病的低酸素を可視化するバイオイメージングプローブの構築

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21240049
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 近藤 科江 東京工業大学, 大学院・生命理工学研究科, 教授 (40314182)
• 研究分担者: 山本 文彦 東北薬科大学, 薬学部, 准教授 (40253471) ; 近藤 玄 京都大学, 再生医科学研究所, 准教授 (40243258)
• キーワード: 低酸素 / HIF-1 / PET / SPECT / 分子プローブ

研究概要

低酸素ががんの治療不良や悪性化に結び付き、重要なバロメーターである事は、以前から認識されてきたが、生体内の組織における至適酸素濃度が組織細胞ごとに異なるために、早期の「病的低酸素」を感度良く検出する方法は無かった。本研究は、「病的低酸素」に応答して活性化する生理的変化を分子レベルで捉えるバイオイメージングプローブを開発し、がんを感度良くイメージングできる診断薬の創出を目的とする。具体的には、低酸素領域で特異的に活性化する転写因子HIFの活性をマーカーにして、がんの低酸素環境を可視化するPET/SPECTプローブの開発を行った。この3年間で、ヨウ素125標識したPETプロープと111In標識したSPECTプローブの構築、プローブの物性評価を行い、最終的に実験動物を用いてプローブ評価を行う事ができた。最終年度では、試作したPET/SPECTプローブをマウスモデルに投与して「病的低酸素への特異性を評価することで最適化を行い、目的であるPET/SPECTプローブを完成させた。当初の計画通り、一年目に近赤外蛍光色素を用いて標識された光イメージングプローブを用いて、細胞の酸素センサーにより制御される機能ドメインの最適化が終了している。この融合タンパク質POHに、2年目から放射性同位元素で標識することで、PETおよびSPECTプローブを作成し、最終年度では、これらを最適化してプローブとして完成させた。具体的には、放射性同位元素の標識は、機能ドメインをもった融合タンパク質POHに、放射線標識したハロタグリガンド(HL)を介した共有結合で行っているが、この標識法を確立することができた。PETプローブの場合は、ヨウ素125標識Halo Tagリガンド(1251-HL)をPOHに結合させて1251-HL-POHを作成したが、マウスを用いたインビボ動態評価では、腫瘍への放射能集積性は低く、投与後速やかに尿排泄され、生体内では不安定で代謝を受やすいことが示唆された。SPECTプローブの場合は、DOTA誘導体をHLに結合させ、111In標識したのち、POHに共有結合させて111In-DOTA-HL-POHを作成した。SPECTプローブでは、主要低酸素領域特異的なイメージが得られた。

研究成果

• [雑誌論文] 2-Nitroimidazole-Tricarbocyanine Conjugate as a Near-Infrared Fluorescent Probe for in Vivo Imaging of Tumor Hypoxia (2012)
  • 著者名/発表者名: Okuda K, Okabe Y, Kadonosono T, Ueno T, Youssif BG, Kizaka-Koadoh S, Nagasawa H
  • 雑誌名: Bioconjug Chem. 巻: 22 ページ: 324-329
  • DOI: doi:10.1111/j.1349-7006.2011.02057.x.Epub2011Sep15
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a hy poxia-selective near-infrared fluorescent probe for non-invasive tumor imaging (2012)
  • 著者名/発表者名: Youssif BG, Okuda K, Kadonosono T, Salem OI, Hayallah AA, Hussein MA, Kizaka-Kondoh S, Nagasawa H.
  • 雑誌名: Chem Pharm Bull 巻: 60(3) ページ: 402-407
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mammmalian carboxylesterase (CES) releases GPI-anchored proeins from the cell surface upon raft fluidization (2012)
  • 著者名/発表者名: Orihashi, K., H.Tojo, K.Okawa, Y.Tashima, T.Morita, G.Kondoh
  • 雑誌名: Biol.Chem. 巻: 393 ページ: 169-176
  • DOI: 10.1515/hsz-20110269
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molucular chaperone Hsp47 is essential for cartilage and endochondral bone formation (2012)
  • 著者名/発表者名: Masago Y., A.Hosoya, K.Kawasaki, S.Kawano, A.Nasu, J.Toguchida, K.Fujita, H.Nakamura, G.Kondoh, K.Nagata
  • 雑誌名: J.Cell Sci 巻: 125 ページ: 1118-1128
  • DOI: 10.1242/jcs.089748
  • 査読あり
• [雑誌論文] Jmjd5, an H3K36me2 histone demethylase, modulates embryonic cell proliferation through the regulation of Cdknla expression (2012)
  • 著者名/発表者名: Ishimura, A., K-I. Minehata, M.Terashima, G.Kondoh, T.Hara, T. Suzuki
  • 雑誌名: Development 巻: 139 ページ: 749-759
  • DOI: 10.1242/dev.074138
  • 査読あり
• [雑誌論文] 5-O-(4-[^<125>I]Iodobenzyl)-L-ascorbic acid : Electrophilic Radioiodination and Biodistribution in Mice (2012)
  • 著者名/発表者名: J.Kim, T.Kino, H.Kato, F.Yamamoto, K.Sano, T.Mukai, M.Maeda
  • 雑誌名: Chem.Pharm.Bull. 巻: 60(2) ページ: 235-240
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection of the onset of ischemia and carcinogenesis by hypoxia-inducible transcription factor-based in vivo bioluminescence imaging (2011)
  • 著者名/発表者名: Kadonosono T, Kuchimaru T, Yamada S, Takahashi Y. Murakami A, Watanabe H, Tani T, Inoue M, Tsukamoto T, Toyoda T, Tanaka T, Hirota K, Urano K, Machida K, Eto T, Ogura T, Tsutsumi H, Ito M, Hiraoka M, Kondoh G, Kizaka-Kondoh S
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 6(11) ページ: e26640
  • DOI: doi:10.1371/journal.pone.0026640
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of [(125) I]IPOS as a molecuar imaging probe for hypoxia-inducibie factor-1-active regions in a tumor : Comparison a mong SPECT/CT imaging, autoradiography, and immunohistoche mistry (2011)
  • 著者名/発表者名: Ueda M, Kudo T, Mutou Y, Umeda IO, Miyano A, Ono M, Fujii H, Kizaka-Kondoh S, Hiraoka M, Saji H.
  • 雑誌名: Cancer Sci 巻: 102(11) ページ: 2090-2096
  • DOI: doi:10.1111/j.1349-7006.2011.02057.x.Epub 2011 Sep 15
  • 査読あり
• [雑誌論文] PET imaging of hypoxia-inducible factor-1-active tumor cells with pretargeted oxygen-dependent degradable streptavidin and a novel (18)F-labeled biotin derivative (2011)
  • 著者名/発表者名: Kudo T, Ueda M, Konishi H, Kawashima H, Kuge Y, Mukai T, Miyano A, Tanaka S, Kizaka-Kondoh S, Hiraoka M, Saji H.
  • 雑誌名: Mol Imaging Biol. 巻: 13(5) ページ: 1003-1010
  • DOI: DOI:10.1007/s11307-010-0418-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] HIF-1-active cells as a target for cancer therapy (2011)
  • 著者名/発表者名: Kizaka-Kondoh S, Kuchimaru T, Kadonosono T.
  • 雑誌名: J Pharmacol Sci 巻: 115(4) ページ: 440-445
  • DOI: doi:10.1254/jphs.10R20FM
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mouse sperm undergo GPI-anchored protein release associated with lipid raft reorganization and acrosome reaction to acquire fertility (2011)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, H., G. Kondoh
  • 雑誌名: J.Cell Sci 巻: 124 ページ: 2573-2581
  • DOI: 10.1242/jcs.086967
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tudor domain containing 7 (Tdrd7) is essential for dynamic ribonucleop rotein (RNP) remodeling of chromatid bodies during spermatogenesis (2011)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, T., M.Hosokawa, V-V.Vagin, M.Reuter, E.Hayashi, A-L.Mochizuki, K.Kitamura, H.Yamanaka, G.Kondoh, K.Okawa, S.Kuramochi-Miyagawa, T.Nakano, R.Sachidanandam, G-J.Hannon, R-S.Pillai, N.Nakatsuji, S.Chuma
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 巻: 108-26 ページ: 10579-10584
  • DOI: 10.1073/pnas.1015447-108
  • 査読あり
• [雑誌論文] ^<11>C-Labeled Analogs of Indomethacin Esters and Amides for Brain Cyclooxygenase-2 Imaging : Radiosynthesis, In Vitro Evaluation and In Vivo Characteristics in Mice (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Yamamoto, J.Toyohara, K.Ishiwata, K.Sano, F.Yamamoto, T.Mukai, M.Maeda
  • 雑誌名: Chem.Pharm.Bull. 巻: 59(8) ページ: 938-946
  • 査読あり
• [学会発表] 炎症性病変モデルにおけるヨウ素125標識ラクトソームの生体内分布と分子イメージングプローブとしての基礎評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木村光晴, 山本文彦, 大西いぶき, 牧野顕, 山原亮, 原功, 原恵理, 小関英一, 栗原研輔, 木村俊作, 山本由美, 齋藤陽平, 大久保恭仁
  • 学会等名: 日本薬学会第132年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2012-03-30
• [学会発表] HIF-1α陽性領域のイメージングを目指した放射性ヨウ素標識融合タンパク質の合成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 大西いぶき、山本文彦、小原さとみ、佐藤史弥、佐藤美輪子、木村光晴、口丸高弘、近藤科江、山本由美、齋藤陽平、大久保恭仁
  • 学会等名: 日本薬学会第132年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2012-03-29
• [学会発表] In vivo imaging of HIFs-active tumors by optical protein probes (2012)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Kadonosono, Takahiro Kuchimaru, Shinae Kondoh
  • 学会等名: 5th International Symposium on Nanomedicine
  • 発表場所: 名古屋大学(名古屋)(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] 悪性化に関与する低酸素誘導因子特異的イメージングプローブの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 近藤科江、口丸高弘、門之園哲哉
  • 学会等名: 第85回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 京都国際会議場、京都(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-14
• [学会発表] 腫瘍の低酸素環境応答とその可視化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 近藤科江
  • 学会等名: 千里ライフサイエンスセミナー
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター、大阪(招待講演)
  • 年月日: 2012-02-24
• [学会発表] 環境に順応する細胞機能 (2012)
  • 著者名/発表者名: 近藤科江
  • 学会等名: 第18回肝血流動態イメージ研究会
  • 発表場所: 神戸国際会議場、神戸(招待講演)
  • 年月日: 2012-01-29
• [学会発表] テレピン油誘発性炎症病態モデルにおける放射性ヨウ素標識ラクトソームの生体内分布 (2011)
  • 著者名/発表者名: 木村光晴, 山本文彦, 大西いぶき, 牧野顕, 山原亮, 竹内恵理, 小関英一, 栗原研輔, 木村俊作, 山本由美、齋藤陽平、大久保恭仁
  • 学会等名: 第50回日本薬学会東北支部大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20111029-20111030
• [学会発表] COX-2イメージングを目的としたnimesulide誘導体の合成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山本由美、長島春香、森本浩之、向高弘、大嶋孝志、齋藤陽平、山本文彦、大久保恭仁、前田稔
  • 学会等名: 第50回日本薬学会東北支部大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20111029-20111030
• [学会発表] 再生肝におけるErbB familyおよびMetの変動 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小林智徳、齋藤陽平、山本由美、山本文彦、大久保恭仁
  • 学会等名: 第50回日本薬学会東北支部大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20111029-20111030
• [学会発表] 高分子ミセル"ラクトソーム"の構造制御と体内動態解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 牧野顕、山原亮、原功、竹内恵理、小関英一、栗原研輔、塚田秀夫、山本文彦、佐治英郎、清水章、木村俊作
  • 学会等名: 第51回日本核医学会学術総会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20111027-20111029
• [学会発表] I-131標識ラクトソームを用いた内用療法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 竹内恵理、原功、山原亮、牧野顕、栗原研輔、木村光晴、大西いぶき、山本文彦、清水章、小関英一、木村俊作
  • 学会等名: 第51回日本核医学会学術総会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20111027-20111029
• [学会発表] 放射線耐性肝がん細胞のEGF誘導性細胞増殖促進の作用機序の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小林智徳、齋藤陽平、桑原義和、福本基、山本由美、山本文彦、福本学、大久保恭仁
  • 学会等名: 第84回日本生化学会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20110921-20110924
• [学会発表] 電離放射線によるEGF誘導性DNA合成能変化に及ぼす加齢の影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小林智徳、齋藤陽平、山本文彦、山本由美、大久保恭仁
  • 学会等名: 第18回肝細胞研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20110624-20110625
• [学会発表] 実験腫瘍および炎症病態モデルにおけるヨウ素125標識ラクトソームの生体内分布 (2011)
  • 著者名/発表者名: 木村光晴, 大西いぶき, 山本文彦, 牧野顕, 山原亮, 原功, 竹内恵理, 小関英一, 栗原研輔, 木村俊作, 山本由美、齋藤陽平、大久保恭仁
  • 学会等名: 第11回放射性医薬品・画像診断薬研究会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2011-12-30
• [学会発表] Zonal differences of growth factor-related receptors expressionin hepatocytes after partial hepatectomy (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Kobayashi, Y.Saito, M.Matsuura, Y.Yamamoto, F.Yamamoto, Y.Ohkubo
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-12-16
• [学会発表] HIF-1活性化腫瘍細胞内を標的とするドラッグデリバリーシステムの構築 (2011)
  • 著者名/発表者名: 門之園哲哉、山野晃弘、後藤俊樹、口丸高弘、近藤科江
  • 学会等名: 日本分子生物学会第34回年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(横浜)
  • 年月日: 2011-12-14
• [学会発表] In vivo imaging of HIF-active tumors with a fusion protein probe based on BRET (2011)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Hirota, Takahiro Kuchimaru, Tomoya Suka, Tetsuya Kadonosono, Shinae Kizaka-Kondoh
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(横浜)
  • 年月日: 2011-12-14
• [学会発表] Sperm membrane remodeling in the female reproductive tract to acquire fertility (2011)
  • 著者名/発表者名: 近藤玄、渡邊仁美
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2011-12-13
• [学会発表] PEIT併用によるI-131標識ラクトソームを用いた内用療法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 竹内恵理、原功、山原亮、牧野顕、栗原研輔、木村光晴、大西いぶき、山本文彦、大久保恭仁、清水章、小関英一、木村俊作
  • 学会等名: 第11回放射性医薬品・画像診断薬研究会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2011-12-03
• [学会発表] 低酸素環境を標的としたがん治療とイメージングに関するモデル (2011)
  • 著者名/発表者名: 近藤科江、口丸高弘、門之園哲哉
  • 学会等名: 第4回疾患モデルシンポジウム
  • 発表場所: 癌研究会癌研究所吉田富三記念講堂、東京(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-11
• [学会発表] Novel strategies for targeting hypoxic cancer cells (2011)
  • 著者名/発表者名: 近藤科江、口丸高弘、門之園哲哉
  • 学会等名: 第70回日本癌学会総会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場、名古屋(招待講演)
  • 年月日: 2011-10-04
• [学会発表] In vivo bioluminescence imaging of HIF-active tumors using HOL transgenic mice (2011)
  • 著者名/発表者名: Ttetsuya Kadonosono, Takahiro Kuchimaru, Koji Urano, Gen Kondoh, Shinae Kondoh
  • 学会等名: 第70回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(名古屋)
  • 年月日: 2011-10-03
• [学会発表] Construction of a short-term bone metastasis model and its functional analysis with 3D-bioluminescence and μCT imaging (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kuchimaru, Takuya Hoshino, Tetsuya Kadonosono, Shinae Kondoh
  • 学会等名: 第70回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(名古屋)
  • 年月日: 2011-10-03
• [学会発表] 加齢による肝臓時計同調障害におけるアドレナリンα1受容体シグナル低下の関与 (2011)
  • 著者名/発表者名: 守屋孝洋、中島伸吾、小野塚寛、齋藤陽平、小林智徳、山本文彦、大田英伸、程肇、大久保恭仁、中畑則道
  • 学会等名: 第62回日本薬理学会北部会
  • 発表場所: 仙台市
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] Evasion from the accelerated blood clearance (ABC) phenomenon of "Lactosome" by micelle size control (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Makino, E.Takeuchi,I.Hara, R.Yamahara, E.Ozeki, K.Kurihara, F.Yamamoto, S.Kimura
  • 学会等名: 2011 World Molecular Imaging Congress
  • 発表場所: San Diego
  • 年月日: 2011-09-09
• [学会発表] 低酸素誘導因子HIF活性のインビボイメージング (2011)
  • 著者名/発表者名: 近藤科江
  • 学会等名: 平成23年度遺伝子病制御研究所共同研究集会
  • 発表場所: 北海道大学医学部フラテホール、札幌(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-06
• [学会発表] HIF活性化細胞標的タンパク質による腫瘍組織の光イメージング (2011)
  • 著者名/発表者名: 門之園哲哉、口丸高弘、平岡眞寛、近藤科江
  • 学会等名: 第15回日本がん分子標的治療学会学術集会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-06-22
• [学会発表] 低酸素誘導因子HIF関連疾患のイメージング・ターゲティング (2011)
  • 著者名/発表者名: 近藤科江、口丸高弘、門之園哲哉
  • 学会等名: 第27回DDS学会
  • 発表場所: 東京大学(東京)(招待講演)
  • 年月日: 2011-06-10
• [学会発表] 可溶性RANKLを用いた短期骨転移モデルの構築とインビボイメージング評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 口丸高弘、星野卓哉、門之園哲哉、保田尚孝、近藤科江
  • 学会等名: 第6回日本分子イメージング学会総会
  • 発表場所: 神戸国際会議場(神戸)
  • 年月日: 2011-05-27
• [学会発表] トランスジェニックマウスを用いた腫瘍内HIF活性の生体イメージング (2011)
  • 著者名/発表者名: 門之園哲哉、口丸高弘、浦野浩司、近藤玄、近藤科江
  • 学会等名: 第6回日本分子イメージング学会学術集会
  • 発表場所: 神戸国際会議場(神戸)
  • 年月日: 2011-05-26
• [図書] 医学のあゆみ:HIFs活性化細胞のバイオセンシングによる腫瘍内低酸素微小環境の可視化と治療薬開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 門之園哲哉、近藤科江
  • 出版者: 医歯薬出版株式会社(in press)
• [図書] がん幹細胞-ステムネス、ニッチ、標的的治療への理解第5章1.低酸素誘導因子HIFの機能と低酸素-幹細胞様形質と治療抵抗性のリンク (2011)
  • 著者名/発表者名: 近藤科江
  • 総ページ数: 148-155
  • 出版者: 羊土社
• [図書] 臨床放射線:がん低酸素微小環境を標的とする治療薬・可視化プローブの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 門之園哲哉, 口丸高弘, 近藤科江
  • 総ページ数: 329-338
  • 出版者: 金原出版
• [図書] Surgery Frontier:癌微小環境における低酸素がん細胞のライブイメージング (2011)
  • 著者名/発表者名: 口丸高弘、門之園哲哉、近藤科江
  • 総ページ数: 36-43
  • 出版者: メディカルレビュー社
• [図書] ドラッグデリバリーシステムの新展開II-核酸医薬・抗体医薬・ワクチン医療を支えるDDS技術:膜透過性タンパク質を用いた低酸素誘導因子HIF関連疾患イメージング (2011)
  • 著者名/発表者名: 口丸高弘、門之園哲哉、近藤科江
  • 総ページ数: 266-272
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 薬学テキストシリーズ放射化学・放射性医薬品学 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小島周二、大久保恭仁編著/加藤真介、工藤なをみ、坂本光、佐々木徹、月本光俊、山本文彦著
  • 総ページ数: 264
  • 出版者: 朝倉書店
• [備考]
  • URL: http://www.kondohlab.bio.titech.ac.jp/