WO2019098385A1 - 薬剤評価方法 - Google Patents

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拓司 相宮
古澤 直子
中野 寧
幸祐 権田
庸 濱田
正之 徳永
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コニカミノルタ株式会社
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    • G01N2333/49Platelet-derived growth factor [PDGF]

Definitions

  • the present invention relates to a method for drug evaluation.
  • angiogenesis plays a very important role in many diseases such as solid cancer, diabetic retinopathy and rheumatoid arthritis.
  • a solid tumor a tumor
  • anti-cancer agents having an effect of inhibiting angiogenesis have been developed, and anti-tumor effects on various types of tumors are expected.
  • FGF Fibroblast Growth Factor
  • FGF Vascular endothelial growth factor
  • PDGF Platelet-derived growth factor
  • CT computed tomography
  • a computer for example, as a means for visualizing a lesion or an organ, techniques such as computed tomography (CT) for imaging a cross-sectional image obtained by scanning an object using radiation etc. using a computer are widely used in clinical sites It is done.
  • CT is a powerful medical diagnostic technology that noninvasively obtains stereoscopic images of blood vessels and organs inside the human body, measures the difference in radiation absorption ability of internal tissues, and the difference in contrast between the lesion site and the surrounding normal tissue. Diagnosis is performed on the basis of
  • Non-Patent Document 1 describes a method for detecting a tumor by performing CT using gold nanoparticles of various sizes surface-modified with polyethylene glycol chains as a contrast agent.
  • the efficacy of the candidate drug can be evaluated not only by visualizing the size of the lesion but also by visualizing the lesion and blood vessels surrounding it.
  • tumor-bearing model mice to which an angiogenesis inhibitor has been administered are sacrificed to evaluate the effect of the inhibitor on angiogenesis.
  • Patent Document 2 discloses a microvascular system by nuclear magnetic resonance imaging (MRI) using a gadolinium complex as a contrast agent, and Non Patent Literature 2 a CT image using gold nanoparticles as a contrast agent. Each method of visualizing is described.
  • MRI nuclear magnetic resonance imaging
  • Non Patent Literature 2 a CT image using gold nanoparticles as a contrast agent. Each method of visualizing is described.
  • the detection sensitivity is important in order to accurately evaluate the trend of factors involved in angiogenesis
  • the sensitivity and the degree of staining are blurred depending on the skill of the operator and the environment.
  • the problem of lack of quantitativeness and therefore, the specific expression site of the factor involved in angiogenesis in the tissue, the expression level in each cell, or the difference in factor expression level among cells is specified It was difficult to do. Therefore, in recent years, in order to detect VEGF in more detail, new methods using VEGF, which is a VEGF ligand, have been attempted.
  • Non-Patent Document 3 detection of a VEGF receptor is performed using, as a probe, one having a biotin-modified amino group supported on a streptavidin-conjugated quantum dot as a probe.
  • a probe one having a biotin-modified amino group supported on a streptavidin-conjugated quantum dot as a probe.
  • Non-Patent Document 2 describes a method of visualizing a microvasculature by performing CT imaging using gold nanoparticles as a contrast agent, but this document also measures the day-to-day change of blood vessels, and drugs There is no description of using it for evaluation of
  • Patent Document 2 uses magnetic resonance imaging (MRI) using a gadolinium complex as a contrast agent, this method is a relatively time-consuming and time-consuming inspection method, The resolution was not sufficient.
  • MRI magnetic resonance imaging
  • Non-Patent Document 3 discloses a method for staining a VEGF receptor, but the method does not It is a staining in cells in which vascular endothelial cells are artificially expressed VEGF receptor artificially, and normal cells or low cells with VEGF receptor expression level may not be stained or may not be detected with sufficient sensitivity.
  • a drug that inhibits angiogenesis reduces the expression of VEGF receptor in vascular endothelial cells and tumor cells, sufficient detection sensitivity is obtained to accurately evaluate drug efficacy.
  • a drug that inhibits angiogenesis reduces the expression of VEGF receptor in vascular endothelial cells and tumor cells, sufficient detection sensitivity is obtained to accurately evaluate drug efficacy.
  • the present invention relates to a method for evaluating an agent involved in angiogenesis by observing the effect over time with sufficient accuracy.
  • the present inventors have obtained radiographs of test subjects using metal nanoparticles, and obtained by imaging fluorescently staining factors involved in angiogenesis using dimeric proteins. We have found that the effects of drugs involved in angiogenesis can be evaluated by comparing and observing changes in information including blood vessel information such as tumor size and blood vessel volume using images.
  • the present invention provides the following drug evaluation method.
  • [Item 1] A drug evaluation method performed on an animal having a lesion as a test subject,
  • the drug administration step (A) which is a step of administering an agent involved in angiogenesis to the subject, and the following imaging step (1) is performed a plurality of times, at least one of which is the drug administration step (A) Or perform the following shooting step (2),
  • medical agent evaluation method which evaluates the said chemical
  • Imaging step (1) Radiographing a test subject in which metal nanoparticles are present in blood vessels
  • Imaging step (2) fusion peptide fused to a tag that has one end bound to streptavidin
  • a dimeric protein consisting of a first monomer which is Tissue sections collected from the subject before the drug administration step (A), tissue sections collected from the subject at the first time point after the drug administration step (A), and after the first time point
  • tissue sections collected from the test subject at the second time point which are time points, at least two tissue sections are obtained, the sections are respectively fluorescently stained, and each fluorescently stained sample is photographed
  • the dimeric protein is fused with a first monomer, which is a fusion peptide fused to a tag at which one end is bound to streptavidin, and a fusion with a tag bound to one end other than streptavidin
  • [Section 3] The method for evaluating a drug according to claim 1 or 2, wherein the second monomer is a fusion peptide fused at only one of the ends with a tag that binds to other than streptavidin.
  • [Section 4] The drug evaluation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the first monomer and the second monomer are both linear.
  • [Section 5] A peptide sequence of the first monomer other than the tag that binds to the streptavidin; The method for evaluating a drug according to any one of claims 1 to 4, wherein the peptide sequences of the second monomer other than the tag that binds to other than streptavidin are the same sequence.
  • [Section 16] The dimeric protein according to claim 14 or 15, wherein both the first monomer and the second monomer are linear.
  • [Section 17] A peptide sequence of the first monomer other than the tag that binds to the streptavidin; 16.
  • VEGF vascular endothelial growth factor
  • PDGF platelet derived growth factor
  • a first monomer which is a fusion peptide fused to a tag that binds to streptavidin at only one of the ends; Mixing with a second monomer, which is a fusion peptide fused to a tag that binds other than streptavidin at only one of the ends; Including a purification step of purifying a dimeric protein consisting of the first monomer and the second monomer by removing contaminants from the obtained mixture, Method for producing a dimeric protein [Section 20] A first purification step wherein the purification step is performed using a first purification column carrying a carrier that specifically binds to a tag fused to the first monomer, and the second monomer The method for producing a dimeric protein according to claim 19, comprising a second purification step carried out using a second purification column carrying a carrier that specifically binds to the tag fused to.
  • [Section 21] A fluorescence labeled probe in which the fluorescent labeled substance and the dimeric protein according to any one of claims 14 to 18 are bound.
  • [Section 23] A fluorescent staining solution comprising the fluorescently labeled probe according to claim 21 or 22.
  • [Section 24] A dimeric protein comprising the first monomer and a second monomer by binding the dimeric protein according to any one of claims 14 to 18 and a fluorescent label.
  • a fluorescently labeled staining method for staining a target protein that specifically binds comprising: The fluorescent labeled staining method, wherein the fluorescent label is a fluorescent dye, a quantum dot, or a fluorescent dye-containing nanoparticle bound to streptavidin.
  • the dye staining is staining specific to vascular endothelial cells.
  • a method for evaluating biological activity comprising the staining method according to any one of claims 24 to 26.
  • the pathological information includes position information of a lesion.
  • the drug is an angiogenesis inhibitor. The drug evaluation method according to any one of claims 1 to 13 and 28 to 35.
  • the information including the blood vessel information includes information on the volume of the blood vessel of the lesion and the volume of the lesion, The drug evaluation method according to any one of claims 28 to 36, wherein a value obtained by dividing the volume of the blood vessel of the lesion site by the volume of the lesion site is calculated, and a change in the value is observed.
  • a medicine evaluation system comprising an imaging device having at least one of a radiation imaging device and a fluorescence imaging device, and an information processing device, The information processing apparatus Receiving an image acquired by the radiation imaging apparatus or the fluorescence imaging apparatus; It is an apparatus that uses the received image to evaluate drugs involved in angiogenesis.
  • a medicine evaluation system comprising an imaging device having at least one of a radiation imaging device and a fluorescence imaging device, and an information processing device, The information processing apparatus Receiving an image acquired by the radiation imaging apparatus or the fluorescence imaging apparatus; Furthermore, it is an apparatus that evaluates an agent involved in angiogenesis using information including blood vessel information acquired from a received image.
  • the drug evaluation system according to claim 41 for performing the drug evaluation method according to any one of claims 1 to 13 and 28 to 40.
  • the imaging device further comprises an apparatus for performing bright field imaging.
  • the drug evaluation system according to any one of claims 41 to 43, further comprising a display device that displays at least one of the image, the information including the blood vessel information, the analysis result, and the evaluation of the drug.
  • the information processing apparatus according to any one of claims 41 to 44, further including an information storage apparatus for storing at least one of the image, information including the blood vessel information, the analysis result, and evaluation of a drug as data. Evaluation system of the drug according to the item.
  • [Section 46] A program for causing a computer to execute the drug evaluation method according to any one of claims 1 to 13 and 28 to 40.
  • the evaluation method of the present invention it is possible to evaluate an agent involved in angiogenesis more accurately as compared with the conventional method.
  • FIG. 1 is a flowchart of the medicine evaluation method of the present invention (in the case where the photographing step (1) is performed).
  • FIG. 2 is a flow chart of an experiment performed in Example 1.
  • FIG. 3 is a graph showing a) change in body weight by administration of bevacizumab, b) change in tumor volume in the bevacizumab-treated group and the control group in Example 1.
  • Figures 4a-4j were obtained by radiographing the tumor area of mice treated with Bevacizumab and saline at 3,5 and 7 weeks after cancer cell transplantation, It is a radiographic image of a tumor and a blood vessel.
  • FIG. 5 is a flow diagram of steps for producing the Strep-tag / His-tag fusion VEGF of Example 2.
  • FIG. 6 is a graph showing the quantification result of the fluorescence intensity measured in the staining result in Example 3.
  • ut VEGF indicates mouse VEGF 164 recombinant protein
  • hs-t VEGF indicates Strep-tag / His-tag fusion VEGF.
  • FIG. 7a) to 7e) are fluorescence images obtained in Example 4.
  • FIG. The dotted area divides the tumor area and the vascular endothelium area in the image.
  • FIG. 7 f) and g) are graphs respectively showing the expression levels of VEGF receptor in the tumor cell area and the vascular endothelial area, calculated from fluorescence images obtained in the control group or the bevacizumab-treated group.
  • FIG. 8 shows the results of the cell proliferation test performed in Example 5.
  • FIG. 9A is a schematic view of a system according to an embodiment of the present invention, which includes a radiation imaging apparatus as an imaging apparatus.
  • FIG. 9B is a schematic view of a system according to another embodiment of the present invention, which comprises a fluorescence imaging apparatus as an imaging apparatus.
  • the drug evaluation method of the present invention comprises administering a drug involved in angiogenesis to a subject that is an animal having a lesion, a drug administration step (A), and a plurality of imaging steps (1), or the following imaging step ( It is a method of performing 2) and further evaluating a drug using the image acquired in the imaging step (1) or (2).
  • the said drug evaluation method evaluates the said drug by acquiring the information containing the blood-vessel information mentioned later from the said image.
  • the drug evaluation method of the present invention may evaluate the drug only in the image acquired in the imaging step (1), or may evaluate the agent only in the image acquired in the imaging step (2).
  • combining the drug evaluation method which performed the photographing step (1) and the medicine evaluation method which performed the photographing step (2), in other words, combining the images acquired in the photographing step (1) and the photographing step (2) , Multiple drug evaluation may be performed.
  • the drug administration step (A) is a step of administering a drug involved in angiogenesis to a subject described later.
  • the lesion site of the subject is not particularly limited, but, for example, a tumor is preferably selected from the viewpoint that angiogenesis is largely involved.
  • the drug involved in angiogenesis is preferably an angiogenesis inhibitor, and more preferably an angiogenesis inhibitor used as an anticancer drug or a candidate drug thereof.
  • the above-mentioned angiogenesis inhibitor is not particularly limited.
  • examples of the angiogenesis inhibitor used as the anti-cancer agent include bevacizumab (trade name Avastin), sunitinib (trade name Sutent), sorafenib (trade name Nexavar), etc. It can be mentioned.
  • the administration form, administration route, administration period, administration frequency, etc. of the drug to the subject are not particularly limited. Further, evaluation of the drug can be performed in more detail by changing the administration form, administration route, administration period, administration frequency, etc. of the drug appropriately and executing the evaluation method of the present invention a plurality of times.
  • the imaging step (1) according to the present invention is a step of performing radiography of a test subject in which metal nanoparticles are present in a blood vessel.
  • the radiation imaging is preferably three-dimensional radiation imaging.
  • metal nanoparticles In order for the metal nanoparticles to be present in the blood vessel of the subject, for example, injection of the metal nanoparticles into the blood vessel is preferable.
  • the timing of injection into the blood vessel can be arbitrarily set as long as metal nanoparticles can be present in the blood vessel of the subject during radiography.
  • metal nanoparticles may be injected immediately before each radiographing time point.
  • multiple radiographs may be performed by one injection of metal nanoparticles.
  • the imaging step (1) is performed a plurality of times, at least one of which is performed after the drug administration step (A).
  • the imaging step (1) needs to be performed at least once after the drug administration step (A). As long as the condition is satisfied, it may be performed at a time before drug administration and at one or more time after drug administration, and may be performed at two or more time after drug administration. In the drug evaluation method of the present invention, preferably, the imaging step and the information acquisition step are performed at one or more time points before drug administration and at two or more time points after drug administration.
  • the timing of performing the imaging step is not particularly limited, but it is preferable to include a sufficient time for the effect of the drug to be expected.
  • the metal nanoparticles used in the imaging step (1) are not particularly limited, but metal nanoparticles such as silver, gold and platinum are preferable from the viewpoint of low X-ray transmittance and excellent dispersibility, etc., and gold nanoparticles Is more preferred.
  • the dosage form for administering the metal nanoparticles to a subject is not particularly limited, and may be appropriately selected as necessary.
  • the amount of metal nanoparticles to be injected can be freely selected according to the weight of the test subject, the degree of disease and the like.
  • the metal nanoparticles are preferably, if necessary, surface-modified with an organic polymer or the like, and more preferably, for example, those modified with PEG (polyethylene glycol).
  • the average particle size of the metal nanoparticles is not particularly limited, but preferably 1 to 300 nm, more preferably 1 to 150 nm, and still more preferably 1 to 50 nm.
  • the particle size of the metal nanoparticles can be determined by taking an electron micrograph with a transmission electron microscope (TEM).
  • TEM transmission electron microscope
  • the average particle diameter and coefficient of variation of a group of a plurality of metal nanoparticles are calculated as described above for a sufficient number (for example, 1000) of metal nanoparticles, and then the average particle diameter is the arithmetic mean
  • the coefficient of variation is calculated according to the formula: 100 ⁇ standard deviation of particle diameter / average particle diameter.
  • the same subject for example, a mouse can be photographed alive in each of the plurality of times. More detailed blood vessel information in the tumor area can be obtained because of the daily observation of tumor and blood vessel volume in the same test subject, and acquisition of images with clearer contrast than conventional methods. . Furthermore, there is no need to slaughter a subject such as a mouse when evaluating the effect of angiogenesis, and experiments using the same subject alive can be performed, so the number of subjects used in the experiment can be reduced. There is also an advantage of.
  • a second monomer comprising a first monomer which is a fusion peptide fused to a tag bound to streptavidin at either one end, and a second monomer A tissue section collected from the subject before the drug administration step (A) using the monomeric protein, a tissue section collected from the subject at the first time point after the drug administration step (A), and Among the tissue sections collected from the subject at the second time point, which is a time point later than the 1 time point, at least two tissue sections were obtained, and the sections were respectively fluorescently stained and further fluorescently stained It is a process of imaging each sample.
  • the dimeric protein used in the step (2) is a first monomer which is a fusion peptide fused to a tag which has one end bound to streptavidin and one end is other than streptavidin. It is preferable that it is a dimeric protein consisting of a second monomer fused to a tag that binds to
  • the fluorescent staining is a method of fluorescently staining a target protein that specifically binds to the dimeric protein, wherein the target protein is preferably a factor involved in angiogenesis, and a protein involved in angiogenesis It is more preferable that
  • the fluorescent staining may be a method of staining the target protein by binding the dimeric protein and a fluorescent labeled substance described later, and the fluorescent labeled and the dimeric protein may be The target protein may be stained by binding the bound fluorescently labeled probe (described later) to the target protein.
  • the fluorescent label is not particularly limited, but is preferably a fluorescent dye, a quantum dot, or a fluorescent dye-containing nanoparticle bound to streptavidin, and a fluorescent dye-containing nanoparticle bound to streptavidin More preferable.
  • fluorescent dye for example, a fluorescein dye, a rhodamine dye, Alexa Fluor (registered trademark, manufactured by Invitrogen), a BODIPY (registered trademark, manufactured by Invitrogen), a cascade (registered trademark, Invitrogen) dye , Low molecular weight organic compounds such as coumarin dyes, NBD (registered trademark) dyes, pyrene dyes, cyanine dyes, perylene dyes, oxazine dyes, pyrromethene dyes, etc. (other than high molecular weight organic compounds such as polymers) And the like.
  • sulforhodamine 101 and its hydrochloride rhodamine dyes such as Texas Red (registered trademark), perylene dyes such as perylene diimide, and pyrromethene dyes such as pyrromethene 556 are preferable because they have relatively high light resistance.
  • the quantum dot is preferably a quantum dot provided with a shell around a particle dot containing a group II-VI compound, a group III-V compound or a group IV element, and surface treatment with an organic polymer or the like as necessary. It may be applied.
  • commercially available products such as CdSe / ZnS in which the particle surface is modified with a carboxy group (Invitrogen) or CdSe / ZnS in which the particle surface is modified with an amino group (invitrogen) may be used.
  • the phosphor-accumulating particles are not particularly limited, but may be nano-sized (having a diameter of at least one of a plurality of fluorescent dyes or quantum dots fixed and accumulated inside or on the surface of the matrix particles made of organic or inorganic substances.
  • the particle is a particle having a size of 1 ⁇ m or less, and one particle can emit fluorescence with sufficient brightness.
  • Preparation of streptavidin-modified fluorescent substance-integrated nanoparticles can be performed, for example, as follows.
  • a functional group is introduced by a reagent that introduces a functional group to each of the fluorescent substance-integrated nanoparticle and the streptavidin, and streptavidin is bound to the fluorescent substance-integrated nanoparticle through the bonding of the functional groups.
  • a linker may be interposed between the functional groups.
  • the combination of functional groups a combination of NHS ester group-amino group, thiol group-maleimide group and the like can be exemplified.
  • the linker include linkers such as EMCS (N- [Epsilon-Maleimidocaproyloxy] succinimide ester) (Thermo Scientific Inc.).
  • fluorochrome staining which is staining using a fluorochrome, can be performed in combination.
  • the fluorescent dye is preferably a fluorescent dye, a quantum dot, or a fluorescent substance-integrated nanoparticle other than the dimeric protein, the fluorescent labeled probe, or a fluorescent staining solution described later.
  • the method of fluorescent dye staining is not particularly limited, and any appropriate known means such as immunofluorescent staining can be used.
  • the target of the fluorescent dye staining is not particularly limited, but it is preferably a substance that specifically exists in vascular endothelial cells, and it is preferably a sugar chain that is specifically expressed in vascular endothelial cells.
  • Dyeing in the imaging step (2) dye staining with a dye for bright field observation and bright field photography may be further performed.
  • the dye stain may be for observing the form of cells or the like contained in the sample, or may be for observing a substance specifically present in vascular endothelial cells. It may be a sugar chain specifically expressed in endothelial cells.
  • the drug evaluation method of the present invention the drug administration step (A) and the plurality of photographing steps (1) or photographing steps (2) are performed, and further, in the photographing step (1) or (2) A method for evaluating a drug involved in angiogenesis using an acquired image, wherein the drug evaluation method evaluates the drug by acquiring information including blood vessel information described later from the image. Is preferred.
  • an image representing a blood vessel can be obtained by the metal nanoparticles present in the blood vessel of the test subject by the radiation imaging apparatus, but using the image
  • the medicine can be evaluated by acquiring blood vessel information to be described later from the image.
  • the drug evaluation is performed using the acquired fluorescence image, but in this case, the drug evaluation may be performed based on fluorescence emission representing the target protein. it can.
  • the drug evaluation can be performed on the basis of fluorescence that represents VEGFR or PDGFR that specifically binds to these, preferably from the fluorescence. Blood vessel information to be described later can be acquired.
  • pathological information is included as information other than blood vessel information of the information including the blood vessel information.
  • the drug when evaluating a drug, the drug may be evaluated by acquiring information (hereinafter referred to as "other information") other than the information including blood vessel information.
  • a certain threshold value can be set for arbitrary information, and the test control group can be classified. For example, 50% or more of the rate of change in blood vessel volume is determined to be highly effective (Rank A), and 30% or more and 50% or less is determined to be moderate in effectiveness (Rank B); Determined to be low (Rank C). Moreover, more accurate drug evaluation becomes possible by setting a threshold value for a plurality of pieces of information and making a combined judgment.
  • the blood vessel information is information on the blood vessel of the test subject, preferably includes information on the volume of the blood vessel at the lesion site, and more preferably further includes positional information on the blood vessel at the lesion site. Furthermore, information on the distribution of blood vessels in the lesion area, the change in volume of blood vessels in the lesion area before and after drug administration, the change in distribution of blood vessels in the lesion site before and after drug administration, and the like may be included.
  • Blood vessel information may be acquired from an image acquired by setting a lesion and its periphery as a region of interest (ROI), or acquired by setting the entire examination subject as a region of interest You may acquire from an image.
  • ROI region of interest
  • the distribution state is further set to any of several patterns (for example, accumulation at the center of the lesion, distribution at the edge of the lesion, distribution over the lesion, etc.) It can also be classified.
  • the pathological information preferably includes the volume of the lesion, and more preferably includes the position information of the lesion. Furthermore, changes in the volume of the lesion site before and after administration of the drug may be included.
  • other information other than blood vessel information and pathological information may be acquired.
  • Such information and a method for obtaining it are not particularly limited, but, for example, the expression amount of a protein that can be detected by means such as immunostaining using a fluorochrome-conjugated antibody, means such as FDG-PET examination
  • the amount of sugar uptake that can be measured (the glucose metabolism level of cells), the blood flow velocity and blood flow velocity distribution that can be measured by means such as MRI and ultrasound, etc.
  • the other information may include information obtained by combining a plurality of pieces of information such as information including blood vessel information and pathological information. For example, it is possible to obtain the occupancy rate of the blood vessel in the lesion and the change thereof by obtaining a value ((blood volume of blood vessel) / (volume of the lesion)) obtained by dividing the blood vessel volume by the volume of the lesion.
  • the dimeric protein of the present invention is a dimeric protein consisting of a first monomer and a second monomer, and has an object by specifically binding to the target protein expressed on the cell surface. Used for protein detection.
  • the dimeric protein is a dimeric protein consisting of a first monomer, which is a fusion peptide fused to a tag at which one end is bound to streptavidin, and a second monomer. It is preferable that the second monomer is fused to a tag in which either one end is bound to other than streptavidin, in other words, the dimeric protein of the present invention is preferably any one of From the first monomer, which is a fusion peptide fused at its end to a tag that binds to streptavidin, and the second monomer, which has one end fused to a tag that binds to something other than streptavidin Is a dimeric protein.
  • the first monomer is a peptide that becomes a dimeric protein of the present invention by binding to a second monomer described later, and is fused with a tag in which only one of the ends is bound to streptavidin Is a fusion peptide.
  • the peptide is not particularly limited as long as it can constitute the dimeric protein, but is preferably a linear peptide, in which only one of the C-terminal or N-terminal of the peptide is bound to streptavidin Is fused with the tag.
  • the first monomer has only one tag in its structure that binds to streptavidin as described above, and has no tag that binds other than streptavidin.
  • the second monomer of the present invention is a peptide that becomes the dimeric protein of the present invention by binding to the first monomer, and usually, only one of the ends binds to other than streptavidin. It is a fusion peptide fused to a tag.
  • the tag fused to the end of the second monomer is not particularly limited, but it is preferable to select a tag that does not interact with streptavidin.
  • the peptide is not particularly limited as long as it can constitute the dimeric protein, but is preferably a linear peptide, and at this time, only one of the C-terminus and the N-terminus of the peptide is other than streptavidin. It is fused with the tag to be bound.
  • the second monomer preferably has only one tag in its structure that binds other than streptavidin as described above, and preferably does not have a tag that binds to streptavidin.
  • the dimeric protein of the present invention has only one tag capable of binding to streptavidin in one molecule, and preferably further has only one tag binding to other than streptavidin.
  • the manner of bonding between the first monomer and the second monomer is not particularly limited.
  • the bonding may be performed via covalent bonding such as disulfide bonding, ionic bonding, hydrogen bonding, or the like.
  • the first monomer and the second monomer are preferably linear as described above, and in particular, both the first monomer and the second monomer are linear. Is preferred.
  • the peptide sequences of the first and second monomers may be the same except for the tag, or may be different. Which of the two peptides contained in the dimer is the first monomer and which is the second monomer can be arbitrarily determined according to the properties and structure of the dimeric protein .
  • the dimeric protein of the present invention is not particularly limited, but is preferably a protein derived from a protein that specifically binds to a target protein expressed on the cell surface.
  • the dimeric protein specifically binds to vascular endothelial growth factor (VEGF) Or preferably derived from platelet derived growth factor (PDGF).
  • VEGF vascular endothelial growth factor receptor
  • PDGFR platelet derived growth factor receptor
  • the first monomer may be combined with streptavidin at only one of the ends of the monomeric peptide constituting VEGF.
  • a peptide of a sequence fused to the tag to be bound, said second monomer preferably being fused to a tag which binds other than streptavidin at only one of the ends of the monomeric peptide comprising VEGF Is a peptide of the sequence shown.
  • the dimeric protein of the present invention is a single amount in which a tag binding to streptavidin is fused to only one of the ends of VEGF, preferably a tag binding to streptavidin is fused It is a dimeric protein in which a tag that binds to other than streptavidin is fused to only one of the ends of the non-body monomer.
  • the fluorescent labeled staining method which is one embodiment of the present invention is a method of staining a target protein by binding the fluorescent labeled body and the target protein.
  • the fluorescent staining method may be a method in which the target protein is stained by binding the target protein and a dimeric protein and further binding the fluorescent label to the fluorescent protein.
  • the target protein may be stained by binding a fluorescently labeled probe (described later) to which a dimeric protein has been bound in advance and the target protein.
  • the target protein which may be present in the tissue section or the like by contacting the dimer protein
  • the fluorescent label is brought into contact with a dimeric protein, and the tissue section or the like contacted with the dimeric protein, and the fluorescent label is bound to the dimeric protein in the tissue section.
  • the target protein is fluorescently stained.
  • the target protein can be stained by binding the tissue section or cells to a fluorescently labeled probe.
  • the dimeric protein of the present invention has only one tag per molecule that binds to streptavidin, and the fluorescent label is a fluorescent dye or the like bound to streptavidin, so One fluorescent label is bound to one molecule of dimeric protein.
  • streptavidin which is a component of the fluorescent label, is fused to the end of the first monomer constituting a dimeric protein specifically bound to the target protein. Staining is performed by binding to a "tag binding to streptavidin".
  • fluorescent dye staining may be performed together with the use of a fluorescent labeled probe or a fluorescent staining solution other than those described later.
  • the fluorescent dye staining is preferably a fluorescent dye carried out using a fluorescent dye as described above, a quantum dot, or a fluorescent substance-accumulated nanoparticle or the like.
  • the target of the fluorescent dye staining is not particularly limited, but it is preferably a substance that specifically exists in vascular endothelial cells, and it is preferably a sugar chain that is specifically expressed in vascular endothelial cells.
  • dye staining with a dye for bright field observation and bright field photography may be performed together.
  • the dye stain may be for observing the form of cells or the like contained in the sample, or may be for observing a substance specifically present in vascular endothelial cells. It may be a sugar chain specifically expressed in endothelial cells.
  • a fluorescently labeled probe which is a complex in which the fluorescent label is bound to the dimeric protein before fluorescent staining.
  • streptavidin which is a component of the fluorescent label
  • streptavidin is bound to a "tag binding to streptavidin" fused to the end of the first monomer constituting the dimeric protein.
  • the fluorescently labeled probe of the present invention is thus constructed.
  • the dimeric protein of the present invention has only one tag capable of binding to streptavidin per molecule, and thus the fluorescently labeled probe of the present invention has fluorescence per one molecule of the dimeric protein.
  • the label has a configuration in which only one molecule is bound.
  • the fluorescent staining solution contains the above-mentioned fluorescent labeled probe.
  • a fluorescent staining solution generally prepares and recovers a fluorescently labeled probe, and then disperses the fluorescently labeled probe in PBS (phosphate buffered saline) containing an appropriate dispersion medium such as 1% BSA. It can be prepared as a solution.
  • the fluorescent staining solution may contain two or more types of fluorescently labeled probes corresponding to the respective target proteins.
  • the peaks of the fluorescent wavelengths are sufficiently separated from each other so that two or more types of fluorescently labeled probes do not adversely affect the discrimination of the fluorescence (bright spot) of the fluorescently labeled probe that labels each target protein
  • the distance is preferably, for example, 100 nm or more.
  • a fluorescent staining solution using such multiple target proteins as a target may be a one-component type in which two or more types of fluorescently labeled probes are contained in the same pack (dispersion liquid), or each fluorescent dye It may be a multi-pack type in which the mix particles are contained in separate packs.
  • the fluorescent staining solution contains a pack of other reagents (for example, a staining solution for dye staining described later) in addition to the one-pack type or multi-pack type pack of the fluorescence labeled probe. May be.
  • the method for producing a dimeric protein of the present invention comprises mixing a first monomer and a second monomer and removing impurities from the resulting mixture to obtain a first monomer. And a purification step of purifying a dimeric protein consisting of and a second monomer.
  • the method for producing the first monomer and the second monomer is not particularly limited, and peptides artificially synthesized by a known method may be used as the respective monomers, or a gene is introduced into E. coli. Alternatively, expressed peptides may be used as respective monomers.
  • the dimeric protein of the present invention is produced by mixing the first monomer and the second monomer in an appropriate environment. At this time, in the reaction solution after mixing, in addition to the dimeric protein of the present invention, as a contaminant, an unreacted first monomer, an unreacted second monomer, a first monomer amount A dimer consisting only of the body and a dimer consisting only of the second monomer may be included.
  • the production method of the present invention includes a purification step of removing these contaminants from the mixed solution, and the purification step is preferably performed using a column, and is performed stepwise using two types of purification columns. Is more preferred. Preferably, it specifically binds to a first purification column carrying a carrier that specifically binds to a tag fused to a first monomer, and to a tag fused to a second monomer Purification can be performed by sequentially passing the mixed reaction solution through a second purification column supporting a carrier. At this time, a step of passing the first purification column is referred to as a first purification step, and a step of passing the second purification column is referred to as a second purification step. Either of the first purification step and the second purification step may be performed first.
  • the dimer consisting of only the unreacted second monomer and the second monomer is removed, and in the second purification step, the unreacted first monomer, the first monomer,
  • the dimeric protein of the present invention is purified by removing the dimer consisting only of monomers of
  • the first purification column and the second purification column (hereinafter sometimes collectively referred to as purification column) of the present invention are provided with a carrier having pores of a size through which the dimeric protein to be purified can pass.
  • the support carried on the first purification column has the property of binding specifically to the tag fused to the first monomer, and the support carried on the second purification column is the second single substance. It is preferred to have the property of binding specifically to the tag fused to the mer.
  • a commercially available streptavidin-analog-immobilized resin may be used, or a streptavidin-analogous substance may be immobilized on any matrix. .
  • His-tag registered trademark
  • a commercially available carrier such as Ni-NTA (nickel-nitrilotriacetic acid) may be used, or a metal ion that binds to His-tag such as nickel or His-tag.
  • Ni-NTA nickel-nitrilotriacetic acid
  • Specific antibodies may be made to be bound to a matrix.
  • the matrix of such a carrier is not particularly limited, and matrices of various materials can be used, such as porous polymers composed of crosslinked copolymers.
  • a porous polymer comprising a cross-linked copolymer of dextran or its derivative (such as allyl dextran) and acrylamide or its derivative (such as N, N-methylenebisacrylamide) is suitably used.
  • the “manufacturing method” of the present invention usually comprises, after each purification step, an elimination step of separating the peptide captured by the carrier from the carrier.
  • This desorption step can be performed, for example, by flowing a desorbing solution into the carrier.
  • the desorption liquid is not particularly limited, but is preferably a liquid capable of sufficiently detaching the dimeric protein from the carrier, and further, a liquid which does not lose the structure or function of the dimeric protein. It is more preferable that, for example, glycine-HCl is preferably used.
  • the method for evaluating the physiological activity is a method for evaluating the physiological activity of a target protein using the dimeric protein.
  • the means used for the evaluation is not particularly limited. For example, after administering the dimeric protein to a cell, observing the movement of the cell or the biological substance possessed by the cell, the physiological activity of the target protein possessed by the cell And the like.
  • the drug evaluation method of the present invention is a method for evaluating a drug involved in the neovascularization using the image acquired in the imaging step (1) or (2), and includes blood vessel information from the image It is preferable to evaluate the drug by acquiring information. Therefore, the medicine evaluation method of the present invention includes the step of acquiring the image acquired in the photographing step (1) or (2).
  • the image is preferably a digital image, and more preferably acquired as stereoscopic image information.
  • the image may be analyzed (image analysis etc.) based on any algorithm to be used for evaluation of the drug in the drug evaluation method of the present invention, and the image may be digitized or graphed by any method. For example, it may be converted quantitatively. Such analysis and conversion can be performed, for example, by using a commercially available image analysis system or the like.
  • the subject in the present invention is a human or non-human animal having a lesion, and preferably an experimental animal having a lesion.
  • the lesion site is not particularly limited, it is preferably a tumor site, and specifically, for example, cell tumor, melanoma, sarcoma, brain tumor, head and neck cancer, stomach cancer, lung cancer, breast cancer, liver cancer, Examples include colon cancer, cervical cancer, prostate cancer, solid cancer such as bladder cancer, leukemia, lymphoma, and multiple myeloma.
  • the experimental animal is preferably selected according to the purpose, and in particular, a disease model animal is suitably used.
  • a disease model animal for example, a tumor cell or a tumor tissue is used.
  • Tumor-bearing animals which are derived in advance and hold tumor parts produced in vivo, are preferably used.
  • the method for causing the experimental animal to hold a tumor site is not particularly limited, and a known method can be used.
  • mice examples include mice, rats, rabbits, guinea pigs, gerbils, hamsters, ferrets, dogs, minipigs, monkeys, cattle, horses, sheep, etc., and some degree of genetic control is performed. And animals with homogeneous genetic requirements, in particular mice are widely used.
  • tumor-bearing mice can be roughly divided into three types: chemical expression model mice, genetically modified model mice, and xenograft model mice (see the table below; Kohrt et al., Defining the optimal murine models to investigate Immunol checkpoint blockers and their combination with other immunotherapy. Annals of Oncology (2016) 27 (7): 1190-1198).
  • Xenograft model mice are prepared by implanting cultured cells derived from tumor cells removed from patients into immunodeficient mice.
  • Examples of mice into which human-derived cultured cancer cells have been transplanted include CDX (Cell-line derived xenograft) model mice.
  • Examples of mice into which tumor tissues derived from humans (patients) are transplanted include PDX (Patient derived xenograft) model mice, Immuno-avatar model mice, Hemato-lymphoid humanized model mice, Immune- Examples include PDX model mice.
  • PDX mice are generated by implanting tumor tissue from a patient into immunodeficient mice.
  • Immuno-avatar model mouse, Hemato-lymphoid humanized model mouse and Immune-PDX model mouse are human peripheral blood mononuclear cells, CD34 + human hematopoietic stem cells and their precursor cells (HSPC), respectively.
  • HSPC human hematopoietic stem cells and their precursor cells
  • it is prepared by implanting tumor tissue derived from a patient into an immunodeficient mouse (immune system humanized mouse) transplanted with tumor infiltrating lymphocytes.
  • a plurality of PDX mice in which a tumor tissue derived from the same patient is transplanted to a syngeneic mouse are prepared before administration of the drug and The effect of the drug can be evaluated by measuring the size of the tumor at one or more time points after administration of the drug and its change.
  • the drug evaluation system is a system for performing the drug evaluation method, and includes a radiographing apparatus and at least one of a radiographing apparatus and a fluorescence imaging apparatus, and an information processing apparatus. Evaluation system.
  • the radiation imaging apparatus is an apparatus for performing radiation imaging
  • the fluorescence imaging apparatus is an apparatus for performing fluorescence imaging
  • the imaging apparatus includes both a radiation imaging apparatus and a fluorescence imaging apparatus, radiation imaging and fluorescence imaging are performed It may be performed simultaneously or one of the devices may be used to perform imaging corresponding to that device.
  • the imaging device may further include an apparatus for performing bright field imaging.
  • the information processing apparatus is an apparatus for evaluating a drug involved in angiogenesis using an image received from an image acquired by the radiation imaging apparatus or the fluorescence imaging apparatus, and preferably, is further acquired from the received image It is an apparatus for evaluating drugs involved in angiogenesis using information including blood vessel information.
  • the information processing apparatus may further include a display device and an information storage device.
  • the radiation imaging apparatus is not particularly limited as long as it is an apparatus capable of performing radiation imaging on a subject, but is preferably a three-dimensional radiation imaging apparatus.
  • a radiation imaging apparatus includes a radiation source that emits radiation and a radiation image detector that detects the radiation, and the irradiation unit and the detection unit rotate around a support on which the test subject is fixed based on an instruction from the input device. The radiation exposure is performed while rotating the device, and the support is moved to perform imaging.
  • a radiation source for example, a Coolidge X-ray tube and a rotating anode X-ray tube which are widely and generally used in medical fields can be used.
  • the radiation detector usually includes a plurality of detection elements, detects radiation emitted from the radiation source and radiation transmitted through the subject, and outputs an electrical signal corresponding to the intensity.
  • Radiation detectors can be roughly classified into two types: scintillation detectors and semiconductor detectors.
  • a scintillation detector converts radiation into light by a scintillator and light is further converted into an electrical signal by a photodiode, and a semiconductor detector converts radiation directly into an electrical signal. The electrical signal thus converted is transmitted as an image to the information processing apparatus by digital radiography.
  • the fluorescence imaging apparatus is not particularly limited as long as it is an apparatus capable of imaging a fluorescence image, but is preferably a fluorescence microscope provided with a fluorescence imaging apparatus, and further, a fluorescence imaging apparatus provided with a fluorescence imaging apparatus. More preferably, it is a focusing microscope.
  • the fluorescence imaging apparatus is not particularly limited as long as it can photograph a fluorescence image, and examples thereof include digital cameras attached to the fluorescence microscope and the confocal microscope. The fluorescence image acquired by the fluorescence imaging apparatus is transmitted to the information processing apparatus.
  • the apparatus for performing the bright field imaging is particularly limited as long as it is an apparatus capable of observing a cell or substance targeted for the dye staining in the tissue section subjected to the dye staining with the dye for bright field observation Instead, an optical microscope or a real-world microscope equipped with an optical imaging device is typically used.
  • the fluorescence imaging apparatus is a fluorescence microscope or a confocal microscope equipped with a fluorescence imaging apparatus, and the microscope has a function as an optical microscope or is integrated with an optical microscope
  • the fluorescence imaging apparatus Can also be used as an apparatus for performing bright field imaging.
  • the fluorescence imaging apparatus is not particularly limited as long as it can capture a bright field image, and examples thereof include digital cameras attached to the fluorescence microscope and the confocal microscope. An image acquired by the apparatus for performing bright field imaging is transmitted to the information processing apparatus.
  • the information processing apparatus provided in the evaluation system of the present invention is an apparatus for evaluating a drug involved in angiogenesis using an image received from an image acquired by the radiation imaging apparatus or the fluorescence imaging apparatus. Specifically, the image received from the imaging device is analyzed, and the analysis result obtained is used to evaluate an agent involved in angiogenesis.
  • the analysis method is not particularly limited, but the image is directly analyzed (image analysis etc.) based on an arbitrary algorithm (eg, nearest neighbor method, bilinear interpolation method, bicubic interpolation method, Lanczos interpolation method etc.) Alternatively, the image may be analyzed by converting it quantitatively by any method such as digitization or graphing.
  • the information processing apparatus is preferably an apparatus that evaluates a drug involved in angiogenesis using information including blood vessel information acquired from an image received from the radiation imaging apparatus or the fluorescence imaging apparatus.
  • the evaluation system of the present invention preferably further includes an input device for controlling the system, and a display device for outputting the information acquired by the information processing device.
  • the information processing apparatus preferably includes an information storage unit that stores information including blood vessel information.
  • information including blood vessel information For example, at the time of measurement, the test subject's ID information and drug ID information are input from an input device or the like, imaging is performed at a plurality of time points, and data is stored in the information processing apparatus. It is possible to refer to information including blood vessel information from time to time. In addition, by performing measurement in such a manner, it is possible to observe the amount of change in the measured value, the ratio thereof, the fluctuation, and the like.
  • the evaluation system preferably further includes a display device for displaying at least one of the information including the blood vessel information, the analysis result, and the evaluation of the drug.
  • the display device includes, for example, a monitor such as a CRT (Cathode Ray Tube) or an LCD (Liquid Crystal Display), and displays information acquired by the information processing device according to display control of the input device.
  • the display device is preferably a device capable of displaying an image (image information) in addition to information including blood vessel information.
  • the displayed information may be information further organized in any manner. For example, drug ID (drug name, LOT number, etc.), test subject information (mouse ID, patient information, etc.), medication and imaging history, each information change amount, measurement date and time, photographed image, and drug judgment result in each test subject Etc. are preferably displayed together (see FIG. 1: display device).
  • the evaluation system preferably includes an information storage unit that stores display device information for displaying at least one of the image, the information including the blood vessel information, the analysis result, and the evaluation of a drug. For example, at the time of measurement, sample ID information and drug ID information are input from an input device or the like, imaging is performed at a plurality of time points, and data is accumulated in the information processing apparatus. It is possible to refer to changes in images and blood vessel information.
  • the program which is one embodiment of the present invention is a program for making a computer execute the medicine evaluation method.
  • processing for capturing an image by a radiation imaging apparatus or a fluorescence imaging apparatus, processing for presenting the image to an information processing apparatus, and information including blood vessel information from the image received by the information processing apparatus and other information Drugs that are detected processes that analyze the image or information, processes that calculate temporal changes in images and information acquired at multiple points in time, drugs that are administered to the subject based on the results of the above processes
  • the program may be stored in an information processing apparatus, or another computer readable recording medium, such as a magnetic tape (digital data storage (DSS) etc.), a magnetic disk (hard disk drive (HDD), flexible disk (FD) Etc.), optical discs (compact disc (CD), digital versatile disc (DVD), Blu-ray disc (BD), etc.), magneto-optical disc (MO), flash memory (SSD (Solid State Drive), memory card, USB memory etc)
  • DSS digital data storage
  • HDD hard disk drive
  • FD flexible disk
  • optical discs compact disc
  • DVD digital versatile disc
  • BD Blu-ray disc
  • MO magneto-optical disc
  • SSD Solid State Drive
  • Preparation Example 1 ⁇ Preparation of tumor-bearing mice> 5 ⁇ 10 6 human ovarian cancer-derived cultured cell line SKOV3 (obtained from ATCC (American Type Culture Collection)) was subcutaneously injected to the back of SCID (Sevefe Combined Immunodeficiency; Charles River; BALB / c-nu)) mice Tumor-bearing mice were prepared by transplantation by injection.
  • SCID Sevefe Combined Immunodeficiency; Charles River; BALB / c-nu mice
  • HS-PEG-COOH Poly (ethylene glycol) 2-mercaptoethyl ether acetic acid NANOCS; name: Thiol PEG Acid, HS-PEG-COOH; model number PG2-CATH-3k was added and incubated at 25 ° C. for 12 hours with stirring. After incubation, washing is carried out by repeating centrifugation at 22000 g for 40 minutes and suspension in PBS three times, and finally resuspending in PBS to obtain PEG-modified gold nanoparticles with a particle size of 15 nm to a final concentration of 0. A solution of .6 M was prepared.
  • Example 1 ⁇ Drug evaluation using gold nanoparticles> Antibody drug used as an anticancer agent using the tumor-bearing mouse prepared in Preparation Example 1 and the PEG-modified gold nanoparticles prepared in Preparation Example 2, a drug of Bevacizumab (Avastin (registered trademark); Chugai Pharmaceutical Co., Ltd.) I made an evaluation.
  • Bevacizumab Avastin (registered trademark); Chugai Pharmaceutical Co., Ltd.)
  • Bevacizumab (Avastin (R); Chugai Pharmaceutical Co., Ltd.) prepared to be 25 ⁇ g / ⁇ L with saline from the tail vein 3 weeks and 5 weeks after cancer cell transplantation in the tumor-bearing mice. Solution was administered at 5 ⁇ g / g in terms of bevacizumab. The same amount of physiological saline was administered to tumor-bearing mice prepared in the same manner as a control.
  • Mouse weight and tumor volume were measured at each time point of three weeks, five weeks and seven weeks after cancer cell transplantation.
  • the volume of the tumor was measured using a caliper, and the short axis (a) and the long axis (b) of the tumor were measured, and the following calculation formula was used.
  • “Volume” (4/3) ⁇ a ⁇ 2 ⁇ b
  • 200 ⁇ L of the 0.6MPEG modified gold nanoparticle solution prepared in Preparation Example 2 is administered at the same time as the measurement of body weight, and immediately after administration, the small animal X-ray micro CT scanner SkySan 1176 (Bruker) is used. X-ray CT imaging was performed at a pixel size of 9 microns, 50 kVp and 490 ⁇ A. CT signals were quantified in Hounsfield units (HU).
  • the results after 3 weeks and 5 weeks are 5.0 times in the bevacizumab-administered group and 6.4 times in the saline-administered group. No results were found, but when comparing the results after 5 weeks and 7 weeks, it was 7.8 times in the saline administration group (49.9 times in 3 weeks and 7 weeks) and 2.8 times in the bevacizumab group (14.0 times after 3 weeks and 7 weeks), and it can be seen that the increase in blood vessel volume is significantly suppressed in the bevacizumab-administered group.
  • the ratio of blood vessel volume is 1.4 times in the saline administration group and 1.4 times in the bevacizumab administration group when the results after 3 weeks and 5 weeks are compared, and the results differ was not seen, but the results after 5 weeks and 7 weeks were compared: 1.9 times (2.7 times after 3 weeks and 7 weeks) in the saline group, 1 in the bevacizumab group It is 1-fold (1.6-fold after 3 weeks and 7 weeks), and it can be seen that the increase in blood vessel volume is significantly suppressed in the bevacizumab-administered group.
  • mice receiving bevacizumab suppressed the increase in the ratio of tumor volume, blood vessel volume, and blood vessel volume as compared to mice receiving saline.
  • bevacizumab also has an anti-tumor effect and an effect of inhibiting angiogenesis, and that at least two or more administrations of the drug will be required to expect the effect.
  • Comparative Example 1 In the same manner as in Example 1 except that gold nanoparticles were not administered, X-ray CT imaging was performed on a mouse to which bevacizumab was administered and a mouse to which saline was administered.
  • the volume of the tumor site was determined, and although the antitumor effect could be confirmed, the blood vessels could not be observed, and the angiogenesis inhibitory effect could not be confirmed.
  • any one of tumor volume, blood vessel volume, and ratio of blood vessel volume to tumor volume at 7 weeks after cancer cell transplantation administration may be used. No significant difference was observed between the experimental group and the control group. On the other hand, at 7 weeks after cancer cell transplantation, that is, 2 weeks after 2 doses of bevacizumab were administered, it was found that there was a large difference between the experimental group and the control group.
  • The by visualizing blood vessels and tumors over time using live mice, quantifying the volumes of tumors and blood vessels, and observing their changes, it is possible to evaluate the efficacy of angiogenesis inhibitors. I understand. Furthermore, in the drug evaluation according to this method, there is no need to slaughter a test subject such as a mouse, so it is considered that an advantage from the viewpoint of animal protection, such as not wasting experimental animals, can be obtained.
  • the resulting PCR product is electrophoresed on a 1.5% (w / v) agarose gel in 1 ⁇ TAE buffer and stained using SYBER Green (Takara Bio Inc.) to extract the desired band.
  • the solution was purified using Wizard (registered trademark) SV GEL and PCR Clean Up system (both Promega Corp.).
  • the purified PCR product and Strep-tag® expression vector pASK-IBA63a-plus (IBA) were treated with restriction enzymes NcoI and XhoI and then mixed at a molar ratio of 2: 1.
  • the mixture was further mixed with the same amount of DNA Ligation Kit ⁇ Mighty Mix> (Product code 6023; Takara Bio Inc.), and ligation was performed by incubating at 16 ° C. for 12 hours.
  • the obtained reaction solution was subjected to migration, staining, extraction and purification in the same manner as the above-mentioned PCR product.
  • E. coli competent cell DH5 ⁇ (Toyobo Co., Ltd.) was performed using the purified reaction solution, and colonies were selected using an LB plate containing 200 ⁇ g / mL of ampicillin.
  • Strep-tag fusion VEGF 164 cDNA was purified from selected colonies using QIAprep Spin Miniprep Kit (Qiagen Inc.) for both cDNAs.
  • the selected colonies are cultured at 25 ° C., 160 rpm for 12 hours in 25 ml of LB medium containing 200 ⁇ g / mL of ampicillin and 20 ⁇ g / mL of chloramphenicol, then transferred to 200 mL of LB medium of the same composition, 37 ° C., 160 rpm
  • the expression of Strep-tag fusion VEGF 164 was induced by incubating for 60 minutes and further adding 50 ⁇ g of anhydrotetracycline to the medium and further incubating at 37 ° C. and 160 rpm for 6 hours. Thereafter, the mixture was centrifuged at 6000 g for 15 minutes at 4 ° C. to recover precipitated E. coli.
  • the recovered pellet is mixed well with 2 mL PBS supplemented with 2 ⁇ L DNase (Promega), 2 ⁇ L Benzonaze (Sigma Aldrich) and 20 ⁇ L 100 ⁇ Protease Inhibitor Mixture (GE Healthcare), and another 20 ⁇ L 100 ⁇ Lysozyme Mixed with (Clontech, CA, USA) and incubated for 5 minutes at 37 ° C., then sonicated with ice cooling.
  • the pellet (inclusion body) containing Strep-tag-fused VEGF 164 collected by centrifuging the sonicated solution at 20000 g for 15 minutes at 4 ° C., 100 mM Tris-HCl pH 7.5, 5 mM EDTA pH 8.0, 10 mM Was washed three times with buffer containing DTT, 2 mM urea and 0.2% (w / v) Triton-X100. The inclusion bodies were further washed three times with buffer containing 100 mM Tris-HCl pH 7.5, 5 mM EDTA pH 8.0 and 10 mM DTT.
  • Inclusion body Purification and recovery of expressed protein by solubilization of inclusion body Inclusion body was solubilized with 2 mL of guanidine solution containing 6 M guanidine hydrochloride, 0.1 M NaH 2 PO 4 and 10 mM Tris-HCl (pH 8.5) .
  • the solubilized inclusion bodies are dialyzed at 400C urea solution containing 6 M urea, 0.1 M Na 2 PO 4 and 10 mM Tris-HCl (pH 8.0) for 6 hours at 4 ° C., followed by similar composition
  • Preparation of a urea solution containing Strep-tag-fused VEGF monomer was carried out by exchanging the urea solution for 4 hours with the urea solution and performing dialysis for 12 hours.
  • the Strep-tag-fused VEGF 164 solution was adjusted to 0.5 mg / mL with the urea solution.
  • the protein determination of the solution was used by measuring the absorbance with a spectrophotometer U-4100 (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) using a coomassie (Bradford) protein assay kit (Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.).
  • the supernatant was removed, and the precipitated perylene diimide accumulated melamine resin particles were washed with ethanol and water.
  • the average particle size (average value of particle sizes for 100 particles counted in the SEM image) of the perylene diimide accumulated melamine resin particles was 135 nm.
  • perylene diimide accumulated melamine resin particles were dispersed in 1.5 mL of EtOH, and 2 ⁇ L of aminopropyltrimethoxysilane “LS-3150” (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was added and reacted for 8 hours for surface amination treatment .
  • LS-3150 aminopropyltrimethoxysilane
  • the surface aminated particles are adjusted to 3 nM with PBS (phosphate buffered saline) containing 2 mM EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid), and this solution is adjusted to a final concentration of 10 mM.
  • SM (PEG) 12 succinimidyl-[(N-maleimidopropionamido) -dodecaethyleneglycol] ester
  • the mixture was centrifuged at 10,000 G for 20 minutes, and after removing the supernatant, PBS containing 2 mM EDTA was added, the precipitate was dispersed, and centrifugation was performed again.
  • the maleimide-modified perylene diimide accumulated melamine resin particles were obtained by performing washing three times according to the same procedure.
  • the maleimide-modified perylene diimide-aggregated melamine resin particles and streptavidin to which a thiol group was added by the above-mentioned treatment were mixed in PBS containing 2 mM of EDTA, and reacted at room temperature for 1 hour. Thereafter, 10 mM mercaptoethanol was added to stop the reaction. The resulting mixed solution was concentrated using a centrifugal filter, and unreacted streptavidin and the like were removed using a gel filtration column for purification, to obtain streptavidin-modified perylene diimide accumulated melamine resin particles.
  • Example 2 Preparation of Strep-tag / His-tag Fusion VEGF> A dimeric protein having Strep-tag-fused VEGF164 and His-tag-fused VEGF164 produced in Production Examples 2 and 3 as subunits was produced by the following method.
  • Strep-tag-fused VEGF164 and His-tag-fused VEGF164 prepared in Preparation Examples 1 and 2 are mixed at a molar ratio of 1: 1, and 50 volumes of refolding buffer is used for 6 hours at 37 ° C. For 4 hours and buffer for 12 hours for dialysis.
  • the refolded protein sample was purified with a His-tag affinity column (HisTALONTM Superflow Cartridge, Takara Bio Inc.) and (Strep-TactinTM Superflow high capacity cartridge, IBA). The purification procedure was performed according to each manual.
  • the purified product was centrifugally concentrated to 5000 g at 4 ° C. to less than 1 ml using Amicon Ultra (Amicon Ultra centrifugal filter unit (molecular weight cut off 3000; Merck Millipore)).
  • the glycerol solution is subjected to western blotting using a rabbit anti-mouse VEGF polyclonal primary antibody (manufactured by Abcam), a rabbit anti-Strep-tag polyclonal antibody (manufactured by Abnova) and a rabbit anti-His-tag polyclonal antibody (Abcam). It was confirmed that they reacted with any of anti-VEGF antibody, anti-His-tag antibody and anti-strep-tag antibody.
  • the target dimer protein that is, Strep-tag fusion VEGF 164 and His-tag fusion VEGF 164 as subunits
  • Strep-tag / His-tag fusion VEGF (dimer of the present invention Indicates that the body protein is contained.
  • Example 3 ⁇ Staining of cells with fluorescently labeled probe> Strep-tag / His-tag fusion VEGF prepared in Example 1 and Qdot (registered trademark) 705 streptavidin conjugate (hereinafter also referred to as QD 705) (Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.) (Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.) is 8: 1 in molar ratio The mixture was mixed and allowed to stand at 25 ° C. for 1 hour to prepare a fluorescently labeled probe.
  • QD 705 registered trademark 705 streptavidin conjugate
  • the mouse pancreas-derived cultured cell line MS1 (obtained from ATCC) was seeded and cultured in a 96-well plate using DMEM supplemented with 5% FBS. One day later, the fluorescently labeled probe was added to the wells to 10 nM and left at 10 ° C. for 1 hour, and then washed with PBS. A round cover glass was placed on the well to make a specimen slide, and set in a microscope to take a fluorescent image and perform image processing. In addition, cells were treated using only QD 705 as a control, and using a VEGF dimer (without biotin modification) and QD 705, and fluorescent image photography and image processing were similarly performed.
  • an inverted fluorescence microscope IX71 (Olympus Optical Industry Co., Ltd.) connected with a confocal scanner unit CSU (Yokogawa Electric Corporation) is used for photographing.
  • An EMC CD camera iXon DV887 (Andor) attached to the fluorescence microscope was used.
  • the sample slide was irradiated with excitation light corresponding to perylene diimide to emit fluorescence, and a fluorescence image of that state was taken.
  • the wavelength of excitation light was set to 532 nm using the optical filter for excitation light provided in a fluorescence microscope, and the wavelength of fluorescence to be observed was set to 695 to 740 nm using the optical filter for fluorescence.
  • the intensity of excitation light at the time of observation with a fluorescence microscope and image photography was such that the irradiation energy in the vicinity of the center of the field of view was 900 W / cm 2 .
  • the exposure time at the time of photographing the image was adjusted in a range where the luminance of the image was not saturated, and was set to, for example, 4000 ⁇ sec.
  • the fluorescence image of the fluorescence image of perylene diimide was superimposed by image processing using image processing software "Image J" (open source). Moreover, the fluorescence intensity converted the acquired image into gray scale with the same software, and cut off in a 250 pixel x 300 pixel area
  • the graph of the fluorescence intensity quantified in each acquired fluorescence image is shown in FIG.
  • the fluorescence intensity measured in the cells stained with the fluorescently labeled probe was 16 ⁇ 10 3 (au), and it was found that it can be detected with extremely high sensitivity as compared to the control.
  • Example 2 In the same manner as in Example 2 except that the above-mentioned biotinylated VEGF164 is used instead of Strep-tag / His-tag fusion VEGF, gene transfer is performed on mouse pancreatic culture cell line MS1 and MSI cells to enhance VEGF production. Fluorescent staining was performed using the cell MS1 VEGF (obtained from ATCC). In addition, about the cell processed only by QD705 as control, imaging
  • VEGF can be detected by using the fluorescence labeled probe of the present invention. Therefore, according to the fluorescence labeled probe of the present invention Also, it is suggested that staining can be performed with higher sensitivity, and that it is possible to perform more accurate drug evaluation by using the fluorescently labeled probe in the drug evaluation method of the present invention.
  • Example 4 ⁇ Drug evaluation using Strep-tag / His-tag fusion VEGF> Three weeks after cancer cell transplantation, five weeks after transplantation, a preparation prepared with physiological saline to be 25 ⁇ g / ⁇ L of bevacizumab (Avastin (registered trademark); Chugai Pharmaceutical Co., Ltd.) was administered from the tail vein. The dose for mouse weight was 5 ⁇ g / g. The same amount of physiological saline was administered to tumor-bearing mice prepared in the same manner as a control. Also, at each time point, mouse weight and tumor volume were measured. The volume of the tumor was measured using a caliper, and the short axis (a) and the long axis (b) of the tumor were measured, and the following calculation formula was used.
  • bevacizumab Asvastin (registered trademark); Chugai Pharmaceutical Co., Ltd.
  • tissue samples were deparaffinized and activated according to a conventional method, and then immersed and washed in a container containing PBS for 30 minutes. Thereafter, blocking was performed by immersing the tissue sample in 100 ug / mL casein solution at 4 ° C. for 1 hour. After blocking, washing was performed again with PBS.
  • a tissue sample was immersed at 4 ° C. for 2 hours in a dispersion prepared by preparing streptavidin-conjugated perylene diimide-aggregated melamine resin nanoparticles prepared in Preparation Example 4 to 0.1 nM with PBS. Thereafter, the plate was washed 3 times with PBS, placed on a cover glass, and further, the sample was fixed to a microscope with an aluminum plate and a screw.
  • a fluorescence image of perylenediimide was taken in the same manner as in Example 2. Next, the wavelength of excitation light was set to 488 nm, the wavelength of fluorescence to be observed was set to 500 to 540 nm, and a fluorescence image corresponding to Dylight 488 was taken. .
  • the fluorescence image of perylene diimide and the fluorescence image of Dylight 488 were subjected to image processing in the same manner as in Example 2 to measure the fluorescence intensity.
  • the fluorescence images at each time point are shown in FIGS. 7 a to e, and the graphs of the quantification results are shown in FIGS. 7 g and f.
  • the results in the saline administration group are shown in Table 1.
  • Table 1 The results in the saline administration group are shown in Table 1.
  • VEGF receptor As compared with the results three weeks after cancer cell transplantation, significantly increased expression of VEGF receptor was observed in both the vascular endothelial area and the tumor cell area at 5 weeks. On the other hand, after 7 weeks, the expression level was further increased in the vascular endothelium area, but was hardly changed in the tumor cell area.
  • the results in the bevacizumab administration group are shown in Table 2. At 5 weeks, there was no significant difference in the expression level of VEGF receptor in the vascular endothelial area, while the expression level of VEGF receptor was significantly different in the tumor cell area. On the other hand, no significant change was observed in the expression level of the VEGF receptor in the vascular endothelial area at 7 weeks, but the expression level was reduced with a significant difference in the tumor cell area.
  • Example 5 ⁇ Physiological activity evaluation of Strep-tag / His-tag fusion VEGF> 2.0 ⁇ 10 3 mouse pancreas-derived cultured cell line MS1 (obtained from ATCC) was seeded in a 96-well plate and cultured in DMEM supplemented with 5% FBS. One day after seeding, Strep-tag / His-tag-fused VEGF prepared in Example 1 in DMEM supplemented with 5% FBS or mouse VEGF 164 recombinant protein (R & D Systems) as a control were each 0, 0.1, 1, 10, 100 pg It replaced with what was added so that it was / mL. Four days later, cell proliferation test was performed using CellTiter 96 (registered trademark) AQueous One Solution Cell Proliferation Test Kit (Promega).
  • Example 6 ⁇ Drug evaluation using gold nanoparticles and Strep-tag / His-tag fusion VEGF> The following table summarizes the results of Examples 1 and 3 described above: Tumor volume, blood vessel volume, and blood vessel volume / tumor volume are the results of Example 1, VEGFR expression level (tumor area), The amount of VEGFR expression (the vascular endothelial region) is the result of Examples 3 to 5.
  • the ratio of tumor volume, blood vessel volume, and blood vessel volume is large between the bevacizumab-administered group and the saline-administered group at 3 to 5 weeks after cancer cell transplantation. Although no change was observed, it was found that, at 5 to 7 weeks after transplantation, the bevacizumab-administered group suppressed the increase in the ratio of tumor volume, blood vessel volume, and blood vessel volume as compared to the saline-administered group.
  • the expression level of VEGFR is significantly suppressed in both the tumor cell area and the vascular endothelial area.
  • the VEGFR expression inhibitory effect of Bevacizumab on tumor cells is also transmitted to vascular endothelial cells, and may suppress the signal transmission between VEGF and VEGFR in blood vessels.
  • the tumor volume and the blood vessel information acquired in the imaging step (1) the significant suppression of the bevacizumab administration group of the blood vessel volume and the ratio of the blood vessel volume to the tumor volume It is thought that it may be caused.
  • the VEGFR expression level in the tumor cell area affects the VEGFR expression level in the vascular endothelial area It is thought that it leads to a significant change in the blood vessel volume and the ratio of the blood vessel volume to the tumor volume.
  • combining the evaluation based on the information including blood vessel information and the evaluation based on the expression level of VEGFR is considered to enable more accurate drug evaluation, and the anti-cancer effect of the drug is the VEGF of tumor cells. It is also useful in drug evaluation in screening new anti-VEGF drug candidates, since it will be possible to determine whether it is based on the anti-angiogenic effect of.

Abstract

本発明は血管新生に関与する薬剤を評価する方法に関し、該方法は、病変部を有する被験対象について血管新生に関与する薬剤を投与する薬剤投与工程(A)を含み、さらに血管内に金属ナノ粒子が存在する状態にした被験対象の放射線撮影を行う撮影工程(1)または二量体タンパク質を用いて蛍光染色および蛍光撮影を行う撮影工程(2)を行い、撮影工程(1)または(2)において取得した画像を用いて、前記薬剤の評価を行う。

Description

薬剤評価方法
 本発明は、薬剤評価方法に関する。
 近年、固形がんや糖尿病性網膜症、関節リウマチなど多くの疾患に、血管新生が非常に重要な役割を果すことが明らかにされてきている。例えば、固形がんである腫瘍には、その急速な細胞増殖に必要な栄養や酸素が補給できるように、血管を新生する性質がある。このことから、近年血管新生を阻害する効果を有する抗がん剤が開発され、さまざまな種の腫瘍に対する抗腫瘍効果が期待されている。
 例えば、血管新生には、FGF(Fibroblast Growth Factor;線維芽細胞成長因子)、VEGF(Vascular endothelial growth factor; 血管内皮細胞成長因子)、PDGF(Platelet-Derived Growth Factor;血小板由来成長因子)などさまざまな因子が関与している。なかでも、VEGFは血管内皮細胞上のVEGF受容体に結合し、血管内皮細胞における遺伝子発現、血管透過性および細胞増殖等を制御し、血管新生を促進することが知られており、血管新生阻害剤の開発における重要な標的となっている。
 これらの因子をはじめとした血管新生に関与する薬剤の開発、また候補薬の効果についての評価については、薬剤の標的となる因子や受容体、または病変部そのものを検出、可視化することが重要である。
 例えば、病変部や臓器の可視化手段としては、放射線などを利用して物体を走査した断面像をコンピュータを用いて画像化するコンピュータ断層撮影(Computed Tomography;CT)等の技術が広く臨床現場で利用されている。CTは人体内部の血管や臓器の立体画像を非侵襲的に得られる有力な医療診断技術であり、体内組織の放射線吸収能の差を測定し、病変部位と周囲の正常組織とのコントラストの差を指標に診断が行われている。
 CT画像のコントラストを向上させて診断精度を向上させるため、造影剤が通常使用されるが、現在一般的に病院等で使用されているヨウ素を用いた造影剤は副作用を引き起こすリスクがあるという問題点がある。非特許文献1には、ポリエチレングリコール鎖で表面修飾した様々な大きさの金ナノ粒子を、造影剤として用いてCTを行うことにより、腫瘍を検出する方法が記載されている。
 また、病変部の大きさのみならず、病変部およびその周囲の血管を可視化することによっても候補薬の薬効を評価することができる。
 特許文献1に開示された方法では、血管新生阻害剤を投与した担腫瘍モデルマウスを屠殺して、当該阻害剤の血管新生に対する効果を評価している。
 特許文献2には、ガドリニウム錯体を造影剤として用いた核磁気共鳴画像法(magnetic resonance imaging;MRI)により、非特許文献2には金ナノ粒子を造影剤として用いたCT撮影により、微小血管系を可視化する方法がそれぞれ記載されている。
 また、VEGF受容体をはじめとする血管新生に関与する因子に関しては、病変部から摘出した組織切片に対してDAB染色を行い、明視野において画像撮影を行うことにより可視化(画像化)する検出手法が従来広く用いられてきた。
 しかし、血管新生に関与する因子の動向を正確に評価するためにはその検出感度が重要であるが、既存の手法においては術者の熟練度および環境によって感度や染色度にぶれが生じるという問題があり、さらに定量性に欠けるという問題もあることから、組織内における血管新生に関与する因子の詳細な発現部位や、それぞれの細胞における発現量、または細胞間の因子の発現量の差を特定することは困難であった。そこで、近年ではVEGFをより詳細に検出するため、VEGFリガンドであるVEGFを用いた新たな手法が試みられている。非特許文献3では、アミノ基をビオチン修飾したVEGFをストレプトアビジン結合量子ドットに担持させたものをプローブとして用い、VEGF受容体の検出を行っている。このような二量体のVEGFをプローブとして用いることで、VEGF受容体の精密な検出やその生理活性を評価することができる。
特表2007-526756号公報 米国特許出願公開第2008/0294035号明細書
Nakagawa et al. Science and Technology of Advanced Materials, VOL. 17, NO. 1, 387-397, 2016 Quan-Yu Cai et al. Investigative Radiology. Volume 42, Number 12, 797-806, December 2007 Hamada et al., BLOOD, 29 SEPTEMBER 2011 VOLUME 118, NUMBER 13: e93-100
 上述したように血管新生に関与する薬剤評価において血管を検出する場合、特許文献1に開示された方法ではマウスを屠殺する必要があり、同一マウスにおける血管の経日変化を追跡することができないという問題があった。また、非特許文献2には金ナノ粒子を造影剤としてCT撮影を行い、微小血管系を可視化する方法が記載されているが、この文献にも血管の経日変化を測定したり、また薬剤の評価に用いる等の記載はない。
 特許文献2に開示された方法では、ガドリニウム錯体を造影剤として用いた核磁気共鳴画像法(magnetic resonance imaging;MRI)を用いるが、該方法は比較的手間や時間のかかる検査法であり、空間分解能も充分なものではなかった。
 さらに、血管新生に関与する薬剤評価において血管新生に関与する因子を検出する手法を用いる場合、非特許文献3においては、VEGF受容体を染色するための手法が開示されているが、当該手法は血管内皮細胞にVEGF受容体を人為的に高発現させた細胞における染色であり、VEGF受容体発現量が通常の細胞または低い細胞では染色できないか、あるいは充分な感度で検出できない可能性がある。特に、血管新生を阻害する薬剤を投与することにより、血管内皮細胞や腫瘍細胞におけるVEGF受容体の発現が低下している場合においては、薬効の正確な評価を行うために充分な検出感度を得られない可能性が高い。
 本発明は血管新生に関与する薬剤について、その効果を継時的に充分な精度で観察することによって当該薬剤を評価する方法に関する。
 本発明者は上記課題を解決するため、金属ナノ粒子を用いて被験対象の放射線撮影を行い、また、二量体タンパク質を用いて血管新生に関わる因子を蛍光染色して撮影することにより取得される画像を用いて、腫瘍の大きさや血管体積等の血管情報を含む情報の変化を比較・観察することにより、血管新生に関与する薬剤の効果を評価できることを見出した。
 すなわち、本発明は次のような薬剤評価方法を提供する。
[項1]
 病変部を有する動物を被験対象として、行われる薬剤評価方法であって、
 前記被験対象に血管新生に関与する薬剤を投与する工程である、薬剤投与工程(A)を含み、さらに
 下記撮影工程(1)を複数回行い、そのうち少なくとも一回は前記薬剤投与工程(A)の後に行うか、または下記撮影工程(2)を行い、
 さらに、該撮影工程(1)または(2)において取得した画像を用いて前記薬剤の評価を行う、薬剤評価方法。
 撮影工程(1):血管内に金属ナノ粒子が存在する状態にした被験対象の放射線撮影を行う
 撮影工程(2):いずれか一方の末端がストレプトアビジンに結合するタグと融合している融合ペプチドである第1の単量体と、第2の単量体とからなる二量体タンパク質を用いて、
 前記薬剤投与工程(A)前の被験対象から採取した組織切片、前記薬剤投与工程(A)後である第1の時点の被験対象から採取した組織切片、および前記第1の時点よりも後の時点である第2の時点の被験対象から採取した組織切片のうち、少なくとも2の組織切片を得て、該切片に対してそれぞれ蛍光染色を行い、さらに該蛍光染色した各検体の撮影を行う
[項2]
 前記二量体タンパク質が、いずれか一方の末端がストレプトアビジンに結合するタグと融合している融合ペプチドである第1の単量体といずれか一方の末端がストレプトアビジン以外に結合するタグと融合している第2の単量体とからなる二量体タンパク質である、請求項1に記載の薬剤評価方法。
[項3]
 前記第2の単量体が、末端のいずれか1つのみにおいて、ストレプトアビジン以外に結合するタグと融合している融合ペプチドである、請求項1または2に記載の薬剤評価方法。
[項4]
 前記第1の単量体と前記第2の単量体がいずれも直鎖状である、請求項1~3のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
[項5]
 前記第1の単量体の、前記ストレプトアビジンに結合するタグ以外のペプチド配列と、
 前記第2の単量体の、前記ストレプトアビジン以外に結合するタグ以外のペプチド配列とが、それぞれ同じ配列である、請求項1~4のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
[項6]
 前記二量体タンパク質が血管内皮細胞増殖因子(VEGF)または血小板由来成長因子(PDGF)に由来する、請求項1~5のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
[項7]
 前記蛍光染色が、前記二量体タンパク質と、蛍光標識体とを結合させることにより、前記二量体タンパク質と特異的に結合する目的タンパク質を染色する方法である、請求項1~6のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
[項8]
 前記蛍光染色が、蛍光標識体と前記二量体タンパク質とが結合した蛍光標識プローブと前記目的タンパク質とを結合させることにより、前記二量体タンパク質と特異的に結合する目的タンパク質を染色する方法である、請求項1~6のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
[項9]
 前記金属ナノ粒子が金ナノ粒子である、請求項1に記載の薬剤評価方法。
[項10]
 前記蛍光標識体が、ストレプトアビジンと結合した、蛍光色素、量子ドット、または、蛍光色素集積ナノ粒子である、請求項7または8に記載の薬剤評価方法。
[項11]
 前記撮影工程(2)において、さらに蛍光色素を用いた染色である蛍光色素染色を行う、請求項1~10のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
[項12]
 前記蛍光色素染色が、血管内皮細胞に特異的な染色である、請求項11に記載の薬剤評価方法。
[項13]
 前記撮影工程(2)において、さらに色素による色素染色および明視野撮影を行う、請求項1~12のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
[項14]
 いずれか一方の末端がストレプトアビジンに結合するタグと融合している融合ペプチドである第1の単量体と、第2の単量体とからなる二量体タンパク質。
[項15]
 いずれか一方の末端がストレプトアビジンに結合するタグと融合している融合ペプチドである第1の単量体といずれか一方の末端がストレプトアビジン以外に結合するタグと融合している第2の単量体とからなる二量体タンパク質。
[項16]
 前記第1の単量体と前記第2の単量体がいずれも直鎖状である、請求項14または15に記載の二量体タンパク質。
[項17]
 前記第1の単量体の、前記ストレプトアビジンに結合するタグ以外のペプチド配列と、
 前記第2の単量体の、前記ストレプトアビジン以外に結合するタグ以外のペプチド配列とが、それぞれ同じ配列である、請求項15に記載の二量体タンパク質。
[項18]
 前記二量体タンパク質が血管内皮細胞増殖因子(VEGF)または血小板由来成長因子(PDGF)に由来する、請求項14~17のいずれか一項に記載の二量体タンパク質。
[項19]
 末端のいずれか1つのみにおいてストレプトアビジンに結合するタグと融合している融合ペプチドである、第1の単量体と、
 末端のいずれか1つのみにおいて、ストレプトアビジン以外に結合するタグと融合している融合ペプチドである、第2の単量体とを混合し、
 得られた混合物から、夾雑物を除去することにより、前記第1の単量体および前記第2の単量体からなる二量体タンパク質を精製する精製工程を含む、
二量体タンパク質の製造方法。
[項20]
 前記精製工程が、前記第1の単量体に融合しているタグと特異的に結合する担体を担持した第1精製カラムを用いて行われる第1精製工程、および前記第2の単量体に融合しているタグと特異的に結合する担体を担持した第2精製カラムを用いて行われる第2精製工程を含む、請求項19に記載の二量体タンパク質の製造方法。
[項21]
 前記蛍光標識体と請求項14~18のいずれか一項に記載の二量体タンパク質とが結合した蛍光標識プローブ。
[項22]
 前記蛍光標識体が、ストレプトアビジンと結合した、蛍光色素、量子ドット、または、蛍光色素集積ナノ粒子である、請求項21に記載の蛍光標識プローブ。
[項23]
 請求項21または22に記載の蛍光標識プローブが含まれる、蛍光染色液。
[項24]
 請求項14~18のいずれか一項に記載の二量体タンパク質と、蛍光標識体とを結合させることにより、前記第1の単量体と第2の単量体からなる二量体タンパク質と特異的に結合する目的タンパク質を染色する蛍光標識染色方法であって、
 前記蛍光標識体が、ストレプトアビジンと結合した、蛍光色素、量子ドット、または、蛍光色素集積ナノ粒子である、蛍光標識染色方法。
[項25]
 さらに蛍光色素染色を行う、請求項24に記載の蛍光標識染色方法。
[項26]
 前記色素染色が、血管内皮細胞に特異的な染色である、請求項24または25のいずれか一項に記載の蛍光標識染色方法。
[項27]
 請求項24~26のいずれか一項に記載の染色方法を含む、生理活性評価方法。
[項28]
 撮影工程(1)または(2)において取得した画像から、血管情報を含む情報を取得することで、前記薬剤の評価を行う、請求項1~13のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
[項29]
 前記血管情報が、前記病変部の血管の体積についての情報を含む、請求項28に記載の薬剤評価方法。
[項30]
 前記血管情報が、前記病変部の血管の位置情報を含む、請求項28または29に記載の薬剤評価方法。
[項31]
 前記情報が、さらに病理情報を含む、請求項1~13および28~30のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
[項32]
 前記病理情報が、前記病変部の体積についての情報を含む、請求項31に記載の薬剤評価方法。
[項33]
 前記病理情報が、病変部の位置情報を含む、請求項31または32に記載の薬剤評価方法。
[項34]
 前記病変部が腫瘍部である、請求項1~13および28~33のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
[項35]
 前記薬剤が血管新生に関与する薬剤である、請求項1~13および28~34のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
[項36]
 前記薬剤が血管新生阻害剤である。請求項1~13および28~35のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
[項37]
 前記血管情報を含む情報が、前記病変部の血管の体積および病変部の体積についての情報を含み、
 前記病変部の血管の体積を、前記病変部の体積で除した値を算出し、当該値の変化を観察する、請求項28~36のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
[項38]
 前記撮影工程(1)における放射線撮影が三次元放射線撮影であり、前記撮影工程(2)における撮影が蛍光撮影である、請求項1~13および28~37のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
[項39]
 前記被験対象が実験動物である、請求項1~13および28~38のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
[項40]
 前記被験対象が担がんマウスである、請求項1~13および28~39のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
[項41]
 放射線撮影装置および蛍光撮影装置の少なくとも一つを有する撮影装置と情報処理装置とを備える薬剤評価システムであって、
 前記情報処理装置が、
 前記放射線撮影装置または蛍光撮影装置により取得された画像を受け取り、
 受け取った画像を用いて血管新生に関与する薬剤の評価を行う装置である、
 請求項1~13および28~40のいずれか一項に記載の薬剤評価方法を行うための、薬剤の評価システム。
[項42]
 放射線撮影装置および蛍光撮影装置の少なくとも一つを有する撮影装置と情報処理装置とを備える薬剤評価システムであって、
 前記情報処理装置が、
 前記放射線撮影装置または蛍光撮影装置により取得された画像を受け取り、
 さらに、受け取った画像から取得する血管情報を含む情報を用いて血管新生に関与する薬剤の評価を行う装置である、
 請求項1~13および28~40のいずれか一項に記載の薬剤評価方法を行うための、請求項41に記載の薬剤の評価システム。
[項43]
 前記撮影装置が、明視野撮影を行うための装置をさらに備える、請求項41または42に記載の薬剤の評価システム。
[項44]
 前記画像、前記血管情報を含む情報、前記解析結果、および薬剤の評価のうち少なくとも1つを表示する表示装置をさらに備える、請求項41~43のいずれか一項に記載の薬剤の評価システム。
[項45]
 前記情報処理装置が、さらに前記画像、前記血管情報を含む情報、前記解析結果、および薬剤の評価のうち少なくとも1つをデータとして蓄積する情報蓄積装置を含む、請求項41~44のいずれか一項に記載の薬剤の評価システム。
[項46]
 請求項1~13および28~40のいずれか一項に記載の薬剤評価方法をコンピュータにより実行させるためのプログラム。
 本発明の評価方法によれば、従来の手法と比べてより正確に血管新生に関与する薬剤の評価を行うことができる。
図1は本発明の薬剤評価方法(撮影工程(1)を行った場合)におけるフローチャートである。 図2は実施例1において行った実験工程のフロー図である。 図3は実施例1におけるベバシズマブ処理群およびコントロール群において、ベバシズマブの投与によるa)体重の変化b)腫瘍体積の変化を示したグラフである。 図4a~図4jはがん細胞移植から3週間後、5週間後、7週間後において、ベバシズマブ処理および生理食塩水処理を行ったマウスの腫瘍部に対して放射線撮影を行うことにより取得した、腫瘍および血管の放射線画像である。図5k~図5mはがん細胞移植から3週間後、5週間後、7週間後のそれぞれの時点において、ベバシズマブ処理および生理食塩水処理を行ったマウスの、腫瘍体積、血管体積、血管体積と腫瘍体積との比率(血管体積/腫瘍体積×100(%))をそれぞれ示したグラフである。 図5は実施例2のStrep-tag/His-tag融合VEGFの作製工程のフロー図である。 図6は実施例3における染色結果において測定された蛍光強度の定量結果を示したグラフである。ut VEGFはマウスVEGF164リコンビナントタンパク質を、hs―t VEGFはStrep-tag/His-tag融合VEGFをそれぞれ示している。 図7a)~e)は実施例4で取得した蛍光画像である。点線により、画像内の腫瘍領域と血管内皮領域が区分されている。図7f)、g)はそれぞれ、コントロール群またはベバシズマブ処理群において取得した蛍光画像から算出した、腫瘍細胞領域および血管内皮領域のVEGF受容体の発現量をそれぞれ示したグラフである。 図8は実施例5において行った細胞増殖試験の結果である。 図9Aは本発明の一実施形態であるシステムであって、撮影装置として放射線撮影装置を備えるシステムの模式図である。図9Bは本発明の別の実施形態であるシステムであって、撮影装置として蛍光撮影装置を備えるシステムの模式図である。
 本発明の薬剤評価方法は、病変部を有する動物である被験対象に血管新生に関与する薬剤を投与する、薬剤投与工程(A)、および複数回の撮影工程(1)、または下記撮影工程(2)を行い、さらに、該撮影工程(1)または(2)において取得した画像を用いて薬剤の評価を行う方法である。
 また、前記薬剤評価方法は、前記画像から、後述する血管情報を含む情報を取得することで、前記薬剤の評価を行うことが好ましい。
 本発明の薬剤評価方法は、撮影工程(1)において取得した画像のみにおいて薬剤の評価を行ってもよいし、撮影工程(2)において取得した画像のみにおいて薬剤の評価を行ってもよい。また撮影工程(1)を行った薬剤評価方法と、撮影工程(2)を行った薬剤評価方法とを組み合わせて、言い換えると撮影工程(1)および撮影工程(2)において取得した画像を組み合わせることにより、複合的な薬剤評価を行ってもよい。
<薬剤投与工程(A)>
 本発明に係る薬剤投与工程(A)は、後述する被験対象に対して血管新生に関与する薬剤を投与する工程である。被験対象が有する病変部は、特に限定されるものではないが、例えば、血管新生が大きく関与するという観点から、腫瘍が好適に選択される。
 前記血管新生に関与する薬剤は、血管新生阻害剤であることが好ましく、抗がん剤またはその候補薬として用いられる血管新生阻害剤であることがより好ましい。上記血管新生阻害剤は特に限定されないが、前記抗がん剤として用いられる血管新生阻害剤の例としては、ベバシズマブ(商品名アバスチン)、スニチニブ(商品名スーテント)、ソラフェニブ(商品名ネクサバール)等が挙げられる。
 前記薬剤投与工程(A)においては、被験対象に対する薬剤の投与形態、投与経路、投与期間や投与回数などは、特に制限はない。また、前記薬剤の投与形態、投与経路、投与期間や投与回数などを適宜変更し、複数回本発明の評価方法を実行することで、より詳細に薬剤の評価を行うことができる。
<撮影工程(1)>
 本発明に係る撮影工程(1)は、血管内に金属ナノ粒子が存在する状態にした被験対象の放射線撮影を行う工程である。前記放射線撮影は三次元放射線撮影であることが好ましい。
 金属ナノ粒子が被験対象の血管内に存在する状態にするには、例えば金属ナノ粒子を血管内に注入することにより行われることが好ましい。血管内に注入するタイミングは、放射線撮影時に金属ナノ粒子が被験対象の血管内に存在し得る時点であれば任意に設定することができる。例えば、放射線撮影を行う各時点において、各撮影の直前に金属ナノ粒子を注入してもよい。また一回の金属ナノ粒子の注入で複数の放射線撮影を行っても良い。
 本発明の薬剤評価方法において前記撮影工程(1)は複数回行われ、そのうち少なくとも一回は前記薬剤投与工程(A)の後に行われる。
 撮影工程(1)は、少なくとも一回は前記薬剤投与工程(A)の後に行われる必要がある。その条件を満たす限り、薬剤投与前の時点および薬剤投与後の1以上の時点で行われてもよく、薬剤投与後における2以上の時点で行われてもよい。本発明の薬剤評価方法においては、前記撮影工程と情報取得工程とは、それぞれ薬剤投与前の1以上の時点および薬剤投与後の2以上の時点で行われることが好ましい。
 撮影工程(1)が薬剤投与後に行われる場合において、撮影工程を行うタイミングは特に限定されないが、薬剤の効果が期待され得るために充分な時点を含んでいることが好ましい。
(金属ナノ粒子)
 前記撮影工程(1)において用いられる金属ナノ粒子は、特に限定されないが、X線透過率が低く、分散性に優れる等の観点から銀、金、白金等の金属ナノ粒子が好ましく、金ナノ粒子がより好ましい。金属ナノ粒子を被験対象に投与する際の剤形としては特に制限されるものではなく、必要に応じて適宜選択すればよい。注入する金属ナノ粒子の量は、被験対象の体重、疾患の程度等に応じて自由に選択することができる。
 前記金属ナノ粒子は必要に応じて、有機ポリマー等により表面修飾されていることが好ましく、例えばPEG(ポリエチレングリコール)で修飾されているものがより好ましい。
 前記金属ナノ粒子の平均粒子径は特に限定されないが、好ましくは1~300nm、より好ましくは1~150nm、さらにより好ましくは1~50nmである。
 前記金属ナノ粒子の粒径は、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、電子顕微鏡写真を撮影することで求められる。複数の金属ナノ粒子からなる集団の平均粒径および変動係数は、充分な数(たとえば1000個)の金属ナノ粒子について上記のようにして粒径を算出した後、平均粒径はその算術平均として算出され、変動係数は式:100×粒径の標準偏差/平均粒径、により算出される。
 前記撮影工程(1)においては、その複数回の各回において同一の被験対象、例えばマウスを生きたままで撮影することができる。同一の被験対象において腫瘍や血管量を経日観察すること、従来の方法よりもコントラストが明瞭な画像を取得することなどの理由から、腫瘍部におけるより細かな血管の情報を取得することができる。さらに血管新生の効果を評価する際にマウス等の被験対象を屠殺する必要が無く、同一の被験対象を生きたまま使った実験ができるため、実験に使用する被験対象の数を減らすことができるという利点もある。
<撮影工程(2)>
 本発明に係る撮影工程(2)は、いずれか一方の末端がストレプトアビジンに結合するタグと融合している融合ペプチドである第1の単量体と、第2の単量体とからなる二量体タンパク質を用いて、前記薬剤投与工程(A)前の被験対象から採取した組織切片、前記薬剤投与工程(A)後である第1の時点の被験対象から採取した組織切片、および前記第1の時点よりも後の時点である第2の時点の被験対象から採取した組織切片のうち、少なくとも2の組織切片を得て、該切片に対してそれぞれ蛍光染色を行い、さらに該蛍光染色した各検体の撮影を行う工程である。
 前記工程(2)で用いる二量体タンパク質は、いずれか一方の末端がストレプトアビジンに結合するタグと融合している融合ペプチドである第1の単量体といずれか一方の末端がストレプトアビジン以外に結合するタグと融合している第2の単量体とからなる二量体タンパク質であることが好ましい。
(蛍光染色)
 前記蛍光染色は、前記二量体タンパク質と特異的に結合する目的タンパク質を蛍光染色する方法であり、ここで当該目的タンパク質は血管新生に関与する因子であることが好ましく、血管新生に関与するタンパク質であることがより好ましい。
 前記蛍光染色は、前記二量体タンパク質と、後述する蛍光標識体とを結合させることにより、前記目的タンパク質を染色する方法であってもよく、また、蛍光標識体と前記二量体タンパク質とが結合した蛍光標識プローブ(後述)と前記目的タンパク質とを結合させることにより、前記目的タンパク質を染色する方法であってもよい。
 前記蛍光標識体は、特に限定されないが、ストレプトアビジンと結合した、蛍光色素、量子ドット、または、蛍光色素集積ナノ粒子であることが好ましく、ストレプトアビジンと結合した蛍光色素集積ナノ粒子であることがより好ましい。
 蛍光色素としては、例えば、フルオレセイン系色素、ローダミン系色素、Alexa Fluor(登録商標、インビトロジェン社製)系色素、BODIPY(登録商標、インビトロジェン社製)系色素、カスケード(登録商標、インビトロジェン社)系色素、クマリン系色素、NBD(登録商標)系色素、ピレン系色素、シアニン系色素、ペリレン系色素、オキサジン系色素、ピロメテン系色素など、低分子有機化合物(ポリマー等の高分子有機化合物ではないもの)からなる蛍光色素が挙げられる。中でも、スルホローダミン101およびその塩酸塩であるTexasRed(登録商標)などのローダミン系色素や、ペリレンジイミドなどのペリレン系色素、ピロメテン556等のピロメテン系色素は、比較的耐光性が高いため好ましい。
 量子ドットは、II-VI族化合物、III-V族化合物またはIV族元素を含有する粒子ドットの周囲にシェルを設けた量子ドットであることが好ましく、必要に応じて有機ポリマー等により表面処理が施されていてもよい。例えば、粒子表面がカルボキシ基で修飾されているCdSe/ZnS(インビトロジェン社)、粒子表面がアミノ基で修飾されているCdSe/ZnS(インビトロジェン社)等の、市販のものを用いてもよい。
 前記蛍光体集積粒子は、特に制限されないが、有機物または無機物でできた母体となる粒子の内部または表面に、蛍光色素または量子ドットを複数個固定して集積した構造を有するナノサイズの(直径が1μm以下の)粒子であり、一粒子で十分な輝度の蛍光を発することができる粒子であることが好ましい。
 ストレプトアビジンで修飾した蛍光体集積ナノ粒子の調製は、例えば、以下のようにして行うことができる。蛍光体集積ナノ粒子とストレプトアビジンとにそれぞれ官能基を導入する試薬により官能基を導入し、官能基同士の結合を介してストレプトアビジンと蛍光体集積ナノ粒子とを結合させる。この官能基同士の間にリンカーを介在させてもよい。官能基の組み合わせの例としては、NHSエステル基‐アミノ基、チオール基-マレイミド基の組み合わせ等を例示することができる。リンカーとしては、EMCS(N-[エプシロン-Maleimidocaproyloxy]succinimide ester)(サーモサイエンティフィック社)等のリンカーを例示することができる。
<蛍光色素染色>
 前記撮影工程(2)においては、さらに蛍光色素を用いた染色である蛍光色素染色を合わせて行うことができる。前記蛍光色素は、前記二量体タンパク質、前記蛍光標識プローブ、または後述する蛍光染色液以外の、蛍光色素、量子ドット、または、蛍光体集積ナノ粒子等であることが好ましい。
 蛍光色素染色の方法は特に限定されず、免疫蛍光染色等適宜公知の手段を用いることができる。
 前記蛍光色素染色の対象は特に限定されないが、血管内皮細胞に特異的に存在する物質であることが好ましく、血管内皮細胞に特異的に発現する糖鎖であることが好ましい。
<色素染色>
 前記撮影工程(2)においては、さらに、明視野観察用の色素による色素染色および明視野撮影を行ってもよい。前記色素染色は検体に含まれる細胞等の形態を観察するためのものであってもよいし、血管内皮細胞に特異的に存在する物質を観察するためのものであってもよく、また、血管内皮細胞に特異的に発現する糖鎖であってもよい。
<薬剤評価方法>
 上述したように本発明の薬剤評価方法は、薬剤投与工程(A)、および複数回の撮影工程(1)または撮影工程(2)を行い、さらに、該撮影工程(1)または(2)において取得した画像を用いて血管新生に関与する薬剤の評価を行う方法であり、前記薬剤評価方法は、前記画像から、後述する血管情報を含む情報を取得することで、前記薬剤の評価を行うことが好ましい。
 具体的には、例えば、撮影工程(1)を行った場合においては、放射線撮影装置により被験対象の血管内に存在する金属ナノ粒子により血管をあらわす画像が得られるが、当該画像を用いて、好ましくは当該画像から後述する血管情報を取得して前記薬剤の評価を行うことができる。
 また、例えば、撮影工程(2)を行った場合においても、取得した蛍光画像を用いて薬剤評価を行うが、この場合には前記目的タンパク質をあらわす蛍光発光に基づいて当該薬剤評価を行うことができる。具体的には前記二量体タンパク質がVEGFやPDGFであった場合にはこれらに特異的に結合するVEGFRやPDGFRをあらわす蛍光発光に基づいて薬剤評価を行うことができ、好ましくは当該蛍光発光から後述する血管情報を取得することができる。
 前記血管情報を含む情報の、血管情報以外の情報としては病理情報が含まれていることが好ましい。また、薬剤の評価をするにあたっては血管情報を含む情報以外の情報(以下「その他の情報」と称する)を取得することで薬剤の評価を行ってもよい。
 また、薬剤の評価に対しては、例えば任意の情報について一定の閾値を設定して、被験対照群を分類することでおこなうことができる。例えば、血管体積の変化率について、50%以上を効果が高い(Rank A)と判定し、30%以上50%以下を効果は中程度(Rank B)と判定し、それ以外の場合は効果が低い(Rank C)と判定する。また複数の情報に対して閾値を設定し、複合的に判断することでより正確な薬剤評価が可能になる。
<血管情報>
 血管情報は、被験対象の血管に関する情報であり、好ましくは病変部の血管の体積についての情報が含まれ、より好ましくはさらに病変部における血管の位置情報が含まれる。さらに、病変部の血管の分布、薬剤投与前後における病変部の血管の体積の変化、薬剤投与前後における病変部の血管の分布の変化などについての情報が含まれていてもよい。
 血管情報は、病変部およびその周辺を関心領域内(region of interest;ROI)として設定して取得された画像から取得してもよいし、被検対象全体を関心領域として設定して取得された画像から取得してもよい。
 例えば、血管の局在パターンを取得する場合には、さらに分布状態を任意のいくつかのパターン(例えば、病変部の中心部に集積・病変部辺縁に分布・病変部全体に偏在など)に分類することもできる。
<病理情報>
 病理情報には、好ましくは病変部の体積が含まれ、より好ましくは病変部の位置情報が含まれる。さらに薬剤投与前後における病変部の体積の変化などが含まれていてもよい。
<その他の情報>
 前記情報取得工程においては、血管情報、病理情報以外の、前記その他の情報も取得され得る。そのような情報およびそれを取得するための方法は、特に限定されないが、例えば、蛍光色素結合抗体を用いた免疫染色等の手段により検出され得るタンパク質の発現量、FDG-PET検査等の手段により測定し得る糖の取り込み量(細胞のブドウ糖代謝レベル)、MRIや超音波等の手段で計測し得る血流速度や血流速度分布などが挙げられる。また、前記その他の情報は血管情報を含む情報や病理情報などの複数の情報を複合して得られる情報を含んでいても良い。例えば、血管体積を病変部の体積で除した値((血管の体積)÷(病変部の体積))を求めることで、病変部における血管の占有率およびその変化を求めることができる。
<二量体タンパク質>
 本発明の二量体タンパク質は、第1の単量体と第2の単量体からなる二量体タンパク質であり、細胞表面に発現している前記目的タンパク質と特異的に結合することで目的タンパク質の検出に用いられる。
 前記二量体タンパク質は、いずれか一方の末端がストレプトアビジンに結合するタグと融合している融合ペプチドである第1の単量体と、第2の単量体とからなる二量体タンパク質であり、前記第2の単量体がいずれか一方の末端がストレプトアビジン以外に結合するタグと融合していることが好ましい、換言すると本発明の二量体タンパク質は、好ましくは、いずれか一方の末端がストレプトアビジンに結合するタグと融合している融合ペプチドである第1の単量体といずれか一方の末端がストレプトアビジン以外に結合するタグと融合している第2の単量体とからなる二量体タンパク質である。
(第1の単量体)
 前記第1の単量体は後述する第2の単量体と結合することで本発明の二量体タンパク質となるペプチドであり、末端のいずれか1つのみがストレプトアビジンに結合するタグと融合している、融合ペプチドである。ペプチドは前記二量体タンパクを構成しうるものであれば特に限定されないが、直鎖状のペプチドであることが好ましく、このときペプチドのC末端またはN末端のいずれか一方のみがストレプトアビジンと結合するタグと融合している。
 第1の単量体は、前述のようにストレプトアビジンに結合するタグをその構造中に1つのみ有し、ストレプトアビジン以外に結合するタグを有さないことが好ましい。
(第2の単量体)
 本発明の第2の単量体は第1の単量体と結合することで本発明の二量体タンパク質となるペプチドであり、通常は末端のいずれか1つのみがストレプトアビジン以外に結合するタグと融合している、融合ペプチドである。第2の単量体の末端に融合しているタグは特に限定されないが、ストレプトアビジンと相互作用をおこさないタグを選択することが好ましい。ペプチドは前記二量体タンパクを構成しうるものであれば特に限定されないが、直鎖状のペプチドであることが好ましく、このときペプチドのC末端またはN末端のいずれか一方のみがストレプトアビジン以外と結合するタグと融合している。
 第2の単量体は、前述のようにストレプトアビジン以外に結合するタグをその構造中に1つのみ有し、ストレプトアビジンに結合するタグを有さないことが好ましい。
 したがって、本発明の二量体タンパク質は1分子中にストレプトアビジンに結合できるタグを1つのみ有しており、好ましくはさらにストレプトアビジン以外に結合するタグを1つのみ有している。
 前記第1の単量体と第2の単量体間の結合様式は特に限定されず、例えば、ジスルフィド結合等の共有結合、イオン結合、水素結合等を介して結合することができる。第1の単量体と第2の単量体は上述のように直鎖状であることが好ましく、特に第1の単量体と第2の単量体のいずれもが直鎖状であることが好ましい。第1の単量体と第2の単量体について、それぞれのペプチド配列はタグを除いて同じであってもよいし、それぞれ異なっていてもよい。二量体に含まれる2つのペプチドのうちどちらが第1の単量体であり、どちらが第2の単量体であるかは、該二量体タンパク質の性質や構造によって任意に決定することができる。
 本発明の二量体タンパク質は特に限定されないが、細胞表面に発現している目的タンパク質と特異的に結合するタンパク質に由来するタンパク質であることが好ましい。
 例えば前記目的タンパク質が血管内皮細胞増殖因子受容体(VEGFR)や血小板由来成長因子受容体(PDGFR)である場合では、二量体タンパク質はそれらと特異的に結合する血管内皮細胞増殖因子(VEGF)または血小板由来成長因子(PDGF)に由来することが好ましい。
 具体的には目的タンパク質がVEGFRであり、二量体タンパク質がVEGFに由来するとき、前記第1の単量体は、VEGFを構成する単量体ペプチドの末端のどちらか一方のみにおいてストレプトアビジンと結合するタグと融合している配列のペプチドであり、前記第2の単量体は、好ましくはVEGFを構成する単量体ペプチドの末端のどちらか一方のみにおいてストレプトアビジン以外と結合するタグと融合している配列のペプチドである。換言するとこの場合において、本発明の二量体タンパク質は、VEGFの末端の1つのみにストレプトアビジンに結合するタグが融合しており、好ましくはストレプトアビジンに結合するタグが融合している単量体ではない方の単量体の末端の1つのみに、ストレプトアビジン以外に結合するタグが融合している、二量体タンパク質であるということになる。
<蛍光標識染色方法>
 本発明の一実施形態である蛍光標識染色方法は、前記蛍光標識体と前記目的タンパク質を結合させることにより、目的タンパク質を染色する方法である。
 前記蛍光染色方法は、前記目的タンパク質と二量体タンパク質とを結合させ、さらに前記蛍光標識体とを結合させることにより、目的タンパク質を染色する方法であってもよく、また、蛍光標識体と前記二量体タンパク質とをあらかじめ結合させた蛍光標識プローブ(後述)と前記目的タンパク質とを結合させることにより、前記目的タンパク質を染色する方法であってもよい。
 前者の様態として、具体的には、病変部を有する動物である被験対象から採取した組織切片や細胞中と前記二量体タンパク質とを接触させることで当該組織切片等に存在し得る目的タンパク質と二量体タンパク質とを結合させ、さらに当該二量体タンパク質と接触させた組織切片等について前記蛍光標識体を接触させて、当該蛍光標識体と組織切片中の二量体タンパク質と結合させることで、目的タンパク質が蛍光染色される。
 後者の様態として、具体的には、前記組織切片や細胞と蛍光標識プローブとを結合させることで目的タンパク質の染色を行うことができる。
 上述したとおり、本発明の二量体タンパク質は1分子あたりに1つのみストレプトアビジンに結合するタグを有するものであり、前記蛍光標識体はストレプトアビジンと結合した蛍光色素等であることから、前記二量体タンパク質1分子あたりには蛍光標識体が1分子結合することになる。したがって、具体的には、前記蛍光標識体の構成成分であるストレプトアビジンが、目的タンパク質と特異的に結合した二量体タンパク質を構成している第1の単量体の末端に融合している「ストレプトアビジンに結合するタグ」に結合することで染色を行う。
<蛍光色素染色>
 前記蛍光標識染色方法においては、後述する蛍光標識プローブや蛍光染色液以外を用いて行う、蛍光色素染色を併せて行ってもよい。前記蛍光色素染色は、上述したような蛍光色素、量子ドット、または、蛍光体集積ナノ粒子等を用いて行なう蛍光染色であることが好ましい。前記蛍光色素染色の対象は特に限定されないが、血管内皮細胞に特異的に存在する物質であることが好ましく、血管内皮細胞に特異的に発現する糖鎖であることが好ましい。
 また、前記染色方法においては、明視野観察用の色素による色素染色および明視野撮影を併せて行ってもよい。前記色素染色は検体に含まれる細胞等の形態を観察するためのものであってもよいし、血管内皮細胞に特異的に存在する物質を観察するためのものであってもよく、また、血管内皮細胞に特異的に発現する糖鎖であってもよい。
<蛍光標識プローブ>
 本発明の一実施形態においては、蛍光染色前にあらかじめ前記二量体タンパク質に前記蛍光標識体を結合させた複合体である蛍光標識プローブを提供する。具体的には、前記蛍光標識体の構成成分であるストレプトアビジンが、二量体タンパク質を構成する第1の単量体の末端に融合している「ストレプトアビジンに結合するタグ」に結合することで本発明の蛍光標識プローブが構成される。上述したように本発明の二量体タンパク質は1分子あたりにストレプトアビジンに結合できるタグを1つのみ有しており、したがって本発明の蛍光標識プローブは、前記二量体タンパク質1分子あたりに蛍光標識体が1分子のみ結合している構成を有する。
<蛍光染色液>
 本発明の一実施形態に係る蛍光染色液は、前記蛍光標識プローブを含有する。蛍光染色液は一般的に、蛍光標識プローブを調製し、回収した後、その蛍光標識プローブを適切な分散媒、例えば1%BSAを含有するPBS(リン酸緩衝生理食塩水)に分散させた分散液として調製することができる。
 蛍光染色液を、2種類以上の目的タンパク質を蛍光標識の対象とする実施形態において使用する場合は、各目的タンパク質に対応する2種類以上の蛍光標識プローブを含有していてもよい。その場合、2種類以上の蛍光標識プローブは、各目的タンパク質を標識する蛍光標識プローブの蛍光(輝点)の識別性に悪影響を及ぼさないよう、蛍光波長のピークは互いに十分に離れていることが好ましく、例えば100nm以上離れていることが好ましい。また、このような複数の目的タンパク質を対象として用いる蛍光染色液は、2種類以上の蛍光標識プローブが同じパック(分散液)に含まれている一液型であってもよいし、各蛍光プレミックス粒子が別々のパックに含まれている多液型であってもよい。染色方法の実施形態に応じて、蛍光染色液は、蛍光標識プローブの1液型または多液型のパックに加えて、それ以外の試薬(例えば後述する色素染色用の染色液)のパックを含んでもよい。
<二量体タンパク質の製造方法>
 本発明の二量体タンパク質の製造方法は、第1の単量体と、第2の単量体とを混合し、得られた混合物から夾雑物を除去することにより、第1の単量体および第2の単量体からなる二量体タンパク質を精製する精製工程を含む。
 第1の単量体および第2の単量体の製造方法は特に限定されず、公知の手法で人工的に合成したペプチドをそれぞれの単量体として用いてもよいし、大腸菌に遺伝子を導入し、発現させたペプチドをそれぞれの単量体として用いてもよい。
 本発明の二量体タンパク質は、第1の単量体と、第2の単量体とを適当な環境下において、混合することで製造される。この時、混合後の反応溶液には、本発明の二量体タンパク質に加え、夾雑物として、未反応の第1の単量体、未反応の第2の単量体、第1の単量体のみからなる二量体、第2の単量体のみからなる二量体が含まれうる。
 本発明の製造方法においてはこれらの夾雑物を混合後の溶液から除去する精製工程を含み、該精製工程はカラムを用いて行うことが好ましく、2種類の精製カラムを用いて段階的に行うことがより好ましい。好適には、第1の単量体に融合しているタグと特異的に結合する担体を担持した第1精製カラム、および第2の単量体に融合しているタグと特異的に結合する担体を担持した第2精製カラムに、混合後の反応溶液を順次通すことで精製を行うことができる。このとき、第1精製カラムを通す工程を第1精製工程、第2精製カラムを通す工程を第2精製工程とする。第1精製工程と第2精製工程はどちらを先に行ってもよい。
 第1精製工程により、未反応の第2の単量体、第2の単量体のみからなる二量体が除去され、さらに第2精製工程により未反応の第1の単量体、第1の単量体のみからなる二量体が除かれることにより、本発明の二量体タンパク質が精製される。
 <第1精製カラムおよび第2精製カラム>
 本発明の第1精製カラムおよび第2精製カラム(以下精製カラムと総称することもある)は、精製の対象となる二量体タンパク質が通過可能なサイズの細孔を有する担体を備える。第1精製カラムに担持されている担体は第1の単量体に融合しているタグと特異的に結合する性質を有し、第2精製カラムに担持されている担体は前記第2の単量体に融合しているタグと特異的に結合する性質を有していることが好ましい。具体的には、タグとしてstrep-tagを用いる場合には、市販のストレプトアビジン類似物質固定化樹脂を用いてもよいし、任意のマトリックスにストレプトアビジン類似物質を固定したものを作成してもよい。また、タグとしてHis-tag(登録商標)を用いる場合にはNi-NTA (nickel-nitrilotriacetic acid)等市販の担体を用いてもよいし、ニッケルなどHis-tagと結合する金属イオンやHis-tag特異的な抗体をマトリックスに結合させたものを作成してもよい。
 このような担体のマトリックスは特に限定されず、架橋された共重合体からなる多孔性ポリマーなど、様々な材質のマトリックスを用いることができる。例えば、デキストランまたはその誘導体(アリルデキストラン等)とアクリルアミドまたはその誘導体(N,N-メチレンビスアクリルアミド等)との架橋共重合体からなる多孔性ポリマー等が好適に用いられる。
 本発明の「製造方法」においては、通常、各精製工程の後、担体に捕捉されたペプチドを担体から脱離させる脱離工程を含む。この脱離工程は、例えば、担体に、脱離液を流すことなどにより行うことができる。
 前記脱離液としては、特に制限されないが、二量体タンパク質を担体から十分に脱離させることができる液体であることが好ましく、さらに、二量体タンパク質の構造や機能を失わせない液体であることがより好ましく、例えばグリシン-HCl等が好適に用いられる。
<生理的活性評価方法>
 本発明の一実施形態にかかる生理活性評価方法は、前記二量体タンパク質を用いて目的タンパク質の生理活性を評価する方法である。評価に用いる手段は特に限定されないが、例えば細胞に前記二量体タンパク質を投与した後、その細胞や細胞が有する生体物質の動向を観察することで、該細胞が有する目的タンパク質の生理的な活性を評価する方法などが挙げられる。
(画像の取得)
 上述したように本発明の薬剤評価方法は撮影工程(1)または(2)において取得した画像を用いて前記血管新生に関与する薬剤の評価を行う方法であり、前記画像から、血管情報を含む情報を取得することで、前記薬剤の評価を行うことが好ましい。したがって、本発明の薬剤評価方法は、撮影工程(1)または(2)において取得した画像を取得する工程を含む。前記画像はデジタル画像であることが好ましく、立体画像情報として取得されることがより好ましい。
 本発明の薬剤評価方法における薬剤の評価に用いるために、前記画像は任意のアルゴリズムに基づいて解析(画像解析等)してもよいし、また前記画像を任意の方法で数値化、またはグラフ化など、定量的に変換してもよい。このような解析および変換は、例えば市販の画像解析システム等を用いることによって行うことができる。
<被験対象>
 本発明における被験対象は病変部を有する、ヒトまたはヒト以外の動物であり、好ましくは病変部を有する実験動物である。病変部は特に限定されないが、好ましくは腫瘍部であることが好ましく、具体的には、例えば、細胞腫、黒色腫、肉腫、脳腫瘍、頭頸部がん、胃がん、肺がん、乳がん、肝がん、大腸がん、子宮頸がん、前立腺がん、膀胱がんなどの固形がん、白血病、リンパ腫、および多発性骨髄腫などを挙げることができる。
 前記実験動物は、目的に応じて選択することが好ましく、特に疾患モデル動物が好適に用いられ、例えば上記病変部が腫瘍部のときは、疾患モデル動物としては、例えば、腫瘍細胞または腫瘍組織に由来して生体内で生成した腫瘍部をあらかじめ保持している担腫瘍動物が好適に用いられる。
 実験動物として担腫瘍動物モデルを用いる場合、実験動物に腫瘍部を保持させるための手法は特に限定されるものではなく、公知の手法を用いることができる。
 実験動物として用いられる動物種の例としては、マウス、ラット、ウサギ、モルモット、スナネズミ、ハムスター、フェレット、イヌ、ミニブタ、サル、ウシ、ウマ、ヒツジなど、ある程度の遺伝学的な制御がなされており、均質な遺伝的要件を備えている動物が挙げられ、特にマウスが広く用いられている。
 担腫瘍モデルマウスとしては、担がんマウスは化学発現モデルマウス、遺伝子改変モデルマウス、異種移植モデルマウスの3種に大別できる(下記表参照;Kohrt et al., Defining the optimal murine models to investigate immune checkpoint blockers and their combination with other immunotherapies. Annals of Oncology (2016)27 (7): 1190-1198)。
 異種移植モデルマウスは患者から取り出した腫瘍細胞に由来する培養細胞を免疫不全マウスに移植して作成される。ヒトに由来する培養がん細胞が移植されたマウスとしては、CDX(Cell-line derived xenograft)モデルマウスが挙げられる。ヒト(患者)に由来する腫瘍組織が移植されたマウスとしては、PDX(Patient derived xenograft)モデルマウスのほか、Immuno-avatarモデルマウス、造血リンパ系ヒト化(Hemato-lymphoid humanized)モデルマウス、Immune-PDXモデルマウスなどが挙げられる。
 PDXマウスは患者由来の腫瘍組織を免疫不全マウスに移植することによって作製される。また、Immuno-avatar モデルマウス、造血リンパ系ヒト化(Hemato-lymphoid humanized)モデルマウスおよびImmune-PDXモデルマウスは、それぞれヒトの末梢血単核細胞、CD34 +ヒト造血幹細胞およびその前駆細胞(HSPC)または腫瘍浸潤リンパ球を移植した免疫不全マウス(免疫系ヒト化マウス)に、患者由来の腫瘍組織を移植することによって作製される。
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 本発明の薬剤評価方法においては、具体的には、例えば撮影工程(2)において、同系のマウスに同一の患者由来の腫瘍組織を移植したPDXマウスを複数作製することで、薬剤の投与前および薬剤の投与後の一以上の時点における腫瘍の大きさおよびその変化を測定することで薬剤の効果を評価することができる。
<評価システム>
 本発明の一実施形態である薬剤の評価システムは、前記薬剤評価方法を行うためのシステムであり、放射線撮影装置および蛍光撮影装置の少なくとも一つを有する撮影装置と、情報処理装置とを備える薬剤の評価システムである。
 前記放射線撮影装置は、放射線撮影を行う装置であり、前記蛍光撮影装置は蛍光撮影を行う装置であり、前記撮影装置が放射線撮影装置および蛍光撮影装置の両方を備える場合、放射線撮影および蛍光撮影は同時に行われてもよいし、どちらか一方の装置を用いてその装置に対応する撮影を行ってもよい。また、前記撮影装置は明視野撮影を行うための装置をさらに備えていてもよい。
 前記情報処理装置は、前記放射線撮影装置または蛍光撮影装置により取得された画像から受け取った画像を用いて血管新生に関与する薬剤の評価を行う装置であり、好ましくはさらに前記受け取った画像から取得する血管情報を含む情報を用いて血管新生に関与する薬剤の評価を行う装置である。また、前記情報処理装置は表示装置や情報蓄積装置をさらに備えていてもよい。
(放射線撮影装置)
 前記放射線撮影装置は、被験対象について放射線撮影を行うことができる装置であれば特に限定されるものではないが、三次元放射線撮影装置であることが好ましい。通常、放射線撮影装置は、放射線を放射する放射線源と放射線を検出する放射線画像検出器を含み、入力装置からの指示に基づいて、被験対象を固定した支持台の周りを回転する照射部と検出器を回転させながら放射線を照射しつつ、支持台を移動させて撮影を行う。
 放射線源としては、例えば医療現場で広く一般に用いられているクーリッジX線管や回転陽極X線管を用いることができる。
 放射線検出器は、通常複数の検出素子を含んで構成されており、放射線源から照射された放射線および被験者を透過した放射線をそれぞれ検出し、その強度に応じた電気信号を出力する。放射線検出器は大別するとシンチレーション検出器と半導体検出器の二種類がある。シンチレーション検出器はシンチレータにより放射線は光に変換され、さらに光はフォトダイオードによって電気信号に変換されるものであり、半導体検出器では放射線が直接電気信号に変換される。このように変換された電気信号はデジタルラジオグラフィーによって画像として情報処理装置へ伝達する。
(蛍光撮影装置)
 前記蛍光撮影装置は、蛍光画像の撮影を行うことができる装置であれば特に限定されるものではないが、蛍光撮影機器を備えた蛍光顕微鏡であることが好ましく、さらに蛍光撮影機器を備えた共焦点顕微鏡であることがより好ましい。前記蛍光撮影機器は蛍光画像を撮影しうるものであれば特に限定されず、例えば前記蛍光顕微鏡や共焦点顕微鏡に取り付けられたデジタルカメラなどが挙げられる。蛍光撮影装置によって取得された蛍光画像は情報処理装置へ伝達される。
(明視野撮影を行うための装置)
 前記明視野撮影を行うための装置は、前記明視野観察用の色素による色素染色を行った組織切片において、色素染色の対象となった細胞や物質を観察できる装置であれば特に限定されるものではなく、典型的には光学撮影機器を備えた光学顕微鏡や実態顕微鏡が用いられる。また前記蛍光撮影装置が蛍光撮影機器を備えた蛍光顕微鏡や共焦点顕微鏡であり、当該顕微鏡が光学顕微鏡としての機能を有しているか、または光学顕微鏡と一体化している場合は、前記蛍光撮影装置を明視野撮影を行うための装置としても用いることができる。
 前記蛍光撮影機器は明視野画像を撮影しうるものであれば特に限定されず、例えば前記蛍光顕微鏡や共焦点顕微鏡に取り付けられたデジタルカメラなどが挙げられる。明視野撮影を行うための装置によって取得された画像は情報処理装置へ伝達される。
(情報処理装置)
 上述したように本発明の評価システムに備えられる前記情報処理装置は、前記放射線撮影装置または蛍光撮影装置により取得された画像から受け取った画像を用いて血管新生に関与する薬剤の評価を行う装置であり、具体的には、前記撮影装置から受け取った画像を解析し、得られた解析結果を用いて血管新生に関与する薬剤の評価を行う。解析方法は特に限定されないが、前記画像を直接任意のアルゴリズム(例えば、最近傍法、バイリニア補間法、バイキュービック補間法、Lanczos補間法等)に基づいて解析(画像解析等)したものであってもよいし、また前記画像を任意の方法で数値化やグラフ化など、定量的に変換して解析を行ってもよい。
 前記情報処理装置は、さらに、前記放射線撮影装置ないしは蛍光撮影装置から受け取った画像から取得する血管情報を含む情報を用いて血管新生に関与する薬剤の評価を行う装置であることが好ましい。
本発明の評価システムは、好ましくはさらにシステムを制御する入力装置と、前記情報処理装置により取得された情報を出力する表示装置を備える。
 前記情報処理装置には、血管情報を含む情報を蓄積する、情報蓄積部が含まれることが好ましい。例えば、測定時点において、入力装置等から被験対象のID情報と薬剤のID情報を入力して、複数の時点において撮影を行い、情報処理装置にデータを蓄積することで、ある特定の個体について継時的に血管情報を含む情報を参照することができる。またそのように継時的に測定を行うことで測定値の変化量やその割合、変動等を観察することができる。
 各値の測定は薬剤投与前の時点を含んでいることが望ましいが、投与後のみの複数回の測定から変化量を算出してもよい。
<表示装置>
 前記評価システムは、前記血管情報を含む情報、前記解析結果、および薬剤の評価のうち少なくとも1つを表示する表示装置をさらに備えていることが好ましい。
 表示装置は、例えば、CRT(Cathode Ray Tube)やLCD(Liquid Crystal Display)等のモニターを備えて構成されており、入力装置の表示制御に従って、情報処理装置で取得された情報を表示する。前記表示装置は、血管情報を含む情報に加えて、画像(画像情報)についても表示可能な装置であることが好ましい。表示される情報は、さらに任意の方法で整理された情報であってもよい。例えば、薬剤ID(薬剤名、LOT番号等)、被験対象情報(マウスのID、患者情報等)、投薬および撮影履歴、各情報変化量、測定日時、撮影画像、および各被験対象における薬剤判定結果等が併せて表示されることが好ましい(図1:表示装置参照)。
<情報蓄積装置>
 前記評価システムは、前記画像、前記血管情報を含む情報、前記解析結果、および薬剤の評価のうち少なくとも1つを表示する表示装置情報を蓄積する、情報蓄積部が含まれることが好ましい。例えば、測定時点において、入力装置等から検体のID情報と薬剤のID情報を入力して、複数の時点において撮影を行い、情報処理装置にデータを蓄積することで、ある検体について継時的な画像や血管情報の変化等を参照することができる。
<プログラム>
 本発明の一実施形態であるプログラムは、前記薬剤評価方法をコンピュータにより実行させるためのプログラムである。例えば、前記評価システムにおいて、放射線撮影装置または蛍光撮影装置によって画像を撮影する処理、当該画像を情報処理装置に提示させる処理、ならびに情報処理装置が受け取った画像から血管情報を含む情報およびその他の情報を検出させる処理や、当該画像や情報を解析させる処理、複数の時点において取得した画像や各情報の継時的な変化を算出させる処理、以上の処理の結果に基づいて被験対象に投与した薬剤評価を行わせる処理、および当該薬剤評価を表示装置に表示させ、情報蓄積装置に送信するための処理などを実行させるためのプログラムである。
 前記プログラムは情報処理装置に記憶されていてもよいし、それ以外のコンピュータ可読記録媒体、例えば、磁気テープ(デジタルデータストレージ(DSS)など)、磁気ディスク(ハードディスクドライブ(HDD)、フレキシブルディスク(FD)など)、光ディスク(コンパクトディスク(CD)、デジタルバーサタイルディスク(DVD)、ブルーレイディスク(BD)など)、光磁気ディスク(MO)、フラッシュメモリ(SSD(Solid State Drive)、メモリーカード、USBメモリなどに記録されていてもよいし、また独立して提供されるものであってもよい。前記プログラムを情報処理装置や可読媒体に記憶させる場合、当該情報処理装置等はプログラムの実行に必要なデータを併せて記憶していることが好ましい。例えば、患者ID及び患者名等の被験対象情報、薬剤ID等の薬剤情報、撮影部位(被写体部位)情報等が挙げられる。
 以下、実施例に基づいて本発明の好適な態様をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
 [作製例1]
<担がんマウスの作製>
 5×106個のヒト卵巣がん由来培養細胞株SKOV3(ATCC(American Type Culture Collection)より入手)を、SCID(Sevefe Combined ImmunoDeficiency;チャールスリバー社;BALB/c-nu))マウスの背部へ皮下注射により移植することで担がんマウスを作製した。
 [作製例2]
<PEG修飾金ナノ粒子の作製>
 PEG修飾金ナノ粒子を調製するために、99.4mgの塩化金酸(Strem Chemicals Inc.、Newburyport、MA、USA)を233mlの超純水に溶解し、沸騰するまで加熱した。塩化金酸溶液を激しく撹拌し、39mMクエン酸ナトリウム28mlを絶え間なく攪拌しながら溶液に添加した。試料を30分間沸騰させた。
 溶液を25℃に冷却した後、99.4mgのHS-PEG-COOH(Poly(ethylene glycol) 2-mercaptoethyl ether acetic acid  NANOCS社;品名Thiol PEG Acid, HS-PEG-COOH;型番PG2-CATH-3k)を添加し、攪拌しながら25℃で12時間インキュベートした。インキュベーション後、22000g40分での遠心分離とPBSへの懸濁を3回繰り返すことで洗浄を行い、最後にPBSに再懸濁することで、粒径15nmのPEG修飾金ナノ粒子を、最終濃度0.6Mの溶液になるように調製した。
 [実施例1]
<金ナノ粒子を用いた薬剤評価>
 作製例1で作製した担がんマウスおよび作製例2で作製したPEG修飾金ナノ粒子を用いて抗がん剤として用いられる抗体医薬、ベバシズマブ(アバスチン(登録商標);中外製薬株式会社)の薬剤評価を行った。
 前記担がんマウスにおいて、がん細胞移植から3週間後および5週間後、尾静脈より、生理食塩水で25μg/μLになるように調製したベバシズマブ(アバスチン(登録商標);中外製薬株式会社)の溶液を、ベバシズマブ換算で5μg/gとなるように投与した。コントロールとして同様に作製した担がんマウスに、同量の生理食塩水を投与した。
 がん細胞移植から、3週間後、5週間後、および7週間後の各時点において、マウス体重および腫瘍体積を測定した。腫瘍の体積はノギスを用いて、腫瘍の短軸(a)および長軸(b)を測り、以下の計算式でもとめた。
 「体積」=(4/3)πa^2×b
 また、体重の測定と同じ各時点において、作製例2で作製した0.6MPEG修飾金ナノ粒子溶液を200μL尾静脈投与し、投与後すぐに小動物用X線マイクロCTスキャナSkySan1176(ブルカー社)を用いて、ピクセルサイズ9ミクロン、50kVpおよび490μAにおいてX線CT撮影を行った。CTシグナルはハンスフィールドユニット単位(Hounsfield units;HU)で定量した。
 各時点において、撮影された画像を観察し、さらに画像解析ソフトウェアCTVox(ブルカー社)を用いて各画像から腫瘍の体積、ならびに血管の密度および体積、ならびに腫瘍体積に占める血管体積の割合(血管体積÷がん体積)を取得した。
 がん細胞移植から、3週間後と5週間後の結果を比較すると、腫瘍体積においては、生理食塩水投与群では4.8倍、ベバシズマブ投与群では3.8倍であり、その結果に大きな差は見られなかった。一方で、5週間後と7週間後の結果を比較すると、生理食塩水投与群では4.0倍(3週間後と7週間後では19.2倍)、ベバシズマブ投与群では2.0倍(3週間後と7週間後では7.6倍)、に増加しており、ベバシズマブ投与群では腫瘍体積の増加が有意に抑制されていることがわかる。
 また、血管体積においても同様に、3週間後と5週間後の結果を比較すると、ベバシズマブ投与群では5.0倍、生理食塩水投与群では6.4倍であり、その結果に大きな差は見られなかったが、5週間後と7週間後の結果を比較すると、生理食塩水投与群では7.8倍(3週間後と7週間後では49.9倍)、ベバシズマブ投与群では2.8倍(3週間後と7週間後では14.0倍)、に増加しており、ベバシズマブ投与群では血管体積の増加が有意に抑制されていることがわかる。
 また同様に、血管体積の割合においても、3週間後と5週間後の結果を比較すると、生理食塩水投与群では1.4倍、ベバシズマブ投与群では1.4倍であり、その結果に差は見られなかったが、5週間後と7週間後の結果を比較すると、生理食塩水投与群では1.9倍(3週間後と7週間後では2.7倍)、ベバシズマブ投与群では1.1倍(3週間後と7週間後では1.6倍)であり、ベバシズマブ投与群では血管体積の増加が有意に抑制されていることがわかる。
 以上の結果を図3に示す。がん細胞移植後3~5週間の時点において、ベバシズマブを投与したマウスと生理食塩水を投与したマウスとの間において、腫瘍体積、血管体積、および血管体積の割合は大きく変わらなかった。一方で、がん細胞移植後5~7週間の時点において、ベバシズマブを投与したマウスでは生理食塩水を投与したマウスに比べ、腫瘍体積、血管体積、および血管体積の割合の増加が抑制されており、したがってベバシズマブには抗腫瘍効果および血管新生を阻害する効果もあること、および当該効果を期待するには少なくとも当該薬剤の2回以上の投与が必要であるだろうことがわかった。
 [比較例1]
 金ナノ粒子を投与しないこと以外は実施例1と同様の方法で、ベバシズマブを投与したマウス、生理食塩水を投与したマウスにおいて、X線CT撮影を行った。
 腫瘍部の体積は求められ、抗腫瘍効果については確認することはできたが、血管は観察することができず、血管新生を阻害する効果については確認できなかった。
(考察)
 上記の実験において、図4k)~m)に示されたグラフから判るように、がん細胞移植投与後7週間後の時点では腫瘍体積、血管体積、腫瘍体積に占める血管体積の割合の、いずれの結果にも実験群と対照群との間に有意差は観察されなかった。一方がん細胞移植後7週間後の時点、つまりベバシズマブが2回投与されてからさらに2週間後の時点においては、実験群と対照群の間にはいずれも大きな差が出来ていることがわかった。このように、生きたマウスを用いて継時的に血管や腫瘍を可視化し、さらに腫瘍や血管の体積を数値化し、それらの変化を観察することで、血管新生阻害剤の薬効の評価ができることがわかる。さらに、この方法による薬剤評価においてはマウス等の被験対象を屠殺する必要が無いことから、実験動物を無駄にしないという動物愛護の観点からのメリットが得られると考えられる。
 また、上記の結果は、ベバシズマブを単回投与するのみでは薬剤の効果は不十分であり、複数回の投与が重要である事を示唆している。したがってこのような評価を行うことにより薬剤の投与方法、または好適な薬剤の組み合わせなどを判断することができるという可能性を提示することができる。
 また血管体積や腫瘍体積に占める血管体積の割合を高精度に評価することで、その薬剤の抗がん作用が血管新生阻害作用に基づくものかどうかを評価することができ、新たな候補薬をスクリーニングする際に利用することも考えられる。さらに、マウス等の被験対象を屠殺する必要が無いことから、実験動物を無駄にしないという動物愛護の観点からのメリットが得られると考えられる。
 [作製例3]
<Strep-tag(登録商標)融合VEGFサブユニット>
・cDNAの作成
 精製した20ngのMouse Vegf164 cDNA(GE Dharmacon社)、10μMの5'-プライマー(5'-ATACCATGGCACCCACGACA-3')、10μMの3'-プライマー(5'-TGTTCGGTTCCGCCGAGCTCAAA-3')およびKOD Fx(東洋紡株式会社)を含む混合液を98℃2分間→30×(98℃10秒→55℃で30秒→72℃で90秒)のプログラムで、PCR装置(Takara PCR Thermal Cycler Dice(登録商標) Gradient;タカラバイオ株式会社)にかけることで、DNAを増幅した。
 得られたPCR産物を、1×TAE緩衝液中1.5%(w/v)アガロースゲルで泳動し、SYBER Green(タカラバイオ株式会社)を用いて染色することで、目的のバンドを抽出し、Wizard(登録商標) SV GELおよびPCR Clean Up system(いずれもプロメガ株式会社)を用いて精製した。
 精製したPCR産物およびStrep-tag(登録商標)発現ベクターであるpASK-IBA63a-plus(IBA社)を、制限酵素NcoIおよびXhoIで処理した後、2:1のモル比で混合した。混合液を同量のDNA Ligation Kit<Mighty Mix>(製品コード 6023;タカラバイオ株式会社)とさらに混合し、16℃で12時間インキュベートすることでライゲーションを行った。得られた反応溶液について、上述したPCR産物と同様の手法で泳動、染色、抽出および精製を行った。
 精製された反応溶液を用いて、大腸菌コンピテントセルDH5α(東洋紡株式会社)のトランスフォーメーションを行ない、アンピシリン200μg/mL含有LBプレートを用いてコロニーの選択を行った。両方のcDNAをQIAprep Spin Miniprep Kit(株式会社キアゲン)を用いて選択されたコロニーからStrep-tag融合VEGF164 cDNAを精製した。
 精製したcDNAのDNA配列をユーロフィンジェノミクス社に委託して解析した結果、VEGF164のC末端にStrep-tagが結合している配列であることを確認した。
・タンパク質の発現
 精製したcDNAを用いて、BL21 Rosetta(登録商標) 2(DE3)コンピテントセル(メルクミリポア社)にトランスフォーメーションを行った。コロニーの選択は、200μg/mLのアンピシリンおよび20μg/mLのクロラムフェニコール含有LBプレートを用いてコロニーの選択を行った。選択したコロニー、10μMの3’-プライマー(5'-TGACGCAGTAGCGGTAAACGGCAGAC-3')、10μMの5’-プライマー(5'-GAGTTATTTTACCACTCCCTATCAGTG-3')およびGo-Taq(登録商標) Green Master Mix(プロメガ社製)を含む混合液について、上述したものと同様のプログラムでコロニーPCRを行い、電気泳動を行うことで、選択したコロニーにStrep-tag融合VEGF164 cDNAが導入されていることを確認した。
 選択したコロニーを200μg/mLのアンピシリンおよび20μg/mLのクロラムフェニコールを含むLB培地25ml中で37℃、160rpmで12時間培養し、次いで同じ組成のLB培地200mLに移し、37℃、160rpmで60分間インキュベートし、さらにアンヒドロテトラサイクリン50μgを培地に添加し37℃、160rpmで6時間さらにインキュベートすることでStrep-tag融合VEGF164の発現を誘導した。その後、4℃、6000gで15分間遠心分離し、沈殿した大腸菌を回収した。
 回収したペレットを、2μLのDNase(プロメガ社)、2μLのBenzonaze(シグマアルドリッチ社)および20μLの100×プロテアーゼ阻害剤混合物(GEヘルスケア)を添加したPBS2mLとよく混合し、さらに20μLの100×リゾチーム(Clontech、CA、USA)と混合して37℃で5分間インキュベートし、次いで氷冷しながら超音波処理を行った。超音波処理した溶液を4℃、20000gで15分間遠心分離して回収したStrep-tag融合VEGF164を含むペレット(封入体)を、100mMのトリス-HCl pH7.5、5mMのEDTA pH8.0、10mMのDTT、2mM尿素および0.2%(w/v)Triton-X100を含む緩衝液で3回洗浄した。封入体を、100mMトリス-HCl pH7.5,5mM EDTA pH8.0および10mM DTTを含む緩衝液でさらに3回洗浄した。
・封入体の可溶化による発現タンパクの精製・回収
 封入体を6Mグアニジン塩酸塩、0.1MのNaH2PO4および10mMのTris-HCl(pH8.5)を含む2mLのグアニジン溶液により可溶化した。可溶化された封入体を、6M尿素、0.1MのNa2PO4および10mMのTris-HCl(pH8.0)を含む400mL尿素溶液に4℃で6時間透析し、続いて同様の組成の尿素溶液で4時間さらに、尿素溶液を交換し12時間透析を行うことによりStrep-tag融合 VEGF単量体を含有する尿素溶液の調製を行った。
 なおすべての透析は、透析膜:Spectra/Por(登録商標)6(分画分子量2000;スペクトラム ラボ ジャパン株式会社)を用いて行った。
 透析後のStrep-tag融合VEGF164溶液は前記尿素溶液で0.5mg/mLに調整した。クーマシー(ブラッドフォード)タンパク質アッセイキット(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社 )を用いて分光光度計U-4100(日立ハイテクノロジーズ社製)により吸光度を測定することで溶液のタンパク定量を使用した。
 [作製例4]
<His-tag融合 VEGFサブユニット>
 5'-プライマーに代えてHis-tag5'-プライマー( 5'-CATCACCATTAATGAGCTTGACCTGTGAAGTGAAAA-3')、3'-プライマーに代えてHis-tag3'-プライマー( 5'-GTGATGGTGAGCGCTCTCGAGCCGCCTTGGCTTGTC-3')を用いる以外は作製例1と同様の手法でDNAを増幅して精製した。精製されたPCR産物は、Strep―TagがHis―Tagに変換されている。Mighty Cloning Reagent Set-Blunt End(タカラバイオ社製)を用いて、精製したHis-tag融合VEGFのPCR産物200ngをcDNAとした。
 作製例1と同様の手法で、泳動、cDNAの精製を行い、さらに同様の手法でBL21 Rosetta(登録商標) 2(DE3)コンピテントセル(メルクミリポア社)にトランスフォーメーションを行うことでHis-tag融合 VEGF単量体の発現、精製および回収を行った。
 [作製例5]
<ストレプトアビジン結合ペリレンジイミド集積メラミン樹脂粒子>
 N,N'-ビス(2,6-ジイソプロピルフェニル)-1,6,7,12-テトラフェノキシペリレン-3,4:9,10-テトラカルボキシジイミドを濃硫酸で処理し、ペリレンジイミドスルホン酸誘導体を作製した。これを酸クロリドに変換してペリレンジイミドスルホン酸クロリド誘導体とした。ペリレンジイミドスルホン酸クロリド誘導体17.3mgを純水22.5mLに溶解した後、ホットスターラーにより溶液の温度を70℃に維持しながら20分間撹拌した。撹拌後の溶液に、メラミン樹脂「ニカラックMX-035」(日本カーバイド工業株式会社)0.78gを加え、さらに同一条件で5分間加熱撹拌した。撹拌後の混合液にギ酸100μLを加え、混合液の温度を60℃に維持しながら20分間攪拌した後、その混合液を放置して室温まで冷却した。冷却した後の反応混合液を遠心用チューブに分注し、12,000rpmで20分間遠心分離することで混合液に含まれるペリレンジイミド集積メラミン樹脂粒子を沈殿させた。上澄みを除去し、沈殿したペリレンジイミド集積メラミン樹脂粒子をエタノールおよび水で洗浄した。このペリレンジイミド集積メラミン樹脂粒子の平均粒子径(SEM像でカウントした100粒子についての粒子径の平均値)は135nmであった。
 ペリレンジイミド集積メラミン樹脂粒子0.1mgをEtOH1.5mL中に分散し、アミノプロピルトリメトキシシラン「LS-3150」(信越化学工業社)2μLを加えて8時間反応させて表面アミノ化処理を行なった。
 次いで、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)を2mM含有したPBS(リン酸緩衝液生理的食塩水)を用いて上記表面アミノ化処理を行なった粒子を3nMに調整し、この溶液に最終濃度10mMとなるようSM(PEG)12(サーモサイエンティフィック社、succinimidyl-[(N-maleimidopropionamido)-dodecaethyleneglycol]ester)を混合し、1時間反応させた。この混合液を10,000Gで20分遠心分離を行い、上澄みを除去した後、EDTAを2mM含有したPBSを加え、沈降物を分散させ、再度遠心分離を行った。同様の手順による洗浄を3回行うことでマレイミド修飾ペリレンジイミド集積メラミン樹脂粒子を得た。
 一方、ストレプトアビジン(和光純薬社)について、N-succinimidyl S-acetylthioacetate(SATA)を用いてチオール基付加処理を行ったのち、ゲルろ過カラムによるろ過を行なうことで、マレイミド修飾ペリレンジイミド集積メラミン樹脂粒子に結合可能なストレプトアビジン溶液を得た。
 上記マレイミド修飾ペリレンジイミド集積メラミン樹脂粒子と上記処理によりチオール基を付加したストレプトアビジンとを、EDTAを2mM含有したPBS中で混合し、室温で1時間反応させた。その後、10mMメルカプトエタノールを添加し、反応を停止させた。得られた混合液を遠心フィルターで濃縮後、精製用ゲルろ過カラムを用いて未反応のストレプトアビジン等を除去し、ストレプトアビジン修飾ペリレンジイミド集積メラミン樹脂粒子を得た。
[実施例2]
<Strep-tag/His-tag融合VEGFの作製>
 作製例2および3で作製したStrep-tag融合VEGF164およびHis-tag融合VEGF164をサブユニットとする二量体タンパク質を以下の方法で作製した。
 100mMのTris-HCl(pH8.5)、10mMのシステイン、2mMのシスチン、0.5Mのグアニジン塩酸塩、0.5Mのアルギニン塩酸塩を含む溶液を調製しリフォールディング用緩衝液として使用した。
 作製例1、2で作製したStrep-tag融合VEGF164およびHis-tag融合VEGF164を1:1のモル比で混合し、50倍量のリフォールディング用緩衝液を用いて37℃で6時間、緩衝液を交換して4時間、さらに緩衝液を交換して12時間の透析を行った。
 透析後の液に対し50倍量の0.1MのTris-HCl(pH7.5)緩衝液を用いて4℃で6時間、緩衝液を交換し4時間、さらに緩衝液を交換して12時間透析した。
 リフォールディングされたタンパク質試料をHis-tagアフィニティーカラム(HisTALON(商標) Superflow Cartridge、タカラバイオ株式会社)および(Strep-Tactin(登録商標) Superflow高容量カートリッジ、IBA社)で精製した。精製手順は、それぞれのマニュアルに従って行った。
 精製物はアミコンウルトラ(Amicon Ultra 遠心式フィルターユニット(分画分子量3000;メルクミリポア社)を用いて5000g、4℃で1ml未満となるまで遠心濃縮した。
 さらに100mlのPBSを用いて4℃で6時間PBSを交換して4時間、さらにPBSを交換して12時間透析を行った。
 透析後、同量のグリセロールを添加し濃度50ng/μLに調整した。
 上記グリセロール溶液について、ウサギ抗マウスVEGFポリクローナル一次抗体(アブカム社製)、ウサギ抗Strep-tagポリクローナル抗体(Abnova社製)およびウサギ抗His-tagポリクローナル抗体(アブカム社)を用いてウェスタンブロッティングを行い、抗VEGF抗体、抗His-tag抗体、抗strep-tag抗体のいずれとも反応することを確認した。このことは前記グリセロール溶液には、目的とする二量体タンパク質、つまりStrep-tag融合VEGF164およびHis-tag融合VEGF164をサブユニットとする、Strep-tag/His-tag融合VEGF(本発明の二量体タンパク質)が含まれていることを示す。
 [実施例3]
<蛍光標識プローブによる細胞の染色>
 実施例1で作製したStrep-tag/His-tag融合VEGFとQdot(登録商標)705ストレプトアビジンコンジュゲート(以下、QD705とも記す)(サーモフィッシャーサイエンティフィック社)とをモル比で8:1になるように混合し、25℃で1時間静置して蛍光標識プローブを作製した。
 マウス膵臓由来培養細胞株MS1(ATCCから入手)を、5%FBS添加DMEMを用いて、96ウェルプレートに播種して培養した。1日後、上記蛍光標識プローブをウェルに10nMとなるように添加し、10℃で1時間静置したあと、PBSで洗浄した。ウェルに丸型カバーガラスを載せて標本スライドとし、顕微鏡にセットして蛍光画像の撮影および画像処理を行った。なお、コントロールとしてQD705のみを用いて、およびVEGF2量体(ビオチン修飾無し)とQD705とを用いて、細胞を処理し、同様に蛍光画像の撮影および画像処理を行った。
 蛍光観察における励起光の照射および蛍光の発光の観察には、共焦点スキャナユニットCSU(横河電機株式会社)を接続した倒立型蛍光顕微鏡 IX71(オリンパス光学工業株式会社)を用い、撮影には、当該蛍光顕微鏡に取り付けたEMCCDカメラ iXon DV887(Andor社)を用いた。
 まず、ペリレンジイミドに対応する励起光を標本スライドに照射して蛍光を発光させて、その状態の蛍光画像を撮影した。この際、励起光の波長は、蛍光顕微鏡が備える励起光用光学フィルターを用いて532nmに設定し、観察する蛍光の波長は、蛍光用光学フィルターを用いて695~740nmに設定した。蛍光顕微鏡による観察および画像撮影時の励起光の強度は、視野中心部付近の照射エネルギーが900W/cm2となるようにした。画像撮影時の露光時間は、画像の輝度が飽和しないような範囲で調節し、例えば4000μ秒に設定した。
 ペリレンジイミドの蛍光画像の蛍光画像は、画像処理ソフトウェア「ImageJ」(オープンソース)を用いた画像処理により重ねあわせた。また蛍光強度は取得した画像を同ソフトウェアでグレースケールに変換し、250画素×300画素領域で切り取った。バックグラウンド補正を行い、100視野の画素値の平均値からピクセルあたりの画素値の平均値を算出し、1000ピクセルを掛けることで全蛍光強度を定量した。
 それぞれ取得した蛍光画像において定量した蛍光強度のグラフを図6に示す。蛍光標識プローブを用いて染色された細胞において測定された蛍光強度は16×103(a.u.)であり、コントロールと比べ、極めて強い感度で検出することができることが判った。
[比較例2]
 マウスVEGF164リコンビナントタンパク質(R&Dシステムズ社)に対して、ビオチン化キットEZ-Link(登録商標) Micro Sulfo-NHS-LC-Biotinylation Kit(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社 製)を用い、非特許文献1と同様の手法でビオチン化を行った。得られたビオチン化VEGF164についてビオチン定量キットBiotin Quantitation Kit(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社)および分光光度計U-4100(日立ハイテクノロジーズ社)を用いて、VEGF1モルあたりの平均ストレプトアビジン結合部位数を測定した、VEGF1モルあたりの平均ストレプトアビジン結合部位数は5個であった。
 Strep-tag/His-tag融合VEGFの代わりに上記ビオチン化VEGF164を用いる以外は実施例2と同様の手法で、マウス膵臓由来培養細胞株MS1、およびMSI細胞に遺伝子導入をおこないVEGF産生を亢進させた細胞であるMS1 VEGF(ATCCから入手)を用いて蛍光染色を行った。なお、コントロールとしてQD705のみで処理した細胞について、同様に蛍光画像の撮影および画像処理を行った。
(結果・考察)
 比較例1においてはVEGFR高発現細胞であるMS1‐VEGF細胞においては蛍光画像において輝点が確認されたが、MS1細胞においてはほとんど輝点が見られなかった。また、蛍光強度に関しても、MS1細胞では9×103(a.u.)であり、これはコントロール(QD705)において得られる数値と大きな差はない。
 実施例3において上述したように、本発明の蛍光標識プローブを用いた染色では、VEGFR発現量の低いMS1細胞においても明確に輝点を観察することができ、コントロールと比べた蛍光強度の差も有意に大きかった。
 以上の結果から、従来の手法で作製されたビオチン化VEGFではVEGFRが検出できない細胞においても、本発明の蛍光標識プローブを用いることでVEGFが検出でき、したがって本発明の蛍光標識プローブによると従来よりもさらに高い感度で染色を行えること、ひいては本発明の薬剤評価方法において当該蛍光標識プローブを用いることでより精度の高い薬剤評価を行うことができることが示唆される。
 [実施例4]
<Strep-tag/His-tag融合VEGFを用いた薬剤評価>
 がん細胞移植後3週間後、5週間後、尾静脈よりベバシズマブ(アバスチン(登録商標);中外製薬株式会社)を25μg/μLになるように生理食塩水で調製したものを投与した。マウス体重に対する投与量は、5μg/gとした。コントロールとして同様に作製した担がんマウスに、同量の生理食塩水を投与した。また、各時点において、マウスの体重および腫瘍体積を測定した。腫瘍の体積はノギスを用いて、腫瘍の短軸(a)および長軸(b)を測り、以下の計算式でもとめた。
 「体積」=(4/3)πa^2×b
 各時点における体重および腫瘍体積の平均値を図3に示す。5週間後の時点における腫瘍細胞領域の腫瘍体積の抑制がみられないことから、ベバシズマブについては複数回の投与が有効であるということが強く示唆される。
 がん細胞移植後3週間後、5週間後または7週間後の時点におけるベバシズマブ投与後、実施例1で作製したStrep-tag/His-tag融合VEGF2.5μgおよびDylight488標識レクチン(ベクターラボラトリーズ社)100ugを尾静脈注射により投与した。投与45分後にマウスを堵殺してがん細胞を含む組織を摘出した。組織を定法によりホルマリン固定、脱水処理、パラフィン包埋し、さらに100~400μmの切片にすることで組織試料を作製した。
 前記組織試料に対して常法に従い脱パラフィン処理および賦活化処理を行った後に、PBSを入れた容器に30分間浸漬して洗浄した。その後組織試料を100ug/mLカゼイン溶液に4℃1時間浸漬することでブロッキングを行った。ブロッキング後、再度PBSで洗浄を行った。
 作製例4で作製したストレプトアビジン結合ペリレンジイミド集積メラミン樹脂ナノ粒子をPBSで0.1nMに調製した分散液に、組織試料を4℃で2時間浸漬した。その後PBSで3回洗浄を行い、カバーガラスに載せ、さらに、アルミプレート、ネジにて標本を顕微鏡に固定した。実施例2と同様の手法でペリレンジイミドに対する蛍光画像の撮影を行い、次に励起光の波長を488nm、観察する蛍光の波長を500~540nmに設定して、Dylight488に対応する蛍光画像を撮影した。ペリレンジイミドの蛍光画像およびDylight488の蛍光画像は、実施例2と同様の手法で画像処理を行い、蛍光強度の測定を行った。
 各時点における蛍光画像を図7a~eに、定量結果のグラフを図7g、fに示す。
(結果・考察)
 生理食塩水投与群における結果を表1に示す。がん細胞移植から3週間後の結果と比較して、5週間後の時点においては血管内皮領域および腫瘍細胞領域において共に有意にVEGF受容体の発現量の増加が観察された。一方7週間後の時点においては血管内皮領域でさらなる発現量の増加がみられたが、腫瘍細胞領域においてはほぼ変化しなかった。
 この結果から、まず腫瘍細胞のVEGF受容体の発現量が増加し、それにともない血管新生が誘導され、遅れて血管内皮の受容体の発現量が増加したものと考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 ベバシズマブ投与群における結果を表2に示す。5週間後の時点においては血管内皮領域におけるVEGF受容体の発現量に有意差はなく、一方腫瘍細胞領域では有意差をもってVEGF受容体の発現量が増加していた。一方7週間後の時点においては、血管内皮領域のVEGF受容体の発現量について有意な変化は観察されなかったが、腫瘍細胞領域では有意差を持って発現量が低下していた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 各群間の結果を比較すると、がん細胞移植から5週間後の時点におけるVEGF受容体の発現量について、血管内皮領域では生理食塩水投与群とベバシズマブ投与群との間で有意な差は見られなかったが、腫瘍細胞領域においてはベバシズマブ投与群で有意に抑制されているということがわかった(0.70倍)。また7週間後のVEGF受容体の発現量については、生理食塩水投与群に対してベバシズマブ投与群においては、腫瘍細胞領域(0.36倍)、血管内皮領域(0.33倍)のいずれにおいても、VEGF受容体の発現量は有意に抑制されているということがわかった。
 [実施例5]
<Strep-tag/His-tag融合VEGFの生理活性評価>
 2.0×103個のマウス膵臓由来培養細胞株MS1(ATCCから入手)を96ウェルプレートに播種して5%FBS添加DMEMで培養した。播種1日後、5%FBS添加DMEMに実施例1で作製したStrep-tag/His-tag融合VEGFまたはコントロールとしてマウスVEGF164リコンビナントタンパク質(R&Dシステムズ社)をそれぞれ0、0.1、1、10、100pg/mLとなるように添加したものと交換した。4日後にCellTiter 96(登録商標)AQueous One Solution細胞増殖試験キット(プロメガ社)を用いて細胞増殖試験を行った。
 結果を図8に示す。マウスVEGF164リコンビナントタンパク質を添加した場合(白)と、Strep-tag/His-tag融合VEGFを添加した場合(グレー)とでは、吸光度に有意差はみられなかった。このことは、Strep-tag/His-tag融合VEGFはマウスVEGF164リコンビナントタンパク質と同様に、VEGF受容体へ特異的に結合能を保持し、VEGF受容体発現細胞の増殖能を活性化できることを示しており、細胞膜上のVEGF受容体の局在や量を計測可能であることを示している。したがってStrep-tag/His-tag融合VEGFは細胞膜上のVEGF受容体の局在や量などの生理的評価を行うために用いることができると考えられる。
 [実施例6]
<金ナノ粒子およびStrep-tag/His-tag融合VEGFを用いた薬剤評価>
 下記表は上述した実施例1、および3~5の結果をまとめたものである、腫瘍体積、血管体積、および血管体積/腫瘍体積は実施例1の結果を、VEGFR発現量(腫瘍領域)、VEGFR発現量(血管内皮領域)は実施例3~5の結果である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
(考察)
 ここで、撮影工程(1)で取得した画像を用いて行った薬剤評価(実施例1)、および撮影工程(2)で取得した画像を用いて行った薬剤評価(実施例3~5)を併せることで以下のことが示唆される。
 上述したように、実施例1において、がん細胞移植後3~5週間の時点においてはベバシズマブ投与群と生理食塩水投与群との間において、腫瘍体積、血管体積、および血管体積の割合は大きく変わらなかったが、移植後5~7週間の時点において、ベバシズマブ投与群では生理食塩水投与群に比べ、腫瘍体積、血管体積、および血管体積の割合の増加が抑制されていることがわかった。
 一方、VEGFR発現量について、ベバシズマブ投与群において、5週間後では腫瘍細胞領域で有意な抑制がみられたが、血管内皮領域では有意差は見られない。つまりこの段階ではベバシズマブは腫瘍細胞に留まり、血管内皮細胞のVEGFR発現量に対して与える影響が小さいといえる。そして上記実施例1の結果、つまり、腫瘍体積ならびに撮影工程(1)で取得した血管情報である、血管体積および腫瘍体積に占める血管体積の割合もこの時点では有意差がない。
 さらに、ベバシズマブ投与群の7週間後においては、腫瘍細胞領域および血管内皮領域のいずれにおいてもVEGFR発現量は有意に抑制されている。
 ここから、ベバシズマブの腫瘍細胞に対するVEGFR発現抑制効果が血管内皮細胞にも波及し、血管におけるVEGF-VEGFR間のシグナル伝達を抑制するのではないかということが示唆される。そして、上記実施例1の結果、つまり、腫瘍体積ならびに撮影工程(1)で取得した血管情報である、血管体積および腫瘍体積に占める血管体積の割合のベバシズマブ投与群の有意な抑制はこのことによって引き起こされるのではないかと考えられる。
 換言すると、3~5週間の時点に関しては主に腫瘍細胞領域のVEGFR発現量、5~7週間の時点に関しては主に血管内皮領域のVEGFR発現量の増加が、それぞれの時点における血管体積および腫瘍体積に占める血管体積の割合の増加に結びついている事が強く示唆される。
 また、5~7週間の時点において腫瘍細胞領域のVEGFR変化量のほうが血管内皮細胞領域のVEGFR変化量よりも大きかったことから、腫瘍細胞領域のVEGFR発現量が血管内皮領域のVEGFR発現量に影響を与え、血管体積および腫瘍体積に占める血管体積の割合の優位な変化につながっているのではないかと考えられる。
 以上、上記のような本発明の撮影工程(1)にあたる金ナノ粒子を用いて取得した画像により、従来の技法よりもより詳細に血管情報を含む情報を取得することができ、また本発明の撮影工程(2)にあたるStrep-tag/His-tag融合VEGFを用いて取得した画像により、より感度の高いVEGFRの検出が可能になる。
 その結果、血管情報を含む情報に基づく評価とVEGFRの発現量に基づく評価を併せることにより、より精確な薬剤評価が可能になると考えられ、また、その薬剤の抗がん作用が腫瘍細胞のVEGFによる血管新生阻害作用に基づくものかどうかを判断できるだろうことから、新たな抗VEGF候補薬をスクリーニングする際の薬剤評価においても有用である。
 1・・・蛍光観察装置
10・・・放射線撮影装置
20・・・情報処理装置
25・・・表示装置
30・・・入力装置
31・・・制御部
33・・・反射画像生成部
36・・・蛍光画像生成部
50・・・光源
51・・・ミラー
52・・・ハーフミラー
55・・・フィルター
60・・・レンズ
70・・・試料
80・・・ステージ

Claims (46)

  1.  病変部を有する動物を被験対象として、行われる薬剤評価方法であって、
     前記被験対象に血管新生に関与する薬剤を投与する工程である、薬剤投与工程(A)を含み、さらに
     下記撮影工程(1)を複数回行い、そのうち少なくとも一回は前記薬剤投与工程(A)の後に行うか、または下記撮影工程(2)を行い、
     さらに、該撮影工程(1)または(2)において取得した画像を用いて前記薬剤の評価を行う、薬剤評価方法。
     撮影工程(1):血管内に金属ナノ粒子が存在する状態にした被験対象の放射線撮影を行う
     撮影工程(2):いずれか一方の末端がストレプトアビジンに結合するタグと融合している融合ペプチドである第1の単量体と、第2の単量体とからなる二量体タンパク質を用いて、
     前記薬剤投与工程(A)前の被験対象から採取した組織切片、前記薬剤投与工程(A)後である第1の時点の被験対象から採取した組織切片、および前記第1の時点よりも後の時点である第2の時点の被験対象から採取した組織切片のうち、少なくとも2の組織切片を得て、該切片に対してそれぞれ蛍光染色を行い、さらに該蛍光染色した各検体の撮影を行う
  2.  前記二量体タンパク質が、いずれか一方の末端がストレプトアビジンに結合するタグと融合している融合ペプチドである第1の単量体といずれか一方の末端がストレプトアビジン以外に結合するタグと融合している第2の単量体とからなる二量体タンパク質である、請求項1に記載の薬剤評価方法。
  3.  前記第2の単量体が、末端のいずれか1つのみにおいて、ストレプトアビジン以外に結合するタグと融合している融合ペプチドである、請求項1または2に記載の薬剤評価方法。
  4.  前記第1の単量体と前記第2の単量体がいずれも直鎖状である、請求項1~3のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
  5.  前記第1の単量体の、前記ストレプトアビジンに結合するタグ以外のペプチド配列と、
     前記第2の単量体の、前記ストレプトアビジン以外に結合するタグ以外のペプチド配列とが、それぞれ同じ配列である、請求項1~4のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
  6.  前記二量体タンパク質が血管内皮細胞増殖因子(VEGF)または血小板由来成長因子(PDGF)に由来する、請求項1~5のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
  7.  前記蛍光染色が、前記二量体タンパク質と、蛍光標識体とを結合させることにより、前記二量体タンパク質と特異的に結合する目的タンパク質を染色する方法である、請求項1~6のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
  8.  前記蛍光染色が、蛍光標識体と前記二量体タンパク質とが結合した蛍光標識プローブと前記目的タンパク質とを結合させることにより、前記二量体タンパク質と特異的に結合する目的タンパク質を染色する方法である、請求項1~6のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
  9.  前記金属ナノ粒子が金ナノ粒子である、請求項1に記載の薬剤評価方法。
  10.  前記蛍光標識体が、ストレプトアビジンと結合した、蛍光色素、量子ドット、または、蛍光色素集積ナノ粒子である、請求項7または8に記載の薬剤評価方法。
  11.  前記撮影工程(2)において、さらに蛍光色素を用いた染色である蛍光色素染色を行う、請求項1~10のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
  12.  前記蛍光色素染色が、血管内皮細胞に特異的な染色である、請求項11に記載の薬剤評価方法。
  13.  前記撮影工程(2)において、さらに色素による色素染色および明視野撮影を行う、請求項1~12のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
  14.  いずれか一方の末端がストレプトアビジンに結合するタグと融合している融合ペプチドである第1の単量体と、第2の単量体とからなる二量体タンパク質。
  15.  いずれか一方の末端がストレプトアビジンに結合するタグと融合している融合ペプチドである第1の単量体といずれか一方の末端がストレプトアビジン以外に結合するタグと融合している第2の単量体とからなる二量体タンパク質。
  16.  前記第1の単量体と前記第2の単量体がいずれも直鎖状である、請求項14または15に記載の二量体タンパク質。
  17.  前記第1の単量体の、前記ストレプトアビジンに結合するタグ以外のペプチド配列と、
     前記第2の単量体の、前記ストレプトアビジン以外に結合するタグ以外のペプチド配列とが、それぞれ同じ配列である、請求項15に記載の二量体タンパク質。
  18.  前記二量体タンパク質が血管内皮細胞増殖因子(VEGF)または血小板由来成長因子(PDGF)に由来する、請求項14~17のいずれか一項に記載の二量体タンパク質。
  19.  末端のいずれか1つのみにおいてストレプトアビジンに結合するタグと融合している融合ペプチドである、第1の単量体と、
     末端のいずれか1つのみにおいて、ストレプトアビジン以外に結合するタグと融合している融合ペプチドである、第2の単量体とを混合し、
     得られた混合物から、夾雑物を除去することにより、前記第1の単量体および前記第2の単量体からなる二量体タンパク質を精製する精製工程を含む、
    二量体タンパク質の製造方法。
  20.  前記精製工程が、前記第1の単量体に融合しているタグと特異的に結合する担体を担持した第1精製カラムを用いて行われる第1精製工程、および前記第2の単量体に融合しているタグと特異的に結合する担体を担持した第2精製カラムを用いて行われる第2精製工程を含む、請求項19に記載の二量体タンパク質の製造方法。
  21.  前記蛍光標識体と請求項14~18のいずれか一項に記載の二量体タンパク質とが結合した蛍光標識プローブ。
  22.  前記蛍光標識体が、ストレプトアビジンと結合した、蛍光色素、量子ドット、または、蛍光色素集積ナノ粒子である、請求項21に記載の蛍光標識プローブ。
  23.  請求項21または22に記載の蛍光標識プローブが含まれる、蛍光染色液。
  24.  請求項14~18のいずれか一項に記載の二量体タンパク質と、蛍光標識体とを結合させることにより、前記第1の単量体と第2の単量体からなる二量体タンパク質と特異的に結合する目的タンパク質を染色する蛍光標識染色方法であって、
     前記蛍光標識体が、ストレプトアビジンと結合した、蛍光色素、量子ドット、または、蛍光色素集積ナノ粒子である、蛍光標識染色方法。
  25.  さらに蛍光色素染色を行う、請求項24に記載の蛍光標識染色方法。
  26.  前記色素染色が、血管内皮細胞に特異的な染色である、請求項24または25のいずれか一項に記載の蛍光標識染色方法。
  27.  請求項24~26のいずれか一項に記載の染色方法を含む、生理活性評価方法。
  28.  撮影工程(1)または(2)において取得した画像から、血管情報を含む情報を取得することで、前記薬剤の評価を行う、請求項1~13のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
  29.  前記血管情報が、前記病変部の血管の体積についての情報を含む、請求項28に記載の薬剤評価方法。
  30.  前記血管情報が、前記病変部の血管の位置情報を含む、請求項28または29に記載の薬剤評価方法。
  31.  前記情報が、さらに病理情報を含む、請求項1~13および28~30のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
  32.  前記病理情報が、前記病変部の体積についての情報を含む、請求項31に記載の薬剤評価方法。
  33.  前記病理情報が、病変部の位置情報を含む、請求項31または32に記載の薬剤評価方法。
  34.  前記病変部が腫瘍部である、請求項1~13および28~33のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
  35.  前記薬剤が血管新生に関与する薬剤である、請求項1~13および28~34のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
  36.  前記薬剤が血管新生阻害剤である。請求項1~13および28~35のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
  37.  前記血管情報を含む情報が、前記病変部の血管の体積および病変部の体積についての情報を含み、
     前記病変部の血管の体積を、前記病変部の体積で除した値を算出し、当該値の変化を観察する、請求項28~36のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
  38.  前記撮影工程(1)における放射線撮影が三次元放射線撮影であり、前記撮影工程(2)における撮影が蛍光撮影である、請求項1~13および28~37のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
  39.  前記被験対象が実験動物である、請求項1~13および28~38のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
  40.  前記被験対象が担がんマウスである、請求項1~13および28~39のいずれか一項に記載の薬剤評価方法。
  41.  放射線撮影装置および蛍光撮影装置の少なくとも一つを有する撮影装置と情報処理装置とを備える薬剤評価システムであって、
     前記情報処理装置が、
     前記放射線撮影装置または蛍光撮影装置により取得された画像を受け取り、
     受け取った画像をを用いて血管新生に関与する薬剤の評価を行う装置である、
     請求項1~13および28~40のいずれか一項に記載の薬剤評価方法を行うための、薬剤の評価システム。
  42.  放射線撮影装置および蛍光撮影装置の少なくとも一つを有する撮影装置と情報処理装置とを備える薬剤評価システムであって、
     前記情報処理装置が、
     前記放射線撮影装置または蛍光撮影装置により取得された画像を受け取り、
     さらに、受け取った画像から取得する血管情報を含む情報を用いて血管新生に関与する薬剤の評価を行う装置である、
     請求項1~13および28~40のいずれか一項に記載の薬剤評価方法を行うための、請求項41に記載の薬剤の評価システム。
  43.  前記撮影装置が、明視野撮影を行うための装置をさらに備える、請求項41または42に記載の薬剤の評価システム。
  44.  前記画像、前記血管情報を含む情報、前記解析結果、および薬剤の評価のうち少なくとも1つを表示する表示装置をさらに備える、請求項41~43のいずれか一項に記載の薬剤の評価システム。
  45.  前記情報処理装置が、さらに前記画像、前記血管情報を含む情報、前記解析結果、および薬剤の評価のうち少なくとも1つをデータとして蓄積する情報蓄積装置を含む、請求項41~44のいずれか一項に記載の薬剤の評価システム。
  46.  請求項1~13および28~40のいずれか一項に記載の薬剤評価方法をコンピュータにより実行させるためのプログラム。
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