北大ら,狙った細胞のみを殺す光リモコンを開発

北海道大学と米国立がん研究所は,島津製作所,名古屋大学らと共同で,新規のがん治療法である光免疫療法の治療メカニズムに関する研究を行ない,近赤外光が狙った細胞上にある「デス・スイッチ」をONにして選択的に殺すことができることを証明した(ニュースリリース)。

抗がん剤治療では,正常細胞(特に免疫細胞)を殺すことによる副作用が問題となる。光免疫療法は,がん細胞以外に毒性を発揮しないため副作用の極めて小さい治療法で,今後のがん治療を大きく変える可能性がある治療法として大きく注目されている。

光免疫療法では,IR700という水溶性のフタロシアニン誘導体である化学物質を結合させた抗体(抗体-IR700結合体)を薬剤として用いる。抗体はがん細胞の表面に結合する。抗体-IR700結合体を投与した後,近赤外光を照射するとがん細胞を殺すことができる。

IR700は,大きな水溶性の軸配位子を持つ化合物。今回研究グループは,近赤外光照射時にIR700に起こる化学構造変化に着目した。様々な環境下でIR700と抗体-IR700結合体に近赤外光を照射後の化学構造を,有機化学合成及び質量分析装置・NMR(核磁気共鳴装置)など各種分析手法を用いて解析した。

また,原子間力顕微鏡により近赤外光照射後の抗体-IR700結合体の立体構造を観察し,実際に光化学反応により抗体の構造が変わる様子を画像化した。

この結果,光化学反応により,IR700の水溶性軸配位子が外れ化学構造が変化し,脂溶性の構造へ大きく物性が変わることを見出した。この光化学反応は,抗体に結合させた状態でも起こることを証明し,光照射後には薬剤が凝集する様子が観察された。

原子間力顕微鏡による観察でも,抗体が変形あるいは凝集する様子を画像化することに成功し,光化学反応による抗体-IR700結合体の物性変化が証明された。マウスを用いた実験においても近赤外光による水溶性軸配位子の切断反応が確認され,生体内でも同じ光化学反応が起こることが確かめられた。

これにより,がん細胞膜上の抗原にIR700-抗体結合体が結合した状態でIR700の物性が変化し,膜抗原抗体複合体ごと変形や凝集体を生じることで,がん細胞膜が傷害されると考えられる。

今回研究グループは,薬剤の物性変化が「デス・スイッチ」の正体であり,近赤外光という生体に毒性を示さない光のリモコンでこのスイッチをONにすることができることを突き止めた。光によりがん細胞に結合した薬剤だけを毒に変えることができる,全く新しい細胞殺傷方法であるという。

研究グループは,今回の研究が今後の薬剤開発に様々な方向から利用される可能性も高いとしている。

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