分子標的MRIを基盤とした低酸素・活性酸素種・レドックス活性可視化への挑戦

• Project Area: Oxygen biology: a new criterion for integrated understanding of life
• Project/Area Number: 15H01403
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 近藤 輝幸 京都大学, 工学研究科, 教授 (20211914)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2016: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2015: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 酸素生物学 / 腫瘍低酸素領域 / りん光発光 / ルテニウム錯体 / Hoechst / DNA 結合性 / 酸素濃度センサー / 可視化 / 画像 / 生体材料 / ナノ材料 / 合成化学 / 放射線増感剤 / 分子標的 MRI / 三重共鳴 NMR / ホスホリルコリン / 安定同位元素 / セラノスティクス

Outline of Annual Research Achievements

酸素は、生体が生命活動を維持するために必要なエネルギーの産生に不可欠な物質であり、その消費は様々な生命機能と深く関わっている。例えば、成長過程など細胞が活発な活動をする際にはエネルギーの産生が必要であり、酸素消費が増進する。一方、酸化ストレス等により細胞内ミトコンドリアに異常が起こると、酸素消費量は低下する。従って、酸素と生命機能には強い相関があり、細胞内での酸素量をリアルタイムに可視化する分子プローブの開発が求められている。
そこで本新学術領域研究では、細胞核内にプローブを送達する Hoechst33258 とりん光発光性ルテニウム錯体との複合化により、新しい細胞核内酸素濃度検出プローブ（Ru-Hoechst）を設計・合成し、その機能を評価した。
まず、Ru-Hoechstプローブの水溶液に、405 nm の励起光を照射すると、600 nm 付近にルテニウム錯体由来のりん光発光が観測された。水溶液の溶存酸素濃度を変化させたところ、ルテニウム錯体に由来するりん光発光は、酸素濃度の増大に伴い減弱した。従って、Ru-Hoechstプローブは、酸素濃度の変動を可視化する機能を有することが明らかとなった。なお、Stern-Volmer プロットから算出した KSV 値は 982 M-1 であり、りん光発光は、酸素濃度の変動に対する応答であることが示された。Ru-Hoechst プローブは高い DNA 結合特性を有する。すなわち、A549 細胞の細胞核にRu-Hoechst プローブを集積させ。培地中の酸素濃度を 20% から 0% に変化させ、再度 20% に戻した結果、酸素濃度の変動に応答したりん光発光強度の増減が観測された。
以上の様に、Ru-Hoechst プローブは、細胞の分化・発生において重要な役割を果たす細胞核の機能解明に有効なプローブである。

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] Dioxetane formation and chemiluminescent emission upon the combination of a vinylphenol derivative with naphthalene endoperoxide (2017)
  • Author(s): Umehara Y, Son A, Kondo T, Tanabe K.
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 7 Issue: 16 Pages: 9472-9475
  • DOI: 10.1039/c6ra28079j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ruthenium- and rhodium-catalyzed strain-driven cleavage and reconstruction of the C-C bond (2016)
  • Author(s): Kondo T.
  • Journal Title: European Journal of Organic Chemistry Volume: - Issue: 7 Pages: 1232-1242
  • DOI: 10.1002/ejoc.201501291
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Yb(OTf)3-catalyzed synthesis of 2-substituted 4(3H)-quinazolinones via cleavage of a carbon-carbon bond (2016)
  • Author(s): Yoshimura T, Naito S, Yuanjun D, Son A, Kimura Y, Toshimitsu A, Kondo, T.
  • Journal Title: Heterocycles Volume: 96 Issue: 2 Pages: 816-823
  • DOI: 10.3987/com-15-s(t)59
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 13C/15N-Enriched l-Dopa as a Triple-Resonance NMR Probe to Monitor Neurotransmitter Dopamine in the Brain and Liver Extracts of Mice (2015)
  • Author(s): Hisatsugu Yamada, Tetsuro Kameda, Yu Kimura, Hirohiko Imai, Tetsuya Matsuda, Shinsuke Sando, Akio Toshimitsu, Yasuhiro Aoyama, Teruyuki Kondo
  • Journal Title: Chemistry Open Volume: e-Pub Issue: 2 Pages: 125-128
  • DOI: 10.1002/open.201500196
  • NAID: 120005844253
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Magnetic resonance imaging of tumor with a self-traceable polymer conjugated with an antibody fragment (2015)
  • Author(s): Yamada H, Hasegawa Y, Suzuki Y, Imai H, Matsuda T, Kimura Y, Toshimitsu A, Aoyama Y, Kondo T.
  • Journal Title: Bioorg. Med. Chem. Lett. Volume: 25 Issue: 13 Pages: 2675-2678
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2015.04.072
  • NAID: 120005672621
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pharmacokinetics of chiral dendrimer-triamine-coordinated Gd-MRI contrast agents evaluated by in vivo MRI and estimated by in vitro QCM (2015)
  • Author(s): Miyake Y, Ishikawa S, Kimura Y, Son A, Imai H, Matsuda T, Yamada H, Toshimitsu A, Kondo T.
  • Journal Title: Sensors Volume: 15 Pages: 31973-31986
  • NAID: 120007141563
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthesis and functional evaluation of chiral dendrimer-triaminecoordinated Gd complexes with polyaminoalcohol end groups as highly sensitive MRI contrast agents (2015)
  • Author(s): Miyake Y, Kimura Y, Orito N, Imai H, Matsuda T, Toshimitsu A, Kondo T.
  • Journal Title: Tetrahedron Volume: 71 Issue: 26-27 Pages: 4438-4444
  • DOI: 10.1016/j.tet.2015.04.050
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Magnetic resonance imaging of tumor with a self-traceable phosphorylcholine polymer (2015)
  • Author(s): Hisatsugu Yamada, Yoshinori Hasegawa, Hirohiko Imai, Yuki Takayama, Fuminori Sugihara, Tetsuya Matsuda, Hidehito Tochio, Masahiro Shirakawa, Shinsuke Sando, Yu Kimura, Akio Toshimitsu, Yasuhiro Aoyama and Teruyuki Kondo
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 137 Issue: 2 Pages: 799-806
  • DOI: 10.1021/ja510479v
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 双極性ポリマー PMPC を基盤とする高次生体イメージングプローブの創製 (2016)
  • Author(s): 近藤輝幸
  • Organizer: 青山学院大学化学・生命科学科・講演会（理工学会共催）
  • Place of Presentation: 青山学院大学相模原キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-13
  • Invited
• [Presentation] PMPC を基盤とする高度機能性イメージングプローブの創製 (2016)
  • Author(s): 近藤輝幸
  • Organizer: 京都大学テックコネクト新技術説明会 2016
  • Place of Presentation: 京都大学大学院工学研究科イノベーションプラザ
  • Year and Date: 2016-03-11
  • Invited
• [Presentation] 有機合成化学を基盤とする生体イメージングのための革新的分子プローブの開発 (2016)
  • Author(s): 近藤輝幸
  • Organizer: 第２回京都コモンズワークショップ－京都大学工学研究科化学系基礎研究（有機合成化学）ワークショップ－
  • Place of Presentation: 京都市成長産業創造センター（ACT Kyoto）
  • Year and Date: 2016-02-24
  • Invited
• [Book] がんの分子イメージング (2015)
  • Author(s): 近藤輝幸, 木村祐, 三宅由花
  • Total Pages: 269
  • Publisher: （株）化学同人
• [Remarks] http://www.abe.ehcc.kyoto-u.ac.jp/
• [Remarks] 京都大学 学際融合教育研究推進センター 先端医工学研究ユニット 分子プローブ合成分野 近藤研究室
  • URL: http://www.probe.abe.kyoto-u.ac.jp/
• [Patent(Industrial Property Rights)] Polymer and contrast agent for photoacoustic imaging (2016)
  • Inventor(s): Kondo T, et al.
  • Industrial Property Rights Holder: Canon Inc.
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2016-04-28
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] POLYMER, AND CONTRAST AGENT FOR PHOTOACOUSTIC IMAGING, INCLUDING THE POLYMER (2015)
  • Inventor(s): Kondo T., et al.
  • Industrial Property Rights Holder: Kondo T., et al.
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2015-10-09
  • Overseas