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

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。）

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。）