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りん光性分子と発光寿命顕微鏡を用いた生体組織内の酸素濃度マッピング法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K22947
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分90:人間医工学およびその関連分野
研究機関群馬大学

研究代表者

吉原 利忠  群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (10375561)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2019年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワードりん光 / りん光寿命 / 酸素 / イリジウム錯体 / 細胞 / 組織 / 寿命イメージング
研究開始時の研究の概要

本研究では,血中から組織細胞内に移行するカチオン性Ir錯体を開発し,共焦点りん光寿命イメージング顕微鏡を用いて,組織内(肝臓,腎臓,腫瘍など)の酸素濃度(分圧)を単一細胞レベルの分解能でリアルタイムイメージングする方法論を確立する。これにより,医学分野において指摘されてきた生きた組織内の酸素濃度勾配を細胞レベルの分解能で定量することに挑戦する。

研究成果の概要

本研究では、細胞や組織内の酸素分圧をイメージングするための赤色りん光イリジウム錯体と、マウスなどの小動物組織の酸素分圧をイメージングできるりん光寿命イメージング顕微鏡の開発を行った。これらを用いて、麻酔下にあるマウスの肝臓をイメージングしたところ、肝小葉のイメージングに成功し、肝小葉内に酸素分圧勾配があることを定量的に示した。さらに、同一視野における肝臓のりん光寿命イメージングから、酸素依存的な代謝過程をリアルタイム追跡することに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

酸素は、我々が生命活動を維持するために必要不可欠な分子です。本研究では、麻酔下にあるマウスの臓器内の酸素分圧を計測・イメージングする方法論の開発に取り組みました。得られた研究成果から、世界で初めて、光学的方法を用いて肝臓内の酸素分圧分布をイメージングすることに成功しました。この知見は,がん腫瘍など,細胞が異常増殖し血流が不十分な組織内の酸素分圧を明らかにすることに繋がり,がんの発見,診断,治療法の開発に貢献することができます。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) 図書 (3件) 備考 (2件) 産業財産権 (2件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Phosphorescent Ir(III) complexes conjugated with oligoarginine peptides serve as optical probes for in vivo microvascular imaging2021

    • 著者名/発表者名
      Yasukagawa Mami、Shimada Aya、Shiozaki Shuichi、Tobita Seiji、Yoshihara Toshitada
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 4733-4733

    • DOI

      10.1038/s41598-021-84115-x

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Membrane properties of amacrocyclic tetraether bisphosphatidylcholine lipid: Effect of a single membrane-spanning polymethylene cross-linkage between two head groups of ditetradecylphosphatidylcholine membrane2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuchida Naoyuki、Takagi Toshiyuki、Takahashi Hiroshi、Yoshihara Toshitada、Tobita Seiji、Sonoyama Masashi
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes

      巻: 1863 号: 5 ページ: 183569-183569

    • DOI

      10.1016/j.bbamem.2021.183569

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of the triplet-state kinetics of a photosensitizer for photoimmunotherapy by fluorescence correlation spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Takakura Hideo、Goto Yuto、Kitamura Akira、Yoshihara Toshitada、Tobita Seiji、Kinjo Masataka、Ogawa Mikako
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      巻: 408 ページ: 113094-113094

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2020.113094

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A distinctive distribution of hypoxia-inducible factor-1α in cultured renal tubular cells with hypoperfusion simulated by coverslip placement2021

    • 著者名/発表者名
      Honda T, Hirakawa Y, Mizukami K, Yoshihara T, Tanaka T, Tobita S, Nangaku M
    • 雑誌名

      Physiol Rep

      巻: 9 号: 1

    • DOI

      10.14814/phy2.14689

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In vivo O2 imaging in hepatic tissues by phosphorescence lifetime imaging microscopy using Ir(III) complexes as intracellular probes2020

    • 著者名/発表者名
      Mizukami Kiichi、Katano Ayaka、Shiozaki Shuichi、Yoshihara Toshitada、Goda Nobuhito、Tobita Seiji
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 21053-21053

    • DOI

      10.1038/s41598-020-76878-6

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Design of spontaneously blinking fluorophores for live-cell super-resolution imaging based on quantum-chemical calculations2020

    • 著者名/発表者名
      Tachibana Ryo、Kamiya Mako、Morozumi Akihiko、Miyazaki Yoshiyuki、Fujioka Hiroyoshi、Nanjo Aika、Kojima Ryosuke、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Yoshihara Toshitada、Tobita Seiji、Urano Yasuteru
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 56 号: 86 ページ: 13173-13176

    • DOI

      10.1039/d0cc05126h

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spontaneously Blinking Fluorophores Based on Nucleophilic Addition/Dissociation of Intracellular Glutathione for Live-Cell Super-resolution Imaging2020

    • 著者名/発表者名
      Morozumi Akihiko、Kamiya Mako、Uno Shin-nosuke、Umezawa Keitaro、Kojima Ryosuke、Yoshihara Toshitada、Tobita Seiji、Urano Yasuteru
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: - ページ: 9625-9633

    • DOI

      10.1021/jacs.0c00451

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualization of Lipid Droplets in Living Cells and Fatty Livers of Mice Based on the Fluorescence of π-Extended Coumarin Using Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshihara Toshitada、Maruyama Ryo、Shiozaki Shuichi、Yamamoto Koji、Kato Shin-ichiro、Nakamura Yosuke、Tobita Seiji
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 92 号: 7 ページ: 4996-5003

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.9b05184

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] クマリン類を配位子に有するイリジウム錯体を用いた生体内酸素レベル計測2021

    • 著者名/発表者名
      吉原 利忠・広瀬 達也・塩崎 秀一・飛田 成史
    • 学会等名
      第42回日本光医学・光生物学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Visualization of hypoxia cells in tissues by using phosphorescence lifetime imaging microscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Toshitada YOSHIHARA
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 蛍光寿命イメージング顕微分光法を用いた細胞および組織内脂質滴のライブイメージング2020

    • 著者名/発表者名
      吉原 利忠 ・ 丸山 凌 ・ 塩崎 秀一 ・ 飛田 成史
    • 学会等名
      2020年web光化学討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] イリジウム錯体を用いた生体組織 内微小環境の酸素イメージング2019

    • 著者名/発表者名
      水上輝市,片野彩花,塩崎秀一,吉原利忠,飛田成史
    • 学会等名
      第17回がんとハイポキシア研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Ir(III)錯体および共焦点りん光寿命イメージング法を用いた脂肪肝の酸素イメージング2019

    • 著者名/発表者名
      Purevsuren Khulan,塩崎秀一,吉原利忠,飛田成史
    • 学会等名
      第17回がんとハイポキシア研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [図書] BIO INDUSTRY2021年3月号2021

    • 著者名/発表者名
      吉原利忠(分担執筆)
    • 総ページ数
      86
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] 化学便覧 基礎編 改訂6版2021

    • 著者名/発表者名
      吉原利忠、飛田成史(分担執筆)
    • 総ページ数
      1534
    • 出版者
      丸善出版
    • ISBN
      9784621305218
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] 実験医学2020年6月号2020

    • 著者名/発表者名
      吉原利忠、飛田成史(分担執筆)
    • 総ページ数
      147
    • 出版者
      羊土社
    • ISBN
      9784758125321
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 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/index.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 群馬大学理工学府分子科学部門 飛田研究室

    • URL

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

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [産業財産権] 血管内皮イメージング試薬2020

    • 発明者名
      吉原利忠、安カ川真美、鷲見さくら、飛田成史
    • 権利者名
      吉原利忠、安カ川真美、鷲見さくら、飛田成史
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2020-211560
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [産業財産権] REAGENT FOR MEASURING OXYGEN CONCENTRATION IN CELL AND TISSUE2020

    • 発明者名
      吉原利忠、広瀬達也、飛田成史
    • 権利者名
      吉原利忠、広瀬達也、飛田成史
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 外国

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公開日: 2019-07-04   更新日: 2022-01-27  

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