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認知症の早期判別を目的とする新たな簡易的層別化検査の開発と一滴の血液への応用

研究課題

研究課題/領域番号 20J22464
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分47020:薬系分析および物理化学関連
研究機関立命館大学

研究代表者

六車 宜央  立命館大学, 薬学研究科、薬学専攻, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2022年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワードワイドターゲットメタボロミクス / AI / 安定同位体誘導体化法 / 内因性低分子代謝物 / LC-MS/MS / 誘導体化法 / 網羅的メタボロミクス
研究開始時の研究の概要

近年の高齢化社会において認知症は大きな社会問題となり、現在では重度の認知症を治すことは困難である。そのため、早期に認知症の進行状況を把握し、いち早く適切な治療や予防を実施することが必要となる。本研究では、体内に存在する“代謝物質”に注目し、認知症の進行に伴い変動する因子(バイオマーカー)を探索することにより、血液から認知症の進行状況を把握できる“健常者”のための検査法の開発を目指す。

研究実績の概要

最適化したLC-MS条件を利用することで、構造異性体を含む200種類以上ものカルボン酸代謝物を一斉に測定可能な分析系を構築することが可能であった。また、安定同位体標識誘導体化を用いた内標準法にて作成した検量線では、良好な直線性が得られ、定量も可能であると推測された。しかしながら、標準溶液中またはマトリックス試料中の反応性の違いを考慮する必要があるため、定量にはさらなるバリデーション試験が必要となると考えられた。
ワイドターゲットメタボロミクスにより得られた網羅的な代謝物の定量データ(数値)を二次元データ(画像)へ変換し、新たな画像データとして、Pathway-based metabolic code (PBMC)を作成した。このPBMCをAIに学習させ、教師ありのディープラーニングにより、対照群及びアルツハイマー型認知症を識別できるCNNモデルを構築した。構築したCNNモデルをホールドアウト検証法により評価するため、全データセットを訓練データ、検証データ、評価データに分割させた。本モデルは、85%以上の正確性でアルツハイマー型認知症を識別することができ、スクリーニング分類法として有用であると考えられた。さらに、AIのブラックボックス問題を解消するため、AIがどの部分を認識して、識別しているのかを可視化させた結果、PBMC上の様々な代謝物が識別に関与していることが明らかになり、これらを詳しく解析することで、認知症における新たな代謝物バイオマーカー候補化合物を特定できる可能性が示された。また、開発した方法論は認知症に限らず、様々な病態及び生体試料に応用可能であるため、AIを用いた新規の代謝物解析法としての有用性も示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Experimental design of a stable isotope labeling derivatized UHPLC?MS/MS method for the detection/quantification of primary/secondary bile acids in biofluids2022

    • 著者名/発表者名
      Muguruma Yoshio、Nagatomo Ryosuke、Kamatsuki Shihori、Miyabe Katsuyuki、Asano Go、Akatsu Hiroyasu、Inoue Koichi
    • 雑誌名

      Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis

      巻: 209 ページ: 114485-114485

    • DOI

      10.1016/j.jpba.2021.114485

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] LC-MS/MS assay for the investigation of acetylated Alpha-synuclein in serum from postmortem Alzheimer’s disease pathology2021

    • 著者名/発表者名
      Uchida Kazuki、Morikawa Kazunori、Muguruma Yoshio、Hosokawa Masato、Tsutsumiuchi Kaname、Kaneda Daita、Hashizume Yoshio、Akatsu Hiroyasu、Inoue Koichi
    • 雑誌名

      Journal of Chromatography B

      巻: 1181 ページ: 122885-122885

    • DOI

      10.1016/j.jchromb.2021.122885

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of a UHPLC-MS/MS method to investigate the metabolic pathways of Alzheimer’s disease and dementia with Lewy bodies using postmortem cerebrospinal fluid and serum samples2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Muguruma, H. Tsutsui, Y. Hashizume, H. Akatsu, K. Inoue
    • 雑誌名

      Med. Mass Spectrometry

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 光学異性高分子の測定に新たな技術、CDとMSの融合2021

    • 著者名/発表者名
      六車 宜央
    • 雑誌名

      ファルマシア

      巻: 57 ページ: 59-59

    • NAID

      130007965245

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theanine, Antistress Amino Acid in Tea Leaves, Causes Hippocampal Metabolic Changes and Antidepressant Effects in Stress-Loaded Mice2020

    • 著者名/発表者名
      Unno K, Muguruma Y, Inoue K, Konishi T, Taguchi K, Hasegawa-Ishii S, Shimada A and Nakamura Y
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 22 号: 1 ページ: 193-193

    • DOI

      10.3390/ijms22010193

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] AI×メタボロミクスが拓くアルツハイマー型認知症に関連した脳脊髄液中の代謝物バイオマーカー探索2022

    • 著者名/発表者名
      六車 宜央、赤津 裕康、井之上 浩一
    • 学会等名
      第34回バイオメディカル分析科学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ワイドターゲットメタボロミクスおよび機械学習によるヒト体内代謝環境の解析2022

    • 著者名/発表者名
      六車 宜央、赤津 裕康、井之上 浩一
    • 学会等名
      第47回日本医用マススペクトル学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Application of a UHPLC-MS/MS Method to Investigate the Metabolic Pathways of Alzheimer’s Disease and Dementia with Lewy Bodies Using Postmortem Cerebrospinal Fluid and Serum Samples2022

    • 著者名/発表者名
      六車 宜央、赤津 裕康、井之上 浩一
    • 学会等名
      第47回日本医用マススペクトル学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ニューラルネットワーク融合LC-MS/MSワイドターゲットメタボロミクスの開発:アルツハイマー型認知症の特徴的な代謝パターン解析2022

    • 著者名/発表者名
      六車宜央、井之上 浩一
    • 学会等名
      第72回日本薬学会関西支部総会・大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 安定同位体標識誘導体化LC-MS/MSによるヒト体液中の胆汁酸代謝解析2021

    • 著者名/発表者名
      六車宜央、赤津裕康、橋詰良夫、金田大太、宮部勝之、井之上浩一
    • 学会等名
      第33回バイオメディカル分析科学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 安同位体培養法による13C標識アベルメクチンB1a/1bの生合成技術の開発2020

    • 著者名/発表者名
      別府滉大、六車宜央、斎藤大地、高橋未来、原田修一、井之上浩一
    • 学会等名
      第70回日本薬学会関西支部大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 安定同位体標識誘導体化LC-MS/MSによる ヒト体液中胆汁酸の網羅解析2020

    • 著者名/発表者名
      六車 宜央, 赤津 裕康, 橋詰 良夫, 金田 大太, 宮部 勝之, 井之上 浩一
    • 学会等名
      第31回クロマトグラフィー科学会議
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 脳脊髄液,血清中α-シヌクレイン断片ペプチドの LC-MS/MS測定法の開発2020

    • 著者名/発表者名
      内田 和希, 六車 宜央, 細川 雅人, 赤津 裕康, 井之上 浩一
    • 学会等名
      新アミノ酸分析研究会第10回学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Binaphthyl誘導体化試薬の開発およびキラル医薬品の品質分析への応用2020

    • 著者名/発表者名
      釜付しほり、六車宜央、梶本哲也、井之上浩一
    • 学会等名
      第70回日本薬学会関西支部大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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