Study on irradiation effect of terahertz free electron laser on amyloid fibrils

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K12483
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization (2021-2022); Tokyo University of Science (2020)
• Principal Investigator: Kawasaki Takayasu 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 特別技術専門職 (00363268)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 和裕 群馬大学, 大学院保健学研究科, 教授 (10327835) ; 入澤 明典 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 准教授 (90362756)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: アミロイド線維 / 自由電子レーザー / テラヘルツ / βシート / αヘリックス / アミロイドーシス / ジャイロトロン / サブミリ波

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study is to clarify the effects of infrared electromagnetic waves on amyloid fibrils. In 2020 and 2021, we found that THz-FEL tuned to 56 um can decrease beta-sheets and increase alpha-helices of lysozyme and beta2-microglobulin peptide. In 2022, it was appeared that a submillimeter wave at 720 um from gyrotron can promote the fibril formation of amyloid peptide. From this study, it can be expected that a combination of terahertz waves can produce a recycle system of biopolymers such as amyloid fibrils.

Free Research Field

生体物質科学、量子ビーム応用

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は高出力の赤外線を用いればアミロイド線維の構造を波長選択的に制御できることを世界で初めて示した。通常はケミカルな薬剤を用いてタンパク質の構造を制御するが、本研究では物理工学的手法を用いるため、環境に優しい技術である。波長の短いレーザーを用いれば線維構造を壊すため治療に応用できる。一方波長の長い遠赤外線を用いれば線維化を促進するので、微量なアミロイド線維の早期発見に有用である。将来、このような高出力赤外線が難病のアミロイドーシス疾患の治療と予防に役に立つことが期待される。