JP2005533842A - Mri適用のための常磁性錯体による細胞標識の方法 - Google Patents
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Abstract
Description
遷移金属(特にMn(II)及びMn(III))及びランタニド類(Gd(III))の常磁性錯体は、組織プロトンの緩和率を大きく高めるという能力のために磁気共鳴画像における造影剤(CA)として用いられている。ほとんどの場合、それらは細胞外分布を有し、臓器及び組織の潅流を評価する、又は血液脳関門などにおけるいかなる異常も明らかにする上で特に有益であることが証明されている。血管造影の適用では、血清アルブミンとの非共有性の相互作用を介した血管区画におけるCAの分離が調べられる。少ない例では、肝細胞特異的作用剤が、能動輸送に際して肝細胞には入っていくが、この臓器に存在してもよい転移には入らないのと同様に、診断能力は、CAの細胞内分布に関係する。さらなる例は、浸透圧ショックによる赤血球内への常磁性錯体の内部移行である。この手法によって、大量の常磁性錯体を含む赤血球が提供され、それからMRI画像における流量、容積などの重要な情報を得てもよい。
序論で述べたように、指標酵素をコードする遺伝子は、細胞の標識手法に用いられることが多い。他方で、過剰発現した特定の酵素の検出は、多数の病態で高い診断価値を持つことが多い。MRIによる所見については、特定の酵素の存在が、水プロトンの緩和において意味のある変動を誘導することが必要である。さらに効果的にするには、この過程によって「緩和計測的にサイレント(relaxometrically silent)」な種が「緩和計測的にアクティブ(relaxometrically active)」な種に変換されるべきである。
脂肪族鎖が分布するDTPA及びそのGd(III)との錯体の合成
H2N−CH2−CH2−O−CH2−CH2−OOC−C17H35とのDTPA−ビスアンヒドリドの反応によってリガンドを合成した。リガンド(わずかに水溶性)をGdCl3により錯体化し、白色の粉末(錯体Gd−1)として沈殿する不溶性キレートを得た。
錯体Gd−1におけるエステラーゼ活性の「in vitro」評価
Gd−1粒子に対する、2種の異なる酵素(ブタ肝臓に由来するエステラーゼ[E.C3.1.1.1]及びクロモバクテリウム・ビスコサム(Chromobacterium viscosum)由来のリパーゼ[EC3.1.1.34])の活性を評価した。酵素の存在下で、50mMのHEPES緩衝液pH=8及び310Kにて、Gd−1の懸濁液は、濁度の進行性の低下を示し、それは可溶性Gd(III)の形成を示唆している。
U937単球におけるGd−1の貪食的取り込み
前もって、TPAによる3日間の処理で細胞分化を誘導したU937単球で、Gd−1粒子の貪食的取り込みを行った。Gd−1粒子の大きさは電子顕微鏡観察で測定し、測定された直径は、0.5〜10μmの範囲だった。ほとんどの粒子は10μm未満の直径を有しており、それは貪食過程を行わせるのに十分小さかった。取り込みは37℃で行い、異なった2種類の量のGd−1と共に以後の時間(1〜12時間)細胞をインキュベートした。37℃での数時間のインキュベートの後、培地を除き、5mLのPBSにて細胞を3回洗浄した。これらの条件では、培地に懸濁されたGd−1粒子は溶解しなかった;実際、培地の緩和度は、純水のそれ(0.45s-1)に極めて近いままであった。細胞内で検出されるGd(III)の量は、インキュベート時間に直接比例したが、動態曲線の飽和には12時間では達しなかった(図3)。予想どおり、貪食されたGd(III)の量は、時間ゼロでは、培養培地に加えられた錯体の量に比例した。この挙動をサイトゾル抽出物における水プロトンの緩和率と比較することは興味深い。これは、貪食作用の完了後、細胞を−80℃にて3回凍結することにより得られた。サイトゾル抽出物における緩和率はインキュベート時間に比例したが、貪食されたGd(III)の総量の場合に見られたものとは対照的に、頭打ちの傾向があった(図4)。大量に内部移行した錯体はおそらく、加水分解に関与する酵素の作用を阻害する。
Gd−1に対する細胞内エステラーゼ活性の「in vivo」評価
Gd−1粒子をプローブとして用い、未処理細胞内での酵素活性を評価する実験を設定した。この目的で、2x106個の細胞(上述のようにマクロファージに分化するU937単球)を含有する異なったカプセルを、5mLの培地(RPMI)に懸濁した約5mgのGd−1粒子と共に37℃にて4時間インキュベートした。この期間の後、PBSにて細胞を3回洗浄し、さらに5mLのRPMIで覆い、37℃にて様々な時間再びインキュベートした。この方法で、内部移行工程に依存する時間間隔でGd−1粒子のエステラーゼが触媒する加水分解に由来する貢献を分離することができる。連続的な時間間隔(0.5、1、2時間)でプロトンの緩和率を測定した。Gd−1粒子の存在下、4時間のインキュベートの後、細胞は約60nmolの錯体を内部移行させたが、内部移行した粒子のたった50%しかこの時点で加水分解されておらず、緩和度全体にも貢献していなかった。実際、Gd−1を欠く培地で細胞を再懸濁した場合のサイトゾル抽出物の緩和度は2.5であり、酵素的加水分解の続く2時間で3.7に上昇した。従って、内部移行したGd−1粒子の80%が細胞性エステラーゼによって可溶化されたと想定することができる(図5)。
超音波処理による微粒子の調製
Gd−1の微粒子を調製するために、粒子懸濁液全体を超音波処理した。音響化学装置はTEKIMPモデル(Castelfranco Veneto TV、イタリア)であった。装置のテフロンチューブで水性のGd−1(50mg/7mL)懸濁液を調製した。超音波処理の条件は以下のとおりであった:周波数:18.2KHz、出力:250W、時間:10分間。冷却システムにより、懸濁液を5℃未満の温度に維持した。次いで、超音波処理した懸濁液をろ過した(カットオフ0.8μM)。ろ液中のGd含量は、出発懸濁液に含有された全Gdの10〜20%に相当した。
Gd−1による好中球の標識
標識された細胞についての適用の1つは、原因不明の発熱に冒された患者における感染部位の同定を扱うことである。このことは、患者から採血した検体から常法で得られる好中球を標識することを意味する。標識した後、MRI検査の対象である患者に好中球を再び注射しなければならない。
超音波処理後のGd−1によるマクロファージの標識
マクロファージ活性が付与されたU937細胞による内部移行アッセイにおいて、実施例5で記載した超音波処理で得られた粒子を調べた。インキュベート培地は、0.2mgのGd−1(全部で)を含有した。約4時間のインキュベート後、内部移行したGdの量は、タンパク質mg当たり最大値、2x10-8モルに達した。このことは、約10%が細胞に取り込まれたことを意味する。いったん、酵素的分解が進むと、シグナル強度は進行性に上昇し、定常状態に達し、それは、この種のプロトコールの適用に十分なだけ長く続いた。
11−アミノウンデカン酸のアミノ基を前もってFmoc保護し、次いで、固相ペプチド合成のために従来のFmoc−a.aプロトコールにより樹脂に結合させた。
Gd−2粒子に対するプロテイナーゼ活性の「in vitro」評価
Gd−2の水性懸濁液(30mg/mL)に、少量(約1mg)のタンパク質分解酵素、MMP−12を加えた。そのような酵素はペプチド結合を切断すると予想された。常温にて1時間、懸濁液を撹拌した。次いで、上清0.1mLを20MHzで作動するステラー・スピンマスター分光計でT1測定に付した。0.85s−1のR1が測定された。長い反応時間(4時間)で同様の実験を行い、R1は1.8s−1であることが判った。この所見は、可溶性Gd−キレートの放出とともに不溶性シントンの切断という点で説明することができる。
可溶性Gd−キレートを捕捉する不溶性高分子系により作製される生分解性粒子
可溶性のGdキレートを捕捉する不溶性マトリクスによってナノ粒子を形成することができる。マトリクスは特異的酵素の作用によって生分解可能である。細胞内の分解が進むにつれて、可溶性のGdキレートの放出が生じ、次いで、得られるMR画像におけるシグナルが増加する。
Claims (13)
- 細胞により内部移行され、そこで酵素的に分解され、又はその周囲の環境におけるエフェクタによって分解されて水溶性のMR画像プローブを生じる微粒子の形態で投与される、MR画像プローブとしてのランタニド又は遷移金属キレートの常磁性錯体を含む不溶性粒子。
- その不溶性が、キレートケージの表面に結合した疎水性置換基によることを特徴とする請求項1に記載の粒子。
- 疎水性置換基が、エステル結合又はアミド結合を介して常磁性錯体に共役する脂肪族鎖である請求項2に記載の粒子。
- その不溶性が、粒子自体を形成する高分子成分に起因することを特徴とする請求項1に記載の粒子。
- 常磁性錯体が、高分子成分に共有結合することを特徴とする請求項4に記載の粒子。
- 常磁性錯体が、Gd(III)キレートである請求項1〜5のいずれか1項に記載の粒子。
- 常磁性錯体が、Mn(II)又はMn(III)のキレートである請求項1〜5のいずれか1項に記載の粒子。
- 不溶性高分子が、キトサン又はその誘導体である請求項4に記載の粒子。
- 常磁性錯体が、非共有結合の相互作用を介して高分子の網目の内部に捕捉される請求項8に記載の粒子。
- 常磁性錯体が、負の残留電荷を付与されているGd(III)キレートである請求項9に記載の粒子。
- 常磁性錯体が、負の残留電荷を付与されているMn(II)又はMn(III)のキレートである請求項9に記載の粒子。
- 安定な懸濁液の形成に有利に働き、かつ、血中での粒子の寿命を延ばすようにデキストランポリマー又はそのほかの好適な物質で覆われる請求項1〜11のいずれか1項に記載の粒子。
- それらを対象として、当該細胞の外膜上の特異的認識部位と相互作用するようにできるので、それらの細胞への内部移行を刺激するシントンにより機能化される請求項1〜11のいずれか1項に記載の粒子。
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