もつれ光子対放出原子核と分子プローブの創成による生体内化学環境の医療診断

• 研究領域: 量子もつれ光子対による原子核－多分子間相互作用プローブを活用した診断治療学の創生
• 研究課題/領域番号: 22H05024
• 研究種目: 学術変革領域研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 学術変革領域研究区分(Ⅱ)
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 重河 優大 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 特別研究員 (60845626)
• 研究分担者: 杉山 暁 東京大学, アイソトープ総合センター, 助教 (40562715) ; 野村 幸世 星薬科大学, 薬学部, 教授 (70301819) ; 横北 卓也 東北大学, 先端量子ビーム科学研究センター, 助教 (10802655)
• 研究期間 (年度): 2022-05-20 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 28,080千円 (直接経費: 21,600千円、間接経費: 6,480千円); 2024年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2023年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2022年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
• キーワード: もつれγ線 / 放射性同位元素 / 分子プローブ / 薬剤送達システム / 医療診断

研究開始時の研究の概要

本研究では、放射性同位元素（RI）で標識した分子プローブを複数種作成し、生体内の異なる環境に導入してもつれγ線（光子）を測定することで、RIの種類・分子構造・生体内環境・もつれγ線の時空間相関の関係性を明らかにする。そして、生体・細胞・分子・原子・原子核にまたがる相互作用を理解し、最適なRIと分子の組み合わせを見つけることで、生体内の微小な化学的環境や分子間相互作用の変化をγ線の測定により非侵襲的に観測することを目指す。本研究の成果は、がんの治療薬の奏効率の判定等、患者さんごとに治療方法を最適化した個別化医療の実現につながると期待される。

研究実績の概要

もつれγ線イメージング用RIの候補となるTb-155およびAu-195の製造開発を進めた。まず、16枚の天然Eu電着標的に50 MeVのHe-4ビームを照射することで、Eu-153(He-4,2n)Tb-155反応の核反応断面積を測定し、Tb-155の製造条件を決定した。さらに、長寿命のEuトレーサーとTbトレーサーを利用して、還元・沈殿法と抽出クロマトグラフィー法により、マクロ量のEuから微量のTbを分離する手法を開発した。一方、天然のPt板に陽子ビームを照射することでAu-195を製造し、溶媒抽出法によって9割近い収率でPtからAu-195を分離することに成功した。また、化学分離後に発生した有機物と思われる不純物の除去方法の開発を進めた。
がん細胞表面のHER2に結合するVHH抗体およびaffibodyを使用した２種類のタンパク質プローブとPsyche-DOTA[In-111]を用いた実験系の構築を進めた。タンパク質プローブとPsyche-DOTA[In-111]はあらかじめチューブ内で結合した。複合体形成後、複合体の精製と濃縮を限外濾過カラムで行った。調製された複合体は、HER2陽性ヒト乳がん細胞KPL-4に添加し、0, 1, 24, 48時間後に細胞を回収し、内在化の時間経過によるもつれガンマ線角相関の測定を実施した。まだ、プレリミナリーなデータ取得であるが、時間変化と角相関には何らか関係があることが示された。
マウス胃癌細胞株YTN16の適切な免疫コンピテントなC57BL/6マウスへの移植法を確立したが、HER2を高発現したYTN16の移植には弱冠難渋している。そこで、現在、YTN16で高発現していることがわかっているFGFR4をターゲットとするプローブを作成中であり、このコントロールとしてのFGFR4をノックダウンしたYTN16を作成することができた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

もつれγ線分子間相互作用イメージングに適した核種の候補の一つであるTb-155とAu-195について、核反応断面積の測定や化学分離法の開発を順調に進めることができたため。さらに、細胞レベルから動物モデルで使用可能なプローブの準備を整えることができたため。また、イメージングに必要な最適なモデルの作成を進行させているため。

今後の研究の推進方策

今年度は、イメージング実験に十分な放射能量のTb-155およびAu-195を製造・化学分離し、A01班のイメージング実験に供することを目指す。Tb-155については、前年度に決定した照射条件でEu-153濃縮同位体標的へのHe-4ビームの照射を実施し、前年度に確立した手法で化学分離を行う。最終的に、不純物量1 μg以下で10 MBq以上のTb-155試料を得ることを目指す。Au-195については、昨年度に引き続き化学分離後の不純物量の低減方法の開発を進め、最終的に数MBqのAu-195試料を得ることを目指す。一方、新規候補核種として、La-140等の製造・化学分離手法の開発を進める。
細胞内への内在化により、もつれγ線の角相関の変化の計測の可能性が示された。今後は、これらの解析を詳細に進めていく。細胞実験では、内在化の速さの異なるプローブ（VHH-Cupidとaffibody-Cupid）を使用し、内在化の早いVHH-Cupidと内在化の遅いaffibody-Cupidでのもつれγ線の角相関の変化の違いが測定可能性の検証を進めていく。また同時に腫瘍移植モデルマウスでの腫瘍へのプローブ集積による、もつれγ線の角相関の変化、組織との相関などの解析に向けた検討を進めていく。
免疫コンピテントなC57BL/6マウスを用いたイメージングを目指す。マウス胃癌細胞株YTN16で高発現しているFGFR4をターゲットとしたプローブを作成し、イメージングを行うと同時に、これへのコントロールとしてFGFR4をノックダウンしたYTN16をすでに作成している。これらに対し、FGFR4をターゲットとしたプレターゲティングを行い、RIを腫瘍に集積させ、もつれγ線の角相関の変化の計測が可能か島添班と検証を進める。

研究成果

• [雑誌論文] pH dependence of perturbed angular correlation in DOTA chelated $$^{111}$$In measured with ring-shape gamma-ray detectors (2024)
  • 著者名/発表者名: Shimazoe Kenji、Donghwan Kim、Mineo Tomoko、Sato Takeshi、Ohta Seiichi、Tatsumi Toshifumi、Sugiyama Akira、Yamatsugu Kenzo、Nomura Sachiyo、Terabayashi Ryohei、Tomita Hideki、Sonoda Tetsu、Shigekawa Yudai、Yokokita Takuya、Uenomachi Mizuki
  • 雑誌名: Interactions 巻: 245 号: 1 ページ: 22-22
  • DOI: 10.1007/s10751-024-01864-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Antibody-mimetic drug conjugate with efficient internalization activity using anti-HER2 VHH and duocarmycin (2024)
  • 著者名/発表者名: Sakata Juri、Tatsumi Toshifumi、Sugiyama Akira, et al.
  • 雑誌名: Protein Expression and Purification 巻: 214 ページ: 106375-106375
  • DOI: 10.1016/j.pep.2023.106375
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Simultaneous multi-nuclide imaging via reconstruction-free double-photon emission coincidence imaging method with parallel hole collimator and slat collimator (2023)
  • 著者名/発表者名: Yan Linlin、Uenomachi Mizuki、Ueki Taisei、Kim Donghwan、Shimazoe Kenji、Takahashi Hiroyuki、Kamada Kei、Shigekawa Yudai、Nambu Akihiro、Yin Xiaojie、Wang Yang、Haba Hiromitsu
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 1053 ページ: 168305-168305
  • DOI: 10.1016/j.nima.2023.168305
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Production and chemical separation of 229Pa toward observation of γ rays of 229mTh (2023)
  • 著者名/発表者名: Shigekawa Yudai、Yin Xiaojie、Nambu Akihiro、Wang Yang、Haba Hiromitsu
  • 雑誌名: Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 巻: 333 号: 3 ページ: 1479-1486
  • DOI: 10.1007/s10967-023-09069-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Production yields of 165Er and 169Yb via 24-MeV deuteron induced reactions (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Shigekawa, A. Nambu, Y. Kumakura, H. Haba
  • 雑誌名: RIKEN Accel. Prog. Rep. 巻: 56 ページ: 176-176
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tumor Targeting of 211At-Labeled Antibody under Sodium Ascorbate Protection against Radiolysis (2023)
  • 著者名/発表者名: Takashima Hiroki、Ohnuki Kazunobu、Manabe Shino、Koga Yoshikatsu、Tsumura Ryo、Anzai Takahiro、Wang Yang、Yin Xiaojie、Sato Nozomi、Shigekawa Yudai、Nambu Akihiro、Usuda Sachiko、Haba Hiromitsu、Fujii Hirofumi、Yasunaga Masahiro
  • 雑誌名: Molecular Pharmaceutics 巻: 20 号: 2 ページ: 1156-1167
  • DOI: 10.1021/acs.molpharmaceut.2c00869
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Antibody and T-Cell Responses against SARS-CoV-2 after Booster Vaccination in Patients on Dialysis: A Prospective Observational Study (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Kawashima and A. Sugiyama (21人中14番目)
  • 雑誌名: Vaccines 巻: 11 号: 2 ページ: 260-260
  • DOI: 10.3390/vaccines11020260
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Probing Optimal Reaction Energy for Synthesis of Element 119 from ⁵¹V+²⁴⁸Cm Reaction with Quasielastic Barrier Distribution Measurement (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Tanaka and Y. Shigekawa (34人中29番目) et al.
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 号: 8 ページ: 084201-084201
  • DOI: 10.7566/jpsj.91.084201
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Prognostic value of tumor-infiltrating CD163+macrophage in patients with metastatic gastric cancer undergoing multidisciplinary treatment. (2022)
  • 著者名/発表者名: Jun Kinoshita, Sachio Fushida, Takahisa Yamaguchi et al.
  • 雑誌名: BMC Cancer 巻: 1 号: 3 ページ: 608-608
  • DOI: 10.1007/s10120-021-01275-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Loss of YTHDF1 in gastric tumors restores sensitivity to antitumor immunity by recruiting mature dendritic cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Bai Xiaowu、Wong Chi Chun、Pan Yasi、Chen Huarong、Liu Weixin、Zhai Jianning、Kang Wei、Shi Yu、Yamamoto Masami、Tsukamoto Tetsuya、Nomura Sachiyo、Chiu Philip、Yu Jun、Kwok-wai Ng Enders
  • 雑誌名: Journal for ImmunoTherapy of Cancer 巻: 10 号: 2 ページ: e003663-e003663
  • DOI: 10.1136/jitc-2021-003663
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mouse gastric epithelial cells resist CagA delivery by the Helicobacter pylori Type IV secretion system (2022)
  • 著者名/発表者名: Shrestha R, Murata-Kamiya N, Imai S, Yamamoto M, Tsukamoto T, Nomura S, Hatakeyama M
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Science 巻: 23 号: 5 ページ: 2492-2492
  • DOI: 10.3390/ijms23052492
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The serological diversity of serum IgG/IgA/IgM against SARS-CoV-2 nucleoprotein, spike, and receptor-binding domain and neutralizing antibodies in patients with COVID-19 in Japan (2022)
  • 著者名/発表者名: Kaneko Y, Sugiyama A, Tanaka T, Fukui K, Taguchi A, Tatsuno K, Nakayama A, Koga K, Kishi Y, Daming W, Qian C, Xia F, He F, Zheng L, Yu Y, Wada You, Wada Yos, Kodama T, Kawamura T
  • 雑誌名: Health Science reports 巻: 5(3) 号: 3
  • DOI: 10.1002/hsr2.572
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pathological complete remission of relapsed tumor by photo‐activating antibody-mimetic drug conjugate treatment (2022)
  • 著者名/発表者名: Kaneko Yudai、Yamatsugu Kenzo、Yamashita Takefumi、Takahashi Kazuki、Tanaka Toshiya、Aki Sho、Tatsumi Toshifumi、Kawamura Takeshi、Miura Mai、Ishii Masazumi、Ohkubo Kei、Osawa Tsuyoshi、Kodama Tatsuhiko、Ishikawa Shumpei、Tsukagoshi Masanobu、Chansler Michael、Sugiyama Akira、Kanai Motomu、Katoh Hiroto
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 113 号: 12 ページ: 4350-4362
  • DOI: 10.1111/cas.15565
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Humoral immunity after second dose of BNT162b2 vaccine in Japanese communities: an observational cross-sectional study, Fukushima Vaccination Community Survey (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Yurie and A.Sugiyama (23人中5番目)
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 18929-18929
  • DOI: 10.1038/s41598-022-21797-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nucleic acid-triggered tumoral immunity propagates pH‐selective therapeutic antibodies through tumor‐driven epitope spreading (2022)
  • 著者名/発表者名: Furuya G, Katoh H, Atsumi S, Hashimoto I, Komura D, Hatanaka R, Senga S, Hayashi S, Akita S, Matsumura H, Miura A, Mita H, Nakakido M, Nagatoishi S, Sugiyama A, Suzuki R, Konishi H, Yamamoto A, Abe H, Hiraoka N, Aoki K, Kato Y, Seto Y, Yoshimura C, Miyadera K, Tsumoto K, Ushiku T, Ishikawa S
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 114 号: 1 ページ: 321-338
  • DOI: 10.1111/cas.15596
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 169Tm(d,2n)169Yb反応による169Ybの製造 (2023)
  • 著者名/発表者名: 南部明弘, 重河優大, 殷小杰 臼田祥子, 羽場宏光
  • 学会等名: 第60回アイソトープ・放射線研究発表会
• [学会発表] Antibody Mimetic Drug Conjugate によるがん治療法開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 杉山 暁，巽 俊文，金井求，児玉龍彦，田中十志也，川村猛，徳山英利，坂田樹里，山次健三
  • 学会等名: 第２回日本抗体学会
• [学会発表] RADIOIMMUNOTHERAPY OF AT-211-LABELED ANTI-FIBROBLAST GROWTH FACTOR RECEPTOR 4 (FGFR4) ANTIBODY IS A PROMISING TREATMENT FOR PERITONEAL DISSEMINATION OF GASTRIC CANCER: IN IMMUNOCOMPETENT MICE STUDY (2023)
  • 著者名/発表者名: Komei Kuge, Hiroki Masuda, Wan-Ying Du, Tomohiko Yasuda, Akira Sugiyama, Hiromitsu Haba, Toshifumi Tatsumi, Nobuyoshi Akimitsu, Yoshitaka Kumakura, Hiroshi Yoshida, Yasuyuki Seto, Youichiro Wada, Sachiyo Nomura
  • 学会等名: DDW2023
  • 国際学会
• [学会発表] Progress toward observing γ-rays emitted from 229mTh by doping fluoride crystals with 229Pa (2023)
  • 著者名/発表者名: Yudai Shigekawa, Wang Yang, Yin Xiaojie, Akihiro Nambu, Hiromitsu Haba
  • 学会等名: 5th International Conference on Application of RadiotraCers and Energetic Beams in Sciences (ARCEBS 2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Pretargeted alpha radioimmunotherapy for gastric cancer using low-immunogenic mutated streptavidin and 211At labeled modified bis-iminobiotin (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Washiyama, A. Sugiyama, S. Zhao, T. Tatsumi, M. Aoki, K. Yamatsugu, K. Nishijima, N. Ukon, S. Shimoyama, T. Joho, N. Oriuchi, M. Kanai, K. Takahashi, T. Kodama
  • 学会等名: 12th Targeted Alpha Therapy International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 超低エネルギー励起核U-235mとTh-229mの核壊変特性に関する研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 重河優大
  • 学会等名: 電気学会2022年度第1回調査専門委員会
  • 招待講演
• [学会発表] Th-229mのγ線観測に向けたPa-229のフッ化物結晶への導入法及び光子測定装置の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 重河優大, Wang Yang, Yin Xiaojie, 南部明弘, 羽場宏光
  • 学会等名: 日本放射化学会第66回討論会(2022)
• [学会発表] Immune checkpoint inhibitor treatment for peritoneal dissemination of gastric cancer in mouse model (2022)
  • 著者名/発表者名: 4.Sachiyo Nomura, Wanyin Du, Koji Nagaoka, Hiroki Masuda, Yasuyuki Seto, Kazuhiro Kakimi
  • 学会等名: 第94回日本胃癌学会総会
• [学会発表] DIFFERENTIAL RESPONSE TO IMMUNE CHECKPOINT INHIBITOR IN SYNGENEIC GASTRIC CANCER MOUSE MODELS (2022)
  • 著者名/発表者名: 5.Dagyeong Lee, Junyong Choi, Hye Jeong Oh, In-Hye Ham, Sachiyo Nomura, Sang-Yong Son, Sang-Uk Han, Hoon Hur
  • 学会等名: IGCC22
  • 国際学会
• [学会発表] 胃癌腹膜播種モデルマウスを用いた211At標識抗FGFR4抗体による放射線免疫療法の検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 久下恒明，増田寛喜，杜婉瑩，保田智彦，杉山暁，羽場宏光，巽俊文，秋光信佳，熊倉嘉貴，吉田寛，瀬戸泰之，和田洋一郎，野村幸世
  • 学会等名: 日本放射化学会第66回討論会(2022)
• [学会発表] 胃癌腹膜播種モデルマウスを用いた腹膜播種に対する211At標識抗FGFR4抗体による放射線免疫療法の検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 久下 恒明、杜 婉瑩、保田 智彦、杉山 暁、羽場 宏光、巽 俊文、秋光 信佳、熊倉 嘉貴、吉田 寛、瀬戸 泰之、和田 洋一郎、野村 幸世
  • 学会等名: 第81回日本癌学会総会
• [学会発表] 免疫能を有するマウスモデルにおける胃癌腹膜播種の免疫チェックポイント阻害剤治療 (2022)
  • 著者名/発表者名: 杜 婉瑩、増田 寛喜、長岡 孝治、保田 智彦、久下 恒明、瀬戸 泰之、垣見 和宏、野村 幸世
  • 学会等名: 第81回日本癌学会総会
• [学会発表] 胃癌腹膜播種形成における血小板の役割 (2022)
  • 著者名/発表者名: 仲山 孝、古屋 信二、高橋 和徳、山本 淳史、滝口 光一、芦沢 直樹、庄田 勝俊、中山 裕子、山本 昌美、野村 幸世、塚本 徹哉
  • 学会等名: 第81回日本癌学会総会
• [学会発表] 胃癌腹膜播種モデルマウスを用いた腹膜播種に対する211At標識抗FGFR4抗体による放射線免疫療法 (2022)
  • 著者名/発表者名: 久下恒明、杜 婉瑩、増田寛喜、保田智彦、杉山暁、巽俊文、羽場宏光、瀬戸泰之、吉田寛、秋光信佳、熊倉嘉貴、和田洋一郎、野村幸世
  • 学会等名: 第33回日本消化器癌発生学会総会
• [学会発表] 免疫能を有するマウスモデルにおける胃癌腹膜播種の免疫チェックポイント阻害剤治療 (2022)
  • 著者名/発表者名: Wan-Ying Du、増田寛喜、長岡孝治、保田智彦、久下恒明、瀬戸泰之、垣見和宏、野村幸世
  • 学会等名: 第33回日本消化器癌発生学会総会
• [学会発表] Synthesis and Astatine Labeling of a bis-iminobiotin derivative with enhanced plasma stability (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Washiyama, A. Sugiyama, S. Zhao, T. Tatsumi, M. Aoki, K. Yamatsugu, K. Nishijima, N. Ukon, S. Shimoyama, T. Joho, N. Oriuchi, M. Kanai, K. Takahashi, T. Kodama
  • 学会等名: International Symposium On Radiopharmaceutical Sciences
  • 国際学会
• [学会発表] 低免疫原性ストレプトアビジン変異体と改変ビオチンを用いるプレターゲティングシステムの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Tatsumi, K. Washiyama, A. Sugiyama, S. Zhao, M. Aoki, K. Yamatsugu, K. Nishijima, N. Ukon, S. Shimoyama, T. Joho, N. Oriuchi, M. Kanai, K. Takahashi, T. Kodama
  • 学会等名: 日本放射化学会第66回討論会(2022)