生体内代謝物解析のためのレーザー分光に基づく放射性炭素同位体分析法の開発

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H03469
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 富田 英生 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) ; SONNENSCH Volker 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80813261) ; 山本 誠一 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 教授 (00290768)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 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

Outline of Annual Research Achievements

A. ヒトホット試験および代謝物分析に向けたキャビティーリングダウン分光法（CRDS）に基づく放射性炭素（C-14）分析法の高感度化と代謝物分析法の開発
CRDSで取得する吸収スペクトルにおけるバックグラウンド変動が14C分析の感度を制限する一因となっていた。バックグラウンド変動のうち、CRDSシステムに使用している光学部品（レンズ・ミラー）からのわずかな反射によって引き起こされるエタロン効果を効率的に抑制する手法を考案し、その有用性を明らかにした。また、代謝物の定量分析に向けて、少量の試料での分析を実現することが求められるため、炭素含有試料の燃焼酸化によって生成されたCO2の分離とCRDSへの導入法の開発を行い、信号強度の改善を確認した。

B. 代謝イメージングのための２重同位体標識薬剤の開発
２重標識薬剤候補について検討を行った。特に、体外からの代謝物分布測定を念頭におき、C-14から放出されるβ粒子を用いたイメージング法を開発した。本手法はトリチウムに対しても適用できる可能性があるため、C-14とH-3の標識が有用となる可能性が示された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の予想に反し、バックグラウンド変動の抑制法に関する新たな知見が得られたため、その研究を優先することとしたため、当初計画からは若干の遅れが生じた。代謝物分析に向けた少量の試料に対する前処理・試料導入法の検討は計画通りでの進捗であった。標識薬剤の検討に着手し、体外からのイメージング法の開発が進んでおり、概ね計画通りであった。

Strategy for Future Research Activity

14C-CRDSを高感度化するいくつかの方策について、並行して研究を進める。また、代謝物分析には試料の前処理および導入法の開発も不可欠であるため、クロマトグラフィー装置とのカップリングを念頭に要素技術の研究を進める予定である。また代謝物分析については、C-14からのβ線起因制動X線イメージングを実証できたことから、その有用性を評価することなどを実施する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Background Noise Reduction in Mid-Infrared Cavity Ring-Down Spectroscopy for Radiocarbon Analysis (2019)
  • Author(s): Ryohei Terabayashi, Volker Sonnenschein, Hideki Tomita, Noriyoshi Hayashi, Shusuke Kato, Shin Takeda, Lei Jin, Masahito Yamanaka, Norihiko Nishizawa, Atsushi Sato, Kohei Nozawa, Kenji Yoshida and Tetsuo Iguchi
  • Journal Title: JPS Conf. Proceedings Volume: 24 Pages: 011024
  • DOI: 10.7566/JPSCP.24.011024
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A cavity ring-down spectrometer for study of biomedical radiocarbon-labeled samples (2018)
  • Author(s): V. Sonnenschein, R. Terabayashi, H. Tomita, S. Kato, N. Hayashi, S. Takeda, L. Jin, M. Yamanaka, N. Nishizawa, A. Sato, K. Yoshida, and T. Iguchi
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 124 Pages: 033101～033101
  • DOI: 10.1063/1.5041015
  • Peer Reviewed
• [Presentation] レーザー共鳴イオン化および吸収分光と用いた微量放射性核種分析法の開発 (2019)
  • Author(s): 富田 英生
  • Organizer: 日本原子力学会2019年春の大会
  • Invited
• [Presentation] 生体・環境トレーサー応用のための中赤外キャビティリングダウン分光に基づく放射性炭素分析システムの開発 (2019)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 中赤外レーザー分光に基づく放射性炭素分析の生体トレーサー応用に向けた研究 (2019)
  • Author(s): 寺林 稜平, Volker Sonnenschein, 富田 英生, 加藤 修介, 武田 晨, 齊藤 圭亮, 仲田（狩野） 麻奈, 山中 真仁, 西澤 典彦, 吉田 賢二, 神谷 直浩, 井口 哲夫
  • Organizer: 第33回KEK研究会「放射線検出器とその応用」
• [Presentation] レーザー分光法を用いた高感度放射性核種分析 (2018)
  • Author(s): 富田英生
  • Organizer: 早稲田大学・東京都市大学 共同原子力専攻 第15回未来エネルギーシンポジウム 「放射線計測の最前線」
  • Invited
• [Presentation] 生体・環境中トレーサー応用に向けた中赤外キャビティーリングダウン分光に基づくC-14分析法の開発 (2018)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本原子力学会2018年秋の大会
• [Presentation] キャビティーリングダウン分光に基づく放射性炭素同位体分析システムの開発（5） (2018)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 中赤外キャビティリングダウン分光におけるバックグラウンドノイズの低減 (2018)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 中赤外キャビティーリングダウン分光に基づく微量ガス分析法の開発 (2018)
  • Author(s): 富田英生, Volker Sonnenschein, 寺林稜平, 加藤修介, 武田晨, 齊藤圭亮, 山中真仁, 西澤典彦, 井口哲夫, 吉田賢二
  • Organizer: Post-ASLIBS2017 International Symposium 第5回 先端計測技術の応用展開に関するシンポジウム Fifth symposium on applications of advanced measurement technologies (SAAMT2018)
  • Invited
• [Presentation] Mid Infrared Cavity Ring-Down Spectroscopy for Radiocarbon Analysis toward Medical Applications (2018)
  • Author(s): Ryohei Terabayashi, Volker Sonnenschein, Hideki Tomita, Noriyoshi Hayashi, Shusuke Kato, Shin Takeda, Lei Jin, Masahito Yamanaka, Norihiko Nishizawa, Atsushi Sato, Kenji Yoshida, Kohei Nozawa, Tetsuo Iguchi
  • Organizer: 7th Advanced Lasers and Photon Sources (ALPS2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Novel Method of Radiocarbon Detection based on Mid-Infrared Cavity Ring-Down Spectroscopy (2018)
  • Author(s): Ryohei Terabayashi ,Volker Sonnenschein,Hideki Tomita,Shusuke Kato, Shin Takeda, Keisuke Saito, Masahito Yamanaka, Norihiko Nishizawa, Kenji Yoshida, Lei Jin, Tetsuo Iguchi
  • Organizer: Fukushima Research Conference on Development of Analytical Techniques in Waste Management 2018 (FRCWM2018)
  • Int'l Joint Research