がん悪性血管の超高精度診断治療に基づく次世代個別化医療の基盤創成

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19KK0369
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 高草木 洋一 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 上席研究員 (60439916)
• 研究期間 (年度): 2020 – 2023
• キーワード: がん / 血管 / 超偏極 / ペプチダーゼ / MRI / 放射線 / 個別化医療

研究実績の概要

本研究では、がん診断治療の高度化に資する次世代技術を開発するため、基課題において新規に創出された新規代謝分子センサーを用いた超偏極－核磁気共鳴画像法 (HP-MRI) と、治験中の新しい放射線増感剤による化学放射線療法を組み合わせた、高精度がん診断治療技術の確立に挑戦している。
本年度は、NCI/NIH への滞在時に取得した基盤データをもとに、その詳細解析や検証実験に加え、超偏極装置 SpinAligner や前臨床用 3T MRI、ベンチトップ NMR などの計測用装置群を稼働・調整し、装置間接続や最適な実験プロトコールの検討など、国内における HP-NMR/MRI のための実験環境の整備を進めた。
また、新規代謝センサーを用いた HP-NMR/MRI に向けて、高感度化信号を取得するための条件や、代謝反応を検出するための各種条件を検討し、測定の最適化をはかった。
さらに、SQAP のエックス線治療増感効果を評価するためのがん種を新たに選定し、それらを担持させたモデルマウスを実際に作成して計測へ供することにより、その応用性を証明するための HP-MRI 予備実験にも成功した。

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

米国滞在時の基盤データをもとに、国内での HP-NMR/MRI 計測環境の整備やモデルマウスの選定など、おおむね計画通りに進行しているため。

今後の研究の推進方策

計測環境の整備を完了させ、新しい代謝分子センサーを応用した HP-NMR/MRI により SQAP のがん放射線増感効果の評価能を検証する。生化学的手法による検証実験と併せてその利用能を多角的に評価し、超高精度診断治療法としての応用開発へ向けた研究基盤を構築する。

研究成果

• [雑誌論文] EPR and Related Magnetic Resonance Imaging Techniques in Cancer Research (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Takakusagi, Ryoma Kobayashi, Keita Saito, Shun Kishimoto, Murali C. Krishna, Ramachandran Murugesan, Ken-ichiro Matsumoto
  • 雑誌名: Metabolites 巻: 13 ページ: 69
  • DOI: 10.3390/metabo13010069
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Design and Development of the Molecular Probes for Application of the Hyperpolarized-NMR/MRI (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Takakusagi
  • 雑誌名: JPS Conf Proc 巻: 37 ページ: 021301
  • DOI: 10.7566/jpscp.37.021301
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Continuous monitoring of post-irradiation reoxygenation and cycling hypoxia using electron paramagnetic resonance imaging (2022)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kawai, Masayuki Matsuo, Yoichi Takakusagi, Keita Saito, Fuminori Hyodo, Nallathamby Devasahayam, Shingo Matsumoto, Shun Kishimoto, Hironobu Yasui, Kazutoshi Yamamoto, Murali C Krishna
  • 雑誌名: NMR Biomed 巻: 35 ページ: e4783
  • DOI: 10.1002/nbm.4783
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structure-guided design enables development of a hyperpolarized molecular probe for the detection of aminopeptidase N activity in vivo (2022)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Saito, Hiroyuki Yatabe, Iori Tamura, Yohei Kondo, Ryo Ishida, Tomohiro Seki, Keita Hiraga, Akihiro Eguchi, Yoichi Takakusagi, Keisuke Saito, Nobu Oshima, Hiroshi Ishikita, Kazutoshi Yamamoto, Murali C Krishna, Shinsuke Sando
  • 雑誌名: Science Adv 巻: 8 ページ: eabj2667
  • DOI: 10.1126/sciadv.abj2667
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structure-based relaxation analysis reveals C-terminal [1-13C]glycine-d2 in peptides has long spin-lattice relaxation time that is applicable to in vivo hyperpolarized magnetic resonance studies (2022)
  • 著者名/発表者名: Yohei Kondo, Yutaro Saito, Tomohiro Seki, Yoichi Takakusagi, Jumpei Morimoto, Hiroshi Nonaka, Koichiro Miyanishi, Wataru Mizukami, Makoto Negoro, Abdelazim Elsayed Elhelaly, Fuminori Hyodo, Masayuki Matsuo, Natarajan Raju, Rolf Swenson, Murali C. Krishna, Kazutoshi Yamamoto, Shinsuke Sando
  • 雑誌名: ChemRxiv 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.26434/chemrxiv-2022-tfkk1
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 医用画像診断のフロンティア: 量子技術により実現する巨視的代謝イメージング (2023)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 名古屋大学 医工若手研究者交流会
  • 招待講演
• [学会発表] 超偏極－核磁気共鳴法: 今何が新しいのか？ (2022)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 電通大＆量子生命合同シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 量子技術を用いた超高感度 MRI/NMR ~QST 千葉地区における取り組み~ (2022)
  • 著者名/発表者名: 根来誠 , 高草木洋一 , 高堂裕平 , 小林竜馬 , 齋藤圭太 , 菊池達矢 , 小野麻衣子 , 柴田さやか , 富安もよこ , 小畠隆行
  • 学会等名: 量子生命科学先端フォーラム 2022 年冬の研究会
• [学会発表] 超偏極MRIによる腫瘍内ピルビン酸代謝イメージング (2022)
  • 著者名/発表者名: 齋藤圭太 , 高草木洋一 , 小林竜馬
  • 学会等名: 量子生命科学先端フォーラム 2022 年冬の研究会
• [学会発表] triplet法による超偏極MRIを支える技術 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林竜馬 , 高草木洋一 , 齋藤圭太
  • 学会等名: 量子生命科学先端フォーラム 2022 年冬の研究会
• [学会発表] 低分子化合物を基軸とした診断治療技術の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 千葉大学 膜タンパク質研究センター × 量子科学技術研究開発機構 量子生命科学研究所 第 11 回合同勉強会
  • 招待講演
• [学会発表] Inducing or Accessing Vasculature (2022)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第 35 回学術大会 シンポジウム7 ”Hallmarks of cancer” から読み解く放射線生物学
  • 招待講演
• [学会発表] A newly designed hyperpolarized molecular probe enables the in vivo detection of aminopeptidase N activity from the tumor regions in animals (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Yatabe, Yutaro Saito, Iori Tamura, Yohei Kondo, Ryo Ishida, Tomohiro Seki, Keita Hiraga, Akihiro Eguchi, Yoichi Takakusagi, Keisuke Saito, Nobu Oshima, Hiroshi Ishikita, Kazutoshi Yamamoto, Murali C. Krishna, Shinsuke Sando
  • 学会等名: World Molecular Imaging Congress 2022 (WMIC 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] 量子生命棟超偏極エリアの紹介 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: 第 2 回磁気共鳴医学会スタディーグループミーティング「臨床応用を指向する超偏極・代謝 MRI イメージング」
  • 招待講演
• [学会発表] Hyperpolarized MR Facility in the Institute for Quantum Life Science, QST (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Takakusagi
  • 学会等名: DNP Mini Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] がん研究における低温超偏極 MRI/NMR の応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高草木洋一
  • 学会等名: DNP 研究会
  • 招待講演