2004年に先進医工学研究機構に参加してから、現在のリンパ節転移に関する研究をはじめました。当時、わたしの研究室は医学部1号館の10階にありました。同じ1号館の11階に実験病理の研究室があって、そこに出入りしていた森士朗先生が、リンパ節が腫れるマウスを持っているのだけど、なにか研究に使ってくれないかっていう話になったのです。森先生はリンパ節が腫れるマウスを使用して、関節炎の研究をしていました。研究室のスタッフとリンパ節にがん細胞を注射すれば、リンパ節転移のモデルになるのではないかと相談し、リンパ節にがん細胞を注射する実験を始めたのです。そうしたら、スタッフが、「先生　別のリンパ節にがん細胞が転移しました」と報告するのです。びっくりしました。そこで、この手法はがんのリンパ節転移モデルとして使えるのはないか、ということになりました。つぎに、リンパ節に直接抗がん剤を注射したらリンパ節転移を効果的に治療できるのはないかという発想につながりました。この時点から、がんのリンパ節転移に絞った研究をおこなっていこうと決めたのです。通常のマウスでは、リンパ節の大きさは1 mmから2 mm であり、結合組織や脂肪に埋まっているので、肉眼で見ること難しいのです。ところが、このリンパ節が腫れるマウスでは、大きさが10 mmくらいあります。ヒトのリンパ節と同等の大きさです。外から目視でリンパ節に注射することができます。リンパ節が腫れるマウスというのは自己免疫疾患、つまり膠原病を起こしているマウスであると言えます。このマウスは 生後3ヶ月でリンパ節が腫れるだけでなく、腎炎や血管炎とかが発症し、死んでしまうのです。ところが、森先生の交配維持していたマウスの系統のうち、MXH10/Mo/lprマウスは、リンパ節は腫れるけども病気を起こさない特徴がありました。 2004年ぐらいにMXH10/lprマウスはリンパ節が腫れるけど、他の病気は発症しない長生きのマウスMXH10/M0/lprに突然変異をし、同年にわたしも英国から日本に帰国し、森先生に出会い、リンパ節転移の研究を始めたわけで、何かの偶然が重なり今の研究に至ったわけです。

I started my current research on lymph node metastasis after joining the Tohoku University Biomedical Engineering Research Organization in 2004. At that time, my laboratory was located on the 10th floor of the School of Medicine Building 1. On the 11th floor of the same building, there was a laboratory for experimental pathology, and Dr. Shiro Mori, who collaborated with the laboratory, had mice with swollen lymph nodes and asked me if I could use them for research. Dr. Mori used mice with swollen lymph nodes to study arthritis. I discussed with my laboratory staff, whether injecting cancer cells into the lymph nodes could be used as a model for lymph node metastasis, and they began experiments by injecting cancer cells into the lymph nodes. Then, the staff said, “Doctor, the cancer cells have spread to other lymph nodes.” I was astonished. So I wondered whether this technique could be used as a model of lymph node metastasis. This led me to the idea that lymph node metastasis could be effectively treated by injecting anticancer drugs directly into the lymph nodes.　At this point, I decided to focus my research on lymph node metastasis. In normal mice, the lymph nodes, which range in size from 1 mm to 2 mm and are embedded in connective tissue and fat, are challenging to see with the naked eye. In mice with swollen lymph nodes, however, they can be as large as 10 mm in size. That is about the same size as a human lymph node. It is possible to inject the lymph nodes visually from outside.　Mice with swollen lymph nodes are considered to have an autoimmune disease, i.e., collagen disease. In these mice, not only do the lymph nodes swell in the first 3 months of life, but they also develop nephritis or vasculitis and die. However, among the strains that Dr. Mori maintained in his crosses, the MXH10/Mo/lpr mice had swollen lymph nodes but did not suffer from any diseases.  Around 2004, the MXH10 mutated into MXH10/M0/lpr, a long-lived mouse with swollen lymph nodes and other diseases. About this time, I returned to Japan from the UK, met Dr. Mori, and started fundamental research on lymph node metastasis, and a series of random coincidences led me to my current research path.

乳がんを例に挙げると、乳房で発生したがん細胞は、周りのリンパ節に転移をして、最終的に静脈に入って全身の臓器に広がっていきます。したがって、リンパ節へのがん転移を早期に診断し治療すれば、リンパ節を介した遠隔転移を予防できるはずです。現在の解剖学教科書には記載がないのですが、最近のわたしたちの研究では、リンパ節内の血管はリンパ節の表層を走行する血管に吻合していることを突き止めました。つまり、リンパ節に転移したがん細胞は外の血管に侵入して遠隔の臓器に転移するのです。この考えを、リンパ節介在血行性転移理論として提唱しています。

それでは、リンパ節がん転移をどうやって抑えたらいいでしょうか。通常は、抗がん剤を静脈注射するとか、リンパ節の周りの間質に注射するとかして、リンパ系に薬剤を入れる治療が実施されます。しかし、リンパ節の管壁っていうのは割と粗くて、抗がん剤のような小さな分子はリンパ管に入ったかと思うと、外に出てきて、最終的には血管に再吸収されます。がん細胞の増殖にともない形成される腫瘍新生血管の血管壁はわりと大な孔があいているという状況なので、比較的サイズが大きな高分子が血管から漏れ出します。またリンパ管が機能不全であるためにリンパ管による高分子の回収がありません。したがって、高分子などの大きな分子ががん細胞の周囲の間質に貯留するという性質があります。この効果をEPR 効果（Enhanced permeation and retention effect）と言って、高分子抗がん剤をがん細胞のみに集積させるというドラッグデリバリーの基本概念があります。実際の臨床現場では EPR 効果が確認できないという報告がありますが。マウス実験では、リンパ節転移の初期段階ではEPR 効果というか、そもそも腫瘍新生血管が起きておりません。それではどのようにリンパ節内のがん細胞を治療したらいいでしょうか。われわれは、腫瘍周囲の確認できるリンパ節に直接薬剤に投与し、リンパ節の全てを治療あるいは予防的治療を同時におこなうことを目的としたリンパ行性薬物送達法(lymphatic drug delivery system: LDDS)という治療法を提唱しています。

LDDSでは、既存の抗がん剤の利用が可能です。ただ、溶媒の浸透圧と粘度を調整する必要があります。現在おこなっている実験では、臨床応用を想定してポリソルベート80という一種の油を使って浸透圧や粘度を調整しています。高浸透圧の薬剤の注入によって、リンパ節が拡張され、この拡張によって、腫瘍細胞の周りに隙間ができて、抗がん剤が腫瘍細胞に効率よくアクセスできるようになります。この方法は頭頸部がんとか乳がんにおける転移リンパ節の治療に有効だと考えられています。注射する量は普通の抗がん剤治療に比べて1/1000から1/10000なので、副作用がほとんどありません。5年生存率も改善されるしQOL も向上し、開発費も抑えられ、付加価値製剤の開発もできるし、社会医療費の削減も可能性です。

2018年に医薬品医療機器総合機構からLDDSの第一相臨床試験の許可を得ています。第一相臨床試験では数億円規模で費用がかかります。国内では頭頸部患者を対象にすれば、潜在的な患者数は毎年約54,000人と計算されます。また、乳がんの治療を考えると、毎年50万人程度が潜在的な患者数と想定されます。 LDDSの臨床応用では、既存の超音波システムを用いることができるので、技術的にもLDDSはあまり難しくありません。この治療法が早く臨床で実用化され、多くのがん患者の命を助けたいと希望しています。

Taking breast cancer as an example, cancer cells in the breast metastasize to the surrounding lymph nodes and eventually enter the veins and spread to other organs in the body. Therefore, early diagnosis and treatment of lymph node metastasis should prevent this distant metastasis.　Although it is not described in the current anatomy textbooks, our recent research has revealed that the blood vessels in the lymph nodes anastomose with blood vessels running on the surface of the lymph nodes. In other words, cancer cells that have metastasized to the lymph nodes can invade the external blood vessels and metastasize to distant organs. We have proposed this idea as lymph node-mediated “hematogenous metastasis theory”.

The question was, how can lymph node cancer metastasis be controlled? Usually, anti-cancer drugs are delivered into the lymphatic system by intravenous injection or into the stroma around the lymph nodes. However, because the lymph node walls are rather thin, small molecules such as anti-cancer drugs enter the lymphatic vessels, escape, and are eventually reabsorbed into the blood vessels. The vessel walls of neoplastic vessels, which form as cancer cells grow, have increased permeability, resulting in macromolecules leaking out through the vessel walls. In addition, due to the dysfunction of the lymphatic vessels, there is no recovery of macromolecules by the lymphatic vessels. Therefore, large molecules such as macromolecules tend to be stored in the stroma around the cancer cells. This effect is called the “Enhanced Permeability and Retention Effect” (EPR effect), which underlies the basic concept of drug delivery, that macromolecular anti-cancer drugs are accumulated only in cancer cells. There have been reports that the EPR effect cannot be confirmed in actual clinical practice. In experiments with mice, the EPR effect, or rather, tumor neovascularization, does not occur in the early stages of lymph node metastasis. So how should we treat cancer cells in lymph nodes? We advocate a lymphatic drug delivery system (LDDS), which aims to deliver drugs directly to the lymph nodes in the periphery of the tumor and to treat or prophylactically treat all the lymph nodes at the same time.

The LDDS allows the use of existing cancer drugs. However, it is necessary to adjust the osmotic pressure and viscosity of the solvent. In our current experiments, we adjusted the osmotic pressure and viscosity by using a kind of oil called polysorbate 80 for clinical application. Infusion of the high osmotic drug solution causes the lymph nodes to expand, and this expansion creates a gap around the tumor cells so that the anti-cancer drug can more efficiently access tumor cells. This method is effective for the treatment of metastatic lymph nodes in head and neck cancer and for breast cancer. The dosage is 1/1000 to 1/10,000 of that of conventional cancer treatment via the blood circulation, so there are almost no side effects, the 5-year survival rate is improved, quality of life is improved, development costs are reduced, value-added products can be developed, and there is the strong possibility of reducing social healthcare costs.

In 2018, we received permission from the Pharmaceuticals and Medical Devices Agency for a Phase 1 clinical trial of LDDS. Phase I clinical trials cost hundreds of millions of dollars.　In Japan, the potential number of patients with cancer in the head and neck region is about 54,000 every year. Considering the treatment of breast cancer, the number of patients is estimated to be around 500,000 yearly. For clinical application, LDDS is technically less difficult to implement, as existing ultrasound systems can be used. We hope that this treatment method will soon be put into clinical practice and prolong or save the lives of many cancer patients.