MITの研究者らは、がんのための新しい診断用ナノ粒子を開発しました。
この粒子は、尿検査によってがん関連タンパク質を検出でき、腫瘍の位置を特定することもできます。
ヒトの患者への使用はまだ承認されていませんが、既存の患者の経過観察や、治療への反応のモニタリングに役立つことが期待されています。
医師ががんの診断に用いる検査の多くは、マンモグラフィー、大腸内視鏡検査、CTスキャンなどの画像診断に基づいています。近年では、血液や尿などの体液中を循環する、がんに関連した特定の分子を検出できる分子診断法も開発されています。
MITの研究者らは今回、これら両方の特徴を兼ね備えた新しい診断用ナノ粒子を開発しました。この粒子は、尿検査によってがん関連タンパク質の存在を明らかにするとともに、画像診断剤として機能し、腫瘍の位置を特定します。原理的には、この診断法は、原発部位から転移した腫瘍を含め、体内のあらゆる部位のがんの検出に利用できる可能性があります。
「これは、原発腫瘍と転移の両方に反応するよう設計された、非常に汎用性の高いセンサーです。尿中のシグナルを誘発できるだけでなく、腫瘍の位置を可視化することも可能になります」と、MITのジョン・アンド・ドロシー・ウィルソン教授（健康科学・技術ならびに電気工学・コンピュータ科学）であり、MITのコッホ統合がん研究所および医用工学・科学研究所のメンバーでもあるサンジータ・バティア氏は述べています。
新たな研究で、バティア氏らは、この診断法が大腸がんの進行、特に肺や肝臓への転移腫瘍の広がりをモニタリングするために利用できることを示しました。研究チームは、最終的には年に一度実施できる定期的ながん検査へと発展させたいと考えています。
バティア氏は本研究の上級著者であり、研究成果は本日、Nature Materialsに掲載されました。論文の筆頭著者は、MITの研究科学者であるリアンリアン・ハオ氏です。
腫瘍の位置特定
過去数年間、バティア氏は、次のように機能するがん診断法を開発してきました。すなわち、合成バイオマーカーを生成し、尿中で容易に検出できるようにするというものです。ほとんどのがん細胞は、細胞外マトリックスのタンパク質を切断することで元の位置から逃れるのを助ける、プロテアーゼと呼ばれる酵素を発現しています。バティア氏のがん検出用ナノ粒子は、これらのプロテアーゼによって切断されるペプチドで被覆されています。これらの粒子が腫瘍に遭遇すると、ペプチドが切断されて尿中に排出され、容易に検出できるようになります。肺がんの動物モデルでは、これらのバイオマーカーにより腫瘍の存在を早期に検出できることが示されています。ただし、腫瘍の正確な位置や、腫瘍が発生元の臓器を越えて広がっているかどうかは明らかになりませんでした。
これまでの研究を基に、MITの研究チームは「マルチモーダル」と呼ばれる診断法の開発を目指しました。これは、分子スクリーニング（尿中シグナルの検出）と画像診断の両方を行うことができ、原発腫瘍と転移の正確な位置を特定することを目的としています。
PET画像診断にも使えるように粒子を改良するため、研究者らは放射性トレーサーである銅64を加えました。また、腫瘍部位に粒子を集積させるため、腫瘍微小環境などの酸性環境に引き寄せられるペプチドで粒子を被覆しました。腫瘍に到達すると、これらのペプチドは細胞膜に挿入され、バックグラウンドノイズを上回る強い画像シグナルを生み出します。
研究者らは、腫瘍細胞が肝臓や肺に移動して増殖する、転移性大腸がんの2種類のマウスモデルで診断用粒子を検証しました。大腸がんの治療に一般的に用いられる化学療法薬による治療後、研究者らは尿中シグナルと画像診断の両方を用いて、腫瘍の治療への反応を追跡することができました。
研究者らはまた、銅64をナノ粒子とともに送達することが、PET画像診断で一般的に用いられる方法と比べて利点をもたらすことも明らかにしました。PETトレーサーであるFDGは、がん細胞を含む代謝活性の高い細胞に取り込まれる放射性グルコースの一種です。しかし、心臓はFDGに曝露されると強いPETシグナルを発生させ、そのシグナルが近接する肺腫瘍からの弱いシグナルを覆い隠してしまうことがあります。研究者らは、酸に反応する性質を持つナノ粒子を用いて腫瘍環境に銅64を集積させることで、肺腫瘍をはるかに鮮明に画像化できることを明らかにしました。
がんスクリーニングに向けて
ヒトの患者への使用が承認された場合、バティア氏は、この種の診断法が、患者の治療への反応を評価することや、特に大腸がんにおいて、腫瘍の再発や転移を長期的にモニタリングすることに役立つと考えています。
「例えば、そうした患者は6か月ごとに尿検査版でモニタリングできます。尿検査が陽性の場合は、同じ薬剤の放射性版を用いて画像検査を行い、病気がどこまで広がっているかを確認することができます。また、両方の検査方法が単一の製剤を利用することで、規制当局の承認プロセスも早まる可能性があると考えています」と、バティア氏は述べています。
長期的には、この技術を定期的に実施できる、あらゆる種類のがんを検出するための診断ワークフローの一部として活用できることを期待しています。
「このような技術は、単独で、あるいは他の検査と組み合わせて、スクリーニングの枠組みで活用できるというのが私たちの構想です。そうすることで、現在、高額なスクリーニング設備を利用できない患者にも、広く検査を届けることができるでしょう」と同氏は述べています。「毎年、一般健康診断の一環として尿検査を受けられるようになるかもしれません。尿検査が陽性となった場合にのみ画像検査を行い、そのシグナルがどこから発せられているのかを特定します。そこに到達するためには、科学的な研究をさらに進める必要がありますが、長期的にはそうした方向を目指したいと考えています」
Glympse Bioは、バティア氏が共同設立した企業で、尿中診断用粒子の初期バージョンについてフェーズ1臨床試験を実施し、患者において安全性が確認されています。
本研究は、米国国立がん研究所のコッホ研究所支援（コア）助成金、米国国立環境衛生科学研究所、コッホ研究所のマーブル・センター・フォー・がんナノメディシン、およびハワード・ヒューズ医学研究所の資金提供を受けました。
