成果報告書詳細
管理番号20110000000144
タイトル平成21年度成果報告書 新規悪性腫瘍分子プローブの基盤技術開発 分子プローブ要素技術の開発
公開日2011/6/7
報告書年度2009 - 2009
委託先名国立大学法人東京大学
プロジェクト番号P08029
部署名バイオテクノロジー・医療技術開発部
和文要約光を使って生体内の情報を得るためには、生体成分が吸収する波長の光を避ける必要がある。波長650nm以下の可視光領域では主にヘモグロビンにより、また900nm以上の領域では水により生体の深部からの発光を吸収する割合が大きくなるが、この両者の間の波長、すなわち650nmから900nmの近赤外光領域では、生体組織の構成物質による光の吸収は少なく組織透過性が高いことが知られており、この領域は「生体の光の窓」と呼ばれている。既にヒトへの投与が認可されている診断用近赤外蛍光化合物として、インドシアニングリーン(ICG)があるが、ICGはこの「生体の光の窓」領域に発光があり、生体検査用の色素として汎用されている。
本事業ではICGよりも優れた特性を有する化合物の創製を目的とし、近赤外光領域に蛍光を有する化合物を独自に分子設計し合成した。その結果、ICGを凌駕する蛍光特性を有するシグナルユニットである新規蛍光化合物SiR700の開発に成功した。以下にその詳細を記す。蛍光団ローダミンの10位にSi元素を有するSiRを開発し、この化合物が近赤外光領域に発光を有しかつ蛍光量子収率とモル吸光係数の積からICGを上回る発光強度を有することを見出した。更に、in vivoに使用するため、長波長化すべくSiRを誘導化し、SiR650、SiR680、SiR700、SiR720を合成するとともに、10位のSi元素を他の元素に変えることで、SiRを基盤に合計で20種類近い化合物を合成した。これら化合物の蛍光特性を精査した結果、蛍光発光波長、蛍光量子収率および光褪色耐性などの物性を考慮し、近赤外光領域発光の新規蛍光色素SiR700をラベル色素として応用した。そして、この化合物SiR700をタンパク質に容易に結合させるための誘導化を行い、標的認識ユニットとして日下部グループが開発した抗テネイシンC抗体と組み合わせることで動物個体を用いたがんのイメージングに成功した。
英文要約Near-infrared (NIR) light-emitting fluorescent dyes are attractive for in vivo imaging and biological applications because of low background autofluorescence from serum, proteins, and other biological macromolecules, and low risk of cell damage by excitation light in this wavelength region. We have developed group 14 xanthenes and rhodamines, which contain silicon, germanium, or tin at the 10 position of the xanthene chromophore, and they showed large bathochromic shifts compared to the original rhodamines, and they also retained the advantages of the original rhodamines, such as high quantum efficiency in aqueous media (Φfl = 0.3-0.45), tolerance to photobleaching, and high water solubility. Although the absorption and fluorescence emission maxima of Si-Rhodamine (SiR), one of group 14 rhodamines, is as long as around 650 nm, a fluorescent dye emitting over 700 nm is more desirable for in vivo imaging. Therefore, we developed novel NIR fluorescent dyes, SiR-NIRs, by modifying the xanthene fluorophore of SiR. Then, we introduced succinimidyl ester into SiR-NIR structure for conjugation with biomolecules, such as antibodies and proteins. As an example of SiR-NIR’s application, we tried in vivo tumor imaging that targeted an extracellular matrix glycoprotein tenascin-C (TN-C), which is known to be overexpressed in the extracellular matrices in tumor tissues. We prepared SiR-NIR-anti-TN-C-antibody conjugates, and intravenously injected them to mouse xenograft tumor models bearing subcutaneous human malignant meningioma HKBMM cells. The fluorescent signals of SiR-NIR in the subcutaneous tumor were clearly observed 24 h after injection. In this study, we have successfully developed novel NIR emitting fluorescent dyes (SiR-NIRs), and have visualized subcutaneous xenograft tumors in mouse models by SiR-NIRs-labeled antibodies targeted to TN-C.
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