in vivoイメージングプローブのデザイン・合成・生物応用

• 研究課題/領域番号: 25220207
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ケミカルバイオロジー
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 菊地 和也 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70292951)
• 研究協力者: 堀 雄一郎 ; 杉原 文徳 ; 蓑島 維文
• 研究期間 (年度): 2013-05-31 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 218,920千円 (直接経費: 168,400千円、間接経費: 50,520千円); 2017年度: 27,040千円 (直接経費: 20,800千円、間接経費: 6,240千円); 2016年度: 27,560千円 (直接経費: 21,200千円、間接経費: 6,360千円); 2015年度: 30,420千円 (直接経費: 23,400千円、間接経費: 7,020千円); 2014年度: 65,520千円 (直接経費: 50,400千円、間接経費: 15,120千円); 2013年度: 68,380千円 (直接経費: 52,600千円、間接経費: 15,780千円)
• キーワード: in vivoイメージング / 化学プローブ / 分子イメージング / MRI / 破骨細胞 / in vivo イメージング / 蛋白質ラベル化 / 19FMRI / 19F MRIプローブ / オートファジー / BLタグ

研究成果の概要

本研究では機能性化学プローブをデザイン・合成し、生きた状態（in vivo）での生体内分子が有する生理機能の直接観測を行った。成果としては、（１）パーフルオロカーボン内包シリカナノ粒子を用いた高感度19F MRIプローブを開発し、プローブのがん組織への集積、生体深部における酵素活性の検出、マルチカラーイメージングへと応用した。（２）pH応答性を有する機能性蛍光プローブを開発し、活性化した破骨細胞が酸を放出して骨を溶かす様子を生きたマウス体内で可視化することに成功した。これらの機能性分子プローブのデザインによって生物個体内の分子動態解析を可能とする新たなツールを提供するに至った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で開発した化学プローブは、生きた動物個体内で起こる細胞や分子の機能を理解するための有用なツールとなりうる。特に、19F MRIを利用した生体深部における酵素活性の検出や、破骨細胞によって骨が溶解する様子は本研究で開発した化学プローブによって初めて観察できたものである。これらの化学プローブを用いて、動物個体内での生理機能や薬剤に対する応答の詳細な解析が今後期待できる。

評価記号

検証結果 (区分)

A

研究成果

• [雑誌論文] Highly Sensitive Detection of Caspase-3/7 Activity in Living Mice Using Enzyme-Responsive 19F MRI Nanoprobes (2018)
  • 著者名/発表者名: Akazawa Kazuki、Sugihara Fuminori、Nakamura Tatsuya、Mizukami Shin、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: Bioconjugate Chemistry 巻: 29 号: 5 ページ: 1720-1728
  • DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.8b00167
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sensing caspase-1 activity using activatable 19F MRI nanoprobes with improved turn-on kinetics (2018)
  • 著者名/発表者名: Akazawa Kazuki、Sugihara Fuminori、Minoshima Masafumi、Mizukami Shin、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 54 号: 83 ページ: 11785-11788
  • DOI: 10.1039/c8cc05381b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Perfluorocarbon-based 19F MRI Nanoprobes for In Vivo Multicolor Imaging (2018)
  • 著者名/発表者名: Akazawa Kazuki、Sugihara Fuminori、Nakamura Tatsuya、Matsushita Hisashi, Mukai Hiroaki, Akimoto Rena, Minoshima Masafumi, Mizukami Shin、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: Angewante Chemie International Edition 巻: 57 ページ: 16742-16747
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthetic-Molecule/Protein Hybrid Probe with Fluorogenic Switch for Live-Cell Imaging of DNA Methylation (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Hori, Norimichi Otomura, Ayuko Nishida, Miyako Nishiura, Maho Umeno, Isao Suetake, Kazuya Kikuchi
  • 雑誌名: J Am Chem Soc 巻: 140 号: 5 ページ: 1686-1690
  • DOI: 10.1021/jacs.7b09713
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ratiometric Imaging of Intracellular Mg2+ Dynamics Using a Red Fluorescent Turn-off Probe and a Green Fluorescent Turn-on Probe (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsui Yusuke、Mizukami Shin、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 47 号: 1 ページ: 23-26
  • DOI: 10.1246/cl.170918
  • NAID: 130006302062
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intracellular Protein-Labeling Probes for Multicolor Single-Molecule Imaging of Immune Receptor?Adaptor Molecular Dynamics (2017)
  • 著者名/発表者名: Sato Ryota、Kozuka Jun、Ueda Masahiro、Mishima Reiko、Kumagai Yutaro、Yoshimura Akimasa、Minoshima Masafumi、Mizukami Shin、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 号: 48 ページ: 17397-17404
  • DOI: 10.1021/jacs.7b08262
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization of long-term Mg2+ dynamics in apoptotic cells using a novel targetable fluorescent probe (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsui Y, Funato Y, Imamura H, Miki H, Mizukami S, Kikuchi K
  • 雑誌名: Chem Sci. 巻: 8 号: 12 ページ: 8255-8264
  • DOI: 10.1039/c7sc03954a
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Highly selective tridentate fluorescent probes for visualizing intracellular Mg2+ dynamics without interference from Ca2+ fluctuation (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsui Yusuke、Sadhu Kalyan K.、Mizukami Shin、Kikuchi Kazuya
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 53 号: 77 ページ: 10644-10647
  • DOI: 10.1039/c7cc06141b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photostable and Photoswitching Fluorescent Dyes for Super-resolution Imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Minoshima, K. Kikuchi
  • 雑誌名: Journal of Biological Inorganic Chemistry 巻: - 号: 5 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1007/s00775-016-1435-y
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enzyme-Triggered Compound Release using Functionalized Antimicrobial Peptide Derivatives (2017)
  • 著者名/発表者名: Shin Mizukami, Masayoshi Kashibe, Kengo Matsumoto, Yuichiro Hori, Kazuya Kikuchi
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 8 号: 4 ページ: 3047-3053
  • DOI: 10.1039/c6sc04435b
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fluorogenic Probes Reveal a Role of GLUT4 N-glycosylation in Intracellular Trafficking (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Hirayama, Y. Hori, Z. Benedek, T. Suzuki, K. Kikuchi
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 12 号: 10 ページ: 853-859
  • DOI: 10.1038/nchembio.2156
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Real-Time Intravital Imaging of pH Variation Associated with Osteoclast Activity (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Maeda, Toshiyuki Kowada, Junichi Kikuta, Masayuki Furuya, Mai Shirazaki, Shin Mizukami, Masaru Ishii, Kazuya Kikuchi
  • 雑誌名: Nat. Chem. Biol. 巻: 12 号: 8 ページ: 579-585
  • DOI: 10.1038/nchembio.2096
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of ‘Clickable’ Polyfluorene Nanowires with High Aspect Ratio as Biological Sensing Platforms (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Wasin, K. Enomoto, T. Sakurai, V. Padalkar, H. Cheng, M. Tang, A. Horio, D., Sakamaki, M. Omichi, A. Saeki, K. Kikuchi, Y. Hori, A. Chiba, Y. Saito, T. Kamiya, M. Sugimoto, S. Seki
  • 雑誌名: ACS Sensors 巻: 6 号: 6 ページ: 766-774
  • DOI: 10.1021/acssensors.6b00070
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Design of a Protein tag and Fluorogenic Probe with Modular Structure for Live-Cell Imaging of Intracellular Proteins (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kamikawa, Y. Hori, K. Yamashita, L. Jin, S. Hirayama, D.M. Standley & K. Kikuchi
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 7 号: 1 ページ: 308-314
  • DOI: 10.1039/c5sc02351c
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Real-time Intravital Imaging of pH Variation Associated with Osteoclast Activity (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Maeda, T. Kowada, J. Kikuta, M. Furuya, M. Shirazaki, S. Mizukami, M, Ishii & K. Kikuchi
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 12
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Redesign of Fluorogenic Labeling System to Improve Surface Charges, Brightness, and Binding Kinetics for Imaging Functional Localization of Bromodomains (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Hori, S. Hirayama, M. Sato & K. Kikuchi
  • 雑誌名: Angewante Chemie International Edition 巻: 54 号: 48 ページ: 14368-14371
  • DOI: 10.1002/anie.201506935
  • 査読あり / 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] 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] 19F MRI Probes with Tunable Switches and Highly Sensitive 19F MRI Nano-probes (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Kikuchi
  • 雑誌名: Bulletein of the Chemical Society of Japan 巻: 88 号: 4 ページ: 518-522
  • DOI: 10.1246/bcsj.20140392
  • NAID: 130005064990
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] BODIPY-based probes for the fluorescence imaging of biomolecules in living cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Kowada, Hiroki Maeda, Kazuya Kikuchi
  • 雑誌名: Chemical Society Reviews 巻: - 号: 14 ページ: 4953-4972
  • DOI: 10.1039/c5cs00030k
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Intramolecular Long-distance Nucleophilic Reactions as a Rapid Fluorogenic Switch Applicable to Detection of Enzymatic Activity (2015)
  • 著者名/発表者名: Reisuke BABA, Yuichiro HORI, Kazuya KIKUCHI
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 21 号: 12 ページ: 4695-4702
  • DOI: 10.1002/chem.201406093
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of a Fluorogenic Probe Based on a DNA Staining Dye for Continuous Monitoring of the Histone Deacetylase Reaction (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Minoshima, T. Matsumoto, and K. Kikuchi
  • 雑誌名: Anal. Chem. 巻: 86 号: 15 ページ: 7925-7930
  • DOI: 10.1021/ac501881s
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] New Biological Findings Which Were Revealed by Designed Chemical Probes (2018)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Kazuya
  • 学会等名: A3 Meeting for Chemical Biology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] In vivo Chemical Probes for MRI and Fluorescence Imaging (2018)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Kazuya
  • 学会等名: The 9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference (AsBIC IX)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of Multifunctional 19F MRI Contrast Agents Based on Fluorine-encapsulated Silica Nanoparticle (2018)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Kazuya
  • 学会等名: Imaging in 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] New Biological Findings Which Were Clarified by Designed Chemical Probes (2018)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Kazuya
  • 学会等名: MSMLG 2018, 6th International Conference on Molecular Sensors and Molecular Logic Gates
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Real-time Intravital Imaging of pH Variation Associated with Osteoclast Activity Using BODIPY Based Two Photon Excitation Probes (2017)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Kazuya
  • 学会等名: 14th International Symposium on Applied Bioinorganic Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Real-time Intravital Imaging of pH Variation Associated with Osteoclast Activity Using BODIPY Based Two Photon Excitation Probes (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kikuchi
  • 学会等名: The 8th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference (AsBIC VIII)
  • 発表場所: Auckland, New Zealand
  • 年月日: 2016-12-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Real-time Intravital Imaging of pH Variation Associated with Osteoclast Activity (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kikuchi
  • 学会等名: MSMLG 2016, 5th International Conference on Molecular Sensors and Molecular Logic Gates
  • 発表場所: Bath, UK
  • 年月日: 2016-07-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Real-time Intravital Imaging of pH Variation Associated with Osteoclast Activity Using BODIPY Based Two Photon Excitation Probes (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kikuchi
  • 学会等名: ICPP-9, 9th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2016-07-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of Multifunctional 19F MRI Contrast Agents with Fluorine-encapsulated Silica Nanoparticle (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Kikuchi
  • 学会等名: Pacifichem2015
  • 発表場所: Honolulu HI, USA
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of Multifunctional 19F MRI Contrast Agents with Fluorine-encapsulated Silica Nanoparticle (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Kikuchi
  • 学会等名: Pacifichem2015
  • 発表場所: Honolulu, HI, USA
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Highly Sensitive 19F MRI Probes with Tunable Chemical Switches Using Metal Complexes (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Kikuchi
  • 学会等名: ICBIC-17, International Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2015-07-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of Multifunctional 19F MRI Contrast Agents with Fluorine-encapsulated Silica Nanoparticle (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Kikuchi
  • 学会等名: 13th International Symposium on Applied Bioinorganic Chemistry (ISABC13)
  • 発表場所: Galway, Ireland
  • 年月日: 2015-06-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Intracellular Protein Labeling by Functional Probes with Tunable Chemical Switches (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Kikuchi
  • 学会等名: Labeling and Nanoscopy
  • 発表場所: Heidelberg, Gemany
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
  • 招待講演
• [産業財産権] メチル化DNAを蛍光標識する方法 (2015)
  • 発明者名: 菊地和也、堀雄一郎、乙村法道
  • 権利者名: 菊地和也、堀雄一郎、乙村法道
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2015-08-01