| Project/Area Number |
20K06984
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 47020:Pharmaceutical analytical chemistry and physicochemistry-related
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| Research Institution | Tohoku Medical and Pharmaceutical University |
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Principal Investigator |
佐藤 勝彦 東北医科薬科大学, 薬学部, 准教授 (80400266)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | ナノポア / イオン電流 / TDM / ニトロキシルラジカル / フェニルボロン酸 / バンコマイシン / 電気化学センサー |
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| Outline of Research at the Start |
先端径がナノメートルサイズのナノポアピペットに有機機能性分子を化学修飾することで薬剤のセンシングを行う。国内外でナノポアを利用したセンシングに関する研究が行われているが、分子認識素子には抗体や酵素およびチャネルタンパク質などの生体試料が利用されており機能性を持つ有機分子に着目した研究は少ない。ナノポア計測において、どの機能性分子や修飾界面と薬剤が結合および化学反応することで、どのようなイオン電流変化が起こるかを明らかにし、個々の薬剤に対して最適な検出システムの基礎を確立することを目的に実験を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
先端径がナノメートルサイズのナノポアピペットに種々の化学修飾を行い、イオン電流変化を指標とした医薬品センシングシステムを確立することを目的に研究を行った。イオン電流を指標とする計測は、ピペット先端の電荷状態および物理的変化を鋭敏にとらえ電気化学信号に変換することができる。生体試料中のTDM対象薬剤をELISAやLC-MSを用いることなく、リアルタイムで高感度に定量可能とする。本年度は下記について研究を行った。
分子認識機構として、フェニルボロン（PBA）酸誘導体をバンコマイシン（VCM）のナノポア計測に応用することを検討した。ナノポアピペットに金皮膜を被覆し、PBAをSAM結合により固定化し、VCMのナノポア計測を行った。その結果、0.01-1 mMの範囲においてVCM濃度依存的なイオン電流応答が見られ、イオン電流計測に成功した。ジオール構造を有する医薬品は多種存在する。この方法を応用することによりVCMだけでなく重大な副作用が懸念される薬剤の簡便で迅速なその場定量が可能となると考えられる。
また、合成高分子をナノポア先端に修飾することでナノメートルサイズのpHセンサーを作製し、この高分子膜表面に酵素反応を組み合わせることで、酵素反応に由来するpH変化から基質濃度を測定することを検討した。前年度の研究結果では酵素の固定化方法は、糖鎖-レクチン結合を利用したLbL法による修飾が最も有効であった。しかし、実際にナノポア表面に酵素修飾しイオン電流計測を試みた結果、再現性に乏しく、ナノポア微小空間へのこのような修飾操作が困難であることが分かった。現在は、電解重合法による酵素の固定化を検討している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
フェニルボロン酸誘導体を利用したイオン電流計測については、測定は終了し論文執筆中である。別に、ニトロキシルラジカル誘導体をナノポア計測に応用することを検討している。一般的なニトロキシルラジカル触媒であるTEMPOは生理条件下において反応性が乏しいため、ビシクロ骨格を利用した高活性なニトロキシルラジカル触媒の開発を行った。種々の薬剤や生体試料に対する反応性を評価し、すでに電気化学的なスクリーニングは完了している。現在は、ナノポアガラス基板上面への固定化、および安定した触媒反応を得るための誘導体の分子デザインおよび有機合成を行っている。
ナノポア表面のpH状態の評価法を確立したので、次に酵素反応を組み合わせることを検討している。モデル酵素としてグルコースオキシダーゼを用いていて、交互累積膜法によりナノポアピペットへの固定化を行ったが、イオン電流計測の再現性がとれなかった。現在は、アミノフェノール誘導体の電解重合による酵素の固定化を検討している。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に引き続き、ナノポアピペット表面への酵素の効果的な固定化方法の確立と、実際にルコースオキシダーゼを修飾してナノメートルスケールのグルコースセンサーを作製する。この知見をもとに種々の酵素（ペニシリンオキシダーゼやコリンオキシダーゼ）に応用する。また、新たに合成した、ニトロキシルラジカル誘導体を用いてナノポアセンシングを試みる。水酸基および、2級（3級）アミンを有する薬剤を対象とする。
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Report
(3 results)
Research Products
(9 results)
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[Journal Article] Catalysis of electro-oxidation of antibiotics by nitroxyl radicals and the electrochemical sensing of vancomycin2021
Author(s)
Tetsuya Ono , Kyoko Sugiyama, Sachiko Komatsu, Masayuki Kumano, Kentaro Yoshida , Takenori Dairaku , Tsutomu Fujimura, Yusuke Sasano b, Yoshiharu Iwabuchi , Yoshitomo Kashiwagi , Katsuhiko Sato
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Journal Title
RSC Advances
Volume: 11
Issue: 35
Pages: 21622-21628
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Electrochemical Evaluation of Nitroxyl Radical Catalysts and Electrochemical Detection of Cyclosporin A2021
Author(s)
Sachiko Komatsu, Yusuke Sasano, Kyoko Sugiyama, Kazuhiro Watanabe, Masayuki Kumano, Kentaro Yoshida, Tetsuya Ono, Yoshiharu Iwabuchi, Tsutomu Fujimura, Katsuhiko Sato, Yoshitomo Kashiwagi
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Journal Title
International Journal of Electrochemical Science
Volume: 16
Issue: 2
Pages: 1-9
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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