2018 Fiscal Year Research-status Report
Analysis of radioresistance factors of tumors in radiotherapy by using MS imaging and ESR imaging techniques
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18K19254
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
稲波 修 北海道大学, 獣医学研究院, 教授 (10193559)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平田 拓 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (60250958)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | がん治療抵抗性因子 / ワールブルグ効果 / 電子伝達系 / グリコリシス / グルタミノリシス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の大きな目標はがんの微小環境を代謝を中心とした空間的・時間的な評価を可能とする方法・技術を確立することにある。当該年度の研究進捗状況としてはまず、その基礎となるインビトロでの代謝評価法を確立することである。既に申請者はATP、ADP、AMP、NADHのＨＰＬＣを用いた評価法や脂質過酸化の質量分析法を用いた評価法については既に確立していたが、酸素消費率（ＯＣＲ）の評価法や癌の糖代謝にともなう細胞外酸性化速度（ＥＣＡＲ）については研究当初は検討を開始している最中であった。本年度はインビボで重要となる培養系でのミトコンドリアの酸素消費率とｐＨについて電子スピン共鳴法（ＥＳＲ）を用いて中心的に研究を進めてきた。その結果、ＯＣＲについては5,9,14,18,23,27,32,36-octa-n-butoxy-2,3-naphthalocyanine (LiNc-BuO)を用いて、ＥＣＡＲについては2-(4-((2-(4-amino-4-carboxybutanamido)-3-(carboxymethylamino)-3-oxoproylthio)methyl)phenyl)-4-pyrrolidino-2,5,5-triethyl-2,5-dihydro-1H-imidazol-1-oxylを用いたＥＳＲを用いた方法論をヒト子宮頸癌ＨｅＬａ細胞、ヒト大腸がん細胞ＳＷ４８０ならびにヒト肺がん細胞Ａ５４９細胞を用いて開発した。更にはプレリミナリーではあるが研究分担者の平田らのグループと動物実験も開始し、担癌マウスでのＥＣＡＲのイメージングによる評価系をマウス頭頸部がん移植系で確立しつつある（Anal. Chem. 2018, 90, 13938－13945）。次年度はＥＳＲによるｐＨイメージングの生物学的意義とあわせて酸素（ＯＣＲ）イメージングについても進めて行く予定である。
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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
すでに、初年度でインビトロでのｐＨ評価系を確立するとともに、さらに研究分担者の平田らのグループとともに発展させて、国際共同研究としてマウス担癌動物での評価系で国際誌に一報報告しており、インビボでのイメージングの基礎となるがん細胞の代謝活動の基礎的な培養系での評価系についても確立してきている。また、現在、次の段階の酸素イメージングについてもトリチルラジカル TAM をプローブを用いたイメージング法を確立しつつある。この様にESRイメージングについては期待以上の進捗をしめしていいるものの、質量分析イメージングについては技術講習を受けた段階で現時点では準備段階であり、本年度、本格的に着手する予定である。以上の事から、「当初の計画以上に進展している」とは言えないものの、概ね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目的は質量分析イメージングとESRイメージングを駆使して、がんの先端的代謝イメージング技術を確立し、がんの特異的代謝をあきらかにすると共に、放射線に対するがん代謝応答を明確にすることにある。この目的のために、二年目の研究方向性・推進方策としては、
1）ESRイメージングについてはｐH変化については画像として撮像することに成功しているので、技術的な解像度の向上、時間分解能を高めて時間経過を追える技術として完成の方向に努力するとともに、放射線照射に対するｐH応答（ECAR)の応答を明らかにして、細胞レベルでは細胞外ｐHを調整すると考えられている解糖系代謝による乳酸の産生ならびに炭酸脱水酵素 CA9(carbonic anhydrase9）の関与を明らかにする。
2）質量分析イメージング法については北海道大学アイソトープ総合センターに設置されている機器の講習を終えて準備を進めてきたが、本年度はATP、ADP、AMP、NADH/NAD+、GSH、ピルビン酸、アセチルCoAのいずれかの重要代謝物質の質量分析イメージングを担癌マウスの切片を用いてトライアルを行う。
3）以上の2つの方法をできる限り発展させることにより、最終年度での代謝標的を絞り、その阻害剤と放射線の効果のインビボでの評価実験に繋げてゆく。
以上の研究を進め、獣医のみならず医療に於いても代謝標的治療において重要な知見を得たいと考えている。
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| Causes of Carryover |
本年度成功し、方法論として確立したＥＳＲ法によるｐＨ測定法を、次年度はインビトロで移植腫瘍を用いたＥＳＲイメージングを開始する。同種のマウスのがんであればC57Black等の低価格な実験動物でも構わないが、ヒトへの応用に発展させることも本研究課題の目的であるのでヌードマウスやスキッドマウスを用いると一匹5000円程度になる。実験動物の使用料が次年度大きく見込まれる。もう一つは組織レベルでのマススペクトルを用いたイメージングも開始するが、そのための動物実験のための経費や機器の使用料が嵩む可能性が考えられる。以上の事か次年度使用額が生じた理由はこの様な実験動物と聞き使用料等の研究費が必要となったためである。
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