Sensitive Molecular Imaging Based on Hyperpolarization Molecular Technique

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H00919
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 37:Biomolecular chemistry and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: SANDO SHINSUKE 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20346084)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 分子イメージング / 核偏極 / 分子プローブ・分子造影剤 / 代謝・生体微小環境 / MRI

Outline of Final Research Achievements

Nuclear spin relaxation T1 is mainly governed by five relaxation factors: DD, SC, SR, CSA, and Others. By minimizing these relaxation factors from the molecular structure, it is possible to develop a molecular scaffold that realizes a long T1, i.e., long-lived nuclear spin polarization.

In this research, I focused on (1) 15N, which has a small gyro-magnetic ratio and is expected to achieve long-lived nuclear polarization, and (2) 13C, which is expected to achieve high-sensitivity measurement, to develop hyperpolarized molecular probes, based on experimental and theoretical approaches. A series of hyperpolarized molecular probes with 15N and 13C as hyperpolarized nuclei were developed. Some of these probes have been demonstrated to work in vivo.

Free Research Field

ケミカルバイオロジー

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

体の中の分子の活動の理解は、分子の集合体としての生命の根源的な仕組みの理解に繋がる。また、生体内で起こる化学物質変換としての代謝や生体微小環境の変化から引き起こされる疾病の原因解明、早期診断、さらには、その治療法開発に大きな進歩をもたらすことができる。その実現に向け、本研究課題では、体の中の分子の構造を直接計測することができる核磁気共鳴技術に着目し、その最大の問題点である“感度”の向上を実現する分子プローブレパートリーの拡張を目指した。実験的解釈と理論的解析に基づいて核偏極―核磁気共鳴分子プローブ設計指針の確立に取り組み、13C核や15N核を中心とした長寿命核偏極分子プローブの開発を実現した。