerous actions of platelets other than hemostasis and thrombosis are in the spotlight in various fields. However, there have been few studies in which the relationships between platelets and pharmacokinetics were investigated. Among pharmacokinetics, drug absorption is strongly associated with the activity of transporters. We have been focusing on transporters and have been examining whether activity of transporters is potentiated by platelets.

 

4) 医療情報データを利用した医薬品の有効性および安全性に関する疫学的研究
 Pharmacoepidemiological studies on the efficacy and safety of drugs using medical records

 医薬品の有効性や安全性は承認前の治験結果からの情報では不足しており,市販後に様々な臨床研究に有効性や安全性に関する情報が蓄積されることによって、より有効で安全な薬になっていきます(育薬).
 当研究室でも北海道大学病院や近隣の医療施設との共同研究により,抗MRSA薬リネゾリド施用患者の嘔気・嘔吐発症のリスク因子の探索や,同じく抗MRSA薬バンコマイシンの代表的な副作用である急性腎障害を回避するためにリスク因子に応じた初期投与設定のためのフローチャートを構築しました.
 また治験が限られた症例数の中でかつ厳格な組入基準(年齢や合併症、併用薬など)の下で行われる試験なのに対し,実臨床では治験では対象とならない高齢者や小児,腎機能や肝機能が低下している患者なども治療の対象となります.これらの状況(リアルワールド)を反映した解析を進めるために,医療ビッグデータを用いた研究にも取り組んでいます.500万人を超える被保険者に関する完全匿名化されたレセプトデータベースをもとに,ある薬物が本来禁忌である患者に処方されている実態やその発生要因の分析や,これまで症例報告のみであった相互作用に対し対象患者の規模の大きさを利用して実際の発生リスクを評価したりしています.

  Information on the efficacy and safety of drugs use based on clinical trials prior to approval is insufficient, and the accumulation of information on efficacy and safety in various clinical studies after marketing makes drugs more effective and safer.
  In collaboration with Hokkaido University Hospital and neighboring medical facilities, our laboratory also searched for risk factors for nausea and vomiting in patients treated with the anti-MRSA drug linezolid, and developed a flowchart for setting initial dosing according to risk factors to avoid acute kidney injury, a typical adverse effect of the anti-MRSA drug vancomycin.
  In contrast to clinical trials, which are conducted with a limited number of patients and strict inclusion criteria (age, comorbidities, concomitant medications, etc.), the elderly, children, and patients with impaired renal or hepatic function are also eligible for treatment in the real world. In order to reflect these real-world situations, we have also conducted some studies using medical big data, such as an investigation about contraindicated prescriptions and the causes of its occurrence, based on completely anonymized claims database on more than 5 million insured patients. We have also evaluated the risk of drug interactions, which until now have only been reported in case reports, by taking advantage of the size of the target patient population.

 

5) 医薬品の個別化投与設計に向けた血中濃度解析
  Pharmacokinetic analysis for personalized dosing regimen

 今日の医療現場においては,薬物の血中濃度を測定しその結果をもとに個々の患者さんに最適な投与量を決定することがしばしば行われます.これは薬物治療モニタリング(Therapeutic Drug Monitoring; TDM)と呼ばれ,治療効果の向上ならびに副作用回避に有用であることが示されています.
 私たちは,TDM対象薬物のうち抗真菌薬ボリコナゾールに着目し研究を進めています.ボリコナゾールの血中濃度は治療効果と相関する一方で,過度なボリコナゾールの暴露は肝障害および視覚障害等の重篤な副作用の発現リスク増大に繋がることから,TDMによる用量調節が推奨されています.また,ボリコナゾールは肝臓で代謝される薬物であるため,肝臓に障害のある患者さんでは投与量を減じる必要があります.北海道大学病院薬剤部で行われた先行研究では重度肝硬変の患者さんを後方視的に解析し標準量の 1/3 程度の投与量で適切なボリコナゾール血中濃度が得られたことを明らかにしています(Yamada T, et al. Biol Pharm Bull, 2018).現在は,ボリコナゾールの血中濃度と個々の患者さんの肝機能との関連性を解析することで,肝機能に応じたボリコナゾール至適投与量を推定することを試みています.本研究により,患者さん個々の肝機能に基づく薬物の至適投与量を薬剤師から提案することが可能になり,専門医の負担を軽減(タスク・シフト)できる可能性があります.

  In clinical settings, blood concentrations of drugs are often measured to determine the optimal dosage for individual patients. This is defined as Therapeutic Drug Monitoring (TDM) and has been shown to be useful in improving therapeutic efficacy and avoiding adverse effects.
  Our research focuses on the antifungal drug voriconazole among drugs commonly monitored in TDM. While blood concentration of voriconazole correlate with successful clinical treatment of fungal infections, excessive exposure to voriconazole enhances the possibility of severe adverse drug effects. Hence, TDM is recommended for the appropriate use of voriconazole. Voriconazole is metabolized in the liver, so the necessity of dose reduction and frequent TDM is needed in patients with liver dysfunction. In previous study, voriconazole maintenance doses in patients with severe liver cirrhosis should be reduced to approximately one-third that of patients with normal liver function (Yamada T, et al. Biol Pharm Bull, 2018). We are currently attempting to estimate the optimal dosage of voriconazole based on the liver function by analyzing the relationship between voriconazole concentration and the liver function of individual patients. This study may enable pharmacists to suggest optimal dosage of drugs based on the liver function of individual patients, thereby reducing the burden on specialist physicians.