2023 Fiscal Year Final Research Report

Non-invasive monitoring of intra-brain drug concentration using near-infrared spectroscopy (chemical NIRS)

Research Project

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Project/Area Number	21K19320
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 47:Pharmaceutical sciences and related fields
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	Manabu Tashiro 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)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	久保均福島県立医科大学, 保健科学部, 教授 (00325292) 石川大太郎東北大学, 農学研究科, 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) 松原佳亮秋田県立大学, システム科学技術学部, 准教授 (40588430)
Project Period (FY)	2021-07-09 – 2024-03-31
Keywords	近赤外線分光計（NIRS） / アセトアミノフェン / ジフェンヒドラミン / 脳内薬物濃度 / ケミカルNIRS
Outline of Final Research Achievements	This research project aimed development of "chemical NIRS" technique, a new technique for non-invasive measurement of intra-cerebral concentrations of orally-administered drugs (e.g. acetaminophen and diphenhydramine) and the presence of beta-amyloid observed in the brain of elderly people, using near-infrared spectroscopy (NIRS) technique. We tried to detect signals associated with the presence and concentration of the above-mentioned drugs/substances in melt in fluids such as water and saline solutions with/without proteins. The results indicated that, under some limitation, NIRS system can detect signals specific to intra-cerebral concentrations of acetaminophen, diphenhydramine and beta-amyloid, with the aid of machine-learning technique. But there is a limitation because not all drugs/substances have clear signals within the wavelength suitable for non-invasive extracorporeal measurement (approximately 700～1000 nm).
Free Research Field	核医学、臨床薬理学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究の研究手法の学術的・社会的意義は、NIRS技術を服用薬の脳内濃度モニタリングに応用する点である。この研究で提案するケミカルNIRS（chemical NIRS：chNIRSと略記）法が確立できれば、PET測定の測定精度が高くなると期待できる。また、このchNIRS法が実現すれば、薬物動態学の飛躍的発展が期待でき、多くの薬物治療の現場において世界中の患者に貢献できる可能性がある。残念ながら、この研究課題期間中にPET測定を組み合わせた臨床測定まで研究を進めることはできなかったが、将来の臨床応用につながる貴重な基礎データを収集することができた。今後の発展に期待したい。