近赤外線による非侵襲的な脳内薬物濃度測定法(ケミカルNIRS)の開発と臨床評価

• 研究課題/領域番号: 21K19320
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分47:薬学およびその関連分野
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 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)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: 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 / 核磁気共鳴スペクトロスコピー（MRS） / 薬物濃度 / 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） / フーリエ変換赤外線分光計（FT-IR） / 薬物治療 / ポジトロン断層法（PET）

研究開始時の研究の概要

これまでは患者に投与された薬剤の脳内濃度を非侵襲的にモニタリングする方法はなく、薬物治療の現場では、血液中の薬物濃度をモニタリングするか、副作用症状そのもの注意深く観察するしかなかった。
本研究で提案する測定法では、人体に無害な近赤外線を用いて脳内の薬物濃度の測定ができるようになることを目指している。この測定法が確立できれば、中枢神経系副作用のピークがいつ頃に来そうかを予測することが可能になる可能性がある。
そのため、この方法の開発により、本研究の目標であるPET測定の精度が向上するだけでなく、ありとあらゆる薬物治療の現場において患者の薬物治療とケアにおけるQOL向上に貢献できる可能性がある。

研究成果の概要

本研究では、アセトアミノフェンおよびジフェンヒドラミン等の経口服用薬の脳内濃度および高齢者でみられる脳内アミロイドβの濃度を近赤外線スぺクトロスコピー（NIRS）を用いて非侵襲的に測定する方法の確立を目指してきた（chemical NIRS）。純水、生理食塩水、細胞培養液等に溶解した薬物のシグナルをNIRSで検出し、機械学習の手法で解析することにより薬物濃度が推定可能性であることが示された。
現実的な制約としては、脳内薬物濃度の推定に最適な波長が生体を透過可能な「生体の窓」領域(約700～1000 nm)内にあるとは限らないため、測定感度はターゲット物質の波形特性に依存すると認識された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

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。

研究成果

• [国際共同研究] ベルリン大学病院皮膚科学教室(ドイツ)
• [雑誌論文] Evaluation of 18F labeled glial fibrillary acidic protein binding nanobody and its brain shuttle peptide fusion proteins using a neuroinflammation rat model (2023)
  • 著者名/発表者名: Morito Takahiro、Harada Ryuichi、Iwata Ren、Ishikawa Yoichi、Okamura Nobuyuki、Kudo Yukitsuka、Furumoto Shozo、Yanai Kazuhiko、Tashiro Manabu
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 18 号: 6 ページ: 0287047-0287047
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0287047
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Histamine Neuroimaging in Stress-Related Disorders. (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukudo S, Kano M, Sato Y, Muratsubaki T, Kanazawa M, Tashiro M, Yanai K.
  • 雑誌名: Curr Top Behav Neurosci. 巻: - ページ: 113-129
  • DOI: 10.1007/7854_2021_262
  • ISBN: 9783031169960, 9783031169977
  • 査読あり
• [雑誌論文] 18F-THK5351 PET imaging in neurodegenerative tauopathies (2021)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Front Aging Neurosci 巻: 13 ページ: 761010-761010
  • DOI: 10.3389/fnagi.2021.761010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 抗ヒスタミン薬服用下での認知機能試験負荷にともなう脳血流反応の評価：[15O]H2O-PET研究（preliminary report） (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐藤優樹、黒澤大也、柴田暉、メスフィン・ベリフ、菊地飛鳥、四月朔日聖一、Wu Yingying、武田和子、平岡宏太良、渡部浩司、田代学.
  • 学会等名: 第149回日本医学放射線学会北日本地方会・第94回日本核医学会北日本地方会 合同大会.
• [学会発表] [18F]FDG-PET study on regional brain activation during calf-raise exercise (preliminary report). (2023)
  • 著者名/発表者名: メスフィン・ベリフ、川上泰史、藤本敏彦、四月朔日聖一、平岡宏太良、Wu Yingying、武田和子、安藤創一、田代学.
  • 学会等名: 第7回ヒト脳イメージング研究会
• [学会発表] MRSを用いたヒト脳内薬物濃度推定法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田代学、 久保均、松田豪、Marcus Maurer、伊藤浩、渡部浩司、佐々木真理
  • 学会等名: 第23回日本ヒスタミン学会