動脈硬化の早期診断を目指したＭＲＩセンサー分子の論理的開発

• Project/Area Number: 13J10307
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Physical pharmacy
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岩木 慎平 東京大学, 薬学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: イメージング / MRI / 蛍光 / MRIプローブ / 動脈硬化 / マルチモーダルイメージング

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までで既に「動脈硬化の早期診断を目指したMRIセンサー分子の論理的開発」を達成し、論文化も終えているため、最終年度は新たなテーマとして、MRIと同様に分子イメージングに用いられる「蛍光イメージング」に関する研究を行った。
Rhodamine類は一般に高い蛍光量子収率を示す蛍光色素として知られており、バイオイメージングにおいて汎用されている。一方で、蛍光消光団であるQSY類に代表される、rhodamineのキサンテン環上のN原子に芳香環が結合した色素(N-Ph rhodamine類)は、rhodamine類と非常に類似した構造であるにも関わらず、無蛍光性であることが知られている。これまでN-Ph rhodamine類の応用はほぼ蛍光消光団としての利用に限られていたため、詳細な消光メカニズムの解析はなされて来なかった。しかし近年、N-Ph rhodamine類自体を母核とした蛍光プローブの開発が報告されてきている。本研究では、このN-Ph rhodamine類の詳細な消光メカニズムの解析を行い、新たな蛍光プローブ開発へと応用することを目指した。
N-Ph rhodamine類の誘導体を合成し、光化学的性質の評価を行ったところ、キサンテン環のN原子に結合した芳香環に導入した置換基の電子求引性に依存して蛍光量子収率が変化することが分かった。さらに、時間依存密度汎関数法(TDDFT)を用いて、励起状態における消光機構について精査したところ、N-Ph rhodamine類の蛍光消光にはねじれ型分子内電荷移動(Twisted intramolecular charge transfer, TICT)が関与することが強く示唆する結果が得られた。また、これを基に、HaloTagタンパク質を可視化する蛍光プローブの開発に成功した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A design strategy for small molecule-based targeted MRI contrast agents: Their application for detection of atherosclerotic plaques (2014)
  • Author(s): Iwaki, S.; Hokamura, K.; Ogawa, M.; Takehara, Y.; Muramatsu, Y.; Yamane, T.; Hirabayashi, K.; Morimoto, Y.; Hagisawa, K.; Nakahara, K.; Mineno, T.; Terai, T.; Komatsu, T.; Ueno, T.; Tamura, K,; Adachi, Y.; Hirata, Y.; Arita, M.; Arai, H.; Umemura, K.; Nagano T. and Hanaoka K.
  • Journal Title: Organic & Biomolecular Chemistry Volume: 12 Issue: 43 Pages: 8611
  • DOI: 10.1039/c4ob01270d
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] N-Ph rhodamine類の消光機構に基づくタグタンパク質検出蛍光プローブの開発 (2016)
  • Author(s): 岩木慎平、花岡健二郎、浦野泰照
  • Organizer: 日本薬学会第136年会
  • Place of Presentation: 横浜、パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-03-26
• [Presentation] Analysis of the fluorescence quenching mechanism of N-phenyl rhodamines and its application to a fluorescence probe for HaloTag protein (2015)
  • Author(s): 岩木慎平、花岡健二郎、吉田健吾、内山真伸、浦野泰照
  • Organizer: Pacifichem 2015
  • Place of Presentation: ハワイ、アメリカ
  • Year and Date: 2015-12-15
• [Presentation] N-Ph rhodamine類の消光機構の解析とHaloTag検出蛍光プローブへの応用 (2015)
  • Author(s): 岩木 慎平、花岡 健二郎、吉田 健吾、田原 進也、竹内 佐年、田原 太平、内山 真伸、浦野 泰照
  • Organizer: 第9回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 熊本、熊本大学黒髪キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-10
• [Presentation] N-Ph rhodamine類の消光機構の解析と蛍光プローブ開発への応用 (2015)
  • Author(s): 岩木慎平、花岡健二郎、吉田健吾、内山真伸、浦野泰照
  • Organizer: 生体機能関連化学部会若手の会第27回サマースクール
  • Place of Presentation: 神戸、神戸セミナーハウス
  • Year and Date: 2015-07-17
• [Presentation] N-Ph rhodamine類の消光機構の解析とその応用 (2015)
  • Author(s): 岩木慎平、花岡健二郎、吉田健吾、内山真伸、浦野泰照
  • Organizer: 第15回東京大学生命科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京、東京大学
  • Year and Date: 2015-06-27
• [Presentation] N-Ph rhodamine類の消光機構をもとにした蛍光プローブの開発 (2015)
  • Author(s): 岩木慎平、花岡健二郎、吉田健吾、内山真伸、浦野泰照
  • Organizer: ケミカルバイオロジー学会 第10回年会
  • Place of Presentation: 仙台、東北大学川内キャンパス
  • Year and Date: 2015-06-10
• [Presentation] N-Ph rhodamine類の消光機構の解析と蛍光プローブへの応用 (2015)
  • Author(s): 岩木慎平、花岡健二郎、吉田健吾、内山真伸、浦野泰照
  • Organizer: 日本分子イメージング学会 第10回学術集会
  • Place of Presentation: 東京、タワーホール船堀
  • Year and Date: 2015-05-20
• [Presentation] 動脈硬化の可視化を目指したMRI-蛍光デュアルイメージングプローブの開発 (2014)
  • Author(s): 岩木慎平、花岡健二郎、外村和也、小川美香子、竹原康雄、萩沢康介、守本祐司、梅村和夫、長野哲雄、浦野泰照
  • Organizer: 第9回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2014-09-10 – 2014-09-12
• [Presentation] Development of a Gd3+-based MRI contrast agent for the sensitive detection of atherosclerotic plaques (2014)
  • Author(s): Shimpei Iwaki, Kenjiro Hanaoka, Kazuya Hokamura, Mikako Ogawa, Yasuo Takehara, Kohsuke Hagisawa, Yuji Morimoto, Kazuo Umemura, Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
  • Organizer: EMBO conference, 2014
  • Place of Presentation: Heiderberg, ドイツ
  • Year and Date: 2014-08-20 – 2014-08-23
• [Presentation] 動脈硬化を標的としたMRI-蛍光デュアルイメージングプローブの開発 (2014)
  • Author(s): 岩木慎平、花岡健二郎、守本祐司、萩沢康介、長野哲雄、浦野泰照
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会 第9回年会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2014-06-11 – 2014-06-13
• [Presentation] MRI-蛍光デュアルイメージングプローブ2BDP3Gdの動脈硬化巣の 血管内視鏡によるin vivo imagingへの応用 (2014)
  • Author(s): 岩木慎平、花岡健二郎、守本祐司、萩沢康介、外村和也、小川美香子、竹原康雄、梅村和夫、長野哲雄、浦野泰照
  • Organizer: 日本分子イメージング学会 第9回学術集会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2014-05-22 – 2014-05-23
• [Presentation] MRI-蛍光デュアルイメージングプローブ2BDP3Gdによる動脈硬化巣の可視化 (2014)
  • Author(s): 岩木 慎平、花岡 健二郎、外村 和也、小川 美香子、竹原 康雄、萩沢 康介、守本 祐司、梅村 和夫、長野 哲雄、浦野 泰照
  • Organizer: 日本薬学会 第134年会
  • Place of Presentation: 熊本市総合体育館(熊本県)
  • Year and Date: 2014-03-29
• [Presentation] Development of a Gd^<3+>-based MRI contrast agent for atherosclerotic plaques (2013)
  • Author(s): Shimpei Iwaki, Kazuya Hokamura, Mikako Ogawa, Yasuo Takehara, Kazuo Umemura, Tetsuo Nagano, Kenjiro Hanaoka
  • Organizer: International Chemical Biology Society 2013
  • Place of Presentation: 芝蘭会館(京都府)
  • Year and Date: 2013-10-09
• [Presentation] Development of a small molecule-based MRI/contrast agent for atherosclerotic plaques (2013)
  • Author(s): Shimpei Iwaki, Kazuya Hokamura, Mikako Ogawa, Yasuo Takehara, Kazuo Umemura, Tetsuo Nagano, Kenjiro Hanaoka
  • Organizer: World Molecular Imaging Congress 2013
  • Place of Presentation: アメリカ・Savannah
  • Year and Date: 2013-09-19
• [Presentation] 動脈硬化プラークを標的としたMRIプローブの開発 (2013)
  • Author(s): 岩木 慎平、外村 和也、小川 美香子、竹原 康雄、梅村 和夫、長野 哲雄、花岡 健二郎
  • Organizer: 第11回次世代を担う若手のためのフィジカルファーマフォーラム
  • Place of Presentation: 清水テルサ・三保園ホテル(静岡県)
  • Year and Date: 2013-08-29
• [Presentation] 動脈硬化プラークの可視化を目指したMRI造影剤の開発 (2013)
  • Author(s): 岩木 慎平、外村 和也、小川 美香子、竹原 康雄、梅村 和夫、長野 哲雄、花岡 健二郎
  • Organizer: 生体機能関連化学部会若手の会第25回サマースクール
  • Place of Presentation: 八王子セミナーハウス(東京都)
  • Year and Date: 2013-07-26
• [Presentation] 動脈硬化巣を標的としたMRIプローブの開発とその応用 (2013)
  • Author(s): 岩木 慎平、外村 和也、小川 美香子、竹原 康雄、梅村 和夫、長野 哲雄、花岡 健二郎
  • Organizer: ケミカルバイオロジー学会 第8回年会
  • Place of Presentation: 東京医科歯科大学(東京都)
  • Year and Date: 2013-06-21
• [Presentation] 動脈硬化巣の可視化を目指したMRI造影剤の開発とその応用 (2013)
  • Author(s): 岩木 慎平、外村 和也、小川 美香子、竹原 康雄、梅村 和夫、長野 哲雄、花岡 健二郎
  • Organizer: 分子イメージング学会 第8回学術集会
  • Place of Presentation: 横浜赤レンガ倉庫1号館(神奈川県)
  • Year and Date: 2013-05-30