学術報告

世界的侵襲性真菌感染（Invasive Fungal Infections, IFIs）の発生率は過去数十年間で増加しており、主に免疫機能が低下した患者に影響を与え、これらの感染症は高い死亡率と罹患率を伴うことが多い。アスペルギルス・フミガトゥス（Aspergillus fumigatus）は最も一般的で致命的なIFI病原体の一つである。真菌感染症の効果的な治療の主な障害は、迅速かつ正確な診断ツールの不足であり、これには微生物学的確認のための侵襲的な手術が頻繁に必要であること、および構造的イメージング方法の特異性が不十分であることが含まれる。

これらの問題に対処するため、研究チームはアスペルギルス・フミガトゥス特異的なポジトロン断層撮影（Positron Emission Tomography, PET）イメージング剤の開発に焦点を当てた。この研究はSwati Shah、Jianhao Laiらによって共同で実施され、米国国立衛生研究所（NIH）の複数の部門の協力を含む研究機関によって行われ、2024年8月14日の「Science Translational Medicine」誌に掲載された。

研究背景と目的

現在の標準的な診断方法には培養技術が含まれ、気管支肺胞洗浄や生検などの侵襲的な処置が必要となることが多い。血清ガラクトマンナンや1,3-β-D-グルカン検出などの非侵襲的検査や、コンピュータ断層撮影（CT）は、異なる臨床状況下で特異性と感度に変動がある。さらに、現在広く使用されている臨床PETトレーサーである2-デオキシ-2-[18F]フルオロ-グルコース（[18F]FDG）は、構造的イメージングにおいて診断の価値を高めるが、その特異性はまだ限られている。したがって、本研究の目的は、真菌特異的代謝に基づくPETトレーサーを開発し、深部真菌感染症の非侵襲的、迅速、かつ正確な診断と治療効果のモニタリングに役立てることである。

研究ソース

この研究はSwati Shah、Jianhao Lai、Falguni Basuliらによって共同執筆され、米国国立衛生研究所（NIH）の複数の部門に所属しており、感染症イメージングセンター、化学合成センター、国立アレルギー感染症研究所（NIAID）などが含まれる。この研究は2024年8月14日の「Science Translational Medicine」誌に掲載された。

研究プロセス

[18F]FCBの合成と検証

研究チームは真菌特有の糖代謝経路を利用し、アスペルギルス・フミガトゥスによって代謝されることが知られているセロビオースを放射性標識し、酵素的変換によって2-デオキシ-2-[18F]フルオロ-グルコース（[18F]FDG）から2-デオキシ-2-[18F]フルオロセロビオース（[18F]FCB）を合成した。この合成プロセスには以下のステップが含まれる： 1. 酵素的変換： 1 mCiの[18F]FDG、1 mgのセロビオースリン酸化酵素（CBP）、37 mgのグルコース-1-リン酸を40℃で変換する。30分以内に[18F]FDGの90%以上が消費され、60分以内に定量的消費に達する。 2. 精製： 反応混合物を100℃で5分間加熱し、濾過してCBPを除去し、その後Niカラムとフッ素デオキシグルコース（FDG）精製カートリッジを使用して精製する。[18F]FCBは4 mlの生理食塩水で溶出される。 3. 放射化学的純度： 合成時間は1.5時間で、全反応収率は60-70%、化学的純度は>98%である。

インビトロおよびインビボ実験

1. 細胞取り込み実験： インビトロで[18F]FCBと異なる菌株（アスペルギルス・フミガトゥス、細菌、真菌を含む）の取り込みと保持率をテストした。結果は、アスペルギルス・フミガトゥスが他の菌株と比較して120分以内に放射能を有意に保持することを示した。
2. β-グルコシダーゼ活性測定： 酵素活性実験を通じて、アスペルギルス・フミガトゥスのみがβ-グルコシダーゼを産生することを確認した。細菌サンプルではこの酵素活性は検出されず、セロビオースが真菌特異的に分解されることが確認された。
3. PET/CTイメージング： マウス筋炎モデルで[18F]FCBのインビボ取り込みをテストした。結果は、活性のあるアスペルギルス・フミガトゥスに感染したマウスの局所にのみ放射能の保持が見られ、細菌および無菌性炎症モデルでは有意な放射能シグナルは見られなかった。

研究結果

1. 放射化学合成とテストは[18F]FCBの効率的な合成を示した： [18F]FCBの合成プロセスは効率的で、非常に高い放射化学的純度（>98%）を持つ。迅速な反応時間と比較的高い収率により、この方法はインビトロおよびインビボ試験に特に適している。
2. インビトロ取り込み実験： インビトロ実験では、アスペルギルス・フミガトゥスが他の菌株と比較して[18F]FCBをより容易に取り込み、保持することが示された。これは、この物質の真菌特異性、特にアスペルギルス・フミガトゥスに対する特異性を反映している。
3. PET/CTイメージング： マウスモデルでは、放射性標識された[18F]FCBを注射した後、活性のあるアスペルギルス・フミガトゥスに感染したマウスの局所のみが明確な放射能シグナルを保持した。このシグナルは感染診断および治療モニタリングに使用できる。

研究結論と意義

本研究は、[18F]FCBが臨床的に翻訳可能な潜在力を持つアスペルギルス・フミガトゥス特異的PETイメージングトレーサーとしての大きな可能性を示した。 高い特異性と高いシグナル対ノイズ比により、[18F]FCBは画像診断において既存の[18F]FDGよりも優れている。さらに、その迅速な合成と高効率により、[18F]FCBは容易に臨床に転換・適用できる。侵襲性真菌感染症の迅速な診断と治療モニタリングは、患者の治療効果と予後を大きく改善するだろう。

研究のハイライト

1. 効率的な放射化学合成方法： 本研究で提案された[18F]FCBの合成方法は、短時間で高純度かつ高収率の放射性標識物質を得ることができる。
2. 高シグナル対ノイズ比のPETイメージング： アスペルギルス・フミガトゥス感染マウスにおける[18F]FCBの高いシグナル対ノイズ比は、イメージングの特異性を大幅に向上させた。
3. 潜在的な臨床応用： この方法の迅速な合成とその優れた特異性は、[18F]FCBを臨床で真菌特異的トレーサーとして使用するための堅固な基盤を提供している。

将来の展望

研究チームは、[18F]FCBの他の病原性真菌への応用をさらにテストし、関連する臨床転換研究を行う計画である。このような研究は、この放射性トレーサーの臨床応用における有効性と安全性をさらに検証し、侵襲性真菌感染症の診断と治療に新たな道を開くだろう。