2016 Fiscal Year Annual Research Report
一細胞空間分解能を有するがん光線力学療法プローブの開発と臨床検体での機能検証
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16H02606
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
浦野 泰照 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 教授 (20292956)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神谷 真子 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 講師 (90596462)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | がん / 光線力学療法 / activatable増感プローブ / ケミカルバイオロジー / 単一細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、がん細胞でのみ光増感能が回復し、一細胞レベルの空間分解能での光線力学療法を実現するactivatable型光増感剤の開発とその機能検証を大きな目的とするものである。初年度は、申請者が確立してきた分子内spiro環化に基づく分子設計法に基づく光増感能の制御と、quinone methide中間体生成による生成した光増感物質の細胞内retention機能を併せ持つ分子の設計・合成を行った。具体的には、多くの卵巣がん細胞でその活性が亢進しているβ-ガラクトシダーゼをターゲット酵素とする一細胞分解能activatable型光増感プローブを、分子内spiro環化を動作原理とするSeロドール骨格activatable光増感剤にquinone methide生成部位を導入することで開発した。プローブの分子内spiro環化効率、求電子性官能基の生成速度、酵素反応生成物の一重項酸素生成効率、細胞内retention効率を精査し、最適化された光増感プローブの開発に成功した。開発したプローブをまずlacZ発現培養細胞での機能検証を行い、quinone methide生成部位を持たない従来のプローブでは達成不可能な、lacZ(+)/(-)細胞が共存する環境でlacZ(+)細胞のみを選択的に光殺傷可能であることを明らかとした。
上記研究と並行して、がん高選択的治療を実現する新たな戦略としてグルコーストランスポーター(GLUT)をターゲットとするプローブの開発も開始し、TokyoGreen骨格にグルコース部位を導入し、かつ細胞内に取り込まれると細胞内グリコシダーゼ活性によって蛍光を発するプローブを開発した。本プローブは、MIN6細胞においてGLUT依存的イメージングが可能であったが、GLUT非関与の蛍光も観察されてしまうことが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度に開発した分子内スピロ環化とquinone methide化学を原理とする、β-ガラクトシダーゼをターゲット酵素とする一細胞分解能activatable型光増感プローブは、分子デザイン通りの優れた機能を発揮することが明らかとなり、光増感プローブ開発に関しては極めて順調に研究が進展している。グルコーストランスポーター(GLUT)をターゲットとするプローブの開発に関しては、数種類のプローブの合成は達成したが、初期の分子デザインでは、選択性と反応の速さの観点において充分な機能を発揮するものの開発は難しいことが明らかとなったため、別の戦略に基づくプローブの開発を開始することとした。初年度に充分な検討を行った結果、戦略の転換を決定できたことは大きな意義があったと考えられる。以上の考察から、研究はおおむね順調に進展していると結論づけられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究で、それ自身は分子内spiro環化によって光増感能を持たないが、これがβ-ガラクトシダーゼとの反応によって光増感能が回復し、かつ酵素反応によって求電子性中間体を生成する部位が分子内に導入されているため、細胞内タンパク質と共有結合して細胞内にretentionされる機能を持つ分子の開発に成功した。この増感プローブ分子の基本的な性能をlacZ発現細胞で確認するところまで完了しているが、酵素発現量が少ないがん細胞での機能検証は未達であり、今後はがん細胞の光線力学療法応用を指向した研究を中心に行っていく。具体的には、卵巣がん細胞培養細胞系へと適用し、がん細胞が一細胞レベルの空間分解能で選択的に殺傷されること、さらにCAMモデルなどで正常部位へのダメージが最小限に抑えられていることをlive-dead染色等により検証し、高選択的な光線力学療法が達成可能かどうかを精査する。その結果によっては、主に求電子性官能基の生成速度と酵素反応性の異なる新規プローブ、あるいはβ-ガラクトシダーゼ以外のバイオマーカー酵素をターゲットとする新規プローブを開発し、再度生細胞系での機能検証を行い、本研究課題で求められる機能を有するプローブの開発を目指す。
グルコーストランスポーター(GLUT)をターゲットとするプローブの開発に関しては、本年度の研究結果を鑑み、グルコースにはごく小さな反応性官能基を持たせてGLUT選択性を確保し、これを鋭敏に検出可能な蛍光プローブを後に細胞に負荷する戦略でのイメージング手法の確立に挑戦する。反応性官能基を有する糖プローブの合成と細胞での機能評価、反応性置換基の存在を検知する蛍光プローブの合成、in vitro評価の順に研究を遂行し、本activatable蛍光検出戦略の妥当性を詳細に検証する。
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[Journal Article] Fluorescent imaging of superficial head and neck squamous cell carcinoma using a γ-glutamyltranspeptidase-activated targeting agent: a pilot study.2016
Author(s)
Mizushima T, Ohnishi S, Shimizu Y, Hatanaka Y, Hatanaka KC, Hosono H, Kubota Y, Natsuizaka M, Kamiya M, Ono S, Homma A, Kato M, Sakamoto N, Urano Y
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Journal Title
BMC Cancer
Volume: 16
Pages: 411
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Rapid diagnosis of lymph node metastasis in breast cancer using a new fluorescent method with γ-glutamyl hydroxymethyl rhodamine green.2016
Author(s)
Shinden Y, Ueo H, Tobo T, Gamachi A, Utou M, Komatsu H, Nambara S, Saito T, Ueda M, Hirata H, Sakimura S, Takano Y, Uchi R, Kurashige J, Akiyoshi S, Iguchi T, Eguchi H, Sugimachi K, Kubota Y, Kai Y, Shibuta K, Kijima Y, Yoshinaka H, Natsugoe S, Mori M, Maehara Y, Sakabe M, Kamiya M, Ueo H, Urano Y, Mimori K, et al.
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 6
Pages: 27525
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Rapid and sensitive detection of early esophageal squamous cell carcinoma with fluorescence probe targeting dipeptidylpeptidase IV.2016
Author(s)
Onoyama H, Kamiya M, Kuriki Y, Komatsu T, Abe H, Tsuji Y, Yagi K, Yamagata Y, Aikou S, Nishida M, Mori K, Yamashita H, Fujishiro M, Nomura S, Shimizu N, Fukayama M, Koike K, Urano Y, Seto Y
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 6
Pages: 26399
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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