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マウス上・下気道抵抗同時測定装置を用いた新薬の評価法

鼻腔抵抗の測定方法、鼻腔抵抗及び肺気道抵抗の測定方法、該方法の実施に用いる測定装置

関西医科大学 医学部 耳鼻咽喉科・頭頸部外科

講師 神田 晃、 講師 小林 良樹、 学長 友田 幸一

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1. 背景： 従来技術とその問題点(1) 従来の気道測定装置(2) 新しい上気道（鼻腔）抵抗測定装置開発の必要性(3) 上・下気道同時測定装置の開発の必要性

2. 新技術の特徴・従来技術との比較

3. 想定される用途

4. 実用化に向けた課題

5. 企業への期待

6. 本技術に関する知的財産権

7. 問い合わせ

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従来の気道測定装置

喘息などのアレルギー性気道炎症マウスモデルでは、気道過敏性が亢進している。その評価法としては、メサコリン負荷による下気道（肺）の気道抵抗の増加によって評価されている。喘息への新しい治療法を確立するための必須の方法となっている。

気道抵抗の測定法としては、非侵襲性のwhole body plethysmography法と気管切開をおこなって測定するinvasive plethysmography法がある。現在、測定装置としては、Scireq FlexiVent システム（ EMKA 社）とBuxcoFinePointe システム（ DSI 社）が発売されている。

しかし、これら気道抵抗測定装置は、下気道（肺）しか評価すことが出来ない。アレルギー性鼻炎などの上気道炎に対する鼻腔抵抗の測定法は確立されていない。その機序解明と創薬開発をおこなうためには、マウスの鼻腔抵抗を測定する装置の開発が急務となっている。

whole body plethysmography法

図1. 従来の気道抵抗測定方法（下気道抵抗測定法）

invasive plethysmography法

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上気道（鼻腔）抵抗装置開発の必要性

Invasive plethysmography法を用いた鼻腔抵抗（Rna）測定に関しては、Miyaharaらが唯一報告している（Miyahara S et al, JACI 2005;116:1020-7）。図に示すような方法で、肺の換気をおこないながら、上咽頭方向にチューブをセットし、Ovalbumin（OVA）に対するアレルギー性鼻炎マウスモデルにOVAを経鼻投与し、24時間後のRnaを測定している。

しかし、そのプロトコールは確立されていない。また、上気道（鼻腔）の過敏性に関する、評価法は全く検討されていなかった。事実、Miyaharaらは、その後の報告で（宮原ら、2011日薬理

誌137；141-5）、本法は麻酔や外科的侵襲の影響を受ける可能性があり，実験効率の点でも課題があるため、非侵襲性のwhole body plethysmography法を用いた呼吸回数の変化で評価した方法が優れていると述べており、実用化には至っていない。

図2 Miyahara らによる従来の鼻腔抵抗測定法

正常 アレルギー性鼻炎

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上・下気道同時測定装置開発の必要性

また、近年、気道を一つの臓器として捉えて治療していこうとする考えがあり、United airwayと言う概念が提唱されており、実地臨床において大きな関心事項となっている。図3に示すように上気道（鼻腔）の刺激は、下気道（肺）や目も影響することが知られている。そこで、上下気道を同時に測定することで、病態形成の解明や治療薬の評価につながることが期待される。

マスト細胞好塩基球

ヒスタミンなどの化学伝達物質

血管

免疫系の反応

三叉神経知覚核

くしゃみ中枢

くしゃみ

神経伝達物質（SP, CGRP）

鼻汁

鼻腺

上位中枢

自律神経

炎症細胞の炎症局所への浸潤

鼻閉

上気道炎症

鼻過敏性の亢進

③ Nasal-bronchial reflex

(Bonay M et al, Allergy,06)(Hens G et al, AJCRMB,11)

下気道炎症

気道過敏性の亢進

② Nasal-ocular reflex

(Baroody FM et al, JACI,09)

結膜炎

掻痒感、流涙、充血

① Nasonasl reflex

図3 神経支配と上下気道の相互作用

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1. 背景： 従来技術とその問題点(1) 従来の気道測定装置(2) 新しい上気道（鼻腔）抵抗測定装置開発の必要性(3) 上・下気道同時測定装置の開発の必要性

2. 新技術の特徴・従来技術との比較

3. 想定される用途

4. 実用化に向けた課題

5. 企業への期待

6. 本技術に関する知的財産権

7. 問い合わせ

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該方法は、上気道方向と下気道方向の両方向へチューブを留置することで、上気

道刺激、下気道刺激による上気道抵抗と下気道抵抗を個別にあるいは同時に測定し評価することができる（システムの全体像を図4に示す）。

① 上気道（経鼻腔）刺激による下気道抵抗の測定

③ 上気道あるいは下気道刺激による上・下気道抵抗の同時測定

上気道の刺激

上気道(鼻腔）抵抗の測定

下気道の刺激

（経鼻）

（経気管）

Ventilation

② 下気道（経気道）刺激による上気道抵抗の測定

図4 上・下気道抵抗同時測定システムの概略図

鼻腔方向肺方向

下気道(肺）抵抗の測定

該方法の概要

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センサー

換気装置

センサー

換気装置

ネブライザー（試薬等負荷）

ネブライザー（試薬等負荷）

下気道への負荷と肺気道抵抗測定下気道への負荷と肺気道抵抗測定下気道への負荷と肺気道抵抗測定下気道への負荷と肺気道抵抗測定 上気道上気道上気道上気道への負荷と鼻腔抵抗測定への負荷と鼻腔抵抗測定への負荷と鼻腔抵抗測定への負荷と鼻腔抵抗測定

測定装置

( )

該システムの模式図

図5 該システムの模式図

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換気装置

ネブライザー

下気道測定部（肺気道測定部）

上気道測定部（鼻腔測定部）

センサー

換気装置

ネブライザー

センサー

測定装置

マウスを測定装置に装着した状態

センサーセンサー

該システムのプロトタイプ

図6 プロトタイプ

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上気道（鼻腔）への新しいチュービング法の開発

2.2mm

1.1mm

1.1mm

ステンレス ゴム素材 ゴム素材

上気道への後鼻孔カニューレ

一般の下気道方向への硬性カニューレ

スクリュー形状

カットしスクリュー状にしている

2mm

横断面

縦断面

咽頭腔

後鼻孔 喉頭

顎下腺

鼻腔

喉頭

気管

後鼻孔

咽頭腔

喉頭切断

図8 カニューレの工夫

図7 マウス上気道の解剖

図7に示すように鼻腔へのチューブ留置は、非常に難しくエアー漏れが発生するため、特殊なチューブの開発が必要となる。そこで、我々は、図8に示すようなチューブを開発した。

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喉頭気管

咽頭腔

後鼻孔

後鼻孔カニューレを挿入し鼻腔をパッキングした状態

後鼻孔

後鼻孔カニューレ

下気道方向と鼻腔方向へカニューレを挿入した状態

尾側

頭側

前頚部からアプローチし、後鼻孔を剖出した状態

後鼻孔カニューレ

下気道カニューレ

（ａ） （ｂ） （c）

実際のカニューレ留置手技

図9 後鼻孔へのカニューレ留置の手順

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実際の鼻腔抵抗測定風景

図10 実際の測定風景： 上気道方向へ刺激し、上気道と下気道を同時に測定した動画を示す。

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上気道の刺激

(メサコリン)

鼻腔抵抗測定

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1

2

3

4

5

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PBS 1.5 3 6 12 24 MCH

Rna

(cm

H2O

.s /

ml)

上気道メサコリン負荷による鼻腔抵抗の変化（鼻過敏性の測定）

図11 メサコリン負荷による鼻腔抵抗の増大とその組織像

メサコリン負荷前

メサコリン負荷後

鼻腔抵抗測定結果

図11に示すように我々が開発したチューブを用いることで、エアー漏れがなくなり、安定した鼻腔抵抗を測定することが可能となった。また、メサコリンを負荷することにより、世界で初めてマウスの鼻過敏性の測定を判定することが可能となった。

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1. 背景： 従来技術とその問題点(1) 従来の気道測定装置(2) 新しい上気道（鼻腔）抵抗測定装置開発の必要性(3) 上・下気道同時測定装置の開発の必要性

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4. 実用化に向けた課題

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上下気道の作用機序の解明と薬剤の効果判定

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3

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PBS 1.56 3.12 6.25 12.5 25 50 1000

0.5

1

1.5

2

2.5

PBS 6.25 12.5 25 50 100 200 400

上気道抵抗（鼻腔抵抗）下気道抵抗（肺）

PC (PBS)

NC (PBS)PC (Compound X)

PC (PBS)

NC (PBS)PC (Compound X)

MCH (mg/ml) MCH (mg/ml)

Res

ista

nce

Res

ista

nce

マウス: Sex; male, Age; over 14~ 18WNC（正常マウス）; OVA ip x2（感作）, PBS Neb x5（チャレンジ）PC（喘息マウス）; OVA ip x2（感作）, OVA Neb x5（チャレンジ）

装置: MaxII (airway analysis system)

前処置: 10µLx2 PBS （経鼻投与）10µLx2 Compound X （経鼻投与）

下気道抵抗の測定上気道の刺激

（経鼻）

上気道抵抗の測定

Negative Ctrl (OVA/PBS) + PBS 前処置（in）

Positive Ctrl (OVA/OVA) + PBS 前処置（in）

Positive Ctrl (OVA/OVA) + Compound X前処置 （in）

Compound X前処理が鼻過敏症軽減に効果を示めした実例を図12に示す。本システムを用いることで、新薬の開発につながることが期待される。

図12 アレルギー性鼻炎、喘息マウスに対するCompound Xの評価

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3. 想定される用途

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課題と問題点

1. 課題： 世界で初めて、上気道（鼻腔）抵抗を安定して測定する事が可能となり、上気道と下気道抵抗を独立して、あるいは同時に測定するシステムを開発した。しかし、アレルギー性鼻炎や喘息マウスモデルにおけるメサコリンを用いた鼻過敏性に関しては、さらにデーターを積み重ねて検証していく必要がある。

2. 問題点： 該方法の最大の問題点は、後鼻孔閉鎖をおこなうためのカニューレ留置術の難しさである。手術手技をトレーニングすることで、ある程度まで改善することが出来るが、より安定したデータを得るためには、手技のさらなる改善と工夫が必要と考えられた。

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1. 背景： 従来技術とその問題点(1) 従来の気道測定装置(2) 新しい上気道（鼻腔）抵抗測定装置開発の必要性(3) 上・下気道同時測定装置の開発の必要性

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3. 想定される用途

4. 実用化に向けた課題

5. 企業への期待

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7. 問い合わせ

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企業への期待

1. 前述した課題と問題に関しては、克服することが可能であり、本プロトタイプの実用化をめざす共同研究を希望する。

2. 該方法を用いることで、喘息やアレルギー性鼻炎などの疾患マウスモデルに対する上・下気道炎の評価が可能となる。つまり、生きたマウスのtotal airwayの過敏性の評価、組織学的評価、BAL解析、RNA解析などを組み合わせることで、新

薬開発や既存薬の上気道への新規適応への基礎的研究につながることが期待される。そのような薬剤の開発を検討している企業には、該方法を組み合わせたアプローチが効果的と思われる。

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1. 背景： 従来技術とその問題点(1) 従来の気道測定装置(2) 新しい上気道（鼻腔）抵抗測定装置開発の必要性(3) 上・下気道同時測定装置の開発の必要性

2. 新技術の特徴・従来技術との比較

3. 想定される用途

4. 実用化に向けた課題

5. 企業への期待

6. 本技術に関する知的財産権

7. 問い合わせ

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• 発明の名称 ： 鼻腔抵抗の測定方法、鼻腔抵抗及び肺気道抵抗の測定方法、該方法の実施に用いる測定装置

• 出願番号 ： 特願2015-061415（出願日：2015/3/24）

• 出願人 ： 学校法人関西医科大学

• 発明者 ： 神田晃、小林良樹、友田幸一

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3. 想定される用途

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7. 問い合わせ

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関西医科大学

産学連携知的財産統括室

顧問三島健

課員溝上大樹

ＴＥＬ 072－804－2325ＦＡＸ 072－804－2686e-mail sangaku＠hirakata.kmu.ac.jp