高度に機能化した分子酸素計を用いた細胞内酸素濃度計測およびイメージング

• 研究課題/領域番号: 26702011
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 生体医工学・生体材料学
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 吉原 利忠 群馬大学, 理工学研究科, 准教授 (10375561)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 23,920千円 (直接経費: 18,400千円、間接経費: 5,520千円); 2016年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2015年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2014年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
• キーワード: りん光 / レシオ / イリジウム錯体 / 酸素 / 蛍光 / 顕微鏡 / 細胞 / 呼吸 / 細胞・組織 / 分析化学 / イメージング

研究成果の概要

本研究では，細胞内の酸素濃度および濃度分布を高感度，非侵襲的にリアルタイムイメージング，計測するための蛍光・りん光同時発光型分子酸素計を開発した。開発した分子酸素計は，クマリン蛍光団とカチオン性イリジウム錯体をオリゴプロリンあるいはオリゴアルギニンリンカーで連結させた構造である。特にオリゴアルギニンリンカーを用いた場合，高い細胞移行性を示すことが明らかとなった。また，開発した分子酸素計を用いて，細胞内の酸素化状態のリアルタイムセンシングに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Oxygen Imaging of Living Cells and Tissues Using Luminescent Molecular Probes (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshihara, Y. Hirakawa, M. Hosaka, M. Nangaku and S. Tobita
  • 雑誌名: J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev. 巻: 30 ページ: 71-95
  • DOI: 10.1016/j.jphotochemrev.2017.01.001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Interrogation of Metabolic and Oxygen States of Tumors with Fiber-Based Luminescence Lifetime Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Lukina, A. Orlova, M. Shirmanova, D. Shirokov, A. Pavlikov, A. Neubauer, H. Studier, W. Becker, E. Zagaynova, T. Yoshihara, S. Tobita and V. Shcheslavskiy
  • 雑誌名: Opt. Lett. 巻: 42 号: 4 ページ: 731-734
  • DOI: 10.1364/ol.42.000731
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Intracellular and in vivo oxygen sensing using phosphorescent iridium(III) complexes (2016)
  • 著者名/発表者名: Tobita S, Yoshihara T
  • 雑誌名: Current Opinion in Chemical Biology 巻: 33 ページ: 39-45
  • DOI: 10.1016/j.cbpa.2016.05.017
  • NAID: 130005163791
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Biological oxygen sensing via two-photon absorption by an Ir(III) complex using a femtosecond fiber laser (2016)
  • 著者名/発表者名: Morimoto H, Fujii A, Suzuki Y, Yoshihara T, Tobita S, Kawamata J
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55 号: 9 ページ: 092401-092403
  • DOI: 10.7567/jjap.55.092401
  • NAID: 210000147062
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phosphorescence quenching of neutral and cationic iridium(III) complexes by molecular oxygen and aromatic electron acceptors (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Hasebe, Y. Deguchi, S. Murayama, T. Yoshihara, H. Horiuchi, T. Okutsu, S. Tobita
  • 雑誌名: J. Photochem. Photobiol. A 巻: 324 ページ: 134-144
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2016.03.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ratiometric molecular probes based on dual emission of a blue fluorescent coumarin and a red phosphorescent cationic iridium(III) complex for intracellular oxygen sensing (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshihara T, Murayama S, Tobita S
  • 雑誌名: Sensors 巻: 15 号: 6 ページ: 13503-13521
  • DOI: 10.3390/s150613503
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantitating intracellular oxygen tension in vivo by phosphorescence lifetime measurement (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirakawa Y, Yoshihara T, Kamiya M, Mimura I, Fujikura D, Masuda T, Kikuchi R, Takahashi I, Urano Y, Tobita S, Nangaku M.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 5 号: 1 ページ: 17838-17838
  • DOI: 10.1038/srep17838
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intracellular and in vivo oxygen sensing using phosphorescent Ir(III) complexes with a modified acetylacetonato ligand (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshihara T, Hosaka M, Terata M, Ichikawa K, Murayama S, Tanaka A, Mori M, Itabashi H, Takeuchi T, Tobita S.
  • 雑誌名: Anal. Chem. 巻: 87 号: 5 ページ: 2710-2717
  • DOI: 10.1021/ac5040067
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mitochondria-targeted oxygen probes based on cationic iridium complexes with a 5-amino-1,10-phenanthroline ligand (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshihara T, Murayama S, Masuda T, Kikuchi T, Yoshida K, Hosaka M, Tobita S.
  • 雑誌名: J. Photochem. Photobiol. A: Chem 巻: 299 ページ: 172-182
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2014.11.004
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Intracellular and in vivo Oxygen Sensing by Using Phosphorescence Lifetime Methods (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshihara and S. Tobita
  • 学会等名: Frontiers 2016 Symposium
  • 発表場所: Lausanne (Switzerland)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 水溶性イリジウム錯体を用いた生体内酸素濃度計測用発光プローブの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 綿貫千優，吉原利忠，飛田成史
  • 学会等名: 日本化学会関東支部群馬地区研究交流発表会
  • 発表場所: 高崎量子応用研究所（群馬県・高崎市）
• [学会発表] 共焦点PLIM法による細胞および細胞スフェロイドの酸素濃度計測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水上輝市，吉原利忠，飛田成史
  • 学会等名: 日本化学会関東支部群馬地区研究交流発表会
  • 発表場所: 高崎量子応用研究所（群馬県・高崎市）
• [学会発表] 細胞内移行性を高めたレシオ型生体酸素プローブ (2016)
  • 著者名/発表者名: 山崎莉穂，安ヵ川真美，吉原利忠，飛田成史
  • 学会等名: 第6回CSJ化学フェスタ
  • 発表場所: タワーホテル船堀（東京都・江戸川区）
• [学会発表] cRGDペプチドを結合させた腫瘍集積性イリジウム錯体の合成と生体酸素プローブへの応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中村俊介，吉原利忠，穂坂正博，飛田成史
  • 学会等名: 第14回がんとハイポキシア研究会
  • 発表場所: 岐阜グランドホテル（岐阜県・岐阜市）
• [学会発表] 細胞膜透過性を高めたレシオ酸素プローブの開発および細胞内酸素濃度計測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 安ヵ川真美，吉原利忠，飛田成史
  • 学会等名: 第14回がんとハイポキシア研究会
  • 発表場所: 岐阜グランドホテル（岐阜県・岐阜市）
• [学会発表] オルガネラ特異的イリジウム錯体を用いた細胞内酸素濃度測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平野翔太，高橋一平，吉原利忠，飛田成史
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
  • 発表場所: 神戸ファッションマート（兵庫県・神戸市）
• [学会発表] 顕微りん光寿命計測に基づく細胞・組織内酸素イメージング (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋一平，水上輝市，平野翔太，穂坂正博，吉原利忠，飛田成史
  • 学会等名: 2016年光化学討論会
  • 発表場所: 東京大学駒場第一キャンパス（東京都・目黒区）
• [学会発表] Oxygen Concentration Measurements of Cell Spheroids by Means of Confocal Phosphorescence Lifetime Imaging Microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Kiichi Muzukami，Toshitada Yoshihara，Seiji Tobita
  • 学会等名: 第11回日本分子イメージング学会学術大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
• [学会発表] Developments of Ratiometric Oxygen Probes for Intracellular Oxygen Sensing (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshitada Yoshihara，Saori Murayama，Seiji Tobita
  • 学会等名: 第11回日本分子イメージング学会学術大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
• [学会発表] Ratiometric Optical Sensors Based on Dual Emission of a Blue Fluorescent Coumarin and a Red Phosphorescent Cationic Iridium(III) Complex for Oxygen Sensing in Living Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshihara, S. Murayama, and S. Tobita
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015
  • 発表場所: Honolulu (U. S. A.)
  • 年月日: 2015-12-17
  • 国際学会
• [学会発表] Ratiometric Optical Sensors for Intracellular Oxygen Sensing (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshihara, S. Murayama, Y. Yamaguchi, and S. Tobita
  • 学会等名: Third International Symposium on the Photofunctional Chemistry of Complex Systems
  • 発表場所: Maui (U. S. A.)
  • 年月日: 2015-12-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Two Dimensional Oxygen Imaging in Living Cells by Using a Gated ICCD Camera (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshihara, I. Takahashi, and S. Tobita
  • 学会等名: The Fifth International Symposium on Element Innovation
  • 発表場所: 桐生市市民文化会館(群馬県・桐生市）
  • 年月日: 2015-11-30
  • 国際学会
• [学会発表] Tuning Emission Wavelengths of Metal Complexes Operative in Chemical Biology (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshihara, M. Hosaka, T. Takeuchi, and S. Tobita
  • 学会等名: 錯体化学会第65回討論会
  • 発表場所: 奈良女子大学（奈良県・奈良市）
  • 年月日: 2015-09-21
  • 招待講演
• [学会発表] レシオ型分子酸素計の光物理特性および細胞内酸素センシング (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉原利忠，村山沙織，飛田成史
  • 学会等名: 2015年光化学討論会
  • 発表場所: 大阪市立大学（大阪府・大阪市）
  • 年月日: 2015-09-11
• [学会発表] In Vivo Oxygen Sensing Using Phosphorescence Lifetime Measurements of Cationic Iridium(III) Complexes (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshihara, M. Hosaka, M. Terata, K. Ichikawa, M. Mori, H. Itabashi, T. Takeuchi, and S. Tobita
  • 学会等名: The 3rd Conference of the Japanese Association for Hypoxia Biology
  • 発表場所: 早稲田大学先端生命医科学(東京都・新宿区)
  • 年月日: 2015-07-25
  • 国際学会
• [学会発表] イリジウム錯体のりん光寿命計測による細胞・組織内の酸素濃度定量 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉原利忠，穂坂正博，寺田幹，市川和貴，森勝伸，板橋英之，竹内利行，飛田成史
  • 学会等名: 第10回日本分子イメージング学会学術大会
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都・江戸川区)
  • 年月日: 2015-05-20
• [学会発表] りん光性イリジウム錯体を用いた細胞・組織内酸素レベル計測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉原利忠
  • 学会等名: 第54回日本生体医工学会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2015-05-08
  • 招待講演
• [学会発表] カチオン性イリジウム錯体のりん光寿命測定による細胞内酸素レベル計測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉原利忠，増田剛，森勝伸，板橋英之，飛田成史
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会(2015)
  • 発表場所: 日本大学理工学部（千葉県船橋市）
  • 年月日: 2015-03-27
• [学会発表] Quantitative Analysis of Oxygen in Living Cells and Tissues Using Iridium(III) Complexes with Cationic Substituent (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshihara, M. Hosaka, K. Kishimoto, H. Akiyama, and S. Tobita
  • 学会等名: 1st International Symposium of Gunma University Medical Innovation and 6th International Conference on Advanced Micro-Device Engineering
  • 発表場所: Kiryu, Japan
  • 年月日: 2014-12-05
• [学会発表] Developments of Mitochondria-Specific Oxygen Probes Based on Cationic Iridium(III) Complexes (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshihara, S. Murayama, T. Kikuchi, and S. Tobita
  • 学会等名: The Fourth International Symposium on Element Innovation
  • 発表場所: Kiryu, Japan
  • 年月日: 2014-11-24
• [学会発表] イリジウム錯体のりん光を利用した細胞・組織内酸素濃度定量法の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉原利忠，飛田成史
  • 学会等名: 生物発光化学発光研究会第31回学術講演会
  • 発表場所: 信州大学繊維学部（長野県上田市）
  • 年月日: 2014-11-01
  • 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリア局在性を示すカチオン性イリジウム錯体の光物理特性および細胞内挙動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉原利忠，村山沙織，菊池俊毅，飛田成史
  • 学会等名: 2014年光化学討論会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-10-11
• [学会発表] 細胞内移行性を向上させたレシオ型酸素プローブ分子の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉原利忠，村山沙織，飛田成史
  • 学会等名: 第8回分子科学総合討論会2014東広島
  • 発表場所: 広島大学（広島県東広島市）
  • 年月日: 2014-09-22
• [学会発表] Phosphorescent Molecular Probes for Imaging of Oxygen Levels in Living Cells and Hypoxic Tissues (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshihara
  • 学会等名: China/Japan Young Chemists Forum: Molecular Imaging for Chemical Biology
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2014-08-05
  • 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリア局在性を示すカチオン性イリジウム錯体を用いた生細胞イメージング (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉原利忠，村山沙織，菊池俊毅，竹内利行，飛田成史
  • 学会等名: 第2回低酸素研究会
  • 発表場所: 早稲田大学先端生命医科学センター（東京都新宿区）
  • 年月日: 2014-07-26
• [学会発表] Photophysical Properties of Cationic Iridium Complexes with Mitochondria Specifity and Their Intracellular Behavior (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshihara, S. Murayama, T. Kikuchi, T. Takeuchi, and S. Tobita
  • 学会等名: The XXVth IUPAC Symposium on Photochemistry
  • 発表場所: Bordeaux, France
  • 年月日: 2014-07-14
• [学会発表] ミトコンドリア局在性を示すカチオン性イリジウム錯体の開発および生細胞イメージング (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉原利忠，村山沙織，菊池俊毅，飛田成史
  • 学会等名: 第9回日本分子イメージング学会学術大会
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター(大阪府豊中市）
  • 年月日: 2014-05-23
• [図書] DOJIN BIOSCIENCE SERIES 22 がんの分子イメージング (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉原利忠，飛田成史
  • 総ページ数: 269
  • 出版者: 化学同人
• [備考] 群馬大学理工学府分子科学部門飛田研究室
  • URL: http://tobita-lab.chem-bio.st.gunma-u.ac.jp/
• [備考] 群馬大学理工学府分子科学部門飛田研究室ホームページ
  • URL: http://tobita-lab.chem-bio.st.gunma-u.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://tobita-lab.chem-bio.st.gunma-u.ac.jp/
• [産業財産権] レシオ法を用いた酸素濃度測定試薬 (2016)
  • 発明者名: 吉原利忠，安ヵ川真美，飛田成史
  • 権利者名: 国立大学法人群馬大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-205799
  • 出願年月日: 2016-10-20