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2013 年度 実績報告書

高機能性ナノ粒子設計に基づく高感度in vivoイメージング技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 24685028
研究機関大阪大学

研究代表者

水上 進  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30420433)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワードナノ粒子 / イメージング / MRI
研究実績の概要

まず最初に、常磁性酸化鉄 (SPIO) ナノ粒子をPFCE@SiO2ナノ粒子の表面に修飾したところ、僅かな数のナノ粒子の修飾によりPFCE由来の19F MRIシグナルが完全に消失した。続いて、Gd3+錯体をナノ粒子表面に修飾したところ、SPIOの修飾と比較すると顕著なMRIシグナル消失これまでに生体内バックグラウンドシグナルがない19F MRIを利用して酵素活性検出法を報告してきたが、感度の低さが問題であった。そこで、本研究課題では、酵素活性をin vivoで検出可能な高感度19F MRIプローブの開発を行っている。前年度までに、シリカナノ粒子内部に液体パーフルオロクラウンエーテル(PFCE)を内包させたナノ粒子PFCE@SiO2を開発し、癌を移植したマウスの癌組織を生きたまま検出することに成功している。本年度は、PFCE@SiO2の表面に常磁性種をを修飾し、そのMRIシグナル強度の人為的な制御に取り組んだ。は見られなかったものの、Gd3+錯体の分子数に依存した19F MRIシグナル強度の低下が観測された。また、PFCE@SiO2上に酵素基質ペプチドリンカーを介して大量のGd3+錯体を修飾し、横緩和時間T2の効果を強調するパルスシーケンスを用いて撮像したところ、基質ペプチドを介してもMRIシグナルを消失させられることも確認した。in vitro実験において、用いた基質ペプチド配列を加水分解するプロテアーゼとインキュベーションしながら19F MRIを測定したところ、時間経過に伴って基質ペプチドリンカーが切断され、同時に19F MRIシグナルが増大する様子が撮像できた。本結果に関しては、in vivoで酵素活性を可視化するプローブ開発における重要なステップを達成したと言える。

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

PFC内包シリカナノ粒子のMRIシグナルを複数の常磁性種の表面修飾により制御可能であることを見出した上、in vivo酵素活性検出の足掛かりとなる結果を得た。

今後の研究の推進方策

Gd錯体とPFC内包ナノ粒子を酵素基質で連結させたスイッチON型ナノ粒子プローブを作製し、19F MRIによるin vivo酵素活性検出技術を確立する。また、マルチスペクトルイメージングおよび抗体を用いたin vivoイメージング応用も引き続き行う。

次年度使用額が生じた理由

研究補助員を雇用して人件費に使用予定であったが、研究計画の進捗状況により使用計画を翌年度に延期したため、その費用および物品費として次年度に繰り越した。

次年度使用額の使用計画

補助金については人件費および細胞観察に必要な対物レンズ等に使用し、基金分については同じく細胞観察に必要なデジタルカメラに使用する予定である。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 謝辞記載あり 7件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] 1H MRI Detection of Gene Expression in Living Cells by Using Protein Tag and Biotinylation Probe2014

    • 著者名/発表者名
      Akimasa Yoshimura, Shin Mizukami, Yuki Mori, Yoshichika Yoshioka, Kazuya Kikuchi
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 43 ページ: 219-221

    • DOI

      10.1039/C3SC51985F

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Multifunctional Core-shell Silica Nanoparticles for Highly Sensitive 19F Magnetic Resonance Imaging2014

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Matsushita, Shin Mizukami, Fuminori Sugihara, Yosuke Nakanishi, Yoshichika Yoshioka, Kazuya Kikuchi
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 53 ページ: 1008-1011

    • DOI

      10.1002/anie.201308500

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Small-Molecule Based Protein-Labeling Technology in Live Cell Studies: Probe-Design Concepts and Applications2014

    • 著者名/発表者名
      Shin Mizukami, Yuichiro Hori, Kazuya Kikuchi
    • 雑誌名

      Acc. Chem. Res.

      巻: 47 ページ: 247-256

    • DOI

      10.1021/ar400135f

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Nanospherical Polymer as an MRI Sensor without Paramagnetic or Superparamagnetic Species2013

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Okada, Shin Mizukami, Yutaka Matsumura, Yoshichika Yoshioka, Kazuya Kikuchi
    • 雑誌名

      Dalton Trans.

      巻: 42 ページ: 15864-15867

    • DOI

      10.1039/C3DT50378J

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Efficient Development of Luminescent Lanthanide(III) Complexes by Solid-Phase Synthesis and On-Resin Screening2013

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Nakamura, Shin Mizukami, Miho Tanaka, Kazuya Kikuchi
    • 雑誌名

      Chem. Asian J.

      巻: 8 ページ: 2685-2690

    • DOI

      10.1002/asia.201300759

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Development of Luminescent Coelenterazine Derivatives Activatable by β-Galactosidase for Monitoring Dual Gene Expression2013

    • 著者名/発表者名
      Eric Lindberg, Shin Mizukami, Keiji Ibata, Atsushi Miyawaki, Kazuya Kikuchi
    • 雑誌名

      Chem. Eur. J.

      巻: 19 ページ: 14970-14976

    • DOI

      10.1002/chem.201302002

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Development of Cell-Impermeable Coelenterazine Derivatives2013

    • 著者名/発表者名
      Eric Lindberg, Shin Mizukami, Keiji Ibata, Takashi Fukano, Atsushi Miyawaki, Kazuya Kikuchi
    • 雑誌名

      Chem. Sci.

      巻: 4 ページ: 4395-4400

    • DOI

      10.1039/C3SC51985F

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Protein labeling technology for investigating small number molecules in living cells2013

    • 著者名/発表者名
      水上進
    • 学会等名
      日本生物物理学会
    • 発表場所
      京都、京都国際会館
    • 年月日
      2013-10-29
    • 招待講演
  • [学会発表] 機能性プローブ設計に基づく分子イメージング技術の開発2013

    • 著者名/発表者名
      水上進
    • 学会等名
      東京工業大学大学院生命理工学研究科 生体分子サイエンスセミナー
    • 発表場所
      神奈川、東京工業大学すずかけ台キャンパス
    • 年月日
      2013-08-29
    • 招待講演
  • [学会発表] 蛋白質ラベル化技術に基づく生体分子の少数活性化へのアプローチ2013

    • 著者名/発表者名
      水上進
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第69回学術講演会
    • 発表場所
      大阪、ホテル阪急エキスポパーク
    • 年月日
      2013-05-22
    • 招待講演

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公開日: 2016-06-01  

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