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Development of chemical tools for multimodal imaging of supersulfides and manipulation of their biosynthesis

Planned Research

Project AreaLife Science Innovation Driven by Supersulfide Biology
Project/Area Number 21H05262
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (III)
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

花岡 健二郎  慶應義塾大学, 薬学部(芝共立), 教授 (70451854)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 土屋 幸弘  昭和薬科大学, 薬学部, 准教授 (30455406)
小松 徹  東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 准教授 (40599172)
Project Period (FY) 2021-09-10 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2025)
Budget Amount *help
¥81,120,000 (Direct Cost: ¥62,400,000、Indirect Cost: ¥18,720,000)
Fiscal Year 2025: ¥15,470,000 (Direct Cost: ¥11,900,000、Indirect Cost: ¥3,570,000)
Fiscal Year 2024: ¥15,340,000 (Direct Cost: ¥11,800,000、Indirect Cost: ¥3,540,000)
Fiscal Year 2023: ¥15,340,000 (Direct Cost: ¥11,800,000、Indirect Cost: ¥3,540,000)
Fiscal Year 2022: ¥14,560,000 (Direct Cost: ¥11,200,000、Indirect Cost: ¥3,360,000)
Fiscal Year 2021: ¥20,410,000 (Direct Cost: ¥15,700,000、Indirect Cost: ¥4,710,000)
Keywords蛍光プローブ / 酵素阻害剤 / NMRプローブ / 超硫黄分子 / 硫化水素 / 分析科学 / ハイスループットスクリーニング / 有機化学
Outline of Research at the Start

新興硫黄生物学の開拓に不可欠となる、超硫黄分子を含む硫黄代謝物のマルチモーダルな計測技術の確立を目指す。具体的には、蛍光プローブ、NMRプローブの新規開発を通じ、超硫黄分子の定量的ダイナミクスを精緻に理解する実験系の確立や、in vitroからin vivoまでを包括する超硫黄代謝物の分子種特異的検出手法の構築を行い、超硫黄分子の生体内ダイナミクスの理解に資する研究プラットフォームを確立する。また、これらのツールを駆使し、他の領域内研究者との協働によって、硫黄代謝ダイナミクスを支配するタンパク質の機能制御法の開発や、超硫黄代謝の異常検出による疾患の診断を指向した実用化研究への展開を図る。

Outline of Annual Research Achievements

各種超硫黄分子の可視化解析のための蛍光プローブ及び、NMRプローブの開発を行い、それによって、これまで不可能であった超硫黄分子の動的変化のイメージングや定量計測を実現することを本研究の主目的としている。さらに、本研究領域において、これらのツール開発を行うのみならず、これらのツールを基盤とした領域内共同研究を推し進める。さらに、開発した蛍光プローブを用いて独自の研究アプローチによって、硫黄代謝ダイナミクスを制御するタンパク質に対する生合成制御分子の開発や、硫黄代謝異常の高感度検出による疾患の診断技術の開発にも取り組み、超硫黄分子と疾患との関わりの理解も推進する。
本年度においては、これまでに開発に成功しているH2S検出蛍光プローブであるHSip-1(JACS 133, 18003-18005 (2011))を用いてハイスループットスクリーニングを行うことでcystathionine γ-lyase(CSE)の選択的阻害剤の開発に成功し、それら機能評価を行った成果を学術論文として発表した(Sci. Rep. 13:16456 (2023))。また、昨年度にハイスループットスクリーニングにて見出した、cystathionine β-synthase(CBS)の選択的阻害剤の誘導体をデザイン・合成することで、CBSの阻害活性の高い新たな阻害剤の開発に成功した。更に、thiosulfate sulfurtransferase (TST)の酵素活性を検出するin vitroアッセイ系を新たな蛍光プローブの開発を通して構築し、阻害剤のハイスループットスクリーニングを開始した。33S-NMRによる生体内硫黄分子の検出法の開発に関しても、初期的検討を開始した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本年度は、CSE阻害剤の開発について学術論文として発表することができた。CBS阻害剤についても、誘導体の合成・評価や結晶構造解析の取り組みなど着実に研究が進行している。また、TSTなどの新たな酵素に対する阻害剤の開発も進行していることから、当初の目的の一つであった超硫黄分子種の研究分野に関わる酵素に対する選択的阻害剤群の開発が達成しつつある。

Strategy for Future Research Activity

今後は引き続き、各種超硫黄分子の産生酵素群の選択的な阻害剤の開発を行うと共に、NMRプローブや疾患の診断技術の開発など、他の研究課題にも共同研究などを通して推進していく予定である。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (62 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (18 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 17 results,  Open Access: 11 results) Presentation (35 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 13 results) Book (4 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (4 results)

  • [Journal Article] A general fluorescence off/on strategy for fluorogenic probes: Steric repulsion-induced twisted intramolecular charge transfer (sr-TICT)2024

    • Author(s)
      Hanaoka Kenjiro、Ikeno Takayuki、Iwaki Shimpei、Deguchi Sayaka、Takayama Kazuo、Mizuguchi Hiroyuki、Tao Fumiya、Kojima Nobuhiko、Ohno Hisashi、Sasaki Eita、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Maeda Kazuya、Kusuhara Hiroyuki、Urano Yasuteru
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 10 Issue: 7

    • DOI

      10.1126/sciadv.adi8847

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Whole-Body and Whole-Organ 3D Imaging of Hypoxia Using an Activatable Covalent Fluorescent Probe Compatible with Tissue Clearing2024

    • Author(s)
      Daichi M. Sakamoto; Iori Tamura; Bo Yi; Sho Hasegawa; Yutaro Saito; Naoki Yamada; Yoichi Takakusagi; Shimpei I. Kubota; Minoru Kobayashi; Hiroshi Harada; Kenjiro Hanaoka; Masayasu Taki; Masaomi Nangaku; Kazuki Tainaka; Shinsuke Sando
    • Journal Title

      ACS Nano

      Volume: 18 Issue: 6 Pages: 5176-5179

    • DOI

      10.1021/acsnano.3c12716

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Recent advances in Si-rhodamine-based fluorescent probes for live-cell imaging2024

    • Author(s)
      Ohno Hisashi、Sasaki Eita、Yamada Sota、Hanaoka Kenjiro
    • Journal Title

      Organic & Biomolecular Chemistry

      Volume: 22 Issue: 16 Pages: 3099-3108

    • DOI

      10.1039/d4ob00130c

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Modular Design Platform for Activatable Fluorescence Probes Targeting Carboxypeptidases Based on ProTide Chemistry2023

    • Author(s)
      Kuriki Yugo、Sogawa Mari、Komatsu Toru、Kawatani Minoru、Fujioka Hiroyoshi、Fujita Kyohhei、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Kojima Ryosuke、Hino Rumi、Ueo Hiroki、Ueo Hiroaki、Kamiya Mako、Urano Yasuteru
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 146 Issue: 1 Pages: 521-531

    • DOI

      10.1021/jacs.3c10086

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thioester‐Based Coupled Fluorogenic Assays in Microdevice for the Detection of Single‐Molecule Enzyme Activities of Esterases with Specified Substrate Recognition2023

    • Author(s)
      Ukegawa Tatsuya、Komatsu Toru、Minoda Mayano、Matsumoto Takuya、Iwasaka Takumi、Mizuno Tadahaya、Tachibana Ryo、Sakamoto Shingo、Hanaoka Kenjiro、Kusuhara Hiroyuki、Honda Kazufumi、Watanabe Rikiya、Urano Yasuteru
    • Journal Title

      Advanced Science

      Volume: 11 Issue: 10 Pages: 2306559-2306559

    • DOI

      10.1002/advs.202306559

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Alkyl gallates inhibit serine O-acetyltransferase in bacteria and enhance susceptibility of drug-resistant Gram-negative bacteria to antibiotics2023

    • Author(s)
      Toyomoto Touya、Ono Katsuhiko、Shiba Tomoo、Momitani Kenta、Zhang Tianli、Tsutsuki Hiroyasu、Ishikawa Takeshi、Hoso Kanae、Hamada Koma、Rahman Azizur、Wen Liping、Maeda Yosuke、Yamamoto Keiichi、Matsuoka Masao、Hanaoka Kenjiro、Niidome Takuro、Akaike Takaaki、Sawa Tomohiro
    • Journal Title

      Frontiers in Microbiology

      Volume: 14 Pages: 1276447-1276447

    • DOI

      10.3389/fmicb.2023.1276447

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      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Discovery of a cystathionine γ-lyase (CSE) selective inhibitor targeting active-site pyridoxal 5′-phosphate (PLP) via Schiff base formation2023

    • Author(s)
      Echizen Honami、Hanaoka Kenjiro、Shimamoto Kazuhito、Hibi Ryota、Toma-Fukai Sachiko、Ohno Hisashi、Sasaki Eita、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Tsuchiya Yukihiro、Watanabe Yasuo、Otsuka Takao、Saito Hiroaki、Nagatoishi Satoru、Tsumoto Kouhei、Kojima Hirotatsu、Okabe Takayoshi、Shimizu Toshiyuki、Urano Yasuteru
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Issue: 1 Pages: 16456-16456

    • DOI

      10.1038/s41598-023-43536-6

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      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of pathway-oriented screening to identify compounds to control 2-methylglyoxal metabolism in tumor cells2023

    • Author(s)
      Yanagi Kouichi、Komatsu Toru、Fujikawa Yuuta、Kojima Hirotatsu、Okabe Takayoshi、Nagano Tetsuo、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Urano Yasuteru
    • Journal Title

      Communications Chemistry

      Volume: 6 Issue: 1 Pages: 68-68

    • DOI

      10.1038/s42004-023-00864-y

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Real-time in situ X-ray micro-computed tomography study of the effect of impurities on the crystallization of amorphous nifedipine2023

    • Author(s)
      Yuta Amano, Takashi Misawa, Tamaki Miyazaki, Daisuke Ando, Tatsuo Koide, Ken-ichi Izutsu, Hideko Kanazawa, Kenjiro Hanaoka, Eiichi Yamamoto
    • Journal Title

      Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis

      Volume: 226 Pages: 115248-115248

    • DOI

      10.1016/j.jpba.2023.115248

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] General Design Strategy to Precisely Control the Emission of Fluorophores via a Twisted Intramolecular Charge Transfer (TICT) Process2022

    • Author(s)
      Hanaoka Kenjiro、Iwaki Shimpei、Yagi Kiyoshi、Myochin Takuya、Ikeno Takayuki、Ohno Hisashi、Sasaki Eita、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Uchigashima Motokazu、Mikuni Takayasu、Tainaka Kazuki、Tahara Shinya、Takeuchi Satoshi、Tahara Tahei、Uchiyama Masanobu、Nagano Tetsuo、Urano Yasuteru
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 144 Issue: 43 Pages: 19778-19790

    • DOI

      10.1021/jacs.2c06397

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Folate receptor-targeted near-infrared photodynamic therapy for folate receptor-overexpressing tumors2022

    • Author(s)
      Aung Winn, Tsuji Atsushi B, Hanaoka Kenjiro, Higashi Tatsuya
    • Journal Title

      World Journal of Clinical Oncology

      Volume: 13(11) Issue: 11 Pages: 880-895

    • DOI

      10.5306/wjco.v13.i11.880

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Rapid visualization of deeply located tumors in vivo by intravenous administration of a γ-glutamyltranspeptidase-activated fluorescent probe2022

    • Author(s)
      Akihiro Nakada, Takuma Maruyama, Mako Kamiya, Kenjiro Hanaoka, Yasuteru Urano
    • Journal Title

      Bioconjugate Chemistry

      Volume: 33 Issue: 3 Pages: 523-529

    • DOI

      10.1021/acs.bioconjchem.2c00039

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  • [Journal Article] Molecular design of near-infrared (NIR) fluorescent probes targeting exopeptidase and application for detection of dipeptidyl peptidase 4 (DPP-4) activity2022

    • Author(s)
      Hoshino Yuki、Hanaoka Kenjiro、Sakamoto Kei、Yasunaga Masahiro、Kojima Takashi、Kotani Daisuke、Nomoto Ayumu、Sasaki Eita、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Takamaru Hiroyuki、Saito Yutaka、Seto Yasuyuki、Urano Yasuteru
    • Journal Title

      RSC Chemical Biology

      Volume: - Issue: 7 Pages: 859-867

    • DOI

      10.1039/d1cb00253h

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of a fluorescent probe library enabling efficient screening of tumour-imaging probes based on discovery of biomarker enzymatic activities2022

    • Author(s)
      Kuriki Yugo、Yoshioka Takafusa、Kamiya Mako、Komatsu Toru、Takamaru Hiroyuki、Fujita Kyohhei、Iwaki Hirohisa、Nanjo Aika、Akagi Yuki、Takeshita Kohei、Hino Haruaki、Hino Rumi、Kojima Ryosuke、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Abe Seiichiro、Saito Yutaka、Nakajima Jun、Urano Yasuteru
    • Journal Title

      Chemical Science

      Volume: 13 Issue: 16 Pages: 4474-4481

    • DOI

      10.1039/d1sc06889j

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fluorescent probes for detection of supersulfides2021

    • Author(s)
      佐々木 栄太、花岡 健二郎
    • Journal Title

      生化学

      Volume: 93 Issue: 5 Pages: 604-612

    • DOI

      10.14952/SEIKAGAKU.2021.930604

    • ISSN
      0037-1017
    • Year and Date
      2021-12-25
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  • [Journal Article] Discovery of an F-actin-binding small molecule serving as a fluorescent probe and a scaffold for functional probes2021

    • Author(s)
      Takagi T, Ueno T, Ikawa K, Asanuma D, Nomura Y, Uno S, Komatsu T, Kamiya M, Hanaoka K, Okimura C, Iwadate Y, Hirose K, Nagano T, Sugimura K and Urano Y.
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 7(47) Issue: 47

    • DOI

      10.1126/sciadv.abg8585

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  • [Journal Article] Recent advances in probe design to detect reactive sulfur species and in the chemical reactions employed for fluorescence switching2021

    • Author(s)
      Echizen Honami、Hanaoka Kenjiro
    • Journal Title

      Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition

      Volume: 68 Issue: 1 Pages: 9-17

    • DOI

      10.3164/jcbn.20-18

    • NAID

      130007965276

    • ISSN
      0912-0009, 1880-5086
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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Recent advances in detection, isolation, and imaging techniques for sulfane sulfur-containing biomolecules2021

    • Author(s)
      Honami Echizen, Eita Sasaki, Kenjiro Hanaoka
    • Journal Title

      Biomolecules

      Volume: 11 Issue: 11 Pages: 1553-1553

    • DOI

      10.3390/biom11111553

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Development of far-red to near-infrared Si-rhodamines and their application to fluorescence probes2024

    • Author(s)
      Kenjiro Hanaoka
    • Organizer
      The 5th International Conference on Fluorescent Biomolecules and Their Building Blocks (FB3)
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of a near-infrared fluorescence probe for hROS based on the p-TICT mechanism2024

    • Author(s)
      Hisashi Ohno, Takuya Myochin, Shun Sumitani, Kenjiro Hanaoka
    • Organizer
      The 5th International Conference on Fluorescent Biomolecules and Their Building Blocks (FB3)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 活性硫黄分子産生酵素cystathionine β-synthase (CBS) 選択的な新規阻害剤の開発2024

    • Author(s)
      平林航, 佐々木栄太, 越膳ほなみ, 大野久史, 花岡健二郎
    • Organizer
      日本薬学会第144年会
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  • [Presentation] Development of far-red to near-infrared xanthene dyes and their application to fluorescence probes2023

    • Author(s)
      Kenjiro Hanaoka
    • Organizer
      FASEB Science Research Conferences - The Optical Probes Conference: Discovery to Application
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 活性硫黄種を検出する蛍光プローブの開発とその応用2023

    • Author(s)
      花岡 健二郎
    • Organizer
      第17回メタボロームシンポジウム セッション:代謝イメージング
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    • Invited
  • [Presentation] 細胞内局所pHを測定するレシオ型蛍光プローブの開発2023

    • Author(s)
      花岡 健二郎
    • Organizer
      第96回 日本生化学会大会 3S07m 革新的なケミカルテクノロジーと生化学への展開
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    • Invited
  • [Presentation] 33S-NMR spectroscopy of sulfur-containing metabolites in biological samples2023

    • Author(s)
      廣谷正, 佐々木栄太, 大野久史, 朝倉克夫, 徳永裕二, 上田卓見, 竹内恒, 山田和彦, 花岡健二郎
    • Organizer
      学術変革領域研究「硫黄生物学」第3回領域会議
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  • [Presentation] Development of selective inhibitors of thiosulfate sulfurtransferase (TST)2023

    • Author(s)
      佐々木栄太, 川手琢冬, 魏范研, 花岡健二郎
    • Organizer
      学術変革領域研究「硫黄生物学」第3回領域会議
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  • [Presentation] γ-Glutamyl transferase 5 (GGT5) 活性検出蛍光プローブの開発2023

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      小川奨真, 佐々木栄太, 夏目怜, 前川大志, 磯部洋輔, 有田誠, 花岡健二郎
    • Organizer
      第17回メタボロームシンポジウム
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  • [Presentation] HTSを用いたthiosulfate sulfurtransferase(TST)選択的な阻害剤の探索2023

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      川手琢冬, 佐々木栄太, 魏范研, 花岡健二郎
    • Organizer
      第40回メディシナルケミストリーシンポジウム
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  • [Presentation] 活性硫黄分子産生酵素cystathionine-β-synthase(CBS)選択的阻害剤の開発2023

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      平林航, 佐々木栄太, 越膳ほなみ, 大野久史, 花岡健二郎
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      第40回メディシナルケミストリーシンポジウム
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  • [Presentation] HTSによるthiosulfate sulfurtransferase(TST)選択的阻害剤の探索2023

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      川手琢冬, 佐々木栄太, 魏范研, 花岡健二郎
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      第14回スクリーニング学研究会
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  • [Presentation] Cystathionine β-synthase(CBS)選択的阻害剤の開発2023

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      平林航, 佐々木栄太, 越膳ほなみ, 大野久史, 花岡健二郎
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      第14回スクリーニング学研究会
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  • [Presentation] ケイ素置換キサンテン系蛍光色素の創製と蛍光プローブの開発2022

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      花岡 健二郎
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  • [Presentation] 新規蛍光団の創製を基盤とした蛍光プローブの開発2022

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      花岡 健二郎
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      Kenjiro Hanaoka
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      Redox Week in Sendai 2022
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  • [Presentation] 蛍光プローブを活用した超硫黄分子種産生酵素の選択的阻害剤の開発2022

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      花岡 健二郎
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      第95回 日本生化学会大会
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      Kenjiro Hanaoka
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      花岡 健二郎
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      日本薬学会 第143年会
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  • [Presentation] 医療・創薬への応用を目指した蛍光プローブの創製2022

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      花岡 健二郎
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      花岡 健二郎
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      埼玉大学先端産業国際ラボラトリー メディカルイノベーション研究ユニット 第22回ワークショップ:バイオイメージングの最前線 ー生体分子の可視化ー
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      川手 琢冬、佐々木 栄太、魏 范研、花岡 健二郎
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      第147回 日本薬理学会関東支部会
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  • [Presentation] ねじれ型分子内電荷移動(TICT)機構に基づく酵素活性検出蛍光プローブの開発2022

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      杉本 瑞樹、佐々木 栄太、大野 久史、花岡 健二郎
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      第147回 日本薬理学会関東支部会
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      日本薬学会 第143年会
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      榛葉 満理奈、佐々木 栄太、笠井 柊杜、花岡 健二郎
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      日本薬学会 第143年会
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      杉本 瑞樹、佐々木 栄太、大野 久史、花岡 健二郎
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      日本薬学会 第143年会
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      日本薬学会 第143年会
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      鈴木 杏実、佐々木 栄太、大野 久史、花岡 健二郎
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      日本薬学会 第143年会
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      野本 歩夢、花岡 健二郎、溝口 舞、浦野 泰照
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      日本薬学会第142年会
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      鈴木 杏奈、山田 創太、佐々木 栄太、長瀬 健一、花岡 健二郎
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      日本薬学会第142年会
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      Kenjiro Hanaoka
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      Kenjiro Hanaoka
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      Kenjiro Hanaoka
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      Pacifichem2021 (#73)
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    • Author(s)
      花岡 健二郎
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  • [Book] JSMI Report2022

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      佐々木 栄太, 花岡 健二郎
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  • [Book] 先端の分析法 第2版2022

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      花岡 健二郎
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    • Publisher
      NTS
    • ISBN
      9784860437374
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  • [Book] 先端の分析法 第2版, 第3章, 1-1, pp294-2982022

    • Author(s)
      花岡 健二郎
    • Total Pages
      5
    • Publisher
      (株)NTS
    • ISBN
      9784860437374
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      花岡 健二郎, 佐々木 栄太, 大野 久史, 炭谷 峻
    • Industrial Property Rights Holder
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      特許
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      2024-028006
    • Filing Date
      2024
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      慶應義塾
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      2022-147929
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      花岡 健二郎, 佐々木 栄太, 鈴木 杏実, 秋元 薫
    • Industrial Property Rights Holder
      慶應義塾, 株式会社日立ハイテク
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      特許
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      2023-032301
    • Filing Date
      2022
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Published: 2021-10-22   Modified: 2025-06-20  

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