臨床応用を目的とする酸素・代謝を指標とする新たな分子画像診断技術の国際共同開発

• 研究課題/領域番号: 20KK0253
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
• 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: 岐阜大学
• 研究代表者: 松尾 政之 岐阜大学, 大学院医学系研究科, 教授 (40377669)
• 研究分担者: 兵藤 文紀 岐阜大学, 大学院医学系研究科, 教授 (10380693) ; 加藤 博基 岐阜大学, 大学院医学系研究科, 准教授 (70377670) ; 野田 佳史 岐阜大学, 医学部附属病院, 講師 (60643020) ; 川田 紘資 岐阜大学, 医学部附属病院, 准教授 (00585276) ; 河合 信行 岐阜大学, 医学部附属病院, 講師 (20724561) ; 田中 秀和 山口大学, 大学院医学系研究科, 教授 (30509782)
• 研究期間 (年度): 2020-10-27 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円); 2023年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2022年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2020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MRI / 酸素イメージング / 代謝イメージング / 超偏極 / DNP / 酸素 / イメージング / 分子画像診断 / 代謝

研究開始時の研究の概要

米国国立癌研究所のMurali博士らは独自のパルス型電子スピン共鳴画像装置を開発し、腫瘍組織内に低酸素と常酸素の時間的循環の存在を世界で初めて証明し新たな診断・治療ターゲットを創出した。また超偏極技術を早期に導入し、癌特有のエネルギー代謝を高感度に可視化する計測技術・検出器・画像処理アルゴリズムの開発研究を進めている。本国際共同研究では若手研究者の派遣を通じ、酸素イメージング装置開発の推進・アルゴリズムの改良、超偏極技術における画像処理技術、計測ノウハウ習得、臨床応用へ向けたトランスレーショナルリサーチを加速し、癌診療において酸素・エネルギー代謝に基づく治療効果の早期診断法へ展開する。

研究実績の概要

本国際共同研究では、米国国立癌研究所（NCI/NIH）のMurali博士らのグループと、電子と核スピンの2つの量子を用いた量子技術である超偏極MRIについての研究を実施することを目的として研究を推進してきた。特に、低温超偏極装置を用いたdissolution DNP-MRI/MRSでは、１３Cピルビン酸を超偏極プローブとするエネルギー代謝イメージングにおいて、MRIやMRSの感度が10000倍以上増幅することを確認し、米国NIHとの共同研究において、一定濃度のガドリニウム造影剤の添加が超偏極状態を早く惹起し、また偏極率も高くなることを明らかにした。
また生体超偏極MRI（in vivo DNP-MRI）においては、DNP造影剤であるニトロキシルラジカル1種のTempolがGSHの共存在下においてX線の線量依存的にラジカルを消失することを明らかにし、本システムを用いることでX線線量の2次元の分布の定量的可視化が可能となることが明らかとなった。これらは国際共同研究の成果として現在論文を投稿中である。また本国際共同研究を通じて、若手の大学院生がNIHとの研究交流を深め、博士取得後に博士研究員（ポスドク）として留学することとなり、より強固に国際共同研究を推進できる運びとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Deuterium Magnetic Resonance Imaging Using Deuterated Water-Induced 2H-Tissue Labeling Allows Monitoring Cancer Treatment at Clinical Field Strength (2024)
  • 著者名/発表者名: 1.Hirofumi Asano, Fuminori Hyodo, Ryota Iwasaki, Yoshifumi Noda, Hiroki Kato, Koki Ichihashi, Hiroyuki Tomit, Masaharu Murata, Takashi Mori, Masayuki Matsuo
  • 雑誌名: Clin. Cancer Res. 巻: 29 号: 24 ページ: 5173-5182
  • DOI: 10.1158/1078-0432.ccr-23-1635
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] MRI characteristics for predicting histological subtypes in patients with uterine cervical adenocarcinoma (2023)
  • 著者名/発表者名: Mori Takayuki、Kato Hiroki、Kawaguchi Masaya、Kanayama Tomohiro、Furui Tatsuro、Noda Yoshifumi、Hyodo Fuminori、Matsuo Masayuki
  • 雑誌名: European Journal of Radiology 巻: 158 ページ: 110612-110612
  • DOI: 10.1016/j.ejrad.2022.110612
  • 査読あり
• [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] MRI findings to differentiate musculoskeletal dedifferentiated liposarcoma from atypical lipomatous tumor (2022)
  • 著者名/発表者名: Masaya Kawaguchi, Hiroki Kato, Kazuhiro Kobayashi, Tatsuhiko Miyazaki, Akihito Nagano, Yoshifumi Noda, Fuminori Hyodo, Masayuki Matsuo
  • 雑誌名: Radiol Med 巻: 127 号: 12 ページ: 1383-1389
  • DOI: 10.1007/s11547-022-01547-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatiotemporal imaging of redox status using in vivo dynamic nuclear polarization magnetic resonance imaging system for early monitoring of response to radiation treatment of tumor (2022)
  • 著者名/発表者名: Koyasu Norikazu、Hyodo Fuminori、Iwasaki Ryota、Eto Hinako、Elhelaly Abdelazim Elsayed、Tomita Hiroyuki、Shoda Shinichi、Takasu Masaki、Mori Takashi、Murata Masaharu、Hara Akira、Noda Yoshifumi、Kato Hiroki、Matsuo Masayuki
  • 雑誌名: Free Radical Biology and Medicine 巻: 179 ページ: 170-180
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2021.12.311
  • 査読あり
• [雑誌論文] <i>In Vivo</i> Dynamic Nuclear Polarization Magnetic Resonance Imaging for the Evaluation of Redox-Related Diseases and Theranostics (2022)
  • 著者名/発表者名: Hyodo Fuminori、Eto Hinako、Naganuma Tatsuya、Koyasu Norikazu、Elhelaly Abdelazim Elsayed、Noda Yoshifumi、Kato Hiroki、Murata Masaharu、Akahoshi Tomohiko、Hashizume Makoto、Utsumi Hideo、Matsuo Masayuki
  • 雑誌名: Antioxidants &amp; Redox Signaling 巻: 36 号: 1-3 ページ: 172-184
  • DOI: 10.1089/ars.2021.0087
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of 20?cm sample bore size dynamic nuclear polarization (DNP)-MRI at 16?mT and redox metabolic imaging of acute hepatitis rat model (2021)
  • 著者名/発表者名: Eto Hinako、Naganuma Tatuya、Nakao Motonao、Murata Masaharu、Elhelaly Abdelazim Elsayed、Noda Yoshifumi、Kato Hiroki、Matsuo Masayuki、Akahoshi Tomohiko、Hashizume Makoto、Hyodo Fuminori
  • 雑誌名: Free Radical Biology and Medicine 巻: 169 ページ: 149-157
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2021.04.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Glucose transporter Glut1 controls diffuse invasion phenotype with perineuronal satellitosis in diffuse glioma microenvironment. (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyai M, Kanayama T, Hyodo F, Kinoshita T, Ishihara T, Okada H, Suzuki H, Takashima S, Wu Z, Hatano Y, Egashira Y, Enomoto Y, Nakayama N, Soeda A, Yano H, Hirata A, Niwa M, Sugie S, Mori T, Maekawa Y, Iwama T, Matsuo M, Hara A, Tomita H
  • 雑誌名: Neurooncol Adv. 巻: 30 号: 1 ページ: 06198-06198
  • DOI: 10.1093/noajnl/vdaa150
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Free radical imaging of endogenous redox molecules using dynamic nuclear polarisation magnetic resonance imaging (2020)
  • 著者名/発表者名: Hyodo Fuminori、Ito Shinji、Eto Hinako、Elhelaly Abdelazim Elsayed、Murata Masaharu、Akahoshi Tomohiko、Utsumi Hideo、Matuso Masayuki
  • 雑誌名: Free Radical Research 巻: 14 号: 4 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1080/10715762.2020.1859109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Imaging of Hydroxyl-Radical Generation Using Dynamic Nuclear Polarization-Magnetic Resonance Imaging and a Spin-Trapping Agent (2020)
  • 著者名/発表者名: Shoda Shinichi、Hyodo Fuminori、Tachibana Yoko、Kiniwa Mamoru、Naganuma Tatsuya、Eto Hinako、Koyasu Norikazu、Murata Masaharu、Matsuo Masayuki
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 92 号: 21 ページ: 14408-14414
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.0c02331
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a novel molecular probe for the detection of liver mitochondrial redox metabolism (2020)
  • 著者名/発表者名: Hosain Md. Zahangir、Hyodo Fuminori、Mori Takeshi、Takahashi Koyo、Nagao Yusuke、Eto Hinako、Murata Masaharu、Akahoshi Tomohiko、Matsuo Masayuki、Katayama Yoshiki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 16489-16489
  • DOI: 10.1038/s41598-020-73336-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Usage of Dissolution Dynamic Nuclear Polarization Magnetic Resonance Spectroscopy Depicts Efficacy of Chemotherapeutic and Radiotherapeutic anticancer interferences (2022)
  • 著者名/発表者名: 'Abdelazim Elsayed Elhelaly, Fuminori Hyodo, Norikazu Koyasu, Hiroyuki Tomita, Masaharu Murata, Yoshifumi Noda, Hiroki Kato, Masayuki Matsuo
  • 学会等名: ISMRT 31st Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Imaging tissue metabolism using dynamic nuclear polarization (2022)
  • 著者名/発表者名: Fuminori Hyodo, Masayuki Matsuo
  • 学会等名: Asia-Pacific EPR/ESR Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Early Assessment of Radiotherapy Efficacy in MIA PaCa-2 Cancer Model by Dissolution DNP-MRS (2022)
  • 著者名/発表者名: Abdelazim Elsayed Elhelaly, Fuminori Hyodo, Norikazu Koyasu, Masayuki Matsuo
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第35回学術大会
• [学会発表] Dynamic Nuclear Polarization(DNP) MRI for imaging tissue metabolism Application of dissolution DNP and in vivo DNP to animal disease models (2021)
  • 著者名/発表者名: Fuminori Hyodo, Masaharu Murata, Hinako Eto, Norikazu Koyasu, Ryota Iwasaki, Abdelazim Elhelaly, Takashi Mori, Yoshifumi Noda, Hiroki Kato, and Masayuki Matsuo
  • 学会等名: ISMAR
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Application of Hyperpolarized 13C pyruvate MRS for early evaluation of anti-cancer treatment (2021)
  • 著者名/発表者名: Abdelazim Elsayed Elhelaly, Fuminori Hyodo, Norikazu Koyasu, Hiroyuki Tomita, Masaharu Murata, Yoshifumi Noda, Hiroki Kato, Masayuki Matsuo
  • 学会等名: AMSRM
  • 国際学会
• [学会発表] 量子イメージングの放射線治療への応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松尾政之
  • 学会等名: 第59回日本癌治療学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 量子スピンレドックス医療の創造 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松尾政之
  • 学会等名: 名古屋大学 未来社会創造機構 ナノライフシステム研究所 第9回NLSセミナー・GTRセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Noninvasive Redox Imaging of Tumor Redox Status for Early Detection of Radiation Response using in vivo DNP-MRI (2020)
  • 著者名/発表者名: Koyasu N, Hyodo F, Shoda S, Iwasaki R, Tomita H, Takasu M, Mori T, Matsuo M
  • 学会等名: Annual meeting of American Society for Radiation Oncology
  • 国際学会
• [学会発表] Visualization of free radical generation induced by radiation using dynamic nuclear polarization-MRI (2020)
  • 著者名/発表者名: Koyasu N, Hyodo F, Iwasaki R, Iwasaki R, Mori T, Yamaguchi T, Matsuo M
  • 学会等名: Annual meeting of American Society for Radiation Oncology
  • 国際学会
• [学会発表] 放射線診療における近未来 画像診断・IVR・放射線治療 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松尾政之
  • 学会等名: 第48回日本救急医学会総会・学術集会
  • 招待講演