Elucidation of acute toxicity of drugs by real-time metabolome analysis and multivariate time-series analysis

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K10122
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 58040:Forensics medicine-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Zaitsu Kei 名古屋大学, 医学系研究科, 准教授 (30700546)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 林 由美 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 講師 (30632707) ; 井口 亮 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 主任研究員 (50547502)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: リアルタイム計測 / 生体医工学 / 脳計測 / 生体分析 / メタボローム解析 / 質量分析

Outline of Final Research Achievements

In this study, our research team have developed a real-time metabolome analytical technique using probe electrospray ionization tandem mass spectrometry (PESI/MS/MS) with time-series multivariate analyses. We optimized analytical conditions for real-time mass spectrometry, achieving successfully monitoring of 40 metabolites in a living mouse. Our research team has also developed a data pipeline using the R software, and this data pipeline can automatically execute bioinformatics analyses such as multivariate analysis. Moreover, we have developed a new approach using a state space model based on Bayesian statistical modeling for time-series data obtained from real-time monitoring. Finally, we applied this technique to a living mouse, demonstrating the practicality of our technique.

Free Research Field

生体医工学・生体分析・脳計測・メタボローム解析

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は生体内のメタボロームの変化を生きたマウスから直接検出する手法ならびに時系列データ解析を行う手法を開発したものである。生きたマウスのダイナミクスを直接観察する技術の開発は極めて独自性が高い。さらに、本研究で開発した時系列データ解析は、従来のマイクロダイアリシスなどを用いた細胞外神経伝達物質の挙動を理解するためにも応用可能であるため、学術的にも高い意義を有している。今後、本手法を脳疾患、特に認知症モデルマウスや精神疾患モデルマウスなどに応用することで、従来のアプローチとは異なる知見を得ることができると期待される。