2つの生体内刺激の同時検出を可能にする分子プローブの創製とがん幹細胞の悪性度評価

• Project Area: Singularity biology
• Project/Area Number: 21H00424
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 三木 康嗣 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60422979)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: がん幹細胞 / 酵素 / プローブ / 蛍光

Outline of Research at the Start

がん幹細胞は通常のがん細胞と異なり薬物耐性が高いため、がんの増殖や再発に大きく関与している。本研究ではがん幹細胞において過剰発現するアルデヒド脱水素酵素 ADLH1A1に応答し発光する分子プローブを創製する。また、この分子プローブに他の生体内刺激に応答する官能基を修飾することで、がん幹細胞内において特徴的な生体内環境や過剰発現するALDH1A1以外の酵素の関与を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、2022年度において(1) がん幹細胞と正常細胞の幹細胞を区別するためのdual応答性分子プローブの開発、(2) ピリジルイソキノリン骨格をもつdual応答性分子プローブの開発、の２点に取り組んだ。
2021年度において、がん細胞群中に含まれる未分化細胞であるがん幹細胞で過剰発現するアルデヒド脱水素酵素1（ALDH1）およびがん細胞で過剰発現するβ-ガラクトシダーゼの両方に応答した場合のみ発光する分子プローブCHO_βgalを開発した。2022年度において、我々が以前開発したALDH1応答性プローブであるC5S-Aを用いがん細胞、正常細胞を染色したところ、どちらの場合も細胞群中に含まれる幹細胞が可視化された。正常細胞にもALDH1を過剰発現する幹細胞が含まれるためである。一方、開発した分子プローブCHO_βgalを作用させたところ、正常細胞では発光する細胞は存在しなかったが、がん細胞では幹細胞のみが発光することを確認した。マウスを用いる実験の結果、in vivoおよびex vivoにおいてもがん幹細胞の多寡を識別できることを明らかにした。これらの結果は、開発したCHO_βgalが評価したいサンプルが正常組織を含むがん組織であったとしてもがん幹細胞の多寡を評価できる可能性を示唆している。本成果をまとめ、特許申請中である。
2022年度において、ピリジルイソキノリン骨格を含むdual応答性分子プローブの開発を進めた。生体内の活性酸素種とカルボキシエステラーゼ活性を同時に検出可能な分子プローブB-PiQ-Acを創製した。細胞内の過酸化水素およびカルボキシエステラーゼ活性に応答し発光する機能を有することを確認した。新たなdual応答性分子プローブの骨格として今後の展開が期待される。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Dual-responsive near-infrared turn-on fluorescent probe for cancer stem cell-specific visualization (2024)
  • Author(s): Koji Miki, Masahiro Oe, Kanae Suzuki, Koki Miki, Huiying Mu, Yoshimi Kato, Mayumi Iwatake, Hiroshi Yukawa, Yoshinobu Baba, Yoshifumi Ueda, Yasuo Mori, Kouichi Ohe
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry B Volume: 12 Issue: 28 Pages: 6959-6967
  • DOI: 10.1039/d4tb00897a
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Photoacoustic Signal Enhancement of Al- and Si-Phthalocyanines Caused by Photoinduced Cleavage of Water-Soluble Axial Ligand (2023)
  • Author(s): Kohei Nogita, Koji Miki, Naoto Imaizumi, Masahiro Oe, Huiying Mu, and Kouichi Ohe
  • Journal Title: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry Volume: 438 Pages: 114547-114547
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2023.114547
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] がん幹細胞検出のためのアルデヒド脱水素酵素1応答性蛍光プローブ (2023)
  • Author(s): 三木康嗣，大江浩一
  • Journal Title: 日本分子イメージング学会機関誌 Volume: 16 Pages: 8-16
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Steric Control in Activator-Induced Nucleophilic Quencher Detachment-Based Probes: High-Contrast Imaging of Aldehyde Dehydrogenase 1A1 in Cancer Stem Cells (2022)
  • Author(s): Masahiro Oe, Kanae Suzuki, Koji Miki,* Huiying Mu, and Kouichi Ohe
  • Journal Title: ChemPlusChem Volume: 87 Issue: 11 Pages: 202200319-202200319
  • DOI: 10.1002/cplu.202200319
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Amphiphilic γ-cyclodextrin?fullerene complexes with photodynamic activity (2022)
  • Author(s): Miki Koji、Dan Zhang Zi、Kaneko Kaho、Kakiuchi Yui、Kojima Kentaro、Enomoto Akane、Oe Masahiro、Nogita Kohei、Murata Yasujiro、Harada Hiroshi、Ohe Kouichi
  • Journal Title: Materials Advances Volume: 3 Issue: 1 Pages: 312-317
  • DOI: 10.1039/d1ma00743b
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An activator-induced quencher-detachment-based turn-on probe with a cationic substrate moiety for acetylcholinesterase (2022)
  • Author(s): Oe Masahiro、Miki Koji、Masuda Akito、Nogita Kohei、Ohe Kouichi
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 58 Issue: 10 Pages: 1510-1513
  • DOI: 10.1039/d1cc05132f
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] MMP-2-Activatable Photoacoustic Tumor Imaging Probes Based on Al- and Si-Naphthalocyanines (2021)
  • Author(s): Miki Koji、Imaizumi Naoto、Nogita Kohei、Oe Masahiro、Mu Huiying、Huo Wenting、Harada Hiroshi、Ohe Kouichi
  • Journal Title: Bioconjugate Chemistry Volume: 32 Issue: 8 Pages: 1773-1781
  • DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.1c00266
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dual-Stimuli-Responsive Probes for Detection of Ovarian Cancer Cells and Quantification of Both pH and Enzyme Activity (2021)
  • Author(s): Huo Wenting、Miki Koji、Tokunaga Daisuke、Mu Huiying、Oe Masahiro、Harada Hiroshi、Ohe Kouichi
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan Volume: 94 Issue: 8 Pages: 2068-2075
  • DOI: 10.1246/bcsj.20210168
  • NAID: 130008087844
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Deep-Red/Near-Infrared Turn-On Fluorescence Probes for Aldehyde Dehydrogenase 1A1 in Cancer Stem Cells (2021)
  • Author(s): Oe Masahiro、Miki Koji、Ueda Yoshifumi、Mori Yasuo、Okamoto Aoi、Funakoshi Yohei、Minami Hironobu、Ohe Kouichi
  • Journal Title: ACS Sensors Volume: 6 Issue: 9 Pages: 3320-3329
  • DOI: 10.1021/acssensors.1c01136
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Aluminum naphthalocyanine conjugate as an MMP-2-activatable photoacoustic probe for in vivo tumor imaging (2021)
  • Author(s): Miki Koji、Imaizumi Naoto、Nogita Kohei、Oe Masahiro、Mu Huiying、Huo Wenting、Ohe Kouichi
  • Journal Title: Methods in enzymology Volume: 657 Pages: 89-109
  • DOI: 10.1016/bs.mie.2021.07.001
  • ISBN: 9780323855303
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] アルデヒド脱水素酵素応答性turn-on 型蛍光プローブを用いるがん幹細胞の可視化 (2022)
  • Author(s): 三木康嗣、麻植雅裕、鈴木叶瑛、山中大暉、植田誉志史、森泰生、岡本葵、船越洋平、南博信、大江浩一
  • Organizer: 日本分子イメージング学会 第16回総会・学術集会
• [Presentation] 金属フタロシアニンを用いたGSH 応答性turn-on 型PAI/PTT 用セラノスティック剤の開発 (2022)
  • Author(s): 菅原嵩弥、野北康平、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 日本分子イメージング学会 第16回総会・学術集会
• [Presentation] 金属フタロシアニンを母骨格とする光音響プローブの光照射による軸配位子切断 (2022)
  • Author(s): 野北康平、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 日本分子イメージング学会 第16回総会・学術集会
• [Presentation] 求核性ヒドロキシ基をもつALDH1A1 応答性turn-on 型蛍光プローブによるがん幹細胞イメージング (2022)
  • Author(s): 山中大暉、麻植雅裕、鈴木叶瑛、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 日本分子イメージング学会 第16回総会・学術集会
• [Presentation] pH- and Esterase-Responsive Photoluminescent Probe for Cell Imaging (2022)
  • Author(s): Wenting Huo, Ayako Suzuki, Koji Miki, Kouichi Ohe
  • Organizer: 日本分子イメージング学会 第16回総会・学術集会
• [Presentation] Thiol-Selective Fluorogenic Probes Based on Vinyl-BODIPY Scaffold for Sensing Unfolded Proteins in Living Cells (2022)
  • Author(s): Huiying Mu, Koji Miki, Kouichi Ohe
  • Organizer: 日本分子イメージング学会 第16回総会・学術集会
• [Presentation] 近赤外光による金属フタロシアニンの軸配位子脱離を利用するアクティベータブル光音響造影剤の開発 (2022)
  • Author(s): 野北康平、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 第16回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] GSH応答性 turn-on型 PAI/PTT用セラノスティック剤の開発 (2022)
  • Author(s): 菅原嵩弥、野北康平、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 第16回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] がん細胞可視化のための刺激応答性分子プローブの開発と応用 (2022)
  • Author(s): 大江浩一・麻植雅裕・HUO Wenting・三木康嗣・MU Huiying
  • Organizer: 有機合成化学研究所第37回講演会
• [Presentation] 酵素活性と活性酸素種の検出を指向したデュアル応答性発光プローブの開発 (2022)
  • Author(s): 髙山公平 ・ 鈴木絢子 ・ Wenting Huo・ 森本崇 ・ Huiying Mu・ 三木康嗣 ・大江浩一
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] アニオン性置換基を有する水溶性pH 応答型シアニン色素の開発 (2022)
  • Author(s): Shuai Shao・ Huiying Mu・ 三木康嗣 ・ 大江浩一
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] ニッケルフタロシアニンを用いたGSH応答性 turn-on型セラノスティック剤の開発 (2022)
  • Author(s): 菅原 嵩弥 ・ 野北 康平 ・ 三木 康嗣 ・ 大江 浩一
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] アルデヒド脱水素酵素のisoform識別を指向したシアニン色素の開発 (2022)
  • Author(s): 三木 康輝・山中 大輝・Huiying Mu・三木 康嗣・大江 浩一
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会
• [Presentation] 求核性ヒドロキシ基をもつALDH1A1応答性 turn-on型蛍光プローブの開発 (2022)
  • Author(s): 山中 大暉、麻植 雅裕、鈴木 叶瑛、三木 康嗣、大江 浩一
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] 活性酸素種と pH変化の検出を指向したデュアル応答性発光プローブの開発 (2022)
  • Author(s): 森本 崇、Wenting Huo、三木 康嗣、大江浩一
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] がん幹細胞の可視化を指向した二種類の酵素に応答する turn-on型蛍光イメージングプローブの開発 (2022)
  • Author(s): 鈴木叶瑛、麻植雅裕、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] 酸化型ニッケルフタロシアニンを用いたGSH応答性 PAI/PTTセラノスティック剤の開発 (2022)
  • Author(s): 菅原 嵩弥、野北 康平、三木 康嗣、大江 浩一
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] Substituted meso-Vinyl-BODIPY as Thiol-Selective Fluorogenic Probes for Sensing Unfolded Proteins in Living Cells (2022)
  • Author(s): HUIYING MU, Koji Miki, Kouichi Ohe
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] がん幹細胞蛍光イメージングのためのアルデヒド脱水素酵素応答性turn-on 型近赤外蛍光プローブの開発 (2021)
  • Author(s): 麻植雅裕、三木康嗣、植田誉志史、森泰生、大江浩一
  • Organizer: 第15回日本分子イメージング学会総会・学術集会
• [Presentation] 高コントラストにがん幹細胞を可視化するALDH1A1応答性turn-on型蛍光プローブの開発 (2021)
  • Author(s): 鈴木叶瑛、麻植雅裕、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 第15回日本分子イメージング学会総会・学術集会
• [Presentation] 金属フタロシアニン類の軸配位子修飾による刺激応答性光音響プローブの開発 (2021)
  • Author(s): 野北康平、今泉直人、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 第15回日本分子イメージング学会総会・学術集会
• [Presentation] pH-Activatable Cyanine Dyes for Selective Tumor Imaging Using Near-Infrared Fluorescence and Photoacoustic Modalities (2021)
  • Author(s): Huiying Mu, Koji Miki, and Kouichi Ohe
  • Organizer: 第15回日本分子イメージング学会総会・学術集会
• [Presentation] Dual Stimuli-Responsive Small Molecular Probe for Simultaneous Measurement of pH and Enzyme Activity (2021)
  • Author(s): Wenting Huo, Koji Miki, Kouichi Ohe
  • Organizer: 第15回日本分子イメージング学会総会・学術集会
• [Presentation] がん幹細胞を高コントラストに可視化するALDH1A1応答性turn-on型蛍光プローブの開発 (2021)
  • Author(s): 鈴木叶瑛、麻植雅裕、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 第41回有機合成若手セミナー 明日の有機合成を担う人のために
• [Presentation] 光または酵素による軸配位子の切断を利用するアクティベータブル光音響造影剤の開発 (2021)
  • Author(s): 野北康平、今泉直人、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 第41回有機合成若手セミナー 明日の有機合成を担う人のために
• [Presentation] 刺激応答性発光色素元素ブロックの合成と酵素活性およびチオール類の検出 (2021)
  • Author(s): 三木 康嗣、 穆 慧瑩、麻植 雅裕、大江 浩一
  • Organizer: 第70回高分子討論会
• [Presentation] 高コントラストながん幹細胞イメージングを指向した ALDH1A1応答性 turn-on型蛍光プローブの開発 (2021)
  • Author(s): 鈴木叶瑛、麻植雅裕、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 第15回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] 金属フタロシアニン類の凝集を利用したアクティベータブル光音響造影剤の開発 (2021)
  • Author(s): 野北康平、今泉直人、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 第15回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] ALDH1A1応答性turn-on型蛍光プローブによる高コントラストながん幹細胞イメージング (2021)
  • Author(s): 鈴木叶瑛、麻植雅裕、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 第11回CSJ化学フェスタ
• [Presentation] 金属フタロシアニン類を母骨格とするアクティベータブル光音響造影剤の開発 (2021)
  • Author(s): 野北康平、今泉直人、三木康嗣、大江浩一
  • Organizer: 第11回CSJ化学フェスタ
• [Presentation] Dual-Stimuli-Responsive Probes for Simultaneous Detection of pH and Enzyme Activity (2021)
  • Author(s): Wenting Huo, Koji Miki, and Kouichi Ohe
  • Organizer: PacifiChem2021
• [Presentation] Detection, Isolation, and In Vivo Visualization of Cancer Stem Cell Utilizing Aldehyde Dehydrogenase-Responsive Turn-On Fluorescent Probes (2021)
  • Author(s): Masahiro Oe, Koji Miki, Yoshifumi Ueda, Yasuo Mori, and Kouichi Ohe
  • Organizer: PacifiChem2021
• [Presentation] Development of Turn-on Fluorescent Probe for Cancer Stem Cell Imaging (2021)
  • Author(s): Masahiro Oe, Kanae, Suzuki, Koji Miki, Kouichi Ohe
  • Organizer: PacifiChem2021
• [Presentation] Metallo-naphthalocyanines with hydrophilic axial ligand as enzyme-activatable photoacoustic contrast agents (2021)
  • Author(s): Kohei Nogita, Naoto Imaizumi, Koji Miki, Kouichi Ohe
  • Organizer: PacifiChem2021
• [Presentation] Development of Aldehyde Dehydrogenase-Responsive Turn-on Fluorescent Probe for Cancer Stem Cell Imaging (2021)
  • Author(s): Masahiro Oe, Koji Miki, Kouichi Ohe
  • Organizer: PacifiChem2021
• [Patent(Industrial Property Rights)] 新規化合物、細胞膜透過促進剤及び化合物の細胞膜内部への導入方法 (2023)
  • Inventor(s): 三木 康嗣、他12名
  • Industrial Property Rights Holder: 京都大学、他3機関
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2023-146159
  • Filing Date: 2023
• [Patent(Industrial Property Rights)] 1.特定条件下で発光する化合物、および、該化合物を用いたがん幹細胞の検出方法 (2022)
  • Inventor(s): 三木康嗣，麻植雅裕，鈴木叶瑛，フゥイイン ムー，大江浩一，他3名
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人京都大学、国立大学法人東海国立大学機構
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2022-211614
  • Filing Date: 2022