Development of imaging technique for hydration bonding and shell distributions in intracellular solution, which will contribute to incurable disease detection using sweat and urine

开发细胞内溶液中水合键和壳分布的成像技术，这将有助于利用汗液和尿液检测不治之症

基本信息

批准号：
22K18774
负责人：
佐藤洋平
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

日本で指定されている330を超える難病の効果的な治療法は5%にも満たないのが現状である。細胞内液や細胞外液には多種のイオンが存在し、近年、病と特定イオンとの関係が明らかとなってきている。水分子動態はイオンの影響を直接受けるが、汗や尿の殆どを占める水分子動態そのものの直接かつ非侵襲計測が可能となれば、難病の画期的な診断法として期待できる。本研究では、理想的な結晶構造を有し自家蛍光の無いフッ化カルシウム基板を採用して、ノイズの影響を極力受けない、イオン介在による水分子からの微弱なラマンスペクトルの取得を行う。細胞内液や細胞外液に存在するイオンを模擬した電解質溶液、および過酸化水素を選定し、過酸化水素の影響下における、水分子およびイオン動態の解明を行う。多くの難病に関する研究では、細胞内に存在する微量な過酸化水素により発生する活性酸素が、要因の一つではないかと示唆されている。本年度は、下記の点に焦点を絞り、研究を遂行した。１．過酸化水素は、水分子のOH伸縮に顕著な影響を及ぼすことは知られていたが、本研究では、イオン介在による水分子のOH伸縮への、過酸化水素の影響を実験的に初めて明らかにした。具体的には、イオン周りの水分子の水素結合状態が変化し、その変化量が過酸化水素濃度に依存していることが明らかとなった。特に過酸化水素濃度1 mol/Lを超える場合と、1 mol/L以下では、変化状況が異なることから、過酸化水素と水分子との間で形成されるクラスター構造の違いに依存していると推測できる。２．細胞膜極近傍における水分子およびイオン動態の解明を想定して、全反射ラマン顕微法（ラマン分光法およびラマン散乱光イメージング法）の開発を行い、界面極近傍における、イオン周りの水分子の水素結合状態、更にイオンに引き寄せられる水分子数を明らかにした。（但し、過酸化水素は混入していない。）

目前，日本指定的330多种疑难杂症中，只有不到5%有有效治疗方法。细胞内液和细胞外液中存在多种类型的离子，近年来，疾病与特定离子之间的关系已变得清晰。水分子的动力学直接受到离子的影响，但如果能够直接、无创地测量构成汗液和尿液大部分的水分子的动力学，这有望成为一种革命性的诊断方法。不治之症。在这项研究中，我们将使用具有理想晶体结构且无自发荧光的氟化钙基底，从离子介导的水分子中获得尽可能不受噪声影响的弱拉曼光谱。我们将选择一种电解质溶液来模拟细胞内和细胞外液中存在的离子和过氧化氢，并阐明水分子和离子在过氧化氢影响下的动力学。对许多疑难疾病的研究表明，细胞内存在的微量过氧化氢产生的活性氧可能是促成因素之一。今年，我们重点研究了以下几点。 1.众所周知，过氧化氢对水分子的OH伸缩有显着影响，但在本研究中，我们首次通过实验阐明了过氧化氢对离子介导的OH伸缩的影响。我做到了。具体而言，可知离子周围的水分子的氢键状态发生变化，且变化量取决于过氧化氢浓度。特别是，当过氧化氢浓度超过1mol/L时和低于1mol/L时，变化情况不同，因此可以推测，这取决于过氧化氢和水分子之间形成的簇结构的差异。那。 2.为了阐明细胞膜附近水分子和离子的动力学，我们开发了全内反射拉曼显微镜（拉曼光谱和拉曼散射光成像），并开发了细胞膜附近离子周围水分子之间的氢键。界面上的水分子的状态和数量也被阐明。（但是，不混入过氧化氢。）