腫瘍内微小環境特性の解析成果を応用した局所腫瘍制御と遠隔転移抑制の同時達成の試み

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H04295
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 増永 慎一郎 京都大学, 原子炉実験所, 教授 (80238914)
• 研究分担者: 永澤 秀子 岐阜薬科大学, 薬学部, 教授 (90207994) ; 田野 恵三 京都大学, 原子炉実験所, 准教授 (00183468) ; 真田 悠生 京都大学, 原子炉実験所, 助教 (50738656)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 休止期腫瘍細胞 / ゲノム編集技術 / HIF-1α / メトフォルミン / 腫瘍内微小環境 / 低グルコース環境 / ティラパザミン / ピモニダゾール

研究実績の概要

HIF-1αをknock-outしたマウス扁平上皮癌SCCVII腫瘍細胞を確立させ、培養状態及びマウス下肢に固形腫瘍を作成後にメトフォルミンに対する感受性に関して解析したところ、HIF-1αの欠損が、グルコース枯渇下培養状態下でのメトフォルミンに対する感受性を増強させ、常酸素下と比べると低酸素下培養においてメトフォルミンに対する感受性を顕著に増強させることが明らかとなった。さらに、HIF-1αの欠損が、メトフォルミンを併用した際の固形腫瘍への放射線照射による殺腫瘍細胞効果を顕著に増強することも明らかとなった。以上より、腫瘍細胞のHIF-1αの欠損が、グルコース枯渇下や低酸素下におけるメトフォルミンの抗腫瘍効果の増強に繋がることが明らかとなり、抗腫瘍効果を損ねると考えられている腫瘍内微小環境の影響を克服するための新たなヒントを垣間見ることができた。

なお、ガンマ線照射後の放射線誘発損傷からの回復能がかなり大きい事がすでに明らかとなっているピモニダゾールで標識されないおそらく酸素化されていると思われる休止期腫瘍細胞での、このガンマ線照射後の放射線誘発損傷からの回復現象が、照射直後のメトフォルミン投与によって、かなり抑えられることも明らかとなっている。ただし、ガンマ線照射直後の低酸素毒のティラパザミン投与時の様な感受性自体の増強効果や放射線誘発損傷からの回復現象の非常に効率的な抑制効果はなく、ガンマ線照射直後のティラパザミン投与時程の有用性は認められなかった。

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

独自に開発したQ腫瘍細胞の亜分画の酸素化Q腫瘍細胞の感受性を選択的に検出する手法と、肺への遠隔転移の検出法は順調に確立され、「ゲノム編集」技術を用いたマウスへの腫瘍形成能を維持させた遺伝子改変腫瘍細胞を確立する手法も確立された。

しかし、この研究課題おいては、中性子捕捉療法のさらなる展開も大きな目的の一つとしているが、2011年3月の東日本大震災時の福島第1原発事故対応後に見直された新規制基準への研究用原子炉の対応状況を審査する手続きに長期間を要し、平成28年度には原子炉が運転されず、平成29年8月末よりの原子炉運転再開後も運転時のトラブルがときどき生じたため、動物実験可能な運転期間もかなり短縮された。このため、原子炉中性子線ビームを用いた担腫瘍実験動物への照射実験の施行が不可能な状況が長期間続くこととなり、本研究課題の遂行が遅れる大きな原因の一つとなった。

今後の研究の推進方策

確立されたHIF-1αをknock-outしたマウス扁平上皮癌SCCVII腫瘍細胞を用いて、その培養状況下とマウス下肢に作成された固形腫瘍状況下にて、平成29年度に１度だけ原子炉中性子線照射を行った。すでにデータの存在するHIF-1αをknock-outしていないマウス扁平上皮癌SCCVII腫瘍細胞を用いた培養状況下とマウス下肢に作成された固形腫瘍状況下への照射効果と比較したところ、培養状態下への照射後では、感受性の差は認めず、マウス下肢に固形腫瘍を作成させた状況下への照射後では、特に、ホウ素-10化合物非投与時とBPA投与時に、HIF-1αをknock-outした腫瘍細胞を用いた時の方の感受性がより高まる傾向が認められた。

「現存までの達成度」に記載したように、原子炉中性子線ビームを用いた担腫瘍実験動物への照射実験の施行が不可能な状況が長期間続いたために、ガンマ線照射などの一般的な放射線照射、抗癌剤投与などの腫瘍細胞のDNAを損傷する処置時における休止期腫瘍細胞の感受性増強と遠隔転移抑制能の向上を主な目的に変更することもあり得る。

なお、殺幹細胞特性が報告されているビグアナイド系抗糖尿病薬のメトフォルミンは経口抗糖尿病薬として現在頻繁に臨床使用されており、この薬剤の併用時における固形腫瘍内休止期腫瘍細胞の感受性向上や遠隔転移能の抑制効果と改変遺伝子との関係が解析され、その有用性が明らかになれば、臨床現場での適応の可能性もかなり大きいと考えている。

備考

開発した数理モデルを応用すれば、新しいホウ素薬剤の治療効果の予測や、患者個人の症状に合わせたより最適な放射線治療計画の提案が可能となります。また、α線源内用療法など、他の放射線治療法への応用も期待されています。

研究成果

• [雑誌論文] Microdosimetric Modeling of Biological Effectiveness for Boron Neutron Capture Therapy Considering Intra- and Intercellular Heterogeneity in 10B Distribution. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Masunaga S, Kumada H, Hamada N.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 ページ: -
  • DOI: doi:10.1038/s41598-017-18871-0.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Disruption of Hif-1α enhances cytotoxic effects of metformin in murine squamous cell carcinoma. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sanada Y, Sasanuma H, Takeda S, Tano K, Masunaga S.
  • 雑誌名: Int J Radiat Biol 巻: 94 ページ: 88-96
  • DOI: DOI:10.1080/09553002.2018.1409443.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of Tirapazamine, Metformin or Mild Hyperthermia on Recovery from Radiation-Induced Damage in Pimonidazole-Unlabeled Quiescent Tumor Cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Masunaga S, Tano K, Sanada Y, Sakurai Y, Tanaka H, Suzuki M, Kondo N, Watanabe T, Takata T, Maruhashi A, Ono K.
  • 雑誌名: World J Oncol 巻: 8 ページ: 137-146
  • DOI: doi: https://doi.org/10.14740/wjon1058w.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Selective cytotoxicity of the anti-diabetic drug, metformin, in glucose-deprived chicken DT40 cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kadoda K, Moriwaki T, Tsuda M, Sasanuma H, Ishiai M, Takata M, Ide H, Masunaga S, Takeda S, Tano K.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 12 ページ: -
  • DOI: doi: 10.1371/journal.pone.0185141.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NOTE:Development of real-time epithermal neutron detector for boron neutron capture therapy. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka H, Sakurai Y, Takata T, Watanabe T, Kawabata S, Suzuki M, Masunaga S, Taki K, Akabori K, Watanabe K, Ono K.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 88 ページ: -
  • DOI: doi: 10.1063/1.4982036.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Boron neutron capture therapy (BNCT) using reactor epithermal neutron beams could effectively control in-transit and lymph node metastases originating from a cutaneous malignant melanoma. (2017)
  • 著者名/発表者名: Omori M, Fujiwara S, Shimizu H, Ikeda T, Bito T, Suzuki M, Masunaga S, Ono K, Nishigori C.
  • 雑誌名: Journal of Dermatology 巻: 10 ページ: -
  • DOI: doi: 10.1111/1346-8138.14134.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Selective Boron Delivery by Intra-arterial Injection of BSH-WOW Emulsion in Hepatic Cancer Model for Neutron Capture Therapy. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yanagie H, Dewi N, Higashi S, Ikushima I, Seguchi K, Mizumachi R, Murata Y, Morishita Y, Shinohara A, Mikado S, Yasuda N, Fujihara M, Sakurai Y, Mouri K, Yanagawa M, Iizuka T, Suzuki M, Sakurai Y, Masunaga S, Ono K, et al.
  • 雑誌名: Br J Radiol 巻: 90 ページ: -
  • DOI: doi: 10.1259/bjr.20170004.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Application of stochastic microdosimetric kinetic model to boron neutron capture therapy. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Masunaga S, Kumada H and Hamada N.
  • 学会等名: 17th International Symposium on Microdosimetry (Micros 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Present status and future plan for physical engineering and medical physics for BNCT in KURRI. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Sakurai, Hiroki Tanaka, Takushi Takata, Minoru Suzuki, Shinichiro Masunaga, Yuko Kinashi, Natsuko Kondo, Tsubasa Watanabe, Yuki Tamari, Yu Sanada, Koji Ono, Akira Maruhashi.
  • 学会等名: 9th Young Researchers' BNCT Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Design and synthesis of new membrane permeable boron carriers for BNCT based on the pepducin technology. (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoi Isono, Shinichiro Masunaga, Tasuku Hirayama, Mieko Tsuji, Hideko Nagasawa.
  • 学会等名: 9th Young Researchers' BNCT Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Radiosensitivity of Pimonidazole -Unlabeled Intratumor Quiescent Cells to Gamma-Rays, Accelerated Carbon Ion Beams and Boron Neutron Capture Reaction (BNCR). (2017)
  • 著者名/発表者名: Shin-ichiro Masunaga, Yoshinori Sakurai, Hiroki Tanaka, Roichi Hirayama, Yoshitaka Matsumoto, Akiko Uzawa, Keizo Tano, Yu Sanada, Minoru Suzuki, Natsuko Kondo, Takushi Takata, Tsubasa Watanabe, Yuki Tamari, Akira Maruhashi, Koji Ono.
  • 学会等名: 9th Young Researchers' BNCT Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Development of real-time neutron detector and prompt gamma-ray imaging monitor for BNCT. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Tanaka, Yoshinori Sakurai, Takushi Takata, Tsubasa Watanabe, Minoru Suzuki, Shinichiro Masunaga, Kiyotaka Akabori, Akira Maruhashi, Koji Ono.
  • 学会等名: 9th Young Researchers' BNCT Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Suppression of Melanoma Metastasis by Kojic Acid Modified Carborane. (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Dowaki, Koki Matsuura, Riku Kawasaki, Yoshihide Hattori, Yoshinori Sakurai, Hiroki Tanaka, Shin-ichiro Masunaga, Mitsunori kirihata, Takeshi Nagasaki.
  • 学会等名: 9th Young Researchers' BNCT Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of Boron Neutron Capture Therapy for Leiomyosarcoma. (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Fujimoto, N. Kamitani, T. Sudo, T. Sakuma, T. Aihara, M. Uno, N. Kanomata, Y. Sakurai, H. Tanaka, S. Masunaga, Y. Kinashi, N. Kondo, I. Fujita, T. Andoh, M. Morishita, S. Yahiro, T. Kawamoto, T. Akisue, H. Ichikawa, J. Hiratsuka, A. Maruhashi, K. Ono, R. Kuroda, M. Suzuki, T. Hirose.
  • 学会等名: 9th Young Researchers' BNCT Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 酸素化休止期腫瘍細胞における放射線照射後回復に対するチラパザミン投与や低温度温熱処置の効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 増永慎一郎、櫻井良憲、田中浩基、鈴木 実、田野恵三、近藤夏子、真田悠生、渡邉 翼、丸橋 晃、小野公二
  • 学会等名: 第76回日本医学放射線学会総会
• [学会発表] 放射線による不可逆的老化様細胞増殖停止への遅発性活性酸素種の関与 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小橋川新子、菓子野元郎、真田悠生、田野恵三、増永慎一郎
  • 学会等名: 第55回日本放射線腫瘍学会生物部会学術大会（名古屋）
• [学会発表] 陽子線・炭素イオン線の生物効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松本孔貴、古澤佳也、平山亮一、鵜澤玲子、増永慎一郎、安藤興一、榮武二、坪井康次、櫻井英幸
  • 学会等名: 第46回放射線による制癌シンポジウム(名古屋)
  • 招待講演
• [学会発表] Pepducinを基盤とするホウ素捕捉療法のための膜透過性ホウ素キャリアの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 磯野蒼、増永慎一郎、平山祐、辻美恵子、永澤秀子
  • 学会等名: 第35回メディシナルケミストリーシンポジウム(名古屋大)
• [学会発表] ピモニダゾール非標識休止期腫瘍細胞分画での照射後回復に対するメトフィルミンの効果-ティラパザミンや低温度温熱処置との比較- (2017)
  • 著者名/発表者名: 増永慎一郎、田野恵三、真田悠生、鈴木実、小野公二
  • 学会等名: 日本ハイパーサーミア学会第34回学術大会(京都)
• [学会発表] 難治性再発口腔癌に対して温熱療法＋高気圧酸素療法併用化学療法、放射線再照射が奏功した症例 (2017)
  • 著者名/発表者名: 加藤逸郎、今田肇、大前政利、堀篤史、中澤光博、今井智章、増永慎一郎
  • 学会等名: 日本ハイパーサーミア学会第34回学術大会(京都)
• [学会発表] メラノーマ BNCT 用ホウ素薬剤として開発したコウジ酸修飾カルボランのメラノーマ転移抑制効果に関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 堂脇 聖史、河崎 陸、長崎 健、服部 能英、切畑光統、櫻井 良憲、増永慎一郎
  • 学会等名: 第14回日本中性子捕捉療法学会学術大会（郡山、福島県）
• [学会発表] ホウ素中性子捕捉反応後の CSF2（GM－CSF）レベルの変動の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 益谷 美都子、今道 祥二、小野寺 貴恵、伊藤 祐、佐藤 聡、中村 哲志、伊丹 純、中村 浩之、小野 公二、増永慎一郎
  • 学会等名: 第14回日本中性子捕捉療法学会学術大会（郡山、福島県）
• [学会発表] ホウ素中性子捕捉療法における CBE Factor 値の中性子捕捉化合物の種類と投与時における濃度への依存性についての考察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 増永 慎一郎、櫻井 良憲、田中 浩基、田野 恵三、真田 悠生、鈴木 実、近藤夏子、渡邉 翼、高田卓志、小野公二
  • 学会等名: 第14回日本中性子捕捉療法学会学術大会（郡山、福島県）
• [学会発表] 細胞内・細胞間の薬剤不均一性を考慮した BNCT 治療効果推定モデルの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 達彦、増永慎一郎、熊田 博明、浜田 信行
  • 学会等名: 第14回日本中性子捕捉療法学会学術大会（郡山、福島県）
• [学会発表] 低栄養条件の腫瘍細胞による放射線抵抗性獲得のメカニズム (2017)
  • 著者名/発表者名: 真田悠生，田野恵三，増永慎一郎
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第60回大会（千葉）
• [学会発表] 放射線による細胞老化は遅発性活性酸素種が関与する (2017)
  • 著者名/発表者名: 小橋川新子，菓子野元郎，真田悠生，田野恵三，増永慎一郎
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第60回大会（千葉）
• [学会発表] Boron neutron capture therapy combined with X-ray radiotherapy. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka H, Kawabata S, Sakurai Y, Ageishi T, Watanabe T, Suzuki M, Masunaga S, Akita K, Miyatake S, Ono K.
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第30回学術大会（大阪）
  • 招待講演
• [学会発表] 酸素化休止期腫瘍細胞の照射後回復に対するメトホルミンの効果-チラパザミン,温熱との比較- (2017)
  • 著者名/発表者名: 増永慎一郎、田野恵三、真田悠生、櫻井良憲、田中浩基、鈴木 実、近藤夏子、渡邉 翼、高田卓志、丸橋晃、小野公二
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第30回学術大会（大阪）
• [図書] がん・放射線療法2017 改訂第7版 、3-8 分割照射の基礎 (2017)
  • 著者名/発表者名: 増永慎一郎
  • 総ページ数: 1336
  • 出版者: 学研メディカル秀潤社
  • ISBN: ISBN_13: 978-4-7809-0943-2
• [備考] ホウ素中性子捕捉療法（BNCT）によるがん細胞殺傷効果の理論的な予測に成功
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2017/180202_4.html