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2019 年度 実績報告書

多重共鳴MRI技術の拡張による双極性ポリマープローブの粒子径イメージング法の構築

研究課題

研究課題/領域番号 19H02852
研究機関徳島大学

研究代表者

山田 久嗣  徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 講師 (80512764)

研究分担者 今井 宏彦  京都大学, 情報学研究科, 助教 (40506466)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
キーワード双極性ポリマープローブ / 多重共鳴MRI / 分子イメージング / 生体適合性ポリマー / EPR効果
研究実績の概要

本研究の準備段階で、細胞膜脂質の構成要素であるホスホリルコリンの重合体 (PMPC) を、13C核でラベルした双極性ポリマー (13C-PMPC) プローブを開発し、本プローブ自身がマウス腫瘍に高効率かつ高選択的に集積する様子を in vivo 多重共鳴MRI法により明らかにしている。本研究では、「多重共鳴NMR/MRI法」を展開拡張して、双極性ポリマープローブの粒子径を画像解析出来る革新的な磁気共鳴イメージング技術の研究基盤を確立することを目的としている。本年度は、「多重共鳴NMR法」と分子の拡散運動を観測する「拡散NMR法」を融合した「多重共鳴拡散NMR法」に着目し、生体夾雑下でのポリマープローブの粒子径変化の解析を試み、以下の成果を得た。13-PMPCプローブの拡散係数および粒子径を多重共鳴拡散 NMR 法により評価した結果、13C-PMPCプローブの1H-13C配列内の1Hシグナルのみが選択的に観測され、拡散係数から算出した分子サイズは、動的光散乱測定の結果と極めてよく一致した。また、重水中における13C-PMPCの粒子径は、分子量依存的に増大することが明らかとなった。さらに、13C-PMPC は血清中といった生体夾雑下でも粒子径が維持され、13C-PMPCプローブの高い生体適合性が実証された。さらに、磁気共鳴イメージングへの展開に向けた要素技術開発の検討として、多重共鳴MRI測定法を改変した新規MRI撮像シーケンスを作成し、水溶液中において13C-PMPCプローブの拡散係数を選択的に画像化することに成功した。

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

本研究の目標は、「多重共鳴NMR/MRI法」を展開拡張して、双極性ポリマープローブの粒子径を画像解析出来る革新的な磁気共鳴イメージング技術の確立である。実績概要で述べた通り、「多重共鳴NMR法」と分子の拡散運動を観測する「拡散NMR法」を融合した「多重共鳴拡散NMR法」に着目し、生体夾雑下での双極性ポリマー (13C-PMPC) プローブの粒子径変化の解析に成功した。本手法により、13C-PMPCは血清中といった生体夾雑下でも粒子径が維持されることが明らかとなり、腫瘍集積性を有する13C-PMPCプローブの高い生体適合性が実証された。これらにより、生体内におけるポリマープローブの粒子径変化の可視化解析への応用に向けた一定の基礎知見が得られた。この観点から、本研究は概ね順調に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

双極性ポリマープローブの腫瘍指向性に重要な因子である「粒子径」をイメージング解析出来る「多重共鳴拡散MRI法」の研究基盤を確立するために、今後以下の研究を進める。

(1)PMPCのホスホリルコリン構造を他の双性イオン対に変更した新規13C-ラベル化双極性ポリマープローブを設計・合成する。リン酸アニオンーアンモニウムカチオン型の双性イオン対ペアに加えて、3種類の双極性ポリマープローブの合成に取り組む。(2)合成した3種類の双極性ポリマープローブの分子構造に及ぼす双性イオン対の影響について、表面電位・粒子径測定により構造レベルで調べ、水晶発振子マイクロバランス法を用いて血清タンパク質とポリマープローブの相互作用を明らかにする。(3)合成に成功した双極性ポリマープローブのうち、少なくとも1種類について、プローブの腫瘍集積性。腫瘍集積能・血中滞留性・体内動態を多重共鳴MRI法を用いて評価する。(4)さらに、要素技術開発に成功した「多重共鳴拡散NMR法」ならびに「多重共鳴拡散MRI」法を用いて、本ポリマープローブの粒子径が生体夾雑下においても選択的に解析出来ることを明らかにする。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] A Novel Celecoxib Analog UTX-121 Inhibits HT1080 Cell Invasion by Modulating Membrane-type 1 Matrix Metalloproteinase2019

    • 著者名/発表者名
      Hirari Yamahana, Takahisa Takino, Yoshio Endo, Hisatsugu Yamada, Takeshi Suzuki, and Yoshihiro Uto
    • 雑誌名

      Biochem. Biophys. Res. Commun.

      巻: 521 ページ: 137-144

    • 査読あり
  • [学会発表] 化学交換飽和移動(CEST)MRIに有効なホスホリルセリンポリマープローブ:側鎖ホスホリル基がCEST効果に及ぼす影響2020

    • 著者名/発表者名
      村上知広・山田久嗣・今井宏彦・青山安宏・木村祐・近藤輝幸
    • 学会等名
      第100回日本化学会春季年会
  • [学会発表] 生体NMRイメージングの新展開:分子プローブ設計からのアプローチ2019

    • 著者名/発表者名
      山田久嗣
    • 学会等名
      (公社)高分子学会 19-2 NMR 研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 双極性ポリマープローブの生体内粒子径解析に向けた多重共鳴拡散NMRの利用2019

    • 著者名/発表者名
      岸田理沙・嶋田宏輝・山田久嗣・今井宏彦・宇都義浩
    • 学会等名
      2019年 日本化学会中国四国支部大会
  • [学会発表] 化学交換飽和移動(CEST)MRIプローブとしての新規ホスホリルセリンポリマーの合成と機能評価2019

    • 著者名/発表者名
      村上知広・山田久嗣・今井宏彦・青山安宏・木村祐・近藤輝幸
    • 学会等名
      第58回 NMR討論会(2019)
  • [学会発表] 新規ホスホリルセリンポリマープローブの合成と化学交換飽和移動(CEST)MRIによる機能評価2019

    • 著者名/発表者名
      村上知広・山田久嗣・今井宏彦・青山安宏・木村祐・近藤輝幸
    • 学会等名
      第9回 CSJ化学フェスタ2019
  • [学会発表] 生体内における双極性ポリマープローブの粒子径解析に向けた多重共鳴拡散NMRの利用2019

    • 著者名/発表者名
      岸田理沙・嶋田宏輝・山田久嗣・今井宏彦・宇都義浩
    • 学会等名
      第9回 CSJ化学フェスタ2019
  • [学会発表] 近赤外色素を導入した 13C-標識ポリマープローブによる腫瘍内活性酸素種のイメージング2019

    • 著者名/発表者名
      松居悠太・小巻尚紀・山田久嗣・青山安宏・今井宏彦・木村祐・近藤輝幸
    • 学会等名
      第14回日本分子イメージング学会学術集会
  • [図書] In Vivo Drug Screening Method of Radiosensitizers Using Tumor-bearing Chick Embryo2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Uto, Chiaki Abe, Mana Futawaka, Hisatsugu Yamada, Masahide Tominaga, and Yoshio Endo
    • 総ページ数
      14
    • 出版者
      Elsevier

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公開日: 2021-01-27  

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