機能性蛍光プローブによる骨代謝関連細胞の機能解明

使用功能性荧光探针阐明骨代谢相关细胞的功能

• 批准号: 14J00794
• 负责人: 前田 拓樹
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J00794/
• 关键词: 破骨細胞; pH応答性; 蛍光プローブ; 二光子励起顕微鏡

骨粗しょう症や関節リウマチといた骨疾患は、人々の暮らしの質を著しく低下させることから、疾患原因の解明や治療薬開発が進められている。その過程で、骨吸収細胞である破骨細胞の機能異常（過剰な骨吸収）が骨疾患を誘発することが解明された。しかしながら、生体内における破骨細胞機能については、未だに未解明な部分も多く存在する。そこで本研究では、破骨細胞の骨吸収活性を蛍光強度変化によって解析可能な蛍光プローブの開発に取り組んできた。開発したプローブは、破骨細胞により形成された酸性領域を捉えるpH感受性と骨組織選択的送達能を有し、生体への注射による投与が可能である。分子構造を量子化学計算により緻密に設計することで、生きたマウス体内の破骨細胞活性を検出可能なプローブの開発に成功した。従来の骨破壊モデルでは、不活性破骨細胞は運動性が高く、活性化破骨細胞は静的状態を保つと考えられていた。しかしながら、開発したプローブと二光子励起顕微鏡を用いて、活性化破骨細胞の酸性領域を連続的に観察すると、静的状態を保つ細胞に加えて、細胞形状と酸性領域の位置が大きく変化する動的な細胞が存在した。この結果から、活性化破骨細胞は動的な状態と静的な状態を行き来しながら骨破壊を行うと考えられ、動的な活性化破骨細胞が骨破壊メカニズムにおいて重要な役割を果たすと示唆される。また、ATPase阻害剤により活性化破骨細胞のプロトンポンプ機能を阻害した際の、細胞の運動性に対する影響を検討した。その結果、静的状態の活性化破骨細胞は、酸性領域が消失した後も動的状態に移行せず、静的状態を保つことが明らかとなった。これは、破骨細胞の動的または静的状態への移行を鍵として、酸性領域の形成、消失が制御されることを示唆している。このように、本研究で開発したプローブは、骨吸収メカニズムを解明する強力なツールとして、幅広く社会に貢献できると考えられる。

Disease of bone coarse し ょ う や masato section リ ウ マ チ と い は た bone disease, people 々 の sunset ら し の qualitative を the し く low さ せ る こ と か ら, cause of disease の interpret や treatment 薬 open 発 が into め ら れ て い る. そ の process で, bone absorption 収 cells で あ る osteoclast の parafunction (turning な bone absorption 収) が bone disorders を 発 lure す る こ と が interpret さ れ た. The <s:1> て ながら, the function of における osteoclasts in the body に ながら て て て する, and the だに unexplained な part <e:1> mostly く exists in する. そ こ で this study で は, osteoclast の bone absorption 収 active を 蛍 light intensity variations change に よ っ て parsing may な 蛍 light プ ロ ー ブ の open 発 に group take り ん で き た. Open 発 し た プ ロ ー ブ は, osteoclast に よ り form さ れ た を acid field catch え る pH sensitivity と bone sentaku delivery can を し, living body へ の injection に よ る cast and が might で あ る. Quantum chemical calculation molecular structure を に よ り dense に design す る こ と で, raw き た マ ウ ス の osteoclast activity in vivo を 検 makes possible な プ ロ ー ブ の open 発 に success し た. 従 to の bone broken 壊 モ デ ル で は, not active osteoclasts は motility が high く, active osteoclasts は static state を bartender つ と exam え ら れ て い た. し か し な が ら, open 発 し た プ ロ ー ブ と two photon excitation 顕 micromirror を with い て, the activity of osteoclast の を acid field even 続 に 観 examine す る と, static state を つ cells に bao え て, cell shape と の acid field position が big き く variations change す る moving が な cells exist し た. こ の results か ら, the activity of osteoclast は dynamic state of な と static state of な き を line し な が ら bone broken 壊 を line う と exam え ら れ, dynamic な activeness of osteoclast が bone broken 壊 メ カ ニ ズ ム に お い て important な "を cut fruit た す と in stopping さ れ る. ま た, ATPase resistance against tonic に よ り activeness osteoclast の プ ロ ト ン ポ ン プ function を resistance against し た interstate の の, cell motility に す seaborne る influence を beg し 検 た. そ の results, static state の activeness of osteoclast は disappear, acidic が し た も dynamic state after に transitional せ ず, static state を つ こ と が Ming ら か と な っ た. こ れ は, osteoclast の moving ま た は static state へ の transitional を key と し て, acidic の form, disappear, が suppression さ れ る こ と を in stopping し て い る. こ の よ う に, this study で 発 し た プ ロ ー ブ は, bone absorption 収 メ カ ニ ズ ム を interpret す る powerful な ツ ー ル と し て, picture hiroo く social contribution に で き る と exam え ら れ る.

项目成果

ヒドロキシアパタイト結合能を有するpH感受性赤色蛍光プローブの開発

具有羟基磷灰石结合能力的pH敏感红色荧光探针的研制

• 发表时间: 2015
• 作者: 前田拓樹;小和田俊行;菊地和也
• 通讯作者: 菊地和也

Two-photon live imaging of osteoclast activity in living mice with photostable and pH-activatable fluorescence probe

使用光稳定和 pH 可激活荧光探针对活体小鼠破骨细胞活性进行双光子实时成像

• 发表时间: 2014
• 作者: Hiroki Maeda;Toshiyuki Kowada;Junichi Kikuta;Masaru Ishii;Kazuya Kikuchi
• 通讯作者: Kazuya Kikuchi

高い光安定性とpH感受性を有する蛍光プローブを用いた生体内破骨細胞活性の二光子励起ライブイメージング

使用具有高光稳定性和 pH 敏感性的荧光探针对体内破骨细胞活性进行双光子实时成像

• 发表时间: 2014
• 作者: 前田拓樹;小和田俊行;菊地和也
• 通讯作者: 菊地和也

Two-photon live imaging of osteoclastic bone resorption in living mice with pH-activatable fluorescence probe

使用 pH 可激活荧光探针对活体小鼠破骨细胞骨吸收进行双光子实时成像

• 发表时间: 2015
• 作者: Hiroki Maeda;Toshiyuki Kowada;Kazuya Kikuchi
• 通讯作者: Kazuya Kikuchi

Real-Time Visualization of Osteoclast Dynamics in Vivo with pH-Activatable Fluorescent Probe

使用 pH 可激活荧光探针实时观察体内破骨细胞动态

• 发表时间: 2014
• 作者: Hiroki MAEDA;Toshiyuki KOWADA;Kazuya KIKUCHI
• 通讯作者: Kazuya KIKUCHI