北大,光免疫療法の光化学反応過程を解明

北海道大学の研究グループは,近赤外線を用いた新規がん治療法である光免疫療法で利用されるIR700という薬剤の光化学的反応過程を解明した(ニュースリリース)。

光免疫療法では,IR700を抗体に結合させた薬剤を用い,これをがん細胞に結合させる。これに近赤外線を照射すると,IR700に付随する水溶性の軸配位子が切断されて薬剤の凝集が起こり,薬剤が結合したがん細胞のみを殺すことができる。

この研究ではまず,量子化学計算というコンピュータシミュレーションを用いてIR700を簡略化したモデルでその光化学反応過程を明らかにした。これまでの実験から,反応の進行には近赤外線のほかに電子を与えやすい物質が必要なことが知られていた。

これを基に,具体的に4種類の反応過程を考慮して,最も有望な反応過程を提示した。さらに,IR700分子を用いたいくつかの実験で,この反応過程が正しいことを証明した。

まず,IR700の水溶性軸配位子が切断される反応は,化学的にはIR700の周辺にある水分子との反応(加水分解)により起こることがコンピュータシミュレーションにより示唆された。この事実は,水分子の中の酸素原子に特別な目印をつけて実験を行なうことにより,この目印がついた反応生成物が得られることから,実験的に証明された。

また,IR700に近赤外線が照射されるとIR700は励起された状態になるが,この活性化された状態から直接水溶性軸配位子が切断される反応が進行する訳ではないこともわかった。

IR700は励起状態になったあと,システインなどの電子を与えやすい化学物質から電子を受け取り,「ラジカルアニオン」という状態になる。コンピュータシミュレーションの結果から,IR700のラジカルアニオン状態では,容易に水分子と反応して軸配位子が切断されることが示唆され,また,溶媒の水素イオン濃度により軸配位子切断反応の速度が変化することを予見し,実際に実験を行なってこれを証明した。

今回の結果から,IR700のラジカルアニオン状態を作り出すことができれば,近赤外線を用いなくても抗体-IR700複合体を用いたがん治療が可能であることが示唆された。この研究で見出したメカニズムを踏まえることで,近赤外線が届きにくい生体深部のがんにもIR700を用いたがん治療が可能となるとしている。

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