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Development of a device for amino acid analysis via an encompassing analysis of multiple disease states

Research Project

Project/Area Number 20K05237
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
Research InstitutionHiroshima City University

Principal Investigator

KUGIMIYA Akimitsu  広島市立大学, 情報科学研究科, 准教授 (50285433)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywordsアミノ酸 / アミノアシルtRNA合成酵素 / アミノグラム / 生体計測 / バイオセンサー / ペーパーマイクロ流路デバイス / ペーパーマイクロデバイス
Outline of Research at the Start

肝臓病、糖尿病、各種がんなどの病態において、血中のアミノ酸濃度バランスが健常な状態とは異なってくることが知られている。本研究の目的は、血液中のアミノ酸濃度を計測するための小型装置を開発することにより、そのアミノ酸の濃度パターンによって網羅的に複数の病気の診断を行うという画期的な手法を提案するものである。
本研究期間内においては3~5種類程度の複数のアミノ酸濃度を同時計測可能な「紙」を分離・反応媒体に用いるアミノ酸計測システムを開発することを目的とする。20種類のアミノ酸を識別するための酵素として、アミノアシルtRNA合成酵素を用い、呈色反応を行わせることで応答の評価を行う。

Outline of Final Research Achievements

Free amino acid contents in blood serum serve as an indicator of a disease state, such as cancers, hepatic diseases, and diabetes; hence, they are considered useful in clinical diagnostics. A one-step analysis method was developed for amino acids, valine, leucine, and isoleucine, using a microfluidic paper-based analytical device fabricated from chromatography filtration paper and laminate films. Aminoacyl-tRNA synthetase was used to detect each amino acid. The obtained laminated paper-based analytical device (LPAD) contained four enzymatic reaction areas. Colorimetric detection was performed based on the molybdenum blue reaction.
The method provided a selective quantification at the ranges of several micromolar to 100 uM for valine, leucine, and isoleucine, respectively. LPAD fabrication was considerably simple, and the subsequent detection process was easy and required a short period of time (within 15 min).

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では生体の栄養状態などを評価するのに有用なアミノ酸であるバリン、ロイシン、イソロイシンをそれぞれ計測可能な、紙で評価を行うペーパーデバイスの開発に成功した。計測可能な各アミノ酸の濃度範囲について、血液中のアミノ酸濃度の範囲を満たすこともできた。血液中の各アミノ酸濃度を個別に計測することによって、がんや肝臓病、糖尿病などの各種病態の診断が可能であることが知られており、本研究で得られた方法を他のアミノ酸にも適用することで、将来的には様々な病態が家庭において簡易に計測できる可能性がある。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Highly Sensitive Colorimetric Detection of Histidine Using Histidyl-tRNA Synthetase as the Bioreceptor2023

    • Author(s)
      Kugimiya Akimitsu、Kawamura Akari、Kohda Jiro、Nakano Yasuhisa、Takano Yu
    • Journal Title

      Biomedical Materials & Devices

      Volume: - Issue: 2 Pages: 1022-1027

    • DOI

      10.1007/s44174-023-00075-y

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of a one-step analysis method for several amino acids using a microfluidic paper-based analytical device2022

    • Author(s)
      Kugimiya Akimitsu、Wakimoto Sho、Kohda Jiro、Nakano Yasuhisa、Takano Yu
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-022-07408-9

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 網羅的に病態の診断が可能なアミノ酸計測用小型装置の開発2021

    • Author(s)
      釘宮章光
    • Journal Title

      Precision Medicine

      Volume: 4 Pages: 55-59

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 酵素法を用いるアミノ酸分析法の開発とアミノ酸分析用ペーパーデバイスへの応用2022

    • Author(s)
      河村星・釘宮章光
    • Organizer
      日本分析化学会 第82回分析化学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 酵素法によるロイシン濃度の高感度計測のための反応条件の検討2022

    • Author(s)
      浅野明・釘宮章光
    • Organizer
      日本分析化学会 第83回分析化学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] USBカメラによるペーパーマイクロ流路デバイスの比色検出2022

    • Author(s)
      兼定諒・釘宮章光
    • Organizer
      日本分析化学会 第83回分析化学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] A one-step analysis method for several amino acids using a microfluidic paper-based analytical device2022

    • Author(s)
      Akimitsu Kugimiya, Sho Wakimoto, Yuya Okamura
    • Organizer
      International Symposium on Medicinal Chemistry (EFMC-ISMC 2022) (Nice, France)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spectrophotometric method for the determination of histidine using histidyl-tRNA synthetase; examination of enzymatic reaction conditions2022

    • Author(s)
      Akari Kawamura, Akimitsu Kugimiya
    • Organizer
      International Symposium on Medicinal Chemistry (EFMC-ISMC 2022) (Nice, France)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 複数のアミノ酸を同時分析可能なペーパーデバイスの開発2022

    • Author(s)
      河村星・釘宮章光
    • Organizer
      日本化学会 第102春季年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 病気の診断に用いるアミノ酸計測用バイオセンサーの開発2021

    • Author(s)
      河村星・釘宮章光
    • Organizer
      第44回日本生体医工学会中国四国支部大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 4種類のアミノ酸を同時分析可能なペーパーデバイスの開発2020

    • Author(s)
      釘宮章光・脇本聖・香田次郎・中野靖久・鷹野優
    • Organizer
      日本化学会 第14回バイオ関連化学シンポジウム(オンライン)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Remarks] 広島市立大学 バイオ情報学研究室

    • URL

      http://www.bio.info.hiroshima-cu.ac.jp/

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] 広島市立大学 バイオ情報学研究室

    • URL

      http://www.bio.info.hiroshima-cu.ac.jp/

    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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