共焦点りん光寿命顕微鏡を用いた生体組織の酸素化状態のライブイメージング

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03509
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 飛田 成史 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (30164007)
• 研究分担者: 平川 陽亮 東京大学, 医学部附属病院, 助教 (10780736)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 酸素プローブ / イリジウム錯体 / 低酸素 / りん光 / 光イメージング

研究実績の概要

これまで脂溶性のIr(III)錯体BTPDM1と共焦点りん光寿命イメージング顕微鏡法(PLIM法)を用いて、マウスの腎臓の尿細管細胞付近の酸素化状態のイメージング、肝小葉内の酸素濃度勾配のイメージング、膵臓組織のマルチカラー酸素イメージング、さらに腫瘍組織の酸素化状態のイメージングを行ってきた。これまでの研究から、本手法は臓器組織表面の酸素化状態を細胞レベルの高分解能でイメージングできることが示されている。
今年度は、腫瘍組織内の酸素化状態を血管網も含めて高分解能でイメージングすることを目指して、PEG (polyethylene glycol)鎖を配位子に結合して水溶性化したイリジウム錯体BTP-PEG10000を用いて、PLIMイメージング実験を行った。HCT-116細胞を移植した担がんマウスの尾静脈からBTP-PEG10000を100 nmol投与し、腫瘍部位を露出させて腫瘍のPLIM画像を測定した。一般に、腫瘍組織はがん細胞の急速な増殖により血管新生が追い付かず、低酸素状態に陥っていることが、ピモニダゾール等の低酸素マーカーを用いた組織化学的実験から明らかにされている。BTP-PEG10000をプローブとして得られたPLIM画像は、腫瘍組織に不規則な血管網と局所的な低酸素状態があることを非常に明確に示した。血流が流れているin vivoの状態で、腫瘍の不規則な酸素化状態をイメージングした研究例はこれまで報告されていない。これまで開発を進めてきた脂溶性酸素プローブBTPDM1と新たな水溶性酸素プローブBTP-PEG10000をマウスに同時投与しPLIM測定を行うことにより、正常組織のみならず腫瘍組織中の細胞および血中の酸素化状態を総合的にイメージングできることが明らかになった。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2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] Phosphorescent Ir(III) complexes conjugated with oligoarginine peptides serve as optical probes for in vivo microvascular imaging (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasukagawa Mami、Shimada Aya、Shiozaki Shuichi、Tobita Seiji、Yoshihara Toshitada
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 4733
  • DOI: 10.1038/s41598-021-84115-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of the triplet-state kinetics of a photosensitizer for photoimmunotherapy by fluorescence correlation spectroscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Takakura Hideo、Goto Yuto、Kitamura Akira、Yoshihara Toshitada、Tobita Seiji、Kinjo Masataka、Ogawa Mikako
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 巻: 408 ページ: 113094～113094
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2020.113094
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization of Lipid Droplets in Living Cells and Fatty Livers of Mice Based on the Fluorescence of π-Extended Coumarin Using Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshihara Toshitada、Maruyama Ryo、Shiozaki Shuichi、Yamamoto Koji、Kato Shin-ichiro、Nakamura Yosuke、Tobita Seiji
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 92 ページ: 4996～5003
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.9b05184
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spontaneously Blinking Fluorophores Based on Nucleophilic Addition/Dissociation of Intracellular Glutathione for Live-Cell Super-resolution Imaging (2020)
  • 著者名/発表者名: Morozumi Akihiko、Kamiya Mako、Uno Shin-nosuke、Umezawa Keitaro、Kojima Ryosuke、Yoshihara Toshitada、Tobita Seiji、Urano Yasuteru
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 142 ページ: 9625～9633
  • DOI: 10.1021/jacs.0c00451
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of spontaneously blinking fluorophores for live-cell super-resolution imaging based on quantum-chemical calculations (2020)
  • 著者名/発表者名: Tachibana Ryo、Kamiya Mako、Morozumi Akihiko、Miyazaki Yoshiyuki、Fujioka Hiroyoshi、Nanjo Aika、Kojima Ryosuke、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Yoshihara Toshitada、Tobita Seiji、Urano Yasuteru
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 56 ページ: 13173～13176
  • DOI: 10.1039/D0CC05126H
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vivo O2 imaging in hepatic tissues by phosphorescence lifetime imaging microscopy using Ir(III) complexes as intracellular probes (2020)
  • 著者名/発表者名: Mizukami Kiichi、Katano Ayaka、Shiozaki Shuichi、Yoshihara Toshitada、Goda Nobuhito、Tobita Seiji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 21053
  • DOI: 10.1038/s41598-020-76878-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A distinctive distribution of hypoxia‐inducible factor‐1α in cultured renal tubular cells with hypoperfusion simulated by coverslip placement (2020)
  • 著者名/発表者名: Honda Tomoko、Hirakawa Yosuke、Mizukami Kiichi、Yoshihara Toshitada、Tanaka Tetsuhiro、Tobita Seiji、Nangaku Masaomi
  • 雑誌名: Physiological Reports 巻: 9 ページ: e14689
  • DOI: 10.14814/phy2.14689
  • 査読あり
• [学会発表] クマリン類を配位子に有するイリジウム錯体を用いた生体内酸素レベル計測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉原利忠，広瀬達也，塩崎秀一，飛田成史
  • 学会等名: 第42回日本光医学・光生物学会
• [学会発表] 水溶性緑色イリジウム錯体の生体内酸素プローブへの応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 外所由衣，田村拓人，塩崎秀一，飛田成史，吉原利忠
  • 学会等名: 令和2年度日本化学会関東支部群馬地区研究交流発表会
• [学会発表] 蛍光寿命イメージング顕微分光法を用いた細胞および組織内脂質滴のライブイメージング (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉原利忠，丸山凌，塩崎秀一，飛田成史
  • 学会等名: 2020光化学討論会
• [産業財産権] 血管のイメージング試薬 (2020)
  • 発明者名: 吉原利忠，安カ川真美，鷲見さくら，飛田成史
  • 権利者名: 吉原利忠，安カ川真美，鷲見さくら，飛田成史
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2020-211560