光バイオセンサメッシュを用いた経皮成分三次元画像化による疾患位置特定システム創製

使用光学生物传感器网通过透皮组件的三维成像创建疾病定位系统

基本信息

批准号：
22K14267
负责人：
飯谷健太
金额：
$ 3万
依托单位：
Tokyo Medical and Dental University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ヒトが無意識化で定常的に放出する汗や経皮ガス中には血中由来化学成分が含まれ、これを検出することで疾患スクリーニングや代謝評価への応用が可能となると考えられる。本研究課題では、経皮成分の濃度分布情報を光情報へと変換する「光バイオセンサメッシュ」について酵素を含む高分子溶液を体表に直接電界紡糸することで作製し、三次元イメージングシステムと組み合わせて体表面の広い範囲を対象に経皮成分の三次元空間分布の記録を目指す。2022年度は、酵素を含む高分子溶液を電界紡糸法により繊維化し、その繊維を堆積させる「光バイオセンサメッシュ」の作製およびその特性評価へと取り組んだ。結果として、水溶性高分子ポリビニルアルコールを含む市販糊にアルコール脱水素酵素（ADH）および酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)を混合して電界紡糸した「光バイオセンサメッシュ」において、エタノール負荷に応じて還元型NAD (NADH)がADH触媒反応により生成され、NADHを蛍光検出（励起光340 nm、蛍光490 nm）することが可能であった。また、エタノール負荷部特異的にNADHが生じるため、イメージングにも適用可能であった。高分子溶液のpHや混合するNAD+量、ADH量を変化させることでエタノール負荷に対する応答を調整可能であり、電界紡糸された繊維中のADHが酵素活性を維持した状態であることを示した。本研究成果は、国際雑誌Biosensors and Bioelectronicsに掲載され、東京医科歯科大学および早稲田大学からプレスリリースを行った。本技術は、本研究課題の遂行の基盤となるもので、今後この「光バイオセンサメッシュ」を体表に展開して経皮放出成分の三次元的なイメージングを進めることが可能となったと考える。

人类在无意识时经常排出的汗液和经皮气体含有来自血液的化学成分，人们认为检测这些成分可以应用于疾病筛查和代谢评估。在这个研究项目中，我们将创建一种“光学生物传感器网”，通过将含有酶的聚合物溶液直接静电纺丝到体表，将透皮成分的浓度分布信息转换为光学信息，并将其用作三维成像系统。结合起来，我们的目标是记录透皮成分在广泛的身体表面的三维空间分布。 2022年，我们致力于创建一种“光学生物传感器网”，其中通过静电纺丝和沉积纤维将含有酶的聚合物溶液制成纤维，并评估其特性。结果发现，通过静电纺丝含有与乙醇脱氢酶（ADH）和氧化烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）混合的水溶性聚合物聚乙烯醇的市售胶而制成的“光学生物传感器网”能够承受乙醇负载。，通过ADH催化反应生成还原型NAD（NADH），并且可以通过荧光检测NADH（激发光340 nm，荧光490 nm）。此外，由于 NADH 专门出现在乙醇负载区域，因此它也可以应用于成像。通过改变聚合物溶液的 pH 值、NAD+ 混合量和 ADH 量，可以调整对乙醇负载的响应，结果表明，电纺纤维中的 ADH 保持了其酶活性。该研究结果发表在国际期刊《生物传感器与生物电子学》上，并由东京医科齿科大学和早稻田大学发布了新闻稿。该技术将成为开展该研究项目的基础，我们相信未来有可能在体表部署这种“光学生物传感器网”，以推进透皮释放成分的三维成像。