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癌と生体イメージング

癌転移の発光・蛍光イメージング

In vivo bioluminescent and fluorescent imaging of cancer metastasis

今村健志疋田温彦樋渡清司羽生亜紀

Surgery Frontier Vol.18 No.1, 29-35, 2011

Summary
 癌は,癌幹細胞とその子孫の癌細胞が混在する不均一な細胞集団であり,さらにその周囲の癌微小環境においては,免疫細胞,間質細胞や血管細胞などさまざまな細胞が癌細胞を支えていることが分かってきた。また,癌細胞は周囲組織に浸潤し,血管やリンパ管を介して遠隔臓器に転移する。よって,癌研究においては,癌細胞と癌微小環境に存在する細胞の多彩な機能を多元的にかつ時空間的に解析する必要がある。
 近年,動物を生かしたまま,生体内の細胞や分子を可視化し,その機能を解析するin vivoイメージングが注目されている。この新しいテクノロジーは,今までin vitroの手法では解析が困難だった複雑な生命現象や種々の病態の解明などに有効なツールとして期待されている。本稿では,in vivoイメージングの中でも特に発光・蛍光技術を用いたin vivo光イメージングについて,われわれのデータを中心に最近の知見を紹介し,癌転移研究への応用について議論したい。

Key words
癌転移,発光イメージング,蛍光イメージング,TGF-βシグナル,細胞周期

はじめに

 近年,分子生物学や細胞生物学の発展に伴い,癌の研究が急速に進んでいる。特に,癌遺伝子や癌抑制遺伝子など遺伝子レベルや分子レベルでの解析が進み,癌細胞の生物学的特性への理解が深まってきた。しかしながら,癌は極めて複雑な機構で発症し,さらに悪性化して転移するために,その全貌はいまだ十分解明されているとはいえない。例えば最近では,癌は永久的に増殖し続ける均一な細胞の集団ではなく,自己複製能を持って子孫を作る癌幹細胞と,その子孫である癌細胞から成り立つ不均一な細胞の集団(癌幹細胞仮説)と考えられるようになってきたが,癌幹細胞の本態はまだよく分かっていない。また,癌細胞が増殖するために,血管新生や間質の増生が重要な働きを担うことも明らかになってきたが,癌と癌周囲(癌微小環境)の直接または液性因子を介した相互情報伝達の詳細は不明である。よって,より包括的に発癌と癌転移を理解するためには,in vitro (インビトロ)実験だけでなく,実際に生体内で個々の細胞や生体分子が時間的・空間的にどのような機能動態をとるかを解析したin vivo (インビボ)実験の情報を知る必要が生じてきた。ところが,生体における動的で複雑な細胞や分子の作用を,動物を生かしたまま観察することは一般的に難しく,癌転移研究を含め多くの研究は,いまだ固定した組織の病理学的解析や,生体から取り出した初代培養細胞や細胞株を用いたin vitro実験によって進められている。もちろんin vitro実験によっても多くの新しい知見が得られるが,より深く生命現象を理解するためには,動物を生かしたまま生体内の細胞や分子の動態や機能を解析する新しいテクノロジー,すなわちin vivoイメージングが必要である。

in vivo光イメージング

 現在,さまざまなin vivoイメージング法が台頭しているが,中でも光技術を利用したin vivo光イメージングは,放射線を利用したX線やコンピュータ断層撮影(CT:computed tomography),放射性同元素を用いた陽電子放射断層撮影法(PET:positron emission tomography),核磁気を用いた核磁気共鳴画像(MRI:magnetic resonance imaging),超音波診断法などほかのin vivoイメージング法に比べ,ラジオアイソトープや大型機器を使用しないため,研究環境の制限を受けることなく簡便に実験を行うことができる1)2)。in vivo光イメージングは,生物発光技術を利用した発光イメージングと蛍光技術を利用した蛍光イメージングの2つに大別することができるが,特に蛍光イメージングにおいては多彩な分子プローブの設計が可能で,しかもその作製が容易なため,さまざまな用途が期待されている。さらに,共焦点レーザー蛍光顕微鏡や二光子励起顕微鏡といった光学機器の性能の飛躍的向上などにより,これまで観察が難しかった生体深部への応用が可能になりつつある。

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