2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of shortwave infrared fluorescence molecular imaging for optical diagnostics of human breast cancer
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22H03930
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
神 隆 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 (80206367)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
精山 明敏 国際教養大学, デザイン創造・データサイエンスセンター, 特任教授 (70206605)
M.M Mahadeva・Swamy 北海道大学, 先端生命科学研究院, 助教 (60830031)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ヒト乳がん / 光診断 / 短波赤外 / 生体蛍光イメージング / 非侵襲イメージング / 分子イメージング / 生体の第２光学窓 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体を個体レベルで非侵襲イメージングする方法として、MRI, X線CT, PET（陽電子放出断層撮影）等はすでに悪性腫瘍の検出や血管造影など臨床画像診断法として実用化されていますが、これらの非侵襲イメージング法では、空間分解能や安全性の面でいくつかの問題があります。たとえば、MRIは比較的高い空間分解能（最高で約50ミクロン）を有しますが、時間分解能(秒から分のオーダー)が低いため、ダイナミックな生命現象をとらえるのは困難です。また、X線CT、PETでは、放射性同位体を含む造影剤を用いるため、長時間にわたるイメージングには適しません。現在考えられるイメージング用のモダリティーの中で生きた個体中での動的な生命現象を可視化するのに最も適しているのが、短波赤外光を使った非侵襲イメージングです。
短波赤外領域（波長0.9-1.4ミクロン、生体の第2光学窓）での蛍光イメージングは、生体組織での吸収・散乱が非常に小さく、また自家蛍光もほとんどないため、従来の近赤外蛍光イメージング（波長0.7-0.9ミクロン、生体の第１光学窓）に比べ格段に鮮明な生体深部画像が得られます。ここ数年、世界的にも短波赤外蛍光イメージングのヒトへの応用を目指した技術開発が活発になっていますが、いまだ実用化に至っておりません。その最大の理由は、生体親和性の高い短波赤外蛍光色素プローブ及びこれを用いた分子イメージング技術の開発が遅れていることです。短波赤外領域での生体イメージングには、細胞毒性のない短波赤外蛍光プローブの開発が必須であり、私たちは、2021年、インドシアニングリーン（ICG）色素をベースにした安全性の高い短波赤外有機色素の開発に成功しました。研究では、この研究成果をもとに、ヒト早期乳がんの光診断のための短波赤外蛍光プローブを開発しました。
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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
膨大な数の有機色素の中でも、ヒトでの使用が医療用に認可さてれている蛍光色素はフルオレセインとICGのみであり、特にICGは肝機能検査や眼底造影検査で広く使われています。そのため私たちは、ヒトで利用できる短波赤外蛍光色素としてICGをベースとして開発した。これまでICGのポリメチン鎖を延長することにより、波長0.95ミクロンおよび1.1ミクロンで発光する短波赤外蛍光色素を得ている。短波赤外領域の生体蛍光イメージングでは、さらに長波長の1.4ミクロンまでの波長が利用でき、長波長でのイメージングになるほど組織による光散乱が減少し鮮明な画像になることがわかっている。本研究では、ICGをベースにしてさらに多色の短波赤外蛍光イメージングに使用可能なプローブの合成に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
蛍光イメージングによる乳がん腫瘍の検出では、マンモグラフィーや超音波エコー検査などによる腫瘍の構造的な情報のみに依らず、がん細胞の特徴を分子イメージングできることが強みです。短波赤外蛍光イメージングは、蛍光の検出感度が高いため、小さな腫瘍を検出することができるだけでなく、がん細胞で発現しているレセプターを識別することが可能です。乳がん腫瘍の検出のための分子イメージング用プローブは、がんに対する分子標的医薬として利用されているモノクローナル抗体（抗体医薬）に短波赤外蛍光分子を修飾することにより作製します。具体的には、抗EGFR抗体 (アービタックス）,抗HER2抗体（ハーセプチン）,あるいは 抗VEGFR2抗体（サイラムザ）などを利用した分子イメージング用短波赤外蛍光プローブを作製し、早期乳がんの検出・光診断に使用します。申請者は、すでに動物実験レベルでは、ICGおよびICG誘導体短波赤外蛍光色素を修飾したモノクローナル抗体プローブにより、近赤外および短波赤外領域での乳がん腫瘍の蛍光検出の有効性を実証しており(RSC Adv. 10,28171, 2020, Bioconjugate Chem, 32,1541, 2021)、本研究では、ヒトでの早期乳がんの光診断に向けた安全性の高い短波赤外蛍光分子イメージング用プローブを開発します。
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Research Products
(4 results)
