Jacob Hooker - Jacob Hooker

Hooker headshot.jpg

Jacob M. Hooker, Ph.D. je americký chemik a odborník na molekulární zobrazování, zejména ve vývoji a aplikaci simultánních metod MRI a PET. Přispěl významným pokrokem v celém spektru výzkumu od metodologie základní chemie s radioizotopy až po lidské neuroimaging.

Život a vzdělání

Hooker vyrostl těsně mimo Asheville, Severní Karolina a zúčastnili se Střední škola Enka. Vystudoval Státní univerzita v Severní Karolíně v roce 2002 jako třída Valedictorian a summa cum laude s bakalářským titulem v oboru textilní chemie a chemie. Poté získal doktorát z filozofie v chemii na University of California, Berkeley, mentorovaný profesorem Mattem Francisem. Po vyslechnutí neuroimagingové prezentace v roce 2006 od příjemce National Medal of Science Joanna Fowler, Hooker se ponořila do postdoktorského výcviku v rámci svého mentorství na Brookhaven National Laboratory. Fowler vzpomíná, že měl Jacoba jako postdoktora „dostat ho bylo jako vyhrát v loterii“ „Bude klást otázky, na které jsme dříve nemysleli.“[1] Hooker provedl postdoktorský výcvik s Fowlerem jako Goldhaber Distinguished Fellow, vývoj nových zobrazovacích metod a protokolů zaměřených na neurovědy.

Výzkum a úspěchy

Hooker se přestěhoval do Charlestownu v MA v roce 2009 na začátku své nezávislé výzkumné kariéry v Martinos Center. On co-navrhl a postavil na škrábnutí cyklotron a radiofarmaka provozovna Siemens Eclipse HP Cyclotron, dokončena začátkem roku 2011. Výrobní a zobrazovací zařízení - součást Martinos Center Research Core - poskytuje zobrazovací nástroje pro všechny fáze translačního výzkumu.

Poslání jeho akademická výzkumná laboratoř je „urychlit studium živého, lidského mozku a nervového systému vývojem a aplikací molekulárních zobrazovacích látek.“ Výcvikem organického chemika se Hooker a jeho výzkumná skupina věnují lepšímu porozumění zdravému mozku a dysfunkci u nemocí včetně Alzheimerovy choroby, autismu a schizofrenie.

Jeho výzkumné zaměření se zaměřuje na témata i) neuroepigenetiky, ii) vývoje radiochemických metod a iii) vývoje neuroimagingových metod; zvýraznění jsou uvedena v následující části.

Hlavní publikační témata

Hooker publikoval více než 100 článků Hooker JM bibliografie, PubMed.gov ] nejvíce pozoruhodně v doménách:

MR-PET: [11C] Příjem Martinostatu v živém lidském mozku.

Neuroepigenetika: vizualizace enzymů histon-deacetylázy pomocí PET

Práce Hookerovy skupiny publikovaná v srpnu 2016 – Wey a Gilbert et al 2016 Science Translational Medicine odhalila první vizuální mapy neuroepigenetické funkce v živém lidském mozku pomocí PET zobrazovací sondy třídy I histonové deacetylázy (HDAC) [11C] Martinostat.[2] Tato práce prokázala souvislost mezi kvantitativními HDAC mapami mozku a expresí plasticity a genů souvisejících s onemocněním pod kontrolou HDAC. Zpráva o zobrazování člověka byla postavena na pozadí vývoje nástrojů v laboratoři Hooker trvající sedm let, kde byly systematicky vyšetřovány a rafinovány inhibitory histonové deacetylázy (HDAC) s malou molekulou, aby se vyřešily chemické příčiny pomocí selektivity HDAC izoformy třídy I, vynikající penetrace mozku vhodná kinetika vazby.[3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14] První zobrazovací papír u člověka připravil půdu pro Hookerovu pokračující práci na měření a mapování hustoty, distribuce a konektivity HDAC u různých nemocí, in vivo.

Vývoj radiochemických metod: změna chemického prostředí pro výrobu stopovacího PET

Hooker a jeho kolegové dosáhli pozoruhodného pokroku v inovaci chemických a radiochemických syntetických metod, aby zvýšili účinnost a rozšířili možnosti zobrazování PET. Nejběžnější radioizotopy pro lékařské zobrazovací látky, uhlík-11 a fluor-18, mají biologický poločas 20,4, respektive 109,8 minut. To představuje významné požadavky na zefektivnění kroků chemické syntézy a maximalizaci výtěžků reakce, aby se vyřešilo dostatečné množství radioaktivního indikátoru k dokončení požadovaných kroků kontroly kvality před tím, než může být dávka „uvolněna“ pro injekci lidskému subjektu. Kritickým prvkem této inovace bylo výzkumné prostředí pro spolupráci kultivované v Hookerově laboratoři, aby přehodnotilo dogmatické přístupy k chemickým koncovým bodům nebo přizpůsobilo špičkovou organokovovou chemii potřebám syntézy radiotracerů.

Nejvýznamnější výsledky výzkumu v radiochemii

  • V roce 2011 Věda papír, ve spolupráci s laboratoří Tobiase Rittera na Harvardu, Hooker poprvé prokázal, že komplex palladia-IV může zásadně „přepnout“ na způsob, jakým se fluorid chová v chemických reakcích, nejlépe popsaný jako přechod z nukleofilu na elektrofil.[15] V samostatném a následném postupu vedlo toto nekonvenční myšlení k první demonstraci koordinované nukleofilní aromatické substituční reakce, publikované v Příroda v roce 2016.[16]
  • Hooker a Stephen Buchwald (MIT) vyvinuli strategii pro značení molekul uhlíkem-11 s použitím kyanidu téměř okamžitě s použitím komplexů biarylfosfinu Pd (0).[17]
  • Hooker a John T. Groves (Princeton) demonstrovali první příklad radiofluorace fluoridem-18 za použití CH [18] a dekarboxylace s manganovými katalyzátory.[19]

Vývoj neuroimagingových metod: funkční MR a PET zobrazování mozku

Nová aplikace pro radioaktivně značenou glukózu: Hlavní zdroj energie v mozku, glukóza, poskytuje významnou biologickou oporu pro obraz mozkové aktivity prostřednictvím využití energie prostřednictvím buněčného příjmu a zachycení analogu glukózy, [18F] fludexyglukóza (FDG ). Od poloviny 70. let se FDG používá jako „bolus“ na začátku zobrazovacího experimentu s měřením a mapováním regionálního příjmu po čekací době, během níž mozkové buňky nevědomky nahrazují radioaktivně značený FDG za normální glukózu. Podobně jako fotografie s dlouhou expozicí jsou paradigmata bolusového FDG PET zobrazování robustní a cenná při identifikaci jinak nepřístupných typů tkání s rozdílným metabolizmem (např. Rakovinné nádory, postischemické léze myokardu, hypometabolické oblasti mozku po aneuryzmatu), ale postrádají kinetické detaily.

Přes 40 let [18F] Přístup a výzkum FDG, dynamika využití glukózy v reakci na aktivaci mozku zůstávají špatně pochopeny. Prostřednictvím inovací v dodávce radiotracerů a zpracování PET obrazu byli prof.Hoker a jeho tým schopni vyvinout metodu pro monitorování glukózy v mozku, která vytvořila něco podobného filmu, a hlásila změny v použití glukózy v reakci na více podnětů během jediného PET skenování.[20] Laboratoř nyní rozšiřuje koncept dynamického a funkčního zobrazování PET pro měření uvolňování neurotransmiterů v živém lidském mozku v reálném čase.

Důkazy o gliové aktivaci v mozku s chronickou bolestí dolní části zad: Při podobné rekonfiguraci stávajících nástrojů byli Hooker a jeho kolega z fakulty a odborník na fMRI Marco Loggia první, kdo použil novou technologii integrované pozitronové emisní tomografie a magnetické rezonance s radioligandem [11C] -PBR28 k prokázání zvýšených mozkových hladin translokátorového proteinu (TSPO), markeru gliové aktivace, u pacientů s chronickou bolestí dolní části zad.[21] Práce poskytla nejen nový biologický mechanismus pro zkoumání v léčbě chronické bolesti, ale také pomohla vyvolat hlavní programové téma na MGH v neuroinflamaci; z toho vzešel bostonský think tank Neuroinflammation Think Tank, který spojuje hlavní zúčastněné strany z akademické obce, medicíny a farmaceutického průmyslu.

Ceny a vyznamenání

V roce 2016 byl Hooker jmenován Phyllis a Jerome Lyle Rappaport Výzkumný pracovník MGH který uznává „dopředu uvažující výzkumné pracovníky s finančními prostředky, které potřebují k tomu, aby mohli svou práci dostat na nezmapovaná území“. Jeho výzkumný návrh s názvem Vizualizace chemické dysfunkce v lidském mozku získala za pět let 500 000 dolarů za svou hmatatelnou vizi vyvíjet nové zobrazovací nástroje a urychlit jejich aplikaci v in vivo zobrazování pochopit normální růst, stárnutí a funkci mozku a provést srovnání s mozkovými chorobami, jako je schizofrenie, Alzheimerova choroba, demence a autismus.

V roce 2015 Nadace pro výzkum mozku a chování uznala Jacoba s Cena nezávislého vyšetřovatele pro výzkum pilotního neuroimagingu u pacientů se schizofrenií. Byl jmenován Vědec časopis jako a Vědec se dívat V článku, který jej nazval „The Mind Mapper“, byl mezi inauguračními vítězi soutěže Cena Talented 12 od americké chemické společnosti Novinky C & E.[22]

Hooker byl jmenován Národní akademií věd jako prestižní Kavli Fellow na pětileté funkční období (2012-2017) a jako Keck Iniciativa budoucnosti Fellow (2013-2015).

Prezident Barack Obama podpořil Hookera na základě jeho vědeckých výsledků a závazku mentorovat v roce 2010 cenou Presidential Early Career Award for Scientists and Engineers (PECASE), která těsně navazuje na cenu za vynikající mentorské ocenění amerického ministerstva energetiky z roku 2009.

Reference

  1. ^ Grante, Bobe. „Jacob Hooker: Weaver of Brain Science“. Vědec. Vědec. Citováno 25. dubna 2016.
  2. ^ Wey, Hsiao-Ying; Gilbert, Tonya M .; Zürcher, Nicole R .; Ona, Angela; Bhanot, Anisha; Taillon, Brendan D .; Schroeder, Fredrick A .; Wang, změna; Haggarty, Stephen J. (2016-08-10). „Pohledy na neuroepigenetiku prostřednictvím PET zobrazování lidské histon-deacetylázy“. Science Translational Medicine. 8 (351): 351ra106. doi:10.1126 / scitranslmed.aaf7551. ISSN  1946-6242. PMC  5784409. PMID  27510902.
  3. ^ Hooker, Jacob M .; Kim, Sung Won; Alexoff, David; Xu, Youwen; Shea, Colleen; Reid, Alicia; Volkow, Nora; Fowler, Joanna S. (01.01.2010). „Inhibitor histon-deacetylázy, MS-275, vykazuje špatnou penetraci do mozku: PK studie [C] MS-275 pomocí pozitronové emisní tomografie“. ACS Chemical Neuroscience. 1 (1): 65–73. doi:10.1021 / cn9000268. ISSN  1948-7193. PMC  2908422. PMID  20657706.
  4. ^ Wang, Changning; Eessalu, Thomas E .; Barth, Vanessa N .; Mitch, Charles H .; Wagner, Florence F .; Hong, Yijia; Neelamegam, Ramesh; Schroeder, Frederick A .; Holson, Edward B. (01.01.2013). „Návrh, syntéza a hodnocení molekulárních sond na bázi kyseliny hydroxamové pro zobrazování histon-deacetylázy (HDAC) v mozku in vivo“. American Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 4 (1): 29–38. PMC  3867727. PMID  24380043.
  5. ^ Seo, Young Jun; Muench, Lisa; Reid, Alicia; Chen, Jinzhu; Kang, Yeona; Hooker, Jacob M .; Volkow, Nora D .; Fowler, Joanna S .; Kim, Sung Won (2013-12-15). „Radionuklidové značení a hodnocení kandidátních radioligandů pro PET zobrazování histon-deacetylázy v mozku“. Dopisy o bioorganické a léčivé chemii. 23 (24): 6700–6705. doi:10.1016 / j.bmcl.2013.10.038. ISSN  1464-3405. PMC  4007514. PMID  24210501.
  6. ^ Kim, Sung Won; Hooker, Jacob M .; Otto, Nicola; Win, Khaing; Muench, Lisa; Shea, Colleen; Carter, Pauline; King, Payton; Reid, Alicia E. (01.10.2013). „Celotělová farmakokinetika inhibitorů HDAC, kyseliny máselné, kyseliny valproové a kyseliny 4-fenylmaslové, měřeno pomocí analogů značených uhlíkem-11 pomocí PET“. Nukleární medicína a biologie. 40 (7): 912–918. doi:10.1016 / j.nucmedbio.2013.06.007. ISSN  1872-9614. PMC  3769509. PMID  23906667.
  7. ^ Schroeder, Frederick A .; Chonde, Daniel B .; Riley, Misha M .; Moseley, Christian K .; Granda, Michael L .; Wilson, Colin M .; Wagner, Florence F .; Zhang, Yan-Ling; Gale, Jennifer (2013-08-29). „Zobrazování FDG-PET ukazuje, že místní využití glukózy v mozku je změněno inhibitory histonové deacetylázy třídy I“. Neurovědy Dopisy. 550: 119–124. doi:10.1016 / j.neulet.2013.06.016. ISSN  1872-7972. PMC  3750730. PMID  23810801.
  8. ^ Wang, Yajie; Zhang, Yan-Ling; Hennig, Krista; Gale, Jennifer P .; Hong, Yijia; Cha, Anna; Riley, Misha; Wagner, Florencie; Haggarty, Stephen J. (01.07.2013). „Zobrazování HDAC třídy I pomocí autoradiografie [(3) H] CI-994“. Epigenetika. 8 (7): 756–764. doi:10.4161 / epi.25202. ISSN  1559-2308. PMC  3781195. PMID  23803584.
  9. ^ Schroeder, Frederick A .; Lewis, Michael C .; Fass, Daniel M .; Wagner, Florence F .; Zhang, Yan-Ling; Hennig, Krista M .; Gale, Jennifer; Zhao, Wen-Ning; Reis, Surya (01.01.2013). „Selektivní inhibitor HDAC 1/2 moduluje expresi chromatinu a genů v mozku a mění chování myší ve dvou testech souvisejících s náladou“. PLOS One. 8 (8): e71323. Bibcode:2013PLoSO ... 871323S. doi:10.1371 / journal.pone.0071323. ISSN  1932-6203. PMC  3743770. PMID  23967191.
  10. ^ Seo, Young Jun; Kang, Yeona; Muench, Lisa; Reid, Alicia; Caesar, Shannon; Jean, Logan; Wagner, Florencie; Holson, Edward; Haggarty, Stephen J. (2014-07-16). „Syntéza řízená obrazem odhaluje silné inhibitory histon-deacetylázy propustné hematoencefalickou bariérou“. ACS Chemical Neuroscience. 5 (7): 588–596. doi:10.1021 / cn500021p. ISSN  1948-7193. PMC  4102966. PMID  24780082.
  11. ^ Wang, Changning; Schroeder, Frederick A .; Wey, Hsiao-Ying; Borra, Ronald; Wagner, Florence F .; Reis, Surya; Kim, Sung Won; Holson, Edward B .; Haggarty, Stephen J. (09.10.2014). „In vivo zobrazování histon-deacetyláz (HDAC) v centrálním nervovém systému a hlavních periferních orgánech“. Journal of Medicinal Chemistry. 57 (19): 7999–8009. doi:10.1021 / jm500872p. ISSN  1520-4804. PMC  4191584. PMID  25203558.
  12. ^ Schroeder, F. A .; Wang, C .; Van de Bittner, G. C .; Neelamegam, R .; Takakura, W. R .; Karunakaran, A .; Wey, H. Y .; Reis, S. A .; Gale, J. (2014-10-15). „PET zobrazování demonstruje zapojení cílové skupiny histon-deacetylázy a objasňuje průnik mozků známých a nových inhibitorů s malými molekulami u potkanů“. ACS Chemical Neuroscience. 5 (10): 1055–1062. doi:10.1021 / cn500162j. ISSN  1948-7193. PMC  4198064. PMID  25188794.
  13. ^ Wey, Hsiao-Ying; Wang, Changning; Schroeder, Frederick A .; Logan, Jean; Cena, Julie C .; Hooker, Jacob M. (2015-05-20). „Kinetická analýza a kvantifikace [¹¹] Martinostatu pro zobrazení mozku in vivo HDAC“. ACS Chemical Neuroscience. 6 (5): 708–715. doi:10.1021 / acschemneuro.5b00066. ISSN  1948-7193. PMC  4439341. PMID  25768025.
  14. ^ Strebl, Martin G .; Wang, Changning; Schroeder, Frederick A .; Placzek, Michael S .; Wey, Hsiao-Ying; Van de Bittner, Genevieve C .; Neelamegam, Ramesh; Hooker, Jacob M. (2016-05-18). „Vývoj fluorovaného HDAC radiotraceru třídy I odhaluje klíčové chemické determinanty průniku mozku“. ACS Chemical Neuroscience. 7 (5): 528–533. doi:10.1021 / acschemneuro.5b00297. ISSN  1948-7193. PMC  5784429. PMID  26675505.
  15. ^ Lee, Eunsung; Kamlet, Adam S .; Powers, David C .; Neumann, Constanze N .; Boursalian, Gregory B .; Furuya, Takeru; Choi, Daniel C .; Hooker, Jacob M .; Ritter, Tobias (04.11.2011). „Elektrofilní fluorační činidlo z fluoridů odvozené z pozdního stadia pro zobrazování PET“ (PDF). Věda. 334 (6056): 639–642. Bibcode:2011Sci ... 334..639L. doi:10.1126 / science.1212625. ISSN  1095-9203. PMC  3229297. PMID  22053044.
  16. ^ Neumann, Constanze N .; Hooker, Jacob M .; Ritter, Tobias (2016-06-16). "Koncentrovaná nukleofilní aromatická substituce s (19) F (-) a (18) F (-)". Příroda. 534 (7607): 369–373. Bibcode:2016Natur.534..369N. doi:10.1038 / příroda17667. ISSN  1476-4687. PMC  4911285. PMID  27281221.
  17. ^ Lee, Hong Geun; Milner, Phillip J .; Placzek, Michael S .; Buchwald, Stephen L .; Hooker, Jacob M. (2015-01-21). „Prakticky okamžitá kyanace [(11) C] při pokojové teplotě s použitím komplexů biarylfosfinu Pd (0)“. Journal of the American Chemical Society. 137 (2): 648–651. doi:10.1021 / ja512115s. ISSN  1520-5126. PMC  4394387. PMID  25565277.
  18. ^ Huang, Xiongyi; Liu, Wei; Ren, Hong; Neelamegam, Ramesh; Hooker, Jacob M .; Groves, John T. (2014-05-14). „Pozdní fáze fluorace benzylového C-H s [⁸⁸F] fluoridem pro zobrazování PET“. Journal of the American Chemical Society. 136 (19): 6842–6845. doi:10.1021 / ja5039819. ISSN  1520-5126. PMID  24766544.
  19. ^ Huang, Xiongyi; Liu, Wei; Hooker, Jacob M .; Groves, John T. (2015-04-20). „Cílená fluorace s fluoridovým iontem dekarboxylací katalyzovanou manganem“. Angewandte Chemie International Edition v angličtině. 54 (17): 5241–5245. doi:10.1002 / anie.201500399. ISSN  1521-3773. PMID  25736895.
  20. ^ Villien, Marjorie; Wey, Hsiao-Ying; Mandeville, Joseph B .; Catana, Ciprian; Polimeni, Jonathan R .; Sander, Christin Y .; Zürcher, Nicole R .; Chonde, Daniel B .; Fowler, Joanna S. (2014-10-15). „Dynamické funkční zobrazování využití glukózy v mozku pomocí fPET-FDG“. NeuroImage. 100: 192–199. doi:10.1016 / j.neuroimage.2014.06.025. ISSN  1095-9572. PMC  4224310. PMID  24936683.
  21. ^ Loggia, Marco L .; Chonde, Daniel B .; Akeju, Oluwaseun; Arabasz, Grae; Catana, Ciprian; Edwards, Robert R .; Hill, Elena; Hsu, Shirley; Izquierdo-Garcia, David (01.03.2015). „Důkazy aktivace gliových mozků u pacientů s chronickou bolestí“. Brain: Journal of Neurology. 138 (Pt 3): 604–615. doi:10.1093 / mozek / awu377. ISSN  1460-2156. PMC  4339770. PMID  25582579.
  22. ^ Halford, Bethany (2015). „Jacob Hooker: The Mind Mapper“. Chemické a technické novinky. 93 (27): 15. doi:10.1021 / cen-09327-cover5.