Oxygen imaging of tumor by phosphorescence lifetime imaging microscopy using oxygen probes
| Project/Area Number |
23K25173
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| Project/Area Number (Other) |
22H03919 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
吉原 利忠 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (10375561)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
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| Keywords | りん光 / りん光寿命 / イリジウム錯体 / 酸素 / 腫瘍 |
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| Outline of Research at the Start |
正常組織において酸素は，毛細血管を通して各組織細胞に供給され，細胞内で消費されるため，酸素レベルは一定に保たれている。しかし，がんでは細胞が異常増殖しているため低酸素状態である。本研究では，イリジウム錯体とりん光寿命イメージング顕微鏡を用いて，がん腫瘍内の酸素分圧をイメージングする。腫瘍新生血管と腫瘍細胞の同時観察から，腫瘍内の低酸素領域の検出および，低酸素状態が‘いつ’・‘どこで’発生し，その後どのように変化するのかを解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、イリジウム錯体を基軸とした血中滞留型および細胞蓄積型酸素プローブ分子を開発し、不均一環境にある‘がん腫瘍’の酸素濃度(分圧)分布を、共焦点りん光寿命イメージング顕微鏡を用いて、単一細胞レベルの分解能で計測およびライブイメージングすることである。
令和4年度は、分子量2000以上のポリエチレングリコール（PEG）鎖を複数導入した緑色および赤色血中滞留型イリジウム錯体を合成し、生理食塩水中におけるそれらの吸収・りん光スペクトル、りん光量子収率、りん光寿命の酸素分圧依存性について明らかにした。その結果、開発したイリジウム錯体は、脱酸素下の生理食塩水中において比較的強いりん光を示し、酸素存在下ではりん光量子収率、りん光寿命が大きく減少した。これらのイリジウム錯体を麻酔下にあるマウスに投与し、りん光寿命イメージング顕微鏡で腎臓表面を観察したところ、分子量が5000以下のPEGを結合させたイリジウム錯体では、投与後1時間以内に糸球体からろ過され、尿中に排泄されることが分かった。一方、分子量10000のPEGを3つ結合させたイリジウム錯体では、高い血中滞留性を示すことが分かった。また、マウス吸気酸素分圧を変化させるとりん光寿命が変化することから、開発したイリジウム錯体は血中内においても酸素応答性を示すことが明らかとなった。担がんマウスを用いた実験では、腫瘍内の毛細血管網のイメージングに成功し、血管依存的にりん光寿命が異なることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和4年度は、分子量2000以上のポリエチレングリコール（PEG）鎖を複数導入した緑色および赤色血中滞留型イリジウム錯体を合成し、生理食塩水中におけるそれらのスペクトル特性および光物理特性について明らかにした。また、開発したイリジウム錯体の血中滞留性を明らかにし、腫瘍内の毛細血管網のイメージングから血管依存的にりん光寿命が異なることを見出した。
以上の結果は、令和4年度に達成すべき目標であることからおおむね順調に研究が遂行できたと考えている。現在、成果を投稿論文にまとめている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、腫瘍細胞内の酸素分圧の計測を目指して、組織細胞蓄積型イリジウム錯体の開発を進める。細胞蓄積型イリジウム錯体では、より高い腫瘍細胞親和性および血中滞留型イリジウム錯体との併用を目指して、深赤色りん光および、深部イメージングも考慮した近赤外りん光を示すカチオン性イリジウム錯体を開発する。昨年度と同様に開発した酸素プローブを担がんマウスに投与して、りん光寿命イメージング顕微鏡を用いて、イメージング画像を取得する。腫瘍の種類は、大腸がん、乳がん、肺がんなど固形腫瘍が形成できるものを用いる。得られた画像と検量線から血中の酸素分圧の絶対値を算出する。また、血管と腫瘍細胞の同時イメージングでは、例えば，昨年度開発した血中滞留型緑色イリジウム錯体と、本年度開発する細胞蓄積型赤色イリジウム錯体を用いる。
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Report
(1 results)
Research Products
(11 results)
