2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of multifunctional electron/nuclear magnetic resonance imaging
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18KK0304
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
平田 拓 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (60250958)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
市川 和洋 長崎国際大学, 薬学部, 教授 (10271115)
榎本 彩乃 長崎国際大学, 薬学部, 講師 (30826186)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2022-03-31
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| Keywords | 電子スピン共鳴 / オーバーハウザーMRI / 酸素分圧 / pH / 酸化還元状態 / 腫瘍 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
実験用小動物の複数の生理学的情報（pH、酸素分圧、酸化還元状態等）を可視化するマルチファンクション・イメージングの実現を目指して、電子スピン共鳴（ESR）イメージングとオーバーハウザーMRI（OMRI）の技術開発を進めた。
ESRイメージング装置の高感度化を実現するマルチハーモニック受信システムを用いて、水溶液のpHイメージングをテストした。その結果、計測分解能0.1pH単位以下の三次元pHイメージングを実現した。腫瘍モデルマウス（ヒト由来膵管がんMIA PaCa-2）の細胞外pHイメージングを行い、400立方mm程度の腫瘍のpHマッピングを実現した。以前は、1000立方mm程度の腫瘍サイズで測定を行なっていたが、ESR装置の高感度化により、より少ない量の分子プローブ（dR-SG）でもpHイメージングを実現した。
ウエストバージニア大学のKhramtsov教授が開発したpH感受性常磁性プローブdR-SGを用いて、腫瘍モデルマウスに炭酸脱水酵素（CA）IX阻害剤U-104を投与した際の、細胞外pHの変化を可視化した。その結果、悪性腫瘍の特徴である細胞外液の酸性化が亢進する傾向にあることが示された。同じがん細胞を用いた細胞実験でも、U-104投与による細胞外溶液の酸性化と、細胞が低酸素状態になることを確認した。腫瘍の細胞外pHマッピングの結果と矛盾しない細胞実験のデータが得られた。
OMRIについても、2020年度までにウェストバージニア大学グループと共に周波数自動切換えによる生体内pHイメージングが可能な装置を開発してきた。2021年度は開発した装置をさらに改良し、複数の生体情報を同時イメージングが可能な機器に発展させた。具体的にはレドックス・酸素分圧の同時イメージングを可能にするため、周波数可変範囲を拡大した。また、実際にファントムを用いて有用性を実証した。
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