資料

ライフサイエンスのためのアイソトープ測定機器（第四シリーズ）
蠡．加速器質量分析（AMS）による
１４C 標識薬物のヒトでのマスバランス試験

野口英世

Reprinted fromRADIOISOTOPES, Vol. 5２, No.４April 2003

社団法人 日本アイソトープ協会

RADIOISOTOPES ，５２，１９５‐２０２（２００３）

資料

ライフサイエンスのためのアイソトープ測定機器（第四シリーズ）
蠡．加速器質量分析（AMS）による１４C 標識薬物のヒトでのマスバランス試験†
野口英世（株）加速器分析研究所
９６１‐
０８３５ 福島県白河市白坂字一里段６‐
２７０Key Words：accelerator mass spectrometry, mass balance study, pharmaceutical,
Phase I study, safety evaluation, carbon-14ル）も昔の年代を精度よく測定することが可能

１． は じ め にとなった。

Accelerator Mass Spectrometer 加速器質量

最近，欧米では AMS を用いた１４C の測定を in分析計（以下 AMS と略す）は１９７０年代に開発

vivo での医薬品のトレーサ試験に利用する試みされて核物理の研究に用いられてきたが，１９８７が始められているが，わが国では AMS が大型年にイタリアのトリノ大聖堂に安置されているの装置であるために大学や国立研究機関のみにキリストの聖骸布，１×７cm（１mg carbon 相設置され，医薬品開発における安全性評価研究当）を複数の施設で測定し，AD１２６０―１３９０年への応用には関心が示されなかった。１９９９年にのものであることを証明して有名になった。こ

民間の研究機関である（株）加速器分析研究所がの測定を液体シンチレーション（以下 LSC と設立されたのを機に，筆者は天然レベルの１４C略す）計数で行うと約１g 相当の炭素を必要と標識薬物をヒトに投与して生体異物である医薬し，測定による学術的意義が貴重な文化遺産の品の吸収，代謝，排泄などの物質収支を明らか破壊につながることになる。その後，わが国でにする Mass Balance 試験に利用することを思も AMS は遺蹟，遺物，文化財，地層，海水ない立ち，AMS による天然レベルの１４C トレー

どの年代測定に用いられるようになり，１４C のサ試験に関する検討を始めた。

１０倍半減期以上（５．
７万年以上前の天然炭素で，２． 放射線計測による Bioanalysis の役割の低下

現代炭素に含まれる１４C の１／１０２４以下のレベ†

Instruments for Radiation Measurement in LifeSciences盻. 蠡. Mass Balance Studies of １４C Labeled
Pharmaceuticals in Human with Accelerator MassSpectrometry.
Hideyo NOGUCHI : Institute of Accelerator Analysis
Ltd., 6-270 Shirasaka Aza-ichiridan, Shirakawa-shi,
Fukushima Pref. 961-0835, Japan.

放射性同位元素を用いたトレーサ試験では１４C や ３H などが繁用されるほか，蛋白製剤には１２５I 標識が用いられてきた。しかし，３H 標識は代謝や体内での交換反応によって標識が離脱することや，１２５I で標識した蛋白製剤は非標識の化合物とは化学的に異なるのみならず，１２５I（ ２５ ）

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RADIOISOTOPESのような巨大原子で標識された蛋白は作用部位

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率的な開発を迅速に進めるために役立つ。

がマスクされて薬理活性を失うこともあり，い３． 自然界の１４C レベル

ずれも in vivo でのトレーサとしての信頼性に

炭素には１０C，１１C，１２C，１３C，１４C，１５C などの問題があるので薬物動態試験には用いられなく同位元素があり，１４C は半減期５７３０年で徐々なってきた。
一方，電離性放射線は GM 計数管，シンチに β−崩壊するので，薬物のトレーサとして汎レーション計数管，蛍光板，写真フィルムなど用されてきた。１２C，１３C は安定同位元素であるで検出されるが，１４C が崩壊する際に放出されが，自然界の１３C は１２C の約１％も存在するのる β 線の最大エネルギーは０．
１５５MeV と弱く，で，生体異物を投与して Mass Balance 試験の飛程も短いので，試料を計数管の中に封入したような総量を測定するトレーサ核種としては適り，発光効率の高い蛍光剤を用いて高感度測定していない。また，１０C，１１C は半減期１９秒，２０を行ってきた。代表的な高感度測定法には比例３秒で β−崩分でそれぞれ β＋崩壊し，１５C は２．

計数法，LSC 法，ラジオルミノグラフ法など

壊する短寿命の核種であるので，時間単位の生があるが，１４C のような長半減期の核種は崩壊物学的半減期を有する医薬品の in vivo でのト確率が低いので放射線測定の感度には限界があレーサには利用できない。したがって，炭素のる。また，従来から汎用されてきた LSC 法は，同位体のなかで薬物のトレーサ試験に利用でき試料自身や測定容器に含まれる自然放射線や被るのは１４C のみである。

験試料に含まれる蛍光物質や燐光物質による発天然に存在する１４C の存在量は pMC（％モ

光などによるバックグラウンド，シンチレータダンカーボン）で表現し，１９５０年代の天然１４Cの発光効率や試料中に含まれる物質による化学存在量を基準に１００pMC＝１３．
５６dpm/g carbon

消光や色消光などの問題があり，生体試料中のと定義されている。１４C は宇宙線による１４N（n, p）濃度を測定する bioanalysis としては測定精度１４C 反応によって生成し，地球上では平衡関係や再現性が良いといえず，特に低濃度での測定が成立していたが，１９６０年代以降の核実験によ値の信頼性には問題を感じてきた。近年，医薬って北半球では自然 界 の１４C が１８０pMC ま で品開発は超微量で薬効を発現する，分子レベル上昇した。そこで，核爆発の影響が比較的少なでの生体反応機序にもとづく化合物の創製が指い と 思 わ れ た 南 半 球 の Australian

向されており，生体試料中の薬物濃度を測定す

University が作成した sucrose（ANU sucrose，る bioanalysis も LCMSMS の よ う な 選 択 性 の

１５０．
６１pMC）が天然の１４C 標準物質として用高い高感度分析が使われるようになり，標識薬いられるようになった。その後，１４C は空中で物を用いた薬物動態試験の役割は低下してきた。の拡散や海水中への吸収，植物への固定などにしかし，標識薬物を用いた試験では薬物およびよって，現在は１１３pMC 程度に低下している。

National

代謝物を区別せずに測定する総量分析ができる
４． 医薬品開発における Mass Balance 試験の意義と役割ので，投与した生体異物がどのような経路を経て完全に体外に排泄されるのかを容易に確認できる。また，未同定代謝物の存在を容易に発見

サリドマイドやクロロキンなどによる薬害事でき，投与した薬物に対する同定代謝物の補足

件への反省から昭和４２年にわが国の新薬承認審率を簡単に知ることができるなど，化合物毎に査基準が厳格化され，新薬の承認申請には投与測定する特異的分析にはない特長を有している。

した薬物が体内に吸収されて，全身に分布し，したがって，生体異物である医薬品の安全性を代謝されて化学構造が変化し，原薬または代謝考察するための有用な情報が得られるので，効物として体外に排泄される全過程を明らかにす（ ２６ ）

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による１４C 標識薬物のヒトでのマスバランス試験197ることが求められることになった。これらの試試験は新医薬品開発における安全性評価におい験では放射性同位元素で標識した薬物を動物にて重要な役割を果たすと考えられている。

投与して，吸収と排泄の物質収支を明らかにし，

５． Mass Balance 試験の実施を阻む状況

体内分布の経時的収支や投与量に対する同定代謝物の把捉率などを明らかにし，投与した薬物

欧米では健康人に標識薬物を投与して Massとその代謝物の体内残留や蓄積の有無などが解Balance 試験を行い，薬物の残留性や蓄積性や明されてきた。その後，薬物の分離分析法は飛代謝経路をヒトと動物で比較し，動物で行った

躍 的 な 進 歩 を 遂 げ て き た が，薬 物 の Mass

毒性試験から開発後半に実施する患者試験でのBalance を明らかにするためには，薬物を投与安全性を予測し，治験に参加する患者のリスクした後に生成する代謝物のすべてを単離同定し，を低減する努力がなされている。しかし，残念全代謝物標品を合成し，全代謝物の定量法を開ながらわが国ではヒトに標識薬物を投与して発し，全代謝物を定量して積算する必要がある

Mass Balance を明らかにする試験を行う基盤ため，標識薬物を用いたトレーサ試験の重要性が整備されないまま今日に至っており，このよは今日でも変わっていない。

うな試験は国内では実施されてこなかった。幸一方，動物で行った毒性試験からヒトでの安か不幸か，わが国で開発される多くの医薬品は全性を外挿するためには，動物とヒトでの代謝欧米先進国で評価された化合物を輸入することが量的にも質的にも同じであることが望まれるに依存してきたので，このような状況は大きなが，残念ながらヒトと動物の代謝が同じである問題と考えられなかった。そのため，わが国でことは少ないので，新薬の開発過程ではヒトで開発された新規化合物を国内で開発するためにの薬物動態試験を行ってヒトと動物を比較し，は，動物で行った毒性試験から予測されるヒト動物で行った毒性試験の結果からヒトでの安全での安全性評価のみではリスクを伴うと考え，性が評価できることを確認して，患者試験を進

安全な新薬開発を願う企業はグローバル開発のめて行く必要がある。その際，動物では検出さ名のもとに評価試験の実施地域を分散させ，ヒれなかった代謝物がヒトで発見されると，動物トに標識薬物を投与する試験は欧米に依存してで行った毒性試験ではヒト特有の代謝物によるきた。このような開発方法はヒトにおける薬物危険性が予測されていないことになり，この代動態に個人差や人種差が存在することが知られ謝物の毒性を別途評価する必要が生じる１）。まている今日，国産新薬の開発にとってきわめてた，ヒト特有の代謝物が存在すると動物試験で不利な状況となっており，ヒトでの被験薬の体開発した分析法がヒト特有の代謝物によって妨内残留や蓄積性やヒト特有の代謝物２）などの安害される可能性もあり，誤った体内濃度を測定

全性を評価しないまま新薬開発を進めることにして安全性評価を誤る可能性もある。このよう不安を感じている。

な危険を回避するためにはヒトに標識薬物を投わが国でも放射性医薬品は承認前の治験薬で与して代謝物プロフィルを調べ，生成する代謝もヒトに投与して評価されているが，これは薬物をヒトと動物とで比較する試験を実施する必事法に基づいて行われている。しかし，放射性要がある。

同位元素標識薬物を用いたトレーサ試験は放射したがって，放射性同位元素で標識した薬物線障害防止法に基づいて行われてきたために，をヒトに投与して体内での挙動を追跡し，投与放射性同位元素標識薬物はヒトに投与できない量に対する吸収率や排泄率，体内残留や蓄積なと考えられてきた。わが国と同様に ICRP の勧どを明らかにし，同定した代謝物の補足率を保告を受け入れている欧米諸国では１
９６０年代か証することを目的としたヒトでの Mass Balanceら開発中の医薬品についても合法的に Mass

（ ２７ ）

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Balance 試験が行われてきた現実と比べると，加速器分析研究所で は NEC 社 製 Pelletron

誠に奇妙なことであると言わざるを得ない。

９SDH-２型 Tandem Accelerator を用いているが，その装置の概略は図１に示したように，イ６． AMS による１４C の測定

オン源，加速器，炭素同位体の検出器から成り，AMS による１４C の測定ではイオン源としてグラファイトを用いるので，一定量の有機物にこれらの間に静電分析器や電磁石などが配置されている。

CuO（Ag）を 加 え て 真 空 中 で２時 間 加 熱（８５０イオン源は−７０kV の電位に設定され，カソ℃）して CO２に酸化する。反応終了後，室温にードにはさらに−５kV の電位を与える。Cs ボ

冷却して内圧を測定して内圧の変化から生成しトルから漂い出たセシウム原子がカソード前面た CO２量を測定し，被験試料中の炭素含量を算の加熱したイオナイザーによって正イオンとな出する。さらに，真空ライン中で温度差を利用る。Cs＋イオンはイオナイザーとカソードの間して CO２を精製したのち，その約１mg 炭素相の電位差によって５keV のエネルギーを得て当量に Fe を添加して２．
１倍当 量 の H２と と もプレスしたグラファイトに衝突する。衝突したに６時間加熱（６５０℃）還元してグラファイト

セシウムは炭素原子に運動エネルギーを与えるを調製する。調製したグラファイトは内径１とともに，カソードのグラファイト表面に膜をmm のアルミニウム製のカソードの穴に入れて作る。グラファイト中の炭素原子のうち，十分５０kgf でプレスしてイオン源に装着する。

なエネルギーを得た C−は Cs 膜を透過して表

図１AMS 装置の概略図（ ２８ ）

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による１４C 標識薬物のヒトでのマスバランス試験

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図２199

IAEA 標準物質の表示値と AMS による加速器分析研究所（IAA）での測定値の相関性面から飛び出し，イオナイザーの中心付近のビ同位体比を用いて pMC に換算した結果は図２ームパスを通過して加速される。これらの過程に示したように，原点を通る直線に回帰され，をセシウムスパッタという。

表示値と加速器分析研究所（IAA）での測定値

イオン源から放出されたイオンは−１価の電は よ い 相 関 を 示 し た。ま た，本 装 置 で ANU荷を持ち，７５keV のエネルギーを有するが，sucrose を繰り返し測定して日間変動と日内変

セシウムスパッタの初速度の差から種々のエネ動を求めた結果は表１に示したように，よい再ルギーを有している。これを静電ディフレクタ現性を示した。これらの検討から，AMS によでエネルギーを整え，入射電磁石で特定の質量る測定の信頼性は十分高いものであることを確数のイオンを加速器に導く。

認した。

加速器は中央部を高電位に設定し，ストリッ

７． AMS による１４C の Bioanalysis

パーキャナルに Ar ガスを流して加速粒子とAr を衝突させて電子を剥離して正イオンに変

１４C トレーサを AMS で測定する場合には３換する。正イオンは負に設定した加速器の出口つの問題がある。第１は測定する検体中に含まに向かってさらに加速される。このように荷電れる１４C を１―５dpm 以下に制限すること，第変換を経て２段階に加速することがタンデムの２は検体中の炭素量を１mg 前後に調製するこ

名称の由来である。と，第３は検体を試験環境の人工１４C および天加速器から放出された正イオンは，分析電磁然１４C で汚染しないことである。AMS 測定で石で１２C，１３C，１４C を分離し，１２C と１３C は Multi

は現代炭素の１４C 標準物質として ANU sucrose

Faraday Cup（MFC）で，１４C は Surface Barrierのほか，装置の校正や測定条件の補正に oxalic

Type Solid State Detector（SSD）で検出してacid（シュウ酸）を用いている。これらの実測

１４C/１２C 比または１３C/１２C 比を測定する。

値は表２に示したが，化学実験室で通常入手可この装置を用いて IAEA の標準物質の同位能な試薬である tartaric acid（酒石酸）や citric体存在比を測定し，測定値を ANU sucrose のacid（クエン酸）は天然の１４C 含量が若干低く，（ ２９ ）

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表３表１AMS 測定の日内，日間変動

表２

有機化合物が含有する１４C 濃度

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AMS による Bioanalysis における１４C のバックグラウンド

urea（尿素）や sodium benzoate（安息香酸ナ法の検出限界２００dpm/mL 以下 の 血 漿１０µ Lトリウム）は化石炭素で構成されていて１４C 含（１dpm 以下／mg 炭素）を被験試料とし，酸量は非常に低かった。したがって，手近で入手化反応に不足する炭素を ANU sugar（１５０．
６１可能な有機試薬は現代炭素由来か化石炭素由来

０２pMC）約１mg を 添 加 し て 補 い，０．
０１―０．

かによって１４C 含量が異なり，合成試薬は合成

dpm／検 体 を 検 出 限 界 に 設 定 し て１―２dpm/

原料によって現代炭素と化石炭素の混合比が異mL までの血漿中１４C 濃度を測定する方法を確なり，現代炭素由来の化合物でも過去５０年の立した。この方法で添加した炭素を化石炭素でどの時点で地理的にどの場所で得られた天然炭構成される sodium benzoate に変更すると表３素であるかによって１４C 含量が異なるものと思に示すように定量限界を天然１４C レベル以下にわれる。

下げることが可能となる。また，LSC 法で計これらの基礎検討を背景に，われわれは LSC測可能な高レベルの１４C は希釈して測定するが，（ ３０ ）

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による１４C 標識薬物のヒトでのマスバランス試験

図３201

AMS 測定と LSC 測定の相関性

希釈に生体成分などのマトリックスを用いるとする１４C の定常状態レベルの変動範囲の１４C を現代炭素による汚染が懸念されるので脱イオン一過性に摂取することは天然の変動範囲の行為水で希釈し，AMS 法と LSC 法の相関性を調べと考えられ，倫理的にも許されると思われる。

た。その結果は図３に示したように両者はよい

過去に経験した天然レベルの１４C の変動を８０相関を示し，AMS による１４C の bioanalysis がpMC とすると，この値は１０．
８４dpm/gC であLSC 法の代替法としても満足できるものであり，体重７０kg の ヒ ト が 体 重 の１８％３）の 炭 素ることが確認された。

を保有しているとすると１３６５８４dpm の１４C がAMS 法の検出限界を下げるためには生体成増加していたことになる。いま，生物学的半減分由来の現代炭素を脱イオン水で希釈し，不足期が０．
５日の薬物を１３６５８４dpm の投与量で体す る炭 素 を 化 石 炭 素 で 補 う こ と に よ っ て，重７０kg のヒトに投与すると，その内部被曝量０．
００１dpm の１４C を測定できるので，一般に入は約０．
５ µ Sv と推定される。疫学調査で求め手可能な比放射能３７０kBq/mg の標識化合 物られた一般人の年間被曝量は約１mSv とされを用いた試験でも pg レベルの１４C 薬物を測定ており，その２０％に相当する２００ µ Sv は食事できる。したがって，AMS による１４C の測 定由来とされているので，一日の食事による内部はヒトでの Mass Balance 試験以外に，作用部被曝量は約０．
５５ µ Sv と推定される。したがっ位や細胞レベルでの薬物濃度の測定にも適用でて，０．
５ µ Sv の投与量はわれわれが一日分の食きると考えられる。

事で天然から摂取する１４C に相当し，今日の自然な生活を乱すものではないことがわかる。こ８． お わ り にの投与量の５０％が一日の尿中に排泄されると，

８
人類は過去５０年間に天然１４C のレベルが１．

その１４C の平均濃度は約４５dpm/mL，糞中排倍に上昇する変動を経験し，われわれの体は環泄物を１０％ホモジェネートで測定すると約２５境中の１４C と平衡関係を成立させてきた。したdpm/mL 程 度 に な る の で，AMS に よ る

がって，この変動範囲を人工放射線の管理対象

bioanalysis の定量限界に比べて十分な放射能と同列に論じるのは非論理的と考える。すなわ

濃度が確保されている。最近，７３２６dpm の１４C

ち，われわれの身体を構成する現代炭素が含有標識薬物を０．
０６ µ Sv の内部被曝でヒトに投与（ ３１ ）

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RADIOISOTOPESして Mass Balance 試験を行った結果が報告さ

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している。

れており４），AMS による１４C の超高感度測定が本稿を作成するにあたり資料を提供していたヒトにおける天然レベルでの１４C トレーサを現だいた（株）加速器分析研究所の松井隆雄社長，実的なものとしたことが証明された。

小林紘一部長，磯野正明課長に深謝します。

われわれは十分な技術力を有しながら，放射能に対する偏狭な倫理観と研究資源の有効な配文分に恵まれなかったばかりに，日本人における医薬品の Mass Balance 試験が世界の最前線か

１）野口英世：毒性試験における薬物動態，薬物動態，7，376-381（1992）

ら遅れをとったことは誠に無念であるが，これもわが国の現実と諦めざるを得ない。しかし，

２）Noguchi, H., Tada, K. and Iwasaki, K. : Urinary
metabolite profile of tiaramide in man and some

今後は天然レベルの１４C 標識薬物を用いた日本人での Mass Balance 試験によって，新薬開発の初期にヒトでの吸収，代謝経路，排泄経路な献

animal species, Xenobiotica, 12, 211-220（1982）３）吉岡政一，長谷川栄一： 新栄養学 ，p. 79，
南江堂，東京（1987）

どを明らかにすることによって，安全で効率的

４）Young, G., Ellis, W., Ayrton, J., Hussey, E. andな新医薬品の開発に寄与していけるものと期待

Adamkiewicz, B. : Xenobiotica, 31, 619（2001）（ ３２ ）