2021 Fiscal Year Research-status Report
Non-invasive monitoring of intra-brain drug concentration using near-infrared spectroscopy (chemical NIRS)
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21K19320
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
田代 学 東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 教授 (00333477)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久保 均 福島県立医科大学, 保健科学部, 教授 (00325292)
石川 大太郎 福島大学, 食農学類, 准教授 (20610869)
藤井 智幸 東北大学, 農学研究科, 教授 (40228953)
渡部 浩司 東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 教授 (40280820)
松原 佳亮 秋田県立循環器・脳脊髄センター(研究所), 放射線医学研究部, 主任研究員 (40588430)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | 近赤外線分光法（NIRS） / 赤外線分光法（FT-IR） / 核磁気共鳴分光法（MRS） / 薬物濃度 / ジフェンヒドラミン / アセトアミノフェン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、核磁気共鳴スペクトロスコピー(MRS)を用いて実施したヒト脳内の薬物濃度測定に関する過去の研究課題（基盤研究B)を、さらに高感度が期待できる近赤外線スペクトロスコピー(NIRS)を用いて実施することを目指している。赤外線を用いた測定法はフーリエ変換赤外線スペクトロスコピー(FT-IR)法として既に確立されているが、そのおもな測定波長域はwavenumber 500～4000 cm-1 (wavelength 2500～20000 nm)である。本研究では、その近傍の近赤外域(NIR)と呼ばれる組織透過性が高い波長域であるwavenumber 10000～14500 cm-1 (wavelength 690～1000 nm)を用いて同様の測定を行うことを目指しており（chemical NIRS法）、その実現性を挑戦的に検証していく。
これまでの調査により、ヒトを対象としたNIRS脳血流測定法がすでに臨床応用されていることを確認した。これは異なるNIRの波長を用いて組織中の酸素化ヘモグロビン(oxy-Hb)と還元ヘモグロビン(deoxy-Hb)の濃度を測定して、脳血流の変化を推定する方法である。これと類似の測定を様々な脳内薬物の測定できれば画期的であるが、脳内薬物濃度測定を目的としたNIRS法自体はコンセプト自体が斬新なため、今年度は主に文献調査と測定方法の吟味を進めた。調査の結果、同じ薬物をMRSとFT-IRの両方で比較した正式な論文は確認できないことから、その技術的難易度も高いと推測された。
これと並行して、測定の具体的な計画の検討を進めた。具体的な測定方針の立案に若干時間を要したが、現在は実際の測定の準備を進めている。また、得られた測定結果の波形データのノイズ除去なども重要な点と考えられたことから、ノイズ除去も目的に加えたAI解析のためのワークステーションの準備も進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
本研究では、以前、核磁気共鳴スペクトロスコピー(MRS)を用いて実施したヒト脳内の薬物濃度測定課題（基盤研究B)を、さらに高感度が期待できる近赤外線スペクトロスコピー(NIRS)を用いて実施することを目指している。ヒトを対象としたNIRS測定と同様の測定を様々な薬物で実施することを目指しているが、NIRSを用いた脳内薬物濃度測定はコンセプト自体が斬新であり、きわめて挑戦的でもあるため、今年度は、文献を用いた検討を進めたがそれに時間がかかってしまった。調査と検討の結果、その技術的難易度が高いことがあらためて推測された。
本研究では、以前MRS測定で用いたサンプルをNIRSで再測定するところから評価を開始する方針となった。しかしながら、そのサンプルの調整に時間がかかっており、年度内の測定に進むことはできなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、実施済みの核磁気共鳴スペクトロスコピー（MRS）で行ったヒト脳内薬物濃度評価を高感度の近赤外線スペクトロスコピー（NIRS）を用いて測定することを目指している。以前のMRS研究では、MRSの測定感度が若干不足したが、NIRSのほうが高感度であると期待されている。ヒトを対象としたNIRS測定では、組織中の酸素化ヘモグロビン(oxy-Hb)と還元ヘモグロビン(deoxy-Hb)の濃度をNIRS測定する手法がすでに臨床応用されており、両Hbの割合から脳血流の変化を推定する方法として確立されている。同様の測定を様々な脳内に分布した薬物で実施できれば世界に貢献できると期待されており、以下のような測定方針を分担者間で再確認し、現在は実際の測定の準備を進めている。
１）検出物質(消炎鎮痛解熱薬のacetaminophenおよび抗ヒスタミン薬のdiphenhydramine)の原末のFT-IRおよびNIRを実施。
２）上記の検出物質(acetaminophenとdiphenhydramine)の水溶液のFT-IRおよびNIRを実施。
３）検出物質(acetaminophenとdiphenhydramine)の水溶液にヒト脳組織の組成に近くなるように多様な物質を溶解した溶液および半固形にしたサンプルのFT-IRおよびNIRを実施。測定結果もMRSの結果とも比較検討。
４）AI解析も駆使しして、得られた波形データから物質の特定が可能かどうかを検証。
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| Causes of Carryover |
本研究では、以前、核磁気共鳴スペクトロスコピー(MRS)を用いて実施したヒト脳内の薬物濃度測定を相対的に高感度が期待できる近赤外線スペクトロスコピー(NIRS)を用いて実施することを目指している。ヒトを対象としたNIRS測定と同様の測定を様々な薬物で実施することを目指しているが、NIRSを用いた脳内薬物濃度測定はコンセプト自体が斬新なため、今年度は、文献を用いた検討を進めたがそれに時間がかかってしまった。
本研究では、以前MRS測定で用いたサンプルをNIRSで再測定するところから評価を開始する方針となった。しかしながら、そのサンプルの調整に時間がかかっており、年度内の測定に至ることはできなかった。
今後の使用計画としては、今後の研究の推進方策で提案している１)～３)の測定にかかる消耗品や人件費などの支出に充てる計画である。
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Research Products
(2 results)
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[Journal Article] 18F-THK5351 Positron Emission Tomography Imaging in Neurodegenerative Tauopathies.2021
Author(s)
Ezura M, Kikuchi A, Okamura N, Ishiki A, Hasegawa T, Harada R, Watanuki S, Funaki Y, Hiraoka K, Baba T, Sugeno N, Yoshida S, Kobayashi J, Kobayashi M, Tano O, Ishiyama S, Nakamura T, Nakashima I, Mugikura S, Iwata R, Taki Y, Furukawa K, Arai H, Furumoto S, Tashiro M, Yanai K, Kudo Y, Takeda A, Aoki M.
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Journal Title
Front Aging Neurosci.
Volume: 13
Pages: 761010
DOI
Peer Reviewed
