株式会社 同仁化学研究所 池上 天
生体内に存在する数々の分子の機能を明らかにすることを目的として、生きた状態で分子の動きを画像化する分子イメージングの有用性が増している。イメージングの手法には、解析する目的に応じて、細胞を対象とした基礎的研究分野から人体を対象とした臨床診断の分野まで幅広く適用されている。例えば、X線を利用したレントゲン撮影、コンピューター断層撮影（CT: Computed Tomography）をはじめ、ポジトロン放出断層撮影法(PET: Positron Emission Tomography)や磁気共鳴画像(MRI: Magnetic Resonance Imaging)は、臨床画像診断法として既に実用化され、PETは悪性腫瘍（がん）検診を目的として急速に普及している。このように、イメージングは生きた状態のままで生体中の目的分子の動きを可視化し観察できるため、生命現象の解析をはじめ、様々な疾患診断法の開発や創薬分野への利用が期待される。
近年、分子イメージング分野において小動物を対象としたin vivo光イメージングの話題を目にする機会が増えている。光イメージング装置は、大規模な設備を必要とせず、また装置の小型化も比較的容易なために急速に開発が進められ、現在、in vivoイメージングに必要とされる生体試料への低侵襲性と高い空間分解能を満たす小動物用のイメージング装置が各メーカーから販売され始めている。これらの装置は、主に薬剤開発段階での利用に注目が向けられている。
一般的に、in vivo光イメージングには近赤外領域の光が必要とされている。生体組織中には、水やヘモグロビンなどの赤外および可視領域に比較的大きな吸収を持つ物質が存在するため、これらの領域の光を利用した光イメージングは、光透過率が低下する ため観察に必要な空間分解能を欠いてしまう。しかしながら、650 nmから900 nm付近では、水およびヘモグロビンの吸収が部分的に低いため、この近赤外領域の光は生体組織の透過性に優れ、in vivo光イメージングに適するとされる1)（Fig.1）。
これまでに生体内での光透過能を有する近赤外蛍光色素の開発がなされているが、in vitro測定の系で利用される可視領域の蛍光色素に比べると、その報告例は少ない。しかしながら、前述した光イメージング装置の進歩に伴って、近赤外蛍光プローブの需要は増加すると同時に多様化すると予測される。ここでは、最近の報告の中から、種々の機能を有する近赤外蛍光色素について紹介する。
Z.Zhangらは、蛍光眼底造影剤として汎用されているindocyanine green（以下、ICG）を改良して、pHインジケーターの機能を有するH-ICGを合成した2)（Fig.2A）。H-ICGは、ICGの窒素原子に結合する2つのアームのうち1つを除いた構造をとることで、窒素原子へのプロトン化を可能とし、そのpKaは、7.23である。5×10-7mol/lのH-ICGリン酸緩衝溶液を用いた場合、pHの変化（4〜10）に応じて蛍光強度も変化することが確認され、H-ICGが近赤外蛍光色素のpHインジケーターとして、生理的条件下で利用できる可能性が見出された。同時に、Zhangらは、生体分子へのpHインジケーターの標識を目的として、Cypate誘導体の合成も試みている。
次に、G.Patonayらは、ヘプタメチンシアニン色素の二量体を合成し、色素間の凝集とそれに伴う蛍光強度変化を利用したHuman Serum Albumin (以下、HSA)の定量を行った3)（Fig.2B）。HSA非存在下、スペーサーを介した2つのシアニン色素は、分子 内での分子間相互作用による凝集効果のために、その蛍光強度は低く保たれている。一方、1×10-5 mol/l色素溶液にHSAを添加した場合、HSAと色素の相互作用が色素同士の結合を解くことで、色素の蛍光強度（λem = 800 nm）はHSA濃度に依存して増大し、HSA濃度が 1×10-4 mol/lとなった時点で飽和した。この条件における色素とHSAとの結合定数Kaは、3×105l/ molであった。
現在、in vivo光イメージングは、先に述べた小動物用の光イメージングの他、内視鏡検査の分野において実用化に向けた研究が進められている4)。さらに、これらの研究活動を通して、試薬、装置および解析手法など様々な角度から、光透過性に関する課題や、プローブからの蛍光（発光）が生体組織により散乱され空間分解能が低下するといった課題の改善も期待される。
また、CT、MRIおよびPETなどの画像診断法には、試薬や装置、解像度の面において、各々、得意、不得意とする部分を有している。そのため、今日では、PET/CTなど異なる画像診断法を組み合わせた装置も開発されており、病態解析の精度向上のためにも、このような複合的な解析はよりいっそう進められるであろう。今後、分子イメージングの分野では、1つのプローブ中に各手法による解析が可能な機能を有するプローブの開発も期待されている。
参考文献
1) R. Weissleder, Nat. Biotechnol., 2001, 19, 316.
2) Z. Zhang and S. Achilefu, Chem. Commun., 2005, 5887.
3) G. Patonay, J. S. Kim, R. Kodagahally and L. Strekowski, Appl. Spectro., 2005, 59 (5), 682.
4) Y. Tadatsu, N. Muguruma, S. Ito, M. Tadatsu, Y. Kusaka, K. Okamoto, Y. Imoto, H. Taue, S. Sano and Y. Nagao, J. Med. Invest., 2006, 53, 52 .