新規臨床用ラジカルイメージング装置開発に向けた非臨床基礎研究

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H05113
• 研究機関: 静岡県立大学
• 研究代表者: 内海 英雄 静岡県立大学, 薬学部, 客員教授 (20101694)
• 研究分担者: 橋本 博 静岡県立大学, 薬学部, 教授 (40336590) ; 賀川 義之 静岡県立大学, 薬学部, 教授 (90397505)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: DNP-MRI / 動的核偏極 / イメージング / ESR レドックス / フリーラジカル / 酸化ストレス / フィールドサイクル

研究実績の概要

本研究の目的は、オーバーハウザー効果で知られる動的核偏極(DNP; Dynamic Nuclear Polarization)を利用してヒトを含めた生体内のフリーラジカルをMRIで可視化する装置開発に向け基礎的知見を得ることである。
DNPは核スピンと電子スピンの磁気共鳴を利用した方法で、NMRとESRで658倍も異なる共鳴条件を外部磁場変換即ちフィールドサイクル(FC)で補償することが有効とされている。事実、NMRにおいて試料転送方式でDNPの高感度化が図られているが、MRIに関する研究は非常に少ない。そこで、臨床応用可能なFC-DNP-MRI開発を目指して、昨年度から、新たに核スピン緩和や電子スピン共鳴飽和、核スピン・電子スピン相互作用など磁気共鳴の量子化学基礎理論をベースに数理モデルを作成し解析を始めた。
本年度は、昨年度の数理モデルを検証すると共に種々の条件化でシミュレーションを行いFC-DNP-NMRの特性を解析した。また、これまでの科研費で得られた画像データを参照しFC法による画像の変化などを定量的に算出した。更に、特性の異なるフリーラジカルについて種々の条件化で電子スピン共鳴の飽和実験を行い、フリーラジカルの存在状態よってESR照射エネルギーと電子スピン遷移の関係が異なることが示された。これらの電子スピン遷移の情報を数理モデルに導入して解析を進めた結果、定常状態法には限界があることが見出された。今回の研究から得られた数理モデルを用いた解析手法を実測条件下でのシミュレーションに外装することでヒト診断用装置設計が可能となり、有用な基礎的知見が得られた。
これらの結果の一部について、7月にフランスで開催された国際MRI学会で口頭発表に選出され報告した。また、国際電子スピン学会のフェローに推挙され１１月に札幌で開催された第５７回電子スピンサイエンス学会で記念講演を行った。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30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] In vivo redox imaging of dextran sodium sulfate-induced colitis in mice using Overhauser-enhanced magnetic resonance imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasukawa Keiji、Hirago Akinobu、Yamada Kazunori、Tun Xin、Ohkuma Kenji、Utsumi Hideo
  • 雑誌名: Free Radical Biology and Medicine 巻: 136 ページ: 1～11
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2019.03.025
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vivo melanoma imaging based on dynamic nuclear polarization enhancement in melanin pigment of living mice using in vivo dynamic nuclear polarization magnetic resonance imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Hyodo Fuminori、Naganuma Tatsuya、Eto Hinako、Murata Masaharu、Utsumi Hideo、Matsuo Masayuki
  • 雑誌名: Free Radical Biology and Medicine 巻: 134 ページ: 99～105
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2019.01.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Propolis Components from Stingless Bees Collected on South Sulawesi, Indonesia, and Their Xanthine Oxidase Inhibitory Activity (2019)
  • 著者名/発表者名: Miyata Ryo、Sahlan Muhamad、Ishikawa Yoshinobu、Hashimoto Hiroshi、Honda Sari、Kumazawa Shigenori
  • 雑誌名: Journal of Natural Products 巻: 82 ページ: 205～210
  • DOI: 10.1021/acs.jnatprod.8b00541
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study on the drug permeation mechanism from flurbiprofen-loaded glyceryl monooleyl ether-based lyotropic liquid crystalline nanoparticles across the skin: Synchrotron X-ray diffraction and confocal laser scanning microscopy study (2019)
  • 著者名/発表者名: Uchino Tomonobu、Kato Sayaka、Hatta Ichiro、Miyazaki Yasunori、Suzuki Tomonori、Sasaki Kohta、Kagawa Yoshiyuki
  • 雑誌名: International Journal of Pharmaceutics 巻: 555 ページ: 259～269
  • DOI: 10.1016/j.ijpharm.2018.11.031
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and Thermodynamic Basis of the Enhanced Interaction between Kinesin Spindle Protein Eg5 and STLC-type Inhibitors (2018)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama Hideshi、Sawada Jun-ichi、Sato Kohei、Ogo Naohisa、Kamei Nanami、Ishikawa Yoshinobu、Hara Kodai、Asai Akira、Hashimoto Hiroshi
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 3 ページ: 12284～12294
  • DOI: 10.1021/acsomega.8b00778
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enzymatic one-step ring contraction for quinolone biosynthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Kishimoto Shinji、Hara Kodai、Hashimoto Hiroshi、Hirayama Yuichiro、Champagne Pier Alexandre、Houk Kendall N.、Tang Yi、Watanabe Kenji
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: 2826~2832
  • DOI: 10.1038/s41467-018-05221-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of proliferating cell nuclear antigen (PCNA) bound to an APIM peptide reveals the universality of PCNA interaction (2018)
  • 著者名/発表者名: Hara Kodai、Uchida Masayuki、Tagata Risa、Yokoyama Hideshi、Ishikawa Yoshinobu、Hishiki Asami、Hashimoto Hiroshi
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section F Structural Biology Communications 巻: 74 ページ: 214～221
  • DOI: 10.1107/S2053230X18003242
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regulation of HLTF-mediated PCNA polyubiquitination by RFC and PCNA monoubiquitination levels determines choice of damage tolerance pathway (2018)
  • 著者名/発表者名: Masuda Yuji、Mitsuyuki Satoshi、Kanao Rie、Hishiki Asami、Hashimoto Hiroshi、Masutani Chikahide
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 46 ページ: 11340-11356
  • DOI: 10.1093/nar/gky943
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of phospholipid nanoparticles encapsulating 3-O-cetyl ascorbic acid and tocopherol acetate (TA-Cassome) for improving their skin accumulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Fushimi Tomoka、Uchino Tomonobu、Miyazaki Yasunori、Hatta Ichiro、Asano Miyuki、Fujino Hiyori、Suzuki Rie、Fujimori Shun、Kamiya Daichi、Kagawa Yoshiyuki
  • 雑誌名: International Journal of Pharmaceutics 巻: 548 ページ: 192～205
  • DOI: 10.1016/j.ijpharm.2018.06.030
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of the molecular lipid organization in millimeter-sized stratum corneum by synchrotron X-ray diffraction (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki T.、Uchino T.、Hatta I.、Miyazaki Y.、Kato S.、Sasaki K.、Kagawa Y.
  • 雑誌名: Skin Research and Technology 巻: 24 ページ: 621～629
  • DOI: 10.1111/srt.12474
  • 査読あり
• [学会発表] Development and Proof of Principle for Free Radical Imaging with the Novel Field-cycling in vivo DNP-MRI (2018)
  • 著者名/発表者名: Hideo Utsumi, Toshiki Masumizu, Ryoma Kobayashi, Utaroh Motosugi, Tatsuya Shimizu, Tomoko Tahira, Hidenori Kajiwara, Atsushi Iikura
  • 学会等名: ISMRM 2018（Paris, France)
  • 国際学会
• [学会発表] 電子スピン(共鳴)と生命医科学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 内海英雄
  • 学会等名: 第57回電子スピンサイエンス学会(札幌)
  • 招待講演
• [学会発表] The dimerization domain of the hypertrophy-responsive transcription factor GATA4 is a therapeutic target for heart failure (2018)
  • 著者名/発表者名: [1]Satoshi Shimizu, Kodai Hara, Yoichi Sunagawa, Asami Hishiki, Masafumi Funamoto, Yusuke Miyazaki, Yasufumi Katanasaka, Hiromichi Wada, Koji Hasegawa, Hiroshi Hashimoto, Tatsuya Morimoto
  • 学会等名: 第82回日本循環器学会学術集会（大阪）
• [学会発表] 心肥大応答を司る転写因子GATA4の二量体形成・DNA結合部位の同定と結晶化 (2018)
  • 著者名/発表者名: [2]清水聡史、原幸大、砂川陽一、菱木麻美、宮崎雄輔、刀坂泰史、船本雅文、Nurmila Sari、清水果奈、和田啓道、長谷川浩二、橋本博、森本達也
  • 学会等名: 日本薬学会第138年会（金沢）