【研究領域課題番号】19H00919 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子イメージング / 核偏極 / 分子プローブ・分子造影剤 / 代謝・生体微小環境 / MRI

【研究成果の概要】

核スピン縦緩和T1は主として5つの緩和項目、すなわちDD、SC、SR、CSA、Othersによって支配されている。分子構造からこれら緩和項目が関与する要素を消去することで、長い縦緩和時間T1、すなわち長寿命核スピン偏極が実現できる分子骨格を開発できる。本研究では、(1) 磁気回転比が小さく長寿命核偏極が期待できる15N、及び (2) 高感度計測が期待できる13C核に着目し、理論的解釈に基づく核偏極分子プローブの開拓を進めた。本研究によって、15N核、13C核を偏極核とする核偏極分子プローブの開発を実現し、その幾つかについてはin vivo展開が可能であることを示した。

【研究の社会的意義】

体の中の分子の活動の理解は、分子の集合体としての生命の根源的な仕組みの理解に繋がる。また、生体内で起こる化学物質変換としての代謝や生体微小環境の変化から引き起こされる疾病の原因解明、早期診断、さらには、その治療法開発に大きな進歩をもたらすことができる。その実現に向け、本研究課題では、体の中の分子の構造を直接計測することができる核磁気共鳴技術に着目し、その最大の問題点である“感度”の向上を実現する分子プローブレパートリーの拡張を目指した。実験的解釈と理論的解析に基づいて核偏極―核磁気共鳴分子プローブ設計指針の確立に取り組み、13C核や15N核を中心とした長寿命核偏極分子プローブの開発を実現した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】44,980千円 (直接経費: 34,600千円、間接経費: 10,380千円)

【研究分野】放射線科学

【研究領域課題番号】23659598 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

SPECT / MRI / 一体型 / 分子イメージング / 同時測定 / ハイブリッド / 光ファイバー / SPECT/MRI

【研究成果の概要】

光ファイバーイメージガイドを用いた SPECT/MRI 用検出器を開発し,その性能を評価した。検出器に用いたシンチレータは Y2SiO5 (YSO)で, 15 x 15 のマトリクスに配置したものを用いた。光ファイバーには,0.5mm 直径のダブルクラッド型を用い,それを束ねて長さ 80cm のイメージガイドを構成した。そのイメージガイドの入力部に YSO ブロックを光学結合し,出力部には 1 インチ角型位置有感型光電子増倍管(PSPMT)を光学結合した。コリメータにはタングステン含有プラスチックを用い, YSO のピクセルに 1 対 1 に配置する構成とした。 PSPMTの出力はアンガー方式で位置演算を行った。コリメータを含めた空間分解能はコリメータから1.5mm 離れた位置で 1.7mmFWHM で,システム感度は 0.06%であった。この SPECT 用検出器を永久磁石式 MRI の中に配置し,同時測定を行い相互影響の無いことを確認した。これらの結果より,開発した検出器は SPECT/MRI 用として有望であることが明らかになった。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】放射線科学

【研究領域課題番号】23591752 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

micro-PET / high field MRI / small animal / brain imaging / molecular imaging / anatomical normalization / PET-CT / mouse / PET / 小動物 / マウス / MRI / 解剖学的情報 / FDG / CT / microPET / 脳解剖 / 糖代謝 / 脳機能 / fusion

【研究成果の概要】

小動物用の高分解能PETは疾患の病態解明や創薬などの重要なツールとして期待されている。本研究では、microPETによる機能イメージングの高磁場MRIを利用した解析するシステムの構築を試みた。独自に開発したPET-MRI共通頭部固定装置を用いて、同一正常マウスの頭部MRIとFDG-PETを撮像し、MRIとPET画像の重ね合わせを行い、デジタルアトラスへ解剖学的標準化を行った。脳FDG-PET画像上で解剖学的部位の同定と脳内各領域の平均糖代謝率を算出した。その結果、解剖学的標準化を用いた自動的定量解析法は、用手的手法と同等の精度を持ち、疾患モデルマウス解析に使用できることを確認した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)

【研究分野】放射線科学

【研究領域課題番号】20591434 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

micro-PET / high field MRI / small animal / brain imaging / molecular imaging / microPET / MRI / 小動物 / 脳解剖 / FDG / 糖代謝 / 脳機能 / fusion / 高磁場MRI / マウス / 脳解剖アトラス / 神経変性疾患 / 正常加齢

【研究成果の概要】

小動物用の高分解能PETは疾患の病態解明や創薬などの重要なツールとして期待されている。本研究では、microPETによる分子標的イメージングを高磁場MRIを利用して解析するシステムの構築を試みた。まず、小動物用PET装置と高磁場MRI装置に共通して使用できる頭部固定装置を開発した。本装置を用いて、同一正常マウスの頭部MRIとFDG-PETを撮像し、MRIとPET画像の重ね合わせを試みた。マウス脳MR画像上で解剖学的位置を同定するため、実際の脳標本を用いて作成されたデジタルアトラスを元に脳MR画像上で、解剖学的部位を同定し,正常マウスのMR解剖アトラスを作成し、それを用いて脳FDG-PET画像上での解剖学的部位を同定した。本システムを用いて疾患モデルマウス(DRPLA)のFDG-PET画像上での異常部位の検出に成功した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】生物物理学

【研究領域課題番号】16370071 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子イメージング / 蛍光プローブ / MRI / 近赤外発光 / 光誘起電子移動 / 蛍光 / レシオ / 亜鉛 / バイオイメージング / 可視化 / 長寿命蛍光 / 超寿命蛍光 / 一酸化窒素 / 蛍光顕微鏡 / DAC

【研究成果の概要】

本研究は,生体分子(生理活性種・酵素・受容体・遺伝子など)を動的に可視化することにより,生理機能解析法を開発することを目的としている。放射線被曝がなく非侵襲的で,かつ体外からの高感度検出が可能である蛍光法や核磁気共鳴法(MRI)などの分光学的手法に基づき,生組織,生体系、特にin vivo系を試料とした「生きている状態」における生体分子をそれぞれの作用部位において直接検出し,時々刻々の変化を画像として捉えるプローブを開発するものである。開発したプローブは可視化と同時に、臨床検査薬などの実用的な応用を目指す。研究期間内に、1.in vivo系に適用可能な近赤外領域発光の蛍光可視化プローブ、2.機能性MRI画像化プローブ、3.長寿命型蛍光可視化プローブの3テーマに焦点を絞って新規プローブの開発を行った。その結果、1.のテーマに関しては、in vivo系に適用可能な近赤外領域発光の一酸化窒素に特異的な蛍光可視化プローブDACs(DAC-P & DAC-S)、亜鉛イオン可視化プローブおよびpH感受性プローブの開発に成功した。2.のテーマに関しては、Gd^<3+>錯体を基盤に、Zn^<2+>と複合錯体を形成することで水の緩和時間を変化させることを原理とした世界で初めてMRI用亜鉛イオンプローブの開発に成功した。更に遺伝子発現をモニターできるMRI用ベータガラクトシダーゼプローブの開発にも成功している。3.のテーマに関しては、実用的な新規ロイシンアミノペプチダーゼ(LAP)活性測定用臨床検査試薬の開発に成功した。また、2型糖尿病に関連しているdipeptidyl peptidase(DPP)4酵素の活性測定用蛍光ランタノイド錯体の開発にも成功した。DPP4阻害剤のスクリーニングに応用でき、医薬品開発の有用である。上記したように、本研究費補助金で極めて画期的数多くの成果が得られた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2004 - 2007

【配分額】16,410千円 (直接経費: 15,600千円、間接経費: 810千円)

【研究分野】化学系薬学

【研究領域課題番号】16659003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

in vivoイメージング / MRI / ガドリニウム / 亜鉛 / 造影剤 / 分子イメージング / 核磁気 / 画像化 / 亜鉛イオン / 可視化 / 虚血 / プローブ / 錯体

【研究成果の概要】

生体の3次元断層画像を得る方法(in vivoイメージング)の一つであるMRI(Magnetic Resonance Imaging)は、放射線被曝がなく、かつ生体を傷つけることなく深部にわたる画像を得ることが出来るという大きな利点を持っている。そのためMRIは画像診断法として汎用されており、その画像は水分子の水素原子核におけるNMR現象を利用している。前年度までに生体内でのZn(II)の動態をMR画像変化としてバイオイメージングできるMRI造影剤の開発を行った。
今年度は昨年度後半から行っている遺伝子発現をモニターできるベータガラクトシダーゼプローブの実用化を目指した。Gd(III)は強い常磁性イオンであるため、通常、イオン近傍の水素原子核の主に縦緩和時間を短縮する。Gd(III)に配位している水分子が強いMRシグナルを示し、水分子の配位数の変化はこのMRシグナルを変化させる。今回、このような原理とは異なり、アルブミンのような高分子量の分子とGd(III)錯体が結合することでGd(III)錯体分子自身の分子回転が非常に遅くなり、周囲の水分子に対して、大きな緩和時間の短縮を引き起こす。この現象はreceptor induced magnetization enhancement(RIME)と呼ばれるが、これを利用した分子設計を行った結果、アルブミンとGd(III)錯体との結合が酵素により切断されることでMR信号強度に大きな変化を生じさせることに成功した。更に、アルブミンとの結合の親和性をより高める検討を引き続き行っている。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)