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ナノテク情報

ライフ・医療

がんの血管構造を三次元で高精細に可視化 ~血管を「見ながら」効果のある治療を選ぶ未来の実現へ~

 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構(量研)と国立研究開発法人日本医療研究開発機構(AMED)は2018年6月6日,量研QST未来ラボの青木伊知男グループリーダーらと徳島大学大学院の原田雅史教授が共同で,生体内のがん内部の血管構造を立体的かつ高精細に可視化し,治療による血管構造の変化を安全に長期間追跡することに成功したと発表した.本研究は国立研究開発法人科学技術振興機構(JST)のセンター・オブ・イノベーション(COI)プログラム,AMEDの次世代がん医療創生研究事業(P-CREATE)などの支援を受けて実施され,成果は学術誌Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicineで公開された(注).

 近年,がんに対し,超早期の診断技術に加えて,治療効果を予測し,病態を詳しく確認しながら治療を行う高精度医療(プレシジョン・メディシン)の必要性が注目されている.がんの病態を確認する手段として,がん内部の血管構造の観察がある.がんは,その増殖に伴って,酸素や栄養を取り込むため,がんの周囲に特殊な血管構造を形成する.その構造は,増殖治療に対する抵抗性に関連するとされている.

 より高精度ながん治療には,がんの血管構造を,治療前や治療中にも観察して,適切な治療方法を選択する必要がある.しかし,現状のがん診断手段では,ポジトロン断層画像法(PET)は微細な血管構造の描出には解像度不足,また,X線CTは解像度は高いが,被ばく線量が多く,高頻度の撮影には向かない.

 そこで研究グループは,生体内を高解像度で可視化できるMRI(磁気共鳴画像)と,ナノ粒子技術を使ったMRI造影剤に注目した.MRI装置には高磁場MRI(7テスラ=70000ガウス)にノイズ信号を低減する特殊な受信コイルを組み合わせ,造影剤にはリポソーム(脂質二重膜からなる小胞)の外部にガドリニウムを多数配置した高感度のナノ粒子型MRI造影剤(2011年7月1日プレスリリース)を用いて,高解像度で,三次元的かつ安全に血管構造を可視化する技術の開発を試みた.リポソームは直径100nmで,二重膜の外側は親水性のポリエチレングリコールを用いており,造影剤を長時間,血中を巡らせることができる.

 実験では,大腸がん細胞をマウスの皮下に移植し,がんの直径が約5mmになるまで生育後,ナノ粒子型MRI造影剤を尾静脈から投与して,7テスラMRI血管造影法で撮影した.その結果,がんの内部の小血管(細動脈と細静脈)の立体構造が50μmの高解像度で描出された.次に,抗がん剤スニチニブ(Sunitinib)を毎日投与して,血管構造の変化や,ナノ粒子の分布を,時間経過を追って調べた.その結果,投与7日後には,表面に近い部分の血管は構造に変化が見られ,10日後には,がんの表面が陥没して体積が減り,その付近に多数のナノ粒子が溜まっていた.以上の結果は,開発した技術により,生体内のがんの血管構造を高精細かつ三次元的に,時間を追って治療中の変化をも観察できることを示している.

 今後治療薬と同じ動きをする「コンパニオン造影剤」として用い,薬剤のがん内部への浸透予想を可視化すれば,その情報に基づいて最適な治療を選んで行う「みながら治療(Theranostics)」の実現が期待されよう. 

(注)N. Nitta, Y. Takakusagi, D. Kokuryo, S. Shibata, A. Tomita, T. Higashi, I. Aoki, and M. Harada, "Intratumoral evaluation of 3D microvasculature and nanoparticle distribution using a gadolinium-dendron modified nano-liposomal contrast agent with magnetic resonance micro-imaging", Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, Vol. 14, No. 4, pp. 1315-1324 (2018) ; DOI: 10.1016/j.nano.2018.03.006; Published online: April 04, 2018