2017 Fiscal Year Annual Research Report
Studies on the Development of Clinical Free Radical Imaging Systme
| Project/Area Number |
16H05113
|
|---|
| Research Institution | University of Shizuoka |
|---|
Principal Investigator |
内海 英雄 静岡県立大学, 薬学部, 客員教授 (20101694)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋本 博 静岡県立大学, 薬学部, 教授 (40336590)
賀川 義之 静岡県立大学, 薬学部, 教授 (90397505)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | DNP-MRI / 動的核偏極 / イメージング / フィールドサイクル / ESR レドックス / フリーラジカル / 酸化ストレス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、動的核偏極(DNP)を用いて生体内のフリーラジカルをMRIで可視化するための基礎研究である。DNP-MRIはオーバーハウザー効果（フリーラジカルの電子スピンをESRで飽和させるとフリーラシジカルと超微細相互作用している水分子の水素核の分極が100倍以上も増加する）を利用した方法で、フリーラジカルを間接的にMRIで画像化する新たなイメージング法である。これまで低磁場（６－２０ｍT）に固定したDNP-MRI装置を用いて種々の病態モデルにおける活性酸素の可視化を行ってきたため感度や分解能に限界があった。一方、核スピンの緩和が外部磁場強度に大きく依存することから外部磁場を変換するフィールドサイクル法が開発されてきた。そこで、本研究ではESRを５ｍTでMRIを３００ｍTで行うフィールドサイクル型DNP-MRI装置の開発に向け基礎実験・検証を進めた。
本年度はこれまでの科研費で行った研究データの作動状態を確認し、多量の画像データを逐次解析すると共に、種々のフリーラジカルなどから成るファントムと試作ESR用コイルを用いたDNP-MRI実験から得た画像解析データを解析した。しかし、定量的解析が進んでいなかったことから、画像解析ソフトを導入し、フィールドサイクル法による画像の変化などを定量的に解析した。解析結果は別記のように、7月に米国で開催されたEPR2017で招待講演を行うとともに、12月に米国ボルチモアで開催されたSfRBM2017で口頭発表に選ばれ報告した。
更に詳細な解析とモデルを用いた検証研究を通じて、フィールドサイクル法によるDNP現象の解析にはこれまで多くの研究者が用いてきた定常状態法には限界があることが見出された。現在、新たな解析手法の検討を進めており、最終年度までにフィールドサイクル型DNP-MRIの基本を明確かする。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要に記載したとおり、本研究課題の目的を達成するために必要な研究環境を新たに整え、フィールドサイクル型DNP-MRIによる膨大な実験結果の解析を進めることで、多くの知見が得られた。これらの知見をもとに、数理モデルを設定し外部磁場のフィールドサイクルによる磁化の変動を明らかにした。その結果、MRI画像がフィールドサイクルにより高感度化することが明確となった。また、フィールドサイクルにおけるDNP現象についても解析と検証を進め、装置開発に必要な基礎知見が着実に得られつつある。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題「新規臨床用ラジカルイメージング装置開発に向けた非臨床基礎研究」は新たなイメージング手法であるDNP-MRIに外部磁場のフィールドサイクルを導入するための基礎研究を推進することである。DNP-MRIは動的核偏極（Dynamic Nuclear Polarization）を用いて生体内フリーラジカルを間接的に画像化する新しい方法で、装置開発が必要なため世界的に研究報告が少ない。一方、フィールドサイクルDNP-NMRに関しては最近種々の報告がなされており、試料転送方式で高感度化が図られている。平成29年度においてはフィールドサイクルについて数理モデルを用いた解析と検証を進めた結果、これまでのDNP-MRI・NMRに関する報告と異なる可能性が示唆された。そこで、今後の研究推進方策として、２９年度後半から新たに開始した、「数理モデルを用いたデータ解析」を精力的に進める。また、異なった条件でのフィールドサイクル（MRI磁場；1.5T、ESR磁場；10mT）での画像データ解析を詳細に行い数理モデルの妥当性を検証する。更に、核スピンの緩和時間測定や電子スピンの飽和などについても詳細な情報を取得し、数理モデルで検証することでフィールドサイクルDNP-NMRの特性を明らかにする。これらを通じて新たなフィールドサイクルDNP-NMR装置の具体化への方向を示す。
|
