研究課題
腎がん治療における分子標的薬は血管新生阻害薬を主として、mTOR阻害薬、免疫チェックポイント阻害薬(免疫治療)に大別されるが、現状の問題は1)副作用に伴う患者QOLの低下、2)医療財源を切迫する高額な治療費である。本研究は、次世代イメージング「ライトシート顕微鏡・膨張顕微鏡法」が立体視する腫瘍内不均一性に基づく、腎がん分子標的治療(特に免疫治療：抗PD-1/PD-L1療法)の感受性予測モデルを、世界で初めて提唱する。多様な細胞が同時に混在する腫瘍組織において、高解像度な3次元画像をハイスループットで撮影できるライトシート顕微鏡は、不可欠な第一の研究基盤である。第二の研究基盤である膨張顕微鏡法は、通常の光学顕微鏡で、超解像顕微鏡並みの20nmレベルの物体識別を可能にし、細胞内小器官における立体構造やタンパク質の移動がナノスケールで可視化される。2018年度は本研究の実装基盤として、当教室の腎癌組織データベースに由来する腎癌組織マイクロアレイの作成、腫瘍塊への免疫染色または/およびin situ hybridizationと組織透明化プロトコールの確立を試みた。世界的な我々の腎癌組織データベースは淡明細胞癌の原発・転移巣に加えて、非淡明細胞癌や特殊な腎癌組織が含まれる。更に血管新生阻害後に摘出を行った腎癌組織も多数保有含まれ、血管新生阻害後の再燃症例では免疫治療が行われる点で、臨床の時間軸に沿う解析結果が期待される。また本研究で試みる腎癌組織への3次元免疫染色・in situ hybridization併用は、世界に先駆ける成果が期待される。我々はライトシート顕微鏡で腫瘍塊に存在する血管網を免疫染色により3次元で可視化し、癌幹細胞マーカーをRNAレベルで検出する事で、癌幹細胞ニッチの立体的な不均一性を１細胞レベルで再現することに成功した。
2: おおむね順調に進展している
2018年度は、まずがん免疫微小環境を網羅的に評価するため、腎癌組織マイクロアレイの作成を行った。倫理委員会での研究承認後、当教室の腎癌組織データベースから淡明細胞癌の原発・転移巣、非淡明細胞癌、特殊腎癌（肉腫様腎癌・転座型腎癌・透析腎癌）に加えて、血管新生阻害後に摘出を行った腎癌組織を抽出した。癌組織は泌尿器科病理医と共同で、腫瘍中心や対応するinvasive marginを全症例で検証した。本マイクロアレイの作成は、その後のライトシート顕微鏡・膨張顕微鏡法の研究を円滑に行う症例の抽出や基礎データの収集に不可欠である。次に腎癌組織への免疫染色・組織透明化プロトコールの最適化を行い、特に血管内皮マーカーを用いて3次元で血管網を免疫染色することで、腎腫瘍塊の不均一な血管の立体構造をスライドフリーで可視化した。腎腫瘍内に存在する立体的なhyper-vascular及びhypo-vascular領域がハイスループットで検出された。一方、特異的な抗体の存在や組織深部への浸透等、3次元イメージングでは必ずしも全ての標的分子が免疫染色で可視化できるとは限らない。そのため我々は、腫瘍塊へのin situ hybridization単独や免疫染色・in situ hybridization併用プロトコール作成にも着手した。特に免疫染色・in situ hybridization併用では、腫瘍塊に存在する血管網は免疫染色、癌幹細胞マーカーはRNAレベルで可視化し、癌幹細胞が存在する不均一なニッチ構造の詳細を3次元で明らかにすることに成功した。腎癌組織への膨張顕微鏡法の適応に備えて、組織膨張化プロトコールの作成・最適化も順次開始している。
腎がんは分子標的治療の先駆けであり、同治療に関する知見は、全ての癌研究に波及効果を持つ。腎がん分子標的治療の重大な関心は、免疫治療(抗PD-1抗体:オポジーボは2014年から保険適用)の感受性予測である。分子標的治療は有意な腫瘍縮小効果を認めるが、強い副作用が必発である。また免疫治療(抗PD-1療法)の治療費は1人当たり年額数千万円に及ぶ。1)新規イメージングプラットフォームから免疫応答関連遺伝子の腎がん腫瘍内不均一性を正確に可視化する、2)解析結果から分子標的治療感受性の予測モデルを構築する、この到達目標はがん治療・医療経済の観点から、喫緊の社会的関心と考える。次世代イメージング「ライトシート顕微鏡・膨張顕微鏡法」は、ヒト癌研究への適用自体が革新的であり、国内外に類似研究は存在しない。2018年度の成果は当教室の腎癌組織データベースに由来する腎癌組織マイクロアレイの作成、腫瘍塊への免疫染色または/およびin situ hybridizationと組織透明化プロトコールの確立に多くを割いた。我々の腎癌組織データベースは淡明細胞癌の原発・転移巣に加えて、非淡明細胞癌や特殊な腎癌組織（肉腫様腎癌・転座型腎癌・透析腎癌）が含まれる。また血管新生阻害後に摘出を行った腎癌組織も多数保有し、この世界的規模の研究基盤は、社会への波及効果を担保する。本研究で試みる免疫染色・in situ hybridization併用の３次元イメージングも、世界に先駆けた成果が期待できる。次年度はこれら研究基盤を駆使し、特に免疫チェックポイント阻害薬の感受性予測を可能にするモデル構築を推進したいと考える。一方、本研究で期待されるナノスケールな膨張顕微鏡法による細胞内不均一性の解明や薬剤感受性の予測は、腎細胞癌に最適化されたイメージングプロトコールを準備中であり、順次実装に移す予定である。
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すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件) 学会発表 (2件) 備考 (1件)
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