生体ラジカル二重共鳴画像解析用共振デバイスと画像化システムの開発

• Project/Area Number: 14657571
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Physical pharmacy
• 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): 山田 健一 九州大学, 大学院・薬学研究院, 助手 (60346806) ; 輿石 一郎 九州大学, 大学院・薬学研究院, 助教授 (20170235) ; 平田 拓 山形大学, 工学部, 助教授 (60250958)
• Project Period (FY): 2002 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2003: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2002: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
• Keywords: フリーラジカル / 二重共鳴 / 共振器 / アルゴリズム / ニトロキシルラジカル / 重畳 / 活性酸素 / 生体計測ESR-CT / プロトン・電子スピン二重共鳴 / スピンプローブ / 胃潰瘍

Research Abstract

フリーラジカルの生成と種々の疾患の成因・進展との関連性を視覚的に解明する上で、プロトン・電子スピン二重共鳴画像解析によって臓器・組織位置とフリーラジカル分布を重畳することは非常に重要であると考えられるが、未だ試みられていなかった。そこで今回、二重共鳴画像解析システムを開発するに当たり、ESRI用のサドル型磁場変調コイルの内側にMRIラジオパルス波のソレノイド型受信コイル、さらにその内側にESRマイクロ波のパラレルコイル型共振コイルを備えた共振デバイスを製作した。本デバイスのパラレルコイル内における磁場均一性に関して、磁束密度の標準偏差は軸長方向、動径方向ともに平均値の5%程度であった。また、最も内側のパラレルコイルを外して生理食塩水のMR画像を取得したところ、設置した状態と比べて画像の形状、信号雑音比ともにほぼ同じであった。次に、4本の試験管に各々濃度の異なるニトロキシルラジカルを封入した擬似試料を作成し、本デバイスを用いてESRI計測したところ、その画像輝度はラジカル濃度に比例して増加しており、このESR画像における各中心間距離はMR画像及び実際の試料における距離と一致した。以上より、MRI、ESRIともに計測可能な共振デバイスの開発に成功し、本デバイスを用いてフリーラジカル分布情報と解剖学的情報との重畳が可能であることを示した。
本システムを動物計測に応用し、画像化システムの検証を行った。マウスに活性酸素発生試薬とスピンプローブ剤を経口投与し、二重共鳴画像解析を行ったところ、スピンプローブ剤の胃における滞留が認められた。経時的に計測を続けたところ、時間経過に伴い、胃におけるESR画像輝度の減少がみられた。また、この減少が活性酸素消去剤によって抑制されることを確認した。以上より、新たに開発した画像化システムによって動物体内での特定部位における活性酸素生成の画像化が可能であることを示した。

Research Products

• [Publications] Utsumi H., Yamada K-I.: "In vivo electron spin resonance-computed tomography/nitroxyl probe technique for non-invasive analysis of oxidative injuries"Archieves of Biochemistry and Biophysics. 416. 1-8 (2003)
• [Publications] Hirata H., Kuyama T., Ono M., Shimoyama Y.: "Detection of electron paramagnetic resonance absorption using frequency modulation"Journal of Magnetic Resonance. 164. 233-241 (2003)
• [Publications] Hirata H., Yamaguchi Y., Takahashi T., Lu Z.W.: "Control characteristics of an automatic matching control system for in vivo EPR spectroscopy"Magnetic Resonance in Medicine. 50. 223-227 (2003)
• [Publications] Salikhov I., Hirata H., Walczak T., Swartz H.M.: "An improved external loop resonator for in vivo L-band EPR spectroscopy"Journal of Magnetic Resonance. 164. 54-59 (2003)
• [Publications] Kasazaki, K., Yasukawa, K., Sano, H., Yamada, K-i., Utsumi, H.: "Application of in vivo ESR spectroscopy to pharamaceutical sciences. -Evaluation of in vivo inhibitory mechanism of anti-gastric lesion drugs-"Appl Magn Reson. (in press).
• [Publications] Kasazaki, K., Yasukawa, K., Sano, H., Utusumi, H.: "Non-invasive analysis of reactive oxygen species generated in NH_4OH-induced gastric lesions of rats using a 300 MHz in vivo ESR technique"Free Radic Res. (in press).
• [Publications] Hyodo, F., Yamada, K., Yasukawa, K., Ichikawa, K., Matsumoto, S., Utusumi, H.: "Co-registration of free radical distribution and anatomical structures in mice using EPRI and clinical MRI"Free Radic Biol Med. 33・2. S7 (2002)
• [Publications] Utusumi, H., Sano, H., Naruse, M., Matsumoto, K., Ichikawa, K., Oi, T.: "Nitroxyl probes for brain research and their application to brain imaging"Method Enzymol. 352. 494-506 (2002)