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2013 Fiscal Year Annual Research Report

心疾患早期診断のための分子イメージング技術の開発

Research Project

Project/Area Number 23650274
Research InstitutionJikei University School of Medicine

Principal Investigator

福田 紀男  東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (30301534)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 照井 貴子  東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (10366247)
小比類巻 生  東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (40548905)
Keywords生体情報・計測 / 医用画像・バイオイメージング / ナノバイオシステム / 筋肉生理学 / 分子心臓学 / バイオイメージング / 生物物理学
Research Abstract

我が国における心疾患の死亡率は非常に高く、現在、癌に次いで第二位となっている。多くの心疾患は進行性をともなうため、患者のQOLと延命を改善するためには、早期に発見し、投薬治療を出来る限り早い段階で行うことが求められる。ところが、臨床で現在使用されている診断装置(X線-CT、MRI、超音波など)は精度が十分でないため、心疾患早期の段階で生じる心筋細胞内の微小な機能・構造異常を捉えることができない。本研究において申請者らは、心臓ナノ医学(Cardiac Nanomedicine)を創成することを目的とし、nm精度で病態診断や治療効果の判定を可能にする新しい技術の開発を行った。まず、ラットの幼若心筋細胞を用い、収縮構造の最小単位であるサルコメアのZ線にAcGFPを発現させ、収縮構造の最小単位であるサルコメアの動態解析を行った。その結果、3 nm(カメラ速度:50 fps)の計測精度でサルコメアの動的挙動を計測できるシステムを構築することに成功した(サルコメア長ナノ計測:Shintani et al., 2014)。これは、Gアクチン一分子の直径(5 nm)よりも小さな値であり、世界最高のサルコメア長計測精度である。また、サルコメア長ナノ計測をマウス個体の心臓に応用し、心筋細胞一個の興奮・収縮情報(サルコメア長、Ca濃度)を、高時間(10 ms)・空間(20 nm)分解能でイメージングできる技術を開発した(論文作成中)。さらに、これらの技術を拡張型心筋症モデルマウスに応用し、心臓の内因性調節機構(Frank-Starling機構)が減弱しているメカニズムを分子レベルで解き明かすことに成功した(Inoue et al., 2013; Kobirumaki-Shimozawa et al., 2014)。これらの成果に基づいて、今後、心疾患を超早期に診断することのできる装置の基盤技術を開発する。

  • Research Products

    (23 results)

All 2014 2013

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (19 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Sarcomere length nanometry in rat neonatal cardiomyocytes expressed with α-actinin-AcGFP in Z discs2014

    • Author(s)
      Shintani S, Oyama K, Kobirumaki-Shimozawa F, Ohki T, Ishiwata S, Fukuda N.
    • Journal Title

      J Gen Physiol.

      Volume: 143 Pages: 513-524

    • DOI

      doi: 10.1085/jgp.201311118

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cardiac thin filament regulation and the Frank-Starling mechanism2014

    • Author(s)
      Kobirumaki-Shimozawa, Inoue T, Shintani SA, Oyama K, Terui T, Minamisawa S, Ishiwata S, Fukuda N.
    • Journal Title

      J Physiol Sci.

      Volume: Epub ahead of print Pages: 1-12

    • DOI

      DOI 10.1007/s12576-014-0314-y

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Depressed Frank-Starling mechanism in the left ventricular muscle of the knock-in mouse model of dilated cardiomyopathy with troponin T deletion mutation ΔK2102013

    • Author(s)
      Inoue T, Kobirumaki-Shimozawa F, Kagemoto T, Fujii T, Terui T, Kusakari Y, Hongo K, Morimoto S, Ohtsuki I, Hashimoto K, Fukuda N.
    • Journal Title

      J Mol Cell Cardiol.

      Volume: 63 Pages: 69-78

    • DOI

      doi: 10.1016/j.yjmcc.2013.07.001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Qualitative changes in sarcomeric ultrastructure in skeletal muscle atrophy2013

    • Author(s)
      Udaka J, Fukuda N, Kurihara S, Marumo K
    • Journal Title

      Bone Joint Nerve

      Volume: 3 Pages: 33-38

  • [Presentation] α-actinin-AcGFP を Z 線に発現させた心筋細胞におけるサルコメア長のナノ精度計測系2014

    • Author(s)
      新谷正嶺、大山廣太郎、大木高志、石渡信一、福田紀男
    • Organizer
      日本生理学会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学
    • Year and Date
      20140316-20140318
  • [Presentation] 局所熱パルス法を用いて細胞の温度感受性を解明する2014

    • Author(s)
      大山廣太郎 , 新谷正嶺, 伊藤秀城, 石井秀弥, 福田紀男, 鈴木 団, 石渡信一
    • Organizer
      日本生理学会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学
    • Year and Date
      20140300
  • [Presentation] 高速ライブイメージングを用いたマウス in vivo 単一サルコメア計測2014

    • Author(s)
      小比類巻 生, 大山廣太郎, 広川恵里沙, 下澤東吾, 照井貴子, 南沢 享, 石渡信一, 福田紀男
    • Organizer
      日本生理学会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学
    • Year and Date
      20140300
  • [Presentation] Yellow Cameleon-Nano を用いたラット幼若心筋細胞のサルコメア長とカルシウムの同時観測2014

    • Author(s)
      塚本精一, 大山廣太郎, 新谷正嶺, 小比類巻 生, 石渡信一, 福田紀男
    • Organizer
      日本生理学会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学
    • Year and Date
      20140300
  • [Presentation] ストレスファイバー様構造を形成したラット幼若心筋細胞のサルコメア動態の解析2014

    • Author(s)
      藤井輝之, 新谷正嶺, 塚本精一, 石渡信一, 福田紀男 , 南沢 享
    • Organizer
      日本生理学会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学
    • Year and Date
      20140300
  • [Presentation] THERMAL ACTIVATION OF CARDIAC THIN FILAMENTS INDUCES CONTRACTION WITHOUT INTRACELLULAR CA2+ CHANGES: STUDIES WITH CARDIOMYOCYTES AND AN IN VITROMOTILITY ASSAY2014

    • Author(s)
      Kotaro Oyama, Shuya Ishii, Tomomi Arai, Seine A. Shintani, Hideki Itoh, Norio Fukuda, Madoka Suzuki, Shin’ichi Ishiwata
    • Organizer
      米国生物物理学会
    • Place of Presentation
      San Francisco, Moscone Center
    • Year and Date
      20140215-20140219
  • [Presentation] SIMULTANEOUS IMAGING OF LOCAL CALCIUM AND SINGLE SARCOMERE LENGTH IN RAT NEONATAL CARDIOMYOCYTES VIA EXPRESSION OF CAMELEON-NANO IN Z-DISCS.2014

    • Author(s)
      Seiichi Tsukamoto, Kotaro Oyama, Seine A. Shintani, Norio Fukuda, Shin’ichi Ishiwata
    • Organizer
      米国生物物理学会
    • Place of Presentation
      San Francisco, Moscone Center
    • Year and Date
      20140215-20140219
  • [Presentation] SARCOMERE LENGTH NANOMETRY IN CARDIOMYOCYTES EXPRESSEDWITHα-ACTININ-ACGFP IN Z-DISCS2014

    • Author(s)
      Seine A. Shintani, Kotaro Oyama, Takashi Ohki, Shin’ichi Ishiwata, Norio Fukuda
    • Organizer
      米国生物物理学会
    • Place of Presentation
      San Francisco, Moscone Center
    • Year and Date
      20140215-20140219
  • [Presentation] REAL-TIME IMAGING OF SARCOMERE DYNAMICS IN THE MOUSE HEART IN VIVO2014

    • Author(s)
      Fuyu Kobirumaki-Shimozawa, Kotaro Oyama, Akari Mizuno, Takako Terui, Togo Shimozawa, Takashi Ohki, Shin’ichi Ishiwata, Norio Fukuda
    • Organizer
      米国生物物理学会
    • Place of Presentation
      San Francisco, Moscone Center
    • Year and Date
      20140215-20140219
  • [Presentation] Real-time imaging of single sarcomeres in the mouse heart in vivo2014

    • Author(s)
      Norio Fukuda
    • Organizer
      International Symposium on Nanomedicine Molecular Science
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      20140000
  • [Presentation] In vivoナノイメージングによる心筋収縮機構の解析2013

    • Author(s)
      福田紀男
    • Organizer
      日本バイオマテリアル学会
    • Place of Presentation
      東京都、タワーホール船堀
    • Year and Date
      20131125-20131126
    • Invited
  • [Presentation] Simultaneous imaging of intracellular Ca2+ and sarcomere length in neonatal cardiomyocytes via expression of cameleon-Nano in Z-discs2013

    • Author(s)
      Seiichi Tsukamoto, Kotaro Oyama, Seine Shintani, Fuyu Kobirumaki , Shin’ichi Ishiwata, Norio Fukuda
    • Organizer
      日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      国立京都国際会館
    • Year and Date
      20131028-20131030
  • [Presentation] Real-time imaging of single sarcomeres in the mouse heart in vivo2013

    • Author(s)
      福田紀男
    • Organizer
      ナノメディシン分子科学国際シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      20131000
  • [Presentation] High-resolution analysis of sarcomeric auto-oscillations in rat neonatal cardiomyocytes2013

    • Author(s)
      Seine A. Shintani, Kotaro Oyama, Shin'ichi Ishiwata, Norio Fukuda
    • Organizer
      日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      国立京都国際会館
    • Year and Date
      20131000
  • [Presentation] Real-time high-resolution cardiac imaging in vivo2013

    • Author(s)
      Fuyu Kobirumaki-Shimozawa, Kotaro Oyama , Seine A. Shintani, Erisa Hirokawa, Togo Shimozawa, Takako Terui, Shin'ichi Ishiwata, Norio Fukuda
    • Organizer
      日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      国立京都国際会館
    • Year and Date
      20131000
  • [Presentation] 高精度分子イメージングによる心筋収縮機序解明2013

    • Author(s)
      福田紀男
    • Organizer
      高精度分子イメージングで拓く医学新領域
    • Place of Presentation
      東京医科歯科大学
    • Year and Date
      20130600
  • [Presentation] 生きたマウスの心臓における単一サルコメア長解析2013

    • Author(s)
      小比類巻 生, 大山廣太郎, 照井貴子, 水野紅理, 影本達也, 下澤東吾, 石渡信一, 福田紀男
    • Organizer
      ナノ学会
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      20130600
  • [Presentation] nm 精度のサルコメア収縮動態イメージングによる新規実験系の構築2013

    • Author(s)
      新谷正嶺, 大山廣太郎, 大木高志, 石渡信一, 福田紀男
    • Organizer
      ナノ学会
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      20130600
  • [Presentation] 高精度分子イメージングを用いたin vivo心収縮メカニズムの解析2013

    • Author(s)
      福田紀男
    • Organizer
      第21回JSPPPEC ミーティング
    • Place of Presentation
      東京慈恵会医科大学
    • Year and Date
      20130517-20130517
    • Invited

URL: 

Published: 2015-05-28  

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