2021 Fiscal Year Annual Research Report
Comprehensive search of cancer specific enzymatic activities and creation of innovative neutron capture therapy probe
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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これまでに、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。しかしながら、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。
本年度は、プローブライブラリーを活用したがんバイオマーカー探索を多くのがん種で遂行し、またBNCTプローブに関しては実際に中性子線照射装置を用いた検討を開始した。さらにクリック化学に基づく新たなホウ素導入プローブの設計・開発と、pH応答性酵素の作出による新たながんイメージング技法の確立に関しても進捗状況項に記載した成果を得て、一部に関しては論文公表と特許申請を行った。
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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
本申請課題の重要な課題の一つが、これまでに開発した蛍光プローブ群を患者由来の新鮮臨床がん検体へと適用し、網羅的なスクリーニングを行う事によるがんイメージングプローブの開発とがんバイオマーカーの同定である。本年度の成果として、まずこのライブラリー構築から検体での機能検証までの一連の流れを詳述した論文を英国化学会Chem Sci誌に投稿し、これが高い評価を得てcover artに採用されて掲載された。本アプローチに基づく外科医との共同研究によるがんイメージングプローブの開発に関しては、石沢との協同による膵がんプローブをはじめ、胃がん、肝がんでの新たなプローブ開発に成功し、これらの論文報告を行った。また開発した蛍光プローブの局所投与ではなく、経静脈的な全身投与によるイメージングにも挑戦し、一定の成果を得て論文を公表した。本成果は、現在開発中のBNCTプローブの体内動態を予測する上で、重要な知見である。
次にBNCTプローブ関連では、企業が所有する中性子線照射装置を使って昨年度までに開発することに成功したBNCTプローブの細胞適用実験を行ったが、線量がやはり低く、ポジコンでも細胞死を起こすことができなかった。田村らの装置が次年度再開し次第、細胞実験を試みる予定である。その一方で、酵素反応依存的にアルキンタグを介したクリック化学を活用してホウ素クラスターや蛍光団などを結合させる新たなプローブの開発に成功し、細胞種特異的な新たなラベル化法の確立に成功し、この特許出願を行った。
最後に酸性環境で活性が回復する酵素の開発による、新たながんイメージング技法の創製に関しては、特定のグリコシダーゼを網羅的に改変するアプローチで、生体直交性が極めて高く、かつ酵素反応速度が十分に速い酵素の作製に成功し、この特許申請を完了した。現在、pH応答性をより大きくすべく、さらなる改変に取り組んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
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。本課題では様々な蛍光プローブを開発し、これをライブラリー化して新鮮臨床検体へと網羅的に適用し、適切な機能を発揮するプローブをスクリーニングする手法で、術中迅速がん蛍光イメージング技術をこれまでに多数確立することに成功してきた。本年度末に本手法の詳細を記載した論文が学術誌に採択され、本手法確立に関する一定の区切りが得られたため、本課題でも今後はプローブの拡充ではなく、これまでに開発したライブラリーの活用による有効性の高いがん治療技術確立に資するバイオマーカー探索に軸足を置いて研究を進める。
まず分担研究者の石沢、及び外部の研究協力者と協同して、引き続き膵がん、大腸がん、小児がんの新鮮臨床検体を活用したバイオマーカー探索を継続する。さらに婦人科領域と協同して、治療が困難な卵巣がん腹膜播種に対する新たな治療技術創成を目指して、ライブラリーを適用したライブイメージングによる最適なバイオマーカー探索を行う。
深部微小がんの治療・可視化を実現する革新的ホウ素中性子捕捉療法プローブの開発に関しては、がん細胞選択的にキノンメチド中間体を生成して細胞内滞留性を獲得するホウ素クラスタープローブを数種開発済みであることから、これらの生細胞、マウスモデルへの投与と集積量の検証を引き続き行い、細胞内局在・ADMEを詳細に検証し、必要に応じてオルガネラ局在や滞留性、動態を改良する。次に、分担研究者田村による装置の改良が完了し次第、実際に中性子線を照射してその機能を詳細に検証する。また並行して、原子炉実験所での照射実験を行う準備も進めており、来年度中に培養細胞系を用いて、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も詳細に行う。
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[Journal Article] Rapid visualization of mammary gland tumor lesions of dogs using the enzyme-activated fluorogenic probe; γ-glutamyl hydroxymethyl rhodamine green2022
Author(s)
Yui HIROSE, Mona UCHIDA, Masaya TSUBOI, Takayuki NAKAGAWA, Leo YAGA, Shingo MAEDA, Yasuyuki MOMOI, Yugo KURIKI, Mako KAMIYA, Yasuteru URANO, Tomohiro YONEZAWA
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Journal Title
Journal of Veterinary Medical Science
Volume: 84
Pages: 593～599
DOI
Peer Reviewed
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