2021 Fiscal Year Annual Research Report
低磁場核偏極NMRと深層学習によるon siteメタボローム診断
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20K21873
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
松元 慎吾 北海道大学, 情報科学研究院, 准教授 (90741041)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 超偏極NMR / メタボローム / パラ水素誘起偏極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多くの疾患は何からの代謝変容を伴い、血液や尿中に含まれる数百種類の代謝物濃度を網羅的に計測するメタボローム解析により、多様な疾患が特定できることは無数の臨床研究報告からも自明である。しかしながら、一般にメタボローム解析には質量分析や高分解能NMRなどの大掛かりな装置と、数時間に及ぶ測定時間、煩雑なデータ解析が必要であり汎用の臨床検査ツールとしての利用には至っていない。本研究では、常温低磁場核偏極技術により得られるNMR信号の数万倍の高感度化を利用して、生検中の代謝物群をまとめて励起し、その超高感度を活かしたNMRによる高速メタボローム診断法の開発を進めている。
２年度目はまず、新型コロナ禍による研究活動の停止期間や必要部品の納期遅延により初年度に実施できなかった、パラ水素ガスのマイクロバブル化の効果を検証した。マイクロバブル化により水素付加反応効率が改善され、必要な反応時間の短縮と他の装置性能の改善効果と合わせて、1.5Tの卓上NMR装置における13C NMR信号が以前の2万倍励起から、最大7万倍励起まで大幅に向上した。初年度に確立した担がん、老化、肝障害、脂肪肝炎、心筋梗塞のモデルにおいてメタボローム解析による疾患マーカー代謝物のスクリーニングを予定していたが、初年度の停電に因るLC/TOF-MS装置の故障による遅れが響き、疾患特有の代謝変容の同定のほとんどは既知の疾患マーカー代謝物群に留まった。また、水素ガスによる核偏極誘導に必須のRh触媒が、新型コロナ禍によるベンダー工場の一時停止により11月から翌年3月まで入手困難となり、急遽予定を変更して、触媒を使用せずに実施可能な励起装置の性能向上と仮想データを用いた解析ソフトウェアの開発中心に研究を進めた。
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