2019 Fiscal Year Annual Research Report
がん特異的酵素活性の網羅的探索とこれに基づく革新的中性子捕捉療法プローブの創製
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19H05632
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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) |
石沢 武彰 東京大学, 医学部附属病院, 講師 (10422312)
田村 磨聖 大阪大学, 核物理研究センター, 特任講師(常勤) (20747109)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | 蛍光プローブ / 中性子捕捉療法 / 量子化学計算 / がん / バイオマーカー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
がんを始めとする難治性疾患に対する治療法の確立は、現在の日本において極めて重要な課題であり、イメージングをはじめとする様々な基礎解析技術が全世界的に開発され、画期的な成果が近年多く挙げられている。この中で研究代表者らは、世界初の独創的なアプローチである「化学蛍光プローブ」を活用した「臨床検体ライブイメージング」に基づき、全く新たな診断・治療技術の創成研究を展開し、画期的な精密蛍光ガイド手術等を実現する多くの成果を挙げてきた。
一方で、これまで開発してきたプローブでは可視化できないがん種もまだ多く、さらに蛍光プローブなどの光学的手法は深部イメージング・治療には適用できない。そこで本基盤S課題ではこれらの問題点を解決すべく、①量子化学計算に基づく蛍光プローブの論理的設計法の確立とこれに基づくプローブライブラリーの構築、②深部微小がんに適用可能な中性子捕捉療法（Boron Neutron Capture Therapy; BNCT）プローブの開発を中心課題として、従来法では可視化できないがん種のがん特異的バイオマーカー酵素を発見して迅速蛍光イメージング技術を確立し、また深部微小がんの治療・発見を実現する革新的BNCTプローブの創製を図る。
なお本研究課題は、先進的プローブ開発技術を持つ研究代表者を中心に、研究分担者として臨床外科医、中性子線照射装置開発研究者の参画を仰いで遂行し、上記目標の早期かつ確実な達成を図る。
初年度は、量子化学計算に基づく精密蛍光制御法の確立と、ホウ素クラスターの細胞内導入・滞留技術の確立を目指した研究を行い、進捗状況項に記載した成果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本申請課題の重要な課題の一つが、これまで開発してきたプローブでは可視化できないがん種に対する術中迅速がんイメージング技術の確立である。初年度は、研究代表者独自の蛍光ON/OFF制御機構である分子内spiro環化平衡の、量子化学計算による精確予測技法の確立を目指した研究を行い、ヒドロキシメチル基を求核性基とする各種ローダミン誘導体の蛍光特性の予測に、分子内に露わに水分子を配置することで極めて正確に予測可能であることを見いだした。実際本予測法に基づいて、従来法では開発困難であった長波長光での蛍光イメージングを可能とする新規ペプチダーゼ活性検出蛍光プローブを、計算による構造の最適化を行いながら開発し、極めて高い感度でのイメージングが可能であることをまずin vitro系で確認し、さらにがんモデルマウス系へと適用することで、迅速かつ高感度なin vivoがんイメージングが可能であることが確認された。
二つ目の課題である深部微小がんの治療・可視化を実現する革新的BNCTプローブの開発に関しては、まずホウ素原子の効率的デリバリーを達成するべく、種々のホウ素クラスターの細胞膜透過性、細胞内滞留性を詳細に評価した。具体的には、蛍光団を付与したホウ素クラスター誘導体を多数合成し、生細胞蛍光ライブイメージングと質量分析による構造解析を詳細に行った結果、特定のホウ素クラスターが十分な細胞膜透過性を有しており、さらにこれが細胞内膜構造に吸着して高い滞留性を示すことを初めて見いだした。本結果は、がん細胞特異的なホウ素のデリバリーを達成するBNCTプローブの開発に繋がる重要な知見である。
以上のように、二つの研究大項目とも初年度に大きな進展があり、予想以上のスピードで研究が進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
化学蛍光プローブの開発に関しては、初年度の確立した計算法を駆使して種々のactivatable型蛍光プローブを継続して設計・合成し、プローブライブラリーの拡充を本格的に開始する。開発に際しては、細胞膜透過性や細胞内局在などに関する情報を随時フィードバックして、真に実用性が十分に高いプローブ群の発見を目指す。同時に当初計画通り、プローブライブラリーを活用したバイオマーカースクリーニングを、分担研究者の石沢や国内外の臨床医と協力して行っていくが、コロナによって病院診療態勢に大きな影響が出ており、実際手術例がかなり少なくなっている病院も多く、これが本研究課題の遂行に今後大きな問題となることが予想される。その場合は、凍結検体を最大限に活用して少しずつスクリーニングを進めると共に、新たな蛍光プローブの開発に比重を置いた研究を計画を先取りする形で鋭意展開し、臨床検体が十分に供給される様になった時に、高効率スクリーニングをすぐに行いうる態勢の構築を目指す。
BNCTプローブ開発に関しては、初年度の研究で得られた成果を活用し、がん細胞特異的なホウ素のデリバリーを達成する候補プローブを複数開発する。培養細胞系で一定程度の集積性がみられたプローブに関しては、現在改修中の分担研究者田村が持つ中性子照射環境の工事が完了し次第、生細胞系での中性子線照射を行い、化合物の反応性や従来型のプローブであるホウ酸フェニルアラニンプローブとの細胞殺傷効果の比較検証を詳細に行う。照射環境整備に関してもコロナの影響は少なからずあり、また特殊はパーツの輸入も必要であるため、国際情勢によっても納入が遅れる場合も想定されている。この場合は、稼働している別の照射系で達成可能なin vitroでの評価に比重を置いた研究を展開し、高効率BNCT薬剤開発に有用な化学情報の収集に努める。
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[Patent(Industrial Property Rights)] ピューロマイシン感受性アミノペプチターゼ又はプレオマイシン加水分解酵素検出用蛍光プローブ2019
Inventor(s)
浦野泰照,神谷真子,保科克行,赤木大輔,栗木優五,瀬尾明彦
Industrial Property Rights Holder
浦野泰照,神谷真子,保科克行,赤木大輔,栗木優五,瀬尾明彦
Industrial Property Rights Type
特許
Industrial Property Number
特願2019-186211
