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シールのように貼れる無線給電式発光デバイスを用いた光がん治療システム ~生体内の暗闇に光を灯す新技術次世代型光がん治療として期待~

 早稲田大学,防衛医科大学校,国立研究開発法人科学技術振興機構(JST)は2018年7月17日,早稲田大学 高等研究所の藤枝 俊宣 准教授,同 先進理工学研究科の山岸 健人 博士,同 理工学術院の武岡 真司 教授が,防衛医科大学校 生理学講座の守本 祐司 教授らの研究グループと共同で,生体組織表面にシールのように貼り付けられる体内埋め込み型の発光デバイスを開発し,このデバイスを担がんモデルマウスの体内に移植することで光がん治療に応用し,腫瘍を消失させることに成功したことを発表した.本研究はJST戦略的創造研究推進事業さきがけの研究課題「移植用培養生体組織に搭載可能なナノエレクトロニクスの創成」の支援を受けて行われ,成果は英国科学誌Nature Biomedical Engineeringで公開された(注).

 光線力学療法(Photodynamic therapy: PDT)は,光増感剤が集まった病巣へ光を照射して発生する活性酸素でがんの細胞死を誘導するものであり,日本でも優れたがん治療法として認められている.その後超低出力光源(従来の1/1000)を用いた「メトロノミックPDT(mPDT)」法が提唱され,従来難しかった体内深部の臓器にできたがん(たとえば肝がん,膵がん)を治療できる新たな医療技術として期待されている.しかし,mPDTは光強度が弱いので,光源の位置が少しでもずれると抗腫瘍効果が得られない.そのため,生体内の臓器や組織上に固定でき,腫瘍に対して長時間安定的に光照射できる体内埋め込み型の発光デバイスの開発が望まれていた.しかし,生体内の組織や臓器表面は,粘膜や漿膜といった薄い膜に覆われていて滑りやすく,硬い電子素子の安定な固定には,縫合術や医療用接着剤が必要という問題があった.

 本研究は,生体内の臓器や組織表面にシールのように貼り付けるだけで固定できる体内埋め込み型の発光デバイスを開発し,mPDTへ応用することを目的とした.膜厚約600nmのシリコーンゴム製ナノ薄膜の表面に生体模倣型接着分子であるポリドーパミン(Polydopamine: PDA)を修飾することで生体組織への接着性を約25倍向上させ,生体内で小型の電子デバイスを縫合なしに2週間以上安定に生体組織上で固定させることに成功した.このナノ薄膜を用いて13.56MHzの近距離無線通信(Near Field Communication: NFC)発光式LEDチップ(赤・緑)を生体内の組織や臓器表面上に固定させ,完全埋め込み型のmPDTシステムを構築した.

 実証実験として,背中の皮内に腫瘍細胞を移植した担がんモデルマウスの皮下に無線発光デバイスを貼り付け,光増感剤であるフォトフリンをマウスに静脈注射した後,マウス飼育箱の下に設置した無線給電用アンテナからLEDに電力を送り,埋植したデバイスを10日間連続的に点灯させた.その結果,光照射により治療された腫瘍が顕著に縮退し,緑色光を使用することで腫瘍を完全に消失させることにも成功した.従来,PDTでは組織透過性の観点から近赤外光しか使えなかったが,埋め込み型にすることで緑色光も使えて治療効果が高められる.低侵襲性,深部臓器がんへの適応性,副作用がないなどの利点もある次世代型がん治療システムの臨床応用が期待される.

(註)K. Yamagishi, I. Kirino, I. Takahashi, H. Amano, S. Takeoka, Y. Morimoto, and T. Fujie, "Tissue-adhesive wirelessly powered optoelectronic device for metronomic photodynamic cancer therapy", Nature Biomedical Engineering (2018). Published 16 July 2018, DOI: 10.1038/s41551-018-0261-7