安定同位体自然存在度分析を用いた代謝モニタリング法の開発

Research Project

Project/Area Number	22K19726
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 59:Sports sciences, physical education, health sciences, and related fields
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	山田桂太東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (70323780)
Project Period (FY)	2022-06-30 – 2024-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000) Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000) Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords	安定同位体自然存在度分析 / 呼気分析 / 非侵襲代謝モニタリング / 安定同位体分析
Outline of Research at the Start	健康科学・医科学分野において呼気に含まれる代謝有機分子の濃度分析は、代謝状態把握や疾患検知に対する非侵襲的な方法を提供する可能性から非常に注目されている。しかし、代謝有機分子の濃度変化には大きな個人差があることから、未だ方法開発に成功していない。本研究では、従来の濃度分析とは違い、個人差がなく、代謝経路の情報を得ることが出来る安定同位体自然存在度分析を呼気中代謝有機分子に適用することで、非侵襲的に代謝状態をモニタリングする方法の開発に挑戦する。
Outline of Annual Research Achievements	呼気に含まれる代謝有機分子の濃度分析は、血糖や血中脂質などの代謝状態を簡便かつ非侵襲的にモニタリングする方法を提供する可能性から、健康科学・医科学分野において注目されている。しかし、代謝有機分子の濃度変化と代謝状態変化の間には明確な関連性は見出されておらず、呼気を用いた非侵襲代謝モニタリング法の開発は行き詰った状態にある。そこで本研究では、従来地球化学分野で利用されてきた、環境中の有機分子の起源物質や反応経路の変化をモニタリングすることができる安定同位体自然存在度分析を呼気中の有機分子に適用することで、新しい切り口で非侵襲的代謝モニタリング法を開発することを目的とした。具体的には、呼気アセトン・イソプレンの安定同位体自然存在度分析を実現し、血糖および血中脂質の変化等をモニタリングする方法の開発に取り組んだ。マイクロ固相抽出法とガスクロマトグラフィー・同位体質量分析法を組み合わせた方法を使用して、バイアル瓶に捕集した呼気100ccに含まれるアセトン・イソプレンの安定同位体自然存在度分析法を確立することが出来た。確立した方法を3名の被験者に適用し、モニタリング実験を実施した。モニタリング期間中、研究対象者の上腕部に血糖値モニターを装着し、血糖値をモニターした。呼気中アセトン濃度の変化と血糖値の変化の間に相関はなく、アセトン濃度変化が血糖値変化のプラキシーとはならないことが確かめられた。安定炭素同位体組成の変化と血糖値変化との間にも明確な相関は認められなかった。アセトン濃度と安定同位体組成の間には弱い相関がみられた。アセトン濃度が高くなった時、主に脂質が利用され、逆にアセトン濃度が低くなった時、主に糖が利用されるという仮説に従った関係が観測できたが、安定同位体組成変化が糖・脂質の利用割合のみによって決定されているわけではないことが分かった。