動脈硬化の早期診断を目指したＭＲＩセンサー分子の論理的開発

• 研究課題/領域番号: 13J10307
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 物理系薬学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 岩木 慎平 東京大学, 薬学系研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2015年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円); 2014年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円); 2013年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: イメージング / MRI / 蛍光 / MRIプローブ / 動脈硬化 / マルチモーダルイメージング

研究実績の概要

昨年度までで既に「動脈硬化の早期診断を目指したMRIセンサー分子の論理的開発」を達成し、論文化も終えているため、最終年度は新たなテーマとして、MRIと同様に分子イメージングに用いられる「蛍光イメージング」に関する研究を行った。
Rhodamine類は一般に高い蛍光量子収率を示す蛍光色素として知られており、バイオイメージングにおいて汎用されている。一方で、蛍光消光団であるQSY類に代表される、rhodamineのキサンテン環上のN原子に芳香環が結合した色素(N-Ph rhodamine類)は、rhodamine類と非常に類似した構造であるにも関わらず、無蛍光性であることが知られている。これまでN-Ph rhodamine類の応用はほぼ蛍光消光団としての利用に限られていたため、詳細な消光メカニズムの解析はなされて来なかった。しかし近年、N-Ph rhodamine類自体を母核とした蛍光プローブの開発が報告されてきている。本研究では、このN-Ph rhodamine類の詳細な消光メカニズムの解析を行い、新たな蛍光プローブ開発へと応用することを目指した。
N-Ph rhodamine類の誘導体を合成し、光化学的性質の評価を行ったところ、キサンテン環のN原子に結合した芳香環に導入した置換基の電子求引性に依存して蛍光量子収率が変化することが分かった。さらに、時間依存密度汎関数法(TDDFT)を用いて、励起状態における消光機構について精査したところ、N-Ph rhodamine類の蛍光消光にはねじれ型分子内電荷移動(Twisted intramolecular charge transfer, TICT)が関与することが強く示唆する結果が得られた。また、これを基に、HaloTagタンパク質を可視化する蛍光プローブの開発に成功した。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Design Strategy for Small Molecule-based Targeted MRI Contrast Agents: Application for Detection of Atherosclerotic Plaques (2014)
  • 著者名/発表者名: Iwaki, S.; Hokamura, K.; Ogawa, M.; Takehara, Y.; Muramatsu, Y.; Yamane, T.; Hirabayashi, K.; Morimoto, Y.; Hagisawa, K.; Nakahara, K.; Mineno, T.; Terai, T.; Komatsu, T.; Ueno, T.; Tamura, K,; Adachi, Y.; Hirata, Y.; Arita, M.; Arai, H.; Umemura, K.; Nagano T. and Hanaoka K.
  • 雑誌名: Organic & Biomolecular Chemistry 巻: 12 号: 43 ページ: 8611-8618
  • DOI: 10.1039/c4ob01270d
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] N-Ph rhodamine類の消光機構に基づくタグタンパク質検出蛍光プローブの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岩木慎平、花岡健二郎、浦野泰照
  • 学会等名: 日本薬学会第136年会
  • 発表場所: 横浜、パシフィコ横浜
  • 年月日: 2016-03-26
• [学会発表] Analysis of the fluorescence quenching mechanism of N-phenyl rhodamines and its application to a fluorescence probe for HaloTag protein (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩木慎平、花岡健二郎、吉田健吾、内山真伸、浦野泰照
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: ハワイ、アメリカ
  • 年月日: 2015-12-15
• [学会発表] N-Ph rhodamine類の消光機構の解析とHaloTag検出蛍光プローブへの応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩木 慎平、花岡 健二郎、吉田 健吾、田原 進也、竹内 佐年、田原 太平、内山 真伸、浦野 泰照
  • 学会等名: 第9回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 熊本、熊本大学黒髪キャンパス
  • 年月日: 2015-09-10
• [学会発表] N-Ph rhodamine類の消光機構の解析と蛍光プローブ開発への応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩木慎平、花岡健二郎、吉田健吾、内山真伸、浦野泰照
  • 学会等名: 生体機能関連化学部会若手の会第27回サマースクール
  • 発表場所: 神戸、神戸セミナーハウス
  • 年月日: 2015-07-17
• [学会発表] N-Ph rhodamine類の消光機構の解析とその応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩木慎平、花岡健二郎、吉田健吾、内山真伸、浦野泰照
  • 学会等名: 第15回東京大学生命科学シンポジウム
  • 発表場所: 東京、東京大学
  • 年月日: 2015-06-27
• [学会発表] N-Ph rhodamine類の消光機構をもとにした蛍光プローブの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩木慎平、花岡健二郎、吉田健吾、内山真伸、浦野泰照
  • 学会等名: ケミカルバイオロジー学会 第10回年会
  • 発表場所: 仙台、東北大学川内キャンパス
  • 年月日: 2015-06-10
• [学会発表] N-Ph rhodamine類の消光機構の解析と蛍光プローブへの応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩木慎平、花岡健二郎、吉田健吾、内山真伸、浦野泰照
  • 学会等名: 日本分子イメージング学会 第10回学術集会
  • 発表場所: 東京、タワーホール船堀
  • 年月日: 2015-05-20
• [学会発表] 動脈硬化の可視化を目指したMRI-蛍光デュアルイメージングプローブの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岩木慎平、花岡健二郎、外村和也、小川美香子、竹原康雄、萩沢康介、守本祐司、梅村和夫、長野哲雄、浦野泰照
  • 学会等名: 第9回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2014-09-10 – 2014-09-12
• [学会発表] Development of a Gd3+-based MRI contrast agent for the sensitive detection of atherosclerotic plaques (2014)
  • 著者名/発表者名: Shimpei Iwaki, Kenjiro Hanaoka, Kazuya Hokamura, Mikako Ogawa, Yasuo Takehara, Kohsuke Hagisawa, Yuji Morimoto, Kazuo Umemura, Tetsuo Nagano, Yasuteru Urano
  • 学会等名: EMBO conference, 2014
  • 発表場所: Heiderberg, ドイツ
  • 年月日: 2014-08-20 – 2014-08-23
• [学会発表] 動脈硬化を標的としたMRI-蛍光デュアルイメージングプローブの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岩木慎平、花岡健二郎、守本祐司、萩沢康介、長野哲雄、浦野泰照
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会 第9回年会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2014-06-11 – 2014-06-13
• [学会発表] MRI-蛍光デュアルイメージングプローブ2BDP3Gdの動脈硬化巣の 血管内視鏡によるin vivo imagingへの応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岩木慎平、花岡健二郎、守本祐司、萩沢康介、外村和也、小川美香子、竹原康雄、梅村和夫、長野哲雄、浦野泰照
  • 学会等名: 日本分子イメージング学会 第9回学術集会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2014-05-22 – 2014-05-23
• [学会発表] MRI-蛍光デュアルイメージングプローブ2BDP3Gdによる動脈硬化巣の可視化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岩木 慎平、花岡 健二郎、外村 和也、小川 美香子、竹原 康雄、萩沢 康介、守本 祐司、梅村 和夫、長野 哲雄、浦野 泰照
  • 学会等名: 日本薬学会 第134年会
  • 発表場所: 熊本市総合体育館(熊本県)
  • 年月日: 2014-03-29
• [学会発表] Development of a Gd^<3+>-based MRI contrast agent for atherosclerotic plaques (2013)
  • 著者名/発表者名: Shimpei Iwaki, Kazuya Hokamura, Mikako Ogawa, Yasuo Takehara, Kazuo Umemura, Tetsuo Nagano, Kenjiro Hanaoka
  • 学会等名: International Chemical Biology Society 2013
  • 発表場所: 芝蘭会館(京都府)
  • 年月日: 2013-10-09
• [学会発表] Development of a small molecule-based MRI/contrast agent for atherosclerotic plaques (2013)
  • 著者名/発表者名: Shimpei Iwaki, Kazuya Hokamura, Mikako Ogawa, Yasuo Takehara, Kazuo Umemura, Tetsuo Nagano, Kenjiro Hanaoka
  • 学会等名: World Molecular Imaging Congress 2013
  • 発表場所: アメリカ・Savannah
  • 年月日: 2013-09-19
• [学会発表] 動脈硬化プラークを標的としたMRIプローブの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岩木 慎平、外村 和也、小川 美香子、竹原 康雄、梅村 和夫、長野 哲雄、花岡 健二郎
  • 学会等名: 第11回次世代を担う若手のためのフィジカルファーマフォーラム
  • 発表場所: 清水テルサ・三保園ホテル(静岡県)
  • 年月日: 2013-08-29
• [学会発表] 動脈硬化プラークの可視化を目指したMRI造影剤の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岩木 慎平、外村 和也、小川 美香子、竹原 康雄、梅村 和夫、長野 哲雄、花岡 健二郎
  • 学会等名: 生体機能関連化学部会若手の会第25回サマースクール
  • 発表場所: 八王子セミナーハウス(東京都)
  • 年月日: 2013-07-26
• [学会発表] 動脈硬化巣を標的としたMRIプローブの開発とその応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岩木 慎平、外村 和也、小川 美香子、竹原 康雄、梅村 和夫、長野 哲雄、花岡 健二郎
  • 学会等名: ケミカルバイオロジー学会 第8回年会
  • 発表場所: 東京医科歯科大学(東京都)
  • 年月日: 2013-06-21
• [学会発表] 動脈硬化巣の可視化を目指したMRI造影剤の開発とその応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岩木 慎平、外村 和也、小川 美香子、竹原 康雄、梅村 和夫、長野 哲雄、花岡 健二郎
  • 学会等名: 分子イメージング学会 第8回学術集会
  • 発表場所: 横浜赤レンガ倉庫1号館(神奈川県)
  • 年月日: 2013-05-30