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Development of Mitochondrial Metabolic Imaging using DNP-MRI

Research Project

Project/Area Number 19H03358
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 47020:Pharmaceutical analytical chemistry and physicochemistry-related
Research InstitutionGifu University

Principal Investigator

兵藤 文紀  岐阜大学, 大学院医学系研究科, 特任准教授 (10380693)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 田中 秀和  山口大学, 大学院医学系研究科, 教授 (30509782)
松尾 政之  岐阜大学, 大学院医学系研究科, 教授 (40377669)
森 崇  岐阜大学, 応用生物科学部, 教授 (40402218)
長尾 吉泰  九州大学, 大学病院, 助教 (70608968)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Keywords動的核偏極 / DNP / レドックス / NASH / ミトコンドリア / ブタ / MRI / ミトコンドリア代謝 / ニトロキシド / 超偏極
Outline of Research at the Start

本研究は、生体内のレドックス反応を検出可能であるニトロキシルプローブを造影剤として、超偏極MRI(DNP-MRI)を用いた病気の早期画像診断法の開発を目的として研究を進める。とくにレドックスプローブの1つであるCarbamoyl PROXYLは生体毒性が極めて低く生体イメージングに適してることからCmPをレドックス造影剤としたDNP-MRIによる早期画像診断法の確立を行い、疾患早期や治療効果を早期診断への展開を図る。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、「ミトコンドリア代謝」をイメージングバイオマーカ-とする磁気共鳴代謝イメージング技術に基づき、非アルコール性脂肪肝炎(NASH)の高精度画像診断法への応用において、NASH病態におけるレドックスプローブの反応機序を解明するとともに、マウス-ブタ-ヒト検体を用いた実証試験へ展開し、本法のProof of Concept (POC)を得ることを目的としている。昨年度は、ブタ用のMCDを給餌したNASHモデルを用いた基礎検討を実施した。
MCD開始後、2週毎にCT、MRI、USによる脂肪肝の画像診断、USガイド下によるバイオプシーにより経時的に肝組織を採取し、病態進行とESRによるミトコンドリア代謝反応を比較検討した。CTやMRIおよびUSによる腹部画像診断においては、MCDによる明確な脂肪肝への変化を確認できなかった。また血液検査においてもコントロール群に比べ顕著な炎症性変化はみられなかった。組織切片を用いた病理検査では、軽微な脂肪滴の蓄積と軽度の線維化は認められたが、マウスMCDモデルと比較するといずれも軽度であった。
一方、肝組織を用いたレドックス解析では、MCD処置群において顕著な代謝の減少を確認することができた。以上より、ブタMCDモデルにおいてもレドックスプローブを用いた早期診断の可能性が示唆された。
ヒトサンプルについては、生体イメージングを想定し肝ホモジネートとの直接反応で代謝速度を求め、適切な反応プロトコールを決定した。引き続き継続的にヒト肝サンプルを計測し、レドックス代謝と肝疾患の病態進行度との関係性を明らかにする予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画書に記載した実験項目について予定通り順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

昨年度に引き続きブタMCDモデルにおける解析を進めるとともに、マウスモデルを用いたCmPの代謝機構の解明、ヒト肝組織を用いたPOCの実証研究を進める。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report

Research Products

(19 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (11 results) (of which Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 3 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Glucose transporter Glut1 controls diffuse invasion phenotype with perineuronal satellitosis in diffuse glioma microenvironment.2021

    • Author(s)
      Miyai M, Kanayama T, Hyodo F, Kinoshita T, Ishihara T, Okada H, Suzuki H, Takashima S, Wu Z, Hatano Y, Egashira Y, Enomoto Y, Nakayama N, Soeda A, Yano H, Hirata A, Niwa M, Sugie S, Mori T, Maekawa Y, Iwama T, Matsuo M, Hara A, Tomita H
    • Journal Title

      Neuro-Oncology Advances

      Volume: 30 Pages: 06198-06198

    • DOI

      10.1093/noajnl/vdaa150

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Free radical imaging of endogenous redox molecules using dynamic nuclear polarisation magnetic resonance imaging2020

    • Author(s)
      Hyodo Fuminori、Ito Shinji、Eto Hinako、Elhelaly Abdelazim Elsayed、Murata Masaharu、Akahoshi Tomohiko、Utsumi Hideo、Matuso Masayuki
    • Journal Title

      Free Radical Research

      Volume: 14 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1080/10715762.2020.1859109

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Imaging of Hydroxyl-Radical Generation Using Dynamic Nuclear Polarization-Magnetic Resonance Imaging and a Spin-Trapping Agent2020

    • Author(s)
      Shoda Shinichi、Hyodo Fuminori、Tachibana Yoko、Kiniwa Mamoru、Naganuma Tatsuya、Eto Hinako、Koyasu Norikazu、Murata Masaharu、Matsuo Masayuki
    • Journal Title

      Analytical Chemistry

      Volume: 92 Pages: 14408-14414

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.0c02331

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Lipid-Based Nanocarrier Containing Active Vitamin D<sub>3</sub> Ameliorates NASH in Mice <i>via</i> Direct and Intestine-Mediated Effects on Liver Inflammation2020

    • Author(s)
      Mu Yunmei、Li Jinting、Kang Jeong-Hun、Eto Hinako、Zai Khadijah、Kishimura Akihiro、Hyodo Fuminori、Mori Takeshi、Katayama Yoshiki
    • Journal Title

      Biological and Pharmaceutical Bulletin

      Volume: 43 Pages: 1413-1420

    • DOI

      10.1248/bpb.b20-00432

    • NAID

      130007895006

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dynamic contrast-enhanced computed tomography lymphangiography with intranodal injection of water-soluble iodine contrast media in microminipig: imaging protocol and feasibility2020

    • Author(s)
      Tanahashi Yukichi、Iwasaki Ryota、Shoda Shinichi、Kawada Hiroshi、Ando Tomohiro、Takasu Masaki、Hyodo Fuminori、Goshima Satoshi、Mori Takashi、Matsuo Masayuki
    • Journal Title

      European Radiology

      Volume: 30 Pages: 5913-5922

    • DOI

      10.1007/s00330-020-07031-0

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The dipeptidyl peptidase-4 inhibitor, linagliptin, improves cognitive impairment in streptozotocin-induced diabetic mice by inhibiting oxidative stress and microglial activation2020

    • Author(s)
      Ide Makoto、Sonoda Noriyuki、Inoue Tomoaki、Kimura Shinichiro、Minami Yohei、Makimura Hiroaki、Hayashida Eiichi、Hyodo Fuminori、Yamato Mayumi、Takayanagi Ryoichi、Inoguchi Toyoshi
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 15

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0228750

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of a novel molecular probe for the detection of liver mitochondrial redox metabolism2020

    • Author(s)
      Hosain Md. Zahangir、Hyodo Fuminori、Mori Takeshi、Takahashi Koyo、Nagao Yusuke、Eto Hinako、Murata Masaharu、Akahoshi Tomohiko、Matsuo Masayuki、Katayama Yoshiki
    • Journal Title

      Sci Rep.

      Volume: 10 Pages: 16489-16489

    • DOI

      10.1038/s41598-020-73336-1

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dynamic nuclear polarization magnetic resonance imaging and the oxygen-sensitive paramagnetic agent OX63 provide a noninvasive quantitative evaluation of kidney hypoxia in diabetic mice.2019

    • Author(s)
      Kodama Y, Hyodo F, Yamato M, Yasukawa K, Minami Y, Sonoda N, Ogawa Y, Ichikawa K, Inoguchi T
    • Journal Title

      Kidney Int.

      Volume: 96 Pages: 787-792

    • DOI

      10.1016/j.kint.2019.04.034

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A novel model for treatment of hypertrophic pachymeningitis.2019

    • Author(s)
      Cui YW, et al.
    • Journal Title

      Ann Clin Transl Neurol.

      Volume: 6 Pages: 431-444

    • DOI

      10.1002/acn3.715

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] In vivo melanoma imaging based on dynamic nuclear polarization enhancement in melanin pigment of living mice using in vivo dynamic nuclear polarization magnetic resonance imaging2019

    • Author(s)
      Hyodo Fuminori、Naganuma Tatsuya、Eto Hinako、Murata Masaharu、Utsumi Hideo、Matsuo Masayuki
    • Journal Title

      Free Radic Biol Med.

      Volume: 134 Pages: 99-105

    • DOI

      10.1016/j.freeradbiomed.2019.01.002

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Endoscopic Ultrasound-Guided Fine-Needle Injection of Hydrogen Peroxide into the Pancreas: Feasibility and Tolerability Study Using a Survival Porcine Model.2019

    • Author(s)
      Iwashita T, Uemura S, Shimizu M, Hyodo F, Tomita H, Iwasaki R, Takasu M, Mori T, Tanaka H, Matsuo M.
    • Journal Title

      Ultrasound Med Biol.

      Volume: 45(2) Pages: 579-585

    • DOI

      10.1016/j.ultrasmedbio.2018.10.018

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Non invasive redox imaging of tumor redox status for early detection of radiation response using in vivo DNP-MRI2020

    • Author(s)
      Koyasu N, Hyodo F, Shoda S, Iwasaki R, Tomita H, Takasu M, Mori T, Matsuo M
    • Organizer
      Annual meeting of American Society for Radiation Oncology
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Visualization of free radical generation induced by radiation using dynamic nuclear polarization MRI2020

    • Author(s)
      Koyasu N, Hyodo F, Iwasaki R, Mori T, Yamaguchi T, Matsuo M
    • Organizer
      Annual meeting of American Society for Radiation Oncology
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] In vivo melanoma imaging based on melanin free radical using in vivo dynamic nuclear polarization magnetic resonance imaging2020

    • Author(s)
      Fuminori Hyodo, Tatsuya Naganuma, Hinako Eto, Masaharu Murata, Hideo Utsumi, Masayuki Matsuo
    • Organizer
      Annual meeting of International Society for Magnetic Resonance in Medicine
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 非アルコール性脂肪肝炎のDNP-MRIを用いた早期 画像診断法の開発2019

    • Author(s)
      兵藤文紀, 中田 亮輔, 江藤 比奈子, 中路 睦子, 長沼 辰弥, 村田正治, 橋爪誠, 松尾政之
    • Organizer
      2)第139回日本薬学会年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Mitochondrial redox imaging of NASH animal model using in vivo Dynamic Nuclear Polarization MRI2019

    • Author(s)
      Fuminori Hyodo, Ryosuke Nakata, Hinako Eto, Tomoko Nakaji, Tatsuya Naganuma, Masaharu Murata, Makoto Hashizume , Masayuki Matsuo
    • Organizer
      3)Annual meeting of International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 超偏極(DNP)-MRIを用いた非アルコール性脂肪肝炎(NASH)の早期診断システムの開発2019

    • Author(s)
      兵藤文紀, 江藤比奈子, 中路睦子, 長沼辰弥, 庄田真一, 子安憲一, 富田弘之, 高須正規, 森崇, 松尾政之
    • Organizer
      2)第47回日本磁気共鳴医学会大会,
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 超偏極(DNP)MRIを用いた新たな画像診断法の開発と放射線増感研究への応用へ向けた取り組み2019

    • Author(s)
      兵藤文紀
    • Organizer
      第21回菅原・大西記念、癌治療増感シンポジウム in 奈良
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 超偏極(DNP)MRIによる癌の酸化還元代謝に基づく早期診断・治療効果判別法の開発と応用2019

    • Author(s)
      兵藤文紀
    • Organizer
      第48回放射線による制癌シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2022-04-19  

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