Development of MRI probes with signal amplification mechanism to elucidate zinc metabolism and dynamics

开发具有信号放大机制的 MRI 探针以阐明锌代谢和动力学

基本信息

批准号：
22K06570
负责人：
奥田健介
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kobe Pharmaceutical University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K06570/
关键词：
亜鉛プローブシグナル増幅 MRI 代謝動態

项目摘要

近年、遊離亜鉛がシグナル伝達経路のメディエーターとして機能することが提唱されており、亜鉛ホメオスタシスの崩壊とアルツハイマー病、糖尿病、がんなどの多様な疾患との関連性も明らかとなってきている。これらの研究とも相まって、蛍光法に代表される光イメージングによる遊離亜鉛を可視化するイメージングプローブが多数開発されてきた。しかし光では組織透過性に限界があるため、非侵襲的な亜鉛のin vivoイメージング技術が遊離亜鉛のホメオスタシスと病態との関連性の更なる解明のために望まれている。この観点から、すぐれた生体透過性を備えたモダリティとして知られる磁気共鳴イメージング（MRI）に着目した。実際これまでにも多数の亜鉛検出MRIプローブが開発されてきてはいるが、MRIの感度は蛍光プローブと比較して数桁も劣るため、高濃度亜鉛の検出に限られているのが現状である。そこで、MRIの感度を向上させる設計をプローブデザインに導入することにより、従来の亜鉛MRIプローブでは観察することが不可能な低濃度の遊離亜鉛を非侵襲的に観測することが可能となる。まず、生体内での高い特異性を利用するべく、MRIシグナル原子としてフッ素（19F）を利用することとした。また、感度を向上させるシグナル増幅機構としては、私たちが高感度亜鉛蛍光プローブの開発の際に活用した亜鉛選択的なβ-ラクタム環の加水分解反応を活用した。この反応は、蛍光プローブにおいては消光されていた蛍光団が亜鉛選択的な開裂反応に伴って発蛍光反応を生じる。その一方、MRIプローブに適用するにあたっては、開裂反応に伴って19Fの核磁気共鳴信号が大幅に変化するようにプローブ構造を設計する必要がある。本年度においては、第一世代の亜鉛MRIプローブの設計・合成を行い、19F-NMRによる評価を行ったところ、本プローブによって19F-MRIでの亜鉛の検出が可能であることが強く示唆された。

近年来，已经提出，游离锌充当信号通路的中介体，并且还清楚地表明，锌稳态的衰变与各种疾病（例如阿尔茨海默氏病，糖尿病和癌症）之间的关联。再加上这些研究，已经开发了许多成像探针，这些探针通过荧光方法（例如荧光方法）可视化游离锌。但是，由于光线中的组织渗透性有限，因此需要锌的无创体内成像技术，以进一步阐明稳态和游离锌病理学之间的关联。从这个角度来看，我们专注于磁共振成像（MRI），该成像被称为具有出色的生物透明度的模态。实际上，过去已经开发了许多锌检测MRI探针，但是MRI敏感性比荧光探针低几个数量级，因此目前的情况是检测高浓度的锌是有限的。因此，通过引入一种将MRI敏感性提高到探针设计中的设计，可以在低浓度下非侵入性地观察到游离锌，而常规锌MRI探针无法观察到。首先，为了利用体内的高特异性，氟（19F）被选择用作MRI信号原子。此外，作为提高灵敏度的信号扩增机制，我们利用了β-内酰胺环的锌选择性水解反应，我们在开发高度敏感的锌荧光探针时使用了锌。该反应导致荧光反应伴随着荧光团中的锌选择性切割反应，该反应在荧光探针中淬灭。另一方面，将其应用于MRI探针时，必须设计探针结构，以便19F核磁共振信号随裂解反应而显着变化。在今年，设计和合成了第一代MRI探针，并使用19F-NMR进行了评估，并强烈建议该探针可以检测19F-MRI上的锌。