生体深部にある移植再生細胞の情報取得可能な量子ナノ透視イメージング診断技術の構築

2022 年度 実績報告書

• 研究領域: 散乱・揺らぎ場の包括的理解と透視の科学
• 研究課題/領域番号: 21H05589
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 湯川 博 名古屋大学, 未来社会創造機構, 特任教授 (30634646)
• 研究期間 (年度): 2021-09-10 – 2023-03-31
• キーワード: 量子ドット / 組織透明化 / 透視 / イメージング

研究実績の概要

3．肝臓内における移植細胞の量子ナノ透視イメージング診断技術（QPID）の構築　CUBICなどの固定化組織・臓器に対する組織透明化技術を用いた予備的検討結果から、尾静脈投与された細胞は肝臓内の深部に集積する割合が多いことが分かっているが、これまでは、生きた状態では50マイクロメートル以上の深部にある細胞を観察できなかった。そのため、最適条件で透視化することで、炎症肝臓内深部における蛍光ラベル化された移植細胞やオルガノイドの動態や集積・生着状態の観察の実現に取り組んだ。その結果、約1ミリメートルの深さにある細胞中の量子ドットの蛍光を観察することに成功した。更に、長期間（2週間以上）観察することで、生着機構、分化効率など移植細胞の運命情報を取得可能な量子ナノ透視イメージング診断技術（QPID）を構築した。

4．移植細胞の炎症肝臓に対する再生治癒機構の解明　量子ナノ透視イメージング診断技術を駆使することで、これまで未解明であった移植細胞、オルガノイドと肝臓構成細胞（クッパー細胞（肝臓内マクロファージ）、類洞内皮細胞、肝実質細胞、肝星細胞）との相互作用について検証するとともに、炎症部位と非炎症部位における違いも検証した。これにより、移植細胞、オルガノイドが示す再生治癒機構の詳細な機序解明に貢献した。

これらの結果から、様々な細胞種や肝臓以外の深部臓器（肺、腎臓、膵臓など）への応用が可能であり、再生医療の基礎・臨床両面での貢献が期待される。また、未だ明らかになっていない、がん領域におけるがん微小環境の理解などにも応用が期待できる。更に、細胞内に葉緑体が多く存在し、散乱や揺らぎが大きく深部の観察が極めて困難な植物分野に対しても応用が可能であり、発展著しい植物発生学への貢献も期待される。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] In vivo real-time fluorescence imaging using quantum dots reveals the dynamics of transplanted stem cells in different inflammatory states of acute liver failure mice. (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamada S, *Yukawa H, Yoshizumi Y, Kitamura K, Mizumaki T, Oohara T, Nanizawa E, Hirano F, Sato K, Ishikawa T, Baba Y.
  • 雑誌名: Cell Transplantation 巻: 0 ページ: in press
  • DOI: 10.1177/09636897231176442
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Theranostics applications of quantum dots in regenerative medicine, cancer medicine, and infectious diseases (2023)
  • 著者名/発表者名: *Yukawa H., Sato K., *Baba Y.
  • 雑誌名: Advanced Drug Delivery Reviews 巻: 0 ページ: in press
  • DOI: 10.1016/j.addr.2023.114863
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Micro-/nano-fluidic devices and in vivo fluorescence imaging based on quantum dots for cytologic diagnosis (2022)
  • 著者名/発表者名: Minchuan L, *Yukawa H, Baba Y.
  • 雑誌名: Lab on a Chip 巻: 22 ページ: 2223-2236
  • DOI: 10.1039/d2lc00113f.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Glass-patternable notch-shaped microwave architecture for on-chip spin detection in biological samples. (2022)
  • 著者名/発表者名: Oshimi K, Nishimura Y, Matsubara T, Tanaka M, Shikoh E, Zhao L, Zou Y, Komatsu N, Ikado Y, Takezawa Y, Kage-Nakadai E, Izutsu Y, Yoshizato K, Morita S, Tokunaga M, Yukawa H, Baba Y, Teki Y, *Fujiwara M.
  • 雑誌名: Lab on a Chip 巻: 22 ページ: 2519-2530
  • DOI: 10.1039/D2LC00112H
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluorescent/magnetic nano-aggregation via electrostatic force between modified quantum dot and iron oxide nanoparticles for bimodal imaging of U87MG tumor cells. (2022)
  • 著者名/発表者名: Minchuan L, *Yukawa H. *Baba Y.
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 38 ページ: 1141-1147
  • DOI: 10.1007/s44211-022-00153-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multifunctional Magnetic CuS/Gd2O3 Nanoparticles for Fluorescence/MR Bimodal Imaging-guided Photothermal-intensified Chemodynamic Synergetic Therapy of Targeted Tumors. (2022)
  • 著者名/発表者名: Minchuan L, *Yukawa H, Sato K, Tozawa M, Tokunaga M, Kameyama T, Torimoto T, *Baba Y.
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 14 ページ: 34365-34376
  • DOI: 10.1021/acsami.2c06503
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near-infrared-induced drug release from antibody–drug double conjugates exerts a cytotoxic photo-bystander effect. (2022)
  • 著者名/発表者名: *Takahashi K, Yasui H, Taki S, Shimizu M, Koike C, Taki K, Yukawa H, Baba Y, Kobayashi H, *Sato K.
  • 雑誌名: Bioengineering & Translational Medicine 巻: 7 ページ: e10388
  • DOI: 10.1002/btm2.10388
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vivo multimodal imaging of stem cells using nanohybrid particles incorporating quantum dots and magnetic nanoparticles. (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamada S, *Yukawa H, Yamada K, Murata Y, Jo J, Yamamoto M, Sugawara-Narutaki A, Tabata Y, Baba Y.
  • 雑誌名: Sensors 巻: 22 ページ: 5705
  • DOI: 10.3390/s22155705
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Leukocyte depletion and size-based enrichment of circulating tumor cells using a pressure-sensing microfiltration device. (2022)
  • 著者名/発表者名: Onoshima D, *Hase T, Kihara N, Kuboyama D, Tanaka H, Ozawa N, Yukawa H, Sato M, Ishikawa K, Hasegawa Y, Ishii M, Hori M, Baba Y.
  • 雑誌名: ACS Measurement Science Au 巻: 3 ページ: 113-119
  • DOI: 10.1021/acsmeasuresciau.2c00057
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clinical impact of bile-derived exosomal miRNAs as novel diagnostic and prognostic biomarkers for biliary tract cancers. (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshida M, Yukawa H, Hayashi K, Naitoh I, Miyabe K, Hori Y, Natsume M, Jinno N, Kato A, Kachi K, Asano G, Sahashi H, Toyohara Y, Kuno K, Kito Y, Kondo H, Hirano A, Okumura F, Anbe K, Baba Y, Kataoka H, *Tanaka Y.
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 114 ページ: 295-305
  • DOI: 10.1111/cas.15597
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ナノ多孔質ガラスデバイスの開発と超早期がん診断への応用と期待 (2022)
  • 著者名/発表者名: 湯川 博
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 量子ナノ光学に基づく最先端イメージング計測技術の構築と生物医学応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 湯川 博
  • 学会等名: 一般社団法人レーザー学会学術講演会第42回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] 量子ナノ光学に基づく最先端イメージング診断技術の再生医療応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 湯川 博
  • 学会等名: 日本再生医療学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] エネルギー移動エンジニアリングによる量子ドットの生物医学応用の最前線 (2022)
  • 著者名/発表者名: 湯川 博
  • 学会等名: 第83回応用物理学会春季学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 量子ナノ光学に基づく最先端イメージング診断技術の薬物動態領域への応用展開 (2022)
  • 著者名/発表者名: 湯川 博
  • 学会等名: 第37回日本薬物動態学会シンポジウム
  • 招待講演
• [図書] 先端の分析法 新版第2版 (2022)
  • 著者名/発表者名: 湯川 博
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 株式会社エヌ・ティー・エス
• [図書] CSJカレントレビュー45 生体分子環境の化学~分子夾雑と1分子で解き明かす生体の挙動~ (2022)
  • 著者名/発表者名: 湯川 博
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 株式会社化学同人
• [産業財産権] 温度計測装置、および温度計測方法 (2022)
  • 発明者名: 湯川 博、 馬場嘉信、鳥本 司、 亀山達也、 都澤 諒
  • 権利者名: 湯川 博、 馬場嘉信、鳥本 司、 亀山達也、 都澤 諒
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT/JP2022/02033
  • 外国
• [産業財産権] 胆道がんの検出キット、胆道がんの予後予測キットおよびその利用 (2022)
  • 発明者名: 湯川 博、吉田道弘, 田中靖人
  • 権利者名: 湯川 博、吉田道弘, 田中靖人
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2022-094095
• [産業財産権] 脳性まひの予防及び治療剤 (2022)
  • 発明者名: 佐藤義朗, 神澤孝洋, 清水 忍, 早川昌弘, 湯川 博
  • 権利者名: 佐藤義朗, 神澤孝洋, 清水 忍, 早川昌弘, 湯川 博
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2022-159434
• [産業財産権] 特定条件下で発光する化合物、および、該化合物を用いたがん幹細胞の検出方法 (2022)
  • 発明者名: 三木康嗣、麻植雅裕、鈴木叶瑛、植田誉志史、森 泰生、大江浩一
  • 権利者名: 三木康嗣、麻植雅裕、鈴木叶瑛、植田誉志史、森 泰生、大江浩一
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2022-211614