Development of an in vivo cell tracking method using biological orthogonal reactions and PET

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23K18280
• Research Institution: National Center for Geriatrics and Gerontology
• Principal Investigator: 木村 泰之 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター, 研究所 認知症先進医療開発センター, 副部長 (20423171)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池沼 宏 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター, 研究所 認知症先進医療開発センター, 研究技術員 (10751159) ; 小縣 綾 岐阜医療科学大学, 薬学部, 助教 (10805857) ; 今村 真一 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター, 研究所 認知症先進医療開発センター, 外来研究員 (40873203) ; 境 崇行 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター, 研究所 認知症先進医療開発センター, 研究員 (40881925) ; 古山 浩子 岐阜大学, 工学部, 准教授 (50402160) ; 加藤 隆司 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター, 病院 放射線診療部, 部長 (60242864) ; 錦見 昭彦 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター, 研究所 研究推進基盤センター, 室長 (70404019)
• Project Period (FY): 2023-06-30 – 2025-03-31
• Keywords: 陽電子断層撮像法 / 生体直交反応 / 細胞トラッキング / IEDDA

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、生体内で特定の細胞の分布や動態を低侵襲的に画像化するため、臨床応用可能な新しい方法を開発することである。ヒト生体内で特定の細胞の分布や動態をイメージングすることができれば、近年急速に発展している細胞療法の臨床評価や、免疫細胞が関わる病態のメカニズム解明に貢献する。本研究では、生体直交反応を利用した陽電子断層撮像法(PET)リガンドシステムを開発することで、生体内に分布した細胞を低密度であっても特異的に長時間、低被曝に観察することを可能にする。生体直交反応とは、生体 境で生じるが、生体由来の機能や機構に干渉せず、毒性反応物を生じない反応である。この生体直交反応をきたす官能基を含む分子で細胞を標識したのち生体内に投与し、後に投与するPETリガンドと生体内において生体直交反応で結合することでイメージングするシステムを開発する。
本研究では生体直交反応として、1,2,4,5-tetrazineとtrans-cycloocteneのようなアルケンの反応であるthe inverse-electron-demand Diels Alder(IEDDA)反応を用いる。細胞をIEDDAの官能基で標識する方法として、細胞膜表面に発現している膜タンパクに結合する分子を用いて標識する方法と、細胞の脂質二重膜に挿入される脂質分子を用いて標識する方法を検討する。
本年度は、生体内でのIEDDA反応を確認するため、Methoxy Polyethylene Glycol（mPEG）にbicyclononyne（BCN）を付与したものを合成した。ラット脳線条体に局所投与し、尾静脈から放射性標識したテトラジン化合物を投与したところ、mPEG-BCNの用量依存性に脳内の放射能集積の上昇を認め、生体内IEDDA反応の進行とその特異的イメージングが可能であることが確認できた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

BCNを付与した脂質を用いて細胞膜を標識する予定であるが、その合成および精製に時間を要しているため。

Strategy for Future Research Activity

今後、BCNを付与した脂質を合成し、赤血球や好中球などの細胞の標識とその安定性を評価する。ついで、生体内投与後の動態評価を行う。

Causes of Carryover

BCNを付与した脂質分子の合成が遅れたため、実験計画の調整により次年度に実験がずれ込むこととしたため、次年度使用額が生じた。