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蛍光イメージング/MRIプローブの開発

  • Probes Development for Fluorescent and Magnetic Resonance Imaging
★生命科学・臨床医学分野で広く用いられている蛍光イメージング&MRI!
★革新的分子プローブ開発のヒントがここに!
★プローブの原理,開発・応用技術,デリバリー技術,検出機器の開発状況まで徹底解説!

商品コード: T0813

  • 監修: 菊地和也
  • 発行日: 2011年9月
  • 価格(税込): 64,800 円
  • 体裁: B5判,196ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0454-0

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  • 分子プローブ/蛍光イメージング/MRI/OFF/ONプローブ/In-cell NMR/多重共鳴NMR/量子ドット/in vivoイメージング/近赤外光/体内/細胞内/デリバリーシステム/検出機器/診断/改良点

刊行にあたって

 最も汎用されている蛍光プローブは蛍光蛋白質である。しかし,測定対象によって蛍光特性を変化させる(言い換えれば,調べたい分子を特異的に可視化する),強い蛍光強度を得る,近赤外光など長波長の励起・蛍光波長を有する,病態の診断に簡単なプロトコルで応用できる,などの測定ニーズを充たすイメージングは,蛋白質プローブのみの応用では不可能な場合がほとんどである。これらの要件を充たすために,化学プローブに(1980年代以来) 再び大きな期待が集まっている。また,蛍光プローブのみならずMRIを用いたin vivoイメージングが発展する可能性にも化学プローブに期待が集まっている。また,細胞内で切断される保護基の導入により,細胞内へのデリバリーが容易であることも重要であった。分子デリバリーは今後のプローブの応用性をたかめるために,非常に大きい課題である。
 本書の出版時の最先端技術を紹介することで,これまでの技術進歩と今後の展開指針を考えるために役に立つことが出来ないかと考えて,先端技術を開発してきた執筆者に原稿依頼を行った。執筆者皆様に感謝するとともに,今後の展開に期待したい。
(巻頭言より一部抜粋)

著者一覧

寺井琢也   東京大学 大学院薬学系研究科 助教
長野哲雄   東京大学 大学院薬学系研究科 教授
岡本晃充   (独)理化学研究所 基幹研究所 岡本核酸化学研究室 准主任研究員
小澤岳昌   東京大学 大学院理学系研究科 化学専攻 教授
深瀬浩一   大阪大学 大学院理学研究科 化学専攻 教授
田中克典   大阪大学 大学院理学研究科 化学専攻 助教
永井健治   北海道大学 電子科学研究所 教授;(独)科学技術振興機構 さきがけ
堀川一樹   国立遺伝学研究所 准教授
馬場嘉信   名古屋大学 工学研究科 教授,革新ナノバイオデバイス研究センター センター長
花岡健二郎  東京大学 大学院薬学系研究科 薬品代謝化学教室 講師
長野哲雄   東京大学 大学院薬学系研究科 薬品代謝化学教室 教授
浦野泰照   東京大学 大学院医学系研究科 教授
水上 進   大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 准教授
菊地和也   大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 教授
水澤圭吾   京都大学大学院 工学研究科 合成・生物化学専攻 博士課程3年
浜地 格   京都大学大学院 工学研究科 合成・生物化学専攻 教授
杤尾豪人   京都大学大学院 工学研究科 准教授
白川昌宏   京都大学大学院 工学研究科 教授
伊藤 隆   首都大学東京 大学院理工学研究科 分子物質化学専攻 教授
野中 洋   九州大学 稲盛フロンティア研究センター 特任助教
山東信介   九州大学 稲盛フロンティア研究センター 教授
犬伏俊郎   滋賀医科大学 MR医学総合研究センター 教授
平田 直   京都大学 物質-細胞統合システム拠点・上杉グループ 博士研究員
上杉志成   京都大学 物質-細胞統合システム拠点 教授
戸井田さやか  モントリオール大学 薬学部 化学科 博士研究員
秋吉一成   京都大学大学院 工学研究科 教授
秋田英万   北海道大学 大学院薬学研究院 准教授
山田勇磨   北海道大学 大学院薬学研究院 助教
中村孝司   北海道大学 大学院薬学研究院 助教
畠山浩人   北海道大学 大学院薬学研究院 未来創剤学研究室 特任助教
林 泰弘   北海道大学 大学院薬学研究院 未来創剤学研究室 特任助教
梶本和昭   北海道大学 大学院薬学研究院 未来創剤学研究室 特任准教授
原島秀吉   北海道大学 大学院薬学研究院 教授
二木史朗   京都大学化学研究所 生体機能設計化学 教授
中瀬生彦   京都大学化学研究所 生体機能設計化学 助教
長谷川晃   オリンパス(株) 研究開発センター 医療技術開発本部 医療戦略企画部 部長
樋爪健太郎  (株)島津製作所 基盤技術研究所 副主任

目次

第1編 プローブの開発
第1章 有機蛍光プローブ 
1 はじめに
2 蛍光とは
3 有機蛍光分子
3.1 キサンテン系蛍光団
3.2 シアニン類
3.3 クマリン類
3.4 ピレン類
4 有機蛍光プローブの設計と具体例
4.1 光誘起電子移動(PeT)
4.2 Förster型共鳴エネルギー移動(FRET)
4.3 分子内電荷移動(ICT)
4.4 分子内スピロ環化
5 おわりに

第2章 核酸を蛍光標識する:核酸結合性蛍光色素・蛍光標識核酸プローブの基礎 
1 はじめに
2 核酸に蛍光性物質を非共有結合的に標識する
3 蛍光物質を共有結合的に結合させた核酸を使う
4 核酸自動合成機を用いて蛍光性核酸を化学合成する
5 標的の核酸と結合したときにだけ蛍光発光する人工核酸を創る
5.1 蛍光(Förster)共鳴エネルギー移動(FRET)
5.2 励起子相互作用
6 おわりに

第3章 プローブタンパク質 
1 はじめに
2 タンパク質プローブを用いる利点と注意点
3 プローブの基本原理と応用
3.1 蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)法
3.2 生物発光共鳴エネルギー移動(BRET)法
3.3 蛍光タンパク質再構成法
3.3.1 タンパク質間相互作用と翻訳後修飾
3.3.2 RNAの可視化
3.3.3 タンパク質の折りたたみ(フォールディング)
3.4 ルシフェラーゼ再構成法
3.5 環状ルシフェラーゼプローブ
3.6 タンパク質の翻訳後修飾・分解を利用するプローブ
4 まとめ

第4章 新規標識反応を基盤とする糖鎖プローブの開発とインビボイメージング 
1 はじめに
2 リジン残基標識プローブの開発に基づく糖タンパク質のPETイメージング
3 糖鎖デンドリマープローブの作成とイメージング
4 細胞表層の標識と糖鎖エンジニアリングならびに細胞動態の可視化
5 おわりに

【第2編 標識体の開発】
第5章 機能イメージングにおける指示薬感度の重要性―蛍光タンパク質間FRETを用いたCa2+指示薬開発からの考察― 
1 はじめに
2 蛍光Ca2+指示薬
3 In vivo Ca2+イメージングの現実とCa2+親和性の最適化
4 In vivo性能評価
5 おわりに

第6章 量子ドットおよび無機蛍光体 
1 はじめに
2 量子ドットの原理
3 量子ドットの合成法およびラベル化
4 バイオアッセイへの応用
5 細胞アッセイ・in vivoイメージングへの応用
6 おわりに

第7章 MRI造影剤 
1 はじめに
2 MRIの原理
3 MRI造影剤の原理
4 MRI用標識プローブの開発とその応用
5 おわりに

【第3編 化学プローブの開発・応用】
第8章 有機小分子蛍光プローブの精密設計による新たな生細胞機能可視化の実現 
1 はじめに
2 分子内光誘起電子移動に基づく蛍光プローブの論理的精密設計法の確立
3 各種活性酸素種(ROS),及び関連酵素活性の選択的検出を可能とする蛍光プローブの論理的開発
4 TokyoGreen骨格の創製に基づく,各種加水分解酵素・反応可視化蛍光プローブの開発
5 おわりに

第9章 機能性分子設計に基づく蛋白質の蛍光ラベル化
1 序論
2 タグの選択
3 マルチカラー蛍光ラベル化プローブの開発
4 発蛍光ラベル化プローブの開発
5 生きた細胞内の蛋白質の蛍光ラベル化
6 ビオチン化プローブと蛍光量子ドットを用いたパルスチェイス実験
7 まとめ

第10章 蛋白質イメージングを指向した小分子プローブの開発 
1 はじめに
2 ハイパーリン酸化蛋白質検出用プローブ
2.1 ハイパーリン酸化蛋白質選択的なプローブ
2.2 リン酸化タウ蛋白質イメージング
3 自己会合/解離を作動原理とした蛋白質検出用蛍光オフオンプローブ
4 おわりに

第11章 酵素活性を検出する19F MRIプローブの開発 
1 序論
2 加水分解酵素活性の19F MRI検出の原理
3 Caspase-3活性を検出する19F MRIプローブの開発
4 19F MRIによる細胞内遺伝子発現の可視化
5 まとめ

第12章 核磁気共鳴を利用した生体計測 
1 はじめに
2 ポリリン酸MRIレポーター
3 19F MRIのための機能性分子プローブ
3.1 常磁性緩和促進効果を用いたON/OFFプローブ
3.2 高分子量効果を用いたスイッチングプローブ
4 三重共鳴プローブ
5 細胞内へ
5.1 蛋白質―薬剤相互作用
5.2 細胞内での水素交換実験

第13章 In-cell NMRを用いた細胞内蛋白質の立体構造解析 
1 はじめに
2 In-cell NMR
3 NMRを用いた蛋白質の立体構造解析の概略
4 In-cell NMR研究の困難さ
5 Nonlinear samplingを用いた迅速な3D NMR測定とin-cell NMRへの応用
6 メチル基選択的1H標識を用いた効率の良い高次構造情報の解析
7 今後の展望
8 おわりに

第14章 高選択的・高感度な核磁気共鳴プローブ分子 
1 はじめに
2 多重共鳴
2.1 多重共鳴NMRを利用した代謝解析プローブ分子
2.2 多重共鳴技術を利用した化学種検出プローブ分子
3 超偏極
3.1 超偏極技術を利用した代謝解析プローブ分子
3.2 超偏極技術を利用した人工センサー分子
4 おわりに

第15章 プローブを用いるMRI分子イメージング 
1 はじめに
2 MRI法の位置づけ
3 分子(代謝産物)の追跡
4 細胞の磁気標識とMRIによる追跡
5 ES細胞の生体内追跡
6 ミクログリアとアルツハイマー病
7 様々なMR分子イメージング用プローブ
8 マルチモダリティーの活用
9 おわりに

第16章 幹細胞を可視化する蛍光小分子化合物 
1 はじめに
2 幹細胞の登場
3 幹細胞のイメージング(1)
4 幹細胞のイメージング(2)
5 おわりに

【第4編 イメージングを可能とする周辺技術】
第17章 量子ドットデリバリーシステム 
1 はじめに
2 量子ドットの特性
3 細胞内へのデリバリーシステム
3.1 物理的な導入方法
3.2 表面修飾法
3.3 細胞内での動態制御
3.4 ナノキャリアとの複合化による導入法
3.5 イメージングと治療の両者を兼ね備えたQDsナノ粒子
3.6 生細胞の多重染色
3.7 幹細胞治療のためのセンシング
4 おわりに

第18章 プローブデリバリーシステム 
1 はじめに
2 細胞内動態を可視化するDDS
2.1 核送達・核内動態の可視化
2.2 ミトコンドリアを標的とするDDS開発とミトコンドリアイメージングへの応用
2.3 抗原提示過程の可視化
3 組織選択的デリバリー
3.1 癌選択的デリバリー
3.2 肝臓へのデリバリー
3.3 脂肪組織選択的デリバリー
4 展望

第19章 ペプチドベクターを用いた効率的細胞導入法 
1 はじめに
2 蛍光プローブの「細胞内」導入に求められる要件
3 アルギニンペプチドとピレンブチレートを併用するサイトゾルへのタンパク質導入法
4 pH感受性膜傷害ペプチドとカチオン性リポソームの併用によるタンパク質のサイトゾル導入法
5 おわりに

第20章 検出機器の開発現状と機器開発側からみたプローブ改良点 
1 はじめに
2 内視鏡の現状
2.1 内視鏡
2.2 近年の内視鏡診断技術の発展
3 蛍光プローブの現状 長所と短所
3.1 蛍光プローブの現状
4 検出技術の方向性について
4.1 定量性の確保に関する機器側の取り組み
4.2 複数波長の検出に関する機器側の取り組み
5 機器開発側からみたプローブ改良点
6 おわりに

第21章 in vivo蛍光イメージングにおける機器開発状況とプローブへの期待 ―基礎研究から臨床応用に向けて― 
1 はじめに
2 in vivo蛍光イメージングの特徴
3 小動物用in vivo蛍光イメージング装置の開発状況
4 より高感度検出に対する蛍光プローブへの期待
5 蛍光イメージングの臨床への応用
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