ホタル生物発光を利用した長波長発光標識材料の創製と実用化

電気通信大学大学院 情報理工学研究科先進理工学専攻 牧 昌次郎

科学に学び技術を創る！！

生物機能のモデル化だから実現したい未来があります！

2. 先端医療技術を創るとは 1

医療分野における全人類的課題

1. 癌の克服2. 再生医療の実用化3. 感染症（新興，再興）の対策

鳥インフルエンザ 麻疹，結核等

可視化技術の高度化

簡単には臨床技術は作れそうもない

発がん機構の解明，転移機構の解明

実験動物レベルでの幹細胞から作った臓器の生着の可視化等

ワクチン，標的臓器等への投薬

まずはちゃんと観察することじゃ！

臨床技術ではありません．

3.先端医療技術を創るとは 2

・発がん機構の解明，転移機構の解明（癌分野）・実験動物レベルでの幹細胞から作った

臓器の生着の可視化等 （再生医療関連）・ワクチン，標的臓器等への投薬 （感染症対策）

本当の先端技術はヒトに対して行われない．まずは動物実験を重ねることから技術を作らねばならない．

生体内深部可視化ができないことが世界共通の課題じゃ！

何もかもはできない何を観察すればよいのか？

4. In vivoイメージングに必要な技術

1. 生体内透過性が高い高感度な可視化手法2. 標的臓器などを選択的に可視化できる手法3. 世界中の誰もが手にできる技術・手法（市販）

既に実用化されている昆虫ホタルの自発光機構を人工化することで可視領域を超える長波長材料を作れば良い

蛍光は非常に高感度で検出できるが，赤い蛍は見たことがない

5. この研究の要約F&Q

1. この研究を一言で説明してください

本研究は，ホタルの生物発光機構をモデルとして，発光基質という低分子有機化合物の類縁体を各種人工合成し，多彩な発光色を創り，そのうち650nmを超える長波長（675nm）の材料を市販した．さらに水溶性を向上した新規人工発光基質(675nm)も創製できた．

2. 何に使うのですか？

現在は，腫瘍学や再生医療，脳神経などの分野での利用が進められています．

3. 世界的な位置づけはどうなのですか？

現在，市販されている材料としては，世界最長波長で世界最先端かつNo1の技術です．

医療技術で２番を望む人はいないので，１番が必要です．

２番じゃいけないんですか？ ２番じゃ！

通常は560nmの黄色い光です

今年のトピックはこれ!

発光基質アナログと天然北米産ホタルの発光酵素でRGB（赤，黄緑，青）を世界で初めて実現しました

電気通信大学のオリジナル技術だぜ！

世界中でここでしか見られない写真じゃ！！

S

N

HO S

N COOH

lightlight

firefly luciferin

firefly

ATPO2

luciferase

Mg2+

7. Luciferin-Luciferase Reaction

click beetle rail road worm

DD

？ ？~580 ~700~100~30 ~30

S

N COOH

Me2N S

N COOH

Me2N

Me2N S

N COOH

8. 多色基質デザインと指標

Me2N S

N COOH

S

N

HO S

N COOH

560

675450~100 ~100 ？~100

S

N COOH

HO660

~100

~30

S

N COOH

HO

550~30

560

-NMe2-OH~30

~100

~30

HOS

N COOH

HO S

N COOH

HO S

N COOH

645430 520

~30 ~30~30

~100~100

特開2010‐215795

Me2NS

N COOH

9. アカルミネ

特許第5464311号（2014/1/31）

10. Effect of Emission Enhancing Technology (EET)

S

N

HO S

N COAMP

5~10 foldPPi

Totally ~150 fold

S

N

HO S

N COOH

20~30 foldAMP

S

N

HO S

N COOH

S

N

HO S

N COAMP

original activated特許第5194258号

乳がん細胞を使ったin vivoイメージング実験

Substrate: 1 mg/ml(6%DMSO/PBS)1mlinjection/mice

ルシフェリン アカルミネ

In vivo実験結果

データ提供:東京大学 医科学研究所後藤研究室日野原 邦彦 助教福田 裕章 先生

アカルミネ

脳腫瘍細胞を使ったin vivoイメージング実験

Substrate: 1.5 mg/ml(6%DMSO/PBS)100ul injection/mice

データ提供:慶應義塾大学 佐谷研究室大西 伸幸 助教

12. 新技術

生体機能を測定するためには，水溶性が重要！

490 mg/ml

アカルミネR○

0.2 mg/ml

水溶性アカルミネ（Tokeoni）

大幅な水溶性化を実現しました！！

もちろん波長は維持

特願2013-097755 特願2014-055457（原出願 特願2013-198998）

630nm2 mg/ml

波長は短いが，長波長化できれば，新機能材料です！

輝度はアカルミネと同等です！

400 450 500 550 600 650 700 750

生物発光による波長測定

o -N-アカルミネはアカルミネⓇよりも50 nm短波長化した。

Wave length [nm]

Normalize

d int.

基質Ppy LucpH8 KPBMg-ATP

最終濃度

20 μM2 μg/ml100 mM80 μM

uec675oPyruec675oPyr

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

400 450 500 550 600 650 700 750 800

Normalize

d Int.

Wave length [nm]

生物発光波長

5N‐Akalumine

W.T.

Akalumine

2N‐Akalumine

λ_max 677nm

14. 新技術

アカルミネと同等の発光波長と輝度で，水溶性が向上した，化学構造が異なる新規材料の創製を実現．

特願2014-055457（原出願 特願2013-198998）

uec675uec675

uec675oPyruec675oPyr

uec675mPyruec675mPyr

WTWTuec675oPyr

uec675mPyr

400 450 500 550 600 650 700 750 800Wave length [nm]

S

N

HO S

N CO2H

NN

S

NCOOH

N

S

N

COOHN

N

S

NCOOH

ApplicationNo. 2013-198998

化学発光 波長ApplicationNo. 2014-055457

15. 長波長発光材料創製の意義 1

輝度が高くても透過光は少なくなる 輝度は低くても透過光は大きい

天然の黄緑色 560nm 人工の近赤外 675nm

よくみえないな すごくみえるぞ！

これだけでは，時代は変わりません！！

16. 長波長発光材料創製の意義 2

人工の近赤外 675nm

ネズミが透過するのであれば，もっと大きな動物もモニタできる可能性があります．

動物に併せて，測定機器の改良も必要だ！

新事業創製の可能性があるイメージングも転換期じゃ！

モデル動物も欲しい！

生命科学で日本が世界を席巻するチャンスじゃ！

時代が変わるかもしれま

せんよ！これはマジで

えらいことになったぞ

特許はどうじゃ？

よく見えるだけじゃなかったんだ！

17. 発光映像

市販のデジカメで撮影しています！

天然系 人工系

18. イノベーションパートナーの募集

世界的先導技術創製のパートナー企業さんを募集しています！

１．後継材料の研究助成・技術育成２．分子インプリンティング３．イメージング機器４．動物実験５．酵素化学等

募集する技術分野

歴史的な急成長は是非、本技術で！ ライフサイエンスの基盤技術を

是非、我が国から世界へ！

技術で勝って，事業で負ける時代に終止符を打ちましょう！

19. 謝辞

アカルミネ（uec 675）の工業生産では、黒金化成株式会社様に工業製法を確立いただきました。

アカルミネは、和光純薬工業株式会社様に国内外でご販売いただいております。

本学技術の実用化にご助力いただいておりますこと深謝いたします。

本研究の一部は、JST つなぐしくみ、シーズ発掘、A-step、科学技術コモンズ試験研究費の助成で行われました。

皆様には深く御礼申し上げます。

20. お問い合わせ先

電気通信大学研究推進機構 URA 小島珠世

TEL： 042 ‐ 443 ‐ 5780FAX： 042 ‐ 443 ‐ 5108 e‐mail: kojima@crc.uec.ac.jp

研究助成平成18, 19年度 科学研究費補助金 基盤研究 C 平成19年度 良いシーズをつなぐ知の連携システム

（つなぐしくみ） （JST）平成20, 21年度 シーズ発掘試験 （JST）平成22, 24年度 A-STEP（JST）

21． 技術移転のご相談

技術移転は、株式会社キャンパスクリエイトにご相談ください。

株式会社キャンパスクリエイト（電気通信大学TLO）

技術移転部産学官連携コーディネータ

坂田・角田・堺

関連特許一覧1．特許第5194258号「複素環化合物及び発光方法」

発明者：牧 昌次郎、小島 哲、丹羽 治樹、平野 誉出願人：国立大学法人電気通信大学 登録日：２０１３年２月１５日

2．特許第5464311号・米国公開US2011/033878A1 「ルシフェラーゼの発光基質」発明者：牧 昌次郎、小島 哲、丹羽 治樹出願人：国立大学法人電気通信大学 登録日：２０１４年１月３１日

3． 特開2010-180191 「ルシフェラーゼの発光基質」 （特願2009-027654）発明者：牧 昌次郎、小島 哲、丹羽 治樹出願人：国立大学法人電気通信大学 出願日：２００９年２月９日

4． 特開2010-215795「波長が制御されたルシフェラーゼの発光基質および製造方法」発明者：牧 昌次郎、小島 哲、丹羽 治樹 （特願2009-064595）出願人：国立大学法人電気通信大学 出願日：２００９年３月１７日

5．WO2013/027770「ルシフェラーゼの発光基質」 （ PCT/JP2012/071207）発明者：西山 繁、斎藤 毅、牧 昌次郎、丹羽 治樹出願人：国立大学法人電気通信大学 出願日：２０１１年８月２４日

6．特開2013-184909 「ルシフェラーゼの発光基質」 （特願2012-049619）発明者：牧 昌次郎、丹羽 治樹出願人：国立大学法人電気通信大学 出願日：２０１２年３月６日

7．特願2013-097755 「新規ハロゲン化水素塩」発明者：牧 昌次郎、丹羽 治樹

出願人：国立大学法人電気通信大学 出願日：２０１３年５月７日

8．特願2014-055457 「新規複素環式化合物及びその塩、並びに、発光基質組成物」発明者：牧 昌次郎、丹羽 治樹

出願人：国立大学法人電気通信大学 出願日：２０１４年３月１８日

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