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2018 年度 実施状況報告書

質量分析イメージングとESRイメージングを用いたがん治療抵抗性代謝因子の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K19254
研究機関北海道大学

研究代表者

稲波 修  北海道大学, 獣医学研究院, 教授 (10193559)

研究分担者 平田 拓  北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (60250958)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2021-03-31
キーワードがん治療抵抗性因子 / ワールブルグ効果 / 電子伝達系 / グリコリシス / グルタミノリシス
研究実績の概要

本研究の大きな目標はがんの微小環境を代謝を中心とした空間的・時間的な評価を可能とする方法・技術を確立することにある。当該年度の研究進捗状況としてはまず、その基礎となるインビトロでの代謝評価法を確立することである。既に申請者はATP、ADP、AMP、NADHのHPLCを用いた評価法や脂質過酸化の質量分析法を用いた評価法については既に確立していたが、酸素消費率(OCR)の評価法や癌の糖代謝にともなう細胞外酸性化速度(ECAR)については研究当初は検討を開始している最中であった。本年度はインビボで重要となる培養系でのミトコンドリアの酸素消費率とpHについて電子スピン共鳴法(ESR)を用いて中心的に研究を進めてきた。その結果、OCRについては5,9,14,18,23,27,32,36-octa-n-butoxy-2,3-naphthalocyanine (LiNc-BuO)を用いて、ECARについては2-(4-((2-(4-amino-4-carboxybutanamido)-3-(carboxymethylamino)-3-oxoproylthio)methyl)phenyl)-4-pyrrolidino-2,5,5-triethyl-2,5-dihydro-1H-imidazol-1-oxylを用いたESRを用いた方法論をヒト子宮頸癌HeLa細胞、ヒト大腸がん細胞SW480ならびにヒト肺がん細胞A549細胞を用いて開発した。更にはプレリミナリーではあるが研究分担者の平田らのグループと動物実験も開始し、担癌マウスでのECARのイメージングによる評価系をマウス頭頸部がん移植系で確立しつつある(Anal. Chem. 2018, 90, 13938-13945)。次年度はESRによるpHイメージングの生物学的意義とあわせて酸素(OCR)イメージングについても進めて行く予定である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

すでに、初年度でインビトロでのpH評価系を確立するとともに、さらに研究分担者の平田らのグループとともに発展させて、国際共同研究としてマウス担癌動物での評価系で国際誌に一報報告しており、インビボでのイメージングの基礎となるがん細胞の代謝活動の基礎的な培養系での評価系についても確立してきている。また、現在、次の段階の酸素イメージングについてもトリチルラジカル TAM をプローブを用いたイメージング法を確立しつつある。この様にESRイメージングについては期待以上の進捗をしめしていいるものの、質量分析イメージングについては技術講習を受けた段階で現時点では準備段階であり、本年度、本格的に着手する予定である。以上の事から、「当初の計画以上に進展している」とは言えないものの、概ね順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

本研究の目的は質量分析イメージングとESRイメージングを駆使して、がんの先端的代謝イメージング技術を確立し、がんの特異的代謝をあきらかにすると共に、放射線に対するがん代謝応答を明確にすることにある。この目的のために、二年目の研究方向性・推進方策としては、
1)ESRイメージングについてはpH変化については画像として撮像することに成功しているので、技術的な解像度の向上、時間分解能を高めて時間経過を追える技術として完成の方向に努力するとともに、放射線照射に対するpH応答(ECAR)の応答を明らかにして、細胞レベルでは細胞外pHを調整すると考えられている解糖系代謝による乳酸の産生ならびに炭酸脱水酵素 CA9(carbonic anhydrase9)の関与を明らかにする。
2)質量分析イメージング法については北海道大学アイソトープ総合センターに設置されている機器の講習を終えて準備を進めてきたが、本年度はATP、ADP、AMP、NADH/NAD+、GSH、ピルビン酸、アセチルCoAのいずれかの重要代謝物質の質量分析イメージングを担癌マウスの切片を用いてトライアルを行う。
3)以上の2つの方法をできる限り発展させることにより、最終年度での代謝標的を絞り、その阻害剤と放射線の効果のインビボでの評価実験に繋げてゆく。
以上の研究を進め、獣医のみならず医療に於いても代謝標的治療において重要な知見を得たいと考えている。

次年度使用額が生じた理由

本年度成功し、方法論として確立したESR法によるpH測定法を、次年度はインビトロで移植腫瘍を用いたESRイメージングを開始する。同種のマウスのがんであればC57Black等の低価格な実験動物でも構わないが、ヒトへの応用に発展させることも本研究課題の目的であるのでヌードマウスやスキッドマウスを用いると一匹5000円程度になる。実験動物の使用料が次年度大きく見込まれる。もう一つは組織レベルでのマススペクトルを用いたイメージングも開始するが、そのための動物実験のための経費や機器の使用料が嵩む可能性が考えられる。以上の事か次年度使用額が生じた理由はこの様な実験動物と聞き使用料等の研究費が必要となったためである。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Vorozhtsov Novosibirsk Institute(ロシア連邦)

    • 国名
      ロシア連邦
    • 外国機関名
      Vorozhtsov Novosibirsk Institute
  • [国際共同研究] West Virginia University/National Institute of Health(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      West Virginia University/National Institute of Health
  • [雑誌論文] In Vivo Extracellular pH Mapping of Tumors Using Electron Paramagnetic Resonance2018

    • 著者名/発表者名
      Komarov Denis A.、Ichikawa Yuki、Yamamoto Kumiko、Stewart Neil J.、Matsumoto Shingo、Yasui Hironobu、Kirilyuk Igor A.、Khramtsov Valery V.、Inanami Osamu、Hirata Hiroshi
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 90 ページ: 13938~13945

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.8b03328

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Preclinical study on hypoxic radiosensitizing effects of glycididazole in comparison with those of doranidazole in vitro and in vivo2018

    • 著者名/発表者名
      Yasui Hironobu、Kubota Nobuo、Nishizumi Junko、Sakai Yuri、Yamamori Tohru、Inanami Osamu
    • 雑誌名

      Oncology Letters

      巻: 15 ページ: 1993-1998.

    • DOI

      10.3892/ol.2017.7481

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Familial Congenital Methemoglobinemia in Pomeranian Dogs Caused by a Missense Variant in the NADH-Cytochrome B5 Reductase Gene2018

    • 著者名/発表者名
      Shino H.、Otsuka-Yamasaki Y.、Sato T.、Ooi K.、Inanami O.、Sato R.、Yamasaki M.
    • 雑誌名

      Journal of Veterinary Internal Medicine

      巻: 32 ページ: 165~171

    • DOI

      10.1111/jvim.15031

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] メトフォルミンのイヌ骨肉腫細胞株由来のCancer stem-like cellsにおける放射線増感効果の解析2019

    • 著者名/発表者名
      出口 伸弥、細谷 謙次、金 尚昊、山本 久美子、房 知輝、安井 博宣、稲波 修
    • 学会等名
      第21回菅原・大西記念癌治療増感研究シンポジウム
  • [学会発表] ヒト肺腺がん由来A549細胞のエネルギー代謝におけるグルタミノリシス依存性とその放射線応答2019

    • 著者名/発表者名
      藤本 正毅、房 知輝、山本 久美子、安井 博宣、稲波 修
    • 学会等名
      第21回菅原・大西記念癌治療増感研究シンポジウム
  • [学会発表] ESR法による新規ミトコンドリア機能評価法を用いたがんの放射線応答の解析2018

    • 著者名/発表者名
      山本 久美子、安井 博宣、房 知輝、山盛 徹、稲波 修
    • 学会等名
      日本放射線影響学会第61回大会
  • [学会発表] 放射線により引き起こされる分裂期崩壊に対するミトコンドリア分裂の寄与メカニズムの解析2018

    • 著者名/発表者名
      房 知輝、山盛 徹、山本 久美子、稲波 修
    • 学会等名
      日本放射線影響学会第61回大会
  • [学会発表] Cemtrinonne-Bによる中心体複製阻害が放射線誘発分裂期崩壊に与える影響2018

    • 著者名/発表者名
      藤本 正毅、山盛 徹、房 知輝、山本 久美子、稲波 修
    • 学会等名
      日本放射線影響学会第61回大会
  • [学会発表] DNA損傷応答は内皮型一酸化窒素合成酵素の活性化を介して血管内皮細胞を老化させる2018

    • 著者名/発表者名
      永根 大幹、安井 博宣、山盛 徹、稲波 修、山下 匡
    • 学会等名
      日本放射線影響学会第61回大会
  • [学会発表] 電子スピン共鳴酸素イメージングによる脳室内移植グリオーマの放射線感受性評価2018

    • 著者名/発表者名
      安井 博宣、河合 辰哉、松元 真悟、斎藤圭太、C. Kevin、稲波 修、K. Murali
    • 学会等名
      日本放射線影響学会第61回大会
  • [学会発表] がんのエネルギー代謝における放射線応答とそれを標的とした放射線増感作用2018

    • 著者名/発表者名
      稲波 修
    • 学会等名
      日本放射線腫瘍学会第56回生物部会、第47回放射線による制癌シンポジウム
    • 招待講演

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公開日: 2019-12-27  

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