超高感度化 NMR シグナルによるヘモグロビンの酸素飽和度の観測

• 研究課題/領域番号: 15K21218
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生体医工学・生体材料学; 放射線科学
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 (2016-2017); 東京大学 (2015)
• 研究代表者: 高草木 洋一 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 分子イメージング診断治療研究部, 主任研究員(任常) (60439916)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2015年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 超偏極 / NMR / MRI / CEST / BOLD / ヘモグロビン / 酸素 / がん / 酸素飽和度 / 造影剤 / 赤血球 / 動的可視化

研究成果の概要

核磁気共鳴 (画像) 法 (NMR/MRI) は、生体透過性に優れるラジオ波パルスをもちいた核スピンの励起/緩和を検出原理として、化合物の分子構造の決定や生体深部の非侵襲的撮像に応用されているが、その「感度の低さ」は本法の根本的かつ最大の弱点とされる。このような欠点を克服するため、近年、動的核偏極法 (DNP) や化学交換飽和移動法 (CEST) などの新たな撮像法が登場している。本研究では、DNP や CEST により生体内における赤血球ヘモグロビンからの酸素分子の動態を高感度に検出可能な、新しい分子プローブの創製と応用計測を目的とする。

研究成果

• [国際共同研究] MD Anderson Cancer Center(米国)
• [国際共同研究] The University of Arizona Cancer Center(米国)
• [国際共同研究] RBB/NCI/NIH/NINDS/NCI/NIH(米国)
• [雑誌論文] A Strategy to Design Hyperpolarized 13C Magnetic Resonance Probes Using [1-13C]alpha-Amino Acid as a Scaffold Structure. (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Nishihara, Y. Kameyama, H. Nonaka, Y. Takakusagi, F. Hyodo, K. Ichikawa, S. Sando
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 印刷中 号: 9 ページ: 949-953
  • DOI: 10.1002/asia.201700098
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of ionic interaction between a hyperpolarized magnetic resonance chemical probe and a gadolinium contrast agent for the hyperpolarized lifetime after dissolution (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Takakusagi, Kaori Inoue, Tatsuya Naganuma, Fuminori Hyodo, and Kazuhiro Ichikawa
  • 雑誌名: J Magn Reson 巻: 270 ページ: 157-160
  • DOI: 10.1016/j.jmr.2016.07.015
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Design of a Hyperpolarized Molecular Probe for Detection of Aminopeptidase N Activity (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryunosuke Hata, Hiroshi Nonaka, Yoichi Takakusagi, Kazuhiro Ichikawa, Shinsuke Sando
  • 雑誌名: Angew Chem Int Ed Engl 巻: 55 号: 5 ページ: 1765-1768
  • DOI: 10.1002/anie.201509457
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Design of a hyperpolarized (15)N NMR probe that induces a large chemical-shift change upon binding of calcium ions (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryunosuke Hata, Hiroshi Nonaka, Yoichi Takakusagi, Kazuhiro Ichikawa, Shinsuke Sando
  • 雑誌名: Chem Commun (Camb) 巻: 51 号: 61 ページ: 12290-12292
  • DOI: 10.1039/c5cc04597e
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 13C-MR spectroscopic imaging with hyperpolarized [1-13C]pyruvate detects early response to radiotherapy in SCC tumors and HT-29 tumors (2015)
  • 著者名/発表者名: Keita Saito, Shingo Matsumoto, Yoichi Takakusagi, Masayuki Matsuo, H. Douglas Morris, Martin J. Lizak, Jeeva P. Munasinghe, Nallathamby Devasahayam, Sankaran Subramanian, James B. Mitchell, Murali C. Krishna,
  • 雑誌名: Clin Cancer Res 巻: 21 号: 22 ページ: 5073-5081
  • DOI: 10.1158/1078-0432.ccr-14-1717
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 革新的診断治療技術の創製をめざして (2017)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 第 116 回 NIH 金曜会
  • 発表場所: NIH Bethesda Campus, Bethesda, MD
  • 年月日: 2017-02-10
  • 国際学会
• [学会発表] Hyperpolarized [1-13C]pyruvate magnetic resonance spectroscopy for noninvasive assessment of energy metabolism transition induced by the 3D spheroidal culture of tumor cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Takakusagi, Kaori Takakusagi, Kaori Inoue, Yoshimi Homma, Kazuhiro Ichikawa
  • 学会等名: Gordon Research Conference (GRC), Physical Science of Cancer
  • 発表場所: Houston, TX
  • 年月日: 2017-02-05
  • 国際学会
• [学会発表] 動的核偏極－核磁気共鳴分子プローブの創製と応用計測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 次世代 MRI・造影剤 キックオフ国際シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超偏極－核磁気共鳴分子プローブの創製と応用計測 ~次世代画像診断技術としての実用化を目指して~ (2017)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 第 45 回磁気共鳴医学会大会 シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Accessories and Techniques that Maximize MRI as a Quantum Technology (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Takakusagi
  • 学会等名: A Workshop on Drawing Biological Information through Quantum Spin Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] アミノ酸をモチーフとした超偏極－核磁気共鳴分子プローブの設計と応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 第 44 回日本磁気共鳴医学会
  • 発表場所: 大宮ソニックシティ
  • 年月日: 2016-09-10
  • 招待講演
• [学会発表] Dissolution DNP-MRI 研究の概略と画像診断への応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 第 2 回超偏極ワーキンググループ
  • 発表場所: 岐阜大学医学部
  • 年月日: 2016-05-21
  • 招待講演
• [学会発表] DNP-MRI についての概説 (Dissolution-DNP-MRI についての概要説明) (2016)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: DNP-MRI 代謝イメージングの基礎研究の発展と臨床応用研究に向けたワーキンググループ: キックオフミーティング
  • 発表場所: じゅうろくプラザ (岐阜)
  • 年月日: 2016-02-21
  • 招待講演
• [学会発表] DNP MR imaging (糖代謝、その他) (2016)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 第 6 回放射線生物学セミナー
  • 発表場所: 名古屋市立大学医学部研究棟
  • 年月日: 2016-02-20
  • 招待講演
• [学会発表] Noninvasive assessment of drug actions in tumor microenvironment by the EPR oxygen imaging (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Takakusagi, Shingo Matsumoto, Keita Saito, Masayuki Matsuo, Shun Kishimoto, Kaori Takakusagi, Masahiko Miura, Fumio Sugawara, Kengo Sakaguchi, Robert J. Gillies, Charles P. Hart, James B. Mitchell, Murali C. Krishna
  • 学会等名: 第 54 回電子スピンサイエンス学会年会 (SEST2015)
  • 発表場所: 朱鷺メッセ (新潟)
  • 年月日: 2015-11-02
• [学会発表] EPR based imaging biomarkers to guide treatment in tumor bearing mice (2015)
  • 著者名/発表者名: Shingo Matsumoto, Keita Saito, Shun Kishimoto, Yoichi Takakusagi, Hironobu Yasui, Masayuki Matsuo, Murali C. Krishna
  • 学会等名: The 54th Annual Meeting of the Society of Electron Spin Science and Technology (SEST2015), International EPR Society Silver Medal Award Lecture
  • 発表場所: 朱鷺メッセ (新潟)
  • 年月日: 2015-11-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超偏極スタディーセッション「超偏極－磁気共鳴分子プローブの設計」 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 第 43 回 日本磁気共鳴医学会
  • 発表場所: 東京ドームホテル
  • 年月日: 2015-09-10
  • 招待講演
• [学会発表] Effect of ionic charge of gadolinium complex for polarization and spin-lattice relaxation of [13C] hyperpolarized chemical probes after dissolution (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Takakusagi, Kaori Inoue, Tatsuya Naganuma, Fuminori Hyodo, Kazuhiro Ichikawa
  • 学会等名: 5th DNP Symposium
  • 発表場所: Egmond ann Zee, Netherland
  • 年月日: 2015-08-31
  • 国際学会
• [学会発表] Increase in tumor oxygenataion and radiosensitivity caused by SQAP (CG-0321): the mechanism of actions revealed by in vivo imaging studies (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Takakusagi, Shingo Matsumoto, Keita Saito, Masayuki Matsuo, Kaori Takakusagi, Shun Kishimoto, Masahiro Ishima, Hiroshi Murata, Keisuke Ohta, Masahiko Miura, Fumio Sugawara, Kengo Sakaguchi, James B. Mitchell, Murali C. Krishna
  • 学会等名: International Conference of Radiation Research (ICRR2015)
  • 発表場所: 京都国際会館
  • 年月日: 2015-05-25
  • 国際学会
• [学会発表] 13C-MRI with hyperpolarized [1-13C]pyruvate detects metabolic changes in SCC tumors and HT-29 tumors by radiotherapy (2015)
  • 著者名/発表者名: Keita Saito, Shingo Matsumoto, Yoichi Takakusagi, Masayuki Matsuo, H. Douglas Morris, Martin J. Lizak, Jeeva P. Munasinghe, Nallathamby Devasahayam, Sankaran Subramanian, James B. Mitchell, Murali C. Krishna
  • 学会等名: International Conference of Radiation Research (ICRR2015)
  • 発表場所: 京都国際会館
  • 年月日: 2015-05-25
  • 国際学会
• [備考] RBB/NCI, Center for Cancer Research, NIH
  • URL: https://ccr.cancer.gov/Radiation-Biology-Branch/murali-krishna-cherukuri
• [備考] NMR Center, In Vivo (NINDS)
  • URL: http://teledirectory.nih.gov/servDet.php?ser=216