がん悪性血管の超高精度診断治療に基づく次世代個別化医療の基盤創成

• 研究課題/領域番号: 19KK0369
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(A))
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生体医工学・生体材料学
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 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, 量子生命科学研究所, 上席研究員 (60439916)
• 研究期間 (年度): 2020 – 2023
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円)
• キーワード: 超偏極 / 動的核偏極 / 核磁気共鳴 / 放射線増感剤 / がん / 血管新生 / 個別化医療 / 血管 / ペプチダーゼ / MRI / 放射線 / 代謝

研究開始時の研究の概要

本研究では、がん診断治療の高度化に資する次世代技術を開発するため、新しい量子技術として近年注目されている超偏極－核磁気共鳴代謝イメージング (HP-MRMI) でのがん血管新生の診断と、がん血管新生阻害型の新しい放射線増感剤による化学放射線療法を組み合わせた、高精度がん診断治療技術の確立に挑戦する。日本国内には存在しない世界最高性能の超偏極機や最先端の医用装置群、並びに臨床研究施設を擁する米国の生物医学研究機関との国際共同研究により諸検討を加速させ、従来の問題点を一掃する新しい角度からのがん個別化医療の可能性を証明すると共に、その実用化開発に向けた研究基盤を構築する。

研究成果の概要

本研究では、超偏極-核磁気共鳴画像法 (HP-MRI) および新規化学放射線療法を基盤に、がん悪性血管を標的とする高精度個別化医療の確立を最終目標とした国際共同研究を実施した。基課題において創出した、がん血管新生や転移を予知する HP-MRI 代謝診断センサーと、がん血管阻害型の新しい放射線増感剤を用い、当時国内には存在しなかった臨床用および世界最高性能の偏極機を用いて諸条件を検討し、臨床応用を想定した診断治療のモデル実験に取り組んだ。これにより、従来のがん診断治療における問題点を一掃する新しい角度からのがん個別化医療の可能性を証明し、その実用化開発に向けた研究基盤創成を加速的に推進した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来のがん診断治療における問題点を一掃し、新しい角度からのがん個別化医療の確立と実用化開発を加速し、がん医療の高度化へと貢献する可能性を秘めている。また、世界的に大幅な遅れを取っている HP-MRI の国内研究拠点の形成や、がん以外の疾患診断への応用拡張、量子操作技術である HP-MRI を 基盤とした新たな学術分野の開拓など、その普及促進にも貢献する。

研究成果

• [国際共同研究] 米国立衛生研究所 (NIH) 国立癌研究所 (NCI)(米国) (2021)
  • 年月日: 2021-05-31
• [雑誌論文] Novel Structure-guided Design of Amino Acid Based Hyperpolarized 13C Probes for Metabolic Imaging (2023)
  • 著者名/発表者名: Kazutoshi Yamamoto, Yutaro Saito, Hiroyuki Yatabe, Norikazu Koyasu, Iori Tamura, Yohei Kondo, Ryo Ishida, Tomohiro Seki, Akihiro Eguchi, Yoichi Takakusagi, Nobu Oshima, Murali C. Krishna, Shinsuke Sando
  • 雑誌名: Proc. ISMRM 巻: 31 ページ: 0845-0845
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] EPR and Related Magnetic Resonance Imaging Techniques in Cancer Research (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Takakusagi, Ryoma Kobayashi, Keita Saito, Shun Kishimoto, Murali C. Krishna, Ramachandran Murugesan, Ken-ichiro Matsumoto
  • 雑誌名: Metabolites 巻: 13 号: 1 ページ: 69-69
  • DOI: 10.3390/metabo13010069
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Design and Development of the Molecular Probes for Application of the Hyperpolarized-NMR/MRI (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Takakusagi
  • 雑誌名: JPS Conf Proc 巻: 37 ページ: 021301-021301
  • DOI: 10.7566/jpscp.37.021301
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Continuous monitoring of postirradiation reoxygenation and cycling hypoxia using electron paramagnetic resonance imaging (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawai Tatsuya、Matsuo Masayuki、Takakusagi Yoichi、Saito Keita、Hyodo Fuminori、Devasahayam Nallathamby、Matsumoto Shingo、Kishimoto Shun、Yasui Hironobu、Yamamoto Kazutoshi、Krishna Murali C.
  • 雑誌名: NMR in Biomedicine 巻: 35 号: 10 ページ: 4783-4783
  • DOI: 10.1002/nbm.4783
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structure-guided design enables development of a hyperpolarized molecular probe for the detection of aminopeptidase N activity in vivo (2022)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Saito, Hiroyuki Yatabe, Iori Tamura, Yohei Kondo, Ryo Ishida, Tomohiro Seki, Keita Hiraga, Akihiro Eguchi, Yoichi Takakusagi, Keisuke Saito, Nobu Oshima, Hiroshi Ishikita, Kazutoshi Yamamoto, Murali C. Krishna, Shinsuke Sando
  • 雑誌名: Science advances 巻: 8 号: 13
  • DOI: 10.1126/sciadv.abj2667
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structure-based relaxation analysis reveals C-terminal [1-13C]glycine-d2 in peptides has long spin-lattice relaxation time that is applicable to in vivo hyperpolarized magnetic resonance studies (2022)
  • 著者名/発表者名: Yohei Kondo, Yutaro Saito, Tomohiro Seki, Yoichi Takakusagi, Jumpei Morimoto, Hiroshi Nonaka, Koichiro Miyanishi, Wataru Mizukami, Makoto Negoro, Abdelazim Elsayed Elhelaly, Fuminori Hyodo, Masayuki Matsuo, Natarajan Raju, Rolf Swenson, Murali C. Krishna, Kazutoshi Yamamoto, Shinsuke Sando
  • 雑誌名: ChemRxiv 巻: -
  • DOI: 10.26434/chemrxiv-2022-tfkk1
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The natural sulfoglycolipid derivative SQAP improves the therapeutic efficacy of tissue factor-targeted radioimmunotherapy in the stroma-rich pancreatic cancer model BxPC-3 (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Takakusagi, Aya Sugyo, Atsushi B. Tsuji, Hitomi Sudo, Masahiko Yasunaga, Yasuhiro Matsumura, Fumio Sugawara, Kengo Sakaguchi, Tatsuya Higashi
  • 雑誌名: Translational Oncology 巻: 15 号: 1 ページ: 191285-191285
  • DOI: 10.1016/j.tranon.2021.101285
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Design of Nuclear Magnetic Resonance Molecular Probes for Hyperpolarized Bioimaging (2021)
  • 著者名/発表者名: Yohei Kondo, Hiroshi Nonaka, Yoichi Takakusagi, Shinsuke Sando
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. (Review/総説） 巻: 60 号: 27 ページ: 2-23
  • DOI: 10.1002/anie.201915718
  • 査読あり
• [学会発表] 量子超偏極-核磁気共鳴法: 日本初の成果導出に向けて (2023)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: JSMRM スタディーグループ「量子超偏極の生命科学と知的基盤形成」
  • 招待講演
• [学会発表] Novel Structure-guided Design of Amino Acid Based Hyperpolarized 13C Probes for Metabolic Imaging (2023)
  • 著者名/発表者名: Kazutoshi Yamamoto, Yutaro Saito, Hiroyuki Yatabe, Norikazu Koyasu, Iori Tamura, Yohei Kondo, Ryo Ishida, Tomohiro Seki, Akihiro Eguchi, Yoichi Takakusagi, Nobu Oshima, Murali C. Krishna, Shinsuke Sando
  • 学会等名: ISMRM2023
  • 国際学会
• [学会発表] 超偏極-核磁気共鳴法による生体内ペプチダーゼ活性の検出および可視化を指向した分子プローブの設計と開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 谷田部浩行、近藤洋平、田村伊織、石田諒、関智宏、高草木洋一、Abdelazim E. Elhelaly、大島野歩、兵藤文紀、松尾政之、山本和俊、Murali C. Krishna、齋藤雄太朗、山東信介
  • 学会等名: 第17回 日本分子イメージング学会 学会総会・学術集会
• [学会発表] Development of a Hyperpolarized Molecular Probe for Aminopeptidase N Activity Applicable in vivo (2023)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Saito, Hiroyuki Yatabe, Iori Tamura, Yohei Kondo, Ryo Ishida, Tomohiro Seki, Keita Hiraga, Akihiro Eguchi, Yoichi Takakusagi, Keisuke Saito, Hiroshi Ishikita, Kazutoshi Yamamoto, Murali C Krishna, Shinsuke Sando
  • 学会等名: Asian Chemical Biology Conference 2023
  • 国際学会
• [学会発表] 医用画像診断のフロンティア: 量子技術により実現する巨視的代謝イメージング (2023)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 名古屋大学 医工若手研究者交流会
  • 招待講演
• [学会発表] 超偏極－核磁気共鳴法: 今何が新しいのか？ (2022)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 電通大＆量子生命合同シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 量子技術を用いた超高感度 MRI/NMR ~QST 千葉地区における取り組み~ (2022)
  • 著者名/発表者名: 根来誠 , 高草木洋一 , 高堂裕平 , 小林竜馬 , 齋藤圭太 , 菊池達矢 , 小野麻衣子 , 柴田さやか , 富安もよこ , 小畠隆行
  • 学会等名: 量子生命科学先端フォーラム 2022 年冬の研究会
• [学会発表] 超偏極MRIによる腫瘍内ピルビン酸代謝イメージング (2022)
  • 著者名/発表者名: 齋藤圭太 , 高草木洋一 , 小林竜馬
  • 学会等名: 量子生命科学先端フォーラム 2022 年冬の研究会
• [学会発表] triplet法による超偏極MRIを支える技術 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林竜馬 , 高草木洋一 , 齋藤圭太
  • 学会等名: 量子生命科学先端フォーラム 2022 年冬の研究会
• [学会発表] 低分子化合物を基軸とした診断治療技術の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 千葉大学 膜タンパク質研究センター × 量子科学技術研究開発機構 量子生命科学研究所 第 11 回合同勉強会
  • 招待講演
• [学会発表] Inducing or Accessing Vasculature (2022)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第 35 回学術大会 シンポジウム7 ”Hallmarks of cancer” から読み解く放射線生物学
  • 招待講演
• [学会発表] A newly designed hyperpolarized molecular probe enables the in vivo detection of aminopeptidase N activity from the tumor regions in animals (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Yatabe, Yutaro Saito, Iori Tamura, Yohei Kondo, Ryo Ishida, Tomohiro Seki, Keita Hiraga, Akihiro Eguchi, Yoichi Takakusagi, Keisuke Saito, Nobu Oshima, Hiroshi Ishikita, Kazutoshi Yamamoto, Murali C. Krishna, Shinsuke Sando
  • 学会等名: World Molecular Imaging Congress 2022 (WMIC 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] 量子生命棟超偏極エリアの紹介 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 第 2 回磁気共鳴医学会スタディーグループミーティング「臨床応用を指向する超偏極・代謝 MRI イメージング」
  • 招待講演
• [学会発表] Hyperpolarized MR Facility in the Institute for Quantum Life Science, QST (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Takakusagi
  • 学会等名: DNP Mini Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] がん研究における低温超偏極 MRI/NMR の応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: DNP 研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 量子生命科学 (量子イメージング) の研究開発と医療応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 第 12 回放射線生物学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Hyperpolarized Molecular Probes for in vivo Detection of Peptidase Activities (2021)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Saito, Hiroyuki Yatabe, Iori Tamura, Ryo Ishida, Yohei Kondo, Tomohiro Seki, Akihiro Eguchi, Yoichi Takakusagi, Kazutoshi Yamamoto, Murali C. Krishna, Shinsuke Sando
  • 学会等名: PACIFICHEM2021
  • 国際学会
• [学会発表] QST 量子超偏極 MRI グループ (最近の研究活動の紹介) (2021)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 第 49 回日本磁気共鳴医学会大会スタディーグループ
  • 招待講演
• [学会発表] Design and development of the molecular probes for application of the hyperpolarized-NMR/MRI (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Takakusagi
  • 学会等名: The 24th International Spin Symposium (SPIN2021)
  • 国際学会
• [学会発表] NIH 留学記: NIH の DNP 装置 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 第 49 回日本磁気共鳴医学会大会スタディーグループ
  • 招待講演
• [学会発表] 超偏極－核磁気共鳴代謝イメージング: 次世代の画像診断技術としての応用に向けて (2021)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 第 49 回日本磁気共鳴医学会大会 教育講演
  • 招待講演
• [学会発表] 緩和機構の理解に基づく実用的な量子超偏極-核磁気共鳴分子プローブの設計 (2021)
  • 著者名/発表者名: 谷田部浩行、近藤洋平、田村伊織、石田諒、関智宏、高草木洋一、大嶋野歩、兵藤文紀、松尾政之、山本和俊、Murali C. Krishna、齋藤雄太朗、山東信介
  • 学会等名: 量子生命科学会 第 3 回大会
• [学会発表] 超偏極[1-13C]ピルビン酸核磁気共鳴分光法と代謝イメージングによる 前立腺がんのエネルギー代謝解析と治療効果予測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一、松尾政之、高草木香織、井上香織、兵藤文紀、Murali C. Krishna、市川和洋
  • 学会等名: 第 15 回 日本分子イメージング学会総会・学術集会
• [備考] 精密分子設計による高感度MRI分子プローブの開発
  • URL: https://www.qst.go.jp/site/press/20220331-1.html