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2025-12-04 18:33:00
磁気共鳴画像法 (MRI) は、医療の世界では非常に貴重です。しかし、これだけの良い点があるにもかかわらず、改善の余地はあります。 MRI の感度を高める 1 つの方法は動的核分極 (DNP) と呼ばれ、MRI 装置でスキャンしたときにより鮮明な画像が形成されるようにイメージングのターゲット分子が変更されます。しかし、この技術には、作成が難しい偏光剤と混合された特殊な結晶性材料が必要です。東京大学を含む研究者らは、フラーレンと呼ばれる分子を分極剤として使用することを初めて実証した。彼らの新しい方法では、MRI 装置で画像化する際にはるかに鮮明な画像を得るのに十分な DNP ターゲットを作成できるため、さまざまな医療用途に潜在的な利点がもたらされます。
幸運にも、これまで MRI 装置の内部を訪れたことがない人であれば、おそらくまだ MRI 装置に精通しているでしょう。巨大なリング状のもので、人を飲み込み、音を立ててスキャンして、診断目的の詳細な 3D 画像を作成します。 40 年以上前に MRI 装置が医療界に主流として導入されて以来、MRI 装置は臨床医や研究者がさまざまな診断や研究の目的で 3D データを使用できるようになりました。しかし、あらゆるマシンと同様に、サイズ、コスト、騒音、機能、能力など、何らかの側面を改善するために継続的なアップグレードが提案されています。
一般的な MRI は、大きな磁場を生成することによって機能します。これにより、体内またはサンプル内の水分子のプロトンが強制的に整列します。次に、機械は電波を放射し、これらの陽子の整列を外します。その結果、磁場の力によって陽子は再び整列に戻ります。陽子が再整列すると、明らかな無線信号が発せられ、機械がそれを検出して、信号が発信された組織の種類を特定するために使用されます。しかし、すでにお気づきかと思いますが、これは、一般的な MRI 装置が水分を多く含むサンプルの検出に限定されていることを意味します。そこで研究者らは、機械が検出できる範囲を広げる方法を模索し、ここで化学科の新たな研究が登場しました。
MRI 画像の詳細と情報内容を改善する確立された方法は、患者またはサンプル内の化学ターゲットを使用することです。 DNP はこのように機能しますが、標的分子を分極させるには薬剤が必要であり、そのためには通常、極低温または極低温、および高磁場条件が必要になります。しかし、私たちはターゲットを二極化する簡単な方法を実証しました。私たちの研究は、フラーレンと呼ばれる特別に設計された分子を使用することで、無秩序なガラス状物質のサンプルの偏光率を 14.2% まで高めることができることを示しています。このレベルは、10% のしきい値が最低限必要な生物学的用途には十分な高さです。そうしないと、分極した分子の減衰が早すぎて、信号が有用な画像を生成できなくなります。」
化学科 教授 柳井 伸宏
バッキーボールとしても知られるフラーレンは、炭素原子の 3D 幾何学的格子であり、さまざまな方法で修飾して機能性材料を作成できるため、研究者の注目を集めています。この場合、柳井氏と彼のチームは、フラーレンが分極したままになるように回転を妨げる特定の修飾をフラーレンに加えた。サンプル内に置かれると、これらのフラーレンからの電子はスピン偏極を近くの原子の原子核に伝達し、この偏極がイメージングセンサーが検出するためのより強力な信号に変換されます。研究者がトランス 3a 異性体と呼ばれる特殊なフラーレンを誘導するために必要なのは、ある種の光を当てることだけです。
「ターゲットの分極は体外で行われます。分極後、サンプルは溶解され、有害である可能性のあるフラーレンが除去されてから、仮想の患者に注射されます」と大学院生の坂本キエタ氏は語った。 「この方法であるトリプレット DNP は液体ヘリウム冷却剤の必要性を回避できるため、よりシンプルで低コストの装置で実行できます。また、従来の MRI では検出できないピルビン酸塩や抗がん剤などの診断用化学プローブをバルク分極することも可能になります。私たちの次の目標は、そのような医学的に重要な分子を過分極できる生体適合性マトリックスを開発することです。私たちは、まず動物モデルで高感度 MRI を実証する予定です。これらの実験が成功して臨床になれば、臨床試験が続くと、この技術は約 10 ～ 20 年以内に実際の医療現場に導入されると予想されます。」
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参考雑誌:
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