低悪性度神経膠腫の術中迅速可視化を実現する蛍光プローブの開発と機能検証

腫瘍選択的な蛍光イメージングを実現するための戦略として、腫瘍細胞において発現や活性が亢進していることが知られているプロテアーゼを利用する手法が挙げられる。今年度は、前立腺がん細胞や乳がん・脳腫瘍などの新生血管において高発現することが報告されているProstate specific membrane antigen (PSMA)を標的とした、がんイメージングプローブ開発を行った。PSMAはペプチドC末端のグルタミン酸を切断するカルボキシペプチダーゼとして働くことから、当研究室ではその活性を検出するactivatable型蛍光プローブとして5GluAF-Fluoresceinを開発していた。5GluAF-Fluoresceinは、分子内のアゾホルミル基の強い電子求引性により光誘起電子移動(PeT)が起こり消光しているが、PSMAによりグルタミン酸が切断されると強蛍光性のフルオレセインが放出される設計となっている。しかし、フルオレセインは水溶性が高く、細胞膜を透過しないことが課題として挙げられていた。そこで、私は色素骨格の変更により、細胞膜透過型のPSMA活性検出プローブの開発に取り組んだ。具体的には、色素骨格をより脂溶性の高い構造へ変換したプローブを3種類設計・合成し、PSMA精製酵素や前立腺がん由来細胞を用いて反応速度や細胞膜透過性の評価を行った。その結果、2Me-TokyoGreen (2MeTG)を骨格とする5GluAF-2MeTGはPSMAに対して最も速い応答を示し、かつPSMA発現細胞の細胞内を蛍光染色することが可能であることが示された。また、5GluAF-2MeTGを用いてヒト前立腺がん手術検体のイメージングを行ったところ、蛍光を示す部位とPSMAを発現するがん部位とが概ね一致し、世界で初めて前立腺がん臨床検体内のがん部位のライブイメージングに成功した。

腫瘍選択的な蛍光イメージングを実現するための戦略として、腫瘍細胞において発現や活性が亢進していることが知られているプロテアーゼを利用する手法が挙げられる。今年度は、前立腺がん細胞や乳がん・脳腫瘍などの新生血管において高発現することが報告されているProstate specific membrane antigen (PSMA)を標的とした、がんイメージングプローブ開発を行った。PSMAはペプチドC末端のグルタミン酸を切断するカルボキシペプチダーゼとして働くことから、当研究室ではその活性を検出するactivatable型蛍光プローブとして5GluAF-Fluoresceinを開発していた。5GluAF-Fluoresceinは、分子内のアゾホルミル基の強い電子求引性により光誘起電子移動(PeT)が起こり消光しているが、PSMAによりグルタミン酸が切断されると強蛍光性のフルオレセインが放出される設計となっている。しかし、フルオレセインは水溶性が高く、細胞膜を透過しないことが課題として挙げられていた。そこで、私は色素骨格の変更により、細胞膜透過型のPSMA活性検出プローブの開発に取り組んだ。具体的には、色素骨格をより脂溶性の高い構造へ変換したプローブを3種類設計・合成し、PSMA精製酵素や前立腺がん由来細胞を用いて反応速度や細胞膜透過性の評価を行った。その結果、2Me-TokyoGreen (2MeTG)を骨格とする5GluAF-2MeTGはPSMAに対して最も速い応答を示し、かつPSMA発現細胞の細胞内を蛍光染色することが可能であることが示された。また、5GluAF-2MeTGを用いてヒト前立腺がん手術検体のイメージングを行ったところ、蛍光を示す部位とPSMAを発現するがん部位とが概ね一致し、世界で初めて前立腺がん臨床検体内のがん部位のライブイメージングに成功した。