2023 Fiscal Year Final Research Report

Development of a novel ESR oximetry for tumor-therapy-effect prediction

Research Project

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Project/Area Number	20KK0250
Research Category	Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
Research Institution	Hokkaido University
Principal Investigator	Inanami Osamu 北海道大学, 獣医学研究院, 教授 (10193559)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	安井博宣北海道大学, 獣医学研究院, 准教授 (10570228) 永根大幹麻布大学, 獣医学部, 講師 (10772064) 山下匡麻布大学, 獣医学部, 教授 (30220338) 赤羽英夫大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (00552077) 藤井博匡北海道医療大学, その他, 客員教授 (70209013)
Project Period (FY)	2020-10-27 – 2024-03-31
Keywords	がん診断 / 低酸素性がん細胞 / レドックス / 組織酸素濃度 / 電子スピン共鳴法（ESR) / Oxychip / 疾患動物 / 代謝
Outline of Final Research Achievements	In this study, a new compact and portable electron spin resonance (ESR) system was developed for the prediction of cancer therapy. The instrument's function and performance were evaluated by measuring redox levels and tissue oxygenation in an oxidative stress response in a cancer-bearing mouse model and in an ischaemia model in sphingomyelin knockout mice, respectively, and it was shown to have sufficient sensitivity and spatial resolution to reflect pathological and tissue responses. The results showed that the sensitivity and spatial resolution were sufficient to reflect the pathology and tissue response　 in various disease model. These results suggest that the present portable ESR system is a useful instrument for pathological research and will be a useful and freely portable important measurement technology for predicting therapeutic effects, especially in cancer, where it is well known that hypoxic regions have a strong correlation with therapeutic resistance.
Free Research Field	放射線生物学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	今までの汎用電子スピン共鳴装置はマグネットが重く、移動が困難でベッドサイドや特殊な施設やまでの移動が困難であるために、ヒトでも動物でも酸素やレドックスレベルの測定が他の生体パラメーターとの同時測定が困難であった。しかし、今回の研究で開発・機能評価したESR装置は1人で容易に持ち運べる装置である。学術的には今まで不可能であった他のNMRやRI測定等の測定機器と組み合わせることが可搬性によって可能となり、疾患解明の有力な装置であることが本研究で明らかとなった。特にがん治療効果予測の機器として有用な分析装置となる。社会的には今までより安価に制作できることから研究者に広く普及が可能である装置といえる。