JP2009257899A - Method of detecting infiltration of macrophage and formation degree of blood vessel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、試料中のジアセチルポリアミンを測定し、ヒトを含む動物における、マクロファージの浸潤と血管形成の度合を検出する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for measuring diacetylpolyamine in a sample and detecting the degree of macrophage infiltration and angiogenesis in animals including humans.
癌において、マクロファージの患部への集積は癌の悪性度と相関しており、マクロファージは患部での炎症反応や組織の再構築に関与していると言われている(非特許文献1)。また、浸潤マクロファージや酸素濃度の低い領域が癌の悪性化に寄与していること、癌の形成される部分には血管組織が多く作られることが最近の研究によって明らかになりつつある。 In cancer, the accumulation of macrophages in the affected area correlates with the malignancy of the cancer, and it is said that the macrophages are involved in the inflammatory reaction and tissue reconstruction in the affected area (Non-patent Document 1). Recent research has revealed that infiltrating macrophages and regions with low oxygen concentration contribute to malignant cancer, and that many vascular tissues are formed in the area where cancer is formed.
しかしながら、マクロファージ又は血管の数を数えたり、組織中の酸素濃度を測定するためには、生検・穿刺などの浸襲的で高度な手技の観察が必要であり、これらの指標をもとに癌の悪性度を診断する方法は現実的な方法とはいえなかった。 However, in order to count the number of macrophages or blood vessels and to measure the oxygen concentration in tissues, it is necessary to observe invasive and advanced techniques such as biopsy and puncture. The method of diagnosing the malignancy of cancer has not been a realistic method.
本発明者は、癌細胞におけるジアセチルポリアミンの産生メカニズムを研究している過程で、まったく意外にも、ジアセチルポリアミンは癌細胞の産生する物質ではなく、マクロファージが産生するものであることを見出した。この知見を基に更に検討を重ねた結果、マクロファージにおけるジアセチルポリアミンの産生は、マクロファージの代謝状態、特にヒトを含む動物におけるマクロファージ由来の悪影響の度合いを直接反映し、癌、アルツハイマー、リウマチ、クローン病、動脈硬化症等のマクロファージが関与したあるいは関与の疑いの高い疾患、障害又は症状の悪化を直接検出できることを確認し、これを報告している(特許文献1及び非特許文献2)。
In the process of studying the production mechanism of diacetylpolyamine in cancer cells, the present inventor has found that, surprisingly, diacetylpolyamine is not a substance produced by cancer cells but produced by macrophages. As a result of further studies based on this finding, the production of diacetylpolyamine in macrophages directly reflects the metabolic state of macrophages, particularly the degree of macrophage-derived adverse effects in animals including humans. In addition, it has been confirmed that it is possible to directly detect the deterioration of diseases, disorders, or symptoms in which macrophages such as arteriosclerosis are involved or highly suspected to be involved (
しかしながら、マクロファージと病態との関係をさらに詳細に検討した結果、成長中の癌腫では血管形成の不足している状態が積極的に維持され、患部へのマクロファージの浸潤が定常的に起こっており、ジアセチルポリアミンの測定はその結果としての悪影響度を反映していることが明らかになった。すなわち、ジアセチルポリアミンの産生量はマクロファージ由来の悪性度を漠然と反映しているのではなく、悪性度の具体的な指標と成りうる血管形成の度合い、特に血管形成の不足度、およびマクロファージの浸潤の度合いを癌腫の成長の度合い、あるいは悪性度に応じて量的に反映していることが明らかとなったため、病態ステージにおいては、治療効果や予後の予測の判定に極めて有用な診断マーカーとなり得ることが示された。 However, as a result of examining the relationship between macrophages and pathological conditions in more detail, in the growing carcinoma, the state of insufficient angiogenesis is actively maintained, and infiltration of macrophages into the affected area is constantly occurring, It was found that the measurement of diacetylpolyamine reflects the resulting adverse effect. That is, the amount of diacetylpolyamine produced does not vaguely reflect macrophage-derived malignancy, but the degree of angiogenesis that can be a specific index of malignancy, particularly the degree of angiogenesis, and macrophage infiltration It is clear that the degree is quantitatively reflected according to the degree of growth or malignancy of the carcinoma, so it can be a very useful diagnostic marker for the determination of therapeutic effect and prognosis prediction in the pathological stage It has been shown.
したがって、本発明は、ジアセチルポリアミンとマクロファージの浸潤及び血管形成との新たな関係を見出し、この関係を利用して、ジアセチルポリアミンの診断用マーカーとしての新たな適用を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to find a new relationship between diacetylpolyamine and macrophage infiltration and angiogenesis, and to provide a new application of diacetylpolyamine as a diagnostic marker using this relationship.
本発明者は上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、インビトロでの実験結果より、ジアセチルポリアミンは酸素供給がある閾値以下に制限されているときに産生され、その産生量(D)は3つの変数を含む下記式1で表されることを見出した。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has found that diacetylpolyamine is produced when the oxygen supply is limited to a certain threshold value or less based on the results of in vitro experiments, and the production amount (D) is It has been found that it is represented by the following
(式中、Aは正の定数、fは{体積あたりへの酸素供給速度}が0以上ある閾値以下の範囲に対して正の値をとる上に凸の関数を示す。) (In the formula, A is a positive constant, and f is a convex function having a positive value for a range where {the oxygen supply rate per volume} is not less than 0 and not more than a threshold value.)
一方で発明者は、生体中の癌腫においては、(体積あたりのマクロファージ数)と{体積あたりへの酸素供給速度}は、癌腫成長の経過中一定の値に保たれており、ジアセチルポリアミンの産生は(癌腫の大きさ)のみに比例していることをも見出した。 On the other hand, the inventor found that (the number of macrophages per volume) and {the rate of oxygen supply per volume} were kept constant during the course of carcinoma growth in the case of carcinoma in vivo. We also found that is proportional to (carcinoma size) only.
つまり、ジアセチルポリアミンの産生が行われるのは、酸素供給が一定の値以下になるときだけであり、かつ生体中の癌腫において体積あたりへの酸素供給速度は一定値に保たれていることから、ジアセチルポリアミン産生の増加は、癌腫の成長にともなって酸素不足の生じている領域が拡大していることを意味し、裏を返せば、酸素供給の不足を解消するために有効な血管形成が十分行われていないことを意味している。 In other words, production of diacetylpolyamine is performed only when the oxygen supply is below a certain value, and the rate of oxygen supply per volume is maintained at a constant value in carcinoma in the living body, An increase in diacetylpolyamine production means that the area of oxygen deficiency is expanding with the growth of the carcinoma. In other words, effective angiogenesis is sufficient to resolve the lack of oxygen supply. It means not done.
また同様に、癌腫において体積あたりのマクロファージ数は一定値であることから、癌腫の成長の度合いに応じて癌腫全体におけるマクロファージの総数も増加していると判断できる。 Similarly, since the number of macrophages per volume in a carcinoma is a constant value, it can be determined that the total number of macrophages in the entire carcinoma also increases according to the degree of growth of the carcinoma.
さらには、一般に個々の癌腫におけるジアセチルポリアミンの産生量はそれぞれ異なっており、したがって体積あたりのマクロファージ数、および体積あたりへの酸素供給速度も癌腫ごとに固有の値をとっていると考えるのが妥当である。したがって、画像診断等によって癌腫の大きさを判断できるとき、複数の癌腫におけるジアセチルポリアミンの量を比較すれば、個別の癌腫におけるマクロファージ浸潤の度合いや酸素供給速度不足の度合いを相対的に評価できる。 Furthermore, in general, the amount of diacetylpolyamine produced in each carcinoma is different, so it is reasonable to assume that the number of macrophages per volume and the rate of oxygen supply per volume have unique values for each carcinoma. It is. Therefore, when the size of a carcinoma can be determined by image diagnosis or the like, the degree of macrophage infiltration and the degree of oxygen supply rate deficiency in individual carcinomas can be relatively evaluated by comparing the amount of diacetylpolyamine in a plurality of carcinomas.
以上のように、ジアセチルポリアミンの産生は、癌の領域の大きさと性質の両方の影響によるマクロファージ浸潤と血管形成の度合い、特に血管形成の不足度を反映していることになる。 As described above, the production of diacetylpolyamine reflects the degree of macrophage infiltration and angiogenesis, particularly the degree of angiogenesis, due to the influence of both the size and nature of the cancer area.
マクロファージ浸潤やハイポキシアの生じやすさが、癌の悪性化に寄与することは現在盛んに研究されている。上記のようにジアセチルポリアミン量はマクロファージ浸潤や血管形成の不足度を反映しているものであることから、ジアセチルポリアミン量を測定することにより、癌の治療効果や予後の予測の判定をも行うことができる。 It has been actively studied that the likelihood of macrophage infiltration and hypoxia is contributing to cancer malignancy. Since the amount of diacetylpolyamine reflects the degree of macrophage infiltration and angiogenesis, as described above, measuring the amount of diacetylpolyamine can also be used to determine the therapeutic effect and prognosis of cancer. Can do.
上述したように、本発明者は、生体試料中のジアセチルポリアミンを測定することによって、癌腫全体に対するマクロファージの浸潤と血管形成の度合が簡単に検出できること、さらにはその経時的な変化を観測することで治療効果や予後の予測の判定に使用できることを見出し、本発明を完成させた。したがって本発明は以下の通りである。 As described above, the present inventor can easily detect the degree of macrophage infiltration and angiogenesis with respect to the entire carcinoma by measuring diacetylpolyamine in a biological sample, and observe the change over time. Thus, the present invention was completed by finding that it can be used to determine the therapeutic effect and prognosis prediction. Therefore, the present invention is as follows.
(1)試料中のジアセチルポリアミンを測定し、ヒトを含む動物における、マクロファージの浸潤と血管形成の度合を検出する方法。
(2)治療中の患者由来の試料を使用し、ジアセチルポリアミンの測定値に対応したマクロファージの浸潤と血管形成の度合を基に、治療効果や予後の予測を判定する方法。
(3)治療中の患者から経時的に試料を採取し、当該試料中のジアセチルポリアミンを測定し、得られた測定値の経時的な変化に基づきマクロファージの浸潤と血管形成の度合を検出し、治療効果や予後の予測を判定する方法。
(4)ヒトを含む動物において、画像診断とジアセチルポリアミンの測定を組み合わせることで、マクロファージの浸潤と血管形成の度合を判定し、治療効果や予後の予測を判定する方法。
(5)ジアセチルポリアミンが、ジアセチルスペルミン及び/又はジアセチルスペルミジンである、上記(1)〜(4)いずれか1項に記載の方法。
(6)試料中のジアセチルポリアミンをイムノアッセイにより測定する、上記(1)〜(4)いずれか1項に記載の方法。
(1) A method for measuring the degree of macrophage infiltration and angiogenesis in animals including humans by measuring diacetylpolyamine in a sample.
(2) A method for determining the therapeutic effect and prognosis prediction based on the degree of macrophage infiltration and angiogenesis corresponding to the measured value of diacetylpolyamine using a sample derived from the patient under treatment.
(3) Collect a sample over time from the patient under treatment, measure diacetylpolyamine in the sample, detect the degree of macrophage infiltration and angiogenesis based on the change over time of the obtained measurement value, A method to determine treatment effect and prognosis prediction.
(4) A method for determining the degree of macrophage infiltration and angiogenesis by combining diagnostic imaging and diacetylpolyamine measurement in animals including humans, and determining the therapeutic effect and prognosis prediction.
(5) The method according to any one of (1) to (4) above, wherein the diacetylpolyamine is diacetylspermine and / or diacetylspermidine.
(6) The method according to any one of (1) to (4) above, wherein diacetylpolyamine in the sample is measured by immunoassay.
本発明方法を用いることにより、ヒトを含む動物における、マクロファージの浸潤や血管形成の度合、特に血管形成の不足度合いを検出することが可能となった。
特に、治療中の患者由来の試料を使用し、ジアセチルポリアミンの測定値あるいはその経時的な変化を観測することで治療効果や予後の予測の判定を実施することができる。
また、画像診断とジアセチルポリアミンの測定を組み合わせることで、より精度の高い治療効果や予後の予測の判定を行うことも初めて可能となった。
By using the method of the present invention, it has become possible to detect the degree of macrophage infiltration and blood vessel formation, particularly the degree of insufficient blood vessel formation, in animals including humans.
In particular, by using a sample derived from a patient under treatment and observing the measured value of diacetylpolyamine or its change over time, it is possible to determine the therapeutic effect and prognosis prediction.
In addition, by combining image diagnosis and measurement of diacetylpolyamine, it has become possible for the first time to determine a more accurate therapeutic effect and prognosis prediction.
本明細書において、以下の用語は次の意味を有するものである。
「ジアセチルポリアミン」とは、ジアセチルスペルミン及び/又はジアセチルスペルミジンを意味し、具体的には、N1,N12−ジアセチルスペルミン、N1,N8−ジアセチルスペルミジンを例示することができる。
In the present specification, the following terms have the following meanings.
“Diacetylpolyamine” means diacetylspermine and / or diacetylspermidine, and specific examples thereof include N 1 , N 12 -diacetylspermine and N 1 , N 8 -diacetylspermidine.
「治療効果の判定」とは、ヒトを含む動物において、外科的手術、放射線照射、抗癌剤投与などの患者の治療が、良好に進行しているか否かの判定を意味する。 “Determination of therapeutic effect” means determination of whether or not the patient's treatment such as surgical operation, irradiation, administration of an anticancer agent, etc. is progressing well in animals including humans.
「予後の予測の判定」とは、ヒトを含む動物において、将来病状が軽快するのか悪化するのか、あるいは健常に復するのか死に至るのかを予測することを意味する。 “Determination of prognosis prediction” means predicting whether a disease state will be ameliorated or worsened in the future, or whether it will return to normal or death in animals including humans.
「試料」とは、ジアセチルポリアミンを含有するものであれば特に制限されない。そのようなサンプルを具体的に例示すれば、尿、血清等を例示することができ、特に尿サンプルが使用に好適である。 The “sample” is not particularly limited as long as it contains diacetylpolyamine. Specific examples of such samples include urine and serum, and urine samples are particularly suitable for use.
「マクロファージの浸潤の度合」とは、患部においてマクロファージが浸潤している度合いを示す。 The “degree of macrophage infiltration” indicates the degree of macrophage infiltration in the affected area.
「血管形成の度合」とは、酸素供給速度が、患部における酸素要求をどれだけ満たしているかの度合いを指し、血管形成の不足の度合とは当該酸素要求をどれだけ満たしていないかの度合いを意味する。 “Degree of angiogenesis” refers to the degree to which the oxygen supply rate satisfies the oxygen demand in the affected area, and the degree of lack of angiogenesis refers to the degree to which the oxygen demand is not met. means.
なぜなら、ジアセチルポリアミンの産生は酸素供給がある閾値以下に制限されているときに行われることを考えると、その産生量は癌などの組織・局所における酸素要求の閾値に満たない度合いを反映している。一般に、癌においては血管組織の形成が盛んに行われるが、その血管には癌特有の形態的な異常があるために、酸素供給上の支障が生じると考えられており(Cancer Res.,1999, 59:5863−5870)、酸素供給の不足は局所の酸素要求を充足しうる有効な血管の形成が行われていない度合い(血管形成の不足の度合い)を示すことになる。 This is because, considering that the production of diacetylpolyamine is performed when oxygen supply is limited to a certain threshold value or less, the production amount reflects the degree to which the oxygen demand threshold is not satisfied in the tissue or local area such as cancer. Yes. In general, vascular tissue is actively formed in cancer, but it is considered that there is a morphological abnormality peculiar to cancer in the blood vessel, which causes a problem in oxygen supply (Cancer Res., 1999). , 59: 5863-5870), the lack of oxygen supply indicates the extent to which effective blood vessels that can meet local oxygen demand are not formed (the degree of lack of blood vessel formation).
(A)ジアセチルポリアミンの測定
試料中のジアセチルポリアミンの測定は、特に制限されるものではない。その中でも、イムノアッセイが特に簡便で好適である。イムノアッセイで使用する試薬、具体的な測定手順に関しては、公知の文献(例えば、特許第3709078号公報、WO2004−81569号公報、J.Cancer Res.Clin.Oncol.,123(1997),539−545、J.Biochem.(Tokyo),132(2002),783−788)を参照して実施することができる。
(A) Measurement of diacetylpolyamine The measurement of diacetylpolyamine in a sample is not particularly limited. Among these, an immunoassay is particularly simple and suitable. Regarding the reagents used in the immunoassay and the specific measurement procedures, known literatures (for example, Japanese Patent No. 3770978, WO 2004-81569, J. Cancer Res. Clin. Oncol., 123 (1997), 539-545). J. Biochem. (Tokyo), 132 (2002), 783-788).
(B)マクロファージの浸潤と血管形成の度合の検出
上記方法により、癌患者の試料中ジアセチルポリアミンを測定し、特に経時的なジアセチルポリアミンの測定値を測定する。得られた測定値の変化に基づき、ジアセチルポリアミンが増加する方向への変化が大きい場合には、マクロファージの浸潤と酸素供給の不足による血管形成が十分に行われていない領域が拡大していると判断し、ジアセチルポリアミンが減少する方向への変化が大きい場合には、その領域は縮小していると判断できる。
(B) Detection of degree of macrophage infiltration and angiogenesis According to the above method, diacetylpolyamine is measured in a sample of a cancer patient, and in particular, the measured value of diacetylpolyamine over time is measured. Based on the change in the measured values obtained, if the change in the direction of increasing diacetylpolyamine is large, the area where the blood vessel formation is not sufficiently performed due to macrophage infiltration and insufficient oxygen supply has expanded. Judgment and it can be judged that the area | region has shrunk | reduced when the change to the direction which diacetyl polyamine decreases is large.
また、複数の癌腫について画像診断等の結果を比較したとき、大きさに対して相対的にジアセチルポリアミンの産生が大きい癌腫については、マクロファージの浸潤と血管形成の不足度合がより強く、質的に悪性の癌であると判断することができる。 In addition, when comparing the results of diagnostic imaging, etc. for multiple carcinomas, macrophage infiltration and angiogenesis deficiency are stronger and more qualitatively for carcinomas with relatively large diacetylpolyamine production relative to their size. It can be determined that the cancer is malignant.
(C)治療効果と予後の予測の判定
ジアセチルポリアミンを測定し、特に経時的なジアセチルポリアミンの測定値を測定し、得られた測定値の変化に基づき、ジアセチルポリアミンが増加する方向への変化が大きい場合には、予後は不良であるか治療は良好に進行していないと判定し、再度の治療を施すか、従来とは異なる治療を施すかの判断材料の1つとして利用できる。
(C) Judgment of therapeutic effect and prognosis prediction Diacetylpolyamine is measured, especially the measured value of diacetylpolyamine over time, and based on the change of the measured value, there is a change in the direction of increasing diacetylpolyamine. If it is larger, it is determined that the prognosis is poor or the treatment is not progressing well, and it can be used as one of the judgment materials for whether to perform the treatment again or to perform the treatment different from the conventional one.
ジアセチルポリアミンが横這いの場合には、再発や転移の可能性が残っており、注意深く様子を観察した方がよいと判定できる。また、ジアセチルポリアミンが減少する方向への変化が大きい場合には、予後は良好であるか治療は一応良好に進行している判定できる。 If diacetylpolyamine is flat, there is a possibility of recurrence and metastasis, and it can be determined that it is better to observe the situation carefully. Moreover, when the change in the direction in which diacetylpolyamine decreases is large, it can be determined that the prognosis is good or the treatment is progressing well.
上記のようなジアセチルポリアミンによる判定は、癌に限らず、マクロファージが随伴する血管形成を伴う疾患、たとえば骨折や動脈硬化などにも適用可能である。癌では、ジアセチルポリアミンの測定値が高値であることや上昇することは、病状が芳しくないことを意味したが、骨折では、適度な上昇が正常な治癒の過程を示す場合があると考えられる。一見矛盾するような診断の指標としての利用も、この測定値が、悪性度を漠然と反映しているのではなく、マクロファージの浸潤と血管形成の度合いを反映していると理解できるから可能になり、医療上、きわめて有用な方法になるのである。 The determination with diacetylpolyamine as described above is applicable not only to cancer but also to diseases accompanied by angiogenesis accompanied by macrophages, such as fractures and arteriosclerosis. In cancer, a high or increased measured value of diacetylpolyamine meant that the medical condition was not good, but in bone fractures, a moderate increase may indicate a normal healing process. It can be used as an index of seemingly contradictory diagnosis because it can be understood that this measurement value reflects the degree of macrophage infiltration and angiogenesis rather than vaguely reflecting the degree of malignancy. It becomes a very useful method in medical practice.
以下、本発明について実施例をあげて具体的に説明するが、本発明はこれらによって何等限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)マクロファージとジアセチルスペルミン(DAM)産生量との関係
マクロファージとして腹腔浸出細胞(PEC)を用い、マクロファージすなわちPEC数、酸素供給速度、培養日数とDAM産生量との関係を解析した。
(Example 1) Relationship between macrophages and diacetylspermine (DAM) production amount Using peritoneal exudate cells (PEC) as macrophages, the relationship between macrophages, that is, the number of PECs, oxygen supply rate, culture days, and DAM production amount was analyzed.
まず、96穴プレートのウェル中に10%ウマ血清、5mM乳酸を含み、グルコースを含まないRPMI培養液を加え、5%CO2,37℃でPECを培養した。 First, RPMI culture solution containing 10% horse serum, 5 mM lactic acid and no glucose was added to the well of a 96-well plate, and PEC was cultured at 37 ° C. with 5% CO 2 .
1ウェルあたりのPEC数を1.0×105,1.5×105,2.0×105,2.5×105、培養液量を0.12ml,0.14ml,0.18ml,0.25mlとした。培養開始後1日目,2日目,3日目,4日目における培養液中のDAM量を公知のELISA法によって測定した。 The number of PECs per well is 1.0 × 10 5 , 1.5 × 10 5 , 2.0 × 10 5 , 2.5 × 10 5 , and the culture volume is 0.12 ml, 0.14 ml, 0.18 ml 0.25 ml. The amount of DAM in the culture solution on the first day, the second day, the third day, and the fourth day after the start of the culture was measured by a known ELISA method.
次に、実際のDAM産生量が前記式1で表されるかを検討した。
Next, it was examined whether the actual production amount of DAM is expressed by the
1ウェルあたりのDAMの産生量をあらわす式2は、膜ポテンシャルを失ったミトコンドリアのクエン酸サイクルの構成成分が、酸素供給速度に支配される一次反応でアセチルCoAに変換されるモデルに基づいている。ただし、培養ウェル中に蓄積していく量を測定したため、前記式1を積分形に変換した以下のような式2を用いた。式1と式2の詳細な関係およびその導き出し方については、参考例にて示す。
内径一定のウェルでは、液の深さは培養液量に比例していることから、PEC105個あたりへの酸素供給速度は液深に、すなわち培養液量に反比例していると想定し、(酸素供給速度)を1/細胞数(×105)/培養液量(ml)として算出した。また、(ウェルあたりのマクロファージ(PEC)数)が本文中での(体積あたりのマクロファージ数)に相当し、本文中での(癌腫の大きさ)は、ウェル数によって表される。 The inner diameter constant well was estimated from the depth of the liquid is proportional to the culture volume, oxygen feed rate to the PEC10 5 per the liquid to a depth, i.e. to be inversely proportional to the culture volume ( (Oxygen supply rate) was calculated as 1 / number of cells (× 10 5 ) / volume of culture solution (ml). Further, (the number of macrophages per well (PEC)) corresponds to (the number of macrophages per volume) in the text, and (the size of carcinoma) in the text is expressed by the number of wells.
さらに式2中では、実験的に求められた、PEC105個あたりの最大DAM産生量(ミトコンドリア中のクエン酸量に等しい)を113.4とし、DAM産生が生ずる酸素供給速度上限を5.59とし、DAM産生に使われるアセチルCoAを生成するクエン酸リアーゼの酸素供給速度への依存性を1.04とし、それぞれの数値を当てはめて使用している。
Further in
結果、図1に示したように、実線で示されるシミュレーションによるDAM産生量の予想値と、それぞれのポイントで表される実測値とは非常によく一致することが明らかとなった。すなわち、実際のマクロファージにおけるDAMの産生は、式2のシミュレーションで算定・適用できるものであり、前記式1で算出するDAM産生量の予測値は、実際のDAM産生量とほぼ一致することを確認することができた。
As a result, as shown in FIG. 1, it was clarified that the predicted value of the DAM production amount by the simulation indicated by the solid line and the actual measurement value represented by each point agree very well. That is, the actual production of DAM in macrophages can be calculated and applied by the simulation of
(実施例2)癌腫の大きさとジアセチルスペルミン産生量との関係
Balb/cマウスのそけい部に癌細胞株のColon26を接種し、14日後より3日毎における癌の大きさを測定するとともに、尿中DAMの量もELISA法にて測定し、両者の関係を図2に示した。なお、尿のDAM濃度はクレアチニン濃度(酵素法により測定)によって補正した値を用いた。また、癌の大きさは長さ(cm)×幅2(cm2)×1/2として算出した。
(Example 2) Relationship between tumor size and diacetylspermine production amount Balb / c mice were inoculated with Colon 26, a cancer cell line, and after 14 days, the size of cancer was measured every 3 days, and urine The amount of medium DAM was also measured by ELISA, and the relationship between them was shown in FIG. The urinary DAM concentration was corrected by the creatinine concentration (measured by the enzyme method). The size of the cancer was calculated as length (cm) × width 2 (cm 2 ) × 1/2.
図2に示すように、癌の成長期ではDAMの産生は(癌腫の大きさ)のみに比例しており、体積あたりのマクロファージ数、および体積あたりへの酸素供給速度はほぼ定数になっていることが強く推測された。すなわち、体積あたりのマクロファージ数と体積あたりへの酸素供給速度がある定数であるのは、癌側あるいは宿主側あるいは両者の相互作用により、これら2変数が定数になるような調節が働いていることが原因と考えられる。 As shown in FIG. 2, in the growth phase of cancer, DAM production is proportional only to (the size of the carcinoma), and the number of macrophages per volume and the oxygen supply rate per volume are almost constant. It was strongly speculated. That is, the constants that have the number of macrophages per volume and the rate of oxygen supply per volume are that the two variables are controlled by the interaction between the cancer side, host side, or both. Is considered to be the cause.
このため、体積あたりのマクロファージ数および酸素供給速度が一定となっていることをもとにすれば、DAMの産生量を測定することによって相対的な癌腫の大きさを評価することができるとともに、癌腫の大きさにともなった総量としてのマクロファージの浸潤の度合いと有効な血管形成が不足の度合い(酸素供給の不足の度合)をも量的に判定できる。 Therefore, based on the fact that the number of macrophages per volume and the oxygen supply rate are constant, the relative size of carcinoma can be evaluated by measuring the amount of DAM produced, It is also possible to quantitatively determine the degree of macrophage infiltration and the degree of lack of effective angiogenesis (degree of lack of oxygen supply) as the total amount according to the size of the carcinoma.
また、複数の癌腫の大きさが画像診断等によって明らかになっている場合は、DAMの産生量を組み合わせることで、癌腫ごとの体積あたりのマクロファージ数および血管形成の不足の度合を相対的に評価でき、癌腫の相対的悪性度の評価を精度よく行うことができる。 In addition, when the size of multiple carcinomas has been clarified by diagnostic imaging, etc., the number of macrophages per volume and the degree of lack of angiogenesis are relatively evaluated by combining DAM production. It is possible to accurately evaluate the relative malignancy of carcinoma.
(参考例)
当モデルでは、膜ポテンシャルを失ったミトコンドリアから漏出したクエン酸がクエン酸リアーゼによりアセチルCoAとなり、さらに未知のアセチル化酵素によりモノアセチルスペルミンと反応してDAMを生成するものとし、クエン酸リアーゼの反応に必要なATP濃度は酸素供給速度[sO2]に比例し、漏出したクエン酸はこの反応のみで消費され、クエン酸濃度[cit]について一次反応で減少するものとした。
(Reference example)
In this model, citrate leaked from mitochondria that lost membrane potential is converted to acetyl CoA by citrate lyase, and further, it reacts with monoacetylspermine by an unknown acetylase to produce DAM. The necessary ATP concentration was proportional to the oxygen supply rate [sO 2 ], and the leaked citric acid was consumed only in this reaction, and the citric acid concentration [cit] decreased in the primary reaction.
先に、マクロファージ数105あたりのDAM産生量について考えてみる。比例定数をA、時間(日)をtとすると、クエン酸濃度[cit]について、以下式3が成り立つ。
First, consider the amount of DAM produced per 10 5 macrophages. Assuming that the proportionality constant is A and the time (day) is t,
ただし、下の漏出したクエン酸の式とあわせるため5.59で除しておいた。 However, it was divided by 5.59 to match the leaked citric acid formula below.
最初に漏出したクエン酸を[cit]0としてこの微分方程式を解くと、 Solving this differential equation with the first leaked citric acid as [cit] 0 ,
が導かれる。 Is guided.
漏出するクエン酸は、DAMが産生される[sO2]が上限値(=産生されない下限、実測値では5.59なのでこの数字を代入する)のとき0、[sO2]が0のとき(マクロファージ数105あたりの)全クエン酸濃度[TC]となる、[sO2]に関する一次式で表されると考えられるので、[cit]0は以下のようにあらわすことができる。 The leaked citric acid is 0 when [sO 2 ] at which DAM is produced is an upper limit (= lower limit at which no DAM is produced, and this value is substituted because it is 5.59 in actual measurement), and when [sO 2 ] is 0 ( [Cit] 0 can be expressed as follows because it is considered to be expressed by a linear expression related to [sO 2 ], which is a total citrate concentration [TC] (per 10 5 macrophages).
生成したアセチルCoAはすべてDAMに変換される([TC]が、外挿して得られるDAM最大産生量に一致することが実施例1の実験で実証された。以下ではDAM最大産生量の113.4を用いる)ので、ウェル中に蓄積する(マクロファージ数105あたりの)[dam]は、 All of the produced acetyl-CoA is converted to DAM ([TC] was verified in the experiment of Example 1 to match the maximum amount of DAM produced by extrapolation. Below, 113. 4), so that [dam] accumulated in the well (per 10 5 macrophages) is
となる。 It becomes.
ところで比例定数Aにはクエン酸リアーゼの反応定数が含まれているが、本酵素は(酸素供給によって作られる)ATPによる修飾によって活性化されることが知られているので、実験的にAの[sO2]に対する依存性をみたところ、 By the way, the proportional constant A contains the reaction constant of citrate lyase, but since this enzyme is known to be activated by modification with ATP (produced by supplying oxygen), Looking at the dependency on [sO 2 ],
であった。 Met.
式7を式6に代入し、さらに1ウェルあたりのマクロファージ数cをかければ、下式8のように、ウェルあたりのDAM量DAM/wellが求まる。式8と前記式2は同じであることから、実施例1における式2が導かれた。
Substituting Equation 7 into Equation 6 and multiplying the number of macrophages per well by c gives the amount of DAM / well DAM / well as shown in Equation 8 below. Since Formula 8 and
次に、式1を導き出す。実施例1における1ウェル中での解析が相当している、癌腫の体積あたりでのできごとを考える。ウェル中の解析では蓄積量を求めたが、尿サンプルの測定を行う場合は産生されたDAMは次々排泄されていくので、測定値は産生速度、つまりクエン酸減少の時間による微分が表していることになる。あるマクロファージが時刻T(Tは負の数)に癌腫に浸潤したとすると、サンプリング時刻0におけるマクロファージ数105あたりのDAMの産生速度は、以下のように算出される。
Next,
(式9)
見やすくする為にパラメータはウェル解析のままにした。別の値が入ることもありうるが本質的な違いはない。
(Formula 9)
For clarity, the parameters were left as well analysis. There may be other values, but there is no essential difference.
ところで、癌腫中のマクロファージは浸潤した時刻についてある分布をしているはずである。本シミュレーションで扱われる時間の大きさはほぼ数日で、ヒトの癌の経過において十分に小さいため、癌腫は定常状態にあり、(大きさや)マクロファージ等の構成に変化はないものとして扱いうる。それを考慮して以下の2種の分布について考える。 By the way, macrophages in carcinomas should have a certain distribution with respect to the time of infiltration. The amount of time handled in this simulation is approximately several days, and is sufficiently small in the course of human cancer, so that the carcinoma is in a steady state and can be treated as having no change in (size or) macrophage configuration. Considering this, the following two types of distribution are considered.
(A) まず、浸潤期間がL日以内のc×105個のマクロファージが均等に存在している場合(これはL日より長くなったとたんにマクロファージは消滅する意味になりやや非現実的である)、全体のDAM産生速度は、 (A) First, in the case where c × 10 5 macrophages having an infiltration period of L days or less are present uniformly (this means that the macrophages disappear as soon as it becomes longer than L days, which is somewhat unrealistic. The total DAM production rate is
(式10)
と算出される。整理して定数部分を改めてAとおけば
(Formula 10)
Is calculated. If you sort out the constant part again and put A
とあらわされる。 It is expressed.
(B)
次に、浸潤時刻がT(Tは負の数)のマクロファージが半減期M日の指数関数で減少していく場合(より現実的である)は、全体の産生速度は
(B)
Next, if the macrophage with infiltration time T (T is a negative number) decreases with an exponential function of half-life M days (more realistic), the overall production rate is
と算出される。ただし、 Is calculated. However,
で除して細胞数を規格化した。整理して定数部分を改めてAとおけば The number of cells was normalized by dividing by. If you sort out the constant part again and put A
とあらわされる。 It is expressed.
式11、式14ともに、c×A以外の部分が式1における関数fを示している。式11および14は体積あたりのDAM産生量を示すものであるので、すなわち(A)(B)どちらの場合も、癌腫全体におけるDAM産生速度は式1の形であらわされることが分かる。
In both Expression 11 and Expression 14, the part other than c × A indicates the function f in
さらに(A)(B)両方の場合ともに、数値を代入してシミュレーションを行った結果、酸素供給速度に対して上に凸になることがわかった(図3)。かけはなれた2つのマクロファージ分布シミュレーションで似たような曲線を描くことから、現実の分布においても式1中の関数fは上に凸の関数になることが推定された。
Further, in both cases (A) and (B), simulation was performed by substituting numerical values, and as a result, it was found that the oxygen supply rate became convex upward (FIG. 3). Since two similar macrophage distribution simulations draw similar curves, it was estimated that the function f in
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