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中性子捕捉療法のための新しいホウ素薬剤の開発
─血清アルブミンホウ素キャリア─

中村浩之

Nakamura Hiroyuki（東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科学研究所）

1 中性子捕捉療法とはの BSH を用いて世界で初めて脳腫瘍の BNCT に成「一億総活躍社会の実現」を掲げる我が国では，液中の水溶性物質は正常な脳組織には取り込まれに

低侵襲治療法の開発は，国民の社会あるいは日常生

くいが，脳腫瘍はこの血液脳関門が破断している。

活への速やかな復帰や，健康で充実した質の高い生

BSH は，それ自身はがん細胞に対する選択性は低活を送るためだけでなく，また医療費の抑制のためいが，この破断した血液脳関門から脳組織内に取りに大きな貢献をもたらすと期待される。中性子捕捉込まれると考えられている。畠中らの成功以来，日功した 1）。健全な脳には血液脳関門現象があり，血療法（Boron Neutron Capture Therapy:BNCT）は，患本はこの分野をリードしてきており，現在まで脳腫者にホウ素薬剤を投与し，患部を中性子ビーム孔に瘍の治療実績は 250 症例を超えている。悪性度の高数十分間かざすだけで治療が終わることから，患者い膠芽細胞腫（glioblastoma）では 2 年生存率がおへの負担が非常に少ないがんの低侵襲治療法の 1 つ

よそ 40％，5 年生存率ではおよそ 20％であるが，として注目されている。BNCT で用いる熱・熱外中比較的悪性度の低い星状細胞腫（astrocytoma）では，性子は 0.025 eV と非常に低エネルギーであるが，5 年生存率はおよそ 60％と，標準的な治療の〜15％がん細胞内に取り込まれたホウ素 10（ B）と核反に比べ BNCT 治療効果は優れているといえる。

10応を起こすことにより Li 核や He 核（α粒子）なBPA（p-boronophenylalanine）と呼ばれるホウ素薬

どの粒子線を生じる。これらの粒子線のエネルギーはおよそ 2.4 MeV と非常に高いだけでなく，飛程が 5–9 µm とおよそ 1 つの細胞内に収まることから，

10B + 1n → (11B)* → 4He (α) + 7Li + 2.4 MeV

BNCT はがん細胞選択的な放射線治療が可能であ

1

り，通常の放射線療法に比べ，正常組織へのダメー

10n(11B)*

B

ジが極めて低い治療法と期待されている（図 1）。
BNCT では，これまで 2 つの薬剤が臨床研究に用いられてきた（図 2（A））。BSH（mercaptoundecahydrododecaborate）と呼ばれるホウ素薬剤は，分子内10Bに 12 個のホウ素原子を含む 20 面体の特異な化学構造を持つ，非常に低毒性であるホウ素イオンクラスターである。1968 年に帝京大学の畠中亘らは，こ2Isotope News2017 年 10 月号

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10B

10B

10B

正常細胞

図110B

5-9 μmα線 (4He)

がん細胞

中性子捕捉療法（BNCT）の概略

7Li

剤は，1958 年に Snyder らによってチロシンの類縁らかじめ BPA に感受性の高い患者を選択し治療計画体として合成された化合物であるが，1987 年，神戸を立てることができるようになっただけでなく，大学の三島豊らはこのラセミ体の BPA を用いて悪性LAT-1 が活性化されている脳腫瘍や頭頸部癌など他黒色腫（melanoma）の BNCT に成功した 。その後，のがんへの適応拡大が検討されるようになった。そL 体の方が melanoma 細胞によく集積することが明の結果，2001 年には大阪大学の加藤逸郎並びに京都らかとなり，現在では L-BPA が臨床に用いられてい大学の小野公二らのグループは，BSH と BPA の両る。現在まで悪性黒色腫の治療実績はおよそ 30 症剤 を 併 用 す る こ と で， 世 界 で 初 め て 頭 頸 部 癌 の例で 5 年生存率は 60％を超えており，非常に治療効

BNCT に成功し 3），これを機に肝臓癌や中皮腫など果が高い。melanoma 細胞はメラニン色素の生合成が適応疾患拡大へと臨床研究が展開している 4−6）。

2）活性化されていることから，その原料であるチロシンの類縁体である BPA も取り込むであろうと考えられたわけだが，BPA はこの取り込み機構以外にもア2 小型加速器中性子源による治験の開始

ミノ酸トランスポーター（LAT-1）を介して取り込

BNCT における大きなパラダイムシフトは，2010まれることが分かってきた。実際に，石渡らによっ年に住友重機械工業（株）と京都大学によって世界でて開発された F-BPA を用いた PET 診断により，あ初めて開発に成功した BNCT 用小型加速器中性子18源である（図 3）。BNCT は，これまで必要とする熱中性子を原子炉から得ていたことから，燃料や設(A)臨床に用いられてきたホウ素薬剤
2 Na+2-SH

置の制限が問題点であったが，開発された BNCTOH= BH=B

B

18F

OH

OH

用小型加速器中性子源は病院内に設置できるため，B都市部でも治療を受けられる可能性が出てきた。京OH

都大学原子炉実験所に設置された BNCT 用小型加
H 2N

COOH

H 2N

18F-BPA

L-BPA

BSH

COOH

OO

HNO

NO

2 NaMIDO

図 2 BNCT に用いられてきたホウ素薬剤と筆者らが開発した MID の化学構造式(A)

図3

並びに頭頸部癌を対象とした加速器 BNCT の第 1相臨床試験が開始され，更に総合南東北病院に設置された国産第 2 機となる BNCT 用小型加速器中性(B) 本研究で開発したホウ素薬剤：MID2-速器中性子源を用いて，2012 年から BPA の脳腫瘍子源を用いて，2016 年 2 月から第 2 相臨床試験が進められている。2017 年 2 月には厚生労働省の先駆けパッケージ戦略の 1 つに指定され，世界に先駆けて一般的放射線治療法の 1 つとして医療認可を目指している。

(B)

世界初の病院併設型 BNCT 治療施設。（A）中性子源概略図と（B）実際の照射治療室（一般財団法人脳神経疾患研究所

附属 南東北 BNCT 研究センターホームページより転載許諾済）

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3 新しいホウ素薬剤─アルブミンホウ素キャリアの分子設計

functionalized closo-dodecaborate（MID）： 図 2（B））

先にも述べたように BPA は，アミノ酸トランスに合成に成功した MID と血清アルブミンの複合体ポーターである LAT-1 を介して取り込まれることによるホウ素デリバリーシステムに関して紹介すか ら，LAT-1 ネ ガ テ ィ ブ な が ん に は BPA に よ るる 10）。

を分子設計した。本稿では，筆者らが分子設計並びBNCT の適応が困難である。実際に，BNCT 対象患者の中で，BPA が適応できる患者は 60％程度といわれている。そこで，BPA 非感受性がん患者に対する BNCT 適応疾患拡大のためにも，新しいホウ素薬剤の開発が急務である。

4 MID の予想外な反応性の発見
入手容易な 20 面体の 2 価ホウ素陰イオンクラス
ターcloso-dodecaborate のテトラブチルアンモニウム

さて，血清アルブミンは，健常人の血液中には（TBA）塩から 5 段階で有機合成した MID のナトリ

40-50 g/L 含まれており，血中の脂質や薬剤を運ぶウム塩を中性条件下（PBS buffer; pH 7.4），牛血清タンパク質であることから，これまでドラッグデリアルブミン（bovine serum albumin; BSA）に対し反バリーシステムのキャリアとして注目され研究され応さ，BSA-MID 複合体の生成を，抗 BSH 抗体を用てきた。1986 年，松村保広・前田浩によって染色いたウェスタンブロット法にて解析した結果，濃度した血清アルブミンが腫瘍組織に集積する現象が報依存的に MID が BSA に結合していることが分かっ告され ，腫瘍血管の不完全な構造による漏出と腫た。更に興味深いことにシステインの SH 基ブロッ瘍組織におけるリンパ管回収系の未発達によりナノキング剤で処理した BSA に対して MID は結合する粒子が腫瘍組織に集積すること（EPR 効果）が明のに対し，リジンの NH2 基のブロッキング剤で処らかとなった。以来，血清アルブミンに抗がん剤を理した BSA では，MID の結合が抑制された。この結合させた薬剤開発が精力的に行われ，我が国ではことから，MID はリジン残基にも結合しているこ

血清ア ル ブミン に パ クリ タ キ セルを 結 合 さ せたとが示唆された。通常，リジンのアミノ基は生理的「Abraxane」が，転移性乳癌（2010 年），難治性が条件下では，プロトン化されており，マレイミドにんである再発胃癌や進行性非小細胞肺癌（2013 年）

対して求核性を持たないが，MID は分子内に二価の治療薬として認可されている。また，血清アルブの陰イオンを持つため，リジンのプロトン化されたミンは脳腫瘍にも取り込まれることから，脳腫瘍のアミノ基からプロトンを奪うことによって求核性が外科手術ナビゲーション治療用に，蛍光ラベル化ア現れ，MID のマレイミド基と反応したと考えていルブミン薬剤が臨床試験中である。

る。

7）

筆者らは，以前ホウ素脂質の開発に成功し，この脂質を用いたホウ素リポソームの開発に成功してきた 8）。リポソームを用いたホウ素デリバリーシステ

5 がん移植マウスにおける MID-BSA の体内分布

ムは，先にも述べた EPR 効果を利用するものであ

マウス大腸癌細胞（colon26）を移植したマウス

り，実際に大腸癌（Colon26）細胞皮下移植マウスを用いて，MID-BSA の時間依存的な体内分布を調に対して，高い BNCT 治療効果を見出している 。

べ た。MID-BSA の 投 与 量 が 3−30 mg［B］/kg と な

本研究では，血清アルブミンの腫瘍組織集積性に着るように，生理食塩水に溶解し尾静脈より注射した。

目し，血清アルブミンホウ素キャリアの開発に着手

投与後，1−48 時間において，血液，腫瘍，肝臓，した。血清アルブミンは，分子内に 35 個のシステ腎臓，脾臓をそれぞれ摘出し，硝酸中で灰化させ，イン（Cys）を持つが，そのうち 34 個のシステイそれぞれの組織に集積したホウ素濃度を ICP-OES

ンはジスルフィド結合を形成しており，Cys34 残基（ I n d u c t ive l y c o u p l e d p l a s m a - o p t i c a l e m i s s i o n

のみフリーの SH 基を有する。マレイミドは生理条spectrometry）を用いて測定した。比較対象として，

件下でシステインの SH 基に選択的に結合すること

MID 並びに BSH をそれぞれ 30 mg［B］/kg 投与した。

が知られている。そこで，筆者らはマレイミドを分その結果を図 4 に示す。MID-BSA の各臓器の集積

子 内 に 持 つ ク ロ ソ ド デ カ ボ レ ー ト（maleimide-

濃度は，投与量に高く依存した。30 mg［B］/kg 投与9）4Isotope News2017 年 10 月号

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量で比較した場合，BSH は血液濃度が速やかに低ウ素濃度が最大となった。このことは，尾静脈より下するのに対し，MID は MID-BSA と同程度の時間注射された MID が血中を滞留する間に血中のアル依存的な血中濃度を示した。また，興味深いことに，ブミンと反応し，その結果血中で MID-SA 複合体

MID-BSA を 30 mg［B］/kg 投与量で投与した場合，が形成され，この MID-SA が EPR 効果により腫瘍腫瘍内ホウ素濃度が 12 時間後には 62 ppm と非常に内に集積したと考えられる。実際に，MID をマウ高い濃度で集積する一方で，肝臓，腎臓，脾臓へのス血液に 1 時間暴露した後，その血液を，抗 BSH集積は腫瘍よりも低く抑えられた。以前，筆者らが抗体を用いてウェスタンブロットにより解析したと開発した BSH 内封リポソーム薬剤では，腎臓や脾ころ，およそ血清アルブミンの分子量（60 kDa）付臓への集積が腫瘍よりも数倍高い値が得られていた近にバンドが見られたことからも，MID が血液中ことから ，MID-BSA が高い EPR 効果を持つだけでで血清アルブミンと結合することが分かった。このなく，リポソーム製剤よりも生体適合性が高く細網結果は，治療前にあらかじめ患者から採取した血液内皮系から回避されることで，腫瘍選択性が向上しに，MID を作用させることで患者自身の血清アルていることが示唆された。結果として，MID-BSA のブミンと複合体を形成させ，再び同患者に投与する投与量を抑えることへと繋がり，15 mg［B］/kg で投ことが可能となることから，血液製剤における安全与した場合でも，腫瘍内ホウ素濃度が 38 ppm と性の問題に関しても，回避することができると考え

BNCT 高腫瘍効果が得られるのに十分なホウ素濃度られる。

3）30 ppm 以上の値を得ることができた。更に，興味深いことに，BSH は時間依存的に腫瘍内から排泄されるのに対し，MID 単体を投与した場合においても，投与 12 時間後に MID-SA と同様に腫瘍内ホ

図46 In vivo 抗腫瘍効果
がん移植マウスにおける体内分布測定実験においがん移植マウス内の各臓器におけるホウ素濃度分布

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て，MID-BSA が腫瘍内に必要とされるホウ素集積量では，血管損傷等の点から腫瘍 / 血液のホウ素濃度が十分に得られたことから，次に中性子照射による比 3 以上とされているが，おそらく，BSH 内封リポ

BNCT 抗腫瘍効果に関して調べた。京都大学原子炉

ソームも MID-BSA も血中滞留中では，赤血球や白実験所において，PBS バッファーに溶解させた MID-

血球などの血液成分や血管壁にほとんど接触しておBSA を colon 26 を左太腿に移植した Balb/c マウスにらず，そのためこういった有害事象が最小限に止対して尾静脈より注射し，12 時間後熱中性子線を 50 分まったのではないかと推測している。また，肝臓や照射した（1.3-2.2 × 1012 neutrons/cm2）。照射後，4 週腎臓にも MID-BSA の集積が観察されたが，MID の間腫瘍の大きさを観察した。図 5 は腫瘍の経時的体毒性は非常に低いため（IC50 > 1 mM）熱中性子が照積変化を示しているが，熱中性子のみを照射した群射されない限り，細胞毒性は示さない。更に，各臓（●）では，マウスの腫瘍は日数と共に増大したのに器におけるホウ素濃度が時間と共に低下しており，対し，MID-BSA を投与し熱中性子を照射した群では，48 時間後にはいずれの臓器からも排泄されているこ

ホ ウ 素 投 与 量 が 15 mg［B］/kg（ ◯ ） 並 び にとから，MID-BSA は安全性の高いホウ素薬剤である

30 mg［B］/kg（□）いずれの場合も，照射後 1 週間と考えられる。

頃から腫瘍の増殖抑制が見られ，2 週間後には腫瘍の萎縮が見られた。更に興味深いことに，ホウ素投与量が 7.5 mg［B］/kg のマウス群（△）では，腫瘍内7 今後の展望

ホウ素濃度が 20 ppm であったにもかかわらず，非本稿で述べたホウ素クラスター結合マレイミド

常に高い BNCT 抗腫瘍効果が得られており，17 日後（MID）は，BSH と同様に水溶性が高く，また細胞に は 腫 瘍 の 消 失 が 観 察 さ れ た。 こ の こ と か ら，毒性が低い新しいホウ素薬剤である。MID はタン

MID-BSA は EPR 効果によって腫瘍血管から腫瘍組パク質のシステイン残基の SH 基だけでなく，リジ織に移行した後，腫瘍内に効率よく取り込まれていン残基にも結合することから，血清アルブミンなどることが示唆された。また，MID-BSA は血中ホウ素のタンパク質に対し，多くのホウ素クラスターを生濃度が比較的高いにもかかわらず，熱中性子照射周理条件下で導入することが可能である。MID を結辺部位において血管損傷等による有害事象は観察さ合させた血清アルブミンはリポソーム製剤とは異なれなかった。筆者らの BSH 内封リポソームによる照り，皮下腫瘍移植マウスにおいて腫瘍内に非常に高射実験においても，こういった有害事象は観察され濃度で集積する一方で，脾臓，肝臓，腎臓などの臓ていない。通常，臨床に用いられてきた BSH や BPA

器 へ の 集 積 は 非 常 に 低 く， 熱 中 性 子 照 射 に よ る
BNCT 抗腫瘍効果では，この MID−血清アルブミン複合体を 7.5 mg［B］/kg で投与した場合においても，高い BNCT 抗腫瘍効果が得られ，熱中性子照射後 2 週間において，腫瘍の消失が観察された。
MID は，血中の血清アルブミンとも速やかに反応して複合体を形成することから，患者の血液をあらかじめ採取し MID を結合させてから投与することができ，安全な血液製剤として用いることができる。
今後は，BPA に感受性の低いがん細胞に対して，MID−血清アルブミン複合体の有効性を検証していくことで，BNCT の適応疾患拡大へと繋げていきたいと考えている。
【謝辞】

図 5 MID-BSA を投与したがん移植マウスの BNCT 抗腫瘍効果

6Isotope News2017 年 10 月号

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本研究は，科学研究費（B）並びにテルモ財団の助成を受けて遂行したものである。本研究を進める

にあたり，日夜実験に励んでくれた加納大輔君，菊地俊介君，石井里武君，佐藤伸一助教に感謝する。
また，熱中性子照射実験に協力いただいた京都大学
原子炉実験所・鈴木実教授，櫻井良憲准教授，そして，抗 BSH 抗体を分与いただいた大阪府立大学・切畑光統教授に心より感謝する。
参 考 文 献2）Mishima, Y., et al., Lancet., 2, 388（1989）
3）Kato, I., et al., Appl. Radiat. Isot., 61, 1069（2004）
4）Aihara, T., et al., Head Neck., 28, 850（2006）5）Suzuki, M., et al., Radiother. Oncol., 88, 192（2008）
6）Zonta, A., et al., Appl. Radiat. Isot., 67, S67（2009）
7）Matsumura, Y., et al., Cancer Res., 46, 6387（1986）
8）Koganei, H., et al., Bioconjug. Chem., 24, 124（2013）9）Tachikawa, S., et al., Chem. Commun., 50, 12325（2014）10）Kikuchi, S., et al., J. Control. Release, 237, 160（2016）1）Hatanaka, H., J. Neurol., 209, 81（1975）

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