疾患成因に関わる活性酸素・活性窒素の無侵襲画像解析手法の開発

• Project/Area Number: 12878170
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biomedical engineering/Biological material science
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 内海 英雄 九州大学, 大学院・薬学研究院, 教授 (20101694)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 市川 和洋 九州大学, 大学院・薬学研究院, 助手 (10271115) ; 輿石 一郎 九州大学, 大学院・薬学研究院, 助教授 (20170235)
• Project Period (FY): 2000 – 2001
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2001)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2001: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2000: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: 生体ESR-CT / フリーラジカル / スピントラップ / 活性酸素 / 活性窒素 / 病態解析

Research Abstract

種々の疾患成因として活性酸素・活性窒素等のフリーラジカル生成やレドックス制御異常が提唱されているが、その根拠は抗酸化剤の投与による疾患の軽減や試験管内実験の結果の類推によるもので、生物個体での実体は全く研究されていない。これは生物個体そのもので活性酸素と活性窒素の生成を無侵襲解析する方法が全くないことによる。
活性酸素や活性窒素等のフリーラジカルは生体内でクロストークを形成し、この相互作用が疾患の成因に重要な関わりを有する可能性が指摘されるようになってきた。この相互作用を明らかにするために、我々は生体計測ESR-CTシステムを開発し、マウス体内でのラジカル反応をニトロキシドプローブのシグナル変化で捉え、種々の酸化ストレス性疾患でニトロキシドプローブのシグナル消失速度が顕著に亢進することを見出した。
生体計測ESRでの高速画像化システムとレドックス代謝活性の画像化のためのアルゴリズムの開発を行い、ニトロキシドプローブや新規開発した細胞内滞留性プローブを用いて病態モデルでの画像化に成功した。さらに活性酸素と活性窒素の分離画像化を行うためには、現在世界中で使用されているアルゴリズムではきちんとした画像を得ることができず新たなアルゴリズムの開発が必要となった。そこで活性酸素・活性窒素それぞれのスペクトルを分離し、そのスペクトル情報を用いて画像化するという全く新しい概念を確立し、活性酸素・活性窒素の分離画像化に成功した。
本研究は、生体計測ESRを用いて動物個体を無侵襲解析するという新たな方法を開発するとともにレドックス代謝活性という生化学的パラメーターの画像化を、さらに活性酸素・活性窒素の分離画像化を試みようとする世界でも全く試みられていないような方法を構築しようとしたものである。

Research Products

• [Publications] Tsutsui H, Ide T, Kinugawa S, Takeshita A, Utsumi H.: "Effects of amiodarone on heart cells-Response"Circulation. 102. E170 (2000)
• [Publications] Han J-Y, Takeshita K., Ustumi H.: "Noninvasive detection of hydroxyl radical generation in lung by diesel exhaust particles"Free Rad. Biol. Med.. 30. 516-525 (2001)
• [Publications] Tsutsui H, Ide T, Hayashidani S, Kinugawa S, Suematsu N, Utsumi H, Takeshita A.: "Effects of ACE inhibition on left ventricular failure and oxidative stress in Dahl salt-sensitive rats"J Cardiovasc Pharmacol^<TM>. 37. 725-733 (2001)
• [Publications] Tsutsui H, Ide T, Hayashidani S, Suematsu N, Shiomi T, Wen J, Nakamura K, Ichikawa K, Utsumi H, Takeshita A.: "Enhanced generation of reactive oxygen species in the limb skeletal muscles from a murine infarct model of heart failure"Circulation. 104. 134-136 (2001)
• [Publications] Tsutsui H, Ide T, Hayashidani S, Suematsu N, Utsumi H, Nakamura R, Egarashi K, Takeshita A.: "Greater susceptibility of failing cardiac myocytes to oxygen free radical-mediated injury"Cardiovasc Res.. 49. 103-109 (2001)
• [Publications] Matsumoto K,Utsumi H.: "Development of separable electron spin resonace-computed tomography imaging for multiple radical species : An applicatin to ・OH and ・NO."Biophysical Journal. 79. 3341-3349 (2000)
• [Publications] Inoguchi T,Li P,Umeda F,Yu HY,Kakimoto M,Imamura M,Aoki T,Etoh T,Hashimoto T,Naruse M,Sano H,Utsumi H,Nawata H.: "High glucose level and free fatty acid stimulate reactive oxygen species production through protein kinase C-dependent activation of NAD(P)H oxidase in cultured vascular cells."Diabbetes. 49. 1939-1945 (2000)
• [Publications] Kinugawa S,Tsutsui H,Hayashidani S,Ide T,Suematsu N,Satoh S,Utsumi H,Takeshita A.: "Treatment with dimethylthiourea prevents left ventricular remodeling and failure after experimental myocardial infarction in mice : Role of oxidative stress."Circulation Research. 87. 392-398 (2000)
• [Publications] Matsumoto K,Endo K,Utsumi H.: "In vivo electron spin resonance assessment of decay constant of nitroxyl radical in selenium-deficient rat."Biological Pharmaceutical Bulltin. 23. 641-644 (2000)
• [Publications] Sano H,Naruse M,Matsumoto K,Oi T,Utsumi H.: "A new nitroxy-probe with retention in the brain and its application for brain imaging."Free Radical Biology & Medicine. 28. 959-969 (2000)