生きた動物個体内の特定の細胞でのみ機能を発揮する新規機能性生物発光プローブの開発

开发仅在活体动物内的特定细胞中起作用的新型功能性生物发光探针

基本信息

批准号：
11J10826
负责人：
小嶋良輔
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度までに、生体内における光機能性分子の励起エネルギー源としての生物発光の利用可能性を確立することに成功していたが、本年は、生体内イベントを可視化する手段としての生物発光イメージングの有用性の拡張を試みた。生物発光を用いたイメージング技術は、生体内においてバックグラウンドとなる物質が殆ど存在しないことから、高感度なシグナル検出を可能とする技術として注目を集めている。中でも、特定の生理活性分子と出会った時のみ発光がONになる生物発光プローブを用いたイメージング手法は、特定の生理活性分子の存在を、in vivoで高感度に可視化可能とする優れた手法である。しかしながら、従来の生物発光プローブが検出できるのは、発光性の基質であるD-luciferinやaminoluciferinをuncageする反応を引き起こすことができるpeptidase活性などに限られるという問題があっため、私はこの解決を試みた。私は蛍光プローブの設計原理として汎用される、電子移動による励起発光中間体のquenching(蛍光分子においてはPeTと呼ばれる)が、その励起過程が異なるのみで生物発光基質でも起き得るのではないかという従来の報告を確実なものとし、この現象(BioLeTと命名)を用いて、生物発光のプロセスにおける励起状態からの発光量子収率を生体分子の有無と同期して精密にコントロールできることを示し、既存のプローブ設計法では開発が困難であった一酸化窒素(NO)検出生物発光プローブを初めて開発することに成功した。本成果は、PeTを蛍光制御原理として開発されてきた蛍光プローブと同様のデザインで、様々な生物発光プローブを開発可能であることを示す画期的成果である。またさらに、目的分子との反応前後で、BioLeTと同時に基質の細胞膜透過性をも制御することで、生物発光プローブのターゲットの検出感度を大幅に向上させることができることも見出し、生きたラット内の好中球から発生するhighly reactive oxygen species (hROS)を、開腹、剃毛することなく超高感度に検出可能な生物発光プローブを開発することにも成功した。本結果は、生物発光プローブの新しいデザイン法を提供するのみならず、in vivoにおけるhROSの役割をさらに解明する上で実用的な研究ツールを提供するものである。

直到去年，我们才成功建立了使用生物发光作为体内光功能分子激发能源的可行性，但今年我们将重点关注生物发光成像作为体内事件可视化的手段，我们试图扩展生物发光的实用性。。利用生物发光的成像技术作为一种能够实现高灵敏度信号检测的技术而受到关注，因为生物体中几乎不存在背景物质。其中，使用仅在遇到特定生物活性分子时发光的生物发光探针的成像方法是一种极好的方法，可以在体内以高灵敏度可视化特定生物活性分子的存在。然而，存在一个问题，传统的生物发光探针只能检测肽酶活性，这会引发释放发光底物D-荧光素和氨基荧光素的反应，所以我决定尝试解决这个问题。我相信，通常用作荧光探针设计原理的电子转移（荧光分子中称为 PeT）激发发射中间体的猝灭也可能发生在生物发光底物上，只是在激发过程中。这种现象（BioL我们证明，通过使用探针（称为 eT）同步生物分子的存在或不存在，可以精确控制生物发光过程中激发态的发光量子产率，而使用现有的探针设计方法很难开发这种方法。首次成功开发出用于检测一氧化氮（NO）的生物发光探针。这一结果是一项突破，表明可以开发各种生物发光探针，其设计类似于使用PeT作为荧光控制原理开发的荧光探针。此外，我们发现，通过在与目标分子反应前后与BioLeT同时控制底物的细胞膜通透性，可以大大提高生物发光探针目标的检测灵敏度，我们还成功开发了生物发光探针。该探针可以超高灵敏度地检测中性粒细胞产生的高活性氧 (hROS)，无需进行腹部手术或剃毛。我们的研究结果不仅为设计生物发光探针提供了一种新方法，而且为进一步阐明hROS在体内的作用提供了实用的研究工具。