JP4942351B2 - 光線力学治療抗癌剤 - Google Patents

Description

本発明は、光線力学治療による抗癌剤等の医療用、あるいは光・電子材料等として有用な、新しい発光性カーボンナノホーン構成体と、これを有効成分とする光線力学抗癌剤に関するものである。

近年、癌細胞や腫瘍組織を消滅させるための処分として、光照射により溶存酸素を一重項に励起して反応させる光線力学治療(Photo-Dissociation Therapy)と、この光線力学治療のための手段として、照射された光を吸収して発光し、溶存酸素を一重項酸素に励起することのできるＺｎ（亜鉛）フタロシアニンが注目されている（たとえば非特許文献１および２参照）。

しかしながら、このＺｎフタロシアニンをはじめとするフタロシアニン類は水に溶けないため、これをリポソーム内に入れたり、化学修飾を行って水溶化することが試みられている。

だが、このような試みがなされていても、癌細胞あるいは腫瘍組織に特異的に作用させるという標的作用を持たせることは難しく、生体内全体への分散によって正常な細胞や組織をも破壊してしまうという問題点が解消されていない。
Brazilian Journal of Medical and Biological Research 2004, 37, 273-284 Cancer Research 2001, 61, 7495-7500

本発明は、以上のとおりの背景から、従来の問題点を解消し、生体内での拡散を抑え、標的作用を持たせることができ、親水性を高めることもできる、光線力学治療用の抗癌剤として有用な、さらには光、電子機能材としての技術展開も可能とされる、新しい光技術手段を提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するものとして、以下のことを特徴としている。

＜１＞開孔カーボンナノホーンにＺｎフタロシアニンが内包されている発光性カーボンナノホーン構成体を有効成分として含有する光線力学治療抗癌剤。
＜２＞カーボンナノホーンの集合体において、開孔、未開孔、もしくは開孔と未開孔のカーボンナノホーンの間隙にＺｎフタロシアニンが付着されている発光性カーボンナノホーン構成体を有効成分として含有する光線力学治療抗癌剤。
＜３＞Ｚｎフタロシアニンが生体透過性の波長６００〜８５０ｎｍの光を吸収する前記の光線力学治療抗癌剤。
＜４＞Ｚｎフタロシアニンが生体内溶存酸素を励起して一重項酸素を発生可能な波長６５０〜８００ｎｍの光を発光する前記の光線力学治療抗癌剤。
＜５＞開孔カーボンナノホーンの開孔縁部の官能基もしくは開孔または未開孔カーボンナノホーンの外壁部に親水性分子を結合もしくは吸着させて、癌細胞あるいは腫瘍組織以外の細胞や組織では捕捉されないようにしている前記の光線力学治療抗癌剤。
＜６＞開孔カーボンナノホーンの開孔縁部の官能基もしくは開孔または未開孔カーボンナノホーンの外壁部に、癌細胞あるいは腫瘍組織に特異的に捕捉される分子を結合もしくは吸着させている前記の光線力学治療抗癌剤。
＜７＞結合もしくは吸着させている分子が、たんぱく質、ポリペプチド、ＤＮＡ、リン脂質、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、多糖類および界面活性剤のうちの少なくとも１種である前記の光線力学治療抗癌剤。
＜８＞ＢＳＡ(Bovine Serum Albumine) が結合もしくは吸着されている前記の光線力学治療抗癌剤。

上記のとおりの本発明によれば、従来の問題点を解消し、生体内での拡散を抑え、標的作用を持たせることができ、親水性を高めることもできる、光線力学治療用の抗癌剤として有用な、さらには光、電子機能材としての技術展開も可能とされる、ナノカーボン物質を利用した新しい光技術手段が提供される。

本発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。

本発明における「カーボンナノホーン」については、通常は、個々のホーン形状体が集合してホーン形状の閉鎖点部が外方に向いた「ダリア状」等の形態や複数個のホーン形状体が数個以上集合した形態を構成したものとして考慮される。

すなわち以後の説明においては複数形態を示す「ＮＨｓ」と略記載されるものとして定義される。そしてこれらのＮＨｓは、その側部や頂部に開孔を有していてもよい。この開孔は、ＮＨｓを構成するホーン形状体の１個以上の各々に形成されたものであることを意味している。

本発明においては、発明者が開発した方法をはじめとして各種の方法により製造されたカーボンナノホーン（ＮＨｓ）が使用対象とされてよい。そして、開口部の形成についても、酸素を作用させる発明者らの開発した方法等が適宜に採用される。

本発明においては、このような公知もしくは各種の方法により製造されたカーボンナノホーン（ＮＨｓ）であって、しかも開口部を有し、あるいは有していないもの、さらには許容される範囲での官能基を結合しているものであってよい。

本発明の発光性カーボンナノホーン構成体は、以上のようなカーボンナノホーンについて、
＜Ａ＞集合体を形成しているカーボンナノホーンの開孔カーボンナノホーン形状部の少なくとも一つに発光物質が内包されている、または、
＜Ｂ＞カーボンナノホーンの上記集合体において、開孔、未開孔、もしくは開孔と未開孔のカーボンナノホーン形状部の相互の間隙の少なくとも一部に発光物質が付着されている
ことを特徴としている。

この場合の発光物質は、たとえば、Ｚｎフタロシアニン、ＡｌＣｌ：フタロシアニン、Ｇａフタロシアニン、Ｓｉフタロシアニン、Ｒｕフタロシアニンなどのフタロシアニン類、あるいはポリフィリン類、クロリン(Chlorin)類など各種のものであってよい。これらは、外部からの照射光を吸収して発光するものであってよいし、あるいは照射光の吸収以外の、たとえば熱的刺激によって、あるいは圧力や化学反応によって発光するものであってもよい。

なかでも、本発明においては、光線力学療法による抗癌作用を有する発光物質が好適に考慮されることになる。

たとえば、本発明の発光性カーボンナノホーン構成体においては、上記＜Ａ＞＜Ｂ＞のいずれの場合であっても、以下のものが好適に考慮される。

１）光吸収にともなって発光する発光物質が内包もしくは付着されている発光性カーボンナノホーン構成体。

２）生体透過性の波長６００〜８５０ｎｍの光を吸収する発光性カーボンナノホーン構成体。

３）生体内溶存酸素を励起して一重項酸素を発生可能な波長６５０〜８００ｎｍの光を発光する発光性カーボンナノホーン構成体。

４）発光物質はＺｎフタロシアニン等のフタロシアニン類のうちのいずれかである発光性カーボンナノホーン構成体。

そして、さらには、本発明においては、開孔カーボンナノホーンの開孔縁部の官能基もしくは開孔または未開孔カーボンナノホーンの外壁部に親水性分子を結合もしくは吸着させて、癌細胞あるいは腫瘍組織以外の細胞や組織では捕捉されないようにしている発光性カーボンナノホーン構成体と、開孔カーボンナノホーンの開孔縁部の官能基もしくは開孔または未開孔カーボンナノホーンの外壁部に、癌細胞あるいは腫瘍組織に特異的に捕捉される分子を結合もしくは吸着させている発光性カーボンナノホーン構成体が提供され、以上において結合もしくは吸着させている分子が、たんぱく質、ポリペプチド、ＤＮＡ、リン脂質、ＰＥＧ等のポリアルキレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、多糖類および界面活性剤のうちの少なくとも１種である発光性カーボンナノホーン構成体が提供される。

結合もしくは吸着されるこれら分子は、カーボンナノホーンに発光物質が内包もしくは付着された後に結合もしくは吸着させてもよいし、あるいは、発光物質の内包もしくは付着に先行してあらかじめカーボンナノホーンに結合もしくは吸着させてもよい。

本発明の発光性カーボンナノホーン構成体を製造、調製するための手段としては、発光物質の溶液あるいは分散液を開孔、あるいは未開孔、もしくはその両者のカーボンナノホーン形状部を有するカーボンナノホーン混合し、液媒体を蒸発等により除去することによって可能とされる。あるいはまた、発光物質の気相蒸着による手段も考慮される。

さらに上記の親水性向上等のための分子結合あるいは吸着も同様に液相処理によって簡便に実現されることになる。

発光物質の内包もしくは付着の量や、上記分子の結合もしくは吸着の割合は、本発明の構成体の用途、使用態様に応じて適宜に定めることができる。

そして、本発明においては、以上の構成体において、発光物質がＺｎフタロシアニンである光線力学治療抗癌剤が提供される。これによれば、フタロシアニンをナノホーン内に内包もしくはナノホーンの外壁に付着させることで、体内導入後にフタロシニアンが拡散しない。そして、ナノホーン外壁に標的分子を作用させることにより、フタロシニアン内包ナノホーンを患部にのみ選択的に供給できる。また、ナノホーン外壁またはナノホーン開口部のふちにある官能基に親水性の高い分子を付加することにより、患部以外での組織あるいは細胞に取り込まれることを防ぐことができる。

特に、光吸収波長が６００〜８５０ｎｍ、発光波長が約６５０−８００ｎｍの物質で分子量が小さくあるいは水に対する溶解性が低い分子の場合、ＮＨｏｘ内部に内包することで、その効果を癌細胞あるいは腫瘍組織の消滅に使用できる。これにより、多種類の物質ががん治療に使用できるようになる。

そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない。

室温ならびにＡｒ（７６０Ｔｏｒｒ）を気流下でグライファイトをＣＯ₂レーザーアブレーションすることによって、ＮＨｓを調製する(Chem. Phys. Lett., 1999, 309, 165に従う)。そしてＯ₂気流中、５７０−５８０℃条件で１０分間にわたりＮＨｓを処理することによって開孔を有するカーボンナノホーン（ＮＨｏｘ）を得る(Mol. Pharm. 2005, 2, 475に従う)。

一方、Ｚｎフタロシアニン（ＺｎＰｃ）をＤＭＳＯと混合し（濃度：：５ｍｇ／５０ｍｌ）、上澄みに得られる飽和溶液を分取した。次いで、上記のとおりの開孔処理したナノホーン（ＮＨｏｘ）とＺｎＰｃ−ＤＭＳＯ飽和溶液を混合する。２４時間放置後、ろ過し、ＤＭＳＯで洗浄する。ＤＭＳＯ蒸発させＺｎＰｃ＠ＮＨｏｘが得られる。得られたＺｎＰｃ＠ＮＨｏｘのＴＥＭ写真を図１に示した。ナノホーン内部にＺｎＰｃが内包されていることがわかる。

内包ＺｎＰｃ量は熱重量分析（ＴＧＡ）によりもとめた。図２（ａ）は、ＴＡＧにおける重量減少曲線と重量減少を微分して得た曲線を示している。この図２（ａ）に示したようにＺｎＰｃはＴＧＡ６００℃程度でＺｎＯに変化し、それより高温側での重量減少はない。残留ＺｎＯの量よりＺｎＰｃ量をみつもることができる。図２（ｂ）には、ＺｎＰｃ＠ＮＨｏｘのＴＧＡを示した。残留ＺｎＯの量より、ＺｎＰｃ＠ＮＨｏｘのＺｎＰｃ量は約４０％であることがわかる。図２（ｂ）の１００℃の重量減少は、ＤＭＳＯの蒸発に起因する。

図３（ａ）（ｂ）ではDimethylanthracene（ＤＭＡ）とＺｎＰｃ＠ＮＨｏｘのエタノール溶液の吸収スペクトルを示し、図３（ｃ）ではＤＭＳＯに分散させたＺｎＰｃ＠ＮＨｏｘの１０分間〜１３８時間の範囲での発光スペクトルを示している。図３（ｄ）では、ＤＭＡとＺｎＰｃ＠ＮＨｏｘをエタノール中で混合し６５０ｎｍの光を０〜１０分間照射した結果を示している。照射時間が長くなるに従い、ＤＭＡの光吸収が弱くなっている。これにより、６５０ｎｍの光照射によりＺｎＰｃから７３０ｎｍの波長の光が発光し、溶存酸素が一重項に励起し、一重項励起した酸素がＤＭＡと反応したことがわかる。このとき、ＺｎＰｃの変質がないこともわかる。図３の結果により、ＺｎＰｃ＠ＮＨｏｘが６５０ｎｍ光照射で波長７３０ｎｍの光を発光し、溶存酸素を一重項励起することがわかった。即ち、ＺｎＰｃ＠ＮＨｏｘが癌細胞または腫瘍組織にあれば、６５０ｎｍの光を体外から照射して７３０ｎｍの光を発光させ、溶存酸素を一重項励起させて、癌細胞及び腫瘍組織を破壊することが可能である。

ＺｎＰｃ＠Ｎｈｏｘが親水性をまし、かつ、癌組織で特異的とトラップされるように、ＢＳＡ(Bovine Serum Albumin)をＺｎＰｃ＠ＮｈｏｘのＮｈｏｘ外壁に物理吸着させた。吸着したことは、ＢＳＡの発光強度が弱くなったことによって確認した（図４）。この結果、水中でのＺｎＰｃ＠ＮＨｏｘの分散性が向上した。

ＺｎＰｃ＠ＮＨｏｘの親水性を増加させることを目的として、界面活性剤（Ｔｗｅｅｎ２０など）やポリエチレングリコールをＮＨｏｘ外壁に付着させた。この結果、水中での分散性が改善された。

ＺｎＰｃ＠ＮＨの透過電子顕微鏡写真であって、ナノホーン内部にＺｎＰｃのクラスターがはいっていることを示唆している。 ＴＧＡ測定結果であり、重量減少曲線と、重量減少曲線を微分して得た曲線を示し、（ａ）ＺｎＰｃのＴＧＡ結果、（ｂ）はＺｎＰｃ＠ＮＨｏｘのＴＧＡ結果を示している。 （ａ）Dimethylanthracene（ＤＭＡ）と（ｂ）ＺｎＰｃ＠ＮＨｏｘのエタノール溶液の吸収スペクトル、（ｃ）ＤＭＳＯに分散させたＺｎＰｃ＠ＮＨｏｘの発光スペクトル、（ｄ）ＤＭＡとＺｎＰｃ＠ＮＨｏｘをエタノール中で混合し６５０ｎｍの光を照射した結果を示したものであって、照射時間が長くなるに従い、ＤＭＡの光吸収が弱くなっており、これにより、６５０ｎｍの光照射によりＺｎＰｃから７３０ｎｍの波長の光が発光し、溶存酸素が一重項に励起し、一重項励起した酸素がＤＭＡの構造を損傷させたことがわかる。 ＺｎＰｃ＠ＮｈｏｘとＢＳＡ(Bovine Serum Albumin)を水と混合した場合の発光を示したものであって、ＢＳＡの発光強度は、ＢＳＡの添加量とともに増加するが、その増加量は、ＺｎＰｃ＠ＮＨｏｘが無いほうが大きく、これにより、ＢＳＡはＺｎＰｃ＠ＮｈｏｘのＮｈｏｘ外壁に物理吸着されたことがわかる。

Claims (8)

1. 開孔カーボンナノホーンにＺｎフタロシアニンが内包されている発光性カーボンナノホーン構成体を有効成分として含有することを特徴とする光線力学治療抗癌剤。
2. カーボンナノホーンの集合体において、開孔、未開孔、もしくは開孔と未開孔のカーボンナノホーンの間隙にＺｎフタロシアニンが付着されている発光性カーボンナノホーン構成体を有効成分として含有することを特徴とする光線力学治療抗癌剤。
3. Ｚｎフタロシアニンが生体透過性の波長６００〜８５０ｎｍの光を吸収することを特徴とする請求項１または２の光線力学治療抗癌剤。
4. Ｚｎフタロシアニンが生体内溶存酸素を励起して一重項酸素を発生可能な波長６５０〜８００ｎｍの光を発光することを特徴とする請求項１から３のいずれかの光線力学治療抗癌剤。
5. 開孔カーボンナノホーンの開孔縁部の官能基もしくは開孔または未開孔カーボンナノホーンの外壁部に親水性分子を結合もしくは吸着させて、癌細胞あるいは腫瘍組織以外の細胞や組織では捕捉されないようにしていることを特徴とする請求項１から４のいずれかの光線力学治療抗癌剤。
6. 開孔カーボンナノホーンの開孔縁部の官能基もしくは開孔または未開孔カーボンナノホーンの外壁部に、癌細胞あるいは腫瘍組織に特異的に捕捉される分子を結合もしくは吸着させていることを特徴とする請求項１から５のいずれかの光線力学治療抗癌剤。
7. 結合もしくは吸着させている分子が、たんぱく質、ポリペプチド、ＤＮＡ、リン脂質、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、多糖類および界面活性剤のうちの少なくとも１種であることを特徴とする請求項５または６の光線力学治療抗癌剤。
8. ＢＳＡ(Bovine Serum Albumine) が結合もしくは吸着されていることを特徴とする請求項５または６の光線力学治療抗癌剤。