Method of solution droplet evaporation and protein components removal for therapeutic drug monitoring using Raman spectroscopy

利用拉曼光谱监测治疗药物的溶液液滴蒸发和蛋白质成分去除方法

• 批准号: 22K04963
• 负责人: 松岡 史晃
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04963/
• 关键词: ラマン分光; レーザ誘起タンパク質結晶化; 光ピンセット; 浮遊液滴; 治療薬物モニタリング; 振動強結合

本研究課題では、血清などの液体試料中の低濃度薬剤のリアルタイム検出に向け、試料中における夾雑成分の除去と薬剤由来のラマン信号の検出・定量限界の改善を目的としている。夾雑成分の除去については、血清中成分からのラマン信号が薬剤測定という観点においては雑音となってしまうことから、液中の薬剤の濃度に影響が少ない形で除去できることが望ましいという動機にて進めている。血清において最も多い夾雑成分がタンパク質(特にアルブミン)であることから牛血清アルブミンと、リアルタイム検出の要請が高い薬品としてメトトレキサートとを混合した水溶液を実験モデルとして考え、上記目的を達成するための基礎検討を進めている。初年度においては特に溶液中のタンパク質除去に着目していた。その実現のために高強度レーザを集光し捕捉したタンパク質において結晶化が促進する現象に着目し、単にタンパク質成分を析出させる場合と比較し、元の液中の薬剤濃度に影響の少ない形で除去できるか確認を行うものであり、高強度レーザを用いた光学系の構築を行っている。また、薬剤由来ラマン信号の改善については、液の濃縮が鍵となるが、タンパク質の除去と濃縮の2つの目的を同時達成するためには、高強度レーザ中にある液滴の蒸発を制御する必要性があり、今後これが大きな技術的障壁となると考えている。そこで、夾雑成分(タンパク質)の除去または薬剤信号の特異的検出を実現に向けた別のアプローチの検討を、液体試料中の低濃度薬剤のリアルタイム検出という最終目的に沿う形で行っている。具体的には、集団分子が2枚のミラーで構築された光共振器中にある時に、分子の振動モードと共振器光学モードが強く結合(振動強結合)した状態が形成されると、分子の振る舞いが変わる現象が報告されており、このような環境が生体分子に与える影響と、上記目的との関連性について調査を進めている。

该研究主题旨在实时检测血清等液体样品中的低浓度药物，并去除样品中的污染物成分，并改善药物衍生的拉曼信号的检测和定量限制。关于去除污染物的成分，血清成分的拉曼信号在药物测量方面变成噪声，因此希望能够以对药物在液体中的浓度几乎没有影响的方式去除。由于血清中最常见的污染物成分是蛋白质（尤其是白蛋白），因此牛血清白蛋白和甲氨蝶呤的水溶液作为一种需要高实时检测的药物被视为实验模型，并且正在进行基础研究，以实现上述目标。在第一年，我们专注于从溶液中去除蛋白质。为了实现这一目标，我们关注的是通过收集高强度激光捕获的蛋白质结晶的现象，与仅对原始液体中药物浓度几乎没有影响的方式进行检查，与简单地沉淀蛋白质组件的情况相比，使用高强度的蛋白质组成的情况相比。此外，在改善药物衍生的拉曼信号时，液体的浓度是关键，但是为了同时实现去除蛋白质和浓度的两个目标，需要控制高强度激光器中液滴的蒸发，我们相信这将成为未来的主要技术障碍。因此，我们正在考虑另一种方法来取消污染物成分（蛋白质）或对药物信号的特异性检测，这是符合实时检测液体样品中低浓度药物的最终目标。具体而言，当一个分子在用两个镜子构造的光学谐振器中时，当形成振动模式和谐振器的光学模式时，形成了强烈耦合（振动耦合），则分子变化的行为。我们目前正在研究这种环境对生物分子的影响与上述目的之间的关系。

项目成果

Enhancing Vibrational Coupling via Squeezing of Quantum Vacuum Field

通过压缩量子真空场增强振动耦合

• 发表时间: 2023
• 作者: S. Makita;L. Zhu;P. Mukherjee;Y.H. Lim;R. Morishita;I.A. El-Sadek;and Y. Yasuno;Pradipta Mukherjee，Shinichi Fukuda，Donny Lukmanto，Toshiharu Yamashita，Kosuke Okada，Shuichi Makita，Ibrahim Abd El-Sadek，Yiheng Lim，Yoshiaki Yasuno;Lida Zhu，Shuichi Makita，Yiheng Lim，Junya Tamaoki，Yiqiang Zhu，Makoto Kobayashi，Yoshiaki Yasuno;Kiriko Tomita，Shuichi Makita，Naoki Fukutake，Rion Morishita，Ibrahim Abd El-Sadek，Pradipta Mukherjee，Antonia Lichtenegger，Junya Tamaoki，Lixuan Bian，Makoto Kobayashi，Tomoko Mori，Satoshi Matsusaka，Yoshiaki Yasuno;Fumiaki Matsuoka and Terumasa Ito
• 通讯作者: Fumiaki Matsuoka and Terumasa Ito