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2016 年度 実績報告書

一細胞空間分解能を有するがん光線力学療法プローブの開発と臨床検体での機能検証

研究課題

研究課題/領域番号 16H02606
研究機関東京大学

研究代表者

浦野 泰照  東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 教授 (20292956)

研究分担者 神谷 真子  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 講師 (90596462)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードがん / 光線力学療法 / activatable増感プローブ / ケミカルバイオロジー / 単一細胞
研究実績の概要

本研究課題は、がん細胞でのみ光増感能が回復し、一細胞レベルの空間分解能での光線力学療法を実現するactivatable型光増感剤の開発とその機能検証を大きな目的とするものである。初年度は、申請者が確立してきた分子内spiro環化に基づく分子設計法に基づく光増感能の制御と、quinone methide中間体生成による生成した光増感物質の細胞内retention機能を併せ持つ分子の設計・合成を行った。具体的には、多くの卵巣がん細胞でその活性が亢進しているβ-ガラクトシダーゼをターゲット酵素とする一細胞分解能activatable型光増感プローブを、分子内spiro環化を動作原理とするSeロドール骨格activatable光増感剤にquinone methide生成部位を導入することで開発した。プローブの分子内spiro環化効率、求電子性官能基の生成速度、酵素反応生成物の一重項酸素生成効率、細胞内retention効率を精査し、最適化された光増感プローブの開発に成功した。開発したプローブをまずlacZ発現培養細胞での機能検証を行い、quinone methide生成部位を持たない従来のプローブでは達成不可能な、lacZ(+)/(-)細胞が共存する環境でlacZ(+)細胞のみを選択的に光殺傷可能であることを明らかとした。
上記研究と並行して、がん高選択的治療を実現する新たな戦略としてグルコーストランスポーター(GLUT)をターゲットとするプローブの開発も開始し、TokyoGreen骨格にグルコース部位を導入し、かつ細胞内に取り込まれると細胞内グリコシダーゼ活性によって蛍光を発するプローブを開発した。本プローブは、MIN6細胞においてGLUT依存的イメージングが可能であったが、GLUT非関与の蛍光も観察されてしまうことが明らかとなった。

現在までの達成度 (区分)
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

本年度に開発した分子内スピロ環化とquinone methide化学を原理とする、β-ガラクトシダーゼをターゲット酵素とする一細胞分解能activatable型光増感プローブは、分子デザイン通りの優れた機能を発揮することが明らかとなり、光増感プローブ開発に関しては極めて順調に研究が進展している。グルコーストランスポーター(GLUT)をターゲットとするプローブの開発に関しては、数種類のプローブの合成は達成したが、初期の分子デザインでは、選択性と反応の速さの観点において充分な機能を発揮するものの開発は難しいことが明らかとなったため、別の戦略に基づくプローブの開発を開始することとした。初年度に充分な検討を行った結果、戦略の転換を決定できたことは大きな意義があったと考えられる。以上の考察から、研究はおおむね順調に進展していると結論づけられた。

今後の研究の推進方策

本年度の研究で、それ自身は分子内spiro環化によって光増感能を持たないが、これがβ-ガラクトシダーゼとの反応によって光増感能が回復し、かつ酵素反応によって求電子性中間体を生成する部位が分子内に導入されているため、細胞内タンパク質と共有結合して細胞内にretentionされる機能を持つ分子の開発に成功した。この増感プローブ分子の基本的な性能をlacZ発現細胞で確認するところまで完了しているが、酵素発現量が少ないがん細胞での機能検証は未達であり、今後はがん細胞の光線力学療法応用を指向した研究を中心に行っていく。具体的には、卵巣がん細胞培養細胞系へと適用し、がん細胞が一細胞レベルの空間分解能で選択的に殺傷されること、さらにCAMモデルなどで正常部位へのダメージが最小限に抑えられていることをlive-dead染色等により検証し、高選択的な光線力学療法が達成可能かどうかを精査する。その結果によっては、主に求電子性官能基の生成速度と酵素反応性の異なる新規プローブ、あるいはβ-ガラクトシダーゼ以外のバイオマーカー酵素をターゲットとする新規プローブを開発し、再度生細胞系での機能検証を行い、本研究課題で求められる機能を有するプローブの開発を目指す。
グルコーストランスポーター(GLUT)をターゲットとするプローブの開発に関しては、本年度の研究結果を鑑み、グルコースにはごく小さな反応性官能基を持たせてGLUT選択性を確保し、これを鋭敏に検出可能な蛍光プローブを後に細胞に負荷する戦略でのイメージング手法の確立に挑戦する。反応性官能基を有する糖プローブの合成と細胞での機能評価、反応性置換基の存在を検知する蛍光プローブの合成、in vitro評価の順に研究を遂行し、本activatable蛍光検出戦略の妥当性を詳細に検証する。

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 2件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (28件) (うち国際学会 12件、 招待講演 28件)

  • [雑誌論文] Rational design of reversible fluorescent probes for live-cell imaging and quantification of fast glutathione dynamics.2017

    • 著者名/発表者名
      Umezawa K, Yoshida M, Kamiya M, Yamasoba T, Urano Y
    • 雑誌名

      Nature Chemistry

      巻: 9 ページ: 279-286

    • DOI

      10.1038/nchem.2648

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Detection of LacZ-Positive Cells in Living Tissue with Single-Cell Resolution.2016

    • 著者名/発表者名
      Doura T, Kamiya M, Obata F, Yamaguchi Y, Hiyama TY, Matsuda T, Fukamizu A, Noda M, Miura M, Urano Y
    • 雑誌名

      Angew Chem Int Ed

      巻: 55 ページ: 9620-9624

    • DOI

      10.1002/anie.201603328

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fluorescent imaging of superficial head and neck squamous cell carcinoma using a γ-glutamyltranspeptidase-activated targeting agent: a pilot study.2016

    • 著者名/発表者名
      Mizushima T, Ohnishi S, Shimizu Y, Hatanaka Y, Hatanaka KC, Hosono H, Kubota Y, Natsuizaka M, Kamiya M, Ono S, Homma A, Kato M, Sakamoto N, Urano Y
    • 雑誌名

      BMC Cancer

      巻: 16 ページ: 411

    • DOI

      10.1186/s12885-016-2421-z

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rapid diagnosis of lymph node metastasis in breast cancer using a new fluorescent method with γ-glutamyl hydroxymethyl rhodamine green.2016

    • 著者名/発表者名
      Shinden Y, Ueo H, Tobo T, Gamachi A, Utou M, Komatsu H, Nambara S, Saito T, Ueda M, Hirata H, Sakimura S, Takano Y, Uchi R, Kurashige J, Akiyoshi S, Iguchi T, Eguchi H, Sugimachi K, Kubota Y, Kai Y, Shibuta K, Kijima Y, Yoshinaka H, Natsugoe S, Mori M, Maehara Y, Sakabe M, Kamiya M, Ueo H, Urano Y, Mimori K, et al.
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 6 ページ: 27525

    • DOI

      10.1038/srep27525

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rapid and sensitive detection of early esophageal squamous cell carcinoma with fluorescence probe targeting dipeptidylpeptidase IV.2016

    • 著者名/発表者名
      Onoyama H, Kamiya M, Kuriki Y, Komatsu T, Abe H, Tsuji Y, Yagi K, Yamagata Y, Aikou S, Nishida M, Mori K, Yamashita H, Fujishiro M, Nomura S, Shimizu N, Fukayama M, Koike K, Urano Y, Seto Y
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 6 ページ: 26399

    • DOI

      :10.1038/srep26399

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 蛍光プローブライブラリーの活用による術中微小がん迅速蛍光イメージングの実現2017

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      日本薬学会第137年会 シンポジウムS22「臨床化学の進歩が変える薬物治療」
    • 発表場所
      宮城(仙台国際センター)
    • 年月日
      2017-03-26 – 2017-03-26
    • 招待講演
  • [学会発表] 蛍光ライブイメージングに基づく化学の新たな医療応用2017

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第27回科学技術フォーラム「基礎生物学の極み」
    • 発表場所
      東京(東京大学伊藤国際謝恩ホール)
    • 年月日
      2017-02-17 – 2017-02-17
    • 招待講演
  • [学会発表] In Vivo Rapid Cancer Imaging Using Small Molecule-based Fluorogenic Probes2017

    • 著者名/発表者名
      Yasuteru Urano
    • 学会等名
      The International Society for Fluorescence Guided Surgery
    • 発表場所
      USA (Boca Raton Resort, FL)
    • 年月日
      2017-02-15 – 2017-02-15
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Novel spirocyclization-based fluorogenic probes: From rapid intraoperative imaging of tiny tumors to super-resolution imaging2017

    • 著者名/発表者名
      Yasuteru Urano
    • 学会等名
      SPIE BiOS2017
    • 発表場所
      USA (San Francisco)
    • 年月日
      2017-01-31 – 2017-01-31
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 有機小分子蛍光プローブの臨床応用の可能性2017

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      蛍光イメージガイド下手術ワークショップ
    • 発表場所
      東京(がん研有明病院 吉田講堂)
    • 年月日
      2017-01-28 – 2017-01-28
    • 招待講演
  • [学会発表] 術中迅速がんイメージングを目指したactivatable蛍光・光音響プローブの開発2017

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第37回年次大会
    • 発表場所
      徳島(徳島大学)
    • 年月日
      2017-01-08 – 2017-01-08
    • 招待講演
  • [学会発表] Novel spirocyclization-based fluorogenic probes: From rapid intraoperative imaging of tiny tumors to super-resolution imaging2016

    • 著者名/発表者名
      Yasuteru Urano
    • 学会等名
      The 1st PSL* Chemical Biology Symposium
    • 発表場所
      France (Institut Curie, Paris)
    • 年月日
      2016-12-08 – 2016-12-08
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] オリジナルケミカルプローブの開発による最新蛍光ライブイメージング2016

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第39回日本分子生物学会年会ランチョンセミナー
    • 発表場所
      神奈川(パシフィコ横浜)
    • 年月日
      2016-11-30 – 2016-11-30
    • 招待講演
  • [学会発表] A Library-based Approach to Realize Intraoperative Rapid Imaging of Tiny Tumors by Novel Fluogenic Probes for Aminopeptidases2016

    • 著者名/発表者名
      Yasuteru Urano
    • 学会等名
      ICBS2016
    • 発表場所
      Tokyo (Ito Hall at The University of Tokyo)
    • 年月日
      2016-11-29 – 2016-11-29
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Novel fluorogenic small molecule probes for live imaging-based diagnosis2016

    • 著者名/発表者名
      Yasuteru Urano
    • 学会等名
      2016 Northeastern Asian Conference on Molecular Imaging-based Precision Medicine
    • 発表場所
      China (Hangzhou)
    • 年月日
      2016-11-12 – 2016-11-12
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Library-based approach to realize intraoperative rapid fluorescent imaging of tiny tumors2016

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      The 56th Annual Scientific Meeting of the Japanese Society of Nuclear Medicine
    • 発表場所
      愛知(名古屋国際会議場)
    • 年月日
      2016-11-04 – 2016-11-04
    • 招待講演
  • [学会発表] 術中迅速がん検出・生細胞超解像イメージングを実現する新規蛍光プローブの開発2016

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      理研シンポジウム:第4回「光量子工学研究」
    • 発表場所
      埼玉(理化学研究所 鈴木梅太郎記念ホール)
    • 年月日
      2016-10-28 – 2016-10-28
    • 招待講演
  • [学会発表] 新規化学蛍光プローブによるがん細胞・Redox環境ライブイメージング2016

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第75回日本癌学会学術集会ランチョンセミナー
    • 発表場所
      神奈川(パシフィコ横浜)
    • 年月日
      2016-10-08 – 2016-10-08
    • 招待講演
  • [学会発表] A Library-based Approach to Realize Intraoperative Rapid Imaging of Tiny Tumors by Novel Fluorogenic Probes for Aminopeptidases2016

    • 著者名/発表者名
      Yasuteru Urano
    • 学会等名
      XVth Kalorinska Institutet Cancer Retreat
    • 発表場所
      Sweden (Djuronaset)
    • 年月日
      2016-09-26 – 2016-09-26
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Rational design of reversible fluorescent probes for real-time live-cell imaging and quantification of fast glutathione dynamics2016

    • 著者名/発表者名
      Yasuteru Urano
    • 学会等名
      WMIC 2016
    • 発表場所
      USA (Jacob K. Javits Convention Center, NY)
    • 年月日
      2016-09-08 – 2016-09-08
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 化学の力で見えないがんを見つける2016

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第25回日本バイオイメージング学会 公開講座
    • 発表場所
      愛知(名古屋市立大学薬学部 宮田専治記念ホール)
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-04
    • 招待講演
  • [学会発表] 蛍光プローブライブラリーを活用した新たな臨床イメージング技術の創製2016

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第57回日本組織細胞化学会総会・学術集会
    • 発表場所
      東京(杏林大学井の頭キャンパス)
    • 年月日
      2016-09-03 – 2016-09-03
    • 招待講演
  • [学会発表] 蛍光プローブライブラリーを活用した新たな臨床イメージング技術の創製2016

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第17回日本分子脳神経外科学会
    • 発表場所
      東京(帝京大学板橋キャンパス本部棟臨床大講堂)
    • 年月日
      2016-08-26 – 2016-08-26
    • 招待講演
  • [学会発表] 蛍光プローブライブラリーを活用した新たな臨床イメージング技術の創製2016

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第38回日本光医学・光生物学会
    • 発表場所
      京都(京都リサーチパーク サイエンスホール)
    • 年月日
      2016-07-22 – 2016-07-22
    • 招待講演
  • [学会発表] Novel fluorogenic probes for in vivo imaging of tiny tumors and super-resolution imaging in living cells2016

    • 著者名/発表者名
      Yasuteru Urano
    • 学会等名
      RICT2016
    • 発表場所
      France (Caen Congress Centre, Normandy)
    • 年月日
      2016-07-08 – 2016-07-08
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 蛍光プローブライブラリーを活用した新たな臨床イメージング技術の創製2016

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      第76回分析化学討論会
    • 発表場所
      岐阜(岐阜大学医学部)
    • 年月日
      2016-05-29 – 2016-05-29
    • 招待講演
  • [学会発表] A library-based approach to realize intraoperative rapid imaging of tiny tumors by novel fluorogenic probes for aminopeptidases2016

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      日本分子イメージング学会第11回学会総会・学術集会
    • 発表場所
      兵庫(神戸国際会議場)
    • 年月日
      2016-05-28 – 2016-05-28
    • 招待講演
  • [学会発表] 有機小分子蛍光プローブの精密開発による術中病変部位迅速可視化の実現2016

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      上部消化管外科懇話会
    • 発表場所
      東京(東京大学病院入院棟大会議室)
    • 年月日
      2016-05-21 – 2016-05-21
    • 招待講演
  • [学会発表] Spontaneously blinking fluorophore based on intramolecular spirocyclization for live-cell super-resolution imaging2016

    • 著者名/発表者名
      Yasuteru Urano
    • 学会等名
      KSBMB International Conference 2016
    • 発表場所
      Korea (COEX Seoul)
    • 年月日
      2016-05-18 – 2016-05-18
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Intraoperative imaging of tiny tumors by novel fluorogenic probes2016

    • 著者名/発表者名
      Yasuteru Urano
    • 学会等名
      Twenty-Fifth French-Japanese Symposium on Medicinal and Fine Chemistry (FJS 2016)
    • 発表場所
      Tokyo (Keio Plaza Hotel Tama)
    • 年月日
      2016-05-17 – 2016-05-17
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 術中迅速がん検出・生細胞超解像イメージングを実現する新規蛍光プローブの開発2016

    • 著者名/発表者名
      浦野 泰照
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第33回研究会
    • 発表場所
      東京(東京大学駒場Ⅱキャンパス)
    • 年月日
      2016-04-25 – 2016-04-25
    • 招待講演
  • [学会発表] Intraoperative, rapid and sensitive imaging of tiny tumors by novel fluorogenic probes for aminopeptidase2016

    • 著者名/発表者名
      Yasuteru Urano
    • 学会等名
      The 7th Asian-Pacific Topic Conference
    • 発表場所
      Tokyo (Keio Plaza Hotel Tokyo)
    • 年月日
      2016-04-20 – 2016-04-20
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spontaneously blinking fluorophore based on intramolecular spirocyclization for live-cell super-resolution imaging2016

    • 著者名/発表者名
      Yasuteru Urano
    • 学会等名
      26th IUPAC International Symposium on Photochemistry
    • 発表場所
      Osaka (Osaka City Central Public Hall)
    • 年月日
      2016-04-08 – 2016-04-08
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-01-16  

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