2021 Fiscal Year Annual Research Report

Development of SN-38 derivatives with antitumor activity toward theranostics

Research Project

Project/Area Number	20H03539
Research Institution	Institute of Physical and Chemical Research
Principal Investigator	土居久志国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (00421818)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	乾隆大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 教授 (80352912) 喜田達也国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (70641968)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	SN-38誘導体 / 18F-標識PETプローブ / プロスタグランジンD合成酵素 / 低分子抗癌剤 / 小分子輸送タンパク質 / DDS製剤 / セラノティクス / 癌診断と治療
Outline of Annual Research Achievements	RLC-140050は、シンボル的な抗癌剤であるSN-38の10位フェノール水酸性基上にフルオロプロピル基を導入した当研究グループのオリジナル化合物である。本化合物は、溶解性を従来のSN-38よりも19倍ほど改善し、抗癌活性は約2倍高い。本研究ではRLC140050のPETイメージングを目的に、まずRLC-140050の18F-標識体の化学合成を行い、次にこれを低分子輸送タンパク質（プロスタグランジンD合成酵素: L-PGDS）に内包させることにより、新しい薬物輸送（DDS）型セラノスティクス（癌の画像診断と治療）の創出を目指す。前年度は、RLC140050の18F-標識体（[18F]RLC-140050）の化学合成法を確立した。続いて本年度は、[18F]RLC-140050をL-PGDSに内包させた[18F]RLC140050/L-PGDS型DDS製剤の作成に取り組んだ。なお、研究分担者の熱力学研究によると、この製剤化におけるギブス自由エネルギーは負であるので、過剰量のRLC-140050を用いた場合にはL-PGDSと混合するだけで数個のRLC-140050が自然に内包される。そこで、まずは合成した放射性[18F]RLC-140050の溶液（約0.5 μMの超希薄濃度）に、L-PGDS溶液（約100 μMの希薄濃度）を混合した。しかし予想に反して、6時間にわたり混合しても[18F]RLC-140050の内包化は起こらなかった。その後、鋭意検討した結果、あらかじめ非放射性のRLC-140050をL-PGDSに内包させておき、これに放射性の[18F]RLC-140050を添加することで、わずかではあるが[18F]RLC-140050が内包された。内包化が進みにくい原因は、[18F]RLC-140050溶液が0.5 μMという従来にはない超希薄濃度がその一因であった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 前年度の18F-標識RLC140050（[18F]RLC-140050）の合成法の確立に続いて、本年度は、[18F]RLC-140050をL-PGDSに内包させた[18F]RLC140050/L-PGDS型DDS製剤の作成に取り組んだ。本DDS製剤の確認は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて、L-PGDS由来のUV吸収（280 nm）と[18F]RLC140050由来のRIシグナルを測定することで判断した。先行研究によると、この製剤化におけるギブス自由エネルギーは負であり、過剰量のRLC-140050を用いた場合、L-PGDSに対して数個のRLC-140050が自然に内包されることがわかっている。そこで、合成した[18F]RLC-140050溶液（約0.5 μM）をL-PGDS溶液（約100 μM）に混合してDDS製剤化の検討を行なった。なお18F核種の半減期が約110分のため、混合時間は1時間以内を目標とした。しかし、1時間を超えて6時間に渡り混合しても[18F]RLC-140050の内包化は起こらなかった。本研究で合成できる放射性[18F]RLC-140050はせいぜい2.5 nmol程度であり、また放射線被曝を避けるために遠隔操作で調製できる溶液量は約5.0 mLであるので、その濃度は約0.5 μMという超希薄濃度となる。内包化が進まなかった原因は、この超希薄濃度に起因するものと考えられた。その後、鋭意検討を続けた結果、あらかじめ非放射性のRLC-140050をL-PGDSに内包させておき、これに放射性の[18F]RLC-140050を添加することで包接物交換反応が起こり、わずかではあるが[18F]RLC-140050が包接された。以上の結果から、本DDS製剤化には[18F]RLC140050とL-PGDSの双方の溶液濃度の向上が鍵であることがわかった。
Strategy for Future Research Activity	[18F]RLC140050/L-PGDS型DDS製剤化において、その包接反応が進まなかった原因は、放射性[18F]RLC-140050の溶液濃度が0.5 μMという超希薄濃度がその一因であった。このような超希薄溶液を用いたDDS製剤化については、従来の有機化学・薬化学分野ではほとんど行われておらず知見も少ない。また、[18F]RLC-140050は放射性化合物であり、放射線被曝を避けるために専用の機器を遠隔で操作して化学合成している。そのため、本件の溶液濃度を向上させることは簡単ではない。しかしながら、濃縮プロセスの改良を続けて、まずは濃度を2-3倍に高めたい（目標濃度は1.0-1.5μM）。加えて、包接体であるL-PGDS溶液（現在100 μM）の方も、その濃度を2-3倍に上げる努力をしていきたい（目標濃度は200-300 μM）。すなわち、[18F]RLC-140050とL-PGDSの双方において、できうる限りの高濃度溶液を作成して、[18F]RLC-140050/L-PGDS型DDS製剤化を検討していく。一方で、包接物交換反応（非放射性RLC-140050を内包したL-PGDSに対して放射性[18F]RLC-140050を添加）に着目した実験では、わずかではあるがDDS製剤化のきっかけを掴んでいる。そこで、包接物交換反応においても、[18F]RLC-140050とL-PGDSの双方の高濃度溶液を用いて検討を続ける。なお製剤化時間は、18F核種の半減期が約110分のため1時間以内を目標とする。もし、上記のDDS製剤化がうまく確立できれば、速やかに小動物PETイメージングに展開したい。例えば、担癌マウス（またはラット）に対して[18F]RLC-140050/L-PGDS型DDS製剤を生体投与して、癌組織への移行性や集積の度合いをPETイメージングにより確認していく。