　北海道大学は2018年11月7日、光免疫療法の細胞傷害メカニズムを解明したと発表した。光免疫療法は新しい光化学反応を用いた細胞の殺傷方法で、近赤外光が狙った細胞上にある「デス・スイッチ」をONにして選択的に殺せることを証明した。同大学大学院薬学研究院教授の小川美香子氏らの研究グループが、米国立がん研究所、島津製作所、名古屋大学と共同で行った。

　光免疫療法では、IR700という水溶性のフタロシアニン誘導体を結合させた抗体（抗体-IR700結合体）を薬剤として用いる。抗体はがん細胞の表面に結合。抗体-IR700結合体を投与した後、近赤外光を照射するとがん細胞を殺せる。光免疫治療は、がん細胞以外に毒性を発揮しないため副作用が極めて小さいなど、従来の抗がん剤による治療や光治療と効果の出方が全く異なるため、その細胞傷害メカニズムの解明が注目されていた。

　同研究グループは、近赤外光照射時にIR700に起こる化学構造変化に着目。さまざまな環境下で、IR700と抗体-IR700結合体に近赤外光を照射した後の化学構造を、有機化学合成、質量分析装置・NMR（核磁気共鳴装置）など、各種分析手法を用いて解析した。その結果、光化学反応によってIR700の水溶性軸配位子が外れて化学構造が変化し、脂溶性の構造へと大きく物性が変わることを見出した。この光化学反応は、抗体に結合させた状態でも起こることが証明でき、光照射後には薬剤が凝集する様子が観察された。

　また、原子間力顕微鏡で、近赤外光照射後の抗体-IR700結合体の立体構造を観察し、光化学反応によって抗体が変形あるいは凝集する様子を画像化することにも成功し、光化学反応による抗体-IR700結合体の物性変化が証明された。さらに、マウスを用いた実験でも近赤外光による水溶性軸配位子の切断反応が確認され、生体内でも同じ光化学反応が起こることが確認できた。

　以上のことから、がん細胞膜上の抗原にIR700-抗体結合体が結合した状態でIR700の物性が変化し、膜抗原抗体複合体ごと変形や凝集体を生じることで、がん細胞膜が傷害されると考えられる。つまり、光化学反応によるIR700の化学構造変化とそれによる物性変化が、抗体の結合した細胞を殺す「デス・スイッチ」の正体であると分かった。近赤外光という生体に毒性を示さない光のリモコンでこのスイッチをONにできる。

　このように光免疫療法は、光によってがん細胞に結合した薬剤だけを毒に変えることができるもので、全く新しい光化学反応を用いたがん細胞の殺傷方法であることが解明できた。これは、光免疫療法の有効性を示す上で重要で、化学的観点からも生体内で化合物を活性化して選択的に狙った細胞を殺すことができる手法として有用性が高く、薬剤開発にさまざまな方向から利用される可能性も高い。今後、より効果的で副作用の少ないがん治療の開発が期待されるとしている。

光化学反応による薬剤の化学構造変化が、抗体の立体構造の変化を引き起こし、細胞膜に傷害を与える（クリックで拡大）出典：北海道大学

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