乳癌術中精密検出のためのGLUT1標的近赤外蛍光分子イメージング

2025-02-01 Sat
GLUT1を標的とした蛍光イメージング新規トレーサー：乳がん手術中検出の改善に向けた研究進展研究背景と課題の整理乳がんは世界中の女性において最もよく見られる悪性腫瘍のひとつであり、2022年には新規症例が230万件、死亡例が約66.6万件と報告されています。乳がんの外科治療は主に、乳房部分切除術（breast-conserving surgery, BCS）と乳房全摘術に分けられます。乳房全摘術と比較して、BCSは術後の放射線治療と組み合わせることで類似した局所制御効果を得る一方で、正常な乳房組織を最大限保存することができます。しかし、BCSが成功するための鍵は、腫瘍が存在しない手術切縁を確保することです（腫瘍陽性切縁の回避）。研究では、陽性の切縁が局所再発リスクを著しく増加させることが明らかにされており、その発生率は20～40％です。陽性切縁の患者では再発や治療失敗を防ぐために再手術が必要となる場合が多く、それにより手術リスクやコスト、心理的負担が増大し、また患者の美容的結果にも影響を与えかねません。
現在、術中の切縁評価の主な方法の一つは凍結切片分析ですが、この方法は時間を要し、サンプリング誤差が発生する可能性があります。従来の放射線技術（例えば、超音波検査、X線による標本マンモグラフィー、MRI、CTなど）は術中の切縁評価に使用されていますが、これらの技術はがん細胞特異性を欠いているため、リアルタイムイメージングが実現できません。このため、がん細胞特異的かつリアルタイムで機能する術中イメージング技術の開発が急務となっています。近年、蛍光分子イメージング（fluorescence molecular imaging, FMI）と癌特異的トレーサーを用いた光学イメージング技術が、術中の切縁評価や正確な腫瘍切除に対して新たな可能性を提供しています。しかし、現在利用可能な多くの光学トレーサーは、腫瘍に対する適用範囲が限られているという問題を抱えています。
この課題に対し、高グルコース取り込みと糖代謝の亢進ががんの特徴のひとつとされており、これらは細胞膜に存在するグルコース輸送体（glucose transporter, GLUT）によって制御されています。特にGLUT1は、多くのがん組織で高発現が確認されており、乳がん手術における蛍光イメージングの新しい標的として注目されています。本研究では、新規GLUT1標的近赤外蛍光（near-infrared, NIR）トレーサーWZB117-Cy7.5の開発を行い、それが乳がんの術中リアルタイム検出および診断における可能性を評価することを目的としました。
研究の出典と著者情報本研究はShantou Central Hospital、Peking University Third Hospital、Chinese Academy of Sciencesなどの研究機関による共同研究で、主要な著者にはSi-Qi Qiu、Xiao-Feng HeおよびXiao-Long Liangらが含まれています。本論文は2025年に《European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging》に掲載されました。
研究の詳細な手順と方法1. GLUT1発現の評価研究チームは、遺伝子発現解析プラットフォームGEPIA（Gene Expression Profiling Interactive Analysis）を使用して、乳がん組織と正常乳房組織におけるGLUT1 mRNA発現レベルを比較しました。また、Cancer Cell Line Encyclopedia（CCLE）のデータを利用して、異なる乳がん細胞株間でのGLUT1発現分布を分析した結果、様々なサブタイプにおいて一貫して高発現していることが確認されました。
その後、47例の乳がん患者の生物組織サンプルを用いた免疫組織化学的分析で、乳がん組織におけるGLUT1の高発現レベルがさらに検証されました。この発現は分子サブタイプに関係なく一貫していることが確認されました。
2. WZB117-Cy7.5の合成および特性評価研究チームは、GLUT1の競争的阻害剤WZB117を近赤外の染料Cy7.5と化学的に結合させ、新規トレーサーWZB117-Cy7.5を合成しました。

- 装置および方法：本物質は高速液体クロマトグラフィー（HPLC）で精製され、質量分析を用いてその化学構造が確認されました。純度は98.68％に達しました。
- 光学特性：トレーサーは理想的な吸収スペクトル（600～800nm範囲内の吸収ピークとして773nm）を示し、深部組織の透過や低背景信号が可能です。
さらに、表面プラズモン共鳴（surface plasmon resonance, SPR）実験により、WZB117がGLUT1と結合する親和性が1.51e^-04であることが測定されました。
3. トレーサーの細胞内結合能力テスト細胞流式細胞計測（flow cytometry）と共焦点顕微鏡実験により、WZB117-Cy7.5がマウス乳腺がん細胞4T1およびヒト乳腺がん細胞ライン（例：MDA-MB-231）に特異的に結合する能力を検証しました。自由Cy7.5と比較して、WZB117-Cy7.5は乳がん細胞株でより強い蛍光信号を示し、この結合はWZB117で競争的に抑制可能であることが確認されました。この結果はトレーサーの標的特異性をさらに裏付けるものです。
4. 動物モデルでの体内および体外蛍光イメージングマウス4T1腫瘍モデルを使用し、WZB117-Cy7.5の体内分布およびイメージング性能を評価しました。注射後2時間で腫瘍蛍光信号が観察され、6時間後にピークに達しました。同時に、体外蛍光イメージングでは、WZB117-Cy7.5が主に腫瘍領域に集中し、肝臓や腎臓では相対的に低い信号が検出されることが確認されました。
主な研究結果1. 体外研究における診断性能研究チームは、乳がん手術により切除された60例の新鮮乳房組織サンプルを用いてWZB117-Cy7.5トレーサーを噴霧処理しました。

- データ分析：蛍光定量分析およびROC曲線（受容者動作特性曲線）を用い、トレーサーの診断性能を評価しました。結果、腫瘍領域の蛍光信号が対応する正常組織よりも強かったことが示され、乳がん診断のAUC（曲線下面積）が0.963であることが確認されました。

- サブタイプ分析：さらに異なる分子サブタイプ（例：HR+/HER2-、HER2+、トリプルネガティブ乳がん）におけるトレーサーの性能を分析した結果、WZB117-Cy7.5はすべてのサブタイプにおいて有効であることが示されました。
2. GLUT1および蛍光信号の検証免疫組織化学的分析では、高蛍光信号領域とGLUT1高発現領域の一致が観察され、このトレーサーの蛍光信号がGLUT1発現腫瘍細胞に由来するものであることが実証されました。
3. 生体安全性の評価動物実験では、マウスにWZB117-Cy7.5を静脈注射後、主要臓器（心臓、肝臓、脾臓、肺、腎臓、脳）において組織学的変化は観察されず、また肝腎機能指標（ALT、AST、BUN）に関連する顕著な変化も観測されませんでした。この結果から、トレーサーが良好な生体安全性を有することが示唆されました。
結論と研究の意義本研究は、新鮮乳がん手術標本を用いたGLUT1標的トレーサーの高い診断精度を体系的に検証した初めての成果です。WZB117-Cy7.5は、術中迅速蛍光イメージングの応用可能性を示し、乳房部分切除術における切縁評価や腫瘍除去に新たなアプローチを提供します。また、このトレーサーは、病理学者が組織サンプリングを行う際にも効果的に支援できる可能性があり、凍結切片分析によるサンプリング誤差を減少させる助けとなるでしょう。
研究のハイライト：

1. 汎用性の高い適用性：トレーサーは全ての乳がん分子サブタイプに対して高い感度を有し、汎用性があります。

2. 柔軟な時間枠：注射後2時間以内に検出可能で、短いイメージング時間枠を持ち、迅速な臨床応用に適しています。

3. 高い生体安全性：動物試験で良好な耐受性と安全性が確認され、臨床翻訳の土台を築いています。
今後の展望本研究では、さらに多くの臨床試験を計画し、BCSにおけるWZB117-Cy7.5の術中リアルタイム意思決定への実際の応用効果を検証し、また陽性切縁率や再手術率の低減における役割を探る予定です。さらに、人工知能技術を組み合わせることで、蛍光信号の検出精度や残存腫瘍組織の識別精度を一層向上させるための研究も、今後の焦点となるでしょう。