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癌と生体イメージング

蛍光プローブによる微小癌の生体イメージング

In vivo imaging of tiny cancer nodules using fluorence molecular target probes

小川美香子小林久隆

Surgery Frontier Vol.18 No.1, 19-28, 2011

Summary
 既存の画像機器に比して蛍光分子イメージングプローブを用いた生体イメージングは,高分解能かつ特異的な画像を撮像できるため,より微小な癌の描出が可能である。蛍光分子イメージングプローブは,腫瘍へ集積する標的指向性分子に蛍光分子を結合して作成される。蛍光イメージングの特徴の1つである,信号のON/OFFが可能である点を利用して,近年,標的組織内でのみ光信号がONとなるプローブ「アクチベータブルプローブ」を設計し合成してきた。この種のプローブは,バックグラウンドシグナルを低減させ,微小な癌からより特異的な信号を得ることができる。われわれは,さまざまなメカニズムに基づいたアクチベータブルプローブの開発を行い,実験動物内での微小癌の描出を行ってきた。本法は,比較的容易に臨床への応用が可能である上,安価で簡便であり,既存の画像診断の手法では観察できなかったさまざまな病変を描出できる,応用性の高い方法である。

Key words
蛍光生体イメージング,分子イメージングプローブ,癌,アクチベータブルプローブ,特異的イメージング

はじめに

 近年,癌の浸潤・転移の分子メカニズムの解明や治療薬開発には,蛍光イメージングが幅広く用いられており,これらの基礎研究に欠かせない手法となってきている。一方で,現在のところ,臨床現場における蛍光の利用は,インドシアニングリーン(ICG)による肝機能診断,蛍光眼底造影,フルオレセインによる蛍光眼底造影に限られており,癌の生体イメージング(画像診断)はもっぱら,MRI,CT,PET,SPECT (ガンマカメラ)によっている。MRI,CTは時間・空間分解能が高く,形態や血流の変化によって比較的小さな癌が診断できる可能性がある。ただし,癌のみを特異的に描出することはできないため,疑わしい病変の拾い上げが中心であるという側面もある。これに対し,機能画像診断法であるPET,SPECTなどの核医学診断法では,生体内分子の挙動を画像化する分子イメージング法によって,癌を特異的に描出することが可能である。すなわち,癌細胞を認識する分子イメージングプローブを投与することで,その分布の様子から病変を検出したり性質を調べたりすることができる。しかしながら,核医学診断法は空間分解能が高くなく,微小癌は検出が難しい。また,用いるプローブによっては,正常臓器への生理的集積や血中バックグラウンドによって,早期の検出が困難となる場合もある。
 このように,in vivoにて微小癌を検出するためには,特異性と時間・空間分解能が高いこと,さらに標的バックグラウンド比(signal to noise ratio:S/N比)が高い分子イメージングが可能であることなどが重要である。本稿では,臨床応用も視野に入れた癌の生体イメージングに蛍光を利用する可能性について,特にイメージングプローブ設計の観点から,蛍光生体イメージングの撮像法の基礎を交えて論じる。

蛍光生体イメージングの基礎-イメージング法-

 蛍光生体イメージングは,蛍光物質に光を当てて励起状態とし,これが基底状態へ戻るときに出す蛍光を,カメラあるいは肉眼で観察する方法である。この際,高感度・高解像度のカメラを観察対象に近接させて撮影すれば,高分解能イメージングが可能となる。すなわち,さらに対象へ近付けて拡大率の高いレンズを用いたものが蛍光顕微鏡であり,画像を得るための基本原理は生体イメージングも蛍光顕微鏡も同じである。
 先に述べたように,蛍光顕微鏡を用いた細胞レベルでのイメージングに蛍光は多用されており,現在では,PALMやSTORMなどの超高解像度撮像法を用いて,一分子レベルまでも描出可能な,数nm程度の高分解能での観察が可能となっている。蛍光顕微鏡による観察に用いられる蛍光は,レンズの色収差の影響を小さくするため可視光を使うことが多い。
 これに対し,in vivoイメージングの場合は,組織透過性を考慮する必要がある。可視光は波長が短いため組織を透過しにくく,また,図1に示すように,ヘモグロビンによる吸収も大きい。

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