ラマン分光法を用いた，好酸球性食道炎の非生検診断法の開発

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H04763
• 研究機関: 島根大学
• 研究代表者: 山本 達之 島根大学, 生物資源科学部, 教授 (60230570)
• 研究分担者: 木下 芳一 島根大学, 医学部, 教授 (30243306)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: ラマンスペクトル / 好酸球性食道炎 / エオシノフィルペルオキシダーゼ / 内視鏡 / 新規診断法

研究実績の概要

近年患者数が増加している好酸球性食道炎は，内視鏡による確定診断が困難である。現在唯一の確定診断法は，食道粘膜の多数箇所の生検による病理組織診断である。本疾患の患者は，その多くが高齢者であるため，抗血栓薬の服用者が多い。このため，生検による出血が大きな問題となっている。本研究課題では，ラマン分光法による，患者負担が少ない新規診断法の確立を目指す。ラマン分光法は，試料の前処理が一切不要な低侵襲的分光分析法で，５種類の白血球から好酸球の識別ができる。そこで，内視鏡に組み込めるファイバスコープ型ラマンスペクトル測定装置と，好酸球性食道炎の診断が可能なソフトウェアの開発を進める。これらの開発により，ラマン分光法に関する知識が無くても臨床応用可能な新規診断法を確立することが，本研究の目的である。
平成28年度は，内視鏡に組み込み可能な装置の実現に向けて，生体試料のラマン測定に特化した医療ラマン装置の開発と，ヒトから採取した血液から分離した顆粒球のラマン測定を行った、医療ラマン装置は，ラマン分光法の専門家でなくても操作可能な自動測定装置を組み込んだものとした。装置のハードウェアは完成して，ラマン測定可能な状態になったが，自動測定可能なソフトウェアの開発を，年度内に終了することはできなかった。平成29年度のできるだけ早い段階で，自動測定ソフトウェアを装置にインストールして，島根大学医学部付属病院での運用開始を目指している。
ヒト血液から分離した顆粒球のラマンスペクトルを多数測定して，エノシノフィルペルオキシダーゼのラマンバンドの有無によって，好酸球を判別できることを確かめることができた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

医療ラマンに特化した装置開発を行うことができた。自動測定ソフトウェアのインストール後は，ラマン分光学の専門家でなくても測定可能な体制を整えることができる。ヒト血液から分離した白血球の中から，好酸球を判別可能であることも明らかにすることができた。内視鏡に組み込み可能なファイバラマン装置を開発するための基礎的データを集積するための環境はほとんど整えることができたので，今後は内視鏡に組み込み可能なファイアバラマン装置開発を開始したいと考えている。

今後の研究の推進方策

内視鏡に組み込み可能なファイアバラマン装置を開発するにあたって，以下のような問題を解決する必要がある。1)好酸球の有無を判別可能な良好なラマンスペクトルの短時間測定，2)良好なラマンスペクトル測定の再現性の確保，3)測定したラマンスペクトルの自動解析
上記の問題のうち，1)と2)はハードウェア開発で，3)はソフトウェア開発である。ハードウェア開発に関しては，協力企業の分光科学研究所との共同研究によって進める予定である。ソフトウェアに関しては，近年発展が著しい，機械学習法の考えを導入してビッグデータから，エオシノフィルペルオキシダーゼを自動抽出可能なソフトウェアの開発を考えている。

研究成果

• [雑誌論文] Biological and Medical Applications of Multivariate Curve Resolution Assisted Raman Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Hemanth Noothalapati, Keita Iwasaki and Tatsuyuki Yamamoto
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 33 ページ: 15-22
  • DOI: 10.2116/analsci.33.15
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Similarities and differences among eosinophilic esophagitis, proton-pump inhibitor-responsive esophageal eosinophilia, and reflux esophagitis: comparisons of clinical, endoscopic, and histopathological findings in Japanese patients (2017)
  • 著者名/発表者名: Jiao D, Ishimura N, Maruyama R, Ishikawa N, Nagase M, Oshima N, Aimi M, Okimoto E, Mikami H, Izumi D, Okada M, Ishihara S, Kinoshita Y.
  • 雑誌名: Journal of Gastroenterology 巻: 52 ページ: 203-210
  • DOI: 10.1007/s00535-016-1213-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Diagnosis and treatment of eosinophilic esophagitis in Japan (2017)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita Y, Ishimura N, Mishiro T, Ishihara S, Adachi K
  • 雑誌名: Esophagus 巻: 14 ページ: 66-75
  • DOI: 10.1007/s10388-016-0550-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Specific locations of linear furrows in patients with esophageal eosinophilia (2017)
  • 著者名/発表者名: Okimoto E, Ishimura N, Okada M, Izumi D, Mikami H, Aimi M, Tanimura T, Mishiro T, Oshima N, Ishikawa N, Ishihara S, Adachi K, Maruyama R, Kinoshita Y
  • 雑誌名: Digestive Endoscopy 巻: 29 ページ: 49-56
  • DOI: 10.1111/den.12706
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Eosinophilic esophagitis versus proton pump inhibitor-responsive esophageal eosinophilia: Transcriptome analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Shoda T, Matsuda A, Nomura I, Okada N, Orihara K, Mikami H, Ishimura N, Ishihara S, Matsumoto K, Kinoshita Y
  • 雑誌名: Journal of Allergy and Clinical Immunology 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1016/j.jaci.2016.11.028
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Label-free Chemical Imaging of Fungal Spore Walls by Raman Microscopy and Multivariate Curve Resolution Analysis (2016)
  • 著者名/発表者名: Hemanth Noothalapati, Takahiro Sasaki, Tomohiro Kaino, Makoto Kawamukai, Masahiro Ando, Hiro-o Hamaguchi, and Tatsuyuki Yamamoto
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 27789
  • DOI: 10.1038/srep27789
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Blood identification and discrimination of human and nonhuman using portable Raman spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Junko Fujihara, Yasuhisa Fujita, Tatsuyuki Yamamoto, Naoki Nishimoto, Kaori Kimura-Kataoka, Satsuki Kurata, Yoshikazu Takinami, Toshihiro Yasuda, Haruo Takeshita
  • 雑誌名: International Journal of Legal Medicine 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1007/s00414-016-1396-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Recent progress in research of eosinophilic esophagitis and gastroenteritis: review (2016)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita Y, Ishimura N, Oshima N, Mikami H, Okimoto E, Jiao DJ, Ishihara S.
  • 雑誌名: Digestion 巻: 93 ページ: 7-12
  • DOI: 10.1159/000441668
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Suitable biopsy site for detection of esophageal eosinophilia in eosinophilic esophagitis suspected cases (2016)
  • 著者名/発表者名: Adachi K, Mishiro T, Tanaka S, Kinoshita Y.
  • 雑誌名: Digestive Endoscopy 巻: 28 ページ: 139-144
  • DOI: 10.1111/den.12555
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Eosinophilic Esophagitis, Eosinophilic Gastroenteritis, and Eosinophilic Colitis: Common Mechanisms and Differences between East and West (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishihara S, Kinoshita Y, Schoepfer A.
  • 雑誌名: Inflammatory Intestinal Diseases 巻: 1 ページ: 63-69
  • DOI: 10.1159/000445131
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sustained acid suppression by potassium-competitive acid blocker(P-CAB) may be an attractive treatment candidate for patients with eosionophilic esophagitis (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishimura N, Ishihara S, Kinoshita Y.
  • 雑誌名: American Journal of gastroenterology 巻: 111 ページ: 1203-1204
  • DOI: 10.1038/ajg.2016.167
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] In situ Raman spectral measurements of fresh blood of dry wood termite (2016)
  • 著者名/発表者名: Tatsuyuki Yamamoto, Keita Iwasaki, Hemanth Noothalapati and Masaaki Azuma
  • 学会等名: Japan Taiwan Medical Spectroscopy International Symposium
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場(淡路）
  • 年月日: 2016-12-04 – 2016-12-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Visualizing pharmacokinetics and pharmacodynamics at the single cell level by Confocal Raman Microspectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Hemanth Noothalapati, Venkatesh Kaliaperumal, Tatsuyuki Yamamoto and Hiro-o Hamaguchi
  • 学会等名: Japan Taiwan Medical Spectroscopy International Symposium
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場(淡路）
  • 年月日: 2016-12-04 – 2016-12-07
  • 国際学会
• [学会発表] A time lapse study on the production efficiency of Paramylum and Wax ester in Euglena cells by Raman microspectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Asuka Kaneko, Ayano Toyama, Suguru Uemura, Keita Iwasaki, Hemanth Noothalapati, Yuji Tanaka, Takahiro Ishikawa and Tatsuyuki Yamamoto
  • 学会等名: Japan Taiwan Medical Spectroscopy International Symposium
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場(淡路）
  • 年月日: 2016-12-04 – 2016-12-07
  • 国際学会
• [学会発表] Studies on a β-cyclodextrin derivative induced destruction process of liposomal membrane by confocal Raman microspectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Chikako Yoshimoto, Akiko Miyazako, Keita Iwaski, Hemanth Noothalapati, Atsuhi Miyagawa, Hatsuo Yamamura, Tatsuyuki Yamamoto
  • 学会等名: Japan Taiwan Medical Spectroscopy International Symposium
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場(淡路）
  • 年月日: 2016-12-04 – 2016-12-07
  • 国際学会
• [学会発表] An exploratory study on dancing body-like granule of symbiotic yeasts found in stag beetles by Raman microspectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirokazau Kobayashi, Masahiko Tanahashi, Masahiro Ando, Hemanth Noothalapati, Takema Fukatsu, Hiro-o Hamaguchi, and Tatsuyuki Yamamoto
  • 学会等名: Japan Taiwan Medical Spectroscopy International Symposium
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場(淡路）
  • 年月日: 2016-12-04 – 2016-12-07
  • 国際学会
• [学会発表] A resonance Raman spectroscopic study on the redox states of cytochrome b and c of ataxia and male sterility mouse (2016)
  • 著者名/発表者名: Keita Iwasaki, Hemanth Noothalapati, Sheikh Abdullah, Atsushi Nagai and Tatsuyuki Yamamoto
  • 学会等名: Japan Taiwan Medical Spectroscopy International Symposium
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場(淡路）
  • 年月日: 2016-12-04 – 2016-12-07
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidation of PV membrane differentiation mechanism in the green Paramecium and Chlorella symbiosis by Raman microspectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoyuki Yasumura, Suguru Uemura, Keita Iwasaki, Hemanth Noothalapati, Yuuki Kodama and Tatsuyuki Yamamoto
  • 学会等名: Japan Taiwan Medical Spectroscopy International Symposium
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場(淡路）
  • 年月日: 2016-12-04 – 2016-12-07
  • 国際学会
• [学会発表] In vivo chemical imaging of sporulation process in fission yeast cells by confocal Raman microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Seiya Enokidzu, Keita Iwasaki, Suguru Uemura, Hemanth Noothalapati, Tomohiro Kaino, Makoto Kawamukai and Tatsuyuki Yamamoto
  • 学会等名: Japan Taiwan Medical Spectroscopy International Symposium
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場(淡路）
  • 年月日: 2016-12-04 – 2016-12-07
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a non-bioptic diagnostic method for eosinophilic esophagitis using Raman spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Suguru Uemura, Hemanth Noothalapati, Naoki Ohshima, Masahiro Ando, Hiro-o Hamaguchi, Yoshikazu Kinoshita and Tatsuyuki Yamamoto
  • 学会等名: Japan Taiwan Medical Spectroscopy International Symposium
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場(淡路）
  • 年月日: 2016-12-04 – 2016-12-07
  • 国際学会
• [学会発表] Discrimination of breast cancer cells from normal cells by Raman spectroscopy and chemometrics (2016)
  • 著者名/発表者名: Yui Suzuki, Keita Iwasaki, Hemanth Noothalapati, Riruke Maruyama and Tatsuyuki Yamamoto
  • 学会等名: Japan Taiwan Medical Spectroscopy International Symposium
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場(淡路）
  • 年月日: 2016-12-04 – 2016-12-07
  • 国際学会
• [学会発表] Recent Advances in Biomedical Applications of Raman Spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Tatsuyuki Yamamoto, and Hemanth Noothalapati
  • 学会等名: 10th International Symposium on Nanomedicine (ISNM2016)
  • 発表場所: 産業技術総合研究所（筑波）
  • 年月日: 2016-11-24 – 2016-11-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Detection of Eosinophils for the development of a new Raman diagnostic technique for Eosinophilic Esophagitis (2016)
  • 著者名/発表者名: Tatsuyuki Yamamoto, Suguru Uemura, Hemanth Noothalapati, Naoki Oshima, Yoshikazu Kinoshita, Masahiro Ando, Hiro-o Hamaguchi
  • 学会等名: The 6th Biomedilca Molecular Imaging
  • 発表場所: 宜蘭（台湾）
  • 年月日: 2016-11-12 – 2016-11-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Application of Raman Spectroscopy on Living Cells and Tissues - Recent Works in Raman Project Center for Medical and Biological Applications of Shimane University (2016)
  • 著者名/発表者名: Tatsuyuki Yamamoto and Hemanth Noothalapati
  • 学会等名: International Conference on Perspectives in Vibrational Spectroscopy
  • 発表場所: ナクナウ（インド）
  • 年月日: 2016-11-05 – 2016-11-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] クワガタムシに共生する酵母に見つかった未知のヘム酵素のラマン分光法による研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林 洋和，岩崎 啓太，ヘマンス・ヌータラパティ，黄 祐敏，安藤 正浩，濵口 宏夫，棚橋 薫彦，深津 武馬，山本 達之
  • 学会等名: 第34回Yeast Workshop
  • 発表場所: 島根大学（松江）
  • 年月日: 2016-11-04 – 2016-11-05
• [学会発表] Similarities and differences among eosinophilic esophagitis, proton pump inhibitor-responsive esophageal eosinophilia, and reflux esophagitis: comparisons of clinical, endoscopic, and histopathological findings in Japanese patients (2016)
  • 著者名/発表者名: Jiao DJ, Ishimura N, Okada M, Mikami H, Izumi D, Okimoto E, Oshima N, Ishihara S, Kinoshita Y
  • 学会等名: Asian Pacific Digestive Week 2016
  • 発表場所: 神戸コンベンションセンター（神戸）
  • 年月日: 2016-11-02 – 2016-11-05
  • 国際学会
• [学会発表] Sustained acid suppression by potassium-competitive acid blocker (P-CAB) -possible treatment candidate for patients with eosinophilic esophagitis (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishimura N, Okada M, mikami H, Izumi D, Okimoto E, Mishiro T, Oshima N, Ishihara S, Kinoshita Y
  • 学会等名: Asian Pacific Digestive Week 2016
  • 発表場所: 神戸コンベンションセンター（神戸）
  • 年月日: 2016-11-02 – 2016-11-05
  • 国際学会
• [学会発表] Epidermaldifferentiation complex protein involucrin is down-regukated in eosinophikic esophagitis (2016)
  • 著者名/発表者名: Oshima N, Ishihara S, Fukuba N, Kawashima K, Ishimura N, Kinoshita Y
  • 学会等名: Asian Pacific Digestive Week 2016
  • 発表場所: 神戸コンベンションセンター（神戸）
  • 年月日: 2016-11-02 – 2016-11-05
  • 国際学会
• [学会発表] Stable isotope probing coupled Raman microscopy: An efficient way to study single cell biochemistry (2016)
  • 著者名/発表者名: Hemanth Noothalapati and Tatsuyuki Yamamoto
  • 学会等名: International Conference and Summit in Industrial and Pharmaceutical microbiology
  • 発表場所: クアラルンプール（マレーシア）
  • 年月日: 2016-10-17 – 2016-10-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Imaging yeast cell wall architecture and studying the effect of anti-fungal drug terbinafine at the single cell level by Raman microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Hemanth Noothalapati and Tatsuyuki Yamamoto, International Conference and Summit in Industrial and Pharmaceutical microbiology
  • 学会等名: International Conference and Summit in Industrial and Pharmaceutical microbiology
  • 発表場所: クアラルンプール（マレーシア）
  • 年月日: 2016-10-17 – 2016-10-18
  • 国際学会
• [学会発表] Recent Advances of Raman Project Center for Medical and Biological Applications, Shimane University (2016)
  • 著者名/発表者名: Tatsuyuki Yamamoto
  • 学会等名: International Conference on Recent Trends in Engineering and Technology 2016(ICoRTET2016)
  • 発表場所: コチ（インド）
  • 年月日: 2016-10-03 – 2016-10-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] グアジニノ修飾シクロデキストリンの膜透過性能と細胞内局在 (2016)
  • 著者名/発表者名: 久武 怜市，山口 純平，吉清 恵介，山本 達之
  • 学会等名: 第33回シクロデキストリンシンポジウム
  • 発表場所: 香川大学（香川）
  • 年月日: 2016-09-08 – 2016-09-09
• [学会発表] Detection of Eosinophils on the Tissue of Esophagus by a Newly Developed Fiber Raman Spectrophotometer (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, S. Uemura, H. Noothalapati, N. Oshima, Y. Kinoshita, M. Ando, H. Hamaguchi
  • 学会等名: Fourth Taiwan International Symposium on Raman Spectroscopy
  • 発表場所: 台北（台湾）
  • 年月日: 2016-06-28 – 2016-07-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A resonance Raman spectroscopic study on the redox states of cytochrome b and c in mitochondria isolated from mouse nerve cells with mitochondrial diseases (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Iwasaki, H. Noothalapati, S. Abdullah, A. Nagai, and T. Yamamoto
  • 学会等名: Fourth Taiwan International Symposium on Raman Spectroscopy
  • 発表場所: 台北（台湾）
  • 年月日: 2016-06-28 – 2016-07-01
  • 国際学会
• [学会発表] A Raman spectroscopic study on the symbiotic yeast cells found in the mycangium of stag beetle (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Kobayashi, M. Tanahashi, M. Ando, H. Noothalapati, T. Fukatsu, H. Hamaguchi, and T. Yamamoto
  • 学会等名: Fourth Taiwan International Symposium on Raman Spectroscopy
  • 発表場所: 台北（台湾）
  • 年月日: 2016-06-28 – 2016-07-01
  • 国際学会
• [学会発表] Medical Applications of Zinc Oxide Films and Nanoparticles (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasuhisa Fujita, Jie Lin, Ryousuke Tanino, Tatsuyuki. Yamamoto, Junko Fujihara, Haruo Takeshita and Takeshi Isobe
  • 学会等名: The 4th China-Japan Symposium on Nanomedicine
  • 発表場所: 北九州国際会議場（北九州）
  • 年月日: 2016-05-11 – 2016-05-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 島根大学 医・生物ラマンプロジェクトセンターの医療ラマンの取り組み (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本 達之
  • 学会等名: ラマンバイオセンシングコンソーシアム
  • 発表場所: 関西学院大学 東京丸の内キャンパス（東京）
  • 年月日: 2016-05-10 – 2016-05-10
  • 招待講演
• [備考] 島根大学 医・生物ラマンプロジェクトセンター
  • URL: http://fvraman.wixsite.com/raman