5-アミノレブリン酸（5-ALA）とランタニドナノ粒子（LNP）併用による深部微小癌局在診断・治療技術の構築

京都府立医科大学

大学院医学研究科

教授 大辻 英吾

村山康利（京都府医大）

湯浅英哉（東工大）

小倉俊一郎（東工大）

光線力学診断（PDD）・治療（ PDT ）とは？

癌細胞

1O2

3O2

☠☠

励起光励起光 光増感剤

方法１： 内在性の光増感剤を使う

方法２： 合成光増感剤を投与する

PDD

PDT

ALA 投与による PPIX （内在性増感剤）の癌細胞への蓄積

PPIXALA5-aminolevulinic acid

ALA投与（方法１）による PDD と PDT

1O2

3O2

400 nm

PPIX

5-アミノレブリン酸（ALA）

PDD

PDT

Blue Light

漿膜浸潤を伴わない胃癌

漿膜浸潤を伴う胃癌

ALA を用いた PDD の例

5

胃癌腹膜播種

White light Fluorescence image

White light Fluorescence image

大腸癌腹膜播種

漿膜浸潤の病巣や一部の腹膜播種のような表層の病変であれば、5-ALAを用いた蛍光診断でも有用であるが、深部の診断は困難

従来技術とその問題点

既に実用化されているものには、アミノレブリン酸（ALA）服用による光線力学診断・治療法（PDD・PDT）等があるが、

増感剤励起光の低深達性の問題があり、深部癌に利用されるまでには至っていない。

新技術の特徴・従来技術との比較

• 従来技術の問題点であった、励起光の深達性を改善することに成功した。

• 従来は臓器表層部の疾患の使用に限られていたが、近赤外線の利用により深達性が向上できたため、組織深部の患部に励起光を到達させることが可能となった。

• 本技術の適用により、手軽な光線力学診断・治療の実現が期待される。

NIR Laser

400 nm

600 nm

800 nm

1000 nm

LNP: NaYF4(Yb/Er)

近赤外線を可視光に変換できるランタニドナノ粒子（LNP）

通常の蛍光物質：高エネルギー光を低エネルギー光に変換

LNP：通常と逆近赤外光 ⇒ 可視光 が可能

LNP と ALA を組み合わせた PDD・PDT

癌細胞

☠☠

可視光可視光

皮下組織

近赤外線近赤外線

5-アミノレブリン酸（ALA）

PPIXLNP 1O2

3O2

PDD

PDT

LNPと5-ALAを投与し、PDDを行ってもLNP由来の赤の発光とPpIX由来の赤の蛍光が重なる

→ バンドパスフィルターを用いてPpIX由来の蛍光を抽出

White light Ex:976nm

SP <700nm

Ex:405nm

LP >455nm

10s 60s Bp610±5nm

Bp632.8±0.5nm

マウス皮膚筋層を超えての深部観察について検討

MKN45皮下移植モデルに対し、5-ALA 5mg/body を腹腔内投与し5時間後に腫瘍を摘出

マウスでは5-ALA投与後皮膚にPpIXが集積する事から、5-ALA非投与マウスの皮膚筋層にて腫瘍片を被覆し、皮下腫瘍モデルの代替とした

腫瘍片およびその周辺にLNPを撒布し、近赤外照射の上観察

Ex:405nm LP >455nm

皮膚筋層被覆

Ex:976 BP:632.8nm ±0.5nmEx:976 BP:610nm ±5nm

Ex:405nm LP >455nm腫瘍片

マウス体表より胃癌細胞株を用いた腹膜播種観察

405nm

NIR

NIR,610-10bp,1秒10回積算

NIR,620-10bp,1秒10回積算

NIR,632.8-1bp,1秒10回積算

体表からの観察でも、NIRの透過性と、LNPの蛍光強度の特色から、体表からもLNPの蛍光を観察できている。

MKN45腹膜播種モデルLNP腹腔内投与

カラーCCD ImagEM

LNPと5-ALAを投与し、バンドパスフィルターを用いると、腹膜播種診断が可能

皮膚筋層を被覆しても蛍光が観察できる

→深部観察が可能

体表からの観察でも積算画像で腹膜播種診断ができる

子宮頸癌細胞 HeLa に対する PDT

20

Glc-LNP without ALANeuNAc-LNP without ALAOA-LNPMan-LNPGal-LNPFuc-LNPSia-LNPGlc-LNP

Glc-LNPNet Irradiation Time (min)0 5 10 15 20

Cel

l Via

bilit

y (%

)

0

20

40

60

80

100

OA-LNP

シリカコート: LNP(Er)Si

アミノシリカコート: LNP(Er)AP

胃癌細胞 MKN45 に対する PDT

21Time (min)0 5 10 15 20

Cel

l Via

bilit

y

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

No LNP LNP(Er)SiLNP(Er)AP

0

20

40

60

80

100

120Control

ALA

LNP

ALA+LNP

ALA+ConjugateCellViability[%]

NIR照射ｰ ＋

*

EGFR

EGFLNP

上皮成長因子受容体(EGFR)発現胃がん細胞に対する PDT

LNP-EGF conjugate

想定される用途

• 外科手術におけるモダリティ装置。

• 小規模医療機関または家庭用の小型医療装置。

• 動物病院での設置。

• 癌以外の治療にも適用可能。

実用化に向けた課題

• 現在、PDT について細胞での検証まで開発済み。しかし、PDD の低感度が未解決である。

• 今後、PDT については動物実験データを取得し、実用化に向けての条件設定を行っていく。

• PDDについては、弱い発光を積算して可視化する技術を確立する必要あり。

• LNPの毒性評価がまだ不十分。

企業への期待

• 未解決のPDDの可視化については、高感度CCDカメラと画像処理の技術により克服できると考えている。

• 高感度画像取得の技術を持つ、企業との共同研究を希望。

• また、半導体レーザーの医療応用分野展開を考えている企業には、本技術の導入が有効と思われる。

本技術に関する知的財産権①

• 発明の名称 ：赤外域光による光線力学的

治療又は診断剤

• 登録番号 ：5854407• 出願人 ：東京工業大学、SBIファーマ

• 発明者 ：湯浅英哉、小倉俊一郎、

高橋究、井上克司、田中徹

本技術に関する知的財産権②

• 発明の名称 ：分子内電荷移動機構を

利用した光増感剤の合成

• 出願番号 ：特願2016-102568• 出願人 ：東京工業大学

• 発明者 ：湯浅英哉、津賀雄輝

ＬＮＰ-合成光増感剤の複合体

グルコースLNP

グルコース輸送体

増感剤

「LNP発光波長」 ＝ 「増感剤吸収波長」増感剤が細胞の中だけで作用癌で発現亢進する糖輸送体を標的スリムな増感剤疎水性環境でのみ増感作用

LNP

お問い合わせ先

京都府立医科大学 研究支援課

研究支援コーディネーター 川村里香

ＴＥＬ 075-251-5208

ＦＡＸ 075-251-5275

e-mail r-kawamu@koto.kpu-m.ac.jp