WO2022025043A1 - がんの治療薬又は診断薬 - Google Patents

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Abstract

本発明の課題は、がんに対して選択性が高く、毒性や副作用が少ない、がんの治療薬及び診断薬を提供することである。本発明によれば、光合成細菌を含む、がんの治療薬又は診断薬が提供される。

Description

がんの治療薬又は診断薬
  本発明は、光合成細菌を用いたがんの治療薬又は診断薬に関する。
 正常な血管内皮細胞とは異なり、がん組織や炎症部位の血管内皮細胞間には 200 nm程度の広い隙間が開口しており、10~100nm程度にサイズが制御されたナノ粒子ががん組織に特異的に集積するEPR効果(Enhanced permeation and Retention Effect)が広く知られている。EPR効果は、ナノ粒子を利用したドラッグデリバリーシステム関連の論文で数多く引用され、がん選択的化学療法の最も大きな支柱となっているが、EPR効果に関する疑義、批判も数多く存在する。実際、固形がんに対しては、がん組織での血流の不均一性、がん中心部での高い組織圧といったがん阻害する環境要因がいくつもあり、EPR効果そのものが有用ではないという致命的な欠陥が判明している(例えば、横山昌幸、Drug Delivery System, 33(2),p.89-97(2018))。また、EPR効果を利用した薬物担持体は、長い年月と多大な費用を掛けたにも関わらず、ヒト臨床試験では成功していない。
 一方、腫瘍ターゲット性能を改善するためにがん細胞に特異的な抗体などを薬物担持体に搭載する戦略(例えば、小林久隆、Drug Delivery System, 29(4),p.274-284(2014))がとられているが、抗体はがんを取り囲む間質バリアを透過することが難しく、十分な選択性と薬効が得られていない。また、がん患者間で異なるバイオマーカー(抗原)を発現しているため、各がん患者に適した抗体をOrder (Owner) madeで作製する必要性がある。しかし、抗体の作製そのものに多大な手間とコストが掛かっており、結果として生じる莫大な医療費が問題となっている。
 近年、低酸素状態の腫傷内部で選択的に集積、生育及び増殖が可能な嫌気性微生物を利用したがん標的治療に注目が集まっている(Shibin Zhou et al. Nature Reviews Cancer, 18, p.727-743(2018))。しかし、従来のがん細菌療法は、基本的には抗がん剤の運搬という、いわゆるドラッグデリバリーシステムの概念である。また、抗がん活性を発現するためには、遺伝子工学を用いた微生物の操作・改変が必要である。この結果、細菌が薬物耐性を獲得するといった予想不可能で、かつ制御不能な問題が生じる可能性がある。また、使用される細菌は、多くの場合、遺伝子改変によって弱毒化したサルモネラ菌や大腸菌であり、体内で再び強毒化するリスクを常に伴っている。
横山昌幸、Drug Delivery System,33(2),p.89-97(2018) 小林久隆、Drug Delivery System,29(4),p.274-284(2014) Shibin Zhou et al. Nature Reviews Cancer, 18, p.727-743(2018)
 ナノメディシンには、(1)不明瞭なメカニズムのEPR効果に依存しており、がんに対する選択性が低い、(2)強い副作用のある抗がん剤を利用すること、(3)合成に多大な手間とコストが掛かる、(4)腫傷内部は酸素が欠乏した状態のため酸素を利用する光線力学療法型のナノメディシンは効果が低い、という問題があった。
 抗体療法には、(1)がん患者問で異なる発現量のバイオマーカーに対してオーダーメードで抗体を作る必要がある、(2)がん間質バリアを透過することができない(腫傷の表面のみに結合)ため、免疫細胞を利用しているものの、腫傷深部のがん細胞の排除は困難である、(3)作製に多大な手間とコストが掛かる、という問題があった。
 従来の細菌療法には、(1)遺伝子改変によって弱毒化したサルモネラ菌、リステリア菌、大腸菌を利用するため、体内で再び強毒化(復帰変異)するリスクがあり、遺伝子改変により薬物耐性獲得の可能性がある、(2)受動的なドラッグデリバリーであり、煩雑な遺伝子設計が必要である、という問題がある。
 本発明は、がんに対して選択性が高く、毒性や副作用が少ない、がんの治療薬及び診断薬を提供することを解決すべき課題とする。
  本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、低酸素状態の腫瘍環境内で高選択的に集積・生育・増殖が可能であり、かつ生体透過性の高い近赤外光によって機能する光合成細菌を用いることによって、がんに対して選択性が高く、毒性や副作用が少ない、がんの治療薬及び診断薬を提供できることを見出し、本発明を完成するに至った。
  即ち、本発明は以下の通りである。
<1> 光合成細菌を含む、がんの治療薬又は診断薬。
<2> 光合成細菌が、バクテリオクロロフィルを有する光合成細菌である、<1>に記載のがんの治療薬又は診断薬。
<3> 光合成細菌が、紅色光合成細菌、又は緑色光合成細菌である、<1>又は<2>に記載のがんの治療薬又は診断薬。
<4> 光合成細菌が、ロドシュードモナス属(Rhodopseudomonas)細菌、ブラストクロリス属(Blastochloris)細菌、アフィフェラ属(Afifella)細菌、ロドバクター属(Rhodobacter)細菌、パラロドスピリラム属(Pararhodospirillum)細菌、ロドミクロビウム属(Rhodomicrobium)細菌、ロドブラム属(Rhodovulum)細菌、又はマリクロマチウム属(Marichromatium)細菌である、<1>から<3>の何れか一項に記載のがんの治療薬又は診断薬。
<5> 光照射と組み合わせて使用する、<1>から<4>の何れかに記載のがんの治療薬又は診断薬。
<6> 光照射が近赤外光の照射である、請求項5に記載のがんの治療薬又は診断薬。
 本発明のがんの治療薬及び診断薬は、以下の利点を有する。
 低酸素、免疫回避、化学走性に由来する明確な機構に従い、腫傷に対する高い選択性の発現が可能である。
 副作用の強い抗がん剤は利用せず、使用する細菌は低毒性であるので、副作用や毒性が低い。
 使用する細菌は無限に自己複製することが可能であり、製造費用は安い。
 酸素を使う光線力学モードのみならず、酸素を必要としない温熱モードも発現可能であり、さらに、光を使用せずに細菌を投与するだけでがんを縮退させる効果がある。
 細菌は固形がんに普遍的な微小環境に対して高選択的に集積、生育、増殖が可能である。
 細菌は腫瘍深部に集積・生育・増殖が可能である。
 遺伝子組み換えの必要がなく、腫傷に対する高選択性を発現できる。
図1は、近赤外光で駆動する紅色光合成細菌の概念図を示す。 図2は、バクテリアクロロフィル(BChla)の化学構造を示す。 図3は、各細菌のUV-Vis-NIR光吸収特性を示す。 図4は、R.Palustrisの蛍光スペクトル(励起波長:805nm)を示す。 図5は、近赤外レーザー照射時[波長:808nm、出力:1.2W(ca. 61.1mW/mm2)、照射時間:5min]の各細菌分散液の温度変化を示す。 図6は、近赤外レーザー照射時のR.Palustris分散液からの活性酸素種(ROS)一重項酸素の発生挙動を示す。 図7は、紅色光合成細菌R.Palustrisの細胞毒性評価を示す。 図8は、コントロール(細菌の存在しないDMEM培地)ならびに異なる濃度のR. Palustrisと共存させた各種がん細胞に近赤外レーザーを照射した時の生存率評価を示す。 図9は、近赤外レーザー照射時のColon26担がんモデルマウスの腫瘍表面温度測定を示す。 図10は、近赤外で駆動するR.Palustrisを用いた抗腫瘍活性評価を示す。 図11は、各処置後のマウスの写真(矢印はレーザーを照射した各腫瘍を示す)を示す。 図12は、各種処置を施した34日後の摘出した腫瘍の写真を示す。 図13は、各処置における34日間のマウス生存率を示す。 図14は、Colon26担がんモデルマウスのIn vivo近赤外I領域(NIR-I)蛍光バイオイメージングを示す。 図15は、腫瘍内で特異的に生育したR.Palustrisに由来する赤色コロニーの写真を示す。 図16は、各種臓器ならびに腫瘍中のR.Palustris生菌数を示す。 図17は、各種臓器ならびに腫瘍のR.Palustrisに由来する蛍光強度を示す。 図18は、各種臓器ならびに腫瘍のR.Palustrisの生菌数を示す。 図19は、腫瘍内で特異的に生育したBlastochloris viridisに由来する緑色コロニーの写真を示す。 図20は、各種臓器ならびに腫瘍中のBlastochloris viridis生菌数を示す。 図21は、R.Palustris(1×108CFU/mL)と4時間共培養させたマウスマクロファージ(RAW264.7)のNIR-I蛍光顕微鏡像を示す。 図22は、R.Palustrisを用いたマウス腫瘍の光音響(PA)イメージングを示す。 図23は、Blastochloris viridisを用いた近赤外II領域(NIR-II)蛍光バイオイメージングによる血管造影を示す。 図24は、各細菌のUV-Vis-NIR光吸収特性を示す。 図25は、各細菌のUV-Vis-NIR光吸収特性を示す。 図26は、各細菌の蛍光スペクトルを示す(細菌濃度:2.5E+07CFU/mL)。 図27は、各細菌の蛍光スペクトルを示す(細菌濃度:2.5E+07CFU/mL)。 図28は、近赤外レーザー照射時[波長:808nm、照射時間:2min]の各細菌分散液の温度変化を示す。 図29は、各細菌の細胞毒性評価を示す。 図30は、各細菌の細胞毒性評価を示す。 図31は、各細菌の細胞毒性評価を示す。
 本発明は、光合成細菌を含む、がんの治療薬又は診断薬に関する。
 本発明で使用する光合成細菌としては、バクテリオクロロフィルを有する光合成細菌が好ましい。バクテリオクロロフィルとしては、バクテリオクロロフィルa、バクテリオクロロフィルb、バクテリオクロロフィルc、バクテリオクロロフィルd、バクテリオクロロフィルf、又はバクテリオクロロフィルgなどが挙げられ、これらのうちの一以上を有する光合成細菌を使用することができる。一例としては、バクテリオクロロフィルa又はバクテリオクロロフィルbを有する光合成細菌を挙げることができる。より具体的には、紅色光合成細菌、又は緑色光合成細菌を使用することができる。図1は、近赤外光で駆動する紅色光合成細菌の概念図を示す。図2は、バクテリアクロロフィル(BChl a)の化学構造を示す。
 光合成細菌としては、ロドシュードモナス属(Rhodopseudomonas)細菌、ブラストクロリス属(Blastochloris)細菌、アフィフェラ属(Afifella)細菌、ロドバクター属(Rhodobacter)細菌、ルブリビバックス属(Rubrivivax)細菌、パラロドスピリラム属(Pararhodospirillum)細菌、ロドシスタ属(Rhodocista)細菌、マリクロマチウム属(Marichromatium)細菌、ファエオクロマチウム属(Phaeochromatium)細菌、ロドフェラックス属(Rhodoferax)細菌、ロドミクロビウム属(Rhodomicrobium)細菌、サーモクロマチウム属(Thermochromatium)細菌、クロロバキュラム属(Chlorobaculum)属細菌、ロドブラム属(Rhodovulum)細菌などが挙げられる。
 上記の中でも、ロドシュードモナス属(Rhodopseudomonas)細菌、ブラストクロリス属(Blastochloris)細菌、アフィフェラ属(Afifella)細菌、ロドバクター属(Rhodobacter)細菌、パラロドスピリラム属(Pararhodospirillum)細菌、ロドミクロビウム属(Rhodomicrobium)細菌、ロドブラム属(Rhodovulum)細菌、又はマリクロマチウム属(Marichromatium)細菌が好ましい。
 紅色光合成細菌の具体例としては、Rhodopseudomonas Palustris、Blastochloris viridis、Afifella marina、Blastochloris sulfoviridis、Rhodobacter blasticus、Rhodobacter capsulatus、Rhodobacter sphaeroides、Rhodopseudomonas pseudopalustris、Rubrivivax gelatinosus、Pararhodospirillum oryzae、Pararhodospirillum sulfurexigens、Rhodocista centenaria、Marichromatium litoris、Phaeochromatium fluminis、Rubrivivax gelatinosus、Rhodoferax fermentans、Rhodomicrobium udaipurense、Rhodomicrobium vannielii、Rhodovulum sulfidophilumなどが挙げられる。
 緑色光合成細菌の具体例としては、Thermochromatium tepidum、及びChlorobaculum tepidumなどが挙げられる。
 上記の中でも、Rhodopseudomonas Palustris、Blastochloris viridis、Pararhodospirillum oryzae、Pararhodospirillum sulfurexigens、Rhodomicrobium udaipurense、Rhodomicrobium vannielii、Rhodovulum sulfidophilum、Afifella marina、Rhodobacter sphaeroides、Marichromatium litoris、Rhodobacter capsulatus、又はBlastochloris sulfoviridisが特に好ましい。
 上記した光合成細菌は、DSMZ(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH)又はATCC(American Type Culture Collection)などから購入することができる。国内ではIFOを引き継いだ製品評価技術基盤機構生物遺伝資源部門(NBRC)あるいは理研バイオリソースセンターに光合成細菌株が保存されており分与を行っており、これらの機関から入手することができる。
DSMZ
https://www.dsmz.de/collection/catalogue/microorganisms
ATCC
https://www.atcc.org/Advanced%20Search.aspx
NBRC
https://www.nite.go.jp/nbrc/cultures/nbrc/index.html
理研BRC
https://jcm.brc.riken.jp/ja/
 上記以外にも、場合によっては国内の大学の研究室から分与を受けることが可能な細菌もある。
 本発明のがんの治療薬又は診断薬は、光照射と組み合わせて使用することができる。即ち、光合成細菌を対象に投与し、がんが存在する患部に光合成細菌を集積させた後に、患部に光を照射することができる。光合成細菌は、光照射を受けることにより、蛍光、熱又は一重項酸素(活性酸素種:ROS)を発生し、これによりがん細胞を殺傷することができる(図1)。
 光照射はレーザー照射により行うことができる。光照射は、好ましくは近赤外光レーザーの照射である。近赤外光は、約0.7~2.5μmの波長を有する電磁波であり、赤色の可視光線に近い波長を有している。
 近赤外光の波長は特に限定されないが、好ましくは700nm~2000nmであり、700nm~1400nm、750nm~1200nm、750nm~1000nm、又は750nm~900nmでもよい。一例としては、808nmである。
  近赤外光の出力は、使用する光の波長等によって適宜選択すればよいが、例えば、0.5W以上、好ましくは0.7W以上、より好ましくは1.0W以上にすることができる。上限は特に限定されないが、一般的には、20W以下であり、好ましくは10W以下である。
 光照射の時間は本発明の効果が得られる限り特に限定されないが、一般的には1分から30分、好ましくは1分から20分である。
 光照射は1回だけ行ってもよいし、2回以上の複数回行ってもよい。
 光合成細菌を診断薬として使用する場合には、光合成細菌を投与した対象において、近赤外蛍光像を観察すればよい。例えば、740~1200nmの励起波長を用いて、810~1500nmの蛍光波長を観測することができる。
 本発明のがんの治療薬又は診断薬を投与する対象としては、ヒト、又は非ヒト哺乳動物(例えば、マウスなどの実験動物)である。対象としては、がんを患っている対象が好ましい。
 がんの具体例としては、乳がん、肺がん、子宮体がん、卵巣がん、膵がん、副腎皮質のがん、非ホジキンリンパ腫、多発性骨髄腫、白血病、カポジ肉腫、ユーイング肉腫、軟部肉腫、腎芽腫、神経膠芽腫、前立腺がん、肝がん、骨がん、軟骨肉腫、腎がん、膀胱がん、胃がん、結腸がん、直腸がん、甲状腺がん、頭頚部がん、皮膚がん(黒色腫など)などが挙げられるが、特に限定されない。
 対象への投与方法としては、注射(皮下注射、筋肉内注射、皮内注射、腹腔内注射、腫瘍内注射、および静脈内注射など)による投与、または局所投与などが挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは静脈内注射による投与である。
 注射剤は、薬学的に許容可能な担体(例えば、生理食塩水、適当な緩衝液など)を用いて常法により製造することができる。
 光合成細菌の投与量は、対象の状態に応じて適宜設定することができるが、細菌数として、一般的には1×107CFU/kg~1×1013CFU/kgであり、好ましくは1×108CFU/kg~1×1012CFU/kgである。
 上記した投与量を、1回もしくは複数回にわたる分割用量(2、3、または4回の用量など)または単一の製剤で投与することができる。
 本発明によればさらに、以下が提供される。
<A1> 光合成細菌を対象に投与することを含む、がんの治療方法。
<A2> 光合成細菌を投与した対象に光を照射することをさらに含む、<A1>に記載のがんの治療方法。
<A3> 光合成細菌を対象に投与することを含む、がんの診断方法。
<B1> がんの治療又は診断において使用するための、光合成細菌。
<B2> 光照射と組み合わせて使用する、<B1>に記載の光合成細菌。
<C1> がんの治療薬又は診断薬の製造のための、光合成細菌の使用。
 以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。
<細菌培養>
 本研究で使用した細菌は、National Institute of Technology and Evaluation Biological Resource Center(NBRC)およびAmerican Type Culture Collection(ATCC)より取得した。
 Rhodopseudomonas Palustris(NBRC16661)、Blastochloris viridis(NBRC 102659)、Pararhodospirillum oryzae(NBRC107573)、Pararhodospirillum sulfurexigens(NBRC104433)、Rhodomicrobium udaipurense(NBRC109057)、Rhodomicrobium vannielii(NBRC100050)、Rhodovulum sulfidophilum(ATCC35886)、Afifella marina(NBRC100434)、Rhodobacter sphaeroides(NBRC12203)、Marichromatium litoris(NBRC104939)、Rhodobacter capsulatus(NBRC16435)、Blastochloris sulfoviridis(NBRC103805)は、543 ATCC medium中で タングステンランプを照射しながら26-30℃の温度で嫌気培養した。Bifidobacterium bifidum(NBRC 100015)は、385NBRC medium中で 37℃の温度で嫌気培養した。
 細菌培養に利用した試薬は、FUJIFILM Wako Pure Chemicalより入手した。
<細菌の光学特性解析>
 細菌分散液の吸光スペクトルは、室温でUV-Vis-NIR spectrophotometer(V-730 BIO;Jasco)を用いて測定した。細菌分散液の蛍光は、fluorescence spectrometers(FP-8600 NIR Spectrofluorometer; Jasco or Fluorolog-3; HORIBA Jobin Yvon)を用いて測定した。
 各細菌((a)Rhodopseudomonas Palustris,、(b)Blastochloris viridis、(c)Bifidobacterium bifidum)のUV-Vis-NIR光吸収特性を図3に示す。また、各細菌のUV-Vis-NIR光吸収特性を図24及び図25に示す。細菌の濃度を固定して測定した結果である。
 R.Palustrisの蛍光スペクトル(励起波長:805nm)を図4に示す。また、励起波長と蛍光波長を変更した際の各細菌の蛍光スペクトルを図26及び図27に示す。
<温度測定>
 レーザー照射した細菌分散液の温度変化は以下の方法で調査した。細菌を分散させたPBS緩衝液(100μL)あるいは細菌を添加していないPBS緩衝液(100μL)に808nmの波長のファイバーカップル型の連続波レーザー(レーザースポット径, 約5mm;出力,1.2W,約61.1mW mm-2; CivilLaser)を照射した。レーザー照射時の溶液の温度変化は温度センサー(AD-5601A;A&D)を用いて測定した。
 近赤外レーザー照射時[波長:808nm、出力:1.2W(ca.61.1mW/mm2)、照射時間:5min]の各細菌((a)Rhodopseudomonas Palustris,、(b)Blastochloris viridis、(c)Bifidobacterium bifidum)の分散液の温度変化を、図5に示す。
 上記と同様に、近赤外レーザー照射時[波長:808nm、出力:1.2W(ca.61.1mW/mm2)、照射時間:2min]の各細菌の分散液の温度変化を、図28に示す。
<活性酸素(ROS)検出>
 ROS分析は底辺が透明でメインボディが黒色の96-well plate(Thermo Fisher Scientific)と一重項酸素検出試薬singlet oxygen sensor green(SOSG)(Invitrogen)を用いた。R.Palustrisを分散させたPBS緩衝液(100μL,5×109CFUml-1)をSOSGを含むPBS緩衝液で希釈した。R.PalustrisとSOSGの当該系中の終濃度は、それぞれ1.3×109CFU ml-1、1μMであった。次いで、サンプルに808nmの波長の近赤外レーザーを出力1.2W(ca.61.1mWmm-2)、5分間照射した。R.Palustrisを含まないPBS緩衝液をコントロールとして用いた。ROS発生に伴う緑色蛍光はマイクロプレートリーダー(Infinite 200 PRO M Plex)(励起波長485nm、蛍光波長535 nm)を用いて測定した。
 近赤外レーザー照射時[波長:808nm、出力:1.2Wca.61.1mW/mm2)、照射時間:5min]のR.Palustris分散液からの活性酸素種(ROS)一重項酸素の発生挙動を図6に示す。
<細胞培養と細胞毒性評価>
 マウス結腸がん細胞(Colon26)ならびにヒト正常二倍体線維芽細胞(MRC5)は、the Japanese Collection of Research Bioresources Cell Bankより入手した。ヒト肺胞基底上皮腺がん細胞(A549)、ヒト結腸腺がん(HT29)は、DS Pharma Biomedicalより購入した。マウスマクロファージ(RAW264.7)は、Riken Bio Resource Centerより得た。Colon26の培養は、10%fetal bovine serum、2-mM l-glutamine、1-mM sodium pyruvate、gentamycin、penicillin-streptomycin(100 IU ml-1)を含むRoswell Park Memorial Institute(RPMI)1640 Medium(Gibco)を使用した。他の細胞は、10%fetal bovine serum、2-mM l-glutamine、1-mM sodium pyruvate、gentamycin、penicillin-streptomycin(100 IU ml-1)、Hank’s balanced salt solution(Life Technologies)を含むDulbecco’s Modified Eagle’s Medium(DMEM)(Gibco)中で培養した。細胞は37℃、5%のCO2雰囲気下の加湿チャンバー中で培養した。
 細胞生存率は、Cell Counting Kit(CCK)-8(Dojindo Laboratories)とそのマニュアルに従い評価した。細胞(×103cells well-1)を96-well plateに播種し、一晩インキュベートした。次いで、細胞を細菌分散溶液に4時間暴露させ、新鮮な培養液で洗浄後、CCK-8溶液中でインキュベートした。最後に450nmの吸光度をマイクロプレートリーダー(Infinite 200 PRO M Plex;Tecan)で測定することで細胞生存率を算出した。
 紅色光合成細菌R.Palustrisの細胞毒性評価[異なる濃度のR.Palustrisを4時間共培養させたときのマウス結腸がん細胞(Colon26)、ヒト肺胞基底上皮腺がん細胞(A549)、ヒト結腸腺がん細胞(HT29)、ヒト正常二倍体線維芽細胞(MRC5)の生存率を測定]を図7に示す。図7の各グラフは、左から、MRC5、Colon26、A549、HT29を示す。
 上記と同様に、マウス結腸がん細胞(Colon26)を用いて、各細菌の細胞毒性を評価した結果[異なる濃度の各細菌を4時間共培養させたときのマウス結腸がん細胞(Colon26)の生存率を測定]を図29~図31に示す。
<レーザー照射による細胞生存率評価>
 がん細胞生存性を評価するためにColon26、A549、HT29細胞(5×103 cells/well)を96-well plateに播種し一晩インキュベートした。細胞は各濃度(0.16、0.31、0.63、1.25×109CFU ml-1)のR.Palustrisを分散させた細胞培養培地(100μL)あるいはR.Palustrisを含まない細胞培養培地(100μL)で処理後、レーザー(波長808nm、出力1.2 W,~61.1mW mm-2)を5分間照射した。レーザー照射後、細胞を洗浄し、新鮮な培地中でインキュベートした。細胞生存性はCCK-8 kitを用いて、レーザー照射直後ならびにレーザー照射後24時間インキュベートしたサンプルを調査した。
 コントロール(細菌の存在しないDMEM培地)ならびに異なる濃度のR.Palustrisと共存させた各種がん細胞に近赤外レーザーを照射した時[波長:808nm、出力:1.2W(ca.61.1mW/mm2)、照射時間:5min]の生存率評価[細胞生存率はレーザー照射した24時間後にWST-8法により測定]を図8に示す。
<マクロファージ細胞中のR.Palustrisの蛍光観察>
 RAW264.7細胞(2.5×105cells well-1)を24-well plateに播種し一晩インキュベートした。細胞はR.Palustrisを分散させた細胞培養培地(1×10CFU)あるいはR.Palustrisを含まない細胞培養培地に曝露後、37℃、5%CO2の条件下で2時間培養した。細胞を洗浄し、新鮮な培地中で4時間インキュベートし、近赤外蛍光ミラーユニット(IRDYE800-33LP-A-U01;Semrock)と対物レンズ(×60 magnification, aperture 1.35;UPLSAPO60X,Olympus)を搭載する蛍光顕微鏡システム(IX73;Olympus)を用いて室温で観察した。
 R.Palustris(1×108CFU/mL)と4時間共培養させたマウスマクロファージ(RAW264.7)のNIR-I蛍光顕微鏡像(白色の矢印はマクロファージにより貪食されても近赤外蛍光を失わないR. Palustrisを示す)を図21に示す。
<In vivo抗がん実験と毒性評価>
 全ての動物実験は、北陸先端科学技術大学院大学の動物実験委員会の承認を得て実施した。4週齢のメスの野生型マウス(n=10;average weight=15g; BALB/cCrSlc)をJapan SLC,Incより購入し、一週間馴化させた。Colon26細胞分散液(1×106cells)(100μL)とculture medium/matrigel(Corning)から成る混合溶液(v/v,1:1)をマウス側面腹部皮下2ヵ所に投与し、結腸がんモデルマウスを作成した。約2週間後、固形がん(~400mm3)を形成させたマウスの尾静脈内にR.Palustris(1× 109CFU ml-1)あるいはPBS緩衝液を各200μL投与した。右側の固形がんにのみ2日に一度のペースで近赤外レーザー[波長808 nm、出力(713 mW, 36.3 mW mm-2)]を3分間照射した。IRサーモグラフィー(i7; FLIR, Nashua)を用いてレーザー照射時のマウスの腫瘍表面温度を測定した。
 近赤外レーザー照射時[波長:808nm、出力:0.9W(ca.45.9mW/mm2)、照射時間:3min]のColon26担がんモデルマウスの腫瘍表面温度測定[レーザーは細菌(200μL、1×109CFU)あるいはPBS(200μL)をマウスの尾静脈に投与した2日後に照射]を図9に示す。図9の各グラフは、左から、PBS、R.Palustris、PBS+Laser、及びR.Palustris+レーザーを示す。
 マウスの行動や性状、固形がんサイズ測定、マウス体重の推移は、2日に一度実施した。なお、固形がんのサイズは下式により算出した。
V = L × W2/2
このとき、Vは固形がん体積、Lは固形がんの長さ、Wは固形がんの幅をそれぞれ示している。
 一方、R.Palustrisのin vivo毒性評価は、マウス血液検査を実施することで調査した。具体的には、R. Palustris分散液(1×109CFU ml-1)あるいはPBS緩衝液を10週齢のメスのマウス(n=5;average weight=21g、BALB/cCrSlc、Japan SLC)の尾静脈に各200μL投与し、7日後と30日後、腹部大動脈より血液採取した。全血球数(complete blood cell count:CBC)ならびに生化学検査は、Japan SLC, Inc.とOriental Yeast Co., Ltd.により解析された。CBC及び生化学検査の結果を表1及び表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
<コロニーカウント>
 Colon26を播種した結腸がんモデルマウス(female,8 weeks;n= 5;average weight=19g;average tumor size~ 400mm3;BALB/cCrSIc;Japan SLC)の尾静脈にR.Palustris(5×109CFU ml-1)、B.viridis(5×109CFU ml-1)、細菌培養培地をそれぞれ200μL投与した。1、24、48、144時間後に各組織と腫瘍を摘出し、切断後、重量を測定した。ペストルを使って4℃の温度下、PBS緩衝液中でホモジナイズ後、混合物を20分間、15℃、380rpm min-1の速度で振とうした。上澄をPBS緩衝液で10倍希釈し、各サンプル(100μL)を寒天培地上に播種し、7日間、嫌気培養した。形成した細菌コロニー数はマニュアルで測定した。
 近赤外で駆動するR.Palustrisを用いた抗腫瘍活性評価[PBS(200μL)あるいはR.Palustris分散液(200μL、1×109CFU)をマウス尾部静脈から投与し、レーザーはマウス右側の腫瘍にのみ照射(波長:808nm、出力:0.9W(ca.45.9mW/mm2)、照射時間:3min);グラフ中の黒色の矢印は細菌あるいはPBS投与した日、赤色の矢印はレーザーを照射した日をそれぞれ示す]を図10に示す。
 各処置後のマウスの写真(矢印はレーザーを照射した各腫瘍を示す)を図11に示す。
 各種処置を施した34日後の摘出した腫瘍の写真を図12に示す。
 各処置における34日間のマウス生存率を図13示す。
 腫瘍内で特異的に生育したR.Palustrisに由来する赤色コロニーの写真(R.Palustris(200μL、1×109CFU/mL)をColon26担がんモデルマウスに尾静脈投与した2日後に各種臓器ならびに腫瘍を取り出し、抽出液を寒天培地に塗布後、嫌気条件で培養)を図15に示す。
 各種臓器ならびに腫瘍中のR.Palustris生菌数[R.Palustris(200μL、1×109CFU/mL)をColon26担がんモデルマウスに尾静脈投与した7日後に各種臓器ならびに腫瘍を取り出し、抽出液を寒天培地上、嫌気条件で培養]を図16に示す。
 各種臓器ならびに腫瘍のR.Palustrisに由来する蛍光強度[R. Palustris(200μL、1×109 CFU/mL)をColon26担がんモデルマウスに尾静脈投与し、経時的に蛍光バイオイメージング解析し、蛍光強度を測定]を図17に示す。
 各種臓器ならびに腫瘍のR.Palustrisの生菌数[R. Palustris(200μL、1×109 CFU/mL)をColon26担がんモデルマウスに尾静脈投与し、経時的に各種臓器ならびに腫瘍を取り出し、抽出液を寒天培地に塗布後、嫌気条件下で培養し、形成したコロニー数を測定]を図18に示す。
 腫瘍内で特異的に生育したBlastochloris viridisに由来する緑色コロニーの写真[Blastochloris viridis(200 μL、1×109 CFU/mL)をColon26担がんモデルマウスに尾静脈投与した2日後に各種臓器ならびに腫瘍を取り出し、抽出液を寒天培地に塗布後、嫌気条件で培養]を図19に示す。
 各種臓器ならびに腫瘍中のBlastochloris viridis生菌数[Blastochloris viridis(200μL、1×109CFU/mL)をColon26担がんモデルマウスに尾静脈投与した7日後に各種臓器ならびに腫瘍を取り出し、抽出液を寒天培地上、嫌気条件で培養]を図20に示す。
<In vivo蛍光バイオイメージング>
 NIR-I蛍光を用いた細菌の生体内分布を測定するためにColon26から成るマウス結腸がんモデルマウス(female;8weeks;n=3;average weight=19g;average tumor size=430mm3;BALB/cCrSIc;Japan SLC)の尾静脈にR.Palustris(200μL, 1×109CFU)を含む細菌培養培地あるいは細菌を含まないPBS緩衝液を投与した。マウスならびに主要生体組織の近赤外蛍光像をVISQUETM InVivo Smart-LF(Vieworks)を用いて観察した。励起波長ならびに蛍光波長はそれぞれλex=740-790nm,λem=810-860nmである。また画像解析はCleVueTM software(Vieworks)を用いた。
 Colon26担がんモデルマウスのIn vivo近赤外I領域(NIR-I)蛍光バイオイメージング(Ex:740nm-790nm、Em:810nm-860nm)[画像はR.Palustris(200μL、1×109CFU/mL)あるいはPBS(200μL)をマウスの尾静脈投与した5日後に撮影、矢印は腫瘍の位置を示す]を図14に示す。
 NIR-II蛍光バイオイメージングは、Summit Pharmaceuticals Internationalによって実施された。HT29から成るヒト結腸腺がんモデルマウス(female;10weeks;n=3;average weight =21g;average tumor size=100mm3;BALB/cSlc-nu/nu;Japan SLC)の固形がんにB.viridis(20μL,1×108CFU)を含むPBS緩衝液を投与した。B.viridisに由来するNIR-II蛍光は、SAI-1000(Shimazu)を用いてレーザー出力2W、露光時間200msecの下、観察を行った。
 B.viridisのNIR-II蛍光による血管造影は、同じHT29から成るヒト結腸腺がんモデルマウス(n =3)の尾静脈にB.viridis(200μL,1×109CFU)を含むPBS緩衝液を投与し、同システム(レーザー出力=10W、露光時間=400msec)を用いて測定した。
 Blastochloris viridisを用いた近赤外II領域(NIR-II)蛍光バイオイメージングによる血管造影(Ex:980nm、Em:1000nm-1700nm)[B.viridis(200μL、109CFU)をヌードマウス尾静脈に投与後撮影]を図23に示す。
<In vivo光音響(PA)イメージング>
 PAイメージングは、multi spectral optoacoustic tomography (MSOT)inVision 256-TF system(SYS-MSOTiV256TF;iThera Medical)を用いてSummit Pharmaceuticals Internationalによって実施された。R. Palustris(20μL,1×108CFU)を分散させたPBS緩衝液をHT29から成るヒト結腸腺がんモデルマウス(female;10weeks;n=3;average weight=21g;average tumor size=100mm3;BALB/cSlc-nu/nu;Japan SLC)の固形がんに投与することでPA像を得た。
 R.Palustrisを用いたマウス腫瘍の光音響(PA)イメージング[HT29担がんモデルマウスの腫瘍内にPBS(20μL)(写真左側)、R.Palustris(20μL,108CFU/mL)(写真右側)を投与し撮影]を図22に示す。
<データの統計解析>
 データ中の±は標準偏差、nは使用したサンプル数を示している。データの統計解析は、Student’s t-testを用いた。*、**、***は、それぞれ< 0.05、< 0.005、< 0.001のp値を示している。

Claims (6)

  1. 光合成細菌を含む、がんの治療薬又は診断薬。
  2. 光合成細菌が、バクテリオクロロフィルを有する光合成細菌である、請求項1に記載のがんの治療薬又は診断薬。
  3. 光合成細菌が、紅色光合成細菌、又は緑色光合成細菌である、請求項1又は2に記載のがんの治療薬又は診断薬。
  4. 光合成細菌が、ロドシュードモナス属(Rhodopseudomonas)細菌、ブラストクロリス属(Blastochloris)細菌、アフィフェラ属(Afifella)細菌、ロドバクター属(Rhodobacter)細菌、パラロドスピリラム属(Pararhodospirillum)細菌、ロドミクロビウム属(Rhodomicrobium)細菌、ロドブラム属(Rhodovulum)細菌、又はマリクロマチウム属(Marichromatium)細菌である、請求項1から3の何れか一項に記載のがんの治療薬又は診断薬。
  5. 光照射と組み合わせて使用する、請求項1から4の何れかに記載のがんの治療薬又は診断薬。
  6. 光照射が近赤外光の照射である、請求項5に記載のがんの治療薬又は診断薬。
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