Oxygen imaging of tumor by phosphorescence lifetime imaging microscopy using oxygen probes

本研究の目的は、イリジウム錯体を基軸とした血中滞留型および細胞蓄積型酸素プローブ分子を開発し、不均一環境にある‘がん腫瘍’の酸素濃度(分圧)分布を、共焦点りん光寿命イメージング顕微鏡を用いて、単一細胞レベルの分解能で計測およびライブイメージングすることである。令和4年度は、分子量2000以上のポリエチレングリコール（PEG）鎖を複数導入した緑色および赤色血中滞留型イリジウム錯体を合成し、生理食塩水中におけるそれらの吸収・りん光スペクトル、りん光量子収率、りん光寿命の酸素分圧依存性について明らかにした。その結果、開発したイリジウム錯体は、脱酸素下の生理食塩水中において比較的強いりん光を示し、酸素存在下ではりん光量子収率、りん光寿命が大きく減少した。これらのイリジウム錯体を麻酔下にあるマウスに投与し、りん光寿命イメージング顕微鏡で腎臓表面を観察したところ、分子量が5000以下のPEGを結合させたイリジウム錯体では、投与後1時間以内に糸球体からろ過され、尿中に排泄されることが分かった。一方、分子量10000のPEGを3つ結合させたイリジウム錯体では、高い血中滞留性を示すことが分かった。また、マウス吸気酸素分圧を変化させるとりん光寿命が変化することから、開発したイリジウム錯体は血中内においても酸素応答性を示すことが明らかとなった。担がんマウスを用いた実験では、腫瘍内の毛細血管網のイメージングに成功し、血管依存的にりん光寿命が異なることを見出した。

本研究の目的は、イリジウム錯体を基軸とした血中滞留型および細胞蓄積型酸素プローブ分子を開発し、不均一環境にある‘がん腫瘍’の酸素濃度(分圧)分布を、共焦点りん光寿命イメージング顕微鏡を用いて、単一細胞レベルの分解能で計測およびライブイメージングすることである。令和4年度は、分子量2000以上のポリエチレングリコール（PEG）鎖を複数導入した緑色および赤色血中滞留型イリジウム錯体を合成し、生理食塩水中におけるそれらの吸収・りん光スペクトル、りん光量子収率、りん光寿命の酸素分圧依存性について明らかにした。その結果、開発したイリジウム錯体は、脱酸素下の生理食塩水中において比較的強いりん光を示し、酸素存在下ではりん光量子収率、りん光寿命が大きく減少した。これらのイリジウム錯体を麻酔下にあるマウスに投与し、りん光寿命イメージング顕微鏡で腎臓表面を観察したところ、分子量が5000以下のPEGを結合させたイリジウム錯体では、投与後1時間以内に糸球体からろ過され、尿中に排泄されることが分かった。一方、分子量10000のPEGを3つ結合させたイリジウム錯体では、高い血中滞留性を示すことが分かった。また、マウス吸気酸素分圧を変化させるとりん光寿命が変化することから、開発したイリジウム錯体は血中内においても酸素応答性を示すことが明らかとなった。担がんマウスを用いた実験では、腫瘍内の毛細血管網のイメージングに成功し、血管依存的にりん光寿命が異なることを見出した。