高機能性ナノ粒子設計に基づく高感度ｉｎ ｖｉｖｏイメージング技術の開発

• 研究課題/領域番号: 24685028
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 生体関連化学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 水上 進 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30420433)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 25,610千円 (直接経費: 19,700千円、間接経費: 5,910千円); 2014年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2013年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円); 2012年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
• キーワード: 可視化プローブ / MRI / コア－シェルナノ粒子 / ナノ粒子 / イメージング

研究成果の概要

生体内深部の生体機能を可視化するために、19F MRIに着目し、そのプローブ開発を行った。まず最初に19F MRIの検出感度を増大させるために液体パーフルオロカーボン（PFC）を内包させたシリカナノ粒子を開発した。このナノ粒子は生きたマウス体内から高感度で19F MRI検出することができた。続いて、このナノ粒子のMRIシグナルを制御するための原理を開発した。ナノ粒子表面上に多数のGd3+錯体を修飾することにより、粒子内部のPFCの19F MRIシグナルを減弱できることを見出し、リンカーを酵素基質とすることで酵素活性検出にも成功した。この粒子を用いて生きたマウス体内の酵素反応を可視化した。

研究成果

• [雑誌論文] ラベル化分子設計に基づくタンパク質の可視化と機能制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水上進, 菊地和也
  • 雑誌名: 薬学雑誌 巻: 136 号: 1 ページ: 21-27
  • DOI: 10.1248/yakushi.15-00225-4
  • NAID: 130005115189
  • ISSN: 0031-6903, 1347-5231
  • 年月日: 2016-01-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective Labeling of Proteins on Living Cell Membranes Using Fluorescent Nanodiamond Probes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Shingo Sotoma, Jun Iimura, Ryuji Igarashi, Koichiro M. Hirosawa, Hidenori Ohnishi, Shin Mizukami, Kazuya Kikuchi, Takahiro K. Fujiwara, Masahiro Shirakawa and Hidehito Tochio
  • 雑誌名: Nanomaterials 巻: 6 号: 4 ページ: 56-56
  • DOI: 10.3390/nano6040056
  • NAID: 120005848250
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An Enzyme-Responsive Metal-Enhanced Near-Infrared Fluorescence Sensor Based on Functionalized Gold Nanoparticles (2015)
  • 著者名/発表者名: Zhanghua Zeng, Shin Mizukami, Katsumasa Fujita, Kazuya Kikuchi
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 6 号: 8 ページ: 4934-4939
  • DOI: 10.1039/c5sc01850a
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Actavataqble 19F MRI nanoparticle probes for the detection of reducing environments (2015)
  • 著者名/発表者名: Nkamura, T., Matsushita, H., Sugihara, F., Yoshioka, Y., Mizukami, S. and Kikuchi, K.
  • 雑誌名: Angewandte Chemi International Edition 巻: 54 号: 3 ページ: 1007-1010
  • DOI: 10.1002/anie.201409365
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mesoporous slilica nanoparticles for 19F magnetic resonance imaging, fluorescence imaging, and drug deliverry (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, T., Sugihara, F., Matsushita, H., Yoshioka, Y., <izukami, S., and Kikuchi, K.
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 6 号: 3 ページ: 1986-1990
  • DOI: 10.1039/c4sc03549f
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nonlinear Fluorescence Imaging by Using Phtoinduced Charge Separation (2015)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Mochizuki, Lanting Shi, Shin Mizukami, Masahito Yamanaka, Mamoru Tanabe, Wei-Tao Gong, Almar F Palonpon, Shogo Kawano, Satoshi Kawata, Kazuya Kikuchi, Katsumasa Fujita
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 54 号: 4 ページ: 042403-042403
  • DOI: 10.7567/jjap.54.042403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ratiometric MRI Sensors Based on Core-Shell Nanoparticles for Quantitative pH Imaging (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Okada, Shin Mizukami, Takao Sakata, Yutaka Matsumura, Yoshichika Yoshioka, Kazuya Kikuchi
  • 雑誌名: Adv. Mater. 巻: 26 号: 19 ページ: 2989-2992
  • DOI: 10.1002/adma.201305018
  • NAID: 40021302212
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Membrane Protein CNNM4-Dependent Mg2+ Efflux Suppresses Tumor Progression (2014)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Funato, Daisuke Yamazaki, Shin Mizukami, Lisa Du, Kazuya Kikuchi, Hiroaki Miki
  • 雑誌名: J. Clin. Invest. 巻: 124 号: 12 ページ: 5398-5410
  • DOI: 10.1172/jci76614
  • 査読あり
• [雑誌論文] ナノ粒子設計に基づく機能性 ¹H MRIプローブの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 水上進
  • 雑誌名: 薬学雑誌 巻: 133 号: 3 ページ: 351-354
  • DOI: 10.1248/yakushi.12-00239-1
  • NAID: 130003361923
  • ISSN: 0031-6903, 1347-5231
  • 年月日: 2013-03-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanospherical Polymer as an MRI Sensor without Paramagnetic or Superparamagnetic Species (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Okada, Shin Mizukami, Yutaka Matsumura, Yoshichika Yoshioka, Kazuya Kikuchi
  • 雑誌名: Dalton Trans. 巻: 42 号: 45 ページ: 15864-15867
  • DOI: 10.1039/c3dt50378j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Development of Luminescent Lanthanide(III) Complexes by Solid-Phase Synthesis and On-Resin Screening (2013)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Nakamura, Shin Mizukami, Miho Tanaka, Kazuya Kikuchi
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 8 号: 11 ページ: 2685-2690
  • DOI: 10.1002/asia.201300759
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Luminescent Coelenterazine Derivatives Activatable by β-Galactosidase for Monitoring Dual Gene Expression (2013)
  • 著者名/発表者名: Lindberg E, Mizukami S, Ibata K, Miyawaki A, Kikuchi K
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 19 号: 44 ページ: 14970-14976
  • DOI: 10.1002/chem.201302002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Cell-Impermeable Coelenterazine Derivatives (2013)
  • 著者名/発表者名: Lindberg E, Mizukami S, Ibata K, Fukano T, Miyawaki A, Kikuchi K
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 4 号: 12 ページ: 4395-4400
  • DOI: 10.1039/c3sc51985f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multifunctional Core-shell Silica Nanoparticles for Highly Sensitive ^<19>F MRI (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Matsushita, S. Mizukami, F. Sugihara, Y. Nakanishi, Y. Yoshioka & K. Kikuchi
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed 巻: 52(in press) 号: 4 ページ: 52-52
  • DOI: 10.1002/anie.201308500
  • 査読あり
• [雑誌論文] Small-Molecule-Based Protein-Labeling Technology in Live Cell Studies : Probe-Design Concepts and Applications (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Mizumkami, Y. Hori & K. Kikuchi
  • 雑誌名: Acc. Chem. Res 巻: 46(in press) 号: 1 ページ: 247-256
  • DOI: 10.1021/ar400135f
  • 査読あり
• [雑誌論文] PH Induced Dual "OFF-ON-OFF″Switch : Influence of Suitably Placed Carboxylic Acid (2013)
  • 著者名/発表者名: Kalyan K. Sadhu, Shin Mizukami. Kazuya Kikuchi
  • 雑誌名: Org. Biomol. Chem 巻: 11 ページ: 563-568
  • 査読あり
• [雑誌論文] 細胞蛋白質への機能性分子ラベリング技術 (2013)
  • 著者名/発表者名: 水上進・菊地和也
  • 雑誌名: 未来材料 巻: 2 ページ: 5-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simple and Real-time Colorimetric Assay for Glycosidases Activity Using Functionalized Gold Nanoparticles and Its Application for Inhibitor Screening (2012)
  • 著者名/発表者名: Z. Zeng, S. Mizukami & K. Kikuchi
  • 雑誌名: Anal. Chem. 巻: 84 号: 21 ページ: 9089-9085
  • DOI: 10.1021/ac301677v
  • 査読あり
• [雑誌論文] ^<19>F MRI monitoring of Gene Expression in Living Cells via Cell Surface β-Lactamase Activity (2012)
  • 著者名/発表者名: 松下尚嗣、水上進、杉原文徳、白川昌宏、菊地和也
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 13 号: 11 ページ: 1579-1583
  • DOI: 10.1002/cbic.201200331
  • 査読あり
• [学会発表] Development of protein-tag-based research tools in live cell imaging (2015)
  • 著者名/発表者名: Shin Mizukami, Kazuya Kikuchi
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: ホノルル（米国）
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Development of activatable 19F MRI contrast agents based on paramagnetic relaxation enhancement (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Akazawa, Fuminori Sugihara, Yoshichika Yoshioka, Shin Mizukami, Kazuya Kikuchi
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: ホノルル（米国）
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] 機能性金ナノ粒子設計に基づく酵素反応検出近赤外蛍光センサーの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水上進、Zhanghua Zeng、藤田克昌、菊地和也
  • 学会等名: 第9回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 熊本大学黒髪南地区キャンパス（熊本県・熊本市）
  • 年月日: 2015-09-10
• [学会発表] 刺激応答性19F MRIナノプローブの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石田健一郎、赤澤一樹、杉原文徳、吉岡芳親、水上進、菊地和也
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会 第10回年会
  • 発表場所: 東北大学川内キャンパス（宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2015-06-10
• [学会発表] 常磁性緩和促進効果に基づいた刺激応答性19F MRI造影剤の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 赤澤一樹、中村竜也、杉原文徳、吉岡芳親、水上進、菊地和也
  • 学会等名: 第10回 日本分子イメージング学会 学術集会
  • 発表場所: タワーホール船堀（東京都）
  • 年月日: 2015-05-20
• [学会発表] ラベル化分子設計に基づく蛋白質の可視化と機能制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水上進，菊地和也
  • 学会等名: 日本薬学会 シンポジウム
  • 発表場所: 兵庫、神戸学院大学
  • 年月日: 2015-03-26
  • 招待講演
• [学会発表] Development of smart 19F MRI probes for in vivo imaging (2014)
  • 著者名/発表者名: Shin Mizukami
  • 学会等名: China/Japan Young Chemist Forum
  • 発表場所: 中国、北京大学
  • 年月日: 2014-08-05
  • 招待講演
• [学会発表] 蛋白質ラベル化技術を用いた生細胞蛋白質の光活性化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水上進，吉村彰真，菊地和也
  • 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、大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2014-06-12
• [学会発表] pH定量を可能とするコア－シェルナノ粒子型レシオMRIセンサー (2014)
  • 著者名/発表者名: 水上進，岡田智，坂田孝夫，松村豊，吉岡芳親，菊地和也
  • 学会等名: 第9回日本分子イメージング学会学術集会
  • 発表場所: 大阪、千里ライフサイエンスセンター
  • 年月日: 2014-05-22 – 2014-05-23
• [学会発表] Protein labeling technology for investigating small number molecules in living cells (2013)
  • 著者名/発表者名: 水上進
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 京都、京都国際会館
  • 年月日: 2013-10-29
  • 招待講演
• [学会発表] 機能性プローブ設計に基づく分子イメージング技術の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 水上進
  • 学会等名: 東京工業大学大学院生命理工学研究科 生体分子サイエンスセミナー
  • 発表場所: 神奈川、東京工業大学すずかけ台キャンパス
  • 年月日: 2013-08-29
  • 招待講演
• [学会発表] 蛋白質ラベル化技術に基づく生体分子の少数活性化へのアプローチ (2013)
  • 著者名/発表者名: 水上進
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第69回学術講演会
  • 発表場所: 大阪、ホテル阪急エキスポパーク
  • 年月日: 2013-05-22
  • 招待講演
• [学会発表] ^<19>F MRIプローブの開発～酵素活性検出からin vivo応用まで (2013)
  • 著者名/発表者名: 水上進
  • 学会等名: 日本薬学会第133年会シンポジウム
  • 発表場所: 横浜(招待講演)
  • 年月日: 2013-03-30
• [学会発表] Development of ^<19>F MRI Probes Based on Coordination Chemistry and Nanomaterials (2013)
  • 著者名/発表者名: Shin Mizukami
  • 学会等名: 日本化学会-Asian International Symposium
  • 発表場所: 草津(招待講演)
  • 年月日: 2013-03-24
• [学会発表] 蛋白質機能を可視化する分子の設計と開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 水上進
  • 学会等名: 新学術領域研究若手合同シンポジウム「配位プログラム」×「融合マテリアル」
  • 発表場所: 東京(招待講演)
  • 年月日: 2012-12-21
• [学会発表] Development of Protein Labeling Technology Based on Mutant β-Lactamase (2012)
  • 著者名/発表者名: Shin Mizukami. Yuri Akimoto, Akimasa Yoshimura, Mitsuru Ueda, Kazuya Kikuchi
  • 学会等名: 新学術領域「少数性生物学」第1回国際会議
  • 発表場所: 台北(台湾)
  • 年月日: 2012-10-16
• [学会発表] ナノバイオプローブ設計を基盤とする分子イメージング技術開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 水上進
  • 学会等名: 日本化学会生体機能関連化学部会若手の会サマースクール
  • 発表場所: 福岡(招待講演)
  • 年月日: 2012-07-27
• [学会発表] In vivo ^<19>F MRIを可能とするコア-シェルナノ粒子の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 水上進, 中西陽介, 杉原文徳, 向井大陽, 菊地和也
  • 学会等名: 日本分子イメージング学会第7回学会総会・学術集会
  • 発表場所: 浜松
  • 年月日: 2012-05-25
• [備考]
  • URL: http://www-molpro.mls.eng.osaka-u.acjp/