2019 年度実施状況報告書

分離分析のための成分間の重なりやノイズに強い新クラスター分析法の開発と実用化

研究課題

研究課題/領域番号	18K12112
研究機関	国際医療福祉大学
研究代表者	佐藤正一国際医療福祉大学, 成田保健医療学部, 准教授 (90803255)
研究分担者	市原清志山口大学, 大学院医学系研究科, 教授(特命) (10144495) 山下哲平滋慶医療科学大学院大学, 医療管理学研究科, 講師 (50617420)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード	クロマトグラフィー / フィッティング関数 / クラスター解析 / シミュレーションプログラム
研究実績の概要	分離分析データのシミュレーションによる高精度な定量分析プログラム開発の概要クロマトグラフィー(CG)やフローサイトメトリー（FC）を用いた分離分析では、複数の成分の重なりが常に問題となる。我々はその問題に対し、2018年度の実験で高圧液体クロマトグラム（HPLC)を使って、重なりのあるクロマトグラム研究に適した薬物としてクレアチニンとカフェインを使用し、移動相として酢酸エチル60％溶液を使用した場合が、重なりによる影響を説明するに適していることを実証した。 2019年度には正規分布を仮定したシミュレーションや実際の成分量評価のみでも、現在行われている谷値を用いた成分量では正確に定量分析が行えないことを明確にすることができたが、現実場面における精度の高い分析技術とするため、本研究のテーマである高精度な定量分析プログラム開発では、クロマトグラムに合致したフィッティング関数を用いて重合した成分量の分析を実施した。82種類のフィッティング関数とCox-Box関数によるフィッティング性能を評価するプログラムを作成し、比較検証を実施しているところである。よりクロマトグラムに対して一致度の高いフィッティング関数の検出方法の確立により定量分析に大きな進展を期待するものである。また、新たにHPLCカラムを長期に使用することで波形に変化が現れることが分かったことから、再度この2薬剤の濃度バランス、HPLCカラムの新旧による影響のデータを高密度計測で収集し終えたところである。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 3: やや遅れている理由 2018年度では、正規分布を仮定した重なりあう成分に対して、シミュレーションプログラムを作成し、現在一般的に成分分離法として行われている谷値法を用いた分析方法の問題点を明確にした。また、実際に各種の薬品を用いて成分が重なり合う状況を作り出すパターンについてHPLCを用いて、相当数の分析を実施し、クレアチニンとカフェインを用いることで理想的な重合パターンが作成できることを突き止めた。また、正規分布を仮定した重合した1次元分析プログラムを開発し、谷値法では成分量が大きく異なる場合には大きな誤差が生ずることを証明した。しかし、実際のクロマトグラムから得られた重合する成分分析データの内、クレアチニンのクロマトグラムが左右非対称のものであったことから、考案した正規分布を仮定としたプログラムでは最適な分析性能を得るのが困難である事がわかった。そこで2019年度には、単純な正規分布を仮定したプログラムではなく、非対称なクロマトグラムにも対応できる汎用的なプログラム開発を到達目標として進め、82種類のフィッティング関数とCox-Box関数によるフィッティング性能を評価するプログラムを作成し、クレアチニンとカフェインの最適なフィッティング関数の検索を行った。しかし、現在のフィッティング関数検索プログラムは、手動で行う部分が大半であるため、効率的にフィッティング関数を検索する改良が必要である。さらに、新たにHPLCカラムを長期に使用することで波形に変化が現れることが分かったことから、データの取り直し作業を実施しなければならなくなった。本来であれば、２・３次元データの重なりのあるデータに対してもデータの再評価を行うところではあるが、１次元データにおいてより精度を高めるための手法開発に集中するに留まっている。
今後の研究の推進方策	新たな課題として、カラムの劣化による波形の変化が認められたことから、非対称なクロマトグラムにも対応でき、効率的にフィッティング関数を検索する汎用プログラム開発に加え、カラムの劣化、移動相の変化による波形の変化などにも適時対応出来るためのさらなる工夫が求められる。クロマトグラムの分布幅の変化や半値幅の変化などに着目して、新たなアルゴリズムを考案し、実データへ適用可能であるかを検証する。また、現時点での研究成果について関連学会で学会発表を行い、評価を受けることでさらなる研究の進化に繋げたいと考えている。
次年度使用額が生じた理由	1番目として、クロマトグラムが左右非対称やカラムの劣化による波形の変化によって、考案した正規分布を仮定としたプログラムでは最適な分析性能を得るのが困難である事。また、フィッティング性能を評価するプログラムの作成に時間を要していることから、学会発表や論文作成ができていなかったことによるものである。 2番目に、HPLCに使用する新しいカラムの購入を2019年度に行わなかったためである。