石原 美弥, 浦野 泰照, 寺西 利治

Miya ISHIHARA, Yasuteru URANO, Toshiharu TERANISHI

¹防衛医科大学校医用工学講座, ²東京大学大学院医学系研究科兼薬学系研究科, ³京都大学化学研究所

¹Department of Medical Engineering, National Defense Medical College, ²Laboratory of Chemical Biology & Molecular Imaging, Graduate School of Medicine,, The University of Tokyo, ³Institute for Chemical Research, Kyoto University

キーワード :

【目的】
光音響イメージングは，深部を可視化できる特徴がある．光音響イメージングでは散乱係数が光と比較して約3桁小さい超音波信号を検出信号とすることで，光散乱の影響が低減され透過性が向上する利点があり，より深部まで可視化できる原理である．光と超音波を組み合わせた技術であることから，光超音波イメージングとも呼ぶ．
光音響画像は色濃度の分布画像であり，主な生体内の色（光吸収体）が血液中のヘモグロビンであることから最も盛んに研究されているのは血管イメージングである．酸素化ヘモグロビン（HbO2）とヘモグロビン（Hb）の吸収スペクトルの違いを利用すれば血中酸素飽和度の分布画像が提示できる．腫瘍に酸素や栄養を供給する腫瘍血管新生や血管構造の不安定化はがんの再発や転移に関連することから，その重要性が着目されている．
一方で，生体の生物学的，生化学的性質を高コントラストでイメージングする利点は蛍光イメージング研究で明らかとなっている．疾患の早期診断・治療に繋がる標的分子に特異的な光音響用イメージングプローブが開発されれば，高いニーズのイメージングに対する画期的なアプローチとなる．
そこで我々は深部がんイメージングのための光音響イメージングプローブの開発と，開発したプローブを選択的に可視化できる光音響イメージングシステムの構築を目的とした．光音響イメージングプローブとして，有機小分子をベースとするイメージングプローブと，金ナノ粒子をベースとするイメージングプローブをそれぞれ開発した．
【方法】
有機小分子をベースとするイメージングプローブとして，すでに実績のある特定のたんぱく質分解酵素活性が，がん細胞で高くなっていることを利用したActivatable型プローブを合成した．がん細胞中に含まれるβ－ガラクトシダーゼと反応すると構造が変化して，強い蛍光や光音響信号を発生する物質へと変化するように設計した．金ナノ粒子をベースとするイメージングプローブも同様にがん細胞で光音響信号が強く発生するように設計した．
光音響イメージングプローブのイメージングでは，ヘモグロビンなどの生体由来の光の吸収体がバックグランドとなり，プローブ信号とバックグランド信号を識別する手法が必要である．そこで吸光スペクトルの違いを利用するスペクトルアンミキシング手法を光音響イメージングに適用した．波長可変ナノ秒パルスレーザーを用いて光音響イメージングの励起波長を変化させて，マルチスペクトル光音響信号を測定した．本研究では，水溶液，細胞，マウス，臨床検体を対象にした．
【結論】
プローブ信号とバックグランド信号が識別できる手法が開発され，腫瘍マウス，臨床検体を対象に合成したプローブ由来の光音響信号を観測可能なことを実証した．
【謝辞】
本研究の一部はAMED産学共創基礎基盤研究プログラムの助成を受け実施された．臨床研究において，防衛医科大学校外科学講座の山﨑民大医師，病態病理学講座の津田均教授に心より感謝いたします．