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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Oxygen imaging of tumor by phosphorescence lifetime imaging microscopy using oxygen probes

Research Project

Project/Area Number 22H03919
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionGunma University

Principal Investigator

吉原 利忠  群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (10375561)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywordsりん光 / りん光寿命 / イリジウム錯体 / 酸素 / 腫瘍
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、イリジウム錯体を基軸とした血中滞留型および細胞蓄積型酸素プローブ分子を開発し、不均一環境にある‘がん腫瘍’の酸素濃度(分圧)分布を,共焦点りん光寿命イメージング顕微鏡を用いて、単一細胞レベルの分解能で計測およびライブイメージングすることである。
令和5年度は、マウスに投与された血中滞留型Ir錯体のりん光寿命から酸素分圧の絶対値を求めるため、生理食塩水やマウス血漿を用いて検量線の作成を行った。この際、温度による影響を明らかにするため、異なる温度においても検量線を作成した。これらの検量線とりん光寿命から腫瘍の酸素分圧を求めたところ、場所場所によって酸素分圧が大きく異なることが明らかとなった。特に腫瘍の中心部付近では血管量が少なく、その結果、10 mmHg以下の低酸素状態になることが示された。また、細胞蓄積型Ir錯体と血管を可視化する蛍光性試薬を用いて、血管量と周辺腫瘍組織との酸素分圧の関係を明らかにした。その結果、腫瘍組織内の血管量は不均一であり、血管量の多いところは組織細胞内の酸素分圧が高い一方、血管量の少ないところに低酸素領域が存在することが可視化された。さらに、細胞蓄積型Ir錯体を用いて血管からの距離依存的な酸素分圧勾配の定量化を試みた。その結果、血管近傍にある腫瘍細胞の酸素分圧は高く、血管壁から離れるにつれて酸素分圧が徐々に減少し、約100~150 μm離れると酸素分圧が10 mmHg以下になることが示された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

令和5年度は、マウスに投与された血中滞留型Ir錯体のりん光寿命から酸素分圧の絶対値を求めるための検量線を作成した。これらの検量線とりん光寿命から腫瘍の酸素分圧を求めたところ、場所場所によって酸素分圧が大きく異なることが明らかとなった。特に腫瘍の中心部付近では血管量が少なく、その結果、10 mmHg以下の低酸素状態になることが示された。また、組織細胞蓄積型Ir錯体のりん光寿命計測から、腫瘍組織内の血管量の不均一性と酸素分圧の関係や、血管からの距離依存的な酸素分圧勾配を単一細胞レベルで定量化した。
以上の結果は、令和5年度に達成すべき目標であることからおおむね順調に研究が遂行できたと考えている。現在、成果を投稿論文にまとめている。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、深部腫瘍細胞内の酸素分圧の計測を目指して、近赤外りん光を示すカチオン性イリジウム錯体を開発する。昨年度と同様に開発した酸素プローブを担がんマウスに投与して、りん光寿命イメージング顕微鏡を用いて、イメージング画像を取得する。腫瘍の種類は、大腸がん、乳がん、肺がんなど固形腫瘍が形成できるものを用いる。得られた画像と検量線から深部腫瘍細胞内の酸素分圧の絶対値を算出する。また、血管と腫瘍細胞の同時イメージングでは、これまでに開発した血中滞留型緑色Ir錯体と、本年度開発する近赤外りん光を示す細胞蓄積型赤色Ir錯体を用いる。

  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] A silyl porphyrin derivative conjugated with 6-deoxy-6-sulfo-α-d-glucopyranose functions as an efficient photosensitizer for photodynamic therapy2024

    • Author(s)
      Horiuchi Hiroaki、Nishikawa Kota、Ishii Nozomi、Kano Koki、Shinada Shunsuke、Osawa Nene、Horikoshi Aoi、Yoshihara Toshitada、Sugawara Fumio、Sakaguchi Kengo、Okustu Tetsuo、Katsura Shinji、Matsuo Ichiro、Oshige Masahiko
    • Journal Title

      Photodiagnosis and Photodynamic Therapy

      Volume: 45 Pages: 103898

    • DOI

      10.1016/j.pdpdt.2023.103898

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Imaging of In Vivo Oxygen Tension Based on Phosphorescence Lifetime Microscopy2024

    • Author(s)
      Yoshihara Toshitada
    • Journal Title

      YAKUGAKU ZASSHI

      Volume: 144 Pages: 275~283

    • DOI

      10.1248/yakushi.23-00168-1

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Blue-emitting lipid droplet probes based on coumarin dye for multi-color imaging of living cells and fatty livers of mice2023

    • Author(s)
      Purevsuren Khulan、Shibuta Yuhi、Shiozaki Shuichi、Tsunoda Mina、Mizukami Kiichi、Tobita Seiji、Yoshihara Toshitada
    • Journal Title

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      Volume: 438 Pages: 114562

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2023.114562

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] An Optochemical Oxygen Scavenger Enabling Spatiotemporal Control of Hypoxia2023

    • Author(s)
      Ieda Naoya、Sawada Masato、Oguchi Runa、Itoh Masato、Hirakata Seina、Saitoh Daisuke、Nakao Akito、Kawaguchi Mitsuyasu、Sawamoto Kazunobu、Yoshihara Toshitada、Mori Yasuo、Nakagawa Hidehiko
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 62 Pages: e202217585

    • DOI

      10.1002/anie.202217585

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] In vivo oxygen imaging of zenograft tumor using Ir(III) complexes as intravascular and intracellular oxygen probes2024

    • Author(s)
      Toshitada Yoshihara, Takuto Tamura, Shuichi Shiozaki, Seiji Tobita
    • Organizer
      第11回武田科学振興財団薬科学シンポジウム
  • [Presentation] BODIPY類を骨格とする赤色および深赤色蛍光性分子による細胞および組織内脂質滴の可視化2024

    • Author(s)
      吉原 利忠・宇田 梨紗・飯島 鈴七・嶋貫 真由子・塩崎 秀一
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会(2024)
  • [Presentation] 脂溶性イリジウム(III)錯体を用いた非アルコール性脂肪肝モデルマウスの肝臓の酸素分圧イメージング2023

    • Author(s)
      吉原利忠、プレブスレンホラン、塩崎秀一、飛田成史
    • Organizer
      第17回日本分子イメージング学会総会・学術集会
  • [Presentation] In vivo oxygen sensing of pancreatic tissues based on phosphorescence lifetime imaging microscopy2023

    • Author(s)
      Toshitada Yoshihara
    • Organizer
      The 31st International Conference on Photochemistry
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] りん光寿命イメージング顕微鏡を用いた非アルコール性脂肪肝モデルマウスの肝臓組織内の脂質滴および酸素化状態イメージング2023

    • Author(s)
      吉原 利忠・プレブスレン ホラン・塩崎 秀一・飛田 成史
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] 生体内脂質滴の粘度定量を目指したBODIPYを蛍光団とする 脂溶性粘度プローブの開発2023

    • Author(s)
      浅沼 実花・江原 亮・鈴木 唯花・塩崎 秀一・吉原 利忠
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] 生体深部の酸素計測を目指した近赤外光領域に長いりん光寿命を示すIr(Ⅲ)錯体の開発2023

    • Author(s)
      福田 拓弥・水上 輝市・塩崎 秀一・吉原 利忠
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] 可視光励起可能な蛍光性分子を連結させたin vivo 核染色試薬を用いた細胞核イメージング2023

    • Author(s)
      雨宮 理奈・島津 彩・塩崎 秀一・吉原 利忠
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] 細胞内酸素分圧計測を目指した蛍光団およびりん光団を有する二重発光性酸素プローブの開発2023

    • Author(s)
      小川 千央・安カ川 真美・塩崎 秀一・吉原 利忠
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] クマリン6を配位子に有するIr(III)錯体を酸素プローブに用いた細胞内酸素分圧測定2023

    • Author(s)
      堀越 葵衣・広瀬 達也・塩崎 秀一・吉原 利忠
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] Oxygen imaging of living tissues based on phosphorescence lifetime imaging microscopy2023

    • Author(s)
      Toshitada Yoshihara
    • Organizer
      International Society on Oxygen Transport to Tissue (ISOTT2023)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 生体内脂質滴の粘度定量を目指したBODIPYを蛍光団とする脂溶性粘度プローブの開発2023

    • Author(s)
      浅沼 実花 ・ 鈴木 唯花 ・ 塩崎 秀一 ・ 吉原 利忠
    • Organizer
      令和5年度日本化学会関東支部群馬地区研究交流発表会
  • [Presentation] イリジウム錯体のりん光寿命測定に基づく脂質二分子膜中の酸素拡散係数の決定2023

    • Author(s)
      川崎 明、吉原 利忠
    • Organizer
      令和5年度日本化学会関東支部群馬地区研究交流発表会
  • [Remarks] 群馬大学理工学府分子科学部門 吉原研究室

    • URL

      https://tobita-lab.chem-bio.st.gunma-u.ac.jp/

URL: 

Published: 2024-12-25  

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