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Development of analytical method of radiocarbon based on laser spectroscopy for analysis of metabolites in living organisms

Research Project

Project/Area Number 18H03469
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 80040:Quantum beam science-related
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

Tomita Hideki  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (20432239)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 古川 高子  名古屋大学, 医学系研究科(保健), 教授 (00221557)
山本 誠一  名古屋大学, 医学系研究科(保健), 教授 (00290768)
寺林 稜平  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (10870272)
SONNENSCH Volker  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80813261)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2018: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
Keywords放射性炭素同位体 / レーザー分光 / 同位体標識 / 代謝物分析 / 代謝イメージング
Outline of Final Research Achievements

An analytical method of radiocarbon based on cavity ring-down spectroscopy was developed for metabolites analysis. Suppression of baseline fluctuations by modulating the optical path length and separation/concentration of sample gas (carbon dioxide) by adopting adsorption columns were developed to improve the sensitivity of C-14 quantitative analysis. Using those techniques, C-14 analysis in samples fractionated by high-performance liquid chromatography was demonstrated. In addition, a La-GPS scintillator-based imaging detector was developed for in vitro metabolite distribution measurements. Imaging of bremsstrahlung caused by β-particles emitted from C-14 as well as tritium was demonstrated by using the detector. In vivo imaging of a mouse to detect the X-rays from a 14C solution orally administered was successfully demonstrated.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、生体内での物質動態を「定量的」に評価するためのレーザー吸収分光に基づく14C分析手法の高感度化が実現できた。高速液体クロマトグラフィーと本14C分析法を組み合わせることで代謝物プロファイル測定が実現できれば、創薬における薬物動態評価、生体内代謝メカニズムの解明や、さらに臨床現場にて応用されれば個別化治療を実現するための診断手法となりうると期待される。また、β粒子に起因する制動X線イメージングにより、体外からの14Cと3Hの分布を測定できる可能性が示された。

Report

(4 results)
  • 2021 Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (36 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 3 results) Presentation (29 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 6 results)

  • [Journal Article] In-vivo imaging of a mouse by detecting bremsstrahlung X-rays from 14C using a La-GPS imaging system2022

    • Author(s)
      Yamamoto Seiichi、Tomita Hideki、Terabayashi Ryohei、Yoshida Kenji、Nakanishi Kouhei、Furukawa Takako、Kamada Kei、Yoshikawa Akira
    • Journal Title

      Journal of Nuclear Science and Technology

      Volume: 59 Issue: 11 Pages: 1436-1447

    • DOI

      10.1080/00223131.2022.2050319

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    • Author(s)
      Yamamoto Seiichi、Tomita Hideki
    • Journal Title

      Applied Radiation and Isotopes

      Volume: 168 Pages: 109527-109527

    • DOI

      10.1016/j.apradiso.2020.109527

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    • Author(s)
      Terabayashi Ryohei、Saito Keisuke、Sonnenschein Volker、Okuyama Yuki、Iguchi Testuo、Yamanaka Masahito、Nishizawa Norihiko、Yoshida Kenji、Ninomiya Shinichi、Tomita Hideki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59 Issue: 9 Pages: 092007-092007

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abb20e

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    • Author(s)
      Yamamoto S.、Nakanishi K.、Furukawa T.、Tomita H.、Kamada K.、Yoshikawa A.
    • Journal Title

      Journal of Instrumentation

      Volume: 15 Issue: 04 Pages: P04006-P04006

    • DOI

      10.1088/1748-0221/15/04/p04006

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      Seiichi Yamamoto, Kouhei Nakanishi, Takako Furukawa and Hideki Tomita
    • Journal Title

      Biomedical Physics & Engineering Express

      Volume: 5 Issue: 3 Pages: 035024-035024

    • DOI

      10.1088/2057-1976/ab12bd

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    • Journal Title

      JPS conference proceedings

      Volume: 24 Pages: 011024-011024

    • DOI

      10.7566/jpscp.24.011024

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      Volker Sonnenschein, Ryohei Terabayashi, Hideki Tomita, Shusuke Kato, Noriyoshi Hayashi, Shin Takeda, Lei Jin, Masahito Yamanaka, Norihiko Nishizawa, Atsushi Sato, Kenji Yoshida, Tetsuo Iguchi
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 124 Issue: 3 Pages: 033101-033101

    • DOI

      10.1063/1.5041015

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      富田 英生、奥山 雄貴、岩元 一輝、齊藤 圭亮、寺林 稜平、Volker Sonnenschein、吉田賢二、二宮真一、山本 誠一、古川 高子
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  • [Presentation] キャビティリングダウン分光による放射性炭素分析法のための試料導入システムの開発2020

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      奥山雄貴、齊藤圭亮、寺林稜平、Volker Sonnenschein、川嶋悠太、池原辰弥、真野和音、古宮哲夫、神谷直浩、吉田賢二、二宮真一、富田英生
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      齊藤 圭亮, 寺林 稜平, Volker Sonnenschein, 奥山 雄貴, 富田 英生,吉田 賢二, 二宮 真一,真野 和音, 池原 辰也, 川嶋 悠太, 古宮 哲夫, 神谷 直浩
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  • [Presentation] 中赤外レーザー分光による放射性炭素分析法のための試料導入システムの開発2020

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      奥山雄貴、齊藤圭亮、寺林稜平、Volker Sonnenschein、川嶋悠太、池原辰弥、真野和音、古宮哲夫、神谷直浩、吉田賢二、二宮真一、富田英生
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      寺林 稜平, 齊藤 圭亮, Volker Sonnenschein, 奥山 雄貴, 富田 英生, 仲田(狩野) 麻奈, 山中 真仁, 西澤 典彦, 吉田 賢二, 二宮 真一, 川嶋 悠太, 真野 和音, 池原 辰弥, 古宮 哲夫, 神谷 直浩, 井口 哲夫
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      山本誠一、中西恒平、古川高子、富田英生
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  • [Presentation] In-vivo imaging of bremsstrahlung X-ray from C-14 radionuclide using a high resolution LaGPS radiation imaging system2019

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      Seiichi Yamamoto, Hideki Tomita, Ryohei Terabayashi, Kenji Yoshida, Kouhei Nakanishi, Takako Furukawa, Kei Kamada and Akira Yoshikawa
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      富田 英生, Volker Sonnenschein, 寺林 稜平, 齊藤 圭亮, 山中 真仁, 西澤 典彦, 井口 哲夫, 吉田 賢二, 二宮 真一, 神谷 直浩
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      Tetsuo Iguchi, Ryohei Terabayashi, Volker Sonnenschein, Hideki Tomita, Keisuke Saito, Masahito Yamanaka, Norihiko Nishizawa, Kenji Yoshida, Naohiro Kamiya
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      International Topical Workshop on Fukushima Decommissioning Research
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  • [Presentation] Development of Radiocarbon Analysis System with Mid-Infrared Cavity Ring-down Spectroscopy for biological and environmental tracer applications2019

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      Ryohei Terabayashi, Volker Sonnenschein, Hideki Tomita, Keisuke Saito, Shusuke Kato, Shin Takeda, Masahito Yamanaka, Norihiko Nishizawa, Mana Kano-Nakata, Kenji Yoshida, Naohiro Kamiya, Seiichi Yamamoto, Takako Furukawa, Tetsuo Iguchi
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  • [Presentation] Biological Tracer Application of Radiocarbon Analysis System with Mid-Infrared Laser Absorption Spectroscopy2019

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      寺林 稜平, Volker Sonnenschein, 富田 英生, 齊藤 圭亮, 奥山 雄貴, 山中 真仁, 西澤 典彦, 仲田(狩野) 麻奈, 吉田 賢二, 二宮 真一, 山本 誠一, 古川 高子
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      齊藤 圭亮, 寺林 稜平, Volker Sonnenschein, 富田 英生, 吉田 賢二, 真野 和音, 池原 辰弥, 古宮 哲夫, 神谷 直浩, 井口 哲夫
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      寺林 稜平, Volker Sonnenschein, 富田 英生, 仲田(狩野) 麻奈, 加藤 修介, 武田 晨, 齊藤 圭亮, 山中 真仁, 西澤 典彦, 吉田 賢二, 神谷 直浩, 井口 哲夫
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      寺林 稜平, Volker Sonnenschein, 富田 英生, 仲田(狩野) 麻奈, 加藤 修介, 武田 晨, 金 磊, 山中 真仁, 西澤 典彦, 齊藤 圭亮 , 吉田賢二, 井口 哲夫
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      加藤 修介, Volker Sonnenschein,寺林 稜平, 武田 晨, 富田 英生, 金 磊, 山中 真仁,西澤 典彦, 吉田 賢二, 齋藤 圭亮, 井口 哲夫
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      武田 晨,寺林 稜平,Volker Sonnenschein,加藤 修介,富田 英生,西澤 典彦,吉田 賢二,井口 哲夫
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  • [Presentation] Mid Infrared Cavity Ring-Down Spectroscopy for Radiocarbon Analysis toward Medical Applications2018

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Published: 2018-04-23   Modified: 2024-12-25  

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