2022 Fiscal Year Research-status Report
表面増強ラマンイメージングを用いた薬剤耐性がんにおけるポリスルフィドの機能解明
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21K05294
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
菱木 貴子 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (10338022)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ポリスルフィド / 表面増強ラマンイメージング / 薬剤耐性癌 / 浸潤性乳癌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者等は、金ナノ粒子基板を用いた表面増強ラマンイメージング（Surface-enhanced Raman Spectroscopy imaging : SERS imaging)技術を駆使し、ポリスルフィド(R-Sn-R : PS)を含む活性硫黄分子種の相対定量と、組織内分布の非修飾・無染色での画像化に成功した。
この技術を用い、難治性卵巣癌として知られる明細胞癌において、PSが抗癌剤を無毒化し、癌細胞を化学療法抵抗性にする新たなメカニズムを明らかにした(Honda K and Hishiki T et al, Redox Biology, 2021)。
ここで、乳癌における乳管癌（DCIS）と浸潤性乳癌（IBC）の鑑別診断のゴールドスタンダードは、ホルマリン固定パラフィン包埋（FFPE）針生検試料を用いた病理医による病理検査であるが、FFPE試料ではマーカー候補となる代謝物質は失われている。そこで、DCIS（n=14）およびIBC（n=32）の凍結針生検試料中の代謝物を、SERS imagingと病理医によるアノテーション付きHE染色画像とを用いて比較・検討した結果、IBCの間質ではDCISと比較してPSが有意に増加し、一方でヒポタウリンが減少していることが示され、これらの酸化還元代謝物の変化がIBCとDCISを区別するマーカー候補分子となることが示唆された。さらに、間質に特異的な複数のSERSシグナルに教師付き機械学習を適用することで、高い精度でDCISとIBCを識別する自動鑑別診断が可能となった。
これらの成果は、酸化還元代謝物に由来するSERSシグナルの生化学的フィンガープリントが、乳癌の精密診断に有用な手法として機能し、技術改良が進んだSERS imagingが、乳癌の浸潤リスクを予測するコンパニオン診断ツールに有用であることを示唆している（論文業績1）。
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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
2022年度中に投稿予定であった卵巣明細胞癌の薬剤耐性メカニズムに関する論文が2021年度内に投稿、採択となったことから予定よりも早く乳癌に関する研究に着手出来た、その結果、浸潤性乳癌の診断技術に関する研究成果を2022年度内に論文としてまとめ、投稿・採択まで進めることが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
卵巣明細胞癌、浸潤性乳癌と同様に難治性癌として知られる膵臓癌についても、ヒト凍結手術検体を用いたSERS imagingにより同一症例由来の膵癌部と膵癌部から距離のある慢性膵炎部との比較を行った結果、膵癌部とその近傍の癌間質部のみでPSの増加が確認出来た。そこで2023年度は膵癌部におけるPS増加のメカニズム解明を目指し、膵癌組織の質量分析イメージング(MS-imaging）を実施し、PSを含む活性硫黄分子種やその他代謝物質の膵癌部における動態を検証する。さらに、PS産生に関与することが知られるCBS(Cystathionine beta-synthase)やCSE(Cystathionine gamma-lyase)等の酵素群の発現を凍結手術検体の組織切片を用いた免疫染色法により検証する。
これまでの予備検討結果から、膵癌部では慢性膵炎部に比べて活性硫黄分子種のひとつであるシスチンが増加していることが示唆された。また活性硫黄分子種の産生に関連することが知られる酵素群の遺伝子発現を網羅的に検証するため、ヒト凍結手術検体を用いたVisium（空間的遺伝子発現解析）も検討を始めており、膵癌部と慢性膵炎部での遺伝子発現の違いについて引き続き検証を行う。
膵臓癌は、癌細胞塊が他の癌種に比べて小さく複数個所に散らばることが特徴で、膵臓癌の標準的な検査法である「超音波内視鏡下穿刺吸引細胞診」では、初期の膵臓癌に罹患していても採取された組織に癌細胞が含まれる確率が低く、癌関連線維芽細胞(cancer-associated fibroblast：CAF)のみが採取され、癌が見過ごされる可能性が高く診断が難しい。
本研究により膵癌部におけるPS増加のメカニズムが明らかとなれば、PSをバイオマーカーとした膵臓癌の早期診断やスクリーニング法の開発にも繋がる有用な知見となることが期待出来る。
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| Causes of Carryover |
当初の予定よりも早く2021年度、2022年度に本研究課題に関する成果を論文として投稿し、採択された。それに伴い研究実施項目の優先順位を大幅に変更し、さらに論文執筆、リバイス対応のための時間を要したため研究費の使用が抑えられた。
2023年度は膵臓癌検体を用いて質量分析イメージングやラマンイメージング等の技術を駆使した検討を推進する。よって2023年度の研究費は主にこれらのイメージング解析に使用予定である。
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