緑膿菌感染症をPETで高精度診断！新しいカクテル型薬剤の可能性

August 18, 2026 · 論文解説

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解説対象論文: Targeted PET Imaging of Pseudomonas aeruginosa Using a [ ⁶⁸ Ga]Ga-Pyoverdines Cocktail
Journal of Nuclear Medicine｜被引用数: 0（2026年8月18日時点）

「緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）」は、院内感染の主要な原因菌として知られ、特に免疫力の低下した対象者や集中治療室の対象者にとって深刻な問題です。既存の診断方法では感度や特異性が不足し、診断の遅れや不正確さにつながることが課題でした。今回ご紹介する研究では、この緑膿菌感染症を正確かつ迅速に特定するための画期的なPETイメージング剤の開発に成功しました。これは、病原体特異的な分子イメージングの新たな可能性を示すものです。

研究サマリー（FINER & PICO）

Feasible実施可能性	⁶⁸Ga標識ピオベルジンカクテルは、迅速な標識とイメージングが可能で、実用性が高い。
Ethical倫理面	動物実験は倫理的ガイドラインに従って行われており、対象者の苦痛軽減に配慮している。
Interesting面白さ	複数のサイドロフォアを組み合わせる「カクテルアプローチ」は、感染症イメージングにおいて斬新な戦略である。
Novel新規性	緑膿菌の多様な株を広範囲にカバーする3種類のピオベルジンカクテルの使用は初の試みである。
Relevant切実さ	緑膿菌感染症の早期かつ特異的な診断を可能にし、対象者の治療成績向上と薬剤耐性抑制に貢献する。
Measurable測定可能性	放射性薬剤の取り込みはPETイメージングにより定量的に測定され、感染部位を明確に特定できる。
Modifiable派生・改善	カクテルの組成や標識戦略の最適化により、将来的なトレーサー性能の改善が期待される。
Structured文章構造	研究はin vitroおよびin vivo実験モデルを用いて、段階的かつ体系的に実施され、結果の信頼性が高い。
PICO / PECO対象・介入・比較・結果	P: 緑膿菌感染症の対象者 I: [⁶⁸Ga]Ga-ピオベルジンカクテルを用いたPETイメージング C: 既存の診断法や非特異的トレーサー O: 高精度かつ迅速な感染部位の特定。

はじめに：緑膿菌感染症診断の現状と課題

どうも、Beyond the Pixelです。緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）は、院内感染の主要な原因菌であり、特に免疫不全の対象者や集中治療を必要とする対象者、嚢胞性線維症の対象者において大きな課題となっています。多剤耐性化しやすく、死亡率も高いため、専門家にとってその診断は喫緊の課題です。現在の診断方法、例えば微生物培養や分子技術は、臨床サンプルに依存しており、感染部位の微生物環境を正確に反映できない場合があります。これにより、感染の不均一性（複数の病変や病気の進行・治療中の時間的変化など）を見落とすリスクがあり、診断が不完全になる可能性がありました。このような課題を解決するため、PETのような分子イメージング技術が注目されています。PETは放射性薬剤の取り込みを利用して、感染部位を局所化し、その進行をモニタリングすることを可能にします。しかし、緑膿菌に特異的な放射性トレーサー（放射性薬剤）が不足しているのが現状でした。

画期的な診断戦略：放射性標識サイドロフォア

感染症診断における分子イメージングの課題は、既存の放射性薬剤が感染と炎症や悪性腫瘍を区別できないことにありました。そこで注目されているのが、病原体特異的なサイドロフォアを放射性標識して用いる戦略です。サイドロフォアは、ほぼ全ての微生物や植物が生産する小さな鉄キレート分子です。これらの化合物は病原体特異的であり、宿主システムとは相互作用しません。環境から鉄を捕捉・輸送するために設計されており、鉄に特異的な結合部位を持っています。ポジトロン放出核種であるガリウム68（⁶⁸Ga）は、鉄に似た特性を持つため、サイドロフォア中の鉄と容易に置換し、放射性標識された複合体を形成します。この⁶⁸Ga標識サイドロフォアは、感染症の正確なPETイメージングの診断ツールとして期待されています。緑膿菌は、ピオベルジンというグループのサイドロフォアを生成します。ピオベルジンは、細菌の生理機能において重要な役割を果たし、病原性やバイオフィルム形成にも寄与します。ピオベルジンは、緑膿菌株間で多様性があり、これまでにタイプI（PVDI）、タイプII（PVDII）、タイプIII（PVDIII）の3つの異なるタイプに分類されています。これまでの研究では、[⁶⁸Ga]Ga-PVDIを用いた緑膿菌感染症のPETイメージングが報告されていましたが、特定の単一株に焦点を当てたものでした。本研究では、広範囲の緑膿菌株を特定するために、⁶⁸Ga標識ピオベルジンカクテルの使用を記述し、その安定性、微生物培養によるin vitro（試験管内）での取り込み、および健康な動物および2つの動物感染モデルにおけるin vivo（生体内）での生体内分布を評価しました。

**Figure 1.** FIGURE 1. Chemical structures of 3 FeIII/68GaIII-pyoverdines, adapted from (12).解説: 本図は、緑膿菌によって生産される3種類のピオベルジン（PVDI、PVDII、PVDIII）の化学構造を示しています。それぞれの構造には、鉄（Fe<sup>III</sup>）または放射性同位体ガリウム68（<sup>68</sup>Ga<sup>III</sup>）が結合する部位が示されており、放射性標識の原理を視覚化しています。

研究方法：カクテルアプローチの採用

研究者たちは、ピオベルジンタイプI（PVDI）、タイプII（PVDII）、タイプIII（PVDIII）をそれぞれガリウム68（⁶⁸Ga）で放射性標識しました。これらの放射性標識ピオベルジンは、その安定性、in vitroでの微生物培養による取り込み、および健康な動物と2種類の動物感染モデルにおけるin vivoでの生体内分布が評価されました。PETイメージングには、[⁶⁸Ga]Ga-PVDI、[⁶⁸Ga]Ga-PVDII、および[⁶⁸Ga]Ga-PVDIIIを組み合わせたカクテルが使用されました。動物実験では、BALB/cマウスとルイスラットが用いられ、すべての注射、細菌感染、イメージング手順は麻酔下で行われました。PETイメージングでは、動物に5～10 MBqの[⁶⁸Ga]Ga-ピオベルジン（単独またはカクテル）を尾静脈から注射し、注射後45分でPETイメージングを開始しました。その後、全身のCTまたはMRIスキャンが行われました。最終的な画像は、注射された放射能と動物の体重で正規化され、SUVスケールで表示されました。

研究結果：広範囲の緑膿菌株を検出する特異性

放射性標識されたピオベルジンは、高いin vitroおよびin vivo安定性、迅速な腎臓クリアランス、および低い血液滞留性を示しました。in vitro取り込み試験では、各緑膿菌株が特定のピオベルジンタイプに対して高い取り込みを示すことが明らかになりました。例えば、4つの株が[⁶⁸Ga]Ga-PVDIに、6つの株が[⁶⁸Ga]Ga-PVDIIに、1つの株が[⁶⁸Ga]Ga-PVDIIIに高い取り込みを示しました。これらの結果は、緑膿菌株が3つの異なるサイドロタイプグループに分類されることを裏付けています。

**Figure 2.** FIGURE 2. In vitro uptake of [68Ga]Ga-pyoverdines in different P. aerugi- nosa (P.a.) reference strains (A), patient isolates (B), and other selected pathogens (C) after 45 min of incubation in Mueller–Hinton medium. High uptake limit is represented by dashed line.解説: 本図は、様々な緑膿菌（P.a.）参照株（A）、対象者由来分離株（B）、およびその他の選択された病原体（C）における、[<sup>68</sup>Ga]Ga-ピオベルジン類のin vitro取り込みを示しています。各株が特定のピオベルジンタイプに対して高い取り込みを示すことが示されており、緑膿菌に対するトレーサーの選択的取り込みが確認されています。

また、放射性標識ピオベルジンは、ヒト血清、DTPA、PBS中で2時間以内は安定していましたが、高鉄濃度培地では不安定であることが示されました。

**Table 1.** TABLE 1 In Vitro Characterization of [68Ga]Ga-Pyoverdines (n 5 3)**解説:** 本表は、[<sup>68</sup>Ga]Ga-ピオベルジン類（PVDI、PVDII、PVDIII）のin vitro特性評価結果を示しています。各ピオベルジンの、タンパク質結合率、ヒト血清、塩化鉄（0.1 M FeCl<sub>3</sub>）、DTPA、PBS中での安定性が、異なる培養時間（30分、60分、120分）で測定されています。

さらに、in vivoでの安定性も確認され、尿中では注射後30分で92%以上、90分後には[⁶⁸Ga]Ga-PVDIで74%、[⁶⁸Ga]Ga-PVDIIで86%、[⁶⁸Ga]Ga-PVDIIIで59%の安定性が維持されました。血中安定性は注射後5分で[⁶⁸Ga]Ga-PVDIが93%、[⁶⁸Ga]Ga-PVDIIIが84%、[⁶⁸Ga]Ga-PVDIIが74%でした。

**Table 2.** TABLE 2 In Vivo Stability of [68Ga]Ga-Pyoverdines in Murine Urine解説: 本表は、マウスの尿と血液中における[<sup>68</sup>Ga]Ga-ピオベルジン類のin vivo安定性を示しています。注射後の異なる時間点（0分、5分、30分、90分）での各[<sup>68</sup>Ga]Ga-ピオベルジン（PVDI、PVDII、PVDIII）の尿中および血中安定性（パーセンテージ）が示されています。

動物イメージング研究では、健康なマウスにおけるPET/CTイメージングにより、すべての[⁶⁸Ga]Ga-ピオベルジンが血液から迅速に腎臓を介して排泄され、他の臓器への過剰な蓄積がないことが確認されました。感染マウスにおけるin vivoイメージングでは、[⁶⁸Ga]Ga-PVDI、[⁶⁸Ga]Ga-PVDII、[⁶⁸Ga]Ga-PVDIIIの株特異的な取り込みが確認されました。例えば、[⁶⁸Ga]Ga-PVDIはATCC15692株に感染した部位で顕著なシグナルを示しましたが、他の株感染部位ではほとんどまたは全くシグナルがありませんでした。

**Figure 3.** FIGURE 3. Maximum-intensity-projection (MIP), MR, and fused PET/MR sagittal slice images of mice with P. aeruginosa infection (strains ATCC15692, ATCC9027, ATCC15392—each representing 1 of 3 groups) in left hind leg (white arrows) and saline injection in right hind leg. All mice received 50 mL of 109 viable cells/mL of bacterial suspension and were scanned 5 h after infection and 45 min postinjection. Quantiﬁcation of radioactive signal uptake is shown for each image, comparing left hind legs injected with viable P. aeruginosa strains and right hind legs injected with saline (n 5 3–6). **P , 0.001; ***P , 0.00001. Supplemental Figure 5 shows full combinations and quantiﬁcation of each tested strain and [68Ga]Ga-pyoverdines.解説: 本図は、緑膿菌感染マウスにおける最大強度投影（MIP）、MR画像、および融合PET/MR矢状断層像を示しています。各画像は、3つのピオベルジングループのうち1つを代表する緑膿菌株（ATCC15692、ATCC9027、ATCC15392）に感染した左後肢（白矢印）と、生理食塩水が注入された右後肢を示しています。放射性シグナルの取り込みの定量化により、感染部位でのトレーサーの蓄積が統計的に有意であることが示されています。

重要な発見として、[⁶⁸Ga]Ga-ピオベルジンカクテルは、緑膿菌感染症のイメージングにおいて高い特異性を示しました。PET/MRIでは、マウスの足の筋肉における緑膿菌感染部位（ATCC15692、ATCC9027、ATCC15392株）に放射性シグナルの蓄積が認められました。一方、熱処理された細菌細胞が注射された対照部位では、放射能の蓄積は観察されませんでした。また、他の病原体（例えば黄色ブドウ球菌）や無菌性炎症の部位では、放射性シグナルの蓄積は見られず、本トレーサーの高い特異性が確認されました。

**Figure 4.** FIGURE 4. Maximum-intensity-projection (MIP) and fused PET/MR sagittal slice images with P. aeruginosa ATCC15692 (A) ATCC9027 (B) and ATCC15392 (C) in left hind leg (white arrows) and S. aureus (orange arrows) in right hind leg (mouse 1) and sterile inﬂammation in right hind leg (yellow arrows) (mouse 2). Mice were injected with [68Ga]Ga-PVDI (A), [68Ga]Ga-PVDII (B), and [68Ga]Ga- PVDIII (C) 5 h after infection (50 mL of 109 viable cells/mL of P. aeruginosa bacterial culture and 50 mL of 108 viable cells/mL of S. aureus). PET/MRI scans were performed 45 min postinjection.解説: 本図は、緑膿菌（ATCC15692、ATCC9027、ATCC15392）に感染した左後肢（白矢印）、および黄色ブドウ球菌（S. aureus、橙矢印）感染または無菌性炎症（黄矢印）がある右後肢のマウスにおけるMIPと融合PET/MR矢状断層像を示しています。[<sup>68</sup>Ga]Ga-PVDI（A）、[<sup>68</sup>Ga]Ga-PVDII（B）、[<sup>68</sup>Ga]Ga-PVDIII（C）を注射した結果、緑膿菌感染部位にのみ放射性シグナルが蓄積し、他の病原体や無菌性炎症ではシグナルがないことが確認され、本トレーサーの高い特異性を示しています。

**Figure 6.** FIGURE 6. Maximum-intensity-projection (MIP) PET image, sagittal slices of MR, and fused PET/MR images of mice infected with P. aeruginosa ATCC15692 (A) ATCC9027 (B), and ATCC15392 (C) in left hind leg (white arrows) and corresponding heat-inactivated P. aeruginosa strains (red arrows) in right hind leg. All mice received 50 mL of 109 viable cells/mL of bacterial suspension. Mice were injected with [68Ga]Ga-pyoverdines cocktail 5h after infection, and PET/MRI scans were per- formed 45 min postinjection. (D) Comparison of quantiﬁcation of radioactive signal uptake among left hind legs injected with viable P. aeruginosa strains and right hind legs injected with heat-inactivated P. aeruginosa strains (n 5 8). Results are expressed as SUVmax. **P , 0.001.解説: 本図は、緑膿菌（ATCC15692、ATCC9027、ATCC15392）に感染した左後肢（白矢印）と、対応する熱失活緑膿菌株が注射された右後肢（赤矢印）のマウスにおける、[<sup>68</sup>Ga]Ga-ピオベルジンカクテルによる最大強度投影（MIP）PET画像、MR矢状断層像、および融合PET/MR画像を示しています。（D）では、生菌緑膿菌が注射された左後肢と熱失活菌が注射された右後肢間の放射性シグナル取り込みの定量比較が示されており、生菌にのみトレーサーが特異的に取り込まれることが確認されています。

ラットの肺感染モデルにおけるPET/CTイメージングでも、[⁶⁸Ga]Ga-ピオベルジンカクテルは、緑膿菌感染（ATCC15692、ATCC9027、ATCC15392株）を肺内で検出しました。注目すべきは、このカクテルが細菌量が少ない感染（10⁵～10⁶個の生菌細胞）であっても肺感染を検出し、試験されたすべての緑膿菌株を一貫して特定できたことです。これは、診断の閾値が10³～10⁶個の生菌細胞/mLとされる肺炎の臨床的関連性と一致しています。

**Figure 5.** FIGURE 5. PET/CT maximum-intensity-projection images of [68Ga]Ga-pyoverdines in rat lung model of P. aeruginosa infection (24 h after infection and 45 min postinjection of [68Ga]Ga-PVDI (ATCC15692), [68Ga]Ga-PVDII (ATCC9027), [68Ga]Ga-PVDIII (ATCC15392) (A), and [68Ga]Ga- pyoverdines cocktail (ATCC15392) (b). Immunosuppressed rats received 100 mL of suspension con- taining (2–5) 3 108 viable cells/mL. White arrows indicate site of infection.解説: 本図は、ラットの緑膿菌肺感染モデルにおける[<sup>68</sup>Ga]Ga-ピオベルジン類のPET/CT最大強度投影画像を示しています。（A）は単一の[<sup>68</sup>Ga]Ga-ピオベルジン（PVDI、PVDII、PVDIII）を対応する緑膿菌株（ATCC15692、ATCC9027、ATCC15392）に感染したラットに注射した結果を、一方（B）は[<sup>68</sup>Ga]Ga-ピオベルジンカクテルをATCC15392株に感染したラットに注射した結果を示しています。白矢印は感染部位を指しており、肺の感染が検出されていることが分かります。

**Figure 7.** FIGURE 7. PET, CT and fused PET/CT coronal slices of images of [68Ga]Ga-pyoverdines cocktail in rat lung infection model. Immunosuppressed rats were infected with signiﬁcantly lower infectious dose (compared with Fig. 6): 4 3 107 (B), 1 3 107 (C), and 6 3 106 (D) viable cells/mL. Each rat received 100 mL of corresponding bacterial suspension. Imaging was performed 45 min after injec- tion of [68Ga]Ga-pyoverdines cocktail, 48–72 h after infection, depending on animals’ clinical condi- tion. Uptake shown in healthy control (A) and in lungs infected with ATCC15692 (B), ATCC9027 (C), and ATCC15392 (D). White arrows mark infection sites.解説: 本図は、ラット肺感染モデルにおける[<sup>68</sup>Ga]Ga-ピオベルジンカクテルのPET、CT、および融合PET/CT冠状断層像を示しています。健康な対照ラット（A）と比較して、感染したラット（B: ATCC156992、C: ATCC9027、D: ATCC15392）の肺に放射性シグナルが蓄積していることが示されており、少ない感染量でもカクテルが肺感染を検出できることが示されています。白矢印は感染部位を示しています。

考察と今後の展望：臨床応用への期待と課題

本研究は、3つのサイドロフォアベース放射性トレーサーのカクテルを感染症のPETイメージングに用いた初の試みであり、幅広い緑膿菌株による感染症を高精度に検出できることを示しました。特に、このトレーサーは、非生細菌、他の関連病原体、または無菌性炎症を画像化しないため、活動性感染症に対して高い特異性を持つという大きな利点があります。これは、炎症性細胞に非特異的に蓄積し、脳、肝臓、膀胱などの臓器で高いバックグラウンド取り込みを示す¹⁸F-FDGといった既存のトレーサーと比較して、大きな優位性です。現在のカクテルアプローチの限界は、放射性標識戦略にあります。現在、カクテルは個別に放射性標識された3つのピオベルジンを組み合わせることで形成されており、これは特定の株に関連する各成分の実効的な放射能を減少させます。この限界にもかかわらず、in vivo研究におけるPETシグナルは堅牢で、対照群と明確に区別できたことから、このアプローチの実現可能性が示されました。将来的には、カクテルの相対的な組成を最適化したり、モル放射能を高めるための代替標識戦略を開発したりすることが改善点として挙げられます。放射性標識サイドロフォアの臨床応用には、依然として課題があります。いくつかの初期臨床試験では、[⁶⁸Ga]Ga-TAFCや[⁶⁸Ga]Ga-DFO-Bが真菌、細菌、血管グラフト感染症のPETイメージングで試されています。しかし、他のサイドロフォアの主な限界は、細菌培養からの分離に依存していることであり、これはGood Manufacturing Practice（GMP）に準拠したプロセスでまだ広く利用できません。このカクテルアプローチを臨床に応用するには、GMP準拠の条件下での製造と、組み合わせた放射性医薬品に対する規制当局の評価が必要となります。原理的には、個々の[⁶⁸Ga]Ga-ピオベルジンは、確立された⁶⁸Ge/⁶⁸Gaジェネレーターベースの放射性医薬品製造手順を使用して製造し、その後、投与前に単一の製剤として組み合わせることが可能です。このマルチトレーサー戦略の根拠は、緑膿菌株におけるピオベルジンの構造的多様性にあり、単一のリガンドトレーサーでは感度が制限される可能性があるため、カクテルアプローチにより多様な臨床分離株間での検出能力が向上する可能性があります。臨床的には、この戦略は、嚢胞性線維症の対象者の肺感染症や、免疫不全の対象者、人工呼吸器を必要とする対象者における院内感染など、病原体の特定が困難または遅れる状況で、緑膿菌感染症が疑われる場合のイメージングに特に有用であると考えられます。迅速かつ正確な診断は、特に免疫不全の対象者において、一般的かつ生命を脅かす病原体である緑膿菌の対象者にとって重要です。早期発見により、標的治療が可能となり、広域抗生物質の使用を減らし、抗菌薬耐性の制限に役立ちます。

用語集

サイドロフォア: 微生物が環境中から鉄を取り込むために生産する小さな分子。鉄と強く結合する性質を持ちます。
ピオベルジン: 緑膿菌によって特異的に生産されるサイドロフォアの一種。タイプI、II、IIIの3種類があります。
PET（陽電子放出断層撮影）: 放射性薬剤から放出される陽電子を検出することで、体内の生理学的・生化学的機能を画像化する分子イメージング技術。
放射性トレーサー（放射性薬剤）: 体内に導入され、特定の生体プロセスや臓器に選択的に取り込まれるよう設計された、放射性同位体を含む薬剤。
⁶⁸Ga（ガリウム68）: ポジトロンを放出する放射性同位体で、PETイメージングに広く利用されます。鉄と化学的性質が似ています。
in vitro（インビトロ）: 試験管内や実験室で行われる実験を指し、生体外での反応や挙動を評価するものです。
in vivo（インビボ）: 生体内で行われる実験を指し、生きた動物や対象者で薬剤の挙動や効果を評価するものです。
SUV（標準化取込値）: PET画像における放射性薬剤の取り込み量を定量的に評価するための指標。
腎臓クリアランス: 腎臓を介して薬剤が血液中から排泄される速度を示す指標。
多剤耐性: 複数の種類の抗菌薬に対して、細菌が耐性を持つようになること。治療を困難にします。
ゴールデンスタンダード: ある特定の分野や評価において、最も信頼性が高く、標準とされている手法や基準。