MRIで体内pH定量を可能にするナノ粒子造影剤を開発 ーがんと正常組織のpHの違いを定量できる造影剤を開発ー

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2026-10-23 東京科学大学

東京科学大学、自然科学研究機構、大阪大学などの研究グループは、MRI(磁気共鳴画像)を用いて体内のpHを定量的に測定するための新しいナノ粒子造影剤を開発した。がん組織は正常組織より細胞外環境が酸性化する傾向があり、pHの定量は病態の把握や治療効果の評価に役立つ。しかし、従来の造影剤ではMRI信号がpHだけでなく造影剤の濃度にも左右されるため、正確な測定が困難だった。研究チームは、ガドリニウム結合シリカナノ粒子をpH応答性ハイドロゲルで包み、ゲルの架橋構造を改良した。これにより、pH 6.0~7.5で横緩和時間T₂が大きく変化する一方、縦緩和時間T₁はpHの影響をほとんど受けない特性を実現した。T₁とT₂の比を用いた画像では、造影剤濃度0.50~1.50 wt%の範囲で異なるpHを識別でき、血清を含む緩衝液中でも機能した。今後、がんの診断や治療効果のモニタリングへの応用が期待される。

MRIで体内pH定量を可能にするナノ粒子造影剤を開発 ーがんと正常組織のpHの違いを定量できる造影剤を開発ー
図1. 開発したコア-シェルナノ粒子の(a)模式図と、(b)予想されるT1とT2の短縮機構。

<関連情報>

生理的pHの定量的イメージングのための調整された架橋ネットワークを備えた比率測定型MRIプローブ A Ratiometric MRI Probe With a Tuned Crosslinked Network for Quantitative Imaging of Physiological pH

Ken Kato, Akira Sumiyoshi, Kyoko Katsumata, Hiroyuki Nakamura, Koichi Kato, Kazuya Kikuchi, Satoshi Okada
Small  Published: 23 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/smll.75796

ABSTRACT

Quantitative pH imaging is important for understanding pathological tissue environments and diagnosing diseases such as tumors and inflammation. MRI-based pH quantification has been developed based on several approaches including chemical exchange saturation transfer and ratiometric probes. However, existing approaches involve trade-offs in sensitivity, probe complexity, and reversibility, and robust quantitative pH imaging remains challenging. Previously, we reported ratiometric MRI probes based on a simple core–shell architecture in which a gadolinium-loaded core and a pH-responsive hydrogel shell independently contribute to longitudinal relaxivity (r1) and transverse relaxivity (r2), respectively. These probes enabled pH quantification using r2/r1 ratiometry although their pH responses were not optimized for the physiological pH range and their usable probe concentrations were limited. Here, we optimized the crosslinked network of the shell using tetraethylene glycol dimethacrylate, achieving substantial pH-dependent changes in r2 around physiological pH while preserving r1 and extending the usable probe concentration range. Electron microscopy confirmed the core–shell structure and elemental distribution of the probe. The resulting probe enabled quantitative pH imaging over pH 6.0–7.5 across probe concentrations from 0.5 to 1.5 wt.%. These findings establish a practical strategy for MRI-based pH quantification, offering a step toward standardized non-invasive pH measurements.

医療・健康
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