分子標的MRIを基盤とした低酸素・活性酸素種・レドックス活性可視化への挑戦

• 研究領域: 酸素を基軸とする生命の新たな統合的理解
• 研究課題/領域番号: 15H01403
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 近藤 輝幸 京都大学, 工学研究科, 教授 (20211914)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2016年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2015年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 酸素生物学 / 腫瘍低酸素領域 / りん光発光 / ルテニウム錯体 / Hoechst / DNA 結合性 / 酸素濃度センサー / 可視化 / 画像 / 生体材料 / ナノ材料 / 合成化学 / 放射線増感剤 / 分子標的 MRI / 三重共鳴 NMR / ホスホリルコリン / 安定同位元素 / セラノスティクス

研究実績の概要

酸素は、生体が生命活動を維持するために必要なエネルギーの産生に不可欠な物質であり、その消費は様々な生命機能と深く関わっている。例えば、成長過程など細胞が活発な活動をする際にはエネルギーの産生が必要であり、酸素消費が増進する。一方、酸化ストレス等により細胞内ミトコンドリアに異常が起こると、酸素消費量は低下する。従って、酸素と生命機能には強い相関があり、細胞内での酸素量をリアルタイムに可視化する分子プローブの開発が求められている。
そこで本新学術領域研究では、細胞核内にプローブを送達する Hoechst33258 とりん光発光性ルテニウム錯体との複合化により、新しい細胞核内酸素濃度検出プローブ（Ru-Hoechst）を設計・合成し、その機能を評価した。
まず、Ru-Hoechstプローブの水溶液に、405 nm の励起光を照射すると、600 nm 付近にルテニウム錯体由来のりん光発光が観測された。水溶液の溶存酸素濃度を変化させたところ、ルテニウム錯体に由来するりん光発光は、酸素濃度の増大に伴い減弱した。従って、Ru-Hoechstプローブは、酸素濃度の変動を可視化する機能を有することが明らかとなった。なお、Stern-Volmer プロットから算出した KSV 値は 982 M-1 であり、りん光発光は、酸素濃度の変動に対する応答であることが示された。Ru-Hoechst プローブは高い DNA 結合特性を有する。すなわち、A549 細胞の細胞核にRu-Hoechst プローブを集積させ。培地中の酸素濃度を 20% から 0% に変化させ、再度 20% に戻した結果、酸素濃度の変動に応答したりん光発光強度の増減が観測された。
以上の様に、Ru-Hoechst プローブは、細胞の分化・発生において重要な役割を果たす細胞核の機能解明に有効なプローブである。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Dioxetane formation and chemiluminescent emission upon the combination of a vinylphenol derivative with naphthalene endoperoxide (2017)
  • 著者名/発表者名: Umehara Y, Son A, Kondo T, Tanabe K.
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 7 号: 16 ページ: 9472-9475
  • DOI: 10.1039/c6ra28079j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ruthenium- and rhodium-catalyzed strain-driven cleavage and reconstruction of the C-C bond (2016)
  • 著者名/発表者名: Kondo T.
  • 雑誌名: European Journal of Organic Chemistry 巻: - 号: 7 ページ: 1232-1242
  • DOI: 10.1002/ejoc.201501291
  • 査読あり
• [雑誌論文] Yb(OTf)3-catalyzed synthesis of 2-substituted 4(3H)-quinazolinones via cleavage of a carbon-carbon bond (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T, Naito S, Yuanjun D, Son A, Kimura Y, Toshimitsu A, Kondo, T.
  • 雑誌名: Heterocycles 巻: 96 号: 2 ページ: 816-823
  • DOI: 10.3987/com-15-s(t)59
  • 査読あり
• [雑誌論文] 13C/15N-Enriched l-Dopa as a Triple-Resonance NMR Probe to Monitor Neurotransmitter Dopamine in the Brain and Liver Extracts of Mice (2015)
  • 著者名/発表者名: Hisatsugu Yamada, Tetsuro Kameda, Yu Kimura, Hirohiko Imai, Tetsuya Matsuda, Shinsuke Sando, Akio Toshimitsu, Yasuhiro Aoyama, Teruyuki Kondo
  • 雑誌名: Chemistry Open 巻: e-Pub 号: 2 ページ: 125-128
  • DOI: 10.1002/open.201500196
  • NAID: 120005844253
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic resonance imaging of tumor with a self-traceable polymer conjugated with an antibody fragment (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamada H, Hasegawa Y, Suzuki Y, Imai H, Matsuda T, Kimura Y, Toshimitsu A, Aoyama Y, Kondo T.
  • 雑誌名: Bioorg. Med. Chem. Lett. 巻: 25 号: 13 ページ: 2675-2678
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2015.04.072
  • NAID: 120005672621
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pharmacokinetics of chiral dendrimer-triamine-coordinated Gd-MRI contrast agents evaluated by in vivo MRI and estimated by in vitro QCM (2015)
  • 著者名/発表者名: Miyake Y, Ishikawa S, Kimura Y, Son A, Imai H, Matsuda T, Yamada H, Toshimitsu A, Kondo T.
  • 雑誌名: Sensors 巻: 15 ページ: 31973-31986
  • NAID: 120007141563
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis and functional evaluation of chiral dendrimer-triaminecoordinated Gd complexes with polyaminoalcohol end groups as highly sensitive MRI contrast agents (2015)
  • 著者名/発表者名: Miyake Y, Kimura Y, Orito N, Imai H, Matsuda T, Toshimitsu A, Kondo T.
  • 雑誌名: Tetrahedron 巻: 71 号: 26-27 ページ: 4438-4444
  • DOI: 10.1016/j.tet.2015.04.050
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetic resonance imaging of tumor with a self-traceable phosphorylcholine polymer (2015)
  • 著者名/発表者名: Hisatsugu Yamada, Yoshinori Hasegawa, Hirohiko Imai, Yuki Takayama, Fuminori Sugihara, Tetsuya Matsuda, Hidehito Tochio, Masahiro Shirakawa, Shinsuke Sando, Yu Kimura, Akio Toshimitsu, Yasuhiro Aoyama and Teruyuki Kondo
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 137 号: 2 ページ: 799-806
  • DOI: 10.1021/ja510479v
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 双極性ポリマー PMPC を基盤とする高次生体イメージングプローブの創製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 近藤輝幸
  • 学会等名: 青山学院大学化学・生命科学科・講演会（理工学会共催）
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
  • 年月日: 2016-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] PMPC を基盤とする高度機能性イメージングプローブの創製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 近藤輝幸
  • 学会等名: 京都大学テックコネクト新技術説明会 2016
  • 発表場所: 京都大学大学院工学研究科イノベーションプラザ
  • 年月日: 2016-03-11
  • 招待講演
• [学会発表] 有機合成化学を基盤とする生体イメージングのための革新的分子プローブの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 近藤輝幸
  • 学会等名: 第２回京都コモンズワークショップ－京都大学工学研究科化学系基礎研究（有機合成化学）ワークショップ－
  • 発表場所: 京都市成長産業創造センター（ACT Kyoto）
  • 年月日: 2016-02-24
  • 招待講演
• [図書] がんの分子イメージング (2015)
  • 著者名/発表者名: 近藤輝幸, 木村祐, 三宅由花
  • 総ページ数: 269
  • 出版者: （株）化学同人
• [備考] http://www.abe.ehcc.kyoto-u.ac.jp/
• [備考] 京都大学 学際融合教育研究推進センター 先端医工学研究ユニット 分子プローブ合成分野 近藤研究室
  • URL: http://www.probe.abe.kyoto-u.ac.jp/
• [産業財産権] Polymer and contrast agent for photoacoustic imaging (2016)
  • 発明者名: Kondo T, et al.
  • 権利者名: Canon Inc.
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-04-28
  • 外国
• [産業財産権] POLYMER, AND CONTRAST AGENT FOR PHOTOACOUSTIC IMAGING, INCLUDING THE POLYMER (2015)
  • 発明者名: Kondo T., et al.
  • 権利者名: Kondo T., et al.
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2015-10-09
  • 外国