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

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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。