生体組織内の生体高分子に対する結合水の可視化とその臨床応用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13670039
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 惠良 聖一 岐阜大学, 医学部, 教授 (30152002)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 林 知也 明治鍼灸大学, 医療技術短期大学部, 助手 (70293561) ; 中村 浩二 岐阜医療技術短期大学, 衛生技術学科, 講師 (70242724) ; 桑田 一夫 岐阜大学, 医学部, 助教授 (00170142) ; 紀ノ定 保臣 岐阜大学, 医学部附属病院, 教授 (50161526)
• Keywords: 自由水 / 不凍水 / 束縛水 / 合成高分子ゲル / MRI / DSC / 磁化移動

Research Abstract

【序】生体の約70%は水であるが,その水は単なる溶媒ではなく核酸やタンパク質など重要な生体高分子が生理機能を発現するための重要なサポーターである。そのような生体組織内の水は生体高分子との相互作用の程度の相違によって「不凍水,束縛水(両者を合わせて"結合水"と総称),自由水」という状態に区別される。本研究の目的は,「結合水」をMR画像上で可視化することによって,間接的に生体高分子の機能を可視化しようとするものである。今年度は昨年度行った基礎研究の結果をふまえ,その応用としてequivalent cross-relaxation rate(ECR)というMR画像法を乳癌の組織構造と対比させ,その有用性を検討した。
【材料と方法】対象は浸潤性乳管癌患者27例である。Intracellular matrixの評価として乳癌組織をdysplastic changeおよびmitotic indexにより3グループに分類した。またextracellular matrixの評価として乳癌組織の線維化の程度を3グループに分類した(extent of fibrosis)。MRIにおける測定は磁化移動効果を利用したECR法である。ECRはECR(%)=100x(Mo/Ms-1)と定義し,ECRを算出・画像化した(但し,Ms, Moはオフレゾナンス飽和パルスを付加したとき,および付加していないときの同一計測部位における信号強度である)。
【結果と考察】水の共鳴周波数から7ppm離れた部位を照射したときのECR値(ECR-7)は乳癌組織の細胞質の多い部分で高い値を示し,dysplastic changeとmitotic indexと相関した。一方,水の共鳴周波数から19ppm離れた部位を照射したときのECR値(ECR-19)は乳癌におけるextent of fibrosisと相関した。これらの結果から,乳癌の組織構造を評価する上で,ECR-7は分子構造に水酸基を豊富に含むDNA, RNA,アミノ酸等のintracellular matrixに関する情報あるいは生細胞量に関する情報を反映し,ECR-19はコラーゲン等のextracellular matrixに関する情報を反映することが示唆された。従って,タンパク質-水分子間の相互作用を反映するECR法は生体組織内の微細分子構造を良く反映するMR画像法である可能性が示唆された。

Research Products

• [Publications] M.Sogami, S.Era, Y.Kinosada, S.Matsushima, K.Kato, M.Tomida, T.Hirabayashi: "Basic studies on the equivalent cross-relaxation rate imaging (equivalent CRI) -phantom studies"NMR in Biomedicine. 14. 367-375 (2001)
• [Publications] S.Matsushima, A.Takasu, Y.lnai, T.Hirabayashi, S.Era, M.Sogami, Y.Kinisada: "Equivalent cross-relaxation rate in magnetic resonance imaging. A novel physical parameter for evaluation of conditions of water in synthetic copolymer gels"Polymer Journal. 33. 236-241 (2001)
• [Publications] T.Hayashi, H.Imai, K.Kuwata, M.Sogarni, S.Era: "The importance of sample preservation temperature for analysis of the redox state of serum albumin"Clinica Chimica Acta. 316. 175-178 (2002)
• [Publications] S.Matsushima, A.Takasu, Y.Inai, T.Hirabayashi, S.Era, M.Sogami, F.Sasaki, H.Ohsaki, Y.Kinisada: "Equivalent cross-relaxation rate imaging in the synthetic copolymer gels and invasive ductal carcinomas of the breast"Magnetic Resonance Imaging. 20. 285-293 (2002)
• [Publications] T.Negawa, S.Mizuno, T.Hayashi, H.Kuwata, M.Tomida, H.Hoshi, S.Era, K.Kuwata: "M pathway and areas 44 and 45 are involved in stereoscopic recognition based on binocular disparity"Japanese Journal of Physiology. 52. 191-198 (2002)
• [Publications] M.Sogami, N.Uyesaka, S.Era, K.Kato: "Saturation transfer in human red blood cells with normal and unstable hemoglobin"NMR in Biomedicine. 16. 1-11 (2003)