長波長蛍光プローブによる体内深部におけるがん細胞蛍光イメージング

• Project/Area Number: 14J05763
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Chemical biology
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岩立 竜 東京大学, 医学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: ローダミン / シリルローダミン / がんイメージング / 蛍光イメージング / 光音響イメージング / 蛍光プローブ

Outline of Annual Research Achievements

より組織深部に存在するがんの検出を念頭に、昨年度までに開発・発表を行った非対称ローダミン骨格に基づいたプローブ群に比べ、さらに長波長で機能するプローブ群の開発を行った。具体的には、昨年度までのローダミン誘導体に関する知見をシリルローダミンにも適用することで、より長波長の蛍光を発し、かつプロテアーゼプローブの母核となり得る蛍光団の開発を試みた。
まず、HMRGのシリルローダミンアナログであるHMSiR600を合成・評価した。この分子は想定通り長波長化したが、ローダミン誘導体より閉環構造を取りやすいことがわかった。そこで、pKcyclを適切な値に調節するため、非対称の分子内スピロ環化シリルローダミン群を合成・評価したところ、最も長波長の吸収・蛍光を示した誘導体が最適なpKcycl を示した。
本骨格にペプチドを結合することにより、HMRG骨格に基づいた蛍光プローブ群よりも150 nm 以上長波長化し近赤外蛍光を発する、新たなGGT活性検出蛍光プローブを開発し、がん特異的な蛍光検出が可能であることを実証した。また、HMRGベースのプローブとの併用で、異なるプロテアーゼ活性を同時に多色イメージングできることを示した。この成果は特許出願済であり、投稿論文準備中である。
昨年度までに開発した論理的プロテアーゼプローブ群開発法に基づき、蛍光では原理的に観察が難しい深部組織を観察し得る手法として注目を浴びている、光音響イメージング用プロテアーゼプローブの開発も行った。過去の知見から、開発した非対称ローダミン誘導体の中からHMDiMeRを選択した。本骨格にペプチドを結合することによりGGTプローブを合成し、細胞イメージング、皮下腫瘍モデルマウスを用いたin vivoイメージングでの検討から、がん特異的な光音響波検出が可能であることを実証した。この成果は共著者として論文発表を行った。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Multispectral photoacoustic imaging of tumours in mice injected with an enzyme-activatable photoacoustic probe (2017)
  • Author(s): Hirasawa T, Iwatate JR, Kamiya M, Okawa S, Urano Y, Ishihara M
  • Journal Title: Journal of Optics Volume: 19 Issue: 1 Pages: 14002-14002
  • DOI: 10.1088/2040-8978/19/1/014002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dependence of photoacoustic signal generation characteristics on fluorescence quantum yields of small organic molecule based contrast agents (2017)
  • Author(s): T Hirasawa, RJ Iwatate, M Kamiya, S Okawa, Y Urano, M Ishihara
  • Journal Title: Proc. SPIE 10064, Photons Plus Ultrasound: Imaging and Sensing 2017 Volume: 1 Pages: 1006434-1006434
  • DOI: 10.1117/12.2255594
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Asymmetric Rhodamine-Based Fluorescent Probe for Multicolour In Vivo Imaging. (2016)
  • Author(s): Iwatate RJ, Kamiya M, Urano Y.
  • Journal Title: Chemistry A European Journal Volume: 22 Issue: 5 Pages: 1696-1703
  • DOI: 10.1002/chem.201503426
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Novel Hexosaminidase-Targeting Fluorescence Probe for Visualizing Human Colorectal Cancer. (2016)
  • Author(s): Matsuzaki H, Kamiya M, Iwatate RJ, Asanuma D, Watanabe T, Urano Y.
  • Journal Title: Bioconjug Chem Volume: 印刷中 Issue: 4 Pages: 973-981
  • DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.6b00037
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effect of reference spectra in spectral fitting to discriminate enzyme-activatable photoacoustic probe from intrinsic optical absorbers (2016)
  • Author(s): T Hirasawa, S Okawa, RJ Iwatate, M Kamiya, Y Urano, M Ishihara
  • Journal Title: Proc. SPIE 9708, Photons Plus Ultrasound: Imaging and Sensing Volume: 1 Pages: 970834-970834
  • DOI: 10.1117/12.2213778
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Development of Multicolour Activatable Protease Probes for Fluorescence and Photoacoustic Cancer Imaging (2017)
  • Author(s): 岩立竜、神谷真子、平沢壮、石原美弥、浦野康照
  • Organizer: 日本化学会 第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] 色Activatable型プロテアーゼプローブ群の開発とがん蛍光・光音響イメージングへの応用 (2016)
  • Author(s): 岩立竜、神谷真子、平沢壮、石原美弥、浦野康照
  • Organizer: 第八回「光塾」
  • Place of Presentation: 東京工業大学すずかけ台キャンパス
  • Year and Date: 2016-12-17
• [Presentation] 非対称ローダミンの論理的設計に基づくin vivo同時多色がんイメージング (2016)
  • Author(s): 岩立 竜、神谷 真子、浦野 泰照
  • Organizer: 平成27年度「がん研究分野の特性等を踏まえた支援活動」公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 学術総合センター一橋講堂（東京都千代田区）
  • Year and Date: 2016-02-09
• [Presentation] Asymmetric rhodamine-based fluorescence probes for multi-color in vivo imaging (2015)
  • Author(s): 岩立 竜、神谷 真子、浦野 泰照
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015
  • Place of Presentation: ホノルル（米国）
  • Year and Date: 2015-12-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Rational design of rhodamine derivatives for multi-color in vivo imaging (2015)
  • Author(s): 岩立 竜、神谷 真子、浦野 泰照
  • Organizer: Workshop for advanced optical imaging in life sciences
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-11-10
  • Invited
• [Presentation] 異なるプロテアーゼ活性を持つがんのin vivo同時多色イメージングを可能とする蛍光プローブ群の開発 (2015)
  • Author(s): 岩立 竜、神谷 真子、浦野 泰照
  • Organizer: 第9回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 熊本大学工学部黒髪南地区キャンパス（熊本県熊本市）
  • Year and Date: 2015-09-10
• [Presentation] 異なるプロテアーゼ活性を持つがんのin vivo同時多色イメージングを可能とする蛍光プローブ群の開発 (2015)
  • Author(s): 岩立 竜、神谷 真子、浦野 泰照
  • Organizer: 第3回バイオ関連化学シンポジウム若手フォーラム
  • Place of Presentation: 熊本大学黒髪キャンパス百周年記念館（熊本県熊本市）
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] 術中迅速診断を可能とするがん特異的有機小分子蛍光プローブの開発 (2015)
  • Author(s): 岩立 竜、神谷 真子、浦野 泰照
  • Organizer: 第23回日本がん検診・診断学会総会
  • Place of Presentation: ホテルさっぽろ芸文館（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2015-08-21
• [Presentation] ローダミン誘導体の論理的設計に基づくin vivo多色イメージング用小分子蛍光プロープの開発 (2015)
  • Author(s): 岩立竜、神谷真子、浦野泰照
  • Organizer: 第135回薬学会年会
  • Place of Presentation: デザイン・クリエイティブセンター神戸（兵庫県神戸市中央区）
  • Year and Date: 2015-03-27
• [Presentation] Asymmetric rhodamine-based fluorescence probes for multi-color in vivo imaging (2015)
  • Author(s): 岩立竜、神谷真子、浦野泰照
  • Organizer: 「細胞機能と分子活性の多次元蛍光生体イメージング」国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市左京区）
  • Year and Date: 2015-01-27
• [Presentation] 複数プロテアーゼ活性のin vivo多色イメージング用小分子蛍光プロープの開発 (2014)
  • Author(s): 岩立竜、神谷真子、浦野泰照
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市左京区）
  • Year and Date: 2014-10-17 – 2014-10-18
• [Presentation] ローダミン誘導体の論理的設計に基づくin vivoがん多色イメージング (2014)
  • Author(s): 岩立竜、神谷真子、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: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2014-06-12
• [Remarks] Chem-Station スポットライトリサーチ
  • URL: http://www.chem-station.com/blog/2016/03/Imaging.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] ペプチダーゼ活性検出用近赤外蛍光プローブ (2017)
  • Inventor(s): 浦野康照、神谷真子、岩立竜
  • Industrial Property Rights Holder: 浦野康照、神谷真子、岩立竜
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2017-037459
  • Filing Date: 2017-02-28