放射線照射による生体分子の損傷解析と放射線治療効果モデルへの応用

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K07631
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 平野 祥之 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 准教授 (00423129)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 余語 克紀 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 助教 (30424823)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: DNAの放射線損傷 / ラマン分光

Outline of Annual Research Achievements

放射線照射によるDNAのラマンスペクトルの変化を測定してきたが、サンプルの調整法等によって、スペクトルが安定しなかった。また照射と非照射の比較を行うための規格化についても、先行研究を参考にして硝酸ナトリウムを添加して、そのピークを規格化に用いる等の工夫を行ったがこちらも安定しなかった。またラマン顕微鏡は共同利用施設の装置を利用していたが、故障により使用できなくなり、別の共同利用装置を利用することになった。新しい装置は励起波長を532nmと785nmで選択でき、蛍光が目立たない785nmを使用することにした。最後にDNAを凍結乾燥させて測定したところ、これまでより詳細なスペクトルが得られた。これによりピークの変動が確認しやすくなり、紫外線やCo-60によるガンマ線の照射による変動も確認できた。一方でこれまでは乾燥DNAを測定していたが、水溶液での測定や金粒子によるSERS基盤を用いた表面増強ラマンスペクトル測定等も実施した。前者については3000~3500cm-1に見られる水のラマンスペクトルを規格化に用いることで照射と非照射の比較が可能であるが、乾燥DNAに比べるとピークが広がりスペクトルの構造を見るのにあまり適していなかった。後者については、表面増強効果があまり見られなかったが、焦点位置等、測定手法に改善の余地があると考えている。一方で量子化学計算についても取り組み、ピークの帰属を特定するのに利用する予定である。申請者は、これまで量子化学の経験はないが、既存の計算ツールを利用し、比較的簡単な分子でDNAの構成要素であるアデニン等の塩基における、Co-60を2kGy照射のラマンスペクトルの変化と、量子化学計算によるラマンスペクトルの変化を比較しピークの帰属を特定した。しかし実験と計算のスペクトルは完全には一致せず、今後の課題として残った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

照射と非照射の比較を行うための規格化手法が確立できず、しばらく停滞していた。これまではvector normalizationを適用してきたが、微小な増減を確認するために有用であるかは十分検討する必要がある。またサンプル交換による対物レンズとの位置関係やサンプルの形状の変化等を補正することは難しいため、規格化は必要であるが、微小変化を検出できる安定した規格化は難しい。しかしピークのシフトについては、規格化手法に影響されないため、ピークシフトに注目して解析することにした。一方でDNAの量子化学計算を進めており、少数の塩基対をもつDNAについては安定構造の計算ができた。その構造におけるラマンスペクトルを計算し、ピークの帰属について特定することができる。

Strategy for Future Research Activity

規格化手法の確立に苦労したが、微小なピークの増減については解析が困難であると判断した。しかしサンプルを凍結乾燥させ、測定時間を長くすることで、十分な統計量をもったスペクトルを用いて照射および非照射のピークシフトについて解析する。これまでもスペクトルの変動は確認しているが、スペクトルの微分によるピークの検出、そのピーク位置に基づいた複数のVogit関数によるフィッティングによる、より詳細な解析を行うことでピークシフトや増減変化の検出を行う予定である。これにより紫外線やガンマ線等の線種によるDNAのラマンスペクトルの変化の違いを明らかにする。また量子化学計算と比較することで、損傷構造の予測を行う。

Causes of Carryover

解析手法を再検討したことで、放射線照射回数が予定より少なくなり、放射線照射の施設使用料を使うことができなかった。しかし解析手法を改めたため、次年度は、主に施設使用料とサンプルの購入および測定のためのサンプル調整料に充てる予定である。